专利名称：电铸多层喷射引导器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种喷射引导器，该引导器的上游会产生扰动，以控制喷射分配和喷射微滴的大小。本发明还涉及制造喷射引导器的方法，该方法使用了与多层电铸加工相结合的多层抗镀加工。
本发明的技术背景带有精密小孔的喷射引导器或喷嘴在许多工业用途中使用，例如，在汽车内燃机和火箭发动机中作燃料喷射器使用，作热喷墨印刷头使用，以及在需要精确测量流体的类似用途中使用。
制造喷嘴的一般方法包括，模具铸造，机加工和电镀，也可能需要精加工步骤以制造出最终的喷嘴。
制造喷嘴的电镀方法使用干式和液体抗镀剂、以及蚀刻的各种组合。然而，这种方法在可获得的最大电铸层厚度大约是100微米方面受到限制。
现有技术中的制造喷嘴的方法一般会遇到制成的小孔精度不够的缺陷。直到现在，这种方法包括将分散的零件组装起来以形成喷嘴。
例如，威廉姆.P.理查逊在密歇根技术大学硕士论文“上游流动条件对低压燃料喷射器的雾化过程的影响”(1991)公开了通过硅微切削加工制造的喷嘴。在这种加工方法中，是通过硅蚀刻形成小孔结构的。
费克勒等人的美国专利第4,586,226号涉及一种利用蜡和银技术和紧接的后精加工制造小孔燃料喷射器的方法。将第一层镍(Ni)电镀在不锈钢底板上，在该底板上形成有燃料输送通道。通过面板Ni层使腔室与穿孔连通。制造塑料芯棒使其具有带支承部分、小孔形成部分、和将诸脚系在一起的联结接头的诸脚。芯棒的支承部分插入形成于面板上的接受器孔，并通过电镀形成刚性材料的粘结层以封闭小孔形成部分。除去芯棒延伸到粘结层外侧的部分，并对该表面进行磨光精加工。
授予加德纳的美国专利第4,246,076号涉及一种多层干性薄膜电镀方法，以便制造供喷墨印刷机用的喷嘴。这种加工方法包括的步骤是，将第一层可光致聚合的材料覆盖在一基材上，将该层暴露在一种辐射光下，直至可光致聚合材料层的至少一部分聚合。将第二层可光致聚合的材料覆盖在第一层的自由表面上，用与第一层的沉积相似的加工方法进行加工。通过从基材上除去非聚合的材料而改进该两层，接着，通过电镀在基材上进行金属喷镀。
授予肯瓦西的美国专利第4,229,265号公开了一种厚的干性薄膜抗镀剂电镀方法，以便制造供喷液滴记录器用的小孔板。用光致抗镀剂材料覆盖一块不锈钢的两侧。然后，让光致抗镀材料通过适当的屏蔽进行暴露，而在该板的两侧形成圆柱形的光致抗镀材料桩子区域。然后，将镍电镀在不锈钢板上，直至其高度覆盖住桩子边缘。然后在各光致抗镀材料桩子上形成较大直径的光致抗镀材料柱塞。然后，继续镀镍，直至达到柱塞的高度。然后，从镍上溶解和剥落光致抗镀材料和板，以形成两块固体的、同类的小孔板。
授予比尔斯等人的美国专利第4,675,083号涉及一种制造金属喷嘴板的方法，它利用抗镀材料和电镀两步加工方法与喷墨印刷头有关。该方法包括的步骤是，在金属基材上提供包括许多第一屏蔽部分的第一屏蔽，和提供包括许多第二屏蔽部分、并形成于许多第一屏蔽部分上的第二屏蔽。然后，将该结构输送到一电铸工位，并在暴露表面上形成一镍层，直至其厚度达到2.5密耳(mil)。一旦当该板达到所需的厚度，利用通常的除去光致抗镀材料的处理方法除去负性和正性的光致抗镀材料屏蔽部分。
授予贝克韦尔的美国专利第4,954,225号涉及一种用于电铸具有三维特征的喷嘴板的方法。该方法使用一在液体上的干式薄膜，以及一厚膜光致抗镀剂。利用光刻技术将导电层提供给一透明芯棒的表面。在不透明导电层内形成的各孔上形成有不导电、透明材料制成的、一种薄的圆形的遮盖部分。在透明芯棒的导电层上电镀一层第一金属。再在第一金属层上电镀一层第二金属，直至第二金属的第一层环绕着、但不是覆盖着光致抗镀剂支柱。在金属层上形成的凹陷里充满着填料，以便在板层的顶部形成光滑的连续表面。然后，将光致抗镀材料的一厚层施加并固定在光滑板层的顶部，从而形成覆盖着充填的凹陷、并与充填的凹陷对齐的厚光致抗镀材料圆盘图案。然后，使板层与透明芯棒分离，并利用适当的剥离技术将无关的材料剥离。
授予贝克韦尔的美国专利第4,839,001号涉及利用一厚膜光致抗镀材料制造小孔板的方法，其中，该板是由两层电铸镍形成的。第一层Ni电铸在导电芯棒上，以形成带有选择的孔图形的支承层。在Ni上电铸铜，以覆盖该诸孔。将第二层Ni电铸在与芯棒连接的该表面上，由此形成一小孔板，它带有选定横截面的、并与第一镍层上的孔图形对齐的诸小孔的图形。然后，将铜蚀刻掉而露出镍制的薄的小孔板。
授予单等人的美国专利第4,716,423号涉及一种处理方法，它使用第一液体，然后一干式薄膜，以便制造一块整体的小孔板。该处理方法包括，形成一具有收缩成形的外表面的第一屏蔽部分和一具有直的垂直壁的第二屏蔽部分。环绕第一屏蔽部分电铸第一金属层，以便形成一小孔板层，并环绕第二屏蔽部分电铸第二金属层，以便形成不连续的挡板层和具有一个或多个储墨腔的粗糙的壁部分。最后，除去第一和第二屏蔽部分，以及金属基材的选定部分，从而在一复合结构里留下原封不动的第一和第二金属层。
授予赫伯特等人的美国专利第4,902,386号涉及一种制造和使用圆柱形的电铸芯棒和厚膜光致抗镀材料的方法。
授予巴斯卡等人的美国专利第5,167,776号公布了一种供喷墨印刷机用的小孔或喷嘴板，它可利用一种加工方法制造，该方法包括在导电区域上、并在芯棒的一部分绝缘区域上进行电镀，以便形成具有收缩的、对应绝缘区域的诸小孔的第一电铸层。该电镀工艺可重复，以便形成在第一电铸层上的第二电铸层，所述第二层有收缩的、与第一层上的小孔对齐的诸小孔。
授予塞克斯登的美国专利第4,972,204号公开了一种用于喷墨印刷机的、利用多层电铸工艺制造的小孔板，该工艺包括的步骤是，在一基材上形成抗镀材料桩子，在所述基材上电镀与所述抗镀材料桩子互补的第一金属层，允许该金属略微超过抗镀材料桩子的顶表面，并形成第一电铸层。将比抗镀材料桩子宽的、成流道形状的第一抗镀层置于抗蚀桩子和第一电铸层上。环绕着第一抗镀层和在第一电铸层上形成第二电铸层。一系列宽度不断增加的抗镀层和宽度不断减小的电铸层以相同的方式连续地层叠在处于生成过程的小孔板上，以便最后形成具有通向流道的诸小孔的小孔板，该流道从小孔向上游逐渐加宽。
上述参考资料在这里将全面地作参考使用。
本发明的简要说明本发明的实施例涉及一种多层流体分散喷射引导器，它包括产生上游扰动的结构，以控制喷射分散和喷射微滴尺寸。
还公开了制造这种喷射引导器的方法。
一种方法提供了利用多层抗镀材料加工工艺和多层电铸加工工艺制造喷射引导器。一种与该喷射引导器横截面的形状互补的抗镀模型施加在一导电基材上，接着将模制层电铸在该基材上。将抗镀材料施加工艺和电铸工艺重复多次，以便形成一多层电铸喷射引导器。
由此形成的喷射引导器结构包括多层电铸层，其中，至少在多层电铸层的一个底层中形成至少一个流体入口小孔，至少在多层电铸层的一个顶层中形成至少一个流体喷射小孔，并且一引起扰动的流道使所述至少一个入口小孔与所述至少一个喷射小孔连接。设置引起扰动的流道使通过至少一个入口小孔而进入的流体的方向在从至少一个喷射小孔喷射出去之前改变方向。即，引起扰动的流道以非线性的方式将来自至少一个入口小孔的流体输送至至少一个喷射小孔。
按照一个较佳实施例，引起扰动的流道形成于多层电铸层的中间，即，位于底部电铸层和顶部电铸层之间。在这个较佳实施例里，入口小孔和至少一个喷射小孔互相横向偏置(即，沿垂直于入口小孔和喷射小孔中心轴线延伸方向的方向偏置)，而引起扰动的流道沿垂直于小孔轴线的方向延伸。这样，在这个实施例里，流体沿着平行于入口小孔轴线的方向流动进入入口小孔，再进入引起扰动的流道，在那里改变大约90°的流动方向，通过引起扰动的流道流入至少一个喷射小孔，并在通过至少一个喷射小孔喷射前再次改变大约90°的方向。
这种类型的流道会在流体中产生扰动，从而改进喷射流体的雾化和喷射分布。
从下面关于较佳实施例的详细说明，附后的权利要求书，以及附图可更清楚地了解本发明实施例的其它特征和优点。
附图的简要说明现在参考附图描述本发明，其中，相同的标号表示相同的零件，在附图中
图1A至1I是描述按照本发明一实施例、制造具有引起扰动的流体通道的流体分散喷射引导器步骤的剖视图；图2A是按照本发明一实施例的一流体分散喷射引导器的正视图；图2B是沿图2A中的2B-2B线的剖视图；图3A是按照本发明一实施例的一流体分散喷射引导器的侧视图；图3B是沿图3A中的3B-3B线的剖视图；图4A是按照本发明一实施例的一流体分散喷射引导器的正视图；以及图4B是沿图4A中的4A-4A线的剖视图。
较佳实施例详细说明按照本发明方法的一个实施例是为电铸多层金属而设置的，其中各层的厚度在约0.010mm到约0.400mm的范围内，并且不需要任何额外的精加工步骤。该方法能制造出光滑的、平面的和平整的表面。不需要研磨、磨削、成形或机加工就可获得平直度和平面度。该方法能制造出带有小孔尺寸和流体通道特征的、适于需要精密测定流体、诸如燃料喷嘴应用场合的喷射引导器。这种产生扰动的流道改进了喷射流体的雾化和流体分配，这对于燃料喷嘴来说特别有利。然而，本发明不限于燃料喷嘴。例如，本发明也可用于油漆喷射，化妆品喷射，家用或工业用清洁剂喷射用途，或其它需要流体雾化和喷射方式控制的用途。
准备一抗镀模型，以便用适当的光电装置进行电铸加工，而该模型与所需的喷射引导器的横截面是互补的。光电装置已在现有技术中广泛使用。
例如，将具有表示喷嘴横截面结构的线条画在一张纸上，这样，黑线条对应需要加记号的最终结构。这些线条由无图象的支承区域分开。利用通常的照相处理制备原图的正性或负性光电装置。供负性抗镀用的光电装置具有对应原图线条的清晰的线条和对应于线条之间区域的变黑区域。如本技术领域中的技术人员知道的，用于负性抗镀的光电装置将使这些区域反过来，即，线条变黑，而线条之间的区域变亮。
首先，利用本技术领域中的技术人员知道的方法清洗一导电基材，以便用作抗镀模型。清洗步骤的顺序可包括用异丙醇洗涤，用三氯乙烯蒸汽除油，电净，在蒸馏水里漂洗，在硝酸里洗涤，以及在蒸馏水里进行最后漂洗。典型的基材包括不锈钢，镀有铬或镍的铁，镍，铜，钛，铝，镀有铬或镍的铝，钛钯合金，诸如因康镍合金(Inconel)600的镍铜合金和因瓦合金(Invar)(可从Inco买到)，等等。如果非金属基材已被加工成可导电的，例如，利用现有技术中已知的金属喷镀技术(诸如无电金属喷镀，蒸镀等等)适当地喷镀金属，非金属基材也可使用。基材可以是任何适当的形状。如果是圆柱形的，基材的表面应该基本上平行于基材的轴线。
抗镀材料可包括各种类型的液体抗镀剂。如现有技术中众所周知的，这些抗镀材料可被分类，或者是可从西伯里(Shipley)股份有限公司(马萨诸塞州，牛顿)获得的、诸如Microposit和Photoposit的正性，或者是可从OGC微电子股份有限公司获得的、诸如Waycoat抗镀剂的负性。这些液体抗镀剂或者是可含水处理，或者是可用通常使用的、诸如苯、二氯甲烷、三氯乙烷之类的有机溶剂进行溶剂处理。正性抗镀材料包括溶剂处理的抗镀剂，它含有乙酸2-乙氧基乙酯，乙酸正丁酯，二甲苯，邻氯甲苯，甲苯，酚醛树脂混合物，以及感光复合物。负性抗镀材料包括含有环化聚异戊二烯和二叠氮基光引发剂的溶剂处理的抗镀剂。
例如，在负性抗镀剂的情况下，光电装置牢牢地固定在镀有抗镀剂的基材表面上。例如，利用在100-200mJ/cm2至100-2000mJ/cm2能级的光化射线对该基材照射。去掉光电装置，而留下将暴露在紫外线(UV)下进行聚合的抗镀剂部分和仍是半固体形状没有被照射的抗镀剂部分。利用通常的显影装置和化学方法在基材上显影抗镀层。没有被照射的抗镀剂部分将在显影处理中被洗去，只留下聚合部分仍在基材的表面。在正性抗镀剂系统情况下，照射的部分被洗去，而没有照射的部分在显影处理后仍被保留。
在所有的附图中，相同的标号表示相同的零件。如图1A和1B所示，第一模制层3电铸在支承着第一抗镀模型2的基材1上。第一模制层3和第一抗镀模型2的形状可选自任何能在喷射的微粒尺寸和/或方向性上产生所需效果的形状。示范性的例子包括圆形，椭圆形，蛋形，圆环形，圆柱形，多边形，三角形，矩形，正方形，有规则的和无规则的形状。
电铸加工在包括一阳极，一阴极和电铸液的电铸区内进行。电铸液可包括离子或形成模制层材料离子的盐，其浓度可在微量至饱和的范围内，其离子可以阴离子和阳离子的形式存在；溶剂；缓冲剂，其浓度可在零至饱和的范围内；阳极腐蚀剂，其浓度可在零至饱和的范围内；以及，可选用的晶粒细化剂，均匀剂，催化剂，表面活性剂，和现有技术中已知的其它添加剂。对于本技术领域中的技术人员来说不需要大量的试验就可方便地获得较佳的浓度范围。一种较佳的、将镍(即，如第一模制层3)镀到一基材上的电铸液包括在溶液里的大约80mg/ml的镍离子，大约20-40mg/ml的H3BO3，大约3.0mg/ml的NiCl2·6H2O，和大约4.0-6.0ml/liter的十二烷基硫酸钠。其它适当的电铸液成分包括(但不限于)，Watts镍大约68-88mg/ml的镍离子，大约50-70mg/ml的NiCl2·6H2O和大约20-40mg/ml的H3BO3；氯化物硫酸盐(chloridesulfate)大约70-100mg/ml的镍离子，大约145-170mg/ml的NiCl2·6H2O和大约30-45mg/ml的H3BO3；以及浓缩的氨基磺酸盐大约100-120mg/ml的镍离子，大约3-10mg/ml的NiCl2·6H2O和大约30-45mg/ml的H3BO3。无电镀液(诸如无电镀镍液)也可使用。根据电铸沉积所需要的性质可使用各种类型的电铸液。这些无电镀液对于本技术领域的技术人员来说是众所周知的。
能够电铸在基材表面的金属的例子包括，但不限于，镍，铜，金，银，钯，锡，铅，铬，锌，钴，铁，以及它们的合金。较佳的金属是镍和铜。任何通过电化作用能够沉积的、适当的导体或材料都可使用，诸如导电聚合物，塑料和无电镍沉积。适当的自动催化的无电镍沉积的例子包括，但不限于，镍-磷，镍-硼，多成分合金，诸如铜-镍磷，镍-聚四氟乙烯，复合镀层等等。准备用于本发明范围内的无电镍沉积的方法对于电铸技术领域内的技术人员来说是众所周知的。
使用适当的电源使电解液通电。来自电解液的形成模制层的离子电铸在由聚合的抗镀材料的模型2限定的、基材1的暴露的导电表面上。由抗镀材料覆盖的基材上的那一部分未被电镀。加工过程一直进行到沉积在基材1暴露表面上的第一模制层3的厚度达到所需的、大约0.010mm到0.400mm、最好是大约0.020mm到0.200mm的范围。如图所示，该厚度与第一抗镀模型2的厚度对应。这样，提供给第一抗镀模型2的适当厚度范围大约与第一模制层3的厚度范围相同。
图1C和1D表示使用抗镀剂和电镀的下一个操作过程。将第二抗镀模型4设置在第一抗镀模型2的顶部，并覆盖着一部分第一模制层3。使电解液通电，让来自电解液的、形成模制层的离子电铸在第一模制层3的暴露的导电表面上，而其形状完全与第二抗镀模型4互补。继续进行该加工过程，直至沉积在第一模制层3暴露表面上的第二模制层5的厚度达到所需的、大约0.010mm到0.400mm、最好是大约0.020mm到0.200mm的范围。如图所示，该厚度与第二抗镀模型4的厚度对应。这样，提供给第二抗镀模型4的适当厚度范围大约与第二模制层5的厚度范围相同。
第二模制层5和第二抗镀模型4的形状可选自任何能在喷射的微粒尺寸和/或方向性上产生所需效果的形状。示范性的例子包括圆形，椭圆形，蛋形，圆环形，圆柱形，多边形，三角形，矩形，正方形，有规则的和无规则的形状。
图1E表示一喷镀金属步骤，其中，金属层6覆盖在第二抗镀模型4和第二模制层5上。可利用本技术领域中的技术人员已知的多种喷镀金属技术中的任何一种来提供改金属层6，诸如蒸发的物理蒸汽沉积(PVD)，喷射的PVD和自动催化的无电沉积。金属层6的适当成分包括，但并不限于，Au、Ag、Ni、Pd、Ti、Fe、Cu、Al和Cr。金属层的厚度应该是0.00001mm至0.020mm，较佳的是0.00005mm至0.005mm。提供金属层是为了能够在不导电的第二抗镀模型4上面进行电铸。
图1F-1I表示了按照本发明不同实施例的替换的进一步步骤。
图1F和1G表示提供了第三抗镀模型7，并在金属层6的顶部电镀了第三模制层8。由此形成的第三模制层8被认为具有过度电铸的几何形状。在具有这种几何形状的层里，电镀材料部分重叠在各第三抗镀模型7的边缘上，以限定一分级的流体喷射小孔9。当抗镀材料是一种液体抗镀剂和/或第三抗镀模型7相对于第三模制层8较薄时会产生这种类型的几何形状。第三抗镀模型7的高度应该是0.0005mm至0.100mm，较佳的是0.001mm至0.075mm，最好是0.002mm至0.050mm。
可用来形成过度电铸的几何形状的抗镀材料包括，但并不限于，乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸正丁酯、二甲苯、邻氯甲苯、甲苯、以及感光复合物和感光复合物的混合物。感光复合物的例子包括，但并不限于，重氮基复合物或双叠氮基复合物。
第三模制层8和第三抗镀模型7的形状可选自任何能在喷射的微粒尺寸和/或方向性上产生所需效果的形状。示范性的形状包括圆形，椭圆形，蛋形，圆环形，圆柱形，多边形，三角形，矩形，正方形，有规则的和无规则的形状。在本发明的一较佳实施例里，第三抗镀模型具有至少带一个尖锐边缘的形状。
图1H和1I表示提供第三抗镀模型7’，它具有至少足以防止产生如图1G所示的、过度电铸的几何形状的厚度。在这个实施例里，第三模制层8’电镀在金属层6的顶部，其高度小于或等于第三抗镀模型7’的高度。当第三模制层8’趋向于具有小于第三抗镀模型7’的厚度时，第三模制层8’的目标厚度较佳的是约小于第三抗镀模型7’厚度的10％。第三抗镀模型7’和第三模制层8’的高度应该是0.010mm至0.400mm，较佳的是0.025mm至0.300mm，最好是0.050mm至0.250mm。第三抗镀模型7’的顶表面基本上无电镀。
在基材1的表面上电铸所需的多层厚度后，从电解液中除去基材。通过标准的方法可从基材表面上除去多层电铸的模型，这些方法包括，但并不限于，机械分离，热冲击，型芯溶解等等。这些方法对于电铸技术领域中的技术人员来说是众所周知的。
较佳的是在除去基材前除去抗镀模型和存在于流道中的金属层的部分，以便将零件的处理减少至最小程度。可利用现有技术中使用的适当技术除去抗镀模型。这些方法包括对于可用溶剂处理的抗镀剂在丙酮或二氯甲烷里清洗基材，而对于可含水处理的抗镀剂在乙醇胺和乙二醇醚的混合物里清洗基材。除去光致抗镀剂的其它适当方法在现有技术中是众所周知的，并且通常是由光致抗镀剂材料的供应商提供的。
在流道中的金属层较佳的是在除去抗镀剂步骤中通过抗镀剂清除介质除去。然而，如果将流道中的金属层保留到除去抗镀剂之后，可利用本技术领域中的普通技术人员已知的、选定的化学蚀刻技术将其除去。
在多层结构、诸如附图所示的三层结构中，支承基材的除去清洁步骤常常是需要的。通常，可通过将该零件放入(例如)丙酮，二氯甲烷，乙醇胺或乙二醇酯的混合物里即可完成该步骤。
虽然图1A至1I描述了各实施例，其中抗镀模型和形成入口小孔的模制层首先施加在基材上，然而本技术领域中的普通技术人员将会乐意使该工艺反过来进行，这样，抗镀模型和形成喷射小孔的模制层将首先施加在基材上(即，底层)，而抗镀模型和限定入口小孔的模制层将最后施加在开始形成的喷射引导器上(即，顶层)。这种替换实施例的一个例子包括在导电基材上施加第一抗镀模型，该模型具有与至少一个流体喷射小孔的形状对应的形状；在导电基材上电铸与第一抗镀模型互补的第一模制层；在第一模制层和第一抗镀模型限定的第一表面上施加第二抗镀模型，该模型具有与一中间流道形状对应的形状；在第一表面上电铸与第二抗镀模型互补的第二模制层；在由第二抗镀模型和第二模制层限定的第二表面上施加一金属层；在该金属层上施加第三抗镀模型，该模型具有与入口小孔形状对应的形状；在该金属层上电铸与第三抗镀模型互补的第三模制层，以提供一多层电铸结构；从该多层电铸结构上除去抗镀模型和位于非线性流体通道内的金属层的一部分；以及从基材上分离多层电铸结构，以提供一流体分散装置。
图2A-2B和3A-3B表示一替换的实施例，它表示了在基材和光致抗镀剂材料已除去后的一已完成的喷射引导器20。参看图2B，入口小孔11具有沿第一方向延伸的中心轴线XA。流体喷射小孔9具有互相平行、但与入口小孔轴线XA偏离的中心轴线XB和XC。
要分散的流体通过入口小孔11流入流体分散喷射引导器20，并进入中间流道10。第三模制层8内表面中断流体的线性流动，迫使流体经受扰动，从而在离开中间流道10前转变成有角度的流体路径，然后通过两流体喷射小孔9喷出。在所示的实施例里，流道10沿基本垂直于小孔轴线XA，XB和XC的方向延伸。
图4A-4B表示一完成的喷射引导器20的另一较佳实施例。在这个实施例里，共有四组，每组有入口小孔11，中间流道10和流体喷射小孔9。各中间流道10具有蛋形横截面。
根据本发明制造的喷射引导器较有利的是可具有横截面直径和厚度的范围。例如，喷射引导器的流体喷射小孔可具有一从约0.010mm至2.00mm、较佳的是从约0.020mm至0.500mm的最小横截面直径。流体喷射小孔9的大小取决于流体流动的要求，并非常广泛地取决于用途和横跨喷射引导器的压力降要求。本技术领域的普通技术人员不需要大量试验就可确定这些尺寸。
在基材上的光致抗镀剂和电铸层的大小，以及电铸时间确定了喷射引导器的大小。喷射引导器的多层厚度应该大约是0.100mm至1.500mm。而较佳的厚度范围从约0.300mm至0.900mm。对于本技术领域中的技术人员来说，可较容易地从这些示范性的范围作出改变。
在各喷射引导器20上可设置一个以上的入口小孔11。在各喷射引导器20上也可设置一个流体喷射小孔9。此外，在各喷射引导器20上也可设置两个(如图所示)、三个或更多个流体喷射小孔9。
在喷射引导器内的模制层的数量并不限于三层。例如，可提供多于三层的模制层，以便有助于形成更复杂的内腔、小孔、流动路径等等。例如，可设置附加层，以便有助于在中间流道的下游壁上形成凹槽、凸片或肋片，这种结构将进一步造成流体扰动。
入口和喷射小孔的轴线不一定是平行的，也不一定垂直于中间流道，只要流体能产生足够的扰动就可以了。
在一片基材上可同时制造多个喷射引导器。为了能从一连续片状基材上除去该零件和有助于处理该阵列，可电铸一薄的联结带，以便将各喷射引导器结构上的最后一层电铸层固定在至少另一个喷射引导器结构上。在阵列结构里的喷射引导器之间的距离可以广泛地变化，其目标是使空间减到最小程度。
按照本发明制造的喷射引导器可作为需要带精密小孔的喷射引导器使用，例如流体的精密测量。这些用途包括，但不限于，用于内燃机的燃料喷嘴，用于热喷墨印刷、按要求滴落印刷和压电驱动印刷的印刷喷嘴，以及喷射用途，包括环氧树脂喷射，油漆喷射，粘结剂喷射，化妆品喷射，家用的或工业用清洁剂喷射，以及钎焊焊剂喷射，或任何其它需要流体的雾化和控制喷射方式的用途。
虽然参考具体的实施例详细地描述了本发明，但对于本技术领域中普通的技术人员来说在不超出本发明的精神和范围的情况下可作出许多变化和修改，这是显而易见的。
权利要求
1.一种流体分散装置，它包括多层电铸层，所述电铸层形成一非线性流体通道，该流体通道包括一接受流体的入口小孔；一喷射所述流体的流体喷射小孔；以及一引起扰动的中间流道，它位于所述入口小孔和所述流体喷射小孔之间，将来自所述入口小孔的所述流体非线性地输送到所述流体喷射小孔。
2.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述引起扰动的中间流道由一上游壁和一下游壁限定，所述入口小孔贯穿所述上游壁，而所述流体喷射小孔在偏离所述入口小孔的位置处贯穿所述下游壁。
3.如权利要求2所述的流体分散装置，其特征在于，所述引起扰动的中间流道具有矩形或蛋形的横截面。
4.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，具有四组所述入口小孔，所述流体喷射小孔和所述引起扰动的中间流道。
5.如权利要求2所述的流体分散装置，其特征在于，所述引起扰动的中间流道沿基本上垂直于所述流体喷射小孔和所述入口小孔中的至少一个的中心轴线的方向延伸。
6.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，它包括两个与所述引起扰动的中间流道流体连通的流体喷射小孔。
7.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述流体喷射小孔由至少一层具有过度生长几何形状的电铸层限定。
8.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述流体喷射小孔具有至少一条尖锐边缘的形状。
9.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述入口小孔具有选自由圆形、椭圆形、圆环形、多边形、三角形、矩形、正方形和不规则形状组成的集合中的横截面形状。
10.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述电铸层包括选自由镍、铜、金、银、钯、锡、铅、铬、锌、钴、铁，以及它们的合金组成的集合中的至少一种材料。
11.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述电铸层包括选自由镍-磷、镍-硼、铜-镍磷、镍-聚四氟乙烯和它们复合物组成的集合中的至少一种材料。
12.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述电铸层在成分上是相同的。
13.如权利要求1所述的流体分散装置，其特征在于，所述流体分散装置是用于发动机的液体燃料雾化喷嘴。
14.一种制造按照权利要求1所述的流体分散装置的方法，所述方法包括(1)在一基材上电铸至少一底部模制层，以限定所述入口小孔或流体喷射小孔；(2)在所述至少一底部模制层上电铸至少一中间模制层，以限定所述中间流道；(3)在所述至少一中间模制层上电铸至少一顶部模制层，以限定另一所述小孔，并提供一多层电铸结构；以及(4)使所述多层电铸结构与所述基材分离，以提供所述流体分散装置。
15.一种制造如权利要求1所述的流体分散装置的方法，所述方法包括(1)在一导电基材上施加具有与所述入口小孔形状对应的形状的第一抗镀模型；(2)在所述导电基材上电铸与所述第一抗镀模型互补的第一模制层；(3)在由所述第一模制层和所述第一抗镀模型限定的第一表面上施加具有与所述中间流道形状对应的形状的第二抗镀模型；(4)在所述第一表面上电铸与所述第二抗镀模型互补的第二模制层；(5)在由所述第二抗镀模型和所述第二模制层限定的第二表面上施加金属层；(6)在所述金属层上施加具有与所述流体喷射小孔形状对应的形状的第三抗镀模型；(7)在所述金属层上电铸与所述第三抗镀模型互补的第三模制层，以提供一多层电铸结构；(8)从所述多层电铸结构中除去所述抗镀模型和在所述非线性流体通道里的一部分所述金属层；以及(9)从所述基材上分离所述多层电铸结构，以提供所述流体分散装置。
16.一种制造如权利要求1所述的流体分散装置的方法，所述方法包括(1)在一导电基材上施加一具有与所述流体喷射小孔形状对应的形状的第一抗镀模型；(2)在所述导电基材上电铸与所述第一抗镀模型互补的第一模制层；(3)在由所述第一模制层和所述第一抗镀模型限定的第一表面上施加一具有与所述中间流道形状对应的形状的第二抗镀模型；(4)在所述第一表面上电铸与所述第二抗镀模型互补的第二模制层；(5)在由所述第二抗镀模型和所述第二模制层限定的一表面上施加一金属层；(6)在所述金属层上施加一具有与所述入口小孔形状对应的形状的第三抗镀模型；(7)在所述金属层上电铸与所述第三抗镀模型互补的第三模制层，以提供一多层电铸结构；(8)从所述多层电铸结构上除去所述抗镀模型和在所述非线性流体通道中的一部分所述金属层；以及(9)从所述基材上分离所述多层电铸结构，以提供所述流体分散装置。
17.一种流体分散装置，它包括一第一电铸层，它具有至少一个入口小孔；一第二电铸层，它具有至少一个流体喷射小孔；以及至少一个引起扰动的流道，它在所述至少一个入口小孔和所述至少一个流体喷射小孔之间延伸，所述至少一个引起扰动的流道沿一与所述至少一个入口小孔和所述至少一个流体喷射小孔中的至少一个的中心轴线成非零角度延伸，以便在流体从所述至少一个入口小孔流向所述至少一个喷射小孔时引起扰动。
18.如权利要求17所述的流体分散装置，其特征在于，还包括位于所述第一电铸层和所述第二电铸层之间的中间电铸层，所述至少一个引起扰动的流道位于所述中间电铸层内。
19.一种制造流体分散装置的方法，包括(1)将第一抗镀模型施加在一导电基材上；(2)在所述导电基材上电铸一与所述第一抗镀模型互补的第一模制层；(3)在所述第一模制层和所述第一抗镀模型上施加一第二抗镀模型；(4)在所述第一表面上电铸一与所述第二抗镀模型互补的第二模制层；(5)在由所述第二抗镀模型和所述第二模制层限定的一表面上施加一金属层；(6)在所述金属层上施加一第三抗镀模型，其位置沿着所述基材表面的方向偏离所述第一抗镀模型；(7)在所述金属层上电铸一与所述第三抗镀模型互补的第三模制层，以提供一多层电铸结构；(8)从所述多层电铸结构里除去所述抗镀模型和靠近所述第三抗镀模型的一部分所述金属层；以及(9)从所述基材上分离所述多层电铸结构，以提供所述流体分散装置。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述抗镀模型包括选自由乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸正丁酯、二甲苯、邻氯甲苯、甲苯、感光复合物。以及它们的混合物组成的集合中的至少一种材料。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述抗镀模型包括选自由环化聚异戊二烯和二叠氮基光引发剂组成的集合中的至少一种材料。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述模制层包括选自由镍、铜、金、银、钯、锡、铅、钴、铬、铁、锌，以及它们的合金组成的集合中的至少一种材料。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述模制层包括选自由镍-磷、镍-硼、铜-镍磷、镍-聚四氟乙烯和它们复合物组成的集合中的至少一种材料。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一模制层具有0.010mm至0.400mm的厚度。
25.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一抗镀模型具有0.010mm至0.400mm的厚度。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二模制层具有0.010mm至0.400mm的厚度。
27.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二抗镀模型具有0.010mm至0.400mm的厚度。
28.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三模制层具有0.010mm至0.400mm的厚度。
29.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三抗镀模型具有0.010mm至0.400mm的厚度。
30.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三模制层过度电铸在所述第三抗镀模型上。
31.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述金属层包括选自由Au、Ag、Ni、Pd、Ti、Fe、Cu、Al和Cr组成的集合中的至少一种金属。
32.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述金属层具有0.00001mm至0.020mm的厚度。
全文摘要
一种喷射引导器包括产生上游扰动的结构，以便控制喷射分布和喷射微滴的尺寸。制造这种喷射引导器的方法利用与多层电铸加工工艺相结合的多层抗镀材料加工工艺。
文档编号F02M61/00GK1167520SQ96191339
公开日1997年12月10日 申请日期1996年1月11日 优先权日1995年1月11日
发明者加里·T·马克斯, 詹姆斯·H·马克维尔, 朱迪·A·斯林, 肯尼思·E·伍德 申请人:Amtx股份有限公司