JP2013024820A - 金属物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置周辺の金属物に影響されることなく、磁力線を安定させることができ、土砂に混入した金属物の検出精度を高めることができる金属物検出装置を提供することを課題とする。
【解決手段】金属物検出装置１であって、ベルト１１を回転可能に支持するベースフレーム１２を有するベルトコンベア１０と、ベースフレーム１０に取り付けられ、ベルト１１が通過する開口部２３が形成された枠体２０と、枠体２０に取り付けられた励磁部材３０および検出コイル４０と、検出コイル４０に生じた起電力を検出する電力検出装置５０と、を備え、ベースフレーム１２および枠体２０には磁性体が用いられており、励磁部材３０は、ベースフレーム１２および枠体２０を含む領域に静磁場Ｍ１を発生させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、土砂に混入した金属物を検出するための金属物検出装置に関する。

トンネルなどの建設現場において、掘削した土砂をベルトコンベアで搬送する場合に、土砂に金属物が混入していると、金属物によってベルトが損傷する可能性があるため、土砂に混入した金属物を検出して取り除いている。

原料に混入した金属物を検出する金属物検出装置としては、ベルトの下方に励磁コイルを配置するとともに、ベルトの上方に検出コイルを配置し、励磁コイルによって静磁場を発生させているものがある。
この構成では、原料に混入した金属物が、励磁コイルおよび検出コイルに接近すると、磁力線が金属物に引き寄せられ、検出コイルと磁力線との鎖交数が変化して、検出コイルに起電力が生じることで、原料に混入した金属物を検出することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１７０１９２号公報

前記した従来の金属物検出装置では、ベルトから外れた装置周辺で工具などの金属物が移動すると、その金属物に磁力線が引き寄せられて、検出コイルに起電力が生じる場合があるため、原料に混入した金属物の検出精度が低いという問題がある。

本発明は、前記した問題を解決し、装置周辺の金属物に影響されることなく、磁力線を安定させることができ、土砂に混入した金属物の検出精度を高めることができる金属物検出装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、金属物検出装置であって、ベルトを回転可能に支持するベースフレームを有するベルトコンベアと、前記ベースフレームに取り付けられ、前記ベルトが通過する開口部が形成された枠体と、前記枠体に取り付けられた励磁部材および検出コイルと、前記検出コイルに生じた起電力を検出する電力検出装置と、を備えている。前記ベースフレームおよび前記枠体には磁性体が用いられており、前記励磁部材は、前記ベースフレームおよび前記枠体を含む領域に静磁場を発生させるように構成されている。

この構成では、磁力線のルートがベースフレームおよび枠体を通過するルートになるため、磁力線が装置周辺に広がるのを防ぐことができる。したがって、装置周辺の金属物に影響されることなく、磁力線を安定させることができる。そして、土砂に混入した金属物が枠体の開口部に接近したときには、磁力線が変動して検出コイルに起電力が生じるため、土砂に混入した金属物の検出精度を高めることができる。

また、ベルトを走行させることで、励磁部材および検出コイルに対して土砂を移動させており、励磁部材および検出コイルを移動させる必要がないため、構造が簡単で製作が容易であるとともに、消費電力を抑えることができる。

なお、励磁部材としては、通電して静磁場を発生させる励磁コイルや、ネオジム磁石などの永久磁石を用いることができる。
また、励磁部材および検出コイルを非磁性体で水密にカバーすることで、雨や漏水の可能性がある場所に金属物検出装置を設置することができる。

前記した金属物検出装置において、前記電力検出装置には、前記検出コイルに生じた起電力を増幅する電圧増幅手段を設けることが好ましい。
この構成では、非磁性体が静磁場を移動して、検出コイルに渦電流が生じた場合など、検出コイルに生じた起電力が小さい場合でも、起電力を確実に検出することができる。
また、起電力を増幅して検出するため、検出コイルの素線を細くすることができる。したがって、素線を細くして、検出コイルの巻き数を増やすことで、検出コイルの大きさを抑えつつ、検出コイルに生じる起電力を大きくすることができる。

本発明の金属物検出装置では、装置周辺の金属物に影響されにくいので、土砂に混入した金属物の検出精度を高めることができる。
また、励磁部材および検出コイルを移動させる必要がないため、構造が簡単で製作が容易であるとともに、消費電力を抑えることができる。

本実施形態の金属物検出装置を示した図で、（ａ）は土砂に金属物が混入していない状態の断面図、（ｂ）は土砂に金属物が混入している状態の断面図である。 本実施形態の金属物検出装置を示した平面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の金属物検出装置１は、図２に示すように、トンネルなどの建設現場において、土砂１００を搬送する際に、土砂１００に混入した金属物１１０を検出するためのものである。

金属物検出装置１は、図１（ａ）に示すように、ベルトコンベア１０と、ベルトコンベア１０のベースフレーム１２に取り付けられた枠体２０と、枠体２０に取り付けられた励磁部材３０および検出コイル４０と、検出コイル４０に生じた起電力を検出する電力検出装置５０と、を備えている。

ベルトコンベア１０は、公知のベルトコンベアであり、無端のベルト１１と、ベルト１１を回転可能に支持するベースフレーム１２と、を有している。
ベルト１１は、非磁性体であるゴム製の部材である。このベルト１１は、ベースフレーム１２の前端部および後端部に設けられた駆動ローラ（図示せず）に掛け渡されており、駆動ローラの回転に連動して周方向に回転するように構成されている。

ベースフレーム１２は、左右の側壁部１２ａ，１２ａと、両側壁部１２ａ，１２ａの間に架設された複数の梁部１２ｂと、を備えている。
両側壁部１２ａ，１２ａの間には、ベルト１１の上側の領域（送り側の領域）を支持する複数の支持ローラ１３ａと、ベルト１１の下側の領域（戻り側の領域）を支持する複数の支持ローラ１３ｂとが上下に設けられている。
ベースフレーム１２の側壁部１２ａ、梁部１２ｂおよび支持ローラ１３ａ，１３ｂは、主に鉄製の部材（磁性体）を用いて形成されている。

枠体２０は、門形の部材であり、両側壁部１２ａ，１２ａの外側面に取り付けられ、両側壁部１２ａ，１２ａよりも上方に突出した左右の脚部２１，２１と、両脚部２１，２１の上端部同士に架設された上梁部２２と、を備えている。両脚部２１，２１および上梁部２２の内側（枠体２０の内側）の領域には、ベルト１１が通過する開口部２３が形成されている。
枠体２０の両脚部２１，２１および上梁部２２は、鉄製の部材（磁性体）を用いて形成されている。

励磁部材３０は、枠体２０の上梁部２２の下面に取り付けられたコイルであり、外部の電源６０に接続されている。また、励磁部材３０は、合成樹脂などの非磁性体で水密にカバーされている。
励磁部材３０に電源６０から通電すると、ベースフレーム１２および枠体２０を含む領域に静磁場Ｍ１が発生する。
静磁場Ｍ１の磁力線Ｍ２のルートは、鉄製の部材（磁性体）を用いたベースフレーム１２および枠体２０を通過するルートになる。具体的には、磁力線Ｍ２のルートは、励磁部材３０から支持ローラ１３ａ、側壁部１２ａ、脚部２１、上梁部２２を順に通過して、励磁部材３０に戻るルートになる。つまり、ベースフレーム１２および枠体２０は、磁力線Ｍ２のルートを定めるヨークを構成している。

検出コイル４０は、励磁部材３０の下面に取り付けられている。また、検出コイル４０は、合成樹脂などの非磁性体で水密にカバーされている。
図１（ｂ）に示すように、枠体２０の開口部２３に金属物１１０が接近して、磁力線Ｍ２の一部が金属物１１０に引き寄せられて変動すると（図２参照）、検出コイル４０と磁力線Ｍ２との鎖交数が変化して、電磁誘導によって検出コイル４０に起電力が生じる。

ここで、ベルトコンベア１０のベルト１１を、２ｍ／秒（１２０ｍ／分）の速度で走行（回転）させ、ベルト１１の走行方向における検出コイル４０の幅を０．１ｍとした場合には、金属物１１０が検出コイル４０の下方を通過する時間は１／２０秒となり、これは２０Ｈｚに相当する。検出コイル４０に誘導される電流値は、周波数に比例するため、検出コイル４０に静磁場Ｍ１の強度に応じた起電力を生じさせることができる。
なお、金属物１１０が検出コイル４０の下方を通過するときに生じる起電力は、ベルト１１上の金属物１１０が検出コイル４０に近づくときと離れていくときに、ベルト１１の通過速度に準じた周期の波形として示される。したがって、起電力の周期の波形を観察することで、ベルト１１上の金属物１１０以外に、電磁ノイズや装置周辺で移動する車両などの金属物の影響で生じた起電力を区別することができる。

電力検出装置５０は、検出コイル４０に生じた起電力を検出するものであり、起電力（電圧）を増幅する電圧増幅手段５１を備えている。また、電力検出装置５０は、検出コイル４０に生じた起電力の大きさを示す表示手段（図示せず）を有している。

以上のように構成された金属物検出装置１は、次のように動作して本発明の作用効果を奏する。
ベルト１１に土砂１００を載置し、ベルト１１を回転させて土砂を搬送した場合において、図１（ａ）に示すように、土砂１００に金属物が混入していないときには、励磁部材３０からの磁力線Ｍ２のルートは、ベースフレーム１２および枠体２０を通過するルートとなり安定している。
磁力線Ｍ２のルートがベースフレーム１２および枠体２０を通過するルートになると、磁力線Ｍ２が金属物検出装置１の周辺に広がるのを防ぐことができるため、作業機械や工具などの金属物が金属物検出装置１の周辺で移動しても、それらの金属物に影響されることなく、磁力線Ｍ２を安定させることができる。

そして、図１（ｂ）に示すように、土砂１００に混入した金属物１１０が枠体２０の開口部２３に接近すると、磁力線Ｍ２の一部が金属物１１０に引き寄せられる（図２参照）。このように、磁力線Ｍ２の一部が変動して、検出コイル４０と磁力線Ｍ２との鎖交数が変化すると、電磁誘導によって検出コイル４０に起電力が生じる。

検出コイル４０に生じた起電力は、電力検出装置５０の電圧増幅手段５１によって増幅され、電力検出装置５０は起電力の検出結果を表示手段（図示せず）に表示する。
電力検出装置５０において起電力が検出された場合には、作業者はベルトコンベア１０の駆動を一旦停止し、土砂１００から金属物１１０を取り除いた後に、ベルトコンベア１０を再度駆動させる。

以上のような金属物検出装置１では、図１（ａ）に示すように、装置周辺で移動する金属物に影響されることなく、磁力線Ｍ２を安定させることができる。そして、図１（ｂ）に示すように、土砂１００に混入した金属物１１０が枠体２０の開口部２３に接近したときには、磁力線Ｍ２が変動して、検出コイル４０に起電力が生じるため、土砂１００に混入した金属物１１０の検出精度を高めることができる。

また、金属物検出装置１では、ベルト１１を走行させることで、励磁部材３０および検出コイル４０に対して土砂１００を移動させており、励磁部材３０および検出コイル４０を移動させる必要がないため、構造が簡単で製作が容易であるとともに、消費電力を抑えることができる。

また、電力検出装置５０には、起電力を増幅する電圧増幅手段５１が設けられているため、アルミニウムなどの非磁性体が静磁場Ｍ１中を移動して、検出コイル４０に渦電流が生じた場合など、検出コイル４０に生じた起電力が小さい場合でも、起電力を増幅して確実に検出することができる。

また、電圧増幅手段５１によって、起電力を増幅して検出するため、検出コイル４０の素線を細くすることができる。したがって、素線を細くして、検出コイル４０の巻き数を増やすことで、検出コイル４０の大きさを抑えつつ、検出コイル４０に生じる起電力を大きくすることができる。

また、励磁部材３０および検出コイル４０は、合成樹脂などの非磁性体で水密にカバーされているため、雨や漏水の可能性がある場所にも金属物検出装置１を設置することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
例えば、本実施形態の励磁部材３０は、図１（ａ）に示すように、通電して静磁場Ｍ１を発生させる励磁コイルであるが、ネオジム磁石などの永久磁石を用いて静磁場を発生させてもよい。

また、本実施形態では、ベースフレーム１２および枠体２０を構成する磁性体によって、磁力線Ｍ２のルートが定められているが、ベースフレーム１２および枠体２０を構成する部品の全てが磁性体である必要はなく、ベースフレーム１２および枠体２０が磁力線Ｍ２のルートを定めるように磁性を有しているのであれば、部分的に非磁性体を用いてもよい。また、磁性体の部材や部品が接合されている必要もなく、部材や部品の間に隙間が形成されていてもよい。

１ 金属物検出装置
１０ ベルトコンベア
１１ ベルト
１２ ベースフレーム
１２ａ 側壁部
１３ａ，１３ｂ 支持ローラ
２０ 枠体
２３ 開口部
３０ 励磁部材
４０ 検出コイル
５０ 電力検出装置
５１ 電圧増幅手段
１００ 土砂
１１０ 金属物
Ｍ１ 静磁場
Ｍ２ 磁力線

Claims (2)

1. ベルトを回転可能に支持するベースフレームを有するベルトコンベアと、
   前記ベースフレームに取り付けられ、前記ベルトが通過する開口部が形成された枠体と、
   前記枠体に取り付けられた励磁部材および検出コイルと、
   前記検出コイルに生じた起電力を検出する電力検出装置と、を備え、
   前記ベースフレームおよび前記枠体には磁性体が用いられており、
   前記励磁部材は、前記ベースフレームおよび前記枠体を含む領域に静磁場を発生させることを特徴とする金属物検出装置。
2. 前記電力検出装置は、前記検出コイルに生じた起電力の電圧を増幅する電圧増幅手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の金属物検出装置。

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