(57)【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、
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一方、前記圧電素子に印加した駆動電圧を解除し、前記圧電素子を収縮させて前記弁体を閉弁する駆動手段と、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。
【請求項３】
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。
【請求項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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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一方、前記圧電素子に印加した駆動電圧を解除し、前記圧電素子を収縮させて前記弁体を閉弁することを特徴とする圧電式バルブの駆動方法。 
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【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。
【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。
【０００４】
そこで、本件出願人らは、圧電素子を利用してバルブの開閉を高速で行う圧電式バルブを開発した（特許文献１〜３参照）。
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。
【０００５】
そして、上記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は、上記圧電式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】
ところで、上記光学式粒状物選別機は、上記圧電式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、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、上記問題を解決するものとして、特許文献２には、圧電素子に印加する駆動電圧を２段電圧とする圧電式バルブが記載されている。
【０００８】
特許文献２に記載された圧電式バルブは、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ものであり、開弁後における気体噴出量の変動を抑止することで、気体の供給を早期に安定させることができる。
【０００９】
しかしながら、前記特許文献２に記載された圧電式バルブは、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劣る問題がある。
【００１０】
前記特許文献２に記載された圧電式バルブの問題を解決するものとして、特許文献３には、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圧電式バルブが記載されている。
【００１１】
特許文献３に記載された圧電式バルブは、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特定の電圧値からなる駆動電圧を印加し、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ものであり、前記特許文献２に記載された圧電式バルブに比べ、開弁時の応答性に優れる。
【００１２】
しかしながら、前記特許文献３に記載された圧電式バルブは、前記特許文献２に記載された圧電式バルブに比べ、開弁後における気体噴出量の変動を抑止するのに時間がかかり、気体の供給を早期に安定させるには、さらなる改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３１６８３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４１９６１号公報
【特許文献３】国際公開２０１３／１５７５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、開弁時の応答性に優れるとともに、気体の供給を早期に安定させることができる圧電式バルブ、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、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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、
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一方、前記圧電素子に印加した駆動電圧を解除し、前記圧電素子を収縮させて前記弁体を閉弁する駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明は、
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。
【００１８】
また、上記目的を達成するため、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。
【００１９】
本発明は、
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。
【００２０】
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一方、前記圧電素子に印加した駆動電圧を解除し、前記圧電素子を収縮させて前記弁体を閉弁することを特徴とする。
【００２１】
本発明は、
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。
【００２２】
本発明は、
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。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の圧電式バルブは、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弁体を開弁駆動する駆動手段を備えるので、開弁時の応答性に優れるとともに、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。
【００２４】
本発明の圧電式バルブは、前記駆動手段が、開弁直後における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とすれば、気体噴出時間が比較的短い場合でも、気体を安定して供給することができる。
【００２５】
本発明の光学式粒状物選別機は、上記圧電式バルブを備えるので、エアの供給が早期に安定し、開弁時の応答性の良さと相俟って、粒状物のより安定した選別を行うことができる。
【００２６】
本発明の光学式粒状物選別機は、圧電式バルブの駆動手段が、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信号発生部で発生するので、被選別物の種類にかかわらず、常に安定した選別を行うことができる。
【００２７】
本発明の圧電式バルブの駆動方法によれば、駆動手段が、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ので、当該圧電式バルブを、開弁時の応答性に優れるものとすることができるとともに、気体噴出量の変動を早期に抑止することで気体の供給が早期に安定するものとすることができる。
【００２８】
本発明の圧電式バルブの駆動方法によれば、前記駆動手段が、開弁直後における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した後に、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し、前記弁体を閉弁することとすれば、当該圧電式バルブを、気体噴出時間が比較的短い場合でも、気体を安定して供給するものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】圧電式バルブの概略説明図。
【図２】圧電式バルブの概略正面図。
【図３】圧電式バルブの第１の変形例。
【図４】圧電式バルブの第２の変形例。
【図５】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６】本発明の圧電式バルブの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。
【図７】本発明の実施例における充電用駆動回路への入力信号を示すグラフ。
【図８】図７の入力信号に基づいて圧電素子に印加する駆動電圧を示すグラフ。
【図９】図８の駆動電圧により開弁する圧電式バルブの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１０】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１１】従来の圧電式バルブの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。
【図１２】比較例における充電用駆動回路への入力信号を示すグラフ。
【図１３】図１２の入力信号に基づいて圧電素子に印加する駆動電圧を示すグラフ。
【図１４】図１３の駆動電圧により開弁する圧電式バルブの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１５】本発明の実施例と比較例のエア噴出圧特性を比較するグラフ。
【図１６】光学式粒状物選別機の要部側断面図。
【図１７】図１６に示す光学式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】
【００３０】
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＞
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
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。
【００３３】
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。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。
【００３４】
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、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の一端が接合される。第２板ばね１９ｂの他端は弁体１２の他方側の側端部に接合される。
【００３５】
圧電式バルブ１０は、図１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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
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。
【００３８】
＜圧電式バルブの第１変形例＞
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。
【００３９】
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。
【００４０】
＜圧電式バルブの第２変形例＞
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。
【００４１】
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。
【００４２】
［実施例］（ダブル・プレパルス信号）
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。
【００４３】
本発明の圧電式バルブは、図６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（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。
【００４４】
図７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（ダブル・プレパルス信号）を示す。図８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を示す。図９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。
【００４５】
図７から図９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：０．２０ＭＰａ（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
【００４６】
ここで、前記入力信号（ダブル・プレパルス信号）の各時間ｔ１〜ｔ５の条件は、圧縮エア供給圧力、駆動電圧及びエア噴出時間に基づいて決定される。
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。
【００４７】
本発明の圧電式バルブにおいて、前記駆動装置は図示しない信号設定部を有しており、該信号設定部には、前記圧縮エア供給圧力と駆動電圧との組合せにより、事前に複数のダブル・プレパルス信号の信号パターンが設定されている。
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。
【００４８】
［比較例］（プレパルス信号）
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。
【００４９】
図１０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Ｃ（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Ｄ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。
【００５０】
図１２は、従来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）を示す。図１３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を示す。図１４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。
【００５１】
図１２から図１４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：０．２０ＭＰａ
（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
【００５２】
ここで、前記プレパルス時間ｔ６及び休止時間ｔ７（メイン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。
【００５３】
図１５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。
【００５４】
次に、実施例と比較例のグラフを比較した場合、比較例では２つのリップルが見られるが、実施例では後方のリップルがほぼ取り除かれていることが分かる。
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。
【００５５】
また、実施例と比較例のグラフを比較した場合、エア噴出圧を所定値ｐ以上に維持できる時間が、比較例では時間ｂであるのに対し、実施例では時間ａであり、実施例が比較例よりも長時間にわたり、エア噴出圧を所定値ｐ以上に維持できていることが分かる。
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。
【００５６】
＜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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
このとき、前記駆動装置６７２は、前記排除信号に基づいて、図５に示すように、信号発生部において「ダブル・プレパルス信号」を発生し、該ダブル・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駆動電圧を印加する。
【００６２】
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。
【００６３】
ここで、前記駆動装置６７２は信号設定部を有しており、該信号設定部には、圧縮エア供給圧力と駆動電圧との組合せにより、事前に複数のダブル・プレパルス信号の信号パターンが設定されている。
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。
【００６４】
上記光学式粒状物選別機６１０は、本発明の圧電式バルブを利用した噴風ノズルを備えるものであり、エアの供給を早期に安定させることができるため、開弁時の応答性の良さと相俟って、粒状物のより安定した選別を行うことができる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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】
【００６８】
本発明の圧電式バルブは、開弁時の応答性に優れるとともに、気体の供給を早期に安定させることができるものであり、さまざまな分野において有効に利用できるものである。
【符号の説明】
【００６９】
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
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１】
0006714397.tif 000002
【図２】
0006714397.tif 000003
【図３】
0006714397.tif 000004
【図４】
0006714397.tif 000005
【図５】
0006714397.tif 000006
【図６】
0006714397.tif 000007
【図７】
0006714397.tif 000008
【図８】
0006714397.tif 000009
【図９】
0006714397.tif 000010
【図１０】
0006714397.tif 000011
【図１１】
0006714397.tif 000012
【図１２】
0006714397.tif 000013
【図１３】
0006714397.tif 000014
【図１４】
0006714397.tif 000015
【図１５】
0006714397.tif 000016
【図１６】
0006714397.tif 000017
【図１７】
0006714397.tif 000018