JP2012198202A - 微小磁性金属異物の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 微小磁性金属異物であっても確実に計測することができる、微小磁性金属異物の検査装置を提供する。
【解決手段】 微小磁性金属異物の検査装置において、微小磁性金属異物２へ磁場を印加する円筒型永久磁石３の磁場の影響下であって前記微小磁性金属異物２の移動方向に配置される差動型検出コイル５と、この差動型検出コイル５の磁束をＳＱＵＩＤ磁気センサ８に磁気的に結合して入力する入力コイル６とを有する磁束トランス４を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微小磁性金属異物の検査装置に係り、特にリチウム電池用活物質バインダーなど液体中に混入された微小磁性金属異物を、高感度磁気センサ、例えばＳＱＵＩＤ磁気センサを用いて磁気的に検査する装置に関するものである。

上記したような微小磁性金属異物の検査装置では、異物の残留磁化を計測するため、ＳＱＵＩＤ磁気センサで計測を行う前に強力な磁石で微小磁性金属異物を磁化させる必要がある。この装置では、検出信号を大きくするために、０．２テスラ以上の磁場を与えて磁化することが多いが、検査対象となる異物の大きさが１０ミクロン程度と小さくなると、さらに大きな磁場が必要となる。

一般的には、図７に示すように、液体配管１０１内を移動する異物１０２を円筒型永久磁石１０３で磁化し、この磁化された異物１０２を、多層磁気シールド１０４でシールドされた液体窒素クライオスタット１０５中に配置されているＳＱＵＩＤ磁気センサ１０６により計測することが多い（下記特許文献１参照）。なお、１０７は多層磁気シールド１０４に形成される液体配管１０１を貫通させる開口部である。

特開２０１０−２３７０８１号公報

しかしながら、上記のような従来の検査装置では、異物１０２が小さい場合、自己磁場によって減磁する作用が働くので、せっかく円筒型永久磁石１０３で磁化しても、ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０６で計測する時には異物１０２の磁化が小さくなっており、十分な計測が難しいといった問題があった。
本発明は、上記状況に鑑みて、微小な磁性金属異物であっても確実に計測することができる、微小磁性金属異物の検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕微小磁性金属異物の検査装置において、微小磁性金属異物へ磁場を印加する磁場印加装置の磁場の影響下であって前記微小磁性金属異物の移動方向に配置される差動型検出コイルと、この差動型検出コイルの磁束を磁気センサに磁気的に結合して入力する入力コイルとを有する磁束トランスを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁場印加装置が円筒型永久磁石であり、この円筒型永久磁石を貫通して配置される液体配管内で前記微小磁性金属異物を移動させることを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記円筒型永久磁石内に、前記微小磁性金属異物の移動方向に沿って、巻き数が同じで巻き方向を逆にした一対のコイルを直列に接続した前記差動型検出コイルを配置することを特徴とする。

〔４〕上記〔２〕記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記微小磁性金属異物の移動方向に沿って、前記液体配管の外側でかつ同軸状に差動型検出コイル用配管を配置し、該差動型検出コイル用配管内に前記差動型検出コイルを配置することを特徴とする。
〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記差動型検出コイルと前記入力コイルとを互いに離隔しリード線によって接続することを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕から〔５〕の何れか一項記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁気センサがＳＱＵＩＤ磁気センサであり、多層磁気シールド内に配置されたクライオスタット内に配置することを特徴とする。
〔７〕上記〔５〕記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記差動型検出コイルに接続される前記リード線は前記多層磁気シールドに対して電磁シールドされた状態で配線することを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕から〔５〕記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁気センサがフラックスゲートセンサであることを特徴とする。
〔９〕上記〔１〕から〔５〕記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁気センサがＭＩ効果素子であることを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）従来の微小磁性金属異物の検査装置では、ＳＱＵＩＤ磁気センサの多層磁気シールドには液体配管を貫通させる開口部が必要であり、ＳＱＵＩＤ磁気センサの磁気遮蔽が十分でなかったが、本発明によれば、磁石による磁場印加部と磁気センサによる信号計測部とを分離することができるので、磁気センサの磁界の遮蔽を十分に行うことができ、ノイズが小さくなり、Ｓ／Ｎ（信号とノイズとの比）を改善することができる。

（２）磁石による磁場印加部と磁気センサによる信号計測部との距離を離すことができるので、微小磁性金属異物に対してより大きな磁場を印加することができ、計測信号が大きくなり、Ｓ／Ｎを改善することができる。
（３）微小磁性金属異物の磁化と磁気センサによる計測が同時であるため、磁化された微小磁性金属異物の減磁による信号減衰がないので、計測信号が大きくなり、Ｓ／Ｎを改善することができる。

（４）磁場印加部と磁気センサによる信号計測部との構成が簡便である。特に、差動型検出コイル及び入力コイルは受動的回路で構成されるため、構成が簡便であるとともに、高精度の計測のための調整も極めて容易である。

本発明の実施例を示す磁束トランスを用いた微小磁性金属異物の検査装置を示す模式図である。 本発明の実施例を示す微小磁性金属異物の検査装置の磁束トランスを示す模式図である。 本発明の実施例を示す微小磁性金属異物の検査装置による信号波形を示す図である。 比較例としての微小磁性金属異物の検査装置の模式図である。 比較例としての微小磁性金属異物の検査装置による信号波形を示す図である。 本発明の他の実施例を示す微小磁性金属異物の検査装置の磁場印加部を示す模式図である。 従来の微小磁性金属異物の検査装置の模式図である。

本発明の微小磁性金属異物の検査装置は、微小磁性金属異物へ磁場を印加する磁場印加装置の磁場の影響下であって前記微小磁性金属異物の移動方向に配置される差動型検出コイルと、この差動型検出コイルの磁束を磁気センサに磁気的に結合して入力する入力コイルとを有する磁束トランスを具備する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す磁束トランスを用いた微小磁性金属異物の検査装置を示す模式図、図２はその微小磁性金属異物の検査装置の磁束トランスを示す模式図である。
本発明では、特に、リチウム電池用活物質バインダーなど液体中に混入された微小磁性金属異物を、超高感度ＳＱＵＩＤ磁気センサを用いて磁気的に検査する装置について説明する。

図１および図２において、１は液体配管、２は液体配管１内を移動する微小磁性金属異物、３は液体配管１が貫通する円筒型永久磁石、４は磁束トランス、５は円筒型永久磁石３内に配置される磁束トランス４の差動型検出コイルであり、巻き数が同じで巻き方向が逆になった一対のコイル、例えば、左巻きコイル（又は右巻きコイル）５Ａと右巻きコイル（又は左巻きコイル）５Ｂとからなる。６は磁束トランス４の入力コイル、７は差動型検出コイル５と入力コイル６とを接続するリード線、８は入力コイル６内に配置されるＳＱＵＩＤ磁気センサ、９はＳＱＵＩＤ磁気センサ８の液体窒素容器（クライオスタット）、１０は液体窒素容器９の外側に配置される多層磁気シールドである。

本発明の微小磁性金属異物の検査装置は、磁束トランス４を用いている。この磁束トランス４は、巻き数が同じで巻き方向が逆になった一対のコイル５Ａ，５Ｂからなる差動型検出コイル５と、その磁束をＳＱＵＩＤ磁気センサ８に磁気的に結合して入力する入力コイル６とから構成されている。このように構成することで、差動型検出コイル５に均一な静磁場あるいは時間的に変化する磁場が印加されているときには、磁束トランス４に電流は流れず、入力コイル６に信号は発生しないが、磁化された微小磁性金属異物２がある速度を持って差動型検出コイル５を通過すると、一対の左巻きコイル５Ａと右巻きコイル５Ｂのバランスが崩れて磁束トランス４に電流が流れる。その電流の大きさは磁束の時間変化に比例した大きさとなる。

このように、本発明では、差動型検出コイル５と入力コイル６で構成される磁束トランス４を用いており、強力な円筒型永久磁石３の中に差動型検出コイル５を設置して、液体配管１をその差動型検出コイル５に貫通させる構成としている。差動型検出コイル５の信号は磁束トランス４で伝達され、磁気遮蔽率が十分高い多層磁気シールド１０内部の液体窒素容器９内に設置したＳＱＵＩＤ磁気センサ８に磁気的に結合した入力コイル４から伝達される。微小磁性金属異物２が混入していない場合、差動型検出コイル５には電流が流れないのでＳＱＵＩＤ磁気センサ８は信号を検出しないが、微小磁性金属異物２が流れてきた場合、微小磁性金属異物２には円筒型永久磁石３による磁化が発生し、この磁化された微小磁性金属異物２が移動することによって磁場が時間的に変化し差動型検出コイル５のバランスが崩れるので、ＳＱＵＩＤ磁気センサ８では信号が計測される。なお、リード線７は密封状態にした前記多層磁気シールド１０に貫通して配線することにより、ＳＱＵＩＤ磁気センサの磁界の遮蔽を十分に行うことができる。

例えば、円筒型永久磁石３内に差動型検出コイル５を配置した図１に示す本発明の装置において、微小磁性金属異物２としての直径０．６ｍｍの鉄球を磁場を印加しながら差動型検出コイル５内で移動させた場合の信号波形を図３に示す。この場合、計測信号は極めて大きく、Ｓ／Ｎは１０００以上であり、信号計測と同時に磁場を印加するという本発明の有効性が示されている。

図４は比較例としての微小磁性金属異物の検査装置の模式図、図５はその微小磁性金属異物の検査装置による信号波形を示す図である。
図４において、１１は液体配管、１２は液体配管１１内を移動する微小磁性金属異物、１３は液体配管１１が貫通する円筒型永久磁石、１４は円筒型永久磁石１３から離された位置に配置される磁束トランス、１５は液体配管１１の周囲に配置された磁束トランス１４の差動型検出コイル、１６は差動型検出コイル１５に接続される入力コイル、１７は差動型検出コイル１５と入力コイル１６とを接続するリード線、１８は入力コイル１６内に配置されるＳＱＵＩＤ磁気センサ、１９はＳＱＵＩＤ磁気センサ１８の液体窒素容器（クライオスタット）、２０は液体窒素容器１９の外側に配置される多層磁気シールドである。

ここでは、微小磁性金属異物１２としての直径０．６ｍｍの鉄球を円筒型永久磁石１３であらかじめ磁化して、その磁化した微小磁性金属異物１２としての鉄球を磁束トランス１４の差動型検出コイル１５内を移動させて信号を測定しており、その信号波形が図５に示されている。
このように、差動型検出コイル１５を円筒型永久磁石１３内に置かず、信号計測中には微小磁性金属異物１２としての鉄球に磁場を印加しなかった。この場合、あらかじめ磁化された微小磁性金属異物１２としての鉄球の自己磁場が計測時点では減衰するので、計測信号は小さく、Ｓ／Ｎはほぼ１程度である。したがって、図１のように円筒型永久磁石による磁化と差動型検出コイルによる信号検出を同位置で行うことで、自己磁場の減衰をなくすことができ、大きく変化する信号を得られ、Ｓ／Ｎを改善することができる。

図６は本発明の他の実施例を示す微小磁性金属異物の検査装置の磁場印加部を示す模式図である。
この図において、２１は液体配管、２２は液体配管１１内を移動する微小磁性金属異物、２３は液体配管２１の外部に同心状に配置される差動型検出コイル２４が巻回される差動型検出コイル用配管、２５はその差動型検出コイル用配管２４の外部に同心状に配置される円筒型永久磁石である。

このように、差動型検出コイル２４を液体配管２１とは別体の差動型検出コイル用配管２３に配置するようにしたので、液体配管２１と差動型検出コイル２４との直接の干渉をなくすことができる。例えば、液体配管２１に起因する振動などが差動型検出コイル２４に直接影響を及ぼすことがなくなるという利点がある。
また、上記実施例では、ＳＱＵＩＤ磁気センサによる計測について述べたが、ＳＱＵＩＤ磁気センサに限定されるものではなく、ＳＱＵＩＤ磁気センサに代えて、フラックスゲートセンサ（ｆｌｕｘ ｇａｔｅ ｓｅｎｓｏｒ）、つまり、大きさと位相が軸に沿って働く外部磁場の大きさと方向に比例する電気的出力信号を出す検出器を用いるようにしてもよい。

さらに、磁気インピーダンス効果素子（ＭＩ効果素子）（例えば、特開平７−１８１２３９号公報、特開平９−８０１３３号公報参照）を用いるようにしてもよい。つまり、ＭＩ効果素子が、ホール素子や磁気抵抗（ＭＲ）素子と同程度の微小寸法が可能で、磁気検出感度がホール素子やＭＲ素子の１００倍以上であり、フラックスゲートセンサと同程度であるため、本発明の磁気センサとして利用することができる。

本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）従来の微小磁性金属異物の検査装置では、図７に示すように、ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０６の多層磁気シールド１０４には液体配管１０１を貫通させる開口部１０７が必要であり、ＳＱＵＩＤ磁気センサ１０６の磁気遮蔽が十分でなかったが、本発明によれば、磁石による磁場印加部とＳＱＵＩＤ磁気センサによる信号計測部とを分離することができるので、ＳＱＵＩＤ磁気センサの磁界の遮蔽を十分に行うことができ、ノイズが小さくなり、Ｓ／Ｎが改善される。

（２）磁石による磁場印加部とＳＱＵＩＤ磁気センサによる信号計測部との距離を離すことができるので、微小磁性金属異物に対してより大きな磁場を印加することができ、計測信号が大きくなり、Ｓ／Ｎが改善される。
（３）微小磁性金属異物への磁化とＳＱＵＩＤ磁気センサによる計測が同時であるため、磁化された微小磁性金属異物の減磁による信号減衰がないので、計測信号が大きくなり、Ｓ／Ｎが改善される。

（４）また、ＳＱＵＩＤ磁気センサに代えて、フラックスゲートセンサやＭＩ効果素子を用いる場合には、ＳＱＵＩＤ磁気センサに比して取り付けが簡単であるとともに、大幅な磁気センサのコストの低減を図ることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の微小磁性金属異物の検査装置は、微小な磁性金属異物であっても確実に計測することができる、微小磁性金属異物の検査装置として利用可能である。

１，１１，２１ 液体配管
２，１２，２２ 微小磁性金属異物
３，１３，２５ 円筒型永久磁石
４，１４ 磁束トランス
５，１５，２４ 差動型検出コイル
５Ａ 左巻きコイル
５Ｂ 右巻きコイル
６，１６ 入力コイル
７，１７ リード線
８，１８ ＳＱＵＩＤ磁気センサ
９，１９ 液体窒素容器（クライオスタット）
１０，２０ 多層磁気シールド
２３ 差動型検出コイル用配管

Claims (9)

1. （ａ）微小磁性金属異物へ磁場を印加する磁場印加装置の磁場の影響下であって前記微小磁性金属異物の移動方向に配置される差動型検出コイルと、
   （ｂ）該差動型検出コイルの磁束を磁気センサに磁気的に結合して入力する入力コイルとを有する磁束トランスを具備することを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
2. 請求項１記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁場印加装置が円筒型永久磁石であり、該円筒型永久磁石を貫通して配置される液体配管内で前記微小磁性金属異物を移動させることを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
3. 請求項２記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記円筒型永久磁石内に、前記微小磁性金属異物の移動方向に沿って、巻き数が同じで巻き方向を逆にした一対のコイルを直列に接続した前記差動型検出コイルを配置することを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
4. 請求項２記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記微小磁性金属異物の移動方向に沿って、前記液体配管の外側でかつ同軸状に差動型検出コイル用配管を配置し、該差動型検出コイル用配管内に前記差動型検出コイルを配置することを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
5. 請求項１又は２記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記差動型検出コイルと前記入力コイルとを互いに離隔しリード線によって接続することを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
6. 請求項１から５の何れか一項記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁気センサがＳＱＵＩＤ磁気センサであり、多層磁気シールド内に配置されたクライオスタット内に配置することを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
7. 請求項５記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記差動型検出コイルに接続される前記リード線は前記多層磁気シールドに対して電磁シールドされた状態で配線することを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
8. 請求項１から５記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁気センサがフラックスゲートセンサであることを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。
9. 請求項１から５記載の微小磁性金属異物の検査装置において、前記磁気センサがＭＩ効果素子であることを特徴とする微小磁性金属異物の検査装置。

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