(57)【要約】【課題】圧電素子に所定の絶縁劣化が生じた際に異常として検出することができる圧電素子の異常検出装置を提供する。【解決手段】電圧が印加されることにより所定の変位を生ずる圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置１００は、圧電素子の一方の端子が接続される第１の端子２と、圧電素子の他方の端子が接続される第２の端子３と、第１の端子に電圧を印加する電源７と、第２の端子３に接続された異常検出回路８と、圧電素子の異常検出結果を表示する表示部４とを有し、異常検出回路８は、第２の端子３に接続された接地された線路１１と、線路１１の途中に圧電素子に対して直列に接続される抵抗器１２と、抵抗器１２に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて異常判定を行う異常判定部１４とを有し、表示部４は、異常判定部１４の判定結果を表示する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されることにより所定の変位を生ずる圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置であって、
前記圧電素子の一方の端子が接続される第１の端子と、
前記圧電素子の他方の端子が接続される第２の端子と、
前記第１の端子に電圧を印加する電源と、
前記第２の端子に接続された異常検出回路と、
前記異常検出結果を表示する表示部と
を有し、
前記異常検出回路は、前記第２の端子に接続された接地された線路と、前記線路の途中に前記圧電素子に対して直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて異常判定を行う異常判定部とを有し、
前記表示部は、前記異常判定部の判定結果を表示することを特徴とする圧電素子の異常検出装置。
【請求項２】
電圧が印加されることにより所定の変位を生ずる圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置であって、
前記圧電素子の一方の端子が接続される第１の端子と、
前記圧電素子の他方の端子が接続される第２の端子と、
前記第１の端子に電圧を印加する電源と、
前記第２の端子に接続された異常検出回路と、
前記圧電素子の異常検出結果を表示する表示部と
を有し、
前記異常検出回路は、前記第２の端子に接続された接地された線路と、前記線路の途中に前記圧電素子に対して直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて前記圧電素子の抵抗を算出する演算部とを有し、
前記表示部は、前記演算部の演算結果を表示することを特徴とする圧電素子の異常検出装置。
【請求項３】
電圧が印加されることにより所定の変位を生ずる圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置であって、
前記圧電素子の一方の端子が接続される第１の端子と、
前記圧電素子の他方の端子が接続される第２の端子と、
前記第１の端子に電圧を印加する電源と、
前記第２の端子に接続された異常検出回路と、
前記圧電素子の異常検出結果を表示する表示部と
を有し、
前記異常検出回路は、前記第２の端子に接続された接地された線路と、前記線路の途中に前記圧電素子に対して直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて異常判定を行う異常判定部と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて前記圧電素子の抵抗を算出する演算部とを有し、
前記表示部は、前記異常判定部の判定結果および前記演算部の演算結果の両方、またはいずれか一方を表示することを特徴とする圧電素子の異常検出装置。
【請求項４】
前記異常判定部は、検出された電圧値と、所定の閾値電圧とを比較する比較器を有し、比較器の信号から異常の判定を行うことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の圧電素子の異常検出装置。
【請求項５】
前記比較器の前記閾値電圧は可変であることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子の異常検出装置。
【請求項６】
前記異常検出回路は、前記線路における前記抵抗器に基づく電圧の検出点の上流側に設けられた保護抵抗器をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電素子の異常検出装置。
【請求項７】
前記電源は可変直流電源であり、前記圧電素子の駆動電圧に合わせて前記電源の電圧値を調節する電圧調節器をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の圧電素子の異常検出装置。
【請求項８】
光学式粒状物選別機のバルブシステムを構成する複数の圧電式バルブを駆動するための複数の圧電素子に用いられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の圧電素子の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子に電圧を与えることにより印加電圧に応じた伸縮変位が生じる圧電アクチュエータは、エネルギー効率が高く、高速応答が可能であり、小型化、薄型化に適している等の優れた点を有しているため、種々の分野の駆動装置として適用されている。
【０００３】
例えば、このような圧電アクチュエータを駆動機構として用いた圧電式バルブが、高速応答が可能なバルブとして知られており、このような圧電式バルブを光学式粒状物選別機に用いることが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
一方、圧電アクチュエータにおいて、圧電素子に異常が生じて正常な伸縮動作を行えなくなると、圧電バルブが正常な動作を行えなくなるため、圧電素子の異常を速やかに検出することが望まれる。
【０００５】
特許文献２〜５には、圧電素子を含む駆動回路の異常を検出する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３４４１６４号公報
【特許文献２】特許第４７４１０９８号公報
【特許文献３】特許第２６８５２００号公報
【特許文献４】特許第４６５１１７９号公報
【特許文献５】特開２００２−２４６６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献２〜５では、圧電アクチュエータを用いた装置を稼働している際の圧電素子の絶縁不良や、断線・短絡等の異常を検出するものであるため、圧電素子の異常を事前に検出することはできない。
【０００８】
また、圧電素子は絶縁特性が徐々に劣化して異常が発生するため、異常の有無のみならず実際に異常となる前段階で絶縁性の劣化の状態を把握して事前に故障を予知することが望まれるが、上記特許文献２〜５では、圧電素子に異常が発生する前の絶縁性の劣化までは把握することができない。
【０００９】
特に、特許文献１のような光学式粒状物選別機では、多数の圧電式バルブが搭載され、多数の圧電素子を有するため、圧電素子の異常を事前に検出することや、異常となる前段階の絶縁性の劣化を事前に把握して故障を予知することは重要であり、これらを簡易に行うことが望まれている。
【００１０】
したがって、本発明は、圧電素子に実際に発生している異常、および絶縁性の劣化により実際に異常となる前段階の潜在的な異常を、事前にかつ簡易に検出することができる圧電素子の異常検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、電圧が印加されることにより所定の変位を生ずる圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置であって、前記圧電素子の一方の端子が接続される第１の端子と、前記圧電素子の他方の端子が接続される第２の端子と、前記第１の端子に電圧を印加する電源と、前記第２の端子に接続された異常検出回路と、前記圧電素子の異常検出結果を表示する表示部とを有し、前記異常検出回路は、前記第２の端子に接続された接地された線路と、前記線路の途中に前記圧電素子に対して直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて異常判定を行う異常判定部とを有し、前記表示部は、前記異常判定部の判定結果を表示することを特徴とする圧電素子の異常検出装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２の観点は、電圧が印加されることにより所定の変位を生ずる圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置であって、前記圧電素子の一方の端子が接続される第１の端子と、前記圧電素子の他方の端子が接続される第２の端子と、前記第１の端子に電圧を印加する電源と、前記第２の端子に接続された異常検出回路と、前記圧電素子の異常検出結果を表示する表示部とを有し、前記異常検出回路は、前記第２の端子に接続された接地された線路と、前記線路の途中に前記圧電素子に対して直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて前記圧電素子の抵抗を算出する演算部とを有し、前記表示部は、前記演算部の演算結果を表示することを特徴とする圧電素子の異常検出装置を提供する。
【００１３】
本発明の第３の観点は、電圧が印加されることにより所定の変位を生ずる圧電素子の絶縁劣化による異常を検出する圧電素子の異常検出装置であって、前記圧電素子の一方の端子が接続される第１の端子と、前記圧電素子の他方の端子が接続される第２の端子と、前記第１の端子に電圧を印加する電源と、前記第２の端子に接続された異常検出回路と、前記圧電素子の異常検出結果を表示する表示部とを有し、前記異常検出回路は、前記第２の端子に接続された接地された線路と、前記線路の途中に前記圧電素子に対して直列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて異常判定を行う異常判定部と、前記抵抗器に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて前記圧電素子の抵抗を算出する演算部とを有し、前記表示部は、前記異常判定部の判定結果および前記演算部の演算結果の両方、またはいずれか一方を表示することを特徴とする圧電素子の異常検出装置を提供する。
【００１４】
前記第１および第３の観点の圧電素子の異常検出装置において、前記異常判定部は、検出された電圧値と、所定の閾値電圧とを比較する比較器を有し、比較器の信号から異常の判定を行うことが好ましい。また、前記比較器の前記閾値電圧は可変であることが好ましい。
【００１５】
上記第１から第３の観点の圧電素子の異常検出装置において、前記異常検出回路は、前記線路における前記抵抗器に基づく電圧の検出点の上流側に設けられた保護抵抗器をさらに有することが好ましい。また、前記電源は可変直流電源であり、前記圧電素子の駆動電圧に合わせて前記電源の電圧値を調節する電圧調節器をさらに有することが好ましい。また、光学式粒状物選別機のバルブシステムを構成する複数の圧電式バルブを駆動するための複数の圧電素子に用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、絶縁性が劣化していくと、劣化の度合いに応じて接地漏れ電流が大きくなることを利用して、圧電素子が動作していないときに、異常検出回路により接地漏れ電流に応じた電圧を検出して圧電素子の絶縁劣化を検出するか、または演算部で圧電素子の抵抗値を算出するので、圧電素子に実際に発生している異常、および実際に絶縁性が異常となる前段階のわずかな絶縁性劣化による潜在的な異常を、事前にかつ簡易に検出することができる。したがって、本発明は、圧電素子を有する圧電式バルブを多数有する光学式粒状物選別機のバルブシステムに特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置を示す概略図である。
【図３】異常検出回路における異常判定部の構造例を示す図である。
【図４】（ａ）は圧電素子が正常な場合の異常検出回路における検出電圧および比較器からの出力信号を示す図であり、（ｂ）は圧電素子が絶縁異常を起こした場合の異常検出回路における検出電圧および比較器からの出力信号を示す図である。
【図５】オープンの場合の異常検出回路における検出電圧および比較器からの出力信号を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置の外観を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置において、他の表示部を用いた場合の外観を示す斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置の外観を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る圧電素子の検出装置を好適に適用することができる圧電式バルブシステムを有する光学式粒状物選別機の内部構造を簡略化して示す側断面図である。
【図１１】図１０の光学式粒状物選別機のバルブシステムに適用される圧電式バルブの構造例を示す概略図である。
【図１２】図１０の光学式粒状物選別機のバルブシステムの複数の圧電素子に対する給電部の回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置の外観を示す斜視図、図２はその概略図である。
【００１９】
圧電素子の異常検出装置１００は、筐体１を有し、筐体１の側面に第１の端子２および第２の端子３が設けられている。また、筐体１の上面には、表示部４と、スイッチ５と、電圧調節器６とが設けられている。また、異常検出装置１００は、筐体１の内部に設けられた、可変直流電源７と、異常検出回路８とを有している。可変直流電源７はスイッチ５を介して第１の端子２に接続され、異常回路８は第２の端子に接続されている。スイッチ５は可変直流電源７のオン・オフを行うものであり、電圧調節器６は可変直流電源７の電圧を調節するものである。可変直流電源７から第１の端子２を介して圧電素子２１の一方の端子に印加される電圧は例えば７２Ｖである。
【００２０】
第１の端子２には圧電素子２１の一方の端子２２が配線３１により接続され、第２の端子３には圧電素子２１の他方の端子２３が配線３２により接続される。符号２４は圧電素子２１の電極である。圧電素子２１としては、電圧を印加することにより所定の変位が生ずるものであれば使用可能であるが、典型例として板状の圧電体が電極を挟んで複数積層され、電圧の印加により伸縮変位が生じる積層型の圧電素子を挙げることができる。この場合に、圧電体として、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）を挙げることができる。
【００２１】
異常検出回路８は、第２の端子３に接続される接地された線路１１と、線路１１の途中に設けられ、圧電素子２１に対して直列に接続された抵抗器１２と、抵抗器１２の端子３側に接続された電圧検出線路１３と、電圧検出線路１３に接続され、抵抗器１２に基づく電圧を検出し、その電圧値に基づいて異常判定を行う異常判定部１４とを有する。電圧検出線路１３には抵抗器１５が設けられている。また、線路１１には、電圧検出線路１３の接続部の端子３側に保護抵抗器１６が設けられている。抵抗器１２は例えば１．０ＭΩであり、保護抵抗器１６は例えば６．８ＭΩである。抵抗器１２および保護抵抗器１６は、異常検出する圧電素子に応じて抵抗値が任意に調節できるものであることが好ましい。
【００２２】
抵抗器１２は、圧電素子２１に例えば７２Ｖの電圧を印加した場合に、圧電素子２１で電圧降下した後の電圧を検出するためのものである。正常な圧電素子では５００ＭΩ程度の大きな抵抗値であり電圧降下が大きいため、線路１１には接地漏れ電流がほとんど流れず、電圧検出線路１３を経て検出される電圧値は非常に低い値となる。これに対し、圧電素子の絶縁性が劣化した場合は、圧電素子での電圧降下が小さくなり、接地漏れ電流が流れるため、電圧検出線路１３を経て検出される電圧値は大きくなる。異常判定部１４では、これを利用して圧電素子の絶縁劣化を検出する。
【００２３】
この場合に、圧電素子の内部が完全に短絡して直接異常判定部１４に大電圧がかかると回路が破壊されるおそれがあるため、保護抵抗器１６を設けて電圧検出線路１３に入力される電圧が低くなるようにしている。
【００２４】
図３に示すように、異常判定部１４は比較器１７を有している。比較器１７は、電圧検出線路１３からの電圧Ａと、所定の閾値電圧（＋Ｖ）、例えば２．４Ｖとを比較し、電圧Ａが閾値電圧以上の場合に出力信号がＬとなり、電圧Ａが閾値電圧よりも低い場合に出力信号がＨとなる。比較器１７は、閾値電圧を任意に調節できるようにすることが好ましい。
【００２５】
例えば、圧電素子２１の絶縁性が正常である場合は、図４（ａ）に示すように、電圧検出線路１３からの電圧Ａは、一旦閾値より高い値になった後、閾値より低い電圧に収束し、比較器１７の出力信号ＢはＨとなる。一方、圧電素子２１の絶縁性が低下して異常となった場合は、図４（ｂ）に示すように、電圧検出線路１３からの電圧Ａは閾値より高い電圧に収束し、比較器１７の出力信号ＢはＬ（出力０）となる。したがって、出力信号がＬとなった場合に圧電素子に絶縁劣化による異常が生じたと判断することができる。圧電素子２１の絶縁性がどの程度まで低下したときに異常と判定するかは、閾値電圧の値により決定される。
【００２６】
なお、圧電素子２１に断線が生じた場合には、図５に示すように、異常検出回路の検出電圧は閾値を超えることなく０のままであり、このような状態を検出することにより、圧電素子２１の断線を検出することもできる。
【００２７】
表示部４は圧電素子の異常検出結果を表示するものである。具体的には、図１に示すように、表示部４は異常ランプ１８と正常ランプ１９を有しており、異常判定部１４の比較器１７から出力される出力信号ＢがＬの場合に異常ランプ１８が点灯し、出力信号ＢがＨの場合に正常ランプ１９が点灯する。圧電素子２１内に断線が生じている場合には、いずれのランプも点灯しないようにするか、または、別途断線表示ランプを設ければよい。
【００２８】
このように構成される圧電素子の異常検出装置１００においては、圧電素子２１を組み込んだ装置において、圧電素子２１を操作させていないときに、第１の端子２に圧電素子２１の一方の端子２２を配線３１により接続し、第２の端子３に圧電素子２１の他方の端子２３を配線３２より接続し、スイッチ５をオンにし、電圧調節器６により可変直流電源７の電圧を圧電素子２１に印加すべき電圧に調節する。このとき、圧電素子２１が正常な場合には、５００ＭΩ程度の大きな抵抗値であり電圧降下が大きいため、異常検出回路８の線路１１に流れる接地漏れ電流は極めて小さく、電圧検出線路１３を経て検出される電圧値は非常に低い値となるのに対し、圧電素子２１の絶縁性が劣化した場合は、圧電素子での電圧降下が小さくなり、接地漏れ電流が流れるため、電圧検出線路１３を経て検出される電圧値は大きくなる。
【００２９】
これを利用して、異常判定部１４の比較器１７に適切な閾値電圧を設定し、比較器１７の出力信号ＢがＬかＨにより絶縁劣化による異常が生じたか否かを判定し、表示部４に表示させる。このため、圧電素子２１に圧電素子に実際に発生している異常を、事前にかつ簡易に検出することができる。また、閾値電圧を適切に設定することにより、わずかな絶縁劣化をも簡易に検出することができ、圧電素子２１が異常となる前段階の潜在的な異常を検出することができる。このため、圧電素子の劣化の過程を監視することにより事前に圧電素子の故障を予知することができ、圧電素子を組み込んだ装置の動作中に圧電素子が壊れる事態が発生する前の適切なタイミングで圧電素子を交換することが可能となる。また、圧電素子に印加する電圧等を調節することにより、種々の圧電素子の異常検出を行うことができる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
図６は本発明の第２の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置の外観を示す斜視図、図７はその概略図である。第２の実施形態の異常検出装置１００′は、基本構成は第１の実施形態の異常検出装置１００と同様であるが、異常検出回路７が第１の実施形態の異常判定部１４の代わりに演算部４１を有している点、および表示部４の代わりにデジタル表示窓４５を有する表示部４４を有している点が第１の実施形態と異なっている。したがって、第１の実施形態と同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
【００３１】
演算部４１は、電圧検出線路１３に接続される。演算部４１では、電圧検出線路１３からの電圧を検出し、その電圧から線路１１に流れる電流を算出し、これらと可変直流電源７から圧電素子２１に印加される電圧、ならびに線路１１および可変直流電源７からの給電ラインの既知の抵抗とから圧電素子２１の抵抗値を算出する。そして、演算部４１により算出された圧電素子２１の抵抗値を表示部４４のデジタル表示窓４５に表示させる。これにより、圧電素子２１の抵抗値を把握することができ、圧電素子２１に圧電素子に実際に発生している異常を、事前にかつ簡易に検出することができる。また、閾値電圧を適切に設定することにより、わずかな絶縁劣化をも簡易に検出することができ、圧電素子２１が異常となる前段階の潜在的な異常を検出することができる。このため、圧電素子の劣化の過程を監視することにより事前に圧電素子の故障を予知することができ、圧電素子を組み込んだ装置の動作中に圧電素子が壊れる事態が発生する前の適切なタイミングで圧電素子を交換することが可能となる。また、圧電素子に印加する電圧等を調節することにより、種々の圧電素子の異常検出を行うことができる。
【００３２】
なお、圧電素子２１の抵抗値を直接表示する表示部４４の代わりに、図８に示すように、圧電素子２１の抵抗値が該当する範囲に入ったら点灯するランプ５１を複数有する表示部４４′を設けてもよい。
【００３３】
＜第３の実施形態＞
図９は本発明の第３の実施形態に係る圧電素子の異常検出装置の外観を示す斜視図である。第３の実施形態の異常検出装置１００″は、異常検出回路８が第１の実施形態の異常判定部１４と第２の実施形態の演算部４１の両方を有し（図示略）、異常判定部１４による電圧検出線路１３を経て検出される電圧値を利用した異常・正常判定と、演算部４１による圧電素子２１の抵抗値の算出のいずれか一方、または両方を行うことが可能となっており、かつ異常ランプ１８および正常ランプ１９、ならびにデジタル表示窓４５を有する表示部５４を有している。
【００３４】
これにより、異常判定部１４による圧電素子の異常の判定、および演算部４１による圧電素子２１の抵抗値の算出のいずれかまたは両方を行って、それらの結果のいずれかまたは両方を表示部５４に表示させることができる。これにより、目的に応じて自由度の高い異常検出を行うことができる。なお、デジタル表示窓４５の代わりに、図８のように該当する範囲に入ったら点灯するランプ５１を複数設けてもよい。
【００３５】
＜適用例＞
次に、本発明に係る圧電素子の検出装置を好適に適用することができる圧電式バルブシステムを有する光学式粒状物選別機について説明する。
図１０は、そのような光学式粒状物選別機２００の内部構造を簡略化して示す側断面図である。
【００３６】
粒状物選別機２００は、上部にタンク２０２と振動フィーダ２０３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２０４が配置される。
【００３７】
粒状物供給部から供給された粒状物は、傾斜状シュート２０４を連続状に自然流下した後、その下端部から所定落下軌跡に沿って空中に放出される。
【００３８】
所定の落下軌跡の前後には、落下軌跡に沿った検出位置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２０５ａ，２０５ｂが対向して配設される。各光学検出装置２０５ａ，２０５ｂ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、およびバックグラウンド２５３ａ，２５３ｂ等から構成される。
【００３９】
また、前記検出位置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２０７が配設される。噴風装置２０７は、複数のノズル孔を有する噴風ノズル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２７２と、噴風を噴出するノズル孔を切り替えるための圧電式バルブシステム２７３とを備える。
【００４０】
圧電式バルブシステム２７３は、圧電素子を有する複数の圧電式バルブ２７４と、電源２７５と、所定の圧電素子に電源２７５から電圧を印加し、伸縮動作をさせて圧電式バルブ２７４の開閉駆動を行うための駆動回路２７６と、駆動部２７６による圧電素子の伸縮動作のオンオフを制御する制御部２７７とを有する。
【００４１】
圧電式バルブ２７４は、図１１（ａ）の閉弁時における側面図および（ｂ）の正面図に示すように、圧縮空気供給装置２７２から圧縮空気の供給を受ける圧力室３１１および圧力室３１１内の気体を外部に噴出する気体排出路３１２を有するバルブ本体３０１と、圧力室３１１内に配置され排出路３１２を開閉する弁体３０２と、バルブ本体３０１内に配置され当該バルブ本体３０１に一端が固定される圧電素子３０３と、気体圧力室３１１内に配置され圧電素子３０３の変位を拡大して弁体３０２に作用させる変位拡大機構３０４とを有している。圧電素子３０３は上述した駆動回路２７６により電源２７５からの電圧が印加されることにより駆動され、弁体３０２が開閉駆動される。そして、気体排出路３１２の圧力室３１１側に突出して形成される弁座３０５に対し弁体３０２を離間または着座させることで当該バルブの開閉を行う。
【００４２】
変位拡大機構３０４は、圧電素子３０３の長手方向軸線と排出路３１２とを結ぶ線（以下、「中心線」という。）に対し対称に第１部分３０４ａと第２部分３０４ｂとを有している。
【００４３】
第１部分３０４ａ、第１ヒンジ３０６ａ、第２ヒンジ３０７ａ、第１アーム部材３０８ａおよび第１板ばね２０９ａで構成される。第１ヒンジ３０６ａの一端はバルブ本体３０１に接合される。第２ヒンジ３０７ａの一端は圧電素子３０３に取り付けられるキャップ部材３３１に接合される。第１ヒンジ３０６ａおよび第２ヒンジ３０７ａの各他端は、第１アーム部材３０８ａの基部に接合される。第１アーム部材３０８ａは、弁体３０２の方向に向けて中心線から離れる方向に延びており、その先端部分に第１板ばね３０９ａの一端が接合される。第１板ばね３０９ａの他端は弁体３０２の一方側に接合される。
【００４４】
一方、変位拡大機構３０４の第２部分３０４ｂは、第３ヒンジ３０６ｂ、第４ヒンジ３０７ｂ、第２アーム部材３０８ｂおよび第２板ばね３０９ｂで構成される。第３ヒンジ３０６ｂの一端はバルブ本体３０１に接合される。第４ヒンジ３０７ｂの一端は圧電素子３０３に取り付けられるキャップ部材３３１に接合される。第３ヒンジ３０６ｂおよび第４ヒンジ３０７ｂの各他端は、第２アーム部材３０８ｂの基部に接合される。第２アーム部材３０８ｂは、弁体３０２の方向に向けて中心線から離れる方向に延びており、その先端部分に第２板ばね３０９ｂの一端が接合される。第２板ばね３０９ｂの他端は弁体３０２の他方側に接合される。
【００４５】
このような構成の４つの圧電式バルブ２７４が１つのケースに収納されて１つのバルブユニットを構成し、圧電式バルブシステム２７３はこのようなバルブユニットを複数、例えば１７個有している。
【００４６】
図１２に示すように、複数の圧電式バルブ２７４にそれぞれ対応して設けられた複数の圧電素子３０３は、バルブユニット３５０に対応して４つ一組となっており、この組が例えば１７組、すなわち合計６８個設けられている。各圧電素子３０３には、電源２７５から駆動回路２７６を介して例えば７２Ｖの電圧が印加されるようになっている。駆動回路２７６は、圧電素子３０３に対して選択的に電圧を印加するためのスイッチング素子２７６ａを有している。制御部２７７は、駆動回路２７６のスイッチング素子２７６の動作タイミング等を制御するようになっている。
【００４７】
なお、図中２８１は不良品排出口であり、２８２は良品排出口である。
【００４８】
このように構成される光学式粒状物選別機２００において、粒状物供給部から供給された粒状物は、斜状シュート２０４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。そして、放出された粒状物は、粒状物検出位置Ｏにおいて各光学検出装置２０５ａ，２０５ｂの撮像手段２５１ａ，２５１ｂにより撮像され、当該撮像データが噴風装置２７０における圧電式バルブシステム２７３の制御部２７７に送られる。制御部２７０は、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、不良品等の排除信号を駆動回路２７６に送る。
【００４９】
駆動回路２７６は、送られてきた排除信号に基づいて圧電式バルブシステム２７３における複数の圧電式バルブ２７４を選択的に駆動し、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噴風ノズル２７１の各ノズル孔からエアを噴風する。
【００５０】
そして、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。
【００５１】
このとき、圧電式バルブ２７４においては、図１１（ａ）の閉状態において駆動回路２７６により電源２７５からの電圧が圧電素子３０３に印加されると、圧電素子３０３は図面上右方向に伸長する。この伸長に伴い、変位拡大機構３０４の第１部分３０４ａでは、第２ヒンジ３０７ａが力点、第１ヒンジ３０６ａが支点、第１アーム部材３０８ａの先端部が作用点として作用し、第１アーム部材３０８ａの先端部には、圧電素子３０３の変位量がテコの原理により拡大されて現れる。同様に、第２部分３０４ｂでは、第４ヒンジ３０７ｂが力点、第３ヒンジ３０６ｂが支点、第２アーム部材３０８ｂの先端部が作用点として作用し、第２アーム部材３０８ｂの先端部には、圧電素子３０３の変位量が拡大されて現れる。
【００５２】
そして、第１アーム部材３０８ａおよび第２アーム部材３０８ｂの各先端部を離間させる方向に拡大されて現れた変位は、第１板ばね３０９ａおよび第２板ばね３０９ｂを介して弁体３０２を弁座３０５から十分な距離離間させ、両者間に大きな間隙を生じさせる。これにより圧電式バルブ２７４は開弁され、十分な量の空気が圧力室３１１から排出路３１２を通して噴風ノズル２７１のノズル孔へ導かれ、ノズル孔から噴風される。
【００５３】
一方、圧電式バルブ２７４は、駆動回路２７６からの駆動信号が解除されて電圧の印加が停止されると伸長した状態から電圧印加前の状態まで収縮し、弁体３０２が弁座３０５に着座する。このとき、圧電式バルブ２７４には第１板ばね３０９ａおよび第２板ばね３０９ｂのばねとしての復帰力も弁体３０２に作用するため、弁体３０２は弁座３０５に確実に着座させることができる。
【００５４】
このように、圧電式バルブ２７４を複数有する圧電式バルブシステム２７３においては、複数の圧電式ノズルが圧電素子３０３により頻繁に開閉される。したがって、動作前に圧電素子３０３に異常が生じている場合、または動作中に圧電素子に異常が生じた場合に、不良品等の排除が十分に行われない事態が生じ、装置を停止してどの圧電式ノズル２７４が異常かを特定した後、圧電素子の交換等を行う必要があった。
【００５５】
これに対して、本発明に係る圧電素子の異常検出装置を用いることにより、光学式粒状物選別機２００を稼働する前に、複数の圧電式バルブ２７４に対応して設けられた複数の圧電素子３０３に実際に発生している異常を、事前にかつ簡易に検出することができる。また、圧電素子３０３の異常となる前段階のわずかな絶縁性劣化をも潜在的な異常として検出することができるため、圧電素子の劣化の過程を監視することにより事前に圧電素子の故障を予知することができる。これにより、光学式粒状物選別機２００の動作中に圧電式バルブシステム２７３の圧電式バルブ２７４に用いられている圧電素子が壊れる事態が発生する前の適切なタイミングで圧電素子を交換することが可能となる。したがって、動作前に圧電素子３０３に異常が生じている場合、または動作中に圧電素子に異常が生じた場合に、不良品等の排除が十分に行われない事態を防止することができる。
【００５６】
＜他の適用＞
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では電源として可変直流電源を用いたが、測定する圧電素子が限定される場合は電圧が固定のものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１；筐体
２；第１の端子
３；第２の端子
４，４４，４４′，５４；表示部
５；スイッチ
６；電圧調節器
７；可変直流電源
８；異常検出回路
１１；線路
１２；抵抗器
１３；電圧検出線路
１４；異常判定部
１６；保護抵抗器
１７；比較器
１８；異常ランプ
１９；正常ランプ
２１；圧電素子
２２，２３；端子
４５；デジタル表示窓
５１；ランプ
１００，１００′，１００″：圧電素子の異常検出装置
２００；光学式粒状物選別機
２０５ａ，２０５ｂ；光学検出装置
２０７；噴風装置
２７１；噴風ノズル
２７２；圧縮空気供給装置
２７３；バルブシステム
２７４；圧電式バルブ
２７５；電源
２７６；駆動回路
２７７；制御部
３０１；バルブ本体
３０２；弁体
３０３；圧電素子
３０４；変位拡大機構
３０５；弁座
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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