(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲環境内に設置され、液体を該周囲環境へ気化させるように設定されている気化装置であって、
少なくとも１つの液体源と、
１０μｍから３００μｍの側方寸法を有する貫通孔を備え、第１面で液体源に流体連通し、第２面で周囲環境に連通し、流体が第１面から第２面に貫通孔を通って輸送される平坦な構造部に形成されている複数の気化ポートと、
平坦な構造部の第２面上で、気化ポートの周囲に配置されている少なくとも１つの、平坦でフィルム状の加熱要素とを備え
気化ポートの寸法は、液体源から流体を導ける寸法とされていて、
平坦な構造部の第１面に接触している液体に加熱要素から平坦な構造部を通って付与される熱によって、液体を気化し、気化した液体を気化ポートを通って周囲環境に放出する、気化装置。
【請求項２】
平坦な構造部が、１μｍから１００μｍの厚さを有する薄い構造部範囲を備え、
少なくとも１つの加熱要素が薄い構造部範囲上に位置し、薄い構造部範囲が気化ポート及び少なくとも１つの加熱要素の隣りにあることを特徴とする請求項１に記載の気化装置。
【請求項３】
平坦な構造部上に、前記加熱要素を包囲する保護層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の気化装置。
【請求項４】
保護層が付着されたガラスを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の気化装置。
【請求項５】
表面コーティングが、平坦な構造部上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の気化装置。
【請求項６】
表面コーティングがフルオロポリマーを含んでいることを特徴とする請求項５に記載の気化装置。
【請求項７】
少なくとも１つのビーズ又は粒子のウィッキング構造部が、平坦な構造部の少なくとも１つの液体源の範囲又は気化ポート内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の気化装置。
【請求項８】
少なくとも１つのビーズ又は粒子が１０μｍから３００μｍの寸法を有していることを特徴とする請求項７に記載の気化装置。
【請求項９】
少なくとも１つのビーズ又は粒子が親水性の表面で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の気化装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのビーズ又は粒子が焼結されていることを特徴とする請求項９に記載の気化装置。
【請求項１１】
少なくとも１つのビーズ又は粒子がガラスで構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の気化装置。
【請求項１２】
加熱要素が薄膜抵抗加熱要素であることを特徴とする請求項１に記載の気化装置。
【請求項１３】
加熱要素の抵抗が、コントロールされた熱的分布を提供するために変化することを特徴とする請求項１２に記載の気化装置。
【請求項１４】
加熱要素が、並列な組合せ及び直列な組合せで電気的に結合されていることを特徴とする請求項１３に記載の気化装置。
【請求項１５】
周囲環境へ液体を気化させるための方法であって、
気化ポートの寸法に、少なくとも１つの液体源から流体を導ける値を選択することと、
１０μｍから３００μｍの側方寸法を有する貫通孔を備える平坦な構造部であって、第１面で液体源と、第２面で周囲環境と流体連通している平坦な構造部に形成されている、気化ポートへ、液体源から液体を方向付けることと、
平坦な構造部の第２面上で気化ポートと熱的に接続されて位置する少なくとも１つの、平坦でフィルム状の加熱要素によって、気化ポートにおける液体に熱を加えることと、
加熱された液体が平坦な構造部の第１面から第２面に貫通孔を通して輸送されて、液体を気化させて気化ポートから周囲環境へ放出することと
を含む方法。
【請求項１６】
動作中に、加熱された液体が、液体源から気化ポートへ連続的に流れるとともに液体から蒸気へ相転移し、蒸気が気化ポートから周囲環境へ連続的に流れることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
薄い構造部範囲が、本質的に、前記少なくとも１つの加熱要素及び前記少なくとも１つの気化ポートの近傍に熱エネルギーを集中させることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記薄い構造部範囲が、前記少なくとも１つの加熱要素及び前記少なくとも１つの気化ポートの近傍で生じる、熱的に誘導された応力を低減することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国仮出願；２０１４年１０月２０日付けの通し番号６２／０６６，３２０及び２０１４年１１月１８日付けの通し番号６２／０８１，４７６の優先権を主張するものであり、これら出願は、参照によってその全体について組み入れられている。
【０００２】
本明細書は、液体を気化させるための装置及び方法に関し、特に、コントロールされた正確な気化の配量によって、良好にコントロールされた気化温度プロファイルによって、及び高い熱力学的な効率によって、良好にコントロールされた気化の空間的な分配を提供する気化器に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
電子タバコ、他の個人用及び医療用の気化器並びに香気気化器のような気化器は、ますます一般的になってきている。多くのこのような気化器は、長年の間一般に行われてきた技術に依存するものである。このような気化器は、新たな設計アプローチ及び現代の加工能力から利益を得ることができるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的とするところは、より良好な気化装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
いくつかの実施例では、装置（デバイス）はバッチ製造技術を用いて微細加工されることができ、装置は、各装置についてほぼ同一となるように製造されることが可能である。微細加工により、装置が各ユニットについて高い再現性及び低いユニットごとのコストをもって大量に製造され得る。
【０００６】
いくつかの実施例では、少なくとも１つの液体源と、１０〜３００μｍの側方寸法を有し、液体が構造部の深さを通って輸送されるように液体源及び周囲環境に連通している、少なくとも１つの気化ポートと、少なくとも１つの気化ポートと熱的に接続されている少なくとも１つの加熱要素とを含んでいる、液体を周囲環境へ気化させるために周囲環境内に設置されることができる気化装置を設けることができる。
【０００７】
いくつかの実施例では、流体が構造部の深さを通って輸送されるように、液体源と周囲環境の間の連通が装置の深さ全体において生じることが可能である。
【０００８】
いくつかの実施例では、構造部が、１〜１００μｍの厚さを有する薄い構造部範囲を含むことができ、いくつかの実施例では、構造部が、１０〜１００μｍの厚さを有する薄い構造部範囲を含み得る。
【０００９】
いくつかの実施例では、構造部上に、加熱要素を包囲する保護層が形成され得る。
【００１０】
いくつかの実施例では、保護層は、付着されたガラスを含み得る。
【００１１】
いくつかの実施例では、表面コーティングが、構造部上に形成され得るものの、気化ポートの壁部での形成を防ぐように、覆っていることが可能である。
【００１２】
いくつかの実施例では、表面コーティングがフルオロポリマーを含むことができる。
【００１３】
いくつかの実施例では、表面コーティングは窒化ケイ素を含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施例では、少なくとも１つのビーズ又は粒子のウィッキング構造部が、構造部の少なくとも１つの液体源の範囲又はポート内に位置し得る。
【００１５】
いくつかの実施例では、少なくとも１つのビーズ又は粒子が１０〜３００μｍ又はほぼ１ｍｍの寸法を有し得る。
【００１６】
いくつかの実施例では、少なくとも１つのビーズ又は粒子が親水性の表面を含み得る。
【００１７】
いくつかの実施例では、少なくとも１つのビーズ又は粒子が疎水性の表面を含み得る。
【００１８】
いくつかの実施例では、少なくとも１つのビーズ又は粒子が焼結され得る。
【００１９】
いくつかの実施例では、少なくとも１つのビーズ又は粒子がガラスで構成され得る。
【００２０】
いくつかの実施例では、加熱要素が薄膜抵抗加熱要素であり得る。
【００２１】
いくつかの実施例では、抵抗型加熱要素の抵抗が、コントロールされた熱的分布を提供するために変化し得る。
【００２２】
いくつかの実施例では、抵抗型加熱要素が、並列な組合せ及び直列な組合せで電気的に結合され得る。
【００２３】
いくつかの実施例では、液体源から１０〜３００μｍの側方寸法を有し得る気化ポートへ液体を方向付けること、気化ポートの近傍に配置された少なくとも１つの加熱要素によって、気化ポートにおける液体に熱を加えること、及び気化された液体を気化ポートから周囲環境へ放出することを含む、周囲環境へ液体を気化させるための方法が提供され得る。
【００２４】
いくつかの実施例では、動作中に、液体が、液体源から気化ポートへ連続的に流れ得るとともに液体から蒸気へ相転移することができ、蒸気が気化ポートから周囲環境へ連続的に流れ得る。
【００２５】
いくつかの実施例では、流体は、液体源から周囲環境へ構造部の深さを通して流れることができる。
【００２６】
いくつかの実施例では、薄い構造部範囲が、本質的に、少なくとも１つの加熱要素及び少なくとも１つの気化ポートの近傍に熱エネルギーを集中させることが可能である。
【００２７】
いくつかの実施例では、前記薄い構造部範囲が、少なくとも１つの加熱要素及び少なくとも１つの気化ポートの近傍で生じる、熱的に誘導された応力を低減することが可能である。
【００２８】
ここで提供される実施例の態様及び利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照して記載される。図面全体を通して、参照番号は参照される要素間の対応を示すために再使用されることが可能である。図面は、ここに記載される実施例を図示するために提供されるものであり、開示の範囲を制限することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】例示的な実施例の装置の斜視図である。
【図２ａ】例示的な実施例の分解図である。
【図２ｂ】例示的な実施例の断面図である。
【図３ａ】例示的な実施例の断面図である。
【図３ｂ】例示的な実施例の斜視図である。
【図４ａ】例示的な実施例の構成要素を図示する、装置の断面図である。
【図４ｂ】例示的な実施例の構成要素を図示する、装置の断面図である。
【図４ｃ】例示的な実施例の構成要素を図示する、装置の断面図である。
【図５】例示的な実施例のいくつかの主な構成要素を図示する、装置の上面図である。
【図６ａ】１８個の気化クラスタを含む例示的な実施例のためのいくつかの典型的なマイクロ流体気化チップの概要を示す図である。
【図６ｂ】１８個の気化クラスタを含む例示的な実施例のためのいくつかの典型的なマイクロ流体気化チップの概要を示す図である。
【図７ａ】例示的な実施例についての装置作成のための微細加工プロセスフローの例を示す図である。
【図７ｂ】例示的な実施例についての装置作成のための微細加工プロセスフローの例を示す図である。
【図８】例示的な実施例の方法を示すフローチャートである。
【図９】例示的な実施例の主な構成要素を示す、装置の断面図である。
【図１０】例示的な実施例の主な構成要素を示す、装置の断面図である。
【図１１ａ】例示的な実施例の主な構成要素を示す、装置の断面図である。
【図１１ｂ】例示的な実施例の主な構成要素を示す、装置の断面図である。
【図１２】任意のバルクヒータ又はバルククーラを有する例示的な実施例を示す図である。
【図１３】構造部の下方に示された任意のバルクヒータ又はバルククーラを有する例示的な実施例を示す図である。
【図１４ａ】装置の例示的な実施例を示す図である。
【図１４ｂ】装置の例示的な実施例を示す図である。
【図１４ｃ】装置の例示的な実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
一般的に説明すれば、本開示の形態は、構造及び加熱要素のための微細なスケールの微細加工技術を用いて製造された気化器に関するものである。微細加工は、ガラス、金属、プラスチック並びにシリコン及びシリコン誘導体のような結晶性材料のような材料でのパターニング、エッチング、付着、インジェクション及び関連するプロセスを含んでいる。加熱要素は、レジスタ、キャパシタ、トランジスタ、論理素子並びに特定用途向け回路に作り上げられ得るようなもの及び／又は別々の構成部材から成るもののあらゆる組合せを含む電気部品で構成された電子回路を含むことができる。
【００３１】
ここに記載される１つ又は複数の実施例は、良好にコントロールされた加熱、したがって液体を過度に高温とする影響を最小化すること、したがって望ましくない及び／又は有害な化学反応生成物を生成する望ましくない化学反応を最小化することを提供することができる。
【００３２】
ここに記載される１つ又は複数の実施例は、高度にコントロールされた形態で製造された気化装置、したがってユニットからユニットの（各ユニット間の）重大な変化を低減すること、及びその際に性能の変化を低減することを提供することができる。
【００３３】
ここに記載される１つ又は複数の実施例は、熱力学的に効率的で寸法においてかさばることのない気化器を提供することができる。
【００３４】
ここに開示されているマイクロ流体気化器は、香気散布、医療上の気化、気化された薬剤の搬送、化学蒸留、化学反応コントロール、香料、ワックス、香料入りのワックス、空気殺菌、劇場のスモーク、煙霧機、アロマテラピー、エッセンシャルオイル、個人用の気化器、化学蒸気又はエアロゾル検出器キャリブレーション装置、喫煙物品及び電子タバコを含む広範な応用範囲のための低揮発性の液体の効率的な気化を提供するために用いられることができる。
【００３５】
気化装置は、液体から蒸気又はエアロゾルを生成するために用いられる装置の汎用クラスである。気化器は、数ある中でも、香気散布、医療上の気化、気化された薬剤の搬送、化学蒸留、化学反応コントロール、香料、ワックス、香料入りのワックス、空気殺菌、劇場のスモーク、煙霧機、アロマテラピー、エッセンシャルオイル、個人用の気化器、化学蒸気又はエアロゾル検出器キャリブレーション装置、喫煙物品及び電子タバコを含むがこれに限定されない多くの用途を有している。
【００３６】
本開示は、気化装置がリソグラフィ、付着及びエッチングを含む現代の微細加工技術を用いて微細加工されている実施例を記述するものである。このような技術は、有利には気化器のデザインに応用されることができる。例えば、１つの実施例は、ミクロンスケールの精密な構成部材を有することが可能である。他の実施例では、開示された装置及び方法は、射出成形されたプラスチックとの相性がよい。１つの実施例では、気化装置及び気化方法は、ユニットからユニットへ（各ユニットごとに）類似の幾何形状を有することが可能である。さらに、１つの実施例は、大きな生産数量において低コストで生産されることが可能である。
【００３７】
本願は、望ましい性能向上を提供することができる実施例を開示している。例えば、１つの実施例では、構成部材のミクロンスケールの精密さにより、気化された材料の正確な配量及び精密にコントロールされた温度が可能とされ、これにより、望ましくない化学反応生成物を生成する過熱範囲を除去することが可能である。追加的な実施例においては、装置は、基板、周囲環境又はインターポーザ（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ：挿入部）への寄生熱伝達を最小化するように設定されることができる。いくつかの実施例では、装置は、非常に小さく、平坦かつ高度に可搬式に作成されることが可能である。ミクロンスケールの特徴は、装置及び方法の熱力学的な効率を改善することが可能であるとともに、最小のエネルギー要求を有し得る。他の実施例では、気化ポートは、個々に処理され、コントロールされた形態で起動（作動）されるので、気化ポートの列内での時間及び個々の位置に基づく放出前の化学反応フロント又は特定の化学物質の精密な放出を確立することが可能である。
【００３８】
図１には、例示の実施例のための気化ユニットの概略が示されている。このユニットは、インターポーザボディ２０４として共通に参照されるプラスチックハウジング内に含まれている気化のためのマイクロ流体デバイス（不図示）を含んでいる。インターポーザボディ２０４は、ボルト２００によってインターポーザ保持リング２０２と螺着されることができる。電気的な相互配線２０６は、電気エネルギーを供給するために用いられることができる。
【００３９】
図２ａ及び図２ｂには、実施例の分解図が示されている。インターポーザボディ２０４及びインターポーザ保持リング２０２は、気化構造部１００と連通している。気化構造部（以下「構造部」という。）１００は、マイクロ流体チップで構成されることが可能である。気化範囲部２０８は、構造部１００と連通しているとともに、蒸気をマイクロ流体デバイス構造部１００から放出することを許容するものである。電気的な相互配線２０６は、マイクロ流体デバイス構造部１００と電気的に導通している。
【００４０】
１つの実施例では、インターポーザボディ２０４は、射出成形されたプラスチックで構成されているとともに、組立てを容易にするように設定されている。他の実施例では、インターポーザボディ２０４は、３Ｄ印刷されることができ、機械加工されることができ、プラスチック、金属、繊維ガラス、複合物、セラミック又は他の構造材料から成ることも可能である。
【００４１】
電気的な相互配線２０６により、電子制御ユニット（不図示）に装置を接続することができる。１つの実施例では、電気的な相互配線は、導電テープ、フラットワイヤ、ワイヤボンド、バンプボンド、はんだ付け又は他の配線プロセスにより形成されることが可能である。
【００４２】
１つの例示的な実施例では、プラスチックハウジングの全体寸法は、通常、４ｍｍ×６ｍｍ×１２ｍｍであり得る。他の実施例では、プラスチックハウジングは、０．１ｍｍ未満から１００ｍｍより大きな寸法の範囲にあり得るとともに、１つ又は複数のマイクロ流体デバイスを含むことが可能である。
【００４３】
図３には、実施例の様々な構成部材を示す、装置の断面図が示されている。図３ａは側面図であり、図３ｂは上面を示すためにわずかに傾斜されている。周囲環境１１６は、構造部１００の上方にある。気化ポート１１０は、構造部に形成されているとともに、液体源（範囲）１１２及び周囲環境１１６に連通している。液体源１１２は、構造部の１つの範囲であり、不図示の液体リザーバ及び装置の気化器ポート範囲に連通している。加熱要素１０８は、気化ポート１１０と熱的に接続されているとともに、構造部範囲１１４上に位置しており、この構造部範囲は、いくつかの実施例においては構造部の薄くされた範囲であり得る。加熱要素１０８は、電極リード１０６と電気的に接続されている。気化クラスタ１０４は、１つ又は複数の気化ポート１１０と近接した気化ポート１１０の集合を含む範囲である。いくつかの実施例では、液体源１１２は、加熱により液相となる気化ポート１１０近傍に存在するワックス又はその他の固相材料であり得る。
【００４４】
現在の状況においては、熱的な接続は、装置の１つの範囲から装置の他の範囲への熱伝導を通して熱エネルギーを容易に移動する能力に言及するものである。いくつかの実施例では、範囲間の間隔が装置における他の寸法よりも大幅に小さいか、又は２つの範囲を結合する材料の熱伝導性が装置の他の範囲における材料の熱伝導性以上であれば、熱的な接続が２つの範囲の間で生じる。いくつかの実施例では、加熱要素１０８は、気化ポート１１０と熱的に接続されることができる。なぜなら、その２つの構成要素間の横方向の間隔が５〜１００μｍの範囲にわたり得るためである。いくつかの実施例では、加熱要素１０８と気化ポート１１０の間の間隔は０．５μｍ〜１ｍｍの範囲にわたり得る。この間隔は、装置の他の寸法よりも大幅に小さい。例示的な１つの実施例では、構造部１００の深さは、１０〜１０００μｍの範囲にわたり得るとともに、構造部１００の横方向のサイズは、１〜１００ｍｍ又は更に大きい範囲にわたり得る。
【００４５】
図３ａには例示的な１つの実施例が示されており、この実施例では、薄い構造部範囲１１４が通常４０μｍの厚さとなっている。いくつかの実施例では、薄い構造部範囲１１４は、１〜１００μｍの範囲にわたり得る。他の実施例では、薄い構造部範囲１１４の厚さは、１〜１０００μｍで変更し得る。
【００４６】
図４には、例示的な実施例の側面図が示されている。周囲環境１１６は、構造部１００の上方にある。気化ポート１１０は、構造部１００内に形成されているとともに、液体源１１２の範囲及び周囲環境１１６に連通している。加熱要素１０８は、気化ポート１１０に近接している。例示的な実施例では、加熱要素１０８は、気化ポート１１０の５〜１００μｍ（又は０．５μｍ〜１ｍｍ）の範囲内に位置し得る。例示的な実施例では、加熱要素１０８は０．５〜１０００μｍの範囲内に位置している。メニスカス１１８は、蒸気と液体の境界面を規定している。薄い構造部範囲１１４は、構造部１００内に形成されることが可能である。接触範囲１４０は、液体源１１２からの液体と薄い構造部範囲１１４の間に形成されることができる。
【００４７】
いくつかの実施例では、薄い構造部範囲１１４は、気化ポート１１０及び加熱要素１０８に隣接することができるとともに、バルク構造部１００への寄生熱伝達を最小化することが可能である。いくつかの実施例では、気化ポートにおける液体と周囲環境を分離するメニスカス１１８は、液体源１１２と周囲環境の間の圧力差を生成することが可能な湾曲を有することができる。いくつかの実施例では、薄い構造部範囲１１４と気化ポート１１０内及び液体源１１２内に含まれた液体の間にかなりの接触面領域１４０が存在する。
【００４８】
図４ａには、任意のバルクヒータ又はバルククーラ１２０が液体源１１２の混合平均温度をコントロールするために液体源１１２へ熱的に接続して位置することが可能な、例示的な実施例が図示されている。
【００４９】
図４ｂには、構造部１００が構造接合部１２２によって薄い構造部範囲１１４に結合される例示的な実施例が図示されている。
【００５０】
図４ｃには、他の例示的な実施例の様々な構成部材を図示する、装置の側面図が示されている。周囲環境１１６は、構造部の上方にある。気化ポート１１０は、構造部１００に形成されているとともに、液体源１１２及び周囲環境１１６に連通している。加熱要素１０８は、気化ポート１１０に熱的に接続されているとともに、薄い構造部範囲１１４上に位置している。１つの実施例では、粒子又はビーズ１３０が、液体源範囲１１２の全体又は一部に位置し、少なくとも気化ポート１１０に隣接する範囲において任意に気化ポート１１０にも位置するウィッキング（ｗｉｃｋｉｎｇ：吸い上げ）構造部を形成している。１つの実施例では、粒子又はビーズ１３０は、親水性であり得る。１つの実施例では、粒子又はビーズ１３０は、疎水性であり得るか、又は親水性／疎水性の組合せであり得る。１つの実施例では、粒子又はビーズ１３０は、１０ナノメートル〜１０ミリメートルのサイズの範囲にわたることが可能である。１つの実施例では、粒子又はビーズは、１マイクロメートル〜１ミリメートルのサイズの範囲にわたることが可能である。１つの実施例では、粒子又はビーズ１３０は、１０マイクロメートル〜３００マイクロメートルのサイズの範囲にわたることが可能である。
【００５１】
図５には、１つの実施例の主な構成要素のいくつかを図示する、装置の上面図が示されている。気化ポート１１０は、構造部１００において形成されているとともに、液体源範囲１１２及び周囲環境１１６に連通している。加熱要素は、気化ポート１１０と熱的に接続されているとともに、薄い構造部範囲１１４上に位置している。１つの実施例では、加熱要素１０８が薄いフィルム抵抗加熱要素である。１つの実施例では、薄いフィルム加熱要素が３つの並列な回路から構成されており、これら回路は、更に気化ポートを包囲する並列な回路を形成する。
【００５２】
図５には、１つの気化クラスタ１０４が、約９００μｍの側方寸法を有するとともに、６０〜１５０μｍの側方寸法を有する７つの気化ポート１１０と、液体１１２及び接触領域１４０に接触する気化ポート１１０の範囲へ加熱要素１０８によって生成される熱が輸送されるように気化ポート１１０と熱的に接続された加熱要素１０８とを含んでいることが示されている。例示的な実施例では、気化ポートは、側方寸法において１０〜３００μｍのサイズの範囲にわたることが可能であり、他の実施例では、側方寸法において１〜１０００μｍのサイズの範囲にわたることが可能である。例示的な実施例では、気化クラスタは、側方寸法において１０μｍ〜１００ｍｍの範囲にわたることが可能である。例示的な実施例では、気化クラスタは、側方寸法において１００μｍ〜１０ｍｍの範囲にわたることが可能である。
【００５３】
加熱要素１０８の幅は、任意に、幅及び厚さを変化させること又は望ましいジュール加熱プロファイルを生成するための材料を変化させることによって設定されることが可能である。いくつかの実施例では、望ましくないホットスポットからの過剰な加熱を回避しつつ望ましい加熱プロファイルが作動流体の均一な蒸発を提供するように選択されることが可能である。いくつかの実施例では、蒸気１０２を生成するために０．０１〜５００ワットの熱が流体１１２へ伝達され得る。他の実施例では、蒸気１０２を生成するために１〜５０ワットの熱が流体１１２へ伝達され得る。
【００５４】
いくつかの実施例では、（図５に図示されているように）並列に接続される抵抗加熱要素の階層は、一定の利点を有し得る。例えば、金属の電気抵抗は、温度上昇につれて増大し得る。したがって、並列な回路の１つの要素が並列な回路の他の要素よりも高い温度を有していれば、この要素は、より高い抵抗を有することができ、より多くの電流をより低い温度の要素に通すことができ、このとき、より低い温度の要素によって生成されるジュール加熱を増大させることができる。いくつかの実施例では、並列に接続された抵抗加熱要素により熱調整が容易にされることができ、この熱調整は、局所的な熱のホットスポットを和らげるのを補助するものである。
【００５５】
図６ａ及び図６ｂには、１つのマイクロ流体気化装置構造部１００の概要が示されている。例示的な実施例では、１つの装置構造部１００は、７つの気化ポート１１０を含む各クラスタ１０４を有する１８個の気化クラスタ１０４を含んでおり、この実施例では全部で１８×７＝１２６個の気化ポート１１０である。図６ａに示されている１つの実施例では、２つの気化クラスタ１０４が電極リード１０６によって９つの並列な回路に直列に接続されている。図６ｂに示されている他の実施例では、３つの気化クラスタ１０４が電極リード１０６によって６つの並列な回路に直列に接続されている。
【００５６】
他の例示的な実施例では、クラスタは、様々な直列構造及び／又は並列構造で接続され得るか、個々にアドレス指定可能であるか、又は他の電気配線方式であり得る。１つの実施例では、マイクロ流体装置構造部１００は、側方寸法において４ｍｍ×１０ｍｍであり、０．３ｍｍの厚さである。１つの実施例では、マイクロ流体チップはガラスから作り上げられるが、他の実施例については、プラスチック、シリコン、チタン、金属、セラミック、ＰＤＭＳ、ポリマー、繊維ガラス、複合物又は他の材料から作り上げられることが可能である。
【００５７】
抵抗要素からのジュール加熱は、Ｑ＝Ｖ２／Ｒと記述することができ、ここで、Ｑはジュール加熱量であり、Ｖは抵抗要素を横切る電圧降下であり、Ｒは要素の電気抵抗である。温度が上昇するにつれて、金属の電気抵抗が増大する。電圧降下が一定であれば、ジュール熱の量は、上昇する温度に伴って減少する。したがって、１つの実施例では、並列な回路を有することが有利であり得る。並列な回路の１つの分岐部が回路の他の分岐部よりも高い温度を有していれば、より高い温度を有するこの分岐部は、より大きな抵抗を有し、したがってより少ないジュール加熱を生成する。並列な抵抗ヒータを有する１つの実施例では、回路の様々な分岐部が自己調整特性を有することができ、この自己調整特性は、並列でない回路構造を用いることを生じさせ得る低減された均一性に比べてより均一な温度を維持することを補助し得るジュール加熱を調整することを補助可能である。
【００５８】
いくつかの実施例では、並列な抵抗ヒータは、分岐部ごとに異なる抵抗で構成されることが可能である。いくつかの実施例では、加熱要素の抵抗は、異なる材料、異なる深さ、異なる長さ、及び／又は、異なる幅によって変更され得る。いくつかの実施例では、並列な抵抗ヒータの分岐部は、望ましく良好にコントロールされた温度分布を生成するのに最適化され得る異なる抵抗を有することが可能である。いくつかの実施例では、均一な温度分布が望ましいことがあり得る。いくつかの実施例では、不均一な温度分布が望ましいことがあり得る。
【００５９】
いくつかの実施例では、並列で抵抗性の加熱要素１０８の階層的な組合せは、望ましい加熱プロファイル及び自己調整加熱要素を提供するために思慮深く選択されることが可能である。
【００６０】
図７ａには１つの実施例のためのデバイス製造についての微細加工の一例が示されており、この例は、単一構造を用いた５つの加工段階から成る。１つの例示的な実施例では、構造部１００は、Ｓｃｈｏｔｔ社による３００μｍの厚さのガラス基板（Ｄ２６３Ｔ−ｅｃｏ、ＡＦ３２−ｅｃｏ又はＭＥＭｐａｘ）で製作されることができる。ガラス基板は、様々な材料及び１μｍ〜１０ｍｍの範囲にわたる厚さから形成することが可能である。フォトレジストはパターン化されることができ、金属（例えばチタン及び白金）は電極リード及び加熱要素のために付着され得る（ステップ１−ヒータ金属付着７００）。フォトレジスト及び金属が剥離された後、ハードマスク膜（例えばクロム／金、アルミニウム又はアモルファスシリコン）が基板の両側に付着され得る（ステップ２−ハードマスク付着７０１）。後ろ側では、フォトレジストがパターン化されることができ、基板の厚さのおよそ半分まで任意にウェットエッチングされるガラスにつづいてハードマスクがエッチングされることができる（ウェット又はドライ）（ステップ３−後ろ側ハードマスク及びガラスエッチング７０２）。前側では、気化ポート１１０が加熱要素１０８へ近接して（５〜１００μｍ又は０．５μｍ〜１ｍｍの範囲にわたることができる）パターン化されることができ、ハードマスクは、ガラスの任意のウェットエッチングにつづいてエッチングされることが可能である。同時に、後ろ側は、任意で更にエッチングされることが可能である。なぜなら、後ろ側は任意で露出されることができ、ビア（ｖｉａ）（又は貫通孔）が生成され得る（ステップ４−上側ハードマスク及びガラスエッチング７０３）。これにより、気化ポート１１０を液体源１１２及び周囲環境１１６に連通させることができる。最後に、ハードマスクは、両側から除去されることが可能であり、そして、基板がさいの目状（ｄｉｃｅ）にされ得る（ステップ５−ハードマスク除去７０４）。
【００６１】
様々なナノ加工装置及び微細加工装置を気化装置のいくつかの実施例のものを加工するために用いることが可能である。加工は、加熱要素のために用いることができる電子ビーム蒸着及びハードマスクを付着するために用いることができるプラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）のような多数の付着手段を含むことができる。いくつかの実施例では、湿式化学作業台をガラスのフッ化水素酸エッチングを含む様々なエッチング化学を用いることが可能である。ドライエッチングは、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）のような所定の材料における等方性エッチングにも用いることが可能である。さらに、いくつかの実施例では、ＳＵＳＳ  ＭＡ−６のような、後ろ側のアライメントを可能とするフォトリソグラフィマスクアライナ（ｍａｓｋ  ａｌｉｇｎｅｒ）を前方から後方への特徴をパターン化し、整列するために用いることが可能である。
【００６２】
図７ｂには、図４ｂに示された例示的な実施例についてのデバイスの製造のための微細加工プロセスフローについて例示的なものが示されており、このプロセスフローは、構造要素１００及び薄い構造部範囲１１４（すなわち最初は分離されている２つの構造部）を用いた６つの加工段階を含んでいる。この実施例は２つ又は複数（すなわち多数の）構造部に拡張されることができ、この構造部は、１つ又は複数の接合技術を用いた構造接合部１２２（図４ｂに示されている）によって接合されることが可能である。
【００６３】
製作プロセスは、１００μｍの厚さのガラス基板、３００μｍの厚さのガラス基板又は５００μｍの厚さのガラス基板さえも構造部１００を形成するために用いることが可能である。実施例は、１μｍ〜１０ｍｍの厚さの基板を薄い構造部範囲１１４（図４ｂに示されている）に用いることができ、基板は、ガラス、チタン、アルミニウム、サファイヤ、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、セラミック、金属、シリコン及びこれに類するもののような様々な材料を含むことができる。
【００６４】
基板の２つの異なる厚さを用いることが可能である。例えば、１つの基板は１００μｍの（すなわち比較的薄い）基板であることができ、他の基板は３００μｍの（すなわち比較的厚い）基板であることができ、これら基板により、任意のウェットエッチングプロセス中に特徴サイズにおける大きな柔軟性が許容され得る。図７Ｂを参照すれば、１００μｍの厚さの基板は、フォトレジスト及び金属でパターン化されることができ、金属は加熱要素のために付着されることができる（ステップ１−ヒータ金属付着７１０）。追加的な金属付着ステップは、電極リードのために任意で用いられ得る。例えば、１つの実施例では、金は、チップ接続部において任意でパターン化され得る。
【００６５】
１つの実施例では、フォトレジスト及び金属の剥離後、ハードマスク膜が薄い基板（ステップ２−ハードマスク付着７１１）及び厚い基板の両側に付着されることができる。フォトレジストは、薄い基板上及び厚い基板上の加熱要素に隣接する範囲を露出させるために、基板の両側でパターン化されることが可能である。ハードマスクは、各側の基板の厚さの半分までエッチングされるとともに貫通孔（すなわちチップを貫通するビア）が生成される基板につづいてエッチングされることができ（ステップ３−ハードマスク及び基板エッチング７１２）、この貫通孔は、気化ポート１１０に液体源１１２との連通及び周囲環境１１６との連通を提供するものである。
【００６６】
この実施例では、ハードマスクは、その後、基板の両側から除去されることができる（ステップ４−ハードマスク除去７１３）。接合技術に依存して、接着層が薄い基板の後ろ側、厚い基板の上側、その両方に任意に付着されるか、又はそのいずれにも付着されないことが可能である。さらに、いくつかの実施例では、適当な洗浄及び表面処理を２つの基板に適用することが可能であり、これら基板をよく知られた様々な接合技術を用いて互いに接合することが可能である（ステップ５−接着層付着及びウエハ接合７１４）。いくつかの実施例では、接合されたアセンブリが、その後、より小さな個々のユニットへさいの目状にされることが可能である（ステップ６−接合されたアセンブリ７１５）。
【００６７】
図８には、１つの実施例の方法を示すフローチャートが示されており、このフローチャートは、液体源からの液体を方向付けすること、及び液体８０２を気化するために気化ポートに近接して位置する（５〜１００μｍ又は０．５μｍ〜１ｍｍの範囲にわたり得る）加熱要素によって気化ポートにおいて液体に熱を加えることに関係するものである。１つの実施例では、液体が構造部８０３の深さを通して輸送されるように、気化された液体が気化ポートから周囲環境へ放出される。いくつかの実施例では、気化ポートは、１０〜３００μｍの範囲にわたる側方寸法を有している。他の実施例では、気化ポートは１〜１０００μｍの範囲にわたる側方寸法を有している。液体は、液体を直接液体源に配置することによって、又は任意のポンプ若しくは任意のウィッキング構造部によって液体源へ導かれることができ、液体は、毛細管作用によって液体源へ輸送されることが可能である。１つの実施例では、電気エネルギーが加熱要素へ加えられ、加熱要素がジュール加熱（すなわち抵抗加熱）によって加熱されることが可能である。そして、加熱要素からの熱エネルギーは薄い構造部範囲へ伝達されることができ、この薄い構造部範囲は、気化ポート及び液体源に隣接している。そして、熱は、局所的に、気化のために最適な温度へ液体を加熱させるように液体へ伝導され得る。この温度は、液体が気化のために十分に加熱されているものの望ましくない化学反応又は気化ポートの乾燥を引き起こすような望ましくない高温へ至らないように良好にコントロールされることが可能である。加えて、加熱要素への電気エネルギーをコントロールすることで、気化の割合又は気化の総量を正確にコントロールすることが可能である。いくつかの実施例では、電気エネルギーの量は、任意に変更可能であるとともに、特定の用途に対して最適化されることが可能である。他の実施例では、電気的な波形は、特定の用途に対して最適化され得る正弦波、方形波又は他の波形であり得る。他の実施例では、波形は、脈動し得るとともに、気化、エアロゾル又は液滴の排出を生じさせ、寄生熱損失を低減することが可能であり、これにより、熱力学的な効率が向上する。
【００６８】
図９は、液体が液体源１１２の範囲から気化ポート１１０へ流れるとともにメニスカス１１８を通して周囲環境１１６へ気化される例示的な実施例に言及している。いくつかの実施例では、液体は、マイクロ流体デバイス構造部１００の一方側（例えば後ろ側）から輸送され得るとともに、メニスカス１１８を通して気化されることができ、液体が構造部の深さを通して（すなわちビア又は貫通孔を通して）輸送されるように、マイクロ流体デバイス構造部１００の他方側（例えば前側）から蒸気が放出される。これら実施例では、流体が装置を通して移動する能力が可能となる。なぜなら、気化ポート１１０が液体源１１２及び周囲環境１１６に連通しているためである。矢印１３４は、構造部の一方側から構造部の他方側への連続的な流体の動きを表している。白色の矢印１３４は液体源１１２を通る気化ポート１１０への連続的な流体の動きを示す。黒色の矢印１３４は、気化ポート１１０から周囲環境１１６への連続的な流体の動きを示す。流体が構造部の深さを通して輸送される能力により、気化プロセスをより省エネルギーとすることが可能である。いくつかの実施例では、流体が構造部の深さを通して輸送される能力は、乾燥を低減するか又は回避し、連続的な流体の動きを提供することが可能である。いくつかの実施例では、これにより、例えば加熱要素１０８を、相転移が生じるメニスカス１１８への望ましい熱的な接続のために気化ポート１１０へ近接して（例えば０．５ミクロン〜１０００ミクロン又は５ミクロン〜１００ミクロン以内）配置することが可能である。これにより間隔を大きく減少させることができ、熱は、気化中に液体へ転移される必要があるとともに、他の気化装置に比べて低い温度で加熱要素１０８を動作させることが可能である。これは特に重要である。なぜなら、多くの液体は低い熱伝導率が低いためである（例えば水の熱伝導率は室温でおよそｋｗ＝０．５８Ｗ（ｍＫ）であり、グリセリンの熱伝導率はおよそｋｗ＝０．２９Ｗ／（ｍＫ））。これら実施例の効果的な設計により、気化中に液体がさらされる必要がある最大温度も低減させることが可能である。さらに、いくつかの実施例では、液体がマイクロ流体デバイスを通って流れるより効率的な設計により、気化ポート１１０における液体の乾燥を低減することができ、一定かつ優れた性能を提供する。
【００６９】
図９は、薄い構造部範囲１１４と、気化ポート１１０及び液体源範囲１１２に含まれる液体との間に大きな接触面領域１４０が存在する例示的な実施例に言及するものである。液体は低い熱伝導率を有し得るため、熱が薄い構造部範囲１１４から液体へ容易に伝達され得るように大きな接触領域１４０を有することが重要である。いくつかの実施例では、薄い構造部範囲１１４により、薄い構造部範囲１１４と液体源範囲１１２と気化ポート１１０における液体の間の接触領域１４０へ至る前に、熱が加熱要素１０８から薄い構造部範囲１１４を通して伝達され得る間隔が低減される。いくつかの実施例では、熱が薄い構造部範囲１１４を通して伝達される最小の間隔を有することが重要であり得る。なぜなら、ガラスがおよそｋｇ＝１．０５Ｗ／（ｍＫ）の低い熱伝導率を有するためである。金属、シリコン及びこれに類するもののような他の材料はより大きな熱伝導率を提供し、例えば、シリコンの熱伝導率は、およそｋＳｉ＝１３０Ｗ／（ｍＫ）である。しかしながら、多くの実施例では、熱力学的な効率にとって、気化ポートの近傍に集中された熱エネルギーを維持し、したがってバルク基板及び周囲環境へ伝達される熱量を最小化することが重要である。いくつかの実施例では、熱エネルギーは、実質的に気化クラスタ１０４に制限されている。いくつかの実施例では、気化クラスタ１０４は、サイズにおいて名目上１ｍｍであり得る。いくつかの実施例では、気化クラスタ１０４は、サイズにおいて１００μｍ〜１０ｍｍの範囲にわたり得る。いくつかの実施例では、気化クラスタ１０４は、サイズにおいて１０μｍ〜１００ｍｍの範囲にわたり得る。これら実施例の多くでは、ガラス、プラスチック、ポリマー、繊維ガラス、複合物又はセラミック及びこれらに類するもののような低い熱伝導率の材料を用いることが有利であり得るが、これらに限定されるものではない。これら実施例の多くでは、薄い構造部範囲１１４は、低い熱伝導率の材料との組合せにおいて、バルク構造部１００及び周囲環境１１６への寄生熱伝達損失を最小化することを補助し得る。他の実施例では、最適化された電気波形を用いることで、バルク構造部１００及び周囲環境１１６への寄生熱伝達損失を最小化することを補助することができる。
【００７０】
いくつかの実施例では、ガラスは、気化装置にとって最適な材料とする多くの特徴を有している。例えば、ガラスは、丈夫にすることができ、薄いウエハを含む多くの幾何形状において利用でき、機械加工されることができ、カスタム吹きされることができ、成形又は成型されることができ、広範かつ商業的に利用でき、手ごろな価格で購入でき、ウェットエッチングされることができ、低い導電性を有することができ、低い熱伝導率を有することができ、適切な洗浄プロセスにより親水性とされることができ、思慮深く選択された表面コーティングにより疎水性とされることができ、表面が、よく知られた表面化学によって処理されることができ、化学的に不活性であることができ、ピラニア（Ｐｉｒａｎｈａ）溶液を用いて有機材料を積極的に除去することができ、ガラス転移温度より低い温度で機械的に安定であることができ、金属が、電極リード及び加熱要素のために付着されることができ、又はそれ自体若しくは他の金属に接合されることができる。
【００７１】
いくつかの実施例では、ガラスは、環境上の理由、毒性の理由又は健康上の理由のために構造材料として選択されることが可能である。いくつかの実施例では、電極リード１１６及び加熱要素１０８は、白金及びチタンの付着から形成されることが可能である。カーボン、金、銀、ニッケル、アルミニウム及び他の多くのもののような多くの他の材料は、電極及び加熱要素の付着に用いられることが可能である。いくつかの実施例では、白金が、電極リード及び（ジュール加熱による）加熱要素として用いられることができるとともに、加熱要素のおおよその温度の計測のための抵抗型熱デバイス（ＲＴＤ）としても用いることが可能である。白金、他の多くの金属及び他の材料の電気抵抗は、温度の関数であるとともに、加熱要素のおおよその温度を特定するために用いられることができる。いくつかの実施例では、電気制御回路を気化装置のフィードバック制御に用いることができ、一定の動作温度若しくは一定の動作パワー設定、動作温度若しくは動作パワーの時間的プロファイル又は特定の用途のために適合され得るいくつかの任意の動作時間的プロファイルを維持するために用いることが可能である。他の金属及び他の材料は、気化装置のためのＲＴＤとして用いられることが可能である。しかしながら、いくつかの実施例では、白金は適当な材料であり得る。これら実施例では、チタンが、ガラス基板と白金又は他の金属付着膜の間の接着性を提供するのに適した接着材料であり得る。他の接着材料を用いることも可能である。
【００７２】
いくつかの実施例では、連続的な流体の動きと組み合わされた加熱要素１０８が流体の安定かつ均一な加熱を提供し、この連続的な流体の動きは、望ましくない化学的な副生成物を生じさせ、又は燃焼し、部分的に燃焼し、若しくは焦げを燃やし、若しくは液体及びマイクロ流体構造部１００を焼け焦がし得る望ましくない高温となるのを避けることを可能とする。いくつかの実施例では、連続的な流体の動きは、液体の乾燥、望ましくない化学的な副生成物、液体の焼け焦げ若しくは燃焼又は装置の焼け焦げ若しくは燃焼のような望ましくない効果を潜在的に最小化しつつ不確定な期間の間装置を連続的に機能させることが可能な安定した動作を提供する。
【００７３】
いくつかの実施例では、数ミリ秒〜数十秒又はこれより長い範囲にわたる不連続な期間において気化が生じ得る。いくつかの実施例では、気化は、正確な配量のための蒸気量の精確な供給を提供するために、数ミリ秒〜数十秒又はこれより長い範囲にわたる不連続な期間において生じ得る。
【００７４】
図１０には、例示的な実施例の様々な構成部材を図示する、装置の断面図が示されている。周囲環境１１６は、構造部１００の上方にある。気化ポート１１０は、構造部１００内に形成されているとともに、液体源範囲１１２及び周囲環境１１６に連通している。加熱要素１０８は、気化ポート１１０に熱的に接続されているとともに、薄い構造部範囲１１４上に位置している。白線１３６は、一定の温度の等温線を示している。いくつかの実施例では、薄い構造部範囲１１４は、本質的に気化クラスタ１０４内並びに加熱要素１０８及び気化ポート１１０の近傍内へ熱エネルギーを制限するのを補助し、これにより、バルク構造部１００への熱損失が低減される。
【００７５】
いくつかの実施例では、薄い構造部範囲１１４と、気化ポート１１０及び液体源１１２に含まれる液体との間に大きな接触面領域１４０が存在する。液体は低い熱伝導率を有し得るため、熱が薄い構造部範囲１１４から液体へ容易に伝達され得るように大きな接触領域１４０を有することが重要である。いくつかの実施例では、薄い構造部範囲１１４と、液体源範囲１１２及び気化ポート１１０における液体との間の接触領域１４０へ到達する前に、薄い構造部範囲１１４により、熱が加熱要素１０８から薄い構造部範囲１１４を通して伝達され得る間隔（距離）を低減することができる。いくつかの実施例では、熱が薄い構造部範囲１１４を通して伝達される最小の間隔を有することが望ましい。なぜなら、ガラスがおよそｋｇ＝１．０５Ｗ／（ｍＫ）の低い熱伝導率を有し得るためである。金属、シリコン及びこれに類するもののような他の材料は、より大きな熱伝導率を提供し、例えばシリコンの熱伝導率は、およそｋＳｉ＝１３０Ｗ／（ｍＫ）である。しかしながら、多くの実施例では、熱力学的な効率にとって、本質的に気化クラスタ１０４内に、及び気化ポート１１０の近傍に集中された熱エネルギーを維持し、したがってバルク基板１００及び周囲環境１１６へ伝達される熱量を最小化することが重要である。これら実施例の多くでは、ガラス、プラスチック、ポリマー、繊維ガラス、複合物又はセラミック及びこれに類するもののような低い熱伝導率の材料を用いることが有利であり得る。これら実施例の多くでは、薄い構造部範囲１１４が、低い熱伝導率の材料と組み合わせて、バルク基板１００及び周囲環境１１６への寄生熱伝達損失の最小化を補助し得る。他の実施例では、最適化された電気的な波形を用いることが、バルク基板１００及び周囲環境１１６への寄生熱伝達損失を減らすのを補助し得る。
【００７６】
図１１ａ及び図１１ｂには、例示的な実施例の様々な構成要素を図示する、装置の断面図が示されている。周囲環境１１６は、構造部１００の上方にある。気化ポート１１０は、構造部１００内に形成されているとともに、液体源範囲１１２及び周囲環境１１６に連通している。加熱要素１０８は、気化ポート１１０に熱的に接続されているとともに、薄い構造部範囲１１４上に位置している。
【００７７】
図１１ａには、装置に給電されていないときに生じ得る、薄い構造部範囲１１４がたわんでいない状態にある例示的な実施例が示されている。１つの実施例では、加熱要素１０８は、給電され得るとともに、加熱要素１０８の近傍における温度を上昇させることが可能な熱エネルギーを生成し得る。加熱要素１０８近傍における薄い構造部範囲１１４は、温度上昇により熱的に膨張することができ、この温度上昇は、薄い構造部範囲１１４及び抵抗加熱要素１０８における熱応力及び／又は熱ひずみを生じさせ得る。いくつかの実施例では、主応力が１０〜２０ＭＰａであることが望ましい。いくつかの実施例では、主応力が７０ＭＰａより小さいことが望ましい。
【００７８】
図１１ｂには、加熱要素１０８が給電される場合に、薄い構造部範囲１１４が熱膨張によりたわんでいる例示的な実施例が示されている。１つの例示的な実施例では、薄い構造部範囲１１４が、バルク構造部の熱膨張の最小化を補助し得るとともに薄い構造部範囲１１４における熱応力及び熱ひずみの低減を補助し得る加熱要素１０８の近傍への熱エネルギーの確認を強めることを手助けし得る。いくつかの実施例では、主応力が１０〜２０ＭＰａであることが望ましい。いくつかの実施例では、主応力が７０ＭＰａより小さいことが望ましい。
【００７９】
１つの実施例では、薄い構造部範囲１１４が熱によるたわみを許容することができるとともに、熱応力の低減を補助し得る。構造ビームの機械的な剛性はｈ３に比例し、ここで、ｈは構造ビームの厚さである。いくつかの実施例では、任意に薄い構造部範囲１１４は、比較的小さな機械的な剛性を有し得るほど十分に薄いことが可能であり、この機械的な剛性は、加熱要素１０８が電気的に刺激される場合に、薄い構造部範囲１１４を十分に小さな応力でたわませることを可能とするものである。いくつかの実施例では、主応力が１０〜２０ＭＰａであることが望ましい。いくつかの実施例では、主応力が７０ＭＰａより小さいことが望ましい。
【００８０】
１つの実施例では、加熱要素１０８は、構造材料に比べて大きな熱膨張率を有する金属で構成されることができる。薄い構造部範囲１１４は、図１１ｂに示されているようにたわみ得るとともに、加熱要素１０８の材料の熱的に誘導されたひずみに良好に適合し得るひずみを上面に生成することができ、これにより、加熱要素１０８と薄い構造部範囲１１４の間の応力を大きく低減することが可能である。いくつかの実施例では、主応力が１０〜２０ＭＰａであることが望ましい。いくつかの実施例では、主応力が７０ＭＰａより小さいことが望ましい。
【００８１】
図１２には、他の例示的な実施例の様々な構成部材を示す、装置の断面図が示されている。この実施例では、任意のシール１２４が気化ポート１１０における液体と周囲環境１１６の間に配置され得る。シール１２４は、熱応答性ワックスで構成することができる。これは、貯蔵中に液体を封入するシールを提供することが可能であり、そして、任意のシール１２４は、気化装置を起動（作動）させるために気化され得る。任意のシール１２４は、最初の使用前の貯蔵寿命を延ばすために用いられることができるか、又は使用中の保管寿命を延ばすために用いられることができる。いくつかの実施例では、シール材料は、使用中又は気化プロセス中の自己シール機構を提供するために液体へ取り込まれることが可能である。任意のシール１２４は、典型的なワックスの場合のほかに、多くの異なる材料から製造されることが可能である。いくつかの実施例では、シール１２４は、常温では固定であるが気化器が起動（作動）すると溶融するか、昇華するか、減退するか、又は気化ポート１１０から取り除かれる適当なシール材料で構成されることが可能である。いくつかの実施例では、液体源範囲１１２は、低揮発性の液体である液体を含むことができ、任意のシールは、必要ないか、又は望ましくない。いくつかの実施例では、周囲環境１１６は、構造部の上方にあり得る。構造部１００内に形成された気化ポート１１０は、液体源範囲１１２に連通することができるが、任意のシール１２４によって任意で周囲環境から分離されることが可能である。加熱要素１０８は、気化ポート１１０に近接されることができるとともに、薄い構造部範囲１１４上に配置されることが可能である。いくつかの実施例では、加熱要素１０８は、気化ポート１１０の０．５〜１０００μｍ以内に配置されている。いくつかの実施例では、加熱要素１０８は、気化ポート１１０の５〜１００μｍ以内に配置されている。いくつかの実施例では、任意のシール１２４は、気化されることができるとともに、気化ポート１１０内の液体を周囲環境１１６と連通させることを可能とする。任意のバルクヒータ又はバルククーラ１２０は、構造部１００の下方に配置され得る。これは、そのほか固相物質を液体にする熱を提供することができるか、又は加熱要素１０８によってより少ない熱エネルギーが必要とされるようにバルク液体の温度を上昇させることが可能である。任意のバルクヒータ又はバルククーラ１２０は、バルク液体のバルク温度を上昇又は低下させることができ、これにより、気化ポート１１０内での気化を受け得る前に液体の揮発性をコントロールすることが可能である。
【００８２】
図１３には、液体源範囲１１２が薄い構造部範囲１１４に隣接している他の実施例の概略が示されている。周囲環境１１６は、薄い構造部範囲１１４上にある。気化ポート１１０は、構造部１００内に形成されているとともに、液体源１１２及び周囲環境１１６に連通している。加熱要素１０８は、気化ポート１１０と熱的に接続されているとともに、薄い構造部範囲１１４上に配置されている。任意のバルクヒータ又はバルククーラ１２０は、構造部１００の下方に示されている。
【００８３】
図１４ａには、任意の保護層１２６が加熱要素１０８を包囲する例示的な実施例が示されている。保護層１２６は、付着される二酸化ケイ素、アモルファスシリコン、窒化ケイ素又は他の材料であり得る。いくつかの実施例では、保護層１２６は、加熱要素１０８の材料とその下の構造部１００の材料の間の熱膨張の差に基づき、加熱要素１０８を離層（剥離）から保護することが可能である。いくつかの実施例では、保護層１２６が、加熱要素１０８と周囲環境１１６の間で化学的な障壁及び／又は電気的な障壁としての役割を果たすことが可能である。いくつかの実施例では、保護層１２６が加熱要素１０８に近接して配置される。いくつかの実施例では、保護層１２６が加熱要素１０８の０．５μｍ〜１ｍｍ以内に配置されている。いくつかの実施例では、保護層１２６が本質的に構造部１００を覆っている。
【００８４】
図１４ｂには、任意の表面コーティング１２８が構造部の外側にコーティングされているとともに気化ポート１１０に隣接して配置されている１つの実施例が示されている。いくつかの実施例では、コストを気化ポート１１０の壁部のコーティングにコストをかけることを避けることが望ましい。したがって、コーティングが付着されている場合には、気化ポートがコーティングプロセス中にマスクされないで被覆され得る。１つの実施例では、任意の表面コーティング１２８は疎水性のコーティングである。他の実施例では、任意の表面コーティング１２８は親水性のコーティングである。他の実施例では、任意の表面コーティング１２８は、疎水性コーティングと親水性コーティングの組合せである。１つの実施例では、疎水性コーティングがフルオロポリマー又は他の材料で構成されることが可能である。１つの実施例では、任意の表面コーティング１２８は、化学的単層で構成されることが可能である。１つの実施例では、疎水性コーティングは親水性の液体をはじくことができるとともに、構造部の外側を湿潤させることによって親水性の液体を最小化することが可能である。１つの実施例では、親水性コーティングは、疎水性の液体をはじくことができるとともに、構造部の外側を湿潤させることによって疎水性の液体を最小化することが可能である。
【００８５】
図１４ｃには、任意の保護層１２６が、加熱要素１０８を包囲する任意の保護層１２６上にコーティングされた任意の表面コーティング１２８とともに加熱要素１０８を包囲するとともに、気化ポート１１０に隣接して位置し、しかし任意には気化ポート１１０上には位置していない、１つの実施例が示されている。保護層１２６は、付着される二酸化ケイ素、アモルファスシリコン又は他の材料であることができる。いくつかの実施例では、保護層１２６は、加熱要素１０８の材料とその下の構造部１００の材料の間の熱膨張の差に基づき、加熱要素１０８を離層（剥離）から保護することが可能である。いくつかの実施例では、保護層１２６が、加熱要素１０８と周囲環境１１６の間で化学的な障壁及び／又は電気的な障壁としての役割を果たすことが可能である。いくつかの実施例では、保護層１２６が加熱要素１０８に近接して配置される。いくつかの実施例では、保護層１２６が加熱要素１０８の０．５μｍ〜１ｍｍ以内に配置されている。いくつかの実施例では、保護層１２６が本質的に構造部１００を覆っている。１つの実施例では、表面コーティング１２８は、疎水性コーティングである。他の実施例では、表面コーティング１２８は、親水性コーティングである。他の実施例では、表面コーティングは、疎水性コーティングと親水性コーティングの組合せである。１つの実施例では、任意の疎水性の表面コーティング１２８は、フルオロポリマー又は他の材料で構成されることができる。１つの実施例では、任意の疎水性の表面コーティング１２８は、親水性の液体をはじくことができるとともに、構造部の外側を湿潤させることによって親水性の液体を最小化することが可能である。１つの実施例では、親水性の表面コーティング１２８は、疎水性の液体をはじくことができるとともに、構造部の外側を湿潤させることによって疎水性の液体を最小化することが可能である。
【００８６】
図１４ｄには、任意の表面コーティング１２８が、構造部１００の内側にコーティングされているとともに気化ポート１１０及び液体源範囲１１２に隣接して配置されている１つの実施例が示されている。例示的な実施例では、任意の表面コーティング１２８は、疎水性コーティングである。疎水性のコーティングは、疎水性の液体が疎水性コーティングを湿潤させるように適合され得る。他の実施例では、任意の表面コーティング１２８は親水性コーティングであり、その結果、親水性の液体が親水性コーティングを湿潤する。他の実施例では、任意の表面コーティング１２８は、疎水性コーティングと親水性コーティングの組合せである。１つの実施例では、疎水性コーティングは、フルオロポリマー又は他の材料で構成されることができる。１つの実施例では、任意の表面コーティング１２８は、化学的単層で構成されることができる。１つの実施例では、疎水性コーティングは、疎水性の液体によって構造部１００及び気化ポート１１０の内側を湿潤させることを許容しつつ、親水性の液体をはじくことができるとともに、構造部１００及び気化ポート１１０の内側を湿潤させることによって親水性の液体を最小化することが可能である。１つの実施例では、親水性コーティングは、疎水性の液体をはじくことができるとともに、構造部１００及び気化ポート１１０の内側を湿潤させることによって疎水性の液体を最小化することが可能である。
【００８７】
図１４ｄには、熱エネルギーを構造部へ加えるために用いられ得る任意の構造ヒータ２１０を有する例示的な実施例が示されている。任意の構造ヒータは、薄膜抵抗加熱要素又は他のタイプの加熱要素であり得る。構造部からの熱エネルギーは、固体材料２１２を加熱するために用いられ得る。固体材料２１２は、固体ワックス、ワックス状の物質又は他のタイプの固体材料であり得る。固体材料２１２は、構造部１００と熱的に接続されている。構造部１００からの熱エネルギーの適切な適用により、固体材料２１２は、液体源範囲１１２を占有し得る液体へコントロール可能に溶融することが可能である。任意の表面コーティング１２８は、液体源範囲１１２を占有する液体が構造部１００及び気化ポートを湿潤させることができるように選択されることが可能である。加熱要素１０８に給電されると、液体源１１２からの液体が気化ポート１１０において気化され、その結果、蒸気が周囲環境１１６へ放出され得る。
【００８８】
ここに記載されている実施例は、代表的なものである。変更、再構成、代替的なプロセス、材料などがこれらの実施例に対してなされ得るとともに、ここで明らかにされる示唆の範囲内にある。
【００８９】
それ以外に具体的に明言されていないか、又は用いられるように文脈内でそれ以外に理解されない限り、他の文言との間での「可能である」、「あり得る」、「できる」、「例えば」及びこれに類するもののような、ここで使用される条件的な言い回しは、一般に、所定の実施例が所定の特徴、要素及び／又は状態を含み、他の実施例は所定の特徴、要素及び／又は状態を含まないことを伝えることが意図されている。したがって、このような条件的な言い回しは、一般に、特徴、要素及び／又は状態が１つ又は複数の実施例にとって多少なりとも必要であること、又は１つ又は複数の実施例が著者の提供を有するか、又はこれを有することなく、これら特徴、要素及び／又は状態が何らかの特定の実施例に含まれるかどうか、又は何らかの特定の実施例で実行されるべきかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを暗に意味することは意図されていない。「構成する」、「含む」、「有する」、「関係する」及びこれに類する用語は、同意語であり、制限のない態様で包括的に用いられるとともに、追加的な要素、特徴、動き、動作などを排除するものではない。また、「又は」という用語も、包括的な意味合いで（排除する意味合いではなく）用いられているため、例えば、要素のリスト（一覧）に結び付けて用いられる場合には、「又は」という用語は、リストにおける１つの要素、いくつかの要素又は全ての要素を意味する。
【００９０】
「Ｘ，Ｙ又はＺのうち少なくとも１つ」という文章のような離接的（分離的）な言い回しは、そのほかに明確に述べられていない限り、さもなければ、一般に、物品、用語などがＸ，Ｙ若しくはＺのいずれか又はこれらの組合せ（例えばＸ，Ｙ及び／又はＺ）であり得ることを表すために用いられる文脈によって理解される。したがって、このような離接的な言い回しは、一般に、所定の実施例がそれぞれ表される少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ又は少なくとも１つのＺを必要とすることを暗に示すことを意図するものではなく、暗に示すべきものでもない。
【００９１】
「約」又は「およそ」及びこれに類する用語は、同意語であり、この用語によって修飾される値がこれに関連して理解される範囲を有していることを示すために用いられ、この範囲は、±２０％、±１５％、±１０％、±５％又は±１％であり得る。「本質的に」という用語は、結果（例えば測定値）が目標値に近いことを示すために用いられており、近いとは、例えば結果が値の８０％以内、値の９０％以内、値の９５％以内又は値の９９％以内であることを意味し得る。
【００９２】
そのほかに明確に述べられていない限り、「ａ」又は「ａｎ」のような冠詞は、１つ又は複数の上記物品を含むと一般に解釈されるべきである。したがって、「〜と設定された（１つの）装置」のような文章は、１つ又は複数の列挙された装置を含むことを意図している。このような１つ又は複数の列挙された装置は、述べられた列挙を実行するためにまとめて設定されることも可能である。例えば、「列挙Ａ，Ｂ及びＣを実行するために設定された１つの要素」は、列挙Ｂ及びＣを実行するために設定された第２の要素と合わせて動作する列挙Ａを実行するために設定された第１の要素を含み得る。
【００９３】
上述の詳細な説明が示され、記述され、例示的な実施例へ適用されるものとしての新規な特徴を指摘するとしても、開示の本質を逸脱せずに、図示の装置又は方法の形態及び詳細における様々な省略、代用及び変更を行うことが可能であると理解される。認められるように、ここに記載された所定の実施例は、ここで明らかにされた全ての特徴及び利益を提供しない形態内において具体化され得る。なぜなら、いくつかの特徴がほかのものとは別に用いられるか、又は実行され得るためである。特許請求の範囲と同等な意味及び範囲内にある全ての変更は、特許請求の範囲内に包含されるべきである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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