(57)【要約】  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できるとともに、開弁時の応答性にも優れる圧電式バルブを提供する。  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、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、プレパルスとメインパルスからなる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、を備えた。
2013157548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、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、  プレパルスとメインパルスからなる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。
【請求項２】
前記駆動手段は、前記弁体を開弁するタイミングで、前記プレパルスに基づいて前記圧電素子に駆動電圧を印加し、前記開弁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、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子に駆動電圧を印加する請求項１記載の圧電式バルブ。
【請求項３】
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又は２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プレパルスとメインパルスからなる信号を発生し、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。
【請求項４】
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、プレパルスとメインパルスからなる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。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記プレパルスに基づく前記圧電素子への電圧印加により、前記弁体を開弁し、前記メインパルスに基づく前記圧電素子への電圧印加により、前記開弁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請求項４記載の圧電式バルブの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、圧電素子の伸縮変位を利用してバルブの開閉を行う圧電式バルブ、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に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、穀粒や樹脂ペレット等の粒状物をエアを噴出させる手段による噴風により吹き飛ばして良品（求める粒状物）と不良品（排除すべき粒状物）に選別したり、粒状物に混入する異物等を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前記の手段を作動させ、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。【０００３】  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噴出するエア（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。【０００４】  特許文献１には、圧電素子を利用してバルブの開閉を高速で行う圧電式エアバルブが記載されている。該圧電式エアバルブは、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。【０００５】  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。【０００６】  ところが、上記光学式粒状物選別機は、上記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問題がある。【０００７】  そこで、特許文献２には、圧電素子に印加する駆動電圧を２段電圧とすることで、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圧電式バルブが記載されている。該圧電式バルブは、弁体を開弁駆動するタイミングで１段目の電圧を圧電素子に印加し、前記開弁に伴い発生する弁体の振動を防止するタイミングで前記１段目の電圧よりも高い２段目の電圧を圧電素子に印加する。これによると、開弁後における気体排出路からの気体噴出量の変動を抑止できるため、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。【０００８】  しかしながら、上記圧電式バルブは、圧電素子に印加する駆動電圧を矩形状の１段電圧とした場合に比べて開弁時の応答性が大きく劣る問題がある。  また、上記圧電式バルブは、圧電素子に印加する駆動電圧を１段電圧とした場合に比べて駆動装置の回路構成が複雑となり、コスト高となる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３１６８３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４１９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  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できるとともに、開弁時の応答性にも優れる圧電式バルブ及び該圧電式バルブの駆動方法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、不良品等をより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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  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、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、プレパルスとメインパルスからなる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。【００１２】  本発明は、前記駆動手段が、前記弁体を開弁するタイミングで、前記プレパルスに基づいて前記圧電素子に駆動電圧を印加し、前記開弁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、前記メインパルスに基づいて前記圧電素子に駆動電圧を印加することが好ましい。【００１３】  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プレパルスとメインパルスからなる信号を発生し、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。【００１４】  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、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、プレパルスとメインパルスからなる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。【００１５】  本発明は、前記駆動手段が、前記プレパルスに基づく前記圧電素子への電圧印加により、前記弁体を開弁し、前記メインパルスに基づく前記圧電素子への電圧印加により、前記開弁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ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】  本発明の圧電式バルブは、プレパルスとメインパルスからなる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を備えるので、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できるとともに、開弁時の応答性にも優れるものである。  また、本発明の圧電式バルブは、前記信号発生部において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１段の駆動電圧を印加するので、駆動手段の回路構成がシンプルとなり、圧電素子に印加する駆動電圧を２段電圧とする場合に比べコストを低減できる。【００１７】  本発明の光学式粒状物選別機は、上記本発明の圧電式バルブを備えるので、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、開弁時の応答性の良さと相俟って、不良品等をより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。【００１８】  本発明の圧電式バルブの駆動方法によれば、駆動手段が、プレパルスとメインパルスからなる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ので、当該圧電式バルブは、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できるとともに、開弁時の応答性にも優れるものとなる。  また、本発明の圧電式バルブの駆動方法によれば、前記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１段の駆動電圧を印加するので、駆動手段の回路構成がシンプルとなり、圧電素子に印加する駆動電圧を２段電圧とする場合に比べコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】圧電式バルブ本体の概略説明図。
【図１Ｂ】圧電式バルブ本体の概略正面図。
【図２】圧電式バルブの第１の変形例。
【図３】圧電式バルブの第２の変形例。
【図４Ａ】本発明の圧電式バルブにおける駆動装置の回路構成のブロック図。
【図４Ｂ】本発明の圧電式バルブにおける入力信号と印加電圧を示す図。
【図５Ａ】本発明の実施例における充電用駆動回路への入力信号のグラフ。
【図５Ｂ】本発明の実施例における圧電素子に印加する駆動電圧のグラフ。
【図５Ｃ】本発明の実施例における気体排出路から噴出するエアの噴出圧特性の関係を示すグラフ。
【図６Ａ】従来の圧電式バルブにおける駆動装置の回路構成のブロック図。
【図６Ｂ】従来の圧電式バルブにおける入力信号と印加電圧を示す図。
【図７Ａ】比較例における充電用駆動回路への入力信号のグラフ。
【図７Ｂ】比較例における圧電素子に印加する駆動電圧のグラフ。
【図７Ｃ】比較例における気体排出路から噴出するエアの噴出圧特性を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例と比較例におけるエア噴出圧特性の比較を示すグラフ。
【図９】光学式粒状物選別機の要部側断面図。
【図１０】図９に示す粒状物選別機の制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】＜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、図１Ａは閉弁時における側面図、図１Ｂは正面図を示す。  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。
【００２２】  前記バルブ本体１１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１１１、及び該気体圧力室１１１内の気体を外部に噴出する気体排出路１１２を有する。  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。
【００２３】  前記変位拡大機構１４は、前記バルブ本体１１の前記気体圧力室１１１内に配置され、前記圧電素子１３の変位を拡大して前記弁体１２に作用させる。  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。
【００２４】  なお、前記駆動装置１５は、前記の充電用駆動回路と放電用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ばよく、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。
【００２５】  前記変位拡大機構１４は、前記圧電素子１３の長手方向軸線と気体排出路１１２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。前記の第１ヒンジ１６ａ及び第２ヒンジ１７ａの各他端はいずれも、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、内端は弁体１２の一方側の側端部に接合される。
【００２６】  一方、第２変位拡大機構は、第３ヒンジ１６ｂ、第４ヒンジ１７ｂ、第２アーム部材１８ｂ及び第２板ばね１９ｂで構成される。第３ヒンジ１６ｂの一端はバルブ本体１１に接合される。第４ヒンジ１７ｂ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３ヒンジ１６ｂ及び第４ヒンジ１７ｂの各他端はいずれも、第２アーム部材１８ｂの基部に接合される。第２アーム部材１８ｂの外側先端部分には、第２板ばね１９ｂの一端が接合され、内端は弁体１２の他方側の側端部に接合される。
【００２７】  圧電式バルブ１０は、図１Ａの状態において、駆動装置１５により圧電素子１３に駆動電圧を印加して電荷を充電すると、当該圧電素子１３が図面上右方向に伸長する。当該圧電素子１３の伸長に伴う変位は、第１変位拡大機構では、第２ヒンジ１７ａを力点、第１ヒンジ１６ａを支点、第１アーム部材１８ａの先端部を作用点としてテコの原理により拡大され、第１アーム部材１８ａの外側先端部を大きく変位させる。同様に、当該圧電素子１３の伸長に伴う変位は、第２変位拡大機構では、第４ヒンジ１７ｂを力点、第３ヒンジ１６ｂを支点、第２アーム部材１８ｂの先端部を作用点としてテコの原理により拡大され、第２アーム部材１８ｂの外側先端部を大きく変位させる。
【００２８】  そして、前記第１アーム部材１８ａ及び第２アーム部材１８ｂの各外側先端部における変位は、第１板ばね１９ａ及び第２板ばね１９ｂを介して弁体１２を弁座１１３から離間させ、気体排出路１１２を開放する。
【００２９】  一方、圧電式バルブ１０は、駆動装置１５により上記圧電素子１３が電荷を放電すると該圧電素子１３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１２に伝達され、当該弁体１２が弁座１１３に着座する。
【００３０】  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、内部構造を示すためであって、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。
【００３１】＜圧電式バルブの第１変形例＞  図２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（前記の駆動装置１５に相当）については図示省略する。
【００３２】  ここで、前記変位拡大機構２４は、前記圧電素子２３の変位を拡大する変位拡大部２５と、前記圧電素子２３の変位を前記変位拡大部２５に伝達する変位伝達部２６を有する。  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。
【００３３】＜圧電式バルブの第２変形例＞  図３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３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２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。
【００３４】  当該圧電式バルブ４０は、前記アクチュエータ３０が固定されたプレート４３を、前記バルブ本体４１における前面の開口から内部に配設するとともに、前記プレート４３と一体に形成された前記蓋体４２で前記バルブ本体４１の前記開口を閉鎖することにより組み立てられる。
【００３５】［実施例］（プレパルス信号）  図４Ａ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、図４Ｂは前記回路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４Ａ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、プレパルスとメインパルスからなる１つの充電用信号Ａ（以下、「プレパルス信号」という。）を発生し、該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。
【００３６】  本発明の圧電式バルブは、図４Ｂに示すように、前記信号発生部１５０において発生する信号Ａ（プレパルス信号）を充電用駆動回路１５１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１段の駆動電圧を印加するので、駆動装置の回路構成がシンプルとなる。
【００３７】  図５Ａは本発明の圧電式バルブにおける充電用駆動回路１５１への入力信号（プレパルス信号）、図５Ｂは前記入力信号に基づいて圧電素子に印加する駆動電圧、図５Ｃは前記駆動電圧によって開弁される気体排出路から噴出するエアの噴出圧特性のグラフを示す。ここでは、圧電式バルブに外部から供給する圧縮気体として圧縮エアを用いた。
【００３８】  図５Ａ〜Ｃに示すグラフの実験条件は以下のとおりである。（１）圧縮エア供給圧力：０．２５ＭＰａ（大気圧下のゲージ圧値）（２）圧縮エア設定流量：６０Ｌ／ｍｉｎ（３）入力信号：プレパルス時間ｔ１＝０．１４ｍｓ、休止時間ｔ２＝０．０３ｍｓ、メインパルス時間ｔ３＝１．８３ｍｓ（圧電素子の通電時間：２ｍｓ）（４）エア噴出圧検出位置：気体排出路先端より２ｍｍ
【００３９】  ここで、前記プレパルス時間ｔ１及び休止時間ｔ２（メインパルスの入力のタイミング）、並びに前記プレパルス信号により圧電素子に印加する駆動電圧値は、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ぐ）最適なタイミング条件等を実験等により予め求めて設定されている。  また、前記メインパルス時間ｔ３は、エア噴出時間に基づいて設定されている。
【００４０】［比較例］（２段信号）  図６Ａは、特許文献２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、図６Ｂは前記回路において発生及び生成する信号、並びに圧電素子の印加電圧のタイミングチャートを示す。  図６Ａに示すように、従来の圧電式バルブにおける駆動装置は、信号発生部５５０において、矩形波からなる信号Ａ＿Ｈと信号Ａ＿Ｌの２つの充電用信号を発生し、指令値演算回路５５３において、前記２つの信号を合成して２段からなる合成信号Ａ’（以下、「２段信号」という。）を生成し、該２段信号を充電用駆動回路５５１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５５０において発生する放電用信号Ｂを放電用駆動回路５５２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。
【００４１】  従来の圧電式バルブは、図６Ｂに示すように、信号発生部５５０において発生する信号Ａ＿Ｈ及び信号Ａ＿Ｌに基づいて、指令値演算回路５５３において信号Ａ’（２段信号）を生成し、該信号Ａ’（２段信号）を充電用駆動回路５５１への入力信号として、前記圧電素子に２段の駆動電圧を印加するものであり、前記圧電素子に印加する１段目の駆動電圧が目標値となるようＦＢ回路５５４によりフィードバック制御する必要があるので、駆動装置の回路構成が複雑となる。
【００４２】  図７Ａは、従来の圧電式バルブ（比較例）における充電用駆動回路５５１への入力信号（２段信号）、図７Ｂは前記入力信号に基づいて圧電素子に印加する駆動電圧、図７Ｃは前記駆動電圧によって開弁される気体排出路から噴出するエアの噴出圧特性のグラフを示す。なお、ここでも、圧電式バルブに外部から供給する圧縮気体として圧縮エアを用いた。
【００４３】  図７Ａ〜Ｃに示すグラフの実験条件は以下のとおりである。（１）圧縮エア供給圧力：０．２５ＭＰａ（大気圧下のゲージ圧値）（２）圧縮エア設定流量：６０Ｌ／ｍｉｎ（３）入力信号：１段目の時間ｔ４＝０．２６ｍｓ、２段目の時間ｔ５＝１．７４ｍｓ（圧電素子の通電時間：２ｍｓ）（４）エア噴出圧検出位置：気体排出路先端より２ｍｍ
【００４４】  ここで、前記１段目の時間ｔ４（２段目の入力のタイミング）、及び前記２段信号により圧電素子に印加する駆動電圧値は、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ぐ）最適なタイミング条件等を実験等により予め求めて設定されている。  また、前記２段目の時間ｔ５は、エア噴出時間に基づいて設定されている。
【００４５】  図８は、本発明の実施例と比較例とにおけるエア噴出圧特性を比較するグラフを示す。  図８において、一点鎖線は「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を示す。また、実線は「２段信号」を充電用駆動回路５５１への入力信号とした場合を示す。さらに、図８には、「パルス（矩形波）信号」を充電用駆動回路への入力信号とした場合を合わせて破線で示す。なお、「パルス信号」を充電用駆動回路への入力信号とした場合、圧電素子には１段の矩形状の駆動電圧が印加される。
【００４６】  まず、入力信号を「パルス信号」とした圧電式バルブでは、開弁時の応答性が非常に優れている一方で、開弁後におけるエア噴出圧（噴出量）が大きく変動していることが分かる。  次に、入力信号を「２段信号」とした従来の圧電式バルブでは、前記「パルス信号」の場合と比較して、開弁後におけるエア噴出圧（噴出量）の変動が抑止される一方で、開弁時の応答性が大きく劣っていることが分かる。  一方、入力信号を「プレパルス信号」とした本発明の圧電式バルブでは、前記「パルス信号」の場合と比較して、開弁後におけるエア噴出圧（噴出量）の変動が抑止されるとともに、前記「２段信号」の場合と比較して、開弁時の応答性が優れていることが分かる。
【００４７】  以上より、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できるとともに、開弁時の応答性にも優れるものであるといえる。
【００４８】＜光学式粒状物選別機＞  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９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１０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。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。
【００４９】  前記所定の落下軌跡の前後には、前記傾斜状シュート６４０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６５０ａ，６５０ｂが対向して配設される。各光学検出装置６５０ａ，６５０ｂ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６５１ａ，６５１ｂ、蛍光灯等からなる照明手段６５２ａ，６５２ｂ、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６５３ａ，６５３ｂ等から構成される。
【００５０】  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６７０が配設される。前記噴風装置６７０は、上記本発明の圧電式バルブを複数並設して組み込んでなる噴風ノズル６７１と、該噴風ノズル６７１に圧縮エアを送る圧縮エア供給装置６７３を備え、前記各光学検出装置６５０ａ，６５０ｂの検出結果に基づいて、前記傾斜状シュート６４０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６７１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、前記圧電式バルブの圧電素子は、駆動装置６７２の駆動回路と電気的に接続される。
【００５１】  上記光学式粒状物選別機６１０において、前記傾斜状シュート６４０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６５０ａ，６５０ｂの撮像手段６５１ａ，６５１ｂにより撮像され、当該撮像データが制御装置６６０に送られる。該制御装置６６０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６７２に送る。
【００５２】  前記噴風装置６７０は、前記駆動装置６７２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を選択的に駆動し、前記傾斜状シュート６４０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６７１の各ノズル孔からエアを噴風する。
【００５３】  このとき、前記駆動装置６７２は、前記排除信号に基づいて、図４に示すように、信号発生部において「プレパルス信号」を発生し、該プレパルス信号を充電用駆動回路への入力信号として、前記選択的に駆動される圧電式バルブの圧電素子に電圧を印加する。  ここで、前記プレパルス信号において、プレパルス時間ｔ１及び休止時間ｔ２（メインパルスの入力のタイミング）は予め実験等により求めて、駆動装置６７２に設定されている。
【００５４】  そして、前記噴風ノズル６７１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６８１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６８２から回収される。
【００５５】  以上のように、上記光学式粒状物選別機６１０は、前記圧電式バルブが、開弁時の応答性に優れるとともに、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、不良品等をより確実に吹き飛ばすことができるため、粒状物の安定した選別を行うことができる。
【００５６】  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。
【００５７】  なお、本発明の圧電式バルブは、変位拡大機構が前記圧電素子の長手方向軸線と気体排出路とを結ぶ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、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。
【００５８】  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産業上の利用可能性
【００５９】  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できるとともに、開弁時の応答性にも優れるものであり、さまざまな分野において利用できるものである。符号の説明
【００６０】１０      圧電式バルブ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５５      駆動装置５５０      信号発生部５５１      充電用駆動回路５５２      放電用駆動回路５５３      指令値演算回路５５４      フィードバック回路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
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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