专利名称：压电式阀及利用该压电式阀的光学式粒状物分选机的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用压电元件的位移进行阀的开闭的压电式阀、以及利用上述压电式阀并通过喷气吹走粒状物的次品等而进行分选的光学式粒状物分选机。
背景技术：
以往，众所周知有通过喷气吹走谷粒或树脂颗粒等粒状物而分选为良品和次品、 或通过喷气除去混入粒状物中的异物等的光学式粒状物分选机。这种粒状物分选机基于次品等检测信号利用喷气吹走并除去从搬运路径的端部沿规定的轨迹落下的粒状物，从而进行该粒状物的分选。上述粒状物分选机利用空气的喷气从连续且大量地落下的粒状物中吹走次品等， 为了不卷入其他粒状物地、高精度地仅吹走该次品等，需要具备对喷气喷嘴反应性好的阀。因此，本申请人之前提出一种能够利用压电元件高速地进行阀的开闭的压电式气阀(参照专利文献1 日本特开2004-316835号公报)。在专利文献1中记载的压电式气阀是利用高速反应性能优异的压电元件的特性的阀，具备根据杠杆原理放大压电元件的较小的位移的位移放大机构。就该压电式气阀而言，若对压电元件施加电压，则该压电元件向伸长方向的位移通过上述位移放大机构传递给阀体，并使该阀体快速地移动而开阀。另外，就该压电式气阀而言，若解除向压电元件施加的电压，则伴随压电元件恢复原状而产生的该复原力通过上述位移放大机构传递给阀体，并使该阀体快速地与阀座抵接而闭阀。具备上述压电式气阀的光学式粒状物分选机与现有的电磁阀相比，因为阀开闭时的反应性优异，因此能够高精度地吹走次品等且减少卷入前后的良品等并吹走的危险。并且，在这种粒状物分选机中，为了提高分选精度，与粒状物的落下速度及大小等对应地改变空气的喷气时间(参照专利文献2 日本特开平11-179292号公报，专利文献3 日本实开平6-41876号公报。)。但是，就具备上述压电式气阀的光学式粒状物分选机而言，由于该压电式气阀通过位移放大机构使阀体移动，因此在空气的喷气时间变长的情况下，上述阀体振动而导致从喷嘴喷出的喷气量变动，从而无法获得稳定的分选作用。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种即使在气体的喷出时间变长的情况下，也能够稳定地供给该气体的压电式阀。另外，本发明的目的在于提供一种通过利用上述压电式阀，能够可靠地吹走次品等、并能够得到稳定的粒状物分选作用的光学式粒状物分选机。为了实现上述目的，本发明的压电式阀具备阀主体，该阀主体形成有接受从外部供给的压缩气体的气体压力室及将上述压缩气体从该气体压力室排出的气体排出路径；配置于上述气体压力室内且开闭上述气体排出路径的阀体；通过位移产生上述阀体的动作所需要的驱动力的压电元件；放大上述压电元件的位移并作用于上述阀体上的至少一个位移放大机构；以及向上述压电元件施加电压而使上述阀体进行开阀动作，从而打开上述气体排出路径的驱动机构，该压电式阀的特征在于，上述驱动机构多阶段地对上述压电元件施加电压，以抑制在开阀时来自上述气体排出路径的气体的喷出量的变动。本发明优选上述驱动机构阶段性地对上述压电元件施加驱动上述阀体以使该阀体打开的第一电压、和比该第一电压高并维持开阀后的气体喷出量的第二电压。本发明优选上述驱动机构预先存储第一电压值和其施加时间、及第二电压值并进行设定。本发明优选上述驱动机构阶段性地解除对上述压电元件施加的电压，以防止闭阀后来自上述气体排出路径的气体泄漏。本发明优选上述驱动机构在解除对上述压电元件施加的电压后施加脉冲状的电压，以防止闭阀后来自上述气体排出路径的气体泄漏。另外，本发明的光学式粒状物分选机具备搬运被分选物的搬运机构；在检测位置检测从该搬运机构的端部落下的被分选物的光学检测机构；以及喷气机构，该喷气机构设于该光学检测机构的更下方，基于由该光学检测机构得到的检测结果并利用空气的喷气而吹走被分选物，该光学式粒状物分选机的特征在于，上述喷气机构具备上述任一个压电式阀，并基于由上述光学检测机构得到的检测结果驱动上述压电式阀，从而喷出空气。本发明的效果如下。就本发明的压电式阀而言，由于驱动机构多阶段地对压电元件施加电压，以抑制开阀时来自气体排出路径的气体的喷出量的变动，因此即使在气体喷出时间变长的情况下，也能够稳定地供给气体。就本发明的压电式阀而言，如果驱动机构多阶段地对压电元件施加驱动阀体以将该阀体打开的第一电压和比第一电压高并维持开阀后的气体喷出量的第二电压，则能够通过施加第二电压抑制伴随开阀产生的阀体的振动，因此即使在气体喷出时间变长的情况下，也能够稳定地供给气体。就本发明的压电式阀而言，如果驱动机构预先存储第一电压值和其施加时间及第二电压值并进行设定，则能够通过施加第二电压可靠地抑制伴随开阀产生的阀体的振动， 因此即使在气体喷出时间变长的情况下，也能够稳定地供给气体。就本发明的压电式阀而言，如果驱动机构在防止闭阀后来自气体排出路径的气体泄漏的时机阶段性地解除对压电元件施加的电压，则能够吸收、缓和阀体落座时的冲击，防止该阀体的跳动，从而能够防止闭阀后来自气体排出路径的气体泄漏。就本发明的压电式阀而言，如果驱动机构在解除了向压电元件施加的电压后并在防止闭阀后来自气体排出路径的气体泄漏的时机施加脉冲状的电压，则能够吸收、缓和阀体落座时的冲击，防止该阀体的跳动，从而能够防止闭阀后来自气体排出路径的气体泄漏。如果本发明的光学式粒状物分选机具备上述任一个压电式阀，则即使在喷气时间变长的情况下，也能够稳定地供给空气，与该压电式阀开闭时优异的反应性相一致，能够不卷入前后的良品地、可靠地吹走次品等，从而能够稳定地进行粒状物的分选。
图1是压电式阀的概略说明图。图2是表示在图1的压电式阀中，施加在压电元件上的现有例的电压波形和从阀喷出的空气的压力特性之间的关系的曲线图。图3是表示施加在压电式阀的压电元件上的本发明的电压波形的一个例子的图。图4是表示在图1的压电式阀中，施加在压电元件上的本发明的电压波形和从阀喷出的空气的压力特性之间的关系的曲线图。图5是表示施加在压电式阀的压电元件上的本发明的电压波形的另一例子的图。图6是利用本发明的压电式阀的光学式粒状物分选机的主要部位侧剖视图。图7是图6所示的粒状物分选机的控制方框图。图中1-光学式粒状物分选机，4-倾斜状滑槽，5ajb-光学检测装置，51a、51b_CCD摄像机(摄像机构)，6-控制装置，7-喷气装置，71-喷气喷嘴，72-驱动装置，73-压缩空气供给装置，9-压电式阀，91-阀主体，911-气体压力室，912-气体排出路径，92-阀体，93-压电元件，94-驱动装置，95-阀座，96a、邪b、97a、97b-铰链，98a、98b_臂部件，99a、99b_板簧。
具体实施例方式根据图对本发明的实施方式进行说明。〈压电式阀〉图1是压电式阀9的概略说明图，图1 (a)表示闭阀时的侧视图，图1 (b)表示闭阀时的主视图。压电式阀9具备阀主体91，具有接受从外部的压缩气体供给源(未图示)供给的压缩气体的气体压力室911、及将该气体压力室911内的气体向外部喷出的气体排出路径912 ；配置于上述气体压力室911内且开闭上述气体排出路径912的阀体92 ；配置于上述阀主体91内且间一端被固定在该阀主体91上的压电元件93 ；位移放大机构，配置于上述气体压力室911内且放大上述压电元件93的位移并作用于上述阀体92上；以及向上述压电元件93施加电压而开闭驱动上述阀体92的驱动装置94，通过使上述阀体92相对于在上述气体排出路径912的气体压力室911侧突出地形成的阀座95离开或落座，进行该阀的开闭。 在此，上述驱动装置94具备向压电元件93施加电压的驱动电路，该驱动电路只要与上述压电元件电连接即可，没有必要与例如上述阀主体91等物理性地成为一体。上述位移放大机构相对于连接上述压电元件93的长度方向轴线和气体排出路径 912的线(以下称为“中心线”)对称地设置一对。第一位移放大机构包括第一铰链96a、第二铰链97a、第一臂部件98a及第一板簧 99a。第一铰链96a的一端与阀主体91接合。第二铰链97a的一端与安装在上述压电元件 93上的盖部件931接合。第一铰链96a及第二铰链97a的各自另一端与第一臂部件98a的基部接合。第一臂部件98a朝向阀体92的方向向离开中心线的方向延伸，在其前端部分上接合有第一板簧99a的一端。第一板簧99a的另一端与阀体92的一方侧接合。
另一方面，第二位移放大机构包括第三铰链96b、第四铰链97b、第二臂部件98b及第二板簧99b。第三铰链96b的一端与阀主体91接合。第四铰链97b的一端与安装在上述压电元件93上的盖部件931接合。第三铰链96及第四铰链97b的各自另一端与第二臂部件98b的基部接合。第二臂部件98b朝向阀体92的方向向离开中心线的方向延伸，在其前端部分接合有第二板簧99b的一端。第二板簧99b的另一端与阀体92的另一方侧接合。若压电式阀9在图1 (a)的状态下利用驱动装置94向压电元件93通电，则该压电元件93向图上右方向伸长。伴随该伸长，在第一位移放大机构中，第二铰链97a作为力点、 第一铰链96a作为支点、第一臂部件98a的前端部作为作用点起作用，在第一臂部件98a的前端部，利用杠杆原理放大上述压电元件93的位移量并显现。同样地，在第二位移放大机构中，第四铰链97b作为力点、第三铰链96b作为支点、第二臂部件98b的前端部作为作用点起作用，在第二臂部件98b的前端部，放大上述压电元件93的位移量并显现。并且，在使上述第一臂部件98a及第二臂部件98b的各前端部向离开的方向扩大并显现的位移通过第一板簧99a及第二板簧99b使阀体92离开阀座95足够的距离，从而在两者间产生大的间隙。由此，压电式阀9被开阀，充足的量的气体从气体压力室911通过气体排出路径912向外部喷出。另一方面，就压电式阀9而言，若解除利用驱动装置94向上述压电元件93的通电，则该压电元件93收缩，该收缩通过第一及第二位移放大机构传递给阀体92，该阀体92 落座于阀座95上。此时，就压电式阀9而言，第一板簧99a及第二板簧99b作为弹性的复原力也有效地作用在阀体92上，从而可靠地使阀体92落座于阀座95上。在此，在图1中，压电式阀9以气体压力室911的侧面向外部敞开的状态为例进行了说明，不言而喻，也可在该气体压力室911被密封的状态下使用。(比较例)图2表示在图1所示的压电式阀9中，驱动装置94向压电元件93施加一定的电压、即施加一段电压的现有例的电压波形和从阀的气体排出路径912喷出的空气的压力特性之间的关系的曲线图。图2(a)表示电压波形，图2(b)表示从气体排出路径912喷出的空气的压力特性。在此，作为从外部供给压电式阀9的压缩气体，使用压缩空气。 图2所示的曲线图的实验条件如下。(1)压缩空气供给压力0. 25MPa(2)压缩空气设定流量50L/min(3)通电时间0. 5 2. Oms(4)施加电压DC130V(5)气体排出路径内径0. 24mm(6)压力检测位置距气体排出路径前端2mm的位置在图2中，通电时间为0. 5ms时的压力特性表示一个明显的峰值。若通电时间为 0. 8ms，则压力特性开始出现第二个峰值，在通电时间为1.0ms时，压力特性表示两个明显的峰值。若通电时间为1.5ms，则压力特性出现第三个峰值，在通电时间为2. Oms时，压力特
性表示三个峰值。因此，从图2可知，在压电元件93上施加一段电压的情况下，若通电时间变长，则在压力特性上产生振幅。
这表示，压电式阀9在空气的喷气时间变长的情况下，上述阀体92振动，导致从气体排出路径912喷出的空气的喷出量产生变动。另外，在图2中，可发现闭阀后的压力会产生一些变动，认为这是在闭阀时与阀座 95抵接的阀体92跳动，从而产生空气泄漏。(实施例)图3表示在上述压电式阀的开阀动作中，利用驱动装置94施加在压电元件93上的本发明的电压波形的一个例子。如图3所示，为了从气体排出路径912得到充足的气体的喷出量，首先对压电元件 93施加第一段电压Vl而开阀驱动阀体2。并且，在抑制上述气体喷出量的变动的时机、即防止阀体92由于伴随上述开阀的反作用而振动的时机(从施加第一段电压Vl经过时间tl 后)，施加比第一段电压Vl高的第二段电压V2以维持上述气体喷出量并将该状态维持时间 t2。另一方面，经过气体喷出时间(tl+t2)后，闭阀驱动阀体92，在图3所示的例子中， 此时没有一口气解除施加在压电元件93上的电压，而是暂时施加比第二段电压V2低的第三段电压V3。并且，在防止闭阀后气体泄漏的时机、即在闭阀时缓和、吸收阀体92与阀座 95抵接时的冲击而防止该阀体92的跳动的时机(从施加第三段电压V3经过时间t3后)， 解除施加在上述压电元件93上的电压。另外，上述各施加电压的值V1、V2、V3及时间tl、t3可预先通过实验求出，存储在驱动装置94中并进行设定。图4表示在上述压电式阀9中，驱动装置94在压电元件93上施加图3所示的波形的电压的本发明例的电压波形和从阀的空气排出路径912喷出的空气的压力特性之间的关系的曲线图。图9(a)表示电压波形，图9(b)表示从空气排出路径912喷出的空气的压力特性。在此，作为从外部向压电式阀9供给的压缩气体，与图2的例子相同地使用压缩空气。图4所示的曲线图的实验条件如下。(1)压缩空气供给压力0. 25MPa(2)压缩空气设定流量50L/min(3)通电时间0. 71ms 2. 51ms (但是，第一段电压Vl的施加时间tl = 0. 33ms, 第三段电压V3的施加时间t3 = 0. 18ms)(4)施加电压第一段电压Vl =DClOOV,第二段电压V2 = DC150V，第三段电压V3 =DC100V(5)气体排出路径内径0. 24mm(6)压力检测位置距气体排出路径前端2mm的位置在图4中，通电时间越长最大压力逐渐变高的倾向越明显，但可完全抑制在图2中显现的压力特性的振幅。因此，从图4中可知，在开阀时两阶段地向压电元件93施加电压的情况下，即使通电时间变长，压力特性也维持在大致一定的稳定状态。这表示，通过将上述第一段电压Vl较低地设定为能够得到最低限的必要的空气喷气量的值，可抑制阀体92伴随开阀时的动作的反作用，并且通过在防止该阀体92振动的时机施加第二段电压V2，能够利用由施加第二段电压引起的阀体92的动作消除由施加第一段电压产生的阀体92的振动，从而能够得到稳定的空气喷气量。另一方面，在图4中，没有出现在图2中出现的闭阀后的压力变动。这表示，在解除对压电元件93施加的电压时，通过暂时施加作为中间电压的第三段电压，在防止阀体92与阀座95抵接时的跳动的时机，解除施加的电压，能够缓和、吸收该阀体92落座时的冲击，从而能够防止从气体排出路径912的空气泄漏。图5表示利用驱动装置94向压电元件93施加的本发明的电压波形的变形例。图5所示的电压波形和图3所示的波形只是下降时的波形不同，经过气体喷出时间(tl+t2)后，暂时解除施加在压电元件93上的电压。并且，在防止闭阀后的空气泄漏的时机、即在闭阀时缓和、吸收阀体92与阀座95抵接时的冲击而防止该阀体92的跳动的时机(从解除施加电压经过时间t4后)，再次施加脉冲状的电压V4时间t5。另外，上述各施加电压的值VI、V2、V4及时间tl、t4、t5也可预先通过实验求出， 存储在驱动装置94中并进行设定。<光学式粒状物分选机>接着，对利用本发明的压电式阀9的光学式粒状物分选机1进行说明。图6表示简化表示粒状物分选机1的内部结构的主要部位侧剖视图。图7表示粒状物分选机的控制方框图。粒状物分选机1在上部具有由容器2和振动加料器3构成的粒状物供给部。在粒状物供给部的下方配置有具有规定宽度的倾斜状滑槽4。从粒状物供给部供给的粒状物在倾斜状滑槽4上连续状地自然流下后，从其下端部沿规定落下轨迹投放到空中。在规定的落下轨迹的前后，在沿着落下轨迹的检测位置0相对地配设有对粒状物进行摄像的至少一对光学检测装置fe、5b。各光学检测装置5ajb分别包括内装C⑶线性传感器的CXD摄像机等摄像机构51a、51b ；由荧光灯等构成的照明机构52a、52b ；以及背景件53a、53b等。另外，在上述检测位置0的下方配设有利用空气的喷气除去次品等的喷气装置7。 喷气装置7具备组装有上述本发明的压电式阀的喷气喷嘴71、以及向该喷气喷嘴71输送压缩空气的压缩空气供给装置73。另外，上述压电式阀将具备与压电元件电连接的驱动电路的驱动装置72作为一体而形成。光学检测装置5ajb在沿着落下轨迹的检测位置0利用CXD摄像机等摄像机构 51a、51b对粒状物进行摄像，并将该摄像数据传送给控制装置6。控制装置6基于上述摄像数据指定次品等应该除去的粒状物，并且获取与该粒状物的大小等相关的信息，并将上述次品等的排除信号输送到驱动上述压电式阀的上述驱动装置72中。喷气装置7基于从上述控制装置6输送到驱动装置72的上述排除信号，从上述喷气喷嘴71向通过排除位置E的次品等喷出空气。此时，通过驱动装置72将图3或图5所示的波形的电压施加在压电式阀的压电元件上再解除施加的电压，从而即使在空气的喷气时间变长的情况下，也能够从喷气喷嘴71稳定地供给空气。另外，在图3或图5所示的电压波形中，基于上述排除信号而变动的值基本上只是与应该除去的粒状物的大小等相关的时间t2，其他的各施加电压的值Vl V4及时间tl、t3 t5可预先通过实验求出，存储在驱动装置72中并进行设定即可。被来自上述喷气喷嘴71的喷气吹走的次品等从次品排出口 81排出到机器外。另外，没被喷气吹走而原样通过规定的落下轨迹的良品从良品排出口 82回收。在本发明的粒状物分选机中，作为分选对象的粒状物，具有代表性的是谷物粒，尤其是大米，但没有限定于谷物粒，其对象物只要是可由喷气吹走的大小和质量即可。本发明的压电式阀的上述图3及图5所示的电压波形是在开阀时两阶段地对压电元件施加电压的波形，但只要能够使来自气体排出路径的气体的喷出量稳定，则也可以分为三阶段以上的多阶段施加电压。另外，上述图3所示的电压波形在下降时施加第三段电压V3，但在压电式阀中，为了在气体喷出时间内得到稳定的气体供给，不必施加该第三段电压。上述图3所示的电压波形是在闭阀时施加了第三段电压后，解除电压施加的波形，但只要能够防止闭阀后的气体泄漏，也可以再分为多个阶段使电压降低。上述图3及图5所示的电压波形的各施加电压的值Vl V4及时间tl、t3 t5 根据气体喷出条件等而不同，但可预先通过实验确认从气体排出路径喷出的气体的压力特性并求出最合适的条件，存储在驱动装置94中并进行设定，即使在气体的喷出时间变长的情况下，气体的喷出量也不会变动，能够稳定地供给该气体。而且还能够防止闭阀后的气体泄漏。在利用本发明的压电式阀的粒状物分选机中，例如即使在除去的对象的粒状物大、空气的喷气时间变长的情况下，也能够可靠地吹走次品，从而能够进行粒状物的稳定的分选。上述本发明的压电式阀具备阀主体，具有接受从压缩空气供给源供给的压缩气体的气体压力室、及将该气体压力室内的气体向外部喷出的气体排出路径；配置于上述气体压力室内且开闭上述气体排出路径的阀体；配置于上述阀主体内且一端被固定在该阀主体上的压电元件；位移放大机构，配置于上述气体压力室内，放大上述压电元件的位移并作用于上述阀体上，只要具备上述结构，则其结构不限定于图1所示的结构。图1所示的压电式阀对称地配置有一对位移放大机构，但也可以非对称地配置位移放大机构，也可以仅配置一个。另外，图1所示的压电式阀将阀体设置在板簧的一端，但也可以将阀体设于臂部件的一端部。本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离发明的范围，便能够适当地改变其结构。产业上的可利用性如下。本发明的压电式阀即使在气体的喷出时间变长的情况下，也能够稳定地供给该气体，利用价值非常高。另外，利用本发明的上述压电式阀的光学式粒状物分选机能够可靠地吹走次品等，由于能够进行粒状物的稳定的分选，因此非常有用。
权利要求
1.一种压电式阀，具备阀主体，该阀主体形成有接受从外部供给的压缩气体的气体压力室、及将上述压缩气体从该气体压力室排出的气体排出路径；配置于上述气体压力室内且开闭上述气体排出路径的阀体； 通过位移而产生上述阀体的动作所需要的驱动力的压电元件； 放大上述压电元件的位移并作用于上述阀体上的至少一个位移放大机构；以及驱动机构，该驱动机构对上述压电元件施加电压而使上述阀体进行开阀动作，从而打开上述气体排出路径，该压电式阀的特征在于，上述驱动机构多阶段地对上述压电元件施加电压，以抑制开阀时来自上述气体排出路径的气体的喷出量的变动。
2.根据权利要求1所述的压电式阀，其特征在于，上述驱动机构阶段性地对上述压电元件施加驱动上述阀体以使该阀体打开的第一电压、和比该第一电压高并维持开阀后的气体喷出量的第二电压。
3.根据权利要求2所述的压电式阀，其特征在于，上述驱动机构预先存储上述第一电压值及其施加时间、以及上述第二电压值并进行设定。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的压电式阀，其特征在于，上述驱动机构阶段性地解除对上述压电元件施加的电压，以防止闭阀后来自上述气体排出路径的气体泄漏。
5.根据权利要求1 3中任一项所述的压电式阀，其特征在于，上述驱动机构在解除对上述压电元件施加的电压后施加脉冲状的电压，以防止闭阀后来自上述气体排出路径的气体泄漏。
6.一种光学式粒状物分选机，具备使被分选物移动的搬运机构；在检测位置检测从该搬运机构的端部落下的被分选物的光学检测机构；以及喷气机构，该喷气机构设于该光学检测机构的更下方，基于由该光学检测机构得到的检测结果并利用空气的喷气而吹走被分选物，该光学式粒状物分选机的特征在于，上述喷气机构具备权利要求1 5中任一项所述的压电式阀，并基于由上述光学检测机构得到的检测结果驱动上述压电式阀，从而喷出空气。
全文摘要
本发明提供一种即使在气体喷出时间变长的情况下也能够稳定地供给气体的压电式阀以及利用该压电式阀的光学式粒状物分选机。本发明的压电式阀具备阀主体，该阀主体形成有接受从外部供给的压缩气体的气体压力室及将压缩气体从该气体压力室排出的气体排出路径；配置于气体压力室内且开闭气体排出路径的阀体；通过位移而产生阀体的动作所需要的驱动力的压电元件；放大压电元件的位移并作用于阀体上的至少一个位移放大机构；以及驱动机构，该驱动机构向压电元件施加电压而使上述阀体进行开阀动作，从而打开气体排出路径，该压电式阀的特征在于，上述驱动机构多阶段地对上述压电元件施加电压，以抑制开阀时来自上述气体排出路径的气体的喷出量变动。
文档编号F16K31/02GK102261506SQ20111011191
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年5月21日
发明者伊藤隆文, 徐世杰, 樋口俊郎, 矢野健, 竹内辉彦 申请人:有限公司机械变压器, 株式会社佐竹