ノズル及びノズルを作製する方法
ノズル及びそのノズルを作製する方法が開示される。その方法は、（ａ）多光子反応を受けることが可能な第１の材料を供給する工程と、（ｂ）多光子過程を用いて第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程と、（ｃ）第１の材料とは異なる第２の材料内に第１の微細構造化パターンを複製して、第２の材料内の第２の微細構造化パターンを有する第１の金型を作製する工程と、（ｄ）第１及び第２の材料とは異なる第３の材料内に第２の微細構造化パターンを複製して、第３の材料内の複数の微細構造を有する第３の微細構造化パターンを有する第２の金型を作製する工程と、（ｅ）第３の材料とは異なる第４の材料の層で第２の金型の第３の微細構造化パターンを平坦化する工程であって、その層は、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造の各微細構造の頂部を露出させる、工程と、（ｆ）第３の材料を除去する工程であって、結果として、第４の材料内の複数の穴を有するノズルが得られ、それらの穴は、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造に対応する、工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義にはノズルに関する。本発明は更に、そのようなノズルを組み込んだ燃料噴射器に応用可能である。
【背景技術】
【０００２】
以前にも増して、燃料噴射は、内燃機関において燃料と空気とを混合するための好ましい方法となっている。燃料噴射は一般に、エンジンの燃料効率を高め、有害な排気物を減少させるために用いられ得る。燃料噴射器は一般に、燃焼用の加圧下で燃料を噴霧化するためのノズルを備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
環境基準がますます厳しくなることから、より効率的な燃料噴射器が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
広義には、本発明はノズル及びノズルを作製する方法に関する。一実施形態において、ノズルを製作する方法は、（ａ）多光子反応を受けることが可能な第１の材料を供給する工程と、（ｂ）多光子過程を用いて第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程と、（ｃ）第１の材料とは異なる第２の材料内に第１の微細構造化パターンを複製して、第２の材料内の第２の微細構造化パターンを備える第１の金型を作製する工程と、（ｄ）第１及び第２の材料とは異なる第３の材料内に第２の微細構造化パターンを複製して、第３の材料内の複数の微細構造を含んだ第３の微細構造化パターンを備える第２の金型を作製する工程と、（ｅ）第３の材料とは異なる第４の材料の層で第２の金型の第３の微細構造化パターンを平坦化する工程であって、その層は、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造の各微細構造の頂部を露出させる、工程と、（ｆ）第３の材料を除去する工程であって、結果として、第４の材料内の複数の穴を有するノズルが得られ、それらの穴は、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造に対応する、工程と、を含む。ある場合には、本方法における各工程は順次的に実施される。ある場合には、第１の材料はポリ（メチルメタクリレート）を含む。ある場合には、第１の材料は、二光子反応を受けることが可能である。ある場合には、第１の微細構造化パターンは、複数の離散的微細構造を含む。ある場合には、複数の離散的微細構造は、３次元の直線的な形体、３次元の直線的な形体の一部分、３次元の曲線的な形体、３次元の曲線的な形体の一部分、多面体、円錐体、先細の微細構造、又は螺旋状の微細構造である離散的微細構造を含む。ある場合には、第１の微細構造化パターンは、二光子過程を用いて第１の材料内に形成される。ある場合には、第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程は、第１の材料の少なくとも一部分を露光して、多光子の同時吸収を生じさせることを含む。ある場合には、第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程は、第１の材料のうちの露光した部分、又は第１の材料のうちの露光していない部分を除去することを含む。ある場合には、第２の材料内に第１の微細構造化パターンを複製することは、第１の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む。ある場合には、第２の材料は電気メッキ材料を含む。ある場合には、第１の金型は金属を含む。ある場合には、第１の金型はニッケルを含む。ある場合には、第２の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして第１の微細構造化パターンを複製したものである。ある場合には、第３の材料内に第２の微細構造化パターンを複製する工程は、射出成形することを含む。ある場合には、第３の材料は、ポリカーボネートなどのポリマーを含む。ある場合には、第２の金型はポリマーを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして第２の微細構造化パターンを複製したものである。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第４の材料で第３の微細構造化パターンをコーティングすることを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第４の材料で第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第４の材料の一部分を除去することを含み、場合によっては、コーティングされた第４の材料のうちのその一部分は研削法によって除去される。ある場合には、第４の材料は電気メッキ材料を含む。ある場合には、ノズルは金属を含む。ある場合には、ノズルはニッケルを含む。
【０００５】
別の実施形態において、ノズルは、中空内部と、その中空内部をノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを有する。その少なくとも１つの穴は、第１の形状を有する、ノズルの中空内部にある穴入口と、第１の形状とは異なる第２の形状を有する、ノズルの外側にある穴出口とを有する。ある場合には、第１の形状は楕円形状であり、第２の形状は円形状である。ある場合には、第１の形状はレーストラック形状であり、第２の形状は円形状である。ある場合には、第１の形状の外周は、緊密に詰められた複数の円の外弧を含み、それらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。
【０００６】
別の実施形態において、ノズルは、中空内部と、その中空内部をノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを有する。その少なくとも１つの穴は、ノズルの中空内部にある穴入口と、ノズルの外側にある穴出口とを有する。その少なくとも１つの穴は、穴入口から穴出口にかけて回転する横断面を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて増加する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて減少する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて一定の回転率を有する。ある場合には、穴入口は第１の形状を有し、穴出口は、第１の形状とは異なる第２の形状を有する。ある場合には、ノズルは複数の穴を有し、それらの穴は、最外方の円を含んだ同心円の配列をなして配置されている。離散的ノズル穴は、最外方の円の直径が、同心円の配列をなす各円の少なくとも１つの離散的ノズル穴を含むことがないように配置されている。ある場合には、同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的ノズル穴を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮すれば、本発明がより完全に理解され評価されよう。
【図１Ａ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｂ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｃ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｄ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｅ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｆ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｇ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｈ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｉ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｊ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｋ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｌ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｍ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図２】微細構造の概略的３次元図。
【図３】別の微細構造の概略的３次元図。
【図４】別の微細構造の概略的３次元図。
【図５】別の微細構造の概略的３次元図。
【図６】微細構造の基部の概略図。
【図７】それぞれ、微細構造の概略的３次元図及び頂面図。
【図８】それぞれ、微細構造の概略的３次元図及び頂面図。
【図９】微細構造（ノズル穴）の概略的３次元図。
【図１０】図９に示す微細構造（ノズル穴）の基部（穴入口）の概略図。
【図１１】図９に示す微細構造（ノズル穴）の概略的頂面図。
【図１２】ノズル穴（微細構造）の概略的３次元図。
【図１３】図１２に示すノズル穴（微細構造）の穴入口（基部）の概略図。
【図１４】図１２に示すノズル穴（微細構造）の概略的頂面図。
【図１５Ａ】異なる２つの配列をなす穴（微細構造）の概略的頂面図。
【図１５Ｂ】異なる２つの配列をなす穴（微細構造）の概略的頂面図。
【図１６】複数のノズル穴（微細構造）の概略的３次元図。
【図１７】微細構造の概略的側面図。
【図１８】露光システムの概略的側面図。
【図１９】クラスタをなす微細構造の２枚の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）。
【図２０】クラスタをなす微細構造の２枚の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）。
【図２１】クラスタをなすポリカーボネート製微細構造のＳＥＭ。
【図２２】クラスタをなす穴の各穴入口及び穴出口（respective hole entries and hole entries）の光学顕微鏡写真。
【図２３】クラスタをなす穴の各穴入口及び穴出口（respective hole entries and hole entries）の光学顕微鏡写真。
【図２４】ノズルの概略的側面図。
【図２５】図２２及び２３に示す穴のうちの１つのＳＥＭ。
【０００８】
本明細書において、複数の図で用いられている同じ参照符号は、同一の又は類似の特性及び機能性を有する同一の又は類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は広義には噴霧ノズルに関する。開示するノズルは、穴入口、穴の壁の中、及び穴出口における噴霧方向及び流体のダイナミクスを改善するように設計された１つ以上の穴を有する。開示するノズルは有利にも、燃料噴射システムに組み込まれて燃料効率を改善し得る。開示するノズルは、二光子などの多光子過程を用いて製作され得る。特に、多光子過程を用いて微細構造を製作することができ、その微細構造が、ノズル又は他の用途で用いられる穴を製作する金型として使用され得る。
【００１０】
「ノズル」という用語は、当該技術分野において種々様々な意味を有し得ることを理解されたい。いくつかの特定の参考文献において、ノズルという用語は広範な定義を有している。例えば、米国特許公開第２００９／０３０８９５３ Ａ１号（Ｐａｌｅｓｔｒａｎｔら）には、オクルダーチャンバー５０を含めて多数の要素を有する「噴霧ノズル」が開示されている。このノズルは、本明細書で提案するノズルの解釈及び定義とは異なるものである。例えば、この説明におけるノズルは、Ｐａｌｅｓｔｒａｎｔらのオリフィスインサート２４に概ね対応する。一般に、この説明におけるノズルは、噴霧噴射システムのうちの、噴霧が最終的に排気される最後の先細部分として理解され得るものであり、例えば、Ｍｅｒｒｉａｍ Ｗｅｂｓｔｅｒ’ｓ ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙのノズルの定義（「流体の流れを高速化又は案内するために（ホースなどで）用いられる先細り又は絞りを有する短い管」）を参照されたい。Ｎｉｐｐｏｎｄｅｎｓｏ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（Ｋａｒｉｙａ，Ｊａｐａｎ）に付与された米国特許第５，７１６，００９号（Ｏｇｉｈａｒａら）を参照することにより、更なる理解が得られよう。この文献においても、流体噴射「ノズル」は、組立型弁要素１０として広義に定義されている（「流体噴射ノズルとして作用する燃料噴射弁１０」（Ｏｇｉｈａｒａらの特許の第４段落、第２６〜２７行を参照））。本明細書で用いる「ノズル」という用語のここでの定義及び解釈は、第１及び第２のオリフィスプレート１３０及び１３２に、また場合によってはスリーブ１３８（Ｏｇｉｈａｒａらの図１４及び１５を参照）に関するものであり、例えば、このスリーブ１３８は燃料噴霧にすぐ近接して位置する。本明細書で説明するものと似た、「ノズル」という用語の解釈が、Ｈｉｔａｃｈｉ，Ｌｔｄ．（Ｉｂａｒａｋｉ，Ｊａｐａｎ）に付与された米国特許第５，１２７，１５６号（Ｙｏｋｏｙａｍａら）において用いられている。そこでは、ノズル１０は、「旋回翼」１２（図１（ＩＩ）を参照）など、取り付けられ組み込まれた構造の要素とは別に定義されている。残りの説明及び特許請求の範囲の全てを通じて「ノズル」という用語が言及されるときに、上で定義した解釈が理解されるべきである。
【００１１】
ある場合には、開示する微細構造は、四面体若しくは六面体などの多面体、角柱、若しくは角錐、又は、切頭体など、そのような形体の一部分若しくは組合わせなど、３次元の直線的な形体であってよい。例えば、図２は、微細構造２２０の概略的３次元図であるが、この微細構造２２０は、基板２１０上に配設されており、平面的又は平坦な基部２３０と、平面的又は平坦な頂部２４０と、頂部を基部に連結する側部２５０とを有している。側部２５０は、小平面２６０、２６５及び２７０など、複数の平面的な又は平坦な小平面を有している。微細構造２２０は、例えばノズルにおいて使用する穴を製作するための金型として使用され得る。
【００１２】
ある場合には、開示する微細構造は、球体、非球体、回転楕円体、放物体、円錐体若しくは切頭円錐体、又は円柱体の一部など、３次元の曲線的な形体又はそのような形体の一部であってもよい。例えば、図３は、微細構造３２０の概略的３次元図であるが、この微細構造３２０は、基板３１０上に配設されており、平面的又は平坦な基部３３０と、平面的又は平坦な頂部３４０と、頂部を基部に連結する曲線側部３５０とを有している。例示的な微細構造３２０において、頂部３４０と基部３３０とは同じ形状を有している。微細構造３２０は、基部３３０から頂部３４０に向かって狭くなるように先細となっている。その結果、頂部３４０は、基部３３０よりも小さな面積を有している。微細構造３２０は、例えばノズルにおいて使用する穴を製作するための金型として使用され得る。
【００１３】
ある場合には、開示する微細構造の特徴の中には、基部から頂部にかけて変化するものもある。例えば、ある場合には、開示する微細構造は、先細の微細構造であってもよい。例えば、図４は、多光子過程を用いて製作され得る微細構造４２０の概略的３次元図である。微細構造４２０は、例えばノズルにおいて使用する穴を製作するための金型として使用され得る。微細構造４２０は、基板４１０上に配設されており、基部４３０と、頂部４４０と、頂部を基部に連結する側部４５０とを有している。微細構造４２０は、ｚ軸に沿った基部４３０と頂部４４０との距離である高さ又は厚さｈ１を有している。微細構造４２０は先細となっている。具体的に言えば、微細構造の厚さ方向に沿った、微細構造の横断面積は、基部４３０から頂部４４０にかけて減少している。例えば、微細構造４２０は、ｘｙ平面における高さｈ２での横断面４６０と、ｘｙ平面における高さｈ３＞ｈ２での横断面４７０を有している。横断面４７０の面積は横断面４６０の面積よりも小さく、横断面４６０の面積は基部４３０の面積よりも小さい。
【００１４】
基部４３０は第１の形状を有し、頂部４４０は、その第１の形状とは異なる第２の形状を有している。ある場合には、第１の形状は楕円形状であり、第２の形状は円形状である。例えば、図５は微細構造５２０の概略的３次元図であり、微細構造５２０は、楕円形基部５３０と、円形頂部５４０と、頂部を基部に連結する側部５５０とを有している。楕円形基部５３０は、長さ「ａ」を有するｙ方向に沿った長軸５６０と、「ａ」とは異なる長さ「ｂ」を有するｘ方向に沿った短軸５７０とを有している。円形頂部５４０は半径ｒを有している。微細構造５２０は先細となっている。具体的に言えば、円形頂部５４０の面積は、楕円形基部５３０の面積よりも小さなものとなっている。
【００１５】
別の例として、第１の形状はレーストラック形であってもよく、第２の形状は、例えば円形であってもよい。例えば、図６は、開示する微細構造の基部となり得る基部６３０の概略図である。基部６３０は、２つの円６４２及び６４４と、中央部分６５０とを有している。基部６３０は、曲線部分又は円弧６３２及び６３４と直線部分６３６及び６３８とを有する外周６６０を有している。曲線部分６３２及び６３４は、それぞれ円６４２及び６４４の一部分である。
【００１６】
ある場合には、開示する微細構造は、微細構造の厚さ又は高さ方向に沿って、微細構造の基部から微細構造の頂部にかけて回転する横断面を有する。例えば、図７は微細構造７２０の概略的３次元図であり、微細構造７２０は、ｘｙ平面内に配設された基部７３０と、ｘｙ平面内に配設された頂部７４０と、頂部を基部に連結する側部７８０とを有している。微細構造７２０は高さｈ４を有している。微細構造７２０は、頂部７４０から基部７３０に向かって時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。具体的に言えば、頂部７４０はｘ方向に沿った対称軸７４２を有し、高さｈ５＜ｈ４における微細構造のｘｙ横断面７５０は、対称軸７４２に対して時計回りに回転した対称軸７５２を有し、高さｈ６＜ｈ５における微細構造のｘｙ横断面７５５は、対称軸７５２に対して時計回りに回転した対称軸７５７を有し、高さｈ７＜ｈ６における微細構造のｘｙ横断面７６０は、対称軸７５７に対して時計回りに回転した対称軸７６２を有し、基部７３０は、対称軸７６２に対して時計回りに回転した、ｙ軸に沿った対称軸７３２を有している。それに対応して、微細構造７２０は、基部７３０から頂部７４０にかけて反時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。図８は微細構造７２０の概略的頂面図であり、頂部７４０とその対称軸７４２、横断面７５０とその対称軸７５２、横断面７５５とその対称軸７５７、横断面７６０とその対称軸７６２、及び基部７３０とその対称軸７３２を示している。頂部から見ると、横断面の対称軸は、頂部から底部にかけて時計回りに回転している。そのような回転の結果、高さ又は厚さの方向に沿って微細構造に捩れが生じている。ある場合には、各横断面は、対応する長軸が対称軸として働く楕円形であってもよい。そのような場合、長軸は、基部から頂部にかけて回転する。微細構造が先細となると共に捩れている場合など、ある場合には、横断面は基部から頂部にかけて回転すると共により小さくなる。例えば、楕円形基部７３０は、長さ「ａ」を有するｙ方向に沿った長軸７３２と、「ａ」とは異なる長さ「ｂ」を有するｘ方向に沿った短軸７３４とを有している。長軸が基部から頂部にかけて回転するとき、比ａ／ｂは、例えば、「ａ」を減じることによって低下し、「ａ」を減じる結果として、最終的には頂部（ａ＝ｂ）で円形となり得る、より小さな楕円が形成される。一般に、開示する微細構造は、基部から頂部にかけて、微細構造の厚さ方向に沿った先細り及び／又は捩れ若しくは螺旋を有し得る。
【００１７】
微細構造７２０は、ノズル内に１つ以上の穴を製作するための金型として使用されてもよく、その穴は微細構造７２０と実質的に同じ輪郭を有する。例えば、この製作の結果、穴入口７３０と、穴出口７４０と、穴入口から穴出口へと延びる壁７５２とを有する穴７２０が得られる。この穴は、穴入口から穴出口にかけて、先細となると共に、螺旋状となるか又は捩れている。開示する螺旋状の又は捩れたノズル穴は有利にも、燃料噴射器において、燃料の流速を向上させ、液滴寸法を縮小し、燃料と空気との混合度を改善するために用いられ得る。
【００１８】
この微細構造は、微細構造の種々の高さ（例えば、ｈ６、ｈ５など）で１つの「直径」を有するものとして解釈されてもよい。この直径は、同じ高さにおける微細構造の縁部同士の最大距離として解釈されてもよい。穴入口７３０などの楕円形基部が存在する状況においては、その直径は、長軸７３２に沿った微細構造の縁部間の距離となる。穴出口７４０に対応する、構造の反対側の端部で、この直径は同様に、同じ高さ（ここではｈ４）における微細構造の縁部間の最大距離となる。したがって、軸７４２に沿った微細構造の縁部間の距離は、穴出口の直径に対応する。いくつかの実施形態において、穴入口は、３００マイクロメートル未満、又は２００マイクロメートル未満、又は１６０マイクロメートル以下、又は１４０マイクロメートル未満の直径を有し得る。いくつかの実施形態において、穴出口は、３００マイクロメートル未満、又は２００マイクロメートル未満、又は１００マイクロメートル未満、又は４０マイクロメートル以下、又は２５マイクロメートル未満の直径を有し得る。
【００１９】
ある場合には、ノズル穴７２０の横断面は、穴入口から穴出口にかけて増加する回転率を有する。ある場合には、ノズル穴７２０の横断面は、穴入口から穴出口にかけて減少する回転率を有する。ある場合には、この横断面は、穴入口から穴出口にかけて一定の回転率を有する。
【００２０】
一般に、開示する微細構造の基部若しくは側方横断面、又は開示するノズル穴の入口穴若しくは側方横断面は、ある用途において望ましいものとなり得る任意の横断面を有し得る。ある場合には、基部又は入口穴は、緊密に詰められた円の外弧を含んだ外周を有することができ、それらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。例えば、図９は微細構造９２０の概略的３次元図であり、微細構造９２０は、基部９３０と、頂部９４０と、頂部を基部に連結する側部９５０とを有している。図１０は、外周１０９０を有する基部９３０の概略図であり、外周１０９０は、緊密に詰められた４つの円の外弧を含み、これらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。具体的に言えば、外周１０９０は、円１０２０の外弧１０１０と、円１０２２の外弧１０１２と、円１０２４の外弧１０１１と、円１０２６の外弧１０１６とを有し、外弧１０１０と１０１２は曲線状のフィレット１０３０で連結されており、外弧１０１２と１０１４は曲線状のフィレット１０３２で連結されており、外弧１０１４と１０１６は曲線状のフィレット１０３４で連結されており、外弧１０１６と１０１０は曲線状のフィレット１０３６で連結されている。円１０１０、１０１２、１０１４及び１０１６は、接触する同じ円の正方配列を形成しており、各円は半径ｒ１を有している。
【００２１】
基部９３０は対称軸１０４０を有している。微細構造９２０の側方横断面は回転し、半径ｒ１は基部９３０から頂部９４０にかけて減少し、その結果、基部９３０から頂部９４０にかけて螺旋を描くと共に先細となる微細構造が得られる。
【００２２】
それに対応して、ノズル穴９２０は、穴入口９３０と、穴出口９４０と、穴入口から穴出口へと延びる壁９５０とを有している。穴９２０は、穴入口から穴出口にかけて回転すると共に小さくなる側方横断面を有している。
【００２３】
図１１は、ノズル穴（又は微細構造）９２０の概略的頂面図であり、対称軸１０４０を有する穴入口９３０と、対称軸９４２を有する穴出口９４０とを示している。頂部から見ると、穴９２０の横断面の対称軸は、穴入口から穴出口へと反時計回りに回転している。そのような回転の結果、高さ又は厚さ方向に沿って微細構造に捩れが生じている。
【００２４】
別の例として、図１２はノズル穴（又は微細構造）１２２０の概略的３次元図であり、このノズル穴１２２０は高さｋ１を有し、穴入口１２３０と、穴出口１２４０と、穴入口から穴出口へと延びる壁１２５０とを有している。図１３は、外周１２３５を有する穴入口１２３０の概略図であり、外周１２３５は、緊密に詰められた、つまり接触する２つの円の外弧を含み、これらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。具体的に言えば、外周１０９０は、円１２８０の外弧１２７０と円１２８２の外弧１２７２とを有しており、各円は半径ｒ２を有し、外弧１２７０と１２７２とは曲線状のフィレット１２９０及び１２９２で連結されている。
【００２５】
穴入口１２３０は対称軸１２３２を有している。ノズル穴１２２０の側方横断面は回転し、半径ｒ２は穴入口１２３０から穴出口１２４０にかけて減少しており、その結果、穴入口１２３０から穴出口１２４０にかけて螺旋を描くと共に先細となる微細構造が得られる。具体的に言えば、頂部１２４０はｘ方向に沿った対称軸１２４２を有し、高さｋ２＜ｋ１における穴のｘｙ横断面１２６４は、対称軸１２４２に対して時計回りに回転した対称軸１２６５を有し、高さｋ３＜ｋ２における穴のｘｙ横断面１２６２は、対称軸１２６５に対して時計回りに回転した対称軸１２６３を有し、高さｋ４＜ｋ３における穴のｘｙ横断面１２６０は、対称軸１２６３に対して時計回りに回転した対称軸１２６１を有し、穴入口１２３０は、対称軸１２６１に対して時計回りに回転した、ｙ軸に沿った対称軸１２３２を有している。したがって、穴１２２０は、穴出口１２４０から穴入口１２３０にかけて時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。それに対応して、穴１２２０は、穴入口から穴出口にかけて反時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。図１４はノズル穴１２２０の概略的頂面図であり、穴出口１２４２とｘ軸に沿ったその対称軸１２４２、横断面１２６４とその対称軸１２６５、横断面１２６２とその対称軸１２６３、横断面１２６０とその対称軸１２６１、及び穴入口１２３０とｙ軸に沿ったその対称軸１２３２を示している。頂部から見ると、穴の側方横断面の対称軸は、穴出口から穴入口にかけて時計回りに回転している。
【００２６】
それに対応して、微細構造１２２０は、基部１２３０と、頂部１２４０と、基部を頂部に連結する側部１２５０とを有している。微細構造１２２０は、基部から頂部にかけて回転すると共に小さくなる横断面を有している。
【００２７】
図２〜１４に示すように、ノズルとして機能し得る、本明細書で開示する微細構造は、一体構造であってもよい。換言すれば、実際のノズルを形成する微細構造２２０、３２０、４２０などは、共通の単一片の材料から作製され、また最終的に共通の単一片の材料を形成する。これは、場合によって様々な材料で構成される多数の様々な部品の組合わせによって形成されるノズルとは異なるものと解釈されてもよい。この点に関して、上記の図に示すように、本明細書で開示するノズルは一体構造であってよい。
【００２８】
一般に、開示する複数の微細構造又は穴は、ある用途で望ましいものとなり得る任意の配置を有することができる。例えば、いくつかの例において、開示する穴は、規則的にあるいは不規則的に配置され得る。例えば、図１５Ａは穴又は微細構造１５１０の２次元正方配列１５００の概略的頂面図であり、図１５Ｂは穴又は微細構造１５３０の２次元六角配列１５２０の概略的頂面図であるが、穴又は微細構造１５１０及び１５３０は、本明細書で開示する任意のノズル穴又は微細構造であってよい。いくつかの例において、開示する複数の微細構造又は穴が、非平面的な表面上に配列されてもよい。例えば、図１６は、球状の表面１６２０上に配設又は配置された複数のノズル穴又は微細構造１６１０の概略的３次元図である。
【００２９】
ある場合には、開示する微細構造又は穴は、製造を容易にするため、かつ／又は局部応力を低減するために、１つ以上のフィレットを有してもよい。例えば、図１７は微細構造１７２０の概略的側面図であり、微細構造１７２０は基板１７１０上に配設されており、基部１７３０と、頂部１７４０と、基部を頂部に連結する側部１７５０とを有している。微細構造１７２０は、側部１７５０と頂部１７４０とを滑らかに接合するフィレット１７６０及び１７６１と、側部１７５０と基板１７１０の上表面１７０５とを滑らかに接合するフィレット１７７０及び１７７１とを有している。
【００３０】
本明細書で開示するノズル穴及び微細構造は、図１Ａ〜１Ｍを参照して概説する方法を用いて製作され得る。この方法は、単一の配列をなす多様な個々の微細構造及び穴を製造する上で、柔軟性と制御性とをもたらすものであり、それでいて、工業的に許容される製作速度又は「スループット」を維持する一方で、望ましくも低水準の平均表面粗さを達成するために用いられ得る。
【００３１】
図１Ａは、基板１１０上に配設された第１の材料の層１１５の概略的側面図である。第１の材料は、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。例えば、ある場合には、第１の材料は、２つの光子を同時に吸収することによって二光子反応を受けることが可能である。第１の材料は、例えば、いずれも参照によって本明細書に組み込まれる、係属中の２００５年１２月２１日に出願された米国特許出願第１１／３１３４８２号「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｅｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ Ａｒｒａｙｓ Ａｎｄ Ｍａｓｔｅｒｏｆｏｒｍｓ（代理人整理番号第６０８９３ＵＳ００２号）、２００７年５月１７日に出願された米国特許出願公開第ＵＳ ２００９／０１７５０５０号「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅｓ Ｗｉｔｈ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ａｎｄ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅｓ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｅｂｙ」（代理人整理番号第６２１６２ＵＳ００７号）、及び２００８年９月９日に出願された国際特許公開第ＷＯ ２００９／０４８７０５号「Ｈｉｇｈｌｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｎ Ｃｕｒａｂｌｅ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｓｐｅｃｉｅｓ」（代理人整理番号第６３２２１ＷＯ００３号）に記載されているものなど、２光子などの多光子反応を受けることが可能な任意の材料又は材料系であってよい。
【００３２】
ある場合には、第１の材料は、酸又はラジカル開始化学反応を受けることが可能な少なくとも１つの反応種と、少なくとも１つの多光子光開始剤とを含んだ光反応性組成物であってもよい。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。例示的な硬化性の化学種には、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不飽和性の化学種）、更には、カチオン重合性モノマー及びオリゴマーと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、並びにそれらの混合物が挙げられる。例示的な非硬化性の化学種には、酸又はラジカル誘起反応の際に溶解度が増加し得る反応性ポリマーが挙げられる。そのような反応性ポリマーには、例えば、光生成した酸によって可溶性の酸基へと変換され得るエステル基を持つ非水溶性ポリマー（例えば、ポリ（４−ｔ−ブトキシカルボニルオキシスチレン））が挙げられる。また、非硬化性の化学種には化学増幅フォトレジストが挙げられる。
【００３３】
多光子光開始剤系により、第１の材料を露光させるために用いる光の集束ビームの焦点領域に重合化を制限又は限定することが可能となる。そ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、任意選択による少なくとも１つの電子供与体とを含む二成分又は三成分系である。
【００３４】
第１の材料の層１１５は、ある用途において望ましいものとなり得る任意のコーティング法を用いて基板１１０上にコーティングされ得る。例えば、第１の材料は、フラッドコーティングによって基板１１０上にコーティングされ得る。他の例示的なコーティング法には、ナイフコーティング、ノッチコーティング、リバースロールコーティング、グラビアコーティング、スプレーコーティング、バーコーティング、スピンコーティング及びディップコーティングが挙げられる。
【００３５】
基板１１０は、種々様々なフィルム、シート、及び他の表面材（シリコンウェーハ及びガラスプレートを含む）から、特定の用途及び用いる露光方法に応じて選定され得る。ある場合には、基板１１０は、第１の材料の層１１５が均一な厚さを有するように十分に平坦である。ある場合には、層１１５はバルク形態で露光され得る。そのような場合、基板１１０が製作プロセスから除外されてもよい。プロセスが１つ以上の電気メッキ工程を含む場合など、ある場合には、基板１１０は導電性又は半導電性であってよい。
【００３６】
次に、第１の材料は、露光領域内の第１の材料による多光子の同時吸収を生じさせるのに十分な強度を有する入射光に、選択的に露光される。この露光は、十分な強度で光を供給することが可能な任意の方法で達成され得る。例示的な露光方法が、参照によって本明細書に組み込まれる、２００７年３月２３日出願の米国特許出願公開第ＵＳ ２００９／００９９５３７号「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ，Ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅ Ａｒｒａｙｓ，Ｍａｓｔｅｒｓ，Ａｎｄ Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌｓ」（代理人整理番号第６１７９５ＵＳ００５号）に記載されている。
【００３７】
図１８は、第１の材料の層１１５を露光するための例示的な露光システム１８００の概略的側面図である。この露光システムは、光１８３０を放射する光源１８２０と、１次元、２次元、又は３次元で移動することが可能なステージ１８１０とを有している。第１の材料の層１１５でコーティングされた基板１１０がステージ上に置かれている。光学システム１８４０が、第１の材料内の焦点領域１８５０に放射光１８３０を集束させている。ある場合には、光学システム１８４０は、第１の材料による多光子の同時吸収が焦点領域１８５０であるいはそのごく近くでのみ生じるように設計される。層１１５のうちの多光子反応を受ける領域は、層１１５のうちの多光子反応を受けない領域と比較して、少なくとも１種類の溶媒に、より溶解しやすく、あるいはより溶解しにくくなる。
【００３８】
ステージ１８１０及び／又は光１８３０及び／又は光学システム１８４０内の１つ以上のミラーなどの１つ以上の構成要素を移動させることによって、焦点領域１８５０は第１の材料内の３次元パターンを走査することができる。図１Ａ及び１８に示す例示的なプロセスにおいて、層１１５は平面的な基板１１０上に配設される。一般に、基板１１０は、ある用途で望しいものとなり得る任意の形状を有してよい。例えば、ある場合には、基板１１０は球形状を有してもよい。
【００３９】
光源１８２０は、多光子吸収を実現するのに十分な光強度を発生させることが可能な任意の光源であってよい。例示的な光源には、約３００ｎｍ〜約１５００ｎｍ、又は約４００ｎｍ〜約１１００ｎｍ、又は約６００ｎｍ〜約９００ｎｍ、又は約７５０ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲で動作する、フェムト秒レーザーなどのレーザーが挙げられる。
【００４０】
光学システム１８４０は、例えば、屈折性光学要素（例えばレンズ又はマイクロレンズアレイ）、反射性光学要素（例えば、再帰反射体又は集束ミラー）、回折性光学要素（例えば、回折格子、位相マスク、及びホログラム）、偏光光学要素（例えば、直線偏光子及び波長板）、分散性光学要素（例えばプリズム及び回折格子）、拡散体、ポッケルスセル、光導体などを有し得る。そのような光学要素は、集束、ビーム送出、ビーム／モード成形、パルス成形、及びパルスタイミングに有用である。
【００４１】
露光システム１８００によって第１の材料の層１１５が選択的に露光された後、溶媒溶解性のより高い領域を溶かすために、露光された層は溶媒中に置かれる。露光した第１の材料を現像するために使用され得る例示的な溶媒には、水（例えば、１〜１２の範囲のｐＨを有する）及び水と有機溶媒との混和性配合物（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなど、及びそれらの混合物）などの水性溶媒、並びに有機溶媒が挙げられる。例示的な有用な有機溶媒には、アルコール系溶剤（例えば、メタノール、エタノール、及びプロパノール）、ケトン系溶剤（例えば、アセトン、シクロペンタノン、及びメチルエチルケトン）、芳香族化合物系溶剤（例えばトルエン）、ハロゲン化炭素系溶剤（例えば、塩化メチレン及びクロロホルム）、ニトリル系溶剤（例えばアセトニトリル）、エステル系溶剤（例えば、酢酸エチル及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート）、エーテル系溶剤（例えば、ジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン）、アミド系溶剤（例えば、Ｎ−メチルピロリドン）など、及びそれらの混合物が挙げられる。図１Ｂは、多光子過程を用いて第１の材料内に形成された第１の微細構造化パターン１２１の概略的側面図である。第１の微細構造化パターンは、微細構造１２０の第１のクラスタ１２２と、微細構造１２５の第２のクラスタ１２４とを有しており、微細構造１２０及び１２５は、本明細書で開示する任意の微細構造を含めて、任意の微細構造であってよい。ある場合には、微細構造１２０と１２５とは、異なる構造を有する。ある場合には、微細構造１２０と１２５とは、同じ構造を有する。例示的な第１の微細構造化パターン１２１において、微細構造１２０及び１２５は高さｔ１を有している。
【００４２】
図１９及び２０は、本明細書で開示するプロセスに従って製作された微細構造１２０のクラスタの走査型電子顕微鏡写真である。図１９及び２０の微細構造は、図１２に示す微細構造１２２０と類似している。図１９において、微細構造は微細構造の基部の短軸に沿って見たものであり、図２０において、微細構造は微細構造の基部の長軸に沿って見たものである。
【００４３】
図１９（及び図２０）の複数の微細構造は、最外方の円１９１０を含む同心円の配列にて配置されている。微細構造は、最外方の円の直径が、同心円の配列をなす各円の少なくとも１つの離散的微細構造を含むことがないように配置されている。例えば、最外方の円１９１０の直径１９２０は、微細構造１９０１〜１９０５は含むが、微細構造１９３０及び１９３１は含まない。図１９の同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的微細構造を含んでいる。同様に、ある場合には、１つのノズルが複数の穴を有し、それらの穴は、最外方の円を含んだ同心円の配列をなして配置されている。離散的ノズル穴は、最外方の円の直径が、同心円の配列をなす各円の少なくとも１つの離散的ノズル穴を含むことがないように配置されている。ある場合には、同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的ノズル穴を含む。
【００４４】
次に、図１Ｃに概略的に示すように、第１の微細構造化パターン１２１の上表面１２６は、薄い導電性シード層１２７で上表面をコーティングすることによって、金属化されるかあるいは導電性にされる。導電性シード層１２７は、ある用途で望ましいものとなり得る任意の導電性材料を含んでよい。例示的な導電性材料には、銀、クロム、金及びチタンが挙げられる。ある場合には、シード層１２７は、約５０ｎｍ未満、又は約４０ｎｍ未満、又は約３０ｎｍ未満、又は約２０ｎｍ未満の厚さを有する。
【００４５】
次に、図１Ｄに概略的に示すように、シード層１２７は、第１の微細構造化パターン１２１を第２の材料で電気メッキするために使用されており、その結果、第２の材料の層１３０が得られる。ある場合には、第１の微細構造化パターン１２１の電気メッキは、層１３０の最小厚さｔ２がｔ１を超えるまで継続される。
【００４６】
電気メッキに好適な第２の材料には、銀、不動態化された銀、金、ロジウム、アルミニウム、反射強化アルミニウム、銅、インジウム、ニッケル、クロム、スズ、及びそれらの合金が挙げられる。
【００４７】
ある場合には、第２の材料の層１３０は、不均一な又は荒い上表面１３２を有する。そのような場合、第２の材料の層１３０は研磨又は研削され、結果として、図１Ｅに概略的に示すように厚さｔ３＞ｔ１を有する第２の材料の層１３５が得られるこの研磨又は研削は、ある用途で望ましいものとなり得る任意の研削法を用いて達成され得る。例示的な研削法には、表面研削及びメカニカルミリングが挙げられる。
【００４８】
ある場合には、第２の材料１３０の層は、最初に第２の層１２７でパターン１２１をコーティングすることなく、第１の微細構造化パターン１２１上に直接堆積され得る。そのような場合、層１３０は、例えばスパッタリング及び化学蒸着を含む任意の好適な方法を用いてパターン１２１上にコーティングされ得る。
【００４９】
次に、基板１１０と第１の材料が除去され、結果として、図１Ｆに概略的に示す第２の材料の第１の金型１４０が得られる。見やすくするために、また普遍性が損なわれないように、シード層１２７は図１Ｆには示されていない。ある場合には、基板１１０とパターン形成された第１の材料は、手で層１３５から分離され得る。ある場合には、この分離は、層１３０を研削するのに先立って実施され得る。
【００５０】
第１の金型１４０は第２の微細構造化パターン１４１を有し、この第２の微細構造化パターン１４１は実質的に、凹凸を逆にして第１の微細構造化パターン１２１を複製したものである。具体的に言えば、第２の材料の第１の金型１４０は、微細構造１４５の第１のクラスタ１４６と、微細構造１４８の第２のクラスタ１４７とを有しており、微細構造１４５は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１２０を複製したものであり、微細構造１４８は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１２５を複製したものである。
【００５１】
次に、図１Ｇに概略的に示すように、第２の材料の第１の金型１４０と平滑な上表面１５７を有する基板１５５との間に第３の材料を配設することによって、第２の微細構造化パターンが、第１及び第２の材料とは異なる第３の材料１５０内に複製される。この複製プロセスは、任意の好適な複製方法を用いて達成され得る。例えば、ある場合には、この複製は射出成形プロセスを用いて達成され得る。そのような場合、溶融した第３の材料が、基板１５５と第１の金型との間に導入され、第２の微細構造化パターンに充填された後に固化され得る。第３の材料１５０は、パターンを複製することが可能な任意の材料であってよい。例示的な第３の材料には、ポリカーボネート、並びに、ポリスチレン、アクリル、スチレンアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン２，６−ナフタレン、及びフルオロポリマーなどの他の熱可塑性樹脂が挙げられる。
【００５２】
複製プロセスの後、第２の材料の第１の金型１４０と基板１５５が除去され、結果として、基板部分１６２と第３の微細構造化パターン１６１とを有する第３の材料の第２の金型１６０が得られ、この第３の微細構造化パターン１６１は、実質的に、凹凸を逆にして第２の微細構造化パターン１４１を複製したものであり、また実質的に、凹凸を変えずに第１の微細構造化パターン１２１を複製したものである。第３の微細構造化パターン１６１は、微細構造１６５の第１のクラスタ１６８と、微細構造１５９の第２のクラスタ１６９とを有しており、微細構造１６５は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１４５を複製したものであり、微細構造１５９は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１４８を複製したものである。ある場合には、微細構造１６５は実質的に、凹凸を変えずに微細構造１２０を複製したものであり、微細構造１５９は実質的に、凹凸を変えずに微細構造１２５を複製したものである。図２１は、本明細書で開示するプロセスに従って製作されたポリカーボネート製微細構造１６５のクラスタの走査型電子顕微鏡写真である。
【００５３】
次に、図１Ｉに概略的に示すように、第３の微細構造化パターン１６１の上表面１５４は、シード層１２７に類似した薄い導電性シード層１６７で上表面をコーティングすることによって、金属化されるかあるいは導電性にされる。
【００５４】
次に、図１Ｊに概略的に示すように、シード層１６７は、第３の微細構造化パターン１６１を第３の材料とは異なる第４の材料で電気メッキするために使用されており、その結果、第４の材料の層１７０が得られる。ある場合には、第２の微細構造化パターン１６１の電気メッキは、層１３０の最小厚さｔ５が、第２の金型１６０における微細構造の高さｔ４を超えるまで継続される。ある場合には、高さｔ４は実質的に高さｔ１と等しい。電気メッキに好適な第４の材料には、銀、不動態化された銀、金、ロジウム、アルミニウム、反射強化アルミニウム、銅、インジウム、ニッケル、クロム、スズ、及びそれらの合金が挙げられる。他の実施形態において、第４の材料は、第３の微細構造化パターン上に堆積されるセラミックであってもよい。そのようなセラミック材料は、例えば、本発明の譲受人に譲渡され所有される米国特許第５，４５３，１０４号に記載されているようなゾルゲル法によって、あるいは、本発明の譲受人により譲受され所有される米国特許第６，５７２，６９３号、同第６，３８７，９８１号、同第６，８９９，９４８号、同第７，３９３，８８２号、同第７，２９７，３７４号、及び同第７，５８２，６８５号に記載されているようなセラミック充填高分子組成物又はプレセラミック高分子組成物の光硬化によって形成され得るものであり、これらの特許はそれぞれ、参照によって全ての内容が本明細書に組み込まれる。そのようなセラミック材料は、例えば、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、ランタニド元素（すなわち、包含的に５７〜７１に及ぶ原子番号を有する元素）、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物を含んでもよい。
【００５５】
次に、微細構造１６５の頂部１７１と微細構造１５９の頂部１７３が露出するまで、層１７０の上表面１７２が研削される。ある場合には、第３の材料は、第４の材料よりも軟質である。例えば、いくつかの例において、第３の材料はポリカーボネートであり、第４の材料はニッケル合金である。そのような場合、第３の微細構造化パターン１６１をなす全ての微細構造の頂部が確実に露出するように、頂部１７１及び１７３の小部分が研削プロセスの間に除去され得る。そのような場合、図１Ｋに概略的に示すように、研削の結果、第４の材料の層１７５は、第３の微細構造化パターンを平坦化し、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造内の各微細構造の頂部１８５を露出させる。第４の材料の層１７５は、微細構造１８０の頂部１８４及び微細構造１８１の頂部１８６と実質的に同じ高さである上表面１７７を有している。微細構造は高さｔ６を有し、この高さはｔ４よりもわずかに低いものとなり得る。
【００５６】
次に、第２の金型１６０が除去され、結果として、複数の穴１０６を有する第４の材料の層１９０が得られ、これらの穴１０６は、第３の微細構造化パターン１６１をなす複数の微細構造に対応する。具体的に言えば、第４の材料の層１９０は、穴１９５の第１のクラスタ１９２と、穴１９８の第２のクラスタ１９３とを有している。ある場合には、穴１９５は実質的に微細構造１２０を複製したものであり、穴１９８は実質的に微細構造１２５を複製したものである。穴１９５は穴入口１８２と穴出口１８３とを有し、穴１９８は穴入口１９６と穴出口１９７とを有している。
【００５７】
図２２及び２３はそれぞれ、本明細書で開示するプロセスに従って作製された穴１９５のクラスタ１９２の穴入口１８２及び穴出口１８３の光学顕微鏡写真である。図２５は、穴入口側から見た、穴１９５のうちの１つの走査型電子顕微鏡写真である。この穴は、穴入口２５１０と、穴入口よりも小さな穴出口２５２０とを有している。この顕微鏡写真は、穴内の先細り及び捩れを明確に示している。
【００５８】
ある場合には、２つのクラスタ１９２と１９３とは方向１９９に沿って分離しており、その結果として、図１Ｍに概略的に示すように、部分１０２、及びそれとは別の、場合によっては実質的に全く同様の部分１０３が得られ、各部分は、噴霧ノズル及び／又は燃料噴射器において使用され得る。
【００５９】
図２４はノズル２４００の概略的側面図であり、このノズル２４００は、中空内部２４１０と、その中空内部をノズルの外側２４３０から分離する壁２４０５とを有している。このノズルは、中空内部２４１０をノズルの外側２４３０と連通させる、穴２４２０などの少なくとも１つの穴を更に有している。これらの穴は、中空内部から外側へと気体又は液体を送出する。穴２４２０は、本明細書で開示する任意の穴であってよい。穴２４２０は、壁２４０５の内部表面２４０６にある穴入口２４４０と、壁２４０５の外部表面２４０７にある穴出口２４４５とを有している。穴入口２４４０はまた、ノズルの中空内部２４１０にあり、穴出口２４４５はノズルの外側２４３０にある。
【００６０】
ある場合には、穴入口２４４０は第１の形状を有し、穴出口２４４５は、第１の形状とは異なる第２の形状を有する。例えば、ある場合には、第１の形状は楕円形状であり、第２の形状は円形状である。別の例として、いくつかの例において、第１の形状はレーストラック形状であってもよく、第２の形状は円形状であってもよい。別の例として、ある場合には、第２の形状は円形又は楕円形であってよく、第１の形状の外周は、緊密に詰められた複数の円の外弧を含んでもよく、それらの外弧は曲線状のフィレットで互いに連結されている。
【００６１】
ある場合には、第１の形状は第２の形状と実質的に同じであってもよいが、それらは、異なる大きさ又は寸法を有してもよい。例えば、第１の形状は半径ａ１を有する円であってもよく、第２の形状もまた円であるが、ａ１とは異なる半径ａ２を有するものであってよい。
【００６２】
ある場合には、穴２４２０は、穴入口２４４０から穴出口２４４５にかけて回転する側方横断面を有し、側方横断面とは、例えば穴の中にある液体又は気体の全体的な流れの方向に実質的に垂直な横断面を指す。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて増加する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて減少する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて一定の回転率を有する。
【００６３】
本発明の微細構造、穴、層、構造、及び方法の利点のいくつかについて、以下の例で更に説明する。この実施例に記載する特定の材料、量、及び寸法、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。別段の指定がない限り、全ての化学的手法は、乾燥し脱酸素された溶媒及び試薬を用いて、乾燥窒素環境下で実施したものである。Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩから入手した、又は入手し得るものである。
【００６４】
ローダミンＢヘキサフルオロアンチモン酸塩は、ローダミンＢクロリドをヘキサフルオロアンチモン酸塩で複分解することによって調製したものである。本明細書で用いるとき、ＳＲ３６８はトリス−（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏ．Ｉｎｃ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡから入手）を指し、ＳＲ９００８は三官能性アクリレートエステル（Ｓａｒｔｏｍｅｒ社から入手）を指し、ＳＲ１０１２はジアリールヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸（Ｓａｒｔｏｍｅｒ社から入手）を指し、ＳＵ−８ Ｒ２１５０はエポキシネガフォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．，Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡから入手）を指し、ＴＨＦはテトラヒドロフランを指し、ＬＥＸＡＮ ＨＰＳ１Ｒは熱可塑性ポリカーボネート（Ｓａｂｉｃ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，ＭＡから入手）を指し、Ｉｎｃｏ Ｓ−Ｒｏｕｎｄｓはニッケル（Ｖａｌｅ Ｉｎｃｏ Ａｍｅｒｉｃａ’ｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｄｄｌｅ Ｂｒｏｏｋ，ＮＪから入手）を指す。
【実施例】
【００６５】
（実施例１）：
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分間にわたって加熱した。
【００６６】
約１２０，０００の数平均分子量を有するポリ（メチルメタクリレート）と、ＳＲ９００８と、ＳＲ３６８とを、３０：３５：３５の重量比で化合させ、結果としてモノマー混合物を得たが、このモノマー混合物を十分な量の１，２−ジクロロエタン中に溶解させて、このモノマー混合物の５４重量パーセントの溶液を得た。この溶液に、次いで、固体の全重量を基準として０．５重量パーセントのローダミンＢヘキサフルオロアンチモン酸塩及び１．０重量パーセントのＳＲ１０１２となるコーティング溶液を与えるのに十分な、ＴＨＦ中の光増感剤ローダミンＢヘキサフルオロアンチモン酸塩及びＴＨＦ中のＳＲ１０１２の一定量の濃縮溶液を加えた。このコーティング溶液を１マイクロメートルのシリンジフィルターで濾過し、シリコン溶液上にスピンコーティングした。コーティングしたウェーハを６０℃の強制空気オーブン中に１８時間にわたって置いて、実質的に溶媒のない（以下、「乾燥した」）コーティング（図１Ａの第１の材料の層１１５）を有するコーティングされたシリコンウェーハを得た。このコーティングは、約３００μｍの厚さを有するものであった。
【００６７】
乾燥したコーティングの二光子重合を、ダイオード励起チタンサファイアレーザー（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉｅｗ，ＣＡから入手）を使用して、以下の方式で実施した。このダイオード励起チタンサファイアレーザーは、８００ｎｍの波長、８０ｆｓの公称パルス幅、８０ＭＨｚのパルス繰返し周波数、及び約１Ｗの平均電力で動作するものであった。コーティングされたウェーハを、コンピュータ制御式の三軸ステージ（Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ，Ｐｉｔｔｂｕｒｇｈ，ＰＡから入手）上に置いた。このレーザービームをＮＤフィルターで減衰させ、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸制御用の望遠鏡を有するガルボスキャナー（Ｎｕｔｆｉｅｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．，Ｗｉｎｄｈａｍ，ＮＨから入手可能）を使用して、乾燥したコーティングに集束させた。作動距離を０．４００ｍｍ、焦点距離を４．０ｍｍとしたＮｉｋｏｎ製ＣＦＩ Ｐｌａｎ Ａｃｈｒｏｍａｔ ５０Ｘ ｏｉｌ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｎ．Ａ．０．９０を、乾燥したコーティングの表面上に直接、取り付けた。平均電力を、対物レンズの出力部で、波長校正したフォトダイオード（Ｏｐｈｉｒ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，Ｌｔｄ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡから入手した）を使用して測定し、平均電力が約８ｍＷであることが判明した。
【００６８】
露光走査の完了後、露光した乾燥コーティングをＭｉｃｒｏＣｈｅｍ ＳＵ−８溶媒中で現像し、すすぎ、乾燥させ、結果として、第１の微細構造化パターン１２１（図１Ｂ）を得た。
【００６９】
パターンの表面上に銀（Ａｇ）の薄層（約１００オングストローム）をスパッタリングすることによって、第１の微細構造化パターンの表面を導電性にした。次いで、金属化した前表面を、約２ｍｍ厚となるまでＩｎｃｏ Ｓ−Ｒｏｕｎｄｓ（ニッケル）で電気メッキした。次いで、電気メッキしたニッケルスラグを、第１のパターンから分離し、研削し、機械加工し、結果として、第２の微細構造化パターン１４１（図１Ｆ）を有する第１の金型１４０を得た。
【００７０】
次いで、一軸プラスチック射出成形システムの中に置いた射出成形用金型の中に、第１の金型を置いて、熱可塑性ポリカーボネート（ＬＥＸＡＮ ＨＰＳ１Ｒ）を金型キャビティの中に射出し、結果として、第３の微細構造化パターン１６１（図１Ｈ）を有する第２の金型１６０を得た。
【００７１】
次いで、第２の金型の前表面を、約１００オングストロームの銀でその表面をスパッタリングすることによって金属化した。次いで、金属化した第２の金型をＩｎｃｏ Ｓ−Ｒｏｕｎｄｓ（ニッケル）で電気メッキして、第３の微細構造化パターン全体を被覆し、結果としてニッケル層１７０（図１Ｊ）を得た。
【００７２】
ニッケル層と第２の金型との組合わせ構造を脱イオン水ですすいだ後、ニッケル層の前表面１７２（図１Ｊ）を平面状に研削して、第３の微細構造化パターンの頂部１７１からニッケル材料を除去した。
【００７３】
研削が完了した（全ての微細構造の頂部が露出した）後、電気メッキしたニッケル層をポリカーボネート製金型１６０から分離し、結果として、円形の六方充填配置で配列した３７個の貫通穴を有する、直径約８ｍｍ、厚さ１６０μｍのニッケル製円盤を得た。隣接する穴の間隔は約２００μｍであった。各穴は、レーストラックの直線部分に沿ってフィレットで修正されたレーストラックの形状をなす穴入口を有していた。このレーストラックは、約８０μｍの長径と、約５０μｍの短径を有していた。各穴は、約５０μｍの長径と約３５μｍの短径を有する小さなレーストラックの形状をなす穴出口を有していた。穴出口の側から見ると、穴の横断面の長径は、穴出口から穴入口にかけて、穴出口の下方に５０μｍ下るごとに約３０度、時計回りに回転していた。
【００７４】
本明細書で用いるとき、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「左」、「右」、「上部」と「下部」、「時計回り」と「反時計回り」などの用語、及び他の類似する用語は、図に示すような相対的位置を指す。一般に、物理的な実施形態は、異なる向きを有することがあり、その場合、これらの用語は、その装置の実際の向きに修正された相対的位置を指すことを意図したものである。例えば、図１Ｂの画像が、図の向きと比較して逆である場合でも、表面１２６は依然として、「上部」主表面であると見なされる。
【００７５】
先に引用した全ての特許、特許出願、及び他の刊行物は、完全に再現されたものとして参照によって本願に組み込まれる。本発明の種々の態様の説明を容易にするために、本発明の特定の実施例について上で詳細に説明しているが、その意図は、本発明を実施例の細部に限定することではないことを理解されたい。むしろ、その意図は、添付の「特許請求の範囲」で定義される本発明の趣旨と範囲に含まれる全ての修正物、等価物、並びに代替物を網羅することである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義にはノズルに関する。本発明は更に、そのようなノズルを組み込んだ燃料噴射器に応用可能である。
【背景技術】
【０００２】
以前にも増して、燃料噴射は、内燃機関において燃料と空気とを混合するための好ましい方法となっている。燃料噴射は一般に、エンジンの燃料効率を高め、有害な排気物を減少させるために用いられ得る。燃料噴射器は一般に、燃焼用の加圧下で燃料を噴霧化するためのノズルを備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
環境基準がますます厳しくなることから、より効率的な燃料噴射器が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
広義には、本発明はノズル及びノズルを作製する方法に関する。一実施形態において、ノズルを製作する方法は、（ａ）多光子反応を受けることが可能な第１の材料を供給する工程と、（ｂ）多光子過程を用いて第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程と、（ｃ）第１の材料とは異なる第２の材料内に第１の微細構造化パターンを複製して、第２の材料内の第２の微細構造化パターンを備える第１の金型を作製する工程と、（ｄ）第１及び第２の材料とは異なる第３の材料内に第２の微細構造化パターンを複製して、第３の材料内の複数の微細構造を含んだ第３の微細構造化パターンを備える第２の金型を作製する工程と、（ｅ）第３の材料とは異なる第４の材料の層で第２の金型の第３の微細構造化パターンを平坦化する工程であって、その層は、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造の各微細構造の頂部を露出させる、工程と、（ｆ）第３の材料を除去する工程であって、結果として、第４の材料内の複数の穴を有するノズルが得られ、それらの穴は、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造に対応する、工程と、を含む。ある場合には、本方法における各工程は順次的に実施される。ある場合には、第１の材料はポリ（メチルメタクリレート）を含む。ある場合には、第１の材料は、二光子反応を受けることが可能である。ある場合には、第１の微細構造化パターンは、複数の離散的微細構造を含む。ある場合には、複数の離散的微細構造は、３次元の直線的な形体、３次元の直線的な形体の一部分、３次元の曲線的な形体、３次元の曲線的な形体の一部分、多面体、円錐体、先細の微細構造、又は螺旋状の微細構造である離散的微細構造を含む。ある場合には、第１の微細構造化パターンは、二光子過程を用いて第１の材料内に形成される。ある場合には、第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程は、第１の材料の少なくとも一部分を露光して、多光子の同時吸収を生じさせることを含む。ある場合には、第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程は、第１の材料のうちの露光した部分、又は第１の材料のうちの露光していない部分を除去することを含む。ある場合には、第２の材料内に第１の微細構造化パターンを複製することは、第１の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む。ある場合には、第２の材料は電気メッキ材料を含む。ある場合には、第１の金型は金属を含む。ある場合には、第１の金型はニッケルを含む。ある場合には、第２の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして第１の微細構造化パターンを複製したものである。ある場合には、第３の材料内に第２の微細構造化パターンを複製する工程は、射出成形することを含む。ある場合には、第３の材料は、ポリカーボネートなどのポリマーを含む。ある場合には、第２の金型はポリマーを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして第２の微細構造化パターンを複製したものである。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第４の材料で第３の微細構造化パターンをコーティングすることを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第４の材料で第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む。ある場合には、第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、第４の材料の一部分を除去することを含み、場合によっては、コーティングされた第４の材料のうちのその一部分は研削法によって除去される。ある場合には、第４の材料は電気メッキ材料を含む。ある場合には、ノズルは金属を含む。ある場合には、ノズルはニッケルを含む。
【０００５】
別の実施形態において、ノズルは、中空内部と、その中空内部をノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを有する。その少なくとも１つの穴は、第１の形状を有する、ノズルの中空内部にある穴入口と、第１の形状とは異なる第２の形状を有する、ノズルの外側にある穴出口とを有する。ある場合には、第１の形状は楕円形状であり、第２の形状は円形状である。ある場合には、第１の形状はレーストラック形状であり、第２の形状は円形状である。ある場合には、第１の形状の外周は、緊密に詰められた複数の円の外弧を含み、それらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。
【０００６】
別の実施形態において、ノズルは、中空内部と、その中空内部をノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを有する。その少なくとも１つの穴は、ノズルの中空内部にある穴入口と、ノズルの外側にある穴出口とを有する。その少なくとも１つの穴は、穴入口から穴出口にかけて回転する横断面を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて増加する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて減少する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて一定の回転率を有する。ある場合には、穴入口は第１の形状を有し、穴出口は、第１の形状とは異なる第２の形状を有する。ある場合には、ノズルは複数の穴を有し、それらの穴は、最外方の円を含んだ同心円の配列をなして配置されている。離散的ノズル穴は、最外方の円の直径が、同心円の配列をなす各円の少なくとも１つの離散的ノズル穴を含むことがないように配置されている。ある場合には、同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的ノズル穴を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面と共に、本発明の種々の実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮すれば、本発明がより完全に理解され評価されよう。
【図１Ａ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｂ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｃ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｄ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｅ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｆ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｇ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｈ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｉ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｊ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｋ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｌ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図１Ｍ】ノズルを製作するプロセスの中間段階又は工程における各構造の概略図。
【図２】微細構造の概略的３次元図。
【図３】別の微細構造の概略的３次元図。
【図４】別の微細構造の概略的３次元図。
【図５】別の微細構造の概略的３次元図。
【図６】微細構造の基部の概略図。
【図７】それぞれ、微細構造の概略的３次元図及び頂面図。
【図８】それぞれ、微細構造の概略的３次元図及び頂面図。
【図９】微細構造（ノズル穴）の概略的３次元図。
【図１０】図９に示す微細構造（ノズル穴）の基部（穴入口）の概略図。
【図１１】図９に示す微細構造（ノズル穴）の概略的頂面図。
【図１２】ノズル穴（微細構造）の概略的３次元図。
【図１３】図１２に示すノズル穴（微細構造）の穴入口（基部）の概略図。
【図１４】図１２に示すノズル穴（微細構造）の概略的頂面図。
【図１５Ａ】異なる２つの配列をなす穴（微細構造）の概略的頂面図。
【図１５Ｂ】異なる２つの配列をなす穴（微細構造）の概略的頂面図。
【図１６】複数のノズル穴（微細構造）の概略的３次元図。
【図１７】微細構造の概略的側面図。
【図１８】露光システムの概略的側面図。
【図１９】クラスタをなす微細構造の２枚の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）。
【図２０】クラスタをなす微細構造の２枚の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）。
【図２１】クラスタをなすポリカーボネート製微細構造のＳＥＭ。
【図２２】クラスタをなす穴の各穴入口及び穴出口（respective hole entries and hole entries）の光学顕微鏡写真。
【図２３】クラスタをなす穴の各穴入口及び穴出口（respective hole entries and hole entries）の光学顕微鏡写真。
【図２４】ノズルの概略的側面図。
【図２５】図２２及び２３に示す穴のうちの１つのＳＥＭ。
【０００８】
本明細書において、複数の図で用いられている同じ参照符号は、同一の又は類似の特性及び機能性を有する同一の又は類似の要素を指す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は広義には噴霧ノズルに関する。開示するノズルは、穴入口、穴の壁の中、及び穴出口における噴霧方向及び流体のダイナミクスを改善するように設計された１つ以上の穴を有する。開示するノズルは有利にも、燃料噴射システムに組み込まれて燃料効率を改善し得る。開示するノズルは、二光子などの多光子過程を用いて製作され得る。特に、多光子過程を用いて微細構造を製作することができ、その微細構造が、ノズル又は他の用途で用いられる穴を製作する金型として使用され得る。
【００１０】
「ノズル」という用語は、当該技術分野において種々様々な意味を有し得ることを理解されたい。いくつかの特定の参考文献において、ノズルという用語は広範な定義を有している。例えば、米国特許公開第２００９／０３０８９５３ Ａ１号（Ｐａｌｅｓｔｒａｎｔら）には、オクルダーチャンバー５０を含めて多数の要素を有する「噴霧ノズル」が開示されている。このノズルは、本明細書で提案するノズルの解釈及び定義とは異なるものである。例えば、この説明におけるノズルは、Ｐａｌｅｓｔｒａｎｔらのオリフィスインサート２４に概ね対応する。一般に、この説明におけるノズルは、噴霧噴射システムのうちの、噴霧が最終的に排気される最後の先細部分として理解され得るものであり、例えば、Ｍｅｒｒｉａｍ Ｗｅｂｓｔｅｒ’ｓ ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙのノズルの定義（「流体の流れを高速化又は案内するために（ホースなどで）用いられる先細り又は絞りを有する短い管」）を参照されたい。Ｎｉｐｐｏｎｄｅｎｓｏ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（Ｋａｒｉｙａ，Ｊａｐａｎ）に付与された米国特許第５，７１６，００９号（Ｏｇｉｈａｒａら）を参照することにより、更なる理解が得られよう。この文献においても、流体噴射「ノズル」は、組立型弁要素１０として広義に定義されている（「流体噴射ノズルとして作用する燃料噴射弁１０」（Ｏｇｉｈａｒａらの特許の第４段落、第２６〜２７行を参照））。本明細書で用いる「ノズル」という用語のここでの定義及び解釈は、第１及び第２のオリフィスプレート１３０及び１３２に、また場合によってはスリーブ１３８（Ｏｇｉｈａｒａらの図１４及び１５を参照）に関するものであり、例えば、このスリーブ１３８は燃料噴霧にすぐ近接して位置する。本明細書で説明するものと似た、「ノズル」という用語の解釈が、Ｈｉｔａｃｈｉ，Ｌｔｄ．（Ｉｂａｒａｋｉ，Ｊａｐａｎ）に付与された米国特許第５，１２７，１５６号（Ｙｏｋｏｙａｍａら）において用いられている。そこでは、ノズル１０は、「旋回翼」１２（図１（ＩＩ）を参照）など、取り付けられ組み込まれた構造の要素とは別に定義されている。残りの説明及び特許請求の範囲の全てを通じて「ノズル」という用語が言及されるときに、上で定義した解釈が理解されるべきである。
【００１１】
ある場合には、開示する微細構造は、四面体若しくは六面体などの多面体、角柱、若しくは角錐、又は、切頭体など、そのような形体の一部分若しくは組合わせなど、３次元の直線的な形体であってよい。例えば、図２は、微細構造２２０の概略的３次元図であるが、この微細構造２２０は、基板２１０上に配設されており、平面的又は平坦な基部２３０と、平面的又は平坦な頂部２４０と、頂部を基部に連結する側部２５０とを有している。側部２５０は、小平面２６０、２６５及び２７０など、複数の平面的な又は平坦な小平面を有している。微細構造２２０は、例えばノズルにおいて使用する穴を製作するための金型として使用され得る。
【００１２】
ある場合には、開示する微細構造は、球体、非球体、回転楕円体、放物体、円錐体若しくは切頭円錐体、又は円柱体の一部など、３次元の曲線的な形体又はそのような形体の一部であってもよい。例えば、図３は、微細構造３２０の概略的３次元図であるが、この微細構造３２０は、基板３１０上に配設されており、平面的又は平坦な基部３３０と、平面的又は平坦な頂部３４０と、頂部を基部に連結する曲線側部３５０とを有している。例示的な微細構造３２０において、頂部３４０と基部３３０とは同じ形状を有している。微細構造３２０は、基部３３０から頂部３４０に向かって狭くなるように先細となっている。その結果、頂部３４０は、基部３３０よりも小さな面積を有している。微細構造３２０は、例えばノズルにおいて使用する穴を製作するための金型として使用され得る。
【００１３】
ある場合には、開示する微細構造の特徴の中には、基部から頂部にかけて変化するものもある。例えば、ある場合には、開示する微細構造は、先細の微細構造であってもよい。例えば、図４は、多光子過程を用いて製作され得る微細構造４２０の概略的３次元図である。微細構造４２０は、例えばノズルにおいて使用する穴を製作するための金型として使用され得る。微細構造４２０は、基板４１０上に配設されており、基部４３０と、頂部４４０と、頂部を基部に連結する側部４５０とを有している。微細構造４２０は、ｚ軸に沿った基部４３０と頂部４４０との距離である高さ又は厚さｈ１を有している。微細構造４２０は先細となっている。具体的に言えば、微細構造の厚さ方向に沿った、微細構造の横断面積は、基部４３０から頂部４４０にかけて減少している。例えば、微細構造４２０は、ｘｙ平面における高さｈ２での横断面４６０と、ｘｙ平面における高さｈ３＞ｈ２での横断面４７０を有している。横断面４７０の面積は横断面４６０の面積よりも小さく、横断面４６０の面積は基部４３０の面積よりも小さい。
【００１４】
基部４３０は第１の形状を有し、頂部４４０は、その第１の形状とは異なる第２の形状を有している。ある場合には、第１の形状は楕円形状であり、第２の形状は円形状である。例えば、図５は微細構造５２０の概略的３次元図であり、微細構造５２０は、楕円形基部５３０と、円形頂部５４０と、頂部を基部に連結する側部５５０とを有している。楕円形基部５３０は、長さ「ａ」を有するｙ方向に沿った長軸５６０と、「ａ」とは異なる長さ「ｂ」を有するｘ方向に沿った短軸５７０とを有している。円形頂部５４０は半径ｒを有している。微細構造５２０は先細となっている。具体的に言えば、円形頂部５４０の面積は、楕円形基部５３０の面積よりも小さなものとなっている。
【００１５】
別の例として、第１の形状はレーストラック形であってもよく、第２の形状は、例えば円形であってもよい。例えば、図６は、開示する微細構造の基部となり得る基部６３０の概略図である。基部６３０は、２つの円６４２及び６４４と、中央部分６５０とを有している。基部６３０は、曲線部分又は円弧６３２及び６３４と直線部分６３６及び６３８とを有する外周６６０を有している。曲線部分６３２及び６３４は、それぞれ円６４２及び６４４の一部分である。
【００１６】
ある場合には、開示する微細構造は、微細構造の厚さ又は高さ方向に沿って、微細構造の基部から微細構造の頂部にかけて回転する横断面を有する。例えば、図７は微細構造７２０の概略的３次元図であり、微細構造７２０は、ｘｙ平面内に配設された基部７３０と、ｘｙ平面内に配設された頂部７４０と、頂部を基部に連結する側部７８０とを有している。微細構造７２０は高さｈ４を有している。微細構造７２０は、頂部７４０から基部７３０に向かって時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。具体的に言えば、頂部７４０はｘ方向に沿った対称軸７４２を有し、高さｈ５＜ｈ４における微細構造のｘｙ横断面７５０は、対称軸７４２に対して時計回りに回転した対称軸７５２を有し、高さｈ６＜ｈ５における微細構造のｘｙ横断面７５５は、対称軸７５２に対して時計回りに回転した対称軸７５７を有し、高さｈ７＜ｈ６における微細構造のｘｙ横断面７６０は、対称軸７５７に対して時計回りに回転した対称軸７６２を有し、基部７３０は、対称軸７６２に対して時計回りに回転した、ｙ軸に沿った対称軸７３２を有している。それに対応して、微細構造７２０は、基部７３０から頂部７４０にかけて反時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。図８は微細構造７２０の概略的頂面図であり、頂部７４０とその対称軸７４２、横断面７５０とその対称軸７５２、横断面７５５とその対称軸７５７、横断面７６０とその対称軸７６２、及び基部７３０とその対称軸７３２を示している。頂部から見ると、横断面の対称軸は、頂部から底部にかけて時計回りに回転している。そのような回転の結果、高さ又は厚さの方向に沿って微細構造に捩れが生じている。ある場合には、各横断面は、対応する長軸が対称軸として働く楕円形であってもよい。そのような場合、長軸は、基部から頂部にかけて回転する。微細構造が先細となると共に捩れている場合など、ある場合には、横断面は基部から頂部にかけて回転すると共により小さくなる。例えば、楕円形基部７３０は、長さ「ａ」を有するｙ方向に沿った長軸７３２と、「ａ」とは異なる長さ「ｂ」を有するｘ方向に沿った短軸７３４とを有している。長軸が基部から頂部にかけて回転するとき、比ａ／ｂは、例えば、「ａ」を減じることによって低下し、「ａ」を減じる結果として、最終的には頂部（ａ＝ｂ）で円形となり得る、より小さな楕円が形成される。一般に、開示する微細構造は、基部から頂部にかけて、微細構造の厚さ方向に沿った先細り及び／又は捩れ若しくは螺旋を有し得る。
【００１７】
微細構造７２０は、ノズル内に１つ以上の穴を製作するための金型として使用されてもよく、その穴は微細構造７２０と実質的に同じ輪郭を有する。例えば、この製作の結果、穴入口７３０と、穴出口７４０と、穴入口から穴出口へと延びる壁７５２とを有する穴７２０が得られる。この穴は、穴入口から穴出口にかけて、先細となると共に、螺旋状となるか又は捩れている。開示する螺旋状の又は捩れたノズル穴は有利にも、燃料噴射器において、燃料の流速を向上させ、液滴寸法を縮小し、燃料と空気との混合度を改善するために用いられ得る。
【００１８】
この微細構造は、微細構造の種々の高さ（例えば、ｈ６、ｈ５など）で１つの「直径」を有するものとして解釈されてもよい。この直径は、同じ高さにおける微細構造の縁部同士の最大距離として解釈されてもよい。穴入口７３０などの楕円形基部が存在する状況においては、その直径は、長軸７３２に沿った微細構造の縁部間の距離となる。穴出口７４０に対応する、構造の反対側の端部で、この直径は同様に、同じ高さ（ここではｈ４）における微細構造の縁部間の最大距離となる。したがって、軸７４２に沿った微細構造の縁部間の距離は、穴出口の直径に対応する。いくつかの実施形態において、穴入口は、３００マイクロメートル未満、又は２００マイクロメートル未満、又は１６０マイクロメートル以下、又は１４０マイクロメートル未満の直径を有し得る。いくつかの実施形態において、穴出口は、３００マイクロメートル未満、又は２００マイクロメートル未満、又は１００マイクロメートル未満、又は４０マイクロメートル以下、又は２５マイクロメートル未満の直径を有し得る。
【００１９】
ある場合には、ノズル穴７２０の横断面は、穴入口から穴出口にかけて増加する回転率を有する。ある場合には、ノズル穴７２０の横断面は、穴入口から穴出口にかけて減少する回転率を有する。ある場合には、この横断面は、穴入口から穴出口にかけて一定の回転率を有する。
【００２０】
一般に、開示する微細構造の基部若しくは側方横断面、又は開示するノズル穴の入口穴若しくは側方横断面は、ある用途において望ましいものとなり得る任意の横断面を有し得る。ある場合には、基部又は入口穴は、緊密に詰められた円の外弧を含んだ外周を有することができ、それらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。例えば、図９は微細構造９２０の概略的３次元図であり、微細構造９２０は、基部９３０と、頂部９４０と、頂部を基部に連結する側部９５０とを有している。図１０は、外周１０９０を有する基部９３０の概略図であり、外周１０９０は、緊密に詰められた４つの円の外弧を含み、これらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。具体的に言えば、外周１０９０は、円１０２０の外弧１０１０と、円１０２２の外弧１０１２と、円１０２４の外弧１０１１と、円１０２６の外弧１０１６とを有し、外弧１０１０と１０１２は曲線状のフィレット１０３０で連結されており、外弧１０１２と１０１４は曲線状のフィレット１０３２で連結されており、外弧１０１４と１０１６は曲線状のフィレット１０３４で連結されており、外弧１０１６と１０１０は曲線状のフィレット１０３６で連結されている。円１０１０、１０１２、１０１４及び１０１６は、接触する同じ円の正方配列を形成しており、各円は半径ｒ１を有している。
【００２１】
基部９３０は対称軸１０４０を有している。微細構造９２０の側方横断面は回転し、半径ｒ１は基部９３０から頂部９４０にかけて減少し、その結果、基部９３０から頂部９４０にかけて螺旋を描くと共に先細となる微細構造が得られる。
【００２２】
それに対応して、ノズル穴９２０は、穴入口９３０と、穴出口９４０と、穴入口から穴出口へと延びる壁９５０とを有している。穴９２０は、穴入口から穴出口にかけて回転すると共に小さくなる側方横断面を有している。
【００２３】
図１１は、ノズル穴（又は微細構造）９２０の概略的頂面図であり、対称軸１０４０を有する穴入口９３０と、対称軸９４２を有する穴出口９４０とを示している。頂部から見ると、穴９２０の横断面の対称軸は、穴入口から穴出口へと反時計回りに回転している。そのような回転の結果、高さ又は厚さ方向に沿って微細構造に捩れが生じている。
【００２４】
別の例として、図１２はノズル穴（又は微細構造）１２２０の概略的３次元図であり、このノズル穴１２２０は高さｋ１を有し、穴入口１２３０と、穴出口１２４０と、穴入口から穴出口へと延びる壁１２５０とを有している。図１３は、外周１２３５を有する穴入口１２３０の概略図であり、外周１２３５は、緊密に詰められた、つまり接触する２つの円の外弧を含み、これらの外弧は曲線状のフィレットで連結されている。具体的に言えば、外周１０９０は、円１２８０の外弧１２７０と円１２８２の外弧１２７２とを有しており、各円は半径ｒ２を有し、外弧１２７０と１２７２とは曲線状のフィレット１２９０及び１２９２で連結されている。
【００２５】
穴入口１２３０は対称軸１２３２を有している。ノズル穴１２２０の側方横断面は回転し、半径ｒ２は穴入口１２３０から穴出口１２４０にかけて減少しており、その結果、穴入口１２３０から穴出口１２４０にかけて螺旋を描くと共に先細となる微細構造が得られる。具体的に言えば、頂部１２４０はｘ方向に沿った対称軸１２４２を有し、高さｋ２＜ｋ１における穴のｘｙ横断面１２６４は、対称軸１２４２に対して時計回りに回転した対称軸１２６５を有し、高さｋ３＜ｋ２における穴のｘｙ横断面１２６２は、対称軸１２６５に対して時計回りに回転した対称軸１２６３を有し、高さｋ４＜ｋ３における穴のｘｙ横断面１２６０は、対称軸１２６３に対して時計回りに回転した対称軸１２６１を有し、穴入口１２３０は、対称軸１２６１に対して時計回りに回転した、ｙ軸に沿った対称軸１２３２を有している。したがって、穴１２２０は、穴出口１２４０から穴入口１２３０にかけて時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。それに対応して、穴１２２０は、穴入口から穴出口にかけて反時計回りに回転するｘｙ横断面を有している。図１４はノズル穴１２２０の概略的頂面図であり、穴出口１２４２とｘ軸に沿ったその対称軸１２４２、横断面１２６４とその対称軸１２６５、横断面１２６２とその対称軸１２６３、横断面１２６０とその対称軸１２６１、及び穴入口１２３０とｙ軸に沿ったその対称軸１２３２を示している。頂部から見ると、穴の側方横断面の対称軸は、穴出口から穴入口にかけて時計回りに回転している。
【００２６】
それに対応して、微細構造１２２０は、基部１２３０と、頂部１２４０と、基部を頂部に連結する側部１２５０とを有している。微細構造１２２０は、基部から頂部にかけて回転すると共に小さくなる横断面を有している。
【００２７】
図２〜１４に示すように、ノズルとして機能し得る、本明細書で開示する微細構造は、一体構造であってもよい。換言すれば、実際のノズルを形成する微細構造２２０、３２０、４２０などは、共通の単一片の材料から作製され、また最終的に共通の単一片の材料を形成する。これは、場合によって様々な材料で構成される多数の様々な部品の組合わせによって形成されるノズルとは異なるものと解釈されてもよい。この点に関して、上記の図に示すように、本明細書で開示するノズルは一体構造であってよい。
【００２８】
一般に、開示する複数の微細構造又は穴は、ある用途で望ましいものとなり得る任意の配置を有することができる。例えば、いくつかの例において、開示する穴は、規則的にあるいは不規則的に配置され得る。例えば、図１５Ａは穴又は微細構造１５１０の２次元正方配列１５００の概略的頂面図であり、図１５Ｂは穴又は微細構造１５３０の２次元六角配列１５２０の概略的頂面図であるが、穴又は微細構造１５１０及び１５３０は、本明細書で開示する任意のノズル穴又は微細構造であってよい。いくつかの例において、開示する複数の微細構造又は穴が、非平面的な表面上に配列されてもよい。例えば、図１６は、球状の表面１６２０上に配設又は配置された複数のノズル穴又は微細構造１６１０の概略的３次元図である。
【００２９】
ある場合には、開示する微細構造又は穴は、製造を容易にするため、かつ／又は局部応力を低減するために、１つ以上のフィレットを有してもよい。例えば、図１７は微細構造１７２０の概略的側面図であり、微細構造１７２０は基板１７１０上に配設されており、基部１７３０と、頂部１７４０と、基部を頂部に連結する側部１７５０とを有している。微細構造１７２０は、側部１７５０と頂部１７４０とを滑らかに接合するフィレット１７６０及び１７６１と、側部１７５０と基板１７１０の上表面１７０５とを滑らかに接合するフィレット１７７０及び１７７１とを有している。
【００３０】
本明細書で開示するノズル穴及び微細構造は、図１Ａ〜１Ｍを参照して概説する方法を用いて製作され得る。この方法は、単一の配列をなす多様な個々の微細構造及び穴を製造する上で、柔軟性と制御性とをもたらすものであり、それでいて、工業的に許容される製作速度又は「スループット」を維持する一方で、望ましくも低水準の平均表面粗さを達成するために用いられ得る。
【００３１】
図１Ａは、基板１１０上に配設された第１の材料の層１１５の概略的側面図である。第１の材料は、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。例えば、ある場合には、第１の材料は、２つの光子を同時に吸収することによって二光子反応を受けることが可能である。第１の材料は、例えば、いずれも参照によって本明細書に組み込まれる、係属中の２００５年１２月２１日に出願された米国特許出願第１１／３１３４８２号「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｅｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓ Ａｒｒａｙｓ Ａｎｄ Ｍａｓｔｅｒｏｆｏｒｍｓ（代理人整理番号第６０８９３ＵＳ００２号）、２００７年５月１７日に出願された米国特許出願公開第ＵＳ ２００９／０１７５０５０号「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅｓ Ｗｉｔｈ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ａｎｄ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅｓ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｅｂｙ」（代理人整理番号第６２１６２ＵＳ００７号）、及び２００８年９月９日に出願された国際特許公開第ＷＯ ２００９／０４８７０５号「Ｈｉｇｈｌｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｎ Ｃｕｒａｂｌｅ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｓｐｅｃｉｅｓ」（代理人整理番号第６３２２１ＷＯ００３号）に記載されているものなど、２光子などの多光子反応を受けることが可能な任意の材料又は材料系であってよい。
【００３２】
ある場合には、第１の材料は、酸又はラジカル開始化学反応を受けることが可能な少なくとも１つの反応種と、少なくとも１つの多光子光開始剤とを含んだ光反応性組成物であってもよい。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。例示的な硬化性の化学種には、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不飽和性の化学種）、更には、カチオン重合性モノマー及びオリゴマーと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、並びにそれらの混合物が挙げられる。例示的な非硬化性の化学種には、酸又はラジカル誘起反応の際に溶解度が増加し得る反応性ポリマーが挙げられる。そのような反応性ポリマーには、例えば、光生成した酸によって可溶性の酸基へと変換され得るエステル基を持つ非水溶性ポリマー（例えば、ポリ（４−ｔ−ブトキシカルボニルオキシスチレン））が挙げられる。また、非硬化性の化学種には化学増幅フォトレジストが挙げられる。
【００３３】
多光子光開始剤系により、第１の材料を露光させるために用いる光の集束ビームの焦点領域に重合化を制限又は限定することが可能となる。そ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、任意選択による少なくとも１つの電子供与体とを含む二成分又は三成分系である。
【００３４】
第１の材料の層１１５は、ある用途において望ましいものとなり得る任意のコーティング法を用いて基板１１０上にコーティングされ得る。例えば、第１の材料は、フラッドコーティングによって基板１１０上にコーティングされ得る。他の例示的なコーティング法には、ナイフコーティング、ノッチコーティング、リバースロールコーティング、グラビアコーティング、スプレーコーティング、バーコーティング、スピンコーティング及びディップコーティングが挙げられる。
【００３５】
基板１１０は、種々様々なフィルム、シート、及び他の表面材（シリコンウェーハ及びガラスプレートを含む）から、特定の用途及び用いる露光方法に応じて選定され得る。ある場合には、基板１１０は、第１の材料の層１１５が均一な厚さを有するように十分に平坦である。ある場合には、層１１５はバルク形態で露光され得る。そのような場合、基板１１０が製作プロセスから除外されてもよい。プロセスが１つ以上の電気メッキ工程を含む場合など、ある場合には、基板１１０は導電性又は半導電性であってよい。
【００３６】
次に、第１の材料は、露光領域内の第１の材料による多光子の同時吸収を生じさせるのに十分な強度を有する入射光に、選択的に露光される。この露光は、十分な強度で光を供給することが可能な任意の方法で達成され得る。例示的な露光方法が、参照によって本明細書に組み込まれる、２００７年３月２３日出願の米国特許出願公開第ＵＳ ２００９／００９９５３７号「Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ，Ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅ Ａｒｒａｙｓ，Ｍａｓｔｅｒｓ，Ａｎｄ Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌｓ」（代理人整理番号第６１７９５ＵＳ００５号）に記載されている。
【００３７】
図１８は、第１の材料の層１１５を露光するための例示的な露光システム１８００の概略的側面図である。この露光システムは、光１８３０を放射する光源１８２０と、１次元、２次元、又は３次元で移動することが可能なステージ１８１０とを有している。第１の材料の層１１５でコーティングされた基板１１０がステージ上に置かれている。光学システム１８４０が、第１の材料内の焦点領域１８５０に放射光１８３０を集束させている。ある場合には、光学システム１８４０は、第１の材料による多光子の同時吸収が焦点領域１８５０であるいはそのごく近くでのみ生じるように設計される。層１１５のうちの多光子反応を受ける領域は、層１１５のうちの多光子反応を受けない領域と比較して、少なくとも１種類の溶媒に、より溶解しやすく、あるいはより溶解しにくくなる。
【００３８】
ステージ１８１０及び／又は光１８３０及び／又は光学システム１８４０内の１つ以上のミラーなどの１つ以上の構成要素を移動させることによって、焦点領域１８５０は第１の材料内の３次元パターンを走査することができる。図１Ａ及び１８に示す例示的なプロセスにおいて、層１１５は平面的な基板１１０上に配設される。一般に、基板１１０は、ある用途で望しいものとなり得る任意の形状を有してよい。例えば、ある場合には、基板１１０は球形状を有してもよい。
【００３９】
光源１８２０は、多光子吸収を実現するのに十分な光強度を発生させることが可能な任意の光源であってよい。例示的な光源には、約３００ｎｍ〜約１５００ｎｍ、又は約４００ｎｍ〜約１１００ｎｍ、又は約６００ｎｍ〜約９００ｎｍ、又は約７５０ｎｍ〜約８５０ｎｍの範囲で動作する、フェムト秒レーザーなどのレーザーが挙げられる。
【００４０】
光学システム１８４０は、例えば、屈折性光学要素（例えばレンズ又はマイクロレンズアレイ）、反射性光学要素（例えば、再帰反射体又は集束ミラー）、回折性光学要素（例えば、回折格子、位相マスク、及びホログラム）、偏光光学要素（例えば、直線偏光子及び波長板）、分散性光学要素（例えばプリズム及び回折格子）、拡散体、ポッケルスセル、光導体などを有し得る。そのような光学要素は、集束、ビーム送出、ビーム／モード成形、パルス成形、及びパルスタイミングに有用である。
【００４１】
露光システム１８００によって第１の材料の層１１５が選択的に露光された後、溶媒溶解性のより高い領域を溶かすために、露光された層は溶媒中に置かれる。露光した第１の材料を現像するために使用され得る例示的な溶媒には、水（例えば、１〜１２の範囲のｐＨを有する）及び水と有機溶媒との混和性配合物（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなど、及びそれらの混合物）などの水性溶媒、並びに有機溶媒が挙げられる。例示的な有用な有機溶媒には、アルコール系溶剤（例えば、メタノール、エタノール、及びプロパノール）、ケトン系溶剤（例えば、アセトン、シクロペンタノン、及びメチルエチルケトン）、芳香族化合物系溶剤（例えばトルエン）、ハロゲン化炭素系溶剤（例えば、塩化メチレン及びクロロホルム）、ニトリル系溶剤（例えばアセトニトリル）、エステル系溶剤（例えば、酢酸エチル及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテート）、エーテル系溶剤（例えば、ジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン）、アミド系溶剤（例えば、Ｎ−メチルピロリドン）など、及びそれらの混合物が挙げられる。図１Ｂは、多光子過程を用いて第１の材料内に形成された第１の微細構造化パターン１２１の概略的側面図である。第１の微細構造化パターンは、微細構造１２０の第１のクラスタ１２２と、微細構造１２５の第２のクラスタ１２４とを有しており、微細構造１２０及び１２５は、本明細書で開示する任意の微細構造を含めて、任意の微細構造であってよい。ある場合には、微細構造１２０と１２５とは、異なる構造を有する。ある場合には、微細構造１２０と１２５とは、同じ構造を有する。例示的な第１の微細構造化パターン１２１において、微細構造１２０及び１２５は高さｔ１を有している。
【００４２】
図１９及び２０は、本明細書で開示するプロセスに従って製作された微細構造１２０のクラスタの走査型電子顕微鏡写真である。図１９及び２０の微細構造は、図１２に示す微細構造１２２０と類似している。図１９において、微細構造は微細構造の基部の短軸に沿って見たものであり、図２０において、微細構造は微細構造の基部の長軸に沿って見たものである。
【００４３】
図１９（及び図２０）の複数の微細構造は、最外方の円１９１０を含む同心円の配列にて配置されている。微細構造は、最外方の円の直径が、同心円の配列をなす各円の少なくとも１つの離散的微細構造を含むことがないように配置されている。例えば、最外方の円１９１０の直径１９２０は、微細構造１９０１〜１９０５は含むが、微細構造１９３０及び１９３１は含まない。図１９の同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的微細構造を含んでいる。同様に、ある場合には、１つのノズルが複数の穴を有し、それらの穴は、最外方の円を含んだ同心円の配列をなして配置されている。離散的ノズル穴は、最外方の円の直径が、同心円の配列をなす各円の少なくとも１つの離散的ノズル穴を含むことがないように配置されている。ある場合には、同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的ノズル穴を含む。
【００４４】
次に、図１Ｃに概略的に示すように、第１の微細構造化パターン１２１の上表面１２６は、薄い導電性シード層１２７で上表面をコーティングすることによって、金属化されるかあるいは導電性にされる。導電性シード層１２７は、ある用途で望ましいものとなり得る任意の導電性材料を含んでよい。例示的な導電性材料には、銀、クロム、金及びチタンが挙げられる。ある場合には、シード層１２７は、約５０ｎｍ未満、又は約４０ｎｍ未満、又は約３０ｎｍ未満、又は約２０ｎｍ未満の厚さを有する。
【００４５】
次に、図１Ｄに概略的に示すように、シード層１２７は、第１の微細構造化パターン１２１を第２の材料で電気メッキするために使用されており、その結果、第２の材料の層１３０が得られる。ある場合には、第１の微細構造化パターン１２１の電気メッキは、層１３０の最小厚さｔ２がｔ１を超えるまで継続される。
【００４６】
電気メッキに好適な第２の材料には、銀、不動態化された銀、金、ロジウム、アルミニウム、反射強化アルミニウム、銅、インジウム、ニッケル、クロム、スズ、及びそれらの合金が挙げられる。
【００４７】
ある場合には、第２の材料の層１３０は、不均一な又は荒い上表面１３２を有する。そのような場合、第２の材料の層１３０は研磨又は研削され、結果として、図１Ｅに概略的に示すように厚さｔ３＞ｔ１を有する第２の材料の層１３５が得られるこの研磨又は研削は、ある用途で望ましいものとなり得る任意の研削法を用いて達成され得る。例示的な研削法には、表面研削及びメカニカルミリングが挙げられる。
【００４８】
ある場合には、第２の材料１３０の層は、最初に第２の層１２７でパターン１２１をコーティングすることなく、第１の微細構造化パターン１２１上に直接堆積され得る。そのような場合、層１３０は、例えばスパッタリング及び化学蒸着を含む任意の好適な方法を用いてパターン１２１上にコーティングされ得る。
【００４９】
次に、基板１１０と第１の材料が除去され、結果として、図１Ｆに概略的に示す第２の材料の第１の金型１４０が得られる。見やすくするために、また普遍性が損なわれないように、シード層１２７は図１Ｆには示されていない。ある場合には、基板１１０とパターン形成された第１の材料は、手で層１３５から分離され得る。ある場合には、この分離は、層１３０を研削するのに先立って実施され得る。
【００５０】
第１の金型１４０は第２の微細構造化パターン１４１を有し、この第２の微細構造化パターン１４１は実質的に、凹凸を逆にして第１の微細構造化パターン１２１を複製したものである。具体的に言えば、第２の材料の第１の金型１４０は、微細構造１４５の第１のクラスタ１４６と、微細構造１４８の第２のクラスタ１４７とを有しており、微細構造１４５は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１２０を複製したものであり、微細構造１４８は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１２５を複製したものである。
【００５１】
次に、図１Ｇに概略的に示すように、第２の材料の第１の金型１４０と平滑な上表面１５７を有する基板１５５との間に第３の材料を配設することによって、第２の微細構造化パターンが、第１及び第２の材料とは異なる第３の材料１５０内に複製される。この複製プロセスは、任意の好適な複製方法を用いて達成され得る。例えば、ある場合には、この複製は射出成形プロセスを用いて達成され得る。そのような場合、溶融した第３の材料が、基板１５５と第１の金型との間に導入され、第２の微細構造化パターンに充填された後に固化され得る。第３の材料１５０は、パターンを複製することが可能な任意の材料であってよい。例示的な第３の材料には、ポリカーボネート、並びに、ポリスチレン、アクリル、スチレンアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン２，６−ナフタレン、及びフルオロポリマーなどの他の熱可塑性樹脂が挙げられる。
【００５２】
複製プロセスの後、第２の材料の第１の金型１４０と基板１５５が除去され、結果として、基板部分１６２と第３の微細構造化パターン１６１とを有する第３の材料の第２の金型１６０が得られ、この第３の微細構造化パターン１６１は、実質的に、凹凸を逆にして第２の微細構造化パターン１４１を複製したものであり、また実質的に、凹凸を変えずに第１の微細構造化パターン１２１を複製したものである。第３の微細構造化パターン１６１は、微細構造１６５の第１のクラスタ１６８と、微細構造１５９の第２のクラスタ１６９とを有しており、微細構造１６５は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１４５を複製したものであり、微細構造１５９は実質的に、凹凸を逆にして微細構造１４８を複製したものである。ある場合には、微細構造１６５は実質的に、凹凸を変えずに微細構造１２０を複製したものであり、微細構造１５９は実質的に、凹凸を変えずに微細構造１２５を複製したものである。図２１は、本明細書で開示するプロセスに従って製作されたポリカーボネート製微細構造１６５のクラスタの走査型電子顕微鏡写真である。
【００５３】
次に、図１Ｉに概略的に示すように、第３の微細構造化パターン１６１の上表面１５４は、シード層１２７に類似した薄い導電性シード層１６７で上表面をコーティングすることによって、金属化されるかあるいは導電性にされる。
【００５４】
次に、図１Ｊに概略的に示すように、シード層１６７は、第３の微細構造化パターン１６１を第３の材料とは異なる第４の材料で電気メッキするために使用されており、その結果、第４の材料の層１７０が得られる。ある場合には、第２の微細構造化パターン１６１の電気メッキは、層１３０の最小厚さｔ５が、第２の金型１６０における微細構造の高さｔ４を超えるまで継続される。ある場合には、高さｔ４は実質的に高さｔ１と等しい。電気メッキに好適な第４の材料には、銀、不動態化された銀、金、ロジウム、アルミニウム、反射強化アルミニウム、銅、インジウム、ニッケル、クロム、スズ、及びそれらの合金が挙げられる。他の実施形態において、第４の材料は、第３の微細構造化パターン上に堆積されるセラミックであってもよい。そのようなセラミック材料は、例えば、本発明の譲受人に譲渡され所有される米国特許第５，４５３，１０４号に記載されているようなゾルゲル法によって、あるいは、本発明の譲受人により譲受され所有される米国特許第６，５７２，６９３号、同第６，３８７，９８１号、同第６，８９９，９４８号、同第７，３９３，８８２号、同第７，２９７，３７４号、及び同第７，５８２，６８５号に記載されているようなセラミック充填高分子組成物又はプレセラミック高分子組成物の光硬化によって形成され得るものであり、これらの特許はそれぞれ、参照によって全ての内容が本明細書に組み込まれる。そのようなセラミック材料は、例えば、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、ランタニド元素（すなわち、包含的に５７〜７１に及ぶ原子番号を有する元素）、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物を含んでもよい。
【００５５】
次に、微細構造１６５の頂部１７１と微細構造１５９の頂部１７３が露出するまで、層１７０の上表面１７２が研削される。ある場合には、第３の材料は、第４の材料よりも軟質である。例えば、いくつかの例において、第３の材料はポリカーボネートであり、第４の材料はニッケル合金である。そのような場合、第３の微細構造化パターン１６１をなす全ての微細構造の頂部が確実に露出するように、頂部１７１及び１７３の小部分が研削プロセスの間に除去され得る。そのような場合、図１Ｋに概略的に示すように、研削の結果、第４の材料の層１７５は、第３の微細構造化パターンを平坦化し、第３の微細構造化パターンをなす複数の微細構造内の各微細構造の頂部１８５を露出させる。第４の材料の層１７５は、微細構造１８０の頂部１８４及び微細構造１８１の頂部１８６と実質的に同じ高さである上表面１７７を有している。微細構造は高さｔ６を有し、この高さはｔ４よりもわずかに低いものとなり得る。
【００５６】
次に、第２の金型１６０が除去され、結果として、複数の穴１０６を有する第４の材料の層１９０が得られ、これらの穴１０６は、第３の微細構造化パターン１６１をなす複数の微細構造に対応する。具体的に言えば、第４の材料の層１９０は、穴１９５の第１のクラスタ１９２と、穴１９８の第２のクラスタ１９３とを有している。ある場合には、穴１９５は実質的に微細構造１２０を複製したものであり、穴１９８は実質的に微細構造１２５を複製したものである。穴１９５は穴入口１８２と穴出口１８３とを有し、穴１９８は穴入口１９６と穴出口１９７とを有している。
【００５７】
図２２及び２３はそれぞれ、本明細書で開示するプロセスに従って作製された穴１９５のクラスタ１９２の穴入口１８２及び穴出口１８３の光学顕微鏡写真である。図２５は、穴入口側から見た、穴１９５のうちの１つの走査型電子顕微鏡写真である。この穴は、穴入口２５１０と、穴入口よりも小さな穴出口２５２０とを有している。この顕微鏡写真は、穴内の先細り及び捩れを明確に示している。
【００５８】
ある場合には、２つのクラスタ１９２と１９３とは方向１９９に沿って分離しており、その結果として、図１Ｍに概略的に示すように、部分１０２、及びそれとは別の、場合によっては実質的に全く同様の部分１０３が得られ、各部分は、噴霧ノズル及び／又は燃料噴射器において使用され得る。
【００５９】
図２４はノズル２４００の概略的側面図であり、このノズル２４００は、中空内部２４１０と、その中空内部をノズルの外側２４３０から分離する壁２４０５とを有している。このノズルは、中空内部２４１０をノズルの外側２４３０と連通させる、穴２４２０などの少なくとも１つの穴を更に有している。これらの穴は、中空内部から外側へと気体又は液体を送出する。穴２４２０は、本明細書で開示する任意の穴であってよい。穴２４２０は、壁２４０５の内部表面２４０６にある穴入口２４４０と、壁２４０５の外部表面２４０７にある穴出口２４４５とを有している。穴入口２４４０はまた、ノズルの中空内部２４１０にあり、穴出口２４４５はノズルの外側２４３０にある。
【００６０】
ある場合には、穴入口２４４０は第１の形状を有し、穴出口２４４５は、第１の形状とは異なる第２の形状を有する。例えば、ある場合には、第１の形状は楕円形状であり、第２の形状は円形状である。別の例として、いくつかの例において、第１の形状はレーストラック形状であってもよく、第２の形状は円形状であってもよい。別の例として、ある場合には、第２の形状は円形又は楕円形であってよく、第１の形状の外周は、緊密に詰められた複数の円の外弧を含んでもよく、それらの外弧は曲線状のフィレットで互いに連結されている。
【００６１】
ある場合には、第１の形状は第２の形状と実質的に同じであってもよいが、それらは、異なる大きさ又は寸法を有してもよい。例えば、第１の形状は半径ａ１を有する円であってもよく、第２の形状もまた円であるが、ａ１とは異なる半径ａ２を有するものであってよい。
【００６２】
ある場合には、穴２４２０は、穴入口２４４０から穴出口２４４５にかけて回転する側方横断面を有し、側方横断面とは、例えば穴の中にある液体又は気体の全体的な流れの方向に実質的に垂直な横断面を指す。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて増加する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて減少する回転率を有する。ある場合には、その横断面は、穴入口から穴出口にかけて一定の回転率を有する。
【００６３】
本発明の微細構造、穴、層、構造、及び方法の利点のいくつかについて、以下の例で更に説明する。この実施例に記載する特定の材料、量、及び寸法、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。別段の指定がない限り、全ての化学的手法は、乾燥し脱酸素された溶媒及び試薬を用いて、乾燥窒素環境下で実施したものである。Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩから入手した、又は入手し得るものである。
【００６４】
ローダミンＢヘキサフルオロアンチモン酸塩は、ローダミンＢクロリドをヘキサフルオロアンチモン酸塩で複分解することによって調製したものである。本明細書で用いるとき、ＳＲ３６８はトリス−（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏ．Ｉｎｃ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡから入手）を指し、ＳＲ９００８は三官能性アクリレートエステル（Ｓａｒｔｏｍｅｒ社から入手）を指し、ＳＲ１０１２はジアリールヨードニウムヘキサフルオロアンチモン酸（Ｓａｒｔｏｍｅｒ社から入手）を指し、ＳＵ−８ Ｒ２１５０はエポキシネガフォトレジスト（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．，Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡから入手）を指し、ＴＨＦはテトラヒドロフランを指し、ＬＥＸＡＮ ＨＰＳ１Ｒは熱可塑性ポリカーボネート（Ｓａｂｉｃ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，Ｐｉｔｔｓｆｉｅｌｄ，ＭＡから入手）を指し、Ｉｎｃｏ Ｓ−Ｒｏｕｎｄｓはニッケル（Ｖａｌｅ Ｉｎｃｏ Ａｍｅｒｉｃａ’ｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｄｄｌｅ Ｂｒｏｏｋ，ＮＪから入手）を指す。
【実施例】
【００６５】
（実施例１）：
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分間にわたって加熱した。
【００６６】
約１２０，０００の数平均分子量を有するポリ（メチルメタクリレート）と、ＳＲ９００８と、ＳＲ３６８とを、３０：３５：３５の重量比で化合させ、結果としてモノマー混合物を得たが、このモノマー混合物を十分な量の１，２−ジクロロエタン中に溶解させて、このモノマー混合物の５４重量パーセントの溶液を得た。この溶液に、次いで、固体の全重量を基準として０．５重量パーセントのローダミンＢヘキサフルオロアンチモン酸塩及び１．０重量パーセントのＳＲ１０１２となるコーティング溶液を与えるのに十分な、ＴＨＦ中の光増感剤ローダミンＢヘキサフルオロアンチモン酸塩及びＴＨＦ中のＳＲ１０１２の一定量の濃縮溶液を加えた。このコーティング溶液を１マイクロメートルのシリンジフィルターで濾過し、シリコン溶液上にスピンコーティングした。コーティングしたウェーハを６０℃の強制空気オーブン中に１８時間にわたって置いて、実質的に溶媒のない（以下、「乾燥した」）コーティング（図１Ａの第１の材料の層１１５）を有するコーティングされたシリコンウェーハを得た。このコーティングは、約３００μｍの厚さを有するものであった。
【００６７】
乾燥したコーティングの二光子重合を、ダイオード励起チタンサファイアレーザー（Ｓｐｅｃｔｒａ−Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉｅｗ，ＣＡから入手）を使用して、以下の方式で実施した。このダイオード励起チタンサファイアレーザーは、８００ｎｍの波長、８０ｆｓの公称パルス幅、８０ＭＨｚのパルス繰返し周波数、及び約１Ｗの平均電力で動作するものであった。コーティングされたウェーハを、コンピュータ制御式の三軸ステージ（Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ，Ｐｉｔｔｂｕｒｇｈ，ＰＡから入手）上に置いた。このレーザービームをＮＤフィルターで減衰させ、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸制御用の望遠鏡を有するガルボスキャナー（Ｎｕｔｆｉｅｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．，Ｗｉｎｄｈａｍ，ＮＨから入手可能）を使用して、乾燥したコーティングに集束させた。作動距離を０．４００ｍｍ、焦点距離を４．０ｍｍとしたＮｉｋｏｎ製ＣＦＩ Ｐｌａｎ Ａｃｈｒｏｍａｔ ５０Ｘ ｏｉｌ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｎ．Ａ．０．９０を、乾燥したコーティングの表面上に直接、取り付けた。平均電力を、対物レンズの出力部で、波長校正したフォトダイオード（Ｏｐｈｉｒ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ，Ｌｔｄ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡから入手した）を使用して測定し、平均電力が約８ｍＷであることが判明した。
【００６８】
露光走査の完了後、露光した乾燥コーティングをＭｉｃｒｏＣｈｅｍ ＳＵ−８溶媒中で現像し、すすぎ、乾燥させ、結果として、第１の微細構造化パターン１２１（図１Ｂ）を得た。
【００６９】
パターンの表面上に銀（Ａｇ）の薄層（約１００オングストローム）をスパッタリングすることによって、第１の微細構造化パターンの表面を導電性にした。次いで、金属化した前表面を、約２ｍｍ厚となるまでＩｎｃｏ Ｓ−Ｒｏｕｎｄｓ（ニッケル）で電気メッキした。次いで、電気メッキしたニッケルスラグを、第１のパターンから分離し、研削し、機械加工し、結果として、第２の微細構造化パターン１４１（図１Ｆ）を有する第１の金型１４０を得た。
【００７０】
次いで、一軸プラスチック射出成形システムの中に置いた射出成形用金型の中に、第１の金型を置いて、熱可塑性ポリカーボネート（ＬＥＸＡＮ ＨＰＳ１Ｒ）を金型キャビティの中に射出し、結果として、第３の微細構造化パターン１６１（図１Ｈ）を有する第２の金型１６０を得た。
【００７１】
次いで、第２の金型の前表面を、約１００オングストロームの銀でその表面をスパッタリングすることによって金属化した。次いで、金属化した第２の金型をＩｎｃｏ Ｓ−Ｒｏｕｎｄｓ（ニッケル）で電気メッキして、第３の微細構造化パターン全体を被覆し、結果としてニッケル層１７０（図１Ｊ）を得た。
【００７２】
ニッケル層と第２の金型との組合わせ構造を脱イオン水ですすいだ後、ニッケル層の前表面１７２（図１Ｊ）を平面状に研削して、第３の微細構造化パターンの頂部１７１からニッケル材料を除去した。
【００７３】
研削が完了した（全ての微細構造の頂部が露出した）後、電気メッキしたニッケル層をポリカーボネート製金型１６０から分離し、結果として、円形の六方充填配置で配列した３７個の貫通穴を有する、直径約８ｍｍ、厚さ１６０μｍのニッケル製円盤を得た。隣接する穴の間隔は約２００μｍであった。各穴は、レーストラックの直線部分に沿ってフィレットで修正されたレーストラックの形状をなす穴入口を有していた。このレーストラックは、約８０μｍの長径と、約５０μｍの短径を有していた。各穴は、約５０μｍの長径と約３５μｍの短径を有する小さなレーストラックの形状をなす穴出口を有していた。穴出口の側から見ると、穴の横断面の長径は、穴出口から穴入口にかけて、穴出口の下方に５０μｍ下るごとに約３０度、時計回りに回転していた。
【００７４】
本明細書で用いるとき、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「左」、「右」、「上部」と「下部」、「時計回り」と「反時計回り」などの用語、及び他の類似する用語は、図に示すような相対的位置を指す。一般に、物理的な実施形態は、異なる向きを有することがあり、その場合、これらの用語は、その装置の実際の向きに修正された相対的位置を指すことを意図したものである。例えば、図１Ｂの画像が、図の向きと比較して逆である場合でも、表面１２６は依然として、「上部」主表面であると見なされる。
【００７５】
先に引用した全ての特許、特許出願、及び他の刊行物は、完全に再現されたものとして参照によって本願に組み込まれる。本発明の種々の態様の説明を容易にするために、本発明の特定の実施例について上で詳細に説明しているが、その意図は、本発明を実施例の細部に限定することではないことを理解されたい。むしろ、その意図は、添付の「特許請求の範囲」で定義される本発明の趣旨と範囲に含まれる全ての修正物、等価物、並びに代替物を網羅することである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを製作する方法であって、
（ａ）多光子反応を受けることが可能な第１の材料を供給する工程と、
（ｂ）多光子過程を用いて前記第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程と、
（ｃ）前記第１の材料とは異なる第２の材料内に前記第１の微細構造化パターンを複製して、前記第２の材料内の第２の微細構造化パターンを備える第１の金型を作製する工程と、
（ｄ）前記第１及び第２の材料とは異なる第３の材料内に前記第２の微細構造化パターンを複製して、前記第３の材料内の複数の微細構造を含んだ第３の微細構造化パターンを備える第２の金型を作製する工程と、
（ｅ）前記第３の材料とは異なる第４の材料の層で前記第２の金型の前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程であって、前記層は、前記第３の微細構造化パターンをなす前記複数の微細構造の各微細構造の頂部を露出させる、工程と、
（ｆ）前記第３の材料を除去する工程であって、結果として、前記第４の材料内にあり、前記第３の微細構造化パターンをなす前記複数の微細構造に対応する複数の穴を有するノズルを得る工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記第１の材料はポリ（メチルメタクリレート）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の材料は二光子反応を受けることが可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の微細構造化パターンは、複数の離散的微細構造を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の直線的な形体である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の直線的な形体の一部分である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の曲線的な形体である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の曲線的な形体の一部分である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の離散的微細構造は多面体の一部分を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の離散的微細構造は円錐体の一部分を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の離散的微細構造は、先細の離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の離散的微細構造は、螺旋状の離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の微細構造化パターンは、二光子過程を用いて前記第１の材料内に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の材料内に前記第１の微細構造化パターンを形成する工程は、前記第１の材料の少なくとも一部分を露光して、多光子の同時吸収を生じさせることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の材料内に前記第１の微細構造化パターンを形成する工程は、前記第１の材料のうちの露光された部分を除去することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の材料内に前記第１の微細構造化パターンを形成する工程は、前記第１の材料のうちの露光されていない部分を除去することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の材料内に前記第１の微細構造化パターンを複製することは、前記第１の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の材料は電気メッキ材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の金型は金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の金型はニッケルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして前記第１の微細構造化パターンを複製したものである、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第３の材料内に前記第２の微細構造化パターンを複製する工程は、射出成形することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第３の材料はポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第３の材料はポリカーボネートを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の金型はポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第３の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして前記第２の微細構造化パターンを複製したものである、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第４の材料で前記第３の微細構造化パターンをコーティングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第４の材料で前記第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第４の材料の一部分を除去することを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記コーティングされた第４の材料の前記一部分は研削法によって除去される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第４の材料は電気メッキ材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ノズルは金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ノズルはニッケルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ノズルはセラミックを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
前記セラミックは、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、５７〜７１の範囲の原子番号を有するランタニド元素、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物からなる群から選択される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
中空内部と、該中空内部を前記ノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを備えるノズルであって、前記少なくとも１つの穴は、
第１の形状を有する、前記ノズルの前記中空内部にある穴入口と、
前記第１の形状とは異なる第２の形状を有する、前記ノズルの前記外側にある穴出口とを備える、ノズル。
【請求項３８】
前記第１の形状は楕円形状であり、前記第２の形状は円形状である、請求項３７に記載のノズル。
【請求項３９】
前記第１の形状はレーストラック形状であり、前記第２の形状は円形状である、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４０】
前記第１の形状の外周は、緊密に詰められた円の外弧を含み、前記外弧は曲線状のフィレットで連結されている、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４１】
前記穴入口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４２】
前記穴入口は２００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項４１に記載のノズル。
【請求項４３】
前記穴入口は１６０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項４２に記載のノズル。
【請求項４４】
前記穴出口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４５】
前記穴出口は１００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項４４に記載のノズル。
【請求項４６】
前記穴出口は４０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項４５に記載のノズル。
【請求項４７】
前記ノズルは二光子過程を用いて形成される、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４８】
前記ノズルは燃料噴射ノズルである、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４９】
前記ノズルは一体構造である、請求項３７に記載のノズル。
【請求項５０】
前記ノズルは金属を含む、請求項３７に記載のノズル。
【請求項５１】
前記ノズルはセラミックを含む、請求項３７に記載のノズル。
【請求項５２】
前記セラミックは、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、５７〜７１の範囲の原子番号を有するランタニド元素、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物からなる群から選択される、請求項５１に記載のノズル。
【請求項５３】
中空内部と、該中空内部をノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを備えるノズルであって、前記少なくとも１つの穴は、前記ノズルの前記中空内部にある穴入口と、前記ノズルの前記外側にある穴出口とを備え、前記少なくとも１つの穴は、前記穴入口から前記穴出口にかけて回転する横断面を有する、ノズル。
【請求項５４】
前記横断面は、前記穴入口から前記穴出口にかけて増加する回転率を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５５】
前記横断面は、前記穴入口から前記穴出口にかけて減少する回転率を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５６】
前記横断面は、前記穴入口から前記穴出口にかけて一定の回転率を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５７】
前記穴入口は第１の形状を有し、前記穴出口は、前記第１の形状とは異なる第２の形状を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５８】
最外方の円を含んだ同心円の配列をなして配置された複数の穴を備え、前記離散的ノズル穴は、前記最外方の円の直径が前記同心円の配列の各円の少なくとも１つの離散的ノズル穴を含むことがないように配置されている、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５９】
前記同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的ノズル穴を備える、請求項５８に記載のノズル。
【請求項６０】
前記穴入口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６１】
前記穴入口は２００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項６０に記載のノズル。
【請求項６２】
前記穴入口は１６０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項６１に記載のノズル。
【請求項６３】
前記穴出口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６４】
前記穴出口は１００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項６３に記載のノズル。
【請求項６５】
前記穴出口は４０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項６４に記載のノズル。
【請求項６６】
前記ノズルは二光子過程を用いて形成される、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６７】
前記ノズルは燃料噴射ノズルである、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６８】
前記ノズルは一体構造である、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６９】
前記ノズルは金属を含む、請求項５３に記載のノズル。
【請求項７０】
前記ノズルはセラミックを含む、請求項５３に記載のノズル。
【請求項７１】
前記セラミックは、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、５７〜７１の範囲の原子番号を有するランタニド元素、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物からなる群から選択される、請求項７０に記載のノズル。
【請求項１】
ノズルを製作する方法であって、
（ａ）多光子反応を受けることが可能な第１の材料を供給する工程と、
（ｂ）多光子過程を用いて前記第１の材料内に第１の微細構造化パターンを形成する工程と、
（ｃ）前記第１の材料とは異なる第２の材料内に前記第１の微細構造化パターンを複製して、前記第２の材料内の第２の微細構造化パターンを備える第１の金型を作製する工程と、
（ｄ）前記第１及び第２の材料とは異なる第３の材料内に前記第２の微細構造化パターンを複製して、前記第３の材料内の複数の微細構造を含んだ第３の微細構造化パターンを備える第２の金型を作製する工程と、
（ｅ）前記第３の材料とは異なる第４の材料の層で前記第２の金型の前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程であって、前記層は、前記第３の微細構造化パターンをなす前記複数の微細構造の各微細構造の頂部を露出させる、工程と、
（ｆ）前記第３の材料を除去する工程であって、結果として、前記第４の材料内にあり、前記第３の微細構造化パターンをなす前記複数の微細構造に対応する複数の穴を有するノズルを得る工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記第１の材料はポリ（メチルメタクリレート）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の材料は二光子反応を受けることが可能である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の微細構造化パターンは、複数の離散的微細構造を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の直線的な形体である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の直線的な形体の一部分である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の曲線的な形体である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の離散的微細構造は、３次元の曲線的な形体の一部分である離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記複数の離散的微細構造は多面体の一部分を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の離散的微細構造は円錐体の一部分を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の離散的微細構造は、先細の離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の離散的微細構造は、螺旋状の離散的微細構造を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の微細構造化パターンは、二光子過程を用いて前記第１の材料内に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の材料内に前記第１の微細構造化パターンを形成する工程は、前記第１の材料の少なくとも一部分を露光して、多光子の同時吸収を生じさせることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の材料内に前記第１の微細構造化パターンを形成する工程は、前記第１の材料のうちの露光された部分を除去することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の材料内に前記第１の微細構造化パターンを形成する工程は、前記第１の材料のうちの露光されていない部分を除去することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の材料内に前記第１の微細構造化パターンを複製することは、前記第１の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の材料は電気メッキ材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の金型は金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の金型はニッケルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして前記第１の微細構造化パターンを複製したものである、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第３の材料内に前記第２の微細構造化パターンを複製する工程は、射出成形することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第３の材料はポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第３の材料はポリカーボネートを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の金型はポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記第３の微細構造化パターンは実質的に、凹凸を逆にして前記第２の微細構造化パターンを複製したものである、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第４の材料で前記第３の微細構造化パターンをコーティングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第４の材料で前記第３の微細構造化パターンを電気メッキすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記第３の微細構造化パターンを平坦化する工程は、前記第４の材料の一部分を除去することを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記コーティングされた第４の材料の前記一部分は研削法によって除去される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第４の材料は電気メッキ材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ノズルは金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ノズルはニッケルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ノズルはセラミックを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
前記セラミックは、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、５７〜７１の範囲の原子番号を有するランタニド元素、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物からなる群から選択される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
中空内部と、該中空内部を前記ノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを備えるノズルであって、前記少なくとも１つの穴は、
第１の形状を有する、前記ノズルの前記中空内部にある穴入口と、
前記第１の形状とは異なる第２の形状を有する、前記ノズルの前記外側にある穴出口とを備える、ノズル。
【請求項３８】
前記第１の形状は楕円形状であり、前記第２の形状は円形状である、請求項３７に記載のノズル。
【請求項３９】
前記第１の形状はレーストラック形状であり、前記第２の形状は円形状である、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４０】
前記第１の形状の外周は、緊密に詰められた円の外弧を含み、前記外弧は曲線状のフィレットで連結されている、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４１】
前記穴入口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４２】
前記穴入口は２００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項４１に記載のノズル。
【請求項４３】
前記穴入口は１６０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項４２に記載のノズル。
【請求項４４】
前記穴出口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４５】
前記穴出口は１００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項４４に記載のノズル。
【請求項４６】
前記穴出口は４０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項４５に記載のノズル。
【請求項４７】
前記ノズルは二光子過程を用いて形成される、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４８】
前記ノズルは燃料噴射ノズルである、請求項３７に記載のノズル。
【請求項４９】
前記ノズルは一体構造である、請求項３７に記載のノズル。
【請求項５０】
前記ノズルは金属を含む、請求項３７に記載のノズル。
【請求項５１】
前記ノズルはセラミックを含む、請求項３７に記載のノズル。
【請求項５２】
前記セラミックは、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、５７〜７１の範囲の原子番号を有するランタニド元素、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物からなる群から選択される、請求項５１に記載のノズル。
【請求項５３】
中空内部と、該中空内部をノズルの外側と連通させる少なくとも１つの穴とを備えるノズルであって、前記少なくとも１つの穴は、前記ノズルの前記中空内部にある穴入口と、前記ノズルの前記外側にある穴出口とを備え、前記少なくとも１つの穴は、前記穴入口から前記穴出口にかけて回転する横断面を有する、ノズル。
【請求項５４】
前記横断面は、前記穴入口から前記穴出口にかけて増加する回転率を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５５】
前記横断面は、前記穴入口から前記穴出口にかけて減少する回転率を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５６】
前記横断面は、前記穴入口から前記穴出口にかけて一定の回転率を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５７】
前記穴入口は第１の形状を有し、前記穴出口は、前記第１の形状とは異なる第２の形状を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５８】
最外方の円を含んだ同心円の配列をなして配置された複数の穴を備え、前記離散的ノズル穴は、前記最外方の円の直径が前記同心円の配列の各円の少なくとも１つの離散的ノズル穴を含むことがないように配置されている、請求項５３に記載のノズル。
【請求項５９】
前記同心円の配列をなす各円は、等しく離間された離散的ノズル穴を備える、請求項５８に記載のノズル。
【請求項６０】
前記穴入口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６１】
前記穴入口は２００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項６０に記載のノズル。
【請求項６２】
前記穴入口は１６０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項６１に記載のノズル。
【請求項６３】
前記穴出口は３００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６４】
前記穴出口は１００マイクロメートル未満の直径を有する、請求項６３に記載のノズル。
【請求項６５】
前記穴出口は４０マイクロメートル以下の直径を有する、請求項６４に記載のノズル。
【請求項６６】
前記ノズルは二光子過程を用いて形成される、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６７】
前記ノズルは燃料噴射ノズルである、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６８】
前記ノズルは一体構造である、請求項５３に記載のノズル。
【請求項６９】
前記ノズルは金属を含む、請求項５３に記載のノズル。
【請求項７０】
前記ノズルはセラミックを含む、請求項５３に記載のノズル。
【請求項７１】
前記セラミックは、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア、又は、イットリウム、ストロンチウム、バリウム、ハフニウム、ニオビウム、タンタル、タングステン、ビスマス、モリブデン、スズ、亜鉛、５７〜７１の範囲の原子番号を有するランタニド元素、セリウム、及びそれらの組合わせの酸化物からなる群から選択される、請求項７０に記載のノズル。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図１Ｈ】
【図１Ｉ】
【図１Ｊ】
【図１Ｋ】
【図１Ｌ】
【図１Ｍ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図１Ｈ】
【図１Ｉ】
【図１Ｊ】
【図１Ｋ】
【図１Ｌ】
【図１Ｍ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公表番号】特表２０１３−５０１１８５（Ｐ２０１３−５０１１８５Ａ）
【公表日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２３０２２（Ｐ２０１２−５２３０２２）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４３６２８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１４６０７
【国際公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４３６２８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０１４６０７
【国際公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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