(57)【要約】  本発明は、実質的に平面状の膜層（４）に備わったノズルから傾斜した角度で噴出するマイクロジェットのスプレーに関する。加圧液体から複数の流体マイクロジェットを噴霧するためのスプレーノズルユニットは、上流面及び下流面を有する実質的に平面状の（半導体）支持体と、支持体の下流面に配置されたスプレー膜層（４）とを備える。スプレー膜層（４）は、それぞれレイリー方式で流体マイクロジェットを噴霧するために構成された、複数のノズルオリフィス（９）を備える。
2019511949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプレーノズルユニットを備え、前記スプレーノズルユニットは、加圧流体を受け入れるためのチャンバを有し、前記流体のマイクロジェットスプレーを放出するための穿孔されたノズル壁を有する、少なくとも１つのスプレーノズルを備えた、流体マイクロジェットスプレーを噴霧するためのスプレー装置であって、前記スプレーノズルがノズル本体によって形成され、支持体の主表面に開口した少なくとも１つのキャビティを有する支持体を含み、前記支持体は、前記主表面において膜層で覆われ、前記膜層には、前記キャビティの領域において前記膜層の厚さ全体にわたって少なくとも１つのノズルオリフィスが設けられて、それぞれのキャビティと流体連通している前記少なくとも１つのキャビティのそれぞれにおいてノズル膜を形成することを特徴とし、前記少なくとも１つのノズルオリフィスが、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記オリフィスの仮想中心線から離れるように偏向した角度でジェットラインに沿って前記マイクロジェットを放出することを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記キャビティから前記ノズルオリフィスに向かう流体流動抵抗に関して横方向の非対称なフロープロファイルを有する流体流路と連通していることを特徴とする、スプレー装置。
【請求項２】
前記オリフィスが、膜の厚さの２倍より大きい、特に、膜の厚さの４倍より大きい直径を有することを特徴とする、請求項１に記載のスプレー装置。
【請求項３】
前記ノズル膜が、前記キャビティの領域における中心領域と、前記中心領域と前記キャビティの縁との間の周辺領域とを備えることを特徴とし、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが前記周辺領域内に配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のスプレー装置。
【請求項４】
少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、特に前記ノズルオリフィスの直径の３倍未満、好ましくは前記ノズルオリフィスの直径未満の距離で、前記キャビティの周壁の近くに配置されることを特徴とする、請求項１，２又は３に記載のスプレー装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記キャビティの直径の１０％より大きい直径を有し、特に前記キャビティの直径の２５％より大きい直径を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項６】
前記キャビティが、前記流体流路内の前記流体上に、マイクロジェットを形成しながら液体に伝わる、横方向インパルスを付与するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項７】
前記キャビティが、前記主表面に少なくとも１つの比較的浅い横方向の延長部を備え、前記膜は前記延長部に少なくとも１つの偏向オリフィスを備えることを特徴とする、請求項６に記載のスプレー装置。
【請求項８】
前記延長部が、一般的に、前記偏向オリフィスの直径の０．３倍〜３倍の幅と、前記偏向オリフィスの直径の０．５倍〜５倍の長さとを有することを特徴とする、請求項７に記載のスプレー装置。
【請求項９】
前記延長部が、一般的に、前記オリフィスの直径の０．３倍〜３倍の深さを有することを特徴とする、請求項７又は８に記載のスプレー装置。
【請求項１０】
前記支持体が、前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部を形成するように局部的にエッチングされていることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項１１】
前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部が、複数の角度的に分布した偏向ノズルオリフィスと流体連通した、流体中の前記キャビティの周辺部に沿った実質的にリング状の延長部を備えることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項１２】
前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部が、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスとそれぞれ流体連通した、前記キャビティの複数の角度的に分布した局部的延長部を備えることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの偏向オリフィスが、より幅の広い部分及びより幅の狭い部分を有する非軸対称形状、特に、楕円、涙、月、Ｖ、又はＵ形状を有することを特徴とし、前記ノズルオリフィスの前記より幅の広い部分が、前記キャビティの縁壁から離れる方向に向いていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項１４】
前記ノズルオリフィスに向かう前記流体流路内に少なくとも部分的に配置された前記少なくとも１つの偏向オリフィスの近くに少なくとも１つの流体障壁を備え、前記少なくとも１つの障壁が前記ノズルオリフィスに対して非対称に設けられていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項１５】
前記障壁が、前記膜から前記流路の内側に延在する少なくとも１つのリムを備えることを特徴とする、請求項１４に記載のスプレー装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの障壁が５０ナノメートル〜５マイクロメートルの流体通路のためのギャップを残すことを特徴とする、請求項１４又は１５に記載のスプレー装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの障壁が、前記偏向ノズルの周りに直線状、多直線状又は曲線状の輪郭に沿って設けられ、前記輪郭は、前記キャビティの中心に向かう前記オリフィスの一側面において開口していることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項１８】
前記キャビティが略リング状であることを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記略リング状の外周部に沿って分布するオリフィス群を備えることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項１９】
前記スプレーノズルに、前記キャビティと流体連通し、前記支持体の上流面上に設けられた、濾過プレートを備える濾過手段が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、０．４ミクロン〜２０ミクロンの直径を有することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項２１】
前記ノズルの下流に散気手段が設けられ、前記散気手段は、前記ノズルから噴出する流体マイクロジェットの速度を低下させるように構成され、散気手段は、円錐状又はトランペット状であり、少なくとも１つの空気入口開口部を備えることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか一項に記載のスプレー装置であって、液体が化粧液又はウエハ洗浄液であり、スプレーノズルが１０°より大きいマイクロジェット発散角を有することを特徴とする、スプレー装置。
【請求項２３】
前記キャビティが、前記主表面において略円形又は多角形の断面を有することを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記キャビティの周縁部の少なくとも一部に沿って角度的に分布し、特に、前記縁部からの距離がオリフィスの直径よりも小さい、多数の偏向ノズルオリフィスのセットを備えることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項２４】
偏向スプレーノズルオリフィスの少なくとも１つのさらなるセットが、前記キャビティの前記周縁部の少なくとも一部に沿って角度的に分布し、特に、前記縁部からの距離がオリフィスの前記直径の１倍〜３倍であることを特徴とする、請求項２３に記載のスプレー装置。
【請求項２５】
前記ノズル膜が、前記マイクロジェットスプレーを放出しながら、圧力下で実質的に平坦な初期状態から少なくとも部分的に湾曲した形状へと動作中に曲がるように構成されていることを特徴とし、前記少なくとも１つのノズルオリフィスが、前記ノズル膜の前記湾曲した形状における変曲点の近くに配置されることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項２６】
前記ノズル膜が曲がって構成され、前記膜が波状であり、前記キャビティの周辺部に沿って少なくとも１つの波形を備えることを特徴とする、請求項２５に記載のスプレー装置。
【請求項２７】
前記膜が、前記キャビティの周辺部に沿って少なくとも２つの横方向に離間して配置された波形を備えることを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向オリフィスが、隣接する波形の間に配置されることを特徴とする、請求項２６に記載のスプレー装置。
【請求項２８】
前記ノズル膜が曲がって構成され、前記膜には少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが設けられ、この偏向ノズルオリフィスは、細長く、前記膜が前記細長いノズルオリフィスの縁部に沿って偏向できるようにすることを特徴とする、請求項２５に記載のスプレー装置。
【請求項２９】
前記スプレーノズルの露出表面が、少なくとも、前記少なくとも１つのノズルオリフィスに隣接する領域で疎水性であることを特徴とする、請求項１〜２８のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３０】
前記支持体が、前記主表面に分散した、特に前記表面に角度的に分布した、複数のキャビティを備え、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスを有するノズル膜が、前記キャビティのそれぞれに架かっていることを特徴とする、請求項１〜２９のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３１】
前記支持体が、半導体本体、好ましくはシリコン本体を備えることを特徴とする、請求項１〜３０のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３２】
前記膜層が、特に２ミクロン未満の厚さのセラミック層、より詳細には窒化シリコン層を備えることを特徴とする、請求項１〜３１のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３３】
前記偏向オリフィスが、前記キャビティの縁部を部分的に超え、部分的に前記キャビティに延在することを特徴とする、請求項１〜３２のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３４】
前記少なくとも１つのスプレーノズルの前記キャビティに、加圧液体を供給する液体供給システムをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜３３のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの障壁が、前記オリフィスの周りに１２０〜３３０度、特に、１８０〜２６０度の角度をなす半円弧に実質的に沿って、前記オリフィスを外囲することを特徴とする、請求項１６に記載のスプレー装置。
【請求項３６】
前記障壁が、前記オリフィスの直径の２５％未満、特に、前記オリフィスの前記直径の１０％未満の距離で、前記オリフィスから離間していることを特徴とする、請求項１６に記載のスプレー装置。
【請求項３７】
スプレーノズルユニットが、ジェットを可能にする膜の外囲面よりもわずかに高い周辺部を有する少なくとも１つのノズルオリフィスを備え、前記周辺部が、特に、ノズルオリフィスの直径の１０％〜５０％の高さを有することを特徴とする、請求項１〜３６のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３８】
前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスのジェットラインが互いに交差して、前記噴出するマイクロジェットを動作中に衝突させることを特徴とする、請求項１〜３７のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項３９】
前記膜が、少なくとも１つの第３のノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、前記第３のオリフィスの仮想中心線に沿った方向に向いたジェットラインに沿って、実質的に偏向のない角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスのジェットラインが、前記第３のオリフィスの前記ジェットラインと交差して、前記噴出するマイクロジェットを動作中に衝突させることを特徴とする、請求項３８に記載のスプレー装置。
【請求項４０】
前記偏向ノズルオリフィスの上流にマイクロバルブ手段が存在し、前記バルブ手段がマイクロバルブシートに近接してマイクロバルブディスクを備え、前記マイクロバルブディスクは前記マイクロバルブシート状に通常閉鎖状態で置かれ、上流圧力閾値を超えると、前記シートから持ち上がって、前記マイクロバルブディスクと前記マイクロバルブシートとの間の流体通路を前記流体流路に向かって開放することを特徴とする、請求項１〜３９のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項４１】
前記ノズル膜が、前記マイクロバルブシート及び前記マイクロバルブディスクのうちの１つを構成することを特徴とする、請求項４０に記載のスプレー装置。
【請求項４２】
前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスが互いに異なる横方向の断面を有することを特徴とする、請求項１〜４１のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項４３】
前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィス群を備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、共通の偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィス群のそれぞれの中のオリフィスは、前記少なくとも２つの偏向ノズルオリフィス群の他方における横方向の断面とは異なる、実質的に同一の横方向の断面を備えることを特徴とする、請求項４２に記載のスプレー装置。
【請求項４４】
前記偏向オリフィスの少なくとも１つが、三角形の横方向の断面を有することを特徴とする、請求項１〜４３のいずれか一項に記載のスプレー装置。
【請求項４５】
請求項１〜４４のいずれか一項に記載のスプレー装置に適用されるタイプのスプレーノズル本体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スプレーノズルユニットを備えた、流体マイクロジェットスプレーを噴霧するためのスプレー装置に関し、前記スプレーノズルユニットは、加圧流体を受け入れるためのチャンバを有し、前記流体のマイクロジェットスプレーを放出するための穿孔されたノズル壁を有する、少なくとも１つのスプレーノズルを備える。
【背景技術】
【０００２】
マイクロジェットは、本明細書においてレイリー分裂方式で動作する単一又は複数のジェットとして定義される。結果として、連続する液滴は、同じサイズを有し、ノズルオリフィスから同じ方向に伝播し得る。多くの場合、対応するノズルオリフィスが平面基板内に設けられ、生成したマイクロジェットは、すべて同じ噴霧方向に向けられた平行な単方向液滴列を形成する。スプレーノズルユニットがさらに小型化されると、ノズルオリフィス間の距離はより小さくなり、並行して伝播するマイクロジェットは、誘導された空気流に起因して不規則な軌道を容易に呈し得、望ましくない合体及び広がった液滴サイズ分布をもたらす。個々の液体ジェットを操作し偏向させるために、帯電、超音波及び加熱などの複雑な機構を使用し得る。また、追加のノズルを介した空気の強制的な同時フローが、平行液体ジェットの合体を防止するために提案されている。
【０００３】
冒頭の段落に記載したタイプのスプレー装置は、例えば、米国特許出願公開第２００８／０００６７１９号により知られている。この特許出願は、特にその図面の図７を参照して、単一のプラスチック材料片として形成された支持体及び前壁を有するスプレーノズル本体を記載している。この既知の装置の前壁は、比較的薄く、弾性変形可能で、前記加圧流体の圧力にさらされると全体的に曲面形状をとる。結果として、この既知の装置で生成された流体マイクロジェットは、その非加圧状態での前記前壁の表面に対する仮想の法線から離れる方向に向けられたそれぞれのオリフィスの中心線に沿って放出される。これらのマイクロジェットのいくつかを合わせると、前記前壁の中心からその縁部に向かって増加する、一定の偏向角を有する個々のジェットの噴霧円錐が形成される。
【０００４】
化粧品、香水、ウエハ洗浄、燃料噴射、噴霧乾燥機、医療用スプレーなどの特定の用途では、特徴的な噴霧パターンが必要であり、噴霧円錐及び噴霧傾斜角の適切な制御が必要である。薬学的用途のためには、例えば、狭いサイズ分布を有する小さな液滴を提供するスプレーは、マイクロジェットスプレーが異なるスプレー装置間で適切に制御及び再現され得る場合、肺の異なる部分を効率的に標的とすることができる。特に、個々の液滴の合体及び液滴サイズ分布の広がりを防止するための手段は、とりわけこれらの特別なスプレー装置において、重要である。
【０００５】
前述の米国特許出願により知られるスプレー装置は、これらの、より高性能なスプレー装置にしばしば必要とされる程度の精度及び再現性を提供することができないだろう。特に、既知の装置によって放出される各マイクロジェットの偏向角は、適用される流体圧力にかなりの程度依存し、これは一定の用途のためには実用的でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０００６７１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、とりわけ、流体マイクロジェットスプレーを生成し、明確な偏向角の下でレイリー分裂機構により得られたマイクロジェット及び液滴の、比較的狭い液滴サイズ分布を許容し、保持するスプレー装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのために、冒頭の段落に記載されたタイプのスプレー装置は、本発明によれば、前記スプレーノズルがノズル本体によって形成され、支持体の主表面に開口した少なくとも１つのキャビティを有する支持体を含み、前記支持体は、前記主表面において膜層で覆われ、前記膜層には、前記キャビティの領域において前記膜層の厚さ全体にわたって少なくとも１つのノズルオリフィスが設けられて、それぞれのキャビティと流体連通している前記少なくとも１つのキャビティのそれぞれにおいてノズル膜を形成することを特徴とし、前記少なくとも１つのノズルオリフィスが、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記オリフィスの中心線から離れるように偏向した角度で前記マイクロジェットを放出することを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記キャビティから前記ノズルオリフィスに向かう流体流動抵抗に関して横方向の非対称なフロープロファイルを有する流体流路と連通していることを特徴とする。
【０００９】
前記キャビティから前記ノズルオリフィスに向かう流体流動抵抗に関して横方向の非対称なフロープロファイルを可能にする前記流体流路は、前記偏向オリフィスの上方の能動又は受動マイクロバルブ流と効果的に組み合わせることができる。このために、スプレー装置は、前記偏向ノズルオリフィスの上流にマイクロバルブ手段が存在し、前記バルブ手段がマイクロバルブシートに近接してマイクロバルブディスクを備え、前記マイクロバルブディスクは前記マイクロバルブシート状に通常閉鎖状態で置かれ、上流圧力閾値を超えると、前記シートから持ち上がって、前記マイクロバルブディスクと前記マイクロバルブシートとの間の流体通路を前記流体流路に向かって開放することを特徴とする。したがって、流体流路は、（前記閾値を超えて）加圧されると開放されるが、圧力がないと通常閉鎖状態にあり、前記閉鎖通路は効果的に微生物学的障壁を提供する。特定の実施形態では、偏向ノズルオリフィスと加圧されたときに前記流体流路のみを開くバルブ手段との、この組み合わせを使用して、衝突ジェットを生成することができる。
【００１０】
本発明によるスプレー装置のノズル本体は、支持体、特に、少なくとも部分的に半導体材料で製造された半導体支持体と、最近の半導体製造技術に適合する材料によって形成される。結果として、そのような極めて正確で再現可能な半導体製造技術及び微細加工工程を使用して、ノズル本体を製造及び構成することができる。個々の膜及びノズルオリフィスの正確な形状、サイズ及び位置がこのように非常に良好に制御されるだけでなく、これらのオリフィスに向かう流路の形状及び局所寸法は、所望のフロープロファイルを提供するように調整することができる。
【００１１】
キャビティからオリフィスに向かう流体流動抵抗に関して非対称なフロープロファイルを作成して提供することにより、前記流路内に形成された非対称性の程度に応じて一定の偏向角を与える、噴出するジェットに、横方向の正味のインパルスが付与される。結果として、液滴サイズ及び液滴サイズ分布だけでなく、スプレー（円錐）プロファイルも、本発明による装置を使用することによって微妙に制御及び調整することができる。これにより、この装置は、噴出するマイクロジェットスプレーに対して高度の制御を必要とする高性能な用途に特に適したものとなる。
【００１２】
スプレーノズルは、特に、半導体基板などの実質的に平面状の支持体と、前記支持体の下流面上、すなわち支持体の出口側に配置されたスプレー膜層とを備える。スプレー膜層は、窒化シリコンなどの基板上の層によって形成されてもよい。キャビティは支持体に設けられ、特に、加圧液体を上流側から供給し、前記キャビティを介して膜層に到達させるように、支持体の上流面から前記スプレー膜層まで延在する。膜層は、前記キャビティの下流面上に懸架された１つ以上のオリフィスを備える膜を形成する。支持体の前記上流面は、加圧液体の供給側である支持体の表面として理解されたい。支持体の下流面は、スプレー放出側である支持体の表面として理解されたい。膜層には、特に、１〜２５マイクロメートル以下の範囲のノズルオリフィスの直径を一般的に意味するレイリー領域で動作するようにそれぞれ構成された、複数のノズルオリフィスが設けられる。
【００１３】
いくつかの用途では、スプレー液の高流量が要求される。高用量の噴霧は、各ノズルオリフィスの流動抵抗を可能な限り小さく選択することによって、及び／又は噴霧の間にオリフィス上の圧力差を増加させることによって達成することができる。実際に要求される圧力は、典型的には５〜１０バールよりも相当高くなるように選択される。そのような圧力は、キャビティ上に懸架されたノズル膜に大きな力を及ぼす。膜層、及びそれにより、キャビティ上に懸架されたノズル膜は、そのような高圧に耐えるよう、相当厚く選択され得る。しかしながら、厚いノズル膜は、長いオリフィスの長さを意味し、その結果、高い流動抵抗及び低い流量を意味する。キャビティ上に懸架されたノズル膜の横方向サイズを縮小することは、高いスプレー圧力に耐える別の手段であり得る。しかしながら、この場合、同じ数のノズルオリフィスがより高密度に詰まり、ノズルオリフィスから噴出するマイクロジェットの合体の危険性が高まるという欠点がある。
【００１４】
驚くべきことに、本発明による薄く小さなノズル膜は、高スプレー流量を可能にするだけでなく、偏向マイクロジェットを膜層に対して一定の噴霧角とすることも見出された。これらの発散スプレージェットは、複数のオリフィスを有する単一の薄く小さなノズル膜から噴出し、スプレー液滴の合体を大部分で有利に防止する。驚くべきことに、噴霧角又は噴霧円錐は、ノズルオリフィスが、ノズル膜が支持体に密着しているキャビティの境界に近いノズル膜の境界に配置される場合に、最も偏向することが見出された。好ましくは、典型的には、膜層の厚さであるオリフィスの長さの増加に伴って偏向角が著しく減少するので、膜層はオリフィスの直径に比べて比較的薄い。図２７に見られるように、偏向角は膜の厚さに強く依存し、オリフィスの深さが５０％未満、すなわち約２．２５μｍ未満になると著しく減少し、より具体的には、膜の厚さがオリフィスの直径（図２７の場合、前記直径は４．５μｍである）の２５％未満、１．１２μｍ未満である場合、特に顕著になる。
【００１５】
下にあるキャビティからオリフィスへの流体流動抵抗に関し、ノズル膜の下の液体のフロープロファイルを修正及び調整することによって、強く発散するスプレーが得られ得ることが見出された。したがって、本発明によるスプレー装置の特定の実施形態は、前記キャビティが、前記流体流路内の前記流体上に、マイクロジェットを形成しながら液体に伝わる、横方向インパルスを付与するように構成されていることを特徴とする。噴霧角又はジェット傾斜角を制御することが、本発明の第１の目的である。そのために、本発明によるスプレー装置の特定の実施形態は、前記ノズル膜が、前記キャビティの領域における中心領域と、前記中心領域と前記キャビティの縁部との間の周辺領域とを備えることを特徴とし、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが前記周辺領域内に配置されることを特徴とし、より具体的には、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、特に前記ノズルオリフィスの直径の３倍未満、好ましくは前記ノズルオリフィスの直径未満の距離で、前記キャビティの周壁の近くに配置されることを特徴とする。
【００１６】
驚くべきことに、ノズルオリフィスがキャビティの周辺部、すなわち縁壁の近くに配置される場合、生成したマイクロジェットは、オリフィスの中心線に対して、したがって、実質的に平面状の膜層に対して、傾斜した角度で放出されることが見出された。オリフィスが支持体のキャビティの縁壁のより近くに配置されるほど、この傾斜角はより傾斜する。
【００１７】
この挙動は、キャビティと前記ノズルオリフィスが何らかの形で幾何学的に非対称な流体流動抵抗を形成することによって引き起こされると考えられる。これは、ノズル膜の下の液体に横方向インパルスを生じ、続いてマイクロジェットを形成する液体に伝わる。この点において、「横方向」という表現は、実質的に平面状の膜層に平行である、すなわち支持体の下流面に平行であることを意味する。流体がノズルオリフィスを介して流出する直前に流体がノズル膜に平行に流れているとき、流体は特定の横方向インパルス（質量密度×水平速度）を有し、ノズルオリフィスを通って流れる際、この横方向インパルスを少なくともある程度まで保持する。流体がノズルを通過するとき、流体はまた、膜層に対して垂直方向インパルス（質量密度×垂直速度）も得る。
【００１８】
膜層が比較的薄い場合、横方向インパルスのかなりの部分が、ノズルから噴出するジェットに伝達され、これによりジェットはオリフィスの中心線から偏向する。ジェット傾斜角は、伝達された流体の横方向インパルスと垂直方向インパルスとの間の比によって決定される。典型的かつ好ましくは、この比は０．１より大きく、最も好ましくは、０．２より大きい。オリフィスがキャビティの縁部のより近くに配置されるほど、マイクロジェットの残留する横方向インパルスがより大きくなり、傾斜角がより傾斜する。上記の非対称効果は、オリフィスの近くにキャビティの縁壁が存在することによって促進される。
【００１９】
ジェットの横方向インパルスは、ノズル出口付近の流体の平均横方向インパルスを意味し、より具体的には、横方向流路の高さの合計がノズルオリフィスの直径よりも著しく大きい場合には、ノズルオリフィスの直径に等しい流路高さを有し、ノズル膜との境界を有する、仮想横方向流路において平均された横方向インパルスを意味する。
【００２０】
一実施形態では、ノズルオリフィスがキャビティの縁壁の近くに配置される場合、マイクロジェットは、実質的に平面状の膜層に対して傾斜した角度とされる。この効果は、特に、縁壁とオリフィスの中心との間の距離が、ノズルオリフィスの直径の３倍未満、特に前記オリフィスの前記直径未満である場合に生じる。オリフィスが支持体のキャビティの縁部のより近くに配置されるほど、傾斜角はより傾斜する。本発明によるスプレー装置のさらなる特定の実施形態は、それにより、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが前記キャビティの直径の１０％より大きい直径を有し、特に前記キャビティの直径の２５％より大きい直径を有することを特徴とする。この実施形態は、５°より大きい傾斜角を提供する。特に、前記ノズルオリフィスは、キャビティの直径の２５％よりも大きい直径を有してもよく、これは１０°より大きい傾斜角を提供する。
【００２１】
特定の実施形態において、傾斜角は、ノズルオリフィスが前記垂直な縁壁と直接の境界を有する場合、実質的に（３度を超えて）増加させることができ、また、キャビティがノズルオリフィスに向かって順テーパでテーパを形成する場合も、（４度を超えて）拡大させることができる。テーパは、噴出するジェットへ横方向インパルスをより多く伝えることに寄与する。薄いノズル膜と組み合わせて流体の横方向インパルスを増加させる手段によって、大きな傾斜角を生じることが理解されよう。
【００２２】
本発明によるスプレー装置のさらなる特定の実施形態では、非常に大きい、特に１０〜２０度を超える傾斜角が得られ、これは、前記キャビティが前記主表面に少なくとも１つの比較的浅い横方向の延長部を備え、前記膜は前記延長部に少なくとも１つの偏向オリフィスを備えることを特徴とし、特に、前記延長部が、一般的に、前記偏向オリフィスの直径の０．３倍〜３倍の幅と、前記偏向オリフィスの直径の０．５倍〜５倍の長さとを有することを特徴とする。これらの実施形態では、流体流路は、ノズルオリフィスの直径と同等であるか、それより小さい高さを有する、ノズル膜の下のそのような延長部の狭い空間を通って、特定の長さにわたって延在する。これは、キャビティをノズルオリフィスに接続する液体流路に幾何学的非対称性を生じ、これは液体に横方向の正味のインパルスを付与し、続いてマイクロジェットに伝わる。これは、今度はマイクロジェットをオリフィスの中心線から偏向させる。
【００２３】
後者の傾斜角は、表面に向かう流路において、より幾何学的な非対称性を生じることによって増大され得る。この点において、本発明によるスプレー装置の特定の実施形態は、前記延長部が、一般的に、前記オリフィスの直径の０．３倍〜３倍の深さを有することを特徴とする。伝達された横方向インパルスと噴出するジェットの垂直方向インパルスとの比は、この場合、０．１より大きくてもよく、好ましくは０．２より大きくてもよい。
【００２４】
この横方向の延長部がより浅く、オリフィスの長さがより短いほど、噴出するジェットの傾斜角はより大きくなる。前記支持体が、前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部を形成するように局部的にエッチングされていることを特徴とするスプレー装置の特別な実施形態では、非常に小さい寸法が実現され得る。例えば、そのような技術の使用を可能にする支持体と組み合わせた半導体技術又は微細加工は、キャビティの横方向の延長部を、精密性と詳細を多大に伴って作り出すことを可能にする。
【００２５】
そのようなものとして、本発明によるスプレー装置の第１の特別な実施形態は、前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部が、複数の角度的に分布した偏向ノズルオリフィスと流体連通した、流体中の前記キャビティの周辺部に沿った実質的にリング状の延長部を備えることを特徴とする。さらなる特別な実施形態は、その特徴として、前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部が、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスとそれぞれ流体連通した、前記キャビティの複数の角度的に分布した局部的延長部を備える。
【００２６】
キャビティからオリフィスに向かって流れる流体のフロープロファイルは、キャビティの浅い延長部のような局部的な制限を設けることによってのみならず、流路内に局部的な障害物を設けることによっても、非対称的な流動抵抗パターンを付与され得る。この点において、本発明によるスプレー装置のさらなる特別な実施形態は、前記ノズルオリフィスに向かう前記流体流路内に少なくとも部分的に配置された前記少なくとも１つの偏向オリフィスの近くに少なくとも１つの流体障壁を備え、前記少なくとも１つの障壁が前記ノズルオリフィスに対して非対称に設けられていることを特徴とし、より具体的には、前記障壁が、前記膜から前記流路の内側に延在する少なくとも１つのリム又は突出部を備えることを特徴とする。
【００２７】
この障壁は抵抗を生じ、対象のノズルオリフィスに対して障壁が非対称に設けられていることにより、それが設けられた側面では、（同様の）障害物又は障壁なしに流体が到達し得るオリフィスの側面に対し、より抵抗を生じる。結果として、高い正味の横方向インパルスが、噴出するジェットに伝わる。具体的には、スプレー装置は、この点において、前記少なくとも１つの障壁が、前記偏向ノズルの周りに直線状、多直線状又は曲線状の輪郭に沿って設けられ、前記輪郭は、前記キャビティの中心に向かう前記オリフィスの一側面において開口していることを特徴とする。得られたマイクロジェットの偏向は、前記少なくとも１つの障壁が５０ナノメートル〜５マイクロメートルの流体通路のためのギャップを残す特別な場合に、最も顕著であることが判明した。
【００２８】
オリフィスの直径の０．１倍〜１倍の好ましい障壁高さを有する円形ノズルオリフィスの周りに密接して配置された半円形の障壁を用いた場合、特に満足のいく結果が得られた。オリフィスの直径の０．１倍〜０．３倍などの小さな障壁高さは、製造プロセスにおいて実施するのが容易である一方、障壁高さは、オリフィスの直径と同等の高さを有するときに最も有効である。オリフィスの周りに密接して配置された半円形の障壁は特に効果的であり、例えば直壁障壁の２倍も効果的であることが判明した。
【００２９】
膜の下の流路に一定程度の非対称性を付与するほかに、又はそれに加えて、膜自体も流体の横方向流動抵抗において横方向の非対称性を付与し得る。このために、本発明によるスプレー装置のさらなる特定の実施形態は、前記少なくとも１つの偏向オリフィスが、より幅の広い部分及びより幅の狭い部分を有する非軸対称形状、特に、楕円、涙、月、Ｖ、又はＵ形状を有することを特徴とし、前記ノズルオリフィスの前記より幅の広い部分が、前記キャビティの縁壁から離れる方向に向いていることを特徴とする。その特定の形状によって、ノズルオリフィスは、スプレー膜層自体の内部に幾何学的に非対称な流体抵抗を生じる。結果として、オリフィスの一側面の流動抵抗が、他方の側面の流動抵抗よりも大きくなり、これによりノズルからのマイクロジェットが角度を持って放出される。
【００３０】
結果として、キャビティの縁部に面するノズルオリフィスの一部を通る液体は、縁壁から離れる方向を向いたノズルオリフィスの一部を通る液体の速度よりも、少なくとも１０パーセント低い速度を有することが見出された。これは、流出するマイクロジェットを、オリフィスの中心線に対して、したがって、膜層に対して、傾斜した角度にする。それらの非対称形状によって、そのようなノズルのいくつかは、互いに対して発散するマイクロジェットを放出する。
【００３１】
さらなる特定の実施形態では、本発明によるスプレー装置は、前記キャビティが、前記主表面において略円形又は多角形の断面を有することを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記キャビティの周縁部の少なくとも一部に沿って角度的に分布し、特に、前記縁部からの距離がオリフィスの直径よりも小さい、多数の偏向ノズルオリフィスのセットを備えることを特徴とする。本明細書において上述したように、各ノズルは、主表面に対して傾斜した角度でマイクロジェットを放出する。キャビティの周辺部に沿って離間した関係にあるこれらのいくつかのノズルの配置により、動作中に、噴出するマイクロジェットの発散スプレーパターンが生じる。この点において、本発明によるスプレー装置のさらなる特定の実施形態は、偏向スプレーノズルオリフィスの少なくとも１つのさらなるセットが、前記キャビティの前記周縁部の少なくとも一部に沿って角度的に分布し、特に、前記縁部からの距離がオリフィスの前記直径の１倍〜３倍であることを特徴とする。これにより、第１の外側リングのノズルよりも小さい傾斜角で放出する内側リングが形成される。これは、内側リングがキャビティ縁部からさらに離間していることによる。これは、発散スプレーパターンにさらに寄与する。１つの対称的な形状のオリフィスがキャビティの中心に存在してもよく、これにより液滴の中心ジェット流は下流面に対して垂直に、すなわち傾斜なしに噴出する。
【００３２】
さらなる特定の実施形態では、本発明によるスプレー装置は、前記ノズル膜が、前記マイクロジェットスプレーを放出しながら、圧力下で実質的に平坦な初期状態から少なくとも部分的に湾曲した形状へと動作中に曲がるように構成されていることを特徴とし、前記少なくとも１つのノズルオリフィスが、前記ノズル膜の前記湾曲した形状における変曲点の近くに配置されることを特徴とする。加えられた圧力に起因する平坦なノズル膜のそのような凸状の曲げもまた、スプレージェットの発散に寄与する。実際には、これはマイクロジェットの偏向角をさらに拡大する、実施形態の追加手段とし得る。
【００３３】
例えばセラミック膜のような、剛性で比較的脆い膜の場合、この点において本発明によるスプレー装置の好ましい実施形態は、前記ノズル膜が曲がって構成され、前記膜が波状であり、前記キャビティの周辺部に沿って少なくとも１つの波形を備えることを特徴とする。懸架された膜内に波状領域が存在することにより、剛性の比較的脆い膜でも曲がることができることが見出された。これは、特にノズルオリフィスが膜層支持体のキャビティの縁壁部の近くに配置されている場合、ジェットの拡大された発散に寄与し得る。本発明によるスプレー装置のさらなる具体的な実施形態は、したがって、前記膜が、前記キャビティの周辺部に沿って少なくとも２つの横方向に離間して配置された波形を備えることを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向オリフィスが、隣接する波形の間に配置されることを特徴とする。
【００３４】
また、ノズルオリフィス自体の周壁の局部的な曲げも、発散するマイクロジェットの偏向に寄与し得る。この点において、本発明によるスプレー装置のさらなる特別な実施形態は、前記ノズル膜が曲がって構成され、前記膜には少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが設けられ、この偏向ノズルオリフィスは、細長く、前記膜が前記細長いノズルオリフィスの縁部に沿って偏向できるようにすることを特徴とする。
【００３５】
比較的剛性のある脆いノズル膜、例えばセラミック、特に窒化シリコン膜の曲げの場合に破裂の危険性を低減するため、加えられる圧力は最大許容圧力より十分に低くなければならない。この点において、適切な指針は、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＭＥＭＳ，Ｃ．Ｊ．Ｍ．ｖａｎ  Ｒｉｊｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｌｏａｄ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏ−ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｓｉｅｖｅｓ  ｍａｄｅ  ｗｉｔｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｉｃｒｏ  ｍａｃｈｉｎｉｎｇ，４８−５４頁（１９９７）に見出すことができ、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００３６】
傾斜角（平均）は、加えられる圧力の３乗根に比例し、ノズル膜の最大傾斜角は屈曲点にある。加えられる圧力を増加させると変曲点がノズル膜の縁部に向かって移動するため、ノズル膜は、好ましくは、好ましいスプレー圧力を加えるときにノズルオリフィスが変曲点に位置するように構成される。これを行うための操作窓は、平均傾斜角自体が、加えられる圧力の立方根にのみ比例するため、非常に大きい。円形の膜、すなわち、主表面で円形の断面を有するキャビティを覆う膜は、応力集中がないため最も強い。
【００３７】
本発明によるスプレー装置の特に特有の実施形態は、前記偏向オリフィスが前記キャビティの縁部を部分的に超え、部分的に前記キャビティに延在することを特徴とする。この場合、流体の一部はキャビティからまっすぐにオリフィスに到達し、別の部分は膜と支持体との間に入ることになる。したがって、マイクロジェットは、ノズル膜と流体接触した後に部分的に残るが、ノズル膜との実質的な接触もない。この構成は、効果的に、膜層に対して傾斜した開口部を有するノズルを形成する。傾斜角は、オリフィスのサイズ、膜層の厚さ、及び支持体のキャビティを越えた横方向の流体流路の深さによって強く決定される。この横方向の流体流路は、前記ノズルオリフィスの下の犠牲層又は支持体を、オリフィスの平均直径の０．３倍〜３倍の深さまで、局部的にエッチングすることによって得ることができる。エッチング深さの精度をより制御するために、特定の厚さを有する犠牲層、例えば、マイクロジェットを放出するオリフィスの平均直径と同等の厚さを有する酸化シリコン層の層、を支持体と膜層との間に使用することができる。
【００３８】
さらなる実施形態では、スプレー装置は、前記スプレーノズルの露出表面が、少なくとも、前記少なくとも１つのノズルオリフィスに隣接する領域で疎水性であることを特徴とする。結果として、液体の残留物は全てはじかれる傾向にあり、これによりオリフィスの自己クリーニング特性を高めることができる。
【００３９】
本発明によるスプレー装置のさらなる特別な実施形態は、前記支持体が、前記主表面に分散した、特に前記表面に角度的に分布した、複数のキャビティを備え、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスを有するノズル膜が、前記キャビティのそれぞれに架かっていることを特徴とする。各キャビティには、少なくとも１つのノズルオリフィスが設けられる。対応するキャビティの中心に対する各オリフィスのオフセットは、角度をなして配置されたキャビティの中心に関して見た場合に遠心パターンを示す傾向にあり得、これにより発散スプレー束を生じる。
【００４０】
さらなる実施形態では、本発明によるスプレー装置は、前記キャビティが略リング状であることを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記略リング状の外周部に沿って分布するオリフィス群を備えることを特徴とする。また、オリフィス群のそのような角度分布は、上記の機構に応じて発散スプレー束をもたらす。
【００４１】
本発明によるスプレー装置によって達成され得るマイクロジェットの偏向は、独特な類の装置への扉を開く。そのために、本発明によるスプレー装置のさらなる好ましい実施形態は、前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスのジェットラインが互いに交差して、前記噴出するマイクロジェットを動作中に衝突させることを特徴とする。交差点において、これらのオリフィスから噴出する２つのジェットは互いに衝突し、液滴をより小さな液滴に分解する。したがって、より大きなオリフィスは、これらのより小さい液滴を生成することが可能であり、これにより、少なくともレイリー領域にはない、通常は噴霧可能でないであろう液体を、噴霧のために使用することができる。これは、例えば、比較的高い粘度を有する液体の場合である。より大きなオリフィス直径により、より低い作動圧力が可能となる。また、エマルジョン及びナノ懸濁液は、これらのより大きい細孔サイズで実質的に不安定化することなく噴霧することができ、さらに、閉塞を起こしにくい。
【００４２】
本発明によるスプレー装置のさらなる好ましい実施形態は、前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスが互いに異なる横方向の断面を有することを特徴とする。偏向角は、とりわけオリフィス断面のサイズ及び形状に依存するようであり、前記少なくとも２つのオリフィスに対してこの方法で個別に調整することができる。
【００４３】
この特徴は、心地よさを与える必要のある、例えば、香水及び他の化粧品のためのスプレーを生成するために有利に使用され得る。この点において、本発明によるスプレー装置のさらなる実施形態は、前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィス群を備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、共通の偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィス群のそれぞれの中のオリフィスは、前記少なくとも２つの偏向ノズルオリフィス群の他方における横方向の断面とは異なる、実質的に同一の横方向の断面を備えることを特徴とする。このようなオリフィスの直径又は形状の変化は、例えば、香水のような化粧品用途のための、スプレージェットの心地よく均一な感覚を得るために使用され得る。特に、変化するジェット角を有するコーンスプレーのジェットでは、（最大の偏向を有する）外側ジェットが皮膚に当たる前に移動する距離は、内側ジェットよりも長い。より長いジェットは内側ジェットよりも多くの合体を有し、これにより、より大きな液滴を生じる。外側ジェットのジェット直径を内側ジェットよりも小さく定義することによって（オリフィスの直径及び／又はサイズを変更することによって）、この合体を補正し、皮膚においてより均一な液滴サイズ及び感覚を得ることが可能である。
【００４４】
ノズルの特定の構成に応じて、外側ジェットは、内側ジェットとは別の合体挙動を有し、その結果、液滴サイズ分布が広がる。内側ジェットのオリフィス直径に対して外側ジェットのオリフィス直径を変えることによって、この合体効果を補正し、より多くの単分散性を維持することが可能であり、特に、狭いサイズ分布を有する小さな液滴を提供するスプレーは、例えば、気化器において、肺の異なる部分を効率的に標的とすることができる。
【００４５】
さらに、ある角度で皮膚に到達する液滴は、皮膚に垂直に到達する液滴よりも衝撃が少ない。それにもかかわらず、より均一な皮膚感覚を得るためには、内側ジェットから噴出する液滴が外側ジェットから噴出する液滴よりも小さくなるように、オリフィス（群）の寸法及び形状をとることができる。これにより、異なる角度の衝撃に起因する衝撃の差が、少なくともある程度補正される。外側リング上のジェットの量が内側リング上のジェットの量よりも高くなり得るため、皮膚感覚を改善するために、これらの外側ジェットの総流量を増加させることが可能である。
【００４６】
ノズルが異なるオリフィスサイズのジェットを含む場合、すべてのジェットが噴霧される前にノズルから垂れ落ちる可能性がある。これは、小さい細孔サイズは大きい細孔サイズよりも高い圧力で始動する必要があるためである。ノズルの均一な始動を有しつつ大きいジェットを生成するため、本発明によるスプレー装置の特別な実施形態は、これらの比較的小さいオリフィスが、より大きい公称サイズを有するオリフィスの隣に配置され、より詳細には、これらの小さいオリフィスが、より大きい公称サイズを有するオリフィスよりも少なくとも３倍小さい細孔サイズを有することを特徴とする。この状況において、より小さいオリフィスから依然として垂れ落ちる可能性があるが、そのようなより大きいオリフィスから噴出する隣接したジェットによって垂れ落ちが補正され、単にこのジェットの直径を増加させるのみとなる。
【００４７】
本発明によるスプレー装置の特に好ましい実施形態は、前記偏向オリフィスの少なくとも１つが三角形の横方向の断面を有することを特徴とする。驚くべきことに、オリフィスの三角形の形状は、同じサイズの円形のオリフィスと比較して、より安定した、より大きいジェット偏向を提供することがわかる。オリフィスの周りの領域においても、膜層を局部的に薄くすることができる。これにより、数度の大きいジェット偏向が得られるようである。これは、典型的には直径が３ミクロン未満の、より小さいオリフィスに対して特に有益である。したがって、面内幾何学によると、４５度を越えて、さらに５０度を超えて、ジェット偏向を得ることが可能であり、これは、２つ以上のジェットが衝突する実施形態では大きな利点である。
【００４８】
一実施形態では、前記スプレーノズルには、前記キャビティと流体連通し、前記支持体の上流面上に設けられた、濾過プレートを備える濾過手段が設けられる。このプレフィルタは、流体中の汚染物などの粒子がノズルに到達するのを防止し、ノズル（オリフィス）の目詰まりを防止する。
【００４９】
一実施形態では、前記支持体は、半導体本体、好ましくはシリコン本体を備える。さらなる実施形態では、前記膜層は、特に２ミクロン未満の厚さのセラミック層、より詳細には窒化シリコン層を備える。これらの材料は、従来の半導体及び微細加工技術と互換性があり、これにより、装置内に形成される特徴及び細部につき、極めて高い精度及び自由度が可能になる。さらなる実施形態では、前記ノズルオリフィスは、０．４〜１０ミクロンの直径を有し、これはレイリー領域で動作することを可能にする。
【００５０】
さらなる特定の実施形態では、本発明によるスプレー装置は、前記ノズルの下流に散気手段が設けられ、前記散気手段は、前記ノズルから噴出する流体マイクロジェットの速度を低下させるように構成され、散気手段は、円錐状又はトランペット状であり、少なくとも１つの空気入口開口部を備えることを特徴とする。散気手段は、マイクロジェットの液滴をより広い領域に広げる乱気流を提供し、それにより、液滴の目詰まりをさらに防ぎ、液滴をより広い領域に分散させる。
【００５１】
本発明のさらなる態様によれば、液体を噴霧するためのスプレー装置が提供され、スプレー装置は、本発明によるスプレーノズルユニットと、加圧液体を供給する液体供給システムとを備え、液体供給システムは、スプレーノズルに加圧液体を供給するためのスプレーノズルユニットのキャビティと流体連通している。液体供給システムは、ポンプ、加圧容器、又は任意の他の適切な液体伝搬装置を備えてもよい。
【００５２】
一実施形態では、液体は化粧液又はウエハ洗浄液であり、スプレーノズルは１０°より大きいマイクロジェット発散角を有する。化粧液は、例えば、香水、顔面保湿剤、ボディスプレー、デオドラント又は布クリーナーを含み得る。ウエハ洗浄液は、一般的に、半導体技術において半導体ウエハを洗浄するために使用される。
【００５３】
本発明はさらに、本発明によるスプレー装置に適用されるタイプのスプレーノズル本体に関し、多くの実施例及び添付図面を参照してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】スプレーノズル本体をその中心に有する、本発明によるスプレーノズルユニットの斜視図である。
【図２】図１のスプレーノズルユニットに適用されるスプレーノズルのスプレーノズル本体の第１の実施形態の断面図である。
【図３】傾斜角と、縁壁とノズルとの間の距離との間の依存性を示す図である。
【図４】キャビティの配列を有するスプレーノズルの実施形態である。
【図５】縁壁との直接の境界を有するノズルオリフィスを有するスプレーノズルの実施形態である。
【図６】傾斜角とノズルオリフィスのサイズとの間の依存性を示す図である。
【図７】円形の膜を有する円筒状キャビティの流体シミュレーションを表す図である。
【図８】流体流路をノズル膜の直下かつノズル膜に平行に有するスプレーノズルの実施形態である。
【図９】噴出するジェットの大きい傾斜角を示す流体シミュレーションである。
【図１０】横方向流路の幅が比較的小さくノズルオリフィス直径と同等である実施形態である。
【図１１】角度的に分布した多数のノズルオリフィスを有する実施形態である。
【図１２】ノズル膜の可能な曲げの効果を示す図である。
【図１３】支持体上に延在するノズルオリフィスを有する実施形態である。
【図１４】本発明によるノズルのさらなる実施形態を示す図である。
【図１５】本発明によるノズルのさらなる実施形態を示す図である。
【図１６】本発明によるノズルのさらなる実施形態を示す図である。
【図１７】ノズルオリフィスに隣接する単一の矩形突出部又はリム状の障壁を示す図である。
【図１８】図１７に示す障壁の代替的な実施形態である。
【図１９】ノズルオリフィスに隣接する２つの矩形突出部又はリム状の障壁を示す図である。
【図２０】本発明によるノズルのさらなる実施形態を示す図である。
【図２１】本発明によるノズルのさらなる実施形態を示す図である。
【図２２】キャビティの壁の近くに配置された非円形オリフィスを示す図である。
【図２３】膜の局部的な曲げを示す図である。
【図２４】本発明によるノズルのさらなる実施形態を示す図である。
【図２５】衝突する２つ以上の偏向ジェットを有する特別な実施形態である。
【図２６】衝突する２つ以上の偏向ジェットを有する好ましい実施形態である。
【図２７】偏向角が膜の厚さに依存することを示すグラフである。
【図２８】偏向角が障壁の高さ及び障壁の形状に依存することを示すグラフである。
【図２９】偏向角がオリフィスに隣接する円形の障壁の程度に依存することを示すグラフである。
【図３０】偏向角が障壁とオリフィスとの間の距離に依存することを示すグラフである。
【００５５】
図面は縮尺通りでなく模式的に描かれていることに留意されたい。特に、一定の寸法は、全体的な明瞭性を改善するために、より高度又はより低度に誇張され得る。対応する部分は、図面全体を通して同じ参照符号で示される。
【００５６】
スプレーノズルユニット１の第１の実施形態及び前記ユニットに適用されるスプレーノズルの断面図が図１及び図２に示される。スプレーノズル及びスプレーノズルユニットは、ノズルオリフィスの中心線に対して傾斜角度αで少なくとも１つの流体マイクロジェット２を噴霧するためのスプレー装置が企図される。スプレーノズルは、５０〜６７５マイクロメートルの厚さを有する、シリコン、ガラス、プラスチック又は感光性ポリマーで製造された実質的に平面状の支持体１１を備え、典型的には１０〜１００マイクロメートルの直径を有し、第１の主（下流）表面７から第２の主（上流）表面６へ延在する、少なくとも１つのキャビティ５を有する。（ポリ）シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン又は炭化シリコンのような薄膜セラミック材料から典型的には製造された薄い膜層４は、キャビティ５の上に懸架され、典型的には０．５μｍ〜２０μｍの直径を有し、前記キャビティと流体連通した、少なくとも１つのノズルオリフィス９を有するノズル膜を形成する。キャビティ５及びノズルオリフィス９は、前記ノズルオリフィス９が前記キャビティの縁壁１０、すなわち周辺部の近くに、特にノズルオリフィスの直径の１倍〜３倍未満の距離（ｄ）で配置される場合、幾何学的に定義される非対称流体抵抗を形成する。これにより、マイクロジェット（２）は実質的に平面状の膜層（４）に対して傾斜した角度（ａ）で放出される。キャビティの中心は、横方向、すなわち膜層の下流面に平行な方向に見た場合の中心として理解することができる。
【００５７】
オリフィス９は、非中心的に配置され、すなわち下流面に沿って見てキャビティ５の中心に対してオフセットで配置される。前記オリフィスに向かう流路はまた、非中心的、すなわち流動抵抗に関して非対称なフロープロファイルを有する。これにより、前記オリフィスの中心線に対して偏向角αの下で前記オリフィスから噴出するマイクロジェット２が得られる。図３は、４０ミクロンの直径ｗを有するキャビティ５内の４ミクロンの直径を有するノズル９の縁部と縁壁１０との間の距離ｄに対する傾斜角αの依存性を示す（図２参照）。縁部から３ミクロンを超えてノズルをシフトさせると、傾斜角が８°から２°未満に急激に減少する。
【００５８】
図４において、典型的には１０〜１００マイクロメートルの直径、及び５〜２００マイクロメートルの隣接するキャビティ間の距離をそれぞれ有する、キャビティ５の配列を有するスプレーノズルの実施形態が示され、これにより、流体キャビティ５の縁壁１０に対するオリフィスの距離ｄに依存した、マイクロジェット２の異なる傾斜角αが可能となる。各オリフィスには、対応するキャビティに対して異なるオフセットが設けられている。オフセットが異なるため、マイクロジェットの噴出角も異なる。
【００５９】
スプレー用の膜層は、公知の微細加工技術を用いて製造することができる。膜層支持体を形成するために、典型的には１００〜６７５ミクロンの厚さを有する単結晶シリコンウエハが提供される。低圧化学蒸着を用いて、０．５〜１．５ミクロンの厚さを有する低応力窒化シリコンの層を前記支持体上に成長させて膜層を形成する。適切なマスクを用いて、ウエハの前面側において４．５ミクロン、典型的には０．５〜２０ミクロンのオリフィスを有するフォトラッカーパターン、及び後面側において４０ミクロン、典型的には１０〜１００ミクロンの直径の開口部を有するパターン、そのレジスタ、すなわち前記前面側の前記少なくとも１つの開口部に対応するものが、露光され現像される。異方性反応性イオンエッチングを使用して、直径４．５ミクロン、典型的には０．５〜２０ミクロン、及び長さ１ミクロン、典型的には０．５〜１．５ミクロンの少なくとも１つの開口部が、窒化シリコン層にエッチングされ、少なくとも１つのノズルオリフィスを生成する。深い反応性イオンエッチングを使用して、直径４０ミクロン、典型的には１０〜１００ミクロン、及び長さ２００ミクロン、典型的には１００〜６７５ミクロンのキャビティをシリコンウエハ内に作り、支持体を形成する。キャビティ上に延在し、前記少なくとも１つのオリフィスを備える膜層は、キャビティ上に懸架されたノズル膜を形成する。直径４０ミクロンの円形の断面を有し、厚さ１ミクロンのシリコンリッチな窒化シリコン層で製造された、フリーに懸架されたハンギングノズル膜は、１００〜１５０バールのスプレー圧力に容易に耐えることができる。
【００６０】
図５には、４０ミクロンの直径を有する円筒状キャビティ５の縁壁１０との直接の境界２８を有するノズルオリフィス９を有するスプレーノズルの別の実施形態を示す。観察された傾斜角は、図６に示すようにノズルオリフィス９のサイズに依存することがわかる。ノズルオリフィス９の直径がキャビティの直径ｗの１０％よりも大きい場合、５°より大きい傾斜角が見られる。ノズルオリフィス９の直径がキャビティの直径ｗの２５％よりも大きい場合、１０°より大きい傾斜角が見られる。
【００６１】
図７には、直径４０ミクロン及び厚さ１ミクロンの円形の膜層を有する円筒状キャビティの流体シミュレーションが示されている。膜層には、４ミクロンの直径を有する多数のノズルオリフィスが配置され、オフセット及び縁壁までの距離に応じて、また、隣接するノズルオリフィスの相対位置に応じて、異なる噴霧傾斜角を示している。図７では、ノズルオリフィスの直径と同等の高さを有する（仮想の横方向の、膜層に平行な）流路を識別することができ、ノズルオリフィスを通過する流体の横方向インパルスの寄与を可能にする。
【００６２】
流体がノズルを介して噴出する直前に流体がノズル膜に平行に流れているとき、ノズルオリフィスを通って流れる際に、流体は特定の横方向インパルス（質量密度×横方向速度）を有する。流体がノズルを通過するとき、流体はまた、膜層に対して垂直方向インパルス（質量密度×垂直速度）も得る。膜層が比較的薄い場合、横方向インパルスの大部分は、ノズルから噴出するジェットにも伝達される。ジェット傾斜角は、次いで、伝達された横方向及び垂直方向のインパルスの比によって決定され、典型的には、比は０．１より大きく、好ましくは０．２より大きくなければならない。オリフィスがキャビティの縁壁のより近くに配置されるほど、マイクロジェットの残留する横方向インパルスがより大きくなり、傾斜角がより傾斜する。横方向インパルスは、ノズル出口付近の流体の平均横方向インパルスとして定義され、より具体的には、横方向流路の高さの合計がノズルオリフィスの直径よりもはるかに大きい場合には、ノズルオリフィスの直径に等しい流路高さを有し、ノズル膜との境界を有する、仮想横方向流路において平均された横方向インパルスを意味する。
【００６３】
単一の膜層の膜では、ノズル膜上にノズルオリフィスを配置するにあたり、多くの異なるレイアウトが可能であることは明らかであろう。円形の膜について、好ましくは、オリフィスは角度的に分布し、キャビティ壁に隣接する角度分布ノズルの第１のセットと、ノズルオリフィス直径の約２倍のキャビティ壁までの距離を有する角度分布ノズルの第２のセットと、膜に対してより内側の、角度分布したノズルのさらなるセットとを備え得る。
【００６４】
大量のノズルオリフィスが必要な任意の場合、例えば、  １０個又は２０個を超える場合には、同様に、ノズル支持体内に２つ以上のフリーハンギング膜を形成することが可能である（図４も参照）。そのようなフリーハンギング膜自体は、膜層上に角度的に分布することができ、各膜上のオリフィスの位置は、最大量の発散ジェットが得られるように選択することができる。また。任意の場合において、支持体のキャビティはリング状であり、キャビティ上に懸架されたノズル膜もリング状である。これは、大きな圧力で高流量噴霧するために多数のオリフィスが必要な場合に有利である。リング状の膜の圧力強度は、リングの内幅によって強く決定され、リングの内壁は、リングの総外径が数百ミクロンであり得るのに対し、例えば、４０ミクロンとすることができる。
【００６５】
図８では、ノズル膜（４４）の真下に平行に、オリフィスの平均直径の０．３〜３倍の平均直径、及びオリフィスの平均直径の０．５〜５倍の長さを有する流体流路３２を備える、スプレーノズルの別の実施形態が示されている。流体流路３２は、ノズルオリフィスを通過する流体の横方向インパルスの寄与を可能にする。流体流路３２の入口は、好ましくは、７０〜１００度の非常に鋭い明確な縁部を有する。
【００６６】
図９には、本発明によるこの手段で、噴出するジェットの大きい傾斜角が達成可能であることを明確に示す流体シミュレーションが示されている。ノズルオリフィス９に向かって順テーパでテーパを形成するキャビティ縁壁１０を選択するなど、多くの実施形態が可能である。薄いノズル膜と組み合わせて横方向インパルスを増加させる多くの手段により、大きな傾斜角を生じさせることが可能であることは明らかであろう。したがって、ノズル膜の下の特定の長さにわたる横方向の流路が、ノズルオリフィスの直径と同等又はそれより小さい高さを有する場合、非常に大きい傾斜角（α＞１０〜２０°）が得られる。
【００６７】
好ましくは、横方向の流路３２の幅も、小さく、ノズルオリフィス直径と同等に選択される（図１０参照）。横方向の流路がより小さく、ノズルオリフィスの長さがより短いほど、傾斜角は大きくなる。例えば、高さ１ミクロン、長さ８ミクロン、及び幅５ミクロンの横方向の流体流路に接続された、直径４ミクロン、長さ０．７ミクロンのノズルオリフィスを有するスプレー装置を用いて、ジェット傾斜角３７°が得られた。そのような流体流路３２を有する多数の角度分布したノズルオリフィス９が図１１に示されている。
【００６８】
ノズル膜の可能な曲げの効果を図１２に示す。留意され得るように、角度βにわたる曲げは、ジェットの傾斜角αに加わり、角度α＋βにわたる総偏向を与える。
【００６９】
いくつかの場合には、特に多数の異なる傾斜角が１つのスプレーノズルユニットに必要とされる場合に、実質的に平坦な膜層から実質的にオフセットされた第２の主表面に断面平面を有するノズルオリフィスを構成することが望ましい場合がある。いくつかのノズルは、上記の実施形態のうちの１つにしたがって構成され、いくつかは、下記の実質的にオフセットの状態で構成される。
【００７０】
一実施形態（図１３参照）は、ノズルオリフィス９が支持体１１上に延在し、支持体１１が前記ノズルオリフィス９の前記延長部３７の下で、オリフィスの平均直径の０．３〜３倍の深さまで局部的にエッチングされ、少なくとも１つの流体マイクロジェット２を、傾斜角をもって噴霧するためのオリフィスを生成することを特徴とする。
【００７１】
本発明によるノズルのさらなる実施形態（図１４参照）において、膜層は、典型的には０．５〜１．５マイクロメートルの厚さを有する第１の窒化シリコン層４０と、典型的には０．５〜５マイクロメートルの厚さを有する第１の酸化シリコン層４２と、典型的には０．５〜５マイクロメートルの厚さを有する第２の窒化シリコン層４３とを備える。膜層には、支持体１の上に部分的に延在し、部分的には前記支持体に設けられたキャビティ５内に部分的に延在するオリフィス９が設けられる。オリフィス９は、前記多層膜層に形成されるキャビティ３９を有し、前記多層膜層は、直径１０〜１００マイクロメートル及び長さ１００〜６７５マイクロメートルでキャビティ３９上に延長部４１を有する第１の窒化シリコン層４０を有し、キャビティ３９は、キャビティ３９の直径より小さいかそれに等しい開口部直径を有する第１の窒化シリコン層（４０）を通って延在し、また、前記多層膜層は酸化シリコン層４２及び第２の窒化シリコン層４３を有し、直径０．５〜２０マイクロメートルのオリフィス９は、エッチングされて貫通し、酸化シリコン層４２に延在する。
【００７２】
噴出するジェットの横方向インパルスにそれ自身で有意な寄与を形成するスプレーノズル膜の別の実施形態を図１５に示す。ここで、ノズル膜の内部に幾何学的に非対称な流体抵抗が生じ、前記キャビティの縁壁付近のオリフィスを通って流れる液体は、ノズル膜の中央付近の同じオリフィスを通る液体よりも低い速度を有し、これにより、膜層に対して特定の傾斜角で放出することができる。好ましくは、前記ノズルオリフィスの断面は、楕円形、涙形、月形、Ｖ形又はＵ形である。また、図１５には、ノズル膜の中央に１つの対称的な形状のオリフィスを有し、傾斜のないジェットを可能にするノズル膜が示されている。
【００７３】
別の実施形態が図１６に示されており、ノズルオリフィスに隣接して１つ以上の突出部又はリム状の障壁５０が設けられている。障壁は、典型的には１〜１０マイクロメートルのリム高さ、典型的にはノズル直径のリム長さ、及び典型的には０．２〜５マイクロメートルの幅を有する。そのような障壁は、フロープロファイルに影響を与え、噴出するジェットのインパルス方向及び偏向角を有意に変化させるようである。
【００７４】
図１７に示すように、ノズルオリフィスの一方の側に単一の長方形の突出部又はリム状の障壁が存在してもよいが、ノズルオリフィスに隣接するより多くの側に２つ以上の障壁が存在してもよい。そのような実施形態の例を図１８に示す。障壁５０は、長方形であってもよいが、オリフィス９の周りに密接した半円形などの形状も可能である（図１８）。
【００７５】
これらの突出部又はリム状の障壁の長さ及び高さは、ジェットの偏向角に影響を及ぼす。直径５０μｍのノズル膜、直径４．５μｍのオリフィス、及びオリフィスの縁部から約０．７５μｍに配置された様々な形状及び高さを有するリム状の障壁について、傾斜角と、障壁のこれらの特性、例えば形状及び高さ、との間の関係を示すいくつかの結果が図２８に示される。流体は、圧力７バール、流量１．３３ｍｌ／ｈｒの水であり、膜は８５０ナノメートルの厚さを有する。
【００７６】
偏向角は、高さが（この実施形態では）４．５ミクロン（図２８参照）のオリフィス直径に等しくなるときの障壁高さ及びレベルに比例する。直壁障壁と半円形（１８０°）障壁どちらもオリフィス縁部のできるだけ近く又はオリフィス縁部の周りに配置される。両方の障壁が等しい高さを有する場合、直壁障壁の偏向は、半円形の障壁の偏向の約半分である。最適な障壁の高さは、オリフィスの直径の１０％〜１００％、特に、オリフィスの直径の５０％〜８０％である。
【００７７】
偏向角は、図２９に示すように、障壁の円弧の大きさに比例するようである。円弧障壁の高さは４μｍであり、障壁は直径４．５μｍのオリフィスの縁部に配置される。偏向角は、１２０°〜３３０°の円弧範囲、より具体的には１８０°〜２６０°の円弧範囲において最適である。
【００７８】
偏向角は、図３０に示すように、半円形の障壁と円形のオリフィスとの間の距離が増加するにつれて減少する。より大きいオリフィスの場合、障壁とオリフィスとの間の距離が増加すると（同様の流速で）、偏向角はより遅く減少する。好ましくは、オリフィスと半円形の障壁との間の距離は、オリフィスの直径の２５％未満、特にオリフィスの直径の１０％未満である。
【００７９】
別の好ましい実施形態が図１９に示されており、ここで典型的な直径が１０〜９０マイクロメートルのキャビティ５は、典型的な直径が３０〜１００マイクロメートルのノズル膜４４よりも小さく、キャビティ５の縁部とノズル膜の縁部との間の位置に、直径０．５〜１５マイクロメートルのノズルオリフィス９が配置される、典型的な高さが０．５〜１０マイクロメートルの範囲であり典型的な長さが０．５〜２０マイクロメートルである凹部を残し、ノズルオリフィスの周りの凹部５５に、リム状の障壁（５０）が形成されて、液体をキャビティから導き、それによりノズルオリフィスから噴出する傾斜ジェットを生じる。
【００８０】
リム状の障壁は、図１６及び図２１に示す実施形態のようにノズル膜に固定されてもよく、障壁５０とノズル支持体１１との間に、典型的には５０ナノメートル〜１．５ミクロンの間で変化するギャップ６０を残す。そのような障壁５０は、図２０に示すように支持体１１に固定することもできる。ギャップ６０は、ノズル膜４４を支持体１１から分離し、ノズル膜４４に対するこれらのリム状障壁５０の近くの応力点を大きく減少させ、それによりノズル膜４４の非常に高い圧力強度を生じ、膜は、５０ミクロンの直径を有する窒化シリコン膜の場合、典型的には１５０〜２００バールの圧力に耐え得る。いずれにしても、ボイドがなく障害物がない、円形の膜の縁部をお有することが好ましい。
【００８１】
リム状障壁を有するスプレーノズルユニットの好ましい実施形態は、リム状障壁がない場合よりもはるかに大きいジェット偏向角をもたらし得る。さらに、リム状障壁の存在により、所定の偏向角に対するリム状障壁を有しない実施形態よりも、スプレーノズルユニットにおける圧力の損失が少なくなる。
【００８２】
スプレーノズル膜の別の実施形態が図２２に示されており、非円形のオリフィスがキャビティの壁に密接して配置されている。オリフィスの幅の少なくとも２倍の長さを有する細長いオリフィスは、オリフィスがノズル膜の縁部とノズルオリフィスの縁部との間に同じ距離（典型的にはノズルオリフィスの直径の３倍未満である）で配置される場合、同一のオリフィス表面積を有する円形のオリフィスよりも非対称なフローパターンを有し、したがって細長いオリフィスから噴出するジェットは円形の孔よりも傾斜が大きい。ノズル膜の細長いオリフィスのさらなる利点は、図２３に示すように、膜の局部的な曲げが、膜の通常の曲げ曲線から外れ、噴出するジェットをさらに傾斜させることである。
【００８３】
スプレーノズル膜の別の好ましい実施形態が図２４に示されており、１つ以上のノズルオリフィス９が２つの隣接する波形領域４８，４９の間に配置されている。波形領域は、典型的には２，５〜５マイクロメートルの幅と、典型的には１〜５マイクロメートルの高さとを有する。外側の波形領域は、典型的には０〜１０マイクロメートルの距離で膜４４の縁部１０の上又はその近くに配置される。
【００８４】
本発明によるノズルの特別な実施形態を図２５に示す。この実施形態では、２つ以上の偏向ノズルオリフィス９は、２つ以上の偏向ジェット２がノズル膜４４の上の１点又は交差点のスポットで衝突するように配置される。ジェットの速度及び運動エネルギーが十分に高い場合、ジェットの衝突は、ノズルオリフィス９の直径よりもはるかに小さい液滴を生じる。これは、比較的大きなノズルオリフィス９が、特定の液滴サイズ及びサイズ分布を有するスプレーを生成することを可能にすることを意味する。より大きいノズルオリフィスは、より小さいオリフィスよりも目詰まりに対して敏感でない。
【００８５】
図１６に示すように、２つ以上の衝突する偏向ジェットはまた、同一の膜の２つ以上のオリフィスにおいて障壁を使用して得ることもできる。２つ以上の異なる液体がノズル本体の上で衝突することも、本発明の範囲内で想定される。そのために、本実施形態は、対象液体の供給のための別個の手段を有する２つ以上の別個のキャビティを備えてもよい。この衝突技術は、ペプチド、小胞及び細胞のような生物活性物質を含む液体などの低応力材料との液体の衝突の分野において、特に多くの用途を有する。オリフィスは、その深さが比較的小さいのに対し、比較的大きく作ることができるため、不安定な液体の通過は穏やかな低剪断条件下で行われる。用途は、高速３Ｄ印刷技術、組織工学及び類似の用途である。
【００８６】
図２６は、偏向角の下で２つ以上の偏向ジェット２を放出するように配置され、それらが交差する点又はスポットにおいてノズル膜４４の上で衝突するような、２つ以上の偏向ノズルオリフィス９を有する本発明によるノズルの好ましい実施形態を示す。この実施形態は、前記オリフィスの中心線から偏向することなくマイクロジェット２を噴出する中央ノズルオリフィス９をさらに備え、このマイクロジェット２もまた他のマイクロジェット２が交差する点又はスポットを横切る。この中央のマイクロジェットは、膜の主表面から離れた方向に向いた交差点で推進力を提供し、それにより液滴をそれと共に引き込む。これは、液滴が膜表面に向かって放たれるのを妨げる。
【００８７】
別の実施形態は、前記ノズルオリフィスを外囲する前記膜層の前記第２の主表面の第１の領域が少なくとも部分的に疎水性であることを特徴とする。このノズルオリフィスは自己洗浄式である。
【００８８】
別の実施形態は、スプレーノズルユニットが、ノズルオリフィスから流出するジェットの垂直方向の速度を減少させることができる散気部を前記膜層の主表面に備え、前記散気部は、円錐状又はトランペット状であり、膜層の近くの高さに空気入口開口部を有することを特徴とする。
【００８９】
別の実施形態は、スプレーノズルユニットが、ジェットを可能にする膜の外囲面よりもわずかに高い周辺部を有する少なくとも１つのノズルオリフィスを備え、前記周辺部が、特に、ノズルオリフィスの直径の１０％〜５０％の高さを有することを特徴とする。
【００９０】
別の実施形態は、スプレーノズルユニットに、前記膜層支持体の前記第１の主表面側で前記キャビティと流体連通している濾過プレートを備える濾過手段が設けられていることを特徴とする。
【００９１】
本発明は、多数の一定の実施形態を参照して上に記載されてきたが、これらの実施形態に決して限定されるものではないことが理解されよう。代わりに、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの実施形態及び変形が当業者にとって可能である。特に、当業者は、以下の特別な実施形態が本発明の範囲及び精神から明らかであることを理解するであろう。
【発明を実施するための形態】
【００９２】
１．スプレーノズルユニットを備え、前記スプレーノズルユニットは、加圧流体を受け入れるためのチャンバを有し、前記流体のマイクロジェットスプレーを放出するための穿孔されたノズル壁を有する、少なくとも１つのスプレーノズルを備えた、流体マイクロジェットスプレーを噴霧するためのスプレー装置であって、前記スプレーノズルがノズル本体によって形成され、支持体の主表面に開口した少なくとも１つのキャビティを有する支持体を含み、前記支持体は、前記主表面において膜層で覆われ、前記膜層には、前記キャビティの領域において前記膜層の厚さ全体にわたって少なくとも１つのノズルオリフィスが設けられて、それぞれのキャビティと流体連通している前記少なくとも１つのキャビティのそれぞれにおいてノズル膜を形成することを特徴とし、前記少なくとも１つのノズルオリフィスが、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記オリフィスの仮想中心線から離れるように偏向した角度で前記マイクロジェットを放出することを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記キャビティから前記ノズルオリフィスに向かう流体流動抵抗に関して横方向の非対称なフロープロファイルを有する流体流路と連通していることを特徴とする、スプレー装置。
【００９３】
２．前記ノズル膜が、前記キャビティの領域における中心領域と、前記中心領域と前記キャビティの縁との間の周辺領域とを備えることを特徴とし、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが前記周辺領域内に配置されることを特徴とする、実施形態１に記載のスプレー装置。
【００９４】
３．少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、特に前記ノズルオリフィスの直径の３倍未満、好ましくは前記ノズルオリフィスの直径未満の距離で、前記キャビティの周壁の近くに配置されることを特徴とする、実施形態１又は２に記載のスプレー装置。
【００９５】
４．前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが前記キャビティの直径の１０％より大きい直径を有し、特に前記キャビティの直径の２５％より大きい直径を有することを特徴とする、実施形態１，２又は３に記載のスプレー装置。
【００９６】
５．前記キャビティが、前記流体流路内の前記流体上に、マイクロジェットを形成しながら液体に伝わる、横方向インパルスを付与するように構成されていることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【００９７】
６．前記キャビティが前記主表面に少なくとも１つの比較的浅い横方向の延長部を備え、前記膜は前記延長部に少なくとも１つの偏向オリフィスを備えることを特徴とする、実施形態５に記載のスプレー装置。
【００９８】
７．前記延長部が、一般的に、前記偏向オリフィスの直径の０．３倍〜３倍の幅と、前記偏向オリフィスの直径の０．５倍〜５倍の長さとを有することを特徴とする、実施形態６に記載のスプレー装置。
【００９９】
８．前記延長部が、一般的に、前記オリフィスの直径の０．３倍〜３倍の深さを有することを特徴とする、実施形態６又は７に記載のスプレー装置。
【０１００】
９．前記支持体が、前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部を形成するように局部的にエッチングされていることを特徴とする、実施形態６，７又は８のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１０１】
１０．前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部が、複数の角度的に分布した偏向ノズルオリフィスと流体連通した、流体中の前記キャビティの周辺部に沿った実質的にリング状の延長部を備えることを特徴とする、実施形態６，７又は８に記載のスプレー装置。
【０１０２】
１１．前記キャビティの前記少なくとも１つの横方向の延長部が、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスとそれぞれ流体連通した、前記キャビティの複数の角度的に分布した局部的延長部を備えることを特徴とする、実施形態６，７又は８に記載のスプレー装置。
【０１０３】
１２．前記少なくとも１つの偏向オリフィスが、より幅の広い部分及びより幅の狭い部分を有する非軸対称形状、特に、楕円、涙、月、Ｖ、又はＵ形状を有することを特徴とし、前記ノズルオリフィスの前記より幅の広い部分が、前記キャビティの縁壁から離れる方向に向いていることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１０４】
１３．前記ノズルオリフィスに向かう前記流体流路内に少なくとも部分的に配置された前記少なくとも１つの偏向オリフィスの近くに少なくとも１つの流体障壁を備え、前記少なくとも１つの障壁が前記ノズルオリフィスに対して非対称に設けられていることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１０５】
１４．前記障壁が、前記膜から前記流路の内側に延在する少なくとも１つのリムを備えることを特徴とする、実施形態１３に記載のスプレー装置。
【０１０６】
１５．前記少なくとも１つの障壁が５０ナノメートル〜５マイクロメートルの流体通路のためのギャップを残すことを特徴とする、実施形態１３又は１４に記載のスプレー装置。
【０１０７】
１６．前記少なくとも１つの障壁が、前記偏向ノズルの周りに直線状、多直線状又は曲線状の輪郭に沿って設けられ、前記輪郭は、前記キャビティの中心に向かう前記オリフィスの一側面において開口していることを特徴とする、実施形態１３，１４又は１５に記載のスプレー装置。
【０１０８】
１７．前記キャビティが略リング状であることを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記略リング状の外周部に沿って分布するオリフィス群を備えることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１０９】
１８．前記スプレーノズルに、前記キャビティと流体連通し、前記支持体の上流面上に設けられた、濾過プレートを備える濾過手段が設けられていることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１１０】
１９．前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、０．４ミクロン〜２０ミクロンの直径を有することを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１１１】
２０．前記ノズルの下流に散気手段が設けられ、前記散気手段は、前記ノズルから噴出する流体マイクロジェットの速度を低下させるように構成され、散気手段は、円錐状又はトランペット状であり、少なくとも１つの空気入口開口部を備えることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１１２】
２１．先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置であって、液体が化粧液又はウエハ洗浄液であり、スプレーノズルが１０°より大きいマイクロジェット発散角を有することを特徴とする、スプレー装置。
【０１１３】
２２．前記キャビティが、前記主表面において略円形又は多角形の断面を有することを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが、前記キャビティの周縁部の少なくとも一部に沿って角度的に分布し、特に、前記縁部からの距離がオリフィスの直径よりも小さい、多数の偏向ノズルオリフィスのセットを備えることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１１４】
２３．偏向スプレーノズルオリフィスの少なくとも１つのさらなるセットが、前記キャビティの前記周縁部の少なくとも一部に沿って角度的に分布し、特に、前記縁部からの距離がオリフィスの前記直径の１倍〜３倍であることを特徴とする、実施形態２２に記載のスプレー装置。
【０１１５】
２４．前記ノズル膜が、前記マイクロジェットスプレーを放出しながら、圧力下で実質的に平坦な初期状態から少なくとも部分的に湾曲した形状へと動作中に曲がるように構成されていることを特徴とし、前記少なくとも１つのノズルオリフィスが、前記ノズル膜の前記湾曲した形状における変曲点の近くに配置されることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１１６】
２５．前記ノズル膜が曲がって構成され、前記膜が波状であり、前記キャビティの周辺部に沿って少なくとも１つの波形を備えることを特徴とする、実施形態２４に記載のスプレー装置。
【０１１７】
２６．前記膜が、前記キャビティの周辺部に沿って少なくとも２つの横方向に離間して配置された波形を備えることを特徴とし、前記少なくとも１つの偏向オリフィスが、隣接する波形の間に配置されることを特徴とする、実施形態２５に記載のスプレー装置。
【０１１８】
２７．前記ノズル膜が曲がって構成され、前記膜には少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスが設けられ、この偏向ノズルオリフィスは、細長く、前記膜が前記細長いノズルオリフィスの縁部に沿って偏向できるようにすることを特徴とする、実施形態２４に記載のスプレー装置。
【０１１９】
２８．前記スプレーノズルの露出表面が、少なくとも、前記少なくとも１つのノズルオリフィスに隣接する領域で疎水性であることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２０】
２９．前記支持体が、前記主表面に分散した、特に前記表面に角度的に分布した、複数のキャビティを備え、少なくとも１つの偏向ノズルオリフィスを有するノズル膜が、前記キャビティのそれぞれに架かっていることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２１】
３０．前記支持体が、半導体本体、好ましくはシリコン本体を備えることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２２】
３１．前記膜層が、特に２ミクロン未満の厚さのセラミック層、より詳細には窒化シリコン層を備えることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２３】
３２．前記偏向オリフィスが、前記キャビティの縁部を部分的に超え、部分的に前記キャビティに延在することを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２４】
３３．前記少なくとも１つのスプレーノズルの前記キャビティに、加圧液体を供給する液体供給システムをさらに備えることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２５】
３４．前記膜が、前記オリフィスの直径の５０％未満、特に、前記直径の２５％未満の厚さを有することを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２６】
３５．前記少なくとも１つの障壁が、前記オリフィスの周りに１２０〜３３０度、特に、１８０〜２６０度の角度をなす半円弧に実質的に沿って、前記オリフィスを外囲することを特徴とする、実施形態１６に記載のスプレー装置。
【０１２７】
３６．前記障壁が、前記オリフィスの直径の２５％未満、特に、前記オリフィスの前記直径の１０％未満の距離で、前記オリフィスから離間していることを特徴とする、実施形態１６に記載のスプレー装置。
【０１２８】
３７．スプレーノズルユニットが、ジェットを可能にする膜の外囲面よりもわずかに高い周辺部を有する少なくとも１つのノズルオリフィスを備え、前記周辺部が、特に、ノズルオリフィスの直径の１０％〜５０％の高さを有することを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１２９】
３８．前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスのジェットラインが互いに交差して、前記噴出するマイクロジェットを動作中に衝突させることを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１３０】
３９．前記膜が、少なくとも１つの第３のノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、前記第３のオリフィスの仮想中心線に沿った方向に向いたジェットラインに沿って、実質的に偏向のない角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスのジェットラインが、前記第３のオリフィスの前記ジェットラインと交差して、前記噴出するマイクロジェットを動作中に衝突させることを特徴とする、実施形態３８に記載のスプレー装置。
【０１３１】
４０．前記偏向ノズルオリフィスの上流にマイクロバルブ手段が存在し、前記バルブ手段がマイクロバルブシートに近接してマイクロバルブディスクを備え、前記マイクロバルブディスクは前記マイクロバルブシート状に通常閉鎖状態で置かれ、上流圧力閾値を超えると、前記シートから持ち上がって、前記マイクロバルブディスクと前記マイクロバルブシートとの間の流体通路を前記流体流路に向かって開放することを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１３２】
４１．前記ノズル膜が、前記マイクロバルブシート及び前記マイクロバルブディスクのうちの１つを構成することを特徴とする、実施形態４０に記載のスプレー装置。
【０１３３】
４２．前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィスを備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィスが互いに異なる横方向の断面を有することを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
【０１３４】
４３．前記膜が、少なくとも２つの偏向ノズルオリフィス群を備え、前記マイクロジェットを、各オリフィスの仮想中心線から離れる方向に向いたジェットラインに沿って、共通の偏向した角度で放出することを特徴とし、前記少なくとも２つのノズルオリフィス群のそれぞれの中のオリフィスは、前記少なくとも２つの偏向ノズルオリフィス群の他方における横方向の断面とは異なる、実質的に同一の横方向の断面を備えることを特徴とする、実施形態４２に記載のスプレー装置。
【０１３５】
４４．前記偏向オリフィスの少なくとも１つが、三角形の横方向の断面を有することを特徴とする、先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置。
４５．先の実施形態のいずれかに記載のスプレー装置に適用されるタイプのスプレーノズル本体。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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