CN108215501A - 流体分配装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体分配装置，包括：本体，包括基底壁、内部周边壁，基底壁具有外部基底表面，内部周边壁具有周边端部表面且从基底壁延伸以界定腔室；喷射芯片，安装到本体的芯片安装表面，其中芯片安装表面界定第一平面；膜片，与腔室的周边端部表面接合；以及盖，附装到本体，其中膜片夹置在盖与本体之间，本体及盖在盖与本体的接合处界定裂缝。通过上述结构，裂缝被定位成远离芯片安装表面及流体通道，以使制造后问题最小化。

Description

流体分配装置
技术领域
本发明涉及流体分配装置，且更具体来说，涉及一种具有盖-本体裂缝设计的流体分配装置，例如微流体分配装置。
背景技术
一种类型的微流体分配装置(例如喷墨打印头)被设计成包括例如泡沫或毡等的毛细管构件，以对反压力进行控制。在此种类型的打印头中，仅有的自由流体存在于滤网与喷射装置之间。如果流体发生沉淀或离析，则几乎不可能将毛细管构件中所容纳的流体重新混合。
另一种类型的打印头在此项技术中被称为自由流体型打印头，其具有可移动壁，所述可移动壁受到弹簧弹顶以在打印头的喷嘴处维持反压力。一种类型的弹簧弹顶式可移动壁使用可变形偏转囊袋来一体地形成弹簧及壁。惠普公司(Hewlett-Packard Company)早期的打印头设计使用位于容器盖与本体之间呈顶针形囊袋形式的圆形/圆柱形可变形橡胶件。顶针形囊袋通过使囊袋材料随着油墨被递送到打印头芯片而变形在由顶针形囊袋界定的墨盒中维持反压力。更具体来说，在此种设计中，本体是相对平坦的，且打印头芯片在本体的与顶针形囊袋相对的侧上贴合到相对平坦本体的外部上。顶针形囊袋是细长圆柱体状结构，其具有接合平坦本体的远侧密封边沿以形成墨盒。因此，在此种设计中，顶针形囊袋的密封边沿平行于打印头芯片。容器盖及顶针形囊袋的中心纵向轴线延伸穿过打印头芯片及本体的对应芯片槽的位置。顶针形囊袋的偏转会使其在自身上(即，围绕并朝向中心纵向轴线向内)塌陷。
此项技术中需要一种具有盖-本体裂缝设计的流体分配装置，所述流体分配装置具有由本体的内部周边壁界定的流体腔室且具有与所述本体的所述内部周边壁的端部表面接合的膜片。
发明内容
本发明提供一种具有盖-本体裂缝设计的流体分配装置，所述流体分配装置具有由本体的内部周边壁界定的流体腔室且具有与所述本体的所述内部周边壁的端部表面接合的膜片。
鉴于上述内容且根据本发明的一个方面，本发明提供一种流体分配装置，包括：本体，包括基底壁、内部周边壁，所述基底壁具有外部基底表面，所述内部周边壁具有周边端部表面且从所述基底壁延伸以界定腔室；喷射芯片，安装到所述本体的芯片安装表面，其中所述芯片安装表面界定第一平面；膜片，与所述腔室的所述周边端部表面接合；以及盖，附装到所述本体，其中所述膜片夹置在所述盖与所述本体之间，所述本体及所述盖在所述盖与所述本体的接合处界定裂缝。
在上述发明中，所述膜片可包括圆顶部分，且所述盖具有容置所述圆顶部分的盖部分。
在上述发明中的任一项中，距离A与距离C之比可处于20％至80％的范围中，所述距离A是从所述本体的所述基底壁的所述外部基底表面到所述喷射芯片的中心，所述距离C是从所述本体的所述基底壁的所述外部基底表面到所述本体的外部壁的顶部处所述裂缝的位置，且所述距离A可小于所述距离C。
在上述发明中的任一项中，所述距离A与距离B之比可处于20％至80％的范围中，所述距离B是从所述本体的所述基底壁的所述外部基底表面到所述本体的所述腔室的所述内部周边壁的所述周边端部表面，且所述距离A可小于所述距离B。
在上述发明中的任一项中，所述距离C与距离D之比可处于40％至95％的范围中，所述距离D是从所述本体的所述基底壁的所述外部基底表面到所述盖的所述凹陷区的顶部，所述凹陷区容置所述膜片的所述圆顶部分，且所述距离C可小于所述距离D。
在上述发明中的任一项中，所述距离B与距离D之比可处于40％至95％的范围中，所述距离D是从所述本体的所述基底壁的所述外部基底表面到所述盖的所述凹陷区的顶部，所述凹陷区容置所述膜片的所述圆顶部分，且所述距离B可小于所述距离D。
在上述发明中的任一项中，所述膜片的偏转轴线可实质上垂直于所述喷射芯片的流体喷射方向。
在上述发明中的任一项中，所述膜片可具有偏转轴线，且所述圆顶部分具有圆顶顶冠，且所述圆顶顶冠被构造成在所述圆顶部分沿所述偏转轴线移位期间变为凹形。
在上述发明中的任一项中，所述膜片具有偏转轴线，并且所述圆顶部分具有圆顶顶冠，且所述圆顶顶冠可沿所述偏转轴线移动。
在上述发明中的任一项中，所述盖可封盖在所述膜片之上以在所述盖与所述膜片之间形成圆顶通气腔室，所述本体及所述盖中的至少一个可具有与所述圆顶通气腔室并与所述流体分配装置外部的大气进行流体连通的至少一个通气开口。
在上述发明中的任一项中，所述本体可具有远离所述基底壁延伸的外部壁，且所述芯片安装表面配置在所述外部壁上。
在上述发明中的任一项中，所述基底壁可沿正交于所述第一平面的第二平面定向。
在上述发明中的任一项中，所述盖可具有凹陷内部顶板、内部定位唇缘及膜片按压表面。所述凹陷内部顶板可界定凹陷区，所述凹陷区容置所述膜片的所述圆顶部分。
在上述发明中的任一项中，所述膜片可具有被构造成环绕所述圆顶部分的周边定位边沿及被构造成环绕所述圆顶部分的外部周边边沿。
附图说明
通过参照以下结合附图对本发明实施例进行的说明，本发明的上述以及其他特征及优点及其实现方式将变得更加显而易见，且本发明将更好理解，附图中：
图1是在包含外部磁场产生器的环境中，根据本发明的微流体分配装置的实施例的立体图。
图2是图1所示微流体分配装置的另一立体图。
图3是图1及图2所示微流体分配装置的俯视正交视图。
图4是图1及图2所示微流体分配装置的侧视正交视图。
图5是图1及图2所示微流体分配装置的端视正交视图。
图6是图1及图2所示微流体分配装置的分解立体图，其被定向成沿朝向喷射芯片的方向向本体的腔室中观看。
图7是图1及图2所示微流体分配装置的另一分解立体图，其被定向成沿远离喷射芯片的方向观看。
图8是沿图5所示线8-8所截取的图1所示微流体分配装置的剖视图。
图9是沿图5所示线9-9所截取的图1所示微流体分配装置的剖视图。
图10是图1所示微流体分配装置的立体图，其中端帽及盖被拆卸以暴露出本体/膜片总成。
图11是图10示出内容的立体图，其中膜片被拆卸以相对于第一平面及第二平面以及流体喷射方向暴露出本体中所容纳的导引部分及搅拌棒。
图12是图11所示本体/导引部分/搅拌棒构造的正交视图，其是沿进入腔室的本体朝向本体的基底壁的方向观看。
图13是容纳导引部分及搅拌棒的图11所示本体的正交端视图，其是沿朝向本体的外部壁及流体开口的方向观看。
图14是沿图13所示线14-14所截取的图12及图13所示本体/导引部分/搅拌棒构造的剖视图。
图15是沿图13所示线15-15所截取的图12及图13所示本体/导引部分/搅拌棒构造的放大剖视图。
图16是图12示出内容的放大图，其中导引部分被拆卸以暴露出驻存在本体的腔室中的搅拌棒。
图17是图1所示微流体分配装置的俯视图，其与图10所示立体图对应，其中端帽及盖被拆卸以示出位于本体上的膜片的俯视图。
图18是图17所示膜片的仰视立体图。
图19是图17及图18所示膜片的仰视图。
图20是图6至图9所示盖的仰视立体图。
图21是图6至图9及图20所示盖的仰视图。
图22是沿图5所示线9-9所截取的图1所示微流体分配装置的放大剖视图，其用于辨识图1所示微流体分配装置的一种优选设计的某些组件的位置的距离范围。
图23是与图22的一部分对应的另一放大剖视图，其示出在将盖焊接到本体之前微流体分配装置的组件位置。
图24是与图22的一部分对应的另一放大剖视图，其示出在初始的将盖焊接到本体的中间阶段期间微流体分配装置的组件位置。
图25是与图22的一部分对应的另一放大剖视图，其示出在随后的将盖焊接到本体的中间阶段期间微流体分配装置的组件位置。
图26是与图22的一部分对应的另一放大剖视图，其示出在焊接工艺结束时微流体分配装置的组件位置，其中盖被牢固地附装到本体。
图27是示出对图23至图26所示设计的修改的剖视图，其中盖的膜片按压表面具有面向下的周边突出部，所述面向下的周边突出部接合膜片的外部周边边沿。
图28是曲线图，其示出图1至图26所示微流体分配装置的理想反压力范围且绘制两种膜片设计的压力-可递送流体曲线。
图29A是图1至图26所示微流体分配装置的膜片的俯视图。
图29B是沿图29A所示线29B-29B所截取的图29A所示膜片的剖视图。
图29C是图29B所示剖视图的一部分的放大图。
图30A是供与图1至图26所示微流体分配装置一起使用的替代膜片的俯视图。
图30B是沿图30A所示线30B-30B所截取的图30A所示膜片的剖视图。
图30C是图30B所示剖视图的一部分的放大图。
图31A是供与图1至图26所示微流体分配装置一起使用的另一替代膜片的俯视图。
图31B是沿图31A所示线31B-31B所截取的图31A所示膜片的剖视图。
图31C是图31B所示剖视图的一部分的放大图。
在所有数个视图中，对应参考字符表示对应部件。本文中所述的示例说明本发明的实施例，且此种示例决不应被解释为限制本发明的范围。
[符号的说明]
8-8、9-9、14-14、15-15、29B-29B、30B-30B、31B-31B：线
110：微流体分配装置
112：壳体
114：带式自动结合电路
116：柔性电路
118：喷射芯片
120：喷射喷嘴
120-1：流体喷射方向
122：本体
122-1：填充孔
122-2：下部通道/通道
122-3：内部凹陷表面
122-4：外部边沿
122-5：上部内侧壁
122-6：下部内侧壁
122-7：内周边侧壁
124、220：盖
124-1：通气孔
124-2：内部顶板
124-3：凹陷区
124-4、124-5：圆顶通气路径
124-6、124-7：侧通气开口
126：端帽
128：填充插塞
130、260、280：膜片
130-1、260-1、280-1：圆顶部分
130-2：外部周边边沿
130-3：圆顶偏转部分
130-4、260-4、280-4：圆顶侧壁
130-5、260-5、280-5：圆顶过渡部分
130-6、260-6、280-6：圆顶顶冠
130-7、130-8、130-9、130-10：蹼片部分/中心隅角蹼片130-11：轻微圆形凹进区
131-2：内部周边定位边沿
131-4：中间内部凹进区
131-6：连续周边密封表面
132：搅拌棒
132-1、132-2、132-3、132-4：浆叶
132-5：自由端部尖端
132-6：前斜面表面
132-7：后斜面表面
134：导引部分
136：流体贮存器
136-1：近侧连续1/3容积部分/近侧连续1/3部分
136-2：中心连续1/3容积部分
136-3：远侧连续1/3容积部分/远侧连续1/3部分
136-4：连续2/3容积部分
138：基底壁
138-1：圆形凹陷区
140：外部周边壁
140-1：外部壁
140-2：芯片安装表面
140-3：流体开口
142、146：平面
144：粘性密封条
148：腔室
148-1：横向开口
150：内部周边壁
150-1：近端
150-2：远端
150-3：周边端部表面
152：流体入口
152-1：斜面入口斜坡
154：流体出口
154-1：斜面出口斜坡
156：流体通道
156-1：通道入口
156-2：通道出口
156-3：凸拱形壁
156-4、156-5：过渡半径
158：通道中点
160：旋转轴线
160-1：旋转方向
162：磁体
164：外部磁场产生器
166：环状构件
166-1：第一环状表面
166-2：第二环状表面
166-3：开口
166-4：环状局限表面
168-1、168-2：定位特征
170、172：偏移构件
172-1：保持特征/第一保持特征174：笼状结构
176：中心轴线
178：偏移分支
180：轴向约束部分
182：第二保持特征
184：流控制部分
184-1：流分离特征
184-2：流重汇合特征
184-3：凹拱形表面
188：偏转轴线
190：内部定位唇缘
192：膜片按压表面
194：外部定位唇缘
194-1：膜片定位特征
196：圆顶通气腔室
198、200：凸肋
202：裂缝
204：周边间隙
206、208、210、212：距离214：外部基底表面
216：盖124的一部分
218：牺牲材料
222：周边突出部
230：理想反压力范围
232：寿命
234：曲线
236：曲线/操作曲线/压力-可递送流体曲线
240、266：弯曲延伸部
242、246、250、262、272、282、286、290：笔直延伸部
244、248、264、270、284、288：垂直线偏离夹角
268：钟形渐扩部分
IP1：内周边
OP1、OP2：外周边
具体实施方式
现在参照附图，且更具体来说参照图1至图16，其示出流体分配装置，在本实例中，即根据本发明实施例的微流体分配装置110。
参照图1至图5，微流体分配装置110总体上包括壳体112及带式自动结合(tapeautomated bonding，TAB)电路114。微流体分配装置110被构造成容纳一定量的流体(例如含有颗粒材料的流体)，且带式自动结合电路114被构造成便于从壳体112喷射流体。所述流体可例如为化妆品、润滑剂、涂料、油墨等。
还参照图6及图7，带式自动结合电路114包括柔性电路116，喷射芯片118机械地且电性地连接到柔性电路116。柔性电路116提供与例如喷墨打印机等电驱动器装置(图中未示出)的电连接，所述电驱动器装置被配置成操作喷射芯片118以喷射在壳体112内容纳的流体。在本实施例中，喷射芯片118被构造为板状结构，如此项技术中众所周知，所述板状结构具有总体上形成为喷嘴板层及硅层的平坦延伸部。喷射芯片118的喷嘴板层具有多个喷射喷嘴120，所述多个喷射喷嘴120被定向成使得流体喷射方向120-1实质上正交于喷射芯片118的平坦延伸部。在喷射芯片118的硅层处具有与喷射喷嘴120中的每一个相关联的喷射机构，例如电加热器(热)装置或压电(机电)装置。此种喷射芯片118及驱动器的操作在微流体喷射技术中(例如在喷墨打印中)是众所周知的。
本文中所使用的用语“实质上正交”及“实质上垂直”中的每一个被定义成意指两个元件之间90度±10度的角度关系。用语“实质上平行”被定义成意指两个元件之间0度±10度的角度关系。
如图6及图7中最佳所示，壳体112包括本体122、盖124、端帽126及填充插塞128(例如，球)。在壳体112内容纳有膜片130、搅拌棒132及导引部分134。壳体112组件、搅拌棒132及导引部分134中的每一个可使用模制工艺由塑料来制成。膜片130是使用适当的模制工艺由弹性体材料(例如橡胶或热塑性弹性体(thermoplastic elastomer，TPE))来制成。此外，在本实施例中，填充插塞128可呈不锈钢滚珠轴承的形式。
还参照图8及图9，一般来说，经由本体122(也参见图6)中的填充孔122-1将流体(图中未示出)装载到本体122与膜片130之间的被密封区(即，流体贮存器136)中。设定且然后通过以下操作来维持流体贮存器136中的反压力：将填充插塞128插入(例如，按压)到填充孔122-1中，以防止空气泄漏到流体贮存器136中或防止流体从流体贮存器136泄漏出。然后，将端帽126放置到本体122/盖124组合的与喷射芯片118相对的端部上。搅拌棒132驻存在本体122与膜片130之间容纳流体的被密封流体贮存器136中。可通过使搅拌棒132旋转在流体贮存器136内产生内部流体流，以在流体贮存器136的被密封区内实现流体混合以及颗粒在流体中的重新散布。
现在还参照图10至图16，壳体112的本体122具有基底壁138及与基底壁138相连的外部周边壁140。外部周边壁140被定向成从基底壁138沿实质上正交于基底壁138的方向延伸。盖124被构造成接合外部周边壁140。因此，外部周边壁140夹置在基底壁138与盖124之间，其中盖124通过焊接、粘合剂或其他紧固机制(例如搭扣配合或螺纹联接头)附装到外部周边壁140的敞露自由端部。将盖124附装到本体122是在将膜片130、搅拌棒132及导引部分134安装在本体122中之后进行。
本体122的外部周边壁140包括外部壁140-1，外部壁140-1是外部周边壁140的相连部分。外部壁140-1具有界定平面142的芯片安装表面140-2(参见图11及图12)，且具有邻近芯片安装表面140-2的流体开口140-3，流体开口140-3穿过外部壁140-1的厚度。喷射芯片118是例如通过粘性密封条144(参见图6及图7)安装到芯片安装表面140-2，且与外部壁140-1的流体开口140-3(参见图13)进行流体连通。因此，喷射芯片118的平坦延伸部是沿平面142定向，其中所述多个喷射喷嘴120被定向成使得流体喷射方向120-1实质上正交于平面142。基底壁138是沿与外部壁140-1的平面142实质上正交的平面146(参见图11)定向。如图6、图15及图16中最佳所示，基底壁138可在搅拌棒132的所期望位置附近包括圆形凹陷区138-1。
参照图11至图16，壳体112的本体122还包括位于由外部周边壁140界定的边界内的腔室148。腔室148形成流体贮存器136的一部分并被构造成界定内部空间，且具体来说，包括基底壁138并具有内部周边壁150，内部周边壁150被构造成具有圆形隅角以促进流体在腔室148中流动。腔室148的内部周边壁150具有由近端150-1及远端150-2限界的延伸部。近端150-1与基底壁138相连且可形成与基底壁138的过渡半径。此种边缘半径可通过减少尖锐隅角的数目而促进混合效果。远端150-2被构造成在腔室148的横向开口148-1处界定周边端部表面150-3。周边端部表面150-3可如图所示包括单个周边凸肋或波纹部或者多个周边凸肋或波纹部，以为与膜片130的接合提供有效密封表面。腔室148的内部周边壁150的延伸部实质上正交于基底壁138，且实质上平行于外部周边壁140(参见图6)的对应延伸部。
如图15及图16中最佳所示，腔室148具有流体入口152及流体出口154，其二者中的每一个均形成在内部周边壁150的一部分中。用语“入口”及“出口”是用于在本实施例的多个孔口之间进行区分的方便用语，且与搅拌棒132的特定旋转方向相关。然而，应理解，正是搅拌棒132的旋转方向决定了特定孔口是充当入口还是出口，且在本发明的范围可反转搅拌棒132的旋转方向并因此反转各相应孔口在腔室148内的作用。
流体入口152沿内部周边壁150的一部分与流体出口154分隔开一定距离。如图15及图16中最佳所示，总的来看，壳体112的本体122包括流体通道156，流体通道156夹置在腔室148的内部周边壁150的所述部分与外部周边壁140的承载喷射芯片118的外部壁140-1之间。
流体通道156被构造成使在喷射芯片118的区中沉淀的颗粒最小化。例如使用经验数据来设定流体通道156的尺寸，以提供所期望流率，同时也维持对于经由流体通道156进行流体混合来说可接受的流体速度。
在本实施例中，参照图15，流体通道156被构造为具有通道入口156-1及通道出口156-2的U形细长通路。对流体通道156的尺寸(例如，高度及宽度)及形状进行选择，以提供对于便于进行通道内搅拌来说所期望的流体流量与流体速度组合。
流体通道156被构造成将腔室148的流体入口152与腔室148的流体出口154连接成流体连通，且也将外部周边壁140的外部壁140-1的流体开口140-3与腔室148的流体入口152及流体出口154二者连接成流体连通。具体来说，流体通道156的通道入口156-1是邻近腔室148的流体入口152定位，且流体通道156的通道出口156-2是邻近腔室148的流体出口154定位。在本实施例中，腔室148的流体入口152的结构与流体出口154的结构是对称的。
流体通道156具有位于通道入口156-1与通道出口156-2之间的凸拱形壁156-3，其中流体通道156关于通道中点158对称。继而，流体通道156的凸拱形壁156-3在内部周边壁150的与腔室148的内部空间相对的侧上位于腔室148的流体入口152与流体出口154之间，其中凸拱形壁156-3被定位成面向外部壁140-1的流体开口140-3以及喷射芯片118。
凸拱形壁156-3被构造成穿过流体通道156形成实质上平行于喷射芯片118的流体流。在本实施例中，凸拱形壁156-3的纵向延伸部具有面向流体开口140-3并实质上平行于喷射芯片118的半径，且具有分别邻近通道入口156-1及通道出口156-2定位的过渡半径156-4、156-5。凸拱形壁156-3的所述半径及过渡半径156-4、156-5促进流体流动效率。凸拱形壁156-3与流体喷射芯片118之间的距离在通道中点158处是最窄的，通道中点158与喷射芯片118的纵向延伸部的中点重合且继而与外部壁140-1的流体开口140-3的纵向延伸部的中点重合。
腔室148的流体入口152及流体出口154中的每一个具有斜面斜坡结构，所述斜面斜坡结构被构造成使得流体入口152及流体出口154中的每一个在朝向流体通道156的相应方向上会聚。具体来说，腔室148的流体入口152具有斜面入口斜坡152-1，斜面入口斜坡152-1被构造成使得流体入口152在朝向流体通道156的通道入口156-1的方向上会聚(即，变窄)，且腔室148的流体出口154具有斜面出口斜坡154-1，斜面出口斜坡154-1在远离流体通道156的通道出口156-2的方向上发散(即，变宽)。
再次参照图6至图10，膜片130位于盖124与腔室148的内部周边壁150的周边端部表面150-3之间。将盖124附装到本体122会压缩膜片130的周边，从而在膜片130与本体122之间形成连续密封。更具体来说，膜片130被构造成用于在形成流体贮存器136时与腔室148的内部周边壁150的周边端部表面150-3进行密封接合。因此，腔室148与膜片130组合地协作，以界定具有可变容积的流体贮存器136。
特别参照图6、图8及图9，膜片130的外表面经由位于盖124中的通气孔124-1与微流体分配装置110外部的大气进行通气，以便可在流体贮存器136中维持受控负压力。膜片130由弹性体材料制成，且包括圆顶部分130-1，圆顶部分130-1被构造成随着流体从微流体分配装置110被耗用而逐渐朝向基底壁138塌陷，以在腔室148中维持所期望负压力(即，反压力)且因此改变流体贮存器136的可变容积的有效容积。本文中所使用的用语“塌陷”意指陷落以屈曲、松垂或偏转。
参照图8及图9，为便于进一步解释，在下文，可将流体贮存器136的可变容积(在本文中也被称为体积区(bulk region))视为具有近侧连续1/3容积部分136-1及连续2/3容积部分136-4，连续2/3容积部分136-4由中心连续1/3容积部分136-2及远侧连续1/3容积部分136-3形成，其中中心连续1/3容积部分136-2将近侧连续1/3容积部分136-1与远侧连续1/3容积部分136-3分隔开。近侧连续1/3容积部分136-1被定位成比由中心连续1/3容积部分136-2及远侧连续1/3容积部分136-3形成的连续2/3容积部分136-4距喷射芯片118更近。
参照图6至图9及图16，搅拌棒132驻存在流体贮存器136及腔室148的可变容积中，且位于由腔室148的内部周边壁150界定的边界内。搅拌棒132具有旋转轴线160及远离旋转轴线160径向延伸的多个浆叶132-1、132-2、132-3、132-4。搅拌棒132具有磁体162(参见图8)，例如永久磁体，磁体162被配置成用于与外部磁场产生器164(参见图1)相互作用，以驱动搅拌棒132围绕旋转轴线160旋转。搅拌棒132的操作原理是，在磁体162对准由外部磁场产生器164产生的足够强的外部磁场时，则以受控方式使由外部磁场产生器164产生的外部磁场旋转将会使搅拌棒132旋转。可类似于步进马达的操作以电子方式使由外部磁场产生器164产生的外部磁场旋转，或者可通过旋转轴使所述外部磁场旋转。因此，通过使搅拌棒132围绕旋转轴线160旋转，搅拌棒132会有效地在流体贮存器136中实现流体混合。
体积区中的流体混合依赖于通过使搅拌棒132旋转而引起流动速度以在颗粒的沉淀边界层处形成剪切应力。当剪切应力大于临界剪切应力(凭经验确定)以使微粒开始移动时，便会发生重新混合，因为已沉淀的微粒现在散布在移动的流体中。剪切应力取决于以下二者：流体参数，例如粘度、粒径及密度；以及机械设计因素，例如容器形状、搅拌棒132的几何形状、移动表面与静止表面之间的流体厚度、及旋转速度。
此外，通过使搅拌棒132在与喷射芯片118相关联的流体区(例如，近侧连续1/3容积部分136-1及流体通道156)中旋转来产生流体流，从而确保将被混合的体积流体呈现到喷射芯片118以用于喷嘴喷射，且使邻近喷射芯片118的流体移动到流体贮存器136的体积区以确保流经流体通道156的通道流体与流体贮存器136的体积流体混合，从而产生更均匀的混合物。虽然此种流动本质上主要是散布，但如果流动速度足以形成高于临界值的剪切应力，则将会发生某种程度的混合。
搅拌棒132主要使流体围绕与搅拌棒132的旋转轴线160相关联的中心区发生旋转流动，在中心返回路径内具有呈局部环状流型的某一轴向流动。
参照图16，搅拌棒132的所述多个浆叶132-1、132-2、132-3、132-4中的每一浆叶具有相应自由端部尖端132-5。为降低旋转阻力，每一浆叶可包括成对的对称的上部倒角表面与下部倒角表面，从而相对于搅拌棒132的旋转方向160-1形成前斜面表面132-6及后斜面表面132-7。本发明还设想出，搅拌棒132的所述多个浆叶132-1、132-2、132-3、132-4中的每一个可具有药丸形状或圆柱体形状。在本实施例中，搅拌棒132具有两对径向对置浆叶，其中所述径向对置浆叶中的第一浆叶具有第一自由端部尖端132-5，且所述径向对置浆叶中的第二浆叶具有第二自由端部尖端132-5。
在本实施例中，形成两对径向对置浆叶的四个浆叶围绕旋转轴线160以90度增量等距间隔开。然而，搅拌棒132的浆叶的实际数目可为两个或更多个、且优选为三个或四个、但更优选为四个，其中每一对相邻浆叶围绕旋转轴线160具有相同角度间隔。举例来说，具有三个浆叶的搅拌棒132构造可具有120度的浆叶间隔，具有四个浆叶的搅拌棒132构造可具有90度的浆叶间隔，等等。
在本实施例中，且在流体贮存器136的可变容积被划分为上述的近侧连续1/3容积部分136-1及连续2/3容积部分136-4且近侧连续1/3容积部分136-1被定位成比连续2/3容积部分136-4距喷射芯片118更近的情况下，搅拌棒132的旋转轴线160可位于距喷射芯片118更近的近侧连续1/3容积部分136-1中。换句话说，导引部分134被构造成将搅拌棒132的旋转轴线160定位在腔室148的内部空间的一部分中，所述部分构成腔室148的内部空间的容积的1/3且距流体开口140-3最近。
现在再次参照图11，搅拌棒132的旋转轴线160可被定向成相对于流体喷射方向120-1处于垂直线±45度的角度范围中。换句话说，搅拌棒132的旋转轴线160可被定向成相对于喷射芯片118的平坦延伸部(例如，平面142)处于平行线±45度的角度范围中。组合来说，搅拌棒132的旋转轴线160可被定向成相对于流体喷射方向120-1处于垂直线±45度的角度范围中且相对于喷射芯片118的平坦延伸部处于平行线±45度的角度范围中。
更优选地，旋转轴线160具有与流体喷射方向120-1实质上垂直的定向，且因此，搅拌棒132的旋转轴线160具有与喷射芯片118的平面142(即，平坦延伸部)实质上平行并与基底壁138的平面146实质上垂直的定向。此外，在本实施例中，搅拌棒132的旋转轴线160具有在围绕旋转轴线160的所有定向上与基底壁138的平面146实质上垂直且与流体喷射方向120-1实质上垂直的定向。
参照图6至图9、图11及图12，搅拌棒132的上述定向可通过导引部分134来实现，其中导引部分134也位于腔室148内流体贮存器136的可变容积中(参见图8及图9)且更具体来说位于由腔室148的内部周边壁150界定的边界内。导引部分134被构造成将搅拌棒132以预定义定向局限在腔室148的内部空间的预定部分中，并且从搅拌棒132分离出旋转流体流并使所述旋转流体流转向流体通道156的通道入口156-1。在回流侧上，导引部分134有助于将从流体通道156的通道出口156-2接收的旋转流重新组合在流体贮存器136的体积区中。
举例来说，导引部分134可被构造成将搅拌棒132的旋转轴线160定位成相对于喷射芯片118的平坦延伸部处于平行线±45度的角度范围中，且更优选地，导引部分134被构造成将搅拌棒132的旋转轴线160定位成实质上平行于喷射芯片118的平坦延伸部。在本实施例中，导引部分134被构造成将搅拌棒132的旋转轴线160的定向定位并维持成实质上平行于喷射芯片118的平坦延伸部且在围绕旋转轴线160的所有定向上实质上垂直于基底壁138的平面146。
导引部分134包括环状构件166、多个定位特征168-1、168-2、偏移构件170、172、以及笼状结构174。所述多个定位特征168-1、168-2位于环状构件166的与偏移构件170、172相对的侧上且被定位成由膜片130接合，膜片130保持使偏移构件170、172接触基底壁138。偏移构件170、172维持导引部分134在流体贮存器136中的轴向位置(相对于搅拌棒132的旋转轴线160)。偏移构件172包括保持特征172-1，保持特征172-1接合本体122以防止导引部分134在流体贮存器136中横向平移。
再次参照图6及图7，导引部分134的环状构件166具有第一环状表面166-1、第二环状表面166-2及开口166-3，开口166-3界定环状局限表面166-4。环状构件166的开口166-3具有中心轴线176。环状局限表面166-4被构造成限制搅拌棒132相对于中心轴线176径向移动。第二环状表面166-2与第一环状表面166-1相对，其中第一环状表面166-1通过环状局限表面166-4与第二环状表面166-2分隔开。还参照图9，环状构件166的第一环状表面166-1也充当位于流体入口152与流体出口154之上以及之间的连续顶板。所述多个偏移构件170、172耦合到环状构件166，且更具体来说，所述多个偏移构件170、172连接到环状构件166的第一环状表面166-1。所述多个偏移构件170、172被定位成相对于中心轴线176从环状构件166在第一轴向方向上延伸。所述多个偏移构件170、172中的每一个具有被构造成与腔室148的基底壁138接合的自由端部，以建立环状构件166相对于基底壁138的轴向偏移。偏移构件172也被定位及构造成帮助防止流体通道156中发生绕流。
所述多个偏移构件170、172耦合到环状构件166，且更具体来说，所述多个偏移构件170、172连接到环状构件166的第二环状表面166-2。所述多个偏移构件170、172被定位成相对于中心轴线176从环状构件166在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上延伸。
因此，在被组装时，定位特征168-1、168-2中的每一个具有与膜片130的周边部分接合的自由端部，且所述多个偏移构件170、172中的每一个具有与基底壁138接合的自由端部，其中基底壁138面向膜片130。
导引部分134的笼状结构174与所述多个偏移构件170、172相对地耦合到环状构件166，且更具体来说，笼状结构174具有与环状构件166的第二环状表面166-2连接的多个偏移分支178。笼状结构174具有轴向约束部分180，轴向约束部分180通过所述多个偏移分支178(如图所示，三个)在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上轴向偏离环状构件166。如图12中所示，轴向约束部分180位于环状构件166中的开口166-3的至少一部分之上，以限制搅拌棒132相对于中心轴线176在第二轴向方向上轴向移动。笼状结构174还用于在从流体贮存器136耗用流体期间发生膜片移位(塌陷)时防止膜片130接触搅拌棒132。
因此，在本实施例中，搅拌棒132被局限在由环状构件166的开口166-3及环状局限表面166-4界定的区内以及笼状结构174的轴向约束部分180与腔室148的基底壁138之间。搅拌棒132可在流体贮存器136内移动的程度由在环状局限表面166-4与搅拌棒132之间在径向方向上提供的径向容差以及在搅拌棒132与由基底壁138与轴向约束部分180的组合提供的轴向极限之间的轴向容差决定。举例来说，由导引部分134提供的径向容差及轴向容差越紧密，搅拌棒132的旋转轴线160相对于基底壁138的垂直线的偏离量就越小且搅拌棒132在流体贮存器136内从一侧到另一侧的运动就越少。
在本实施例中，导引部分134被构造为以可拆卸方式附装到壳体112的单一插入构件。导引部分134包括保持特征172-1，且壳体112的本体122包括第二保持特征182。第一保持特征172-1与第二保持特征182接合，以将导引部分134与壳体112呈固定关系地附装到壳体112的本体122。第一保持特征172-1/第二保持特征182可例如呈突片/狭槽构造的形式，或作为另一选择，呈狭槽/突片构造的形式。
参照图7及图15，导引部分134可进一步包括流控制部分184，在本实施例中，流控制部分184也用作偏移构件172。参照图15，流控制部分184具有流分离特征184-1、流重汇合特征184-2及凹拱形表面184-3。凹拱形表面184-3与流分离特征184-1及流重汇合特征184-2中的每一个共延伸且在流分离特征184-1与流重汇合特征184-2之间延伸。流分离特征184-1及流重汇合特征184-2中的每一个由相应倾斜(即，斜面)壁界定。流分离特征184-1邻近流体入口152定位，且流重汇合特征184-2邻近流体出口154定位。
邻近腔室148的流体入口152定位的流分离特征184-1的斜面壁与腔室148的流体入口152的斜面入口斜坡152-1协作，以朝向流体通道156的通道入口156-1导引流体。流分离特征184-1被构造成使得旋转流被朝向通道入口156-1引导，而非容许流体直接绕进从通道出口156-2排出的出口流体中。还参照图9及图14，与斜面入口斜坡152-1相对定位的是由环状构件166的第一环状表面166-1提供的流体顶板。流分离特征184-1与环状构件166的连续顶板及由腔室148的流体入口152的斜面入口斜坡152-1提供的斜面斜坡壁的组合帮助将流体流引导到流体通道156的通道入口156-1中。
同样地，参照图9、图14及图15，邻近腔室148的流体出口154定位的流重汇合特征184-2的斜面壁与流体出口154的斜面出口斜坡154-1协作，以远离流体通道156的通道出口156-2导引流体。与斜面出口斜坡154-1相对定位的是由环状构件166的第一环状表面166-1提供的流体顶板。
在本实施例中，流控制部分184是被形成为导引部分134的偏移构件172的单一结构。作为另一选择，流控制部分184的全部或一部分可并入到壳体112的本体122的腔室148的内部周边壁150中。
在本实施例中，如图15中最佳所示，搅拌棒132被定向成使得所述多个浆叶132-1、132-2、132-3、132-4在搅拌棒132围绕旋转轴线160旋转时周期性地面向流控制部分184的凹拱形表面184-3。搅拌棒132具有从旋转轴线160到相应浆叶的自由端部尖端132-5的搅拌棒半径。搅拌棒半径和自由端部尖端132-5与流控制部分184之间的间隙距离之比可为5∶2至5∶0.025。更具体来说，导引部分134被构造成将搅拌棒132局限在腔室148的内部空间的预定部分中。在本实例中，在所述多个浆叶132-1、132-2、132-3、132-4中的每一个的相应自由端部尖端132-5面向流控制部分184的凹拱形表面184-3时，相应自由端部尖端132-5与凹拱形表面184-3之间的距离处于2.0毫米至0.1毫米的范围中，且更具体来说，处于1.0毫米至0.1毫米的范围中。此外，已发现，优选的是，将搅拌棒132定位成尽可能靠近喷射芯片118以使穿过流体通道156的流量最大化。
此外，导引部分134被构造成将搅拌棒132的旋转轴线160定位在流体贮存器136的一部分中，使得搅拌棒132的所述多个浆叶132-1、132-2、132-3、132-4中的每一个的自由端部尖端132-5旋转地进出距喷射芯片118较近的近侧连续1/3容积部分136-1。换句话说，导引部分134被构造成将搅拌棒132的旋转轴线160定位在内部空间的一部分中，使得所述多个浆叶132-1、132-2、132-3、132-4中的每一个的自由端部尖端132-5旋转地进出腔室148的内部空间的包括流体入口152及流体出口154的近侧连续1/3容积部分136-1。
更具体来说，在其中搅拌棒132具有四个浆叶的本实施例中，导引部分134被构造成将搅拌棒132的旋转轴线160定位在内部空间的一部分中，使得两对径向对置浆叶132-1、132-3及132-2、132-4中的每一个的第一自由端部尖端132-5及第二自由端部尖端132-5交替地且分别地位于腔室148的内部空间的容积的包括流体入口152及流体出口154的近侧连续1/3部分136-1中以及内部空间的具有距喷射芯片118最远的远侧连续1/3部分136-3的连续2/3容积部分136-4中。
再次参照图6至图10，膜片130位于盖124与腔室148的内部周边壁150的周边端部表面150-3之间。还参照图16及图17，膜片130被构造成用于在形成流体贮存器136时与腔室148的内部周边壁150的周边端部表面150-3进行密封接合(参见图8及图9)。
参照图10及图17，膜片130包括圆顶部分130-1及外部周边边沿130-2。圆顶部分130-1包括圆顶偏转部分130-3、圆顶侧壁130-4、圆顶过渡部分130-5、圆顶顶冠130-6、及四个蹼片(web)部分，所述四个蹼片部分被单独地辨识为中心隅角蹼片130-7、中心隅角蹼片130-8、中心隅角蹼片130-9、及中心隅角蹼片130-10。圆顶偏转部分130-3及四个蹼片部分130-7、130-8、130-9、130-10将圆顶部分130-1接合到外部周边边沿130-2。在图10所示定向中，圆顶顶冠130-6在圆顶顶冠130-6的最右部分中包括轻微圆形凹进区130-11，轻微圆形凹进区130-11是在模制膜片130期间形成的制造特征且不会影响膜片130的操作。
如将在下文更详细地阐述，在本实施例中，膜片130被构造成使得在从流体贮存器136耗用流体期间膜片130塌陷时，圆顶部分130-1的移位是均匀的，其中在从膜片130的外侧观看时，膜片130的圆顶顶冠130-6变为凹形，且圆顶部分130-1的塌陷(即，移位)方向是沿偏转轴线188，偏转轴线188实质上垂直于流体喷射方向120-1(还参见图11)、实质上垂直于基底壁138的平面146且实质上平行于芯片安装表面140-2的平面142。在本实施例中，偏转轴线188的位置实质上对应于圆顶部分130-1的中心区。换句话说，在从流体贮存器136耗用流体期间膜片130塌陷时，膜片130的圆顶部分130-1的圆顶顶冠130-6的移动方向是沿偏转轴线188朝向基底壁138，并且实质上垂直于流体喷射方向120-1、实质上垂直于基底壁138的平面146且实质上平行于芯片安装表面140-2的平面142。
此外，如图6至图10及图17中所示，微流体分配装置110被构造成使得在形成流体贮存器136时，膜片130被定向成跨越腔室148的最大表面积延伸。因此，有利地，为在流体贮存器136中维持所期望反压力而需要使膜片130的圆顶顶冠130-6移动的量小于在膜片以某种方式安装在本体122的侧壁位置处的情况下将需要的量。
图18及图19示出膜片130的仰(即，内部)视图，其中示出了内部周边定位边沿131-2、圆顶偏转部分130-3的内部、以及夹置在内部周边定位边沿131-2与圆顶偏转部分130-3之间的中间内部凹进区131-4。内部周边定位边沿131-2帮助将膜片130相对于本体122定位。中间内部凹进区131-4的基底界定连续周边密封表面131-6。参照图16至图19，连续周边密封表面131-6具有环绕腔室148的平坦延伸部，且所述平坦延伸部实质上平行于基底壁138的平面146并实质上垂直于平面142(参见图11)。因此，在从流体贮存器136耗用流体期间膜片130塌陷时，膜片130的圆顶顶冠130-6的移动方向实质上垂直于连续周边密封表面131-6的平坦延伸部。圆顶偏转部分130-3在圆顶侧壁130-4与连续周边密封表面131-6之间界定波纹状过渡，如将在下文更详细地阐述。
在本实施例中，举例来说，内部周边定位边沿131-2、中间内部凹进区131-4/连续周边密封表面131-6及圆顶偏转部分130-3可相对于彼此同心排列。在本实施例中，参照图19，连续周边密封表面131-6的外周边OP1的外周边形状与内部周边定位边沿131-2的外周边形状重合。参照图17及图19，外部周边边沿130-2的内周边IP1的内周边形状对应于连续周边密封表面131-6的内周边形状(图19)，但内周边IP1不与圆顶偏转部分130-3的外周边OP2的外周边形状重合，因为各相应弯曲隅角具有不同弯曲形状，例如，因具有不同半径。因此，并且参照图17，在连续周边密封表面131-6的内周边的内周边形状与圆顶偏转部分130-3的外周边的外周边形状之间的每一相应弯曲隅角处，界定有膜片130的中心隅角蹼片130-7、130-8、130-9及130-10中的相应一个。
还参照图16及图23至图26，本体122包括阶状构造，所述阶状构造包括下部通道122-2、内部凹陷表面122-3及外部边沿122-4。外部边沿122-4具有在所示定向中向下延伸且垂直地在内部凹陷表面122-3的外边缘处终止的上部内侧壁122-5。通道122-2具有在所示定向中向上延伸且垂直地在内部凹陷表面122-3的内边缘处终止的下部内侧壁122-6。因此，上部内侧壁122-5及下部内侧壁122-6中的每一个实质上垂直于内部凹陷表面122-3，其中上部内侧壁122-5相对于下部内侧壁122-6横向偏移达内部凹陷表面122-3的宽度，且上部内侧壁122-5与下部内侧壁122-6通过内部凹陷表面122-3垂直地偏移。
通道122-2进一步包括内周边侧壁122-7，内周边侧壁122-7也形成内部周边壁150的外周边表面部分且相对于下部内侧壁122-6横向向内间隔开，使得内周边侧壁122-7是通道122-2的最内侧壁且下部内侧壁122-6是通道122-2的最外侧壁。具体来说，具有下部内侧壁122-6及内周边侧壁122-7的通道122-2在本体122中围绕本体122的周边端部表面150-3界定凹陷路径，其中内周边侧壁122-7垂直地在本体122的周边端部表面150-3的外边缘处终止。
参照图23至图26，本体122的通道122-2的尺寸及形状适于接纳并导引膜片130的内部周边定位边沿131-2，其中内部周边定位边沿131-2接触内周边侧壁122-7且本体122的通道122-2的下部内侧壁122-6由膜片130的外部周边边沿130-2的周边间断性地接合，以将膜片130相对于本体122导引到恰当位置中。此外，膜片130的连续周边密封表面131-6的尺寸及形状适于接合本体122的周边端部表面150-3，以便于使膜片130与本体122进行封闭密封接合。因此，当膜片130通过内部周边定位边沿131-2及通道122-2被相对于本体122恰当定位时，膜片130的连续周边密封表面131-6被定位成围绕本体122的整个周边端部表面150-3接合周边端部表面150-3。在本实施例中，周边端部表面150-3可如图所示包括单个周边凸肋或波纹部或者多个周边凸肋或波纹部，以为与膜片130的连续周边密封表面131-6的接合提供有效密封表面。
图20及图21示出具有凹陷内部顶板124-2的盖124的内部或底侧，凹陷内部顶板124-2界定凹陷区124-3，凹陷区124-3被构造成容置膜片130的圆顶部分130-1的完整(未塌陷)高度。还参照图23至图26，盖124进一步包括内部定位唇缘190、膜片按压表面192及外部定位唇缘194，这三者中的每一个均横向环绕凹陷区124-3，如图20及图21中最佳所示。膜片按压表面192在内部定位唇缘190与外部定位唇缘194之间凹陷。
外部定位唇缘194用于将盖124相对于本体122定位。具体来说，在组装期间，外部定位唇缘194由外部边沿122-4的上部内侧壁122-5接纳并导引成接触本体122的内部凹陷表面122-3(还参见图16)。此外，在将盖124附装到本体122的超声波焊接工艺期间，外部定位唇缘194的顶点边沿(牺牲材料218；参见图23至图26)将熔化并在内部凹陷表面122-3处接合到本体122。尽管在本实施例中，超声波焊接是用于将盖124附装到本体122的当前优选方法，但设想出在某些应用中，可期望使用另一种附装方法，例如激光焊接、机械附装、粘合剂附装等。
再次参照图20、图21及图23至图26，盖124的内部定位唇缘190用于将膜片130相对于盖124定位，且膜片130的内部周边定位边沿131-2用于将膜片130相对于本体122定位。具体来说，还参照图17，盖124的内部定位唇缘190的尺寸及形状适于在内部定位唇缘190之上接纳外部周边边沿130-2的内周边IP1，以将膜片130的外部周边边沿130-2与盖124的膜片按压表面192相对地定位。
另外，再次参照图20及图21，本实施例可包括从外部定位唇缘194向内延伸的多个膜片定位特征194-1。所述多个膜片定位特征194-1被定位成接合膜片130的外部周边边沿130-2的外周边，以帮助将膜片130相对于盖124定位。更具体来说，在本实施例中，膜片130的外部周边边沿130-2被接纳在盖124的内部定位唇缘190与盖124的所述多个膜片定位特征194-1之间的区中，且膜片130的内部周边定位边沿131-2被定位在本体122的通道122-2中，从而一同帮助在组装期间或在圆顶部分130-1发生负压力圆顶偏转期间防止例如圆顶偏转部分130-3及连续周边密封表面131-6等圆顶弯曲特征过度变形或防止连续周边密封表面131-6发生泄漏。此外，当在组装期间在微流体分配装置110的流体贮存器136中产生真空而使膜片130塌陷时，盖124的内部定位唇缘190与膜片130的内部周边定位边沿131-2共同地限制密封变形量。
再次参照图20及图21，盖124的膜片按压表面192是平坦的，具有均匀高度，以围绕圆顶部分130-1在连续周边密封表面131-6处对膜片130(还参见图17、图19及图23至图26)提供实质上均匀的周边压缩。具体来说，盖124的膜片按压表面192的尺寸及形状适于在盖124被附装到本体122时迫使膜片130的连续周边密封表面131-6围绕本体122的整个周边端部表面150-3与本体122的周边端部表面150-3进行密封接合。
还参照图22，在膜片130的圆顶部分130-1与盖124之间的区中界定有具有可变容积的圆顶通气腔室196。随着流体从流体贮存器136被耗用，膜片130的圆顶部分130-1相应地塌陷，因此增大圆顶通气腔室196的容积，同时减小流体贮存器136的容积，以在流体贮存器136中维持所期望反压力。
再次参照图20及图21，位于盖124的内部顶板124-2上的是凸肋198及凸肋200，其中凸肋198与凸肋200间隔开。通气孔124-1位于盖124中凸肋198、200之间。凸肋198、200在盖124的内部顶板124-2与膜片130的圆顶部分130-1之间通气孔124-1周围的区中提供间隔(还参见图17及图22)。因此，凸肋198、200有助于避免膜片130的圆顶部分130-1与盖124的内部顶板124-2之间发生粘性接触，这种粘性接触可能会使喷射芯片118发生不期望的回墨(de-priming)现象，因为粘性接触将阻止圆顶部分130-1随着油墨从腔室148被耗用而塌陷。
如图20及图21中所示，在内部定位唇缘190的相对两侧上包括横向延伸穿过内部定位唇缘190的圆顶通气路径124-4及圆顶通气路径124-5，这二者补充在盖124的中心部分中形成的通气孔124-1以使膜片130的圆顶部分130-1与盖124之间的区通气。盖124进一步包括与微流体分配装置110外部的大气进行流体连通的侧通气开口124-6及侧通气开口124-7。圆顶通气路径124-4、124-5中的每一个与侧通气开口124-6、124-7中的一个或两个进行流体连通。
当微流体分配装置110被完全组装时，即，当盖124被附装到本体122时，通气孔124-1、以及圆顶通气路径124-4及圆顶通气路径124-5中的一个或多个与侧通气开口124-6及124-7中的一个或多个的组合便于使圆顶部分130-1的外部与微流体分配装置110外部的大气进行连通。
通气孔124-1、圆顶通气路径124-4及圆顶通气路径124-5为膜片130的圆顶部分130-1与盖124的内部顶板124-2之间的区提供通气冗余性，以即使通气孔124-1及侧通气开口124-6、124-7中的一个或多个(但非全部)被阻塞也便于使圆顶部分130-1随着流体从微流体分配装置110被耗用而塌陷。举例来说，即使通气孔124-1例如被产品标签阻塞，圆顶通气路径124-4及圆顶通气路径124-5中的一个或多个也会经由侧通气开口124-6、124-7中的一个或多个维持使圆顶部分130-1与盖124之间的区通气。
再次参照图22，微流体分配装置110在本体122与盖124的接合处构造有外部裂缝202(由水平虚线示出)。在将盖124超声波焊接到本体122期间，本体122与盖124之间在裂缝202处的外部周边间隙204随着材料熔化并在盖124与本体122的接合处重新成型而减小。
裂缝202垂直于芯片安装表面140-2并垂直于喷射芯片118的定向。裂缝202的位置被设计成使得本体122而非盖124界定芯片安装表面140-2、流体通道156、流体贮存器136及周边端部表面150-3(周边端部表面150-3接触膜片130的连续周边密封表面131-6)。裂缝202被定位成远离芯片安装表面140-2及流体通道156，以在例如焊接或芯片贴合等工艺期间使芯片槽及流体通道区域中的变形问题最小化。此外，裂缝202被定位成远离芯片安装表面140-2及流体通道156，以使制造后问题(例如对搬运或芯片应力的敏感度)最小化。
裂缝202的位置也被定位成使得盖124具有足以容许膜片130的连续周边密封表面131-6被均匀压缩的结构。膜片130在连续周边密封表面131-6的区中具有足以在微流体分配装置110的寿命期间防止密封压缩损失的材料厚度。盖124界定凸起区段(凹陷区124-3；参见图20及图21)，所述凸起区段容置圆顶通气腔室196及膜片130的圆顶部分130-1，使得存在位于本体122的周边端部表面150-3上方的可置换容积(即，流体贮存器136的一部分)，周边端部表面150-3接触膜片130的连续周边密封表面131-6。
为实现以上所述的优点，在微流体分配装置110的一种优选设计中，已确立为设计的某些组件的位置界定距离范围的设计标准。
参照图22，结合图17至图21，界定四个距离范围，如下：距离206、距离208、距离210、及距离212。
距离206是从本体122的基底壁138的外部基底表面214到喷射芯片118的垂直中心的距离(长度，例如高度)，所述垂直中心对应于芯片安装表面140-2(即，固持喷射芯片118的芯片槽(参见图7))的中心。作为替代定义，距离206是从本体122的基底壁138的外部基底表面214到流体通道156的垂直中心的距离。
距离208是从本体122的基底壁138的外部基底表面214到本体122的内部周边壁150的周边端部表面150-3的距离(长度，例如高度)，其中内部周边壁150界定流体贮存器136的一部分、以及腔室148的高度。
距离210是从本体122的基底壁138的外部基底表面214到本体122的外部壁140-1的顶部处裂缝202的位置的距离(长度，例如高度)。
距离212是从本体122的基底壁138的外部基底表面214到盖124的在容置膜片130圆顶部分130-1的凹陷区124-3周围的一部分216(例如，盖124的在内部因膜片130的圆顶顶冠130-6移位而与膜片130的相邻圆顶顶冠130-6具有可变间隔的部分216)的顶部的距离(长度，例如高度)。
距离206、208、210、212之间的关系由以下数学表达式界定：
A＜B＜D；A＜C＜D；
20％＜(A/C)＜80％；20％＜(A/B)＜80％；
40％＜(C/D)＜95％；且40％＜(B/D)＜95％，其中：
A＝距离206；B＝距离208；C＝距离210；且D＝距离212。
换句话说，参照图22，距离206与距离210之比处于20％至80％的范围中，距离206与距离208之比处于20％至80％的范围中，距离210与距离212之比处于40％至95％的范围中，且距离208与距离212之比处于40％至95％的范围中，并且其中距离206小于距离208且距离208小于距离212；并且距离206小于距离210且距离210小于距离212。
参照图23至图26，将盖124附装到本体122会压缩膜片130的周边，从而在膜片130与本体122之间形成连续密封。例如，图23至图26分别说明在通过超声波焊接将盖124附装到本体122时对膜片130的周边进行压缩的四个示例性阶段，其中图23示出在将盖124焊接到本体122之前的组件位置，且图26示出在焊接工艺结束时的组件位置，其中盖124被牢固地附装到本体122。
参照图23至图26，在超声波焊接工艺期间，随着牺牲材料218从盖124的外部定位唇缘194熔化并重新散布以将盖124接合到本体122，周边间隙204逐渐减小。这样一来，盖124的膜片按压表面192对膜片130的外部周边边沿130-2施加压缩力。换句话说，膜片130的外部周边边沿130-2在盖124的膜片按压表面192与本体122的周边端部表面150-3之间受到压缩，以使膜片130的连续周边密封表面131-6与本体122的周边端部表面150-3接合成密封接合。
在焊接工艺期间，盖124的内部定位唇缘190及外部定位唇缘194(包括图20及图21中所示的膜片定位特征194-1)与膜片130的内部周边定位边沿131-2一同帮助防止例如圆顶偏转部分130-3及连续周边密封表面131-6等圆顶弯曲特征过度变形或防止连续周边密封表面131-6发生泄漏。
再次，举例来说，图23至图26分别说明在通过超声波焊接将盖124附装到本体122时，在逐渐对膜片130的外部周边边沿130-2进行压缩的过程内的四个示例性阶段。图23示出在将盖124焊接到本体122之前的组件位置，且在此实例中，周边间隙204为850微米，其中焊缝距离为0.0微米，且膜片130的外部周边边沿130-2的弹性体材料压缩量为-312微米。弹性体材料压缩量为负值意指，在盖124的膜片按压表面192与膜片130的外部周边边沿130-2之间存在间隙。图24示出在初始的将盖124焊接到本体122的中间阶段期间的组件位置，其中周边间隙204为538微米，其中焊缝距离为312微米，且膜片130的外部周边边沿130-2的弹性体材料压缩量为0.0微米，即，盖124的膜片按压表面192最初接触膜片130的外部周边边沿130-2。图25示出在随后的将盖124焊接到本体122的中间阶段期间的组件位置，其中周边间隙204为388微米，其中焊缝距离为462微米，且膜片130的外部周边边沿130-2的弹性体材料压缩量为150微米，即，盖124的膜片按压表面192接合并抵靠本体122的周边端部表面150-3压缩膜片130的外部周边边沿130-2。图26示出在完成将盖124焊接到本体122时的组件位置，其中周边间隙204为238微米，其中焊缝距离为612微米，且膜片130的外部周边边沿130-2的弹性体材料压缩量为300微米，即，盖124的膜片按压表面192对膜片130的外部周边边沿130-2具有最大压缩。
图27示出对图23至图26所示设计的修改，其中图23至图26所示盖124的膜片按压表面192被修改成形成具有面向下的周边突出部222的盖220，面向下的周边突出部222具有圆锥形横截面且接合膜片130的外部周边边沿130-2以迫使外部周边边沿130-2与本体122的周边端部表面150-3进行密封接合。在本实施例中，本体122的周边端部表面150-3可为平整的，或者可包括一个或多个面向上的周边凸肋或波纹部以为与膜片130的接合提供有效密封表面。
如以上所提及，期望在流体贮存器136中维持某一反压力，以防止流体从喷射芯片118渗出。然而，如果反压力变得过高，由此导致经由喷嘴吸收空气，则向喷射芯片118递送的流体量可能会不足，由此导致从喷射芯片118不规则地逐出流体(如果有的话)。
在以上所提供的实例中，在流体贮存器136中产生反压力(负压力)，其中膜片130被构造成使各力及作用面积平衡以实现所期望反压力。
膜片130由弹性体材料制成，且因此，由膜片130产生的力是通过在圆顶部分130-1和/或圆顶偏转部分130-3的区中使弹性体材料变形(例如，使弹性体材料弯曲和/或拉伸)来实现。形成膜片130的弹性体材料的变形可取决于例如膜片130的各区的壁厚度、膜片130的各区的横截面轮廓形状(例如，波纹部、笔直还是弯曲等)、和/或弹性体材料的硬度计硬度等因素。上面被施加此力的有效面积是弹性体材料的可移动部分，即，膜片130的圆顶部分130-1和/或圆顶偏转部分130-3，所述可移动部分被定位成横向向内远离由本体122的周边端部表面150-3提供的静止支撑部。
图28是示出具有搅拌棒导引件(例如导引部分134(还参见图1及图6))的微流体分配装置110的理想反压力范围230的曲线图。在本实例中，贯穿可递送流体范围，即，到微流体分配装置110的寿命232结束时(在图28的曲线图上由垂直虚线表示)，理想反压力范围230是-5英寸H2O至-15英寸H2O的范围。所属领域中的技术人员将认识到，视例如流体分配装置的尺寸变化、流体贮存器的容量和/或贮存器中的流体量等因素而定，给定流体分配装置设计的理想反压力范围230可不同于以上所辨识的范围。
在图28中，曲线234表示供在微流体分配装置110中使用的膜片的初始设计，且曲线236表示为在微流体分配装置110的寿命232内实现理想反压力范围230而相对于初始设计所作的膜片设计改进。在膜片(例如，膜片130)的总体构造中，随着在圆顶部分130-1的圆顶偏转部分130-3和/或圆顶侧壁130-4处弹性体材料发生起伏，圆顶反压力会增大且开始变得更稳定(例如，在此实例中，在流体耗用量为0.5立方厘米(cc)时)。
曲线234及236中的每一个说明相应微流体分配装置的使用寿命在寿命232处结束，在本实例中，此是在流体耗用量为1.25cc时发生且由反压力的急剧增大(压力的急剧降低)表征。举例来说，还参照图22，已观察到，当膜片130已塌陷到其中圆顶部分130-1(例如，圆顶顶冠130-6)开始接触流体贮存器136内部的特征(例如，搅拌棒导引件或搅拌棒)的点时，反压力的改变速率增大，这是因为由于从流体贮存器136对流体的进一步耗用(流体逐出)使得膜片130的设计不能再充分地抵消反压力增大。
尽管可通过拆卸搅拌棒导引件而稍微延长寿命232，但应注意，搅拌棒导引件(例如导引部分134)能有利地防止圆顶部分130-1(例如，圆顶顶冠130-6)接触搅拌棒(例如，搅拌棒132)，从而防止膜片130的塌陷阻碍搅拌棒132的旋转，而此种阻碍会使混合能力损失。换句话说，在具有导引部分134的本实例中，圆顶部分130-1沿偏转轴线188的与寿命232对应的有效偏转范围是从圆顶顶冠130-6在基底壁138之上的最大高度到导引部分134在基底壁138之上的高度(即，圆顶部分130-1接触导引部分134的位置)的距离。
在图28中，曲线234表示供在微流体分配装置110中使用的膜片的初始设计，其被示出为相对于理想反压力范围230提供非期望结果，这是因为在耗用0.25cc流体之后，反压力超过理想反压力范围230的最大反压力，例如，在此实例中为大于-15英寸H2O的反压力。实际上，期望使微流体分配装置110尽可能快速地进入理想反压力范围230且然后在微流体分配装置110的整个寿命232中保持在理想反压力范围230中，如曲线236总体上所示。因此，对于未实现所期望反压力标准的初始设计，如曲线234所示，期望作出膜片设计改进，使得在寿命232期间，本设计的微流体分配装置110的反压力-流体耗用量特性更接近地仿效曲线236。
尽管根据本发明的流体分配装置的构造可在尺寸及流体容量上有所变化，但总体构造及操作原理自始至终保持相同。因此，所属领域中的技术人员将认识到，由图28中的实例所示的理想反压力范围230及曲线236是微流体分配装置(例如微流体分配装置110)所特有的，且可建立其他理想反压力范围和/或操作曲线以将各种流体分配装置的尺寸及流体容量差异考虑在内。
现在参照图29A至图29C、图30A至图30C及图31A至图31C，其示出可用于近似出操作曲线236的膜片设计的三个变化实例，所述膜片设计在其寿命232期间具有的反压力不超过图28所示理想反压力范围230的最大反压力，例如，在此实例中，小于-15英寸H2O的反压力。图29A至图29C、图30A至图30C及图31A至图31C中的每一个均示出相应膜片130、260、280处于其静止状态，即，未处于反压力下。
膜片130、260、280中的每一个被构造成在首先朝向且然后远离连续周边密封表面131-6的平面的方向上沿偏转轴线188塌陷，其中偏转轴线188实质上垂直于连续周边密封表面131-6的平面。此外，膜片130、260、280中的每一个具有被选择成对相应圆顶部分130-1、260-1、280-1在由图28的曲线图所示的给定反压力下的偏转(即，塌陷)进行控制的横截面轮廓(例如，形状和/或锥度和/或厚度)。
图29A至图29C示出膜片130，如上所述，其处于水平定向，即，连续周边密封表面131-6的平坦延伸部是水平的，如图所示。如图29B及图29C中最佳所示，膜片130的在流体耗用期间对膜片130的塌陷特性具有影响的部分是圆顶偏转部分130-3、圆顶侧壁130-4、圆顶过渡部分130-5、及圆顶顶冠130-6。
圆顶偏转部分130-3在横截面中具有弯曲S形构形，且具有弯曲延伸部240。圆顶侧壁130-4具有锥形横截面轮廓(即，壁厚度在从圆顶偏转部分130-3到圆顶过渡部分130-5的方向上增大)，且具有笔直延伸部242，笔直延伸部242相对于圆顶过渡部分130-5与圆顶顶冠130-6的接合处的垂直轴线具有22±3度的垂直线偏离夹角(off-vertical angle)244。圆顶过渡部分130-5在横截面中具有实质上均匀的厚度(即，±5％均匀厚度)，且具有垂直线偏离夹角248为72±3度的笔直延伸部246。圆顶顶冠130-6在横截面中具有实质上均匀的厚度，具有笔直延伸部250且是水平的，即，垂直线偏离夹角为90度，使得圆顶顶冠130-6的平坦延伸部实质上垂直于连续周边密封表面131-6的平面。构成膜片130的弹性体材料的硬度是40±3硬度计硬度。已发现此种构造实现了图28所示压力-可递送流体曲线236，其中反压力变化范围为±5％。
图30A至图30C示出膜片260，其被设计为上述膜片的适合替代品。膜片260与膜片130一样具有外部周边边沿130-2、圆顶偏转部分130-3、四个蹼片部分130-7、130-8、130-9、130-10、内部周边定位边沿131-2、中间内部凹进区131-4、及连续周边密封表面131-6。为便于论述，使膜片260处于水平定向，即，连续周边密封表面131-6的平坦延伸部是水平的，如图所示。如图30B及图30C中最佳所示，膜片260的在流体耗用期间对膜片260的塌陷特性具有影响的部分是圆顶偏转部分130-3及圆顶部分260-1，圆顶部分260-1具有圆顶侧壁260-4、圆顶过渡部分260-5及圆顶顶冠260-6。
圆顶偏转部分130-3在横截面中具有弯曲S形构形，具有弯曲延伸部240，且与膜片130的对应横截面相同。
圆顶侧壁260-4具有锥形横截面轮廓(即，壁厚度在从圆顶偏转部分130-3到圆顶过渡部分260-5的方向上增大)，且具有笔直延伸部262，笔直延伸部262相对于圆顶过渡部分260-5与圆顶顶冠260-6的接合处的垂直轴线具有17±3度的垂直线偏离夹角264。尽管圆顶侧壁260-4在横截面轮廓上类似于膜片130的圆顶侧壁130-4，但应注意，圆顶侧壁260-4的锥化量小于膜片130的圆顶侧壁130-4。因此，圆顶侧壁260-4具有比膜片130的圆顶侧壁130-4薄的横截面轮廓。已发现，改变圆顶部分的圆顶侧壁的厚度会具有改变圆顶侧壁沿其长度(例如，高度)的弹性(即，拉伸度)的影响，且因此会对相应圆顶部分沿偏转轴线188的偏转具有影响。
圆顶过渡部分260-5在横截面中具有非均匀的厚度，且具有弯曲延伸部266，弯曲延伸部266在横截面中具有钟形渐扩部分268，钟形渐扩部分268在厚度上渐扩以与圆顶顶冠260-6接合。弯曲延伸部266被定向成具有80±3度的垂直线偏离夹角270。
圆顶顶冠260-6具有实质上均匀的厚度，具有笔直延伸部272且是水平的，即，垂直线偏离夹角为90度。构成膜片260的弹性体材料的硬度是50±3硬度计硬度。已发现此种构造实现了图28所示压力-可递送流体曲线236，其中反压力变化范围为±5％。
因此，膜片130及膜片260中的每一个均能够实现图28所示压力-可递送流体曲线236。然而，与膜片130相比，膜片260能够通过减小圆顶侧壁260-4的壁厚度的量且通过减小圆顶过渡部分260-5的厚度并为圆顶过渡部分260-5采用弯曲钟形形状而使用硬度计硬度更高的弹性体材料来实现此目的。然而，膜片260的较复杂形状可相对于膜片130提高制造复杂性。
因此，通过以下方式中的至少一种来实现相应膜片的横截面轮廓的改变：改变圆顶过渡部分的形状；以及改变圆顶侧壁在朝向圆顶过渡部分的方向上的锥化量，从而改变圆顶侧壁的厚度。此外，圆顶侧壁的横截面轮廓锥度/厚度及圆顶过渡部分的形状中的至少一个可至少部分地基于被选择用于制造相应膜片的弹性体材料的硬度计硬度加以选择。应进一步注意，可实现圆顶侧壁与圆顶过渡部分的角度关系的差异，以适应横截面轮廓的锥度/厚度和/或形状的改变。
图31A至图31C示出膜片280，其被设计为上述膜片130和/或260的适合替代品。膜片280在许多方面类似于膜片130，只不过使用了硬度计硬度更高的弹性体材料并使用了具有更薄圆顶侧壁280-4的圆顶部分280-1。为便于论述，使膜片280处于水平定向，即，连续周边密封表面131-6的平坦延伸部是水平的，如图所示。如图31B及图31C中最佳所示，膜片280的在流体耗用期间对膜片280的塌陷特性具有影响的部分是圆顶偏转部分130-3及圆顶部分280-1，圆顶部分280-1具有圆顶侧壁280-4、圆顶过渡部分280-5及圆顶顶冠280-6。
圆顶偏转部分130-3在横截面中具有弯曲S形构形，且具有弯曲延伸部240。
圆顶侧壁280-4具有锥形横截面轮廓(即，壁厚度在从圆顶偏转部分130-3到圆顶过渡部分280-5的方向上增大)，且具有笔直延伸部282，笔直延伸部282相对于圆顶过渡部分280-5与圆顶顶冠280-6的接合处的垂直轴线具有17±3度的垂直线偏离夹角284。尽管圆顶侧壁280-4在横截面轮廓上类似于膜片130的圆顶侧壁130-4或膜片260的圆顶侧壁260-4，但应注意，圆顶侧壁280-4的锥化量小于膜片130的圆顶侧壁130-4或膜片260的圆顶侧壁260-4中的任一者。因此，圆顶侧壁260-4具有比膜片130的圆顶侧壁130-4或膜片260的圆顶侧壁260-4薄的横截面轮廓。
圆顶过渡部分280-5在横截面中具有实质上均匀的厚度，且具有垂直线偏离夹角288为77±3度的笔直延伸部286。
圆顶顶冠280-6在横截面中具有实质上均匀的厚度，具有笔直延伸部290且是水平的，即，垂直线偏离夹角为90度。
构成膜片280的弹性体材料的硬度是50±3硬度计硬度。已发现此种构造实现了图28所示压力-可递送流体曲线236，其中反压力变化范围是±5％。
因此，膜片130、膜片260及膜片280中的每一个均能够实现图28所示压力-可递送流体曲线236。然而，与膜片130相比，膜片280能够通过减小圆顶侧壁280-4的壁厚度的量而使用硬度计硬度更高的弹性体材料来实现此目的。因此，膜片280的构造在允许使用比膜片130的材料更高硬度计硬度的材料的同时保持膜片130的设计的制造简单性。
尽管已参照至少一个实施例阐述了本发明，但可在本发明的精神及范围内对本发明进行进一步修改。因此，本申请旨在涵盖使用本发明一般原理对本发明的任何变化、使用或变更。此外，本申请旨在涵盖归属于本发明所属的技术领域中的已知做法或惯例做法内且归属于所附权利要求的界限内的相对于本发明的偏离形式。

Claims (10)

1.一种流体分配装置，其特征在于，包括：
本体，包括基底壁、内部周边壁，所述基底壁具有外部基底表面，所述内部周边壁具有周边端部表面且从所述基底壁延伸以界定腔室；
喷射芯片，安装到所述本体的芯片安装表面，其中所述芯片安装表面界定第一平面；
膜片，与所述腔室的所述周边端部表面接合；以及
盖，附装到所述本体，其中所述膜片夹置在所述盖与所述本体之间，所述本体及所述盖在所述盖与所述本体的接合处界定裂缝。
2.根据权利要求1所述的流体分配装置，其特征在于，所述膜片包括圆顶部分，且所述盖具有容置所述圆顶部分的凹陷区。
3.根据权利要求1或2所述的流体分配装置，其特征在于，距离A与距离C之比处于20％至80％的范围中，所述距离A是从所述外部基底表面到所述喷射芯片的中心，所述距离C是从所述外部基底表面到所述本体的外部壁的顶部处所述裂缝的位置，且所述距离A小于所述距离C。
4.根据权利要求3中所述的流体分配装置，其特征在于，所述距离A与距离B之比处于20％至80％的范围中，所述距离B是从所述外部基底表面到所述周边端部表面，且所述距离A小于所述距离B。
5.根据权利要求3或4所述的流体分配装置，其特征在于，所述距离C与距离D之比处于40％至95％的范围中，所述距离D是从所述外部基底表面到所述凹陷区的顶部，且所述距离C小于所述距离D。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的流体分配装置，其特征在于，所述距离B与距离D之比处于40％至95％的范围中，所述距离D是从所述外部基底表面到所述盖的所述凹陷区的顶部，且所述距离B小于所述距离D。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体分配装置，其特征在于，所述膜片的偏转轴线实质上垂直于所述喷射芯片的流体喷射方向。
8.根据权利要求2至6中任一项所述的流体分配装置，其特征在于，所述膜片具有偏转轴线，且所述圆顶部分具有圆顶顶冠，且
所述圆顶顶冠被构造成在所述圆顶部分沿所述偏转轴线移位期间变为凹形。
9.根据权利要求2至6中任一项所述的流体分配装置，其特征在于，所述膜片具有偏转轴线，并且所述圆顶部分具有圆顶顶冠，且所述圆顶顶冠可沿所述偏转轴线移动。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的流体分配装置，其特征在于，所述盖封盖在所述膜片之上以在所述盖与所述膜片之间形成圆顶通气腔室，所述本体及所述盖中的至少一个具有与所述圆顶通气腔室并与所述流体分配装置外部的大气进行流体连通的至少一个通气开口。
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