(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計量材料の計量用の計量バルブ（１）であって、前記計量バルブ（１）が、
出口開口（２１）を備えたバルブチャンバ（３３）と、
前記バルブチャンバ（３３）内または前記バルブチャンバ（３３）上に配置された閉鎖エレメント（３）と、
バルブチャンバケーシング（２３）と、
作動中に、少なくとも前記出口開口（２１）を、前記バルブチャンバケーシング（２３）に対して放出方向（Ｅ）および／または後退方向（Ｒ）に移動させ、少なくとも１つの動作モードにおいて、前記放出方向（Ｅ）への前記出口開口（２１）の移動により、計量材料が前記出口開口（２１）を通って前記閉鎖エレメント（３）により排出されるように実行されるアクチュエータアセンブリ（７）と
を有し、
前記アクチュエータアセンブリ（７）は、少なくとも１つの圧電アクチュエータ（８ａ、８ｂ）を有し、
前記少なくとも１つの圧電アクチュエータ（８ａ、８ｂ）は、いくつかの圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）のグループを有し、
前記バルブチャンバ（３３）は、いくつかの圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）のグループによって少なくとも部分的に囲まれており、
前記圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）の前記グループの前記圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）は、平行に配置され、平行に作動する、計量バルブ。
【請求項２】
前記アクチュエータアセンブリ（７）は、作動中に、前記バルブチャンバ（３３）を、前記バルブチャンバケーシング（２３）に対して放出方向（Ｅ）および／または後退方向（Ｒ）に移動させ、少なくとも１つの動作モードにおいて、前記放出方向（Ｅ）への前記出口開口（２１）の移動により、計量材料が前記出口開口（２１）を通って前記閉鎖エレメント（３）により排出されるように実行される、請求項１記載の計量バルブ。
【請求項３】
前記閉鎖エレメント（３）が、前記バルブチャンバケーシング（２３）に固着されている請求項１または２記載の計量バルブ。
【請求項４】
前記アクチュエータアセンブリ（７）が、少なくとも１つの第１圧電アクチュエータを備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項５】
前記アクチュエータアセンブリ（７）が、
第１圧電アクチュエータ（８ａ）が、作動中に拡張したときに、前記放出方向（Ｅ）に前記出口開口（２１）を移動させ、第２圧電アクチュエータ（８ｂ）が、作動中に拡張したときに、後退方向（Ｒ）に前記出口開口（２１）を移動させるように、逆向きに接続された少なくとも２つの圧電アクチュエータ（８ａ、８ｂ）を備える請求項４記載の計量バルブ。
【請求項６】
前記圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）のグループが、少なくとも３つの、圧電アクチュエータ（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項７】
前記バルブチャンバ（３３）が、アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）の２つのグループにより、少なくとも部分的に囲まれ、第１のアクチュエータ（８ａ）を提供するために、第１のグループのアクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ）が接続され、第２アクチュエータ（８ｂ）として機能するために、第２のグループのアクチュエータ素子（７ｄ、７ｅ、７ｆ）が接続される請求項１〜６のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項８】
アクチュエータ（８ａ、８ｂ）のアクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）が、作動方向軸（ＷＲ）に平行に並び、かつ、前記作動方向軸（ＷＲ）に垂直な面に対して、前記バルブチャンバ（３３）の周りに均等に配置されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項９】
前記バルブチャンバ（３３）が、前記出口開口（２１）の領域に配置されたバルブチャンバヘッド（３４）と、バルブチャンバコア体（３６）とを備えた２部分の構成要素である請求項１〜８のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項１０】
少なくとも１つの受座（３５ａ、３５ｂ）が前記バルブチャンバ（３３）に配置され、アクチュエータ（８ａ、８ｂ）が、前記バルブチャンバ（３３）の前記受座（３５ａ、３５ｂ）と前記バルブチャンバケーシング（２３）のカウンタ受座（３６ａ、３６ｂ）との間に延び、前記受座（３５ａ、３５ｂ）と前記カウンタ受座（３６ａ、３６ｂ）との間で保持される請求項１〜９のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項１１】
前記バルブチャンバケーシング（２３）のカウンタ受座（３６ａ）が、バネ付勢されたカウンタマス（３７）上に配置されている請求項１０記載の計量バルブ。
【請求項１２】
前記バルブチャンバ（３３）が、計量材料用の、１つの開口部（４７ａ、４７ｂ）を備えている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項１３】
前記バルブチャンバ（３３）が、計量材料用の、２つの開口部（４７ａ、４７ｂ）を備えている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項１４】
バルブチャンバ（３３）が、作動中に前記アクチュエータアセンブリ（７）を冷却する冷却媒体を搬送するために、少なくとも１つの冷却通路（４０ａ、４０ｂ）を備えている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項１５】
前記アクチュエータ（８ａ、８ｂ）が、それらの外側端部において、レベリング剤により、受座（３５ａ、３５ｂ）および／またはカウンタ受座（３６ａ、３６ｂ）に固定されている請求項１〜１４のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項１６】
前記アクチュエータ（８ａ、８ｂ）が、それらの外側端部において、接着剤により、受座（３５ａ、３５ｂ）および／またはカウンタ受座（３６ａ、３６ｂ）に固定されている請求項１〜１４のいずれか１項に記載の計量バルブ。
【請求項１７】
出口開口（２１）と、バルブチャンバ（３３）に、またはバルブチャンバ（３３）の近傍に配置される閉鎖エレメント（３）と、アクチュエータアセンブリ（７）とを有する計量バルブ（１）により、計量材料を計量する方法であって、
前記アクチュエータアセンブリ（７）によって、作動中に、少なくとも前記出口開口（２１）が、バルブチャンバケーシング（２３）に対して放出方向（Ｅ）および／または後退方向（Ｒ）に移動され、少なくとも１つの動作モードにおいて、前記放出方向（Ｅ）への前記出口開口（２１）の移動の間に、計量材料が前記出口開口（２１）を通って前記閉鎖エレメント（３）により排出され、
前記アクチュエータアセンブリ（７）は、少なくとも１つの圧電アクチュエータ（８ａ、８ｂ）を有し、
前記少なくとも１つの圧電アクチュエータ（８ａ、８ｂ）は、いくつかの圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）のグループを有し、
前記バルブチャンバ（３３）は、いくつかの圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）のグループによって少なくとも部分的に囲まれており、
前記圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）の前記グループの前記圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）は、平行に配置され、平行に作動する、方法。
【請求項１８】
出口開口（２１）と、バルブチャンバ（３３）に、またはバルブチャンバ（３３）の近傍に配置される閉鎖エレメント（３）と、アクチュエータアセンブリ（７）とを有する計量バルブ（１）により、計量材料を計量する方法であって、
前記アクチュエータアセンブリ（７）によって、作動中に、前記バルブチャンバ（３３）が、バルブチャンバケーシング（２３）に対して放出方向（Ｅ）および／または後退方向（Ｒ）に移動され、少なくとも１つの動作モードにおいて、前記放出方向（Ｅ）への前記出口開口（２１）の移動の間に、計量材料が前記出口開口（２１）を通って前記閉鎖エレメント（３）により排出され、
前記アクチュエータアセンブリ（７）は、少なくとも１つの圧電アクチュエータ（８ａ、８ｂ）を有し、
前記少なくとも１つの圧電アクチュエータ（８ａ、８ｂ）は、いくつかの圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）のグループを有し、
前記バルブチャンバ（３３）は、いくつかの圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）のグループによって少なくとも部分的に囲まれており、
前記圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）の前記グループの前記圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆ）は、平行に配置され、平行に作動する、方法。
【請求項１９】
それぞれが少なくとも１つの圧電アクチュエータ素子（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ）を含む、第１のアクチュエータ（８ａ）および／または第２のアクチュエータ（８ｂ）を備えたアクチュエータアセンブリ（７）が、前記第１のアクチュエータ（８ａ）および前記第２のアクチュエータ（８ｂ）が、それらの最大印加可能電圧の５０％でそれぞれ充電されるようにスタンバイモードに制御される請求項１７または１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出口開口、バルブチャンバ内またはバルブチャンバ上に配置される閉鎖エレメント、および、アクチュエータアセンブリを備えたバルブチャンバを有する計量バルブについて記載する。さらに、本発明は、物質の計量方法について記載する。
【背景技術】
【０００２】
液体から粘性の物質または材料、たとえば接着剤、塗料、印刷用ニス、はんだペーストのような結着剤において結着される導電物質、ＬＥＤ用のコンバータ材料（通常、充填材の含有量が多い粘性ペースト、特にセラミック充填材）などの計量が、このような物質を標的表面に正確に塗布するために役立つ。例えば、導電物質は、電子回路基板に精密かつ正確に塗布することができ、マスキングやドクターブレードの使用などの比較的柔軟性のない手順に取って代わっている。特に困難なのは、物質を非常に精密に塗布すること、すなわち正しい時間に、正しい場所で、正確に計量された量を、標的表面に塗布することである。これは、例えば、計量システムのノズルを通じて１滴ずつ放出することによって達成することができ、それによって液滴のサイズおよび／または数が、ノズルの動作によって、可能な限り正確に予め定められる。あるいは、物質は、噴出によりスパッタリングされるか、霧状にスプレーされることも可能である。
【０００３】
上述したタイプの従来技術の計量バルブは、作動中に閉鎖エレメントを放出方向および後退方向に移動させるアクチュエータアセンブリを備えている。通常、放出方向に移動したときに計量バルブノズルの出口開口を完全に閉鎖するために、細長いプランジャが閉鎖エレメントとして実装される。このプランジャは放出方向に移動するときに、出口開口を通じて材料を排出する。
【０００４】
特許文献１は、そのような閉鎖エレメントでの出口開口の封鎖の代替を示している。この文献は、開放型システムとして実現される計量バルブについて記載している。計量スクリューは、ノズルの出口開口の方向に物質を送り込むために使用され、それによって物質がプランジャによって圧縮される収集キャビティに入る前に、開口ギャップ内でプランジャと並進する。このような開放型システムは、物質が、理論上は出口開口の方向に抑制されずに流れることができるのが特徴であり、その粘度のみが物質が抑制されずに流れることを妨げる。ここで、開口ギャップは、十分大きくなければならない。計量装置の開放の実現はまた、物質の流出が、計量スクリューを作動させて極めて高い圧力をかけることによって達成されることを意味する。さもなければ、物質の高い粘度がその流出を妨げる可能性があるからである。このような計量スクリューは、閉鎖型システムと比較して、追加の部品をもたらす。しかし、より重要なのは、計量装置が高圧に耐えるように設計されなければならず、はるかに高いコストを生じることである。それでも、高品質で強化された材料を使用したときでさえ、材料の磨滅の増加や故障のしやすさは、高圧のため防ぐことができない。
【０００５】
液状媒体を噴霧する、たとえば、標的表面上に塗布するための他の種類のノズルもあり、圧縮空気により媒体が圧縮され、ノズルから押し出される。そのようなノズルの一例が特許文献２に開示されている。ある圧力についての計量レートを設定するために、ノズルの出口断面内に針の先端が延び、特定のタスクのために、出口断面の間隙を調整するために、ノズルの位置が針に対して調整可能となっている。これにより、標的表面上に噴霧される媒体の厚さの設定が可能となる。このようなノズルは、塗布スプレーガンに適切ではあるが、高い精密性の計量にとって、具体的には液滴状の計量にとっては適切ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７７６７２６６号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００５０１１０４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
精密な計量は、物質が水と同じくらいの粘度を有する液体物質ではなく、比較的粘性のある媒体の場合に特に大きな難題を示す。そのような物質の例は、高度に濃縮された接着剤、顔料の多い塗料、または顔料が大きな比率を占めるニスなどである。ある比率（高い比率）のポリマー、特に長鎖状高分子を有する物質の計量は特に複雑である。これらの全ての物質の通常の状態で高い粘度は、上述した種類の計量システムのノズルから、物質を精密かつ正確に計量するためには非常に高い圧力が必要であることを通常意味する。計量システムの任意のシールおよび他の傷つきやすい構成要素は、圧力に耐えるように適切に構成されなければならない。そのような高圧を達成し、維持することは通常難しい。計量材料の圧力はまた、その圧力が物質を標的表面の方向に加速させるという事実によって制限される。過度に高い加速による標的表面におけるあまりに高い衝撃速度は、最終的な結果を悪化させ、すなわち標的表面上に塗布された物質のぶれを増やす。
【０００８】
一般的に、液体から粘性の物質は、任意の液体材料または液体の特性を有する材料の混合物を含む。粘度の定義は、水以上の粘度から固体の性質に近い粘度までと幅があってもよい。特に、粘性物質は、揺変性または剪断減粘性を有するものである。これは、物質の粘度が撹拌状態より静止状態においての方が高くなり、静止状態に戻ると（場合によっては一定の静止時間の後）、粘度は少なくとも元の高かった粘度に近づくということを意味する。「粘性の」という用語は、静止状態で固体の特性を持ち、撹拌時に流動可能な材料または媒体に適用され得る。
【０００９】
非常に精密な物質計量のためには、計量バルブのノズルにおいて、物質の精密に決定された分離または切り離しを行うことが、放出される物質の量が可能な限り精密に事前に定められた量に相当するようにするため、そしてその後（計量バルブの閉鎖後）に、それ以上の物質がノズルから出ないようにするために重要である。言い換えると、計量ステップの最後において、事実上瞬時に物質の分離を確保するために、計量バルブの閉鎖機構は、とりわけ迅速かつ効果的に閉鎖すべきである。「計量ステップの最後」は、材料の流れの（断続的な）中断、または、次の液滴の計量前の、材料の液滴の計量の完了として定義することができる。
【００１０】
ノズル、すなわちノズル開口における材料の瞬時の分離は、高分子特性を明白に示す物質の場合、達成するのが特に困難である。典型的には、ノズル開口を既に出た物質の一部が、相対的に強力な糸によりノズル内の残りの物質とくっついている。正確には、計量動作の終結時に分離しなければならないのは、この糸である。
【００１１】
本発明の目的は、上述したタイプの計量バルブの効果的な閉鎖または開放の達成についての、別の方法を提供することである。この代替は、特に好ましくは、排出された物質の非常に精密な分離を可能にするべきである。好ましくは、より効果的な、すなわち、粘性物質、特に揺変性または剪断減粘性物質のより精密な計量に重点が置かれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１の計量バルブおよび請求項１４の物質の計量方法により達成される。
【００１３】
本発明の計量バルブは、出口開口を、それにより好ましくは、出口開口を含むバルブチャンバの少なくとも一部または領域を、好ましくはバルブチャンバ全体を、作動時に放出方向および／または後退方向に、バルブチャンバケーシングに対して移動させるように実行されるアクチュエータアセンブリを備え、少なくとも１つの動作モード（または少なくとも１つの作動モード）において、放出方向への出口開口の移動により、出口開口を通じてプランジャにより物質が放出される。このため、アクチュエータアセンブリは、出口開口を直接および／または間接的に移動させるように、実行および位置付けられる。以下で説明するように、計量バルブは、様々な動作モードまたは作動モードで作動される適切な制御ユニットにより実行または制御され得る。それにより、少なくとも１つの作動モードにおいて、プランジャおよび出口開口の間の相対動作は、放出方向のそれぞれの移動において、精密に決定された（すなわち計量された）量の物質を、出口開口を通じてできるだけ迅速に排出するために用いられる。この方法の利点は、プランジャおよび出口開口の間の速い相対動作が望ましい、特に高精密計量バルブの場合に価値がある。
【００１４】
本発明は、放出または後退方向へ、閉鎖エレメントのみを移動させる概念から離れて、代わりに、閉鎖エレメントの動作を、出口開口の動作、好ましくはバルブチャンバの少なくとも一部または一領域の動作へと、全体的または部分的に替えている。バルブチャンバはキャビティ、好ましくはその内部にキャビティが延び、キャビティの寸法および配置（すなわち、その位置および／または向き）を決定するバルブチャンバエレメントにより画定または形成されるキャビティである。バルブチャンバエレメントは、バルブチャンバの一部と理解され、「バルブチャンバ」および「バルブチャンバエレメント」という表現は、以下では、互いに置き換え可能に使用することができる。バルブチャンバエレメントは、本明細書では、アクチュエータアセンブリの移動およびアクチュエータアセンブリにより加えられた力を伝達し、放出／後退方向への出口開口の所望の移動をもたらす、機械的連結要素として機能することができる。本発明による方法において、バルブチャンバの内部寸法（高さまたは容積）は、アクチュエータの作動中に移動方向に応じて、大きくなるか小さくなる。
【００１５】
出口開口は、計量バルブの内部から計量バルブの外部へと導く、円筒状または（円錐状の）テーパー状の通路として画定される。出口開口は、それにより、一方側では計量バルブまたは計量バルブチャンバの内部に隣接し、他方側ではその外部環境に隣接し、また、出口開口通路を画定し、バルブチャンバの一部としてみなされ得る、取り囲むノズル／カバー装置によっても画定される。出口開口通路の方の、このノズル／カバー装置の表面は、出口開口に属するものとして画定され、出口開口の位置および移動は、ノズル／カバー装置の位置または移動の結果生じる。
【００１６】
従来技術のように、閉鎖エレメントおよび出口開口は、互いに向かってまたは互いから離れて相対的に移動する。しかし、この相対移動は、専ら閉鎖エレメントにより行われるのではなく、代わりに、少なくとも部分的に、または全体でも、出口開口により行われる。
【００１７】
アクチュエータアセンブリを用いた出口開口の移動は、最初は、上述した従来技術、すなわち、閉鎖エレメントおよび出口開口の間の相対位置の変化と同様の効果を達成する。これは、閉鎖システムにおいて、計量バルブの開放／閉鎖移動を達成し、この場合、閉鎖動作が放出方向、すなわち、物質が放出される方向に移動し、その後バルブが閉鎖される。本発明は、好ましくは計量バルブの閉鎖の有効性を向上させるように機能することができる。この場合、そして開放型システムの場合でも、放出および後退方向の正確な決定により、可能な物質の通過流を減少または増加させることができる。
【００１８】
第１のケースでは、出口開口の閉鎖エレメント方向への移動は物質の流れとは逆に作用し、そしてその物質は最終的に、少なくとも閉鎖エレメントにより補助されて出口開口から外側へ、すなわち計量バルブの内部から、閉鎖エレメントから離れる方向に排出される。この物質は、意図的な逆方向移動により急に端部において切り離される。この場合、本発明は、所定の事前に決定された流れ方向で、材料の流れが出口開口から出て移動するという事実を利用する。この流れ方向に対する逆方向移動は、出口開口、たとえばバルブチャンバまたは出口開口を形成するその部材によりもたらされ、突然で急な材料の流れの遮断をもたらし、明確に画定された流れの切り離しをもたらす。特に、揺変性または剪断減粘性物質の場合、この急な切り離し、または、流れ方向に対する出口開口の意図的な逆方向移動は、材料の流れを従来技術の場合よりもより明確に遮断する。
【００１９】
「閉鎖機構」は、開放型システムの場合においても、実質的に同様の方法と理解することができるが、この場合、材料の通過流は、出口開口の完全な閉鎖により遮断されるのではなく、その代りに、物質の粘度に依存して、材料のさらなる放出が防がれるか、または材料の流れが開口ギャップを減らすことにより抑制される。
【００２０】
ここで、２つのカテゴリーの材料（すなわち、媒体または物質）が、特に効果的に、かつ、高精密に計量可能である。一方では、はんだペーストまたは導電性接着剤、すなわち、一般的に軟質粒子が充填された媒体である。他方では、シリコンベースまたはエポキシベースの接着剤、すなわち、非常に硬質の粒子または研磨粒子が充填された媒体で、熱伝達用、電気的絶縁、または光の光学的干渉用に用いることができる。これらの物質は、現在まで計量することが難しかったが、本発明の計量バルブを用いることにより、優れた、高精密な計量結果を達成することができた。これらの理由から、従来技術と比較して計量バルブのより多くの部材またはより大きな部分が移動する必要があるが、本発明の計量バルブは、効率において驚くべき改善を達成する。
【００２１】
好ましくは、バルブチャンバは、出口開口を有するノズルを備える。特に好ましくは、閉鎖エレメントは、放出方向への移動中（特にバルブチャンバの移動）には、出口開口は閉鎖エレメントの方向へと移動し、それにより物質が閉鎖エレメントによってノズルから排出され、また、後退方向への移動中には、出口開口は閉鎖エレメントから離れるように移動するように、バルブチャンバ内に配置される。上述したように、後退方向での移動において、出口開口は閉鎖エレメントの方まで移動することができ、それにより、出口開口はこの方向の移動の最後に自動的に完全に閉鎖されるか、または、閉鎖エレメントと出口開口との間のギャップが、粘性物質が通過することができない、非常に小さなものとなる。
【００２２】
アクチュエータアセンブリは、１つまたは２つ以上のアクチュエータを備えることができる。この１つまたは２つ以上のアクチュエータは、好ましくは、バルブチャンバまたは出口開口を形成するバルブチャンバの部材に、そしてバルブチャンバケーシングに連結される。
【００２３】
バルブチャンバケーシングは、バルブハウジング、すなわち、実質的に閉鎖された容器とすることができ、または、バルブチャンバケーシングは、内部にバルブチャンバおよびアクチュエータアセンブリが配置されるフレームを単に備えていてもよい。
【００２４】
閉鎖エレメントは、一体または複合体の要素と理解され、好ましくは例えばシリコン製のプランジャなど、例えば円筒状などの細長い形状を含む。一方で、閉鎖エレメントは、閉鎖通路内に、可動または静止して配置された、円形または楕円形であってもよい。閉鎖エレメントは、内側にキャビティを画定または取り囲む閉鎖通路すなわち中空体、好ましくは円筒状の中空体の内部に配置され、閉鎖エレメントがキャビティを閉鎖するように、少なくとも部分的に、その内部に配置される。
【００２５】
なお、本発明に関連して、閉鎖動作は複雑であってもよく、必ずしも閉鎖エレメントによるキャビティの完全なシールは行わない。すなわち本発明による計量バルブは、具体的には、上述した揺変性または剪断減粘性物質の計量に好ましい、開放型システムであってもよい。
【００２６】
そのような開放型システムにとって、閉鎖エレメントと、出口開口または出口通路（基本的に出口開口からバルブチャンバ内に延び、この場合、出口開口とともに移動する）との相互作動は重要である。すなわち、材料が通ることができる十分な大きさの開口ギャップは、閉鎖エレメントと出口開口との間に少なくとも所々画定されるべきである。この開口ギャップは、物質用の出口通路を形成する。適切に撹拌された状態で、物質は出口通路の中を流れることができる。対照的に、撹拌されていない間または粘度がわずかに低い場合の動作モードまたは動作パターンにおいて、物質は、好ましくは開口ギャップによって画定される出口通路において、それ以上流れずに保持される。これは、計量バルブにおける物質の印加可能な圧力条件下、および通常作動温度で、物質がもはや動かないかあるいはわずかだけ動くようになると流動は不可能または実質的に不可能になるように、出口ギャップまたは出口通路の寸法が選択されることを意味する。この状況において、閉鎖エレメントおよびその関連する開口通路は、共働して物質に作用し、この共働作用により、物質は制止される。結局のところ、そのような閉鎖は、原則として物質が適切に撹拌されたときに比較的妨げられないで通ることができる開放配置を与えることによって形成されるが、閉鎖通路と閉鎖エレメントとの間の相対移動が中止されると、物質の揺変性または剪断減粘性のために自動的に閉鎖される。この相対移動は、出口開口または閉鎖通路の移動により生じる。したがって、閉鎖エレメントに対する閉鎖通路の完全な静止状態の間、材料の流動は起こらない。出口開口を完全に封鎖することは不要で、実のところ、出口開口は常に開放したままとすることが好ましい。さらに、材料の意図的な計量は、さまざまな動作モードによって、下記のとおり制御することができる。
【００２７】
本発明の計量方法は、本発明の計量バルブに類似しており、計量バルブにより物質を計量する方法である。計量バルブは、出口開口と、バルブチャンバ内またはバルブチャンバ上に配置される閉鎖エレメントとを有し、作動中に、出口開口、およびもし該当するならば、出口開口を備えるバルブチャンバの一部、好ましくはバルブチャンバ全体が、バルブチャンバケーシングに対して放出方向および／または後退方向に移動され、少なくとも１つの動作モードにおいて、放出方向への出口開口の移動により、特定の量の材料が出口開口を通ってプランジャにより排出される。それにより、出口開口は、バルブチャンバケーシングに対してアクチュエータアセンブリにより好ましくは移動される。
【００２８】
本発明の他の特に有利な実施例および変形例は、従属請求項および以下の説明により明らかになる。計量方法は、装置に関する従属請求項の特徴を用いて、そして以下の説明で概説するように、さらに展開することができ、その逆も同様である。様々な実施例の特徴は、任意の方法で組み合わせることができ、本発明の範囲内でさらなる実施例を与える。
【００２９】
好ましくは、出口開口の放出方向および後退方向は、アクチュエータアセンブリの作動方向軸に沿い、すなわち、作動方向軸に平行または好ましくは作動方向軸と同軸である。
【００３０】
アクチュエータまたはアクチュエータアセンブリの作動方向軸は、その軸に沿ってアクチュエータまたはアクチュエータアセンブリが全体として主な延在方向を有し、その軸において望ましい圧力を加えるまたは力付与要素として働く、（仮想の）軸として理解することができる。アクチュエータアセンブリの作動方向軸に平行な配置、特に同軸配置、および出口開口の放出または後退方向は、出口開口の移動において観察される、特に低い有効電力損失、すなわち力の低下につながる。一方では、これは、出口開口の精度を向上し、他方では、出口開口部材の可能な速度を向上し、そしてそれによって計量バルブの全体効率を上げる。
【００３１】
本発明の特に好ましい実施形態では、いくつかのアクチュエータの複数の作動方向軸は、単一の作動方向軸となる。このため、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータは、たとえば作動方向軸に沿って前後に配置することができる。特に好ましい実施形態では、出口開口の放出方向または後退方向は、アクチュエータアセンブリのアクチュエータの共通の作動方向軸に沿う。一般的に、アクチュエータアセンブリの複数のアクチュエータは、互いに対して平行に、または同軸に作用するように配置され得る。この方法はまた、どの１つの時点でもアクチュエータアセンブリのアクチュエータにより加えられる力も、本質的に蓄積され得るので、最適な力の伝達を達成する。さらに、この方法は、アクチュエータアセンブリの作動方向軸の側方へ作用する力を相殺する必要がないため、計量バルブの実行の円滑性を向上させる。
【００３２】
そのような２つの「直列接続した」アクチュエータ間の協働は、たとえば、閉鎖動作または開放動作を、すなわち出口開口のストロークを長くするために機能することができる。出口開口の放出／後退方向は、たとえば（以下で説明するように）圧電アクチュエータの環状の配置の場合において、そのような圧電アクチュエータの作用方向軸と同軸に位置することができ、または他の方法でアクチュエータが実現された場合において、作動方向軸と平行に位置することもできる。アクチュエータの作動方向軸の平行および／または同軸の配置および出口開口の放出／後退方向は、出口開口の動作における、非常に低い有効電力損失につながる。一方では、これは、出口開口の精度を向上し、他方では、出口開口の速度を向上し、そしてそれによって計量バルブの全体効率を上げる。
【００３３】
２つのアクチュエータの共働は一方で、（そして、これは特に好ましいアプローチ）第１のアクチュエータが第１の方向、すなわち放出方向に出口開口を移動させ、第２のアクチュエータが反対の第２の方向、すなわち後退方向に出口開口を移動させる（逆も同様）という原理に従う。第１および第２のアクチュエータは、したがって、それらの移動に関して反対方向に向き、好ましくは、反対に切り替えられる。本発明に関して、これは任意の種類のアクチュエータで実現可能であるが、特に好ましくは、以下でより詳細に説明するように、簡易性の理由から圧電アクチュエータである。
【００３４】
原理的には、閉鎖エレメントおよび出口開口の両方が、計量バルブの作動中に移動可能に配置されることも可能である。そのような方法で、たとえば、１つの作動状態において、２つの部材の間でより速い相対速度を達成するために、物質の流出方向に閉鎖エレメントを移動させ、一方、出口開口を反対方向に移動させることができる。この場合、閉鎖エレメントの速度の寄与分は、実質的に出口開口の速度の寄与分に加算され、それらの相対速度に達する。他の作動モードにおいて、これらの部材の両方は離れて移動し、すなわち、閉鎖エレメントは物質の流れ方向の反対に移動し、出口開口は流れ方向に移動する。この方法により、より迅速な計量バルブの閉鎖、または、計量バルブのより速い開放を達成することができる。
【００３５】
閉鎖エレメントは、他の理由で計量バルブ内に移動可能に配置されてもよい。たとえば、閉鎖エレメントは出口開口が極限位置にあるときに、または具体的には、その時のみに、閉鎖エレメントが移動されてもよい。特に、出口開口が計量バルブ内部の方向に完全に移動してしまったときに、出口開口を物理的に完全に閉鎖するために、閉鎖エレメントは、出口開口の方向にさらに移動され得る。このやり方で、上述した開放型システムの場合でさえ、完全な機械的閉鎖効果を達成することができる。この物理的閉鎖は、具体的には周囲環境により（たとえば蒸発のために）、物質が劣化することから保護し、および／または、充填（特に第１の充填）または計量バルブのクリーニングを容易にする。
【００３６】
一般的に、移動可能な閉鎖エレメントは、閉鎖エレメントの所定の最大ストロークが生じるように、たとえば、２つの画定された停止部の間で、往復移動するように配置され得る。閉鎖エレメントの停止位置は、負荷が加わっていない状態の引張ばねにより達成され得る。たとえばスピンドルを用いて、様々な中間位置で閉鎖エレメントを（制御された方法で）移動させることも可能である。閉鎖エレメントを駆動させるために、電気的駆動（スピンドル）システム、昇降ソレノイド、空気ピストン、油圧ピストンなどを用いることも可能である。また、たとえば閉鎖エレメントにねじ込むことなどにより、手動で閉鎖エレメントの位置を設定することもできる。そのような位置設定は、各物質および、特にその粘度に対して、計量バルブ、特に出口開口の方向におけるその出口通路を調整するのに役立ち得る。
【００３７】
好ましくは、閉鎖エレメントはバルブチャンバケーシングに強固に固定される。バルブチャンバケーシングへの閉鎖エレメントの固定は、直接することができ、これは閉鎖エレメントがバルブチャンバケーシングに直接的に接続されることを意味し、または、間接的に固定することもでき、すなわち、１つまたは２つ以上の接続エレメントが、バルブチャンバケーシングと閉鎖エレメントとの間に取り付けられてもよく、バルブチャンバケーシングへの閉鎖エレメントの固定がなされる。バルブチャンバへの閉鎖エレメントの接続または固定は、従来技術とは対照的に、閉鎖エレメントが移動できず、これは、計量バルブの放出および後退移動が、出口開口の動作のみにより達成されることを意味する。
【００３８】
そのような静止した閉鎖エレメントに基づく構造は、計量バルブの構造を相対的にシンプルに維持することができるという利点（移動可能な出口開口および移動可能な閉鎖エレメントを有する計量バルブに対して）を有する。したがって、計量バルブの作動もまた、複雑さの低減が可能であり、制御および調整がより容易となる。
【００３９】
好ましくは、バルブチャンバケーシングは、バルブチャンバハウジングを有し、すなわち、バルブハウジングを備えるか、または好ましくはバルブハウジングとして実現される。バルブチャンバは、そのようなバルブハウジングにより形成されていてもよいし、または好ましくは、バルブハウジングにより囲まれていてもよい。バルブハウジングは、バルブチャンバの機能が不純物や、ガスの制御されない侵入などによるマイナスの影響を受けないように、実質的に計量バルブの外部からバルブチャンバを封鎖する。これにより、非常に好ましい実行の円滑性および欠陥に対する低い故障発生度が与えられる。
【００４０】
代替的に、バルブチャンバケーシングは、バルブチャンバが配置されるシンプルな枠組を備えていてもよい。これは、バルブチャンバが外側から密閉して封鎖されないことを意味し、これは、計量バルブの移動可能な部材へのアクセスの点および計量バルブの作動の視覚的な監視の点から有利であり得る。
【００４１】
既に上に示したように、本発明の特に好ましい実施形態において、アクチュエータアセンブリは、少なくとも１つの圧電アクチュエータを備えている。これは、少なくとも１つのアクチュエータまたはアクチュエータアセンブリが、圧電原理に基づくことを意味する。好ましくは、いくつかのアクチュエータ、最も好ましくは、アクチュエータアセンブリの全てのアクチュエータが、圧電アクチュエータを備えている。これにより、単一の機能的原理、すなわち圧電原理に基づいて制御される出口開口の動作が、他の機械的または電気的な励起原理に基づくさらなるアクチュエータを必要とせずに可能となる。これは、アクチュエータアセンブリの制御および調整を、特にシンプルかつ効果的にする。
【００４２】
一般的に言うと、他の機械的、または電気機械的、または空気／油圧システムと比較したとき、圧電アクチュエータは、非常に精密で迅速な可制御性、特に、それらは非常に短い反応時間という利点を有する。さらに圧電アクチュエータは、比較的小さいスペースしか占有しない。本発明に関連して、圧電アクチュエータは、例えば複数の層状の、または並列の隣接する圧電性結晶または結晶層または類似する圧電素子のいくつかのエレメントで構成される構成要素と理解することができるが、例えば構成されるそれぞれのエレメントを制御するために共有の電気接続を備えることによって、制御装置によって１つのものとして制御される複合体を形成する。アクチュエータの圧電素子はそれぞれ、直列接続として機能してもよく、すなわち圧電素子の拡張が蓄積され、または並列接続として機能してもよく、すなわち圧電素子が、例えば有効な圧力領域を増やすために互いに並んで接続される。複数の並列アクチュエータ素子の場合、これらのそれぞれは、直列接続の圧電素子のスタック（ピエゾスタックと呼ばれる）として実現することができる。
【００４３】
本実施形態のさらに好ましい展開では、アクチュエータアセンブリは、２つの圧電アクチュエータを備える。示したように、共働する２つの圧電アクチュエータは、放出または後退方向へのストローク長さを、実質的に２倍に（同様に構成されたアクチュエータの場合）、長くするために用いることができる。しかし、好ましい実施形態では、計量バルブは、第１の圧電アクチュエータが、作動中に出口開口を後退方向に移動させる一方、第２の圧電アクチュエータが出口開口を放出方向に移動させるように実行され、その逆も同様である。圧電アクチュエータは、したがって、バルブチャンバケーシングおよび出口開口に連結され、したがって、それらの作動方向と一致するように並び、それらの２つの方向への、出口開口のそれぞれの逆の移動を可能にする。作動方向軸、すなわち、（仮想）軸は、これらが力を加えるアクチュエータの伸長軸、すなわち、それらが負荷要素として機能する軸に沿って位置し、出口開口の放出および／または後退方向に実質的に位置する。
【００４４】
言い換えると、２つの圧電アクチュエータは逆向きに接続され、圧電アクチュエータの１つが、どの一時点においても出口開口またはバルブチャンバエレメントの対応する部材を、直接または間接的に押圧する、プッシュプッシュ構造を実現する。換言すれば、２つのアクチュエータのうちの第１のアクチュエータは拡張し、出口開口を２つの方向のうちの一方の方向に押し、第２のアクチュエータは収縮し、それによって出口開口が所望の方向に動くために必要なスペースを確保する。出口開口が反対方向に動かされる場合、アクチュエータの機能は逆になる、すなわち第２のアクチュエータは再度拡張し、出口開口を押し、一方、第１のアクチュエータが収縮してスペースを作る。圧電素子は一般に圧縮下で弾力性があるが、引張荷重は圧電素子の損傷や完全な破壊を急速にもたらすおそれがあるので、この方法により特に安定した圧電アクチュエータが提供される。アクチュエータの寸法、配置および制御の選択は、収縮するアクチュエータが（小さい）逆圧をかけ続け、それによって、拡張するアクチュエータが一定の予圧をかけられることを確実にすることによって、拡張するアクチュエータがその動作の終わりに予圧が過度にかけられないようになされることが特に好ましい。これは、圧電素子の損傷をもたらし得る内部応力を防ぐか、あるいは最小限に抑える。これによって、高頻度で非常に急な移行状態にある出口開口の特に急速な動作が可能となる。さらに、組み合わされた２つの圧電アクチュエータは、作動方向軸に沿って常に同じ全長を有し、互いにその拡張を打ち消すことを確保することができる。言い換えると、作動中の第１の圧電アクチュエータの動作が第２の圧電アクチュエータの動作を打ち消し、作動中の第２の圧電アクチュエータの動作が第１の圧電アクチュエータの動作を打ち消すことが好ましい。このようにして、計量バルブの全構造物（特に外側構造物）への機械的応力をできるだけ低く保つことができる。慣性力を除いて、外側方向へ作用する力は実質的に存在しない。
【００４５】
本発明の一実施形態において、圧電アクチュエータの少なくとも１つは、円筒状の具体物を有し、好ましくは管状の具体物を有する。このようにして、その具体物は特に同様の形で実現され、特に好ましい横断面を備え得る。アクチュエータチャンバの円筒状の横断面は、矩形の横断面と比較して、特に製造し易く、提供し易いため、それは、たとえばバルブチャンバにより、具体的にはバルブチャンバケーシングにより囲まれたアクチュエータチャンバの中に、特に真っ直ぐに挿入することができる。
【００４６】
しかしながら、圧電アクチュエータの少なくとも１つは、円筒状でない形状に、例えば矩形状に実現することも可能である。第１の円筒状圧電アクチュエータおよび第２の非円筒状アクチュエータの組み合わせもまた可能である。矩形状のアクチュエータは、よりシンプルに製造できるという利点を有するため、得やすい。一方で、円筒状および非円筒状アクチュエータの組み合わせは、円筒状、好ましくは管状のアクチュエータを用いる、すなわち閉鎖エレメントとの直接接続が有利である。他方では、非円筒状アクチュエータはある程度コストと労力を省くことができる。
【００４７】
多くの種類の適用において、両方の圧電アクチュエータは全く同じに構成されることが好ましい。これは、両方の圧電アクチュエータを調整する労力を省くだけでなく、アクチュエータチャンバの実現の労力も省き、それによって制御シーケンスを調整する労力も省く。
【００４８】
有利には、出口開口を動かす要素は、好ましくはバルブチャンバそれ自体は、第１および第２の圧電アクチュエータ間でしっかりとクランプされていてもよい。これは、圧電アクチュエータとバルブチャンバとの間の効果的な力の伝達につながり、それによって摩擦と荷重伝達損失とを大きく減らし、それによって計量バルブ全体の有効性を向上させることに寄与する。
【００４９】
上述のように、２つの（圧電）アクチュエータのうちの少なくとも１つは、有利には、バルブチャンバケーシングまたはバルブチャンバハウジングのアクチュエータチャンバ内に配置される。特に有利なのは、両方の圧電アクチュエータが共通のアクチュエータチャンバ内に配置される場合である。これによって最適化が可能になり、特に損失が起こらないように両方の圧電アクチュエータの共働を最適に調整することができる。例えば、放出および／または後退方向の移動において、第１の圧電アクチュエータおよび第２の圧電アクチュエータを、アクチュエータチャンバ内で特定の最大合計寸法に限定することが可能になる。そのような最大合計寸法は、アクチュエータチャンバの内部寸法によってのみ定めることができる。しかしながら、特定された最大合計寸法が正確に達成されるように、内部寸法を減らすために、スペーサーもアクチュエータチャンバ内に配置されてもよい。そのようなスペーサーを用いて、特定の方法で、例えばスクリューまたは類似の調整要素を用いて、例えばアクチュエータチャンバの外部からスペーサーの精密な調整を行うことによって、合計寸法は変えることができる。
【００５０】
アクチュエータアセンブリは、バルブチャンバの受座機構と、バルブチャンバケーシング、特にバルブハウジングのカウンタ受座機構との間で延びていてもよい。この方法で、バルブチャンバケーシング（またはそのカウンタ受座機構）と、バルブチャンバ（またはその受座機構）との間で、アクチュエータアセンブリにより力が加えられ、バルブチャンバを放出方向または後退方向に移動させる。
【００５１】
上述のように、閉鎖エレメントは、液滴状、球状、楕円形状、不規則形状、一方側または両側が円錐状などに実現されることが通常可能である。しかしながら、計量バルブが、その長手方向の延伸を通して閉鎖エレメントの有効方向を定める閉鎖エレメントを備えることが特に好ましい。好ましくは、閉鎖エレメントは細長いプランジャを備える。そのようなプランジャは、略円筒状の構造とされるが、その外面上の部分に突出部または凹部を備えてもよく、それはまた貫通孔として実現されてもよい（これは全ての閉鎖エレメントの実現に当てはまる）。そのような突出物または凹部は、閉鎖エレメントを他の機械的システムの係合要素と接続するために特に役立つことができる。これらの係合ポイントによって、閉鎖エレメントの制御された動作および／または固定のために、圧力嵌めまたは形状嵌合が、そのようなシステムにおいて達成され得る。
【００５２】
特に、閉鎖エレメントは、圧電アクチュエータの少なくとも一方の形状によって画定されたキャビティに少なくとも一部配置されてもよく、それによって他方のアクチュエータ（たとえば圧電アクチュエータでもよい）も中空であることが可能である。一方の圧電アクチュエータのキャビティ領域における閉鎖エレメントのそのような配置は、特にコンパクトである。
【００５３】
バルブチャンバが、平行に配置され、平行に作動する、アクチュエータのいくつかのアクチュエータ素子、好ましくは、少なくとも３つの（好ましくは圧電）アクチュエータ素子のグループにより、少なくとも部分的に囲まれるように、計量バルブが実現されることが特に好ましいことがわかった。したがって、アクチュエータは、バルブチャンバを、よって、出口開口をも、特定の方向に移動させるのに必要な力を共同して伝達する、いくつかのアクチュエータ素子を備えている。言い換えると、アクチュエータは、一体では実現されないが、代わりに、空間的に互いに分離し、バルブチャンバの周りの様々な位置に配置された、いくつかの部分的なアクチュエータまたはアクチュエータ素子を備えている。複数のアクチュエータ素子から生じる力は実質的に蓄積し複合された１つの力、すなわちアクチュエータ全体の力を生む。
【００５４】
好ましくは、バルブチャンバは、少なくとも部分的に、（好ましくは圧電）アクチュエータ素子の２つのグループを備え、それにより、第１のグループのアクチュエータ素子は、第１のアクチュエータとして共に接続され、第２のグループのアクチュエータ素子は、第２のアクチュエータとして共に接続される。この方法で、作動中に、２つのアクチュエータのそれぞれが、特に好ましくは特定の方向に力を加え、それにより、第１のアクチュエータは有利には放出方向に力を加え、第２のアクチュエータは反対の方向、すなわち、後退方向に力を加え、逆も同様であり、アクチュエータおよびカウンタアクチュエータのシステムをもたらす。最終的に、これは、上述したように、アクチュエータ素子の２つのグループ、すなわち、２つのアクチュエータの、プッシュプッシュ構造をもたらす。
【００５５】
１つまたは２つ以上のアクチュエータ素子を備えるアクチュエータのアクチュエータ素子は、出口開口またはバルブチャンバの移動方向軸に平行に延び、バルブチャンバの周りに均等に、たとえば、移動方向軸に垂直な面に関して、回転対称に分配されている。そのようなアクチュエータの移動方向軸は、好ましくは計量バルブの長手軸である。アクチュエータ素子の均等分布は、星形構造および／または他のバルブチャンバの中心軸に対して径方向に垂直に配置することにより達成することができる。例えば、バルブチャンバの中心軸の周りで、２つのアクチュエータ素子が正反対となる配置、または互いに対し１２０°の角度をとる配置といった均等分布は、アクチュエータ素子により加えられる力の均等分配をもたらし、そしてそれによってまた、計量バルブの好ましい安定性の高さと動作の円滑さをもたらす。
【００５６】
バルブチャンバは、１つまたは２つの部材を備えていても良い。好ましくは、バルブチャンバは、バルブチャンバの移動方向軸に関して、出口開口の領域に配置される、少なくとも２つの部材、バルブチャンバヘッドおよびバルブチャンバコア体を備える。たとえば、アクチュエータアセンブリ用の受座は、バルブチャンバコア体に配置されてもよく、一方、バルブチャンバヘッドは、出口開口が配置される計量バルブノズルと共働することができる。特に、そのような実施形態は、バルブチャンバヘッドのみ、またはその部材のみが、その領域で物質、すなわち物質の流れに接触し、一方バルブチャンバコア体は、シール材を用いて計量材料から分離され得ると理解できる。この方法により、アクチュエータアセンブリは、流体から、すなわち、物質が流れる領域から、空間的、機能的、そして物理的に分離され、物質はアクチュエータアセンブリの動作の妨げとなり得ない。
【００５７】
本発明のさらに好ましい実施形態では、少なくとも１つの支持受座が、たとえばブラケットまたは保持ノーズ上など、バルブチャンバに（具体的にはバルブチャンバの外側に）配置され、アクチュエータはバルブチャンバの受座と、バルブチャンバケーシング（具体的にはバルブチャンバハウジング）のカウンタ受座との間に延びる。アクチュエータはその端部を、受座およびカウンタ受座により支持される。
【００５８】
さらに、バルブチャンバケーシングのカウンタベアリング表面は、カウンタベアリングマスに配置されていてもよく、好ましくは、たとえば、バルブチャンバケーシングの、たとえばバルブハウジングの静止した部分に、バネ付けされる。そのようなバネ取付配置は、バルブハウジング内に配置された板バネにより実現することができる。バネ取り付けは、アクチュエータまたはアクチュエータ素子のそれぞれに予張力をかけ、それにより、特に圧電アクチュエータまたは圧電アクチュエータ素子には、はるかに低い圧力が加えられる。特に、圧電アクチュエータ素子は、初期位置を取るために、たとえばオンにされたとき即座に伸長することができる。続いて生じる力は、バネ付勢されたカウンタマスに効果的に伝達される。本発明の特に好ましい実施形態においては、カウンタベアリングマスの質量は、バルブチャンバの質量よりもはるかに大きく、少なくとも２倍、より好ましくは、４倍の大きさである。
【００５９】
本発明の計量バルブのさらに好ましい実施形態によると、バルブチャンバは、たとえば、物質用の孔などの、開口部、好ましくは２つの開口部も備えている。この１つまたは複数の開口部は、バルブチャンバの内部へ物質をガイドし、そこから出口開口の方向へガイドするように機能する。バルブチャンバの開口の領域は、したがって、バルブチャンバの流体領域を画定し、それは上述したように、シールリングのようなシール材により、計量バルブまたはバルブチャンバのアクチュエータ領域から分離され得る。２つの開口部を有するバルブチャンバの実現は、たとえば、バルブチャンバに物質の２つの成分を分離して搬送し、それらがそこで混合されるか、または、特に好ましくは、バルブチャンバ内の物質の循環を達成するために用いることができる。物質はバルブチャンバ内で移動し続けることができるので、そのような循環は、上述した粘性揺変性または剪断減粘性物質の場合に特に有利である。２つの開口部は好ましくは、バルブチャンバ内へ中心に延びておらず、すなわち、開口部が中心に向いていないが、代わりに、その進行のメイン通路が中心を避けるように、側方からバルブチャンバの内部へと開放する。そのような、開口部の「傾いた」配列は、物質が効果的に自動的に混合され、したがって移動し続けることができるという利点を有する。
【００６０】
本発明による計量バルブは、供給ラインによりバルブチャンバに接続された計量材料リザーバも備える。供給ラインおよびバルブチャンバの開口部により、計量材料リザーバは、バルブチャンバ内部に流体接続される。計量材料リザーバは、計量バルブから（場合によっては一時的に）分離された機能的要素として認識することもでき、それは、作動中に供給ラインまたは臨時接続部（たとえば、機械的保持手段など）により計量バルブに接続される。
【００６１】
計量バルブのノズルは、たとえば、異なる粘度または物質特性を有する、様々な物質の計量を可能にし、また、より簡単な手入れを確保するために、交換可能であることが好ましい。このため、ノズルはノズルキャップにより、計量バルブの外側へ挟まれてもよく、そしてこのノズルキャップに接続されてもよい。ノズルキャップをはずすと、ノズルが露出し、容易に交換することができる。
【００６２】
計量バルブのノズルが加熱装置を備える場合、さらなる利点が生じ、それを用いることにより、物質の粘度を調節する助けとなる熱をノズルが有することが確保され得る。本発明の特に好ましい実施形態において、そのような加熱装置は、ノズルから着脱可能である。これは、たとえばクランプなどによる、加熱装置とノズルとの間の非永久接続により達成することができる。この方法により、ノズルまたはノズルのパーツの交換のようなノズルの手入れ工程が簡素化する。
【００６３】
加熱装置を用いて計量バルブのノズルを加熱することは、利点となることがよくあるが、計量バルブの内部、すなわちバルブハウジング内またはバルブチャンバ内において、アクチュエータアセンブリの作動中に、高温を発する可能性がある。したがって、好ましい実施形態では、バルブハウジングおよび／またはバルブチャンバは、アクチュエータアセンブリを冷却するための冷却媒体を搬送するために、少なくとも１つの冷却通路を備えている。このために、任意の流体または気体の冷却媒体を用いることができ、この冷却通路は冷却媒体の技術的要求を満たすための適切な機械的および化学的特性で実現され得る。空気、特に圧縮空気が好ましくは用いられ、それにより、圧縮空気は高い流速により、より迅速な熱の除去を達成する。空気は、たとえば、堆積や化学的干渉などによる、アクチュエータアセンブリのアクチュエータの作動への悪影響をほとんど有しないという利点を有する。冷却通路は、好ましくは、冷却媒体がアクチュエータアセンブリのアクチュエータの周りを流れることができるように配置または実現される。冷却媒体は、計量バルブの適切なポートを通じて冷却通路内に供給される。この場合、２つのポート、入口ポートおよび出口ポートが冷却媒体用に用いられるように、冷却媒体の循環を可能にすることが好ましい。
【００６４】
さらに重要な態様は、アクチュエータアセンブリのアクチュエータと、計量バルブ内の受座またはカウンタ受座との間の接続についてである。接続領域に亘る応力を低減するために、小さな表面積に亘る端面の結合ではなく、大きな表面積に亘る、アクチュエータ（またはアクチュエータ素子）と受座との間の端面の結合が好ましい。この課題への特に効果的な解決策は、アクチュエータをそれらの外側端面において、受座および／またはカウンタ受座に、レベリング剤、好ましくは接着剤を用いて結合することにより与えられる。レベリング剤または接着剤は、アクチュエータ（またはアクチュエータ素子）と、受座／カウンタ受座の面積の接触面積を増大させる。たとえば修理を実行するため、または、メンテナンスの実行など、装置の分解が必要な場合には、受座／カウンタ受座の孔（好ましくはネジ孔）を通じてボルトまたはネジを押圧することにより、アクチュエータに対して圧力が加えられ、接着剤を剥離する。レベリング剤または接着剤に代えて、曲げ応力を避けるために、アクチュエータは、湾曲した支持部により受座／カウンタ受座に結合されてもよい。
【００６５】
本発明の計量方法は、好ましくは、それぞれが少なくとも１つの圧電アクチュエータ素子を備えた第１および／または第２のアクチュエータを備えるアクチュエータアセンブリがスタンバイモードで制御され、第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータが、それらの適用可能な最大電圧の５０％で帯電されると考えられる。このため、それらがこの電圧値で帯電されるように、各圧電アクチュエータ素子を制御する、適切な調節または制御ユニットを用いることができる。アクチュエータアセンブリをオンに切り替える、またはスタンバイモードにあることで、通常、圧電アクチュエータは一種の予張力位置またはスタンバイ位置をとることになり、そこからその後の動作を完了することができる。そのような物質は、第１および第２のアクチュエータが逆に接続されるとき、すなわち、それらが正反対の作動方向を有するときに、特に適している。この方法で、２つのアクチュエータは、互いにバランスして保持され、出口開口は２つのとりうる極端の間のおよそ中間位置に持ってこられる。その最大印加可能電圧の１００％で一方のアクチュエータが帯電され、他方が最大印加可能電圧の０％で帯電されたときに、極端位置または停止部に到達する。
【００６６】
計量バルブは一般的に、計量バルブに加えて、調節または制御ユニット、特に、計量バルブの作動を調節または制御すると理解される電気的調節または制御ユニットを備える計量システムとして理解できる。
【００６７】
以下において、本発明の特徴は、特に好ましい開放型計量システムの実施例に関連して詳細に説明する。
【００６８】
このような計量システムは、揺変性または剪断減粘性の、流体から粘性を有する物質の計量に特に適している。これは、閉鎖通路を有するノズルを備える。開口ギャップは、そして適用可能な場合には閉鎖エレメントは、作動中に自動制御装置によって、放出方向または後退方向に制御され、それにより、出口開口または閉鎖通路は、同一平面上で閉鎖エレメントの横断面に対して放出および／または後退方向に垂直である少なくとも１つの横断面に対して、閉鎖エレメントの外面と閉鎖通路の内面との間に開口ギャップを与えるように実現される。この出口ギャップは、少なくとも所々で計量材料の出口通路を提供するように形成され、および／または寸法決めされる。この制御ユニットは、出口開口、および適用可能であれば閉鎖エレメントの、少なくとも２つの動作モードにおける、様々な動作のための制御信号を生成するように実現され、それにより、動作モードの少なくとも１つにおいて、少なくとも出口ギャップの領域において物質の粘度を低減するために、出口開口（および適用可能であれば閉鎖エレメント）を意図的に移動させる。本発明の計量方法は、これらの特徴に従って実現することもできる。粘度の低下は、追加のステップが取られなければ物質が放出されない、といった動作モードにおいてなされるのが好ましい。すなわち、そのような低粘度状態においても、物質をノズル内に留めるには十分な高さの粘度であるため物質が保持されるが、その低粘度状態では別の動作モード（たとえば、出口開口、および場合により閉鎖エレメントの、より強力な動作による）においては物質は容易に排出されうる、そのような動作パターンが選択される。
【００６９】
出口開口の横断面に対する閉鎖エレメントの横断面の大きさは、一方では塗布される物質の粘度（あるいは撹拌状態での粘度）に基づいて選択され、他方では物質に加えられる圧力によって選択される。次の経験則が適用される。
物質の圧力が高いほど、開口ギャップは小さくてよい。
静止状態において、物質の粘度が低いほど、開口ギャップは小さくてよい。
撹拌状態において、物質の粘度が低いほど、開口ギャップは小さくてよい。
【００７０】
横断面における開口ギャップの大きさ、すなわち開口ギャップの横断面の面積は、出口開口の静止状態の間に、物質が移動しないまたは同じ圧力条件下の自由流れと比較してはるかに少なく移動するように選択される。言い換えると、閉鎖エレメントと出口開口との間の開口ギャップは、開口ギャップにもかかわらず、物質の剪断減粘性のためにノズル内で閉鎖効果が起こるように、物質および／または物質にかけられた圧力に応じた寸法にされる。一方、閉鎖通路内での出口開口の（および、適用可能な場合、閉鎖エレメントの）十分な動作が物質の粘度を低下させ、物質が開口ギャップを通って流れるように、開口ギャップは寸法決めされ、定量供給を確実にする。このようにして、出口開口が（および適用可能な場合は、閉鎖エレメントが）移動するとすぐに、開口ギャップは物質の出口となる。したがって、閉鎖エレメントと出口開口との協働によってもたらされた閉鎖効果は一時的なものであり、出口開口の動作によって取り消され、物質を撹拌し、物質が流れるようにする。
【００７１】
そのような方法またはそのようなノズルによって、出口開口が（場合によっては、閉鎖エレメントと組み合わせて）動かされるときに物質が自動的にそれらの粘度特性を変える、または減らすように、ノズルの作動中に特定の物質、また高粘性で、揺変性および剪断減粘性の物質を調製することが可能になる。（ノズルを閉じるために閉鎖エレメントを出口開口の方へ押しやり、出口開口を覆わないように閉鎖エレメントをノズルの出口開口から引き離す）既知のノズル閉鎖とは対照的に、出口開口は常に覆われないままにしておくことができる。それでも上述の先行技術によって生じる短所は起こらない。すなわち物質にかけられる圧力は大幅に増やす必要はなく、代わりに、低粘度物質にかけられる通常の圧力条件を与えることで十分である。同時に、ノズルの作動中に物質の粘度を低減することによって物質を計量することが可能になり、より正確に放出方向に計量することが可能になる。より正確な計量が可能になり、物質の各液滴の非常に精密に予め定められた液滴の放出が達成され得る。これはまた、計量速度、すなわち本発明の計量システムの潜在的な処理能力を向上させる。
【００７２】
上述のように、物質の計量プロセスの間、さまざまな機能を実行するために作用することができる、好ましくは出口開口の（および、場合によっては閉鎖エレメントの動作モードとの組み合わせで）少なくとも２つの異なる動作モードがある。
【００７３】
例えば、第１のそのような機能は、物質を液体状態に保持することであってもよい。この目的のために、第１の動作モードは、出口開口の（および、場合によっては閉鎖エレメントの）極めて細かい上下動作を有する動作パターンを含むことが好ましく、そのストローク（すなわち振幅）および／または振動数および／またはシーケンスは、物質の粘度を大きく低減する、すなわち少なくとも５０％、好ましくは少なくとも９９％低減するために、物質内の力を克服するのに適するように選択される。「極めて細かい」上下動作は、（下記により詳しく記載した）第２の動作モードの動作と比較して、ストロークがより小さく、振動数がより高いと理解されるべきである。好ましくは、極めて細かい動作の振動数は、１０ｋＨｚより高い。（第２の動作モードに比べて高い）振動数またはシーケンスを適切に選択することによって、非常に小さいストロークを有する単純振動動作が、そのような粘度の低減を達成するのに十分である。この第１の動作モードは、物質の流動を確実にするためにも作用する。しかしながら、計量システムにおける物質の通常の圧力下で、極めて細かい振動動作を有する動作モードは、それ自体は材料をノズルから流出させないことが好ましい。
【００７４】
第２のそのような機能は、好ましくは、材料をノズルの出口開口を通じて放出するように作用する。この目的のために、第２の動作モードは、出口開口の（および、場合によっては、閉鎖エレメントの）放出動作を有する動作パターンを含み、そのストロークおよび／または振動数および／またはシーケンスは、出口開口が放出方向、すなわち閉鎖エレメントに向かって動かされるときはいつでも、ノズルの出口開口を通じて液滴または噴出物の形で閉鎖エレメントに物質を排出させるように選択される。出口開口が後退方向に動かされるとき、ノズル内の材料は閉鎖エレメントの前に流れ、次の放出方向への出口開口の移動によってノズルから放出される。この第２のタイプの動作パターンのストロークの長さは、前述の第１の動作モードの極めて細かい動作パターンのものより長いことが好ましく、振動数はより少なく、シーケンスは第１の機能に用いられるシーケンスより長い間隔を有してよい。
【００７５】
なお、ある動作モードは、出口開口が（および、場合によっては閉鎖エレメントが）実際は動いていないという点において定義できる。この動作モードは、物質がまず出口開口の完全な動作停止によって減速し、その後、静止状態になるため、静止または閉鎖モードと見なすことができる。この静止状態で、粘度は著しく上がり、開口ギャップの中で流動することはできなくなる。
【００７６】
さらなる動作モードは、２つの境界位置間で上下動作を有する動作パターンを含むことが好ましく、出口開口（および、場合によっては閉鎖エレメント）は、少なくとも１つの境界位置で一定時間保持される。これは、材料をノズルの出口開口から放出するのに用いられる動作モードにおいて特に有利である。それは、出口開口の特定の位置で、物質の放出前にまず、材料が閉鎖エレメントの前に流れることを意図的に確実にし、あるいは、１滴放出された後、物質は最初はいくらか安定し、その後、流動がより迅速に減速することを意図的に確実にする。
【００７７】
特に好ましい一実施形態において、制御ユニットは、さまざまな動作、すなわちさまざまな動作パターンおよび／または動作モードを組み合わせるように実現され、またはプログラムされる。例えば、ある動作モードは、好ましくは、さまざまな動作パターンの重ね合わせを含んでもよい。特に、前述の第１および第２の機能の動作は重ね合わせることができ、例えば、第１の動作パターンによる振動は、第２の動作パターンによる大きいストロークの放出動作に組み合わせられ、放出動作はある程度の小刻みな動きを伴う。好ましくは、さまざまな動作モードが連続して、好ましくは交互に行われる。交互の実行は、物質の放出を、非常に意図的に、また精密に定められた時間で達成することができるという利点を有する。
【００７８】
たとえば、どのパラメータ（ストローク、振動数など）が的確に動作パターンに含まれるのか、動作パターンの重なりがあるのかどうか、そしてどの順番で動作パターンが実行されるのか、といった、個別の動作モードにおいて行われることになる動作パターンは、物質および実際の計量課題のパラメータ（たとえば、物質が液滴状に計量されるのか、その場合における滴のサイズおよび時間の間隔）によって決まる。したがって、制御ユニットは、好ましくは、さまざまな物質および計量タスク用の動作パターンおよび動作モードシーケンスを保存するためのメモリを含むことができる。
【００７９】
物質が開口ギャップ内で流れるようにするために、開口ギャップは、閉鎖エレメントの外面と閉鎖通路の内面との間に、物質の１つの粒子の高さ、好ましくは少なくとも３つの粒子が並ぶ長さ、特に好ましくは少なくとも０．０５ｍｍの長さに対応する、少なくとも１つの間隙を含むことが必要である。物質の少なくとも最大の粒子が開口ギャップの中を通れるようにすることに注意を払うべきである。「粒子」の用語は、この状況において広く解釈される。それはポリマー鎖、またはポリマー鎖への煎断力の適用下で分離することができるポリマー鎖の部分を含む。「最大の粒子」は、この状況においては、粘度を大幅に減少させる煎断力の適用下で存在する粒子として定義することができる。特にポリマー鎖を含む物質の場合において、粘度の減少はポリマー鎖を所々切断することによって生じ、それによってより小さい粒径にし、その中で最大の粒子が開口ギャップの中を通れなければならない。さらに最小の高さとは、主軸の方向に最小限に伸ばされて、物質の全ての粒子の中で最大の大きさを示すという意味において物質の最大の粒子の高さを意味する。この最小の高さは、粒子が固有の弾性の範囲内で圧縮されるときの粒径として理解されるべきである。
【００８０】
物質の流動は、特に、複数の粒子、すなわち２つ、好ましくは少なくとも３つの粒子が開口ギャップに並んでその大きさに適合するときに起こり得る。環状の開口ギャップが制御された通過流または制御された閉鎖効果を達成するのに特に適していることが実験によって示されている。これは、閉鎖エレメントの円形の横断面、好ましくは閉鎖通路内の閉鎖エレメントの軸方向の配置と組み合わせた閉鎖通路の内面の円形の横断面によって達成することができる。実験はまた、そのような円形の開口ギャップの場合、現在の標準的な圧力条件下で、０．１ｍｍ＋／−１０％の差異の範囲の横断面のギャップ幅は、出口開口の動作状態で（場合により、閉鎖エレメントの動作状態と組み合わせて）良い通過流と、静止状態における出口開口の好適な閉鎖を得るために特に適していることを示している。上述のタイプの物質について、０．５〜８．０バールの標準的な圧力が現在適用されている。他の形状ももちろん可能である。閉鎖エレメントの外面と閉鎖通路の内面との間の開口ギャップの空間、すなわち開口ギャップの間隙の上限は、次のように定められる。間隙のために物質に作用する流動抵抗は、ノズルの出口開口の領域で物質に作用する流動抵抗と少なくとも同じ大きさでなければならない。閉鎖通路の領域内の流動抵抗が出口開口の領域内の流動抵抗より小さい場合、材料は出口ノズルから排出されないだろう。出口開口が常に０．５ｍｍの長さで、物質が通る開口ギャップの長さが常に１０ｍｍであると仮定して、出口開口および閉鎖エレメントの寸法に応じた、実験およびシミュレーションの結果が、以下の間隙（すなわちギャップ幅）に関する表にまとめられている。
【００８１】
【表１】
0006454286.tif 000002
【００８２】
これらのパラメータ組み合わせは、それぞれの場合において好ましい実施形態として理解されるべきである。
【００８３】
好ましくは、流動抵抗に加えて開口ギャップの寸法を決定するとき、開口ギャップ内で物質が徐々に流動状態から静止状態になり、その後、開口ギャップが封鎖されるようにも考慮すべきである。したがって、開口ギャップによって一定の制動効果が生じるようにすべきである。この制動効果は、出口開口が（および、適用可能な場合、閉鎖エレメントが）、閉鎖通路に対する動作から静止状態に移行するとき、常に起こることが好ましい。
【００８４】
開口ギャップは、環状または他の円形を有する代わりに、例えば、閉鎖エレメント内の凹部のような、特定の領域のみの横断面で形成されてもよい。それぞれの場合において、形状は、特に物質への圧力およびその粘度に影響を及ぼす上記のパラメータを考慮して、適用の分野によって個別に選択することができる。したがって、本発明による計量システムは、好ましくは、複数の（交換可能な）閉鎖エレメントおよび／または（交換可能な）閉鎖通路を備え、そのうちの少なくとも１つの閉鎖エレメントと１つの閉鎖通路が補完的形状を有し、共に上記で詳述したタイプの開口ギャップを形成する。これらの交換可能な配置は、それぞれの場合において、計量される材料に応じてノズルの中に挿入することができる。好ましくは、この（交換可能な）閉鎖エレメントまたは（交換可能な）閉鎖通路はそれぞれ、関連部品および特定の物質の適用性を示すマーキングを含む。バルブチャンバヘッドは、たとえば、閉鎖通路を含むか、または形成することができる。
【００８５】
本発明の特に好ましい一実施形態において、ノズルは、ノズル領域内に、特に好ましくは出口開口に隣接するノズル端部領域内に、計量材料収集キャビティも含む。この計量材料収集キャビティは、閉鎖通路と出口開口との間に配置され、そのサイズと位置のために閉鎖エレメントによって少なくとも完全には満たされないように形成され、または位置付けられる。計量材料収集キャビティは、その寸法が、断面において、閉鎖エレメントと閉鎖通路との間の開口ギャップの全面積より大きいことが好ましい。開口ギャップの中を通った材料は、この計量材料収集キャビティ内で収集することができ、その後、放出方向の移動の間のより長い出口開口の（場合により、閉鎖エレメントのストロークと組み合わせた）ストロークによって出口開口から正確に排出され、適切に計量された、迅速で正確な材料の放出が、特に液滴の形で可能になる。
【００８６】
物質をノズル内で準備するために、物質は、計量材料リザーバから供給ラインを介して供給される。原則として、開口ギャップを単なる一種の、物質の保持領域または準備領域として使用することができ、そこで供給された材料の一部が、出口開口の（および、適用可能な場合、閉鎖エレメントの）適切な動作によって置かれて液体にされる。しかしながら、計量システムは、好ましくは、材料を供給するために計量材料リザーバからの供給ラインを備え、それによって供給ラインは閉鎖通路によって形成される開口ギャップにつながり、および／またはノズルの出口開口から最も遠く離れた閉鎖通路の端部に配置される。この場合、計量材料リザーバからの供給ラインは、閉鎖通路の領域、すなわち開口ギャップの領域、たとえば、上述したバルブチャンバ内の開口部または孔を越えて、直接または間接につながる。これは、物質がどんな場合も、少なくとも開口ギャップのいくつかの部分を流動する効果を有し、開口ギャップは、物質の流動に開放効果または閉鎖効果を及ぼす。
【００８７】
上述のように、本発明による計量システムはまた、出口開口の方向に、フィードラインによってノズルに接続されている計量材料リザーバを備えることが好ましい。したがって、物質の供給は、計量システム内で達成され、一体的に構成され、搬送され得る。
【００８８】
本発明によると、出口開口の動作は、アクチュエータアセンブリを用いて行われる。この目的のために、また圧力を調節するために、好ましくは、計量システムは、アクチュエータアセンブリを制御するための、および／または計量システムの計量材料リザーバにおける圧力を制御するための電子制御ユニットを備える。この制御ユニットは、必ずしも計量バルブ内に配置される必要はなく、外部に配置することも可能である。制御ユニットは、制御線を用いて、計量バルブの内部に接続することができる。アクチュエータシステムは固有ロジックに基づいて動作しないが、電子制御ユニットによって「インテリジェントな」方法で制御され、例えばソフトウェア生成の制御信号をアクチュエータシステムに与えるプロセッサを備えてもよい。そのような制御ユニットは、１４ｋＨｚ域での計量周波数を達成でき、それは出口開口（場合により、閉鎖エレメントも）の動作を非常に精密に制御できることを意味する。この制御ユニットは、少なくとも２つの動作モードでの、出口開口（適用可能な場合、閉鎖エレメントも）の様々な動作用の制御信号を生成するように実現することができる。
【００８９】
本発明の他の目的と特徴が、添付の図面とともに考察される次の詳細な説明から明らかになるだろう。図の全体を通して、同様の番号が同様の対象を指している。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図２の第１の縦断面Ｇ−Ｇに沿った、本発明による計量バルブの実施形態の断面図を示す。
【図２】同計量バルブの平面図を示す。
【図３】同計量バルブの内部の選択された部材の詳細図を示す。
【図４】図１の断面Ｃ−Ｃに沿った横断面における、同計量バルブの断面図を示す。
【図５ａ】同計量バルブのバルブチャンバの詳細な縦断面図を示す。
【図５ｂ】同計量バルブのバルブチャンバの詳細な斜視図を示す。
【図５ｃ】同計量バルブのバルブチャンバの詳細な平面図を示す。
【図６】図２の第２の縦断面Ｆ−Ｆに沿った、同計量バルブの断面図を示す。
【図７ａ】同計量バルブのノズルキャップの詳細な側面図を示す。
【図７ｂ】同計量バルブのノズルキャップの詳細な平面図を示す。
【図７ｃ】同計量バルブのノズルキャップの詳細な斜視図を示す。
【図８ａ】同計量バルブの下面図を示す。
【図８ｂ】同計量バルブの側面図を示す。
【図８ｃ】図８ｂのＢ−Ｂ断面図を示す。
【図８ｄ】同計量バルブの斜視図を示す。
【図９】本発明による計量方法の第１の実施形態における出口開口の動作の経路の略図を示す。
【図１０】本発明による計量方法の第２の実施形態における出口開口の動作の経路の略図を示す。
【図１１】本発明による計量方法の第３の実施形態における出口開口の動作の経路の略図を示す。
【図１２】本発明による計量方法の第４の実施形態における出口開口の動作の経路の略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９１】
図１〜図６は、完全なまたは部分的な様々な図で、本発明の実施形態による計量バルブを示し、図１および図６は、図２の断面線Ｇ−Ｇ、およびＦ−Ｆに沿った図を示し、これらの図を参照する。
【００９２】
計量バルブ１は、ノズル１９を備えたバルブチャンバ３３と、バルブチャンバ３３に加えてアクチュエータチャンバ５３が配置されたバルブハウジング２２とを備えている。バルブハウジング２２は、第１の下部ハウジング部２３およびカバー５の形の、第２の上部ハウジング部５を備える。両ハウジング部５、２３は、保持スクリュー４１により結合されている。
【００９３】
アクチュエータチャンバ５３は、バルブチャンバ２２の中心に配置されている。カバー５の下には、第１圧電アクチュエータ８ａおよび第２圧電アクチュエータ８ｂ（図６参照）が、（中心）軸Ａに沿って配置され、軸Ａ方向に整列され、板バネ３９ａ、３９ｂおよび移動可能なカウンタ体３７（すなわち、カウンタマス）により接続されている。圧電アクチュエータ８ａ、８ｂは、ともにアクチュエータアセンブリ７を形成する。第１圧電アクチュエータ８ａは、３つの第１圧電アクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃを備え、第２圧電アクチュエータ８ｂは、３つの第２圧電アクチュエータ素子７ｄ、７ｅ、７ｆを備えている。これらのアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆの配置および挙動については、図３および図４の説明において、より詳細に説明する。
【００９４】
バルブチャンバ３３は、バルブハウジング２２内に配置され、アクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆとの間で連結される。バルブチャンバ３３の、構造、アクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆとの連結、および挙動については、図５ａ〜図５ｃを用いて説明する。
【００９５】
図１の左側において、カバー５の下方の下部ハウジング部２３に、２つの圧縮空気ポート２７ａ、２７ｂが見られる。電子機器ハウジング２５が、圧縮空気コネクタ２７ａ、２７ｂの下方に配置され、バルブハウジング２２を通る接続孔１０を貫通する電気接続部（図示せず）を介して２つの圧電アクチュエータ８ａ、８ｂに接続され、計量バルブの作動中にこれらを制御する制御ユニット９を囲んでいる。ここで、電子機器ハウジング２５は、計量バルブ１のバルブハウジング２２に固定されているが、着脱可能に接続することもできる。
【００９６】
この実施形態では、バルブチャンバ３３は、２つの部分、すなわち、出口開口２１の領域、または計量バルブフルイディクス領域内の、バルブチャンバヘッド３４と、特にアクチュエータチャンバ５３の領域内の、バルブチャンバコア体３６とを備えている。
【００９７】
作動中、ノズル１９を熱するために、加熱装置１１がノズル１９へとクランプされている。ノズル１９自体は、図中、下方にテーパーを有し、出口開口２１において終端するノズル本体１７を備えている。ノズルキャップ１５が、図の下部に示されるように、これに取り付けられ、ノズル１９を接続ネジ１３ａ、１３ｂによりバルブチャンバ３３に接続する。この方法で、ノズル本体１７は、ノズルキャップ１５およびバルブチャンバ３３の間に堅固に挟まれ、最終的にバルブチャンバ３３の下端領域を形成する。バルブチャンバヘッド３４は、ノズルキャップ１５およびバルブチャンバコア体３６の間にクランプされる。
【００９８】
プランジャ３の形の静止した閉鎖エレメント３は、軸Ａに沿って並び、バルブハウジング２２の中央に取り付けられている。プランジャ３は、カバー５のねじ山４によりバルブハウジング２２に堅固に接続されている。プランジャ３はアクチュエータチャンバ５３を通り、バルブチャンバ３３を通って挿入され、カバー５を通ってバルブハウジング２２が開放する必要なくねじ込むことができる。その形状は、ノズル１９の領域で内側にテーパーし、大部分がノズル本体１７の内側の形状に追従し、一方、ノズル本体１７およびプランジャ３の間に所定の開口ギャップ１００を常に残し、計量バルブ１のノズルが、外側に向かって完全に封鎖されない。
【００９９】
ノズル１９は計量材料供給ユニット２９により供給され、計量材料供給ユニット２９は通路または開口（４７ａ、４７ｂ。図８参照）を介して開口ギャップ１００内へ物質（図示せず）を供給する。物質は、開口ギャップ１００を通って、出口開口２１の方向へ前進移動する。開口ギャップ１００の領域、すなわち、バルブチャンバ３３の「流体」部分は、機能的かつ流体的に、バルブチャンバ３３の上部の「アクチュエータ領域」から、シールリング３１ａ、３１ｂにより分離され、材料はアクチュエータ領域へと入り込むことができない。
【０１００】
上述したように、従来技術の計量バルブでは、出口開口を通して材料を搬送するために、閉鎖エレメント３またはプランジャ３が移動する。本発明では、閉鎖エレメントのこの動作を、部分的に、（この例示的実施形態では）全体的に、出口開口２１の動作に替えている。これは、アクチュエータ機構７が、バルブチャンバ３３を移動させることにより、出口開口２１を、作動方向軸ＷＲに沿って前後移動させる。このため、出口開口２１は放出方向Ｅにおいて上方に、後退方向Ｒにおいて下方に移動する。出口開口２１の放出方向Ｅは、プランジャ３により材料が放出される動作方向として理解される。出口開口２１が放出方向Ｅに移動するとき、プランジャ３により出口開口２１を通って材料が押し出される。これに対して、後退方向Ｒに移動するときは、出口開口２１がプランジャ３から外側に離れて移動するので、プランジャ３は出口開口２１に対して後退する。
【０１０１】
両方の圧電アクチュエータ８ａ、８ｂは、作動中に、実質的に軸Ａに沿った軸方向に移動するように配置される。圧電アクチュエータ８ａ、８ｂは、矩形状の圧電素子のピエゾスタックである。圧電アクチュエータ８ａ、８ｂは、逆方向を向いている。これは、第１圧電アクチュエータ８ａがその全長を長手方向に、すなわち垂直方向に減少させ、それと同時に、第２圧電アクチュエータ８ｂが同じ分量だけ同じ方向にその長さを増大させることを意味する。同じ方法で、第１圧電アクチュエータ８ａがその全長を長手方向に増大させ、それと同時に、第２圧電アクチュエータ８ｂが同じ分量だけ同じ方向にその長さを減少させる。
【０１０２】
計量バルブ１の作動中に、制御ユニット９は、第１および第２の制御信号を生成し、これらの信号は、２つの圧電アクチュエータ８ａ、８ｂに送られ、それらの動作、すなわちそれらのずれを制御する。これらの制御信号は、圧電アクチュエータ８ａ、８ｂが互いに反対に励起されるように生成される。これにより、２つの圧電アクチュエータ８ａ、８ｂの逆の動作パターンが生じる。出口開口２１に接続される第１圧電アクチュエータ８ａの動作は、出口開口２１に上下への移動を生じさせる。第２圧電アクチュエータ８ｂが収縮し、それと同時に第１圧電アクチュエータ８ａが拡張するとき、出口開口２１は第１圧電アクチュエータ８ａによって放出方向Ｅに押される。反対の動作では、出口開口２１は、第２圧電アクチュエータ８ｂによって、後退方向Ｒに押される。この場合に２つの圧電アクチュエータ８ａ、８ｂによって共有される作用方向軸ＷＲは、放出方向Ｅおよび後退方向Ｒとして、軸Ａと正確に並び、出口開口２１と、第１圧電アクチュエータ８ａと第２圧電アクチュエータ８ｂによって与えられるアクチュエータ機構７とを間接的に連結することは、出口開口２１が、拡張する圧電アクチュエータ８ａ、８ｂによって、所望の方向に常に押されることを確実にする。
【０１０３】
圧縮された空気は、アクチュエータチャンバ５３に入ることが可能で、ガイドされて、圧縮空気コネクタ２７ａ、２７ｂを介して再び出され得る。上部の圧縮空気コネクタ２７ａは空気の入口２７ａとして作用し、一方、下部の圧縮空気コネクタ２７ｂは空気の出口２７ｂとして機能する。圧縮空気をガイドするために、カウンタベアリング体３７は、２つの環状溝３８ａ、３８ｂおよび冷却通路としての貫通孔４０ａ、４０ｂを備えている。圧縮空気はガイドされ、空気入口コネクタ２７ａから上部溝３８ａを通り、対向する（上部水平）孔４０ａを通り、そしてプランジャ３に沿って、バルブチャンバ３３の上部の内部へと入り、バルブチャンバ３３の（水平）孔４０ｃ（さらなる冷却通路として作用する）を介してアクチュエータ機構７の方向へ前進する。この方法で、バルブチャンバ３３およびバルブハウジング２２の間のアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ上に流れ、カウンタブロック３７の第２（上部垂直）孔４０ｂを介して第２溝３８ｂに到達し、そこから空気出口コネクタ２７ｂに至る。この方法で、圧縮空気は、バルブハウジングのアクチュエータチャンバ５３の領域内で冷却媒体として循環することができ、特にアクチュエータ８ａ、８ｂを効果的に冷却することができる。
【０１０４】
図３は、本発明の計量バルブ１の選択された部材、すなわち、アクチュエータ８ａ、８ｂを有するバルブチャンバコア体３６およびアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅの斜視図を示している。この図では、アクチュエータ素子７ｆは、バルブチャンバコア体３６により隠れている。この図は、カウンタ体３７およびカバー５も示している。
【０１０５】
第１アクチュエータ８ａのアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃは、それらの下部外側面、すなわち、出口開口２１の方向において、カウンタ受座３６ｂに保持され、上部外側面、すなわち、反対側の端部において、バルブチャンバコア体３６に固定された、または、バルブチャンバコア体３６から突出した、鼻形状（傾斜した）ブラケットの受座３５ａに保持されている。同じ方法で、第２アクチュエータ８ｂのアクチュエータ素子７ｄ、７ｅ、７ｆは、それらの下部外側面、すなわち、出口開口２１の方向において、対応する鼻形状のブラケットの受座３５ｂに保持され、それらの上部外側面、すなわち、反対側の端部において、カウンタ受座３６ａに保持されている。受座３６ａを有するブラケットは、バルブチャンバコア体３６に固定されるか、または、バルブチャンバコア体３６から突出する。それに対して、受座３６ａは（カウンタマス３７を介して）バルブハウジング２２に対してバネ付勢され（図１および図６参照）、第１アクチュエータ８ａのアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃが拡張するとき、バルブチャンバコア体３６、そして出口開口２１もまた、放出方向Ｅで上側に変位する。第２アクチュエータ８ｂのアクチュエータ素子７ｄ、７ｅ、７ｆが拡張するとき、バルブチャンバコア体３６、そして出口開口２１もまた、後退方向Ｒで下側に変位する。
【０１０６】
図３、図４および図５ａ〜図５ｃを用いると、アクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆは、バルブチャンバエレメント４５の中心軸Ａでもある、軸Ａの周りに放射状に配置されている。２つのアクチュエータ８ａ、８ｂのそれぞれは、３つのアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆを備え、アクチュエータ８ａ、８ｂのアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ；７ｄ、７ｅ、７ｆは、軸Ａ周りに互いから１２０°オフセットし、それにより、第１アクチュエータ８ａのアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃが常に、第２アクチュエータ８ｂのアクチュエータ素子７ｄ、７ｅ、７ｆに隣り合う。その結果、星型のアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆの均一で回転方向で対称な配置となり、第１アクチュエータ８ａのアクチュエータ素子７ａ、７ｂ、７ｃが常に、軸Ａに関して第２アクチュエータ８ｂのアクチュエータ素子７ｄ、７ｅ、７ｆの反対となる。
【０１０７】
図５ａおよび図５ｂに関して、バルブチャンバコア体３６は一体で形成されていることに留意する。バルブチャンバコア体３６は本体４５および支持ブラケットを有している。上述した孔４０ｃは本体４５の下方に、下部支持ブラケット３５ｂの下１／３の高さあたりにある。
【０１０８】
計量バルブの作動原理をさらに明確にするために、図６は第２の縦断面Ｆ−Ｆ（図２参照）を示している。同じアクチュエータの２つのアクチュエータ素子ではなく、断面の向きは、第１アクチュエータ８ａおよび第２アクチュエータ８ｂのそれぞれの１つのアクチュエータ素子を示している。この図は、計量材料供給ユニット２９も断面で示している。
【０１０９】
本明細書に示される計量バルブ１の組み立ては、以下のように実行することができる。圧電アクチュエータ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆが、最初に受座３５ａ、３５ｂにおいて、バルブチャンバコア体３６に接着される。圧電アクチュエータ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆは、その後制御ユニット９に電気的に接続される。圧電アクチュエータ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆおよび本体４５を備える組み立てられたユニットは、その後バルブハウジング２２に挿入され、それに続きカウンタマス３７および板バネ３９ａ、３９ｂが挿入される。そして、カバー５によりバルブが封鎖され、最後に（六角頭部を有する）プランジャ３がねじ山４によりバルブハウジング２２内にねじ込まれる。
【０１１０】
（図１の計量バルブの）ノズルキャップ１５は、図７ａに側面図で、図７ｂにおいて下から、図７ｃに斜視図で示されている。ノズルキャップ１５は、たとえば図１に示されるネジ１３ａ、１３ｂなど、接続ネジが挿入可能な開口部４９を有している。出口開口２１を有するノズル本体は、その中央において、中心に合わせられた開口部内に配置される。ノズルキャップ１５は、ノズル本体１を露出するために、接続ネジ１３ａ、１３ｂを取り除くことによりノズル本体１７から取り除くことができ、ノズル本体１７もまた、計量バルブ１から取り外し、必要であれば他のノズル本体と取り替えることができる。
【０１１１】
上述したように、例示的な計量バルブ１は、開放型システムとして実現される。本発明の内容において、以下により詳細に説明するように、出口開口２１の所定の動作モードを実行することが特に好ましい。
【０１１２】
図８ａ〜図８ｄは、ノズル本体１７の様々な図を示し、すなわち、図８ａにおいて上から見た平面図を、図８ｂに側面図を、図８ｃにＢ−Ｂ線断面図を、図８ｄに下から見た斜視図を示している。
【０１１３】
これらの図は、明確に連続孔４９´を示し、たとえば図１に示される接続ネジが挿入できるように、それらの位置はノズルキャップ１５の開口部４９に対応している。これらの図はまた、物質が出口開口２１の方向に開口ギャップ１００に到達する際に通る開口部４７ａ、４７ｂの配置を示している。外側において、開口部４７ａ、４７ｂは、計量材料供給ユニット２９への接続を行う接続開口部４８ａ、４８ｂ内で終端している。図８ｃは、開口部がノズル本体１７の中心に向かって導かれていないが、開口部が、よって物質もまたノズル本体１７の中心に向かずに、側部を向くように、側方にオフセットしていることが明確に示されている。これにより、開口ギャップ１００内への物質の曲がった送り込み、および／または物質の混合が可能となる。
【０１１４】
これに関連して、図９は、出口開口２１の１つの可能な動作パターンを概略的に示している。出口開口２１の経路ｓ（スケールなし）が、時間ｔ（同じくスケールなし）に対して示されている。出口開口２１は３つの異なる動作モードＭ1、Ｍ2、Ｍ3を行うことがわかる。
【０１１５】
第１の動作モードＭ1が、ゼロ時間段階ｔ0と第１時間段階ｔ1との間、第２時間段階ｔ2と第３時間段階ｔ3との間、および第４時間段階ｔ4と第５時間段階ｔ5との間で行われる。この動作モードＭ1は、２つの位置ｓ1、ｓ2間の小さく、比較的急速な振動を含む。ここで、出口開口２１の動作は、一定速度で比較的高い振動数の、小さい振幅Ａ1または短いストロークＡ1を有する。この動作は、物質の流動性を維持するためだけに作用するため、物質はノズルから持続的に滴下する程度までは液化されない。この第１の動作モードＭ1は、したがって、流動性維持モードとして特徴付けることができる。
【０１１６】
一方、第１時間段階ｔ1と第２時間段階ｔ2との間、第３時間段階ｔ3と第４時間段階ｔ4との間、および第５時間段階ｔ5と第６時間段階ｔ6との間で行われる第２の動作モードＭ2は、異なる動作パターンを含む。第２の動作モードは材料を出口開口２１から放出するように作用するため、放出モードと呼ばれる。このため、第２の動作モードはより大きな振幅Ａ2またはより長いストロークＡ2を有する。第５時間段階ｔ5と第６時間段階ｔ6との間の２倍の放出動作においてはっきりと見られるその振動数は、第１の動作モードＭ1の動作の振動数よりかなり低い。この動作の速度は、一定とも言うことができる。第６時間段階ｔ6の後に行われる第３の動作モードＭ3は出口開口２１のシンプルな静止を含み、粘度はもはや出口開口２１の動作によって低減されないので、第３の動作モードは、物質が開口ギャップ１００内でその固有の摩擦によって最初は速度が落ち、その後停止する効果がある。
【０１１７】
図１０の動作パターンは、放出モードＭ4の点でのみ、図９の動作グラフと異なる。図９の第２の動作モードＭ2のようにシンプルな鋸歯状の上下動作に代わって、出口開口２１は一定時間、下側位置Ｓ4を維持する。この時間の間、材料は閉鎖エレメント３の前に流れることができる。この後に出口開口２１の放出方向Ｅの非常に急速な移動が続く。再度、出口開口２１は、一定時間、放出方向の最上位置Ｓ3、すなわち、プランジャに最も近い位置を維持する。この時間の間、後続の出口開口２１の後退方向の移動で材料の放出が遅れることを避けるために、物質の動きがいくらか確認される。
【０１１８】
さらに図１１の動作パターンは、放出モードＭ5の点でのみ、図１０の動作グラフと異なる。ここで、第１の動作モードＭ1における動作パターン、すなわち出口開口２１の微小振動動作は、図９に示される動作モードの動作パターンＭ4上の放出動作の間、重ね合わせられる。これは、極めて細かい鋸歯状の動作が停止したときに、物質の粘度が比較的急速に増す場合に好都合である。動作パターンを重ね合わせることは、物質の粘度を持続的に低減することを確実にする。
【０１１９】
図１２は、例えば、物質のそれぞれのドットを並んで近くに置くことによって、「ビード」すなわち均一の厚さの連続した帯を塗布するのに適した動作パターンを示している。たとえ、各滴下について、出口開口２１のストロークの長さが同じであっても、物質によっては、最初と最後の滴下が中間の滴下より大きくなる場合がある。この場合に、ストローク長さのみが異なる、異なる放出モードＭ2、Ｍ6を適用することは好都合であり得る。例えば、最初と最後の滴下に関して、中間の滴下より短いストロークを有する動作モードＭ2を選択することができる。
【０１２０】
これらの例は、さまざまな動作モードの特定のパラメータおよびその動作モードのシーケンスを、処理される計量材料のそれぞれに、および計量タスクに正確に適合させることが、本発明により理想的に可能であることを明確に示している。
【０１２１】
上記で詳述した計量バルブ、計量システム、および、アクチュエータアセンブリの構成要素は、単なる例示であり、様々な方法で当業者により、様々な特徴を組み合わせることにより、本発明の範囲から逸脱することなく適応させることが可能であることに留意すべきである。たとえば、プランジャが常に静止し続ける間に出口開口のみが移動することは厳密には必要ではない。代わりに、時にプランジャを移動させることもまた可能である。このために、計量バルブ内でプランジャは移動可能にすることができるが、制御上の理由で、出口開口の動作に加えていくつかの動作を行うだけであろう。その場合、出口開口は（移動可能な）プランジャと平行してそれぞれの動作を行う必要はないが、たとえば選択された（すなわち、プログラムされた）動作モードにしたがって、選択的に同様に移動することができる。本発明に関連して、出口開口は動作モードのうちの少なくとも１つで移動する。同様に、ノズルは、シンプルな開口、すなわち、出口開口に向かってテーパーしたアセンブリに代えて、出口開口としての真っ直ぐな貫通孔を有する略平坦な部材、として実現することができる。さらに、本出願の全体にわたって、「ａ」または「ａｎ」の使用は、複数を排除するものではない。さらに「ユニット」は、空間的に分離している１つまたは２つ以上の構成要素も含んでよい。
【符号の説明】
【０１２２】
１  計量バルブ
３  閉鎖エレメント／プランジャ
４  ねじ山
５  第２のハウジング部／カバー
７  アクチュエータアセンブリ
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ  アクチュエータ素子
８ａ  第１の（圧電）アクチュエータ
８ｂ  第２の（圧電）アクチュエータ
９  制御ユニット
１０  接続孔
１１  加熱装置
１３ａ、１３ｂ  接続ネジ
１５  ノズルキャップ
１７  ノズル本体
１９  ノズル
２１  出口開口
２２  バルブハウジング
２３  バルブチャンバケーシング
２５  電子機器ハウジング
２７ａ、２７ｂ  圧縮空気コネクタ
２９  計量材料供給ユニット
３１ａ、３１ｂ  シールリング
３３  バルブチャンバ
３４  バルブチャンバヘッド
３５ａ、３５ｂ  受座
３６  バルブチャンバコア体
３６ａ、３６ｂ  カウンタ受座
３７  カウンタ体／カウンタマス
３８ａ、３８ｂ  溝
３９ａ、３９ｂ  板バネ
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  冷却通路／出口孔
４１  保持スクリュー
４５  本体
４７ａ、４７ｂ  開口部
４８ａ、４８ｂ  接続開口部
４９  開口部
５３  アクチュエータチャンバ
１００  開口ギャップ
Ａ  （中心）軸
Ａ1、Ａ2  振幅／ハブ
Ｅ  放出方向
Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3、Ｍ4、Ｍ5、Ｍ6  動作モード
Ｒ  後退方向
ｓ  経路
ｓ1、ｓ2、ｓ3、ｓ4  位置
ｔ  時間
ｔ0、ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4、ｔ5、ｔ6  段階
ＷＲ  作動方向軸
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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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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