CN103482090B - 改进的粉末分配器模块及粉末分配器组件 - Google Patents

Abstract

一种粉末分配器模块（54），包括：壳体（150），其限定连接粉末入口与粉末出口的管道；给送棒（160），其使粉末通过管道从粉末入口移动至粉末出口，给送棒（200）包括下给送元件（230）及上给送元件（220），所述下给送元件（230）联接至第一驱动轴，而所述上给送元件（220）联接至第二驱动轴；第一致动器，其联接至第一驱动轴以转动所述下给送元件（230）；以及第二致动器，其联接至所述第二驱动轴以转动所述上给送元件（220）。在其他实施方式中，给送棒（200）包括具有流体化元件的轴，致动器在粉末分配过程中使所述给送棒产生振动。分配器模块阵列包括一行或几行分配器模块。

Description

改进的粉末分配器模块及粉末分配器组件

本申请是申请日为2009年8月5日、国家申请号为200980134721.9、名称为“改进的粉末分配器模块及粉末分配器组件”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请基于2008年8月5日提交的序列号No.61/188,001的临时申请要求优先权，所述临时申请通过参引整体结合入本文。

技术领域

本发明涉及用于分配及感测粉末的方法和设备，更具体地，涉及用于将经精确控制的粉末量分配至多个料筒中、以及用于单独地感测每个料筒的填充状态的方法及设备。所述粉末可以包括药物，而所述料筒可以用于吸入器中。但本发明并不限于此应用。

背景技术

已经提出过通过作为输送机制的粉末的吸入来对患者输送某种类型的药物。将具有包含药物粉末的可替换药筒或胶囊的吸入器用于输送药物。通过吸入方式的药物施用通常在吸入器药筒中需要非常少量的粉末。仅作为示例，使用Technosphere微粒的胰岛素应用可能仅仅需要10毫克粉末的剂量。此外，药物剂量必须高度精确。小于额定的剂量可能没有预期的治疗效果，而大于额定的剂量可能对患者产生不良影响。此外，尽管Technoshpere微粒对于通过吸入方式的药物输送很高效，但其片状（platelet）表面结构使Technosphere粉末粘着，在某种程度上难以处理。

在通过吸入方式的药物输送的商业应用中，必须以有效而经济的方式生产包含药物的大量药筒。必须将精确剂量的粉末输送至各药筒中，并且必须核实各药筒中的药物剂量。制造技术及设备应当能够具有高产量以满足需求，并且应当能够处理有粘着性的且因此不自由流动的粉末。现有制造技术及设备尚不足以满足这些需求。

2007年5月31日公布的国际公开No.WO2007/061987公开了用于同时将精确控制剂量的粉末分配至多个料筒中的系统及方法。粉末可以包括药物，而料筒可以用于吸入器中。在填充过程中感测各料筒的填充状态——通常为粉末重量，响应于感测到的重量来单独地控制粉末分配器模块以保证精确的剂量。该系统以高速操作并且可以非常紧凑，从而能够在需要最小的地板空间的情况下进行填充操作。但是需要改进用于粉末分配的方法及设备。

发明内容

提供了系统及方法以将精确控制的粉末剂量同时分配至多个料筒中。粉末可以包含药物，而料筒可以用在吸入器中。在填充过程中感测各料筒的填充状态——通常为粉末重量，并响应于感测到的重量而单独地控制粉末分配器模块以保证精确的剂量。该系统以高速操作并且可以非常紧凑，从而使得能够在需要最小的地板空间的情况下进行填充操作。

根据本发明的第一方面，粉末分配器模块包括：壳体，所述壳体限定用于接收粉末的粉末入口、粉末出口、以及连接所述粉末入口与所述粉末出口的管道；给送棒，所述给送棒将粉末通过所述管道从所述粉末入口移动至所述粉末出口，所述给送棒包括联接至第一驱动轴的下给送元件和联接至第二驱动轴的上给送元件；第一致动器，所述第一致动器联接至所述第一驱动轴以转动所述下给送元件；以及第二致动器，所述第二致动器联接至所述第二驱动轴以转动所述上给送元件。

根据本发明的第二方面，粉末分配器模块包括：壳体，所述壳体限定用于接收粉末的粉末入口、粉末出口、以及连接所述粉末入口与所述粉末出口的管道；给送棒组件，所述给送棒组件将粉末通过所述管道从所述粉末入口移动至所述粉末出口；阀，所述阀控制所述粉末出口，其中，所述阀包括阀构件，所述阀构件绕垂直于所述给送棒组件轴线的轴线转动；以及阀致动器，所述阀致动器在打开位置与关闭位置之间操作所述阀。

根据本发明的第三方面，粉末分配及感测设备包括：支撑结构，所述支撑结构容纳料筒保持器，所述料筒保持器被构造用以保持料筒；粉末分配器组件，所述粉末分配器组件包括粉末分配器模块以将粉末分配至所述料筒中；粉末传送系统，所述粉末传送系统将粉末输送至所述粉末分配器模块；传感器模块，所述传感器模块包括多个传感器单元以感测每个料筒各自的填充状态；以及控制系统，所述控制系统响应于每个料筒各自的所感测到的填充状态来控制所述粉末分配器模块，其中，所述控制系统包括每个粉末分配器模块中的嵌入式处理器，各嵌入式处理器与相应的传感器单元及所述粉末分配器模块的元件通信。.

根据本发明的第四方面，用于将粉末分配至料筒中的方法包括：将料筒定位在分配器模块下方，所述分配器模块具有容纳粉末的管道和处于所述管道下端处的阀；在阀关闭的情况下，操作所述管道中的上给送元件，并且保持下给送元件静止；打开所述阀；操作所述管道中的所述上给送元件及所述下给送元件，以通过打开的所述阀将粉末分配至所述料筒；以及在达到所述料筒的所需填充状态时关闭所述阀。

根据本发明的第五方面，粉末分配及感测设备包括：支撑结构，所述支撑结构容纳料筒保持器，所述料筒保持器被构造用以保持至少一行料筒；粉末分配器组件，所述粉末分配器组件包括粉末分配器模块以将粉末分配至所述至少一行料筒中相应的料筒中，其中所述粉末分配器组件包括具有一行或多行所述粉末分配器模块的阵列；粉末传送系统，所述粉末传送系统将粉末输送至所述粉末分配器模块；传感器模块，所述传感器模块包括多个传感器单元以感测所述至少一行料筒中的每个料筒各自的填充状态；以及控制系统，所述控制系统响应于所述至少一行料筒中的每个料筒各自的所感测到的填充状态来控制所述粉末分配器模块；以及致动器，所述致动器使所述至少一行料筒相对于所述粉末分配器模块的阵列移动。

根据本发明的第六方面，粉末分配器模块包括：壳体，所述壳体限定用于接收粉末的粉末入口、粉末出口、以及连接至所述粉末入口和所述粉末出口的粉末腔；给送棒，所述给送棒包括封闭所述粉末出口的阀元件和使粉末流体化的流体化元件；以及致动器，所述致动器在分配粉末期间引起所述给送棒的振动。

根据本发明的第七方面，用于将粉末分配至料筒中的方法包括：将料筒定位在分配器模块下方，所述分配器模块具有容纳粉末的粉末腔和处于所述粉末腔下端处的阀；打开所述阀；通过所述粉末腔中的给送棒的振动将粉末通过打开的所述阀分配至所述料筒，所述给送棒具有流体化元件；以及在达到所述料筒的所需填充状态时关闭所述阀。

附图说明

通过参照附图来更好地理解本发明，所述附图通过参引的方式结合入本文，其中：

图1是根据本发明的实施方式的粉末分配及感测设备的立体图；

图2是图1所示粉末分配及感测设备的分解图；

图3是粉末分配及感测设备的局部竖向横截面图；

图3A是粉末分配及感测设备的示意性框图；

图4是粉末分配模块、料筒（cartridge）、料筒托盘及重量传感器单元（cell）的立体图；

图5是粉末传送系统的立体图；

图6是阵列块及一个粉末传送系统的横截面图；

图7是料筒托盘及托盘定位系统的横截面图；

图8是根据本发明实施方式的粉末分配器模块的立体图；

图9是图8所示粉末分配器模块的分解图；

图10图示了在图8所示的粉末分配器模块中使用的给送棒；

图11是图10所示的给送棒的分解图；

图12是图10所示给送棒下端的放大图；

图13图示了包括给送棒及相关联的驱动部件的给送棒组件；

图14A是粉末分配器模块的仰视图，示出了根据本发明实施方式的注入阀；

图14B是图14A所示的注入阀的立体图；

图15是图14A所示的注入阀的分解图；

图16A是根据本发明实施方式的三辐条制粒器的俯视图；

图16B是图16A所示的三辐条制粒器的横截面图；

图17是图8和图9所示的粉末分配器模块下端的放大立体图，出于图示的目的，省略了一些元件，而一些元件示为透明的；

图18是根据本发明实施方式的粉末分配器模块的阵列的示意性平面图；

图19是根据本发明实施方式的粉末分配器模块的阵列的示意性平面图；

图20是根据本发明实施方式的粉末分配器模块的阵列的示意性平面图；

图21是根据本发明实施方式的粉末分配器模块的阵列的示意性平面图；

图22是根据本发明实施方式的粉末分配器模块的阵列的示意性平面图；

图23是根据本发明实施方式的粉末分配器模块的阵列的示意性横截面图；

图24是图23所示粉末分配器模块中的两个的下端部的放大横截面图；

图25是利用图23所示粉末分配器模块的粉末分配及感测设备的示意图。

具体实施方式

图1至图7中示出了粉末分配及感测设备10。所述设备的用途是将粉末分配至多个料筒20中并感测及控制各料筒的填充状态，从而使得各料筒容纳经精确控制的粉末量。如在本文中使用的，术语“料筒”指能够保持粉末——通常为包含药物的粉末——的任意容器或胶囊。由于各料筒通常并未被填充至最大限度而事实上可能仅填充至其容量的一小部分，故而如在本文中使用的术语“填充”包括填充和部分填充。如下所述，所述设备可以用于填充吸入器料筒或紧凑型吸入器，但不必然对于待填充的容器的类型进行限制。

料筒20可被保持在料筒托盘22中，料筒托盘22定位在托盘支撑框架24中以进行处理。料筒可以被保持呈行和列的阵列。在一个示例中，料筒托盘22将四十八个料筒20保持呈6×8阵列。料筒托盘22的构造以及设备10的相应构造仅是给出作为示例而非对本发明的范围进行限制。可以理解，在本发明的范围内，料筒托盘22可被构造用以保持不同数目的料筒，并且料筒托盘22能够具有不同的阵列构造。在下文描述的另一实施方式中，料筒托盘可以保持192个料筒。料筒托盘22可由机器人放置在支撑框架24中以及从支撑框架24移除。

除了托盘支撑框架24之外，粉末分配及感测设备10的部件还包括粉末分配组件30、粉末传送系统32以及传感器模块34，所述粉末分配组件30将粉末分配至料筒20中，所述粉末传送系统32将粉末输送至粉末分配器组件30，所述传感器模块34感测每个料筒20的填充状态。粉末分配及感测设备10还包括框架40，所述框架40用于安装托盘支撑框架24、粉末分配器组件30、粉末传送系统32、传感器模块34及致动器42，致动器42使粉末分配器组件30及粉末传送系统32相对于料筒20移动。

粉末分配器组件30包括阵列块50，所述阵列块50具有成阵列的竖直孔口52以及安装在阵列块50的每个竖直孔口中的粉末分配器模块54。阵列块50可以构造成与料筒托盘22中料筒20的阵列或料筒托盘中料筒的子集相匹配。在保持四十八个料筒的料筒托盘的上述示例中，阵列块50可以具有成6×8阵列的竖直孔口52并提供用于四十八个粉末分配器模块54的安装。在此实施方式中，粉末分配器模块54安装成呈一英寸中心距。可以理解，在本发明的范围内可以利用不同的间隔设置。如图8所示，阵列块50还包括粉末储存及传送通道60a、60b、60c、60d、60e、60f、60g及60h，在此实施方式中，每六个一行的粉末分配器模块54用一条通道。如下所述，粉末由粉末传送系统32通过阵列块50中的各条通道而被输送至粉末分配器模块54。各通道优选具有足够的容积以储存用于数个粉末分配循环的粉末。

在图1至图7的实施方式中，粉末传送系统32包括第一粉末传送系统32a和第二粉末传送系统32b，第一粉末传送系统32a将粉末输送至阵列块50中的第一组四个通道60a、60b、60c和60d，第二粉末传送系统32b将粉末输送至阵列块50中的第二组四个通道60e、60f、60g和60h。各粉末传送系统32a和32b均包括鼓风机组件70、粉末供气器（powderaerator）72以及料斗组件74，所述鼓风机组件70用于使传送气体移动通过粉末传送系统，所述粉末供气器72将粉末输送至粉末分配器组件30，所述料斗组件74将粉末供给至粉末供气器72。在其他实施方式中，可以使用单个粉末传送系统或两个以上的粉末传送系统。

鼓风机组件70通过管76联接至粉末供气器72的进气口78，并产生通过进气口78的传送气体流。粉末供气器72包括粉末入口80以接收来自料斗组件74的粉末。粉末由粉末供气器72通过四个粉末输出孔口82输送至阵列块50中相应的通道的入口端。粉末通过相应的通道传送至处于粉末分配器组件30各行中的粉末分配器模块54。如下所述，粉末通过粉末分配器模块54单独地分配至料筒20。

通道60a至60h穿过阵列块50，经协调的（tuned）抽吸歧管84联接至通道的出口端。第一粉末传送系统32a的抽吸歧管84连接至通道60a至60d的出口端，第二粉末传送系统32b的抽吸歧管84连接至通道60e至60h的出口端。抽吸歧管84使传送气体回流至鼓风机组件70，由此形成闭环再循环气体传送系统。在其他实施方式中，粉末传送系统能使用开环气体传送系统。未被输送至粉末分配器模块54或储存于通道中的任何粉末通过抽吸歧管84返回至鼓风机组件70。如下文讨论的，在一些实施方式中，鼓风机组件70可以包括气体－颗粒分离装置以留住大的粉末团块（agglomerate），而小的粉末团块被再循环至粉末供气器72以输送至粉末分配器组件30。如下文中进一步讨论的，各粉末传送系统可包括气体调节单元以控制再循环传送气体的相对湿度和/或温度。

粉末传送系统32可包括传感器以确定粉末传送系统不同部件中的粉末高度水平。料斗组件74可以包括料斗高度水平传感器以感测料斗组件74的贮存器中的粉末高度水平。粉末供气器72可以包括放卸阀高度水平传感器以确定粉末供气器72的放卸阀中的粉末高度水平。鼓风机组件70可以包括大团块高度水平传感器。分配器填充高度水平传感器可位于鼓风机组件70的抽吸歧管84处。粉末高度水平传感器可以例如使用光学技术以感测粉末的高度水平。粉末高度水平传感器可以用于控制粉末传送系统32的操作以及对向粉末分配器模块54装载粉末进行控制。

传感器模块34可以包括传感器壳体及安装在所述传感器壳体内的传感器组件110的阵列。在图示实施方式中，每个传感器组件110包括两个传感器单元114（图3）及相关联的电路系统。因此，一个传感器组件110与两个粉末分配器模块54一起使用。在其他实施方式中，各传感器组件可以包括单个传感器单元或两个以上的传感器单元。传感器组件110的数目以及成阵列的传感器组件110设置可以是使得传感器单元114与料筒托盘22中料筒20的配置或料筒托盘中料筒的子集相匹配。对于以呈一英寸中心距的6×8阵列来保持四十八个料筒20的料筒托盘22的示例，传感器模块34可以包括二十四个传感器组件110，这提供了成一英寸中心距的6×8阵列的四十八个传感器单元114。在图1至图7所示的实施方式中，每个传感器单元114是对输送至各料筒20的粉末重量进行感测的重量传感器。重量传感器的探测器112固定至每个传感器单元114并穿过料筒托盘22中的开口而接触料筒20的下端。

在分配粉末过程中，传感器单元114单独地感测各料筒20的填充状态，从而使得能够在所需的粉末量被分配至各料筒20中时终止粉末分配。传感器单元114优选为在粉末分配过程中监控料筒20的重量的重量传感器，且在本实施方式中精确至5微克至10微克。电动天平梁以非常小的重量在需要高精度、高速度以及可重复性的应用中通常被用作为重量传感器。

重量传感器组件110的物理构造在粉末分配器模块54紧密间隔如呈一英寸中心距的系统中是一种考虑。优选地，重量传感器组件110可以设置成与料筒托盘22及粉末分配器模块54的构造相匹配的阵列。在优选的实施方式中，传感器组件110具有竖直构造，且两个传感器单元114封装在一起以形成传感器组件。重量感测机械部件位于组件顶部，电路系统位于机械部件下方，而电连接器位于底部。传感器组件可以安装成阵列用于呈一英寸中心距的重量感测。

在另一实施方式中，可商用的重量传感器模块具有水平构造，并可以在处于用于每行有六个料筒的阵列的三个不同高度水平的分层设置中采用。在分层设置中，使用具有不同长度的探测器以接触料筒。

粉末分配及感测设备10已经描述为具有安装为呈一英寸中心距的传感器单元114和粉末分配器模块54。可以理解，在本发明的范围内可以采用较大或较小的部件间间隔。此外，所述设备10的部件并不必然安装成均匀阵列。例如，部件之间x方向的间隔可以与部件之间y方向的间隔不同，或者阵列的一行可以相对于相邻行偏置。

在操作中，保持料筒20的料筒托盘22优选由机器人或其他自动机构定位在托盘支撑框架24中。可以降下料筒托盘22从而使料筒20通过相应的传感器组件110上的重量传感器的探测器112而从料筒托盘22升起、并由所述探测器112支撑。料筒托盘22可以在每个料筒位置处设置有开口，以允许探测器112穿过料筒托盘22并举升料筒20。因此，每个料筒20可以在不与料筒托盘22干涉的情况下由其中一个传感器单元114称重。在一些实施方式中，探测器112包括用于料筒20的三点支撑。在其他实施方式中，探测器112包括用于料筒20的圆柱形支撑。粉末分配器组件30被降下至分配位置。在所述分配位置，各粉末分配器模块54定位成稍高于其中一个料筒20并与所述其中一个料筒20对准。

如图2所示，框架40可以包括下框架40a、中间框架40b以及上框架40c。下框架40a及中间框架40b固定至基板41。上框架40c提供用于托盘支撑框架24、粉末分配器组件30及粉末传送系统32的安装。阵列块50连接至致动器42并在致动器42被供能时上下移动。传感器模块34安装在下框架40a及中间框架40b内的固定位置。

粉末传送系统32可以连续操作或间歇操作。使粉末分配器模块54起动以将粉末分配至料筒20。将粉末分配至料筒20是同时执行的，故而料筒托盘22中的所有料筒、或料筒托盘中料筒的子集同时接收粉末。随着粉末分配的进行，料筒20的重量由相应的传感器单元114感测。各传感器单元114的输出都联接至控制器。如下文讨论的，各控制器将感测到的重量与目标重量进行比较，所述目标重量对应于所需的粉末量。只要感测到的重量小于目标重量，就继续分配粉末。当感测到的重量大于或等于目标重量时，控制器指令相应的粉末分配器模块54以终止粉末分配操作。如果在填充周期后感测到的重量超过最大许可重量，则可将相应的料筒标记为次品。由此，对料筒托盘22中的一批料筒同时进行粉末分配及重量感测。所述批次可以包括料筒托盘22中所有的料筒或料筒托盘中料筒的子集。粉末分配周期可以包括同时将粉末分配至一批料筒和对该批料筒的重量感测，实现100%检查及粉末分配的控制。

在一种实施方式中，料筒托盘22中料筒的数目和间隔与所述设备10中粉末分配器模块54的数目和间隔相匹配。在其他实施方式中，料筒托盘可以具有不同于粉末分配器模块54的构造的不同的料筒数目及料筒间的间隔。例如，料筒托盘可以被构造用以保持数目为粉末分配器模块54的数目的倍数的料筒，并被构造成具有比粉末分配器模块54之间的间隔小的料筒间间隔。仅作为示例，料筒托盘可以被构造用以保持192个呈二分之一英寸中心距间隔的料筒20。通过这种设置，呈二分之一英寸中心距的12×16料筒阵列占据与呈一英寸中心距的6×8料筒阵列相同的面积。

如图7所示，料筒托盘22可以由托盘定位机构120沿水平方向移位，从而将不同批次的料筒与粉末分配器模块54对准。料筒托盘22定位在托盘支撑框架24中以进行处理。托盘定位机构120包括联接至托盘支撑框架24的X方向致动器230以及联接至托盘支撑框架24的Y方向致动器232。因此，托盘支撑框架24及料筒托盘22可以在水平的X-Y平面内移动以将各批次料筒相对于粉末分配器模块54及传感器单元114定位。

带有192个料筒的料筒托盘可被处理如下。将料筒托盘从中性（neutral）位置移动至第一X-Y位置（0,0），使得第一批次的48个料筒在竖直方向上与具有48个粉末分配器模块54的阵列对准。将粉末分配至第一批次的料筒中，然后将料筒托盘移动至第二X-Y位置（0,0.5）以将第二批次的48个料筒与具有48个粉末分配器模块54的阵列对准。将粉末分配至第二批次的料筒中，然后将料筒托盘移动至第三X-Y位置（0.5,0）以将第三批次的48个料筒与具有48个粉末分配器模块54的阵列对准。然后将料筒托盘移动至第四X-Y位置（0.5,0.5）以将第四批次的48个料筒与具有48个粉末分配器模块54的阵列对准。将粉末分配至第四批次的料筒中以完成对192个料筒的处理。在上述示例中，托盘位置的顺序及料筒批次的顺序可以改变。

可以理解，此处理可以应用于具有不同的料筒间间隔、不同的料筒数目等的不同托盘设置。在这些实施方式中，料筒托盘在水平平面内移位以实现各批次的料筒与粉末分配器模块的阵列之间的对准。料筒的批次通常与粉末分配器模块54的阵列相匹配。但是，在一些应用中，所述批次的料筒的数目可以少于粉末分配器模块的数目。

关于粉末分配及感测设备10的另外的细节在2007年5月31日公布的国际公开No.WO2007/061987中描述，该国际公开通过参引结合入本文。

粉末分配器模块54的实施方式在图8至图17中示出并在下文描述。

粉末分配器模块54包括粉末分配器壳体150，该粉末分配器壳体150具有下壳体部150a、中间壳体部150b、上壳体部150c及罩盖150d。粉末分配器壳体150可以是具有小横截面的长型构造，以允许阵列块50中的紧密间隔。如上文指出的，粉末分配器模块54可以安装成呈一英寸中心距。中间壳体部150b包括粉末入口130以及从粉末入口130向下延伸至下壳体部150a的圆筒形管道。下壳体部150a包括向下延伸至分配器喷嘴158的锥形管道，所述管道定尺寸为用于与料筒20相适应。圆筒形管道及锥形管道可以看作形成粉末分配模块54的粉末腔。分配器喷嘴158构造成将粉末分配至料筒20中。罩盖150d可以是铝罩盖，其内侧涂黑以便于将热量传导至分配器电子器件之外，并允许粉末分配器模块防水。

粉末分配器模块54还包括给送棒组件160以及分配器注入阀180，所述给送棒组件160使粉末以受控方式向下穿过分配器移动至喷嘴158，所述分配器注入阀180位于下壳体部150a中的锥形管道的下端处。粉末分配器模块54还包括具有电路系统的电路板184，该电路系统用于控制给送棒组件160及注入阀180，并用于与控制粉末分配器模块54的操作的控制电路系统通信。

在图10至图13中示出了给送棒组件160的细节。参照图13，给送棒组件160包括给送棒200、第一致动器210、第二致动器212及致动器联接件214。参照图10至图12，给送棒200包括固定至外轴222的上给送元件220和固定至内轴232的下给送元件230。外轴222可以具有延伸穿过其长度的中心孔，内轴232可以同心地安装在贯穿外轴222的孔中。此外，内轴232可以在外轴222内自由转动。

球轴承及驱动轴密封件（未示出）被压入圆筒形外轴222的两个凸缘端部222a及222b中。球轴承保证同轴的内轴232寿命长且转动容易，而密封件防止粉末进入，由此保证轴承的长寿命并防止驱动轴卡住，并使系统适应GMP。这是因为密封件防止粉末积聚于驱动轴之间，且由此不促进细菌生长。由于能将整个分配器模块浸没于用于清洗的超声波浴中，故而该密封系统易于清理。

在一些实施方式中，上给送元件220可以是线框架结构，其包括螺旋部220a以及位于所述螺旋部220a上方的直部220b。下给送元件230可以是螺旋钻。在图10至图12所示的给送棒220中，上给送元件220及下给送元件230可以沿相同方向转动或沿相反方向转动，可以相等的速度转动或以不相等的速度转动。因此，可以独立地控制上给送元件220及下给送元件230以获得所需的粉末给送操作。

如图13所示，第一致动器210联接至内轴232以转动下给送元件230。第二致动器212通过致动器联接件214联接至外轴222以转动上给送元件220。致动器联接件214可以包括安装至第二致动器212的上齿轮组240、联接杆242以及安装至外轴222的下齿轮组244。第一致动器210及第二致动器212可以是微型马达，可以分别控制第一致动器210及第二致动器212以独立地转动下给送元件230和上给送元件220。

在图14A、图14B及图15中示出了注入阀180的细节。注入阀180构造成蝶形阀，其由齿条小齿轮装置在打开位置与关闭位置之间致动。注入阀180包括阀壳体300，阀壳体300具有限定分配器喷嘴158的圆筒形通道302。阀构件310定位在圆筒形通道302内并连接至能够绕轴线314转动的阀轴312，从而使得阀构件310在打开位置与关闭位置之间转动。小齿轮320安装至轴312，齿条322（图14B）接合小齿轮320。

如图9所示，驱动轴330连接在齿条322与阀致动器332之间。阀致动器332被安装在粉末分配器模块54的顶部附近并引起驱动轴330的线性运动，此线性运动由齿条322及小齿轮320转换为阀构件310在打开位置与关闭位置之间的转动。阀致动器332可以是线性电磁阀。如图15所示，注入阀180还包括轴承340、密封件342及轴承罩盖344。

垫圈可以安装在粉末分配器模块的下壳体部150a与阀壳体300之间。所述垫圈防止粉末移入阀驱动机构中。阀构件310构造为在打开位置与关闭位置之间转动90°的盘形件。该盘形件的边缘相对较尖，因而不存在任何边缘用于粉末在随机时间停留于其上以及落入料筒。这种随机落入的粉末引起不期望的填充变化。阀轴在两端处具有轴承及密封件以使得能够容易转动并防止粉末进入。由于阀驱动器使用简单竖直运动，因而阀可以在100毫秒至200毫秒内关闭，由此克服填充指令结束后粉末分配的问题。

粉末分配器模块54还包括在图16A及图16B中示出的制粒器400。制粒器400安装在下壳体部150a中注入阀180上方并且具有内侧壁410，该内侧壁410从顶部的大直径渐缩至底部的小直径。孔元件412为倒置锥形，在此实施方式中，孔元件412构造成具有三个径向辐条414，径向辐条414支撑环形部416。所述辐条限定三个孔420以通过喷嘴158排出粉末。通常为螺旋钻构型的下给送元件230的下边缘是成角度的，以与倒置锥形孔元件412相匹配。安装在内轴232下端处的轴承430（图12）与环形部416接合，建立下给送元件230与孔元件412之间的所需间隔。在操作中，下给送元件230相对于孔元件412转动，使粉末通过孔元件412中的孔420而被排出。

制粒器400安装在注入阀180上方并为下给送元件230提供转动支撑。下给送元件230抵靠在蓝宝石轴承（sapphirebearing）上，蓝宝石轴承安装在制粒器400中心处的环形部416中。制粒器400构造成使对于粉末流的限制最小化。在其他实施方式中，在基于被分配的粉末而选择制粒器的参数的情况下，制粒器可以具有任意数目的辐条或者可以设置有孔的模式。

图17是图8和图9所示的粉末分配器模块的下端的放大立体图，出于图示的目的省略了一些元件，而一些元件是透明的。图17图示了粉末分配器模块中的下给送元件230、制粒器400和注入阀180的相互关系。在一些实施方式中，可以通过使粉末分配器模块的所有零件防水而使粉末分配器模块适应GMP。

如上文所讨论的，粉末分配器模块54具有圆筒形管道，所述圆筒形管道具有终止于分配器喷嘴中的锥形下部。锥形表面在粉末颗粒上施加向上的净力，该向上的净力与通过喷嘴所施加以输送粉末的向下的力相反。在图8至图17中示出以及在上文描述的粉末分配器模块被构造用以加强粉末输送、减少粉末输送时间以及增加粉末输送精度。

如上所述，给送棒组件160构造有用于上给送元件220和下给送元件230的独立的驱动轴及致动器。通过使上给送元件、下给送元件分离并独立地驱动上给送元件、下给送元件，上给送元件220能够在注入阀关闭的情况下连续转动。这使粉末保持流体化，因此易于分配。同时，下给送元件230不转动，从而使得下给送元件230与注入阀之间的粉末不被压缩。当粉末分配器模块接到指令以分配粉末时，注入阀打开，而下给送元件230由第一致动器210转动几圈。

具有用于上给送元件和下给送元件的独立的驱动轴及致动器的给送棒组件160能够使上给送元件和下给送元件沿相同方向或沿相反方向转动，且能够使上给送元件和下给送元件以相等速度或不相等的速度转动。此外，给送元件中的一个能够转动，而另一个给送元件保持为静止不动。因此，上给送元件和下给送元件独立地操作。

在粉末分配器模块54中，电路板184可以包括嵌入式处理器及马达控制电子器件。该处理器运行实时占先式（preemptive）操作系统，该操作系统与其相应的传感器单元114通信且与粉末分配器模块的部件通信以控制粉末控制器模块。

如上所述，上给送元件220能够连续运行从而在粉末分配器模块中将粉末保持流体化。为了分配所需重量的粉末，将注入阀打开并开始转动下给送元件230达到预定的时间。粉末分配器模块以大约每隔200毫秒的固定时间间隔来询问传感器单元，并确定当前粉末分配条件下的填充率。基于此填充率，处理器修改预定的分配时间。由于各粉末分配模块都直接与其传感器单元通信，因而通信等待时间是固定的，并且获得了确定的填充率。粉末分配器模块在以适应性方式确定的填充时间的末端终止分配，注入阀迅速关闭，防止所分配的粉末重量过量。

在图1至图7中示出并在上文描述的粉末分配及感测设备10的实施方式采用了安装在阵列块50中的粉末分配模块的二维阵列。在一种实施方式中，阵列块50具有6×8阵列的孔口，用于安装48个粉末分配器模块。在一些实施方式中，如图18至图22所示以及在下文描述的，有可能需要采用具有单行粉末分配器模块或多行粉末分配器模块的粉末分配器模块阵列。

图18中示出了粉末分配器模块510的阵列500。阵列500包括单行粉末分配器模块510。在阵列500中，每个粉末分配器模块510都在相同侧接收粉末给送520。阵列500可以具有任意所需数目的粉末分配器模块510。通过对各粉末分配器模块510提供直接的粉末给送，可以简化粉末给送机构。将要填充的各行料筒可以标记成与用于填充的粉末分配器模块510的阵列500对准。

图19中示出了粉末分配器模块510的阵列530。阵列530也包括单行粉末分配器模块。阵列530与图18所示的阵列500的不同之处在于，交替布置的粉末分配器模块510从相对侧接收粉末给送520。该构造的优点在于，阵列530两侧有更大的空间可为粉末给送机构所用。

图20中示出了粉末分配器模块510的包括第一行552及第二行554的阵列550。第一行552从一侧接收粉末给送520，第二行554从相对侧接收粉末给送520。阵列550具有增强粉末填充能力的优点，并且允许对各粉末分配器模块510的直接的粉末给送。行552和行554中的每一行都可以包括任意数目的粉末分配器模块510。

图21中示出了粉末分配器模块510的包括第一行562及第二行564的阵列560。在阵列560中，粉末给送520从阵列560的一侧供给至第二行554，粉末给送522从第二行564的粉末分配器模块510以直通（feedthrough）方式供给至粉末分配器模块510的第一行562。阵列560的优点在于，粉末从一侧供给至阵列，并且同时使用两行粉末分配器模块510填充料筒。

图22中示出了粉末分配器模块510的阵列580。除了上部阵列560从一侧接收粉末给送520而下部阵列560从相对侧接收粉末给送520之外，阵列580基本上是在图21中示出的并在上文描述的阵列560的复制。图21所示的阵列580的优点是能够同时填充大量料筒，但其缺点在于粉末给送520比单阵列时更为复杂。

图23至图25示出了根据本发明另外的实施方式的粉末分配器模块700。粉末分配器模块700包括粉末分配器壳体710，所述粉末分配器壳体710限定粉末腔712。粉末腔712从粉末入口720延伸至粉末出口722。粉末腔712的下部朝着粉末出口722向内渐缩。在图23至图25所示的实施方式中，粉末分配器壳体710示出为具有用于多粉末分配器模块的多个粉末腔712的块状件。在其他实施方式中，可以为每个粉末分配器模块设置单独的壳体。

粉末入口720连接至粉末供给管道724，粉末通过所述粉末供给管道724而被供给至每个粉末分配器模块700。粉末出口722形成分配器喷嘴以将粉末分配至料筒730中。每个料筒730抵靠在重量传感器单元740上，以在分配粉末的过程中感测料筒730的重量。

粉末分配器模块700还包括给送棒750，所述给送棒750联接至致动器752。给送棒750可以包括联接至致动器752的轴754、阀元件756及流体化元件758。阀元件756可以是轴754的放大部分，其构造成在阀元件756相对于粉末出口722移动至封闭位置时阻塞粉末出口722，由此在粉末出口722处形成阀。具体地，阀元件756可以具有圆锥形形状，用于与粉末出口722的周边接触。流体化元件758可以是向外延伸的盘形件，该盘形件在给送棒750的振动过程中使粉末流体化。

致动器752引起轴754在如图24右侧所示的阀的打开位置与如图24左侧所示的关闭位置之间的线性运动。当阀处于打开位置时，致动器752还引起给送棒750沿图24中箭头760所示出的方向的振动。流体化元件758的振动使粉末被流体化并通过粉末出口722分配。在如重量传感器单元740所感测的那样已将所需的粉末量分配至料筒730中以后，给送棒750移动至阀的关闭位置。

如图25所示，粉末传送系统770可以将粉末供给至粉末分配器模块700的阵列。粉末传送系统770可以包括鼓风机，从而使传送气体移动通过粉末传送系统以将粉末输送至每个粉末分配器模块700。在一些实施方式中，粉末传送系统770可以间歇地操作以填充每个粉末分配器模块，之后是将粉末分配至料筒730中的一个或多个粉末分配循环。可以理解，在本发明的范围内可以使用不同的粉末传送系统和不同的粉末传送器模块的阵列。在图23至图25所示的实施方式中，粉末分配器模块700通过粉末腔712竖直地分配粉末，而粉末是通过水平的粉末供给管道724供给至粉末分配器模块的。

虽然已经如此描述了本发明至少一种实施方式的数个方面，应当理解，本领域普通技术人员将容易想到各种变换、修改及改进。这种变换、修改及改进将作为本公开的一部分，并且将处于本发明的精神及范围之内。因此，前面的描述及附图仅作为示例。

Claims (7)

1.一种粉末分配及感测设备，包括：

支撑结构，所述支撑结构容纳料筒保持器，所述料筒保持器被构造用以保持至少一行料筒；

粉末分配器组件，所述粉末分配器组件包括粉末分配器模块以将粉末分配至所述至少一行料筒中的相应料筒中，其中，所述粉末分配器组件包括具有单行粉末分配器模块的阵列，其中，所述粉末分配器模块中的每一个都包括：

壳体，所述壳体限定用于接收粉末的粉末入口、粉末出口、以及连接所述粉末入口与所述粉末出口的管道；

给送棒，所述给送棒使粉末通过所述管道从所述粉末入口移动至所述粉末出口，所述给送棒包括联接至第一驱动轴的下给送元件和联接至第二驱动轴的上给送元件；

注入阀，所述注入阀控制所述粉末出口；

阀致动器，所述阀致动器在打开位置与关闭位置之间操作所述注入阀；

第一致动器，所述第一致动器联接至所述第一驱动轴以转动所述下给送元件；以及

第二致动器，所述第二致动器联接至所述第二驱动轴以转动所述上给送元件；

粉末传送系统，所述粉末传送系统将粉末输送至所述粉末分配器模块；

传感器模块，所述传感器模块包括多个传感器单元以感测所述至少一行料筒中的每个料筒各自的填充状态；

控制系统，所述控制系统响应于所述至少一行料筒中的每个料筒各自的被感测到的填充状态来控制所述粉末分配器模块；以及

致动器，所述致动器使所述至少一行料筒相对于所述单行粉末分配器模块移动，其中，向每个所述粉末分配器模块提供直接的粉末给送。

2.如权利要求1所限定的粉末分配及感测设备，其中，所述粉末传送系统构造成在所述单行粉末分配器模块的一侧将粉末直接地输送至每个粉末分配器模块。

3.如权利要求1所限定的粉末分配及感测设备，其中，所述粉末传送系统构造成在所述单行粉末分配器模块的交替的两侧将粉末直接地输送至每个粉末分配器模块。

4.如权利要求1所限定的粉末分配及感测设备，其中，所述具有单行粉末分配器模块的阵列是线性阵列。

5.一种粉末分配及感测设备，包括：

支撑结构，所述支撑结构容纳料筒保持器，所述料筒保持器被构造用以保持至少一行料筒；

粉末分配器组件，所述粉末分配器组件包括粉末分配器模块以将粉末分配至所述至少一行料筒中的相应料筒中，其中，所述粉末分配器组件包括具有两行粉末分配器模块的阵列，其中，所述粉末分配器模块中的每一个都包括：

壳体，所述壳体限定用于接收粉末的粉末入口、粉末出口、以及连接所述粉末入口与所述粉末出口的管道；

给送棒，所述给送棒使粉末通过所述管道从所述粉末入口移动至所述粉末出口，所述给送棒包括联接至第一驱动轴的下给送元件和联接至第二驱动轴的上给送元件；

注入阀，所述注入阀控制所述粉末出口；

阀致动器，所述阀致动器在打开位置与关闭位置之间操作所述注入阀；

第一致动器，所述第一致动器联接至所述第一驱动轴以转动所述下给送元件；以及

第二致动器，所述第二致动器联接至所述第二驱动轴以转动所述上给送元件；

粉末传送系统，所述粉末传送系统将粉末输送至所述粉末分配器模块；

传感器模块，所述传感器模块包括多个传感器单元以感测所述至少一行料筒中的每个料筒各自的填充状态；

控制系统，所述控制系统响应于所述至少一行料筒中的每个料筒各自的被感测到的填充状态来控制所述粉末分配器模块；以及

致动器，所述致动器使所述至少一行料筒相对于所述两行粉末分配器模块移动，其中，向每个所述粉末分配器模块提供直接的粉末给送。

6.如权利要求5所限定的粉末分配及感测设备，其中，所述粉末传送系统构造成在所述两行粉末分配器模块的相反两侧将粉末直接地输送至每个粉末分配器模块。

7.一种用于分配及感测粉末的方法，包括以下步骤：

将料筒定位在料筒托盘中；

向位于一行或两行粉末分配器模块的阵列中的每个粉末分配器模块提供直接的粉末给送，其中，所述粉末分配器模块中的每一个都包括：

壳体，所述壳体限定用于接收粉末的粉末入口、粉末出口、以及连接所述粉末入口与所述粉末出口的管道；

给送棒，所述给送棒使粉末通过所述管道从所述粉末入口移动至所述粉末出口，所述给送棒包括联接至第一驱动轴的下给送元件和联接至第二驱动轴的上给送元件；

注入阀，所述注入阀控制所述粉末出口；

阀致动器，所述阀致动器在打开位置与关闭位置之间操作所述注入阀；

第一致动器，所述第一致动器联接至所述第一驱动轴以转动所述下给送元件；以及

第二致动器，所述第二致动器联接至所述第二驱动轴以转动所述上给送元件；

将粉末从所述一行或两行粉末分配器模块中的粉末分配器模块同时地分配到所述料筒托盘中的一批料筒中；以及

在粉末分配过程中同时地感测所述一批料筒中的每个料筒的填充状态，以便能够在已经将所需的粉末量分配至各料筒中时终止粉末分配。