BR112014026011B1

BR112014026011B1 - Válvula pizoelétrica e separador ótico de material particulado provido com meios de sopro de ar que utiliza válvula pizoelétrica

Info

Publication number: BR112014026011B1
Application number: BR112014026011-7A
Authority: BR
Inventors: Takafumi Ito; Sze Keat Chee; Takeshi Yano; Teruhiko TAKEUCHI; Tadashi Matsushita; Takeshi Kamina; Toshiro Higuchi
Original assignee: Mechano Transformer Corporation; Satake Corporation
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2021-09-28
Also published as: CN104395658A; GB201420439D0; BR112014026011A2; US9114430B2; TW201411017A; GB2516399A; TWI599736B; WO2013157548A1; KR102017367B1; US20150060337A1; CN104395658B; JPWO2013157548A1; GB2516399B; IN2014KN02596A; KR20150008141A

Abstract

válvula pizoelétrica e separador ótico de material particulado provido com meios de sopro de ar que utiliza válvula pizoelétrica. uma válvula piezoelétrica que fornece gás de forma estável ao longo do tempo, mesmo para um longo tempo de ejeção de gás, com uma elevada responsividade à abertura da válvula, é fornecida. a válvula piezoelétrica, incluindo uma câmara de pressão de gás para receber um gás comprimido fornecido a partir do exterior, um canal de descarga de gás através do qual o gás comprimido é descarregado da câmara de pressão de gás, compreende: um corpo de válvula disposto na câmara de pressão de gás que abre/fecha o canal de descarga do gás; um elemento piezoelétrico para produzir uma força motriz para mover, como um deslocamento, o corpo de válvula; um mecanismo de ampliação de deslocamento para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico para agir no corpo da válvula; e uma unidade de condução que possui uma unidade geradora de sinal para gerar um sinal, que compreende um pré-pulso e um pulso principal, e fornece o sinal gerado pela unidade geradora de sinal para um circuito de condução, como um sinal de entrada p ara aplicar uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico para fazer o elemento piezoelétrico expandir e conduzir a abertura do corpo da válvula.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a uma válvula piezoelétrica que é aberta e fechada por deslocamento por expansão/compressão de um elemento piezoelétrico, um método de condução da válvula piezoelétrica, e um separador ótico de material particulado provido de uma unidade de ejeção de ar incorporando a válvula piezoelétrica.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Um separador ótico de material particulado convencional conhecido possui uma unidade para ejetar ar para separar os grãos, tais como grãos de cereais ou péletes de resina em grãos não- defeituosos (grãos desejados) e grãos defeituosos (grãos indesejados), ou remover materiais estranhos dos grãos.

[0003] O separador de material particulado deste tipo separa os grãos através da ativação da unidade acima descrita, em resposta a um sinal de detecção de um grão defeituoso ou semelhante, ejetando ar para soprar para fora o grão defeituoso quando o grão estiver caindo de uma região da extremidade do trajeto de transmissão ao longo de uma trajetória predeterminada.

[0004] O separador de material particulado ejeta ar para soprar para fora os grãos defeituosos ou similares em uma grande quantidade de grãos caindo continuamente. Para soprar para fora precisamente os grãos defeituosos ou similares sem soprar para fora os outros grãos, o bico de ejeção de ar deve possuir uma válvula com alta responsividade.

[0005] Na Literatura de Patentes 1, é descrita uma válvula de ar piezoelétrica que utiliza um elemento piezoelétrico para rapidamente abrir e fechar a válvula. A válvula de ar piezoelétrica é provida de um mecanismo de ampliação de deslocamento que amplia um pequeno deslocamento do elemento piezoelétrico pelo princípio da alavanca.

[0006] A válvula de ar piezoelétrica possui uma responsividade mais elevada no momento da abertura e fechamento da válvula em relação à válvula eletromagnética convencional e, portanto, o separador ótico de material particulado fornecido com o bico de ejeção de ar que incorpora a válvula de ar piezoelétrica pode soprar para fora os grãos defeituosos ou semelhantes de forma precisa, e é menos suscetível a soprar para fora os grãos não-defeituosos ou semelhantes.

[0007] No entanto, uma vez que a válvula de ar piezoelétrica move um corpo de válvula através do mecanismo de ampliação de deslocamento, o separador ótico de material particulado possui um inconveniente que, em caso de um tempo longo de ejeção de gás, o corpo da válvula vibra, e a quantidade de ar ejetada do bico muda, e a separação estável não pode ser alcançada.

[0008] Na Literatura de Patentes 2, é descrita uma válvula piezoelétrica que aplica uma tensão de condução de dois níveis à um elemento piezoelétrico para evitar a variação da quantidade de gás ejetado de um canal de descarga de gás quando a válvula for aberta. A válvula piezoelétrica aplica um primeiro nível de tensão ao elemento piezoelétrico no momento de conduzir a abertura da válvula, e aplica um segundo nível de tensão, mais elevado do que o primeiro nível de tensão, ao elemento piezoelétrico no momento de evitar a vibração do corpo da válvula causado pela abertura da válvula. Com tal configuração, a variação da quantidade de gás ejetado do canal de descarga de gás após a abertura da válvula pode ser evitada, de modo que o gás possa ser fornecido de modo estável, mesmo quando o gás é ejetado por um longo tempo.

[0009] No entanto, a válvula piezoelétrica possui um problema, que é possuir uma responsividade significativamente baixa no momento da abertura da válvula em comparação com o caso em que uma tensão de condução retangular de nível único é aplicada ao elemento piezoelétrico.

[0010] Além disso, a válvula piezoelétrica possui um outro problema, que é ser cara, pois o dispositivo de acionamento possui uma configuração de circuito complicada em comparação com o caso em que uma tensão de condução de nível único é aplicada ao elemento piezoelétrico. LISTA DE CITAÇÕES Literatura de Patentes Literatura de Patentes 1 - Patente Japonesa Submetida N° 2004-316.835 Literatura de Patentes 2 - Patente Japonesa Submetida N° 2011-241961

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO Problema Técnico]

[0011] Em vista destas circunstâncias, um objetivo da presente invenção consiste em fornecer uma válvula piezoelétrica que possa fornecer gás de forma estável, mesmo quando o gás é ejetado por um longo tempo e que possua uma elevada responsividade no momento da abertura da válvula, e um método de condução da mesma válvula piezoelétrica.

[0012] Outro objetivo da presente invenção consiste em fornecer um separador ótico de material particulado que utiliza a válvula piezoelétrica descrita acima e pode, de forma confiável, soprar para fora grãos defeituosos ou semelhantes e alcançar a separação estável do material particulado. [Solução para o Problema]

[0013] Para atingir os objetivos acima descritos, a presente invenção fornece uma válvula piezoelétrica que possui uma câmara de pressão de gás, configurada para receber um gás comprimido fornecido a partir do exterior, e um canal de descarga de gás através do qual o gás comprimido é configurado para ser descarregado da câmara de pressão de gás, compreendendo: um corpo de válvula que está disposto na câmara de pressão de gás, configurado para abrir e fechar o canal de descarga de gás; um elemento piezoelétrico configurado para produzir uma força motriz necessária para mover, como um deslocamento, o corpo de válvula; um mecanismo de ampliação de deslocamento configurado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico, que atua no corpo da válvula; e uma unidade de condução, que possui uma unidade geradora de sinal configurada para gerar um sinal, incluindo um pré-pulso, configurado para fornecer o sinal gerado pela unidade geradora de sinal para um circuito de condução como um sinal de entrada para aplicar uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico, e para fazer o elemento piezoelétrico expandir e conduzir a abertura do corpo de válvula.

[0014] De acordo com a presente invenção, a unidade de condução preferencialmente é configurada para aplicar a tensão de condução ao elemento piezoelétrico com base no pré-pulso, no momento da abertura do corpo de válvula, e para aplicar a tensão de condução ao elemento piezoelétrico com base no pulso principal no momento de suprimir uma variação da quantidade de gás ejetado do canal de descarga de gás, após o corpo de válvula ser aberto.

[0015] A presente invenção proporciona um separador ótico de material particulado que compreende: uma unidade de transmissão configurada para transmitir um objeto a ser separado; uma unidade de detecção ótica configurada para detectar, em uma posição de detecção, o objeto a ser separado caindo de uma região da extremidade da unidade de transmissão; e uma unidade de ejeção de ar disposta abaixo da unidade de detecção ótica, e configurada para ejetar ar para soprar para fora o objeto a ser separado com base no resultado da detecção pela unidade de detecção ótica, a unidade de ejeção de ar incluindo qualquer uma das válvulas piezoelétricas descritas acima, e a válvula piezoelétrica estando configurada para gerar o sinal, incluindo o pré-pulso e o pulso principal pela unidade geradora de sinal da unidade de condução, para fazer o elemento piezoelétrico expandir e para conduzir a abertura do corpo da válvula, com base no resultado da detecção pela unidade de detecção ótica.

[0016] A presente invenção fornece um método de condução de uma válvula piezoelétrica, a válvula piezoelétrica possuindo uma câmara de pressão de gás, configurada para receber um gás comprimido fornecido a partir do exterior e um canal de descarga de gás através do qual o gás comprimido é configurado para ser descarregado da câmara de pressão de gás, e a válvula piezoelétrica compreendendo: um corpo de válvula disposto na câmara de pressão de gás, e configurado para abrir e fechar o canal de descarga de gás; um elemento piezoelétrico configurado para produzir uma força motriz necessária para mover, como um deslocamento, o corpo de válvula; um mecanismo de ampliação de deslocamento configurado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico, que atua sobre o corpo da válvula; e uma unidade de condução configurada para causar um deslocamento de expansão ou compressão do elemento piezoelétrico para conduzir a abertura ou fechamento do corpo da válvula, e a unidade de condução possuindo uma unidade geradora de sinal configurada para gerar um sinal, incluindo um pré-pulso e um pulso principal, e para aplicar uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico com base no sinal gerado pela unidade geradora de sinal, para fazer o elemento piezoelétrico expandir e conduzir a abertura do corpo de válvula.

[0017] De acordo com a presente invenção, a unidade de condução é configurada para aplicar uma tensão ao elemento piezoelétrico, com base no pré-pulso, para abrir o corpo da válvula, e para aplicar uma corrente elétrica ao elemento piezoelétrico, com base no pulso principal, para suprimir uma variação da quantidade de gás ejetado do canal de descarga de gás, após o corpo de válvula ser aberto. Efeitos Vantajosos da Invenção

[0018] A válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção pode fornecer gás de forma estável, mesmo quando o gás é ejetado por um longo tempo, e possui uma elevada responsividade no momento da abertura da válvula, uma vez que a válvula piezoelétrica é fornecida com uma unidade de condução, que possui uma unidade geradora de sinal, que gera um sinal compreendendo um pré-pulso e um pulso principal e fornece o sinal gerado pela unidade geradora de sinal para um circuito de condução, como um sinal de entrada a aplicar uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico, para fazer o elemento piezoelétrico expandir, conduzindo assim o corpo de válvula para a abertura.

[0019] Além disso, a válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção possui baixo custo, em comparação ao caso em que a tensão de condução aplicada ao elemento piezoelétrico é uma tensão de dois níveis, já que a unidade de condução possui uma configuração de circuitos simples, pois uma tensão de condução de nível único possuindo um certo valor de tensão é aplicada ao elemento piezoelétrico em resposta ao sinal gerado pela unidade geradora de sinal, fornecida ao circuito de condução como um sinal de entrada.

[0020] Uma vez que o separador ótico de material particulado de acordo com a presente invenção é fornecido com a válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção, o separador ótico de material particulado pode fornecer ar de maneira estável, mesmo quando o ar é ejetado por um longo tempo, e possui uma elevada responsividade no momento de abertura da válvula e, por conseguinte, pode soprar grãos defeituosos ou semelhantes para fora de forma confiável, e alcançar a separação de material particulado de forma estável.

[0021] De acordo com o método de condução de uma válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção, uma vez que a unidade de condução possui uma unidade geradora de sinal que gera um sinal compreendendo um pré-pulso e um pulso principal e aplica uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico com base no sinal gerado pela unidade geradora de sinal, para fazer expandir o elemento piezoelétrico para conduzir a abertura do corpo de válvula, a válvula piezoelétrica pode fornecer gás de forma estável, mesmo quando o gás é ejetado por um tempo mais longo, e possui uma elevada responsividade no momento da abertura da válvula.

[0022] Conforme o método de condução de uma válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção, o custo pode ser reduzido em comparação ao caso em que a tensão de condução aplicada ao elemento piezoelétrico é uma tensão de dois níveis, já que a unidade de condução possui uma configuração de circuitos simples, pois uma tensão de condução de nível único, possuindo certo valor de tensão, é aplicada ao elemento piezoelétrico em resposta ao sinal gerado pela unidade geradora de sinal.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] A Figura 1A é um diagrama esquemático para ilustrar um corpo principal de uma válvula piezoelétrica.

[0024] A Figura 1B é uma vista frontal esquemática do corpo principal da válvula piezoelétrica.

[0025] A Figura 2 é um diagrama que ilustra uma primeira modificação da válvula piezoelétrica.

[0026] A Figura 3 é um diagrama que mostra uma segunda modificação da válvula piezoelétrica.

[0027] A Figura 4A é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração de circuito de um dispositivo de condução da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção.

[0028] A Figura 4B é um diagrama que ilustra os sinais de entrada e uma tensão aplicada à válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção.

[0029] A Figura 5A é um gráfico que ilustra um sinal de entrada de um circuito de condução de carga em um exemplo da presente invenção.

[0030] A Figura 5B é um gráfico que ilustra uma tensão de condução aplicada a um elemento piezoelétrico no exemplo da presente invenção.

[0031] A Figura 5C é um gráfico que ilustra as características da pressão de ejeção do ar ejetado de um canal de descarga de gás no exemplo da presente invenção.

[0032] A Figura 6A é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração de circuito de um dispositivo de condução de uma válvula piezoelétrica convencional.

[0033] A Figura 6B é um diagrama que ilustra os sinais de entrada e uma tensão aplicada à válvula piezoelétrica convencional.

[0034] A Figura 7A é um gráfico que ilustra um sinal de entrada de um circuito de condução de carga em um exemplo comparativo.

[0035] A Figura 7B é um gráfico que ilustra uma tensão de condução aplicada a um elemento piezoelétrico no exemplo comparativo.

[0036] A Figura 7C é um gráfico que Ilustra as características da pressão de ejeção do ar ejetado de um canal de descarga de gás no exemplo comparativo.

[0037] A Figura 8 é um gráfico que ilustra as características da pressão de ejeção de ar no exemplo da presente invenção e o exemplo comparativo para comparação.

[0038] A Figura 9 é uma vista lateral em seção transversal de partes essenciais de um separador ótico de material particulado.

[0039] A Figura 10 é um diagrama de blocos que ilustra o controle do separador de material particulado ilustrado na Figura 9.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0040] Uma modalidade da presente invenção será descrita com referência aos desenhos. Válvula Piezoelétrica

[0041] As Figuras 1 são diagramas esquemáticos que ilustram uma válvula piezoelétrica com um lado do corpo principal da válvula aberto. A Figura 1A é uma vista lateral da válvula piezoelétrica aberta, e a Figura 1B é uma vista frontal da mesma.

[0042] Uma válvula piezoelétrica 10 inclui um corpo principal de válvula 11, um corpo de válvula 12, um elemento piezoelétrico 13, mecanismos de ampliação de deslocamento 14, e um dispositivo de condução 15.

[0043] O corpo principal de válvula 11 possui uma câmara de pressão de gás 111 que recebe um gás comprimido fornecido a partir de uma fonte externa de fornecimento de gás comprimido (não exibida), e um canal de descarga de gás 112 que ejeta o gás da câmara de pressão de gás 111 para o exterior.

[0044] O corpo de válvula 12 está disposto na câmara de pressão de gás 111 no corpo principal de válvula 11 e abre e fecha o canal de descarga de gás 112.

[0045] O elemento piezoelétrico 13 está disposto no corpo de válvula principal 11 e fixo ao corpo principal de válvula 11 em uma das suas extremidades.

[0046] Os mecanismos de ampliação de deslocamento 14 estão dispostos na câmara de pressão de gás 111 no corpo principal de válvula 11 e ampliam o deslocamento do elemento piezoelétrico 13 para agir sobre o corpo de válvula 12.

[0047] O dispositivo de condução 15 inclui um circuito de condução de carga que aplica uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico 13, para carregar o elemento piezoelétrico 13, para fazer o elemento piezoelétrico 13 se expandir, e um circuito de condução de descarga que faz com que o elemento piezoelétrico 13 descarregue, para fazer com que o elemento piezoelétrico se comprima. O dispositivo de condução 15 abre e fecha o corpo de válvula 12 fazendo com que o elemento piezoelétrico 13 se expanda e se comprima.

[0048] O dispositivo de condução 15 pode ser qualquer dispositivo de condução no qual o circuito de condução de carga e o circuito de condução da descarga estejam conectados eletricamente ao elemento piezoelétrico, e não há necessidade de sempre ser fisicamente integrado com o corpo principal de válvula 11, por exemplo.

[0049] Os mecanismos de ampliação de deslocamento 14 são um par de mecanismos de ampliação de deslocamento 14 que estão dispostos simetricamente em relação a uma linha que liga o eixo longitudinal do elemento piezoelétrico 13 e o canal de descarga de gás 112 (referido como uma linha central, a seguir).

[0050] Um primeiro mecanismo de ampliação de deslocamento compreende uma primeira articulação 16a, uma segunda articulação 17a, um primeiro membro de braço 18a e uma primeira mola de lâmina 19a. A primeira articulação 16a é acoplada ao corpo principal de válvula 11 em uma extremidade do mesmo. A segunda articulação 17a é acoplada a um membro de tampa 131 fixado ao elemento piezoelétrico 13 em uma extremidade do mesmo. A primeira articulação 16a e a segunda articulação 17a são acopladas a uma parte de base do primeiro membro de braço 18a nas respectivas outras extremidades do mesmo. A primeira mola de lâmina 19a é acoplada à ponta exterior de uma parte de extremidade do primeiro membro de braço 18a em uma extremidade do mesmo, e a primeira mola de lâmina 19a é acoplada a um lado de uma parte de extremidade do corpo de válvula 12 em uma extremidade interna do mesmo.

[0051] Um segundo mecanismo de ampliação de deslocamento compreende uma terceira articulação 16b, uma quarta articulação 17b, um segundo membro de braço 18b e uma segunda mola de lâmina 19b. A terceira articulação 16b é acoplada ao corpo principal de válvula 11 em uma extremidade do mesmo. A quarta articulação 17b é acoplada ao membro de tampa 131 fixado ao elemento piezoelétrico 13 em uma extremidade do mesmo. A terceira articulação 16b e a quarta articulação 17b são acopladas a uma parte de base do segundo membro de braço 18b nas respectivas outras extremidades do mesmo. A segunda mola de lâmina 19b é acoplada a uma ponta externa de uma parte da extremidade do segundo membro de braço 18b em uma extremidade do mesmo, e a segunda mola de lâmina 19b é acoplada ao outro lado de uma parte de extremidade do corpo de válvula 12 em uma extremidade interna do mesmo.

[0052] Com a válvula piezoelétrica 10 no estado ilustrado na Figura 1A, quando o dispositivo de condução 15 aplica uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico 13 para carregar o elemento piezoelétrico 13, o elemento piezoelétrico 13 se expande em direção à direita no desenho. O primeiro mecanismo de ampliação de deslocamento amplia o deslocamento de expansão do elemento piezoelétrico 13 pelo princípio da alavanca, com a segunda articulação 17a servindo como um ponto de força, a primeira articulação 16a servindo como um ponto de apoio, e a ponta de uma parte da extremidade do primeiro membro de braço 18a servindo como um ponto de ação, deslocando assim substancialmente a ponta externa de uma parte da extremidade do primeiro membro de braço 18a. Da mesma forma, o segundo mecanismo de ampliação de deslocamento amplia o deslocamento de expansão do elemento piezoelétrico 13 pelo princípio da alavanca com a quarta articulação 17b servindo como um ponto de força, a terceira alimentação 16b servindo como um ponto de apoio, e a ponta de uma parte da extremidade do segundo membro de braço 18b servindo como um ponto de ação, deslocando assim substancialmente a ponta externa de uma parte da extremidade do segundo membro de braço 18b.

[0053] Os deslocamentos das pontas externas de uma parte da extremidade do primeiro membro de braço 18a e do segundo membro de braço 18b fazem com que o corpo de válvula 12 se separe de uma base de válvula 113, através da primeira mola de lâmina 19a e da segunda mola de lâmina 19b, abrindo deste modo o canal de descarga de gás 112.

[0054] Por outro lado, na válvula piezoelétrica 10, quando o dispositivo de condução 15 faz o elemento piezoelétrico 13 descarregar, o elemento piezoelétrico 13 se comprime, a compressão é transferida para o corpo de válvula 12 através do primeiro e segundo mecanismos de ampliação de deslocamento, e a válvula de corpo 12 fica em repouso na base de válvula 113.

[0055] A válvula piezoelétrica 10, no estado em que um lado da câmara de pressão de gás 111 está aberto para o exterior, foi descrita com referência às Figuras 1. É claro, no entanto, que esta descrição se destina apenas a ilustrar a estrutura interna, e a câmara de pressão de gás 111 pode ser utilizada em um estado fechado. Primeira Modificação da Válvula Piezoelétrica

[0056] A Figura 2 ilustra uma primeira modificação da válvula piezoelétrica em um estado em que um lado do corpo principal da válvula está aberto.

[0057] Uma válvula piezoelétrica 20 possui um acionador 30 que compreende um corpo de válvula 22, um elemento piezoelétrico 23 e um mecanismo de ampliação de deslocamento 24 integrados uns aos outros. A válvula piezoelétrica 20 difere da válvula piezoelétrica 10 ilustrada na Figuras 1, no fato de que o atuador 30 é fixo a um corpo principal de válvula 21 tendo uma câmara de pressão de gás 211 e um canal de descarga de gás 212 em cada um dos seus lados

[0058] Note que a ilustração de um dispositivo de condução que abre e fecha o corpo de válvula 22 (que é equivalente ao dispositivo de condução 15 descrito acima) é omitida na Figura 2.

[0059] O mecanismo de ampliação de deslocamento 24 possui uma unidade de deslocamento 25 que amplia o deslocamento do elemento piezoelétrico 23, e uma unidade de transferência de deslocamento 26 que transfere o deslocamento do elemento piezoelétrico 23 para a unidade de ampliação de deslocamento 25.

[0060] A unidade de transferência de deslocamento 26 possui um substrato base 27 em forma de U ao qual o elemento piezoelétrico 23 é acoplado em uma das extremidades do mesmo, e um membro de tampa 28, o qual o elemento piezoelétrico 23 é acoplado na outra extremidade do mesmo.

[0061] Na válvula piezoelétrica 20, o elemento piezoelétrico 23 está disposto no espaço interior do substrato base 27 em forma de U, entre a parte inferior do substrato base 27 em forma de U e o membro de tampa 28, e acoplado ao substrato base 27 em uma extremidade do mesmo, e ao membro de tampa 28 na outra extremidade do mesmo.

[0062] Naturalmente, a válvula piezoelétrica 20 também pode ser utilizada no estado em que um lado do corpo principal da válvula 21 está fechado. Segunda Modificação da Válvula Piezoelétrica

[0063] A Figura 3 é uma vista em seção transversal, que ilustra o interior de um corpo de válvula de uma segunda modificação da válvula piezoelétrica.

[0064] Uma válvula piezoelétrica 40 ilustrada na Figura 3 difere da válvula piezoelétrica 20 ilustrada na Figura 2 no fato de que um corpo principal de válvula 41, definindo uma câmara de pressão de gás 411, está aberto em um lado frontal da mesma, um canal de descarga de gás 421 é formado em um corpo de tampa 42 que fecha a abertura, o corpo da tampa 42 é integrado a uma placa 43 que está disposta no corpo principal da válvula 41, e o acionador 30 ilustrado na Figura 2 é fixado à placa 43.

[0065] Nota que a ilustração de um dispositivo de condução que abre e fecha o corpo de válvula também é omitida na Figura 3.

[0066] A válvula piezoelétrica 40 é montada através da colocação da placa 43, com o acionador 30 fixado à mesma, no corpo principal de válvula 41 através da abertura no lado frontal do corpo principal de válvula 41, e a abertura do corpo principal de válvula 41 é fechada pelo corpo de tampa 42 integrado à placa 43. Exemplo] (Sinal de Pré-pulso

[0067] A Figura 4A é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração de circuito do dispositivo de condução da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção, e a Figura 4B é um diagrama temporal dos sinais que ocorrem no circuito e uma tensão aplicada ao elemento piezoelétrico.

[0068] Como ilustrado na Figura 4A, o dispositivo de condução da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção aplica uma tensão ao elemento piezoelétrico para carregar o elemento piezoelétrico para fazer o elemento piezoelétrico se expandir através de uma unidade geradora de sinal 150, gerando um sinal de carga A que compreende um pré- pulso e um pulso principal (referido daqui em diante como um sinal de pré- pulso) e fornece o sinal de pré-pulso a um circuito de condução de carga 151, como um sinal de entrada. O dispositivo de condução faz o elemento piezoelétrico descarregar para fazer o elemento piezoelétrico comprimir através da unidade geradora de sinal 150, gerando um sinal de descarga B e fornecendo o sinal de descarga B a um circuito de condução de descarga 152.

[0069] Como ilustrado na Figura 4B, o sinal A (sinal de pré-pulso) gerado pela unidade geradora de sinal 150 é fornecido ao circuito de condução de carga 151 como um sinal de entrada, e uma tensão de condução de nível único possuindo certo valor de voltagem é aplicada ao elemento piezoelétrico, de modo que o dispositivo de condução da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção possui uma configuração de circuitos simples.

[0070] A Figura 5A é um gráfico que ilustra o sinal de entrada (sinal de pré-pulso) do circuito de condução de carga 151 da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção, a Figura 5B é um gráfico que ilustra a tensão de condução aplicada ao elemento piezoelétrico com base no sinal de entrada e a Figura 5C é um gráfico que ilustra as características da pressão de ejeção do ar ejetado do canal de descarga de gás, cuja válvula é aberta em resposta à tensão de condução. Neste exemplo, o ar comprimido foi utilizado como o gás comprimido fornecido à válvula piezoelétrica a partir do exterior.

[0071] As condições do experimento apresentado nos gráficos das Figuras 5A a 5C são como descritas a seguir. (1) Pressão de fornecimento do ar comprimido: 0,25MPa (valor do manômetro sob pressão atmosférica) (2) Taxa de fluxo pré-definida de ar comprimido: 60L/min (3) Sinal de entrada: duração do pré-pulso t1 = 0,14ms, período de repouso t2 = 0,03ms, e duração do pulso principal t3 = 1,83ms (tempo de energização do elemento piezoelétrico: 2ms) (4) Posição de detecção da pressão de ejeção do ar: 2mm da extremidade da tampa do canal de descarga de gás

[0072] A duração do pré-pulso t1, o período de repouso t2 (o tempo para a entrada do pulso principal), e o valor da tensão de condução aplicada ao elemento piezoelétrico em resposta ao sinal de pré-pulso são definidos experimentalmente de forma prévia ou, de outra forma, por determinação das condições ótimas de temporização ou semelhante sob as quais a pressão de ejeção de ar aumenta rapidamente quando a válvula é aberta, e é impedida de variar após a abertura da válvula (o corpo de válvula é impedido de vibrar em reação à abertura da válvula).

[0073] A duração do pulso principal t3 é definida com base no período de ejeção de ar. Exemplo Comparativo - (Sinal de Dois Níveis)

[0074] A Figura 6A é um diagrama de blocos que ilustra uma configuração de circuito de um dispositivo de condução de uma válvula piezoelétrica convencional descrita na Literatura de Patentes 2, e a Figura 6B é um diagrama temporal dos sinais que ocorrem ou são gerados no circuito e uma voltagem aplicada a um elemento piezoelétrico.

[0075] Como ilustrado na Figura 6A, o dispositivo de condução da válvula piezoelétrica convencional aplica uma tensão ao elemento piezoelétrico para carregar o elemento piezoelétrico para fazer elemento piezoelétrico se expandir através de uma unidade geradora de sinal 550 gerando dois sinais de onda de carga retangular A_H e A_L e um circuito de cálculo de valor de comando 553 combinando os dois sinais para gerar um sinal composto de dois níveis A' (referido daqui em diante como um sinal de dois níveis) e fornecer o sinal de dois níveis para um circuito de condução de carga 551 como um sinal de entrada. O dispositivo de condução faz com que o elemento piezoelétrico descarregue para fazer que o elemento piezoelétrico se comprima através da unidade geradora de sinal 550, gerando um sinal de descarga B e fornecendo o sinal de descarga B a um circuito de condução de descarga 552.

[0076] Como ilustrado na Figura 6B, a válvula piezoelétrica convencional é configurada de modo que o circuito de cálculo de valor de comando 553 gere o sinal A' (sinal de dois níveis) com base nos sinais A_H e A_L gerados pela unidade geradora de sinal 550, e o sinal A' (dois níveis) é fornecido ao circuito de condução de carga 551, como um sinal de entrada a aplicar uma tensão de condução de dois níveis ao elemento piezoelétrico. Um circuito FB 554 é necessário para realizar um controle de feedback para definir um primeiro nível de tensão de condução aplicada ao elemento piezoelétrico em um valor-alvo, de modo que o dispositivo de condução possui uma configuração de circuito complicada.

[0077] A Figura 7A é um gráfico que ilustra o sinal de entrada (sinal de dois níveis) do circuito de condução de carga 551 da válvula piezoelétrica convencional (de acordo com o exemplo comparativo), a Figura 7B é um gráfico que ilustra a tensão de condução aplicada ao elemento piezoelétrico com base no sinal de entrada, e a Figura 7C é um gráfico que ilustra as características da pressão de ejeção do ar ejetado do canal de descarga de gás, cuja válvula é aberta em resposta à tensão de condução. Neste exemplo, mais uma vez, ar comprimido foi utilizado como o gás comprimido fornecido à válvula piezoelétrica a partir do exterior.

[0078] As condições do experimento apresentadas nos gráficos das Figuras 7A a 7C são como se segue. (1) Pressão de fornecimento do ar comprimido: 0,25MPa (valor do manômetro sob pressão atmosférica) (2) Taxa de fluxo pré-definida de ar comprimido: 60L/min (3) Sinal de entrada: duração t4 do sinal do primeiro nível = 0,26ms e duração t5 do sinal de segundo nível = 1,74ms (tempo de energização do elemento piezoelétrico: 2ms) (4) Posição de detecção da pressão de ejeção do ar: 2mm da extremidade da tampa do canal de descarga de gás

[0079] A duração do primeiro nível t4 (o tempo para introduzir o sinal de segundo nível) e o valor da tensão de duração aplicada ao elemento piezoelétrico em resposta ao sinal de dois níveis são estabelecidos experimentalmente de forma prévia ou, de outro modo, por determinação das condições ótimas de temporização ou semelhante sob o qual a pressão de ejeção de ar aumenta rapidamente quando a válvula é aberta, e a variação é impedida após a abertura da válvula (o corpo de válvula é impedido de vibrar em reação à abertura da válvula).

[0080] A duração t5 do sinal de segundo nível é definida com base no período de ejeção de ar.

[0081] A Figura 8 é um gráfico que mostra as características de ejeção de ar no exemplo, e no exemplo comparativo para comparação.

[0082] Na Figura 8, a linha com traços alternadamente longos e curtos indica um caso em que o sinal de pré-pulso é fornecido ao circuito de condução de carga 151 como um sinal de entrada. A linha sólida indica um caso em que o sinal de dois níveis é fornecido ao circuito de condução de carga 551 como um sinal de entrada. Além disso, na Figura 8, uma linha tracejada indica um caso em que o sinal de pulso (onda retangular) é fornecido ao circuito de condução de carga como um sinal de entrada. No caso em que o sinal de pulso é fornecido para o circuito de condução de carga como um sinal de entrada, uma tensão de condução retangular de nível único é aplicada ao elemento piezoelétrico.

[0083] Como pode ser visualizado no gráfico, com a válvula piezoelétrica na qual o sinal de pulso é fornecido como um sinal de entrada, a responsividade no momento de abertura da válvula é extremamente elevada, ao passo que a pressão de ar de ejeção (quantidade) varia significativamente após a válvula ser aberta.

[0084] Como também pode ser visualizado no gráfico, com a válvula piezoelétrica convencional, em que o sinal de dois níveis é fornecido como um sinal de entrada, a variação da pressão de ejeção de ar (quantidade) após a abertura da válvula é reduzida, mas a responsividade no momento de abertura da válvula é significativamente baixa em comparação com o caso acima descrito em que o sinal de pulso é fornecido como um sinal de entrada.

[0085] Com a válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção, na qual o sinal de pré-pulso é fornecido como um sinal de entrada, a variação da pressão de ejeção de ar (quantidade) após a abertura da válvula é reduzida em comparação com o caso em que o sinal de impulso é fornecido como um sinal de entrada, como descrito acima, e a responsividade no momento da abertura da válvula é elevada em comparação com o caso acima descrito em que o sinal de dois níveis é fornecido como um sinal de entrada.

[0086] A partir da descrição acima, pode concluir-se que a válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção pode fornecer o gás de forma estável, mesmo quando o gás é ejetado de forma contínua durante muito tempo e possui uma elevada responsividade no momento da abertura da válvula. Separador Ótico de Material particulado

[0087] Em seguida, um separador ótico de material particulado provido de um bico de ejeção de gás, incorporando a válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção será descrito.

[0088] A Figura 9 é uma vista lateral em seção transversal de partes essenciais de um separador ótico de material particulado, ilustrando uma estrutura interna do separador ótico de material particulado de uma forma simplificada. A Figura 10 é um diagrama de blocos que ilustra o controle do separador ótico de material particulado.

[0089] Um separador ótico de material particulado 610 possui uma unidade de fornecimento de grãos na parte superior do mesmo, e a unidade de fornecimento de grãos compreende um tanque 620 e um alimentador vibratório 630. Uma calha inclinada 640 possuindo uma largura pré-determinada está disposta abaixo da unidade de fornecimento de grãos.

[0090] Grãos fornecidos a partir da unidade de fornecimento de grãos se propagam por toda a largura da calha inclinada 640 e fluem continuamente para baixo, por gravidade, ao longo da calha inclinada 640, e, em seguida, são lançados para o ar em uma trajetória de queda predeterminada a partir da extremidade inferior da calha inclinada 640.

[0091] Pelo menos um par de dispositivos de detecção ótica 650a e 650b são dispostos na frente e atrás da trajetória de queda predeterminada, de modo a ficarem um de frente para o outro. Os dispositivos de detecção ótica 650a e 650b capturam imagens dos grãos em uma posição de detecção de grãos O que se estende linearmente em paralelo à direção da largura da calha inclinada 640. Os dispositivos de detecção ótica 650a e 650b compreendem as unidades de imagem 651a e 651b, como uma câmera CCD incorporando um sensor CCD de linha, iluminando as unidades 652A e 652b, como uma lâmpada fluorescente, e panos de fundo 653a e 653b que servem como pano de fundo dos grãos sendo trabalhados, respectivamente, por exemplo.

[0092] Um dispositivo de ejeção de ar 670 que ejeta ar para remover um grão defeituoso ou semelhante é disposto abaixo da posição de detecção de grãos O. O dispositivo de ejeção de ar 670 compreende um bico de ejeção de ar 671, incluindo um conjunto de uma pluralidade de válvulas piezoelétricas de acordo com a presente invenção descrita acima, dispostas em paralelo umas às outras, e um dispositivo de fornecimento de ar comprimido 673 que fornece ar comprimido para o bico de ejeção de ar 671. Com base no resultado da detecção dos dispositivos de detecção ótica 650a e 650b, o dispositivo de ejeção de ar 670 sopra para fora os grãos lançados da extremidade inferior da calha inclinada 640 com o ar ejetado da pluralidade de orifícios de bico do bico de ejeção de ar 671 dispostos conforme as posições das trajetórias de queda dos grãos, na direção da largura. O elemento piezoelétrico da válvula piezoelétrica é conectado eletricamente a um circuito de condução de um dispositivo de condução 672.

[0093] No separador ótico de material particulado 610 descrito acima, os grãos que fluíram para baixo continuamente, ao longo da calha inclinada 640, devido à gravidade, propagam-se ao longo de toda a largura da mesma, e, em seguida, são lançados para o ar em uma trajetória de queda predeterminada, a partir da extremidade inferior da calha inclinada 640, são fotografadas na posição de detecção de grãos O pelas unidades de imagem 651a e 651b dos dispositivos de detecção ótica 650a e 650b, e os dados de imagem resultantes são transmitidos para um dispositivo de controle 660. O dispositivo de controle 660 determina um grão a ser removido, tal como um grão defeituoso, com base nos dados de imagem, adquire a informação relativa ao tamanho do grão ou semelhante a partir dos dados de imagem, e transmite um sinal para a remoção do grão defeituoso ou similar ao dispositivo de condução 672.

[0094] Com base no sinal para remoção transmitido para o dispositivo de condução 672, o dispositivo de ejeção de ar 670 aciona seletivamente um ou mais da pluralidade de válvulas piezoelétricas para ejetar ar nos grãos defeituosos ou semelhantes, que passam através de uma posição de remoção de grãos E, que se estende linearmente em paralelo à direção da largura da calha inclinada 640, a partir dos orifícios de bico do bico de ejeção de ar 671, acionados conforme as posições dos grãos defeituosos, no sentido da largura.

[0095] Para alcançar isto, o dispositivo de condução 672 opera através da unidade geradora de sinal gerando o sinal de pré-pulso com base no sinal para remoção e fornecendo o sinal de pré-pulso para o circuito de condução de carga, como um sinal de entrada para aplicar ao elemento piezoelétrico das uma ou mais válvula piezoelétricas acionadas seletivamente, conforme mostrado na Figura 4.

[0096] A duração do pré-pulso t1 e o período de repouso t2 (momento de entrada do pulso principal) do sinal de pré-pulso são determinados experimentalmente de forma prévia ou, de outra forma, determinados e estabelecidos no dispositivo de condução 672.

[0097] Os grãos defeituosos ou semelhantes soprados para fora pelo ar ejetado dos orifícios de bico do bico de ejeção de ar 671 são descarregados para o exterior através de uma porta de descarga de grãos defeituosos 681. Os grãos não-defeituosos ou similares que passaram pela trajetória de queda predeterminada sem serem soprados para fora pelo ar ejetado são coletados através de uma porta de descarga de grãos não- defeituosos 682.

[0098] Como descrito acima, o separador ótico de material particulado 610 descrito acima pode separar grãos de forma estável devido a válvula piezoelétrica possuir uma elevada responsividade no momento da abertura da válvula, e o ar pode ser fornecido de forma estável para soprar para fora, de forma confiável, os grãos defeituosos ou semelhantes, mesmo quando o ar é ejetado por um longo tempo.

[0099] Os materiais particulados a serem separados pelo separador ótico de material particulado são tipicamente grãos, em especial, grãos de arroz. No entanto, o separador ótico de material particulado não é aplicado exclusivamente a estes grãos, mas pode ser aplicado a quaisquer materiais particulados que possuam um tamanho e peso que permitam que os mesmos sejam soprados pelo ar ejetado.

[0100] Os mecanismos de ampliação de deslocamento da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção podem ser dispostos de forma assimétrica em relação à linha que liga o eixo longitudinal do elemento piezoelétrico ao canal de descarga de gás, ou a válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção pode incluir apenas mecanismo de ampliação de deslocamento.

[0101] O corpo de válvula da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção pode ser acoplado a uma parte da extremidade dos membros de braço.

[0102] O eixo longitudinal do elemento piezoelétrico da válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção pode não ser alinhado à direção do movimento do corpo de válvula.

[0103] A presente invenção não se limita à modalidade descrita acima, e as configurações descritas acima podem ser modificadas conforme necessário, sem afastar-se do escopo da presente invenção.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0104] A válvula piezoelétrica de acordo com a presente invenção pode fornecer gás de forma estável, mesmo quando o gás é ejetado por um longo tempo, e possui uma elevada responsividade no momento da abertura da válvula, e, portanto, possui diversas aplicações. LISTA DE REFERÊNCIA DE SINAIS 10 válvula piezoelétrica 11 corpo principal de válvula 111 câmara de pressão de gás 112 canal de descarga de gás 113 corpo de válvula 114 elemento piezoelétrico 115 mecanismo de ampliação de deslocamento 116 dispositivo de condução 150 unidade geradora de sinal 151 circuito de condução de carga 152 circuito de condução de descarga 18a, 18b membros de braço 19a, 19b molas de lâmina 20 válvula piezoelétrica 21 corpo principal de válvula 211 câmara de pressão de gás 212 Canal de descarga de gás 22 corpo de válvula 23 elemento piezoelétrico 24 mecanismo de ampliação de deslocamento 30 acionador 40 válvula piezoelétrica 41 corpo principal de válvula 411 câmara de pressão de gás 42 corpo de tampa 421 Canal de descarga de gás 43 placa 55 dispositivo de condução 550 unidade geradora de sinal 551 circuito de condução de carga 552 circuito de condução de descarga 553 circuito de cálculo de comando de válvula 554 circuito de feedback 610 separador ótico de material particulado 640 calha inclinada 650a, 650b dispositivos de detecção ótica 651a, 651b câmeras CCD (uma unidade de imagem) 660 dispositivo de controle 670 dispositivo de ejeção de ar 671 bico de ejeção de ar 672 dispositivo de condução 673 dispositivo de fornecimento de ar comprimido

Claims

1. Válvula piezoelétrica possuindo uma câmara de pressão de gás configurada para receber um gás comprimido fornecido a partir do exterior e um canal de descarga de gás através do qual o gás comprimido é configurado para ser descarregado da câmara de pressão do gás, caracterizada pelo fato de que compreende: um corpo de válvula, disposto na câmara de pressão de gás, configurado para abrir e fechar o canal de descarga de gás; um elemento piezoelétrico configurado para produzir uma força motriz necessária para mover, como um deslocamento, o corpo de válvula; um mecanismo de ampliação de deslocamento configurado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico, que atua sobre o corpo da válvula; e uma unidade de condução, possuindo uma unidade geradora de sinal configurada para gerar um sinal, incluindo um pré-pulso e um pulso principal, configurada para fornecer o sinal gerado pela unidade geradora de sinal para um circuito de condução como um sinal de entrada para aplicar uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico, para fazer o elemento piezoelétrico expandir e conduzir a abertura do corpo da válvula.

2. Válvula piezoelétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de condução é configurada para aplicar a tensão de condução no elemento piezoelétrico, com base no pré- pulso, no momento de abertura do corpo de válvula, e aplicar a tensão de condução no elemento piezoelétrico, com base no pulso principal, no momento de suprimir uma variação na quantidade de ejeção de gás do canal de descarga de gás, após o corpo de válvula ser aberto.

3. Separador ótico de material particulado, caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de transmissão configurada para transmitir um objeto a ser separado; uma unidade de detecção ótica configurada para detectar, em uma posição de detecção, o objeto a ser separado caindo de uma parte da extremidade da unidade de transmissão; e uma unidade de ejeção de ar, disposta abaixo da unidade de detecção ótica, e configurada para ejetar o ar para soprar para fora o objeto a ser separado com base no resultado da detecção pela unidade de detecção ótica, e, uma unidade de ejeção de ar incluindo a válvula piezoelétrica conforme definida na reivindicação 1 ou 2, e uma válvula piezoelétrica configurada para gerar o sinal, incluindo o pré-pulso e o pulso principal, pela unidade geradora de sinal da unidade de condução, para fazer o elemento piezoelétrico expandir, e conduzir a abertura do corpo da válvula, com base no resultado da detecção pela unidade de detecção ótica.

4. Método de condução de uma válvula piezoelétrica, caracterizado pelo fato de que a válvula piezoelétrica possui uma câmara de pressão de gás configurada para receber um gás comprimido fornecido a partir do exterior e um canal de descarga de gás através do qual o gás comprimido é configurado para ser descarregado da câmara de pressão de gás, e a válvula piezoelétrica compreendendo: um corpo de válvula, disposto na câmara de pressão de gás, e configurado para abrir e fechar o canal de descarga de gás; um elemento piezoelétrico configurado para produzir uma força motriz necessária para mover, como um deslocamento, o corpo de válvula; um mecanismo de ampliação de deslocamento configurado para ampliar o deslocamento do elemento piezoelétrico, que atua sobre o corpo da válvula; e uma unidade de condução configurada para causar um deslocamento de expansão ou compressão do elemento piezoelétrico para conduzir a abertura ou o fechamento do corpo de válvula, e, uma unidade de condução possuindo uma unidade geradora de sinal, configurada para gerar um sinal incluindo um pré-pulso e um pulso principal, e configurada para aplicar uma tensão de condução ao elemento piezoelétrico com base no sinal gerado pela unidade geradora de sinal, e para fazer o elemento piezoelétrico expandir e conduzir a abertura do corpo de válvula.

5. Método de condução de uma válvula piezoelétrica, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de condução é configurada para aplicar uma tensão ao elemento piezoelétrico, com base no pré-pulso para abrir o corpo de válvula, e aplicar uma tensão ao elemento piezoelétrico, com base no pulso principal, para suprimir uma variação da quantidade de gás ejetado do canal de descarga de gás, após o corpo de válvula ser aberto.