特許 5925311 ドージングシステムおよびドージング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5925311

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】ドージングシステムおよびドージング方法

(51)【国際特許分類】

   B05C 5/00 20060101AFI20160516BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20160516BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20160516BHJP

【ＦＩ】

   B05C5/00 101

   B05D1/26 Z

   B05D3/00 B

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-522018(P2014-522018)

(86)(22)【出願日】2012年7月5日

(65)【公表番号】特表2014-525831(P2014-525831A)

(43)【公表日】2014年10月2日

(86)【国際出願番号】EP2012063078

(87)【国際公開番号】WO2013017368

(87)【国際公開日】20130207

【審査請求日】2015年3月25日

(31)【優先権主張番号】102011108799.4

(32)【優先日】2011年7月29日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】514024918

【氏名又は名称】フェルメス マイクロディスペンシング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツンク

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】特許業務法人朝日奈特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100098464

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 洌

(74)【代理人】

【識別番号】100149630

【弁理士】

【氏名又は名称】藤森 洋介

(74)【代理人】

【識別番号】100179257

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 勝利

(74)【代理人】

【識別番号】100184826

【弁理士】

【氏名又は名称】奥出 進也

(72)【発明者】

【氏名】フライス、マリオ

(72)【発明者】

【氏名】ステッドラー、ユルゲン

【審査官】 加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／１２６３７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−１７０８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００６１０８０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０５Ｃ ５／００−５／０４

Ｂ０５Ｄ １／００−７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電アクチュエータ（５５）と、一時的に前記圧電アクチュエータ（５５）を閉鎖エレメント（１５）に接続するレバー（５７）を備える少なくとも１つの作動エレメント（５７）とを有するアクチュエータシステム（２）と、
排出開口（１９）を有するノズル（１３）と
を備えた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（１”）であって、
閉鎖方向（Ｖ）への移動の間、前記作動エレメント（５７）が停止部位（３１）において閉鎖エレメント（１５）から分離されるように、その目的のために、前記作動エレメント（５７）が第１の部分的な移動においてまず移動し、その後、前記閉鎖エレメントと前記停止部位（３１）において接触して、前記閉鎖エレメント（１５）に衝撃（Ｉ）を加えるように、前記ドージングシステムが設計されているドージングシステム（１”）。

【請求項2】

作動時に前記作動エレメント（５７）および前記閉鎖エレメント（１５）が、前記閉鎖方向（Ｖ）の軸（Ｘ）に沿った異なる最大経路（Ｈ₁、Ｈ₁’、Ｈ₂）を移動するように、前記アクチュエータシステム（２）および前記閉鎖エレメント（１５）の両方が設計、配置および制限されている請求項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（１５）の最大経路（Ｈ₂）が、前記作動エレメント（５７）の最大経路（Ｈ₁、Ｈ₁’）よりも短い請求項２記載のドージングシステム。

【請求項4】

前記閉鎖エレメント（１５）が、停止装置（４３）により、前記閉鎖方向（Ｖ）の軸（Ｘ）に沿ったその最大経路（Ｈ₂）に制限されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のドージングシステム。

【請求項5】

位置調整が可能な停止装置（４３）を備えた請求項４記載のドージングシステム。

【請求項6】

自動的に調節可能な停止装置を備えた請求項５記載のドージングシステム。

【請求項7】

前記アクチュエータシステム（２）の圧電アクチュエータ（５５）の最大動作経路（Ｈ₁）が、前記閉鎖エレメントの最大経路（Ｈ₂）と異なる請求項１〜６のいずれか１項に記載のドージングシステム。

【請求項8】

アクチュエータの最大動作経路（Ｈ₁、Ｈ₁’）および／または前記アクチュエータシステム（２）の前記作動エレメントの最大経路（Ｈ₁）が、停止装置（４３）により制限されている請求項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】

前記閉鎖エレメント（１５）および／または前記アクチュエータシステム（２）が、バネにより、開放方向（Ｏ）および／または閉鎖方向（Ｖ）に押圧される請求項１〜８のいずれか１項に記載のドージングシステム。

【請求項10】

前記ドージングシステムが、位置調整が可能な、少なくとも１つの停止装置（４３）を備えている請求項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】

ドージングシステム（１”）を用いて、液体または粘性のドージング材料をドージングするドージング方法であって、
前記ドージングシステム（１”）が、
圧電アクチュエータ（５５）と、一時的に前記圧電アクチュエータ（５５）を閉鎖エレメント（１５）に接続するレバー（５７）を備える少なくとも１つの作動エレメント（５７）とを有するアクチュエータシステム（２）と、
排出開口（１９）を有するノズル（１３）と
を備え、
閉鎖方向（Ｖ）への移動の間、前記作動エレメント（５７）が停止部位（３１）において閉鎖エレメント（１５）から分離されるように、その目的のために、前記作動エレメント（５７）が第１の部分的な移動においてまず移動し、その後、前記閉鎖エレメントと前記停止部位（３１）において接触して、前記閉鎖エレメント（１５）に衝撃（Ｉ）を加えるように、前記ドージングシステムが設計されているドージング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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に関する。また、本発明は、液体または粘性ドージング材料のドージング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

液体または粘性ドージング材料、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システムにおいて結着される導電物質、ＬＥＤ用のコンバータ材料などの分注（より具体的にはできるだけ正確に決定された量の）、すなわちドージングは、たとえば標的表面などへの、そのようなドージング材料の的を絞った適用を意図している。たとえば、電子回路基板には、局所的かつ正確に導電物質が設けられ、マスキングに基づいた、従前必要であった、スクレーピングプロセスのような、時間がかかり、コストのかかるプロセスに取って代わっている。詳細な課題は、高い正確性、すなわち、正しい時間、正しい位置、そして正確なドージング量での、ドージング材料の標的表面への送り出しである。これはたとえば、ドージングシステムのノズルによる、液滴ディスペンスが行われ、それにより、液滴の大きさおよび／または量が、ノズルの効果を通じてできるだけ正確に予め定められることによりなされている。その代りに、ドージング材料は噴射によりスプレーされるか、または霧状に塗布することも可能である。

【0003】

この高い正確性のドージングの課題は、ドージング材料が、水に近い粘度を有する容易に流動する物質ではなく、比較的粘性のある媒体である場合にはより大きなものとなる。これらの例は、非常に濃縮された接着剤、顔料が強く濃縮された塗料、または顔料比率の高いニスなどである。特に、そのような材料の場合および／またはドージング材料が塗布される状況の場合、ドージングは特に細かく調節される必要があり、要求されたときにノズルが正確に閉鎖することが重要である。これは、ノズルから排出される液滴の、特定の液滴の中断をもたらし、それにより、できるだけ正確なドージングが、できるだけ小さな液滴によって可能となる。

【0004】

特許文献１には、液状の単一成分接着剤のドージング装置が開示されている。これらの装置では、圧縮空気により駆動されるニードルバルブが用いられている。

【0005】

接着剤塗布装置は、特許文献２にも記載されており、特許文献２では、接着剤はノズル開口から下方へ滴り、それにより、ノズルの外側の環状のギャップを介してこれを補助するために、圧縮空気が排出され、接着剤が運ばれる。ノズル開口は、ピストンに取り付けられ、これにより適所に移動が可能なノズルニードルを用いて閉鎖が可能である。

【0006】

特許文献３は、空圧式アクチュエータシステムを備えたドージングシステムを記載しており、これはレバーを介してノズルの排出開口を開放、閉鎖するプランジャに作用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】独国特許出願公開第２７１７５３９号明細書

【特許文献2】独国特許発明第３１０８７９３号明細書

【特許文献3】米国特許第７６９４８５５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

高い正確性の細かな適用において、特にマイクロドージングの分野や具体的には上記のドージング材料の分野において、そのようなシステムは、より具体的には非常に遅い機構のため、技術的な限界に到達している。

【0009】

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ドージングを最適化する可能性を提供することである。ドージングシステムおよびノズルが、従来の場合よりも、より効果的および／または正確に機能できるという点に特に注視して、好ましくは、以前よりもより小さな液滴サイズの提供が可能となることが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0010】

これは、請求項１によるドージングシステムにより、そして請求項１４による方法により達成される。

【0011】

よって、導入部分に引用されたタイプのドージングシステムは、少なくとも１つの作動エレメントを有するアクチュエータシステムおよび排出開口を有するノズルを備え、閉鎖方向への移動の間、その目的のために、作動エレメントが停止部位において閉鎖エレメントから離れて、第１の部分的な移動において作動エレメントが移動し、その後、閉鎖エレメントと停止部位において接触して、閉鎖エレメントに衝撃を加える。

【0012】

このため、アクチュエータシステムは、好ましくは、このために特別に設けられたアクチュエータ領域に配置され、可能であれば、アクチュエータ領域はノズル領域から空間的に分離している。アクチュエータシステムは、少なくとも１つの（好ましくは自動的な）アクチュエータを備えるシステムとして定義される。作動エレメントが停止部位において直接的に閉鎖エレメント上に作用する場合は、作動エレメント自体がアクチュエータとなり得、または、作動エレメントが、アクチュエータと直接または間接的に連結された機械力伝達エレメントを備え、それによりアクチュエータの力および／または動きを閉鎖エレメントに伝達する。したがって、たとえば、作動エレメントはキャッチおよび／またはレバーを有していてもよい。言い換えると、作動エレメントは、停止部位での一時的な接触により直接、閉鎖エレメントを操作する。

【0013】

停止部位として示されるのは、作動エレメントおよび閉鎖エレメントの間の特別に設けられた接触領域であり、これは特定の力および／または動きの伝達のため、すなわち、作動エレメントおよび閉鎖エレメントの間の衝撃の伝達のためのものである。線接触または面接触だけでなく、点接触のものも停止部位として機能することが可能である。

【0014】

閉鎖エレメントとして定義されるのは、一体物または複合物の機械的エレメントであり、それは好ましくは、たとえばシリコーンを用いたプランジャなど、たとえば円筒状などの細長い形状である。しかしながら、（閉鎖）位置において、閉鎖通路および／または排出開口を閉鎖する円形または楕円形の閉鎖エレメントであってもよい。これに関連する閉鎖通路は、中空体、好ましくは円筒状の中空体であり、その内面が中空スペースを画定、すなわち取り囲み、閉鎖エレメントが中空スペースを閉鎖するように、少なくとも部分的に、その中に閉鎖エレメントが配置される。

【0015】

閉鎖エレメントは、たとえば、アクチュエータシステムにより作動され、開放方向および／または閉鎖方向に移動可能である。閉鎖エレメントの往復移動はこのように生み出され、それはこれら２つの移動方向において移動可能に配置および支持される。

【0016】

本発明によると、そのようなシステムは、作動エレメントの移動が、少なくとも２つの部分的な移動に分けることができるように構成されている。すなわち、第１の部分的な移動において、作動エレメントは、好ましくは接触せずに、閉鎖エレメントから独立して移動する。この第１の部分的な移動の間、作動エレメントは、この目的のために、停止部位において、（まだ）閉鎖エレメントから離れている。作動エレメントは、その後（この第１の部分的な移動の終わりに）、停止部位において閉鎖エレメントと接触し、それにより衝撃を伝える。作動エレメントおよび閉鎖エレメントはその後、ともに閉鎖方向への第２の部分的な移動を完了する。この第２の部分的な移動の間、これらは停止部位において必ずしも接触している必要はない。したがって、閉鎖エレメントが作動エレメントよりも閉鎖方向においてより速く移動することをもたらす、閉鎖エレメントへの衝撃の伝達があればよい。しかし、第２の部分的な移動の間、両エレメントが、所定の期間にわたって、好ましくは、閉鎖エレメントがドージングシステムのノズルを完全に閉鎖する閉鎖エレメントの終端位置までにわたって、互いに接触してともに移動することも可能である。この終端位置には、具体的には、排出開口が閉鎖エレメントにより閉鎖されるように、ノズルの排出開口に閉鎖エレメントが位置するときに達する。

【0017】

このような作動エレメントおよび閉鎖エレメントの一時的な連結および非連結、すなわち接続および分離は、アクチュエータシステム、より具体的には作動エレメントが、閉鎖エレメントからの非連結時に前進速度を増大できることを意味し、これはすなわち、停止部位において閉鎖エレメントと接触する前に、既に加速されていることを意味する。この前進速度は、その後、具体的には閉鎖エレメントにその後伝達される衝撃を増大させるのに用いられる。これにより最終的には、作動エレメントおよび閉鎖エレメントが停止部位において接触しながら同一の経路を移動する場合の速度よりも、閉鎖エレメントが衝撃が加わった後に移動する、閉鎖方向における閉鎖エレメントの最終的な速度の方が速くなる。これにより、閉鎖エレメントがより速く、効果的な閉鎖効果を発揮するという効果を有し、それにより、所望の正確で、かつ、迅速な滴下の中断を達成することができる。この方法により、より小さな液滴サイズもまた可能となる。

【0018】

一方、先行技術においては、閉鎖方向における、アクチュエータシステムの作動エレメントと閉鎖エレメントとの継続した連結が想定されているが、本発明では、この常時接続システムからは明らかに外れて、作動エレメントおよび閉鎖エレメントを一時的のみの接続とし、機械的に非連結なものに代えている。したがって、この２つのエレメントは、時に独立した経路を移動することが可能であり、これは、終端位置の方向、すなわち閉鎖位置における閉鎖エレメントの経路はより短くなるが、適切な時にそれらが衝突したとき、閉鎖方向における閉鎖エレメントの速度が高まることを意味する。

【0019】

導入部において示されたこの種の方法は、少なくとも１つの作動エレメントを有するアクチュエータシステムと、排出開口を有するノズルとを備えたドージングシステムを用いて実施されるという点で、さらに改良が可能である。この作動エレメントは、作動エレメントが停止部位において閉鎖エレメントから離れているように、第１の部分的な移動において閉鎖方向にまず移動し、その後、閉鎖エレメントと停止部位において接触して、閉鎖エレメントに衝撃を加える。

【0020】

本発明のさらなる有利な実施形態およびさらなる改良は、従属請求項および以下の記載に示されている。従属請求項によれば、この方法はドージングシステムにさらに改良がなされ、以下の記載に従って改良され、その逆も同様である。

【0021】

本発明の範囲内で、動作時に作動エレメントおよび閉鎖エレメントが異なる最大経路を移動するように、アクチュエータシステムおよび閉鎖エレメントを設計、配置および制限することが好ましい。作動エレメントおよび閉鎖エレメントはゆえに、異なる、制限された移動経路を有している。ここで、特に、閉鎖エレメントの最大経路が作動エレメントの最大経路よりも短いことが好ましい。一般的に、作動エレメントの移動経路と閉鎖エレメントの移動経路との差がより大きければ、閉鎖方向への閉鎖動作の間に、作動エレメントが閉鎖エレメントと接触するときに、伝達される衝撃がより大きくなるといえる。この衝突の間の衝撃がより大きくなれば、その目的となる終端位置の方向への閉鎖エレメントの移動がより速くなる。

【0022】

停止部位で閉鎖エレメントに到達するまでの経路において、作動エレメントは運動エネルギーを増大し、それが衝突時に閉鎖エレメントに作用する。これは衝撃を生み出し、最終的に、作動エレメントが全経路を閉鎖エレメントとともに移動した場合の、作動エレメントの加速と比べて、はるかに大きな閉鎖エレメントの加速を生み出す。

【0023】

試験において、作動エレメントの移動経路、すなわち最大経路は、閉鎖エレメントの移動経路の少なくとも１．１倍、特に、少なくとも２倍であることが好ましいことが示された。

【0024】

動作時に、閉鎖エレメントの閉鎖速度は０．５ｍ／ｓより大きいことが好ましい。

【0025】

１つの試験構成において、閉鎖エレメントは（バネを含めて）１ｇの質量を有し、作動エレメントは３．５ｇの質量を有し（典型的な値は、３．５〜１０ｇの範囲）、作動エレメントに作用する駆動力（一定であると仮定して）は、２５０Ｎであった。作動エレメントの総経路は０．３ｍｍであり、閉鎖エレメントの総経路は、１つ目のシナリオで０．０９ｍｍ、２つ目のシナリオで０．１５ｍｍ、すなわち総経路の半分であった。

【0026】

これは以下の値をもたらす。
１つ目のシナリオにおいて、作動エレメントは５．５ｍ／ｓの速度となり、２つ目のシナリオにおいては４．６ｍ／ｓの速度となった。１つ目のシナリオにおいて、閉鎖エレメントは７．７ｍ／ｓの速度まで加速され（排出開口に到達したときに）、２つ目のシナリオにおいては、６．４ｍ／ｓまで加速された。これらの値は、衝撃伝達の間の効果損失も考慮に入れたものであり、そうでなければそれらは２０％速くなる。これら２つが閉鎖エレメントの経路と同じ経路を移動した場合、１つ目のシナリオでは、ジョイントした速度が３．１ｍ／ｓ、２つ目のシナリオでは、４ｍ／ｓとなったであろう。閉鎖エレメントの減少した移動経路（したがって、短い距離にわたって速度増大性能が低い）は、作動エレメントによる衝撃伝達により補償されるので、急で非常に速い衝撃が生み出される。要約すると、閉鎖エレメントの移動経路の２倍の作動エレメントの移動経路により、閉鎖エレメントの速度の非常に良好な増加が達成できるといえる。

【0027】

作動エレメントおよび閉鎖エレメントの異なる移動経路は、たとえば、閉鎖エレメントが、停止装置により、閉鎖方向の軸に沿ったその最大経路に制限されることで実現可能である。そのような停止装置は、たとえば、ドージングシステムのハウジング内に堅固に取り付けられた停止表面または、一般的には堅固に取り付けられた停止部位であってよい。しかし、好ましくは、これはその位置が変更可能な停止装置、たとえば、閉鎖エレメントの方向でハウジングへねじ込まれ、閉鎖エレメントから離れてねじが緩められる停止スクリューであってもよい。

【0028】

そのような調節可能な停止装置のさらなる改良は、たとえば、自動の、好ましくはモータ駆動の、調節可能な停止装置からなる。モータ駆動の停止装置は、たとえばサーボモータにより調節可能である。他の自動の停止装置は、機械的な、好ましくはドージングシステムの外側から作動される、たとえば油圧式または空圧式に作動される調節可能な停止装置を含む。

【0029】

自動調節可能な停止装置の場合、適切な測定装置を用いて、停止装置の位置またはドージングシステム内の力、具体的には停止装置への閉鎖エレメントの力についての関係が判定可能である。位置データか、または生じた力を示す測定データかの、生成されたデータは、停止装置の位置を調節する基準として用いることができる。有利には、これは閉ループ制御内で生じ、停止装置に閉鎖エレメントの非常に強すぎる力が加わる場合、停止装置を閉鎖エレメントからさらに離して位置付けるように調節することができる。

【0030】

第１の変形例によると、アクチュエータシステムは、油圧式および／または空圧式に作動されるアクチュエータを備える。このようなアクチュエータは、たとえば、シリンダ−ピストンシステムとして設計することができ、それは１つまたは２つの流入口を介して高圧または低圧の設定が可能である。しかし、たとえば、ギアなどにより作動される、他の機械的アクチュエータに基づいた他の機械的アクチュエータシステムもまた可能である。

【0031】

第１の変形例に追加的にまたは代替的に選択が可能な第２の変形例は、電気的または電子的に作動されるアクチュエータシステムからなる。ここで、アクチュエータシステムが圧電アクチュエータを有していることが特に好ましい。電気的、詳細には電子的アクチュエータ、より詳細には圧電アクチュエータが、効果の点で非常に速く、効果的であり、マイクロドージングシステムにおいて、そして本明細書で要求される非常に細かいドージングの分解の場合に特に効果的に使用される。

【0032】

述べてきたように、作動エレメントは閉鎖エレメントに一時的に直接的に作用する単なるアクチュエータであり得る。アクチュエータに加えて、たとえばキャッチなどの別の力伝達エレメントを設けてもよい。特に好ましくは、作動エレメントは一時的にアクチュエータを閉鎖エレメントに接続するレバーを有している。アクチュエータから閉鎖エレメントへの力伝達に加えて、この種のレバーは、たとえば、レバーを介した適切な伝送を通じて、閉鎖エレメントの領域における、すなわち閉鎖エレメントの作用軸に沿った、より長い移動経路をもたらすために、アクチュエータがより短い移動経路で充分となるような伝達効果を生み出すことができるという追加の利点を有している。

【0033】

一般的に、アクチュエータシステムのアクチュエータの最大作動経路が閉鎖エレメントの最大経路とは異なることが好ましく、特に、閉鎖エレメントの最大経路よりも長いことが好ましい。これは、たとえアクチュエータが閉鎖エレメントに直接的に作用しないとしても、その移動経路は閉鎖エレメントの移動経路よりも長いことを意味する。この方法で、作動エレメントのより長い移動経路が達成できる。

【0034】

アクチュエータシステムのアクチュエータの最大移動経路および／または作動エレメントの最大経路が停止装置により制限される場合、有利であることも証明されている。ここで、停止装置という用語は、非常に広い意味で解釈される。停止装置は（すでに説明したように）、作動システムのアクチュエータおよび／または作動エレメントが所定の位置で接触する機械的エレメントであり得る。しかし、停止装置は、アクチュエータの制御の適切なプログラミングまたはプレセットを通じて、すなわちたとえばソフトウェアにより認識され得る。ここで、経路制限の形での電子的経路制御を使用することで充分である。全体として、アクチュエータシステムのアクチュエータおよび／または作動エレメントの経路を制限することを通じて、アクチュエータおよび閉鎖エレメントの経路が所定の方法で調節され、そして作動エレメントおよび閉鎖エレメントの間に生じる力が事前に評価および規定され得ることが確実になる。

【0035】

作動エレメント、最終的には閉鎖エレメントを少なくとも閉鎖方向に移動させるアクチュエータシステムに加えて、閉鎖エレメントおよび／またはアクチュエータシステムが開放方向および／または閉鎖方向にバネ式で押圧されることが考えられる。作動エレメントおよび閉鎖エレメントのそれぞれへのそのようなバネに基づいた力の付加は、たとえば、開放方向に作用するときに、閉鎖エレメントおよび／または作動エレメントが、開放位置へと押圧し戻されることを可能にし、この移動のために別途自動的なアクチュエータは必要がない。この方法で、ドージングシステムはよりシンプルで効果的に設計される。

【0036】

アクチュエータシステムおよび／または閉鎖エレメントの経路に制限効果を加えるような位置に、常時停止装置を維持するために、その位置が調節可能であり、特に、バネにより予圧がかけられることが好ましいと考えられる。停止装置は、よって、堅固に取り付けされずに、位置の変更そして固定が可能である。バネ付勢された固定は、これを行うために、シンプルな方法であることが証明されている。

【0037】

添付図面を参照して、本発明を以下により詳細に再度説明する。様々な図面において、同じ構成要素には、同一の参照符号を付している。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】先行技術によるドージングシステムの正面図を示す。

【図2】第１の作動状態における、Ａ−Ａ線に沿った図１と同じドージングシステムの断面図を示す。

【図3】第２の作動状態における、図２と同じドージングシステムの断面図を示す。

【図4】基本設定を変更した、先行した図面と同じドージングシステムの同一の断面図を示す。

【図5】本発明によるドージングシステムの第１の実施形態の斜視図を示す。

【図6】本発明による図５と同じドージングシステムの正面図を示す。

【図7】図５および図６と同じドージングシステムの、図６におけるＡ−Ａ線に沿った断面図を示し、ドージングシステムは第１の作動状態で示されている。

【図8】図７と同じドージングシステムの第２の作動状態における断面図を示す。

【図9】図７および８と同じドージングシステムの第３の作動状態における断面図を示す。

【図10】本発明によるドージングシステムの第２の実施形態の正面図を示す。

【図11】図１０のドージングシステムのＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0039】

図１および２は、先行技術によるドージングシステム１を示している。これは、アクチュエータシステム２およびノズル１３を備え、それによって、プランジャ１５の形の閉鎖エレメント１５はアクチュエータシステム２によりノズル１３の閉鎖方向Ｖ、すなわち、より具体的にはノズル１３の排出開口１９の方向に、または、この排出開口１９から離れる開放方向Ｏに移動可能である。この閉鎖および開放動作は、ドージングシステム１内の中心に配置される作用軸Ｘに沿って生じ、ドージングシステム１内でプランジャ１５の配置により画定される。

【0040】

この形態では、アクチュエータシステム２は、空圧式または油圧式のシステムである。これは、作動エレメント２９として機能する、アクチュエータシステム２のアクチュエータ２９が、圧縮ガスまたは圧縮流体によりシリンダ内を往復動可能であることを意味する。シリンダ内には上部チャンバ３５ａおよび下部チャンバ３５ｂが配置され、これらはピストン２９の形で設計されたアクチュエータ２９により互いに分断されている。上部チャンバ３５ａおよび下部チャンバ３５ｂには、第１空気流入口７ａおよび第２空気流入口７ｂを通じて高圧および低圧がそれぞれ供給される。第１空気流入口７ａは、上部チャンバ３５ａ内につながり、第２空気流入口７ｂは、下部チャンバ３５ｂ内につながっている。第２流入口７ｂを通って下部チャンバ３５ｂ内に存在する圧力よりも高い圧力で、流体またはガスが、第１空気流入口７ａを通って第１チャンバ３５ａへと供給されると、ピストン２９は下部チャンバ３５ｂの方向へ移動する。圧力の比率が反対の場合には、ピストン２９は上部チャンバ３５ａの方向へ移動する。排出開口１９の方向への下方のピストン２９の移動は、ピストン２９を下方へ押圧するように、上部チャンバ３５ａに配置された作動バネ３３によりさらにサポートされる。

【0041】

ピストン２９は一体物として設計され、３つの部位、すなわち、アクチュエータ下部２９ａと、アクチュエータ中央部２９ｂと、アクチュエータ上部２９ｃとを有している。アクチュエータ中央部２９ｂは、ピストン２９の、上部チャンバ３５ａを下部チャンバ３５ｂから分離する領域であり、一方、アクチュエータ下部２９ａおよびアクチュエータ上部２９ｃは、ドージングシステム１のハウジング内で、円筒状の中空スペース内で案内される。アクチュエータ下部２９ａはプランジャ１５に機能的に接続されている。これは、積極的または非積極的な接続により生じ、とりわけ、停止部位３１に沿って、すなわち、アクチュエータ下部２９ａの下側の停止表面３１に沿って直接的に接触するプランジャ１５により生じる。このため、プランジャ１５は拡張部２７を有し、拡張部２７の閉鎖方向Ｖに対して垂直な断面は、プランジャ１５の、拡張部２７の上部および下部の断面よりも大きい。プランジャ１５とピストン２９の間の形状嵌合が停止部位３１の領域だけでなく、それ以外にも延長されるように、プランジャ１５の拡張部２７上方の部分は、ピストン２９内の中空スペース３７内に突出している。プランジャ１５は、そのため、その上部側がピストン２９内で保持される。ピストン２９とは反対側の拡張部２７の側で、プランジャ１５は、アライメント装置２３により作用軸Ｘに沿って軸方向の配置で保持されている。環状シール２１を介して、供給ライン１１からつながるドージング材料チャネル１７の領域へと、ノズル１３の排出開口１９の方向でプランジャが移動する。

【0042】

プランジャ１５およびピストン２９の間の、停止表面３１に沿った積極的または非積極的な接続は、プランジャ１５のアライメント装置２３から拡張部２７へと延び、常に後者をこの領域でピストン２９に接続し続ける閉鎖エレメントバネ２５により確保される。ベント開口９は、プランジャ１５の移動中に、高圧および／または低圧を均一にするように機能する。

【0043】

ドージングシステム１は、停止スクリュー３の形状の停止装置３も有し、停止スクリュー３は、ネジ４１により、ドージングシステム１のハウジングの内部方向へねじ込み可能であり、これにより、ピストン２９の移動経路Ｈ_aを制限する。停止スクリュー３は停止バネ５によりその位置で保持され、目的とされた方法で、ドージングシステム１のハウジングの内部へのみさらに移動可能であるか、ドージングシステム１の内部からさらに外部に移動可能である。ピストン２９はそれにより、ピストン２９に面した端部にある、停止スクリュー３のアクチュエータ衝突位置３９までにだけ移動可能である。

【0044】

図３は、ピストン２９がアクチュエータ衝突位置３９まで最大限移動した第２の動作状態にある同じドージング装置１を示している。停止スクリュー３の位置は変化しておらず、アクチュエータ衝突位置３９は、ピストン２９の移動経路をわずかに制限するだけである。このピストン２９の上部位置においても、閉鎖エレメントバネ２５のバネ張力により、ピストン２９およびプランジャ１５の間の積極的または非積極的な接続は維持され、それら両方が停止部位３１に沿って互いに常時接触していることがわかる。

【0045】

図４は、変更された基本設定での同じドージングシステム１を示している。ここで、停止スクリュー３は、ドージングシステム１のハウジングの内側方向、すなわち閉鎖方向Ｖにさらにねじ込まれ、アクチュエータ衝突部位３９は、図中さらに下方に位置している。これは、自動的にピストン２９の移動経路Ｈ_bを減らす。図３および４を比較したとき、アクチュエータ２９の見込まれる最上部位置におけるプランジャ１５の位置がそれに伴って変化することがわかる。図４に示される基本設定では、プランジャ１５の下端が、図３に示される基本設定における場合よりも、排出開口１９により近い。これは、ノズル１３の排出開口１９に向かう閉鎖方向Ｖでのプランジャ１５の経路がより短いという効果を有する。しかし、これはまた、プランジャ１５がより短い距離でしか加速されず、したがって、排出開口１９の方向においてよりゆっくりと移動することを意味する。したがって、第１経路Ｈ_a（図３参照）から第２経路Ｈ_b（図４参照）への経路が短くなることは、プランジャの反応速度に悪影響を及ぼす。

【0046】

図５、６および７は、本発明によるドージングシステム１’の第１実施形態を示している。以前の図において言及した既知のエレメントに加えて、ドージングシステム１’は、既に言及した停止スクリュー３に挿入された停止装置４３を有している。この停止装置４３は、ネジ４９により停止スクリュー３内に順に保持され、ハウジングの内部方向、すなわち閉鎖方向Ｖへ移動可能であるか、または反対方向へとネジが緩められうる。停止装置４３はまた、停止バネ４５により、バネで予圧がかけられて保持される。停止装置４３は下部において、アクチュエータ衝突部位３９を通って突出し、アクチュエータ上部２９ｃにおいてピストン２９の中空スペースに位置している。停止装置は、プランジャ１５に面する下面において、プランジャ衝突部位４７を有している。ノズル１３の排出開口１９からプランジャ衝突部位４７までのプランジャ１５の経路は、よって限られた経路Ｈ₂であり、それはピストン２９の限られた経路Ｈ₁と比較して短い。この減少した最大の経路Ｈ₂の効果は、図８および９により明らかになる。

【0047】

図８は、同じドージング装置１’を示し、ここでプランジャ１５はプランジャ衝突部位４７により画定される位置まで移動しており、これは閉鎖エレメントバネ２５のバネ力に基づいて生じている。ピストン２９はそのアクチュエータ衝突部位３９までさらなる距離を移動することが可能であることもわかる。この位置において、プランジャ１５およびピストン２９は、これまでは積極的または非積極的に互いに接続されていた停止部位３１に沿って、互いに分離、すなわち切り離される。この効果は、特に図９においてわかり、図９では、ピストン２９がアクチュエータ衝突部位３９にも到達し、停止部位３１においてプランジャ１５から既に分離している。

【0048】

図７、８および９により示された開放方向における上側への移動が、反対方向、すなわち閉鎖方向Ｖに行われた場合、ピストン２９がまず閉鎖方向Ｖに下方へと移動し、そして、図８に示された位置の、停止部位３１においてプランジャ１５に衝突し、それにより、プランジャ１５に衝撃Ｉを加える。そして、これは図７に示される位置へ、ピストンよりもより速く移動する。したがって、ピストン２９は第１の部分的な移動を単独で完了し、停止部位３１においてプランジャ１５に衝突し、そして、第２の部分的な移動において、排出開口１９の方向へプランジャ１５から分離して移動する。一旦プランジャが排出開口１９に到達すると、ピストン２９およびプランジャは、停止部位３１において短時間、再度接触する。これは、本発明の新規な特質、すなわち、その最上部位置から図８に示される位置までの第１の部分的な移動の間のその経路において、ピストン２９は単独で速度を上げ、停止部位３１に衝突したときにプランジャ１５に衝撃Ｉを加えるという効果を生み出す。プランジャなしのこのピストン２９の先立つ加速は、プランジャ１５がピストン２９よりも高速に達することを可能にするという結果をもたらす。これを通じて、プランジャ１５の閉鎖移動がより速くなり、プランジャ１５の端部位置の排出開口１９への到達がより速くなる。

【0049】

図１０および１１は、本発明によるドージングシステム１’の第２の実施形態を示している。ここで、アクチュエータシステム２は空圧式または油圧式のアクチュエータシステム２ではなく、圧電アクチュエータ５５を有している。その動作は、レバー５７を介してプランジャ１５へと伝達される。この実施例では、ノズル領域は示されていないが、図１〜９に示された実施例と同様に設計することができる。このレバー５７は３点で支持され、それは停止部位３１で一時的に、前述した図面に示されたものと同様に設計されたプランジャ１５の拡張部２７に接続される。ここで、レバーの端部部位６１は、プランジャ１５の上部を包む。したがって、この端部部位は、閉鎖方向に対して垂直な断面が、Ｖ字状またはフォーク状に設計される。圧電アクチュエータ５５の方向の上部において、このレバー５７は、線状の支持領域により圧電アクチュエータ５５に接続される第１支持領域６３で終端をなす小突起を有している。レバー５７は、圧電アクチュエータ５５と反対側の下側も、第２支持領域６５の第２線状支持領域を介して、円柱状のピン５９上で支持される。レバー５７と円柱状のピン５９との間の摩擦を減らすために、レバー５７は第２支持領域６５において２つの凹部を有している。開放方向Ｏにおいて、プランジャ１５は閉鎖エレメントバネ２５により、そして、作動バネ５１を介してレバー５７により押圧される。

【0050】

圧電アクチュエータ５５が励起され動くと、この動きは第１支持領域６３を介して回転動作に変換される。これにより、プランジャ１５は、停止部位３１における接触により、作用軸Ｘに沿って閉鎖方向に移動する。圧電アクチュエータ５５の経路は、作動エレメント５７としてのレバー５７が移動する、作用軸Ｘに沿った経路Ｈ₁’と同じである必要はない。それよりは、適切な伝送を通じて、軸Ｘに沿ったより長い経路Ｈ₁’を移動可能である。したがって、圧電アクチュエータ５５の作動軸Ｙに沿った第１の経路Ｈ₁と、プランジャ１５の作用軸Ｘに沿った第２の経路Ｈ₁’がある。

【0051】

その上部側において、プランジャ１５は、プランジャ衝突部位４７で停止装置４３により同様に停止される。したがって、これは作用軸Ｘに沿ったレバー５７の経路Ｈ₁’よりも短い経路Ｈ₂を有している。また、開放方向への移動の間ここで示す位置にくるとすぐに、停止レバー５７は停止部位３１から離れて移動し、プランジャ１５から分離される。すなわち、レバー５７は自身により上方へ移動する。反対の方向において、レバー５７は、まずプランジャの方向に沿って移動し、停止部位３１においてプランジャと接触し、衝撃によりさらにノズルの排出開口の方向へそれを移動させる。この原理は本質的には、図５〜９を用いて既に説明したシーケンスに対応する。

【0052】

図５〜９により示された実施例は、作用軸Ｘに沿って完全に一直線の空圧式または油圧式システムを示したが、図１０および１１は作用軸Ｘとは異なる作動軸Ｙを有する圧電アクチュエータシステムを示した。油圧式または空圧式システムももちろん、力伝送エレメント、すなわち、レバーやキャッチのような動作エレメントにも適合可能であり、代わりに、圧電アクチュエータシステムは単に作用軸に並んだ配置で製造することも可能である。

【0053】

最後に、上述したアクチュエータシステムの、ドージングシステムおよびノズルの構成要素、単なる例示であり、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な方法で当業者による変更が可能であることを再度指摘する。さらに、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」の使用は、複数として存在可能な関連する特徴を排除するものではない。「ユニット」もまた、空間的に分散されたものも含み、１または２つ以上の構成要素から構成することができる。

【符号の説明】

【0054】

１、１’、１” ドージングシステム
２ アクチュエータシステム
３ 停止装置−停止ネジ
５ 停止バネ
７ａ、７ｂ 空気流入口
９ ベント開口
１１ 供給ライン
１３ ノズル
１５ 閉鎖エレメント−プランジャ
１７ ドージング材料チャネル
１９ 排出開口
２１ シール
２３ アライメント装置
２５ 閉鎖エレメントバネ
２７ 拡張部
２９ アクチュエータ−ピストン
２９ａ アクチュエータ下部
２９ｂ アクチュエータ中央部
２９ｃ アクチュエータ上部
３１ 停止部位−停止表面
３３ 作動バネ
３５ａ 上部チャンバ
３５ｂ 下部チャンバ
３７ 中空スペース
３９ アクチュエータ衝突部位
４１ ネジ
４３ 停止装置
４５ 停止バネ
４７ プランジャ衝突部位
４９ ネジ
５１ 作動バネ
５５ 圧電アクチュエータ
５７ レバー
５９ 円柱状のピン
６１ 端部部位
６３ 第１支持領域
６５ 第２支持領域
Ｄ 回転動作
Ｈ_a、Ｈ_b、Ｈ₁、Ｈ₁’、Ｈ₂ 経路
Ｉ 衝撃
Ｏ 開放方向
Ｖ 閉鎖方向
Ｘ 作用軸
Ｙ 作動軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】