CN110226283B - 压电执行元件、异常检测电路、以及压电式阀门系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不需要更换异常检测电路的保险丝电阻且部件成本低，能够在装置的运转中只检测出不正常动作的压电元件的压电执行元件。压电执行元件具备：压电元件；电源，其向上述压电元件施加电压；驱动电路，其通过脉冲状的充电信号和放电信号，从上述电源向上述压电元件施加电压并充电，并且将所充电的电荷放电来驱动上述压电元件；异常检测电路，其检测上述压电元件的绝缘不良所造成的异常；以及控制部，其根据异常检测信号，判定上述压电元件是否正常。上述异常检测电路输出检测出与在充电时从电流开始流过上述压电元件到不再流过电流为止的期间相对应的时间的异常检测信号，在该时间为设定时间以上时，判定为上述压电元件异常。

Description

压电执行元件、异常检测电路、以及压电式阀门系统
技术领域
本发明涉及利用压电元件的变位进行预定的驱动动作的压电执行元件、异常检测电路、以及压电式阀门系统。
背景技术
通过向压电元件施加电压而产生与施加电压对应的伸缩变位的压电执行元件具有能量效率高、能够高速响应、适合于小型化、薄型化等优点，因此被应用为各种领域的驱动装置。
例如，作为能够高速响应的阀门，已知使用压电执行元件作为驱动机构的压电式阀门，提出了在光学式粒状物挑选机中使用这样的压电式阀门(例如专利文献1)。
另一方面，在这样的压电执行元件中，如果压电元件产生异常而无法进行正常的伸缩动作，则压电执行元件无法进行正常的动作，另外由于造成为了驱动压电元件而施加高电压的电源电路、驱动电路的损伤，因此希望迅速地检测压电元件的异常。
因此，以前在压电阀门所使用的压电执行元件中，设置有异常检测电路。例如如图8所示，压电执行元件具备：驱动电路402，其从电源(未图示)向作为电容性元件的压电元件401施加高电压而充电，并且对所充电的电荷进行放电来驱动压电元件401，在压电元件401发生了绝缘不良等异常的情况下，切断设置在供电线路中的保险丝电阻403，异常检测电路404对其检测并向控制部输出异常检测信号。
另外，在专利文献2～5中，记载了检测包含压电元件的驱动电路的异常的技术。
另一方面，作为能够事先检测出因压电执行元件所使用的压电元件的绝缘特性的劣化所造成的异常的技术，本发明的申请人率先提出了以下的技术：具备：异常检测电路，其与压电元件的接地侧的端子连接；以及开关，其在压电执行元件的动作时，将压电元件的接地侧端子与动作侧线路连接，在异常检测电路的异常检测时，设为上述压电元件的接地侧端子不与上述动作侧线路连接的状态，异常检测电路具备：与压电元件的接地侧的端子连接的接地的线路；电阻器，其设置在线路的中途，相对于上述压电元件串联连接；以及异常判定部，其检测基于电阻器的电压，根据该电压值进行异常判定(日本特愿2015-185455(日本特开2017-60356号公报))。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-316835号公报
专利文献2：日本特开2002-10658号公报
专利文献3：日本特开平1-202177号公报
专利文献4：日本特开2002-134804号公报
专利文献5：日本特开2002-246667号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在使用了保险丝电阻的异常检测电路的情况下，需要在显示警报的时刻停止使用了阀门的装置，进行保险丝电阻更换或基板更换。另外，在切断保险丝电阻之前，不知道是压电元件的绝缘电阻降低、还是动作不良。
另外，上述专利文献2～5是在应用了压电执行元件的装置运转时，检测包含压电元件的驱动电路的断线、短路等异常的技术，而不是检测压电元件自身的异常的技术，并且电路结构也复杂。
另外，在使用了在先申请的异常判定部的异常检测电路的情况下，能够测定压电元件的绝缘特性的劣化，但在测定过程中必须停止装置，从而无法进行连续测定，因此在装置的运转中，即使压电元件、基板损坏，也无法检测出它。因此，还需要运转中的异常检测电路，使部件成本变高。另外，压电元件在很多情况下即使绝缘电阻低也正常动作，但这样的元件也被判定为异常。
因此，本发明的课题在于，提供不需要更换异常检测电路的保险丝电阻，并且部件成本低，能够在装置的运转中只检测出不正常动作的压电元件的压电执行元件、其使用的异常检测电路、以及使用它的压电式阀门系统。
解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的一个实施方式的压电执行元件具备：压电元件，其通过施加电压而产生预定的变位；电源，其向上述压电元件施加电压；驱动电路，其通过脉冲状的充电信号和放电信号，从上述电源向上述压电元件施加电压而对上述压电元件进行充电，并且将充电到上述压电元件的电荷放电来驱动上述压电元件；异常检测电路，其检测上述压电元件的绝缘不良所造成的异常；控制部，其向上述驱动电路发送上述充电信号和放电信号，并且根据来自上述异常检测电路的异常检测信号，判定上述压电元件是否正常，该压电执行元件通过使上述压电元件变位而使对象物进行预定的动作，其特征在于，上述异常检测电路输出异常检测信号，该异常检测信号用于检测与从充电时电流开始流过上述压电元件到电流不再流过为止的期间相对应的时间，在该时间为设定时间以上时，判定为上述压电元件异常。此外，对于上述压电元件的变位也可以使用变位放大机构来放大上述变位。
本发明的一个实施方式的异常检测电路在压电执行元件中检测压电元件的绝缘不良所造成的异常，该压电执行元件具备：上述压电元件，其通过被施加电压而产生预定的变位；电源，其向上述压电元件施加电压；驱动电路，其通过脉冲状的充电信号和放电信号，从上述电源向上述压电元件施加电压而对上述压电元件进行充电，并且将充电到上述压电元件的电荷进行放电来驱动上述压电元件；以及控制部，其向上述驱动电路发送上述充电信号和放电信号，该异常检测电路的特征在于，上述异常检测电路输出异常检测信号，该异常检测信号用于检测与从充电时电流开始流过上述压电元件到电流不再流过为止的期间相对应的时间，在该时间为设定时间以上时，判定为上述压电元件异常。
也可以是，在上述2个实施方式中，上述异常检测电路具备：设置在从上述电源到上述压电元件的供电线路中的电阻；以及开关元件，其在充电时电流流过上述压电元件时，输出根据其电压降而供给的电流作为异常检测信号，在流过上述异常检测信号的时间为上述设定时间以上时，判定为上述压电元件异常。
优选上述开关元件是晶体管。另外，也可以在上述异常检测电路中设置用于调整上述设定时间的RC电路。可以在该情况下，上述异常检测电路具备：作为开关元件的2个晶体管；2个RC电路，其分别与上述2个晶体管对应，将上述设定时间设定为80μsec。另外，优先使用FPGA作为上述异常检测电路。
也可以在上述第一实施方式中，还具备：警报产生装置，其在上述控制部根据来自上述异常检测电路的异常检测信号，判定为上述压电元件异常的情况下，根据来自上述控制部的指令，产生警报。
本发明的一个实施方式的压电式阀门系统用于通过光学检测单元挑选粒状物并通过吹风将所挑选的粒状物吹起的光学式粒状物挑选机，其特征在于，该压电式阀门系统具备：多个压电式阀门，其通过使压电元件产生预定的变位而进行吹风排出路径的开闭；电源，其向上述压电元件施加电压；驱动电路，其对于上述多个压电式阀门的上述压电元件，通过脉冲状的充电信号和放电信号，从上述电源选择性地向上述压电元件施加电压来对上述压电元件进行充电，并且将充电到上述压电元件的电荷进行放电来驱动上述压电元件；上述第二实施方式的异常检测电路，其检测上述压电元件的绝缘不良所造成的异常；控制部，其向上述驱动电路发送与上述各压电式阀门的上述压电元件对应的上述充电信号和放电信号，并且根据来自上述异常检测电路的异常检测信号，判定上述压电元件是否正常。根据本发明的上述实施方式，在从驱动电路向压电元件提供脉冲状的充电信号和放电信号来驱动压电元件时，通过异常检测电路，利用绝缘电阻降低的压电元件的电流值变高的情况，检测即使从根据充电信号电流开始流过压电元件后经过了一定时间也不放电而保持充电状态不变地持续流过电流的状态，由于判定为异常，因此在装置的运转中，能够迅速地只检测出由于绝缘电阻变低而流过较多电流却没有向两端施加预期的电压从而不正常动作的压电元件。另外，由于能够不使用保险丝电阻来检测异常，因此不需要更换保险丝电阻，并且能够迅速地确定异常的原因。进而，本发明的异常检测电路由于具有与现有的使用了保险丝的异常检测电路类似的结构，不需要设置附加的电路，因此晶体管、继电器等部件个数少即可，能够将部件成本抑制得低。
发明效果
根据本发明，能够提供不需要更换异常检测电路的保险丝电阻，并且部件成本低，能够在装置的运转中只检测出不正常动作的压电元件的压电执行元件、其使用的异常检测电路、以及使用它的压电式阀门系统。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的压电执行元件的概要图。
图2是表示充电信号和放电信号的图。
图3是表示在输入了双重预脉冲信号时压电元件正常动作的合格品的情况下的输入信号、施加到压电元件的电压、电流、异常检测信号(判定)的一个例子的图。
图4是表示在输入了双重预脉冲信号时压电元件不正常动作的不合格品的情况下的输入信号、施加到压电元件的电压、电流、异常检测信号(判定)的一个例子的图。
图5是表示对异常检测信号进行了最优化后的更优选的异常检测电路的结构的图。
图6是表示具有作为压电执行元件的应用例子的阀门系统的光学式粒状物挑选机的侧截面图。
图7是表示应用于图6的阀门系统的压电式阀门的构造例子的概要图。
图8是表示压电式阀门所使用的现有的压电执行元件的图。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的实施方式。
<压电执行元件>
图1是表示本发明的一个实施方式的压电执行元件的概要图。本实施方式的压电执行元件100应用于光学式粒状物挑选机所使用的阀门系统，该光学式粒状物挑选机通过光学检测单元挑选粒状物，通过吹风而将挑选出的粒状物吹走。
压电执行元件100具备通过被施加电压而进行伸缩变位的多个压电元件10(只图示了一个)、向压电元件10施加高电压的电源20、进行压电元件10的充放电而驱动压电元件的驱动电路30、检测压电元件10等的异常的异常检测电路40、控制驱动电路30并且在输入了异常检测电路40的异常检测信号时进行异常判定的控制部(CPU)50。控制部50与警报产生装置60连接。
压电元件10通过施加电压而产生预定的变位，可以适合地使用夹着电极重叠多个板状的压电体并通过电压的施加而产生伸缩变位的层叠型的压电元件。构成压电体的材料是绝缘体(电介质)，例如可以使用锆钛酸铅(Pb(Zr、Ti)O3：PZT)。另外，也可以通过变位放大机构放大压电元件10的变位。
如后述那样，各压电元件10用于驱动压电式阀门的阀体，4个压电元件10形成一个单元，具有多个该单元。在应用于光学式粒状物挑选机所使用的压电式阀门系统的情况下，例如配置17个由4个压电元件10构成的单元。由4个压电元件10构成的单元和与它们对应的阀体等被收容在一个外壳中而构成一个阀门单元。此外，图中11是测量向压电元件10施加的电压的电压计，12是测量流过压电元件10的电流的电流计。
电源20是产生压电元件10的驱动所需要的高电压的电路，在应用于光学式粒状物挑选机所使用的压电式阀门系统的情况下，例如使用DC72V。
驱动电路30从控制部50向线路30a输入充电信号，向线路30b输入放电信号，根据这些充电信号和放电信号进行压电元件10的充放电，使压电元件10进行伸缩驱动。具体地说，驱动电路30具备由电场效应晶体管(FET)构成的第一开关元件31和第二开关元件32，第一开关元件31根据充电信号而接通，并通过来自电源20的高电压而对压电元件10进行充电，第二开关元件32根据放电信号而接通，使向压电元件10充电的电荷放电。
如图2所示，提供充电信号和放电信号来作为脉冲信号，脉冲的顶部T为充电信号，脉冲的底部B为放电信号。在压电执行元件100用于光学式粒状物挑选机所使用的阀门系统的情况下，充电信号和放电信号由双重预脉冲和主脉冲构成。双重预脉冲通过基于第一段的预脉冲的向压电元件10施加电压来打开阀体，与喷气压力变动的时刻一致地，通过第二段的预脉冲施加电压，然后，通过输入主脉冲而进行电压施加。双重预脉冲是用于抑制开阀后的阀体的脉动而消除吹风量(喷气量)的变动的信号。
此外，也可以代替FET而使用继电器等作为开关元件31、32。
异常检测电路40检测在电路上产生与压电执行元件100的正常电流行为相反的信号而不正常动作的情况，并且具备设置在从电源20到第一开关元件31的向压电元件10的供电线路中的电阻41、作为开关元件的晶体管42。代替以前设置的保险丝电阻，而设置电阻41。
在对压电元件10进行充电时，从电源20向压电元件10流过电流，由于电阻41而产生电压降。根据该电压降和电路的设定条件，晶体管42接通。在压电元件10正常动作的情况下，在对压电元件10充电后，如果切换到放电，则不向电阻41流过电流，因此在与流过电流的期间对应的时间中，晶体管42关断。
另一方面，在压电元件10由于绝缘不良而不正常动作的情况下，充电时的压电元件10的电流值变高，即使从开始流过电流后经过了一定时间，也不放电，成为在充电状态下持续流过电流的状态，电流流过电阻41的下游的A地点的状态比正常状态持续得更长，与该期间对应的晶体管42的接通状态的时间(电流连续地流过晶体管42的时间)持续得长。异常检测电路40输出来自该晶体管42的信号作为异常检测信号，在该异常检测信号下的晶体管42的接通状态的时间比预先设定的设定时间长的情况下，判定为压电元件10异常。
异常检测电路40对电路的常数进行优化，使得异常检测信号的设定时间成为合理的值。
此外，虽然使用晶体管42作为开关元件，但也可以代替晶体管而使用继电器等。
控制部50向驱动电路30发送充电信号和放电信号，控制压电元件10的驱动。另外，在输入了异常检测电路40的异常检测信号时，如果晶体管42的接通的时间比设定时间短，则控制部50判定为压电元件10正常动作，如果为设定时间以上，则判定为压电元件10异常。并且，在判定为异常的情况下，向警报产生装置60发送警报产生指令。除此以外，在即使输入了充电信号而也没有出现晶体管42与异常检测信号的接通状态时，控制部50判定为电缆未连接、断线。
在图3和图4中，示出了在输入了双重预脉冲信号时压电元件10正常动作的合格品的情况和不正常动作的不合格品的情况下的判定结果的一个例子。在图3和图4中，示出了输入信号(双重预脉冲控制信号)、施加到压电元件的电压(图1的电压计11的值)、双重预脉冲电流(图1的电流计12的值)、异常检测信号(判定)、气压。此外，对于异常检测信号而言，Low(低)表示流过电流的状态、即晶体管42接通的状态。
在压电元件10是合格品的情况下，如图3所示，与输入信号对应地，在充电时向压电元件10施加DC75V的电压，与之对应地，流过双重预脉冲电流，对于异常检测信号而言，通过充电信号晶体管42成为接通状态并从高变为低，但晶体管42接通而流过电流的低期间是短期间。
另一方面，在压电元件10是不合格品的情况下，压电元件10的绝缘电阻变低，由此如图4所示，施加到压电元件10的两端的电压比合格品的情况低，电流比合格品的情况高，即使从电流开始流过压电元件10后经过一定时间，也不放电，而在充电状态下流过电流，异常检测信号的低期间变长。因此，对异常检测信号的低期间设置预定的设定值，如果低期间比该设定值更长，则能够判定为压电元件10是不正常动作的不合格品。可以通过向图1所示的异常检测电路40的基本结构组入RC电路并调整其常数、调整晶体管的个数等，来对该设定值进行最优化。
以下，更具体地说明对异常检测信号进行了最优化的更优选的异常检测电路。图5是表示这样的更优选的异常检测电路的结构的图。
图5的异常检测电路40’用于将压电执行元件应用于光学式粒状物挑选机的阀门系统中，并在提供了上述的双重预脉冲信号时，检测压电元件10的异常，且具备并联设置在从电源20到第一开关元件31的线路中的电阻41a、41b、作为开关元件的第一晶体管42a和第二晶体管42b，进而在第一晶体管42a的输入侧设置有由电阻43和电容器44构成的第一RC电路45，在第二晶体管42b的输入侧设置有由电阻46和电容器47构成的第二RC电路48。作为异常检测电路40’，使用高速且高精度的FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)。
在压电执行元件通过充电信号和放电信号进行动作时，如果从电源20施加72V的电压而流过电流，则由于作为并联电阻的电阻41a、41b而产生电压降。这些电阻是30.9Ω，这时的电压降理论上在输入预脉冲时是约5.5V，在输入双重预脉冲时是约2V。
由于产生这样的电压降，第一晶体管42a和第二晶体管42b接通，根据下述条件，检测压电元件10的异常。
第一RC电路45的RC参数(电阻43和电容器44的值)：R＝4.7kΩ、C＝0.1μF
第二RC电路48的RC参数(电阻46和电容器47的值)：R＝330Ω、C＝0.01μF
异常检测条件：在电流流过A地点后(从向压电元件10充电电荷时起)约80μsec以上，连续流过电流时(即上述设定值为80μsec时)
根据上述第一RC电路45和第二RC电路48中的RC电路常数，决定该80μsec这样的值。
对于80μsec这样的值的妥当性，相对于双重预脉冲的接通/关断的脉冲宽度(固定值)，是适合于通过FPGA检测压电元件10的异常状态的长度，同时是在防止因噪声造成的错误检测的基础上进行试错而得的结果的值。
在本例子的异常检测电路40’中，在第一晶体管42a和第二晶体管42b接通而连续地流过电流的时间(图3的异常检测信号为低的时间)为设定值80μsec以上时，通过控制部50判定为压电元件10异常，发出警报指令。但是，不检测不满80μsec的电流变化，并看作为噪声。另一方面，在连续80μsec以上地没有流过电流时，控制部50判定为压电元件10正常，不发出警报指令。在该情况下，也不检测不满80μsec的电流变化，并看作为噪声。
另外，控制部50并不限于以上情况，在图3的双重预脉冲控制信号与异常检测信号的关系为正常值(合格品)以外的情况下，判定为异常。例如，在即使提供充电信号，异常检测信号也不成为低的情况下，控制部50判定为未连接或断线。
根据这样构成的压电执行元件100，在经由驱动电路30向压电元件10提供由双重预脉冲信号那样的脉冲信号构成的充电信号和放电信号来驱动压电元件10时，通过异常检测电路40或40’，利用绝缘电阻降低的压电元件的电流值变高的情况，对即使在通过充电信号使电流开始流过压电元件10后经过一定时间仍不放电而保持充电状态不变并持续流过电流的状态进行检测，并判定为异常。由此，能够迅速地只检测出由于绝缘电阻变低从而流过较多电流而没有对两端施加预定的电压的不正常动作的压电元件(阀门)。
在在先申请(日本特愿2015-185455(特开2017-60356号公报))中，能够测定压电元件的绝缘特性的劣化，但即使绝缘电阻低，也有正常动作的压电元件，也会将这样的元件判定为异常。这样的元件将来不正常动作的可能性高，但也有时通过干燥空气而复原。在本实施方式中，能够正确地只将不正常动作的压电元件判定为异常。
另外，在先申请需要在停止装置的状态下判定压电元件的异常，但在本实施方式中，能够一边使装置运转一边连续地检测压电元件的异常。因此，在装置运转中压电元件发生动作不良的情况下，能够马上检测到并发出警报。
进而，由于不使用保险丝电阻，因此不需要更换保险丝电阻，并且能够迅速地确定异常的原因。
进而，异常检测电路40、40’是仅不使用保险丝而与现有的异常检测电路类似的结构，并且不需要如在先申请那样另外附加地设置电路，因此晶体管、继电器等的部件个数少即可，能够将部件成本抑制得低。
<光学式粒状物挑选机>
接着，作为上述压电执行元件的应用例子，说明具备组装了压电执行元件的压电式阀门系统的光学式粒状物挑选机。图6是简化地表示粒状物挑选机200的内部构造的主要部分侧截面图。
粒状物挑选机200在上部具备由罐202和振动给料器203构成的粒状物供给部。在粒状物供给部的下方配置具有预定宽度的倾斜状滑槽204。
从粒状物供给部供给的粒状物在连续地自然流下倾斜状滑槽204后，从其下端部沿着预定落下轨迹释放到空中。
在预定的落下轨迹E的前后，在沿着落下轨迹E的检测位置O，相对地配设摄像粒状物的至少一对光学检测装置205a、205b。各光学检测装置205a、205b分别由内置CCD行传感器的CCD照相机等摄像单元251a、251b、由荧光灯等构成的照明单元252a、252b、以及背景253a、253b构成。
另外，在上述检测位置的下方，配设通过空气的吹风而除去不合格品等的吹风装置207。吹风装置207具备具有多个喷嘴孔的吹风喷嘴271、向该吹风喷嘴271输送压缩空气的压缩空气供给装置272、用于切换喷出吹风的喷嘴孔的压电式阀门系统273。
压电式阀门系统273具备具有压电元件的多个压电式阀门274、向压电元件施加高电压的电源275、用于进行压电元件的充放电来驱动压电元件并进行压电式阀门274的开闭驱动的驱动电路276、对压电元件、驱动电路276的异常进行检测的异常检测电路277、控制驱动电路276并且在输入了异常检测电路277的异常检测信号时进行异常判定的控制部278。控制部278与警报产生装置279连接。驱动电路276和异常检测电路277可以与压电执行元件100的驱动电路30和异常检测电路40或40’同样地构成。
压电式阀门274如图7中的(a)的闭阀时的侧面图和(b)的正面图所示那样，具备：阀门本体301，其具有从压缩空气供给装置272接受压缩空气的供给的压力室311和向外部喷出压力室311内的气体的气体排出路径312；阀体302，其对配置在压力室311内的排出路径312进行开闭；压电元件303，其配置在阀门本体301内，一端被固定在该阀门本体301；以及变位放大机构304，其配置在气体压力室311内，放大压电元件303的变位并作用于阀体302。压电元件303通过从上述驱动电路276提供的充电信号，利用来自电源275的高电压对压电元件303进行充电，通过从驱动电路276提供的放电信号，使充电到压电元件303的电荷放电。由此，压电元件303被伸缩驱动，阀体302被开闭驱动。另外，通过使阀体302与突出地形成在气体排出路径312的压力室311侧的阀座305远离或接触，来进行该阀门的开闭。
变位放大机构304具备相对于将压电元件303的长度方向轴线与排出路径312连接起来的线(以下称为“中心线”)对称的第一部分304a和第二部分304b。
变位放大机构304的第一部分304a由第一铰链306a、第二铰链307a、第一支架构件308a、第一板簧309a构成。第一铰链306a的一端与阀门本体301接合。第二铰链307a的一端与安装在压电元件303的盖构件331接合。第一铰链306a和第二铰链307a的各另一端与第一支架构件308a的基部接合。第一支架构件308a朝向阀体302的方向向从中心线离开的方向延伸，其前端部分与第一板簧309a的一端接合。第一板簧309a的另一端与阀体302的一方侧接合。
另一方面，变位放大机构304的第二部分304b由第三铰链306b、第四铰链307b、第二支架构件308b、第二板簧309b构成。第三铰链306b的一端与阀门本体301接合。第四铰链307b的一端与安装在压电元件303的盖构件331接合。第三铰链306b和第四铰链307b的各另一端与第二支架构件308b的基部接合。第二支架构件308b朝向阀体302的方向向从中心线离开的方向延伸，其前端部分与第二板簧309b的一端接合。第二板簧309b的另一端与阀体302的另一方侧接合。
这样的结构的4个压电式阀门274被容纳在一个外壳中而构成一个阀门单元，压电式阀门系统273具有多个、例如17个这样的阀门单元。
此外，在图中，281是不合格品排出口，282是合格品排出口。
接着，说明这样构成的粒状物挑选机200的动作。
从粒状物供给部供给的粒状物在沿宽度方向变宽地连续自然留下倾斜状滑槽204后，从其下端沿着预定的落下轨迹释放到空中。然后，被释放的粒状物在粒状物检测位置O处，被各光学检测装置205a、205b的摄像单元251a、251b摄像，该摄像数据被发送到吹风装置207的压电式阀门系统273的控制部278。控制部278根据摄像数据，确定不合格品等的应该除去的粒状物，并且取得与该粒状物的大小等有关的信息，将不合格品等的排除信号发送到驱动电路276。
驱动电路276根据控制部278的指令，基于发送来的排除信号，选择性地驱动压电式阀门系统273的多个压电式阀门274，向通过与倾斜状滑槽204的宽度方向平行地呈直线状延伸的粒状物排除位置E的不合格品等，从与该宽度方向的各位置对应地设置的吹风喷嘴271的各喷嘴孔吹送空气。
然后，将被来自吹风喷嘴271的各喷嘴孔的吹风吹起的不合格品等从不合格品排出口281排出到机外。另外，从合格品排出口282，回收没有被吹风吹起而直接沿着预定的落下轨迹通过的合格品等。
这时，在压电式阀门274中，如果在图7中的(a)的闭状态下，通过来自驱动电路276的充电信号，向压电元件303施加来自电源275的电压而充电，则压电元件303向图上的右方向伸长。伴随着该伸长，在变位放大机构304的第一部分304a，第二铰链307a作为作用点进行作用，第一铰链306a作为支点进行作用，第一支架构件308a的前端部作为作用点进行作用，在第一支架构件308a的前端部，由于杠杆的原理，放大显现压电元件303的变位量。同样地，在第二部分304b，第四铰链307b作为作用点进行作用，第三铰链306b作为支点进行作用，第二支架构件308b的前端部作为作用点进行作用，在第二支架构件308b的前端部，放大显现压电元件303的变位量。
然后，在使第一支架构件308a和第二支架构件308b的各前端部远离的方向上放大地显现的变位经由第一板簧309a和第二板簧308b，使阀体302与阀座305远离足够的距离，在两者间产生大的间隙。由此，压电式阀门274开阀，足够量的空气从压力室311通过排出路径312导入到吹风喷嘴271的喷嘴孔，并从喷嘴孔吹风。
另一方面，如果从驱动电路276发送了放电信号，则压电式阀门274放电，从伸长的状态收缩，阀体302与阀座305接触。这时，在压电式阀门274上，第一板簧309a和第二板簧309b的作为弹簧的回复力也作用于的阀体302，因此阀体302能够切实地与阀座305接触。
这样，在具备多个压电式阀门274的压电式阀门系统273中，向多个压电式阀门274的压电元件303提供脉冲状的充电信号和放电信号，压电式阀门274进行开闭。例如，在经由驱动电路276向压电元件提供了双重预脉冲控制信号时，在压电式阀门系统273中任意一个压电式阀门274的压电元件303的绝缘性降低的情况下，通过异常检测电路277对从通过充电信号使电流开始流过压电元件后经过一定时间也不放电而保持充电状态不变并持续流过电流的状态进行检测，并判定为异常。
由此，能够迅速地只检测出与由于绝缘电阻变低从而流过较多电流却没有向两端施加预定的电压的不正常动作的压电元件所对应的压电式阀门274。另外，异常检测电路277能够在光学式粒状物挑选机的运转中连续地检测压电元件的异常，在运转中压电元件产生了动作不良的情况下，能够马上检测到并发出警报。
进而，由于不使用保险丝电阻，因此不需要更换保险丝电阻，另外能够迅速地确定异常的原因。进而，异常检测电路277具有只是不使用保险丝而与现有的异常检测电路类似的结构，并且不需要附加的电路，因此晶体管、继电器等的部件个数少即可，能够将部件成本抑制得低。
<其他应用>
以上说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，作为本发明的压电执行元件的应用例子，列举了光学式粒状物挑选机的压电式阀门系统，但并不限于此，只要使用压电元件作为驱动机构，就能够应用。另外，并不限于具备多个压电元件的情况，也可以是只具备一个压电元件的压电执行元件。
另外，对于变位放大机构，也并不限于图7所示的构造，可以使用组合了各种铰链和支架的各种类型的变位放大机构。
附图标记说明
10：压电元件；20：电源；30：驱动电路；31、32：开关元件；40：异常检测电路；41、41a、41b：电阻；42、42a、42b：晶体管；45、48：RC电路；50：控制部；60：警报产生装置；100：压电执行元件；200：光学式粒状物挑选机；205a、205b：光学检测装置；207：吹风装置；271：吹风喷嘴；272：压缩空气供给装置；273：压电式阀门系统；274：压电式阀门；275：电源；276：驱动电路；277：异常检测电路；278：控制部；301：阀门本体；302：阀体；303：压电元件；304：变位放大机构；305：阀座。

Claims (14)

1.一种压电执行元件，具备：
压电元件，其通过施加电压而产生预定的变位；
电源，其向上述压电元件施加电压；
驱动电路，其通过脉冲状的充电信号和放电信号，从上述电源向上述压电元件施加电压而对上述压电元件进行充电，并且将充电到上述压电元件的电荷进行放电来驱动上述压电元件；
异常检测电路，其检测上述压电元件的绝缘不良所造成的异常；以及
控制部，其向上述驱动电路发送上述充电信号和放电信号，并且根据来自上述异常检测电路的异常检测信号，判定上述压电元件是否正常，
该压电执行元件通过使上述压电元件变位而使对象物进行预定的动作，其特征在于，
上述异常检测电路具备：设置在从上述电源到上述压电元件的供电线路中的电阻；开关元件，其在充电时电流流过上述压电元件时，输出根据其电压降而供给的电流作为异常检测信号，上述异常检测电路输出异常检测信号，该异常检测信号用于检测与从充电时电流开始流过上述压电元件到电流不再流过为止的期间相对应的时间，在流过上述异常检测信号的时间为设定时间以上时，判定为上述压电元件异常。
2.根据权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，
上述开关元件是晶体管。
3.根据权利要求2所述的压电执行元件，其特征在于，
上述异常检测电路具备用于调整上述设定时间的RC电路。
4.根据权利要求3所述的压电执行元件，其特征在于，
上述异常检测电路具备：作为开关元件的2个晶体管；2个RC电路，其分别与上述2个晶体管对应，
将上述设定时间设定为80μsec。
5.根据权利要求2～4的任意一项所述的压电执行元件，其特征在于，
使用FPGA作为上述异常检测电路。
6.根据权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，
该压电执行元件还具备：警报产生装置，其在上述控制部根据来自上述异常检测电路的异常检测信号，判定为上述压电元件异常的情况下，根据来自上述控制部的指令，产生警报。
7.根据权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，
上述压电执行元件具备多个上述压电元件，各个上述压电元件被用于光学式粒状物挑选机所使用的多个阀门的各自的开闭。
8.根据权利要求1所述的压电执行元件，其特征在于，
该压电执行元件还具备：变位放大机构，其放大上述压电元件的变位。
9.一种异常检测电路，其在压电执行元件中检测压电元件的绝缘不良所造成的异常，该压电执行元件具备：上述压电元件，其通过施加电压而产生预定的变位；电源，其向上述压电元件施加电压；驱动电路，其通过脉冲状的充电信号和放电信号，从上述电源向上述压电元件施加电压而对上述压电元件进行充电，并且将充电到上述压电元件的电荷进行放电来驱动上述压电元件；以及控制部，其向上述驱动电路发送上述充电信号和放电信号，该异常检测电路的特征在于，
上述异常检测电路具备：设置在从上述电源到上述压电元件的供电线路中的电阻；开关元件，其在充电时电流流过上述压电元件时，输出根据其电压降而供给的电流作为异常检测信号，上述异常检测电路输出异常检测信号，该异常检测信号用于检测与从充电时电流开始流过上述压电元件到电流不再流过为止的期间相对应的时间，在流过上述异常检测信号的时间为设定时间以上时，判定为上述压电元件异常。
10.根据权利要求9所述的异常检测电路，其特征在于，
上述开关元件是晶体管。
11.根据权利要求10所述的异常检测电路，其特征在于，
该异常检测电路具备用于调整上述设定时间的RC电路。
12.根据权利要求11所述的异常检测电路，其特征在于，
该异常检测电路具备：作为开关元件的2个晶体管；2个RC电路，其分别与上述2个晶体管对应，
将上述设定时间设定为80μsec。
13.根据权利要求10～12中的任意一项所述的异常检测电路，其特征在于，使用FPGA作为上述异常检测电路。
14.一种压电式阀门系统，其用于通过光学检测单元挑选粒状物并通过吹风将所挑选的粒状物吹起的光学式粒状物挑选机，其特征在于，该压电式阀门系统具备：
多个压电式阀门，其通过使压电元件产生预定的变位而进行吹风排出路径的开闭；
电源，其向上述压电元件施加电压；
驱动电路，其对于上述多个压电式阀门的上述压电元件，通过脉冲状的充电信号和放电信号，从上述电源选择性地向上述压电元件施加电压来对上述压电元件进行充电，并且将充电到上述压电元件的电荷进行放电来驱动上述压电元件；
权利要求9～13中的任意一项所述的异常检测电路，其检测上述压电元件的绝缘不良所造成的异常；以及
控制部，其向上述驱动电路发送与上述各压电式阀门的上述压电元件对应的上述充电信号和放电信号，并且根据来自上述异常检测电路的异常检测信号，判定上述压电元件是否正常。
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