JP2010107287A

JP2010107287A - 金属検出装置

Info

Publication number: JP2010107287A
Application number: JP2008278093A
Authority: JP
Inventors: Keita Nagasawa; 敬太長澤; Tetsuya Shimizu; 徹也清水; Takao Nakamura; 貴朗中村
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】微小金属を検出できる感度を有する金属検出装置を提供する。
【解決手段】被検体中の金属を検出する金属検出装置であって、磁力センサと、磁化装置と、被検体の搬送路と、を備え、前記磁化装置が、異なる磁極が対向するように前記搬送路を挟んで配置された一対の磁石であって、この磁石が、検出対象金属を飽和磁化可能な磁力を有し、前記磁力センサが、前記磁化装置よりも搬送路下流側の前記磁石の磁力を検出しない位置に配置された金属検出装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体中の金属を検出する金属検出装置であって、例えば、テープやフィルム等の薄膜状の被検体中に含まれる被検金属片を、磁力センサにて検出するに際し、被検体中に含まれる被検金属片を、飽和磁化させることにより検出感度を向上させる金属検出装置に関する。

従来の金属検出装置としては、例えば、特許文献１に、検出感度向上させる磁化装置である励磁コイルあるいは、永久磁石により被検体中の金属を磁化させる金属検出装置が記載されている。
特開２００３−６６１５６号公報

特許文献１には、検出感度向上について、磁化させる磁束の方向と検出コイルの配置について記載されているだけであり、検出感度向上に必要な、励磁コイルあるいは永久磁石の、磁化条件である磁力条件が記載されていない。特許文献１に記載の装置では、直径１００μｍ程度の金属しか検出できず、微小金属を検出するには、感度が不十分であった。

そこで、本発明においては、微小金属を検出できる感度を有する金属検出装置を提供することを目的とする。

検出感度向上のため鋭意検討の結果、被検体中に含まれる被検金属を、飽和磁化させることにより、更に検出感度を向上できることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は以下に関する。
（１）被検体中の金属を検出する金属検出装置であって、磁力センサと、磁化装置と、被検体の搬送路と、を備え、前記磁化装置が、異なる磁極が対向するように前記搬送路を挟んで配置された一対の磁石であって、この磁石が、検出対象金属を飽和磁化可能な磁力を有し、前記磁力センサが、前記磁化装置よりも搬送路下流側の前記磁石の磁力を検出しない位置に配置された金属検出装置。
（２）項（１）において、磁石の磁力が４０００〜１００００ガウスである金属検出装置。

本発明の金属検出装置によれば、被検体が磁化装置に設置された、検体磁化用の対向配置された一対の磁石の間を通過することにより、被検体中の被検金属が飽和磁化されて、被検金属の有する磁力が大きくなり、磁力センサにおける検出能力が向上する。

以下、図面を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１には、本発明の金属検出装置の一例を示す。金属検出装置は、被検体中の金属を検出する金属検出部３と、磁化装置１とを備えている。金属検出部３は、磁力センサ５を備えており、この磁力センサ５が、磁力を有するものを検出する。また、磁力センサ５は、後述する磁化装置１の磁石２ａ、２ｂの磁力を検出しない、搬送路４の下流に位置させている。磁化装置１は、異なる磁極が対向するように、搬送路４を挟んで上下に一対の磁石２ａ、２ｂが配置されている。磁石２ａ、２ｂは、検出対象金属を飽和磁化可能な磁力を有している。
ここで、「飽和磁化」とは、磁性金属の磁束密度を、印加磁界を変化させることにより変化させ、飽和磁束密度にすることをいう。

磁性金属は、図２のグラフに示すような磁化曲線を示す。グラフの横軸は、印加磁界Ｈを示し、縦軸は、磁性金属中の磁束密度Ｂを示す。
磁性金属は、磁性金属の外部から加えられる印加磁界Ｈが大きくなるに従って、印加磁界がゼロの点であるａ点からｂ点へと移り、物質中の磁束密度Ｂが大きくなり、飽和磁束密度Ｂｓ付近で、ほぼ一定値となる。
続けて、印加磁界Ｈを取り除くと、ｂ点からｃ点に移る。ｃ点の状態は、印加磁界がゼロの際の磁束密度であり、残留磁束密度Ｂｒといい、磁力印加前であるａ点での磁束密度よりも、大きな値となる。つまり磁性金属の有する磁力が大きくなる。
同様に、ａ点から印加磁界Ｈを磁性金属が飽和磁化する印加磁界Ｈｂよりも小さい値であるＨｂ’迄大きくした後に、印加磁界をゼロに戻した場合、ａ点−ｂ’点−ｃ’点を通る曲線を描く。この際、磁界印加後の磁性金属の磁束密度は、ｃ＞ｃ’となり、飽和磁化させることにより、残留磁束密度は最大となる。（例えば、株式会社マグネテックジャパン技術報告、“ＭＪ技報，Ｖｏｌ．２（１），第２巻春号”、平成１６年３月１日参照）

磁化装置に使用する磁石に必要な磁力としては、検出を目的とする被検金属の種類、材質、組成、不純物等により異なるが、例えば、鉄の検知を目的とした場合、鉄を飽和磁化させるために必要な磁力は、組成、不純物の種類等により異なるものの、図３に示す鉄の磁化曲線に示されるように、飽和磁力が約４０００ガウスであることから、４０００ガウス以上の磁力を有する磁石を使用することが望ましい。
種々の各金属を飽和磁化させるために必要な磁力は、例えば、株式会社マグネテックジャパン技術報告、“ＭＪ技報，Ｖｏｌ．２（１），第２巻春号”、平成１６年３月１日、に記載されている。
また、磁力の上限値は、特に制限されるものではないが、磁力センサへの影響度及び操作性の観点から、１００００ガウス以下が望ましい。

本発明にて使用する磁力センサは、被検金属の磁力を検知するタイプのセンサを使用する。
被検金属の磁力を検知するタイプのセンサとしては、検出感度の観点から、図４に示すような、磁気抵抗素子を用いたセンサ等が望ましい。
磁気抵抗素子は、抵抗値が磁界の強さによって変化する特徴を持つ。磁気抵抗素子を使用した磁力センサの測定原理は、以下の通りである。

図４に示すように、特性のそろった第１の磁気抵抗素子７ａと、第２の磁気抵抗素子７ｂとを直列につなぐ。次に、２つの磁気抵抗素子７ａ、７ｂに、磁石６で均等な磁界をかけると、２つの磁気抵抗素子７ａ、７ｂの接続部に設けた出力端子に電圧が表れ、これが出力電圧となる。
磁気抵抗素子７ａ、７ｂの両端に電圧Ｖを加えると、前記出力電圧は、電圧Ｖのおおよそ半分になる。この電圧を中点電圧と呼ぶ。２つの磁気抵抗素子７ａ、７ｂに、それぞれ異なる強さの磁界が与えられた場合には、素子の抵抗値は異なるので、出力電圧が中点電圧とは異なる値となる。例えば、第１の磁気抵抗素子７ａに強い磁界が加われば、第２の磁気抵抗素子７ｂよりも、その抵抗値は増大するので、出力電圧は中点電圧より小さくなり、逆に、第２の磁気抵抗素子７ｂに強い磁界が加わると、中点電圧より大きくなる。

図４に示すように、第２の磁気抵抗素子７ｂに、鉄片のような磁性金属８が近づけば、この磁性金属８に向かって磁力線が偏り、第２の磁気抵抗素子７ｂには、第１の磁気抵抗素子７ａよりも大きな磁界が加わるため、第２の磁気抵抗素子７ｂの抵抗値が増大し、出力電圧が大きくなる。この出力値の変化を測定することにより、磁性金属の検出が可能となる。

磁化装置に設置する磁石としては、永久磁石、電磁石等が挙げられ、中でも、電源を必要としないことから、永久磁石を用いることが望ましい。

（実施例１）
本発明の実施例にて用いる効果検証テストにおける装置は、前述した図１に示す構成とした。磁化装置１の搬送路４の上面に磁石２ａのＳ極が、搬送路４の下面に磁石２ｂのＮ極が向くように磁石２ａ，２ｂを設置した。
使用する磁石２ａ、２ｂの磁力は、鉄が飽和磁化に必要な磁力を有する、５０００ガウスの磁石とした。
金属検出部３は、先に原理を説明した磁気抵抗素子を用いた、磁力センサ５を使用した。
金属検出部３は、磁力センサ５が、フィルム等の評価対象サンプル表面を、図７に示すように移動し、金属を検出する機構とした。
測定に使用するサンプルは、図６に示す、パーマロイ（軟質磁性合金）製、縦：５０μｍ×横：５０μｍ×厚み：６μｍの、磁性金属サンプル９とした。
図７に示すように、磁力センサ５の高さ位置を、磁性金属サンプル９の上面から、０．５ｍｍに設定した。
磁性金属サンプル９を磁化装置１の搬送路４を通過させ飽和磁化させた。
飽和磁化させた磁性金属サンプル９を金属検出部３の測定台１０に乗せ磁力センサ５で検出出力値を測定した。この際、磁力センサ５の移動経路は、図５に示すように、磁性金属サンプル９の上面を、直線状に移動させ、測定開始位置から、０．５ｍｍピッチの複数直線上で測定を行った。
下記表１に、磁力センサ５にて検出された電圧を示す。尚、測定は、３回実施した。

（比較例１）
磁化装置１の磁石２ａ、２ｂの磁力が、鉄の飽和磁化に必要な磁力以下である、４００ガウスとしたこと以外は、実施例１と同様にして測定を行った。
下記表２に測定結果を示す。

実施例１及び比較例１より、飽和磁化の有無による検出出力値の差を比較した結果、５０００ガウスにて飽和磁化させた検査サンプルの検出出力値は、４００ガウスにて磁化させた検査サンプルの検出出力値よりも、１４％大きい値となった。
上記実施例１及び比較例１より、検査サンプルを飽和磁化させることにより、検出感度が向上することが確認された。

本発明の実施例である磁化装置と金属検出部を示す概略構成図である。金属の磁力特性である磁化曲線グラフを示す。鉄の飽和磁化に必要な磁力を示す磁化曲線グラフである。磁気抵抗素子を使用した磁力センサの原理を示す。本発明の実施例での磁力センサ測定移動経路を示す。本発明の実施例での測定サンプル形状を示す。本発明の実施例での測定サンプルと磁気センサの距離を示す。

符号の説明

１…磁化装置、２ａ、２ｂ…磁石、３…金属検出部、４…搬送路、５…磁力センサ、６…磁石、７ａ…第１の磁気抵抗素子、７ｂ…第２の磁気抵抗素子、８…磁性金属、９…磁性金属サンプル、１０…測定台

Claims

被検体中の金属を検出する金属検出装置であって、磁力センサと、磁化装置と、被検体の搬送路と、を備え、前記磁化装置が、異なる磁極が対向するように前記搬送路を挟んで配置された一対の磁石であって、この磁石が、検出対象金属を飽和磁化可能な磁力を有し、前記磁力センサが、前記磁化装置よりも搬送路下流側の前記磁石の磁力を検出しない位置に配置された金属検出装置。
請求項１において、磁石の磁力が４０００〜１００００ガウスである金属検出装置。