JP6745943B2 - ノズル及びノズルを作製する方法 - Google Patents
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Description
ノズルの上面及び下面の平坦化は、従来技術を用いて実行できる。例えば、ある技術では、Ultra−Tec Manufacturing,Inc製のUltrapol Edge Polisherの改良版を使用できる。市場では、多くの他の同等なシステムが入手可能である。
直径10.2cmの円形のシリコンウェーハ(図1Aの基板110)を、Wafer World,Inc.,West Palm Beach,Floridaから入手した。このシリコンウェーハを、濃硫酸と30重量%の含水過酸化水素との容量で3:1の混合物中に、約10分間浸漬することによって洗浄した。このウェーハを、次いで脱イオン水で、次にイソプロパノールですすぎ、その後に、空気流の下で乾燥させた。このウェーハを次いで、酪酸で酸性(pH 4〜5)にした190プルーフのエタノールに3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレートを溶かした2重量パーセントの溶液中に浸した。このウェーハを次いで無水エタノールですすぎ、次いで130℃のオーブン内で10分間加熱した。
定義
本特許出願で使用されるとき、
「硬化」とは、重合をもたらすこと、及び/又は架橋をもたらすことを意味する。
「電子励起状態」とは、分子の電子基底状態よりもエネルギーが高い分子の電子状態を意味し、この状態は電磁放射線の吸収によって達し、10−13秒よりも長い存続期間を有する。
「露光システム」とは、光学システムに光源を追加したものを意味する。
「マスター」とは、複製ツールの製造に用いることができる、最初に製造された物品を意味する。
「多光子吸収」とは、2つ以上の光子が同時に吸収されることによって、同じエネルギーの単一の光子の吸収によってはエネルギー的にアクセス不能である反応性の電子的な励起状態に達することを意味する。
「開口数」とは、レンズの焦点距離に対するレンズの直径の比率(つまり、1/fナンバー)を意味する。
「光学システム」とは、光を制御するためのシステムを意味し、このシステムは、レンズなどの屈折光学素子、ミラーなどの反射光学素子、及び回折格子などの回折光学素子から選択された少なくとも1つの素子を含む。光学素子はまた、拡散体、光導体、及び光学分野で既知の他の素子を含むものとする。
(光開始剤系の成分の)「光化学的に有効な量」とは、選択された露光条件下において、(例えば、密度、粘度、色、pH、屈折率、又は他の物理的若しくは化学的特性から明らかなように)反応種が少なくとも部分的に反応できるようにするのに十分な分量を意味する。 「光増感剤」とは、光開始剤の活性化に必要とされるエネルギーよりも低い光エネルギーを吸収し、光開始剤と相互作用することによって光開始剤を活性化するのに必要なエネルギーを低下させて光開始化学種を生成する、分子のことを意味する。
「同時」とは、10−14秒以下の時間内に起こる2つの事象を意味する。
「十分な光」とは、多光子吸収を行うのに十分な強度と適切な波長を有する光を意味する。
分子二光子吸収は、1931年にGoppert−Mayerによって予測された。1960年のパルスルビーレーザーの発明で、二光子吸収の実験的観察が現実のものとなった。引き続いて、二光子励起が、生物学及び光学的データ蓄積、並びに他の分野に適用された。
光反応組成物内で使用するのに好適な反応種としては、硬化性の化学種と非硬化性の化学種の双方が挙げられる。硬化性の化学種が一般に好ましく、また硬化性の化学種としては、例えば、付加重合性モノマー及びオリゴマーと付加架橋性ポリマー(例えばアクリレート、メタクリレート、及びスチレンなどの特定のビニル化合物を含む、ラジカル重合性又は架橋性のエチレンシステム不飽和の化学種)、並びにカチオン重合性モノマー及びオリゴマー、カチオン架橋性ポリマー(この化学種は最も一般的には酸開始されており、またこの化学種には、例えばエポキシ、ビニルエーテル、シアネートエステルなどが挙げられる)、その他同種のもの、それらの混合物が挙げられる。
この光開始剤系は多光子光開始剤系であるが、これは、そのような系を使用することにより、光の集束ビームの焦点領域に反応を制限又は限定することが可能となるからである。このような系は好ましくは、少なくとも1つの多光子光増感剤と、少なくとも1つの光開始剤(又は電子受容体)と、任意に少なくとも1つの電子供与体と、を含む二成分又は三成分系である。このような多成分系は感度の向上をもたらすことができ、光反応をより短い期間で成し遂げることが可能であり、それによって、サンプル及び/又は露光システムの1つ以上の成分の動きに起因する問題が生じる可能性が減じられる。
光反応性組成物の多光子光開始剤系における使用に好適な多光子光増感剤は、十分な光に暴露されると少なくとも2つの光子を同時に吸収できるものである。好ましくは、光増感剤は、フルオレセインよりも大きい(即ち、3’,6’−ジヒドロキシスピロ[イソベンゾフラン−1(3H),9’−[9H]キサンテン]3−オンよりも大きい)二光子吸収断面積を有している。一般に、好ましい断面は、C.Xu及びW.W.WebbによるJ.Opt.Soc.Am.B,13,481(1996)(Marder及びPerryらによる国際公開第98/21521号、85ページの18〜22行に引用されている)に記載された方法で測定される、約50×10−50cm4秒/光子を超えることができる。
光反応性組成物の多光子光開始剤系に有用な電子供与体化合物は、電子を光増感剤の電子励起状態に供与できるこれらの化合物(光増感剤自体以外)である。このような化合物は、任意に、光開始剤系の多光子感光性を増大させ、それによって光反応性組成物の光反応を成し遂げるのに必要な露光を減少させるために使用することができる。電子供与体化合物は好ましくは、ゼロより大きく、かつp−ジメトキシベンゼンの酸化電位以下である酸化電位を有している。好ましくは、酸化電位は、標準飽和カロメル電極(「S.C.E.」)に対して約0.3〜1ボルトである。
Ar3B−(n−C4H9)N+(C2H5)4
Ar3B−(n−C4H9)N+(CH3)4
Ar3B−(n−C4H9)N+(n−C4H9)4
Ar3B−(n−C4H9)Li+ Ar3B−(n−C4H9)N+(C6H13)4
Ar3B−−(C4H9)N+(CH3)3(CH2)2CO2(CH2)2CH3
Ar3B−−(C4H9)N+(CH3)3(CH2)2OCO(CH2)2CH3
Ar3B−−(sec−C4H9)N+(CH3)3(CH2)2CO2(CH2)2CH3
Ar3B−−(sec−C4H9)N+(C6H13)4
Ar3B−−(C4H9)N+(C8H17)4
Ar3B−−(C4H9)N+(CH3)4
(p−CH3O−C6H4)3B−(n−C4H9)N+(n−C4H9)4
Ar3B−−(C4H9)N+(CH3)3(CH2)2OH
ArB−(n−C4H9)3N+(CH3)4
ArB−(C2H5)3N+(CH3)4
Ar2B−(n−C4H9)2N+(CH3)4
Ar3B−(C4H9)N+(C4H9)4
Ar4B−N+(C4H9)4
ArB−(CH3)3N+(CH3)4
(n−C4H9)4B−N+(CH3)4
Ar3B−(C4H9)P+(C4H9)4
(式中、Arは、フェニル、ナフチル、置換(好ましくは、フッ素置換)フェニル、置換ナフチル及び多数の縮合芳香環を有するその類の基である)、並びに、テトラメチルアンモニウムn−ブチルトリフェニルボレート及びテトラブチルアンモニウムn−ヘキシル−トリス(3−フルオロフェニル)ボレート、及びこれらの混合物が挙げられる。
光反応性組成物の反応種に好適な光開始剤(すなわち、電子受容体化合物)は、電子励起状態の多光子光増感剤から電子を受容し、結果として、少なくとも1つのフリーラジカル及び/又は酸が形成されることによって光増感することが可能なものである。このような光開始剤としては、ヨードニウム塩(例えば、ジアリールヨードニウム塩)、スルホニウム塩(例えば、任意にアルキル基又はアルコキシ基で置換されており、隣接アリール部分を架橋する2,2’オキシ基を任意に有するトリアリールスルホニウム塩)、その他同種のもの、及びこれらの混合物が挙げられる。
トリフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
メチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
ジメチルフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジフェニルナフチルスルホニウムヘキサフルオロヒ酸塩
トリトリスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
アニシルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
4−ブトキシフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
4−クロロフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリ(4−フェノキシフェニル)スルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
ジ(4−エトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロヒ酸塩
4−アセトニルフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
4−チオメトキシフェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
ジ(メトキシスルホニルフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジ(ニトロフェニル)フェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
ジ(カルボメトキシフェニル)メチルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
4−アセトアミドフェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
ジメチルナフチルスルホニウムヘキサフルオロリン酸塩
トリフロオロメチルジフェニルスルホニウムテトラフルオロホウ酸塩
p−(フェニルチオフェニル)ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモン酸塩
10−メチルフェノキサチイニウム(phenoxathiinium)ヘキサフルオロリン酸塩
5−メチルチアントレニウムヘキサフルオロリン酸塩
10−フェニル−9,9−ジメチルチオキサンテニウム(thioxanthenium)ヘキサフルオロリン酸塩
10−フェニル−9−オキソチオキサンテニウムテトラフルオロホウ酸塩
5−メチル−10−オキソチアントレニウムテトラフルオロホウ酸塩
5−メチル−10,10−ジオキソチアントレニウムヘキサフルオロリン酸塩が含まれる。
反応種、多光子光増感剤、電子供与体化合物、及び光開始剤は、上述の方法によって又は当該技術分野において既知の他の方法で調製することができ、また、複数のものが商業的に入手可能である。これらの4つの構成成分は、「安全光」の条件下で、混合の任意の順序及び方法を使用して(任意選択的に、かき混ぜ又は攪拌を用いて)混合することができるが、ときには(貯蔵寿命及び熱的安定性の観点から)光開始剤を最後に(かつ、他の構成成分の溶解を促進するために任意選択で用いられる加熱工程の後に)添加するのが好ましい。溶媒を組成物の構成成分と目に付くほど反応しないように選定するという条件で、所望により溶媒を使用することができる。好適な溶媒として、例えば、アセトン、ジクロロメタン、及びアセトニトリルが挙げられる。反応種自体が、ときには他の構成成分の溶媒として働くことができる。
発明の方法を実施するにあたり、光反応性組成物は、多光子吸収が行われる条件で光に露光され、それにより露光前の光反応性組成物と比べて異なる溶解度特性(例えば、特定の溶媒中でより小さい又はより大きい溶解度)の領域をもたらす。前記露光は、十分な光の強度を得ることができる任意の既知の手段で達成できる。
微細構造の実施形態
図26A〜26Fを参照すると、ノズル穴形成部、つまり微細構造の一実施形態は、湾曲側部804と、その微細構造頂部802の形状によって示されるように、円形の穴出口を形成するように構成されている平面制御空洞形成部800と、に加えて、円形基部806を備える。
方法の実施形態
1.ノズルを作製する方法であって、該方法は以下を含む。
(a)複数の複製ノズル穴と、複数の複製平面制御空洞と、を含み、金型の少なくとも一部を画定する微細構造化金型パターンを準備すること(複製ノズル穴のそれぞれは、少なくとも1つの複製平面制御空洞に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい)。
(b)微細構造化金型パターンを用いて第1の材料をノズル形成微細構造化パターンに成形することであって、該ノズル形成微細構造化パターンが、複数のノズル穴形成部と、複数の平面制御空洞形成部と、を含むこと。(ノズル穴形成部のそれぞれが、少なくとも1つの平面制御空洞形成部に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい)、を含む。ノズル穴形成部は、実質的に複製ノズル穴のネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)であり、平面制御空洞形成部は、複製平面制御空洞の実質的にネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)である。
(c)ノズル形成微細構造化パターンを用いて第2の材料をノズルプリフォームに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、ノズルプリフォームは、複数のノズルプリフォーム穴と、複数の犠牲平面制御空洞と、備える。ノズルプリフォーム穴のそれぞれが入口開口部を備え、少なくとも1つの犠牲平面制御空洞に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい。ノズルプリフォーム穴は、実質的にノズル穴形成部のネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)であり、犠牲平面制御空洞は、実質的に平面制御空洞形成部のネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)である。つまり、ノズルプリフォーム穴は、実質的に複製ノズル穴のポジティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のポジティブ複製)であり、犠牲平面制御空洞は、複製平面制御空洞の実質的にポジティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)である。
(d)ノズルプリフォームから少なくとも1つのノズルを形成することであって、ノズルプリフォームの上面をノズルの平面的な上面に形成し(すなわち、上面を平坦化し)、穴入口と、内面によって画定された空洞によって穴入口に連結されている(例えば、流体連通している)穴出口と、を備える完成ノズル貫通穴にノズルプリフォーム穴のそれぞれを形成するように、犠牲平面制御空洞を除去するのに十分な第2の材料を除去する(例えば、放電加工、機械的研削などによって)こと、を含む。ノズルはまた、平面的な下面と、平面的な上面と、を有し、平面的な下面は、互いに平行であるか、互いに鋭角であってよい。
(a)第3の材料を複数の複製ノズル穴形成部と、複数の複製平面制御空洞形成部と、を含む金型形成微細構造化パターンに形成すること。複製ノズル穴形成部のそれぞれが、少なくとも1つの複製平面制御空洞形成部に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい。
(b)金型形成微細構造化パターンを用いて第4の材料を微細構造化金型パターンに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、複製ノズル穴形成部が、実質的に複製ノズル穴のネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)であり、複製平面制御空洞形成部が、実質的に複製平面制御空洞のネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)である。
(a)例えば、多光子を同時に吸収することによって多光子反応を受けることが可能である材料など第1の材料を準備すること。
(a)(1)第1の材料内の所望の/指定の位置において多光子を同時に吸収することによって第1の材料内に多光子反応を引き起こす多光子過程、及び/又は(2)焼結プロセスであって、第1の微細構造化パターンがノズル貫通穴を形成するための複数の複製ノズル穴形成部と複数の複製平面制御空洞形成部とを含むこと。複製ノズル穴形成部のそれぞれは、少なくとも1つの複製平面制御空洞形成部に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい。
(b)第1の微細構造化パターンを用いて第2の材料を第2の微細構造化パターンに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、第2の微細構造化パターンが、金型空洞の少なくとも一部を画定し、実質的に第1の微細構造化パターンのネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)を含むこと(つまり、第2の微細構造化パターンは、複数の複製ノズル穴と、複数の複製平面制御空洞と、を含む)。複製ノズル穴のそれぞれが、少なくとも1つの複製平面制御空洞に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい。
(c)金型の第2の微細構造化パターンを用いて第3の材料を第3の微細構造化パターンに成形することであって、第3の微細構造化パターンは、複数のノズル穴形成部と、複数の平面制御空洞形成部と、を含むこと。ノズル穴形成部のそれぞれが、少なくとも1つの平面制御空洞形成部に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい。第3の微細構造化パターンは、実質的に第2の微細構造化パターンのネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)を含む。換言すれば、第3の微細構造化パターンは、複数の複製ノズル穴形成部と、複製平面制御空洞形成部と、を含む、実質的に第1の微細構造化パターンのポジティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のポジティブ複製)を含む。
(d)第3の微細構造化パターンを用いて第4の材料を微細構造化パターンに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、第4の微細構造化パターンは、複数のノズルプリフォーム穴と、複数の犠牲平面制御空洞と、を含み、ノズルプリフォーム穴のそれぞれが、入口開口部を備え、少なくとも1つの犠牲平面制御空洞に連結されていても(例えば、流体連通している)、連結されていなくてもよい。第4の微細構造化パターンは、複数のノズル穴形成部と、平面制御空洞形成部と、を含む、実質的に第3の微細構造化パターンのネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)を含む。つまり、第4の微細構造化パターンは、実質的に第2の微細構造化パターンのポジティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のポジティブ複製)を含む。
(e)第4の微細構造化パターンからノズルを形成することであって、ノズルを形成することは、第4の微細構造化パターンの上面をノズルの平面的な上面に形成し(すなわち、上面を平坦化し)、入口開口部と、内面によって画定された空洞によって入口開口部に連結されている(例えば、流体連通している)少なくとも1つの穴出口と、を備える完成ノズル貫通穴にノズルプリフォーム穴それぞれを形成するように、犠牲平面制御空洞を除去するのに十分な第4の材料を除去する(例えば、放電加工、機械的研削などによって)ことを含む。ノズルはまた、平面的な下面と、平面的な上面と、を有し、平面的な下面は、互いに平行であるか、互いに鋭角であってよい。
(a)複数の複製ノズル穴を含み、金型空洞の少なくとも一部を画定する微細構造化金型パターンを準備することと、
(b)微細構造化金型パターンを用いて第1の材料をノズル形成微細構造化パターンに成形することであって、ノズル形成微細構造化パターンが、複数のノズル穴形成部を含むことと、
(c)ノズル形成微細構造化パターンを用いて第2の材料をノズルプリフォームに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、ノズルプリフォームが、複数のノズルプリフォーム穴を備え、第2の材料が複数の異なる第2の材料を含み、ノズルプリフォームが、得られるノズルプリフォーム、ひいてはノズルが、層毎に又は部分毎に異なる第2の材料からなる多層又は複数の部分を含むように、ノズル形成微細構造化パターンの全体、大部分、又は少なくとも相当部分の上に独立層、又は他の部分として、第2の材料のそれぞれを個別に堆積させることによって形成されることと、
(d)ノズルプリフォームからノズルを形成することであって、ノズルを形成することが、ノズルプリフォームの穴のそれぞれに出口開口部を開口し、それによって前記ノズルプリフォーム穴のそれぞれを、入口開口部と、内面によって画定された空洞によって入口開口部に連結されている(例えば、流体連通している)少なくとも1つの穴出口と、を備える完成ノズル貫通穴に形成するのに十分な前記第2の材料を(例えば、放電加工、機械的研削などによって)除去することと、を含む。
(a)第3の材料を複数の複製ノズル穴形成部を含む金型形成微細構造化パターンに形成することと、
(b)金型形成微細構造化パターンを用いて第4の材料を微細構造化金型パターンに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、複製ノズル穴形成部が、実質的に複製ノズル穴のネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)を形成することと、を含む実施形態23〜26のいずれか1つに記載の方法。
(a)例えば、多光子を同時に吸収することによって多光子反応を受けることが可能である材料など第1の材料を準備すること。
(a)(1)第1の材料内の所望の/指定の位置において、多光子を同時に吸収することによって第1の材料内に多光子反応を引き起こす多光子過程、及び/又は(2)焼結プロセスであって、ノズル貫通穴を形成するための複数の複製ノズル穴形成部を含む第1の微細構造化パターンを含む焼結プロセスを用いて、第1の材料を第1の微細構造化パターンに形成すること。
(b)第1の微細構造化パターンを用いて第2の材料を第2の微細構造化パターンに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、第2の微細構造化パターンが金型空洞の少なくとも一部を画定し、第1の微細構造化パターンの実質的にネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)を含むこと(つまり、第2の微細構造化パターンが複数の複製ノズル穴を含む)。
(c)金型の第2の微細構造化パターンを用いて第3の材料を第3の微細構造化パターンに成形することであって、第3の微細構造化パターンは、複数のノズル穴形成部を含むこと。第3の微細構造化パターンは、実質的に第2の微細構造化パターンのネガティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のネガティブ複製)を含む。換言すれば、第3の微細構造化パターンは、複数の複製ノズル穴形成部を含む、に第1の微細構造化パターンの実質的にポジティブ複製(すなわち、全部分、大部分、又は少なくとも相当部分のポジティブ複製)を含む。
(d)第3の微細構造化パターンを用いて第4の材料を第4の微細構造化パターンに焼結する、金属射出成形(MIM)する、電着させる、ないしは別の方法で堆積させるか、形成することであって、第4の微細構造化パターンは複数のノズルプリフォーム穴を含み、第4の材料は複数の異なる第4の材料を含み、第4の微細構造化パターンは、得られるノズルプリフォーム、ひいてはノズルが層毎に異なる第2の材料からなる堆積物を含むか、ないしは別の方法で多層を含むように、第4の微細構造化パターンの全体、大部分、又は少なくとも相当部分の上に層として第4の材料のそれぞれを個別に堆積させることにより形成される。
(e)第4の微細構造化パターンからノズルを形成することであって、ノズルを形成することは、ノズルプリフォーム穴それぞれに出口開口部を開口するのに十分な第4の材料を除去し(例えば、放電加工、機械的研削などによって)、それによって、入口開口部と、内面によって画定された空洞によって入口開口部に連結されている(例えば、流体連通している)少なくとも1つの穴出口と、を備える完成ノズル貫通穴に、ノズルプリフォーム穴それぞれを形成すること。
64.複数のノズルプリフォーム穴と、複数の犠牲平面制御空洞と、外側平面外周部と、を備えるノズルプリフォームを形成するための微細構造化パターンであって、
実質的にノズルプリフォーム穴のネガティブ複製である、複数のノズル穴形成部と、
実質的に犠牲平面制御空洞のネガティブ複製である、複数の平面制御空洞形成部と、を含む微細構造化パターン。
68.複数のノズル貫通穴を備えるノズルを形成するためのノズルプリフォームであって、ノズル貫通穴それぞれが、入口開口部と、内面で画定された空洞によって入口開口部に連結されている(例えば、流体連通している)少なくとも1つの出口開口部と、を備え、
ノズル貫通穴に対応する複数のノズルプリフォーム穴と、
複数の犠牲平面制御空洞と、を備え、
ノズルプリフォーム穴のそれぞれが、少なくとも1つの犠牲平面制御空洞に連結されていても、連結されていなくてもよい、ノズルプリフォーム。
75.複数のノズル貫通穴を含む微細構造化パターンを含むノズルであって、ノズル貫通穴それぞれが、入口開口部と、内面で画定された空洞によって入口開口部に連結されている(例えば、流体連通している)少なくとも1つの出口開口部と、を備え、微細構造化パターンが外側周辺部を有し、ノズルが層毎に異なる材料からなる多層堆積物を含み、(a)多層のいずれもが薄い導電性シード層の形態ではない、(b)多層が少なくとも3層である、又は(c)(a)及び(b)の両方である、のいずれかである、ノズル。
少なくとも1つのノズル貫通穴を(a)少なくとも1つの他のノズル貫通穴、(b)微細構造化パターンの外側周辺部の一部、又は(c)(a)及び(b)の両方、に連結させる、少なくとも1つ以上の流体(すなわち、ガス又は液体)チャネル、つまりアンダーカット部と、を含むノズル。
複数のノズル貫通穴を含む微細構造化パターンであって、ノズル貫通穴のそれぞれが、入口開口部と、内面で画定された空洞によって入口開口部に連結されている(例えば、流体連通している)少なくとも1つの出口開口部と、を備え、外側周辺部を有する微細構造化パターンと、
ノズル貫通穴の出口開口部を通過して、そこからり流出する流体によって形成されるプリュームの形状を制御する、少なくとも1つの流体プリューム形状制御部と、を含むノズル。
ノズル貫通穴を通過し、ノズル貫通穴の対応する出口開口部から出る流体によって形成される液滴のプリュームに良い影響を及ぼすように、発生させる、ないしは別の方法で、空洞化にする、乱流を誘発させる、ないしは別の方法でノズルを通過する流体(例えば、液体燃料)の流れを妨げる、少なくとも1つ、又はそれ以上の流体流影響部を備える内面を有する、少なくとも1つのノズル貫通穴と、を備えるノズル。
好ましい実施形態のシード層の厚さ≦50μm又は≦100μm(最大厚さ≦200μm)。
硬質クロム0.0003インチ(8μm)〜0.002インチ(50μm)。
無電解ニッケル0.0001インチ(2.5μm)〜0.005インチ(127μm)。
PTFE/ニッケル/リン
スパッタリング及びイオンメッキは、他のコーティング方法であり得る。
Claims (11)
- ノズルを作製する方法であって、
材料を、複数のノズル穴形成部及び複数の平面制御空洞形成部を含むノズル形成構造化パターンに形成することと、
前記ノズル形成構造化パターンを用いて少なくとも1つの異なる材料をノズルプリフォームに形成することであって、該ノズルプリフォームが、前記複数のノズル穴形成部から形成された複数のノズルプリフォーム穴と、前記複数の平面制御空洞形成部から形成された複数の犠牲平面制御空洞と、を備えることと、
前記ノズルプリフォームからノズルを形成することであって、前記ノズルプリフォームの上面を前記ノズルの上面に形成し、前記ノズルプリフォーム穴のそれぞれをノズル貫通穴に形成するように、前記少なくとも1つの異なる材料の一部を除去して前記複数の犠牲平面制御空洞を除去することと、
を含み、
前記複数の犠牲平面制御空洞の除去は、前記ノズル貫通穴を所望の方法で開口させる、作製方法。 - 前記少なくとも1つの異なる材料が複数の異なる材料を含み、前記ノズルプリフォームが、得られる該ノズルプリフォームが部分毎に異なる材料からなる複数部分の堆積物を含むように、前記ノズル形成構造化パターンの上に異なる部分として異なる材料のそれぞれを堆積させることによって形成される、請求項1に記載の方法。
- (a)前記複数部分のいずれもが薄い導電性シード層の形態ではなく、(b)前記複数部分が少なくとも3つの部分であり、又は(c)(a)と(b)の両方である、請求項2に記載の方法。
- 前記複数部分の1つが、内燃機関の燃焼室に燃料と共に前記ノズルを介して供給されるように燃料に溶解する前記ノズルの入口側表面を形成し、前記入口側表面を形成する部分は、燃焼触媒、腐食防止剤、燃焼副産物沈着阻害剤、セラミック、合金、燃料と前記ノズルの内部表面との間の境界面において摩擦を低減する材料、空気と燃料の混合を促進する材料、前記ノズルを備える燃料噴射器と内燃機関の前記燃焼室に曝露されている前記ノズルの外側との間での所望の熱伝導を促進する材料、又はこれらの材料の任意の組み合わせの群から選択される材料である、請求項2に記載の方法。
- 前記複数部分の1つが、内燃機関の燃焼室に燃料と共に前記ノズルを介して供給されるように燃料に溶解する前記ノズルの入口側表面を形成し、前記入口側表面を形成する部分は、燃焼触媒、腐食防止剤、燃焼副産物沈着阻害剤、セラミック、合金、燃料と前記ノズルの内部表面との間の境界面において摩擦を低減する材料、空気と燃料の混合を促進する材料、前記ノズルを備える燃料噴射器と内燃機関の前記燃焼室に曝露されている前記ノズルの外側との間での所望の熱伝導を促進する材料、又はこれらの材料の任意の組み合わせの群から選択される材料である、請求項3に記載の方法。
- 前記複数部分の1つが前記ノズルの入口側表面を形成し、前記複数部分の1つが前記ノズルの出口側表面を形成し、前記複数部分の1つが前記入口側表面と前記出口側表面との間の前記ノズルの中間部分を形成し、前記入口側表面の前記材料はノズルを通過する燃料との相溶性を有し、前記出口側表面の前記材料は内燃機関の燃焼室の内側の環境に好適な材料であり、前記中間部分の前記材料は、前記入口側表面及び前記出口側表面としての利用に好適ではないが、比較的安価である、望ましい熱的特性を有する、振動特性を有する、音響特性を有する、又はこれらの特性の組み合わせから選択される他の所望の特性を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記入口側表面を形成する前記部分は、他の部分に比べて比較的多孔性の燃焼触媒材料であり、前記燃焼触媒材料とノズルを通過する燃料との境界表面積を著しく増加させる、請求項4に記載の方法。
- 前記ノズルが燃料噴射ノズルであり、前記燃料が液体燃料であり、少なくとも1つのノズル穴形成部が、少なくとも1つの燃料流影響部を含む外部表面を有し、且つ、特徴ノズル貫通穴を形成し、前記燃料流影響部が前記特徴ノズル貫通穴の内部表面に複製され、前記燃料が前記特徴ノズル貫通穴の出口開口部から流出して内燃機関の燃焼室に流入するときに、前記燃料流影響部が、前記特徴ノズル貫通穴の前記出口開口部から流出する流体によって形成される液滴のサイズを減少させると共に前記燃料と空気との混合度を改善するように、前記特徴ノズル貫通穴を通過する燃料の流れに空洞化又は乱流を引き起こす、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つのノズル穴形成部が、特徴ノズル貫通穴を形成する収束/分岐流体流部を含む湾曲側部を備え、前記収束/分岐流体流部が、その出口開口部を介して流出する前に、前記特徴ノズル貫通穴を通って流れる流体を少なくとも1回収束させ、その後分岐させる、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つのノズル穴形成部が、特徴ノズル貫通穴を形成する複数の収束/分岐流体流部を含む湾曲側部を備え、前記複数の収束/分岐流体流部が、その出口開口部を介して流出する前に、前記特徴ノズル貫通穴を通って流れる流体を複数回収束させ、その後分岐させる、請求項1に記載の方法。
- 各ノズル穴形成部が、非対称の流体プリュームを形成するために、前記ノズル貫通穴を通る流体流が前記出口開口部から流出するように異なる構成を有する、請求項1に記載の方法。
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