JP2011241961A - 圧電式バルブ及び該圧電式バルブを利用する光学式粒状物選別機 - Google Patents
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Abstract
【課題】気体噴出時間が長くなる場合でも、気体を安定して供給することができる圧電式バルブを提供する。
【解決手段】外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室及び該気体圧力室から前記圧縮気体を排出する気体排出路が形成されるバルブ本体と、前記気体圧力室に配置され前記気体排出路を開閉する弁体と、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子と、前記圧電素子の変位を拡大し前記弁体に作用させる少なくとも一つの変位拡大機構と、前記圧電素子に電圧を印加して前記弁体を開弁動作させ前記気体排出路を開放する駆動手段と、を備えてなる圧電式バルブにおいて、前記駆動手段は、開弁時における前記気体排出路からの気体噴出量の変動を抑止するよう前記圧電素子に対し多段階に電圧を印加することを特徴とする。
【選択図】図３
【解決手段】外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室及び該気体圧力室から前記圧縮気体を排出する気体排出路が形成されるバルブ本体と、前記気体圧力室に配置され前記気体排出路を開閉する弁体と、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子と、前記圧電素子の変位を拡大し前記弁体に作用させる少なくとも一つの変位拡大機構と、前記圧電素子に電圧を印加して前記弁体を開弁動作させ前記気体排出路を開放する駆動手段と、を備えてなる圧電式バルブにおいて、前記駆動手段は、開弁時における前記気体排出路からの気体噴出量の変動を抑止するよう前記圧電素子に対し多段階に電圧を印加することを特徴とする。
【選択図】図３
Description
本発明は、圧電素子の変位を利用してバルブの開閉を行う圧電式バルブ、及び前記圧電式バルブを利用して噴風により粒状物の不良品等を吹き飛ばし選別を行う光学式粒状物選別機に関する。
従来、穀粒や樹脂ペレット等の粒状物を噴風により吹き飛ばし良品と不良品に選別したり、粒状物に混入する異物等を噴風により除去したりする光学式粒状物選別機が知られている。
この種の粒状物選別機は、搬送路の端部から所定の軌跡に沿って落下する粒状物を不良品等の検出信号に基づいて噴風により吹き飛ばし除去することで、該粒状物の選別を行うものである。
この種の粒状物選別機は、搬送路の端部から所定の軌跡に沿って落下する粒状物を不良品等の検出信号に基づいて噴風により吹き飛ばし除去することで、該粒状物の選別を行うものである。
上記粒状物選別機は、連続的かつ大量に落下する粒状物の中から不良品等をエアの噴風により吹き飛ばすものであり、当該不良品等のみを他の粒状物を巻き込むことなく精度よく吹き飛ばすためには噴風ノズルに応答性のよいバルブを備えることが必要となる。
そこで、本件出願人は、先に圧電素子を利用してバルブの開閉を高速で行うことができる圧電式エアバルブを提案した（特許文献１参照。）。
そこで、本件出願人は、先に圧電素子を利用してバルブの開閉を高速で行うことができる圧電式エアバルブを提案した（特許文献１参照。）。
特許文献１に記載された圧電式エアバルブは、高速応答性能に優れる圧電素子の特性を利用するものであり、圧電素子の小さな変位をテコの原理に基づき拡大する変位拡大機構を備えるものである。
当該圧電式エアバルブは、圧電素子に電圧を印加すると、当該圧電素子の伸長方向への変位が前記変位拡大機構を介して弁体に伝わり、該弁体を速やかに移動させて開弁するものである。
また、当該圧電式エアバルブは、圧電素子への電圧印加を解除すると、圧電素子の原状復帰に伴い当該復帰力が前記変位拡大機構を介して弁体に伝わり、該弁体を速やかに弁座に当接させて閉弁するものである。
また、当該圧電式エアバルブは、圧電素子への電圧印加を解除すると、圧電素子の原状復帰に伴い当該復帰力が前記変位拡大機構を介して弁体に伝わり、該弁体を速やかに弁座に当接させて閉弁するものである。
上記圧電式エアバルブを備える光学式粒状物選別機は、従来の電磁バルブに比べてバルブ開閉時における応答性に優れることから、不良品等を精度よく吹き飛ばしかつ前後の良品等を巻き込んで吹き飛ばすおそれの少ないものである。
ところで、この種の粒状物選別機において、選別精度を向上させるため、粒状物の落下速度や大きさ等に対応してエアの噴風時間を変更することが行われている（特許文献２，３参照。）。
ところが、上記圧電式エアバルブを備える光学式粒状物選別機は、該圧電式エアバルブが変位拡大機構を介して弁体を移動させるものであるため、エアの噴風時間が長くなる場合、前記弁体が振動してノズルからの噴風量が変動し、安定した選別作用を得られなくなるおそれがある。
そこで、本発明は、気体の噴出時間が長くなる場合でも、該気体を安定して供給することができる圧電式バルブを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記圧電式バルブを利用することで、不良品等を確実に吹き飛ばすことができ、粒状物の安定した選別作用を得ることができる光学式粒状物選別機を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記圧電式バルブを利用することで、不良品等を確実に吹き飛ばすことができ、粒状物の安定した選別作用を得ることができる光学式粒状物選別機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室及び該気体圧力室から前記圧縮気体を排出する気体排出路が形成されるバルブ本体と、前記気体圧力室に配置され前記気体排出路を開閉する弁体と、前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子と、前記圧電素子の変位を拡大し前記弁体に作用させる少なくとも一つの変位拡大機構と、前記圧電素子に電圧を印加して前記弁体を開弁動作させ前記気体排出路を開放する駆動手段と、を備えてなる圧電式バルブにおいて、前記駆動手段は、開弁時における前記気体排出路からの気体噴出量の変動を抑止するよう前記圧電素子に対し多段階に電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明は、前記駆動手段が、前記弁体を開弁駆動する第一の電圧と、当該第一の電圧よりも高く開弁後の気体噴出量を維持する第二の電圧を、前記圧電素子に対し段階的に印加することが好ましい。
本発明は、前記駆動手段が、第一の電圧値とその印加時間及び第二の電圧値を予め記憶し設定することが好ましい。
本発明は、前記駆動手段が、閉弁後における前記気体排出路からの気体漏れを防止するよう前記圧電素子に印加する電圧を段階的に解除することが好ましい。
本発明は、前記駆動手段が、前記圧電素子に印加する電圧を解除した後、閉弁後における前記気体排出路からの気体漏れを防止するようパルス状の電圧を印加することが好ましい。
また、本発明は、被選別物を移送する移送手段と、該移送手段の端部から落下する被選別物を検出位置において検出する光学検出手段と、該光学検出手段のさらに下方に設けられ当該光学検出手段による検出結果に基づいて被選別物をエアの噴風により吹き飛ばす噴風手段とを備えてなる光学式粒状物選別機において、
前記噴風手段は、前記何れかの圧電式バルブを備え、前記光学検出手段による検出結果に基づいて前記圧電式バルブを駆動しエアを噴風することを特徴とするものである。
前記噴風手段は、前記何れかの圧電式バルブを備え、前記光学検出手段による検出結果に基づいて前記圧電式バルブを駆動しエアを噴風することを特徴とするものである。
本発明の圧電式バルブは、駆動手段が、開弁時における気体排出路からの気体噴出量の変動を抑止するよう圧電素子に対し多段階に電圧を印加するものであるので、気体噴出時間が長くなる場合であっても、気体を安定して供給することができる。
本発明の圧電式バルブは、駆動手段が、弁体を開弁駆動する第一の電圧と、第一の電圧よりも高く開弁後の気体噴出量を維持する第二の電圧を、圧電素子に対し段階的に印加するものとすれば、開弁に伴い発生する弁体の振動を、第二の電圧の印加によって抑止することができ、気体噴出時間が長くなる場合であっても、気体を安定して供給することができる。
本発明の圧電式バルブは、駆動手段が、第一の電圧値とその印加時間及び第二の電圧値を予め記憶し設定するものとすれば、開弁に伴い発生する弁体の振動を、第二の電圧の印加によって確実に抑止することができ、気体噴出時間が長くなる場合であっても、気体を安定して供給することができる。
本発明の圧電式バルブは、駆動手段が、閉弁後における気体排出路からの気体漏れを防止するタイミングで圧電素子に印加する電圧を段階的に解除するものとすれば、弁体が着座する際の衝撃を吸収・緩和し、該弁体のバウンドを防止して閉弁後における気体排出路からの気体漏れを防止することができる。
本発明の圧電式バルブは、駆動手段が、圧電素子に印加する電圧を解除した後、閉弁後における気体排出路からの気体漏れを防止するタイミングでパルス状の電圧を印加するものとすれば、弁体が着座する際の衝撃を吸収・緩和し、該弁体のバウンドを防止して閉弁後における気体排出路からの気体漏れを防止することができる。
本発明の光学式粒状物選別機は、上記何れかの圧電式バルブを備えるものであれば、噴風時間が長くなる場合であっても、エアを安定して供給することができ、当該圧電式バルブの開閉時における応答性の良さと相俟って、前後の良品を巻き込むことなく不良品等を確実に吹き飛ばすことができ、粒状物の安定した選別を行うことができる。
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
＜圧電式バルブ＞
図１は圧電式バルブ９の概略説明図であって、（ａ）は閉弁時における側面図、（ｂ）は正面図を示す。
圧電式バルブ９は、外部の圧縮気体供給源（図示せず）から圧縮気体の供給を受ける気体圧力室９１１、及び該気体圧力室９１１内の気体を外部に噴出する気体排出路９１２を有するバルブ本体９１と、前記気体圧力室９１１内に配置され前記気体排出路９１２を開閉する弁体９２と、前記バルブ本体９１内に配置され当該バルブ本体９１に一端が固定される圧電素子９３と、前記気体圧力室９１１内に配置され前記圧電素子９３の変位を拡大して前記弁体９２に作用させる変位拡大機構と、前記圧電素子９３に電圧を印加して前記弁体９２を開閉駆動する駆動装置９４と、を備え、前記気体排出路９１２の気体圧力室９１１側に突出して形成される弁座９５に対し前記弁体９２を離間又は着座させることで当該バルブの開閉を行うものである。
ここで、前記駆動装置９４は圧電素子９３に電圧を印加する駆動回路を備えるものであり、当該駆動回路が前記圧電素子と電気的に接続されるものであれはよく、例えば前記バルブ本体９１等と物理的に一体とされる必要はない。
図１は圧電式バルブ９の概略説明図であって、（ａ）は閉弁時における側面図、（ｂ）は正面図を示す。
圧電式バルブ９は、外部の圧縮気体供給源（図示せず）から圧縮気体の供給を受ける気体圧力室９１１、及び該気体圧力室９１１内の気体を外部に噴出する気体排出路９１２を有するバルブ本体９１と、前記気体圧力室９１１内に配置され前記気体排出路９１２を開閉する弁体９２と、前記バルブ本体９１内に配置され当該バルブ本体９１に一端が固定される圧電素子９３と、前記気体圧力室９１１内に配置され前記圧電素子９３の変位を拡大して前記弁体９２に作用させる変位拡大機構と、前記圧電素子９３に電圧を印加して前記弁体９２を開閉駆動する駆動装置９４と、を備え、前記気体排出路９１２の気体圧力室９１１側に突出して形成される弁座９５に対し前記弁体９２を離間又は着座させることで当該バルブの開閉を行うものである。
ここで、前記駆動装置９４は圧電素子９３に電圧を印加する駆動回路を備えるものであり、当該駆動回路が前記圧電素子と電気的に接続されるものであれはよく、例えば前記バルブ本体９１等と物理的に一体とされる必要はない。
前記変位拡大機構は、前記圧電素子９３の長手方向軸線と気体排出路９１２とを結ぶ線（以下、「中心線」という。）に対し対称に一対設けられるものである。
第１変位拡大機構は、第１ヒンジ９６ａ、第２ヒンジ９７ａ、第１アーム部材９８ａ及び第１板ばね９９ａで構成される。第１ヒンジ９６ａの一端はバルブ本体９１に接合される。第２ヒンジ９７ａの一端は前記圧電素子９３に取り付けられるキャップ部材９３１に接合される。第１ヒンジ９６ａ及び第２ヒンジ９７ａの各他端は、第１アーム部材９８ａの基部に接合される。第１アーム部材９８ａは、弁体９２の方向に向けて中心線から離れる方向に延びており、その先端部分に第１板ばね９９ａの一端が接合される。第１板ばね９９ａの他端は弁体９２の一方側に接合される。
第１変位拡大機構は、第１ヒンジ９６ａ、第２ヒンジ９７ａ、第１アーム部材９８ａ及び第１板ばね９９ａで構成される。第１ヒンジ９６ａの一端はバルブ本体９１に接合される。第２ヒンジ９７ａの一端は前記圧電素子９３に取り付けられるキャップ部材９３１に接合される。第１ヒンジ９６ａ及び第２ヒンジ９７ａの各他端は、第１アーム部材９８ａの基部に接合される。第１アーム部材９８ａは、弁体９２の方向に向けて中心線から離れる方向に延びており、その先端部分に第１板ばね９９ａの一端が接合される。第１板ばね９９ａの他端は弁体９２の一方側に接合される。
一方、第２変位拡大機構は、第３ヒンジ９６ｂ、第４ヒンジ９７ｂ、第２アーム部材９８ｂ及び第２板ばね９９ｂで構成される。第３ヒンジ９６ｂの一端はバルブ本体９１に接合される。第４ヒンジ９７ｂの一端は前記圧電素子９３に取り付けられるキャップ部材９３１に接合される。第３ヒンジ９６ｂ及び第４ヒンジ９７ｂの各他端は、第２アーム部材９８ｂの基部に接合される。第２アーム部材９８ｂは、弁体９２の方向に向けて中心線から離れる方向に延びており、その先端部分に第２板ばね９９ｂの一端が接合される。第２板ばね９９ｂの他端は弁体９２の他方側に接合される。
圧電式バルブ９は、図１（ａ）の状態において駆動装置９４により圧電素子９３に通電すると、当該圧電素子９３が図面上右方向に伸長する。この伸長に伴い、第１変位拡大機構では、第２ヒンジ９７ａが力点、第１ヒンジ９６ａが支点、第１アーム部材９８ａの先端部が作用点として作用し、第１アーム部材９８ａの先端部には、前記圧電素子９３の変位量がテコの原理により拡大されて現れる。同様に、第２変位拡大機構では、第４ヒンジ９７ｂが力点、第３ヒンジ９６ｂが支点、第２アーム部材９８ｂの先端部が作用点として作用し、第２アーム部材９８ｂの先端部には、前記圧電素子９３の変位量が拡大されて現れる。
そして、前記第１アーム部材９８ａ及び第２アーム部材９８ｂの各先端部を離間させる方向に拡大されて現れた変位は、第１板ばね９９ａ及び第２板ばね９９ｂを介して弁体９２を弁座９５から十分な距離離間させ、両者間に大きな間隙を生じさせる。これにより圧電式バルブ９は開弁され、十分な量の気体が気体圧力室９１１から気体排出路９１２を通して外部に噴出する。
一方、圧電式バルブ９は、駆動装置９４による上記圧電素子９３への通電が解除されると該圧電素子９３が収縮し、当該収縮が第１及び第２変位拡大機構を介して弁体９２に伝達され、当該弁体９２が弁座９５に着座する。このとき、圧電式バルブ９は、第１板ばね９９ａ及び第２板ばね９９ｂのばねとしての復帰力も弁体９２に有効に作用し、弁座９５に対する弁体９２の着座を確実にする。
ここで、図１において、圧電式バルブ９は、気体圧力室９１１の側面が外部に開放された状態を例として説明したが、該気体圧力室９１１は密閉された状態で使用されることは言うまでもない。
［比較例］
図２は、図１に示す圧電式バルブ９において、駆動装置９４が圧電素子９３に一定の電圧、即ち一段電圧を印加する従来例における電圧波形とバルブの気体排出路９１２から噴出するエアの圧力特性との関係のグラフを示す。（ａ）は電圧波形を、（ｂ）は気体排出路９１２から噴出するエアの圧力特性を示す。ここでは、圧電式バルブ９に外部から供給する圧縮気体として圧縮空気を用いた。
図２は、図１に示す圧電式バルブ９において、駆動装置９４が圧電素子９３に一定の電圧、即ち一段電圧を印加する従来例における電圧波形とバルブの気体排出路９１２から噴出するエアの圧力特性との関係のグラフを示す。（ａ）は電圧波形を、（ｂ）は気体排出路９１２から噴出するエアの圧力特性を示す。ここでは、圧電式バルブ９に外部から供給する圧縮気体として圧縮空気を用いた。
図２に示すグラフの実験条件は以下のとおりである。
（１）圧縮空気供給圧力：０．２５ＭＰａ
（２）圧縮空気設定流量：５０Ｌ／ｍｉｎ
（３）通電時間：０．５〜２．０ｍｓ
（４）印加電圧：ＤＣ１３０Ｖ
（５）気体排出路内径：０．２４ｍｍ
（６）圧力検出位置：気体排出路先端より２ｍｍの位置
（１）圧縮空気供給圧力：０．２５ＭＰａ
（２）圧縮空気設定流量：５０Ｌ／ｍｉｎ
（３）通電時間：０．５〜２．０ｍｓ
（４）印加電圧：ＤＣ１３０Ｖ
（５）気体排出路内径：０．２４ｍｍ
（６）圧力検出位置：気体排出路先端より２ｍｍの位置
図２において、通電時間０．５ｍｓにおける圧力特性は一つの明確なピークを示す。通電時間が０．８ｍｓになると圧力特性に二つ目のピークが現れ始め、通電時間１．０ｍｓでは圧力特性は明確な二つのピークを示す。通電時間が１．５ｍｓになると圧力特性に三つ目のピークが現れ、通電時間２．０ｍｓでは圧力特性は三つのピークを示す。
したがって、図２から、圧電素子９３に一段電圧を印加した場合、通電時間が長くなると圧力特性に振幅を生じることが分かる。
したがって、図２から、圧電素子９３に一段電圧を印加した場合、通電時間が長くなると圧力特性に振幅を生じることが分かる。
これは、圧電式バルブ９が、エアの噴風時間が長くなる場合、前記弁体９２が振動して気体排出路９１２からのエアの噴出量が変動していることを示すものである。
なお、図２において、閉弁後における圧力の若干の変動が見られるが、これは、閉弁時に弁座９５に当接した弁体９２がバウンドし、エア漏れが生じたものと考えられる。
［実施例］
図３は、上記圧電式バルブの開弁動作において、駆動装置９４により圧電素子９３に印加する本発明の電圧波形の一例を示す。
図３に示すように、まず圧電素子９３に対し、気体排出路９１２から十分な気体の噴出量が得られるよう一段目の電圧Ｖ１を印加し弁体２を開弁駆動する。そして、前記気体噴出量の変動を抑止するタイミング、即ち前記開弁に伴う反動で弁体９２が振動するのを防ぐタイミング（一段目の電圧Ｖ１の印加から時間ｔ１経過後）で、前記気体噴出量を維持するよう一段目の電圧Ｖ１よりも高い二段目の電圧Ｖ２を印加しその状態を時間ｔ２維持する。
図３は、上記圧電式バルブの開弁動作において、駆動装置９４により圧電素子９３に印加する本発明の電圧波形の一例を示す。
図３に示すように、まず圧電素子９３に対し、気体排出路９１２から十分な気体の噴出量が得られるよう一段目の電圧Ｖ１を印加し弁体２を開弁駆動する。そして、前記気体噴出量の変動を抑止するタイミング、即ち前記開弁に伴う反動で弁体９２が振動するのを防ぐタイミング（一段目の電圧Ｖ１の印加から時間ｔ１経過後）で、前記気体噴出量を維持するよう一段目の電圧Ｖ１よりも高い二段目の電圧Ｖ２を印加しその状態を時間ｔ２維持する。
一方、気体噴出時間（ｔ１＋ｔ２）が経過した後、弁体９２を閉弁駆動するが、図３に示す例では、その際に圧電素子９３に印加する電圧を一気に解除するのでなく、一旦、二段目の電圧Ｖ２よりも低い三段目の電圧Ｖ３を印加する。そして、閉弁後における気体漏れを防止するタイミング、即ち閉弁時において弁体９２が弁座９５に当接する際の衝撃を緩和・吸収し当該弁体９２のバウンドを防止するタイミング（三段目の電圧Ｖ３の印加から時間ｔ３経過後）で前記圧電素子９３に印加する電圧を解除する。
なお、上記各印加電圧の値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３及び時間ｔ１，ｔ３は、予め実験により求め駆動装置９４に記憶させ設定しておけばよい。
なお、上記各印加電圧の値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３及び時間ｔ１，ｔ３は、予め実験により求め駆動装置９４に記憶させ設定しておけばよい。
図４は、上記圧電式バルブ９において、駆動装置９４が圧電素子９３に図３に示す波形の電圧を印加する本発明例における電圧波形とバルブの空気排出路９１２から噴出するエアの圧力特性との関係のグラフを示す。（ａ）は電圧波形を、（ｂ）は空気排出路９１２から噴出するエアの圧力特性を示す。ここで、圧電式バルブ９に外部から供給する圧縮気体として図２の例と同様に圧縮空気を用いた。
図４に示すグラフの実験条件は以下のとおりである。
（１）圧縮空気供給圧力：０．２５ＭＰａ
（２）圧縮空気設定流量：５０Ｌ／ｍｉｎ
（３）通電時間：０．７１ｍｓ〜２．５１ｍｓ（但し、一段目電圧Ｖ１の印加時間ｔ１＝０．３３ｍｓ、三段目電圧Ｖ３の印加時間ｔ３＝０．１８ｍｓ）
（４）印加電圧：一段目電圧Ｖ１＝ＤＣ１００Ｖ，二段目電圧Ｖ２＝ＤＣ１５０Ｖ，三段目電圧Ｖ３＝ＤＣ１００Ｖ）
（５）気体排出路内径：０．２４ｍｍ
（６）圧力検出位置：気体排出路先端より２ｍｍの位置
（１）圧縮空気供給圧力：０．２５ＭＰａ
（２）圧縮空気設定流量：５０Ｌ／ｍｉｎ
（３）通電時間：０．７１ｍｓ〜２．５１ｍｓ（但し、一段目電圧Ｖ１の印加時間ｔ１＝０．３３ｍｓ、三段目電圧Ｖ３の印加時間ｔ３＝０．１８ｍｓ）
（４）印加電圧：一段目電圧Ｖ１＝ＤＣ１００Ｖ，二段目電圧Ｖ２＝ＤＣ１５０Ｖ，三段目電圧Ｖ３＝ＤＣ１００Ｖ）
（５）気体排出路内径：０．２４ｍｍ
（６）圧力検出位置：気体排出路先端より２ｍｍの位置
図４において、通電時間が長くなるほど最大圧力が少しずつ高くなる傾向は見られるが、図２で見られた圧力特性の振幅は完全に抑止されている。
したがって、図４から、開弁時に圧電素子９３に二段階に電圧を印加した場合、通電時間が長くなっても圧力特性は略一定の安定した状態に維持されることが分かる。
したがって、図４から、開弁時に圧電素子９３に二段階に電圧を印加した場合、通電時間が長くなっても圧力特性は略一定の安定した状態に維持されることが分かる。
これは、上記一段目の電圧Ｖ１を、最低限必要なエアの噴風量が得られる値に低く設定したことで、開弁時の動作に伴う弁体９２の反動を抑制したことに加え、当該弁体９２が振動するのを防ぐタイミングで二段目の電圧Ｖ２を印加することで、一段目の電圧印加により発生する弁体９２の振動を二段目の電圧印加による弁体９２の動作で打ち消すことができ、安定したエアの噴風量が得られたことを示すものである。
一方、図４において、図２で見られた閉弁後における圧力の変動は見られない。
これは、圧電素子９３に印加する電圧を解除するに際し、一旦、中間電圧である三段目の電圧を印加し、弁座９５に当接した弁体９２のバウンドを防止するタイミングで電圧の印加を解除することで、当該弁体９２の着座時の衝撃を緩和・吸収することができ、気体排出路９１２からのエア漏れを防止できたことを示すものである。
これは、圧電素子９３に印加する電圧を解除するに際し、一旦、中間電圧である三段目の電圧を印加し、弁座９５に当接した弁体９２のバウンドを防止するタイミングで電圧の印加を解除することで、当該弁体９２の着座時の衝撃を緩和・吸収することができ、気体排出路９１２からのエア漏れを防止できたことを示すものである。
図５は、駆動装置９４によって圧電素子９３に印加する本発明の電圧波形の変形例を示す。
図５に示す電圧波形は、図３に示すものと立ち下がり時の波形のみ異なるものであり、気体噴出時間（ｔ１＋ｔ２）が経過した後、一旦、圧電素子９３に印加する電圧を解除する。そして、閉弁後における空気漏れを防止するタイミング、即ち閉弁時において弁体９２が弁座９５に当接する際の衝撃を緩和・吸収し当該弁体９２のバウンドを防止するタイミング（印加電圧の解除から時間ｔ４経過後）で再びパルス状の電圧Ｖ４を時間ｔ５印加する。
なお、上記各印加電圧の値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４及び時間ｔ１，ｔ４，ｔ５も、予め実験により求め駆動装置９４に記憶させ設定しておけばよい。
図５に示す電圧波形は、図３に示すものと立ち下がり時の波形のみ異なるものであり、気体噴出時間（ｔ１＋ｔ２）が経過した後、一旦、圧電素子９３に印加する電圧を解除する。そして、閉弁後における空気漏れを防止するタイミング、即ち閉弁時において弁体９２が弁座９５に当接する際の衝撃を緩和・吸収し当該弁体９２のバウンドを防止するタイミング（印加電圧の解除から時間ｔ４経過後）で再びパルス状の電圧Ｖ４を時間ｔ５印加する。
なお、上記各印加電圧の値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４及び時間ｔ１，ｔ４，ｔ５も、予め実験により求め駆動装置９４に記憶させ設定しておけばよい。
＜光学式粒状物選別機＞
次に、本発明の圧電式バルブ９を利用する光学式粒状物選別機１について説明する。
図６は、粒状物選別機１の内部構造を簡略化して示した要部側断面図を示す。図７は、粒状物選別機における制御ブロック図を示す。
粒状物選別機１は、上部にタンク２と振動フィーダ３とからなる粒状物供給部を有する。粒状物供給部の下方には所定幅を有する傾斜状シュート４が配置される。
粒状物供給部から供給された粒状物は、傾斜状シュート４を連続状に自然流下した後、その下端部から所定落下軌跡に沿って空中に放出される。
次に、本発明の圧電式バルブ９を利用する光学式粒状物選別機１について説明する。
図６は、粒状物選別機１の内部構造を簡略化して示した要部側断面図を示す。図７は、粒状物選別機における制御ブロック図を示す。
粒状物選別機１は、上部にタンク２と振動フィーダ３とからなる粒状物供給部を有する。粒状物供給部の下方には所定幅を有する傾斜状シュート４が配置される。
粒状物供給部から供給された粒状物は、傾斜状シュート４を連続状に自然流下した後、その下端部から所定落下軌跡に沿って空中に放出される。
所定の落下軌跡の前後には、落下軌跡に沿った検出位置Ｏにおいて粒状物を撮像する少なくとも一対の光学検出装置５ａ，５ｂが対向して配設される。各光学検出装置５ａ，５ｂは、それぞれＣＣＤラインセンサを内蔵するＣＣＤカメラ等の撮像手段５１ａ，５１ｂ、蛍光灯等からなる照明手段５２ａ，５２ｂ、及びバックグラウンド５３ａ，５３ｂ等から構成される。
また、前記検出位置Ｏの下方には、不良品等をエアの噴風により除去する噴風装置７が配設される。噴風装置７は、上記本発明の圧電式バルブを組み込んだ噴風ノズル７１と、該噴風ノズル７１に圧縮空気を送る圧縮空気供給装置７３を備える。なお、前記圧電式バルブは圧電素子と電気的に接続される駆動回路を備える駆動装置７２を一体としてなるものである。
光学検出装置５ａ，５ｂは、落下軌跡に沿った検出位置ＯにおいてＣＣＤカメラ等の撮像手段５１ａ，５１ｂにより粒状物を撮像し、当該撮像データを制御装置６に送る。制御装置６は、前記撮像データに基づいて不良品等の除去すべき粒状物を特定するとともに当該粒状物の大きさ等に関する情報を取得し、前記不良品等の排除信号を前記圧電式バルブを駆動する前記駆動装置７２に送る。
噴風装置７は、前記制御装置６から駆動装置７２に送られる前記排除信号に基づいて、排除位置Ｅを通過する不良品等に対し前記噴風ノズル７１からエアを噴風する。このとき、駆動装置７２は、図３又は図５に示す波形の電圧を圧電式バルブの圧電素子に印加し、また、印加した電圧を解除することで、エアの噴風時間が長くなる場合でも、噴風ノズル７１からエアを安定して供給することができる。なお、図３又は図５に示す電圧波形において、前記排除信号に基づいて変動する値は、基本的に除去すべき粒状物の大きさ等に関連する時間ｔ２のみであり、他の各印加電圧の値Ｖ１〜Ｖ４及び時間ｔ１，ｔ３〜ｔ５は予め実験により求め、駆動装置７２に記憶させ設定しておけばよい。
前記噴風ノズル７１からの噴風により吹き飛ばされた不良品等は、不良品排出口８１から機外に排出される。また、噴風により吹き飛ばされることなく所定の落下軌跡をそのまま通過した良品等は、良品排出口８２から回収される。
本発明の粒状物選別機において、選別対象となる粒状物は、代表的には穀物粒、特に白米であると言えるが、必ずしも穀物粒に限られるわけではなく、その対象物は、噴風によって吹き飛ばすことが可能な大きさと質量である限り何でも構わない。
本発明の圧電式バルブの上記図３及び図５に示す電圧波形は、開弁時において圧電素子に二段階に電圧を印加するものであったが、気体排出路からの気体噴出量を安定させることができれば三段階以上の多段階に電圧を印加するものであってもよい。
また、上記図３に示す電圧波形は、立ち下がり時に三段目の電圧Ｖ３を印加するものであったが、圧電式バルブにおいて気体噴出時間中における安定した気体の供給を得るためには、該三段目の電圧の印加は必須のものではない。
また、上記図３に示す電圧波形は、立ち下がり時に三段目の電圧Ｖ３を印加するものであったが、圧電式バルブにおいて気体噴出時間中における安定した気体の供給を得るためには、該三段目の電圧の印加は必須のものではない。
上記図３に示す電圧波形は、閉弁時に、三段目の電圧を印加した後、電圧印加を解除するものであったが、閉弁後の気体漏れを防止できるのであれば、さらに複数段階に分けて電圧を低下させてもよい。
上記図３及び図５に示す電圧波形における各印加電圧の値Ｖ１〜Ｖ４及び時間ｔ１，ｔ３〜ｔ５は気体噴出条件等により異なるが、気体排出路から噴出する気体の圧力特性を予め実験によって確認し最適な条件値を求め、駆動装置９４に記憶させ設定しておくことで、気体の噴出時間が長くなる場合であっても、気体の噴出量が変動することがなく、該気体を安定して供給することができる。また、閉弁後における気体漏れも防止することができる。
本発明の圧電式バルブを利用する粒状物選別機においては、例えば除去する対象の粒状物が大きく、エアの噴風時間が長くなる場合であっても、不良品等を確実に吹き飛ばすことができ、粒状物の安定した選別を行うことができる。
上記本発明の圧電式バルブは、圧縮気体供給源から圧縮気体の供給を受ける気体圧力室、及び該気体圧力室内の気体を外部に噴出する気体排出路を有するバルブ本体と、前記気体圧力室内に配置され前記気体排出路を開閉する弁体と、前記バルブ本体内に配置され該バルブ本体に一端が固定される圧電素子と、前記気体圧力室内に配置され前記圧電素子の変位を拡大し前記弁体に作用させる変位拡大機構とを備えるものであれば、その構造は図１に示すものに限らない。
図１に示す圧電式バルブは、一対の変位拡大機構が対称に配置されるものであったが、変位拡大機構は非対称に配置されるものであってもよいし、一つのみ配置されるものであってもよい。また、図１に示す圧電式バルブは、弁体を板ばねの一端に設けるものであったが、弁体をアーム部材の一端部に設けるものであっても構わない。
図１に示す圧電式バルブは、一対の変位拡大機構が対称に配置されるものであったが、変位拡大機構は非対称に配置されるものであってもよいし、一つのみ配置されるものであってもよい。また、図１に示す圧電式バルブは、弁体を板ばねの一端に設けるものであったが、弁体をアーム部材の一端部に設けるものであっても構わない。
本発明は、上記実施の形態に限らず発明の範囲を逸脱しない限りにおいてその構成を適宜変更できることはいうまでもない。
本発明の圧電式バルブは、気体の噴出時間が長くなる場合でも、該気体を安定して供給することができるものであり非常に利用価値の高いものである。
また、本発明の上記圧電式バルブを利用する光学式粒状物選別機は、不良品等を確実に吹き飛ばすことができ、粒状物の安定した選別を行うことができるため非常に有用なものである。
また、本発明の上記圧電式バルブを利用する光学式粒状物選別機は、不良品等を確実に吹き飛ばすことができ、粒状物の安定した選別を行うことができるため非常に有用なものである。
１ 光学式粒状物選別機
４ 傾斜状シュート
５ａ，５ｂ 光学検出装置
５１ａ，５１ｂ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
６ 制御装置
７ 噴風装置
７１ 噴風ノズル
７２ 駆動装置
７３ 圧縮空気供給装置
９ 圧電式バルブ
９１ バルブ本体
９１１ 気体圧力室
９１２ 気体排出路
９２ 弁体
９３ 圧電素子
９４ 駆動装置
９５ 弁座
９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂ ヒンジ
９８ａ，９８ｂ アーム部材
９９ａ，９９ｂ 板ばね
４ 傾斜状シュート
５ａ，５ｂ 光学検出装置
５１ａ，５１ｂ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
６ 制御装置
７ 噴風装置
７１ 噴風ノズル
７２ 駆動装置
７３ 圧縮空気供給装置
９ 圧電式バルブ
９１ バルブ本体
９１１ 気体圧力室
９１２ 気体排出路
９２ 弁体
９３ 圧電素子
９４ 駆動装置
９５ 弁座
９６ａ，９６ｂ，９７ａ，９７ｂ ヒンジ
９８ａ，９８ｂ アーム部材
９９ａ，９９ｂ 板ばね
Claims (6)
- 外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室及び該気体圧力室から前記圧縮気体を排出する気体排出路が形成されるバルブ本体と、
前記気体圧力室に配置され前記気体排出路を開閉する弁体と、
前記弁体の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子と、
前記圧電素子の変位を拡大し前記弁体に作用させる少なくとも一つの変位拡大機構と、
前記圧電素子に電圧を印加して前記弁体を開弁動作させ前記気体排出路を開放する駆動手段と、を備えてなる圧電式バルブにおいて、
前記駆動手段は、開弁時における前記気体排出路からの気体噴出量の変動を抑止するよう前記圧電素子に対し多段階に電圧を印加することを特徴とする圧電式バルブ。 - 前記駆動手段は、前記弁体を開弁駆動する第一の電圧と、当該第一の電圧よりも高く開弁後の気体噴出量を維持する第二の電圧を、前記圧電素子に対し段階的に印加する請求項１記載の圧電式バルブ。
- 前記駆動手段は、前記第一の電圧値とその印加時間及び前記第二の電圧値を予め記憶し設定する請求項２記載の圧電式バルブ。
- 前記駆動手段は、閉弁後における前記気体排出路からの気体漏れを防止するよう前記圧電素子に印加する電圧を段階的に解除する請求項１乃至３の何れか一項記載の圧電式バルブ。
- 前記駆動手段は、前記圧電素子に印加する電圧を解除した後、閉弁後における前記気体排出路からの気体漏れを防止するようパルス状の電圧を印加する請求項１乃至３の何れか一項記載の圧電式バルブ。
- 被選別物を移動する移送手段と、該移送手段の端部から落下する被選別物を検出位置において検出する光学検出手段と、該光学検出手段のさらに下方に設けられ当該光学検出手段による検出結果に基づいて被選別物をエアの噴風により吹き飛ばす噴風手段とを備えてなる光学式粒状物選別機において、
前記噴風手段は、請求項１乃至５の何れかに記載の圧電式バルブを備え、前記光学検出手段による検出結果に基づいて前記圧電式バルブを駆動しエアを噴風することを特徴とする光学式粒状物選別機。
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