CN1145656A - 用于喷油嘴的孔片 - Google Patents

Abstract

一种孔片，包含一用于液体流动的完全贯通的通道，该通道由进口(36)，出口(38)和至少一位于其间的通道(42)组成。具有独特的孔结构(36、38、42)的孔片(23)的至少三个功能级层(35、37、40)通过电镀金属沉积技术制成(多层覆金属电镀技术)。孔片(23)的一个电镀沉积镀层可具有一个或多个功能级层(35、37、40)。该孔片23尤其适用于燃料喷射装置的喷油嘴、喷漆嘴、医用吸入器、喷墨打印机或冷冻干燥过程中，以完成液体例如饮料的喷入或喷射，药物的喷撒。

Description

用于喷油嘴的孔片

技术背景

本发明涉及一种孔片，尤其是一种如独立权利要求所述的用于喷油嘴的孔片。

文件EP-OS0354660中介绍了一种制成孔片形状的喷嘴，该孔片表现为所谓的“S形孔片”。这是指位于该孔片内的进口和出口相互偏移设置，因此在该孔片内流动的液体必然产生一“S形流动”。所述的穿孔盘由两块平的、底部相互接合的硅片构成。在该硅片的某些区域厚度变小，因而在第一片中的孔和第二片中的孔之间形成平行于端面的切缝。通过掩膜蚀刻技术，制造出具有多个进口与出口的孔片结构。其截锥形的孔片内的孔轮廓以合乎逻辑的方式由各向异性的蚀刻技术制出。

文件EP-OS0314285中介绍了一种由弹性硅阀门片和同样由硅制成的喷嘴片构成的阀门结构。该两硅片相互连接并且相互间可有相对的偏移。在硅阀门片内具有与喷嘴片的出口偏移设置的进口。在该阀门结构关闭时，该硅阀门片的凸出面密封住喷嘴片的出口，而当通过一操纵机构使喷嘴片弯曲时，便形成一S形的液体的流动通道，并使该阀门结构打开。

文件US-PS4907748介绍了一种燃料喷油嘴，在其下游的端部具有一由两硅片构成的喷嘴。类似于上述孔片，在该两硅片中具有相互偏移设置的进口与出口，因此，流动的液体，此处为燃料，产生一“S形流动”。

所有上述由硅制成的孔片具有没有足够的断裂强度的缺点，这是由于硅的脆性而引起的。当例如喷油嘴疲劳荷重时(发动机振动)，该硅片便具有断裂的危险。将该硅片安装在金属构件，如喷油嘴上时，也是费力的，因为必须寻找一种无应力的夹紧方法，并且该硅片与喷油嘴之间的密封也存在问题。将硅制成的孔片通过焊接密封在喷油嘴上是不可实现的。其另一缺点为，由于经常地流通液体，该硅孔片的孔会产生棱磨损。

此外，文件DE-PS483615介绍了一种用于喷射式内燃机的喷嘴，其同样由两喷嘴片构成，该喷嘴片具有相互偏移设置的进口与出口，以利于流过的燃料的雾化。该喷嘴无论如何不可能使实际喷出燃料的形状与人们的预先希望相一致。该两喷嘴片借助于传统技术(冲压，压制，轧制，切割，钻孔，铣削，磨削等)制造或加工。

本发明的优点

具有独立权利要求所述特征的本发明的孔片具有如下优点，即无需附加的能量即可实现液体的均匀雾化，也就是说，仅通过可支配的介质压力来实现液体的均匀雾化，并可获得极高的雾化质量以及总是与要求相符的射束形状。此外，当此种孔片应用内燃机的喷油嘴上时，可减少内燃机的废气排放量并可降低燃料的消耗。

借助于电镀金属沉积的方法，其优点在于：以可重复的方式，极精确地和低成本地大批量同时制造出该孔片，此外，此种制造方法具有极大的结构灵活性，因为孔片上的孔的轮廓可以自由选择。与用硅片制造的孔片相比，电镀金属沉积的方法的优点尤其为其具有极大的材料灵活性。具有不同磁特性和硬度的不同种类的金属均可被应用于制造本发明的孔片。

通过从属权利要求中所提及的方法，可实现独立权利要求中所述孔片的具优点的其他结构和改进。

其优点尤其在于，本发明孔片能被制成S形孔片，以实现不同的、特殊的射束形状。该孔片可以以多种方案实现具有单、双和多射束喷射的射束截面，如矩形、三角形、十字形、椭圆形。此种独特的射束形状恰好可与内燃机的几何尺寸，例如不同的吸管截面相配合。由此，带来如下的优点，即通过利用具有形状适应性的、可支配的射束截面可实现均匀分布的、降低废气含量的混合气吸入，以及避免有害废气在吸管壁上的沉积。

其优点尤其在于，用于实现进口与出口流体连通的通道具有通道接续部分(腔)，在该通道接续部分内形成一由流过的液体所推动的涡流。该涡流与推动流体之间的交互作用导致交互作用区的时间上的不稳定性。因此流体中必然激起振荡，并由此可形成独特的射束形状，并且由该振荡所产生的湍流导致在喷雾状物中的液滴的直径被减小。

另一优点由在孔片中置入一阻挡部分来得到。在该阻挡部分的后部形成一具有强烈横向脉冲的涡流拖曳。在该涡流拖曳中的湍流有助于形成一具有极细微粒液滴的均匀的喷雾状物。在喷雾状物中的液滴直径的明显的减小的结果是形成一均匀的喷雾状物。该均匀的喷雾状物减小了液滴的分布密度，并因此降低了液滴凝结的概率。

通过多层覆金属电镀技术，其优点在于，降低成本并可实现后续切割的极高的精确度。

其他的优点由实施例描述中提及。

附图

本发明的实施例仅在附图中简要示出，并在后面的描述中被详细阐述。图1部分示出了具有本发明孔片的喷油嘴；图2为孔片的仰视图；图3为孔片沿图2中III-III线的截面图；图4所示为一个三层孔片的通流区域；图5所示为一具有一第一通道接续部分的三层孔片的通流区域；图6所示为一具有一第二通道接续部分的三层孔片的通流区域；图7所示为一具有通道接续部分的五层孔片的通流区域；图8所示为一具有通道接续部分的四层孔片的通流区域；图9为一具有侧面通道接续部分的孔片的俯视图；图10所示为一具有阻挡部分的孔片的通流区域；图11为一孔片的仰视图；图12为沿图11中线XII-XII的截面图；图13为一孔片的仰视图，图14为另一具有无角孔的孔片的仰视图；图15为沿图14中XV-XV线的截面图及刀具(在相反的流动方向上)；图16至20为通过多层金属电镀制造孔片的方法示意图；图21所示为侧向生长后的孔片；图22为具有不同镀层直径的孔片的截面图；图23为图22中孔片的中间部分的俯视图；图24为另一孔片的俯视图；图25至27为各具有矩形进口的孔片的中间部分的俯视图；图28为具有非对称分布的孔的孔片的俯视图；图29至30为具有非对称分布的孔的孔片的中间部分的俯视图；图31为具有圆形孔的孔片的中间部分的俯视图；图32为具有十六个镰刀形进口的孔片的中间部分的俯视图；图33为具有半圆形进口和镰刀形出口的孔片的中间部分的俯视图。

实施例描述

图1所示的实施例为混合压缩、外部点燃式内燃机燃料喷射装置的喷油嘴的部分截面图。该喷油嘴中装有本发明方法制造的孔片。该喷油嘴具有一管状的阀座承载体1，在该阀座承载体1内形成一同心于喷嘴纵轴2的纵向孔3，在该纵向孔内设有一例如管状的阀针5，该阀针5在其下游部分端部6与一例如球形的阀门关闭体7相连，在该阀门关闭体7的球面上例如具有5个缓曲面部分8。

该喷油嘴的控制以一种已知的方式，例如电磁控制方式来实现。一示意出的含有一电磁线圈10，一衔铁11和一铁芯12的电磁装置控制阀针5沿轴向移动，并因此实现该喷油嘴的打开或关闭，该喷油嘴的打开是借助阀针5抵抗图中没有示出的复位弹簧的弹力向上运动而实现的。该衔铁11通过例如一种激光焊接与阀针5的远离阀门关闭体7端部相连，并与铁芯12对准。

一阀座16的定向孔15用于当阀针5轴向移动时实现阀门关闭体7的定向。在下游位置，在阀座1的远离铁芯12端，具有一通过焊接密封装配于同心于纵轴2的纵向孔3内的、圆柱形的阀座16。在该阀座16的位于阀门关闭体7的下游的下端面17上，该阀座16与一例如钵形的垫圈21对中且固定连接，且该垫圈21直接紧贴在阀座16上。该垫圈21的形状类似于一已悉知的钵状喷孔片，该垫圈21的中部范围具有一阶梯形的通孔22，在该通孔22内设有本发明的孔片23。

阀座16与垫圈21的连接可以通过例如一环形的且密封的、由激光焊接形成的第一条焊缝25来实现，通过这种安装方法，可以避免该垫圈21因在该垫圈21的中间区域具有一通孔22，并在该通孔22内置有一孔片23产生所不希望的变形。该垫圈21再通过一环形的且密封的第二条焊缝30与阀座承载体1的纵向孔3的内壁相连。

由阀座16和钵状垫圈21形成的位于纵向孔3内的阀座部分的插入深度确定了阀针5的行程大小，这是因为，当电磁线圈10没被激励时，阀针5的一终端位置由位于阀座支承面29上的阀门关闭体7确定。当电磁线圈10被激励时，阀针5的另一终端位置由位于铁芯12上的衔铁11确定。这两个阀针5的终端位置之间的距离即为所述的阀针5的行程。

球形阀门关闭体7与阀座16上的在流体流动方向上呈缩小的截锥状的阀座支承面29共同起作用，该支承面29由通孔15和阀座16的下端面17之间的部分沿轴向方向形成。

该置于垫圈21的通孔22中并通过垫圈21直接固定在阀座16的端面17上的孔片23，仅在图1中简单地示意性画出，并将按照后面的附图详细地加以描述。将孔片23置于一垫圈21内，并且采用一夹紧装置31固定该孔片23，这仅仅是将该孔片23安装在阀座支承面29下游的一种可能的方案。此种将孔片23间接固定在阀座16上的方法具有如下优点，即可避免由温度引起的孔片23的变形，该变形例如在用焊接或钎焊的方法固定该孔片23时产生。采用该垫圈21绝不是唯一的固定孔片23的方法，如何固定该孔片23并不是本发明的实质，固定该孔片23可由已知的接合方法，如焊接、钎焊或粘接来实现。

图2所示为该孔片23的仰视图。该孔片23为一平的、扁平的、圆形的和多层的圆盘，因此该孔片23又被称为多层覆金属喷孔片。在垫圈21内例如对中设有该孔片23。该孔片23的多层结构在图3中清楚地示出，图3为图2中沿III-III线看去的孔片23的截面示意图。简而言之，此处已经提到了几个实质的、及在所述制造技术中也涉及到的特征。

图2和图3中所示的孔片23通过电镀沉积的方法，制成三层金属镀层。由于该孔片23由深度光刻照相技术及电镀技术制造出来，因此其外形上具有突出的特征：

-镀层/功能级层的厚度均匀，沿该孔片表面厚度不变，

-通过该深度光刻照相技术的结构化处理，在镀层内形成垂直的切口，该切口形成流体流过的空腔，

-通过各金属镀层的结构化的多层结构，可以对切口按希望进行覆盖及后续切割，

-该切口具有与轴向平行的壁，其横截面的形状为任意形状，例如为矩形、多角形，倒成圆角的矩形、倒成圆角的多角形、椭圆形、圆形等。

各镀层相继由电镀沉积而形成，因此该镀层与位于其下的镀层通过电镀粘附力而连接在一起。

在第一实施例中，该孔片23例如由三个具有相同外直径的圆形镀层组成。上镀层35具有例如四个矩形的，与喷嘴纵轴2以及孔片23的中轴的距离相同并相互之间呈90°角的进口36。该进口36与孔片23的直径相比，设置于极近喷嘴纵轴2附近。下镀层37具有四个矩形的出口38，该出口38与进口36相比具有更大的与喷嘴纵轴2之间的距离，并因此沿径向与进口36偏移一定距离。该出口38具有与进口36相比略小的孔宽度，进口36和出口38沿两相互垂直的、并与喷嘴纵轴2相垂直的轴39中心分布，即该孔片23的孔沿该二对称轴39对称分布。一径向通道42沿轴39在上镀层35和下镀层37间的中间镀层40内伸展，该径向通道42直接与进口36和出口38相连。该近似梯形通道42的尺寸例如为，刚好覆盖进口36和出口38的投影区域。本实施例中，所有的四个通道42彼此相互分离。在图2和图3中用虚线表示了该通道42的另外一种方案，该方案的通道42的尺寸与本实施例中通道42的尺寸不同，或确切地说大于本实施例中通道42的尺寸，因此该通道42越过下镀层37的出口38沿径向明显地向外延伸(见图5和图6)。

当孔片23的直径为4mm至5mm时，该孔片23的厚度为0.5mm，其上镀层35和下镀层37例如各为0.1mm，中间镀层40为0.3mm。该孔片23的尺寸数据以及所有在该实施例描述中所给的数据仅用来更好地理解本发明，而绝对不是限制本发明。另外，在全部的附图中，该孔片23的每一结构的相对尺寸也不是绝对地按比例画出的。

由于如前面所述的该出口38沿径向与进口36偏移一定距离，因此使介质例如燃料产生S形流动。如图4所示，孔片23的介质流动区域强调为进口36，通道42和出口38，图中解释了原理上的流动关系。图中的箭头清楚地示出该流动为S形，因此此种特殊的孔片23被称为S形孔片。介质从孔片23的进口36流向出口38，从该每一进口36流出的流体通过水平通道42沿径向向外流动。在该通道42的终端例如设有一如图4所示的出口38。

本发明孔片23的S形孔片形状的结构绝不是应用电镀金属沉积技术的前提条件，而仅是最佳实施例而已，通过该结构可以实现很好的雾化效果。通过该电镀金属沉积技术同样可制造出具有相互无偏移或仅有较小偏移设置的进口36和出口38的孔片23。

介质通过径向通道42获得一径向速度分量。在短的轴向流动距离内，流体并设有完全失去其径向速度分量，相反，该流体在出口38的靠近进口36一侧的壁上发生分离，并与喷嘴纵轴或中轴2成一角度排出该孔片23。该多个例如不对称的、相互之间可调整的、通过一相应的结构由进口36和出口38和通道42获得的单射束的组合，形成一具有不同流量分布的全新的总合的总射束。

通过在该孔片23内中具有使流体发生急剧转折作用的所谓的S形结构，流体内将形成一强烈的促进雾化的湍流，并由此形成一垂直于流体的极大的速度梯度，该速度梯度为垂直于流体流动方向上流体的速度变化的标志，在流体中部的速度明显大于在壁附近的速度。该由于速度差导致的流体内增加的剪切应力有助于流体在出口38附近分解为细滴。由于流体在出口一侧发生分离，且由于不存在轮廓导向(Konturfuhrung)的作用，因此该流体没有受到流体阻尼。在分离侧，流体具有极高的速度，然而与出口38一侧相邻的流体的速度却降低。因此，促进雾化的湍流和剪切应力在出口内不会消失。

在图5和图6中所示为本实施例孔片23，其位于中间镀层40内的通道42不仅从进口36延伸至出口38，而且越过该出口38继续向该孔片23的外侧延伸。该通道42的加长部分被称为通道接续部分43(腔)。前面所做的陈述原则上是在流体流动的原理和射束成型与雾化的作用机理下来实现的。流入出口38的液体从通道接续部分43(腔)旁边流过，并使该通道接续部分43内形成一涡流。在该涡流和该推动涡流形成的主动流之间的相互作用，导致在相互作用区域产生时间上的不稳定性。该涡流的大小周期性变化，并且当从旁边流过的流体增加时，该涡流对该流体产生排挤作用(涡流变小并逆转)。该排出的流体因此在其流动方向上被周期性地偏转并向由此而激发振荡。在排出的流体中的振荡的频率和幅度取决于该通道接续部分43的结构，以及其径向的深度c和高度h，该高度h由中间镀层40的厚度给出。图5所示的实施例中，例如c＝h，而图6中该通道接续部分43的尺寸为c＝2×h。该图6中所示通道接续部分43的几何尺寸导致形成一涡流对，该涡流对由流体的脉冲交换推动并具有相反的涡流方向。

通过在排出射束中各自的振荡，使不仅在单射束中而且在总的喷雾状物中均产生一振荡造型。通过该振荡造型，可以实现各种不同特殊形状的射束截面(例如矩形、三角形、十字形、圆形)。没有该振荡造型的存在，该截面形状是不可能实现的；否则，单射束的截面形状将具有形成圆形的趋势。任意的造型或单射束以及作为所有单射束总和的总的喷雾状物，通过脉冲交换经常处于相互作用状态，当流体中的振荡频率高时，此种相互作用尤其是可实现的。通过单射束方向的改变，可使该喷雾状物均匀分布于射束横截面上。因此，该喷雾状物可更好地、均匀地与进气管的空气流相混合，并形成一可降低废气产生量的混合物。

由于湍流而形成的垂直于流体流向的横向脉冲还导致在喷射的喷雾状物中的液滴分布密度具有较大的均匀性。由此降低了液滴凝聚的概率，也就是说，小液滴凝聚成大液滴的概率。该具优点的液滴直径的减小结果，即为在该喷雾状雾中实现了液滴的相对均匀的分布。通过所述S形结构，可在流体中产生一小范围(高频率)湍流，该湍流供射束直接排出孔片23并相应地分解成细滴。由湍流产生的剪切应力越大，流体速度矢量的散射也就越大。该剪切应力的作用在于，使得在所有液体平面都处于一种“混乱状态”，因此可确保射束和喷雾状物的形成，并实现如前面所述的不同的截面及造型。

图7、8，9中所示为几个略加改变的实施例，与前述实施例的主要区别在于，其具有三层以上的镀层，并且拥有的通道接续部分43’不再仅仅是通道42的径向延长。图7所示为一具有五个镀层的孔片23，除在已知三个镀层35，37和40之外还另外设有两个中间镀层40’。该两附加的镀层40’分别位于中间镀层40与上镀层35或下镀层37之间。为了确保液体从进口36流到出口38而通过该孔片23，该两镀层40’也具有相应的孔45，该孔45与在中间镀层内的通道42形成连通。在该孔45附近，在中间镀层40’中至少设有一通道接续部分43’，该通道接续部分43’例如具有该中间镀层40’的高度。在径向方向上，例如在进口36与出口38之间，具有一通道接续部分43’。此时，该流体将在该通道接续部分43’内再形成一涡流。附加于在通道42的轴向上设有的通道接续部分43’，在该通道42的径向上也可以设有通道接续部分43。

图8所示的方案为具有四层镀层的孔片23，也具有一附加的中间镀层40’。按照该镀层40’布置在镀层40上或下，该镀层40’必须还另外具有一孔45，此处图8中所示，该孔45直接设于出口38之上。在该镀层40’内具有附加的通道接续部分43’，该通道接续部分43’为轴向设置于通道42内的空间，在其中形成涡流。该位于镀层40’内的三个通道接续部分43’可以相同间距分布或任意分布。该孔片23的部分俯视图如图9所示，图中清楚地显示，该通道接续部分43’不仅可设在该孔片23的轴向方向，也可在该孔片的深度方向上设置，而且也可以使其完全超过通道42的宽度而设置在通道42的宽度方向上。因此，通道接续部分43，43’可在所有的三个方向上，也就是说在长、宽和深度方向上成形于通道42内。

所有前面的例子均可设置成具有如图10所示的边界层阻挡部分。该孔片23此时设有四层镀层。在上镀层35和下镀层37之间具有两个中间镀层40和40’。该直接设置在下镀层37上的附加中间镀层40’，其在通道42范围内，在垂直于流动方向上设有一例如六面体形、尖棱形的凸出部分，即阻挡部分50。可以设想，也可在中间镀层40内设置一阻挡部分50，那样的话，该阻挡部分50从上向下伸入到通道42内。该阻挡部分50与进口36沿径向偏移一段距离设置在通道42内。该通道42位于镀层35和37之间，不仅在镀层40内，而且也在镀层40’内伸展。

流体的主流掠过该边界层阻挡部分50。在其后面，流体下游部分的阻挡面(Stolperkante)51，流体从该阻挡部分50起开始分离，并且由于该阻挡部分50的下游突然的横截面增大而产生一压力上升(从动能转换到压力能-扩散道效应)。此种压力上升导致在该阻挡部分50后部形成强烈的边界层涡流。

在该阻挡部分50的后部形成一具有强横向脉冲的、不断增大的涡流拖曳，该涡流拖曳一直到达出口38。该涡流拖曳作为“湍流段”(Turbulenzstrang)通过该主流。该涡流拖曳中的湍流为能很细小(高频率)的并具有一大的幅值。该频率和幅值由该阻挡部分50的高度和从旁边掠过的主流的速率来确定，即由该阻挡部分50上部的通道截面决定。

该涡流拖曳可减小流动损耗，因为在该涡流拖曳中发生一垂直于主流的、朝向壁方向的高湍流度的脉冲交换。因此可以实现，在该阻挡部分50后面的主流不易在通道42的壁上发生分离，并由此可更好利用通流横截面。在该壁上的流体分离将导致一压力损耗。该阻挡部分50也有利于形成分解为极细滴的、均匀的喷雾状物，并再实现不同的喷射造型。

在前述的例子中，每一对进口36/出口38由一单独的通道42实现连通。在图11和12中所示的实施例则不然，在孔片23中仅有一唯一的共用的通道42’。全部四个进口36汇合入该例如正方形的通道42’，并且全部四个出口38也从该通道42’中引出。当出口38为矩形或正方形，在中间镀层内的通道42’的外轮廓为八角形，由于总是有两角相距很近，因此该轮廓近似为正方形，如图11所示。该通道42’的内部由一中间镀层40的正方形的实体岛状部分53限定。该内部的实体岛状部分53的横截面大小为，位于上镀层35内的由四个进口36限定的面积，因此该镀层40由两部分组成，即由通道42’完全包围的实体岛状部分53及一反过来完全包围通道42’包围的外部区域54。图12为该孔片23沿图11中线XII-XII的截面图。

通过该附加形成的连通区域，形成一新增的所谓的死水区域，该主流从该死水区域旁流过。在该死水区域内按照具有通道接续部分43，43’的腔原理产生一由该主流所激励的振荡。相应地，该振荡作用于类似于前述具有通道接续部分4 3，43’(腔)的例子中的射束造型和雾化。

出口38并不是绝对地沿径向偏移于进口36设置，如前述例子中的情形，而且可以在任意希望的方向上设置。在图13和图14中，示出了此种偏移设置的两个实施例，图13和图14分别为孔片23的仰视图和俯视图。图中清楚地显出，出口38在圆周方向上与进口36偏移设置，例如相对于沿径向偏移的例子旋转了90°。在图13中，位于孔片23的中间镀层40内的通道42’具有一八角形的，然而几乎正方形的外轮廓，通道42’的壁的角总是位于进口36和出口38附近。中间镀层40的实体岛状部分53将通道42’向内限定出一同样近似为正方形的，但为八角形的轮廓。通道42’的外边界壁和内边界壁例如互相旋转45°设置。因此外部区域54和实体岛状体部分53不具有相互平行的壁。

在图14和图15(为沿图14中线XV-XV截面图)中所示的孔片23，具有无角的进口36和出口38。位于上镀层35中的进口36例如具有一椭圆形的截面，而位于下镀层37中的出口38被制成圆形。内部的实体岛状部分53例如具有一正方形截面，而位于中间镀层40内的通道42’向外由该外部区域54限定成圆形。在制造时，为了更好地制作该孔片，在该孔片23的外边界附近，例如具有两个通孔形状的定位孔56。

进口36和出口38可以任意的偏移相互设置。在图13和图14的实施例中，实际上具有与所有前述实施例相比较小的偏移。通过调节该偏移的距离大小，该射束方向和湍流度可得到调准或调整。

该图13中所示的进口36、出口38以及通道42、42’总是具有正方形或矩形的截面。应用电镀金属沉积技术(多层覆金属电镀技术)可制造出孔片23的具有完全不同的其它截面形状的通流尺寸(见图14)。可以想象该截面可为倒成圆角的矩形或正方形、圆形、扇形、椭圆形、椭圆扇形、多边形、倒成圆角的多边形等。每一结构孔的壁均平行于喷嘴纵轴2。令人感兴趣的是，该不同结构的进气孔36和出口38，可通过一通道42，42’直接互相连通并可进行适当的截面转换，例如为，从正方形向矩形转换、从矩形向圆形转换、从椭圆形向圆形转换及各自反过来转换。

下面将按照图16至21对本发明的制造孔片23的制造方法进行详细地阐述。在这些图中没有详细显示图1至图15中带有相应轮廓的孔片23的实施例，而只显示了反映该制造原理的布置。在该图16至20中所示的例子的镀层厚度的相对尺寸与前述的实施例中所述的孔或通道的尺寸不一致。下述的方法步骤可适用于所有到目前为止已经描述和图示的以及在下面描述和图示的实施例的制造。

由于喷嘴对其结构尺寸和精密度的较高的要求，因此，形成微结构的方法对于该喷油嘴的制造具有重要的意义。一般来说，为了实现液体例如燃料的流动，在喷嘴或该孔片内必须设置一液体流经的通道，该通道已经实现了如前面所述的在流体内湍流的形成。另外，该出口的宽度应为几十个微米，以实现液体例如燃料的有效的雾化。本发明金属孔片23借助一种制造技术制成，该制造技术是以成功地应用光刻照相技术(深度紫外线光刻照相技术)和接下来的微电镀技术为基础的。该制造方法的特征为，可以确保在大面积尺寸范围内实现结构的高精密性，因此可以实现极大件数的大批量生产。根据下面详细阐述的方法步骤，可在一基片晶上同时制出多个孔片23。

借助该新技术制造孔片23的起点是一平的且静止的基片60，例如该基片60为金属(铜)、硅、玻璃或陶瓷。基片60通常的厚度为500μm至2mm之间，该厚度值当然对后面的方法步骤没有影响。在基片60清洁后，首先应用一种不导电的材料，如玻璃或硅，在该基片60上至少镀上一层辅助层61。此外，例如还涉及到一电镀起始层61’(例如铜)，该电镀起始层61’导电，以实现后面的微电镀。该电镀起始层61’也可用作消耗层61，以在后来通过腐蚀实现孔片结构的简单的分离。如果基片60已经由导电材料例如铜，则可省去电镀起始层61’。如果铜被应用作消耗层61/电镀起始层61’，则必须在基片60和电镀起始层61’之间镀一薄铬层(例如80nm)作为附着层61”。镀该辅助层61，61’，61”(在应用聚酰亚胺作为光致抗蚀剂时，典型为GrCu或CrCuCr)例如通过溅射或无电流参与的金属沉积来实现。

在该基片60的预处理之后，在该任选的辅助层61、61’、61”之上整个平面涂上一层光致抗蚀剂(光刻胶)63。由此可提供三种不同的方案：

1、在例如大于100℃时用固体抗蚀剂层压；

2、液体抗蚀剂的离心喷涂，或

3、液体状态的聚酰亚胺的离心喷涂。

在由所有三种方案形成的光致抗蚀剂63干燥后，均为固态。该光致抗蚀剂63的厚度与所述金属层的厚度相对应，该金属层的厚度可由后来的电镀过程实现，也就是说，该光致抗蚀剂63的厚度与孔片23的下镀层37的厚度相对应。该抗蚀剂的典型厚度为10μm至300μm之间，依所希望的孔片23的镀层厚度的不同而异。为实现金属结构，需借助一光刻照相将掩膜64倒置人光致抗蚀剂63内，以实现该光致抗蚀剂63通过该掩膜直接借助紫外光65曝光(深度紫外光刻照相)。另外一种光致抗蚀剂63的结构为，在该光致抗蚀剂63上沉积一层氧化物(如SiO₂)或氮化物，该氧化物或氮化物作为用于光致抗包剂63的干燥蚀刻过程的光刻照相结构化掩膜。此外，还应用一种激光剥离技术，以在掩膜涂定后，借助激光使光致抗蚀剂63呈爆炸方式被剥离。上述方法步骤包含在图16中。

在光致抗蚀剂63经过紫外曝光后，即应用其它方法(干燥蚀刻、剥离)处理后，即形成了如图17中所示的光致抗蚀剂63中由掩膜64所确定的结构。该光致抗蚀剂63中的结构呈现一用来形成后来的孔片23的镀层37的负性结构66。图18显示了一在电镀填充后在光致抗蚀剂63中形成的抗蚀槽68，该抗蚀槽68至少延伸至光致抗蚀剂63的上缘。通过电镀的方法，在基片60上的抗蚀槽68内沉积上金属70。通过电镀，该金属70紧挨沉积于负性结构66的轮廓上，因此，可真实地复制出前面所给出的真实轮廓。为了制造多层或多层沉积的孔片结构，金属70镀层的高度应与光致抗蚀剂63的高度相一致。沉积材料的选择总是取决于对镀层特性的要求，尤其是机械稳定性、化学耐蚀性、可焊接性和其它重要的特性。此外，该材料可采用镍、镍钴、镍铁、铜，也可采用其他的金属和合金。

为了实现孔片23的结构，必须从有选择性地镀上辅助层61、61’，61”开始，以实现相应的镀层数。如图19所示，例如光致抗蚀剂63’层用于形成后来的孔片23的中间镀层40。图中划线部分显示了镀层的形成过程，每一金属层相互沉积并相互附着。孔片23的各镀层可应用不同的金属70来制成。

最后，要形成单独的孔片23，为此要除去消耗层61，以将孔片23从基片60上分离。之后，通过腐蚀将电镀起始层61’除去，并使残留的光致抗蚀剂63，63’从金属结构上脱离。该脱离可通过KOH处理办法或通过用氧等离子体来实现，以及当光致抗蚀剂63，63’为聚酰亚铵时，可采用一种溶剂(例如丙酮)来实现。该光致抗蚀剂63，63’的去除过程类似于一般所熟知的“脱模”过程。可以想象，当选用适当的电镀起始层61’时，例如可借助一种磁力机械来实现与基片60的机械式分离。图20示范性示出了一具有三层镀层的、从基片60上分离下来的孔片23，在通常情况下进口36和出口38的高度要比图中所示的高度小。

由于用到了两个概念“镀层”和“功能级层”来描述孔片23的结构，因此在此处应引入一简短的概念定义。“镀层”指的是在一道电镀工序中得到的孔片23的层。一个镀层中可以有多个功能级层，如按照后面段落中详细描述的“侧向生长”。在一个电镀步骤中形成多个功能级层，该功能级层表现为相互联系的镀层。每一功能级层与其直接相邻的功能级层具有不同的孔轮廓(进口、出口、通道)。一个新的功能级层在该定义下沿着中轴2轴向伸展并带来孔轮廓的改变。在图1至15所示的孔片23至少具有三个金属的相互沉积的镀层35，37，40，40’，每个镀层自然也相应于一功能级层。

图21所示为该“S形”孔片23的另一实施例，该孔片23通过一与上述制造技术不同的技术制造出来。该新技术可被称为“侧向生长法”，通过该“侧向生长”技术，可以实现孔片23的至少两个级层在一个步骤中通过电镀沉积而形成，而不需要为形成一具有三个功能级层的孔片而所需要的三次电镀步骤。因此，该至少两个在一个电镀步骤中形成的功能级层在上述意义下表现为一个镀层而两层之间没有界面。

下镀层37的制造以前面所述的方法，如图16至图18所清楚描述的方法来完成。之后，该电镀沉积的金属70在第二层光致抗蚀剂结构63’内生长并一直到达光致抗蚀剂63’的上缘(图19)。接下来该电镀层继续生长并超出光致抗蚀剂63’。该光致抗蚀剂结构63’在水平方向和垂直方向大约以相同的数量级生长。此种生长取代了一另外的电镀起始层61’和随后的第三次电镀沉积工序，因为最终形成的孔片23的两功能级层35，40是在一个电镀步骤中均已制造出来。该生长的高度应这样形成，在上面的生长形成的具有功能级层35，40的镀层35’中的进口36与所希望的要求相符，即例如在S形孔片的情况下进口36与出口38偏移设置。当出口38完全被侧向生长的镀层35’的材料的投影所覆盖时，在此种情况下，侧向生长最早发生中断。

该种方法的两光致抗蚀剂层63，63’确定了出口38和通道42的尺寸。此外，进口36的尺寸由另外一作为结构化涂层的光致抗蚀剂层63’确定。因此该光致抗蚀剂结构63，63’具有三个级层。该第三层光的抗蚀剂63’最后作为“止挡部分(Anschlas)限定侧向生长过程以得到含有给定形状的进口36的镀层35’。在理想的情况下借助该侧向生长技术同样可制造出具有相互无偏移或仅有较小偏移设置的进气孔36和出口38的孔片23，在上述意义下仅具有一个镀层，但例如具有三个功能级层。

在此种情况下进口36可为圆形，椭圆形或多角形。借助于“侧向生长”，孔片23的制造时间被明显缩短，并降低了电镀表面的粗糙度。镀层的数目越多，电镀表面的粗糙度也随之增加。附加的磨光方法，如电镀抛光方法也因此而不是必需的了。该侧向生长的另外一优点为，在形成进口36过程中，不需要在不导电的光致抗蚀层63’之上再镀一层新的电镀起始层61’。

图22至图33为本发明孔片23的另外的实施例示意图，由于它们均可由上述的制造技术制造，因此只对其进行简单的说明，并对其令人感兴趣的设计或结构形式进行说明。更确切地说，下面所述的孔片实施例，通过电镀的金属沉积制造方法可以实现很大的结构的多样性。

图22和23示出了一孔片23，该孔片23至少部分地通过侧向生长制成。因此，上镀层35’具有至少两个功能级层，即一通道42’在其内伸展的级层，以及一个与该级层相对的、包含有进口36的级层。下镀层37的直径明显大于上镀层35’的直径，进口36具有圆形的截面，四个出口38为圆弧形的镰刀形。在上镀层35’的下级层内的通道42’也同样如进口36一样制成圆形，其直径略大于镰刀形出口38的外直径。通过此种布置，可实现液体的沿径向向外的所谓的S形流动。由此可形成一沿径向对称分布的、较好雾化的射束。

图24为一孔片23的俯视图，该孔片23可实现平面状喷射。在上镀层35内的四个进口36制成矩形。相对于每一进口36精密设置有一通道42和一出口38，出口38例如被制成正方形或矩形，完全覆盖进口36和出口38的投影的通道42具有一六角形轮廓，该轮廓相应于进口36和出口38的尺寸而变化。该进口36和出口38的偏移设置确保了在两个方向上形成平面射束。

同样如图24，图25至27为孔片23的俯视图，该穿孔片可形成平面射束，图中仅简单示出了孔片23的中心部分。通道42’与一进口36及所有的出口38相连通。液体从中间的矩形进口36流入。出口38例如同样被制成具有矩形或正方形轮廓，该矩形出口38的纵向伸展方向平行或垂直于进口36的纵向伸展方向。通过此种偏移设置同样可形成平面射束。该进口36的尺寸以及出口38的数量和尺寸用按照射束造型的需求而变化。

图28示出了一孔片23，其孔的几何尺寸与大小与图24所示的孔片23极其相似。该孔片23尤其应用于如下情况，如喷油嘴在内燃机中具有独特的安装位置，不仅要求从孔片23喷出平面射束，而且该射束与喷嘴纵轴/中轴2(图1和图3)成一定角度喷射，图28中所示的孔片23即可实现这一要求。由进口36、通道42和出口38构成的功能单元可在S形流动方向上形成锥形喷射。本实施例具有四个这样的功能单元。此种锥形喷射或锥形射束可以合适的方式组合，以使总射束可非常好地与实际需求相符。通过图28中所示的孔片23可实现在两个方向上的喷射，该射束的喷射的方向并不正好相反。

图29和图30所示为孔片23的中心的喷射范围，该孔片23同样可形成独特的射束造型。该孔片23具有三个含有一个进口36、一个通道42和一个出口38的功能单元。为实现所希望的射束，该功能单元非对称或偏心分布于孔片23的中轴2，即两轴线39交点的周围。通过该表面上不规则的分布，可获得极好的单方向射束。在图29中，每一扇形的通道42与一圆形的进口36及一镰刀形的出口38相连通。与此相对，图30中孔片23的开孔范围设置为角形的，液体流入例如为正方形的进口36，然后流过六角形的通道42一直流到矩形的出口38。与两进口36所配套的通道42在出口38处联成一体，因此流体可通过一V形出口38排出孔片23。因此进口36的数目与出口38的数目不一致。

图31至图33中所示的孔片23的进口36与出口38的数目也不一致。图31所示的实施例其孔均为圆形，液体从上镀层35的圆形的进口36流入并从四个同样为圆形的出口38离开孔片23，该出口38在下镀层37中对称于进口36分布。圆形通道42’完全覆盖所有的出口38。

图32示出了具有四个功能单元的孔片23。液体从每个功能单元的四个、总共十六个镰刀形的进口36流入孔片23。与每四个进口36相连的是一圆形通道42’，该圆形通道直径例如完全覆盖该镰刀形的进口36。每个功能单元只设有一个出口38，该出口38为圆形并为镰刀形的进口36的投影所覆盖。该四个功能单元对称于中轴2设置于轴39上。

图33所示的具有完全非对称分布的孔的孔片23。该于中心位置的进口36具有近半圆形的轮廓，而明显较小的出口38为镰刀形分布在进口36的圆形凸出侧并在下镀层37中伸展。出口38的数量也可任意改变；在所示例子中具有3个出口38。圆形的通道42’的大小完全覆盖所有的孔。

应该再一次指出，应用电镀金属沉积技术绝对不仅适用于具有偏移设置的进口和出口的上述使流体呈S形流动的S形孔片，而是适用于所有形状的孔片。借助多层覆金属电镀技术也可以制造出具有对准或仅部分偏移设置的进口和出口的孔片。

上述的孔片23并不仅用于喷油嘴，也可用于许多方面如喷漆喷嘴、医用吸入器、喷墨打印机或冷冻干燥过程中使用，用作例如饮料的喷入或喷射，药物的喷撒等。该借助多层覆金属电镀技术制造的孔片23一般适用于产生一种极细粒的喷雾状物，例如以一大的角度产生一极细粒的喷雾状物。

Claims (20)

1、孔片，尤其是用于喷油嘴的孔片，由至少一种金属材料制成，包含一用于液体流动的完全贯通的通道，至少一进口和至少一出口，每一进口设置于该孔片的一上镀层或功能级层内，每一出口设置于孔片的一下镀层或功能级层内。其特征在于，该孔片(23)的镀层或功能级层(35，35’，37，40，40’)借助于电镀金属沉积技术(多层覆金属电镀技术)制成。

2、如权利要求1所述的孔片，其特征在于，至少具有三个镀层或功能级层(35，35’，37，40)，并且在至少一中间镀层或功能级层(40)内具有与进口(36)和出口(38)的数量相一致数量的通道(42)，因此一个进口(36)正好通过一个通道(42)与一个出口(38)相连通。

3、如权利要求1所述的孔片，其特征在于，至少具有三个镀层或功能级层(35，35’，37，40)，并且在至少一中间镀层或功能级层(40)内具有一通道(42’)，通过该通道(42’)，至少一个进口(36)与至少一个出口(38)相连通。

4、如权利要求1至3之一所述的孔片，其特征在于，该进口(36)和出口(38)是这样设置的，即被一不处在任何位置处的平面内的投影所覆盖，因此形成一完全的偏移。

5、如权利要求1至3之一所述的孔片，其特征在于，该进口(36)和出口(38)是这样设置的，即被一平面内的投影至少部分地覆盖。

6、如上述任一权利要求所述的孔片，其特征在于，至少该进口(36)之一具有与该出口(38)之一相比不同的孔尺寸。

7、如权利要求2或3之一所述的孔片，其特征在于，该通道(42，42’)具有这样的尺寸，即其投影完全覆盖进口(36)和出口(38)。

8、如权利要求2或3之一所述的孔片，其特征在于，该至少一通道(42，42’)具有至少一通道接续部分(43，43’)，该通道接续部分(43，43’)表现为一区域，该区域不位于从进口(36)至出口(38)的最短流通路径上。

9、如权利要求2或3之一所述的孔片，其特征在于，该孔片(23)被制成具有四个镀层或功能级层，在一中间镀层或功能级层(40)内至少具有一通道(42，42’)，在另外一中间镀层或功能级层(40’)内至少具有一通道接续部分(43，43’)，该通道接续部分(43，43)表现为一区域，该区域不位于从进口(36)至出口(38)的最短流通路径上。

10、如权利要求8或9之一所述的孔片，其特征在于，该通道接续部分(43，43’)在所有三个方向上，即在长、宽和深度方向上，成形于所述通道(42，42’)内。

11、如权利要求2或3之一所述的孔片，其特征在于，至少在一中间镀层或功能级层(40，40’)内凸设有至少一阻挡部分(50)，通过该阻挡部分(50)，在通道(42，42’)内流过的流体中形成一涡流拖曳。

12、如上述任一权利要求所述的孔片，其特征在于，该进口(36)的横截面与该出口(38)的横截面在轮廓上相一致。

13、如权利要求1至11之一所述的孔片，其特征在于，该进口(36)的横截面的轮廓与该出口(38)的横截面的轮廓相互不同。

14、如权利要求1所述的孔片，其特征在于，该进口(36)与该出口(38)的横截面为正方形、矩形、倒成圆角的正方形、倒成圆角的矩形、圆形、扇形、椭圆形、椭圆扇形、多角形或倒成圆角的多角形。

15、如权利要求1所述的孔片，其特征在于，该进口(36)与该出口(38)的数目不相同。

16、如权利要求1所述的孔片，其特征在于，该进口(36)和/或出口(38)非对称于孔片(23)的沿轴向伸展的中轴(2)成形。

17、如权利要求1所述的孔片，其特征在于，每一功能级层(35，35’37，40，40’)具有一特殊的孔结构(36，38，42，42’)，该孔结构不同于每一与其直接相连的孔结构。

18、如权利要求17所述的孔片，其特征在于，该功能级层(35，35’37，40，40’)的数量恰好与电镀沉积镀层(35，35’，37，40，40’)的数量相符。

19、如权利要求17所述的孔片，其特征在于，该功能级层(35，35’，37，40，40’)数量大于电镀沉积镀层(35，35’，37，40，40’)的数量。

20、如权利要求19所述的孔片，其特征在于，一个电镀沉积镀层(35’)至少具有两个功能级层，该两功能级层具有不同的孔结构(36，38，42，42’)。

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