KR-20260061405-A - 분말 제품을 정량하기 위한 피에조 액추에이터 및 장치

Abstract

피에조 액추에이터(1)로서, 피에조전기 효과의 도움으로 축방향(3)에서의 길이 변화 및 축방향(3)으로 작용하는 힘들이 생성될 수 있는 피에조 바디(2)를 가지며, 피에조 액추에이터(1)에 작용하는 힘들로부터 피에조 바디(2)를 적어도 부분적으로 기계적으로 디커플링하기 위한 하우징(4)을 가지는데, 상기 하우징(4)은 적어도 하나의 제1 하우징부(5) 및 적어도 하나의 제2 하우징부(6)를 갖도록 복수 부품으로 설계되고, 피에조전기 효과의 결과로 피에조 바디(2)의 길이 변화에 의해 상기 제1 하우징부(5) 및 상기 제2 하우징부(6)는 축방향(3)에서 서로에 대해 상대적으로 이동 가능하며, 또한 상기 제1 하우징부(5) 및 상기 제2 하우징부(6)는 적어도 하나의 커플링 요소(7)에 의해 서로 그러한 방식으로 연결되어 피에조 바디(2)가 축방향(3)과 평행하지 않은 힘 성분들로부터 디커플링되고, 여기서 상기 피에조 액추에이터(1)는 진동을 형성하는 급속히 변화하는 길이 변화들 및 힘들을 생성하도록 마련된다.

Inventors

• 바이겔, 마르코
• 바그너, 베른하르트
• 보그트, 마틴

Assignees

• 신테곤 테크놀로지 게엠베하

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240813

Priority Date

20230823

Claims (14)

1. 피에조 액추에이터(1)로서, 피에조 바디(2)를 가지며, 상기 피에조 바디(2)에서는 피에조전기 효과의 도움으로 축방향(3)에서의 길이 변화 및 축방향(3)으로 작용하는 힘이 생성될 수 있고, 또한 피에조 액추에이터(1)에 작용하는 힘들로부터 상기 피에조 바디(2)를 적어도 부분적으로 기계적으로 디커플링하기 위한 하우징(4)을 가지며, 상기 하우징(4)은 적어도 하나의 제1 하우징부(5) 및 적어도 하나의 제2 하우징부(6)를 갖도록 복수 부품으로 형성되고, 피에조전기 효과에 의해 야기된 피에조 바디(2)의 길이 변화의 결과로 상기 제1 하우징부(5) 및 상기 제2 하우징부(6)는 축방향(3)에서 서로에 대해 상대적으로 이동할 수 있으며, 또한 상기 제1 하우징부(5) 및 상기 제2 하우징부(6)는 적어도 하나의 커플링 요소(7)에 의해 서로 연결되어 상기 피에조 바디(2)가 축방향(3)과 평행하지 않은 힘 성분들로부터 디커플링되도록 하고, 상기 피에조 액추에이터(1)는 진동을 형성하는 급속히 변화하는 길이 변화 및 힘을 생성하도록 설계된, 피에조 액추에이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 피에조 액추에이터(1)는 진폭이 5 μm 내지 250 μm인 진동을 생성하도록 설계된, 피에조 액추에이터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피에조 액추에이터(1)는 주파수가 100 헤르츠 내지 1.5 킬로헤르츠 사이인 진동을 생성하도록 설계된, 피에조 액추에이터.
4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 커플링 요소(7)는 상기 제1 하우징부(5)와 상기 제2 하우징부(6)가 서로에 대해 상대적으로 이동하는 동안 탄성적으로 변형되는 스프링 요소(12)인, 피에조 액추에이터.
5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 커플링 요소(7)는 디스크 형상이고 축방향(3)에 수직이며 또한 축방향(3)에 대해 동축으로 배치되고, 상기 제1 하우징부(5)는 상기 커플링 요소(7)의 둘레 내측 영역(8)에 연결되며, 상기 제2 하우징부(6)는 상기 커플링 요소(7)의 둘레 외측 영역(9)에 연결되는, 피에조 액추에이터.
6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 커플링 요소(7)는 중앙 개구(10)를 가지며, 상기 중앙 개구(10)에서 상기 내측 영역(8)이 둘레 내측 가장자리를 형성하는, 피에조 액추에이터.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 커플링 요소(7)는 적어도 하나의 리세스(11)를 가지며, 상기 리세스(11)를 통해 상기 커플링 요소(7)의 축방향(3)에서의 유연성이 개선되는, 피에조 액추에이터.
8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 두 개의 커플링 요소(7)가 축방향(3)에서 서로 이격되어 배치되고, 상기 제1 하우징부(5) 및 상기 제2 하우징부(6)가 서로 커플링되는, 피에조 액추에이터.
9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 커플링 요소(7)에 더하여 적어도 하나의 스프링 요소(12)가 제공되고, 상기 스프링 요소(12)는 상기 제1 하우징부(5) 및 상기 제2 하우징부(6)를 서로를 향해 가압하여, 그에 의해 축방향(3)에서 상기 피에조 바디(2)에 압축 예압을 가하는, 피에조 액추에이터.
10. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피에조 바디(2)는 축방향(3)을 따라 하나의 축(13)에 배치되고, 상기 피에조 액추에이터(1)는 상기 피에조 액추에이터(1)에 의해 생성된 힘 및 움직임을 전달하기 위한 적어도 하나의 전달점(14)을 가지며, 상기 전달점(14)은 상기 축(13)으로부터 오프셋되어 배치되는, 피에조 액추에이터.
11. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 씰링 요소(15)를 포함하며, 상기 씰링 요소(15)에 의해 상기 적어도 하나의 제1 하우징부(5) 및 상기 적어도 하나의 제2 하우징부(6)가 서로 밀봉되어, 상기 하우징(4) 내에 상기 피에조 바디(2)를 위한 수용공간(16)이 형성되고, 상기 수용공간(16)은 적어도 일부 영역에서 밀봉되는, 피에조 액추에이터.
12. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징(4)이 환기되거나 플러싱될 수 있는 적어도 하나의 연결부(17)를 포함하는, 피에조 액추에이터.
13. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 디커플링 패드(18)가 상기 제1 하우징부(5)와 상기 피에조 바디(2) 사이 및/또는 상기 제2 하우징부(6)와 상기 피에조 바디(2) 사이에, 적어도 축방향(3)에서 배치되며, 상기 디커플링 패드(18)를 통해 축방향(3)에서의 압력에 의한 힘이 상기 하우징(4)으로부터 상기 피에조 바디(2)로 전달되는, 피에조 액추에이터.
14. 분말 제품을 정량하기 위한 장치(19)로서, 적어도 하나의 정량 구성요소(20)를 포함하며, 상기 정량 구성요소(20)는 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 피에조 액추에이터(1)에 의해 진동이 인가될 수 있는, 장치.

Description

분말 제품을 정량하기 위한 피에조 액추에이터 및 장치 본 발명은 제약 공정 기술에 관한 것이며, 특히 분말 제품을 정량하기 위한 소위 진동 정량에 관한 것이다. 본 발명은 특히 진동을 생성하기 위한 신규한 액추에이터에 관한 것이다. 상기 액추에이터의 진동은 바람직하게는 피에조 요소의 사용에 의해 생성된다. 상기 피에조 액추에이터는 특히 정량을 위한 장치에서 진동을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 상기 피에조 액추에이터는 정량에 사용되는 구성요소(정량 구성요소)를 진동시키고, 이에 의해 더 균일하고 더 잘 재현 가능한 투여량을 달성한다. 이는 특히 분말 제품의 특히 작은 양을 정량하는 경우에 적용된다. 특히 작은 양의 경우, 분말 입자들의 응집 또는 분말 입자들이 서로 또는 표면에 부착되는 것과 같이 정량에 부정적인 영향을 미치는 효과들이 특히 두드러지는데, 이러한 종류의 산발적으로 발생하는 효과는 정량되는 양이 작을수록 정량된 양에서 더 큰 불확실성을 야기하기 때문이다. 특히, (피에조전기 효과를 사용하는) 진동 정량에 의한 소량의 분말의 정량이 그러하다. 따라서 균일한 진동의 신뢰성 있는 생성은 분말 제품의 정밀한 정량을 위해 극히 유용하다. 이와는 무관하게, 정밀하고 신뢰성 있는 피에조 액추에이터가 사용될 수 있는 다른 응용들도 있다. 피에조 액추에이터의 신뢰성을 보장하는 것은 종종 도전적인데, 이는 피에조전기 효과를 생성하기 위해 사용되는 피에조 요소가 세라믹 컬럼으로 이루어져 있기 때문이다. 경우에 따라, 다수의 개별 세라믹 피에조 요소가 서로 결합되어 하나의 컬럼을 형성한다. 경우에 따라, 피에조 요소는 단일 부품으로 소결될 수도 있거나 소결된 컬럼을 형성할 수도 있다. 피에조 요소가 세라믹으로 만들어져 있다는 사실은 근본적인 도전을 야기한다. 피에조 요소는 일반적으로 인장력을 전혀 견디지 못한다. 마찬가지로, 비틀림 또는 굽힘(교번) 하중은 극히 제한된 정도로만 피에조 요소에 작용할 수 있다. 이는 특히, 컬럼의 형태로 피에조 요소를 배치하는 것이 선호되기 때문에 더 큰 진폭을 달성하기 위해 개별 세라믹 피에조 요소들을 연결하는 것이 결정적으로 중요해지기 때문이다. 이러한 연결부는 또한 일반적으로 인장력 또는 모멘트를 전달할 수 없다. 본 발명 및 본 발명의 기술적 환경은 도면을 참조하여 아래에서 더 자세히 설명된다. 도면은 바람직한 예시적 실시형태를 도시하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 특히 도면, 그리고 특히 도면에 도시된 비율은 단지 개략적이라는 점에 유의해야 한다. 도면은 다음을 도시한다: 도 1: 정량 장치 내에 있는 설명된 피에조 액추에이터의 제1 가능한 변형예; 도 2: 정량 장치 내에 있는 설명된 피에조 액추에이터의 제2 가능한 변형예; 도 3: 정량 장치 내에 있는 설명된 피에조 액추에이터의 제3 가능한 변형예; 도 4: 정량 장치 내에 있는 설명된 피에조 액추에이터의 제4 가능한 변형예; 도 5: 상면도에서의 설명된 피에조 액추에이터를 위한 커플링 요소의 제1 변형예; 도 6: 도 5에 따른 커플링 요소의 단면도; 및 도 7: 3차원 보기에서의 설명된 피에조 액추에이터를 위한 커플링 요소의 제2 변형예. 도 1 내지 도 4는 정량 장치(19) 내에 있는 설명된 피에조 액추에이터(1)의 서로 다른 변형예들을 도시하는데, 여기서 정량 장치(19)는 특히 분말 제품(예: 분말 제약 제품)의 고정밀 정량을 위한 장치(19)이다. 도 1 내지 도 4는 함께 설명되며, 개별 설계 변형예들의 차이 및 특별한 특징이 각각의 경우에 논의된다. 개별 도면에 도시된 피에조 액추에이터(1)의 특징들은 원하는 대로 서로 조합될 수 있다. 피에조 액추에이터(1)는 장치(19)의 정량 구성요소(20)를 진동시키거나, 또는 정량 구성요소(20)는 피에조 액추에이터(1)에 의해 진동이 인가될 수 있다. 상기 진동은 가능한 한 균일하다. 정량 구성요소(20)의 진동은 정량 동안 분말 제품의 거동을 개선하거나 표준화한다. 특히, 상기 진동은 분말 입자들의 응집을 분해하고 서로 달라붙어 있는 분말 입자들을 분리한다. 이는 분말 제품을 정량하는 것을 훨씬 더 용이하게 한다. 피에조 액추에이터(1)는 하우징(4)과 피에조 바디(2)를 가지며, 상기 피에조 바디(2)는 규칙적으로 변화하는 길이 변화들 및 힘들을 생성하는 데 사용될 수 있다. 하우징(4)은 복수 부품으로 설계되며, 적어도 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)를 가진다. 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 대부분의 실시형태에 따르면, 피에조 바디(2)는 하우징(4) 내부에 배치되어, 하우징이 피에조 바디(2)를 위한 수용공간을 형성한다. 그러나 피에조 바디(2)가 하우징(4) 외부에 배치되는 실시형태도 가능하다. 그러한 실시형태의 하나가 도 3에 도시되어 있다. 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)는 운동 범위 내에서 축방향(3)으로 서로에 대해 상대적으로 이동 가능하다. 다른 모든 방향(축방향(3)과 평행하지 않은 방향들)에서는, 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)는 서로에 대해 이동 가능하거나 또는 변위될 수 없다. 이는 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)가 적어도 하나의 커플링 요소(7)에 의해 서로 연결된다는 사실에 의해 달성되며, 여기서 이 적어도 하나의 커플링 요소(7)는 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)의 서로에 대한 운동을 축방향(3)과 평행한 방향으로만 허용하고, 다른 모든 방향(축방향(3)과 평행하지 않은 방향들)에서의 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)의 상대 운동을 방지한다. 커플링 요소들(7)은 디스크 형상의 스프링 요소들로 설계되며, 상기 스프링 요소들은 둘레 내측 영역(8)에서 제1 하우징부(5)에 연결되고 둘레 외측 영역(9)에서 제2 하우징부(6)에 연결되며, 또한 축방향(3)에 수직으로 정렬된다. 바람직하게는, 커플링 요소(7)와 각 하우징부(5, 6) 사이의 연결은 360도 전체에 걸쳐 완전히 연장된다. 따라서 커플링 요소(7)와 각 하우징부(5, 6) 사이의 연결은 매우 강체이고 안정적으로 설계된다. 커플링 요소들(7)은 (상대적으로 낮은) 힘들로 축방향(3)에서 변형될 수 있고, 그에 의해 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)가 축방향(3)에서 서로에 대해 상대적으로 이동하는 것을 허용한다. 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)의 서로에 대한 최대 이동 또는 가능한 이동 범위는 커플링 요소들(7)의 유연성 또는 변형성에 의해 제한된다. 다른 모든 방향(축방향(3)과 평행하지 않은 방향들)에서는, 이들 커플링 요소들(7)은 매우 강체이며, 따라서 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)의 서로에 대한 어떠한(또는 오직 매우 미소한, 중요하지 않은) 상대 이동도 허용하지 않는다. 바람직하게는, 그러한 커플링 요소들(7) 중 적어도 두 개가 축방향(3)을 따라 서로 뒤이어 배치되며, 이들은 서로로부터 축방향 거리(22)를 가지고, 각각이 상기 설명된 방식으로 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)를 서로 연결한다. 이는 특히 하우징부들이 서로에 대해 기울어지는 것에 대하여, 커플링 요소들(7)에 의해 형성된 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6) 사이의 연결을 크게 강화한다. 축방향 거리(22)는 예를 들어 최소 10 mm[밀리미터]이고 최대 200 mm[밀리미터]이다. 바람직하게는, 피에조 액추에이터(1)에 장착된 피에조 바디(2)는 길이 변화 및 힘들을 생성할 수 있는 축(13)을 가진다. 피에조 바디(2)의 축(13)은 축방향(3)과 평행하게 정렬된다. 특히 바람직하게는, 피에조 바디(2)는 피에조 바디(2)의 축(13)이 하우징의 하우징 축(24)에 대해 동축으로 연장되도록 하우징(4) 내에 배치된다. 이는 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 구현된다. 이들 실시형태에서, 피에조 바디(2)는 하우징(4) 내부에 위치하며, 하우징(4)에 의해 외부 영향으로부터 보호된다. 또한, 피에조 액추에이터(1)는 바람직하게는 적어도 하나의 스프링 요소(12)를 가지며, 상기 스프링 요소(12)는 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)를 서로 함께 잡아당겨, 그에 의해 피에조 바디(2)에 압축 예압을 가한다. 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 실시형태들에 따르면, 스프링 요소들(12)은 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)를 서로를 향해 잡아당기는 인장 스프링으로 설계된다. 도 4에 따르면, 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)를 서로 함께 가압하는 압축 스프링으로 설계된 스프링 요소(12)가 사용된다. 스프링 요소(12)로서 압축 스프링을 사용하는 것은, 하우징(4) 및 특히 제1 하우징부(5)의 특별한 설계에 의해 도 4에 따른 실시형태에서 가능하며, 이 설계에서는 제1 하우징부(5)의 하우징 부분(25)이 제2 하우징부(6) 아래쪽까지 연장되어, 제1 하우징부(5)로부터 제2 하우징부(6)에 압력을 가하기 위한 것이고, 상기 압력은 피에조 바디(2)를 향하여 축방향(3)으로 작용한다. 도 1은 하우징(4)의 연결부(17)를 도시하며, 상기 연결부(17)를 통해 하우징(4)은 기체 매질(예: 공기)로 플러싱 및/또는 환기될 수 있다. 실시형태들에서는, 이러한 연결부는 예를 들어 냉각을 위해 액체 매질로 플러싱하는 데에도 사용될 수 있다. 여기에서는 예로서 하우징(4) 상의 정확히 하나의 연결부(17)가 도시되어 있다. 플러싱을 위해 추가적으로 제2 연결부가 제공될 수 있으며, 그에 의해 플러싱 매질이 제2 연결부를 통해 되돌아갈 수 있다. 도 2는 제1 하우징부(5) 및 제2 하우징부(6)가 서로 밀봉될 수 있게 하여, 밀봉된 하우징(4)을 형성할 수 있는 씰링(밀봉) 요소(15)를 도시한다. 씰링 요소(15)는 예를 들어, 두 하우징부(5, 6) 사이에 장착되는 둘레 방향 O-링 씰로 설계될 수 있으며, 이 O-링 씰은 하우징부(5, 6)가 서로에 대해 상대적으로 이동할 때 두 하우징부(5, 6) 중 적어도 하나에서 변형되거나 또는 미끄러진다. 바람직하게는, 씰링 요소(15)는 순수한 씰링 효과를 가지며, 커플링 요소들(7)에 의해 야기되는 커플링 효과와는 독립적으로 작용한다. 도 1 내지 도