噴嘴及其製造方法
2023-09-21 04:56:55 2
專利名稱：噴嘴及其製造方法
技術領域：
本發明整體涉及噴嘴。本發明還適用於帶有此類噴嘴的燃料噴射器。
背景技術：
燃料噴射越來越成為在內燃機中混合燃料和空氣的優選方法。燃料噴射通常可用來提高發動機的燃料效率並減少有害排放。燃料噴射器通常包括用於在壓力下使燃料霧化以供燃燒的噴嘴。越來越嚴格的環境標準要求使用更高效的燃料噴射器。
發明內容
大體上，本發明涉及噴嘴及製造噴嘴的方法。在一個實施例中，一種生產噴嘴的方法包括以下步驟(a)提供第一材料，該第一材料能夠經歷多光子反應；(b)採用多光子過程在所述第一材料內形成第一微結構化圖案；(c)在不同於所述第一材料的第二材料中複製所述第一微結構化圖案以製作第一模具，該第一模具包括在所述第二材料中的第二微結構化圖案；(d)在不同於所述第一材料和所述第二材料的第三材料中複製所述第二微結構化圖案以製作第二模具，該第二模具包括在所述第三材料中的包括多個微結構的第三微結構化圖案；(e)採用與所述第三材料不同的第四材料層使所述第二模具的第三微結構化圖案平整化，其中所述層使在第三微結構化圖案中的所述多個微結構中的微結構頂部暴露； 和(f)去除所述第三材料獲得在所述第四材料中具有多個孔的噴嘴，其中所述孔對應於所述第三微結構化圖案中的所述多個微結構。在一些情形中，所述方法中的所述步驟按順序實施。在一些情形中，所述第一材料包括聚甲基丙烯酸甲酯。在一些情形中，所述第一材料能夠經歷雙光子反應。在一些情形中，所述第一微結構化圖案包括多個離散微結構。在一些情形中，所述多個離散微結構包括一離散微結構，其為三維直線主體、三維直線主體的一部分，立體曲線主體、立體曲線主體的一部分、多面體、錐體、錐形微結構或螺旋微結構。 在一些情形中，採用雙光子工藝在所述第一材料中形成所述第一微結構化圖案。在一些情形中，在所述第一材料中形成所述第一微結構化圖案的步驟包括使所述第一材料的至少一部分曝光從而使多個光子被同時吸收。在一些情形中，在所述第一材料中形成所述第一微結構化圖案的步驟包括去除所述第一材料的曝光部分、或所述第一材料的未曝光部分。在一些情形中，在所述第二材料中複製所述第一微結構化圖案包括電鍍所述第一微結構化圖案。在一些情形中，所述第二材料包括電鍍材料。在一些情形中，所述第一模具包括金屬。 在一些情形中，所述第一模具包括Ni。在一些情形中，所述第二微結構化圖案實質上為所述第一微結構化圖案的複製陰模。在一些情形中，所述在第三材料中複製所述第二微結構化圖案的步驟包括注模。在一些情形中，所述第三材料包括聚合物，如聚碳酸酯。在一些情形中，所述第二模具包括聚合物。在一些情形中，所述第三微結構化圖案實質上為所述第二微結構化圖案的複製陰模。在一些情形中，所述使第三微結構化圖案平整化的步驟包括電鍍所述第三微結構化圖案。在一些情形中，所述使第三微結構化圖案平整化的步驟包括採用所述第四材料塗覆所述第三微結構化圖案。在一些情形中，所述使第三微結構化圖案平整化的步驟包括採用所述第四材料電鍍所述第三微結構化圖案。在一些情形中，所述使第三微結構化圖案平整化的步驟包括去除所述第四材料的一部分，其中在一些情形中，所述被塗覆的第四材料的所述部分通過研磨方法去除。在一些情形中，所述第四材料包括電鍍材料。在一些情形中，所述噴嘴包括金屬。在一些情形中，所述噴嘴包括Ni。在另一個實施例中，噴嘴包括中空內部空間和至少一個將所述中空內部空間與所述噴嘴的外側連接的孔。所述至少一個孔包括具有第一形狀且位於所述噴嘴的所述中空內部空間處的孔入口和具有不同於所述第一形狀的第二形狀且位於所述噴嘴的外側處的孔出口。在一些情形中，所述第一形狀為橢圓形，所述第二形狀為圓形。在一些情形中，所述第一形狀為跑道形，所述第二形狀為圓形。在一些情形中，所述第一形狀的周邊包括多個緊密堆積的圓的外圓弧，其中所述外圓弧由類似曲線的圓角連接。在另一個實施例中，噴嘴包括中空內部空間和至少一個將所述中空內部空間與噴嘴外側連接的孔。所述至少一個孔包括所述噴嘴的所述中空內部空間處的孔入口和所述噴嘴的外側處的孔出口。所述至少一個孔帶有從所述孔入口到所述孔出口旋轉的截面。在一些情形中，所述截面從所述孔入口到所述孔出口具有逐漸提高的旋轉率。在一些情形中，所述截面從所述孔入口到所述孔出口具有逐漸降低的旋轉率。在一些情形中，所述截面從所述孔入口到所述孔出口具有恆定的旋轉率。在一些情形中，所述孔入口具有第一形狀，所述孔出口具有與所述第一形狀不同的第二形狀。在一些情形中，所述噴嘴包括多個孔，所述多個孔被布置成包括最外側圓的同心圓陣列。所述離散的噴嘴孔被布置成使得沒有最外側圓的直徑包括來自同心圓陣列中的每一圓的至少一個離散噴嘴孔。在一些情形中，所述同心圓陣列中的每一個圓包括間隔均勻的離散噴嘴孔。
結合附圖對本發明的各種實施例所做的以下詳細描述將有利於更完整地理解和體會本發明，其中圖1A-1M為在製造噴嘴的方法中處於中間階段或步驟時的構造的示意圖；圖2為一種微結構的立體示意圖；圖3為另一種微結構的立體示意圖；圖4為另一種微結構的立體示意圖；圖5為另一種微結構的立體示意圖；圖6為微結構的底的示意圖；圖7和圖8分別為微結構的立體示意圖和俯視圖；圖9為微結構(噴嘴孔)的立體示意圖；圖10為圖9所示的微結構(噴嘴孔)的底(孔入口)的示意圖；圖11為圖9所示的微結構(噴嘴孔)的俯視示意圖；圖12為噴嘴孔(微結構)的立體示意圖；圖13為圖12所示的噴嘴孔(微結構)的孔入口(底)的示意圖；圖14為圖12所示的噴嘴孔(微結構)的俯視示意圖；圖15A和圖15B為兩種不同的孔(微結構)陣列的俯視示意圖；圖16為多個噴嘴孔(微結構)的立體示意圖17為微結構的側視示意圖；圖18為曝光系統的側視示意圖；圖19和圖20為微結構簇的兩張掃描電鏡顯微照片(SEM)；圖21為聚碳酸酯微結構簇的掃描電鏡顯微照片；圖22和圖23分別為孔簇的孔入口和孔入口的光學顯微照片；圖M為一種噴嘴的側視示意圖；和圖25為圖22和圖23所示的孔中的一個孔的掃描電鏡顯微照片。在說明書中，多個附圖中使用的相同附圖標號是指具有相同或類似特性和功能的相同或類似元件。
具體實施例方式本發明整體涉及噴嘴。本發明所公開的噴嘴包括設計成在孔入口處、孔壁中和孔出口處改善噴射方向和流體動力學的一個或多個孔。本發明所公開的噴嘴可有益地裝入燃料噴射器系統中以提高燃料效率。本發明所公開的噴嘴可採用例如雙光子工藝等多光子工藝進行製造。具體地，可採用多光子工藝來製造微結構，而微結構繼而可用作模具來製造用於噴嘴或其它應用的孔。應當理解，在本領域中，術語「噴嘴」可具有多種不同的含義。在一些具體的參考文獻中，術語「噴嘴」具有廣泛的定義。例如，美國專利公開號2009/0308953A1 (Palestrant 等人)公開了一種「霧化噴嘴」，其包括多個元件，包括封堵器室50。這區別於本申請給出的對噴嘴的理解和定義。例如，本說明書中的噴嘴大體上對應於Palestrant等人的孔插件M。一般地，本說明書中的噴嘴可理解為霧化噴射系統的末端錐形部分，噴霧最終從所述末端錐形部分噴出，參見例如韋氏字典(Merriam Webster' s Dictionary)對噴嘴的定義帶有用於(如在軟管上)對流體流加速或導向的圓錐或縮小部的短管。其它的理解可參見授予 Nippondenso Co.，Ltd. (Kariya，Japan)的美國專利號 5，716，009 (Ogihara 等人)。在該參考文獻中，流體噴射「噴嘴」再一次被廣義地定義為多段閥元件10( 「燃料噴射閥10用作流體噴射噴嘴」-參見Ogihara等人的專利的第4欄第沈_27行)。本申請中使用的術語「噴嘴」的定義和理解應涉及第一和第二孔板130、132，還可能涉及例如套筒 138(參見Ogihara等人的專利的圖14和圖15)，其位於緊鄰燃料噴口處。授予Hitachi， Ltd. (Ibaraki, Japan)的美國專利號5，127，156 (Yokoyama等人)中使用了類似於本申請所述的對術語「噴嘴」的理解。在該專利中，噴嘴10被定義為獨立於連接的一體化結構的元件，如「渦旋式噴嘴」 12(見圖1(11))。當術語「噴嘴」在隨後的說明書和權利要求書中被提及時，上述定義應被理解。在一些情形中，本發明所公開的微結構可為三維直線主體，如例如四面體或六面體等多面體、稜柱、或稜錐，或此類主體的一部分或其組合，如平截頭體。例如，圖2為微結構220的立體示意圖，微結構220設置於基底210上並包括平面的或平坦的底230、平面的或平坦的頂240和將所述頂連接至所述底的側面250。側面250包括多個平面或平坦面，如面沈0、265和270。微結構220可用作製造用於例如噴嘴的孔的模具。在一些情形中，本發明所公開的微結構可為立體曲線主體或此類主體的一部分， 例如球體、非球體、橢圓體、類球體、拋物體、圓錐體或截頭圓錐體或圓柱體的區段。例如，圖3為微結構320的立體示意圖，微結構320設置於基底310上並包括平面的或平的底330、 平面的或平的頂340和將所述頂連接至所述底的曲線側面350。在該示例性微結構320中， 頂340和底330具有相同的形狀。微結構320從底330到頂340逐漸變細。因此，頂340 的面積較底330小。微結構320可用作製造用於例如噴嘴的孔的模具。在一些情形中，本發明所公開的微結構的一些特徵從底到頂發生變化。例如，在一些情形中，本發明所公開的微結構可為錐形微結構。例如，圖4為微結構420的立體示意圖， 其可採用多光子過程製造。微結構420可用作製造用於例如噴嘴的孔的模具。微結構420 設置於基底410上並包括底430、頂440和將所述頂連接至所述底的側面450。微結構420 具有高度或厚度h1;其為沿ζ軸在底430和頂440之間的距離。微結構420呈錐形。具體地，微結構的橫截面積沿微結構的厚度方向從底430到頂440減小。例如，微結構420在xy 平面內在高度Ii2處具有截面460，在xy平面內在高度Ii3 > h2處具有截面470。截面470的面積小於截面460的面積，而截面460的面積小於底430的面積。底430具有第一形狀，而頂440具有與所述第一形狀不同的第二形狀。在一些情形中，第一形狀為橢圓形，而第二形狀為圓形。例如，圖5為微結構520的立體示意圖，微結構520包括橢圓底530、圓頂540和將所述頂連接至所述底的側面550。橢圓底530具有沿 y方向長度為「a」的長軸560和沿χ方向長度為與「a」不同的「b」的短軸570。圓頂MO 具有半徑r。微結構520呈錐形。具體地，圓頂MO的面積小於橢圓底530的面積。作為另外一個例子，所述第一形狀可為跑道形，而第二形狀可為例如圓形。例如， 圖6為底630的示意圖，底630可作為本發明所公開的微結構的底。底630包括兩個圓642、 644和中間部分650。底630具有周邊660，周邊660包括彎曲部分或弧632和634以及直線部分636和638。彎曲部分632和634分別為圓642和644的一部分。在一些情況下，本發明所公開的微結構沿微結構的厚度或高度方向具有截面，該截面從所述微結構的底旋轉至所述微結構的頂。例如，圖7為微結構720的立體示意圖，微結構720包括設置於xy平面內的底730、設置於xy平面內的頂740和將所述頂連接至所述底的側面780。微結構720具有高度h4。微結構720具有從頂740到底730順時針旋轉的xy截面。具體地，頂740沿χ方向具有對稱軸742，在高度h5 < h4處的微結構的xy截面750具有對稱軸752，其相對於對稱軸742成順時針旋轉；在高度Ii6 < h5處的微結構的 xy截面755具有對稱軸757，其相對於對稱軸752成順時針旋轉；在高度h7 < h6處的微結構的xy截面760具有對稱軸762，其相對於對稱軸757成順時針旋轉；底730沿y軸具有對稱軸732，其相對於對稱軸762呈順時針旋轉。等同地，微結構720具有xy截面，其從底 730到頂740逆時針旋轉。圖8為微結構720的俯視示意圖，其示出頂740及其對稱軸742、 截面750及其對稱軸752、截面755及其對稱軸757、截面760及其對稱軸762和底730及其對稱軸732。從頂部看，所述截面的對稱軸從頂到底順時針旋轉。這種旋轉使得所述微結構沿其高度或厚度成扭曲狀。在一些情形中，每一個截面均可為橢圓，其具有相應的長軸作為對稱軸。在這些情形中，長軸從底到頂旋轉。在一些情形中，例如當微結構成錐形或扭曲時，所述截面旋轉並且從底到頂變小。例如，橢圓底730具有沿y方向長度為「a」的長軸 732和沿χ方向長度為「b」的短軸734，「b」與「a」不同。當長軸從底到頂旋轉時，通過例如減小「a」來減小a/b之比使得橢圓變小，最終在頂部變成圓(a = b)。總體上，本發明所公開的微結構可從底到頂沿其厚度包括圓錐和/或扭曲或螺旋。
微結構720可用作模具來製造噴嘴中的一個或多個孔，所述孔和微結構720具有基本相同的輪廓。例如，這種製造方法製得的孔720具有孔入口 730、孔出口 740和從孔入口延伸至孔出口的壁752。所述孔從孔入口到孔出口成錐形和螺旋形或扭曲形。有益地，本發明所公開的螺旋或扭曲的噴嘴孔可用於燃料噴射器中以增大燃料流速、減小液滴尺寸並改善燃料和空氣的混合。所述微結構可被理解為在其不同的高度(如h6、h5等)處具有「直徑」。該直徑可被理解為在共同高度處微結構的邊緣之間的最大距離。在具有橢圓底的情形中，如孔入口 730處，該直徑為所述微結構沿長軸732的邊緣之間的距離。在所述結構的相對端，對應於孔出口 740，類似地，該直徑為在共同高度(此處為比)處微結構的邊緣之間的最大距離。因此，沿軸742的所述微結構邊緣之間的距離將對應於孔出口的直徑。在一些實施例中，所述孔入口可具有小於300微米、或小於200微米、或小於或等於160微米、或小於140微米的直徑。在一些實施例中，所述孔出口可具有小於300微米、或小於200微米、或小於100微米、或小於或等於40微米、或小於125微米的直徑。在一些情形中，噴嘴孔720的截面從所述孔入口到所述孔出口具有逐漸增加的旋轉率。在一些情形中，噴嘴孔720的截面從所述孔入口到所述孔出口具有逐漸減小的旋轉率。在一些情形中，所述截面從所述孔入口到所述孔出口具有恆定的旋轉率。通常，本發明所公開的微結構的底或橫截面，或本發明所公開的噴嘴孔的孔入口或橫截面可具有可能在應用中所需的任意截面。在一些情形中，所述底或孔入口可具有包括緊密堆積的圓的外圓弧的周邊，其中外圓弧由類似曲線的圓角連接。例如，圖9為微結構 920的立體示意圖，其包括底930、頂940和將所述底連接至所述頂的側面950。圖10為具有周邊1090的底930的示意圖，該周邊包括四個緊密堆積的圓的外圓弧，其中外圓弧由類似曲線的圓角連接。具體地，周邊1090包括圓1020的外圓弧1010、圓1022的外圓弧1012、 圓IOM的外圓弧1011、以及圓10 的外圓弧1016，其中外圓弧1010和1012通過類似曲線的圓角1030連接，外圓弧1012和1014通過類似曲線的圓角1032連接，外圓弧1014和 1016通過類似曲線的圓角1034連接，且外圓弧1016和1010通過類似曲線的圓角1036連接。圓1010、1012、1014和1016形成同樣並接觸的圓的方陣，其中每一個圓均具有半徑底930包括對稱軸1040。微結構920的橫截面旋轉並且半徑巧從底930到頂940 減小，從而使微結構從底930到頂940成螺旋狀並逐漸變細。等同地，噴嘴孔920包括孔入口 930、孔出口 940和從所述孔入口至所述孔出口延伸的壁950。孔920具有橫截面，其從所述孔入口至所述孔出口旋轉並逐漸變小。圖11為噴嘴孔(或微結構)920的俯視示意圖，示出孔入口 930具有對稱軸1040 且孔出口 940具有對稱軸942。從頂部看，孔920的截面的對稱軸從所述孔入口至所述孔出口逆時針旋轉。這種旋轉導致孔沿其高度或厚度扭曲。作為另外一個例子，圖12為噴嘴孔(或微結構)1220的立體示意圖，噴嘴孔1220 具有高度1^並包括孔入口 1230、孔出口 1240和從所述孔入口延伸至所述孔出口的壁1250。 圖13為具有周邊1235的孔入口 1230的示意圖，該周邊包括兩個緊密堆積的或接觸的圓的外圓弧，其中外圓弧由類似曲線的圓角連接。具體地，周邊1090包括圓1280的外圓弧1270 和圓1282的外圓弧1272，其中每一個圓具有半徑r2並且外圓弧1270及1272由曲線狀的圓角1290和1292連接。
孔入口 1230包括對稱軸1232。噴嘴孔1220的橫截面旋轉並且半徑r2從孔入口 1230到孔出口 1240減小，從而使微結構從孔入口 1230到孔出口 1240成螺旋狀並逐漸變細。具體地，頂1240沿χ方向具有對稱軸1242，在高度為1 < Ic1處所述孔的xy截面1264 具有相對於對稱軸1242順時針旋轉的對稱軸1沈5，在高度為k3 < k2處所述孔的xy截面 1262具有相對於對稱軸1265順時針旋轉的對稱軸1沈3，在高度為k4 < k3處所述孔的xy 截面1260具有相對於對稱軸1263順時針旋轉的對稱軸1沈1，以及孔入口 1230具有相對於對稱軸1261順時針旋轉的沿y軸的對稱軸1232。因此，孔1220具有從孔出口 1240至孔入口 1230順時針旋轉的xy截面。等同地，孔1220具有從孔入口至孔出口逆時針旋轉的 xy截面。圖14為噴嘴孔1220的俯視示意圖，示出孔出口 1240及其沿χ軸的對稱軸1242、 截面1264及其對稱軸1沈5、截面1262及其對稱軸1沈3、截面1260及其對稱軸1沈1、以及孔入口 1230及其沿y軸的對稱軸1232。從頂部看，所述孔的橫截面的對稱軸從孔出口至孔入口順時針旋轉。等同地，微結構1220包括底1230、頂1240和將所述底連接至所述頂的側面1250。 微結構1220具有從所述底到所述頂旋轉並變小的截面。如圖2至圖14所示，本文所公開的用作噴嘴的微結構可為整體結構。換而言之，形成實際噴嘴的微結構220、320、420等構建於，並最終形成共同的、單一材料件。這可被理解為與通過組合多個不同的零件形成的噴嘴不同，其中這些零件可能由不同的材料製成。在這方面，如上述圖所示，本文所公開的噴嘴可為整體結構。通常，多個本發明所公開的微結構或孔可具有可能在應用中所需的任意布置方式。例如，在一些情形中，本發明所公開的孔可按規則排列或不按規則排列。例如，圖15A 為孔或微結構1510的兩維方陣列1500的俯視示意圖，圖15B為孔或微結構1530的兩維六邊形陣列1520的俯視示意圖，其中孔或微結構1510和1530可為本文所公開的任意噴嘴孔或微結構。在一些情形中，多個本發明所公開的微結構或孔可布置於非平面上。例如，圖16 為設置於或布置於球面1620上的多個噴嘴孔或微結構1610的立體示意圖。在一些情形中，本發明所公開的微結構或孔可具有一個或多個圓角，以便製造和/ 或減少局部應力。例如，圖17為微結構1720的側視示意圖，所述微結構設置於基底1710上且包括底1730、頂1740和連接所述底至所述頂的側面1750。微結構1720包括平滑連接側面1750和頂1740的圓角1760和1761，以及平滑連接側面1750和基底1710的頂面1705 的圓角1770和1771。本文所公開的噴嘴孔和微結構可採用圖1A-1M所示的方法進行製造。該方法在製造單一陣列中的多種單個微結構和孔時提供靈活性和控制，也可在保持工業上可接受的製造速度或「生產量」的同時達到所需的低的平均表面粗糙度。圖IA為設置於基底110上的第一材料層115的側視示意圖。所述第一材料能夠通過同時吸收多個光子而經歷多光子反應。例如，在一些情形中，所述第一材料能夠通過同時吸收兩個光子而經歷雙光子反應。所述第一材料可為能夠經歷例如雙光子反應等多光子反應的任意材料或材料系統，如描述於2005年12月21日提交的、名稱為「I^rocess For Making Microlens Arrays And Masteroforms」的待審美國申請序列號 11/313482 (律師檔案號60893US002)中的那些；2007年5月17號提交的、名稱為「Process For Making Light Guides With Extraction Structures And Light Guides Produced Thereby，，的美國專利申請公開號US2009/0175050(律師檔案號62162US007)中的那些；以及2008年9月9日提交的、名稱為「Highly Functional Multiphoton Curable Reactive Species」的 PCT 國際公開W02009/048705(律師檔案號63221W0003)中的那些，所有這些都以引用方式併入本文。在一些情形中，所述第一材料可為光反應性組合物，其包括至少一種能經歷酸引發或自由基引發的化學反應的活性反應組分、和至少一個多光子光引發劑系統。適用於光反應性組合物的活性反應組分包括固化性物質和非固化性物質兩者。示例性的固化性物質包括加成可聚合單體、低聚物和加成可交聯聚合物(如可自由基聚合或可交聯的烯鍵式不飽和類物質，包括例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、和例如苯乙烯等某些乙烯基化合物)，以及可陽離子聚合的單體、低聚物和可陽離子交聯聚合物(最常被酸引發的物質且包括例如環氧樹脂、乙烯醚、氰酸鹽酯等)，及其類似物和其混合物。示例性的非固化性物質包括反應性聚合物，其溶解度在酸或自由基引導的反應下可提高。此類反應性聚合物包括，例如含有酯基團的非水溶性聚合物，酯基團可通過光生酸轉換為水溶性的酸基團(例如聚(4-叔丁氧基羰氧基苯乙烯))。非固化性物質還包括化學增幅感光樹脂。所述多光子光引發劑系統使得聚合被限制或局限於用於曝光所述第一材料的聚光束的焦域。這種系統優選為包括至少一種多光子光敏劑、至少一種光引發劑(或電子受體)及任選的至少一種電子供體的雙組分系統或三組分系統。第一材料層115可採用可能在應用中所需的任何塗覆方法塗覆到基底110上。例如，所述第一材料可通過滿塗(flood coating)而塗覆於基底110上。其它示例性的塗覆方法包括刮塗、切口塗(notch coating)、逆轉輥塗(reverse roll coating)、凹版印塗 (gravure coating)、噴塗、棒塗(bar coating)、旋塗和浸塗。根據特定應用和所要採用的曝光方法，基底110可選自多種薄膜、薄片和其它表面(包括矽片和玻璃板)。在一些情形中，基底110足夠平，以使第一材料層115具有均勻的厚度。在一些情形中，層115可被批量曝光。在這些情形中，基底110可不包括在製造工藝中。在一些情形中，如工藝中包括一個或多個電鍍步驟時，基底110可導電或半導電。下一步，第一材料選擇性地暴露於具有足夠強度的入射光，以在暴露區域中使所述第一材料同時吸收多個光子。所述曝光步驟可伴有能夠提供具有足夠強度的光的任意方法。示例性的曝光方法描述於美國專利申請公開US2009/0099537中，其提交於2007年3 月 23 日，名禾爾為"Process For Making Microneedles, Microneedle Arrays, Masters, And Replication Tools」 (律師檔案號61795US005)，以引用方式併入本文。圖18為曝光第一材料層115的示例性曝光系統1800的側視示意圖。該曝光系統包括發射光1830的光源1820和能在一個、兩個或三個方向上移動的臺面1810。塗覆有第一材料層115的基底110放置於檯面上。光學系統1840在第一材料內的焦域1850聚焦所發射的光1830。在一些情形中，光學系統1840被設計成只在焦域1850處或緊鄰焦域1850 處使第一材料同時吸收多個光子。經歷多光子反應的層115的區域相比沒有經歷多光子反應的層115的區域變得或多或少地可溶於至少一種溶劑中。通過在光學系統1840中移動臺面1810和/或光1830和/或一個或多個元件，如一個或多個反射鏡，焦域1850可在第一材料內掃描出立體圖案。在圖IA和18中示出的示例性工藝中，層115設置於平面基底110上。通常，基底110可具有可能會在應用中所需的任意形狀。例如，在一些情形中，基底110可具有球狀。光源1820可為能產生足夠光強度以進行多光子吸收的任意光源。示例性的光源包括雷射、如飛秒雷射(femtosecond lasers)，其操作範圍為從大約300nm到大約1500nm， 或從大約400nm到大約llOOnm，或從大約600nm到大約900nm，或從大約750nm到大約 850nmo光學系統1840可包括(例如)折射光學元件(例如，透鏡或微透鏡陣列)、反射光學元件(例如，反光鏡或聚焦反射鏡)、衍射光學元件(例如，光柵、相位掩模和全息圖)、偏振光學元件(例如，線性偏振片和波片)、色散光學元件(例如，稜鏡和光柵)、漫射、普克爾斯盒、波導等。這類光學元件可用於聚焦、光束遞送、光束/模式成形、脈衝成形以及脈衝定時。在通過曝光系統1800選擇性地曝光第一材料層115後，曝光層被放置於溶劑中以溶解較高溶劑溶解度區域。可用於衝洗所曝光的第一材料的示例性溶劑包括水溶劑，如水 (例如，PH值的範圍為從1到12的水)和水與有機溶劑的可混溶共混物(例如，甲醇、乙醇、 丙醇、丙酮、乙腈二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮及其類似物和混合物)，以及有機溶劑。示例性的可用有機溶劑包括醇(例如甲醇、乙醇和丙醇)、酮(例如丙酮、環戊酮和甲基乙基酮)、芳族化合物(例如甲苯)、滷烴(例如二氯甲烷和氯仿)、腈(例如乙腈)、酯(例如乙酸乙酯和丙二醇甲醚醋酸酯)、醚(例如乙醚和四氫呋喃)、醯胺(例如，N-甲基吡咯烷酮) 等，以及它們的混合物。圖IB為採用多光子過程形成於第一材料中的第一微結構化圖案 121的側視示意圖。第一微結構化圖案包括微結構120的第一簇122和微結構125的第二簇124，其中微結構120和125可為包括本文所公開的任意微結構在內的任意微結構。在一些情形中，微結構120和125具有不同的結構。在一些情形中，微結構120和125具有同樣的結構。在示例性的第一微結構化圖案121中，微結構120和125具有高度、。圖19和20為根據本發明所公開的方法製造的微結構120的簇的掃描電鏡顯微照片。圖19和20中的微結構與圖12中所示的微結構1220相似。在圖19中，所述微結構沿其底的短軸觀察；而在圖20中，所述微結構沿其底的長軸觀察。圖19(和圖20)中的所述多個微結構以同心圓陣列分布，同心圓陣列包括最外側圓1910。微結構的這種分布使得沒有最外側圓的直徑包括來自同心圓陣列中的每一圓的至少一個離散微結構。例如，最外側圓1910的直徑1920包括微結構1901-1905但不包括微結構1930和1931。圖19所示同心圓陣列中的每一圓均包括間隔均勻的離散微結構。相似地，在一些情形中，噴嘴包括在同心圓陣列中分布的多個孔，所述同心圓陣列包括最外側圓。離散噴嘴孔的這種分布使得沒有最外側圓的直徑包括來自同心圓陣列中的每一個圓的至少一個離散噴嘴孔。在一些情形中，同心圓陣列中每一圓均包括間隔均勻的離散噴嘴孔。下一步，如圖IC示意性地所示，第一微結構化圖案121的頂面1 被金屬化或通過採用薄的導電包覆層(seed layer) 127塗覆該頂面而使之可導電。導電包覆層127可包括在應用中所需的任意導電材料。示例性的導電材料包括銀、鉻、金和鈦。在一些情形中， 包覆層127的厚度小於大約50nm、或小於大約40nm、或小於大約30nm或小於大約20nm。下一步，如圖ID示意性所示，包覆層127用於採用第二材料電鍍第一微結構化圖案121，從而獲得第二材料層130。在一些情形中，持續電鍍第一微結構化圖案121直到層 130的最小厚度t2大於、為止。
適用於電鍍的第二材料包括銀、鈍化銀、金、銠、鋁、反射性增強的鋁、銅、銦、鎳、 鉻、錫和它們的合金。在一些情形中，第二材料層130具有不平坦或粗糙的頂面132。在這些情形中，第二材料層130被拋光或研磨從而獲得厚度為t3 >、的第二材料層135，如圖IE示意性所示。研磨或拋光可採用可能會在應用中所期望的任意研磨方法來實現。示例性的研磨方法包括表面研磨和機械磨削。在一些情形中，第二材料層130可直接沉積到第一微結構化圖案121上，不需要帶有包覆層127的第一塗覆圖案121。在這些情形中，層130可採用任意合適的方法塗覆到圖案121上，包括，例如濺射和化學氣相沉積。下一步，移走基底110和第一材料，從而獲得圖IF示意性所示的第二材料的第一模具140。為便於觀察和不喪失一般性，包覆層127在圖IF中未示出。在一些情形中，基底110和圖案化的第一材料可用手從層135分離。在一些情形中，可在研磨層130之前進行分離。第一模具140包括第二微結構化圖案141，其實質上為第一微結構化圖案121的複製陰模。具體地，第二材料的第一模具140包括微結構145的第一簇146和微結構148的第二簇147，其中微結構145實質上為微結構120的複製陰模，而微結構148實質上為微結構125的複製陰模。下一步，通過將第三材料放置於第二材料的第一模具140和具有平滑頂面157的基底155之間，在不同於第一和第二材料的第三材料150中對第二微結構化圖案進行複製， 如圖IG示意性所示。複製過程可採用任意合適的複製方法實現。例如，在一些情形中，複製可採用注模方法實現。在這些情形中，可將熔化的第三材料150引入基底155和第一模具140之間並在熔化的第三材料填充第二微結構化圖案後使第三材料150凝固。第三材料 150可為能夠複製圖案的任意材料。示例性的第三材料包括聚碳酸酯和其它熱塑性塑料，如聚苯乙烯、丙烯酸樹脂、苯乙烯丙烯晴、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、環烯聚和物、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二酯和含氟聚合物。複製後，將第二材料的第一模具140和基底155移走，從而獲得具有基底部分162 的第三材料的第二模具160和實質上為第二微結構化圖案141的複製陰模且實質上為第一微結構化圖案121的複製陽模的第三微結構化圖案161。第三微結構化圖案161包括微結構165的第一簇168和微結構159的第二簇169，其中微結構165實質上為微結構145的複製陰模，而微結構159實質上為微結構148的複製陰模。在一些情形中，微結構165實質上為微結構120的複製陽模，而微結構159實質上為微結構125的複製陽模。圖21為根據本發明所公開的方法製造的聚碳酸酯微結構165的簇的掃描電鏡顯微照片。下一步，如圖II示意性所示，第三微結構化圖案161的頂面巧4被金屬化或通過採用薄的導電包覆層167(類似於包覆層127)塗覆該頂面而使之可導電。下一步，如圖IJ示意性所示，包覆層167用於採用與所述第三材料不同的第四材料電鍍第三微結構化圖案161，從而獲得第四材料層170。在一些情形中，持續電鍍第二微結構化圖案161直到層130的最小厚度t5大於t4 (即第二模具160中的微結構的高度)為止。在一些情形中，高度t4與高度、基本上相等。適用於電鍍的第四材料包括銀、鈍化銀、 金、銠、鋁、反射性增強的鋁、銅、銦、鎳、鉻、錫和它們的合金。在其它實施例中，第四材料可為沉積到第三微結構化圖案上的陶瓷。這種陶瓷材料可通過，例如描述於共同擁有和轉讓的美國專利號5，453，104中的溶膠-凝膠法生成，或通過描述於共同擁有和轉讓的美國專利號 6，572，693,6, 387，981,6, 899，948,7, 393，882,7, 297，374 和 7，582，685 中的光固化陶瓷填充或陶瓷先驅體聚合物組合物方法生成，其中每一個專利均以引用方式全文併入本文。這些陶瓷材料可包括，例如二氧化矽、氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、或如下元素的氧化物 釔、鍶、鋇、鉿、鈮、鉭、鎢、鉍、鉬、錫、鋅、鑭系元素(即包括原子數範圍為57至71的元素)、 鈰，和它們的組合。下一步，對層170的頂面172進行研磨直到微結構165的頂171和微結構159的頂173暴露為止。在一些情形中，第三材料比第四材料軟。例如，在一些情形中，第三材料為聚碳酸酯，第四材料為鎳合金。在此類情形中，可在研磨過程中去除頂171和173的小部分，以確保第三微結構化圖案161中的所有微結構的頂都被暴露出。在這些情形中，如圖IK 示例性所示，研磨造成第四材料層175使第三微結構化圖案平整並暴露出第三微結構化圖案中的所述多個微結構中的微結構頂185。第四材料層175具有與微結構180的頂184和微結構181的頂186基本平齊的頂面177。所述微結構的高度t6可稍小於t4。下一步，移走第二模具160，形成包括對應於第三微結構化圖案161中的所述多個微結構的多個孔106的第四材料層190。具體地，第四材料層190包括孔195的第一簇192 和孔198的第二簇193。在一些情形中，孔195為微結構120的實質性複製品，孔198為微結構125的實質性複製品。孔195包括孔入口 182和孔出口 183，孔198包括孔入口 196和孔出口 197。圖22和23為根據本發明所公開的方法製造的孔195的簇192的相應孔入口 182 和孔出口 183的光學顯微照片。圖25為從孔入口側觀察的孔195中一個的掃描電鏡顯微照片。該孔具有孔入口 2510和比孔入口小的孔出口 2520。該顯微照片清晰地示出孔中的錐形和扭曲。在一些情形中，如圖IM示意性所示，兩簇192和193沿方向199分開，形成部分 102和分開的部分103(在一些情形中兩者基本相同)，其中每一部分都可用於噴嘴和/或燃料噴射器。圖M為噴嘴MOO的側視示意圖，其包括中空內部空間MlO和將中空內部空間與噴嘴外側M30分開的壁M05。所述噴嘴還包括連接中空內部空間MlO到噴嘴外側M30 的至少一個孔，如孔M20。所述孔將氣體或液體從中空內部空間輸送到外部。孔對20可為本本文所公開的任意孔。孔M20包括壁M05的內表面M06處的孔入口 M40和壁M05的外表面M07處的孔出口 M45。孔入口 M40也在噴嘴的中空內部MlO處，而孔出口 M45 在噴嘴的外部M30處。在一些情形中，孔入口 M40具有第一形狀，而孔出口 M45具有與所述第一形狀不同的第二形狀。例如，在一些情形中，第一形狀為橢圓形，第二形狀為圓形。作為另外一個例子，在一些情形中，第一形狀可為跑道形，而第二形狀可為圓形。作為另外一個例子，在一些情形中，第二形狀可為圓形或橢圓形，所述第一形狀的周邊可包括多個緊密堆積的圓的外圓弧，其中外圓弧由類似曲線的圓角連接。在一些情形中，第一形狀可與第二形狀實質上相同，但他們可具有不同的放大率或尺寸。例如，第一形狀可為半徑為 的圓，而第二形狀也可為圓，但其半徑為 ，不同於a1。
在一些情形中，孔M20具有從孔入口 M40到孔出口 M45旋轉的橫截面，其中橫截面是指與例如孔內液體或氣體的大體流動方向基本垂直的截面。在一些情形中，所述截面從孔入口到孔出口具有逐漸增加的旋轉率。在一些情形中，所述截面從孔入口到孔出口具有逐漸減小的旋轉率。在一些情形中，所述截面從孔入口到孔出口具有恆定的旋轉率。通過下面的實例進一步說明本發明中的微結構、孔、層、構造和方法的一些優點。 實例中描述的具體的材料、用量和尺寸以及其他的條件及細節不應解釋為對本發明的不當限制。除非另外說明，否則所有的化學過程皆在帶有乾燥脫氧溶劑和試劑的幹氮氣氛中進行。除非另有說明，否則所有溶劑和試劑均從或可以從Aldrich Chemical Co. ,Milwaukee, WI (威斯康星州密爾沃基市的奧德裡奇化學公司)獲得。若丹明B六氟銻酸鹽是通過若丹明B氯化物與六氟銻酸納的複分解製備的。如本文所用，SR368是指三(2-羥乙基)異氰尿酸酯三丙烯酸酯(tris-Q-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate)(得自 Sartomer Co. Inc. (Exton, PA)) ；SR9008 是指三官能團丙烯酸酯(得自Sartomer) ；SR1012是指二芳基碘鐺六氟銻酸鹽(diaryliodonium hexafluoroantimonate)(得自Sartomer) ；SU-8R2150是指環氧樹脂負性光刻膠(得自 MicroChem Corp. (Newton,MA)) ；THF是指四氫呋喃；LEXAN HPSlR是指熱塑性聚碳酸酯(得自 Sabic Innovative Plastics (Pittsfield, ΜΑ)；且 IncoS-Rounds 是指鎳(得自 Vale Inco America， s,Inc. (Saddle Brook，NJ))。實例1 直徑為10. 2cm的圓形矽片(圖IA中的基底110)得自Wafer World, Inc. (West Palm Beach，Florida)。將該矽片在濃縮硫酸和30重量％的含水過氧化氫的體積比為3 1 的混合物中浸泡大約10分鐘以進行清潔。然後用去離子水衝洗該晶片，並再用異丙醇衝洗，之後將其在氣流下乾燥。然後將所述晶片浸入2重量％的在耐190的乙醇中的3-(三甲氧基甲矽烷基)丙基異丁烯酸鹽溶液中，所述耐190的乙醇此前已用乙酸使其成為酸性 (pH在4和5之間)的。然後將該晶片用無水乙醇衝洗，再在130°C下在爐中加熱10分鐘。將數均分子量為大約120，000的聚甲基丙烯酸甲酯、SR9008和SR368以重量比 30 35 35混合獲得一單體混合物，將該單體混合物溶於足量1，2_二氯乙烷中獲得討％ 重量的所述單體混合物的溶液。然後在該溶液中加入足量的光敏劑若丹明B六氟銻酸鹽的 TNF濃縮液和SR1012的TNF濃縮液的等分試樣，以便獲得按固體總重量計，若丹明B六氟銻酸鹽佔0. 5重量％、SR1012佔1. O重量％的塗層溶液。使用1微米噴射器過濾器過濾該塗層溶液，然後旋轉塗覆到矽片上。將被塗覆晶片放入60°C的強制通風烘箱中達18小時以提供厚度為大約300 μ m且具有基本不含溶劑(下稱「幹」)的塗層(圖IA中的第一材料層 115)的被塗覆矽片。採用二極體泵浦Ti sapphire 雷射器(得自 Spectra-Physics (Mountain View, CA))進行幹塗層的雙光子聚合。所述雷射器在以下條件下以SOOnm進行操作標稱脈衝寬度為80fs、脈衝重複頻率為80MHz、平均功率為大約1W。將被塗覆晶片放在計算機控制的三軸臺面(得自Aerotech，Inc. (Pittsburgh, PA))上。採用中性密度濾光器使雷射束減弱並採用帶有χ軸、y軸和ζ軸控制顯微鏡的檢流掃描儀(得自Nutfield Technology, Inc. (Windham, NH))使雷射束聚焦於幹塗層內。直接將工作距離為0. 400mm且焦距為4. Omm的Nikon CFI PlanAchromat 50X oil objective N. A. 0. 90 應用到幹塗層的表面上。用波長已校準的光電二極體(從Ophir Optronics, Ltd. (Wilmington,ΜΑ)獲得)在物鏡鏡頭的輸出處測量平均功率，並確定平均功率為約8mW。曝光掃描完成後，將已曝光的幹塗層在MicroChem SU_8溶劑中衝洗、漂洗、乾燥以獲得第一微結構化圖案121 (圖lb)。通過在第一微結構化圖案的表面上濺射銀(Ag)薄層(大約100埃)來使該圖案的表面可導電。採用hco S-Roimds (鎳)電鍍該金屬化的前表面直到其大約2mm厚為止。 將電鍍鎳段塞(slug)從第一圖案上分離並進行研磨和機加工，從而獲得具有第二微結構化圖案141的第一模具140 (圖1F)。然後將第一模具放入注模中，該注模被放入單螺杆塑性注模系統中以將熱塑性聚碳酸酯(LEXAN HPS 1R)注入模空腔中，從而獲得具有第三微結構化圖案161的第二模具 160(圖 1H)。然後，通過用大約100埃的銀對第二模具的前表面進行濺射而使該表面金屬化。 然後採用^co S-Roimds (鎳)電鍍該金屬化的第二模具，以完全覆蓋所述第三微結構化圖案，從而獲得鎳層170(圖1J)。在採用去離子水衝洗所述鎳層和第二模具的組合構造後，鎳層的前表面172(圖 1J)被研磨成平面以從第三微結構化圖案的頂171去除鎳材料。研磨完成(暴露出所有的微結構頂)後，將電鍍鎳層從聚碳酸酯模具160分離，從而獲得直徑為大約8mm、厚度為160um並帶有37個被排列成圓形六邊形緊密布置的通孔的鎳盤。相鄰孔之間的間距為大約200 μ m。每一個孔均具有呈跑道形狀的孔入口，該跑道沿其直線部分被修改成具有圓角。該跑道的長直徑為大約80 μ m，短直徑為大約50 μ m。每一個孔均具有呈較小跑道形狀的孔出口，所述跑道的長直徑為大約50 μ m,短直徑為大約 35 μ m。從孔出口側觀察，所述孔的截面的長直徑從孔出口到孔入口對於所述孔出口下面的每50 μ m深度順時針旋轉大約30度。如本文所用，例如「垂直」、「水平」、「上面」、「下面」、「左」、「右」、「上」及「下」、「順時
針」及「逆時針」等術語以及其他類似的術語是指如附圖中所示的相對位置。通常，物理實施例可具有不同的取向，在這種情況下，所述術語意在指被修改成裝置的實際取向的相對位置。例如，即使圖IB中的圖像相比圖中的取向翻轉，表面126仍可被認為是頂面。以上引用的所有的專利、專利申請以及其它出版物均如同全文複製一般以引用方式併入本文。儘管上面詳細描述了本發明的具體實例以有利於說明本發明的各個方面，但是應該理解的是，並不意圖將本發明限於這些實例的具體描述。相反，本發明的目的在於涵蓋所附權利要求書限定的本發明的精神和範圍內的所有修改形式、實施例和替代形式。
權利要求
1.一種製造噴嘴的方法，該方法包括以下步驟(a)提供第一材料，該第一材料能夠經歷多光子反應；(b)採用多光子過程在所述第一材料內形成第一微結構化圖案；(c)在不同於所述第一材料的第二材料中複製所述第一微結構化圖案以製作第一模具，該第一模具包括在所述第二材料中的第二微結構化圖案；(d)在不同於所述第一材料和所述第二材料的第三材料中複製所述第二微結構化圖案以製作第二模具，該第二模具包括在所述第三材料中的包括多個微結構的第三微結構化圖案；(e)採用與所述第三材料不同的第四材料層使所述第二模具的所述第三微結構化圖案平整化，其中所述層使在所述第三微結構化圖案中的所述多個微結構中的微結構頂部暴露；禾口(f)去除所述第三材料獲得在所述第四材料中具有多個孔的噴嘴，其中所述孔對應於所述第三微結構化圖案中的所述多個微結構。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一材料包括聚甲基丙烯酸甲酯。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一材料能夠經歷雙光子反應。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一微結構化圖案包括多個離散微結構。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括作為三維直線主體的離散微結構。
6.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括作為三維直線主體一部分的離散微結構。
7.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括作為三維曲線主體的離散微結構。
8.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括作為三維曲線主體一部分的離散微結構。
9.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括多面體的一部分。
10.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括圓錐體的一部分。
11.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括離散錐形微結構。
12.根據權利要求4所述的方法，其中所述多個離散微結構包括離散螺旋微結構。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一微結構化圖案採用雙光子過程在所述第一材料內形成。
14.根據權利要求1所述的方法，其中在所述第一材料內形成所述第一微結構化圖案的步驟包括曝光所述第一材料的至少一部分以引起多個光子的同時吸收。
15.根據權利要求14所述的方法，其中在所述第一材料內形成所述第一微結構化圖案的步驟包括去除所述第一材料的曝光部分。
16.根據權利要求14所述的方法，其中在所述第一材料內形成所述第一微結構化圖案的步驟包括去除所述第一材料的未曝光部分。
17.根據權利要求1所述的方法，其中在所述第二材料中複製所述第一微結構化圖案包括電鍍所述第一微結構化圖案。
18.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二材料包括電鍍材料。
19.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一模具包括金屬。
20.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一模具包括M。
21.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二微結構化圖案實質上為所述第一微結構化圖案的複製陰模。
22.根據權利要求1所述的方法，其中在所述第三材料中複製所述第二微結構化圖案的步驟包括注模。
23.根據權利要求1所述的方法，其中所述第三材料包括聚合物。
24.根據權利要求1所述的方法，其中所述第三材料包括聚碳酸酯。
25.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二模具包括聚合物。
26.根據權利要求1所述的方法，其中所述第三微結構化圖案實質上為所述第二微結構化圖案的複製陰模。
27.根據權利要求1所述的方法，其中使所述第三微結構化圖案平整化的步驟包括電鍍所述第三微結構化圖案。
28.根據權利要求1所述的方法，其中使所述第三微結構化圖案平整化的步驟包括用所述第四材料塗覆所述第三微結構化圖案。
29.根據權利要求1所述的方法，其中使所述第三微結構化圖案平整化的步驟包括用所述第四材料電鍍所述第三微結構化圖案。
30.根據權利要求四所述的方法，其中使所述第三微結構化圖案平整化的步驟包括去除所述第四材料的一部分。
31.根據權利要求30所述的方法，其中所述被塗覆的第四材料的所述部分通過研磨方法去除。
32.根據權利要求1所述的方法，其中所述第四材料包括電鍍材料。
33.根據權利要求1所述的方法，其中所述噴嘴包括金屬。
34.根據權利要求1所述的方法，其中所述噴嘴包括M。
35.根據權利要求1所述的方法，其中所述噴嘴包括陶瓷。
36.根據權利要求35所述的方法，其中所述陶瓷選自二氧化矽、氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、或如下元素的氧化物釔、鍶、鋇、鉿、鈮、鉭、鎢、鉍、鉬、錫、鋅、原子數範圍為57至71 的鑭系元素、鈰，和它們的組合。
37.一種噴嘴，其包括中空內部空間和將所述中空內部空間與所述噴嘴的外側連接的至少一個孔，所述至少一個孔包括具有第一形狀且位於所述噴嘴的所述中空內部空間處的孔入口 ；和具有不同於所述第一形狀的第二形狀且位於所述噴嘴的所述外側處的孔出口。
38.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述第一形狀為橢圓形，和所述第二形狀為圓形。
39.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述第一形狀為跑道形，所述第二形狀為圓形。
40.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述第一形狀的周邊包括多個緊密堆積的圓的外圓弧，其中所述外圓弧由類似曲線的圓角連接。
41.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述孔入口具有小於300微米的直徑。
42.根據權利要求41所述的噴嘴，其中所述孔入口具有小於200微米的直徑。
43.根據權利要求42所述的噴嘴，其中所述孔入口具有小於或等於160微米的直徑。
44.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述孔出口具有小於300微米的直徑。
45.根據權利要求44所述的噴嘴，其中所述孔出口具有小於100微米的直徑。
46.根據權利要求45所述的噴嘴，其中所述孔出口具有小於或等於40微米的直徑。
47.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述噴嘴採用雙光子過程形成。
48.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述噴嘴為燃料噴射器噴嘴。
49.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述噴嘴為整體結構。
50.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述噴嘴包括金屬。
51.根據權利要求37所述的噴嘴，其中所述噴嘴包括陶瓷。
52.根據權利要求51所述的噴嘴，其中所述陶瓷選自二氧化矽、氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、或如下元素的氧化物釔、鍶、鋇、鉿、鈮、鉭、鎢、鉍、鉬、錫、鋅、原子數範圍為57至71 的鑭系元素、鈰，和它們的組合。
53.一種噴嘴，其包括中空內部空間和將所述中空內部空間與所述噴嘴的外側連接的至少一個孔，所述至少一個孔包括位於所述噴嘴的所述中空內部空間處的孔入口和位於所述噴嘴的所述外側處的孔出口，所述至少一個孔具有從所述孔入口到所述孔出口旋轉的截
54.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述截面從所述孔入口到所述孔出口具有逐漸增加的旋轉率。
55.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述截面從所述孔入口到所述孔出口具有逐漸減小的旋轉率。
56.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述截面從所述孔入口到所述孔出口具有恆定的旋轉率。
57.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述孔入口具有第一形狀，和所述孔出口具有不同於所述第一形狀的第二形狀。
58.根據權利要求53所述的噴嘴，其包括被布置成包括最外側圓的同心圓陣列的多個孔，其中所述離散噴嘴孔被布置成使得沒有最外側圓的直徑包括來自所述同心圓陣列中的每一圓的至少一個離散噴嘴孔。
59.根據權利要求58所述的噴嘴，其中所述同心圓陣列中的每一個圓均包括間隔均勻的離散噴嘴孔。
60.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述孔入口具有小於300微米的直徑。
61.根據權利要求60所述的噴嘴，其中所述孔入口具有小於200微米的直徑。
62.根據權利要求61所述的噴嘴，其中所述孔入口具有小於或等於160微米的直徑。
63.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述孔出口具有小於300微米的直徑。
64.根據權利要求63所述的噴嘴，其中所述孔出口具有小於100微米的直徑。
65.根據權利要求64所述的噴嘴，其中所述孔出口具有小於或等於40微米的直徑。
66.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述噴嘴採用雙光子過程形成。
67.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述噴嘴為燃料噴射器噴嘴。
68.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述噴嘴為整體結構。
69.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述噴嘴包括金屬。
70.根據權利要求53所述的噴嘴，其中所述噴嘴包括陶瓷。
71.根據權利要求70所述的噴嘴，其中所述陶瓷選自二氧化矽、氧化鋯、氧化鋁、二氧化鈦、或如下元素的氧化物·.釔、鍶、鋇、鉿、鈮、鉭、鎢、鉍、鉬、錫、鋅、原子數範圍為57至71 的鑭系元素、鈰，和它們的組合。
全文摘要
本發明公開了一種噴嘴及其製造方法。所述方法包括以下步驟(a)提供第一材料，該第一材料能夠經歷多光子反應；(b)採用多光子過程在所述第一材料內形成第一微結構化圖案；(c)在不同於所述第一材料的第二材料中複製所述第一微結構化圖案以製作第一模具，該第一模具包括在所述第二材料中的第二微結構化圖案；(d)在不同於所述第一材料和所述第二材料的第三材料中複製所述第二微結構化圖案以製作第二模具，該第二模具包括在所述第三材料中的包括多個微結構的第三微結構化圖案；(e)採用與所述第三材料不同的第四材料層使所述第二模具的第三微結構化圖案平整化，其中所述層使在第三微結構化圖案中的所述多個微結構中的微結構頂部暴露；和(f)去除所述第三材料獲得在所述第四材料中具有多個孔的噴嘴，其中所述孔對應於所述第三微結構化圖案中的所述多個微結構。
文檔編號F02M61/18GK102575630SQ201080042612
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月29日 優先權日2009年7月30日
發明者巴裡·S·卡朋特, 珍妮弗·J·薩林, 賈米·B·威洛比 申請人:3M創新有限公司