JP2013104761A - 磁性金属異物の検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微小な磁性金属異物の検出装置。
【解決手段】微小な磁性金属異物を検出するための検出装置では、差動型検出コイル６１，６２，６３が被検査物２が走行する一方向Ａに配置される。その差動型検出コイルは、渦巻き状の右巻きコイル６４と渦巻き状の左巻きコイル６６とを直列に接続することによって形成されるとともに、それら右巻きコイルと左巻きコイルとが共通の電気絶縁性基板の表面上に形成される。
【選択図】図４

Description

この発明は、被検査物に含まれた磁性金属異物を検出するための検出装置に関し、より詳しくはリチウム電池用セパレータの如きシート状の被検査物に含まれた微小な磁性金属異物を検出するのに好適な前記検出装置に関する。

従来、被検査物中に含まれた微小な磁性金属異物を検出するための装置は公知である。例えば、特開平１０−１００９１号公報（Ｐ１９９８−１００９１ Ａ、特許文献１）に記載の磁性体微粉の検出装置は、連続して走行する被検査物を磁化するための磁界発生手段と、磁化された被検査物によって生じる検査区域の磁界の変動をＳＱＵＩＤで検出する磁気センサとを備えている。

特開２００５−３５１８０４号公報（Ｐ２００５−３５１８０４ Ａ、特許文献２）に記載の磁性異物検出装置もまた、被検査物の流れ方向の上流側に磁場印加手段を有し、流れ方向の下流側にＳＱＵＩＤ磁気センサを有する。

従来技術の一つには、サーチコイル式金属検出機と呼ばれるものもある。

特開平１０−１００９１号公報（Ｐ１９９８−１００９１ Ａ） 特開２００５−３５１８０４号公報（Ｐ２００５−３５１８０４ Ａ）

一方向へ走行する被検査物の上流側において被検査物に含まれる磁性金属異物を磁化し、下流側では磁性金属異物の残留磁気を測定することによって磁性金属異物を検出する従来の装置および方法は、それを微小な磁性金属異物の検出に適用することは可能であるが、磁化した磁性金属異物が微小であるほど磁気の消滅が速いという一般的な傾向があるので、微小な磁性金属異物を検出することが実質的な意味においては難しい。

残留磁気を測定するためにＳＱＵＩＤセンサを使用する場合には、ＳＱＵＩＤセンサと、そのセンサの近傍を走行する被検査物とに対する環境ノイズの影響を排除するために、これらＳＱＵＩＤセンサと被検査物とを高周波シールドと磁気シールドとによって囲わなければならない。しかし、走行中の被検査物とこれらシールドとの間は、環境ノイズの侵入を十分に防止できるほどに閉じることは通常困難である。

被検査物の残留磁気を測定するためにサーチコイル式金属検出機を使用することも可能であるが、この検出機では、測定の感度を向上させようとしてコイルの巻き数を多くしても、多くしたときのコイルは微小な金属異物からの微弱な磁力が届く範囲の外にあるという場合があり、検出能力の向上には必ずしも寄与しない。また、この検出機では、被検査物がコイルの中央部を通過しなければならず、コイルと被検査物との離間距離をあまり小さくすることができない。この意味においても、この検出機では、検出能力を向上させることに限界がある。

この発明が課題とするところは、従来技術におけるこのような問題を解消することが可能な磁性金属異物の検出装置の提供である。

前記課題を解決するために、この発明が対象とするのは、一方向へ走行する被検査物に含まれた磁性金属異物を磁化して前記磁性金属異物からの残留磁気を検出する前記磁性金属異物の検出装置である。

かかる検出装置において、この発明が特徴とするところは、以下のとおりである。すなわち、前記残留磁気を検出するための差動型検出コイルが前記一方向に配置される。前記差動型検出コイルは、巻き数が同じである渦巻き状の右巻きコイルと渦巻き状の左巻きコイルとを直列に接続することによって形成されるとともに、前記右巻きコイルと前記左巻きコイルとのそれぞれが共通の電気絶縁性基板の表面上に形成されている。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記右巻きコイルと前記左巻きコイルとが形成された前記基板が複数枚重ねられて積層体となり、前記積層体では前記基板を介して重なり合う前記右巻きコイルが互いに直列に接続されて右巻きコイル集合体を形成する一方、前記左巻きコイルも互いに直列に接続されて左巻きコイル集合体を形成しており、前記右巻きコイル集合体と前記左巻きコイル集合体とが直列に接続されている。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記差動型検出コイルが積層プリント基板として形成されている。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記差動型検出コイルでは、前記被検査物と対向する面の反対側に、前記右巻きコイルと前記左巻きコイルのそれぞれと径がほぼ同じであって前記磁性金属異物を磁化するための柱状の永久磁石が前記右巻きコイルと前記左巻きコイルのそれぞれに重ねられている。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記差動型検出コイルは、ＳＱＵＩＤセンサに対するインプットコイルにリード線を介して接続され、前記ＳＱＵＩＤセンサが前記差動型検出コイルを囲む第１磁気シールド構造体とは別体であって前記第１磁気シールド構造体からは離間している第２磁気シールド構造体の内側にある。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記リード線が磁気および高周波に対するシールド用被覆を有する。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記被検査物が走行する前記一方向と前記一方向に直交する前記方向とのそれぞれに対して直交する前記被検査物の幅方向に２個の前記差動型検出コイルを並べるとともに、前記一方向における前記２個の差動型検出コイルの上流側または下流側においては、前記２個の差動型検出コイルの間に１個の前記差動型検出コイルを位置させる。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記被検査物が走行する前記一方向と前記一方向に直交する前記方向とのそれぞれに対して直交する前記被検査物の幅方向に、前記差動型検出コイルの複数を並べて前記差動型検出コイルの第１列を形成するとともに、前記一方向における前記第１列の上流側または下流側においては、前記第１列で互いに隣接する前記差動型検出コイルどうしの間に前記差動型検出コイルが位置するように前記差動型検出コイルの複数を並べて前記差動型検出コイルの第２列を形成する。

この発明の実施態様の一つにおいて、前記被検査物がシート状のものであり、前記一方向に直交する前記方向が前記シート状のものの厚さ方向である。

この発明に係る磁性金属異物の検出装置では、差動型検出コイルに渦巻状の右巻きコイルと渦巻き状の左巻きコイルとを使用する。これら両コイルは、電気絶縁性の基板の表面上に形成されているから、コイルの巻き数を多くしても両コイルが被検査物から遠く離れるということがない。また、両コイルは、被検査物に接近させることが容易であって、被検査物からの微弱な磁気を測定して、微小な磁性金属異物を検出することができる。右巻きコイルと左巻きコイルとに対して柱状の永久磁石が重ねられている態様の検出装置では、微小な磁性金属異物を磁化することとほぼ同時に、その異物の残留磁気を測定することができる。その残留磁気の測定は、最大の値を示すときの残留磁気の測定であるから検出することが容易であり、検出装置の検出能力を向上させることができる。また、そのような検出装置では、磁性金属異物の磁気が消滅することによる異物検出能力の低下が生じない。

磁性金属異物の検出装置の概略図。 磁気検出ヘッドの斜視図。 磁気検出ヘッドの分解斜視図。 図２のＩＶ−ＩＶ線矢視図。 図２のＶ−Ｖ線矢視図。 図４における上方コイル集合板の拡大図。 上方コイル集合板を分解してその積層状態を示す図。 磁性金属異物の検出結果を示す図。 検出コイルペア集合板の並べ方の一態様を示す図。

添付の図面を参照してこの発明に係る磁性金属異物の検出装置の詳細を説明すると、以下のとおりである。

図１における磁性金属異物の検出装置１では、リチウム電池用セパレータとして使用する合成樹脂フィルムが被検査物２として採り上げられている。

検出装置１は、磁気検出部３と、信号処理部４と、磁気検出部３と信号処理部４とをつなぐリード線６を有し、被検査物２が一方向へ、すなわち磁気検出部３を貫通するように図の左から右に向かう方向へ走行している。図には、その走行する方向が矢印Ａで示されている。矢印Ａに直交する双頭矢印Ｂは、磁気検出部３の厚さ方向であり、被検査物２の厚さ方向でもある。

磁気検出部３は、被検査物２を介して対向する上方コイル部１１と下方コイル部１２とを有し、上方コイル部１１の上方には上方磁石部１３を有し、下方コイル部１２の下方には下方磁石部１４を有し、これら各部１１，１２，１３，１４によって磁気検出ヘッド４１が形成されている。磁気検出部３はまた、磁気検出ヘッド４１を被覆するとともに、被検査物２が貫通可能に形成されている第１シールド構造体１５を有する。第１シールド構造体１５は、磁気検出部３にあって外部環境からの磁気を遮蔽するものであるが、必要に応じて高周波を遮蔽することができるようにも形成される。

信号処理部４は、第２シールド構造体２２と、液体窒素（図示せず）を充満させる容器２３とを有し、容器２３の内部にはＳＱＵＩＤセンサ２４と、インプットコイル２６とがある。

第２シールド構造体２２は、第１シールド構造体１５とは別体のものであり、容器２３を磁気検出部３から分離させることができるように、第１シールド構造体１５からは所要の距離だけ離間した位置において容器２３の全体を覆っている。図示例の第２シールド構造体２２は、三層の円筒型パーマロイ製磁気シールド（図示せず）とその内側に形成された一層の円筒型のアルミニウム製高周波シールド（図示せず）とを有し、各層のシールドは厚さ２ｍｍを有している。この第２シールド構造体２２のノイズ遮蔽率は、周面において１／５０，０００、上下面において１／１５，０００であって、ＳＱＵＩＤセンサ２４の安定的な稼働を可能にする。

容器部２３の内部では、ＳＱＵＩＤセンサ２４に対してインプットコイル２６が配置されている。液体窒素に浸漬されているインプットコイル２６は、超伝導状態にあり、電気抵抗が零または零に近い値になり得るから、巻き数を１０００−３０００ターンにしても電気抵抗が発生しない。このようなインプットコイル２６では、リード線６からの電気信号を磁力線に変換する際に、１０００倍以上に増幅強化することが可能である。強化した磁力線はＳＱＵＩＤセンサ２４によって容易に感知され、再び電気信号に変換されて、第２シールド構造体２２の外側にあるコントローラ３１に送られる。

リード線６は、上方コイル部１１および／または下方コイル部１２で発生した微弱な電流をインプットコイル２６に伝送するもので、外部環境のノイズを遮蔽するためのシールド用被覆（図示せず）を有する。

ＳＱＵＩＤセンサ２４につながるコントローラ３１は、ＳＱＵＩＤセンサ２４の検出条件を最適化するための条件調整装置であって、クリアーな信号をＣＰＵ３２に送信できるようにその条件が調整される。

ＣＰＵ３２は、ＳＱＵＩＤセンサ２４からの信号波形を表示し、設定された閾値をその信号が越える場合に異物が存在すると判定して、その測定した結果を記録に残したり、被検査物２における異物の存在位置を記録に残したり、ディスプレイに表示したりすることができる。

検出装置１の対象となる被検査物２には、格別の規定がない。リチウム電池のセパレータの他に、各種２次電池の部材も被検査物になり得る。また、電気、電子、医療、生化学等の分野におけるフィルムや合成樹脂性の容器等も被検査物２になり得る。被検査物２がペーストや液体である場合には、その被検査物２を容器に入れて磁気検出部３を通過させたり、磁気検出部３を貫通する適宜の断面形状のパイプに流したりすることによって、微小な磁性金属異物の検出が可能である。

図２は、図１の磁気検出部３において第１シールド構造体１５によって覆われていた磁気検出ヘッド４１の斜視図である。磁気検出ヘッド４１は、上方ブロック４２ａと下方ブロック４２ｂとを有し、これら両ブロック４２ａ，４２ｂの間には被検査物２を一方向Ａへ走行させるための貫通孔４４が形成されている。上方ブロック４２ａには、透明な上方押え板４６ａがボルト４７を使用して取り付けられている。その押え板４６ａの上方からは、第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａを透視することができる。部材４８とボルト４９とは、上方ブロック４２ａと下方ブロック４２ｂとを分離させるときに使用する。上方ブロック４２ａと下方ブロック４２ｂとは、それぞれに組み込まれた永久磁石の作用によって互いに強く引き合っているので、これらを分離させるときにはボルト４９を図示の矢印方向へ回転させる。上方ブロック４２ａや下方ブロック４２ｂ、上方押え板４６ａ、下方押え板４６ｂ（図３参照）、部材４８、ボルト４７，４９は、電気絶縁性の合成樹脂で形成されている。

図３は、図２に示された磁気検出ヘッド４１の分解斜視図である。上方ブロック４２ａには、上方コイルペア集合板５０ａと、柱状であって好ましくは円柱状の第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａと、上方押え板４６ａとが組み込まれている。上方ブロック４２ａの下面５７ａには、上方コイルペア集合板５０ａを収容するための上方第１凹部５８ａ（図４参照）が形成されている。上方コイルペア集合板５０ａは、ボルト５９によって凹部５８ａに固定される。上方ブロック４２ａの上面８１ａには、第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａを収容するための上方第２凹部８２が形成されていて、第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａのそれぞれを、磁極の向きを一致させた状態で所要の位置に固定することができる。上方押え板４６ａは、第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａが第２凹部８２から抜けることを防ぐものであって、図２においては第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａの存在を明示することができるように透明な板材料、例えば透明な合成樹脂板によって作られている。その透明な上方押え板４６ａは，不透明なものに代えることができる。

下方ブロック４２ｂは、その主要な部分が上方ブロック４２ａの主要な部分と対称になるように形成されている。すなわち、下方ブロック４２ｂには、下方コイルペア集合板５０ｂと、第１−第６下方永久磁石５１ｂ−５６ｂと、下方押え板４６ｂとが組み込まれていて、下方ブロック４２ｂの上面８１ｂには、下方コイルペア集合板５０ｂを収容するための下方第１凹部５８ｂが形成されている。下方ブロック４２ｂの下面５７ｂには、第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａとは反対の磁極を第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａに向けた状態で、すなわち上方ブロック４２ａと下方ブロック４２ｂとの間ではＮ極とＳ極とを対向させた状態で第１−第６下方永久磁石５１ｂ−５６ｂを収容することができる下方第２凹部が形成されているのであるが、その凹部は図示されていない。

図２，３において、一方向Ａへ走行する被検査物２が磁気検出ヘッド４１の内部にあるときには、上方コイルペア集合板５０ａと下方コイルペア集合板５０ｂとの間を走行すると同時に、実質的な意味において第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６aと第１−第６下方永久磁石５１ｂ−５６ｂとの間を走行する。上方コイルペア集合板５０ａと下方コイルペア集合板５０ｂとのそれぞれは、被検査物２からの離間距離が所要の範囲に納まるように、例えば１−３ｍｍの範囲に納まるように磁気検出ヘッド４１における厚さ方向Ｂの位置が調整されている。

図４，５に示された上方ブロック４２ａの下面５７ａと下方ブロック４２ｂの上面８１ｂとには、凹部５８ａと凹部５８ｂとのそれぞれに収容された上方と下方のコイルペア集合板５０ａ，５０ｂそれぞれの平面形状があらわれている。ただし、これらの図において上方と下方のコイルペア集合板５０ａ，５０ｂは同一のものであるから、以下では上方コイルペア集合板５０ａのみについて説明し、その説明は、下方コイルペア集合板５０ｂにも当てはまるものとする。

上方コイルペア集合板５０ａは、プリント基板の分野において慣用のＦＲ４等の板を基材とする積層プリント基板であって、第１，第２，第３からなる三組のコイルペア６１，６２，６３が集合している。第１，第２，第３コイルペア６１，６２，６３におけるそれぞれのペアは、巻き数が同じであって渦巻き状であり、電流の流れが互いに反対方向である右巻きコイル６４と、左巻きコイル６７とを有する。ペアになっている右巻きコイル６４と左巻きコイル６６とは直列に接続されて一方向Ａに並ぶことにより、差動型検出コイルを形成している。ここで、右巻きコイルと左巻きコイルというときには、渦巻き状のコイルを流れる電流の向きが互いに反対方向であって、一方は時計方向回りに流れ、もう一方は反時計方向回りに流れることを意味している。上方コイルペア集合板５０ａにおいて、第１，第２コイルペア６１，６２は上方ブロック４２ａの幅方向Ｃにおいて隣接するように並び、第３コイルペア６３は、一方向Ａの下流側にあって、第１，第２コイルペア６１，６２の間に位置している。

図６は、図４における上方コイルペア集合板５０ａの拡大図である。第１，第２，第３コイルペア６１，６２，６３のそれぞれにおいて右巻きコイル６４と左巻きコイル６６とが直列につながっている。また、第１，第２，第３コイルペア６１，６２，６３のそれぞれは、接続線７１，７２を介してリード線６（図１参照）につながっている。上方コイルペア集合板５０ａは、例えば８層構造を有する積層プリント基板（図７参照）であって、図６には、その積層プリント基板のうちで表層を形成している第１層Ｌ１が示されている。第１層Ｌ１には、上方コイルペア集合板５０ａを形成している基板のうちの第１基板９１（図７参照）の表面右巻きコイル６４のうちの第１右巻きコイル１０１と、左巻きコイル６６のうちの第１左巻きコイル２０１とが形成されている他に、接続線７１，７２が接続される端子部７４，７６等が形成されている。その端子部７４と７６とは、右巻きコイル６４と左巻きコイル６６とのそれぞれに電気的につながっている（図７参照）。第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３のそれぞれにおいて、一方向Ａへ延びる平行な２本の仮想線で示された幅ｆを有する部分は、被検査物２に含まれた微小な磁性金属異物（図示せず）が右巻きコイル６４および／または左巻きコイル６６の中心部分を通って一方向Ａへ進むときに、その磁性金属異物から出る微弱な磁気が届くとみなされる範囲のうちの幅方向Ｃの範囲である。換言すると、右巻きコイル６４と左巻きコイル６６とにとって微弱な磁気を検出することのできる有効範囲６８である。図示例において、その有効範囲６８の幅ｆは、右巻きコイル６４および左巻きコイル６７の直径の１／２である。図示例ではまた、その幅ｆの値が被検査物２の幅Ｗ（図２参照）の１／３に等しい。このような第１，第２，第３コイルペア６１，６２，６３は、それぞれの有効範囲６８が幅方向Ｃにおいて接するように並べられることによって、被検査物２の幅方向Ｃの全体を有効範囲６８による検出対象にすることができ、微小な磁性金属異物の検出が確実になる。ただし、この発明に係る検出装置１では、被検査物２の幅が図示例の如く３組のコイルペアを必要としない場合には、第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３のいずれか１組だけで磁性金属異物を検出することもできる。

図７では、上方コイルペア集合板５０ａを形成している８層構造の積層プリント基板においての個々の積層体である第１−第８層L１−L８それぞれが厚さ方向Ｂに離間して示されている。個々の積層体であるとは、基板とそれに積層されるようにプリントされているコイルとを意味しているが、図７の第１−第８層L１−L８には、図６の第１コイルペア６１を含む部分のみが示されている。第１−第８層Ｌ１−Ｌ８のそれぞれには、第１−第８右巻きコイル１０１−１０８と、それらを電気的に接続するための第１−第９ターミナルｔ１−ｔ９と、第１−第８左巻きコイル２０１−２０８と、それらを電気的に接続するための第１０−第１８ターミナルｔ１０−ｔ１８とのそれぞれが示されている。第１−第８層Ｌ１−Ｌ８の形成に使用されている第１−第８基板９１−９８は、それぞれの一部分が仮想線で示されている。第１層Ｌ１に形成された第１ターミナルｔ１は、第２−第７層を介して第８層Ｌ８の第１ターミナルｔ１に接続されている。第８層Ｌ８に形成された第１ターミナルｔ１と第２ターミナルｔ２とは、第８層Ｌ８に形成された第８右巻きコイル１０８の両端部に形成されている。第８層Ｌ８の第２ターミナルｔ２と第７層Ｌ７の第２ターミナルｔ２とは、第７層Ｌ７における第７基板９７を介して接続されている。図示されたその他のターミナルが電気的に互いに接続される態様は図に矢印で示されているとおりであって、第１−第８右巻きコイル１０１−１０８および第１−第８左巻きコイル２０１−２０８はすべて直列に接続されている。第１−第８右巻きコイル１０１−１０８と第１−第８左巻きコイル２０１−２０８とのそれぞれが形成されている第１−第８基板９１−９８は、積層プリント基板の分野において慣用の技術を用いることによって積層され、分離不能な状態で一体化される。

このように形成されている検査装置１では、例えばリチウム電池用のセパレータ等のシート状被検査物２を一定の方向Ａへ走行させて磁気検出部３を通過させる。磁気検出部３では、上方コイル部１１における右巻きコイル６４および左巻きコイル６６それぞれの直上にセットされていて、これらコイル６４，６６と径がほぼ同じである上方永久磁石５１ａ−５６ａのそれぞれと、下方コイル部１２における右巻きコイル６４および左巻きコイル６６それぞれの直下にセットされていて、これらのコイル６４，６６と径がほぼ同じである下方永久磁石５１ｂ−５６ｂのそれぞれとによって、被検査物２に含まれている磁性金属異物（図示せず）、特に最大径が３０μｍ以上の、より好ましくは最大径が２０μｍ以上、さらに好ましくは最大径が１０μｍ以上の微小な磁性金属異物を磁化する。上方コイル部１１および下方コイル部１２では、第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３それぞれによって形成される差動型検出コイルを使用して、磁性金属異物の残留磁気を検出する。ここで残留磁気を検出するとはいうものの、磁気検出ヘッド４１では、被検査物２の厚さ方向Ｂにおいて重なり合うように配置されている永久磁石とコイルとを使用するから、差動型検出コイルによる磁気の検出は、磁性金属異物に帯磁効果が消滅する時間を与えることなく行うことになる。すなわち、検出装置１では、残留磁気が最大の状態またはそれに近い状態にあるときに磁性金属異物を検出することになる。検出した結果は、磁気シールドで被覆されているリード線６を介して超高感度のＳＱＵＩＤセンサ２４に伝送し、ＣＰＵにおいて表示させる。

図示例の如く形成される第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３を含む上方コイルペア集合板５０ａでは、ＦＲ４等の基板に薄手のものを選ぶと同時に、通常はプリント銅線で形成されるコイルの厚さを薄くすることによって、８層構造の場合の厚さを１−３ｍｍにすることができる。その上方コイルペア集合板５０ａは、シート状の被検査物２に１．５−２ｍｍの至近距離にまで接近させることができる。したがって、被検査物２の表面から２．５−５ｍｍの範囲内にすべての検査コイルをセットするおくことができる。検出装置１では、上方コイルペア集合板５０ａのみならず下方コイルペア集合板５０ｂの厚さも極力薄くして、これらを被検査物２に接近させることができる。また、第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３それぞれにおいて、コイルの線幅は例えば０．１−０．３ｍｍ、より好ましくは０．１５−０．２ｍｍにして、コイルの電気抵抗を大きくすることなくコイルの巻き数を多くすることができる。図７の８層構造を有する第１コイルペア６１における第１−第８右巻きコイル１０１−１０８および第１−第８左巻きコイル２０１−２０８の径が一例として４０ｍｍであれば、コイルの線幅と線間隔とを０．１５ｍｍに設定すると、第１−第８右巻きコイル１０１−１０８のそれぞれについて約２００ターン（Ｔ）の巻き数を得ることが可能で、第１−第８右巻きコイル１０１−１０８の全体では厚さが１−３ｍｍの範囲に合計で約１６００Ｔを得ることが可能である。したがって、この発明では、微弱な磁気を検出するためにコイルの巻き数を多くすることが容易である。

第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３のそれぞれが、このようにコイルの巻き数を多くすることが容易であって厚さが薄く、しかも被検査物２に至近距離まで接近させることができるものであり、永久磁石が右巻きコイル６４と左巻きコイル６６とのそれぞれに重なるように配置されていると、微小な磁性金属異物からの微細な磁気を確実に検出して、その磁性金属異物の存在を容易に知ることができる。

検出した磁気は、磁気シールドで被覆されたリード線６を使用してＳＱＵＩＤセンサ２４にまで伝送するから、その伝送の間に外部ノイズの影響を受けることがない。

超高感度であるＳＵＱＩＤセンサ２４は、磁気検出部３を被覆する第１シールド１５とは別体であって、この構造体１５からはリード線６を介して離間している第２シールド構造体２２で被覆保護されている。その第２シールド構造体２２は、磁気検出部３の構造や機能を考慮に入れることなく、ＳＱＵＩＤセンサ２４の性能を最大限に発揮することができるように、例えば外部ノイズを十分に遮蔽することができるように設計することができる。

ＳＱＵＩＤセンサ２４に対して使用されるインプットコイル２６は、ＳＱＵＩＤセンサ２４とともに容器部２３に納められて液体窒素に浸漬されるので、超伝導状態になり、電気抵抗がゼロになる。それゆえ、インプットコイル２６は、電気抵抗を発生させることなく巻き数を多くすることができ、例えば巻き数を１０００−３０００ターンにして、電気信号を磁力線に変換するときに、１０００倍以上に増強した磁力線をＳＵＱＩＤセンサ２４に感知させることができる。

このように形成される検査装置１は、被検査物２の性状や形状を特定するものではない。その被検査物２が例えばセパレータの如きフィルムであって、検出しようとする微細な磁性金属異物の大きさが２０μｍ程度である場合には、そのフィルムとして厚さが２０μｍ−５ｍｍのものを対象にすることが可能であり、そのフィルムを５０−１００ｍ／ｍｉｎの高速で走行させることができる。

図８は、検査装置１による微小な磁性金属異物の検出結果を例示する図である。検査装置１は、図１，２に例示のもので、磁気検出部３における上方および下方コイルペア集合板５０ａ、５０ｂには、図６に例示のものを２枚重ねて使用した。すなわち、２枚重ねた図６の上方コイルペア集合板５２ａをユニットとして、このユニットを図３の上方コイルペア集合板５２ａに代えて使用し、また図３の下方コイルペア集合板５０ｂとしても使用した。被検査物２には、幅６０ｍｍのセパレータであって、磁性金属異物が含まれていないことを確認したものを用意した。このセパレータの上に最大径が１００μｍの酸化鉄粒子を載せて検査装置１を１ｍ／ｓｅｃの速度で通過させ、検出した磁気の波形をＣＰＵ３２によって画かせることで、図９の結果を得た。図９で明らかなように、磁性金属異物の検出において外部ノイズは極めて少なく、磁性金属異物による信号とノイズとの比であるＳ／Ｎ比は４０以上である。

図９は、この発明に係る検出装置１の使用態様の一例を示す図である。図９の検出装置１では、図６に例示の上方コイルペア集合板５０ａにおける第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３の集合である第１ユニット３０１と、一方向Ａにおいて第３コイルペア６３が上流側に位置し、第１、第２コイルペア６１，６２が下流側に位置している第２ユニット３０２とが幅方向Ｃに交互に並んでいる。図において、実線で示されている第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３は、第１ユニット３０１に属するものであり、鎖線で示されている第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３は、第２ユニット３０２に属するものである。また、第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３において、多数のドットで示されているコイルは、それが右巻きコイル６４であることを意味している。また、右巻きコイル６４と左巻きコイル６６とにおいて、外側の円は渦巻きコイルの最外側を意味し、内側の円は渦巻きコイルの最内側を意味している。この発明では、図示例の如く第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３を適宜の数だけ並べることで、幅の広い被検査物２を検査対象にすることができる。第１、第２、第３コイルペア６１，６２，６３に対しては、図３に例示の如く第１−第６上方永久磁石５１ａ−５６ａと第１−第６下方永久磁石５１ｂ−５６ｂとが使用される。このように、検出装置１では、被検査物２の幅が大きい場合であっても、径の小さい円柱状の永久磁石を多数並べることによってその幅全体に対して磁気を作用させて磁性金属異物を磁化することができるから、この発明によれば、被検査物２の幅に相当する大きさの永久磁石を用意することが不要であって、検出装置１の制作費を低く抑えることが可能である。図９の例は、上方コイルペア集合板５０ａのみならず下方コイルペア集合板５０ｂとしても使用することができる。

この発明に係る検出装置１は、一方向Ａへ走行する被検査物２の上方および下方のいずれか一方のみから残留磁気を検出する態様のものあってもよい。上方コイルペア集合板５０ａと下方コイルペア集合板５０ｂとは、それらを形成する積層プリント基板が図７に例示の如く偶数枚のプリント基板を有することによって、重なり合うコイルどうしを電気的に接続することが容易になる。しかし、コイルどうしの接続に基板の両面を使用できる場合には、１枚または奇数枚のプリント基板を使用してこの発明を実施することもできる。

１ 検出装置
２ 被検査物
６ リード線
１５ 第１磁気シールド構造体
２２ 第２磁気シールド構造体
２４ ＳＱＵＩＤセンサ
２６ インプットコイル
５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ、５５ａ、５６ａ 永久磁石
５１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ、５５ｂ、５６ｂ 永久磁石
６１，６２，６３ 差動型検出コイル（第１、第２、第３検出コイルペア）
６４ 右巻きの渦巻き状コイル（右巻きコイル）
６６ 左巻きの渦巻き状コイル（左巻きコイル）
９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８ 基板
Ａ 一方向
Ｂ 厚さ方向
Ｃ 幅方向

Claims (9)

1. 一方向へ走行する被検査物に含まれた磁性金属異物を磁化して前記磁性金属異物からの残留磁気を検出する前記磁性金属異物の検出装置であって、
   前記残留磁気を検出するための差動型検出コイルが前記一方向に配置され、
   前記差動型検出コイルは、巻き数が同じである渦巻き状の右巻きコイルと渦巻き状の左巻きコイルとを直列に接続することによって形成されるとともに、前記右巻きコイルと前記左巻きコイルとのそれぞれが共通の電気絶縁性基板の表面上に形成されていることを特徴とする前記検出装置。
2. 前記右巻きコイルと前記左巻きコイルとが形成された前記基板が複数枚重ねられて積層体となり、前記積層体では前記基板を介して重なり合う前記右巻きコイルが互いに直列に接続されて右巻きコイル集合体を形成する一方、前記左巻きコイルも互いに直列に接続されて左巻きコイル集合体を形成しており、前記右巻きコイル集合体と前記左巻きコイル集合体とが直列に接続されている請求項１記載の検出装置。
3. 前記差動型検出コイルが積層プリント基板として形成されている請求項１または２記載の検出装置。
4. 前記差動型検出コイルでは、前記被検査物と対向する面の反対側に、前記右巻きコイルと前記左巻きコイルのそれぞれと径がほぼ同じであって前記磁性金属異物を磁化するための柱状の永久磁石が前記右巻きコイルと前記左巻きコイルのそれぞれに重ねられている請求項１−３のいずれかに記載の検出装置。
5. 前記差動型検出コイルは、ＳＱＵＩＤセンサに対するインプットコイルにリード線を介して接続され、前記ＳＱＵＩＤセンサが前記差動型検出コイルを囲む第１磁気シールド構造体とは別体であって前記第１磁気シールド構造体からは離間している第２磁気シールド構造体の内側にある請求項１−４のいずれかに記載の検出装置。
6. 前記リード線が磁気および高周波に対するシールド用被覆を有する請求項５記載の検出装置。
7. 前記被検査物が走行する前記一方向と前記一方向に直交する方向とのそれぞれに対して直交する前記被検査物の幅方向に２個の前記差動型検出コイルを並べるとともに、前記一方向における前記２個の差動型検出コイルの上流側または下流側においては、前記２個の差動型検出コイルの間に１個の前記差動型検出コイルを位置させる請求項１−６のいずれかに記載の検出装置。
8. 前記被検査物が走行する前記一方向と前記一方向に直交する前記方向とのそれぞれに対して直交する前記被検査物の幅方向に、前記差動型検出コイルの複数を並べて前記差動型検出コイルの第１列を形成するとともに、前記一方向における前記第１列の上流側または下流側においては、前記第１列で互いに隣接する前記差動型検出コイルどうしの間に前記差動型検出コイルが位置するように前記差動型検出コイルの複数を並べて前記差動型検出コイルの第２列を形成する請求項１−６のいずれかに記載の検出装置。
9. 前記被検査物がシート状のものであり、前記一方向に直交する前記方向が前記シート状のものの厚さ方向である請求項１−８のいずれかに記載の検出装置。

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