JP2017160973A - 圧電式バルブ、該圧電式バルブの駆動方法、及び該圧電式バルブを利用した噴風手段を備える光学式粒状物選別機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電式バルブ10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111、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112、を有する圧電式バルブであって、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12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13と、前記圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる変位拡大機構14と、第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号を発生する信号発生部を有し、該信号発生部で発生する前記信号を駆動回路への入力信号として前記圧電素子に駆動電圧を印加し、該圧電素子を伸長させて前記弁体を開弁駆動する駆動手段15と、を備える。
【選択図】図1
Description
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。
特許文献1〜3に記載された圧電式バルブは、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。
また、本発明は、上記圧電式バルブを利用することで、粒状物のより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。
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、を有する圧電式バルブであって、
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て前記弁体に作用させる変位拡大機構と、
第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号を発生する信号発生部を有し、該信号発生部で発生する前記信号を駆動回路への入力信号として前記圧電素子に特定の電圧値からなる駆動電圧を印加し、該圧電素子を伸長させて前記弁体を開弁駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする。
前記駆動手段が、前記弁体を開弁するタイミングで、前記第1プレパルスに基づいて前記圧電素子に前記駆動電圧を印加し、前記開弁直後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タイミングで、前記第2プレパルスに基づいて前記圧電素子に前記駆動電圧を印加し、前記気体噴出量の変動を抑止した後における、さらなる気体噴出量の変動を抑止するタイミングで、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子に前記駆動電圧を印加することが好ましい。
前記駆動手段が、前記さらなる気体噴出量の変動を抑止した後に、前記弁体を閉弁するタイミングで、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子に印加した駆動電圧を解除することが好ましい。
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であって、
前記噴風手段は、上記いずれかの圧電式バルブを備え、
当該圧電式バルブは、前記光学検出手段による検出結果に基づいて、前記駆動手段の信号発生部で前記第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号を発生し、前記圧電素子を伸長させて前記弁体を開弁駆動することを特徴とする。
前記駆動手段が、前記第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号をパターン設定する信号設定部をさらに有し、被選別物の種類によって、前記信号設定部に事前に設定された複数の信号パターンから最適な信号を選択し、当該選択した信号を前記信号発生部で発生することが好ましい。
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、を有し、
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て前記弁体に作用させる変位拡大機構と、
前記圧電素子を伸縮変位させて前記弁体を開閉駆動する駆動手段と、を備える圧電式バルブの駆動方法であって、
前記駆動手段は、第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号を発生する信号発生部を有し、該信号発生部で発生する前記信号に基づいて前記圧電素子に特定の電圧値からなる駆動電圧を印加し、該圧電素子を伸長させて前記弁体を開弁駆動することを特徴とする。
前記駆動手段が、前記第1プレパルスに基づく前記圧電素子への前記駆動電圧の印加により、前記弁体を開弁し、前記第2プレパルスに基づく前記圧電素子への前記駆動電圧の印加により、前記開弁直後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し、前記メインパルスに基づく前記圧電素子への前記駆動電圧の印加により、前記気体噴出量の変動を抑止した後における、さらなる気体噴出量の変動を抑止することが好ましい。
前記駆動手段が、前記さらなる気体噴出量の変動を抑止した後に、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子へ印加した前記駆動電圧を解除し、前記弁体を閉弁することが好ましい。
<圧電式バルブ>
図1は、バルブ本体の側面が開放された状態における圧電式バルブの概略説明図であって、閉弁時における側面図を示す。図2は図1の圧電式バルブの正面図を示す。
圧電式バルブ10は、バルブ本体11と、弁体12と、圧電素子13と、変位拡大機構14と、駆動装置15を備える。
前記弁体12は、前記バルブ本体11の前記気体圧力室111内に配置され、前記気体排出路112を開閉する。
前記圧電素子13は、前記バルブ本体11内に配置され、該バルブ本体11に一端が固定される。
前記駆動装置15は、前記圧電素子13に駆動電圧を印加して電荷を充電し、該圧電素子13を伸長させる充電用駆動回路と、前記充電した電荷を放電し、前記圧電素子13を収縮させる放電用駆動回路を備え、前記圧電素子13を伸縮変位させることにより前記弁体12を開閉駆動する。
なお、前記駆動装置15は、前記両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11と物理的に一体とされる必要はない。
第1変位拡大機構は、第1ヒンジ16a、第2ヒンジ17a、第1アーム部材18a及び第1板ばね19aで構成される。第1ヒンジ16aの一端はバルブ本体11に接合される。第2ヒンジ17aの一端は前記圧電素子13に取り付けられるキャップ部材131に接合される。第1ヒンジ16a及び第2ヒンジ17aの各他端は、第1アーム部材18aの基部に接合される。第1アーム部材18aの外側先端部分には、第1板ばね19aの一端が接合される。第1板ばね19aの他端は弁体12の一方側の側端部に接合される。
ここで、図1において、圧電式バルブ10は、気体圧力室111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111は密閉された状態で使用されることは言うまでもない。
図3は、圧電式バルブの第1の変形例であって、バルブ本体の側面が開放された状態を示す。
当該圧電式バルブ20は、弁体22、圧電素子23、変位拡大機構24を一体化してなるアクチュエータ30を有し、当該アクチュエータ30を、気体圧力室211及び気体排出路212を有するバルブ本体21に対し側方から固定する構成とした点で、図1に示す圧電式バルブ10と相違する。
なお、ここでは、前記弁体22を開閉駆動する駆動装置については図示省略する。
前記変位伝達部26は、前記圧電素子23の一端が接合されるU字状のベース基板27と、前記圧電素子23の他端が接合されるキャップ部材28を有する。
当該圧電式バルブ20は、前記圧電素子23が、前記U字状のベース基板27の空間内であって該U字状底部と前記キャップ部材28との間に組み込まれ、前記一端が前記ベース基板27に接合され、前記他端が前記キャップ部材28に接合されている。
当該圧電式バルブ20も、バルブ本体21の側面を密閉した状態で使用されることは言うまでもない。
図4は、圧電式バルブの第2の変形例であって、バルブ本体の断面内部の様子を示す。図4に示す圧電式バルブ40は、気体圧力室411を形成するバルブ本体41の前面が開口し、該開口を閉鎖する蓋体42に気体排出路421が形成されており、当該蓋体42に、前記バルブ本体41の内部に配設されるプレート43が一体に形成されるとともに、該プレート43に図2に示すアクチュエータ30が固定されている点で、図3に示す圧電式バルブ20と相違する。
なお、ここでも、弁体を開閉駆動する駆動装置については図示省略する。
図5は、本発明の圧電式バルブにおける駆動装置の回路構成についてのブロック図を示す。図6は、前記駆動装置で発生する信号及び圧電素子の印加電圧のタイミングチャートを示す。
図5に示すように、本発明の圧電式バルブにおける駆動装置は、信号発生部150において、第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスからなる1つの充電用信号A(以下、「ダブル・プレパルス信号」という。)を発生し、該ダブル・プレパルス信号を充電用駆動回路151への入力信号とすることで、圧電素子に電圧を印加して電荷を充電し、該圧電素子を伸長させる。また、前記駆動装置は、信号発生部150において発生する放電用信号Bを放電用駆動回路152への入力信号とすることで、前記圧電素子から前記電荷を放電させ、該圧電素子を収縮させる。
(1)圧縮エア供給圧力:0.20MPa(大気圧下のゲージ圧値)
(2)駆動電圧:72V
(3)圧縮エア設定流量:52L/min
(4)入力信号:第1プレパルス時間 t1=0.135ms
第1休止時間 t2=0.064ms
第2プレパルス時間 t3=0.470ms
第2休止時間 t4=0.050ms
メインパルス時間 t5=0.281ms
(圧電素子の通電時間:1ms)
(5)エア噴出圧検出位置:気体排出路先端より2mm
本実施例において、前記第1プレパルス時間t1及び第1休止時間t2(第2プレパルスの入力のタイミング)は、開弁時におけるエア噴出圧の立ち上がりが早く、かつ開弁直後におけるエア噴出圧の変動が抑止される(開弁に伴う反動で弁体が振動するのを防止する)最適なタイミング条件となるよう設定されている。
また、前記第2プレパルス時間t3及び第2休止時間t4(メインパルスの入力のタイミング)は、前記開弁直後におけるエア噴出圧の変動が抑止された後において、さらなるエア噴出圧の変動が抑止される最適なタイミング条件となるよう設定されている。
さらに、前記メインパルス時間t5は、エア噴出時間に基づいて設定される。ここでは、前記さらなるエア噴出圧の変動が抑止された後に前記弁体が閉弁されるタイミング条件となるよう設定されている。
本発明の圧電式バルブにおいて、ダブル・プレパルス信号は、作業者による前記各時間t1〜t5のマニュアル入力に加え、前記信号設定部に事前に設定される複数のダブル・プレパルス信号の信号パターンからの選択により、前記信号発生部150で発生するものとすることができる。
図10は、特許文献3に記載された、従来の圧電式バルブにおける駆動装置の回路構成についてのブロック図を示す。図11は、前記駆動装置において発生する信号及び圧電素子の印加電圧のタイミングチャートを示す。
図10及び図11に示すように、従来の圧電式バルブは、図5及び図6に示す本発明の圧電式バルブと、駆動装置の回路構成において共通するが、前記駆動装置において発生する信号及び圧電素子の印加電圧の各波形において相違する。
(1)圧縮エア供給圧力:0.20MPa
(2)駆動電圧:72V
(3)圧縮エア設定流量:52L/min
(4)入力信号:プレパルス時間 t6=0.135ms
休止時間 t7=0.064ms
メインパルス時間 t8=0.801ms
(圧電素子の通電時間:1ms)
(5)エア噴出圧検出位置:気体排出路先端より2mm
また、前記メインパルス時間t8は、エア噴出時間に基づいて設定されている。
図15において、破線は実施例であって、「ダブル・プレパルス信号」を充電用駆動回路151への入力信号とした場合の結果を示す。また、実線は比較例であって、「プレパルス信号」を充電用駆動回路151への入力信号とした場合の結果を示す。
まず、実施例と比較例のグラフを比較した場合、開弁時の応答特性に差が見られないことから、本発明の圧電式バルブも、従来の圧電式バルブと同様に、開弁時の応答性に優れるものであることがいえる。
このことから、本発明の圧電式バルブは、従来の圧電式バルブに比べ、気体噴出量の変動を早期に抑止することで、気体の供給を早期に安定させることができるものといえる。
このことから、本発明の圧電式バルブは、従来の圧電式バルブに比べ、エア噴出時間が比較的短い場合において、気体を安定して供給できるものであるといえる。
次に、本発明の圧電式バルブを利用した噴風ノズルを備える光学式粒状物選別機について説明する。
図16は、光学式粒状物選別機の内部構造を簡略化して示した要部側断面図を示す。図17は、光学式粒状物選別機における制御ブロック図を示す。
光学式粒状物選別機610は、上部にタンク620と振動フィーダ630とからなる粒状物供給部を有する。該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640が配置される。
前記粒状物供給部から供給された粒状物は、前記傾斜状シュート640上を幅方向に広がって連続状に自然流下した後、その下端から所定の落下軌跡に沿って空中に放出される。
前記光学式粒状物選別機610は、運転開始に際し、作業者が選別対象物の種類を入力設定するが、その際、当該選別対象物の大きさや重さに基づいて、圧電式バルブの圧縮エア供給圧力、駆動電圧及び噴風時間が決定される。そして、前記光学式粒状物選別機610は、該圧縮エア供給圧力及び駆動電圧の組合せ、並びに噴風時間に基づいて、前記駆動装置672の信号設定部に事前に設定された複数のダブル・プレパルス信号の信号パターンから最適な信号を選択し、当該選択したダブル・プレパルス信号を前記駆動装置672の信号発生部で発生する。
なお、前記ダブル・プレパルス信号は、作業者によるマニュアル入力により設定するものとし、該設定した信号を前記駆動装置672の信号発生部で発生させることとしてもよい。
また、本発明の圧電式バルブは、弁体がアーム部材の一端部に接合されるものでもよい。
さらに、本発明の圧電式バルブは、圧電素子の長手方向軸線が弁体の動作方向に一致するものでなくてもよい。
11 バルブ本体
111 気体圧力室
112 気体排出路
12 弁体
13 圧電素子
14 変位拡大機構
15 駆動装置
150 信号発生部
151 充電用駆動回路
152 放電用駆動回路
18a,18b アーム部材
19a,19b 板ばね
20 圧電式バルブ
21 バルブ本体
211 気体圧力室
212 気体排出路
22 弁体
23 圧電素子
24 変位拡大機構
30 アクチュエータ
40 圧電式バルブ
41 バルブ本体
411 気体圧力室
42 蓋体
421 気体排出路
43 プレート
610 光学式粒状物選別機
640 傾斜状シュート
650a,650b 光学検出装置
651a,651b CCDカメラ(撮像手段)
660 制御装置
670 噴風装置
671 噴風ノズル
672 駆動装置
673 圧縮エア供給装置
Claims (8)
- 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、を有する圧電式バルブであって、
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て前記弁体に作用させる変位拡大機構と、
第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号を発生する信号発生部を有し、該信号発生部で発生する前記信号を駆動回路への入力信号として前記圧電素子に駆動電圧を印加し、該圧電素子を伸長させて前記弁体を開弁駆動する駆動手段と、を備えることを特徴とする圧電式バルブ。 - 前記駆動手段は、前記弁体を開弁するタイミングで、前記第1プレパルスに基づいて前記圧電素子に前記駆動電圧を印加し、前記開弁直後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タイミングで、前記第2プレパルスに基づいて前記圧電素子に前記駆動電圧を印加し、前記気体噴出量の変動を抑止した後における、さらなる気体噴出量の変動を抑止するタイミングで、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子に前記駆動電圧を印加する請求項1記載の圧電式バルブ。
- 前記駆動手段は、前記さらなる気体噴出量の変動を抑止した後に、前記弁体を閉弁するタイミングで、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子に印加した駆動電圧を解除する請求項2記載の圧電式バルブ。
- 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であって、
前記噴風手段は、請求項1乃至3のいずれかに記載の圧電式バルブを備え、
当該圧電式バルブは、前記光学検出手段による検出結果に基づいて、前記駆動手段の信号発生部で前記第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号を発生し、前記圧電素子を伸長させて前記弁体を開弁駆動することを特徴とする光学式粒状物選別機。 - 前記駆動手段は、前記第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号をパターン設定する信号設定部をさらに有し、被選別物の種類によって、前記信号設定部に事前に設定された複数の信号パターンから最適な信号を選択し、当該選択した信号を前記信号発生部で発生する請求項4記載の光学式粒状物選別機。
- 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、を有し、
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て前記弁体に作用させる変位拡大機構と、
前記圧電素子を伸縮変位させて前記弁体を開閉駆動する駆動手段と、を備える圧電式バルブの駆動方法であって、
前記駆動手段は、第1プレパルス、第2プレパルス及びメインパルスを含む信号を発生する信号発生部を有し、該信号発生部で発生する前記信号に基づいて前記圧電素子に駆動電圧を印加し、該圧電素子を伸長させて前記弁体を開弁駆動することを特徴とする圧電式バルブの駆動方法。 - 前記駆動手段は、前記第1プレパルスに基づく前記圧電素子への前記駆動電圧の印加により、前記弁体を開弁し、前記第2プレパルスに基づく前記圧電素子への前記駆動電圧の印加により、前記開弁直後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し、前記メインパルスに基づく前記圧電素子への前記駆動電圧の印加により、前記気体噴出量の変動を抑止した後における、さらなる気体噴出量の変動を抑止する請求項6記載の圧電式バルブの駆動方法。
- 前記駆動手段は、前記さらなる気体噴出量の変動を抑止した後に、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子へ印加した前記駆動電圧を解除し、前記弁体を閉弁する請求項7記載の圧電式バルブの駆動方法。
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