WO2013088661A1 - 圧電式バルブ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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piezoelectric
valve body
displacement
optical
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伊藤　隆文
世傑 徐
矢野　健
丈司 上間
敏忠 平田
樋口　俊郎
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株式会社サタケ
有限会社メカノトランスフォーマ
クロダニューマティクス株式会社
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
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    • B07C2501/009—Sorting of fruit

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric valve that opens and closes a valve by using a displacement of a piezoelectric element, and an optical granular material sorter including a blast means using the piezoelectric valve.
  • an optical granular material sorter that blows off granular materials such as grains and resin pellets with a blast and sorts them into non-defective products and defective products, or removes foreign matters mixed in the granular materials with a blast.
  • This type of granular material sorter sorts the granular material by removing the granular material falling along a predetermined trajectory from the end of the conveyance path by blowing it off with a blast based on a detection signal such as a defective product. Is to do.
  • the above-mentioned granular material sorter blows out defective products etc. out of the granular materials falling continuously and in large quantities with an air blast, and blows out only the defective products etc. accurately without involving other granular materials.
  • a piezoelectric air valve that can open and close the valve at high speed by using a piezoelectric element has been proposed (see Patent Document 1).
  • the piezoelectric air valve described in Patent Document 1 utilizes the characteristics of a piezoelectric element having excellent high-speed response performance, and includes a displacement enlarging mechanism that expands a small displacement of the piezoelectric element based on the principle of leverage.
  • the piezoelectric air valve when a voltage is applied to the piezoelectric element, displacement in the extending direction of the piezoelectric element is transmitted to the valve body through the displacement enlarging mechanism, and the valve body is quickly moved to open the valve. Further, when the voltage application to the piezoelectric element is released, the piezoelectric air valve transmits a return force accompanying the return of the original state of the piezoelectric element to the valve body via the displacement enlarging mechanism, and promptly causes the valve body to Close the valve by contacting the seat.
  • the optical granular material sorter equipped with the blast nozzle using the piezoelectric air valve is more accurate than the conventional electromagnetic valve because the piezoelectric air valve is more responsive when opening and closing the valve. It blows off well and is less likely to be blown away by involving good and bad products before and after.
  • an object of the present invention is to provide a piezoelectric valve that can efficiently perform an assembly operation.
  • Another object of the present invention is to provide an optical granular material sorter equipped with a blast means using the piezoelectric valve that can efficiently perform an assembling operation.
  • a piezoelectric valve includes a valve main body having a gas pressure chamber that receives compressed gas supplied from the outside, and is disposed inside the valve main body and fixed to the valve main body.
  • a plate a valve body, a piezoelectric element that generates a driving force necessary for the operation of the valve body as a displacement, a displacement enlarging mechanism that expands the displacement of the piezoelectric element and acts on the valve body, And an actuator that is fixed to both surfaces and is disposed inside the valve body together with the plate.
  • the actuator is provided symmetrically with respect to a valve body, a piezoelectric element that generates a driving force necessary for the operation of the valve body as a displacement, and an axis of an operation direction of the valve body, It is preferable to integrally have a pair of displacement magnifying mechanisms for enlarging the displacement of the piezoelectric element and acting on the valve body.
  • the piezoelectric valve according to the present invention is a case in which the valve body has a front opening, and the plate is integrally provided with a lid for closing the opening of the case, and the compressed gas is supplied to the lid. It is preferable to provide a gas discharge path for discharging and a valve seat with which the valve body abuts in order to open and close the gas discharge path.
  • the lid is formed with an inlet for a compressed gas supplied to the gas pressure chamber, and a wiring connector for the piezoelectric element is disposed.
  • An optical granular material sorter includes a transfer means for transferring an object to be selected, an optical detection means for detecting an object to be sorted falling from an end of the transfer means at a detection position, and an optical detection means.
  • Fountain means provided below and blowing off the object to be sorted by air blast based on the detection result of the optical detection means, the blast means comprising the piezoelectric valve, and the optical detection means The piezoelectric valve is driven based on the detection result to blow air.
  • the plate with the actuator fixed on both sides can be fixed to the valve body, the assembly work of the piezoelectric valve, particularly the composite piezoelectric valve, can be performed efficiently.
  • the actuator since the actuator is fixed to both surfaces of the plate, the interval between the gas outlets of the composite valve can be reduced as compared with the conventional one. It can be compact.
  • the valve body is a case whose front surface is open, and a lid for closing the opening of the case is integrally provided on the plate, and the compressed gas is discharged to the lid.
  • the assembly can be performed by a simple operation of assembling the plate from the front surface of the case. it can.
  • an assembly of a compressed gas supplied to the gas pressure chamber is formed in the lid body, and a wiring connector for the piezoelectric element is provided. Work can be performed more efficiently.
  • the blast means includes the piezoelectric valve, so that assembly work can be performed efficiently.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a piezoelectric valve according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a valve seat plate constituting the piezoelectric valve in the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of an actuator constituting the piezoelectric valve in the first embodiment. Explanatory drawing of the state which attached the actuator to the valve seat plate in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is an exploded view of the piezoelectric valve in the first embodiment. Explanatory drawing of the plate which comprises the piezoelectric valve in Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a piezoelectric valve in a second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a piezoelectric valve.
  • FIG. 2 is an explanatory view of a valve seat plate constituting the piezoelectric valve.
  • FIG. 3 is an explanatory view of an actuator constituting the piezoelectric valve.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a state where the actuator is attached to the valve seat plate.
  • FIG. 5 shows an exploded view of the piezoelectric valve.
  • the piezoelectric valve 10 includes a valve body 20, an intermediate spacer 30 fixed to the front surface of the valve body 20 with screws, an inside of the valve body 20, and the intermediate spacer 30.
  • the valve seat plate 40 is fixed to the front surface with screws, and the actuator 50 is fixed to both surfaces of the valve seat plate 40 with screws.
  • the valve body 20 is a case having an open front surface, and includes a gas pressure chamber that receives compressed gas supplied from an external compressed gas supply source (not shown).
  • the intermediate spacer 30 includes two through openings.
  • the valve seat plate 40 is provided with a mounting portion 41 of the actuator 50 on both sides, and a cover body 42 that closes the opening of the case in front of it.
  • the lid body 42 is provided with two valve seats 43 with which a valve body (described later) of the actuator 50 comes into contact. Further, the lid body 42 is provided with two gas outlets 44 on the front surface, and a gas discharge path 45 communicating from the valve seat surfaces of the valve seats 43 to the gas outlet 44 is formed. Further, the lid 42 is provided with a compressed gas inlet 46 to be supplied to the gas pressure chamber on the front surface, and a piezoelectric element wiring connector 47 to be described later. The wiring from the wiring connector 47 to the piezoelectric element is molded in the valve seat plate 40.
  • the valve seat plate 40 is integrally formed of, for example, a synthetic resin material.
  • the actuator 50 includes a rubber valve body 51, preferably a sliding rubber valve body 51, a piezoelectric element 52 that generates a driving force necessary for the operation of the valve body 51 as a displacement, and the displacement of the piezoelectric element 52 is expanded to increase the valve body.
  • a displacement magnifying mechanism 53 that acts on 51 is provided.
  • the displacement enlarging mechanism 53 is paired with respect to an axis in the operation direction of the valve body 51, here, a straight line (hereinafter referred to as “center line”) connecting the longitudinal axis of the valve body 51 and the piezoelectric element 52.
  • center line an axis in the operation direction of the valve body 51, here, a straight line (hereinafter referred to as “center line”) connecting the longitudinal axis of the valve body 51 and the piezoelectric element 52.
  • the first displacement enlarging mechanism includes a first hinge 54, a second hinge 55, a first arm 56, and a first leaf spring 57.
  • One end of the first hinge 54 is integrated with one end of the U-shaped base substrate 58, and one end of the second hinge 55 is integrated with the cap member 59.
  • One end of a first leaf spring 57 is joined to the outer front end portion of the first arm 56, and one side end portion of the valve body 51 is joined to the other end of the first leaf spring 57.
  • the second displacement enlarging mechanism includes a third hinge 60, a fourth hinge 61, a second arm 62, and a second leaf spring 63.
  • One end of the third hinge 60 is integrated with the other end of the U-shaped base substrate 58, and one end of the fourth hinge 61 is integrated with the cap member 59.
  • One end of a second leaf spring 63 is joined to the outer front end portion of the second arm 62, and the other side end portion of the valve body 51 is joined to the other end of the second leaf spring 63.
  • the displacement enlarging mechanism 53 is formed integrally with the base substrate 58 and the cap member 59 by punching a metal material such as stainless steel.
  • the actuator 50 is fixed to the valve seat plate 40 with screws A in a state where the valve body 51 is in contact with the valve seat 43. At that time, a hole larger than the shaft diameter of the screw A is formed in the actuator 50, and the contact state of the valve body 51 with respect to the valve seat 43 can be finely adjusted.
  • the actuator 50 is fixed to both surfaces of the valve seat plate 40.
  • the piezoelectric element 52 In the state shown in FIG. 4, when the actuator 50 energizes the piezoelectric element 52, the piezoelectric element 52 extends in the left direction in the drawing.
  • the displacement associated with the extension of the piezoelectric element 52 is a lever of the first displacement enlarging mechanism using the first hinge 54 as a fulcrum, the second hinge 55 as a force point, and the outer tip of the first arm 56 as an action point. Enlarging by the principle, the outer front end portion of the first arm 56 is greatly displaced.
  • the displacement associated with the expansion of the piezoelectric element 52 is similarly applied to the second displacement magnifying mechanism, with the third hinge 60 serving as a fulcrum, the fourth hinge 61 serving as a force point, and the outer tip of the second arm 62 serving as a point of action. As described above, the outer tip of the second arm 62 is greatly displaced.
  • each displacement of the outer front end portion of the first arm 56 and the outer front end portion of the second arm 62 causes the valve body 51 to move through the first plate spring 57 and the second plate spring 63.
  • the gas discharge path 45 is opened.
  • the actuator 50 contracts when the energization to the piezoelectric element 52 is released, and the contraction of the piezoelectric element 52 causes the valve element 51 to move to the valve seat via the first and second displacement enlarging mechanisms. 43 is seated and the gas exhaust passage 45 is closed.
  • the piezoelectric valve 10 is first fixed with a screw B in a state where the intermediate spacer 30 is in contact with the front surface of the case of the valve body 20 via a gasket 70, and then, After the valve seat plate 40 to which the actuator 50 is fixed is inserted into the case of the valve body 20 through the opening of the intermediate spacer 30, the lid 42 of the valve seat plate 40 is placed on the front surface of the intermediate spacer 30. Assembling is performed by fixing with a screw C in a state of being in contact with the gasket 80.
  • the piezoelectric valve 10 has two openings through which the intermediate spacer 30 can be inserted into the valve seat plate 40, and the actuator 50 is fixed to both surfaces of the valve seat plate 40. This is a composite piezoelectric valve in which four valves having a common chamber are arranged in parallel.
  • the piezoelectric valve 10 can increase the number of composite piezoelectric valves by arranging the piezoelectric valves 10 in parallel.
  • the piezoelectric valve 10 can also change the number of valves by changing the width of the case of the valve body 20 to change the number of valve seat plates 40 inserted into the case.
  • the valve seat plate 40 in a state where the actuator 50 is fixed on both sides can be fixed to the valve main body 20, so that an assembly of a piezoelectric valve, particularly a composite piezoelectric valve, is possible. Work can be performed efficiently.
  • the actuator 50 is fixed to both surfaces of the valve seat plate 40, so that the interval between the gas outlets of the composite piezoelectric valve is made smaller than before. Therefore, the composite piezoelectric valve can be made compact.
  • the piezoelectric valve 10 in the present embodiment can be assembled by a simple operation of assembling the valve seat plate 40 integrally provided with the lid 42 from the front surface of the case of the valve main body 20.
  • the valve seat plate 40 can be attached and detached from the front surface of the case. It does not become an obstacle, and the efficiency of assembly work and maintenance work is greatly improved as compared with the prior art.
  • an inlet 46 for compressed gas supplied to the gas pressure chamber is formed in the lid body 42, and a wiring connector 47 for the piezoelectric element is disposed. Therefore, assembly work and maintenance work can be performed more efficiently.
  • the means for fixing the intermediate spacer 30 to the front surface of the case of the valve body 20 and the lid 42 of the valve seat plate 40 are fixed to the front surface of the intermediate spacer 30.
  • the means is not particularly limited to screws, and for example, welding or the like can be used.
  • the assembly can be performed efficiently, but when the members are fixed detachably using screws, the valve seat plate 40 is Needless to say, the maintenance work can be performed more efficiently because the valve body 20 can be easily removed.
  • FIG. 6 is an explanatory view of a plate constituting the piezoelectric valve.
  • FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of the piezoelectric valve.
  • the plate 140 includes the attachment portions of the actuator 50 on both sides. Since the actuator 50 shown in FIG. 3 is used, a description thereof is omitted here.
  • the piezoelectric valve 110 of the present embodiment is a case in which the side surface of the valve body 120 is open, and the plate 140 is assembled into the case from the side surface and fixed with screws D.
  • the valve main body 120 is formed with a gas pressure chamber 121 that receives supply of compressed gas from an external compressed gas supply source (not shown). Further, the valve body 120 communicates with the valve seat 122 with which the valve body 51 of the actuator 50 abuts, and the valve seat surface of the valve seat 122 to the outside, and the compressed gas in the gas pressure chamber 121 is ejected to the outside.
  • a plurality of gas discharge passages 123 are formed according to the number of the actuators 50.
  • the piezoelectric valve 110 of the present embodiment can also constitute a composite piezoelectric valve formed by arranging a plurality of valves having a common gas pressure chamber. Further, the piezoelectric valve 110 of the present embodiment can also increase the number of composite piezoelectric valves by arranging the piezoelectric valves 110 in parallel.
  • the piezoelectric valve 110 of the present embodiment is used in a state where the side surface of the valve body 120 is sealed with a lid member or the like.
  • the piezoelectric valve 110 fixes the plate 140 with the actuator 50 fixed on both surfaces to the valve body 120, so that the assembly work of the piezoelectric valve, particularly the composite piezoelectric valve, is performed. Can be done efficiently.
  • the piezoelectric valve 110 according to the present embodiment can also fix the above-mentioned members by welding or the like, including the case where the lid member is fixed to the side surface of the valve main body 120.
  • FIG. 8 is a side sectional view of a principal part showing a simplified internal structure of the optical granular material sorter.
  • FIG. 9 shows a control block diagram in the optical granular material sorter.
  • the optical granular material sorter 210 has a granular material supply unit composed of a tank 220 and a vibration feeder 230 at the top.
  • An inclined chute 240 having a predetermined width is disposed below the granular material supply unit. The granular material supplied from the granular material supply unit spreads in the width direction on the inclined chute 240 and continuously flows down in a continuous manner, and then is discharged into the air along a predetermined fall trajectory from the lower end thereof.
  • Each of the optical detection devices 250a and 250b includes an imaging unit 251a and 251b such as a CCD camera having a built-in CCD line sensor, an illumination unit 252a and 252b including a fluorescent lamp, and a back as a background when imaging the particulate matter. It consists of grounds 253a, 253b and the like.
  • the blast device 270 includes a blast nozzle 271 in which a plurality of the piezoelectric valves 10 and 110 are installed in parallel, and a compressed air supply device 273 that sends compressed air to the blast nozzle 271, and each of the optical detection devices described above.
  • a plurality of the blast nozzles 271 provided with the particulate matter discharged from the lower end of the inclined chute 240 corresponding to each position in the width direction of the fall trajectory of the particulate matter. It blows away by jetting air from the nozzle hole.
  • the piezoelectric elements 52 of the piezoelectric valves 10 and 110 are electrically connected to the drive circuit of the drive device 272.
  • the granular material discharged into the air along a predetermined falling locus from the lower end thereof is the granular material.
  • Images are picked up by the image pickup means 251 a and 251 b of the optical detection devices 250 a and 250 b at the object detection position O, and the image pickup data is sent to the control device 260.
  • the control device 260 specifies a granular material to be removed such as a defective product based on the imaging data, acquires information on the size of the granular material, and the like, and outputs an exclusion signal of the defective product to the driving device 272. Send to.
  • the blast device 270 selectively drives the plurality of piezoelectric valves 10 and 110 based on the exclusion signal sent to the driving device 272, and linearly parallels the width direction of the inclined chute 240. Air is blown from each nozzle hole of the blowing nozzle 271 provided corresponding to each position in the width direction on a defective product or the like passing through the extended granular material exclusion position E.
  • Defective products and the like blown off by the blast from each nozzle hole of the blast nozzle 271 are discharged out of the machine from the defective product discharge port 281.
  • the non-defective product or the like that has passed through the predetermined drop trajectory without being blown off by the blast is collected from the non-defective product discharge port 282.
  • the granular material to be sorted is typically cereal grains, particularly rice grains, but is not necessarily limited to cereal grains, and the objects should be blown away by a blast. As long as the size and mass are possible, it does not matter.
  • the blast nozzle 271 includes the piezoelectric valve 10 in the optical granular material sorter, assembly work can be performed efficiently.
  • the actuator with which the piezoelectric valve of this invention is provided is not limited to what is demonstrated in said each embodiment.
  • the actuator may be one in which the displacement magnifying mechanism is disposed asymmetrically with respect to the axis of the valve body in the operation direction, or may be one in which only one displacement magnifying mechanism is disposed.
  • the actuator may be one in which a valve body is joined to one end of an arm member. Further, in the actuator, the longitudinal axis of the piezoelectric element may not coincide with the operation direction of the valve body.

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Abstract

　本発明は、組立作業を効率よく行う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。　本発明の圧電式バルブは、外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の内部に配設されるとともに該バルブ本体に固定されるプレートと、弁体、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、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を有し、前記プレートの両面に固定され、前記プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。

Description

圧電式バルブ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
　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て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。
　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、圧電素子を利用することでバルブの開閉を高速で行える圧電式エアバルブが提案されている（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、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。
　また、当該圧電式エアバルブは、前記圧電素子への電圧印加を解除すると、該圧電素子の原状復帰に伴う復帰力が前記変位拡大機構を介して前記弁体に伝わり、該弁体を速やかに弁座に当接させて閉弁する。
　そして、上記圧電式エア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は、上記圧電式エアバルブが従来の電磁バルブに比べてバルブ開閉時の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、光学式粒状物選別機の多くは、粒状物を効率よく選別するため、複数のバルブを並設してなる複合式バルブを利用した噴風ノズルを備える。
　しかしながら、特許文献１に記載された圧電式エアバルブは、複合式エアバルブを構成する場合、単体のエアバルブをバルブの数だけ連接する必要があり、組立作業に時間がかかる問題がある。
特許第４３４４１６４号公報
　そこで、本発明は、組立作業を効率よく行う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、組立作業を効率よく行うことができる上記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、本発明の圧電式バルブは、外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、前記バルブ本体の内部に配設されるとともに該バルブ本体に固定されるプレートと、弁体、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、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を有し、前記プレートの両面に固定され、前記プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。
　本発明の圧電式バルブは、前記アクチュエータが、弁体、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、前記弁体における動作方向の軸線に対して対称に設けられ、前記圧電素子の変位を拡大して前記弁体に作用させる一対の変位拡大機構を一体として有することが好ましい。
　本発明の圧電式バルブは、前記バルブ本体が、前面が開口するケースであって、前記プレートには、前記ケースの開口を閉鎖する蓋体が一体に設けられ、該蓋体に前記圧縮気体を排出する気体排出路及び該気体排出路を開閉するために前記弁体が当接する弁座が設けられることが好ましい。
　本発明の圧電式バルブは、前記蓋体には、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタが配設されることが好ましい。
　本発明の光学式粒状物選別機は、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前記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、前記噴風手段は、前記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。
　本発明の圧電式バルブによれば、アクチュエータが両面に固定された状態のプレートをバルブ本体に固定することができるので、圧電式バルブ、特に複合圧電式バルブの組立作業を効率よく行うことができる。
　また、本発明の圧電式バルブによれば、前記アクチュエータが前記プレートの両面に固定されるので、複合式バルブの気体吹き出し口の間隔を従来に比べ小さくすることができるため、該複合式バルブをコンパクトなものとすることができる。
　本発明の圧電式バルブは、前記バルブ本体が、前面が開口するケースであって、前記プレートに、前記ケースの開口を閉鎖する蓋体が一体に設けられ、該蓋体に前記圧縮気体を排出する気体排出路及び該気体排出路を開閉するために前記弁体が当接する弁座が設けられることとすれば、前記プレートを前記ケースの前面から組み付けるだけの簡単な作業で組み立てを行うことができる。
　本発明の圧電式バルブは、前記蓋体に、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタが配設されることとすれば、組立作業をより効率よく行うことができる。
　本発明の光学式粒状物選別機は、前記噴風手段が、前記圧電式バルブを備えるので、組立作業を効率よく行うことができる。
実施の形態１における圧電式バルブの概略斜視図。 実施の形態１における圧電式バルブを構成する弁座プレートの説明図。 実施の形態１における圧電式バルブを構成するアクチュエータの説明図。 実施の形態１における弁座プレートにアクチュエータを取り付けた状態の説明図。 実施の形態１における圧電式バルブの分解図。 実施の形態２における圧電式バルブを構成するプレートの説明図。 実施の形態２における圧電式バルブの概略説明図。 光学式粒状物選別機の要部側断面図。 光学式粒状物選別機の制御ブロック図。
　本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
＜圧電式バルブ＞
［実施の形態１］
　図１は、圧電式バルブの概略斜視図を示す。図２は、圧電式バルブを構成する弁座プレートの説明図を示す。図３は、圧電式バルブを構成するアクチュエータの説明図を示す。図４は、弁座プレートにアクチュエータを取り付けた状態の説明図を示す。図５は、圧電式バルブの分解図を示す。
　本実施の形態において、圧電式バルブ１０は、バルブ本体２０、該バルブ本体２０の前面にネジで固定される中間スペーサ３０、前記バルブ本体２０の内部に配設されるとともに、前記中間スペーサ３０の前面にネジで固定される弁座プレート４０、前記弁座プレート４０の両面にネジで固定されるアクチュエータ５０を備える。
　前記バルブ本体２０は、前面が開口するケースであって、内部に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を備える。
　前記中間スペーサ３０は、二つの貫通する開口を備える。
　前記弁座プレート４０は、前記アクチュエータ５０の取り付け部４１を両面に備えるとともに、その前方に前記ケースの開口を閉鎖する蓋体４２を一体に備える。当該蓋体４２には、前記アクチュエータ５０の後述する弁体が当接する弁座４３が二つ設けられる。また、当該蓋体４２には、前面に二つの気体吹き出し口４４が設けられ、前記両弁座４３の弁座面から前記気体吹き出し口４４へ連通する気体排出路４５がそれぞれ形成される。さらに、前記蓋体４２には、前面に前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口４６が設けられるとともに、後述する圧電素子用の配線コネクタ４７が配設される。該配線コネクタ４７から圧電素子への配線は、該弁座プレート４０内にモールドされる。前記弁座プレート４０は、例えば合成樹脂材料により一体に成形される。
　前記アクチュエータ５０は、ゴム製好ましくは滑性ゴムの弁体５１、該弁体５１の動作に必要な駆動力を変位として発生する圧電素子５２、前記圧電素子５２の変位を拡大して前記弁体５１に作用させる変位拡大機構５３を備える。
　前記変位拡大機構５３は、前記弁体５１の動作方向の軸線、ここでは、前記弁体５１と前記圧電素子５２の長手方向軸線を結ぶ直線（以下、「中心線」という。）に対して一対が対称に配置される。
　第１変位拡大機構は、第１ヒンジ５４、第２ヒンジ５５、第１アーム５６及び第１板バネ５７を有する。前記第１ヒンジ５４の一端はＵ字状のベース基板５８の一方側先端に対し一体とされ、前記第２ヒンジ５５の一端はキャップ部材５９に対し一体とされる。前記第１アーム５６の外側先端部には、第１板バネ５７の一端が接合され、該第１板バネ５７の他端には前記弁体５１の一方側の側端部が接合される。
　第２変位拡大機構は、第３ヒンジ６０、第４ヒンジ６１、第２アーム６２及び第２板バネ６３を有する。前記第３ヒンジ６０の一端は前記Ｕ字状のベース基板５８の他方側先端に対し一体とされ、前記第４ヒンジ６１の一端は前記キャップ部材５９に対し一体とされる。前記第２アーム６２の外側先端部には、第２板バネ６３の一端が接合され、該第２板バネ６３の他端には前記弁体５１の他方側の側端部が接合される。
　前記変位拡大機構５３は、例えばステンレス材等の金属材料を打ち抜いて、前記ベース基板５８及びキャップ部材５９とともに一体に成形される。
　図４に示すように、前記弁座プレート４０には、前記弁座４３に前記弁体５１が当接した状態で前記アクチュエータ５０がネジＡにより固定される。その際、前記アクチュエータ５０には、前記ネジＡの軸径よりも大きな孔が形成されており、前記弁座４３に対する前記弁体５１の当接状態を微調整できる。なお、前記アクチュエータ５０は、前記弁座プレート４０の両面に固定されている。
　図４に示す状態において、上記アクチュエータ５０は、前記圧電素子５２に通電すると、当該圧電素子５２が図面上左方向に伸長する。当該圧電素子５２の伸長に伴う変位は、前記第１変位拡大機構において、前記第１ヒンジ５４を支点、前記第２ヒンジ５５を力点、前記第１アーム５６の外側先端部を作用点としてテコの原理により拡大され、前記第１アーム５６の外側先端部を大きく変位させる。また、前記圧電素子５２の伸長に伴う変位は、同様に、前記第２変位拡大機構において、前記第３ヒンジ６０を支点、第４ヒンジ６１を力点、第２アーム６２の外側先端部を作用点として、前記第２アーム６２の外側先端部を大きく変位させる。
　そして、前記第１アーム５６の外側先端部と前記第２アーム６２の外側先端部の各変位は、前記第１板バネ５７及び第２板バネ６３を介して前記弁体５１を前記弁座４３から離間させ、前記気体排出路４５を開放する。
　一方、上記アクチュエータ５０は、前記圧電素子５２への通電が解除されると該圧電素子５２が収縮し、当該収縮が前記第１及び第２変位拡大機構を介して前記弁体５１を前記弁座４３に着座させ、前記気体排出路４５を閉鎖する。
　図５に示すように、上記圧電式バルブ１０は、まず、前記中間スペーサ３０を前記バルブ本体２０のケース前面にガスケット７０を介して当接させた状態でネジＢにより固定し、次に、前記アクチュエータ５０が固定された前記弁座プレート４０を前記中間スペーサ３０の開口を介して前記バルブ本体２０のケース内に挿入した後、前記弁座プレート４０の蓋体４２を前記中間スペーサ３０の前面にガスケット８０を介して当接させた状態でネジＣにより固定することで組み立てられる。
　上記圧電式バルブ１０は、前記中間スペーサ３０が前記弁座プレート４０を挿通可能とする二つの開口を有し、前記弁座プレート４０の両面には前記アクチュエータ５０が固定されているため、気体圧力室を共通とする四つのバルブを並設してなる複合圧電式バルブである。
　上記圧電式バルブ１０は、該圧電式バルブ１０を並設することで、複合圧電式バルブのバルブ数を増やすことができる。
　また、上記圧電式バルブ１０は、前記バルブ本体２０のケースの幅を変更することで、該ケース内に挿入する弁座プレート４０の数を変更し、バルブ数を変更することもできる。
　本実施の形態における圧電式バルブ１０によれば、アクチュエータ５０が両面に固定された状態の弁座プレート４０をバルブ本体２０に固定することができるので、圧電式バルブ、特に複合圧電式バルブの組立作業を効率的に行うことができる。
　また、本実施の形態における圧電式バルブ１０によれば、前記アクチュエータ５０が前記弁座プレート４０の両面に固定されるので、前記複合圧電式バルブの気体吹き出し口の間隔を従来に比べ小さくすることができ、複合圧電式バルブをコンパクトなものとすることができる。
　本実施の形態における圧電式バルブ１０は、蓋体４２を一体に備える前記弁座プレート４０を、前記バルブ本体２０のケース前面から組み付けるだけの簡単な作業で組み立てを行うことができる。
　そして、本実施の形態における圧電式バルブ１０は、例えば前記バルブ本体２０のケースが複数並設される場合でも、前記弁座プレート４０の着脱作業を前記ケースの前面から行えるため、他のケースが障害とならず、従来に比べ組立作業や保守作業の効率が格段に向上する。
　本実施の形態における圧電式バルブ１０は、前記蓋体４２に、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口４６が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタ４７が配設されるので、組立作業や保守作業をより効率的に行うことができる。
　なお、本実施の形態における圧電式バルブ１０において、前記中間スペーサ３０を前記バルブ本体２０のケース前面に固定する手段、及び前記弁座プレート４０の蓋体４２を前記中間スペーサ３０の前面に固定する手段は、特にネジに限るものでなく、例えば、溶着等を用いることもできる。
　本実施の形態における圧電式バルブ１０において、上記各部材を溶着等により固定する場合でも、組立を効率的に行えるが、ネジを用いて着脱自在に固定した場合は、前記弁座プレート４０を前記バルブ本体２０から容易に取り外すことができるので保守作業もより効率よく行うことができることは言うまでもない。
　次に、本発明の他の実施の形態について説明する。
［実施の形態２］
　図６は、圧電式バルブを構成するプレートの説明図を示す。図７は、圧電式バルブの概略説明図を示す。
　本実施の形態においても、プレート１４０は、アクチュエータ５０の取り付け部を両面に備える。前記アクチュエータ５０は、図３に示すものを利用するため、ここでの説明は省略する。
　図７に示すように、本実施の形態の圧電式バルブ１１０は、バルブ本体１２０の側面が開口するケースであり、前記プレート１４０を前記側面からケース内に組み込み、ネジＤにより固定する。
　前記バルブ本体１２０には、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１２１が形成される。また、前記バルブ本体１２０には、前記アクチュエータ５０の弁体５１が当接する弁座１２２と、該弁座１２２の弁座面から外部へ連通し前記気体圧力室１２１内の圧縮気体を外部に噴出する気体排出路１２３が、前記アクチュエータ５０の数に応じて複数形成される。
　したがって、本実施の形態の圧電式バルブ１１０も、気体圧力室を共通とする複数のバルブを並設してなる複合圧電式バルブを構成することができる。
　また、本実施の形態の圧電式バルブ１１０も、該圧電式バルブ１１０を並設することで、複合圧電式バルブのバルブ数を増やすことができる。
　なお、本実施の形態の圧電式バルブ１１０が、バルブ本体１２０の側面を蓋部材等により密閉した状態で使用されることは言うまでもない。
　本実施の形態においても、上記圧電式バルブ１１０は、アクチュエータ５０が両面に固定された状態の前記プレート１４０を前記バルブ本体１２０に固定するので、圧電式バルブ、特に複合圧電式バルブの組立作業を効率的に行うことができる。
　また、本実施の形態における圧電式バルブ１１０も、バルブ本体１２０の側面に蓋部材を固定する場合を含め、上記各部材を溶着等により固定することができる。
＜光学式粒状物選別機＞
　次に、上記各実施の形態における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８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９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２１０は、上部にタンク２２０と振動フィーダ２３０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２４０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２４０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。
　前記所定の落下軌跡の前後には、前記傾斜状シュート２４０の幅方向に平行に直線状に延びる粒状物検出位置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２５０ａ，２５０ｂが対向して配設される。各光学検出装置２５０ａ，２５０ｂ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２５１ａ，２５１ｂ、蛍光灯等からなる照明手段２５２ａ，２５２ｂ、及び前記粒状物を撮像する際の背景となるバックグラウンド２５３ａ，２５３ｂ等から構成される。
　また、前記粒状物検出位置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２７０が配設される。前記噴風装置２７０は、上記圧電式バルブ１０，１１０を複数並設して組み込んだ噴風ノズル２７１と、該噴風ノズル２７１に圧縮空気を送る圧縮空気供給装置２７３を備え、前記各光学検出装置２５０ａ，２５０ｂの検出結果に基づいて、前記傾斜状シュート２４０の下端から放出される粒状物を、該粒状物の落下軌跡の幅方向各位置に対応して設けられる前記噴風ノズル２７１の複数のノズル孔からのエアの噴射により吹き飛ばす。なお、前記圧電式バルブ１０，１１０の圧電素子５２は、駆動装置２７２の駆動回路と電気的に接続される。
　上記光学式粒状物選別機２１０において、前記傾斜状シュート２４０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粒状物は、前記粒状物検出位置Ｏにおいて前記各光学検出装置２５０ａ，２５０ｂの撮像手段２５１ａ，２５１ｂにより撮像され、当該撮像データが制御装置２６０に送られる。該制御装置２６０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駆動装置２７２に送る。
　前記噴風装置２７０は、前記駆動装置２７２に送られる前記排除信号に基づいて前記複数の圧電式バルブ１０，１１０を選択的に駆動し、前記傾斜状シュート２４０の幅方向に平行に直線状に延びる粒状物排除位置Ｅを通過する不良品等に対し、該幅方向の各位置に対応して設けられる前記噴風ノズル２７１の各ノズル孔からエアを噴風する。
　そして、前記噴風ノズル２７１の各ノズル孔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２８１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２８２から回収される。
　上記光学式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、特に米粒であるが、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。
　以上のとおり、上記光学式粒状物選別機は、前記噴風ノズル２７１が上記圧電式バルブ１０を備えるので、組立作業を効率よく行うことができる。
　なお、本発明の圧電式バルブが備えるアクチュエータは、上記各実施の形態において説明するものに限定されない。
　例えば、前記アクチュエータは、変位拡大機構が弁体の動作方向の軸線に対して非対称に配置されるものでもよいし、変位拡大機構が一つのみ配置されるものでもよい。
　また、前記アクチュエータは、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、前記アクチュエータは、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。
　本発明は、上記実施の形態に限るものでなく、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、組立作業を効率よく行うことができるため、極めて利用価値が高い。
１０　　　圧電式バルブ
２０　　　バルブ本体
３０　　　中間スペーサ
４０　　　弁座プレート
４１　　　アクチュエータ取り付け部
４２　　　蓋体
４３　　　弁座
４４　　　気体吹き出し口
４５　　　気体排出路
４６　　　圧縮気体取入口
４７　　　配線コネクタ
５０　　　アクチュエータ
５１　　　弁体
５２　　　圧電素子
５３　　　変位拡大機構
５４　　　第１ヒンジ
５５　　　第２ヒンジ
５６　　　第１アーム
５７　　　第１板バネ
５８　　　ベース基板
５９　　　キャップ部材
６０　　　第３ヒンジ
６１　　　第４ヒンジ
６２　　　第２アーム
６３　　　第２板バネ
１１０　　　圧電式バルブ
１２０　　　バルブ本体
１２１　　　気体圧力室
１２２　　　弁座
１２３　　　気体排出路
１４０　　　プレート
２１０　　　光学式粒状物選別機
２４０　　　傾斜状シュート
２５０ａ，２５０ｂ　　　光学検出装置
２５１ａ，２５１ｂ　　　ＣＣＤカメラ（撮像手段）
２６０　　　制御装置
２７０　　　噴風装置
２７１　　　噴風ノズル
２７３　　　圧縮空気供給装置
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ　　　ネジ

Claims (4)

  1. 　外部から供給される圧縮気体を受け入れる気体圧力室を有するバルブ本体と、
    　前記バルブ本体の内部に配設されるとともに該バルブ本体に固定されるプレートと、
    　弁体、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、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を有し、前記プレートの両面に固定され、前記プレートとともに前記バルブ本体の内部に配設されるアクチュエータと、
    を備えることを特徴とする圧電式バルブ。
  2. 　前記バルブ本体は、前面が開口するケースであって、
    　前記プレートには、前記ケースの開口を閉鎖する蓋体が一体に設けられ、該蓋体に前記圧縮気体を排出する気体排出路及び該気体排出路を開閉するために前記弁体が当接する弁座が設けられる請求項１記載の圧電式バルブ。
  3. 　前記蓋体には、前記気体圧力室へ供給される圧縮気体の取入口が形成されるとともに、前記圧電素子用の配線コネクタが配設される請求項２記載の圧電式バルブ。
  4. 　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前記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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