(57)【要約】  本発明は、出口開口（１９）を有するノズル（１）を備えるドージングシステム（３）に関し、出口開口（１９）の領域に閉鎖エレメント（２１）が可動に配置され、閉鎖エレメント（２１）は動作中、放出方向（Ｅ）および／または後退方向（Ｒ）に移動され、前記閉鎖エレメント（２１）は、逆方向に接続される少なくとも２つの圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）に結合され、第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）は動作中に拡張されると、閉鎖エレメント（２１）を後退方向（Ｒ）に移動させ、第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）は動作中に拡張されると、閉鎖エレメント（２１）を放出方向（Ｅ）に移動させる。また本発明は、このようなドージングシステム（３）を用いて実行され得るドージング方法、およびこのようなドージングシステム（３）の製造方法にも関する。
2015535735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出口開口（１９）を備え、その領域には動作中に放出方向（Ｅ）および／または後退方向（Ｒ）に動かされる閉鎖エレメント（２１）が可動に配置される、ノズル（１）を備えるドージングシステム（３）であって、前記閉鎖エレメント（２１）は、逆方向に接続される少なくとも２つの圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）に結合され、第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）は動作中に拡張されると、前記閉鎖エレメント（２１）を前記後退方向（Ｒ）に移動させ、第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）は動作中に拡張されると、前記閉鎖エレメント（２１）を前記放出方向（Ｅ）に移動させるドージングシステム（３）。
【請求項２】
前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）および前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）が、前記閉鎖エレメント（２１）の前記放出方向（Ｅ）および前記後退方向（Ｒ）が前記圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）の作用方向軸（ＷＲ）に実質的に沿うように配置および実現され、それにより２つの前記圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）の前記作用方向軸が、好ましくは単一の作用方向軸（ＷＲ）に一致する請求項１記載のドージングシステム。
【請求項３】
前記閉鎖エレメント（２１）が、前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）および前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）の間の結合部で、前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）および前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）に結合される請求項１または２記載のドージングシステム。
【請求項４】
前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）の寸法変化が、動作中、前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）の寸法変化との平衡を保ち、前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）の寸法変化が、動作中、前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）の寸法変化との平衡を保つ請求項１〜３のいずれか１項に記載のドージングシステム。
【請求項５】
前記圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）の少なくとも１つが円筒状からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のドージングシステム。
【請求項６】
前記閉鎖エレメント（２１）が、前記圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）の少なくとも１つの形状によって画定されるキャビティ（５２）内に少なくとも部分的に配置されるか、並列に配置され並列作動する、いくつかの、好ましくは少なくとも３つの圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）のアクチュエータ素子のグループにより取り囲まれる請求項５記載のドージングシステム。
【請求項７】
前記閉鎖エレメント（２１）が、前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）に固定される請求項６記載のドージングシステム。
【請求項８】
前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）および前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）が、共通のアクチュエータチャンバ（２５）に配置される請求項１〜７のいずれか１項に記載のドージングシステム。
【請求項９】
前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）および前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）が、動作中、前記アクチュエータチャンバ内のそれらの組み合わされた寸法変化が、所定の最大合計寸法に制限される請求項８記載のドージングシステム。
【請求項１０】
前記ノズル（１）を取り囲む第１のハウジング部（３７）および２つの前記圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）の少なくとも一方を固定する第２のハウジング部（３８）を備える請求項１〜９のいずれか１項に記載のドージングシステム。
【請求項１１】
前記第１のハウジング部（３７）および前記第２のハウジング部（３８）が、ばね（４３）を用いて柔軟に接続される請求項１０記載のドージングシステム。
【請求項１２】
前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）および／または前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）から分離され、前記出口開口（１９）の方向に、供給ライン（１３）によって前記ノズル（１）に接続されるドージング材料リザーバ（７）を備える請求項１〜１１のいずれか１項に記載のドージングシステム。
【請求項１３】
前記第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）および／または前記第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）を制御するため、および／または、前記ドージングシステムの前記ドージング材料リザーバ（７）における圧力を制御するための電子制御装置（６３）を備える請求項１〜１２のいずれか１項に記載のドージングシステム。
【請求項１４】
出口開口（１９）を備えるノズル（１）を有するドージングシステム（３）を用いたドージング材料用のドージング方法であって、前記出口開口（１９）の領域では第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）の拡張により閉鎖エレメント（２１）が後退方向（Ｒ）に動かされ、前記ノズル（１）からドージング材料を放出するために第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）の拡張により放出方向（Ｅ）に動かされるドージング方法。
【請求項１５】
出口開口（１９）を備えるノズル（１）を設けるステップ、
前記ノズル（１）領域に閉鎖エレメント（２１）を可動に配置するステップ、および
前記閉鎖エレメント（２１）を少なくとも２つの圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）に結合するステップを少なくとも含み、
前記圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）は、第１の圧電アクチュエータ（２３ａ）が動作中に拡張されると前記閉鎖エレメント（２１）を後退方向（Ｒ）に動かし、第２の圧電アクチュエータ（２３ｂ）が動作中に拡張されると前記閉鎖エレメント（２１）を放出方向（Ｅ）に動かすように配置され、前記閉鎖エレメント（２１）と結合されるドージングシステム（３）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出口開口を備え、出口開口の領域には放出方向および／または後退方向に動かされ得る閉鎖エレメントが可動に配置されるノズルを用いた、液体から粘性のドージング材料または分配される媒体用のドージングシステムに関する。また本発明は、このようなドージング材料のドージング方法、およびこのようなドージングシステムの製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
液体から粘性のドージング材料、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）などの分配が、そうしたドージング材料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、ドージング材料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、正確なドージング量を、標的表面に塗布することにある。これは、例えば、ドージング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、ドージング材料は、噴出によりスパッタリングされるか、霧状にスプレーすることも可能である。
【０００３】
特許文献１は、上述の種類のドージングシステムを開示しており、この文献では圧電アクチュエータがプランジャに接続され、プランジャを放出方向および／または抜き取り方向に移動させる。このようなシステムにより、非常に精密で非常に速いプランジャ動作が可能となる。しかしながら、これは場合によっては圧電アクチュエータの非常に速いストローク動作によってドージングシステム内に振動が引き起こされるという欠点を有し、これは滑らかな作動を顕著に低下させ、ドージングシステムに機械的な負荷をかけ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，４５０，４１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述のドージングシステムに改良をもたらすことである。詳細には、ドージングシステムおよび／またはその個別の構成要素の、振動および／または機械的負荷を減少させることに特に重点をおく。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１のドージングシステム、請求項１４のドージング方法、および請求項１５の製造方法により達成される。
【０００７】
本発明によれば、閉鎖エレメントは、逆方向に接続される少なくとも２つの圧電アクチュエータに結合され、第１の圧電アクチュエータは動作中に拡張されると、閉鎖エレメントを後退方向に移動させ、第２の圧電アクチュエータは動作中に拡張されると、閉鎖エレメントを放出方向に移動させる。
【０００８】
閉鎖エレメントの結合は直接もたらされてもよく、すなわち閉鎖エレメントは、例えば第１の圧電アクチュエータおよび／または第２の圧電アクチュエータに直接接続されるか、または特定の構成に応じてこれらの間で保持される。その一方で、閉鎖エレメントは、例えば適切な結合または接続エレメント、レバー配置または任意の他の機構を通して、第１の圧電アクチュエータおよび／または第２の圧電アクチュエータに間接的に結合されてもよい。
【０００９】
本発明はゆえに、圧電アクチュエータの一方が、どの時点においても任意の方向に閉鎖エレメントを押すか押圧する（直接的または間接的に）、プッシュプッシュ構造を実現できる。換言すれば、第１のアクチュエータは拡張し、閉鎖エレメントを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、それによって閉鎖エレメントが所望の方向に動くために必要なスペースを確保する。閉鎖エレメント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、閉鎖エレメントを押し、一方、第１のアクチュエータが収縮してスペースを作る。
【００１０】
引張荷重が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一方で、圧電素子は一般に圧縮下で弾力性があるので、特に安定した圧電アクチュエータがこの方法で提供される。
【００１１】
アクチュエータの寸法、配置および制御は、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圧電アクチュエータの一定の予圧を確実にするように選択されることが特に好ましく、それによってその動作の終わりに予圧が過度にかけられず、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。この場合、これによって、閉鎖エレメントの放出方向への動作中だけでなく、後退方向への動作中においても、反対に向けられた圧縮力が２つのアクチュエータによって印加されるので、圧縮力の瞬間的な差が現在の動作方向を決定する。これによって、高頻度で非常に急な移行状態にある閉鎖エレメントの特に急速な動作が可能となる。
【００１２】
本発明のドージング材料用のドージング方法は、ノズルを有するドージングシステムによって達成され、ノズルは、出口開口を備え、出口開口の領域では第１の圧電アクチュエータの拡張により閉鎖エレメントが後退方向に動かされ、ノズルからドージング材料を放出するために第２の圧電アクチュエータの拡張により放出方向に動かされる。
【００１３】
本発明のドージングシステムの製造方法は、少なくとも以下のステップを含んでいる。
出口開口を備えるノズルを設けるステップ。
ノズル領域に閉鎖エレメントを可動に配置するステップ。
閉鎖エレメントを少なくとも２つの圧電アクチュエータに結合するステップであって、圧電アクチュエータは、第１の圧電アクチュエータが動作中に拡張されると閉鎖エレメントを後退方向に動かし、第２の圧電アクチュエータが動作中に拡張されると閉鎖エレメントを放出方向に動かすように配置され、閉鎖エレメントと結合される、結合するステップ。
【００１４】
閉鎖エレメントは、一体または複合体のエレメントと理解され、好ましくは例えばプランジャなど、例えば円筒状などの細長い形状を備え、シリコンを用いて製造されてもよい。一方で、閉鎖エレメントは、閉鎖通路内に配置され、可動に支持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、内面で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に配置され、閉鎖エレメントが本発明に関連してキャビティを「閉鎖」するように、少なくとも部分的に、その内部に閉鎖エレメントが配置される。しかしながら、閉鎖動作はより複雑であってもよく、閉鎖エレメントによるキャビティの完全なシールを行う必要はない。すなわち本発明によるドージングシステムは、以下により詳細に記載するように、開放型システムであってもよい。
【００１５】
上述のように、本発明のドージングシステムは、閉鎖エレメントの自動制御動作のためのアクチュエータシステムを備え、このためアクチュエータシステムは、少なくとも２つの圧電アクチュエータを備える。圧電アクチュエータは、一般に、他の機械的、電気機械的、または空気圧／油圧システムと比較して、非常に正確で迅速な可制御性、特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必要としない。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、すなわちアクチュエータ素子が、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。いくつかの並列アクチュエータ素子の場合、これらのそれぞれは、直列の圧電素子の層（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。
【００１６】
本発明の他の特に有利な実施形態および変形例が、従属クレームおよび以下の記載から明らかになる。この方法は、ノズルまたは計量装置に関する従属クレームの特徴を用いて、および以下の記載のとおり、さらに開発され、逆もまた同様である。さまざまな実施形態の特徴は、任意の方法で組み合わせることが可能で、本発明の範囲内でさらなる実施形態を与える。
【００１７】
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は、好ましくは、閉鎖エレメントの放出方向および後退方向が、実質的に圧電アクチュエータの作用方向軸に沿って、すなわち、作用方向軸と平行または好ましくは同軸になるように配置および形成される。アクチュエータの作用方向軸は、アクチュエータがその軸に沿って主な延伸方向を有し、その軸においてアクチュエータが所望の圧力をかけるまたは圧力部材として働く（仮想の）軸と理解される。アクチュエータの作用方向軸および閉鎖エレメントの放出または後退方向の平行配置、特に同軸配置により、閉鎖エレメントの動作において記録される有効電力損失は特に低くなる。これは、一方では閉鎖エレメントの精度を向上させ、他方では閉鎖エレメント部材の限度速度を上昇させ、それによってドージングシステム全体の効率を向上させる。
【００１８】
好ましくは、２つの圧電アクチュエータの作用方向軸は、単一の作用方向軸に一致する。この目的のために、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は、例えば作用方向軸に沿って前後に配置され得る。特に好ましい実施形態において、閉鎖エレメントの放出方向または後退方向は、その後この圧電アクチュエータの共通の作用方向軸に沿って位置する。
【００１９】
これにより、閉鎖エレメントの開放または閉鎖方向は、特に、圧電アクチュエータを環状に実現した場合、または例えば閉鎖エレメントが動く有効軸の近くに配置される、いくつかのアクチュエータ素子が平行に動作する場合に、圧電アクチュエータの作用方向に同軸であってもよいし、他の方法で実現された圧電アクチュエータの場合に、作用方向と平行であってもよい。アクチュエータの作用方向と閉鎖エレメントの開放および閉鎖方向が同一のものは、閉鎖エレメントの動作において観察される電力損失が特に低い。これは、一方では閉鎖エレメントの精度を向上させ、他方では速度を上昇させ、それによってドージングシステム全体の効率を向上させる。これによりドージングシステムは、著しく高い共振周波数を達成でき、それに伴い高い効率を達成できる。
【００２０】
詳細には、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が作用方向軸に沿って前後に配置される場合、閉鎖エレメントは、好ましくは、第１の圧電アクチュエータと第２の圧電アクチュエータとの間の結合部で、第１の圧電アクチュエータおよび／または第２の圧電アクチュエータに（直接的または間接的に）結合され得る。結合部は、一列に配置される２つの圧電アクチュエータの、境界面または境界端の間の空間と理解される。この目的のために、閉鎖エレメントの結合部分は、２つの圧電アクチュエータの間に「直列に配置される」。
【００２１】
好ましくは、閉鎖エレメントは、第１および第２の圧電アクチュエータ間でしっかりと固定することができる。これは、圧電アクチュエータと閉鎖エレメント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を大きく減らし、それによって全体的なドージングシステムの有効性を向上させることに役立つ。さらに、閉鎖エレメントは、例えば第１または第２の圧電アクチュエータのキャビティにおいて、第１または第２の圧電アクチュエータにしっかりと固定され得る。
【００２２】
ドージングシステムは、好ましくは、２つの圧電アクチュエータが組み合わさって、それらの作用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、すなわち作動中の第１の圧電アクチュエータの動きが第２の圧電アクチュエータの動きを打ち消し、作動中の第２の圧電アクチュエータの動きが第１の圧電アクチュエータの動きを打ち消すように構成され得る。このようにして、ドージングシステムの全構造物（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。基本的には外側に伝わる動的移動はないので、慣性力を除いて、外側方向へ作用する力、例えばアクチュエータが配置され得るアクチュエータチャンバの外部に作用する力はほとんど生じない。好ましくは、それゆえ、作動中の第１の圧電アクチュエータの寸法変化は、第２の圧電アクチュエータの寸法変化を埋め合わせ、作動中の第２の圧電アクチュエータの寸法変化は、第１の圧電アクチュエータの寸法変化を埋め合わせる。このような相互の埋め合わせは、一方では、例えば寸法変化の方向においてサイズが等しい圧電アクチュエータ、好ましくは完全に同じように構成された圧電アクチュエータを用いることにより、両方の圧電アクチュエータの（好ましくは同一か、ほぼ同一の）ストローク長さによって達成される。他方では、関連する圧電アクチュエータのこのような寸法変化の相互の埋め合わせを確実にする制御信号を、動作中に生じるために、一方または両方の圧電アクチュエータに対して１つまたは２つ以上の制御装置が実現されなければならない。換言すれば、圧電アクチュエータおよびその制御装置の構造形態は、このような相互の埋め合わせを達成するように調整される。
【００２３】
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に実現されることが通常可能である。しかしながら、ノズルが、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、ノズルは長いプランジャを備える。そのようなプランジャは基本的に円筒状の構造を備えるが、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装置の係合エレメント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のために、圧力ばめまたは形状嵌合が、そのような装置を用いて達成され得る。
【００２４】
圧電アクチュエータの少なくとも１つは、円筒状の実現物を有し、好ましくは管状の実現物を有する。このようにして、その実現物は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が、矩形のチャンバと比較して、特に製造し易く、提供し易いため、その実現物は特に真っ直ぐにアクチュエータチャンバの中に挿入することができる。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、例えば角度がついた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。角度のついた（直角）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。
【００２５】
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圧電アクチュエータ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の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り、圧電アクチュエータと閉鎖エレメント間で非常に精密でシンプルな力の伝達を可能にする。代替的には、管状の圧電アクチュエータは、例えば、並列に配置され、並列作動する、いくつかの、好ましくは少なくとも２つの、最も好ましくは少なくとも３つのアクチュエータ素子、特に圧電ロッドまたは同様のものに置き換えられてもよく、これらはグループとして（すなわち、１つのアクチュエータとして）制御され得る。これらの圧電アクチュエータ素子または圧電ロッド（例えばピエゾスタックとして実現される）は、閉鎖エレメント（またはそこに接続される結合素子）の周りで円周上に均等に配置されてもよく、管状の圧電アクチュエータと同じ効果を達成するために、グループとして（すなわち１つのアクチュエータとして）制御され得る。
【００２６】
しばしば、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、それによって制御プロセスの調整する労力も省く。
【００２７】
上述のように、両方の圧電アクチュエータのうちの少なくとも一方は、好ましくは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、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の作動中、互いに影響される寸法変化のための最大合計寸法限度を定め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、定めら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エレメントを用いて、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。
【００２８】
本発明によるドージングシステムにおいて、いくつかの機能的に異なるユニットが配置される。まず第一にノズル自体で、ドージング材料の放出を測定するように働き、次にアクチュエータシステムで、ノズル内で可動部（すなわち、特に閉鎖エレメント）を動かし、最後にドージング材料リザーバおよびノズルへのドージング材料のフィードラインで、ドージング材料を供給する。好ましくは、これらの機能的に分離可能なユニットは、別々の領域にも配置される。特に、ドージングシステムは、ノズルを取り囲む第１のハウジング部および少なくとも１つのアクチュエータ（例えば、少なくとも１つの圧電アクチュエータ）を保持する第２のハウジング部を備えることが好ましい。第１のハウジング部および第２のハウジング部は、好ましくは、ばね付勢式で互いに接続することができる。そのようなばね付勢は、アクチュエータシステムの作動中の振動を弱め、一定の耐性を与えるのに役立つ。さらに、ハウジング部は互いに接続を切ることができるので、これは保守中にアクチュエータシステムをノズル領域から完全に分離することを確実にする。同様に、好ましくは、ドージング材料リザーバもアクチュエータから、すなわち第１および第２の圧電アクチュエータから分離する。好ましくは、それはドージングシステムの他の部分に取り付け可能な独立したチャンバおよびフィードラインシステムとして実現され、スクリューおよびフィードラインスリーブを用いてドージングシステムのハウジングに接続することができる。したがって、それはノズル自体からも分離可能である。
【００２９】
本発明によると、閉鎖エレメントの動作は、少なくとも一対の圧電アクチュエータを用いて行われる。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、ドージングシステムは、アクチュエータシステムを制御するための、および／またはドージングシステムのドージング材料リザーバにおける圧力を制御するための電子制御装置を備える。この制御装置は、必ずしもドージングシステムのハウジング内部にある必要はなく、外部に配置することも可能である。制御装置は、制御ラインを用いて、ドージングシステムハウジング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、電子制御装置によって「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。そのような制御装置は、１４ｋＨｚ域でのドージングクロック速度を達成でき、それは閉鎖エレメントの動作を非常に精密に制御できることを意味する。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態は、ドージングシステムが閉鎖通路を有するノズルを備えるいわゆるオープンシステムに関し、作動中に閉鎖通路内で閉鎖エレメントが開放および／または閉鎖方向に動かされ、自動制御装置によって制御され、それによって閉鎖通路は、同一平面上で閉鎖エレメントの横断面に対して開放および／または閉鎖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、その開口ギャップは、少なくとも所々でドージング材料の出口通路を形成するように成形され、および／または寸法決めされる。
【００３１】
特に好ましい実施形態において、制御装置はこれに関連して、ドージング材料の粘度が開口ギャップの少なくとも１つの領域で低減されるように閉鎖エレメントを移動させるように実現される。
【００３２】
本発明に関連して、液体から粘性のドージング材料は、任意の液体または流動性を有する液体を含む任意の混合物と定義される。粘度の定義は、水の粘度より高い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。好ましい実施形態において、ドージング材料は揺変性または剪断減粘性を有する、すなわちその粘度は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）、粘度は少なくとも最初のより高い粘度に近づくということを用いる。「粘性の」という用語はまた、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。
【００３３】
閉鎖エレメントと閉鎖通路の相互作用は、ドージング材料が通ることができる十分な大きさの開口ギャップが、閉鎖エレメントと閉鎖通路との間に少なくとも所々定められるという点で、本明細書に記載するオープンドージングシステムの実現に関して決定的である。この開口ギャップは、ドージング材料の出口通路を形成し、好ましくはノズルの出口開口につながっている。適切に撹拌された状態で、ドージング材料は出口通路の中を流れることができる。撹拌されていない状態または粘度がわずかに低い場合の動作パターンにおいて、ドージング材料は、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残り、それ以上流れない。これは、ドージングシステムにおけるドージング材料の適用圧力条件および通常動作温度で、ドージング材料がもはや動かないあるいは少し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ことを確実にするように、出口通路または開口ギャップの寸法が選択されることを意味する。
【００３４】
これに関連して、閉鎖エレメントおよび関連する開口通路は、ドージング材料すなわちこの閉鎖によって保持される媒体に対して共に作用する。結局のところ、そのような閉鎖は、原則としてドージング材料が適切に撹拌された状態で比較的妨げられないで通ることができる開放アレンジメントを与えることによって形成されるが、閉鎖エレメントが閉鎖通路で動作を停止するとき、ドージング材料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。したがって、閉鎖通路に対して閉鎖エレメントの完全な静止状態の間、物質の流動は起こらない。ノズルの出口開口を閉じることは不要で、実のところ、出口開口は常に覆われない状態の方が好ましい。さらに、ドージング材料の意図的な分配は、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。
【００３５】
閉鎖通路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ドージング材料の粘度（あるいは撹拌状態での粘度）によって選択され、他方ではドージング材料にかけ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。
ドージング材料の圧力が高いほど、開口ギャップは小さくてよい。
ドージング材料の静止状態において、ドージング材料の粘度が低いほど、開口ギャップは小さくてよい。
撹拌状態において、ドージング材料の粘度が低いほど、開口ギャップは小さくてよい。
【００３６】
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、閉鎖エレメントの静止状態の間に、ドージング材料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、発明の原理は、閉鎖エレメントと閉鎖通路との間の開口ギャップが、開口ギャップにもかかわらず、ドージング材料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、ドージング材料および／またはドージング材料にかけられた圧力に応じた寸法にすることにある。一方、開口ギャップはまた、閉鎖通路内での閉鎖エレメントの十分な動きがドージング材料の粘度を減らし、ドージング材料が閉鎖通路内で流れることを可能にし、定量供給を確実にするような寸法にされるべきである。このようにして、閉鎖エレメントが閉鎖通路内で動くとすぐに、開口ギャップはドージング材料の通路となる。したがって、閉鎖エレメントと閉鎖通路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、閉鎖エレメントの動きによって逆にされ、ドージング材料を撹拌し、ドージング材料が流れるようにする。
【００３７】
そのような方法またはそのようなノズルによって、閉鎖エレメントが動かされるときにドージング材料が自動的に変わるか、またはそれらの粘性を減らせるように、ノズルの作動中に特定の、高粘性、揺変性および剪断減粘性のドージング材料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、出口開口は常に開放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た短所は起こらない。また、ドージング材料にかけられる圧力は大幅に増やす必要はない。代わりに、低粘度ドージング材料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、ノズルの作動中にドージング材料の粘度を減らすことによってドージング材料を分配することが可能になり、より正確に分配することが可能になる。より正確な分配が可能になり、ドージング材料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、分配速度、すなわち本発明のドージングシステムの潜在的な処理能力を向上させる。
【００３８】
ドージング材料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、ドージング材料の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。ドージング材料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、これに関連して広く解釈される。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ドージング材料の場合において、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、ドージング材料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ドージング材料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。
【００３９】
ドージング材料の流動は、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、閉鎖エレメントの動作状態で良い通過流を得るために、また閉鎖エレメントの静止状態で良い閉鎖を得るために特に適していることを示している。上述のタイプのドージング材料の場合、０．５〜８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。
【００４０】
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。間隙のためにドージング材料に作用する流動抵抗は、ノズルの出口開口の領域でドージング材料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、ドージング材料は出口ノズルから放出されないだろう。出口開口の長さが常に０．５ｍｍで、ドージング材料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依存した、実験およびシミュレーションの結果が、以下の間隙（すなわち開口ギャップ）に関する表にまとめられている。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
これらのパラメーター組み合わせは、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。
【００４３】
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、開口ギャップ内でドージング材料が徐々に流動状態から静止状態になるように、またその後、開口ギャップが閉鎖されるようにも考慮すべきである。したがって、開口ギャップにおい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、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。
【００４４】
開口ギャップは、環形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、特にドージング材料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ーを考慮して、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、本発明によるドージングシステムは、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、ドージング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ドージング材料の適用性を示すマーキングを含む。
【００４５】
本発明の特に好ましい実施形態において、ノズルは、ノズル領域内に、特に好ましくはノズルの出口開口に隣接するノズル端部領域内に、ドージング材料収集キャビティも含む。このドージング材料収集キャビティは、閉鎖通路とドージング材料の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、配置される。ドージング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ドージング材料は、このドージング材料収集キャビティ内で収集することができ、その後、閉鎖エレメントの放出方向の動作の間のより長いストロークによって出口開口から正確に押し出され、適切にドージングされた迅速で正確なドージング材料の放出が、特に液滴の形で可能になる。
【００４６】
ドージング材料をノズルに中に入れるために、ドージング材料は、ドージング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ドージング材料の保持領域または準備領域として使用することができ、そこで供給されたドージング材料の一部が、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、ドージングシステムは、好ましくは、ドージング材料を供給するためにドージング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離れた方を向く閉鎖通路の端部に配置される。この場合、ドージング材料リザーバからのフィードラインは、閉鎖通路の領域、すなわち開口ギャップの領域に、直接または間接につながる。これは、ドージング材料がどんな場合も、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、ドージング材料の流動に開放効果または閉鎖効果を及ぼす。
【００４７】
シールはノズルの出口開口から最も離れた閉鎖通路の他方側に配置することができ、ドージングシステムのアクチュエータ領域に対してノズルをシールし、通常の使用において、ドージング材料はシールを通過することはできない。このシール、例えば閉鎖エレメントがアクチュエータ領域に接続される領域におけるリングシールは、ドージングシステムのアクチュエータ領域および他の機能領域を効果的かつ実現しやすい方法でシールする。
【００４８】
上述のように、本発明によるドージングシステムはまた、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ドージング材料リザーバを備えることが好ましい。したがって、ドージング材料の供給は、ドージングシステム内で達成され、一体的に構成され、搬送され得る。
【００４９】
これに関連して、制御装置が、作動中に少なくとも２つの動作モードでの、閉鎖エレメントの異なる動作用の制御信号を生成するように実現されることが好ましい。このような動作モード、すなわち閉鎖エレメントが異なる動作パターンに従う閉鎖エレメントの動作の質のレベルは、ドージング材料の分配手順の間、特に異なる機能を果たすように作用することができる。このようにして、例えば、個別の、非常に精密にドージングされた液滴を分配することが可能になる。
【００５０】
例えば、第１のそのような機能は、ドージング材料を液体状態に保持するためのものである。この目的のために、第１の動作モードは、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、ドージング材料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、ドージング材料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の動作モードの動きと比較して、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。したがって、この第１の動作モードは、ドージング材料の流動を確実にするためにも作用する。しかしながら、ドージングシステムにおけるドージング材料の通常圧力比下で、極めて細かい振動動作を有する動作モードは、それ自体はドージング材料をノズルから流出させないことが好ましい。
【００５１】
第２のそのような機能は、好ましくは、ドージング材料をノズルの出口開口を通じて放出することに作用する。この目的のために、第２の動作モードは、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、閉鎖エレメントが放出方向に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ドージング材料を押し出すのに適するように選択される。閉鎖エレメントが放出方向と反対方向の、後退方向に動かされるとき、ノズル内のドージング材料は閉鎖エレメントの前に流れ、次の放出方向の動作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の機能で用いられるシーケンスより長い間隔を有してよい。
【００５２】
なお、ある動作モードは、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、ドージング材料がまず閉鎖エレメントの完全な動作停止によって動きが減速し、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。
【００５３】
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、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、ドージング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、閉鎖エレメントの特定の位置で、ドージング材料が、放出される前にまず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滴放出された後に、ドージング材料は最初はいくらか安定し、その後、流動がより減速することを意図的に確実にする。
【００５４】
特に好ましい一実施形態において、制御装置は、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、ドージング材料の放出を、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。
【００５５】
例えば、正確なパラメーター（ストローク、振動数など）が動作パターンに含まれる、個別の動作モードで行われる動作パターン、動作パターンの重ね合わせがあるかどうか、および、動作モードが行われる順番は、ドージング材料のパラメーターおよび実際のドージングタスクのパラメーター（例えば、ドージング材料が液滴状に分配されているかどうか、その場合、滴のサイズと時間の間隔）によって決まる。したがって、制御装置は、好ましくは、さまざまなドージング材料およびドージング割り当て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。
【００５６】
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物体のことを指している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明によるドージングシステムの一実施形態の正面図を示す。
【図２】Ａ−Ａ断面に沿った図１と同じドージングシステムの側面図を示す。
【図３】図２の断面の詳細図を示す。
【図４】Ｂ−Ｂ断面に沿った図１と同じドージングシステムの断面図を示す。
【図５】図４の断面の詳細図を示す。
【図６】本発明による方法の第１の実施形態における閉鎖エレメントの動作の経路の略図を示す。
【図７】本発明による方法の第２の実施形態における閉鎖エレメントの動作の経路の略図を示す。
【図８】本発明による方法の第３の実施形態における閉鎖エレメントの動作の経路の略図を示す。
【図９】本発明による方法の第４の実施形態における閉鎖エレメントの動作の経路の略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
図１および２は、本発明の実施形態によるドージングシステムを示し、図３は、図２の詳細を示している。ドージングシステム３は、ノズル１、ドージング材料リザーバ７を有するドージング材料容器５、および、ノズル１に加えてアクチュエータチャンバ２５が配置されたハウジング３５を備えている。
【００５９】
ハウジング３５は、第１の下部ハウジング部３７および第２の上部ハウジング部３９を備える。この２つのハウジング部３７、３９は、保持スクリュー４１および保持スクリュー４１に接続された垂直方向に実装されたばね４３を用いて、ばね付勢式に互いに接続される。その結果、ギャップすなわち所定の遊びが２つのハウジング部３７、３９間で端部に沿った両側に生じる。
【００６０】
アクチュエータチャンバ２５は、ハウジング内でアクチュエータ領域５９において中心に配置される。第１の圧電アクチュエータ２３ａおよび第２の圧電アクチュエータ２３ｂは、（中心）軸Ｘに沿う方向に向けられ、軸Ｘ方向に沿って配置される。圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂは共にアクチュエータシステム６１を構成する。アクチュエータチャンバ２５は、スペーサー２７によって上側で閉じられ、その位置は、スペーサー調整スクリュー２９によってハウジング３５の外側から調整することができる。２つの接触端子３１、３３は、最大電圧２４０Ｖで、電子制御装置６３を２つの圧電アクチュエータ３２ａ、２３ｂに接続するように機能する。
【００６１】
２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂは、管状、円筒状圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂとして実現され、作動中に、基本的に軸Ｘに沿った軸方向に移動するように配置される。好ましくは、圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂは、環状の圧電素子のピエゾスタックである。第１の圧電アクチュエータ２３ａのキャビティ内には、長手方向の接続エレメント５１が、全体のキャビティを満たし、第２の圧電アクチュエータ２３ｂに面する第１の圧電アクチュエータ２３ａの端部の上側から鍔状に外側に突出するように配置される。このようにして、接続エレメント５１は、形状嵌合および圧力ばめで、その鍔の領域内で２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂを接続し、圧電アクチュエータ間で力の機械的結合を確実にする。その位置を安定させるため、接続エレメント５１は第２の圧電アクチュエータ２３ｂのキャビティ５２の中に少し延びる。あるいは、管状の圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂは、例えば、並列に配置され、並列作動する、いくつかの、好ましくは少なくとも２つの、最も好ましくは少なくとも３つの圧電ロッド（例えばピエゾスタックの形状）に置き換えられてもよい。これらの圧電ロッドは、例えば、円周上に均等に配置されてもよく、管状の圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂと同じ効果を達成するために、グループとして（すなわち１つのアクチュエータとして）制御されてもよい。言い換えれば、接続エレメント５１の動作の方向は、単一のアクチュエータとして動作する並列接続された圧電ロッドの作用方向軸と同軸である。
【００６２】
２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂは、埋め合わせをする、または釣り合いをとるような方法で駆動される。これは、第１の圧電アクチュエータ２３ａ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の圧電アクチュエータ２３ｂ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。同様に、第１の圧電アクチュエータ２３ａがその全長を長手方向に増大させ、それと同時に、第２の圧電アクチュエータ２３ｂが同じ分量だけ同じ方向にその長さを減少させる。これは、アクチュエータシステムの作動中に、２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂの軸Ｘに沿った全長が、基本的に常に変わらないことを意味する。アクチュエータ２３ａ、２３ｂ間の結合部（または接触位置）で、接続エレメント５１をアクチュエータ２３ａ、２３ｂと連結することによって、接続エレメント５１は、伸長中のアクチュエータ２３ａ、２３ｂから常に押しやられ、他方のアクチュエータ２３ａ、２３ｂは、空間をあけるが接続エレメント５１と接触し続け、それによってわずかに逆圧をかける。このようにして接続エレメント５１は、上下動作の間、コンパクトなアクチュエータアセンブリにしっかりと保持され、伸長する圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂは予圧をかけられ続ける。
【００６３】
長手方向のセラミックプランジャ２１である閉鎖エレメント２１は、第１の圧電アクチュエータ２３ａ内の接続エレメント５１の中に延びる。セラミック閉鎖エレメントは、極めて軽量という理由で特に適している。閉鎖エレメント２１を取り囲むハウジングおよびノズル部は、チタンなどの高強度材料から作られることが好ましい。プランジャ２１は、（接続エレメント５１の鍔の上の）接続エレメント５１の中にねじ込まれたガイドエレメント４７を用いて、第１の圧電アクチュエータ２３ａに接続される。プランジャ２１はまた、軸Ｘに沿って配置され、この方向でガイドエレメント４７によって保持される。この目的のために、ガイドエレメント４７は、スリーブのようにプランジャ２１の周囲に配置され、形状嵌合でプランジャ２１の上部のより幅広の領域と係合する。
【００６４】
第１の圧電アクチュエータ２３ａから離れた方を向いたプランジャ２１の端部は、ノズル１の領域内に延びる。それはシール４５、すなわちリングシール４５を貫通し、閉鎖通路５５内に延びる。閉鎖通路５５は、円筒鞘状エレメント５５によって形成され、円筒鞘状エレメント５５は内部の円筒状キャビティを取り囲む。プランジャ２１の下端で、閉鎖通路５５はドージング材料収集キャビティ１７と隣接し、その下にノズル１の出口開口１９がある。このドージング材料収集キャビティ１７は、その形状および位置によって、プランジャ２１が、どの動作位置においても、キャビティを完全に満たすことができないように形成される。
【００６５】
供給ライン１３の供給口１５は、ドージング材料をドージング材料リザーバ７から接続ストッパー１１を通じてノズル１の方向に送り込むために、閉鎖通路５５の上に、すなわちリングシール４５と閉鎖通路５５との間に配置される。
【００６６】
ドージング材料リザーバ７は、ドージング材料がノズル１の方向に、供給ライン１３内を通って送り込まれるように圧力がかけられる。締結具９はドージング材料リザーバ７をドージングシステム３の他の部分に接続するように機能する。
【００６７】
ドージングシステム３の作動中に、電子制御装置６３は、第１の制御信号ＳＳ1および第２の制御信号ＳＳ2を生成し、これらの信号は、接触端子３１、３３を介して、２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂに送られ、それらの動き、すなわちそれらの移動を制御する。これらの制御信号ＳＳ1、ＳＳ2は、２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂが互いに反対に作用するように駆動されるようにするものである。これは、上述の２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂの互いに逆の動作パターンを達成する。プランジャ２１に効果的に接続される第１の圧電アクチュエータ２３ａの動作は、プランジャ２１の上下動作につながる。第２の圧電アクチュエータ２３ｂが収縮し、それと同時に第１の圧電アクチュエータ２３ａが拡張するとき、プランジャ２１は第１の圧電アクチュエータ２３ａによって上方向の後退方向Ｒに押される。それと反対の動作の場合、プランジャ２１は、第２の圧電アクチュエータ２３ｂによって下方向の放出方向に押される。この場合に２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂによって共有される作用方向軸ＷＲは、軸Ｘに沿った放出方向Ｅおよび後退方向Ｒとして配向され、２つの圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂ間の結合部で、プランジャ２１と、第１の圧電アクチュエータ２３ａと第２の圧電アクチュエータ２３ｂによって形成されるアクチュエータシステムとを連結することは、プランジャ２１が、拡張中のアクチュエータ２３ａ、２３ｂによって、所望の方向に常に押されることを確実にする。
【００６８】
なお、これに関連して、本発明におけるノズルの「開放」および「閉鎖」は、先行技術の非開放型システムとは異なって理解されるべきである。これは、本発明によるドージングシステム３のこの例示的な実施形態の開放効果は、単なる開放効果ではなく放出効果としてより優れたものとして記載されているからである。この放出効果は、プランジャ２１がドージング材料収集キャビティ１７の上部領域に貫入することにつながり、その中で収集されたドージング材料が出口開口１９から押し出されるように過度の圧力を生成する。その結果、放出方向は「開放方向」とも呼ぶことができる。それとは対照的に、既知のドージングシステムにおいては、プランジャは、正反対の方向に開放効果を有する。ノズルの出口開口の覆いをとり、それによって出口開口を通ることを可能にする。一方、プランジャが反対の後退方向、例えば完全に後退された位置または静止状態に（例えば、両方のアクチュエータが中間位置にある状態）戻された放出後に、ノズルは「閉鎖」される。この場合、ノズルの小さな開口およびドージングシステムのドージング材料の適用圧力下でのドージング材料の高粘度のために、さらなるドージング材料はノズルから漏れない。この点において、後退方向はまた「閉鎖方向」として見なすことができる。
【００６９】
ドージングシステム３またはノズル１の特定の放出／開放効果および閉鎖効果を、図５を参照して以下により詳細に説明する。図５は図４の領域Ｙの詳細図を示し、図１のＢ−Ｂ切断線に沿ったドージングシステム３のノズル１の断面を示している。閉鎖通路５５は、ノズル１の環状に形成された保持装置５８の内側の中央に配置されている。その中心点はちょうど軸Ｘ上にある（図２を参照）。プランジャ２１は、閉鎖通路５５内に配置される。この横断面において、および閉鎖通路５５の長手方向に沿った全ての横断面において（本発明によって好ましいように）、プランジャ２１と閉鎖通路５５との間に周方向の環状の開口ギャップ５７（各横断面で同じ面積を有することも好ましい）がある。開口ギャップ５７は、プランジャ２１の外面Ｓ1と閉鎖通路５５の内面Ｓ2との間に０．１ｍｍの間隙を含む。理論上は、ドージング材料は、粘度が十分低い限り、適切な圧力条件下で、ドージング材料リザーバ７からノズル１の出口開口１９の方向に、開口ギャップ５７を通って流れることができる。
【００７０】
しかしながら、ドージング材料は、高粘度を有する剪断減粘性または揺変性の混合物であるので、その粘度が静止状態で十分高くなり、ドージング材料が開口ギャップ５７で保持されるように、２つの表面Ｓ1とＳ2との間の距離が０．１ｍｍに選択される。したがって、これはプランジャ２１の静止状態に適用され、この間は開口ギャップ５７の中を流れることはできない。プランジャ２１が適切な動作パターンによって動作させられるとき、ドージング材料の粘度は、開口ギャップ５７の中を比較的容易に通過できる程度まで低減することができる。これは、ドージング材料が供給口１５からドージング材料収集キャビティ１７の方向へ、実質的に制限されずに流れることができる効果を有する。ここでドージング材料は収集され、プランジャ２１の意図的な放出動作によって放出することができる。
【００７１】
圧電アクチュエータ２３ａ、２３ｂのそれぞれは、０．０６９ｍｍのストロークを有する。ドージング材料の粘度を克服するために、０．０６９ｍｍより短いストロークで十分である。結局、多くのドージング材料の場合、プランジャ２１のわずかな振動がドージング材料内の剪断力を克服するのに十分であり、ドージング材料が開口ギャップ５７の中を通ることを可能にする。
【００７２】
これに関連して、図６は、プランジャ２１の１つの可能な動作パターンを概略的に示している。プランジャ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。プランジャ２１は３つの異なる動作モードＭ1、Ｍ2、Ｍ3を行うことが見られる。
【００７３】
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、プランジャ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、ドージング材料の流動性を保持するためだけに作用するため、ドージング材料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。
【００７４】
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の動作モードはドージング材料をドージング材料収集キャビティ１７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はプランジャ２１のシンプルな静止を含み、粘度はもはやプランジャ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、ドージング材料が開口ギャップ５７内で内部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。
【００７５】
図７の動作パターンは、放出モードＭ4の点でのみ、図６の動作グラフと異なる。図６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、プランジャ２１は一定時間、最上位置Ｓ4を保持する。この時間の間、ドージング材料はプランジャ２１の前に流れることができる。この後にプランジャ２１の放出方向Ｅの非常に急速な動作が続く。再度、プランジャ２１は、一定時間、放出方向の最下位置Ｓ3を保持する。この時間の間、後続のプランジャ２１の後退方向の動作でドージング材料の放出が遅れることを避けるために、ドージング材料の動きがいくらか確認される。
【００７６】
さらに図８の動作パターンは、放出モードＭ5の点で、図７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、すなわちプランジャ２１の微小振動動作は、図７に示される動作モードの動作パターン上の放出動作の間、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、ドージング材料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、ドージング材料の粘度を持続的に低減することを確実にする。
【００７７】
図９は、例えば、ドージング材料のそれぞれのドットを並んで近くに置くことによって、「ロープ」すなわち均一の厚さの連続した帯を適用するのが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、プランジャ２１のストロークの長さが同じであっても、ドージング材料によっては、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。
【００７８】
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ーおよびその動作モードのシーケンスを、処理される投与材料のそれぞれに、およびドージング割り当て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。上記で詳述したドージングシステムまたはノズルおよびアクチュエータシステムの構成要素は、単なる例示であり、様々な方法で当業者による変更が可能であり、その特徴は本発明の範囲を逸脱することなく新たな方法で組み合わせることが可能であることを再度指摘する。
【００７９】
明確さのために、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】
【００８０】
１  ノズル
３  ドージングシステム
５  ドージング材料容器
７  ドージング材料リザーバ
９  接続スクリュー
１１  接続ストッパー
１３  供給ライン
１５  供給口
１７  ドージング材料収集キャビティ
１９  出口開口
２１  閉鎖エレメント（プランジャ）
２３ａ  第１の圧電アクチュエータ
２３ｂ  第２の圧電アクチュエータ
２５  アクチュエータチャンバ
２７  スペーサー
２９  スペーサー調整スクリュー
３１  接触端子
３３  接触端子
３５  ハウジング
３７  第１のハウジング部
３９  第２のハウジング部
４１  保持スクリュー
４３  ばね
４５  シール（リングシール）
４７  ガイドエレメント
４９  接続エレメント
５１  接続エレメント
５２  キャビティ
５３  ギャップ
５５  閉鎖通路
５８  保持手段
５９  アクチュエータ領域
６１  アクチュエータシステム
６３  電子制御装置
Ａ1、Ａ2  振幅（移動）
Ｅ  放出方向
Ｍ1  動作モード（液体保持モード）
Ｍ2  動作モード（放出モード）
Ｍ3  動作モード（静止）
Ｍ4  動作モード（放出モード）
Ｍ5  動作モード（放出モード）
Ｍ6  動作モード（放出モード）
Ｒ  後退方向
Ｓ  経路
Ｓ1  外面
ｓ1、ｓ2、ｓ3、ｓ4  位置
Ｓ2  内面
ＳＳ1  第１の制御信号
ＳＳ2  第２の制御信号
ｔ  時間
ｔ0、ｔ1、ｔ2、ｔ3、ｔ4、ｔ5、ｔ6  時間段階
ＷＲ  作用方向軸
Ｘ  （中心）軸
Ｙ  領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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