專利名稱：電鑄多層噴射引導(dǎo)器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴射引導(dǎo)器，該引導(dǎo)器的上游會產(chǎn)生擾動，以控制噴射分配和噴射微滴的大小。本發(fā)明還涉及制造噴射引導(dǎo)器的方法，該方法使用了與多層電鑄加工相結(jié)合的多層抗鍍加工。
本發(fā)明的技術(shù)背景帶有精密小孔的噴射引導(dǎo)器或噴嘴在許多工業(yè)用途中使用，例如，在汽車內(nèi)燃機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)中作燃料噴射器使用，作熱噴墨印刷頭使用，以及在需要精確測量流體的類似用途中使用。
制造噴嘴的一般方法包括，模具鑄造，機(jī)加工和電鍍，也可能需要精加工步驟以制造出最終的噴嘴。
制造噴嘴的電鍍方法使用干式和液體抗鍍劑、以及蝕刻的各種組合。然而，這種方法在可獲得的最大電鑄層厚度大約是100微米方面受到限制。
現(xiàn)有技術(shù)中的制造噴嘴的方法一般會遇到制成的小孔精度不夠的缺陷。直到現(xiàn)在，這種方法包括將分散的零件組裝起來以形成噴嘴。
例如，威廉姆.P.理查遜在密歇根技術(shù)大學(xué)碩士論文“上游流動條件對低壓燃料噴射器的霧化過程的影響”(1991)公開了通過硅微切削加工制造的噴嘴。在這種加工方法中，是通過硅蝕刻形成小孔結(jié)構(gòu)的。
費(fèi)克勒等人的美國專利第4,586,226號涉及一種利用蠟和銀技術(shù)和緊接的后精加工制造小孔燃料噴射器的方法。將第一層鎳(Ni)電鍍在不銹鋼底板上，在該底板上形成有燃料輸送通道。通過面板Ni層使腔室與穿孔連通。制造塑料芯棒使其具有帶支承部分、小孔形成部分、和將諸腳系在一起的聯(lián)結(jié)接頭的諸腳。芯棒的支承部分插入形成于面板上的接受器孔，并通過電鍍形成剛性材料的粘結(jié)層以封閉小孔形成部分。除去芯棒延伸到粘結(jié)層外側(cè)的部分，并對該表面進(jìn)行磨光精加工。
授予加德納的美國專利第4,246,076號涉及一種多層干性薄膜電鍍方法，以便制造供噴墨印刷機(jī)用的噴嘴。這種加工方法包括的步驟是，將第一層可光致聚合的材料覆蓋在一基材上，將該層暴露在一種輻射光下，直至可光致聚合材料層的至少一部分聚合。將第二層可光致聚合的材料覆蓋在第一層的自由表面上，用與第一層的沉積相似的加工方法進(jìn)行加工。通過從基材上除去非聚合的材料而改進(jìn)該兩層，接著，通過電鍍在基材上進(jìn)行金屬噴鍍。
授予肯瓦西的美國專利第4,229,265號公開了一種厚的干性薄膜抗鍍劑電鍍方法，以便制造供噴液滴記錄器用的小孔板。用光致抗鍍劑材料覆蓋一塊不銹鋼的兩側(cè)。然后，讓光致抗鍍材料通過適當(dāng)?shù)钠帘芜M(jìn)行暴露，而在該板的兩側(cè)形成圓柱形的光致抗鍍材料樁子區(qū)域。然后，將鎳電鍍在不銹鋼板上，直至其高度覆蓋住樁子邊緣。然后在各光致抗鍍材料樁子上形成較大直徑的光致抗鍍材料柱塞。然后，繼續(xù)鍍鎳，直至達(dá)到柱塞的高度。然后，從鎳上溶解和剝落光致抗鍍材料和板，以形成兩塊固體的、同類的小孔板。
授予比爾斯等人的美國專利第4,675,083號涉及一種制造金屬噴嘴板的方法，它利用抗鍍材料和電鍍兩步加工方法與噴墨印刷頭有關(guān)。該方法包括的步驟是，在金屬基材上提供包括許多第一屏蔽部分的第一屏蔽，和提供包括許多第二屏蔽部分、并形成于許多第一屏蔽部分上的第二屏蔽。然后，將該結(jié)構(gòu)輸送到一電鑄工位，并在暴露表面上形成一鎳層，直至其厚度達(dá)到2.5密耳(mil)。一旦當(dāng)該板達(dá)到所需的厚度，利用通常的除去光致抗鍍材料的處理方法除去負(fù)性和正性的光致抗鍍材料屏蔽部分。
授予貝克韋爾的美國專利第4,954,225號涉及一種用于電鑄具有三維特征的噴嘴板的方法。該方法使用一在液體上的干式薄膜，以及一厚膜光致抗鍍劑。利用光刻技術(shù)將導(dǎo)電層提供給一透明芯棒的表面。在不透明導(dǎo)電層內(nèi)形成的各孔上形成有不導(dǎo)電、透明材料制成的、一種薄的圓形的遮蓋部分。在透明芯棒的導(dǎo)電層上電鍍一層第一金屬。再在第一金屬層上電鍍一層第二金屬，直至第二金屬的第一層環(huán)繞著、但不是覆蓋著光致抗鍍劑支柱。在金屬層上形成的凹陷里充滿著填料，以便在板層的頂部形成光滑的連續(xù)表面。然后，將光致抗鍍材料的一厚層施加并固定在光滑板層的頂部，從而形成覆蓋著充填的凹陷、并與充填的凹陷對齊的厚光致抗鍍材料圓盤圖案。然后，使板層與透明芯棒分離，并利用適當(dāng)?shù)膭冸x技術(shù)將無關(guān)的材料剝離。
授予貝克韋爾的美國專利第4,839,001號涉及利用一厚膜光致抗鍍材料制造小孔板的方法，其中，該板是由兩層電鑄鎳形成的。第一層Ni電鑄在導(dǎo)電芯棒上，以形成帶有選擇的孔圖形的支承層。在Ni上電鑄銅，以覆蓋該諸孔。將第二層Ni電鑄在與芯棒連接的該表面上，由此形成一小孔板，它帶有選定橫截面的、并與第一鎳層上的孔圖形對齊的諸小孔的圖形。然后，將銅蝕刻掉而露出鎳制的薄的小孔板。
授予單等人的美國專利第4,716,423號涉及一種處理方法，它使用第一液體，然后一干式薄膜，以便制造一塊整體的小孔板。該處理方法包括，形成一具有收縮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。環(huán)繞第一屏蔽部分電鑄第一金屬層，以便形成一小孔板層，并環(huán)繞第二屏蔽部分電鑄第二金屬層，以便形成不連續(xù)的擋板層和具有一個或多個儲墨腔的粗糙的壁部分。最后，除去第一和第二屏蔽部分，以及金屬基材的選定部分，從而在一復(fù)合結(jié)構(gòu)里留下原封不動的第一和第二金屬層。
授予赫伯特等人的美國專利第4,902,386號涉及一種制造和使用圓柱形的電鑄芯棒和厚膜光致抗鍍材料的方法。
授予巴斯卡等人的美國專利第5,167,776號公布了一種供噴墨印刷機(jī)用的小孔或噴嘴板，它可利用一種加工方法制造，該方法包括在導(dǎo)電區(qū)域上、并在芯棒的一部分絕緣區(qū)域上進(jìn)行電鍍，以便形成具有收縮的、對應(yīng)絕緣區(qū)域的諸小孔的第一電鑄層。該電鍍工藝可重復(fù)，以便形成在第一電鑄層上的第二電鑄層，所述第二層有收縮的、與第一層上的小孔對齊的諸小孔。
授予塞克斯登的美國專利第4,972,204號公開了一種用于噴墨印刷機(jī)的、利用多層電鑄工藝制造的小孔板，該工藝包括的步驟是，在一基材上形成抗鍍材料樁子，在所述基材上電鍍與所述抗鍍材料樁子互補(bǔ)的第一金屬層，允許該金屬略微超過抗鍍材料樁子的頂表面，并形成第一電鑄層。將比抗鍍材料樁子寬的、成流道形狀的第一抗鍍層置于抗蝕樁子和第一電鑄層上。環(huán)繞著第一抗鍍層和在第一電鑄層上形成第二電鑄層。一系列寬度不斷增加的抗鍍層和寬度不斷減小的電鑄層以相同的方式連續(xù)地層疊在處于生成過程的小孔板上，以便最后形成具有通向流道的諸小孔的小孔板，該流道從小孔向上游逐漸加寬。
上述參考資料在這里將全面地作參考使用。
本發(fā)明的簡要說明本發(fā)明的實施例涉及一種多層流體分散噴射引導(dǎo)器，它包括產(chǎn)生上游擾動的結(jié)構(gòu)，以控制噴射分散和噴射微滴尺寸。
還公開了制造這種噴射引導(dǎo)器的方法。
一種方法提供了利用多層抗鍍材料加工工藝和多層電鑄加工工藝制造噴射引導(dǎo)器。一種與該噴射引導(dǎo)器橫截面的形狀互補(bǔ)的抗鍍模型施加在一導(dǎo)電基材上，接著將模制層電鑄在該基材上。將抗鍍材料施加工藝和電鑄工藝重復(fù)多次，以便形成一多層電鑄噴射引導(dǎo)器。
由此形成的噴射引導(dǎo)器結(jié)構(gòu)包括多層電鑄層，其中，至少在多層電鑄層的一個底層中形成至少一個流體入口小孔，至少在多層電鑄層的一個頂層中形成至少一個流體噴射小孔，并且一引起擾動的流道使所述至少一個入口小孔與所述至少一個噴射小孔連接。設(shè)置引起擾動的流道使通過至少一個入口小孔而進(jìn)入的流體的方向在從至少一個噴射小孔噴射出去之前改變方向。即，引起擾動的流道以非線性的方式將來自至少一個入口小孔的流體輸送至至少一個噴射小孔。
按照一個較佳實施例，引起擾動的流道形成于多層電鑄層的中間，即，位于底部電鑄層和頂部電鑄層之間。在這個較佳實施例里，入口小孔和至少一個噴射小孔互相橫向偏置(即，沿垂直于入口小孔和噴射小孔中心軸線延伸方向的方向偏置)，而引起擾動的流道沿垂直于小孔軸線的方向延伸。這樣，在這個實施例里，流體沿著平行于入口小孔軸線的方向流動進(jìn)入入口小孔，再進(jìn)入引起擾動的流道，在那里改變大約90°的流動方向，通過引起擾動的流道流入至少一個噴射小孔，并在通過至少一個噴射小孔噴射前再次改變大約90°的方向。
這種類型的流道會在流體中產(chǎn)生擾動，從而改進(jìn)噴射流體的霧化和噴射分布。
從下面關(guān)于較佳實施例的詳細(xì)說明，附后的權(quán)利要求書，以及附圖可更清楚地了解本發(fā)明實施例的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
附圖的簡要說明現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明，其中，相同的標(biāo)號表示相同的零件，在附圖中

圖1A至1I是描述按照本發(fā)明一實施例、制造具有引起擾動的流體通道的流體分散噴射引導(dǎo)器步驟的剖視圖；圖2A是按照本發(fā)明一實施例的一流體分散噴射引導(dǎo)器的正視圖；圖2B是沿圖2A中的2B-2B線的剖視圖；圖3A是按照本發(fā)明一實施例的一流體分散噴射引導(dǎo)器的側(cè)視圖；圖3B是沿圖3A中的3B-3B線的剖視圖；圖4A是按照本發(fā)明一實施例的一流體分散噴射引導(dǎo)器的正視圖；以及圖4B是沿圖4A中的4A-4A線的剖視圖。
較佳實施例詳細(xì)說明按照本發(fā)明方法的一個實施例是為電鑄多層金屬而設(shè)置的，其中各層的厚度在約0.010mm到約0.400mm的范圍內(nèi)，并且不需要任何額外的精加工步驟。該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、成形或機(jī)加工就可獲得平直度和平面度。該方法能制造出帶有小孔尺寸和流體通道特征的、適于需要精密測定流體、諸如燃料噴嘴應(yīng)用場合的噴射引導(dǎo)器。這種產(chǎn)生擾動的流道改進(jìn)了噴射流體的霧化和流體分配，這對于燃料噴嘴來說特別有利。然而，本發(fā)明不限于燃料噴嘴。例如，本發(fā)明也可用于油漆噴射，化妝品噴射，家用或工業(yè)用清潔劑噴射用途，或其它需要流體霧化和噴射方式控制的用途。
準(zhǔn)備一抗鍍模型，以便用適當(dāng)?shù)墓怆娧b置進(jìn)行電鑄加工，而該模型與所需的噴射引導(dǎo)器的橫截面是互補(bǔ)的。光電裝置已在現(xiàn)有技術(shù)中廣泛使用。
例如，將具有表示噴嘴橫截面結(jié)構(gòu)的線條畫在一張紙上，這樣，黑線條對應(yīng)需要加記號的最終結(jié)構(gòu)。這些線條由無圖象的支承區(qū)域分開。利用通常的照相處理制備原圖的正性或負(fù)性光電裝置。供負(fù)性抗鍍用的光電裝置具有對應(yīng)原圖線條的清晰的線條和對應(yīng)于線條之間區(qū)域的變黑區(qū)域。如本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員知道的，用于負(fù)性抗鍍的光電裝置將使這些區(qū)域反過來，即，線條變黑，而線條之間的區(qū)域變亮。
首先，利用本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員知道的方法清洗一導(dǎo)電基材，以便用作抗鍍模型。清洗步驟的順序可包括用異丙醇洗滌，用三氯乙烯蒸汽除油，電凈，在蒸餾水里漂洗，在硝酸里洗滌，以及在蒸餾水里進(jìn)行最后漂洗。典型的基材包括不銹鋼，鍍有鉻或鎳的鐵，鎳，銅，鈦，鋁，鍍有鉻或鎳的鋁，鈦鈀合金，諸如因康鎳合金(Inconel)600的鎳銅合金和因瓦合金(Invar)(可從Inco買到)，等等。如果非金屬基材已被加工成可導(dǎo)電的，例如，利用現(xiàn)有技術(shù)中已知的金屬噴鍍技術(shù)(諸如無電金屬噴鍍，蒸鍍等等)適當(dāng)?shù)貒婂兘饘?，非金屬基材也可使用?；目梢允侨魏芜m當(dāng)?shù)男螤?。如果是圓柱形的，基材的表面應(yīng)該基本上平行于基材的軸線。
抗鍍材料可包括各種類型的液體抗鍍劑。如現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，這些抗鍍材料可被分類，或者是可從西伯里(Shipley)股份有限公司(馬薩諸塞州，牛頓)獲得的、諸如Microposit和Photoposit的正性，或者是可從OGC微電子股份有限公司獲得的、諸如Waycoat抗鍍劑的負(fù)性。這些液體抗鍍劑或者是可含水處理，或者是可用通常使用的、諸如苯、二氯甲烷、三氯乙烷之類的有機(jī)溶劑進(jìn)行溶劑處理。正性抗鍍材料包括溶劑處理的抗鍍劑，它含有乙酸2-乙氧基乙酯，乙酸正丁酯，二甲苯，鄰氯甲苯，甲苯，酚醛樹脂混合物，以及感光復(fù)合物。負(fù)性抗鍍材料包括含有環(huán)化聚異戊二烯和二疊氮基光引發(fā)劑的溶劑處理的抗鍍劑。
例如，在負(fù)性抗鍍劑的情況下，光電裝置牢牢地固定在鍍有抗鍍劑的基材表面上。例如，利用在100-200mJ/cm2至100-2000mJ/cm2能級的光化射線對該基材照射。去掉光電裝置，而留下將暴露在紫外線(UV)下進(jìn)行聚合的抗鍍劑部分和仍是半固體形狀沒有被照射的抗鍍劑部分。利用通常的顯影裝置和化學(xué)方法在基材上顯影抗鍍層。沒有被照射的抗鍍劑部分將在顯影處理中被洗去，只留下聚合部分仍在基材的表面。在正性抗鍍劑系統(tǒng)情況下，照射的部分被洗去，而沒有照射的部分在顯影處理后仍被保留。
在所有的附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的零件。如圖1A和1B所示，第一模制層3電鑄在支承著第一抗鍍模型2的基材1上。第一模制層3和第一抗鍍模型2的形狀可選自任何能在噴射的微粒尺寸和/或方向性上產(chǎn)生所需效果的形狀。示范性的例子包括圓形，橢圓形，蛋形，圓環(huán)形，圓柱形，多邊形，三角形，矩形，正方形，有規(guī)則的和無規(guī)則的形狀。
電鑄加工在包括一陽極，一陰極和電鑄液的電鑄區(qū)內(nèi)進(jìn)行。電鑄液可包括離子或形成模制層材料離子的鹽，其濃度可在微量至飽和的范圍內(nèi)，其離子可以陰離子和陽離子的形式存在；溶劑；緩沖劑，其濃度可在零至飽和的范圍內(nèi)；陽極腐蝕劑，其濃度可在零至飽和的范圍內(nèi)；以及，可選用的晶粒細(xì)化劑，均勻劑，催化劑，表面活性劑，和現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它添加劑。對于本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說不需要大量的試驗就可方便地獲得較佳的濃度范圍。一種較佳的、將鎳(即，如第一模制層3)鍍到一基材上的電鑄液包括在溶液里的大約80mg/ml的鎳離子，大約20-40mg/ml的H3BO3，大約3.0mg/ml的NiCl2·6H2O，和大約4.0-6.0ml/liter的十二烷基硫酸鈉。其它適當(dāng)?shù)碾婅T液成分包括(但不限于)，Watts鎳大約68-88mg/ml的鎳離子，大約50-70mg/ml的NiCl2·6H2O和大約20-40mg/ml的H3BO3；氯化物硫酸鹽(chloridesulfate)大約70-100mg/ml的鎳離子，大約145-170mg/ml的NiCl2·6H2O和大約30-45mg/ml的H3BO3；以及濃縮的氨基磺酸鹽大約100-120mg/ml的鎳離子，大約3-10mg/ml的NiCl2·6H2O和大約30-45mg/ml的H3BO3。無電鍍液(諸如無電鍍鎳液)也可使用。根據(jù)電鑄沉積所需要的性質(zhì)可使用各種類型的電鑄液。這些無電鍍液對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是眾所周知的。
能夠電鑄在基材表面的金屬的例子包括，但不限于，鎳，銅，金，銀，鈀，錫，鉛，鉻，鋅，鈷，鐵，以及它們的合金。較佳的金屬是鎳和銅。任何通過電化作用能夠沉積的、適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體或材料都可使用，諸如導(dǎo)電聚合物，塑料和無電鎳沉積。適當(dāng)?shù)淖詣哟呋臒o電鎳沉積的例子包括，但不限于，鎳-磷，鎳-硼，多成分合金，諸如銅-鎳磷，鎳-聚四氟乙烯，復(fù)合鍍層等等。準(zhǔn)備用于本發(fā)明范圍內(nèi)的無電鎳沉積的方法對于電鑄技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說是眾所周知的。
使用適當(dāng)?shù)碾娫词闺娊庖和?。來自電解液的形成模制層的離子電鑄在由聚合的抗鍍材料的模型2限定的、基材1的暴露的導(dǎo)電表面上。由抗鍍材料覆蓋的基材上的那一部分未被電鍍。加工過程一直進(jìn)行到沉積在基材1暴露表面上的第一模制層3的厚度達(dá)到所需的、大約0.010mm到0.400mm、最好是大約0.020mm到0.200mm的范圍。如圖所示，該厚度與第一抗鍍模型2的厚度對應(yīng)。這樣，提供給第一抗鍍模型2的適當(dāng)厚度范圍大約與第一模制層3的厚度范圍相同。
圖1C和1D表示使用抗鍍劑和電鍍的下一個操作過程。將第二抗鍍模型4設(shè)置在第一抗鍍模型2的頂部，并覆蓋著一部分第一模制層3。使電解液通電，讓來自電解液的、形成模制層的離子電鑄在第一模制層3的暴露的導(dǎo)電表面上，而其形狀完全與第二抗鍍模型4互補(bǔ)。繼續(xù)進(jìn)行該加工過程，直至沉積在第一模制層3暴露表面上的第二模制層5的厚度達(dá)到所需的、大約0.010mm到0.400mm、最好是大約0.020mm到0.200mm的范圍。如圖所示，該厚度與第二抗鍍模型4的厚度對應(yīng)。這樣，提供給第二抗鍍模型4的適當(dāng)厚度范圍大約與第二模制層5的厚度范圍相同。
第二模制層5和第二抗鍍模型4的形狀可選自任何能在噴射的微粒尺寸和/或方向性上產(chǎn)生所需效果的形狀。示范性的例子包括圓形，橢圓形，蛋形，圓環(huán)形，圓柱形，多邊形，三角形，矩形，正方形，有規(guī)則的和無規(guī)則的形狀。
圖1E表示一噴鍍金屬步驟，其中，金屬層6覆蓋在第二抗鍍模型4和第二模制層5上?？衫帽炯夹g(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的多種噴鍍金屬技術(shù)中的任何一種來提供改金屬層6，諸如蒸發(fā)的物理蒸汽沉積(PVD)，噴射的PVD和自動催化的無電沉積。金屬層6的適當(dāng)成分包括，但并不限于，Au、Ag、Ni、Pd、Ti、Fe、Cu、Al和Cr。金屬層的厚度應(yīng)該是0.00001mm至0.020mm，較佳的是0.00005mm至0.005mm。提供金屬層是為了能夠在不導(dǎo)電的第二抗鍍模型4上面進(jìn)行電鑄。
圖1F-1I表示了按照本發(fā)明不同實施例的替換的進(jìn)一步步驟。
圖1F和1G表示提供了第三抗鍍模型7，并在金屬層6的頂部電鍍了第三模制層8。由此形成的第三模制層8被認(rèn)為具有過度電鑄的幾何形狀。在具有這種幾何形狀的層里，電鍍材料部分重疊在各第三抗鍍模型7的邊緣上，以限定一分級的流體噴射小孔9。當(dāng)抗鍍材料是一種液體抗鍍劑和/或第三抗鍍模型7相對于第三模制層8較薄時會產(chǎn)生這種類型的幾何形狀。第三抗鍍模型7的高度應(yīng)該是0.0005mm至0.100mm，較佳的是0.001mm至0.075mm，最好是0.002mm至0.050mm。
可用來形成過度電鑄的幾何形狀的抗鍍材料包括，但并不限于，乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸正丁酯、二甲苯、鄰氯甲苯、甲苯、以及感光復(fù)合物和感光復(fù)合物的混合物。感光復(fù)合物的例子包括，但并不限于，重氮基復(fù)合物或雙疊氮基復(fù)合物。
第三模制層8和第三抗鍍模型7的形狀可選自任何能在噴射的微粒尺寸和/或方向性上產(chǎn)生所需效果的形狀。示范性的形狀包括圓形，橢圓形，蛋形，圓環(huán)形，圓柱形，多邊形，三角形，矩形，正方形，有規(guī)則的和無規(guī)則的形狀。在本發(fā)明的一較佳實施例里，第三抗鍍模型具有至少帶一個尖銳邊緣的形狀。
圖1H和1I表示提供第三抗鍍模型7’，它具有至少足以防止產(chǎn)生如圖1G所示的、過度電鑄的幾何形狀的厚度。在這個實施例里，第三模制層8’電鍍在金屬層6的頂部，其高度小于或等于第三抗鍍模型7’的高度。當(dāng)?shù)谌Ｖ茖?’趨向于具有小于第三抗鍍模型7’的厚度時，第三模制層8’的目標(biāo)厚度較佳的是約小于第三抗鍍模型7’厚度的10％。第三抗鍍模型7’和第三模制層8’的高度應(yīng)該是0.010mm至0.400mm，較佳的是0.025mm至0.300mm，最好是0.050mm至0.250mm。第三抗鍍模型7’的頂表面基本上無電鍍。
在基材1的表面上電鑄所需的多層厚度后，從電解液中除去基材。通過標(biāo)準(zhǔn)的方法可從基材表面上除去多層電鑄的模型，這些方法包括，但并不限于，機(jī)械分離，熱沖擊，型芯溶解等等。這些方法對于電鑄技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說是眾所周知的。
較佳的是在除去基材前除去抗鍍模型和存在于流道中的金屬層的部分，以便將零件的處理減少至最小程度?？衫矛F(xiàn)有技術(shù)中使用的適當(dāng)技術(shù)除去抗鍍模型。這些方法包括對于可用溶劑處理的抗鍍劑在丙酮或二氯甲烷里清洗基材，而對于可含水處理的抗鍍劑在乙醇胺和乙二醇醚的混合物里清洗基材。除去光致抗鍍劑的其它適當(dāng)方法在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，并且通常是由光致抗鍍劑材料的供應(yīng)商提供的。
在流道中的金屬層較佳的是在除去抗鍍劑步驟中通過抗鍍劑清除介質(zhì)除去。然而，如果將流道中的金屬層保留到除去抗鍍劑之后，可利用本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員已知的、選定的化學(xué)蝕刻技術(shù)將其除去。
在多層結(jié)構(gòu)、諸如附圖所示的三層結(jié)構(gòu)中，支承基材的除去清潔步驟常常是需要的。通常，可通過將該零件放入(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該步驟。
雖然圖1A至1I描述了各實施例，其中抗鍍模型和形成入口小孔的模制層首先施加在基材上，然而本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會樂意使該工藝反過來進(jìn)行，這樣，抗鍍模型和形成噴射小孔的模制層將首先施加在基材上(即，底層)，而抗鍍模型和限定入口小孔的模制層將最后施加在開始形成的噴射引導(dǎo)器上(即，頂層)。這種替換實施例的一個例子包括在導(dǎo)電基材上施加第一抗鍍模型，該模型具有與至少一個流體噴射小孔的形狀對應(yīng)的形狀；在導(dǎo)電基材上電鑄與第一抗鍍模型互補(bǔ)的第一模制層；在第一模制層和第一抗鍍模型限定的第一表面上施加第二抗鍍模型，該模型具有與一中間流道形狀對應(yīng)的形狀；在第一表面上電鑄與第二抗鍍模型互補(bǔ)的第二模制層；在由第二抗鍍模型和第二模制層限定的第二表面上施加一金屬層；在該金屬層上施加第三抗鍍模型，該模型具有與入口小孔形狀對應(yīng)的形狀；在該金屬層上電鑄與第三抗鍍模型互補(bǔ)的第三模制層，以提供一多層電鑄結(jié)構(gòu)；從該多層電鑄結(jié)構(gòu)上除去抗鍍模型和位于非線性流體通道內(nèi)的金屬層的一部分；以及從基材上分離多層電鑄結(jié)構(gòu)，以提供一流體分散裝置。
圖2A-2B和3A-3B表示一替換的實施例，它表示了在基材和光致抗鍍劑材料已除去后的一已完成的噴射引導(dǎo)器20。參看圖2B，入口小孔11具有沿第一方向延伸的中心軸線XA。流體噴射小孔9具有互相平行、但與入口小孔軸線XA偏離的中心軸線XB和XC。
要分散的流體通過入口小孔11流入流體分散噴射引導(dǎo)器20，并進(jìn)入中間流道10。第三模制層8內(nèi)表面中斷流體的線性流動，迫使流體經(jīng)受擾動，從而在離開中間流道10前轉(zhuǎn)變成有角度的流體路徑，然后通過兩流體噴射小孔9噴出。在所示的實施例里，流道10沿基本垂直于小孔軸線XA，XB和XC的方向延伸。
圖4A-4B表示一完成的噴射引導(dǎo)器20的另一較佳實施例。在這個實施例里，共有四組，每組有入口小孔11，中間流道10和流體噴射小孔9。各中間流道10具有蛋形橫截面。
根據(jù)本發(fā)明制造的噴射引導(dǎo)器較有利的是可具有橫截面直徑和厚度的范圍。例如，噴射引導(dǎo)器的流體噴射小孔可具有一從約0.010mm至2.00mm、較佳的是從約0.020mm至0.500mm的最小橫截面直徑。流體噴射小孔9的大小取決于流體流動的要求，并非常廣泛地取決于用途和橫跨噴射引導(dǎo)器的壓力降要求。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員不需要大量試驗就可確定這些尺寸。
在基材上的光致抗鍍劑和電鑄層的大小，以及電鑄時間確定了噴射引導(dǎo)器的大小。噴射引導(dǎo)器的多層厚度應(yīng)該大約是0.100mm至1.500mm。而較佳的厚度范圍從約0.300mm至0.900mm。對于本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說，可較容易地從這些示范性的范圍作出改變。
在各噴射引導(dǎo)器20上可設(shè)置一個以上的入口小孔11。在各噴射引導(dǎo)器20上也可設(shè)置一個流體噴射小孔9。此外，在各噴射引導(dǎo)器20上也可設(shè)置兩個(如圖所示)、三個或更多個流體噴射小孔9。
在噴射引導(dǎo)器內(nèi)的模制層的數(shù)量并不限于三層。例如，可提供多于三層的模制層，以便有助于形成更復(fù)雜的內(nèi)腔、小孔、流動路徑等等。例如，可設(shè)置附加層，以便有助于在中間流道的下游壁上形成凹槽、凸片或肋片，這種結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步造成流體擾動。
入口和噴射小孔的軸線不一定是平行的，也不一定垂直于中間流道，只要流體能產(chǎn)生足夠的擾動就可以了。
在一片基材上可同時制造多個噴射引導(dǎo)器。為了能從一連續(xù)片狀基材上除去該零件和有助于處理該陣列，可電鑄一薄的聯(lián)結(jié)帶，以便將各噴射引導(dǎo)器結(jié)構(gòu)上的最后一層電鑄層固定在至少另一個噴射引導(dǎo)器結(jié)構(gòu)上。在陣列結(jié)構(gòu)里的噴射引導(dǎo)器之間的距離可以廣泛地變化，其目標(biāo)是使空間減到最小程度。
按照本發(fā)明制造的噴射引導(dǎo)器可作為需要帶精密小孔的噴射引導(dǎo)器使用，例如流體的精密測量。這些用途包括，但不限于，用于內(nèi)燃機(jī)的燃料噴嘴，用于熱噴墨印刷、按要求滴落印刷和壓電驅(qū)動印刷的印刷噴嘴，以及噴射用途，包括環(huán)氧樹脂噴射，油漆噴射，粘結(jié)劑噴射，化妝品噴射，家用的或工業(yè)用清潔劑噴射，以及釬焊焊劑噴射，或任何其它需要流體的霧化和控制噴射方式的用途。
雖然參考具體的實施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但對于本技術(shù)領(lǐng)域中普通的技術(shù)人員來說在不超出本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出許多變化和修改，這是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種流體分散裝置，它包括多層電鑄層，所述電鑄層形成一非線性流體通道，該流體通道包括一接受流體的入口小孔；一噴射所述流體的流體噴射小孔；以及一引起擾動的中間流道，它位于所述入口小孔和所述流體噴射小孔之間，將來自所述入口小孔的所述流體非線性地輸送到所述流體噴射小孔。
2.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述引起擾動的中間流道由一上游壁和一下游壁限定，所述入口小孔貫穿所述上游壁，而所述流體噴射小孔在偏離所述入口小孔的位置處貫穿所述下游壁。
3.如權(quán)利要求2所述的流體分散裝置，其特征在于，所述引起擾動的中間流道具有矩形或蛋形的橫截面。
4.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，具有四組所述入口小孔，所述流體噴射小孔和所述引起擾動的中間流道。
5.如權(quán)利要求2所述的流體分散裝置，其特征在于，所述引起擾動的中間流道沿基本上垂直于所述流體噴射小孔和所述入口小孔中的至少一個的中心軸線的方向延伸。
6.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，它包括兩個與所述引起擾動的中間流道流體連通的流體噴射小孔。
7.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述流體噴射小孔由至少一層具有過度生長幾何形狀的電鑄層限定。
8.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述流體噴射小孔具有至少一條尖銳邊緣的形狀。
9.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述入口小孔具有選自由圓形、橢圓形、圓環(huán)形、多邊形、三角形、矩形、正方形和不規(guī)則形狀組成的集合中的橫截面形狀。
10.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述電鑄層包括選自由鎳、銅、金、銀、鈀、錫、鉛、鉻、鋅、鈷、鐵，以及它們的合金組成的集合中的至少一種材料。
11.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述電鑄層包括選自由鎳-磷、鎳-硼、銅-鎳磷、鎳-聚四氟乙烯和它們復(fù)合物組成的集合中的至少一種材料。
12.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述電鑄層在成分上是相同的。
13.如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置，其特征在于，所述流體分散裝置是用于發(fā)動機(jī)的液體燃料霧化噴嘴。
14.一種制造按照權(quán)利要求1所述的流體分散裝置的方法，所述方法包括(1)在一基材上電鑄至少一底部模制層，以限定所述入口小孔或流體噴射小孔；(2)在所述至少一底部模制層上電鑄至少一中間模制層，以限定所述中間流道；(3)在所述至少一中間模制層上電鑄至少一頂部模制層，以限定另一所述小孔，并提供一多層電鑄結(jié)構(gòu)；以及(4)使所述多層電鑄結(jié)構(gòu)與所述基材分離，以提供所述流體分散裝置。
15.一種制造如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置的方法，所述方法包括(1)在一導(dǎo)電基材上施加具有與所述入口小孔形狀對應(yīng)的形狀的第一抗鍍模型；(2)在所述導(dǎo)電基材上電鑄與所述第一抗鍍模型互補(bǔ)的第一模制層；(3)在由所述第一模制層和所述第一抗鍍模型限定的第一表面上施加具有與所述中間流道形狀對應(yīng)的形狀的第二抗鍍模型；(4)在所述第一表面上電鑄與所述第二抗鍍模型互補(bǔ)的第二模制層；(5)在由所述第二抗鍍模型和所述第二模制層限定的第二表面上施加金屬層；(6)在所述金屬層上施加具有與所述流體噴射小孔形狀對應(yīng)的形狀的第三抗鍍模型；(7)在所述金屬層上電鑄與所述第三抗鍍模型互補(bǔ)的第三模制層，以提供一多層電鑄結(jié)構(gòu)；(8)從所述多層電鑄結(jié)構(gòu)中除去所述抗鍍模型和在所述非線性流體通道里的一部分所述金屬層；以及(9)從所述基材上分離所述多層電鑄結(jié)構(gòu)，以提供所述流體分散裝置。
16.一種制造如權(quán)利要求1所述的流體分散裝置的方法，所述方法包括(1)在一導(dǎo)電基材上施加一具有與所述流體噴射小孔形狀對應(yīng)的形狀的第一抗鍍模型；(2)在所述導(dǎo)電基材上電鑄與所述第一抗鍍模型互補(bǔ)的第一模制層；(3)在由所述第一模制層和所述第一抗鍍模型限定的第一表面上施加一具有與所述中間流道形狀對應(yīng)的形狀的第二抗鍍模型；(4)在所述第一表面上電鑄與所述第二抗鍍模型互補(bǔ)的第二模制層；(5)在由所述第二抗鍍模型和所述第二模制層限定的一表面上施加一金屬層；(6)在所述金屬層上施加一具有與所述入口小孔形狀對應(yīng)的形狀的第三抗鍍模型；(7)在所述金屬層上電鑄與所述第三抗鍍模型互補(bǔ)的第三模制層，以提供一多層電鑄結(jié)構(gòu)；(8)從所述多層電鑄結(jié)構(gòu)上除去所述抗鍍模型和在所述非線性流體通道中的一部分所述金屬層；以及(9)從所述基材上分離所述多層電鑄結(jié)構(gòu)，以提供所述流體分散裝置。
17.一種流體分散裝置，它包括一第一電鑄層，它具有至少一個入口小孔；一第二電鑄層，它具有至少一個流體噴射小孔；以及至少一個引起擾動的流道，它在所述至少一個入口小孔和所述至少一個流體噴射小孔之間延伸，所述至少一個引起擾動的流道沿一與所述至少一個入口小孔和所述至少一個流體噴射小孔中的至少一個的中心軸線成非零角度延伸，以便在流體從所述至少一個入口小孔流向所述至少一個噴射小孔時引起擾動。
18.如權(quán)利要求17所述的流體分散裝置，其特征在于，還包括位于所述第一電鑄層和所述第二電鑄層之間的中間電鑄層，所述至少一個引起擾動的流道位于所述中間電鑄層內(nèi)。
19.一種制造流體分散裝置的方法，包括(1)將第一抗鍍模型施加在一導(dǎo)電基材上；(2)在所述導(dǎo)電基材上電鑄一與所述第一抗鍍模型互補(bǔ)的第一模制層；(3)在所述第一模制層和所述第一抗鍍模型上施加一第二抗鍍模型；(4)在所述第一表面上電鑄一與所述第二抗鍍模型互補(bǔ)的第二模制層；(5)在由所述第二抗鍍模型和所述第二模制層限定的一表面上施加一金屬層；(6)在所述金屬層上施加一第三抗鍍模型，其位置沿著所述基材表面的方向偏離所述第一抗鍍模型；(7)在所述金屬層上電鑄一與所述第三抗鍍模型互補(bǔ)的第三模制層，以提供一多層電鑄結(jié)構(gòu)；(8)從所述多層電鑄結(jié)構(gòu)里除去所述抗鍍模型和靠近所述第三抗鍍模型的一部分所述金屬層；以及(9)從所述基材上分離所述多層電鑄結(jié)構(gòu)，以提供所述流體分散裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述抗鍍模型包括選自由乙酸2-乙氧基乙酯、乙酸正丁酯、二甲苯、鄰氯甲苯、甲苯、感光復(fù)合物。以及它們的混合物組成的集合中的至少一種材料。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述抗鍍模型包括選自由環(huán)化聚異戊二烯和二疊氮基光引發(fā)劑組成的集合中的至少一種材料。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述模制層包括選自由鎳、銅、金、銀、鈀、錫、鉛、鈷、鉻、鐵、鋅，以及它們的合金組成的集合中的至少一種材料。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述模制層包括選自由鎳-磷、鎳-硼、銅-鎳磷、鎳-聚四氟乙烯和它們復(fù)合物組成的集合中的至少一種材料。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一模制層具有0.010mm至0.400mm的厚度。
25.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一抗鍍模型具有0.010mm至0.400mm的厚度。
26.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二模制層具有0.010mm至0.400mm的厚度。
27.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二抗鍍模型具有0.010mm至0.400mm的厚度。
28.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三模制層具有0.010mm至0.400mm的厚度。
29.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三抗鍍模型具有0.010mm至0.400mm的厚度。
30.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三模制層過度電鑄在所述第三抗鍍模型上。
31.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述金屬層包括選自由Au、Ag、Ni、Pd、Ti、Fe、Cu、Al和Cr組成的集合中的至少一種金屬。
32.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述金屬層具有0.00001mm至0.020mm的厚度。
全文摘要
一種噴射引導(dǎo)器包括產(chǎn)生上游擾動的結(jié)構(gòu)，以便控制噴射分布和噴射微滴的尺寸。制造這種噴射引導(dǎo)器的方法利用與多層電鑄加工工藝相結(jié)合的多層抗鍍材料加工工藝。
文檔編號F02M61/00GK1167520SQ96191339
公開日1997年12月10日 申請日期1996年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月11日
發(fā)明者加里·T·馬克斯, 詹姆斯·H·馬克維爾, 朱迪·A·斯林, 肯尼思·E·伍德 申請人:Amtx股份有限公司