JP6173466B2 - ドージングシステム、ドージング方法、および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、閉鎖通路を備えるノズルを有する、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し、閉鎖通路内で、閉鎖エレメントが、作動中に、自動制御装置により制御されて、放出方向および／または後退方向に移動し、閉鎖通路が、放出方向および／または後退方向に対して垂直な少なくとも１つの横断面において、同一平面上での閉鎖エレメントの横断面に対して、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を形成するように成形および／または寸法決めされる。本発明はまた、このようなドージング材料のドージング方法に関し、ドージング材料はノズルを通じて分配され、ノズルは閉鎖通路を備え、閉鎖通路内で、閉鎖エレメントが、作動中に、自動制御装置によって制御されて、放出方向および／または後退方向に移動し、閉鎖通路が、放出方向および／または後退方向に対して垂直な少なくとも１つの横断面において、同一平面上での閉鎖エレメントの横断面に対して、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。本発明はまた、液体から粘性のドージング材料用のドージングシステムの製造方法に関する。

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された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、ここで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。

特許文献１は、上述のタイプのドージング装置、言い換えれば、開放型システムとして実現される装置である。ドージングスクリューは、ノズルの出口開口の方向にドージング材料を送り込むために使用され、それによって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、ドージング材料が、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、その粘度のみがドージング材料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。ドージング装置の開放の実現はまた、ドージング材料の流出が、ドージング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、ドージング材料の高い粘度がその流出を妨げるからである。このようなドージングスクリューは、閉鎖型システムとは異なった、付加的なエレメントであり、さらにドージング装置は高圧に耐えるように設計されなければならず、結果的に材料に関してはるかに大きな労力をかけることになる。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、高圧のため避けることができない。

精密な分配は、ドージング材料が水と同じくらい軽い流体物質ではなく、比較的粘性の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、または顔料が大部分を占めるニスなどである。ポリマー成分、特に長鎖状高分子を有する物質の分配は特に複雑である。これらの全てのドージング材料の通常の高い粘度は、上述のように、ドージング材料をドージングシステムのノズルから精密かつ正確に分配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。ドージング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。ドージング材料の圧力はまた、その圧力がドージング材料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ドージング材料のぶれを増やす。

特許文献２は、塗布ノズルを有する流体を塗布するための装置を記載し、その装置では、供給通路によって流体がノズルに送り込まれ、供給回路を形成するためにその装置は再供給通路を備える。このようにして、ノズルが閉じられているときでさえ、流体を動かすことができ、流体の特性はノズルが再度開かれるまで変わらない。特許文献３は、揺変性を有する液体をスプレーするためのノズルを記載する。この公報は、スプレーされる流体を持続的にかき混ぜるまたは旋回させるために、ノズル本体の領域内で超音波送信装置あるいは回転ピンまたは振動ピンの使用を提案する。しかしながら、これらのいずれの設計も、ドージング材料の高度に精密なドージングには適していない。

米国特許第７７６７２６６号明細書 独国特許出願公開第１０３４５８４０号明細書 独国特許出願公開第１４００７２５号明細書

したがって、本発明の目的は、ノズルを備えたドージングシステムを用いてドージング材料の分配を最適化する手段を提供することである。粘度のあるドージング材料に対して、上述のタイプのより粘性のあるドージング材料の場合においてでさえ、比較的低い圧力をかけることに特別な重点が置かれる。

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の製造方法によって達成される。

したがって、上述のタイプのドージングシステムにおいて、制御装置は、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、ここで制御装置は、ドージング材料の粘度が、少なくとも開口ギャップの領域で低減されるように、少なくとも１つの動作モードで、作動中に閉鎖エレメントを意図的に移動させる。そ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。

本発明によるドージング方法は、閉鎖エレメントが少なくとも２つの異なる動作モードのうちの１つで、異なる時間において動かされ、少なくとも１つの動作モードで、少なくとも開口ギャップの領域でドージング材料の粘度が低減されるように、閉鎖エレメントを意図的に動かすように行う。この粘度の低減は、ドージング材料を、さらなる措置を必要とせずに分配することができ、すなわち動作中にドージング材料がノズル内に保持されるのに十分な高さに低減した粘度の状態にドージング材料を保てるように動作パターンが選択され、（例えば、プランジャのより大きな動きによって）後続の動作モードで容易に放出されるように、好ましくは１つの動作モード中に達成される。

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。本発明は、ドージング材料は揺変性または剪断減粘性も有する、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事実を用いる。「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。

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。本発明に関連して、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。しかしながら、閉鎖動作はより複雑で、閉鎖エレメントによるキャビティの完全なシールを行わないことに留意すべきである。すなわち本発明によるドージングシステムは開放型システムである。

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意味で、閉鎖エレメントと閉鎖通路の相互作動は決定的に重要である。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。この状況において、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、閉鎖通路に対する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。

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。

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、閉鎖エレメントと閉鎖通路との間の開口ギャップは、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される。一方、開口ギャップは、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もされるべきである。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出口となる。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取り消され、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。

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化する、すなわち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ドージング材料、また高粘性で、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る短所は起こらない。すなわち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低減する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。

本発明による製造方法は、少なくとも次の工程を特徴とする。
閉鎖通路を設ける、
ノズルの作動中に、閉鎖エレメントを放出方向および／または後退方向に動かすことができるように閉鎖通路内に閉鎖エレメントを配置する、
放出方向および／または後退方向に対して垂直な少なくとも１つの横断面において、同一の横断平面上での閉鎖エレメントの横断面に対して、開口ギャップが閉鎖エレメントの外面と閉鎖通路の内面との間に生じるように、閉鎖通路を形成することによって、閉鎖エレメントと閉鎖通路との間に開口ギャップを実現し、開口ギャップが、少なくとも所々にドージング材料の出口通路を与えるように形成および／または寸法決めされる、
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、ドージング材料の粘度が開口ギャップの領域内で低減されるように、作動中に少なくとも１つの動作モードで閉鎖エレメントを意図的に動かす自動制御装置に、閉鎖エレメントおよび／または閉鎖エレメントを動かすためのアクチュエータシステムを接続する。

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。

上述のように、ドージング材料のドージング手順の間、さまざまな機能を果たすために作用することができる閉鎖エレメントの少なくとも２つの異なる動作モードがある。

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適用可能な圧力比の下で、極めて細かい振動動作を有する動作モードは、後述するように、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。

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の機能のシーケンスより長い間隔を有してよい。

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。

さらなる動作モードは、２つの端部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つの端部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、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。

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ように、制御を行うこともできる。交互型は、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。

例えば、精密なパラメーター（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。

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。

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。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（すなわち開口ギャップ）に関する表にまとめられている。

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。

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、そしてその後、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、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。

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。

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、または配置される。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。

ドージング材料をノズルの中に入れるために、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、閉鎖エレメントの対応する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フィードラインを備え、それによってフィード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。

本発明のさらなる好ましい一実施形態において、シールはノズルの出口開口から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。

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。

本発明のノズルに加えて、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ることが好ましく、特に好ましい一実施形態において、アクチュエータシステムは少なくとも１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、非常に精密で迅速な可制御性、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。

圧電アクチュエータを使用する状況において、本発明の多くのさらなる実施形態が可能である。

本発明によるドージングシステムは、閉鎖エレメントが、作動中に、少なくとも第１の圧電アクチュエータによって、放出方向および／または後退方向に動かされるように実現することができ、第１の圧電アクチュエータは第２の圧電アクチュエータと協働し、それらの作用方向軸、すなわち、その軸に沿ってアクチュエータが主な延伸方向を有し、その軸においてアクチュエータが圧力をかけるまたは圧力部材として働く、そうした（仮想の）軸が、基本的には閉鎖エレメントの放出方向および後退方向に沿って位置するように、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が配置され、形成される。好ましくは、両方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。そのような２つの「直列接続した」圧電アクチュエータ間の協働は、一方では、閉鎖エレメントの閉鎖効果または開放効果、すなわちストロークを増すために機能することができる。しかしながら、閉鎖エレメントの放出方向または後退方向は、圧電アクチュエータのこの作用方向軸に沿って延びていることが重要である。閉鎖エレメントの放出または後退方向は、例えば圧電アクチュエータの環状の配置の場合において、圧電アクチュエータの作用方向軸と同軸方向に位置することができ、または他の具体物の場合において、作用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用方向軸の平行および／または同軸方向の配置および閉鎖エレメントの放出または後退方向は、閉鎖エレメントの動作において記録されている特に低い有効電力損失につながる。一方では、これは、閉鎖エレメントの精度を上げ、他方では、閉鎖エレメントの速度、そしてそれによってドージングシステムの全体効率を上げる。

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、長手方向の延伸が閉鎖エレメントの作用方向であ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、ノズルは長手方向の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することができる。

前述のように、協働する２つの圧電アクチュエータは、ストローク長さを放出方向または後退方向に伸ばすために、基本的には２倍にするために（全く同じように構成されたアクチュエータの場合、そうなる）使用することができる。しかしながら、好ましい一実施形態において、ドージングシステムは、作動中に、第１の圧電アクチュエータが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閉鎖エレメントを放出方向に動かすように、またその逆も同様にするように実現される。この目的のために、２つの圧電アクチュエータは、対向して接続され、したがって圧電アクチュエータの１つが、直接または間接に、（例えばレバーまたは他の装置を用いて）常に閉鎖エレメントを押すプッシュプッシュ構造を実現する。言い換えると、第１のアクチュエータは拡張し、閉鎖エレメントを一方の方向に押し、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のスペースを作る。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。これは、非常に安定したアクチュエータシステムを得るために特に好ましい。

これは、圧電素子が一般に圧縮下で弾力性があるため、圧電アクチュエータに特に適用され、一方で、引張荷重は、圧電素子の損傷、または完全な破壊を急速にもたらし得る。アクチュエータの寸法、配置、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いだり、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閉鎖エレメントの特に急速な動作が可能になる。さらに、それは、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ことを確実にし得る。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。慣性力を除いて、外側方向へ作用する力はほとんど生じない。

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、矩形の横断面と比較して、特に製造し易く、提供し易いため、その具体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。

特に、閉鎖エレメントは、少なくとも１つの圧電アクチュエータ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、ここで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。

あるいは、いくつかの長手方向のロッド形状のアクチュエータ素子（例えば、ピエゾスタックとして実現された）は、円周方向に配置することができ、管状の圧電アクチュエータの場合と同様の効果を達成するために、アクチュエータに並列接続することができる。

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を調整する労力も省く。

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。

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１つは、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。

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ドージングするように働き、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。

本発明によると、閉鎖エレメントの動作は、少なくとも１つの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、制御線を用いて、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。本発明によると、この制御装置は、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することができる。

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。

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。 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２の断面の詳細図を示す。 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４の断面の詳細図を示す。 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。 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。 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。 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。

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。

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間の縁部に沿った両側に生じる。

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。

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。

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、場所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な逆圧をかける。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。

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。

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。

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。

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。

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ＳＳ_1、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ｓ_1、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。

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５３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。

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を維持する。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を維持する。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。

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。

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、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。

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。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。

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

Claims (14)

1. 閉鎖通路（５５）を有するノズル（１）を備えた、剪断減粘性または揺変性の、液体または粘性のドージング材料用のドージングシステム（３）であって、前記閉鎖通路内で、閉鎖エレメント（２１）が、作動中に、自動制御装置（６３）によって放出方向（Ｅ）および／または後退方向（Ｒ）に制御され、前記閉鎖通路（５５）は、前記放出方向（Ｅ）および／または前記後退方向（Ｒ）に対して垂直な少なくとも１つの横断面において、同一平面上での前記閉鎖エレメント（２１）の横断面に対して、前記閉鎖エレメント（２１）の外面（Ｓ₁）と前記閉鎖通路（５５）の内面（Ｓ₂）との間に開口ギャップ（５７）を与えるように実現され、前記開口ギャップ（５７）は、少なくとも所々で、前記ドージング材料の出口通路を形成するように、成形および／または寸法決めされ、
   前記制御装置（６３）は、
   前記ドージング材料の粘度を低減するために、前記閉鎖エレメント（２１）を動作させる粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）と、前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）により粘度が低減した前記ドージング材料を前記ノズル（１）から放出するために、前記閉鎖エレメント（２１）を動作させる放出動作モード（Ｍ ₂ 、Ｍ ₄ 、Ｍ ₅ 、Ｍ ₆ ）とで、前記閉鎖エレメント（２１）に異なる動作を行なわせる制御信号（ＳＳ ₁ 、ＳＳ ₂ ）を生成するように実現され、
   前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）において、前記ドージング材料の粘度を低減するために、作動中に前記閉鎖エレメント（２１）を意図的に前記放出方向（Ｅ）および前記後退方向（Ｒ）に振動させるドージングシステム。
2. 前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）および／または前記放出動作モード（Ｍ₅）が、前記閉鎖エレメント（２１）が放出方向（Ｅ）および後退方向（Ｒ）に上下動作を有する動作パターンを含み、そのストローク（Ａ₁）および／または振動数および／またはシーケンスが、その粘度を大きく低減するために、前記ドージング材料内の力を克服するように選択される、請求項１記載のドージングシステム。
3. 前記放出動作モード（Ｍ₂、Ｍ₄、Ｍ₅、Ｍ₆）が、ストローク（Ａ_2、Ａ₃）および／または振動数および／またはシーケンスが、前記ドージング材料を前記ノズル（１）の出口開口（１９）を通じて、液滴状または噴出物として放出するのに適するように選択される、前記閉鎖エレメント（２１）の動作パターンを含む請求項１または請求項２に記載のドージングシステム。
4. 前記放出動作モード（Ｍ₄）が、２つの端部位置（Ｓ_1、Ｓ₂）間の上下動作を有する動作パターンを含み、前記閉鎖エレメント（２１）が、少なくとも１つの端部位置（Ｓ_1、Ｓ₂）で一定時間保持される、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。
5. 前記制御装置（６３）が、前記閉鎖エレメント（２１）の振動数および／またはストロークが異なる複数の放出動作モード（Ｍ₂、Ｍ₄、Ｍ₅、Ｍ₆）を組み合わせるように実現される、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。
6. 前記放出動作モード（Ｍ₅）が、前記閉鎖エレメント（２１）の異なる動作パターンの重ね合わせを含む請求項５記載のドージングシステム。
7. 前記制御装置（６３）が、前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）および前記放出動作モード（Ｍ₂、Ｍ₄、Ｍ₅、Ｍ₆）を連続して実行するように実現される請求項５または６記載のドージングシステム。
8. 前記閉鎖エレメント（２１）の外面（Ｓ₁）と前記閉鎖通路（５５）の内面（Ｓ₂）との間に間隙を有する開口ギャップ（５７）を備え、前記間隙によって、前記ノズル（１）の出口開口（１９）の領域における流動抵抗と少なくとも同じ大きさの流動抵抗が、前記ドージング材料に作用する、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。
9. 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（２１）および閉鎖通路（５５）が、前記ドージング材料の出口通路を与えるように、成形および／または寸法決めされる開口ギャップ（５７）を共に形成するような補完的な形状である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のドージングシステム。
10. 前記閉鎖通路（５５）と前記ドージング材料の出口開口（１９）との間に配置されるドージング材料収集キャビティ（１７）を備え、前記閉鎖エレメント（２１）が、前記ドージング材料収集キャビティを、その形状および／または位置のために完全に満たさないように、前記ドージング材料収集キャビティが、成形および／または配置される、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。
11. 少なくとも１つの圧電アクチュエータ（２３ａ、２３ｂ）を備える、前記閉鎖エレメント（２１）の自動制御動作のためのアクチュエータシステム（６１）を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のドージングシステム。
12. アクチュエータシステム（６１）および／または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１〜１１のいずれか１項に記載のドージングシステム。
13. 液体または粘性のドージング材料用のドージング方法であって、前記ドージング材料がノズル（１）を通じて分配され、前記ノズル（１）が閉鎖通路（５５）を備え、前記閉鎖通路（５５）内で、閉鎖エレメント（２１）が、作動中に開放方向（Ｏ）および／または閉鎖方向（Ｖ）に移動し、前記閉鎖通路（５５）が、前記開放方向（Ｏ）および／または前記閉鎖方向（Ｖ）に対して垂直な少なくとも１つの横断面において、同一平面上で前記閉鎖エレメント（２１）の横断面に対して、前記閉鎖エレメント（２１）の外面（Ｓ₁）と前記閉鎖通路（５５）の内面（Ｓ₂）との間に開口ギャップ（５７）を与えるように実現され、前記開口ギャップ（５７）は、前記ドージング材料の出口通路を形成するように、成形および／または寸法決めされ、前記閉鎖エレメントが、前記ドージング材料の粘度を低減するために、前記閉鎖エレメント（２１）を動作させる粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）と、前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）により粘度が低減した前記ドージング材料を前記ノズル（１）から放出するために、前記閉鎖エレメント（２１）を動作させる放出動作モード（Ｍ ₂ 、Ｍ ₄ 、Ｍ ₅ 、Ｍ ₆ ）とで、異なる時間で移動し、前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）は、少なくとも前記開口ギャップ（５７）の領域において前記ドージング材料の粘度を低減するために、前記閉鎖エレメント（２１）を意図的に放出方向（Ｅ）および後退方向（Ｒ）に振動させるドージング方法。
14. 液体または粘性のドージング材料用のドージングシステム（３）の製造方法であって、
    閉鎖通路（５５）を設ける工程と、
    ノズル（１）の作動中に、閉鎖エレメント（２１）を開放方向および／または閉鎖方向に移動させることができるように前記閉鎖通路内に前記閉鎖エレメント（２１）を配置する工程と、
    前記開放方向（Ｏ）および／または前記閉鎖方向（Ｖ）に対して垂直な少なくとも１つの横断面において、同一の横断平面上での前記閉鎖エレメント（２１）の横断面に対して、開口ギャップ（５７）が前記閉鎖エレメント（２１）の外面（Ｓ₁）と前記閉鎖通路（５５）の内面（Ｓ₂）との間に生じるように、前記閉鎖通路（５５）を形成することによって、前記閉鎖エレメント（２１）と前記閉鎖通路（５５）との間に前記開口ギャップ（５７）を実現する工程であって、前記開口ギャップ（５７）が、少なくとも所々に前記ドージング材料の出口通路を与えるように形成および／または寸法決めされる開口ギャップ（５７）を実現する工程と、
    前記ドージング材料の粘度を低減するために、前記閉鎖エレメント（２１）を動作させる粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）と、前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）により粘度が低減した前記ドージング材料を前記ノズル（１）から放出するために、前記閉鎖エレメント（２１）を動作させる放出動作モード（Ｍ ₂ 、Ｍ ₄ 、Ｍ ₅ 、Ｍ ₆ ）とで、前記閉鎖エレメントに異なる動作を行なわせる制御信号（ＳＳ₁、ＳＳ₂）を生成するように実現され、前記ドージング材料の粘度が前記開口ギャップ（５７）の領域内で低減されるように、前記粘度低減動作モード（Ｍ ₁ ）で前記閉鎖エレメント（２１）を意図的に開放方向（Ｏ）および閉鎖方向（Ｖ）に振動させる自動制御装置（６３）に、前記閉鎖エレメント（２１）および／または前記閉鎖エレメント（２１）を動かすためのアクチュエータシステム（６１）を接続する工程と、
    を少なくとも含むドージングシステムの製造方法。

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