JP2015129670A - 異物検出装置およびその検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】よりシンプルな構造で、非磁性材料からなる被検出物Ｔに混在した微細な磁性体の異物Ｐをも検出することができる異物検出方法を提供する。
【解決手段】非磁性材料からなる被検出物Ｔに混在した磁性体の異物Ｐを検出する異物検出方法であって、被検出物Ｔを磁気に晒すことにより異物Ｐを磁化し、磁性材料からなる検出体Ｔであり、検出体Ｔの近傍に異物Ｐを通過させることによって、磁化した異物Ｐからの磁界ｈにより検出体４に磁界Ｈが発生するとともに異物Ｐからの磁界ｈの磁束密度の変化によって検出体４に電流Ｉを発生する検出体４を用い、検出体４の近傍に被検出物Ｔを通過させ、検出体４に発生した磁界Ｈと電流Ｉとにより検出体４に作用する応力を測定することにより、異物Ｐの検出を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、非磁性材料からなる被検出物に混在した磁性体の異物を検出するに好適な異物検出装置およびその方法に関する。

従来から、非磁性材料からなる被検出物に混在する磁性体の異物を帯磁（磁化）し、磁化した異物からの磁気を検出することにより異物の有無を判断するような異物検出装置が利用されている。

たとえば、このような技術として、特許文献１に示す異物検出装置は、被検出物を対向させてフラックスゲートセンサによる磁気の検出方向と一致する方向に異物を磁化する帯磁手段と、帯磁手段を通過させた後の被検出物を支持して被検出物とフラックスゲートセンサとの間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段と、磁気を検出可能なフラックスゲートセンサを含む磁気検出部と、磁気検出部を覆う高周波遮断用のアルミニウム製シールドとを備えている。

このような異物検出装置を用いることにより、被検出物に微細な磁性体の異物が付着している場合には、この異物が帯磁手段により磁化され、磁化した異物はフラックスゲートセンサを含む磁気検出部で検出される。

特開２０１１−２３７１８１号公報

しかしながら、特許文献１に示すようなフラックスゲートセンサは、コアにコイルを巻いた構造を採用することにより、磁束密度を検出しているので、ピンポイントでしか磁束密度を検出できない。したがって、搬送される被検出物に混在した異物を検出しようとした場合には、幅方向に複数のセンサーを密接して配置しなければならなかった。

さらに、微小な異物を検出しようとした場合、該異物からの磁束密度は小さいため、フラックスゲートセンサのコア径を小さくしなければならないが、コアにコイルを巻く構造であるため、コア径を小さくするには限界がある。したがって、微小な異物を検出するのが難しいのが現状である。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、よりシンプルな構造で、非磁性材料からなる被検出物に混在した微細な磁性体の異物をも検出することができる異物検出装置を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る異物検出装置は、非磁性材料からなる被検出物に混在した磁性体の異物を検出する異物検出方法であって、前記被検出物を磁気に晒すことにより前記異物を磁化し、磁性材料からなる検出体であり、該検出体の近傍に前記異物を通過させることにより、前記磁化した異物からの磁界によって前記検出体に磁界が発生するとともに前記異物からの磁界の磁束密度の変化によって検出体に電流を発生する検出体を用い、該検出体の近傍に前記被検出物を通過させ、該検出体に発生した磁界と電流とにより該検出体に作用する応力を測定することにより、前記異物の検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、非磁性材料からなる被検出物に、磁性体からなる異物が混在している場合、前記被検出物を磁気に晒すことにより異物である磁性体が磁化される。このような磁化された異物を被検出物と共に検出体の近傍に通過させると、磁化した異物からの磁界によって検出体が磁化し検出体に磁界が発生する。さらに、異物が検出体を通過すると、異物から発生する磁界の磁束密度が検出体内において変化することによって、検出体に電流が発生する。

これにより、検出体に発生した磁界と電流とにより検出体には、フレミングの左手の法則で示される方向に電磁力が発生し、この電磁力に起因して検出体に応力が作用する。この検出体に作用する応力を測定することにより、異物の検出を行うことができる。このようにして、１つの検出体を用いてこれに作用する応力から異物の有無を簡単に判断することができる。

また、より好ましい態様としては、前記異物を検出したときの前記被検出物の通過速度と、前記異物を検出してからの経過時間に基づいて、前記被検出物が通過する方向における前記異物の位置を特定する。

この態様によれば、異物を検出した時点の被検出物の通過速度と、異物を検出した時点からの経過時間とを乗じることにより、検出体から被検出物が通過する方向における異物までの距離を算出することができ、その位置を特定することができる。これにより特定した位置を含む近傍の被検出物を切除することにより、異物を被検出物から排除することができる。

また、さらに好ましい態様としては、前記検出体を構成する磁性材料に、パーマロイを用いる。この態様によれば、検出体に高透磁率材料であるパーマロイを用いるので、異物からの磁界の磁束密度の変化を検出体でより感度良く捉えることができる。これにより、より微細な異物が被検出物に混在していたとしても、異物からの磁界の磁束密度の変化によって検出体に電流を流すことができ、この結果、検出体に応力を発生させることができる。

本発明は、上述した異物検出方法を実施するに好適な異物検出装置も開示する。本発明に係る異物検出装置は、非磁性材料からなる被検出物に混在した磁性体の異物を検出する異物検出装置であって、前記被検出物を磁気に晒すことにより、前記異物を磁化する磁化手段と、該磁気に晒された被検出物を搬送する搬送手段と、磁性材料からなる検出体であり、該搬送手段によって搬送された前記磁化した異物を前記検出体の近傍に通過させることにより、前記磁化した異物からの磁界によって前記検出体に磁界が発生するとともに前記異物からの磁界の磁束密度の変化によって前記検出体に電流が発生する検出体と、該検出体に発生した磁界と電流によって該検出体に作用する応力を測定する応力測定手段と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

本発明によれば、非磁性材料からなる被検出物に、磁性体からなる異物が混在している場合、磁化手段により被検出物が磁気に晒され、これにより異物である磁性体が磁化される。このような磁化された異物を、搬送手段により被検出物と共に検出体の近傍に通過させる。これにより、磁化した異物からの磁界で検出体が磁化し検出体に磁界が発生する。さらに、異物が検出体を通過すると、異物から発生する磁界の磁束密度が検出体内において変化するので、検出体に電流が発生する。

これにより、検出体に発生した磁界と電流とにより検出体には、フレミングの左手の法則で示される方向に電磁力が発生し、この電磁力に起因して検出体に応力が作用する。この検出体に作用する応力を応力測定手段で測定することにより、異物の検出を行うことができる。このようにして、異物の磁気を検出する１つの検出体と、この検出体に作用する応力測定する応力測定手段とからなる簡単な装置構成で、被検出物に混在する異物の有無を簡単に判断することができる。

また、より好ましい態様としては、前記検出体を構成する磁性材料は、パーマロイである。この態様によれば、検出体を構成する磁性材料がパーマロイであるので、異物からの磁界の磁束密度の変化を検出体でより感度良く捉えることができる。これにより、より微細な異物が被検出物に混在していたとしても、異物からの磁界の磁束密度の変化により検出体に電流を流すことができ、この結果、検出体に応力を発生させることができる。このようにして、より微細な異物を容易に応力測定手段で容易に検出することができる。

本発明によれば、よりシンプルな構造で、非磁性材料からなる被検出物に混在した微細な磁性体の異物をも検出することができる。

本発明の実施形態に係る異物検出装置の模式的概念図。 図１に示す異物検出装置を構成する検出体および応力測定手段の模式的概念図。 図１に示す異物検出装置の検出原理を説明するための図。 図１に示す異物検出装置において、異物の位置を特定する方法を説明するための図。

以下に本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る異物検出装置の模式的概念図であり、図２は、図１に示す異物検出装置を構成する検出体および応力測定手段の模式的概念図である。図３は、図１に示す異物検出装置の検出原理を説明するための図である。図４は、図１に示す異物検出装置において、異物の位置を特定する方法を説明するための図である。

本実施形態に係る異物検出装置１は、非磁性材料からなる被検出物に混在した磁性体の異物を検出する装置である。たとえば、リチウムイオン二次電池では、アルミニウムで形成されたフィルム状の陽極基板と、銅で形成されたフィルム状の陰極基板と、陽極と陰極との間に配置される絶縁性のフィルム状のセパレータと、を捲回した捲回体を備えている。捲回する前の陽極基板および陰極基板の表面には活物質含有ペーストが塗工される。このペーストには、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体の異物が含まれることがあり、異物がある程度以上の大きさであると、二次電池が使用中に発熱したり、早期に劣化したりすることがある。

そこで、本実施形態に係る異物検出装置１は、例えば、上述した、アルミニウム、銅などの非磁性材料からなる被検出物に混在した、鉄、ニッケル、コバルトなどの磁性体からなる異物を検出する。

より具体的には、図１に示すように、本実施形態に係る異物検出装置１は、帯状の非磁性材料からなる被検出物Ｔに含まれる異物Ｐ（図３参照）を検出すものであり、被検出物Ｔを磁気に晒すことにより、異物を磁化する磁化手段２を備えている。磁化手段２は、搬送される被検出物Ｔに対向する位置に、被検出物Ｔの下方に配置されている。磁化手段２は、帯状の被検出物Ｔの全幅よりも広い範囲において、被検出物Ｔを磁気に晒すことができる大きさとなっている。

ここで磁化手段２は、被検出物Ｔに混在する異物Ｐを磁化することができるものであれば、永久磁石または電磁石いずれであってもよく、被検出物Ｔに対向する上方に配置されていてもよい。

異物検出装置１は、磁気に晒された帯状の被検出物Ｔを搬送する搬送手段３を備えている。搬送手段３は、一対の搬送ロール３１Ａ，３１Ｂを備えており、各搬送ロール３１Ａ（３１Ｂ）には、これらを駆動する駆動モータ３２Ａ（３２Ｂ）が接続されている。一対の搬送ロール３１Ａ，３１Ｂの間には、磁化手段２および磁化手段２の下流に位置する検出体４が配置されている。

異物検出装置１は、磁性材料からなる検出体４を備えている。検出体４は、磁化手段２により磁化された異物の磁気を検出するものであり、被検出物Ｔの上方において、帯状の被検出物Ｔの全幅よりも広い幅に延在しており、その両端は、一対の支持部材５，５により支持されている。

支持部材５，５は、検出体４を支持することができるものであれば、その材質は特に限定されるものではなく、磁化手段２による磁気の影響を受けない位置に配置されていることがより好ましい。

検出体４は、支持部材５，５に、例えば溶接・接着剤などにより固定されているが、特にその固定方法は限定されるものではない。検出体４は、搬送手段３によって搬送され磁化した異物を検出体４の近傍に通過させることにより、磁化した異物からの磁界ｈによって検出体に磁界Ｈが発生するとともに異物からの磁界ｈの磁束密度の変化によって検出体４に電流Iが発生するように構成されている。

より具体的には、検出体４は、後述するように、磁束密度の変化を感度良く捉えることができる材料が好ましく、より具体的には高透磁率材料からなることが好ましい。高透磁率材料としては、たとえば、パーマロイ、スーパーマロイ、ミューメタルなどを挙げることができる。本実施形態では、パーマロイを用いている。パーマロイは、Ｆｅ−Ｎｉ二元系合金であり、Ｆｅに対してＮｉを７８質量％含有している７８−パーマロイが好ましいが、それ以外にも、３６−パーマロイ（ＪＩＳ規格：パーマロイＤ）、４５−パーマロイ（ＪＩＳ規格：パーマロイＢ）などであってもよい。

さらに、検出体４は、発生した磁界Ｈと電流Ｉによって生じる電磁力Ｆを感度良く検出することができる形状が好ましく、より具体的には、検出体４は、ワイヤ状になっており、その直径は５０μｍ以下である。

異物検出装置１は、さらに、検出体４に発生した磁界Ｈと電流Ｉによって検出体４に作用する応力を測定する応力測定手段６を備えている。具体的には、応力測定手段６は、一対のひずみケージなどの応力を測定する計測機器からなり、検出体４の表面に配置されている。

このような装置構成からなる異物検出装置１を用いて、被検出物Ｔに混在する異物Ｐを検出する。具体的には、搬送手段３により被検出物Ｔを搬送し、磁化手段２に被検出物Ｔを通過させることにより、被検出物Ｔを磁化手段２の磁気に晒す。非磁性材料からなる被検出物Ｔに、磁性体からなる異物Ｐが混在している場合、磁化手段２により被検出物が磁気に晒され、これにより異物Ｐである磁性体が磁化される。

さらに搬送手段３により、このような磁化された異物Ｐを、被検出物と共に検出体の近傍に通過させる。これにより、磁化した異物Ｐからの磁界ｈで検出体４が磁化し、検出体４に磁界Ｈが発生する。さらに、異物Ｐが検出体４を通過すると、異物Ｐから発生する磁界ｈの磁束密度が検出体４内において変化するので、検出体４に電流Ｉが発生する。

これにより、検出体４に発生した磁界Ｈと電流Ｉとにより検出体４には、フレミングの左手の法則で示される方向に電磁力Ｆが発生し、この電磁力Ｆに起因して検出体４に曲げ応力が作用する。この検出体４に作用する応力を応力測定手段６で測定することにより、被検出物Ｔに混在する異物Ｐの検出を行うことができる。

このようにして、異物の磁気を検出する１つの検出体４と、この検出体４に作用する応力を測定する応力測定手段６とからなる簡単な装置構成で、被検出物Ｔに混在する異物Ｐの有無を簡単かつ安価に判断することができる。

異物Ｐを検出したときの被検出物Ｔの通過速度と、異物Ｐを検出してからの経過時間に基づいて、被検出物Ｔが通過する方向における異物Ｐの位置を特定することもできる。より具体的には、被検出物Ｔに異物Ｐが混在しているような応力値になった時点の被検出物Ｔの通過速度と、被検出物Ｔに異物Ｐが混在しているような応力値になった時点からの経過時間とを乗じることにより、図４に示す検出体４から被検出物Ｔが通過する方向における異物Ｐまでの距離Ｌを算出し、その位置を特定することができる。異物Ｐの位置が特定された被検出物Ｔの上流側および下流側を切り取り（図４の切り取り線Ｃ１，Ｃ２）、被検出物Ｔから異物Ｐを排除することができる。

さらに、本実施形態では、検出体４を構成する磁性材料に、パーマロイを用いたので、異物Ｐからの磁界Ｈの磁束密度の変化を検出体４でより感度良く捉えることができる。これにより、より微細な異物Ｐが被検出物Ｔに混在していたとしても、異物Ｐからの磁界の磁束密度の変化により検出体４に電流を流すことができ、この結果、検出体４に応力を発生させることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

本実施形態では、リチウムイオン二次電池用の電極基板を被検出物として例示したが、非磁性材料からなる被検出物であって、これに混在した磁性体の異物を検出するようなものであれば、被検出物は特に限定されるものではない。

また、本実施形態では、応力測定手段として、２つのひずみケージを検出体に貼り付けたが、応力を測定することができるのであれば、ひずみゲージの個数は１つであってもよい。さらに、被検出物の幅方向の異物の位置を特定したい場合には、さらにそれ以上のひずみケージを検出体に貼り付けてもよい。

１：異物検出装置、２：磁化手段、３：搬送手段、４：検出体、５：支持部材、６：応力測定手段、３１Ａ，３１Ｂ：搬送ロール、３２Ａ，３２Ｂ：モータ、Ｆ：電磁力、Ｈ，ｈ：磁界、Ｉ：電流、Ｐ：異物、Ｔ：被検出物

Claims (5)

1. 非磁性材料からなる被検出物に混在した磁性体の異物を検出する異物検出方法であって、
   前記被検出物を磁気に晒すことにより前記異物を磁化し、
   磁性材料からなる検出体であり、該検出体の近傍に前記異物を通過させることにより、前記磁化した異物からの磁界によって前記検出体に磁界が発生するとともに前記異物からの磁界の磁束密度の変化によって検出体に電流を発生する検出体を用い、
   該検出体の近傍に前記被検出物を通過させ、
   該検出体に発生した磁界と電流とにより該検出体に作用する応力を測定することにより、前記異物の検出を行うことを特徴とする異物検出方法。
2. 前記異物を検出したときの前記被検出物の通過速度と、前記異物を検出してからの経過時間に基づいて、前記被検出物が通過する方向における前記異物の位置を特定することを特徴とする請求項１に記載の異物検出方法。
3. 前記検出体を構成する磁性材料に、パーマロイを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の異物検出方法。
4. 非磁性材料からなる被検出物に混在した磁性体の異物を検出する異物検出装置であって、
   前記被検出物を磁気に晒すことにより、前記異物を磁化する磁化手段と、
   該磁気に晒された被検出物を搬送する搬送手段と、
   磁性材料からなる検出体であり、該搬送手段によって搬送された前記磁化した異物を前記検出体の近傍に通過させることにより、前記磁化した異物からの磁界によって前記検出体に磁界が発生するとともに前記異物からの磁界の磁束密度の変化によって前記検出体に電流が発生する検出体と、
   該検出体に発生した磁界と電流によって該検出体に作用する応力を測定する応力測定手段と、を少なくとも備えたことを特徴とする異物検出装置。
5. 前記検出体を構成する磁性材料は、パーマロイであることを特徴とする請求項４に記載の異物検出装置。

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