KR20150008141A - 압전식 밸브 및 그 압전식 밸브를 이용한 분풍 수단을 구비하는 광학식 입상물 선별기 - Google Patents

Abstract

기체의 분출 시간이 길어지는 경우라도 그 기체를 안정적으로 공급할 수 있음과 함께, 개변시의 응답성도 우수한 압전식 밸브를 제공한다. 압전식 밸브는 외부로부터 공급되는 압축 기체를 받아들이는 기체 압력실, 및 그 기체 압력실로부터 상기 압축 기체를 배출하는 기체 배출로를 갖는 압전식 밸브로서, 상기 기체 압력실에 배치되고 상기 기체 배출로를 개폐하는 밸브체와, 상기 밸브체의 동작에 필요한 구동력을 변위로서 발생시키는 압전 소자와, 상기 압전 소자의 변위를 확대시켜 상기 밸브체에 작용시키는 변위 확대 기구와, 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키는 신호 발생부를 가지며, 그 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호를 구동 회로에 대한 입력 신호로 하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 그 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 구동 수단을 구비한다.

Description

압전식 밸브 및 그 압전식 밸브를 이용한 분풍 수단을 구비하는 광학식 입상물 선별기{PIEZOELECTRIC VALVE, AND OPTICAL PARTICULATE MATTER SORTER PROVIDED WITH AIR-BLOWING MEANS THAT USES PIEZOELECTRIC VALVE}

본 발명은 압전 소자의 신축 변위를 이용하여 밸브의 개폐를 행하는 압전식 밸브, 그 압전식 밸브의 구동 방법 및 그 압전식 밸브를 이용한 분풍 수단을 구비하는 광학식 입상물 선별기에 관한 것이다.

종래, 곡물이나 수지 펠릿 등의 입상물을 에어를 분출시키는 수단에 의한 분풍에 의해 날려버려 우량품 (원하는 입상물) 과 불량품 (배제해야 할 입상물) 으로 선별하거나 입상물에 혼입되는 이물질 등을 제거하거나 하는 광학식 입상물 선별기가 알려져 있다.

이 종류의 입상물 선별기는 반송로의 단부로부터 소정 궤적을 따라 낙하하는 입상물을, 불량품 등의 검출 신호에 기초하여 상기 수단을 작동시키고, 분풍에 의해 날려버려 제거함으로써, 그 입상물의 선별을 행하는 것이다.

상기 입상물 선별기는 연속적이고 또한 대량으로 낙하하는 입상물 중에서 불량품 등을 분출하는 에어 (분풍) 에 의해 날려버리는 것으로, 당해 불량품 등만을 다른 입상물을 말려들게 하지 않고 고정밀도로 날려버리기 위해서는 분풍 노즐에 응답성이 좋은 밸브를 구비할 필요가 있다.

특허문헌 1 에는 압전 소자를 이용하여 밸브의 개폐를 고속으로 행하는 압전식 에어 밸브가 기재되어 있다. 그 압전식 에어 밸브는 압전 소자의 작은 변위를 지렛대 원리에 기초하여 확대시키는 변위 확대 기구를 구비하는 것이다.

그리고, 상기 압전식 에어 밸브를 이용한 분풍 노즐을 구비하는 광학식 입상물 선별기는 상기 압전식 에어 밸브가 종래의 전자 (電磁) 밸브에 비해 밸브 개폐시의 응답성이 우수하다는 점에서, 불량품 등을 고정밀도로 날려버리고, 또한 우량품 등을 끌어들여 날려버릴 우려가 적은 것이다.

그런데, 상기 광학식 입상물 선별기는 상기 압전식 에어 밸브가 변위 확대 기구를 개재하여 밸브체를 이동시키는 것이기 때문에, 에어의 분풍시간이 길어지는 경우, 상기 밸브체가 진동하여 노즐로부터의 분풍량이 변동되어 안정적인 선별 작용을 얻을 수 없게 되는 문제가 있다.

그래서, 특허문헌 2 에는 압전 소자에 인가하는 구동 전압을 2 단 전압으로 함으로써, 개변시에 있어서의 기체 배출로로부터의 기체 분출량의 변동을 억제하는 압전식 밸브가 기재되어 있다. 그 압전식 밸브는 밸브체를 개변 구동하는 타이밍에서 1 단째의 전압을 압전 소자에 인가하고, 상기 개변에 수반하여 발생하는 밸브체의 진동을 방지하는 타이밍에서 상기 1 단째의 전압보다 높은 2 단째의 전압을 압전 소자에 인가한다. 이에 따르면 개변 후에 있어서의 기체 배출로로부터의 기체 분출량의 변동을 억제할 수 있기 때문에, 기체의 분출 시간이 길어지는 경우에도 그 기체를 안정적으로 공급할 수 있다.

그러나, 상기 압전식 밸브는 압전 소자에 인가하는 구동 전압을 직사각형 형상의 1 단 전압으로 한 경우에 비해 개변시의 응답성이 크게 떨어지는 문제가 있다.

또, 상기 압전식 밸브는 압전 소자에 인가하는 구동 전압을 1 단 전압으로 한 경우에 비해 구동 장치의 회로 구성이 복잡해져서 비용이 높아지는 문제가 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004－316835호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2011－241961호

그래서, 본 발명은 기체의 분출 시간이 길어지는 경우에도 그 기체를 안정적으로 공급할 수 있음과 함께, 개변시의 응답성도 우수한 압전식 밸브 및 그 압전식 밸브의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은 상기 압전식 밸브를 이용함으로써, 불량품 등을 보다 확실하게 날려버릴 수 있어 입상물의 안정적인 선별 작용을 얻을 수 있는 광학식 입상물 선별기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 외부로부터 공급되는 압축 기체를 받아들이는 기체 압력실, 및 그 기체 압력실로부터 상기 압축 기체를 배출하는 기체 배출로를 갖는 압전식 밸브로서, 상기 기체 압력실에 배치되어 상기 기체 배출로를 개폐하는 밸브체와, 상기 밸브체의 동작에 필요한 구동력을 변위로서 발생시키는 압전 소자와, 상기 압전 소자의 변위를 확대시켜 상기 밸브체에 작용시키는 변위 확대 기구와, 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키는 신호 발생부를 갖고, 그 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호를 구동 회로에 대한 입력 신호로 하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 그 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 구동 수단이 상기 밸브체를 개변하는 타이밍에서 상기 프리펄스에 기초하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 상기 개변 후에 있어서의 상기 기체 배출로로부터의 기체 분출량의 변동을 억제하는 타이밍에서 상기 메인 펄스에 기초하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하는 것이 바람직하다.

본 발명은 피선별물을 이송하는 이송 수단과, 그 이송 수단의 단부로부터 낙하하는 피선별물을 검출 위치에 있어서 검출하는 광학 검출 수단과, 그 광학 검출 수단의 더욱 하방에 형성되고 당해 광학 검출 수단에 의한 검출 결과에 기초하여 피선별물을 에어의 분풍에 의해 날려버리는 분풍 수단을 구비하여 이루어지는 광학식 입상물 선별기로서, 상기 분풍 수단은 상기 어느 하나의 압전식 밸브를 구비하고, 당해 압전식 밸브는 상기 광학 검출 수단에 의한 검출 결과에 기초하여, 상기 구동 수단의 신호 발생부에서 상기 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키고, 상기 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 외부로부터 공급되는 압축 기체를 받아들이는 기체 압력실, 및 그 기체 압력실로부터 상기 압축 기체를 배출하는 기체 배출로를 가지고, 상기 기체 압력실에 배치되어 상기 기체 배출로를 개폐하는 밸브체와, 상기 밸브체의 동작에 필요한 구동력을 변위로서 발생시키는 압전 소자와, 상기 압전 소자의 변위를 확대시켜 상기 밸브체에 작용시키는 변위 확대 기구와, 상기 압전 소자를 신축 변위시켜 상기 밸브체를 개폐 구동하는 구동 수단을 구비하는 압전식 밸브의 구동 방법으로서, 상기 구동 수단은 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키는 신호 발생부를 가지고, 그 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호에 기초하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 그 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 구동 수단이 상기 프리펄스에 기초하는 상기 압전 소자에 대한 전압 인가에 의해, 상기 밸브체를 개변하고, 상기 메인 펄스에 기초하는 상기 압전 소자에 대한 전압 인가에 의해, 상기 개변 후에 있어서의 상기 기체 배출로로부터의 기체 분출량의 변동을 억제하는 것이 바람직하다.

본 발명의 압전식 밸브는 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키는 신호 발생부를 가지고, 그 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호를 구동 회로에 대한 입력 신호로 하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 그 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 구동 수단을 구비하므로, 기체의 분출 시간이 길어지는 경우에도 그 기체를 안정적으로 공급할 수 있음과 함께, 개변시의 응답성도 우수한 것이다.

또, 본 발명의 압전식 밸브는 상기 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호를 구동 회로에 대한 입력 신호로 하여 상기 압전 소자에 특정 전압값으로 이루어지는 1 단의 구동 전압을 인가하므로, 구동 수단의 회로 구성이 심플해져 압전 소자에 인가하는 구동 전압을 2 단 전압으로 하는 경우에 비해 비용을 저감할 수 있다.

본 발명의 광학식 입상물 선별기는 상기 본 발명의 압전식 밸브를 구비하므로, 분풍시간이 길어지는 경우라도 에어를 안정적으로 공급할 수 있고, 개변시의 좋은 응답성과 더불어 불량품 등을 보다 확실하게 날려버릴 수 있어 입상물의 안정적인 선별을 행할 수가 있다.

본 발명의 압전식 밸브의 구동 방법에 의하면 구동 수단이 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키는 신호 발생부를 가지고, 그 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호에 기초하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 그 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하므로, 당해 압전식 밸브는 기체의 분출 시간이 길어지는 경우에도 그 기체를 안정적으로 공급할 수 있음과 함께, 개변시의 응답성도 우수한 것이 된다.

또, 본 발명의 압전식 밸브의 구동 방법에 의하면, 상기 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호에 기초하여 상기 압전 소자에 특정 전압값으로 이루어지는 1 단의 구동 전압을 인가하므로, 구동 수단의 회로 구성이 심플해져 압전 소자에 인가하는 구동 전압을 2 단 전압으로 하는 경우에 비해 비용을 저감할 수 있다.

도 1a 는 압전식 밸브 본체의 개략 설명도.
도 1b 는 압전식 밸브 본체의 개략 정면도.
도 2 는 압전식 밸브의 제 1 변형예.
도 3 은 압전식 밸브의 제 2 변형예.
도 4a 는 본 발명의 압전식 밸브에 있어서의 구동 장치의 회로 구성의 블록도.
도 4b 는 본 발명의 압전식 밸브에 있어서의 입력 신호와 인가 전압을 나타내는 도면.
도 5a 는 본 발명의 실시예에 있어서의 충전용 구동 회로에 대한 입력 신호의 그래프.
도 5b 는 본 발명의 실시예에 있어서의 압전 소자에 인가하는 구동 전압의 그래프.
도 5c 는 본 발명의 실시예에 있어서의 기체 배출로로부터 분출하는 에어의 분출압 특성의 관계를 나타내는 그래프.
도 6a 는 종래의 압전식 밸브에 있어서의 구동 장치의 회로 구성의 블록도.
도 6b 는 종래의 압전식 밸브에 있어서의 입력 신호와 인가 전압을 나타내는 도면.
도 7a 는 비교예에 있어서의 충전용 구동 회로에 대한 입력 신호의 그래프.
도 7b 는 비교예에 있어서의 압전 소자에 인가하는 구동 전압의 그래프.
도 7c 는 비교예에 있어서의 기체 배출로로부터 분출하는 에어의 분출압 특성을 나타내는 그래프.
도 8 은 본 발명의 실시예와 비교예에 있어서의 에어 분출압 특성의 비교를 나타내는 그래프.
도 9 는 광학식 입상물 선별기의 주요부 측단면도.
도 10 은 도 9 에 나타내는 입상물 선별기의 제어 블록도.

본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

＜압전식 밸브＞

도 1 은 밸브 본체의 측면이 개방된 상태에 있어서의 압전식 밸브의 개략 설명도로서, 도 1a 는 폐변시에 있어서의 측면도, 도 1b 는 정면도를 나타낸다.

압전식 밸브 (10) 는 밸브 본체 (11) 와, 밸브체 (12) 와, 압전 소자 (13) 와, 변위 확대 기구 (14) 와, 구동 장치 (15) 를 구비한다.

상기 밸브 본체 (11) 는 외부의 압축 기체 공급원 (도시 생략) 으로부터 압축 기체의 공급을 받아들이는 기체 압력실 (111), 및 그 기체 압력실 (111) 내의 기체를 외부에 분출하는 기체 배출로 (112) 를 갖는다.

상기 밸브체 (12) 는 상기 밸브 본체 (11) 의 상기 기체 압력실 (111) 내에 배치되어 상기 기체 배출로 (112) 를 개폐한다.

상기 압전 소자 (13) 는 상기 밸브 본체 (11) 내에 배치되고 그 밸브 본체 (11) 에 일단이 고정된다.

상기 변위 확대 기구 (14) 는 상기 밸브 본체 (11) 의 상기 기체 압력실 (111) 내에 배치되고 상기 압전 소자 (13) 의 변위를 확대시켜 상기 밸브체 (12) 에 작용시킨다.

상기 구동 장치 (15) 는 상기 압전 소자 (13) 에 구동 전압을 인가하여 전하를 충전하고, 그 압전 소자 (13) 를 신장시키는 충전용 구동 회로와, 상기 충전된 전하를 방전시켜, 상기 압전 소자 (13) 를 수축시키는 방전용 구동 회로를 구비하고, 상기 압전 소자 (13) 를 신축 변위시킴으로써 상기 밸브체 (12) 를 개폐 구동한다.

또한, 상기 구동 장치 (15) 는 상기 충전용 구동 회로와 방전용 구동 회로가 상기 압전 소자와 전기적으로 접속되는 것이면 되고, 예를 들어 상기 밸브 본체 (11) 와 물리적으로 일체로 될 필요는 없다.

상기 변위 확대 기구 (14) 는 상기 압전 소자 (13) 의 길이 방향 축선과 기체 배출로 (112) 를 잇는 선 (이하, 「중심선」이라고 한다.) 에 대해 대칭으로 1 쌍 형성된 것이다.

제 1 변위 확대 기구는 제 1 힌지 (16a), 제 2 힌지 (17a), 제 1 아암 부재 (18a) 및 제 1 판스프링 (19a) 으로 구성된다. 제 1 힌지 (16a) 의 일단은 밸브 본체 (11) 에 접합된다. 제 2 힌지 (17a) 의 일단은 상기 압전 소자 (13) 에 장착되는 캡 부재 (131) 에 접합된다. 상기 제 1 힌지 (16a) 및 제 2 힌지 (17a) 의 각 타단은 모두 제 1 아암 부재 (18a) 의 기부에 접합된다. 제 1 아암 부재 (18a) 의 외측 선단 부분에는 제 1 판스프링 (19a) 의 일단이 접합되고, 내단은 밸브체 (12) 의 일방측의 측단부에 접합된다.

한편, 제 2 변위 확대 기구는 제 3 힌지 (16b), 제 4 힌지 (17b), 제 2 아암 부재 (18b) 및 제 2 판스프링 (19b) 으로 구성된다. 제 3 힌지 (16b) 의 일단은 밸브 본체 (11) 에 접합된다. 제 4 힌지 (17b) 의 일단은 상기 압전 소자 (13) 에 장착되는 캡 부재 (131) 에 접합된다. 제 3 힌지 (16b) 및 제 4 힌지 (17b) 의 각 타단은 모두 제 2 아암 부재 (18b) 의 기부에 접합된다. 제 2 아암 부재 (18b) 의 외측 선단 부분에는 제 2 판스프링 (19b) 의 일단이 접합되고, 내단은 밸브체 (12) 의 타방측의 측단부에 접합된다.

압전식 밸브 (10) 는 도 1a 의 상태에 있어서, 구동 장치 (15) 에 의해 압전 소자 (13) 에 구동 전압을 인가하여 전하를 충전하면, 당해 압전 소자 (13) 가 도면 상 우방향으로 신장된다. 당해 압전 소자 (13) 의 신장에 수반되는 변위는 제 1 변위 확대 기구에서는 제 2 힌지 (17a) 를 역점, 제 1 힌지 (16a) 를 지점, 제 1 아암 부재 (18a) 의 선단부를 작용점으로 하여 지렛대 원리에 의해 확대되어 제 1 아암 부재 (18a) 의 외측 선단부를 크게 변위시킨다. 마찬가지로, 당해 압전 소자 (13) 의 신장에 수반되는 변위는 제 2 변위 확대 기구에서는 제 4 힌지 (17b) 를 역점, 제 3 힌지 (16b) 를 지점, 제 2 아암 부재 (18b) 의 선단부를 작용점으로 하여 지렛대 원리에 의해 확대되어 제 2 아암 부재 (18b) 의 외측 선단부를 크게 변위시킨다.

그리고, 상기 제 1 아암 부재 (18a) 및 제 2 아암 부재 (18b) 의 각 외측 선단부에 있어서의 변위는 제 1 판스프링 (19a) 및 제 2 판스프링 (19b) 을 개재하여 밸브체 (12) 를 밸브 시트 (113) 로부터 이간시켜 기체 배출로 (112) 를 개방한다.

한편, 압전식 밸브 (10) 는 구동 장치 (15) 에 의해 상기 압전 소자 (13) 가 전하를 방전하면 그 압전 소자 (13) 가 수축되고, 당해 수축이 제 1 및 제 2 변위 확대 기구를 개재하여 밸브체 (12) 에 전달되고, 당해 밸브체 (12) 가 밸브 시트 (113) 에 착좌된다.

여기서, 도 1 에 있어서, 압전식 밸브 (10) 는 기체 압력실 (111) 의 측면이 외부로 개방된 상태를 예로 하여 설명했지만, 내부 구조를 나타내기 위함일 뿐 그 기체 압력실 (111) 이 밀폐된 상태로 사용되는 것임은 말할 필요도 없다.

＜압전식 밸브의 제 1 변형예＞

도 2 는 압전식 밸브의 제 1 변형예로서, 밸브 본체의 측면이 개방된 상태를 나타낸다.

당해 압전식 밸브 (20) 는 밸브체 (22), 압전 소자 (23), 변위 확대 기구 (24) 를 일체화시켜 이루어지는 액츄에이터 (30) 를 가지며, 당해 액츄에이터 (30) 를, 기체 압력실 (211) 및 기체 배출로 (212) 를 갖는 밸브 본체 (21) 에 대해 측방으로부터 고정시키는 구성으로 한 점에서, 도 1 에 나타내는 압전식 밸브 (10) 와 다르다.

또한, 여기서는 상기 밸브체 (22) 를 개폐 구동하는 구동 장치 (상기 구동 장치 (15) 에 상당) 에 대해서는 도시생략한다.

여기서, 상기 변위 확대 기구 (24) 는 상기 압전 소자 (23) 의 변위를 확대시키는 변위 확대부 (25) 와 상기 압전 소자 (23) 의 변위를 상기 변위 확대부 (25) 에 전달하는 변위 전달부 (26) 를 갖는다.

상기 변위 전달부 (26) 는 상기 압전 소자 (23) 의 일단이 접합되는 U 자 모양의 베이스 기판 (27) 과, 상기 압전 소자 (23) 의 타단이 접합되는 캡 부재 (28) 을 갖는다.

당해 압전식 밸브 (20) 는 상기 압전 소자 (23) 가 상기 U 자 모양의 베이스 기판 (27) 의 공간내로서 그 U 자 모양 저부와 상기 캡 부재 (28) 사이에 장착되고, 상기 일단이 상기 베이스 기판 (27) 에 접합되고, 상기 타단이 상기 캡 부재 (28) 에 접합되어 있다.

당해 압전식 밸브 (20) 도 밸브 본체 (21) 의 측면을 밀폐한 상태로 사용된다는 것은 말할 필요도 없다.

＜압전식 밸브의 제 2 변형예＞

도 3 은 압전식 밸브의 제 2 변형예로서, 밸브 본체의 단면 내부의 모습을 나타낸다. 도 3 에 나타내는 압전식 밸브 (40) 는 기체 압력실 (411) 을 형성하는 밸브 본체 (41) 의 전면이 개구되고, 그 개구를 폐쇄하는 덮개체 (42) 에 기체 배출로 (421) 가 형성되어 있고, 당해 덮개체 (42) 에 상기 밸브 본체 (41) 의 내부에 배설 (配設) 되는 플레이트 (43) 가 일체로 형성됨과 함께, 그 플레이트 (43) 에 도 2 에 나타내는 액츄에이터 (30) 가 고정되어 있는 점에서, 도 2 에 나타내는 압전식 밸브 (20) 와 다르다.

또한, 여기서도 밸브체를 개폐 구동하는 구동 장치에 대해서는 도시를 생략한다.

당해 압전식 밸브 (40) 는 상기 액츄에이터 (30) 가 고정된 플레이트 (43) 를, 상기 밸브 본체 (41) 에 있어서의 전면의 개구로부터 내부로 배설함과 함께, 상기 플레이트 (43) 와 일체로 형성된 상기 덮개체 (42) 로 상기 밸브 본체 (41) 의 상기 개구를 폐쇄함으로써 조립된다.

［실시예］(프리펄스 신호)

도 4a 는 본 발명의 압전식 밸브에 있어서의 구동 장치의 회로 구성에 대한 블록도이고, 도 4b 는 상기 회로에서 발생하는 신호 및 압전 소자의 인가 전압의 타이밍 차트를 나타낸다.

도 4a 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 압전식 밸브에 있어서의 구동 장치는 신호 발생부 (150) 에 있어서, 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 1 개의 충전용 신호 A (이하, 「프리펄스 신호」라고 한다.) 를 발생시키고, 그 프리펄스 신호를 충전용 구동 회로 (151) 에 대한 입력 신호로 함으로써, 압전 소자에 전압을 인가하여 전하를 충전시켜 그 압전 소자를 신장시킨다. 또, 상기 구동 장치는 신호 발생부 (150) 에서 발생되는 방전용 신호 B 를 방전용 구동 회로 (152) 에 대한 입력 신호로 함으로써, 상기 압전 소자로부터 상기 전하를 방전시켜 그 압전 소자를 수축시킨다.

본 발명의 압전식 밸브는 도 4b 에 나타내는 바와 같이, 상기 신호 발생부 (150) 에서 발생되는 신호 A (프리펄스 신호) 를 충전용 구동 회로 (151) 에 대한 입력 신호로 하여 상기 압전 소자에 특정 전압값으로 이루어지는 1 단의 구동 전압을 인가하므로, 구동 장치의 회로 구성이 심플해진다.

도 5a 는 본 발명의 압전식 밸브에 있어서의 충전용 구동 회로 (151) 에 대한 입력 신호 (프리펄스 신호), 도 5b 는 상기 입력 신호에 기초하여 압전 소자에 인가하는 구동 전압, 도 5c 는 상기 구동 전압에 의해 개변되는 기체 배출로로부터 분출되는 에어의 분출압 특성의 그래프를 나타낸다. 여기서는 압전식 밸브에 외부로부터 공급하는 압축 기체로서 압축 에어를 사용한다.

도 5a ~ c 에 나타내는 그래프의 실험 조건은 다음과 같다.

(1) 압축 에어 공급 압력：0.25 ㎫ (대기압하의 게이지압 수치)

(2) 압축 에어 설정 유량：60 L/min

(3) 입력 신호：프리펄스 시간 (t1) = 0.14 ms, 휴지 시간 (t2) = 0.03 ms, 메인 펄스 시간 (t3) = 1.83 ms (압전 소자의 통전 시간：2 ms)

(4) 에어 분출압 검출 위치：기체 배출로 선단으로부터 2 ㎜

여기서, 상기 프리펄스 시간 (t1) 및 휴지 시간 (t2) (메인 펄스의 입력 타이밍), 그리고 상기 프리펄스 신호에 의해 압전 소자에 인가하는 구동 전압값은 개변시에 있어서의 에어 분출압의 상승이 빠르고, 또한 개변 후에 있어서의 에어 분출압의 변동이 억제되는 (개변에 수반되는 반동으로 밸브체가 진동하는 것을 방지) 최적의 타이밍 조건 등을 실험 등에 의해 미리 구하여 설정되어 있다.

또, 상기 메인 펄스 시간 (t3) 은 에어 분출 시간에 기초하여 설정되어 있다.

［비교예］(2 단 신호)

도 6a 는 특허문헌 2 에 기재된, 종래의 압전식 밸브에 있어서의 구동 장치의 회로 구성에 대한 블록도, 도 6b 는 상기 회로에서 발생 및 생성되는 신호, 그리고 압전 소자의 인가 전압의 타이밍 차트를 나타낸다.

도 6a 에 나타내는 바와 같이, 종래의 압전식 밸브에 있어서의 구동 장치는 신호 발생부 (550) 에 있어서, 구형파로 이루어지는 신호 A＿H 와 신호 A＿L 의 2개의 충전용 신호를 발생시키고, 지령치 연산 회로 (553) 에 있어서, 상기 2 개의 신호를 합성하여 2 단으로 이루어지는 합성 신호 A' (이하, 「2 단 신호」라고 한다.) 를 생성하고, 그 2 단 신호를 충전용 구동 회로 (551) 에 대한 입력 신호로 함으로써, 압전 소자에 전압을 인가하여 전하를 충전시켜 그 압전 소자를 신장시킨다. 또, 상기 구동 장치는 신호 발생부 (550) 에서 발생되는 방전용 신호 B 를 방전용 구동 회로 (552) 에 대한 입력 신호로 함으로써, 상기 압전 소자로부터 상기 전하를 방전시켜 그 압전 소자를 수축시킨다.

종래의 압전식 밸브는 도 6b 에 나타내는 바와 같이, 신호 발생부 (550) 에서 발생되는 신호 A＿H 및 신호 A＿L 에 기초하여, 지령치 연산 회로 (553) 에 있어서 신호 A' (2 단 신호) 를 생성하고, 그 신호 A' (2 단 신호) 를 충전용 구동 회로 (551) 에 대한 입력 신호로 하여 상기 압전 소자에 2 단의 구동 전압을 인가하는 것이며, 상기 압전 소자에 인가하는 1 단째의 구동 전압이 목표치가 되도록 FB 회로 (554) 에 의해 피드백 제어할 필요가 있으므로, 구동 장치의 회로 구성이 복잡해진다.

도 7a 는 종래의 압전식 밸브 (비교예) 에 있어서의 충전용 구동 회로 (551) 에 대한 입력 신호 (2 단 신호), 도 7b 는 상기 입력 신호에 기초하여 압전 소자에 인가하는 구동 전압, 도 7c 는 상기 구동 전압에 의해 개변되는 기체 배출로로부터 분출되는 에어의 분출압 특성의 그래프를 나타낸다. 또한, 여기서도 압전식 밸브에 외부로부터 공급하는 압축 기체로서 압축 에어를 사용한다.

도 7a ~ c 에 나타내는 그래프의 실험 조건은 다음과 같다.

(1) 압축 에어 공급 압력：0.25 ㎫ (대기압하의 게이지압 수치)

(2) 압축 에어 설정 유량：60 L/min

(3) 입력 신호：1 단째의 시간 (t4) = 0.26 ms, 2 단째의 시간 (t5) = 1.74 ms (압전 소자의 통전 시간：2 ms)

(4) 에어 분출압 검출 위치：기체 배출로 선단으로부터 2 ㎜

여기서, 상기 1 단째의 시간 (t4) (2 단째의 입력 타이밍), 및 상기 2 단 신호에 의해 압전 소자에 인가하는 구동 전압값은 개변시에 있어서의 에어 분출압의 상승이 빠르고, 또한 개변 후에 있어서의 에어 분출압의 변동이 억제되는 (개변에 수반되는 반동으로 밸브체가 진동하는 것을 방지) 최적의 타이밍 조건 등을 실험 등에 의해 미리 구하여 설정되어 있다.

또, 상기 2 단째의 시간 (t5) 은 에어 분출 시간에 기초하여 설정되어 있다.

도 8 은 본 발명의 실시예와 비교예에 있어서의 에어 분출압 특성을 비교하는 그래프를 나타낸다.

도 8 에 있어서, 일점쇄선은 「프리펄스 신호」를 충전용 구동 회로 (151) 에 대한 입력 신호로 한 경우를 나타낸다. 또, 실선은 「2 단 신호」를 충전용 구동 회로 (551) 에 대한 입력 신호로 한 경우를 나타낸다. 또한, 도 8 에는 「펄스 (구형파) 신호」를 충전용 구동 회로에 대한 입력 신호로 한 경우를 함께 파선으로 나타낸다. 또한, 「펄스 신호」를 충전용 구동 회로에 대한 입력 신호로 한 경우, 압전 소자에는 1 단의 직사각형 형상의 구동 전압이 인가된다.

먼저, 입력 신호를 「펄스 신호」로 한 압전식 밸브에서는 개변시의 응답성이 매우 우수한 반면에 개변 후에 있어서의 에어 분출압 (분출량) 이 크게 변동되었음을 알 수 있다.

다음으로, 입력 신호를 「2 단 신호」로 한 종래의 압전식 밸브에서는, 상기 「펄스 신호」의 경우와 비교하여, 개변 후에 있어서의 에어 분출압 (분출량) 의 변동이 억제되는 반면에 개변시의 응답성이 크게 떨어졌음을 알 수 있다.

한편, 입력 신호를 「프리펄스 신호」로 한 본 발명의 압전식 밸브에서는, 상기 「펄스 신호」의 경우와 비교하여, 개변 후에 있어서의 에어 분출압 (분출량) 의 변동이 억제됨과 함께, 상기 「2 단 신호」의 경우와 비교하여, 개변시의 응답성이 우수함을 알 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 압전식 밸브는 기체의 분출 시간이 길어지는 경우라도 그 기체를 안정적으로 공급할 수 있음과 함께, 개변시의 응답성도 우수한 것이라고 할 수 있다.

＜광학식 입상물 선별기＞

다음으로, 본 발명의 압전식 밸브를 이용한 분풍 노즐을 구비하는 광학식 입상물 선별기에 대해 설명한다.

도 9 는 광학식 입상물 선별기의 내부 구조를 간략화하여 나타낸 주요부 측단면도를 나타낸다. 도 10 은 광학식 입상물 선별기에 있어서의 제어 블록도를 나타낸다.

광학식 입상물 선별기 (610) 는 상부에 탱크 (620) 와 진동 피더 (630) 로 이루어지는 입상물 공급부를 갖는다. 입상물 공급부의 하방에는 소정폭을 갖는 경사상 슈트 (chute; 640) 가 배치된다.

상기 입상물 공급부로부터 공급된 입상물은 상기 경사상 슈트 (640) 상을 폭방향으로 퍼져 연속적으로 자연유하한 후, 그 하단으로부터 소정의 낙하 궤적을 따라 공중으로 방출된다.

상기 소정의 낙하 궤적의 전후에는 상기 경사상 슈트 (640) 의 폭방향으로 평행하게 직선상으로 연장되는 입상물 검출 위치 (O) 에 있어서 입상물을 촬상하는 적어도 1 쌍의 광학 검출 장치 (650a, 650b) 가 대향하여 배설된다. 각 광학 검출 장치 (650a, 650b) 는 각각 CCD 라인 센서를 내장하는 CCD 카메라 등의 촬상 수단 (651a, 651b), 형광등 등으로 이루어지는 조명 수단 (652a, 652b), 및 상기 입상물을 촬상할 때의 배경이 되는 백그라운드 (653a, 653b) 등으로 구성된다.

또, 상기 입상물 검출 위치 (O) 의 하방에는 불량품 등을 에어의 분풍에 의해 제거하는 분풍 장치 (670) 가 배설된다. 상기 분풍 장치 (670) 는 상기 본 발명의 압전식 밸브를 복수 병설하여 장착하여 이루어지는 분풍 노즐 (671) 과 그 분풍 노즐 (671) 에 압축 에어를 보내는 압축 에어 공급 장치 (673) 를 구비하고, 상기 각 광학 검출 장치 (650a, 650b) 의 검출 결과에 기초하여, 상기 경사상 슈트 (640) 의 하단으로부터 방출되는 입상물을, 그 입상물의 낙하 궤적의 폭방향 각 위치에 대응시켜 형성되는 상기 분풍 노즐 (671) 의 복수의 노즐 구멍으로부터 에어를 분사시켜 날려버린다. 또한, 상기 압전식 밸브의 압전 소자는 구동 장치 (672) 의 구동 회로와 전기적으로 접속된다.

상기 광학식 입상물 선별기 (610) 에 있어서, 상기 경사상 슈트 (640) 를 폭방향으로 퍼져 연속적으로 자연유하한 후, 그 하단으로부터 소정의 낙하 궤적을 따라 공중으로 방출되는 입상물은 상기 입상물 검출 위치 (O) 에 있어서 상기 각 광학 검출 장치 (650a, 650b) 의 촬상 수단 (651a, 651b) 에 의해 촬상되고, 당해 촬상 데이터가 제어 장치 (660) 에 보내진다. 그 제어 장치 (660) 는 상기 촬상 데이터에 기초하여 불량품 등의 제거해야 할 입상물을 특정함과 함께 당해 입상물의 크기 등에 관한 정보를 취득하여 상기 불량품 등의 배제 신호를 상기 구동 장치 (672) 에 보낸다.

상기 분풍 장치 (670) 는 상기 구동 장치 (672) 에 보내지는 상기 배제 신호 에 기초하여 상기 복수의 압전식 밸브를 선택적으로 구동시키고, 상기 경사상 슈트 (640) 의 폭방향으로 평행하게 직선상으로 연장되는 입상물 배제 위치 (E) 를 통과하는 불량품 등에 대해, 그 폭방향의 각 위치에 대응하여 형성되는 상기 분풍 노즐 (671) 의 각 노즐 구멍으로부터 에어를 분풍한다.

이 때, 상기 구동 장치 (672) 는 상기 배제 신호에 기초하여 도 4 에 나타내는 바와 같이, 신호 발생부에 있어서 「프리펄스 신호」를 발생시키고, 그 프리펄스 신호를 충전용 구동 회로에 대한 입력 신호로 하여 상기 선택적으로 구동되는 압전식 밸브의 압전 소자에 전압을 인가한다.

여기서, 상기 프리펄스 신호에 있어서, 프리펄스 시간 (t1) 및 휴지 시간 (t2 ; 메인 펄스의 입력 타이밍) 은 미리 실험 등에 의해 구하여 구동 장치 (672) 에 설정되어 있다.

그리고, 상기 분풍 노즐 (671) 의 각 노즐 구멍으로부터의 분풍에 의해 날려버려진 불량품 등은 불량품 배출구 (681) 로부터 기외로 배출된다. 또, 분풍에 의해 날려버려지지 않고 소정의 낙하 궤적을 그대로 통과한 우량품 등은 우량품 배출구 (682) 로부터 회수된다.

이상과 같이, 상기 광학식 입상물 선별기 (610) 는 상기 압전식 밸브가, 개변시의 응답성이 우수함과 함께, 분풍시간이 길어지는 경우라도 에어를 안정적으로 공급할 수 있고, 불량품 등을 보다 확실하게 날려버릴 수 있기 때문에 입상물의 안정적인 선별을 행할 수 있다.

상기 광학식 입상물 선별기에 있어서, 선별 대상이 되는 입상물은 대표적으로는 곡물 낟알, 특히 쌀 날알이지만, 반드시 곡물 낟알에 한정되는 것은 아니고, 그 대상물은 분풍에 의해 날려버릴 수 있는 크기와 질량인 한 뭐든지 상관없다.

또한, 본 발명의 압전식 밸브는 변위 확대 기구가 상기 압전 소자의 길이 방향 축선과 기체 배출로를 잇는 선에 대해 비대칭으로 배치되는 것이라도 되고, 변위 확대 기구가 하나만 배치되는 것이라도 된다.

또, 본 발명의 압전식 밸브는 밸브체가 아암 부재의 일단부에 접합되는 것 이라도 된다.

또한, 본 발명의 압전식 밸브는 압전 소자의 길이 방향 축선이 밸브체의 동작 방향으로 일치하는 것이 아니어도 된다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 범위를 일탈하지 않는 한 그 구성을 적절히 변경할 수 있음은 말할 필요도 없다.

산업상의 이용 가능성

본 발명의 압전식 밸브는 기체의 분출 시간이 길어지는 경우라도 그 기체를 안정적으로 공급할 수 있음과 함께, 개변시의 응답성도 우수한 것이며, 다양한 분야에 이용할 수 있는 것이다.

10 : 압전식 밸브
11 : 밸브 본체
111 : 기체 압력실
112 : 기체 배출로
12 : 밸브체
13 : 압전 소자
14 : 변위 확대 기구
15 : 구동 장치
150 : 신호 발생부
151 : 충전용 구동 회로
152 : 방전용 구동 회로
18a, 18b : 아암 부재
19a, 19b : 판스프링
20 : 압전식 밸브
21 : 밸브 본체
211 : 기체 압력실
212 : 기체 배출로
22 : 밸브체
23 : 압전 소자
24 : 변위 확대 기구
30 : 액츄에이터
40 : 압전식 밸브
41 : 밸브 본체
411 : 기체 압력실
42 : 덮개체
421 : 기체 배출로
43 : 플레이트
55 : 구동 장치
550 : 신호 발생부
551 : 충전용 구동 회로
552 : 방전용 구동 회로
553 : 지령치 연산 회로
554 : 피드백 회로
610 : 광학식 입상물 선별기
640 : 경사상 슈트
650a, 650b : 광학 검출 장치
651a, 651b : CCD 카메라(촬상 수단)
660 : 제어 장치
670 : 분풍 장치
671 : 분풍 노즐
672 : 구동 장치
673 : 압축 에어 공급 장치

Claims (5)

1. 외부로부터 공급되는 압축 기체를 받아들이는 기체 압력실, 및 그 기체 압력실로부터 상기 압축 기체를 배출하는 기체 배출로를 갖는 압전식 밸브로서,
   상기 기체 압력실에 배치되어 상기 기체 배출로를 개폐하는 밸브체와,
   상기 밸브체의 동작에 필요한 구동력을 변위로서 발생시키는 압전 소자와,
   상기 압전 소자의 변위를 확대시켜 상기 밸브체에 작용시키는 변위 확대 기구와,
   프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키는 신호 발생부를 가지며, 그 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호를 구동 회로에 대한 입력 신호로 하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 그 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전식 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 수단은 상기 밸브체를 개변하는 타이밍에서 상기 프리펄스에 기초하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 상기 개변 후에 있어서의 상기 기체 배출로로부터의 기체 분출량의 변동을 억제하는 타이밍에서 상기 메인 펄스에 기초하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하는, 압전식 밸브.
3. 피선별물을 이송하는 이송 수단과, 그 이송 수단의 단부로부터 낙하하는 피선별물을 검출 위치에 있어서 검출하는 광학 검출 수단과, 그 광학 검출 수단의 더욱 하방에 형성되고 당해 광학 검출 수단에 의한 검출 결과에 기초하여 피선별물을 에어의 분풍에 의해 날려버리는 분풍 수단을 구비하여 이루어지는 광학식 입상물 선별기로서,
   상기 분풍 수단은 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 압전식 밸브를 구비하고,
   당해 압전식 밸브는, 상기 광학 검출 수단에 의한 검출 결과에 기초하여, 상기 구동 수단의 신호 발생부에서 상기 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키고, 상기 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 것을 특징으로 하는 광학식 입상물 선별기.
4. 외부로부터 공급되는 압축 기체를 받아들이는 기체 압력실, 및 그 기체 압력실로부터 상기 압축 기체를 배출하는 기체 배출로를 가지며,
   상기 기체 압력실에 배치되어 상기 기체 배출로를 개폐하는 밸브체와,
   상기 밸브체의 동작에 필요한 구동력을 변위로서 발생시키는 압전 소자와,
   상기 압전 소자의 변위를 확대시켜 상기 밸브체에 작용시키는 변위 확대 기구와,
   상기 압전 소자를 신축 변위시켜 상기 밸브체를 개폐 구동하는 구동 수단을 구비하는 압전식 밸브의 구동 방법으로서,
   상기 구동 수단은 프리펄스와 메인 펄스로 이루어지는 신호를 발생시키는 신호 발생부를 가지며, 그 신호 발생부에서 발생되는 상기 신호에 기초하여 상기 압전 소자에 구동 전압을 인가하고, 그 압전 소자를 신장시켜 상기 밸브체를 개변 구동하는 것을 특징으로 하는 압전식 밸브의 구동 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 구동 수단은, 상기 프리펄스에 기초하는 상기 압전 소자에 대한 전압 인가에 의해, 상기 밸브체를 개변하고, 상기 메인 펄스에 기초하는 상기 압전 소자에 대한 전압 인가에 의해, 상기 개변 후에 있어서의 상기 기체 배출로로부터의 기체 분출량의 변동을 억제하는, 압전식 밸브의 구동 방법.

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