(57)【要約】【解決手段】ふるい機（１００）は、電気的に制御されたトランスデューサ（１０４）を利用して分別ふるい（１０２）を振動させる。トランスデューサ（１０４）としては、圧電パッチ、ディスクリート圧電部品、又は、電磁加振器が用いられる。また、トランスデューサ（１０４）は、ふるい（１０２）に直接取り付けられるか、振動増幅器（１１６）を介して取り付けられる。トランスデューサ（１０４）及び／又は増幅器（１１６）は、異なる取り付け部位に取り付けることができる。１つ以上のトランスデューサ（１０４）を動作をフィードバック制御するために用いることができる。【選択図】図１
2005506170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ふるいと、
前記ふるいに概ね強固に取り付けられたモーション増幅器と、
前記モーション増幅器に概ね強固に取り付けられたトランスデューサとを含み、
前記トランスデューサが前記モーション増幅器を介して前記ふるいに振動を与える
ことを特徴とするふるい機。
【請求項２】
請求項１記載のふるい機において、
前記トランスデューサが圧電材料、電磁加振器、複数の圧電層からなる積層体、電気的に並列に接続された複数の圧電層からなる積層体、さらに、複数のトランスデューサのいずれかである
ことを特徴とするふるい機。
【請求項３】
請求項１記載のふるい機において、
前記トランスデューサの一部が前記ふるいの前記振動を検出するために使用される
ことを特徴とするふるい機。
【請求項４】
請求項１記載のふるい機において、
前記トランスデューサに電気的に接続された出力端子を有する電源を含む
ことを特徴とするふるい機。
【請求項５】
請求項４記載のふるい機において、
前記トランスデューサのセンサ出力端子に接続された入力端子と、前記電源の入力端子に接続された出力端子とを有する制御回路を含む
ことを特徴とするふるい機。
【請求項６】
請求項１記載のふるい機において、
前記トランスデューサのセンサ出力端子に接続された入力端子を有する制御回路と、前記制御回路の出力端子に接続された入力端子と前記トランスデューサに接続された出力端子とを有する信号発生器／増幅器とを含む
ことを特徴とするふるい機。
【請求項７】
フレームと、
前記フレームに囲まれ、当該フレームに取り付けられた網と、
前記フレームに概ね強固に取り付けられたモーション増幅器とを含み、前記モーション増幅器が振動を増幅させ、増幅された振動が前記フレームに与えられ、前記網が振動する
ことを特徴とするふるい機。
【請求項８】
請求項７記載のふるい機において、
前記フレームが２つの第１対向境界壁及び当該対向境界壁に直交する第２対向境界壁を含む
ことを特徴とするふるい機
【請求項９】
請求項７記載のふるい機において、
前記モーション増幅器が直線形状であり、２つの端部を有し、一方の端部が前記フレームに取り付けられ、他方の端部が前記トランスデューサに取り付けられる
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１０】
請求項７記載のふるい機において、
前記モーション増幅器がＣ字形状であり、２つの端部を有し、一方の端部が前記フレームに取り付けられ、他方の端部が前記トランスデューサに取り付けられる
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１１】
請求項７記載のふるい機において、
前記モーション増幅器がＳ字形状であり、２つの端部を有し、一方の端部が前記フレームに取り付けられ、他方の端部が前記トランスデューサに取り付けられる
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１２】
請求項７記載のふるい機において、
前記モーション増幅器が複数のＣ字形状のモーション増幅器を接続したものであり、２つの端部を有し、一方の端部が前記フレームに取り付けられ、他方の端部が前記トランスデューサに取り付けられる
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１３】
請求項７記載のふるい機において、
前記モーション増幅器が直線形状の梁であり、当該梁の両端がピン固定され、前記トランスデューサが前記梁の２つの端部の間に取り付けられ、前記フレームが前記梁に当該梁の２つの端部の間に取り付けられる
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１４】
請求項７記載のふるい機において、
前記モーション増幅器が少なくとも２つの直線形状の梁を含み、各梁の両端部がピン固定され、各梁の両端部の間の部位で、各梁同士が結合部材によって強固に接続され、前記トランスデューサが少なくとも１つの梁に当該梁の２つの端部の間に取り付けられ、前記フレームが１つの梁に当該梁の２つの端部の間に取り付けられる
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１５】
請求項７記載のふるい機において、
前記トランスデューサが圧電材料、電磁加振器、複数の圧電層からなる積層体、電気的に並列に相互接続された複数の圧電層からなる積層体、さらに、複数のトランスデューサのいずれかである
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１６】
請求項７記載のふるい機において、
前記トランスデューサの一部が前記ふるいの前記振動を検出するために使用される
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１７】
請求項７記載のふるい機において、
さらに、前記トランスデューサに電気的に接続された出力端子を有する電源を含む
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１８】
請求項７記載のふるい機において、
さらに、前記トランスデューサのセンサ出力端子に接続された入力端子と、前記電源の入力端子に接続された出力端子とを有する制御回路を含む
ことを特徴とするふるい機。
【請求項１９】
請求項７記載のふるい機において、
前記トランスデューサのセンサ出力端子に接続された入力端子を有する制御回路と、前記制御回路の出力端子に接続された入力端子と前記トランスデューサに接続された出力端子とを有する信号発生器／増幅器とを含む
ことを特徴とするふるい機。
【請求項２０】
電源からの交流電圧をトランスデューサに供給し、当該交流電圧によって前記トランスデューサの振動出力を発生させるステップと、
前記トランスデューサをモーション増幅器に概ね強固に取り付けることによって、前記トランスデューサの振動出力を増幅するステップと、
前記モーション増幅器をふるいに概ね強固に取り付けることによって、前記ふるいに対し、前記増幅された振動出力を与えることによって前記ふるいを振動させるステップと、
前記トランスデューサの一部をセンサとして使用するステップと、
前記ふるいの振動の振幅を示す監視信号を前記センサから制御装置に送信するステップと、
前記制御回路から制御信号を前記電源に送信するステップと、
前記制御信号に基づいて前記トランスデューサに供給される交流電圧の振幅を調節することによって前記ふるいの振動の振幅を調節するステップとを含む
ことを特徴とするふるい分け方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法において、
さらに、前記トランスデューサとして、圧電材料及び電磁加振器の一方を使用する
ことを特徴とするふるい分け方法。
【請求項２２】
請求項２０記載の方法において、
前記トランスデューサの振動出力の増幅が直線形状のモーション増幅器を用いて行われる
ことを特徴とするふるい分け方法。
【請求項２３】
請求項２０記載の方法において、
前記トランスデューサの振動出力の増幅がＣ字形状のモーション増幅器を用いて行われる
ことを特徴とするふるい分け方法。
【請求項２４】
請求項２０記載の方法において、
前記トランスデューサの振動出力の増幅がＳ字形状のモーション増幅器を用いて行われる
ことを特徴とするふるい分け方法。
【請求項２５】
請求項２０記載の方法において、
前記トランスデューサの振動出力の増幅が複数の連結されたＣ字形状のモーション増幅器を用いて行われる
ことを特徴とするふるい分け方法。
【請求項２６】
電源からの交流電圧をトランスデューサに供給し、当該交流電圧によって前記トランスデューサの振動出力を発生させるステップと、
前記トランスデューサをモーション増幅器に概ね強固に取り付けることによって、前記トランスデューサの振動出力を増幅するステップと、
前記モーション増幅器をふるいに概ね強固に取り付けることによって、前記ふるいに対し、前記増幅された振動出力を与えることによって前記ふるいを振動させるステップと、
前記トランスデューサの一部をセンサとして使用するステップと、
前記ふるいの振動の振幅及び周波数の少なくとも１つを示す監視信号を前記センサから制御装置に送信するステップと、
前記制御回路から制御信号を前記信号発生器／増幅器に送信するステップと、
前記制御信号に基づいて前記トランスデューサに供給される交流電圧の振幅及び周波数の少なくとも１つを調節することによって前記ふるいの振動の振幅及び周波数の少なくとも１つを調節するステップとを含む
ことを特徴とするふるい分け方法。
【請求項２７】
信号発生器／増幅器から供給された第１の交流信号に基づいてふるいに第１の振動を与えるトランスデューサの一部をなすセンサから送信された、前記ふるいにつまりが生じていることを示す監視信号を制御回路で受信するステップと、
前記監視信号を前記制御回路で評価するステップと、
制御信号を前記信号発生器／増幅器に送信し、前記制御信号に基づいて、前記信号発生器／増幅器によって第２の交流信号を前記第１の交流信号に重畳させ、
前記重畳された第１の交流信号及び第２の交流信号を前記トランスデューサに送信することによって、当該重畳された第１の交流信号及び第２の交流信号に基づいて第１の振動及び第２の振動が重畳されたものからなる振動をふるいに与えるステップとを含む
ことを特徴とするふるいのつまりを取り除く方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、
さらに、前記第１の振動及び第２の振動が重畳されたものからなる振動を用いて前記ふるいのつまりを取り除くステップを含む
ことを特徴とするふるいのつまりを取り除く方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、
前記第２の交流信号が、前記第１の交流信号と比較して、大きな振幅及び低い周波数のうちの少なくとも１つを含む
ことを特徴とするふるいのつまりを取り除く方法。
【請求項３０】
ベースと、
前記ベースに取り付けられ、サイズによって材料を分別するふるいと、
振動モータとを含み、
前記振動モータが、
圧電素子と、
前記圧電素子と前記ふるいとの間に設けられた振動増幅器を含む
ことを特徴とするふるい機。
【請求項３１】
請求項３０記載のふるい機において、
前記圧電素子が概ね扁平なパッチ及びディスクリート要素とからなる群より選択される
ことを特徴とするふるい機。
【請求項３２】
請求項３０記載のふるい機において、
前記振動増幅器は、直線形状、Ｃ字形状、Ｓ字形状からなる群より選択される形状を有する
ことを特徴とするふるい機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、材料を物理的に分別する分野に関し、特に、振動ふるい機に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動ふるい機は、粗いものと、異質な細かいものとを分別するために、鉱業、食品加工業、砂・砂利業等、多くの産業で利用されている。例えば、鉱業（タコナイト処理業等）では、鉱石が粉砕された後、粗いものと細かいものとを分離するのに振動ふるい機を使用する。一般的なふるい処理では、粗いものと細かいものとを含む異種混成物をふるいの上に置く。その後、ふるい機を振動させることによって、細かいものをふるいに通し、粗いものがふるい機の上に残るようにする。
【０００３】
一般的には、アンバランスウェイト（偏心回転子）を有する電動モータ（電動アンバランスモータ）を回転させてふるいの振動を発生させる。電動アンバランスモータは、通常、重くて大型であり、メンテナンスが煩雑であり、重い支持体を必要とすることが多い。また、このようなモータは、多くのベアリングを必要とし、かつ幾つかの可動部品を有するが、この可動部品は、重くて大型であることが多い。これらの可動部品やベアリングの使用により、メンテナンスが煩雑となるだけでなく、熱や過度の騒音が発生する。さらに、電動モータによるエネルギー出力の大部分は、重い支持体を弾性変形させるため、また、騒音や熱を発生させるために無駄に使用されてしまう。
【０００４】
この点を考察してみると、例えば、タコナイト処理に上述した振動ふるい機を使用する場合がある。タコナイト処理において行われるふるい処理では、負荷となるタコナイトをふるい分けする場合に、少なくとも１７回ふるいを振動させるモータを使用する場合が多い。さらに、タコナイト処理において使用される振動ふるい機が発生させる騒音は、作業環境の安全性に影響を及ぼすことがある。タコナイト業界では、振動ふるい機が維持費を増加させ、生産性を低下させる要因となっていることが判明している。
【０００５】
上述した理由、以下に述べる他の理由により、本技術分野においては、従来の振動ふるい機よりも小型で軽量な、可動部品及びベアリングの数が少なく、騒音が少なく、維持が煩雑でなく、故障が少なく、さらに、エネルギー効率の優れた振動ふるい機に対する要求がある。これらの理由については、当業者であれば、本明細書の記載に基づいて容易に理解することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
要約
上述した従来の振動ふるい機の問題、又はその他の問題は、以下の明細書の記載を検討することによって明らかになるであろう。本発明の実施の形態においては、ふるい機が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
より具体的には、一実施の形態においては、ふるいと、このふるいに概ね強固に取り付けられたトランスデューサとを含み、トランスデューサがふるいに振動を与えることを特徴とするふるい機が提供される。
【０００８】
別の実施の形態においては、ベースと、このベースに取り付けられ、サイズによって材料を分別するふるいとを含むふるい機が提供される。このふるい機は、圧電素子を有する振動モータと、圧電素子とふるいとの間に設けられた振動増幅器とを含む。
【０００９】
別の実施の形態においては、ふるい分け方法が提供される。このふるい分け方法は、電源からの交流電圧をトランスデューサに供給するステップを含む。この交流電圧によってトランスデューサの振動出力を発生させる。また、この方法は、トランスデューサをモーション増幅器に概ね強固に取り付けることによって、トランスデューサの振動出力を増幅させ、モーション増幅器をふるいに概ね強固に取り付けることによって、ふるいに対し、増幅された振動出力を与えることによってふるいを振動させるステップを含む。また、この方法は、トランスデューサの一部をセンサとして使用し、ふるいの振動の振幅を示す監視信号をセンサから制御装置に送信するステップを含む。さらに、この方法は、制御回路から制御信号を電源に送信し、この制御信号に基づいてトランスデューサに供給される交流電圧の振幅を調節することによってふるいの振動の振幅を調節するステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
別の実施の形態においては、ふるいのつまりを取り除く方法が提供される。このふるいのつまりを取り除く方法は、信号発生器／増幅器から供給された第１の交流信号に基づいてふるいに第１の振動を与えるトランスデューサの一部をなすセンサから送信された、ふるいにつまりが生じていることを示す監視信号を制御回路で受信するステップを含む。また、この方法は、監視信号を制御回路で評価し、制御信号を信号発生器／増幅器に送信し、この制御信号に基づいて、信号発生器／増幅器によって第２の交流信号を第１の交流信号に重畳するステップを含む。さらに、この方法は、重畳された第１の交流信号及び第２の交流信号をトランスデューサに送信することによって、ふるいに振動を与えるステップを含む。この振動は、重畳された第１の交流信号及び第２の交流信号に基づいて第１の振動及び第２の振動が重畳されたものからなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
詳細な説明
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図面は、本願の明細書を構成するものであり、本発明の特定の実施の形態を例示するものである。これらの実施の形態は、当業者が発明を実施できるように充分に詳細に説明されているが、本発明の範囲を逸脱することなく、論理的、機械的、電気的な変更を施した他の実施の形態を利用することも可能であることが理解できよう。従って、以下の詳細な説明は、限定的なものであると解釈されるべきではない。
【００１２】
本発明の実施の形態では、従来の振動ふるい機に使用されていた電動モータとアンバランスウェイト（偏心回転子）、つまり、重い支持体、多数の可動部品、さらに、ベアリングの代わりに、トランスデューサとモーション増幅器とを組み合わせて使用している。トランスデューサとして、圧電パッチ、ディスクリート圧電部品、又は、電磁加振器を用いることができる。本発明の実施の形態においては、これらのトランスデューサは、ふるいに取り付けられ、ふるいを振動させるのに使用される。
【００１３】
本発明の第１の実施の形態に係るふるい機１００の概略上面図を図１に示す。ふるい機１００は、ベース１０１とふるい１０２とを含む。トランスデューサ１０４は、概ね強固にふるい１０２に取り付けられる。以下、ふるい１０２とトランスデューサ１０４についてより詳細に説明する。ふるいは、細かい材料と粗い材料とを分別するのに使用される。ふるいはスプリング型の取付部材を用いてベースに取り付けられる。スプリング型の取付部材１０３を用いることによって、ふるいと取付ベース１０３とを別個に動作させることができる。
【００１４】
ふるい１０２は、両端に存在する２つの境界壁１０８と、この境界壁１０８に直交する境界壁１１０とで構成されるフレーム１０６を有する。境界壁１０８、１１０は、固体又は中空の固体で作成される。境界壁１０８、１１０は、円形、長方形、正方形、角形等の断面形状を有する。境界壁１０８、１１０は、スチール、プラスチック、セラミックス、アルミニウム等で製造される。境界壁１０８は、境界壁１１０に対し、溶接、接着、ボルト締め、押えネジの使用等の方法によって取り付けられる。また、フレーム１０４は、鋳造等の方法によって境界壁１０８と境界壁１１０とを一体的に成形し、単一部品として製造してもよい。当業者であれば、図１が本発明の特徴に焦点を絞って簡略的に描かれたものであり、多くの特徴が示されていないことを理解できるであろう。例えば、材料の供給機構、排出機構、制御部品は、図１に示されていない。
【００１５】
ふるい１０２は、フレーム１０６に囲繞されたメッシュ１１２を含む。メッシュ１１２は、スチール、プラスチック、セラミックス、アルミニウム、ウレタン、ゴム等で製造される。メッシュ１１２は、フレーム１０６に対し、溶接、接着、ボルト締め、押えネジの使用等の方法によって取り付けられる。メッシュのサイズは、ふるい分けようとする材料のサイズに応じて変更可能である。
【００１６】
一実施の形態においては、トランスデューサ１０４に、圧電材料が使用される。トランスデューサ１０４は、鉛、マグネシウム、ニオブ酸塩の組成物（ＰＭＮ）、鉛、ジルコン酸塩、チタン酸塩（ＰＺＴ）の組成物等で製造される。別の実施の形態においては、トランスデューサ１０４として、電磁加振器やアンバランスモータが用いられる。別の実施の形態においては、トランスデューサ１０４には、トランスデューサ部分とセンサ部分とが一体的に設けられる。この場合、例えば、トランスデューサ部分とセンサ部分の双方が圧電材料で製造される。別の実施の形態においては、トランスデューサ１０４には、トランスデューサ部分とセンサ部分とが別個に隣接して設けられる。この場合、例えば、トランスデューサ部分として磁気加振器を用い、センサ部分を圧電材料で製造してもよく、また、トランスデューサ部分とセンサ部分の双方を圧電材料で製造してもよい。
【００１７】
トランスデューサ１０４等の圧電材料に対して交流の電圧が印加されると、圧電材料は、膨張、収縮を繰り返す。膨張、収縮を繰り返す圧電材料がふるい１０２等の物体に取り付けられると、この繰り返しの膨張、収縮によって物体が振動する。逆に、ふるい１０２等の振動する物体に対し、この物体を膨張、収縮させる力が繰り返し付与された場合、圧電材料は、振動の発生を示す交流電圧を発生させる。このように、圧電材料は、センサとして機能する。このような圧電材料の特性を利用して、センサ機能を有するトランスデューサを構成することができる。例えば、トランスデューサの２つの圧電部分を隣接させ、一方の部分に交流電圧を受けるための入力端子としてのリードを設け、他方の部分に振動を示す電圧を出力するための出力端子としてのリードを設けるようにしてもよい。
【００１８】
別の実施の形態においては、トランスデューサ１０４として、ふるい１０２に取り付けられた電磁加振器が用いられ、この電磁加振器によってふるい１０２に対して振動が与えられる。
【００１９】
図２は、ふるい機１００の丸で囲った部分１１４を拡大した図である。図２は、一実施の形態におけるトランスデューサ１０４がパッチ１０４ａ及び１０４ｂを含んでいることを示しており、いずれのパッチ１０４ａ、１０４ｂもＰＭＮ、ＰＺＴ等で形成される。別の実施の形態においては、パッチ１０４ａ及び１０４ｂの少なくとも一方が電磁加振器である。図示しているように、パッチ１０４ａ及び１０４ｂは、モーション増幅器１１６に対してボルト締め、ネジ締め、接着等の方法によって強固に取り付けられる。以下、本明細書において、「強固に取り付けられる」を単に「取り付けられる」と言及するが、この取付には、上述した方法を用いたものの他、当業者にとって均等であると適切に認識される他の方法を用いるものも含まれる。矢印１０７によって示すように、トランスデューサは、ふるいに対して横方向の力を加えるが、この力は、以下に説明するように増幅され、ふるいに対して振動を与える。
【００２０】
一実施の形態においては、パッチ１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ電気リード１０４ｃ、１０４ｄを含む。一実施の形態においては、リード１０４ｃ及びリード１０４ｄを介して交流電圧を入力することによって、各々のパッチによってモーション増幅器１１６に対して振動が与えられる。別の実施の形態においては、リード１０４ｃ、１０４ｄの一方がモーション増幅器１１６の振動を示す電圧を出力するために使用され、対応するパッチがセンサとして機能する。
【００２１】
圧電・電磁加振器の構造及び動作は、当業界でよく知られている。そのため、本明細書においては、具体的な構造、動作に関する詳細な説明を省略する。本明細書の開示内容に基づいて、トランスデューサ１０４が物理的な動作を発生させるように電気的に制御されることが理解できよう。後述するように、複数のトランスデューサ要素を用いること、及び／又は、各トランスデューサ間に増幅器を設けることによって、ふるいの物理的な動作特性が向上する。
【００２２】
フレーム１０６には、各角部の近傍に延長部１１８をオプションとして設けるようにしてもよい。別の実施の形態においては、図示しないが、フレーム１０６の各角部の中間部に延長部１１８が設けられる。これらの実施の形態においては、各延長部１１８でフレームにモーション増幅器１１６が取り付けられる。モーション増幅器１１６には、トランスデューサ１０４が取り付けられる。モーション増幅器１１６は、スチール、アルミニウム、プラスチック、複合材、ガラス繊維強化積層材等で製造される。
【００２３】
動作の際には、トランスデューサ１０４によって、モーション増幅器１１６に対して振動が与えられる（矢印１０７参照）。モーション増幅器１１６は、振動（即ち、振動の変位量及び加速度）を増幅させ、増幅された振動をフレーム１０６に伝達させることによってふるい１０２を振動させる。振動の増幅は、トランスデューサ１０４と、フレーム１０６にモーション増幅器１１６を取り付けた部位と間の距離、例えば、トランスデューサ１０４と延長部１１８との間の距離の増加に応じて大きくなる。
【００２４】
別の実施の形態においては、トランスデューサ１０４は、モーション増幅器１１６の概ね共振周波数の振動をモーション増幅器１１６に与える。この場合、モーション増幅器１１６は、共振器であるとみなされる。概ね共振した状態において、モーション増幅器１１６は、トランスデューサの変位出力を増幅させるだけでなく、エネルギー出力も増幅させる。
【００２５】
別の実施の形態においては、ふるい１０２におけるエネルギーをふるい１０２の特定の領域から別の適した部位に誘導する（集中させる）ためにトランスデューサ１０４が使用され、システムの効率が向上する。この集中されたエネルギーによって直接ふるい１０２を振動させるようにしてもよいし、集中されたエネルギーを増幅した後、増幅したエネルギーによってふるい１０２を振動させるようにしてもよい。エネルギーをある場所から他の場所に誘導する方法についての詳細な説明が「振動エネルギーの閉じ込め及び減衰を行う装置とその方法（APPARATUS AND METHOD FOR CONFINEMENT AND DAMPING OF VIBRATION ENERGY）」と題された２００２年９月１２日付で発行された米国特許第６，１１６，３８９号、「振動エネルギーの閉じ込めによる振動制御（VIBRATION CONTROL BY CONFINEMENT OF VIBRATION ENERGY）」と題された２０００年３月７日付で発行された米国特許第６，０３２，５５２号、さらに、「閉じ込めによるアクティブ振動制御（ACTIVE VIBRATION CONTROL BY CONFINEMENT）」と題された２０００年１１月２２日付で出願された現在審査係属中の米国特許出願第０９／７２１，１０２号において行われている。これらの特許、特許出願を参照することによって、これらの開示内容全体を本明細書中に盛り込んだものとする。
【００２６】
図３ａは、増幅器１１６に取り付けられた積層型のトランスデューサ１０４の実施の形態を示している。この実施の形態において、トランスデューサ１０４は、積層された圧電層１０４−１〜１０４−Ｎを含む。圧電層１０４−１〜１０４−Ｎは、鉛、マグネシウム、ニオブ酸塩の組成物（ＰＭＮ）、鉛、ジルコン酸塩、チタン酸塩（ＰＺＴ）の組成物等で製造される。一実施の形態においては、圧電層１０４−１〜１０４−Ｎは、電気的に並列に相互接続される。振動の増幅は、層１０４−１〜１０４−Ｎを積層し、多数の層を用いて力や振動変位量を増幅させることによって行われる。一実施の形態においては、１つ以上の層１０４−１〜１０４−Ｎがセンサとして用いられる。つまり、圧電素子は、印加電圧に応じた運動を発生させるために使用されるか、物理的な変動に応じた電圧を発生させるために使用される。
【００２７】
図３ｂは、モーション増幅器１１６に取り付けられたトランスデューサ１０４の側面図である。トランスデューサには、ディスクリート圧電素子１１７が配列されている。各素子は、印加電圧に応じて、増幅器に対し、又は、ふるいに直接物理的な運動を発生させる。この場合においても、１つ以上の素子がセンサとして結合される。
【００２８】
図４ａ〜図４ｄは、異なる実施の形態におけるモーション増幅器１１６の側面図である。図４ａは、直線的なモーション増幅器１１６を示している。図４ｂは、Ｃ字形状のモーション増幅器１１６を示し、図４ｃは、Ｓ字形状のモーション増幅器１１６を示している。当業者であれば、図４ａ〜図４ｃに示された実施の形態におけるモーション増幅器１１６を他の実施の形態におけるモーション増幅器１１６と様々に組み合わせることができることを理解できよう。例えば、図４ｄに示す実施の形態におけるモーション増幅器１１６は、幾つかのＣ字形状のモーション増幅器を結合したものである。
【００２９】
図４ａ〜図４ｄに示す実施の形態におけるモーション増幅器１１６においては、トランスデューサ１０４が一方の端部領域１１６−１又は１１６−２に取り付けられ、モーション増幅器１１６が他方の端部領域１１６−１又は１１６−２に取り付けられる。動作の際には、トランスデューサ１０４が一方の端部領域１１６−１又は１１６−２に振動を与える。モーション増幅器１１６は、トランスデューサ１０４と他方の端部領域１１６−１又は１１６−２との間の振動を増幅させ、この振動がフレーム１０６に与えられる。
【００３０】
図４ａ〜図４ｄに示す実施の形態におけるモーション増幅器１１６は、基本的に、トランスデューサが自由端部に取り付けられた片持ち梁を利用するものである。しかしながら、モーション増幅器のサイズ及び形状は、技術的な要求に基づいて変更されるふるいの運動に応じて適宜選定可能であり、本発明における増幅器のサイズ、長さ、断面形状、さらに、全体的な形状は、特定のものに限定されるものではない。例えば、図５ａに示す実施の形態におけるモーション増幅器１１６は、両端がピン固定された梁を有する。図５ｂに示す実施の形態におけるモーション増幅器１１６は、一対の梁を有する。各梁の両端はピン固定されており、概ね剛性を有する結合部材１１６−３によって２つの梁が結合されている。図５ａでは、各端部の支持体の間の部位でトランスデューサ１０４が梁に取り付けられ、領域１１６−１でモーション増幅器１１６がフレーム１０６に取り付けられる。図５ｂでは、各端部の支持体の間の部位でトランスデューサ１０４が少なくとも１つの梁に取り付けられ、領域１１６−１でモーション増幅器１１６がフレーム１０６に取り付けられる。
【００３１】
図６は、トランスデューサ１０４の振動出力６０２を制御することによって、ふるい１０２の振動を制御する制御装置６００のブロック図である。電源６０６は、トランスデューサ１０４のトランスデューサ部分の入力端子に電気的に接続され、交流電圧を供給する。トランスデューサ１０４のセンサ部分の出力端子は、制御回路６０８の入力端子に電気的に接続され、ふるい１０２の振動を示す監視信号を送信する。一実施の形態においては、制御信号に基づいて電圧の振幅の増減が制御され、出力６０２の振幅が制御される。
【００３２】
動作の際に、電源６０６によって交流電圧がトランスデューサ１０４のトランスデューサ部分に供給されると、このトランスデューサ部分が振動出力６０２を発生させ、モーション増幅器１１６を介して振動がふるい１０２に与えられる。センサ部分は、ふるい１０２の振動を示す監視信号を制御回路６０８に送信する。
【００３３】
一実施の形態においては、監視信号は、ふるい１０２の振動の振幅を示す。制御回路６０８は、この振幅と所定の振幅とを比較して、電源６０６に制御信号を送信する。制御信号に基づいて電源６０６からトランスデューサ部分に供給される交流電圧の振幅が調整されるため、ふるい１０２の振動の振幅が調整される。一実施の形態においては、所定の振幅とは、メッシュ１１２を通過する物質の細かい部分の流れを継続させるのに必要な振幅である。
【００３４】
図７は、トランスデューサ１０４の振動出力７０２を制御し、ふるい１０２の振動を制御する別の制御装置７００を示している。信号発生器／増幅器７０６は、トランスデューサ１０４のトランスデューサ部分の入力端子に電気的に接続され、交流電圧を供給する。トランスデューサ１０４のセンサ出力部分は、制御回路７０８の入力端子に電気的に接続され、ふるい１０２の振動を示す監視信号を送信する。制御回路７０８の出力端子は、信号発生器／増幅器７０６の入力端子に接続され、制御信号を送信する。
【００３５】
動作の際には、信号発生器／増幅器７０６は、トランスデューサ１０４のトランスデューサ部分に交流電圧を供給する。この交流電圧により、トランスデューサ部分に振動出力７０２が発生し、モーション増幅器１１６を介してふるい１０２に振動が与えられる。センサ部分は、ふるい１０２の振動を示す監視信号を制御回路７０８に送信する。
【００３６】
一実施の形態においては、監視信号は、ふるい１０２の振動の振幅を示す。制御回路７０８は、この振幅と所定の振幅とを比較して、信号発生器／増幅器７０６に制御信号を送信する。制御信号に基づいて信号発生器／増幅器７０６からトランスデューサ部分に供給される交流電圧の振幅が調整されるため、ふるい１０２の振動の振幅が調整される。一実施の形態において、所定の振幅とは、メッシュ１１２を通過する物質の細かい部分の流れを継続させるのに必要な振幅である。
【００３７】
別の実施の形態においては、監視信号は、ふるい１０２の振動の周波数を示す。制御回路７０８は、この周波数と所定の周波数とを比較して、信号発生器／増幅器７０６に制御信号を送信する。制御信号に基づいて信号発生器／増幅器７０６からトランスデューサ部分に供給される交流電圧の周波数が調整されるため、ふるい１０２の振動の周波数が調整される。一実施の形態において、所定の周波数とは、メッシュ１１２を通過する物質の細かい部分の流れを継続させるのに必要な周波数である。
【００３８】
別の実施の形態においては、監視信号は、ふるい１０２の振動の周波数及び振幅を示す。制御回路７０８は、この周波数及び振幅と所定の周波数及び振幅とを比較して、信号発生器／増幅器７０６に制御信号を送信する。制御信号に基づいて信号発生器／増幅器７０６からトランスデューサ部分に供給される交流電圧の周波数及び振幅が調整されるため、ふるい１０２の振動の周波数及び振幅が調整される。一実施の形態においては、所定の周波数及び振幅とは、メッシュ１１２を通過する物質の細かい部分の流れを継続させるのに必要な周波数及び振幅である。
【００３９】
図８のフローチャートに例示された別の実施の形態においては、方法８００を用いてふるい１０２のつまりを取り除く装置７００が使用される。ふるい業界においては、ふるいのつまりは、「ふるいの目が塞がれている（screen blinding）」とみなされる。方法８００のブロック８１０では、トランスデューサ１０４のセンサ部分からの監視信号が制御回路７０８で受信される。監視信号は、ふるいに付与された負荷を示す。ブロック８２０では、制御回路で監視信号の評価が行われる。この評価の処理では、監視信号とふるいにつまりが生じたことを示す所定の値とが比較される。負荷が所定の値未満であることを監視信号が示していれば、ふるいにつまりが生じていないため、方法８００は、「ＮＯ」に進み、ブロック８３０からブロック８４０移行する。ブロック８４０では何の処理も行わなくてよい。負荷が所定の値を超えていることを監視信号が示していれば、ふるいにつまりが生じているため、方法８００は、「ＹＥＳ」に進み、ブロック８３０からブロック８５０に移行する。
【００４０】
ブロック８５０では、制御回路７０８が制御信号を信号発生器／増幅器７０６に送信する。この制御信号に基づいて、信号発生器／増幅器７０６は、高エネルギーの衝撃波をトランスデューサ１０４のトランスデューサ部分の振動に重畳させる。一実施の形態おいてこの重畳が行われる例を図９に示す。この実施の形態において、ｙ（ｔ）が振動を示し、ｈ（ｔ）が高エネルギーの衝撃波を示す。高エネルギーの衝撃波によって、ふるい１０２に対して高エネルギーの衝撃が与えられる。この高エネルギーの衝撃によって、ふるい１０２のつまりをゆるめ、つまりを取り除く。
【００４１】
結論
本発明の各実施の形態について説明した。一実施の形態においては、アンバランスモータを使用に伴って騒音を発生させる大型のふるい機に代替するふるい機が説明された。本発明の機械は、電気的に制御可能なトランスデューサを用いることによって分別ふるいを振動させる。トランスデューサとしては、圧電パッチ、ディスクリート圧電部品、又は、電磁加振器を用いることができる。また、トランスデューサは、ふるいに直接取り付けられるか、振動増幅器を介してふるいに取り付けられる。また、トランスデューサ及び／又は増幅器をふるいに取り付ける際、様々な部位に取り付けが可能であることを説明した。一実施の形態においては、１つ以上のトランスデューサが動作をフィードバック制御するために用いられる。
【００４２】
本発明の具体的な実施の形態について例示的に説明したが、当業者であれば、図示した特定の実施の形態に代替して、同一の目的を達成するものであればどのような構成を用いてもよいことが理解できよう。当業者であれば、本発明を様々に改変できることは明らかである。例えば、本発明において、ふるいの形状を例えば、円形状、正方形状、楕円形状等、様々な形状に変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係るふるい機の上面図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３ａは、ふるい機を振動させるトランスデューサの側面図であり、図３ｂは、ディスクリート部品が配列されたトランスデューサを示す図である。
【図４】図４ａ〜図４ｄは、異なる各実施の形態において、トランスデューサによってふるい機に与えられる振動を増幅させるモーション増幅器を示す側面図である。
【図５】図５ａ及び図５ｂは、別の実施の形態において、トランスデューサによってふるい機に与えられる振動を増幅させるモーション増幅器を示す側面図である。
【図６】図６は、一実施の形態において、トランスデューサによってふるい機に与える振動を制御する制御装置のブロック図である。
【図７】図７は、別の実施の形態において、トランスデューサによってふるい機に与える振動を制御する制御装置のブロック図である。
【図８】ふるいのつまりを取り除く方法のフローチャートである。
【図９】ふるいのつまりを取り除く方法を実施している間にトランスデューサに重畳されて伝達される各波形の例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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