JP2009109298A - 磁性異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物品製造中に侵入した磁性異物を高感度で検出でき、しかも充分に小型化できる磁性異物検出装置を提供する。
【解決手段】物品をベルトコンベアにより移送し、該物品内の磁性異物を上側コンベアベルトの直下に設けた磁気センサｓにより検出する装置であり、前記磁性異物の磁化率を増すための磁化手段ｅを前記磁気センサｓよりも上流側に設け、該磁化手段ｅの下流側に間隔を隔てて上側コンベアベルト承けｃ１，ｃ２を設け、これらの上側コンベアベルト承けｃ１，ｃ２間に前記の磁気センサｓを配設し、該磁気センサｓの最上箇所を前記上側コンベアベルト承けｃ１，ｃ２のベルト承け面よりも下側に位置させた。
【選択図】図１

Description

本発明は磁性異物検出装置に関し、例えば、パックタイプ飲料、ヨーグルト、レトルトカレー等の容器入り飲食品の製造過程中、容器に侵入した磁性機械破片を検出するのに使用するものである。

パックタイプ飲料、ヨーグルト、レトルトカレー等の容器入り飲食品の製造においては、容器に内容物を充填したのち閉封するまでの間に、ベアリング、ボルト、ナット、ネジ等の機械部品の破片の万一の容器内侵入に対する対策が安全衛生上要求されている。
前記破片は主に鉄、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス、ＳＵＳ４３０等のフェライト系ステンレスである。その中でオーステナイト系ステンレスは非磁性体であり、加工歪、使用中歪のために磁性を帯びるが、この程度の磁化では磁気強度が弱く、その侵入破片の磁気的検出は困難である。
そこで、容器内に侵入した前記磁性異物の磁化率を磁化手段により高め、この異物を磁気インピーダンス効果センサにより検出して異物入り物品を製造ラインから排除することが提案されている（特許文献１）。
特開２００６−９８１１７号公報 この検出方法によれば、容器が非磁性である以上、その容器に対する磁気インピーダンス効果センサの出力がなく、容器がアルミラミネートパック等の導電性であっても磁性異物侵入物品を確実に検出できる。

磁気インピーダンス効果センサでは、アモルファスワイヤに高周波電流を通電し、磁気インピーダンスが外部磁界により変化する磁気インピーダンス効果を利用しており、１０〜１００％／Ｏｅという大きな変化を呈し、小型、高感度、高速応答性であり、磁歪効果も実質上０である。
従って、磁気インピーダンス効果センサをコンベアベルトに接して設置し、アモルファスワイヤが振動歪を受ける状態で使用しても、出力を生じない。

しかしながら、本発明者等において、前記特許文献１に開示されているように、被検出物の磁化率を磁化手段で高めたうえで磁気インピーダンス効果センサで検出することを鋭意試行したところ、磁化手段からの磁界で磁気インピーダンス効果センサが出力を発生しないように調整しても、磁気インピーダンス効果センサがベルトコンベアに接触して振動するような状態では、出力の発生があり、検出エラーとなることを認識した。
磁化手段から発生する磁界が磁気インピーダンス効果センサに作用することのないように、磁化手段と磁気インピーダンス効果センサとの間の距離を大きくすれば、かかる検出エラーは排除できるが、検出装置の大型化が避けられない。

本発明の目的は、物品製造中に侵入した磁性異物を高感度で検出でき、しかも充分に小型化できる磁性異物検出装置を提供することにある。

請求項１に係る磁性異物検出装置は、物品をベルトコンベアにより移送し、該物品内の磁性異物を上側コンベアベルトの直下に設けた磁気センサにより検出する装置であり、前記磁性異物の磁化率を増すための磁化手段を前記磁気センサよりも上流側に設け、該磁化手段の下流側に間隔を隔てて上側コンベアベルト承けを設け、これらの上側コンベアベルト承け間に前記の磁気センサを配設し、該磁気センサの最上箇所を前記上側コンベアベルト承けのベルト承け面よりも下側に位置させたことを特徴とする。
請求項２に係る磁性異物検出装置は、請求項１の磁性異物検出装置において、磁気センサが磁気インピーダンス効果センサであることを特徴とする。
請求項３に係る磁性異物検出装置は、請求項１または２の磁性異物検出装置において、磁気センサが差動式であることを特徴とする。
請求項４に係る磁性異物検出装置は、請求項１〜３何れかの磁性異物検出装置において、物品非移送時での磁気センサ出力を０とするための補正手段が設けられていることを特徴とする。
請求項５に係る磁性異物検出装置は、請求項１〜４何れかの磁性異物検出装置において、磁気センサの位置・向きを調整するための磁気センサ支持手段を備えていることを特徴とする。
請求項６に係る磁性異物検出装置は、請求項１〜５何れかの磁性異物検出装置において、磁化手段に直流勾配磁気手段を使用したことを特徴とする。

上側コンベアベルト承け間に磁気インピーダンス効果センサを上側コンベアベルトと非接触とするように若しくは接触があっても磁気インピーダンス効果センサの振動を極力小さくするように設置でき、磁気インピーダンス効果センサの上流側に設けた磁化手段と磁気インピーダンス効果センサとの間隔が狭いために磁化手段の磁界が磁気インピーダンス効果センサに作用するにもかかわらず、磁気インピーダンス効果センサの非振動のために、センサ出力を０とするように零点調整すれば、その作用磁界の影響を排除してベルトコンベア移送物品の侵入磁性異物を、異物の磁化率アップと磁化手段によるエラー排除により充分に高感度で検出できる。また、磁化手段と磁気インピーダンス効果センサ間の距離を短くできるので、磁性異物検出装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１の（イ）は本発明に係る磁性異物検出装置の一実施例を示す縦断面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図１において、ａは非磁性、例えばアルミ製のフレーム、ｂ１はフレームの一端に軸支した駆動ロール、ｂ２はフレームの他端に軸支した従動ロール、ｂ３はテンシヨンロールである。ｃ１，ｃ２は所定の間隔を隔てて配設した上側コンベアベルト承けであり、非磁性例えばアルミ製であり、フレームａ，ａに固定してある。ｄは駆動ロールｂ１、従動ロールｂ２、テンシヨンロールｂ３等に掛支したコンベアベルトであり、駆動ロールにより矢印方向に走行され、上側ベルトが上側コンベアベルト承けｃ１，ｃ２上を摺動していく。
ｅは磁化手段であり、上流側のコンベアベルト承けｃ１の直下に設けてあり、永久磁石、直流コイル等を使用できる。磁化手段は上側コンベアベルトの上方に設けることもできる。ｓは磁気インピーダンス効果センサであり、上側コンベアベルト承けｃ１，ｃ２間の上側コンベアベルト部分の直下に配設してあり、上側コンベアベルト上の物品がベルトコンベアの走行により上側コンベアベルト承け間を通過する際に磁気インピーダンス効果センサを上側コンベアベルトと非接触にし得るように、若しくは接触があっても磁気インピーダンス効果センサの振動を極力小さくし得るように、センサ上面を上側コンベアベルト承けの上面よりも僅か下方に位置させてある。
磁気インピーダンス効果センサｓはアルミ等の非磁性ケースで機械的に保護されているが、ケースの図示は省略してある。

磁性異物の侵入の無い正常物品をベルトコンベアで移送するときの磁気センサ出力を０とするように磁気センサに後述するように零点調整手段が設けられている。この調整を行った状態で磁気インピーダンス効果センサの位置・向きを多少ずらせてもセンサ出力零を充分に維持できる特定の位置・向きが存在し、磁気インピーダンス効果センサをその特定の位置・向きで設定するための磁気センサ位置・向き調整手段を磁気センサ支持手段に組み込むこともできる。

図２は本発明で使用する磁気インピーダンス効果センサの一例の回路図を示している。
図２において、１は磁気インピーダンス効果素子であり、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用される。かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流を流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μ_θは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のアモルファスワイヤの軸方向に被検出磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と被検出磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。この変動現象は磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流を搬送波とし、被検出磁界を被検出波として変調される現象ということができる。

更に、上記通電電流の周波数がＭＨｚオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝（２ρ／wμ_θ）^１／２（μ_θは前記した通り円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμ_θにより変化し、このμ_θが前記した通り、被検出磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も被検出磁界で変動するようになる。この変動現象は磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出磁界（信号波）で変調される現象ということができる。

図２において、２は磁気インピーダンス効果素子１に高周波励磁電流を加えるための高周波電流源回路である。
図３の（イ）は磁気インピーダンス効果素子１の軸方向に作用する被検出磁界を示し、図３の（ロ）高周波励磁電流により磁気インピーダンス効果素子１の周方向に作用する高周波磁界を示し、図３の（ハ）は磁気インピーダンス効果素子１の出力を示し、上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出磁界（被検出波）で変調されたものである。
図２において、３は検波回路であり、図３の（ハ）の変調波の包絡線波形（ニ）を図３の（ホ）に示すように復調している。４は増幅器、５は出力端である。図３の（ヘ）は増幅器の出力Ｅｏｕｔを示している。

上記において、被検出磁界の正負により磁気インピーダンス効果素子内磁界の周方向ずれφにも正負が生じるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμθの減少度は外部磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、被検出磁界−出力特性は磁界をｘ軸に、出力をｙ軸にとると、図４の（イ）に示すように、ｙ軸に対してほぼ左右対称となる。また、図４の（イ）に示すように、非線形になる。
そこで、図２において、６で示す負帰還用コイルで負帰還をかけて図４の（ロ）に示すように特性を直線化している。
更に、図２において、７で示すバイアス磁界用コイルにより、図４の（ロ）の特性を、図４の（ハ）に示すようにバイアス磁界Ｈ_ｂにより矢印方向に移動させて極性判別可能としている。

図２において、８は磁気センサ出力の零点を調整するための補正手段である。

前述した通り、パックタイプ飲料、ヨーグルト、レトルトカレー等の容器入り飲食品の製造においては、容器に内容物を充填したのち閉封するまでの間に、ベアリング、ボルト、ナット、ネジ等の機械部品の破片の万一の容器内侵入に対する対策が安全衛生上要求されており、本発明に係る磁性異物検出装置によれば、この安全衛生に良好に対応できる。
本発明に係る磁性異物検出装置を運転するには、物品の非移送状態で磁気インピーダンス効果センサの出力を０に調整しておく。ベルトコンベアを駆動し、物品の移送は行わない状態またはベルトコンベアを停止した状態で磁気インピーダンス効果センサの出力を０に調整する。
この場合、磁化手段からの磁界が磁気インピーダンス効果センサに作用する。しかし、この磁界作用による磁気インピーダンス効果センサの出力は０であり、ベルトコンベア駆動下での物品移送のもとでも、この０出力を保持できるので、移送物品中に磁性異物が含まれていると、この磁性異物の磁化率を磁化手段により高めて磁気インピーダンス効果センサにより高感度で検出できる。
磁気インピーダンス効果エレメントであるアモルファスワイヤの中心と磁化手段の磁石中心との距離をｒ及び磁化手段の磁石軸方向に対するアモルファスワイヤの角度をφとすると、磁化手段の磁界による磁気インピーダンス効果センサの出力はｒ及びφの関数となり、Δｒ及びΔφに対し、センサ出力の変化が極めて小さく保持されるｒ及びφが存在する。そこで、この条件を満たす磁気センサの位置・向きを前記した磁気センサ位置・向き調整支持手段の調整により見出し、この点での磁気センサ出力を補正手段による調整で０とすれば、磁気インピーダンス効果センサが多少振動しても、磁気インピーダンス効果センサ出力の変動を僅少に抑えることができ、それだけ磁気インピーダンス効果センサ上面と上側コンベアベルト裏面との間隔を狭くでき、より一層に検出感度を高めることができる。

図５は本発明で使用する磁気インピーダンス効果センサの別例の回路図を示している。
図５において、１ａ，１ｂは一対の磁気インピーダンス効果素子であり、それぞれ負帰還用コイル６ａ，６ｂ及びバイアス磁界用コイル７ａ，７ｂを備えている。２は磁気インピーダンス効果素子に高周波励磁電流を加えるための高周波電流源回路、３ａ，３ｂは各磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂの軸方向に作用する被検出磁界Ｈｅｘ（信号波）で前記高周波励磁電流（搬送波）を変調させた被変調波を復調する検波回路、４は両検波出力を差動増幅して検出出力を得るための演算差動増幅器である。６０は差動増幅器４の出力を各負帰還用コイル６ａ，６ｂに対し負帰還させるための負帰還回路である。５は検出出力端である。
この磁気インピーダンス効果センサでは、移送物品の磁化異物に対し、磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ｂが検知ラインの異なる位置に存在し、この検知ラインの距離差に基づく磁界差により出力が発生される。地磁気等の外部磁界は多少位置が異なっても、その磁界強度・方向が殆ど異ならず、従ってその差出力が０となるから、この差動式磁気インピーダンス効果センサによれば、地磁気等の外部磁界ノイズを打ち消すことができる。

前記磁気インピーダンス効果センサの上面と上側コンベアベルト承けの上面とのマイナス段差は、物品の形状及び質量、物品の移送方向に対する磁気インピーダンス効果素子の長さ、ベルト速度及びベルト材質等を考慮して設定されるが、０．３ｍｍでも有効であることを確認している。マイナス段差は、０．２〜１．０ｍｍとすることが適切である。

前記の実施例では、上側コンベアベルト承けの上面全体を磁気センサの上面より高くしているが、図６の（イ）に示すように、上側コンベアベルト承けｃ１‘，ｃ２’の上面を磁気センサｓに近いほど高くしたテーパ面とし、このテーパ面の高所端の高さを磁気センサの上面より高くしてもよい。
本発明において、上側コンベアベルト承けには、図６の（ロ）に示すように、従動ロールｃ１“，ｃ２”を使用することもできる。
この場合、ロールのベアリングには、非磁性材料を用いることが望ましい。

容器入り物品の内容物がヨーグルトやレトルトカレーのような粘性液状物の場合、前記磁化手段に、粘性液体中磁性異物に容器底方向への磁力を作用させる磁気勾配を有する直流勾配磁気手段を使用し、磁性異物を容器内底部に強制的に沈殿させ、その異物と磁気センサとの距離を短縮してより一層の検出感度の向上を図ることが好ましい。

前記磁気インピーダンス効果センサにおいて、磁気インピーダンス効果素子１には、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの外、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等も使用できる。

前記の磁気インピーダンス効果センサにおいて、磁気インピーダンス効果素子１には、遷移金属と非金属の合金で非金属が１０〜３０原子％組成のもの、特に遷移金属と非金属との合金で非金属量が１０〜３０原子％を占め、遷移金属がＦｅとＣｏで非金属がベルトコンベアとＳｉであるかまたは遷移金属がＦｅで非金属がＢとＳｉである組成のものを使用することができ、例えば、組成Ｃｏ_７０．５Ｂ_１５Ｓｉ_１０Ｆｅ_４．５、長さ２０００μｍ〜６０００μｍ、外径３０μｍ〜５０μｍφのものを使用できる。

高周波励磁電流には、例えば連続正弦波、パルス波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カ
ットコンデンサを経て積分回路で積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、ＣＭＯＳ−ＩＣを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。

検波回路としては、例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。
また、被変調波（周波数ｆｓ）に同調させた周波数ｆｓの方形波を被変調波に乗算して信号波をサンプリングする同調検波を使用することができる。
上記の例では、被変調波の復調によって信号磁界（信号波）を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果素子に作用する信号磁界（信号波）で変調された高周波励磁電流波（搬送波）から信号磁界を検波し得るものであれば、適宜の検波手段を使用できる。

負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルは磁気インピーダンス効果素子に巻き付けることができる。また、図７に示すように磁気インピーダンス効果素子とループ磁気回路を構成する鉄芯に負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルを巻き付けることもできる。
図７の（イ）は鉄芯コイル付き磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図７の（ロ）は同じく底面図、図７の（ハ）は図７の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図７において、１００は基板チップであり、例えばセラミックス板を使用できる。１０１は基板片の片面に設けた電極であり、磁気インピーダンス効果素子接続用突部１０２を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。１ｘは電極１０１，１０１の突部１０２，１０２間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、前記した通り零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。１０３は鉄やフェライト等からなるＣ型鉄芯、６ｘはＣ型鉄芯に巻装した負帰還用コイル、７ｘは同じくバイアス磁界用コイルであり、磁気インピーダンス効果素子１ｘとＣ型鉄芯１０３とでループ磁気回路を構成するように、Ｃ型鉄芯１０３の両端を基板片１００の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。

本発明に係る磁性異物検出装置を示す図面である。 本発明で使用する磁気インピーダンス効果センサの一例を示す回路図である。 図２の磁気インピーダンス効果センサにおける各所での入・出力波形を示す図面である。 磁気インピーダンス効果センサの出力特性を示す図面である。 本発明で使用する磁気インピーダンス効果センサの別例を示す回路図である。 本発明の別実施例の要部を示す図面である。 前記の磁気インピーダンス効果センサにおいて使用される磁気インピーダンス効果ユニットを示す図面である。

符号の説明

ａ フレーム
ｂ１，ｂ２，ｂ３ ロール
ｃ１，ｃ２ 上側コンベアベルト承け
ｄ コンベアベルト
ｅ 磁化手段
ｓ 磁気インピーダンス効果センサ

Claims (6)

1. 物品をベルトコンベアにより移送し、該物品内の磁性異物を上側コンベアベルトの直下に設けた磁気センサにより検出する装置であり、前記磁性異物の磁化率を増すための磁化手段を前記磁気センサよりも上流側に設け、該磁化手段の下流側に間隔を隔てて上側コンベアベルト承けを設け、これらの上側コンベアベルト承け間に前記の磁気センサを配設し、該磁気センサの最上箇所を前記上側コンベアベルト承けのベルト承け面よりも下側に位置させたことを特徴とする磁性異物検出装置。
2. 磁気センサが磁気インピーダンス効果センサであることを特徴とする請求項１記載の磁性異物検出装置。
3. 磁気センサが差動式であることを特徴とする請求項１または２記載の磁性異物検出装置。
4. 物品非移送時での磁気センサ出力を０とするための補正手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３何れか記載の磁性異物検出装置。
5. 磁気センサの位置・向きを調整するための磁気センサ支持手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の磁性異物検出装置。
6. 磁化手段に直流勾配磁気手段を使用したことを特徴とする請求項１〜５何れか記載の磁性異物検出装置。

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