JP2015059818A - 磁性異物検出方法及び磁性異物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性異物を最大に磁化した状態で検出することが可能な磁性異物検出方法及び磁性異物検出装置を提供すること。【解決手段】本発明の磁性異物検出装置１００は、一様な直流磁場空間を作り出す磁場発生手段１０１ｚと、磁場発生手段により作り出された磁場分布を検出する磁気センサ１０２ｚと、磁性異物のない良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布と、測定対象物を直流磁場空間に配置した場合の磁場分布と、を比較することにより磁性異物の有無を判定する異物判定手段１０３と、を備えたものである。【選択図】図２

Description

本発明は、磁性異物検出方法及び磁性異物検出装置に関する。

製造工程中に製品に付着または混入する磁性異物を検出する方法として、測定対象物を帯磁装置で磁化させた後に、着磁された磁性異物を磁気センサにより検出する金属検出装置が知られている（特許文献１）。特許文献１に開示された金属検出装置では、測定対象物が帯磁装置から磁気センサまで移動装置により運搬される構成となっている。

特開２００６−９８１１７号公報

金属等の磁性体は、磁場がかかった状態では飽和磁束まで磁化させることができるが、磁場がかからなくなると、自己磁場により減磁してしまう。特許文献１に開示された金属検出装置においても、帯磁装置により着磁された磁性異物は、着磁された直後は最も磁化が大きく、時間がたつにつれて減磁が進む。そのため、測定対象物が帯磁装置から磁気センサまで移動して、磁気センサの直下まで来たときには、磁気センサの信号強度が低下して磁性異物を検出することが困難となる。また、磁性異物を磁化できる強度には、材質により定まる限界がある。そのため、帯磁装置の磁場強度を大きくするだけでは、磁気センサにおいて十分に大きい信号強度を得ることができない。

本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、磁性異物を最大に磁化した状態で検出することが可能な磁性異物検出方法及び磁性異物検出装置を提供することを目的とする。

本発明の磁性異物検出方法は、
一様な直流磁場空間に測定対象物を配置して、磁場分布を測定する磁性異物検出方法であって、
磁性異物のない良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布と、測定対象物を直流磁場空間に配置した場合の測定磁場分布と、を比較することにより磁性異物を検出する
ことを特徴とする。

本発明では、
前記測定磁場分布と前記基準磁場分布との差が閾値以上の場合に、前記測定対象物内に磁性異物があると判定する
ことが好ましい。
また、本発明では、
少なくとも２以上の方向から測定対象物に磁場をかける
ことが好ましい。

本発明の磁性異物検出装置は、
一様な直流磁場空間を作り出す磁場発生手段と、
前記磁場発生手段により作り出された磁場分布を検出する磁気センサと、
磁性異物のない良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布と、測定対象物を直流磁場空間に配置した場合の磁場分布と、を比較することにより磁性異物の有無を判定する異物判定手段と、を備える
ことを特徴とする。

本発明では、
前記異物判定手段が、前記測定磁場分布と前記基準磁場分布との差が閾値以上の場合に、前記測定対象物内に磁性異物があると判定する
ことが好ましい。
また、本発明では、
前記磁場発生手段が、少なくとも２以上の方向から測定対象物に磁場をかける
ことが好ましい。

本発明では、
前記磁場発生手段が、ヘルムホルツコイルである
ことが好ましい。
また、本発明では、
測定対象物運搬手段をさらに備え、前記測定対象物運搬手段は一の前記ヘルムホルツコイルの内側を通る
ことが好ましい。

本発明によれば、磁性異物を最大に磁化した状態で検出することが可能な磁性異物検出方法及び磁性異物検出装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる磁性異物検出装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる磁性異物検出装置の３軸ある磁場発生手段のうちＺ軸方向の磁場発生手段のみ図示し、残りの２軸は不図示とした斜視図である。 実施の形態１にかかる磁性異物検出装置において、測定対象物の周囲の磁場が一様な場合の磁場を示す模式図である。 実施の形態１にかかる磁性異物検出装置において、測定対象物の周囲の磁場が一様な場合の、ＸＹ平面における磁場の様子を示す図である。 実施の形態１にかかる磁性異物検出装置において、測定対象物に磁性異物が混入していた場合の磁場の乱れを示す模式図である。 実施の形態１にかかる磁性異物検出装置において、測定対象物の周囲の磁場が磁性異物の周辺で乱れた場合の、ＸＹ平面における磁場の様子を示す図である。 実施の形態１にかかる磁性異物検出方法を示すフローチャートである。

[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２を用いて、本実施形態にかかる磁性異物検出装置１００の構成を説明する。磁性異物検出装置１００は、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚと、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚと、異物判定手段１０３と、測定対象物運搬手段１０４と、制御手段１０５と、を備える。図１において、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚは、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚに隠れて見えないので、破線の矢印で場所を示した。磁性異物検出装置１００は、非磁性体で構成される測定対象物２００中に混入した磁性異物を検出する。磁性異物検出装置１００の測定対象物２００としては、例えば、電池がある。

図１は、磁性異物検出装置１００の構成を示す斜視図である。図２は、説明の都合上、３軸ある磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚのうちＺ軸方向の磁場発生手段１０１ｚのみ図示し、残りの２軸は不図示としたものである。図２では、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚについても磁場発生手段１０１ｚと同様に、Ｚ軸方向の磁気センサ１０２ｚのみ図示している。

測定対象物２００である電池は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等である。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極および負極の間を、非水電解液中のリチウムイオンが移動することで充放電可能な二次電池である。リチウムイオン二次電池は、正極活物質を担持した正極材、負極活物質を担持した負極材、正極材および負極材の間に介在するセパレータ、並びに非水電解液を備える。リチウムイオン二次電池は、例えば帯状の正極材と帯状の負極材とを帯状のセパレータを介して捲回した捲回状の電極体を備えるものや、複数の正極材と複数の負極材とを、セパレータを介して交互に積層した積層状の電極体を備えるものなどが挙げられる。リチウムイオン二次電池中に導電性の磁性異物が混入すると、正極材と負極材との短絡を引き起こし、不良品の原因となる。

磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚは、一様な直流磁場空間を作り出す。磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚは、測定対象物２００中にある磁性異物を飽和磁化させることが可能な程度の強度の磁場を発生させる。図１では、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚは、それぞれ、測定対象物２００を挟むように配置された２つの部品からなる。

磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚとしては、例えば、ヘルムホルツコイルや磁石が用いられる。ここで、ヘルムホルツコイルとは、２つの同等の円形コイルをその中心軸を揃えて半径分の間隔を隔てて配置したものをいう。このヘルムホルツコイルでは、２つのコイルに同量の電流を流して同じ向きの磁場を発生させると、２つのコイルの共通の中心軸線上で、均一な磁場を得ることが可能である。

磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の互いに直交する３軸方向に設けられており、３軸方向に磁場を発生できる。磁場発生手段１０１は必ずしも３軸方向に一つずつ設けなくてもよく、１軸方向または２軸方向であってもよい。図２において、Ｚ軸方向の磁場発生手段１０１ｚが発生させた磁場Ｍｚを図示する。磁場を発生させる方向が１軸方向だけの場合には、平たい磁性異物の薄い面が磁場の方向を向いていると、磁性異物が磁化されにくくなり、検出するのが難しいことがある。磁場を３軸方向に発生させることにより、多様な形状の磁性異物も検出できるようになり、１軸方向のみの場合よりも磁性異物の検出精度を上げることができる。

磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚは、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚにより作り出された磁場分布を検出する。磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚとしては、絶対磁場を計測できるものを用いるのが好適であり、例えば、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子）センサや、ＭＩ（Magneto-Impedance：磁気インピーダンス）センサを用いる。磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚの感度は、磁場が発生している箇所（換言すれば、磁性異物のある箇所）からの距離に依存する。よって、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚは、測定対象物２００に近づけて配置することが好ましい。特に、測定対象物２００の表面に接するように磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚを配置することで、磁気センサの感度を向上させることができる。

磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚは、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚに対応して設けられており、磁性異物検出装置１００ではＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に設けられている。磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚは、測定物運搬手段と連動しており、空間的な磁場分布を測定することが可能である。図１では、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚは、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚに隠れていて見えない。図２では、磁気センサ１０２ｚはＹ軸方向に１列に並べられており、Ｘ軸方向に走査することにより、測定対象物２００の周囲の磁場Ｍｚを２次元（ＸＹ平面）で測定できる。磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚは、１列に配列して配列方向と直交する方向に走査する構成に限られず、２次元に配列されてもよい。

異物判定手段１０３は、測定対象物２００中の磁性異物の有無を判定する。より具体的には、磁性異物のない測定対象物２００の良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布と、測定対象物２００を直流磁場空間に配置した場合の磁場分布と、を比較することにより磁性異物の有無を判定する。磁性異物の有無を判定するだけではなく、磁性異物の個数の計測も可能である。基準磁場分布は、測定開始前に事前に測定して用意しておく。

測定対象物運搬手段１０４は、測定対象物２００を移動させる。測定対象物運搬手段１０４は、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚと連動しており、測定対象物２００がある座標にきたときの磁場分布を磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚにより測定できる。図１および図２では、測定対象物運搬手段１０４はベルトコンベアとなっている。ベルトコンベアは、載せられた測定対象物２００をＹ軸方向に次々と運搬していくので、多数の測定対象物２００を効率よく検査できる。測定対象物運搬手段１０４はベルトコンベアに限定されるものではなく、３軸方向に移動可能なステージでもよい。

また、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚとしてヘルムホルツコイルを用いる場合には、測定対象物運搬手段１０４が円形コイルの内側の中心付近を通る構成とすることにより、測定対象物２００が移動する方向と平行な方向にも磁場を印加することができる。

制御手段１０５は、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚと測定対象物運搬手段１０４とを制御する。磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚと測定対象物運搬手段１０４と連動させて制御することにより、３軸方向の磁場分布を空間的に測定し、記録できる。

図３〜図６を用いて、磁性異物検出装置１００が磁性異物を検出する原理を説明する。図３および図５は、磁性異物検出装置１００をＹ軸方向から見た図である。図３および図５においては、Ｘ軸方向の磁場発生手段１０１ｘおよび磁気センサ１０２ｘ、並びにＹ軸方向の磁場発生手段１０１ｙおよび磁気センサ１０２ｙは図示されていない。図３に示すように、非磁性体で構成されている測定対象物２００に磁場発生手段１０１ｚにより一様な磁場Ｍｚを印加すると、測定対象物２００の周囲の磁場Ｍｚの一様性は乱れず、一様なままである。図４には、測定対象物２００の周囲の磁場Ｍｚが一様な場合の、ＸＹ平面における磁場Ｍｚの様子を示す。

図５は、測定対象物２００に磁性異物２０１が混入していた場合の磁場Ｍｚの乱れを示す図である。測定対象物２００に印加された一様な磁場Ｍｚは、磁性異物２０１の周囲で曲げられることにより、磁性異物２０１の周囲で磁場Ｍｚの乱れが発生する。図６には、測定対象物２００の周囲の磁場Ｍｚが磁性異物２０１の周辺で乱れた場合の、ＸＹ平面における磁場Ｍｚの様子を示す。測定対象物２００の周囲に一様な磁場Ｍｚが印加されている中で、磁性異物２０１の周辺のみ磁場Ｍｚの強度が変わっていることがわかる。

図７を用いて、本実施形態にかかる磁性異物検出装置１００を用いた磁性異物検出方法について説明する。なお、磁性異物検出装置１００を用いた磁性異物検出は、軸ごと（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に行われるのは当然である。

磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚにより一様な直流磁場を発生させて、想定される磁性異物２０１よりも十分に大きな直流磁場空間を作り出す（ＳＴ７０１）。磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚが磁場を発生させる方向は３軸方向に限定されず、１軸方向又は２軸方向でもよい。

次に、一様な直流磁場の中に測定対象物２００を配置する（ＳＴ７０２）。測定対象物運搬手段１０４が、測定対象物２００を測定位置まで移動させる。測定対象物運搬手段１０４は、複数の測定対象物２００を連続して測定位置に送り込んでもよい。

次に、測定対象物２００を直流磁場空間に配置した場合の磁場分布を、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚにより測定する（ＳＴ７０３）。一様な直流磁場の中に測定対象物２００を配置したまま磁場分布を測定することにより、磁性異物２０１を最大に磁化した状態で検出することができる。

次に、異物のない測定対象物２００の良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布と、測定対象物２００を直流磁場空間に配置した場合の測定磁場分布との差を計算する（ＳＴ７０４）。磁性異物２０１のない測定対象物２００の良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布は事前に測定しておく。

次に、測定磁場分布と基準磁場分布との差が閾値以上であるか否かを判定する（ＳＴ７０５）。測定磁場分布と基準磁場分布との差が閾値以上となる箇所がない場合（ＳＴ７０５ ＮＯ）には、測定対象物２００内に磁性異物２０１がないと判定する（ＳＴ７０６）。磁性異物２０１がない測定対象物２００は良品と判断され、次工程へと送られる。

測定磁場分布と基準磁場分布との差が閾値以上となる箇所がある場合（ＳＴ７０５ ＹＥＳ）に、測定対象物２００内に磁性異物２０１があると判定する（ＳＴ７０７）。測定対象物２００内に磁性異物２０１があると判定した場合には、磁性異物２０１の場所と個数を計測して記憶する（ＳＴ７０８）。磁性異物２０１があると判定されても、磁性異物２０１の存在する場所と個数が良品の基準内の場合は、測定対象物２００は良品と判断され、次工程へと送られる。磁性異物２０１の存在する場所と個数が良品の基準外の場合は、測定対象物２００は不良品と判断されて、磁性異物２０１の除去工程へと送られるか、または廃棄処分となる。

以上、説明したように、上述の構成により、磁性異物を最大に磁化した状態で検出することが可能な磁性異物検出方法及び磁性異物検出装置を提供することができる。

さらに、本実施形態の磁性異物検出装置１００において、磁場発生手段が３つ設けられているので、少なくとも２以上の方向から測定対象物２００に磁場をかけることができる。この構成により、多様な形状の磁性異物も検出できるようになり、磁性異物の検出精度を上げることができる。

また、本実施形態の磁性異物検出装置１００において、磁場発生手段としてヘルムホルツコイルを用いると、ヘルムホルツコイルの中心付近には物が配置されない空間を作ることができる。測定対象物運搬手段１０４がヘルムホルツコイルの中心付近を通るような構造にすることにより、測定対象物２００が移動する方向と平行な方向にも磁場をかけることができる。これにより、測定対象物運搬手段１０４により磁性異物検出装置１００に測定対象物２００を連続して送り込むような構成をとる場合であっても、複数方向の磁場を印加することができるので、磁性異物の検出精度を上げることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１においては、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚが３軸方向に備えられている場合について説明したが、磁場発生手段１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚが発生する磁場は３軸方向に限定されず、１軸方向又は２軸方向でもよい。つまり、磁場発生手段は３つに限定されず、一つまたは二つであってもよい。また、磁性異物検出装置の測定対象物２００は電池に限定されず、非磁性体により構成される測定対象物であればよい。

１００ 磁性異物検出装置
１０１ｘ、１０１ｙ、１０１ｚ 磁場発生手段
１０２ｘ、１０２ｙ、１０２ｚ 磁気センサ
１０３ 異物判定手段
１０４ 測定対象物運搬手段
１０５ 制御手段
２００ 測定対象物
２０１ 磁性異物

Claims (8)

1. 一様な直流磁場空間に測定対象物を配置して、磁場分布を測定する磁性異物検出方法であって、
   磁性異物のない良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布と、測定対象物を直流磁場空間に配置した場合の測定磁場分布と、を比較することにより磁性異物を検出する
   ことを特徴とする磁性異物検出方法。
2. 請求項１に記載の磁性異物検出方法であって、
   前記測定磁場分布と前記基準磁場分布との差が閾値以上の場合に、前記測定対象物内に磁性異物があると判定する
   ことを特徴とする磁性異物検出方法。
3. 請求項１又は２に記載の磁性異物検出方法であって、
   少なくとも２以上の方向から測定対象物に磁場をかける
   ことを特徴とする磁性異物検出方法。
4. 一様な直流磁場空間を作り出す磁場発生手段と、
   前記磁場発生手段により作り出された磁場分布を検出する磁気センサと、
   磁性異物のない良品サンプルを直流磁場空間に配置した場合の基準磁場分布と、測定対象物を直流磁場空間に配置した場合の磁場分布と、を比較することにより磁性異物の有無を判定する異物判定手段と、を備えた
   磁性異物検出装置。
5. 請求項４に記載の磁性異物検出装置であって、
   前記異物判定手段が、前記測定磁場分布と前記基準磁場分布との差が閾値以上の場合に、前記測定対象物内に磁性異物があると判定する
   ことを特徴とする磁性異物検出装置。
6. 請求項４又は５に記載の磁性異物検出装置であって、
   前記磁場発生手段が、少なくとも２以上の方向から測定対象物に磁場をかける
   ことを特徴とする磁性異物検出装置。
7. 請求項４〜６のいずれか１項に記載の磁性異物検出装置であって、
   前記磁場発生手段が、ヘルムホルツコイルである
   ことを特徴とする磁性異物検出装置。
8. 請求項７に記載の磁性異物検出装置であって、
   測定対象物運搬手段をさらに備え、前記測定対象物運搬手段は一の前記ヘルムホルツコイルの内側を通る
   ことを特徴とする磁性異物検出装置。