JP2017015451A - 金属検知用センサー及び該センサーを用いた金属検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁誘導検知法により、微小金属異物を検知できる小型化された金属検知用センサーを提供する。【解決手段】通路１８を移動している検査対象物に含まれる金属１４を検知するための金属検知用センサー２０は、静磁界を発生する磁石２４，２６と、金属１４が生成する磁界２８を検知するコイル３０とを有する。磁石２４，２６は、コイル３０の軸方向におけるコイル３０の外部に位置し、コイル３０は、磁石２４，２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２４，２６の外部に位置し、磁石２４，２６とコイル３０は対面する。【選択図】図１

Description

本発明は、医薬品、食品、工業用材料などの非導電材料に混入した金属異物を検知するセンサー及び方法に関する。また本発明は、金属の厚さ、寸法又は外形の変化を検知するセンサー及び方法に関する。

従来工業用材料や食品等の粉体等に混在する金属異物の検知は、例えば電磁誘導検知法により行われている。この金属異物の検知法では、励磁コイルで発生した交流磁界中を検査対象物が通過するときに、磁界が変化することが利用されている。検知コイルが磁界の変化を検出したときに、金属異物が混入したと判定される。電磁誘導検知法で使用される励磁コイルは、通常、鉄心を含まないコイルである。

粉体中の金属異物の寸法が、０．１ｍｍ〜７０μｍ程度である場合がある。ところが、従来、食品、医薬品、樹脂等の非導電材料の粉体に混在する金属異物の検出可能な寸法は、電磁誘導検知法で０．５ｍｍ程度が限度であった。そのため、従来の金属異物の検知法では、微小金属片の検出が出来ないという問題があった。

その原因は、従来の金属異物の計測で使用される励磁コイルや検知コイルでは、検出感度が低いためである。すなわち、励磁コイルでは、生成できる交流磁界の大きさが小さいため、微小金属片に起因する磁界の変化も小さくなり、検知コイルは、磁界の変化を検出できなかった。

検知コイルについては、検出感度を高くするために、巻き数を増やす必要があり、そのサイズが大きくなるという問題もあった。励磁コイルについては、交流磁界の大きさを大きくするために、巻き数を増やす必要があり、そのサイズが大きくなるという問題もあった。これらの理由により、センサー全体が大きくなるという問題があった。

検知コイルが大きくなると、次のような問題も生じる。すなわち、微小金属片の検出をしようとするときは、検知コイルの検出スポットが小さいほうが適している。検知コイルの検出スポットが大きい場合、微小金属片に起因する磁界の変化がノイズに紛れてしまうからである。しかし検出スポットが小さい場合、検知コイルが小さくなり、励磁コイルが発生する交流磁界の大きさが足りないので測定できない。

数ミリ程度の金属異物を検出するための従来技術としては、特開２００４−８５４３９号公報に記載された技術がある。この技術では、数ミリ程度の金属異物検知を目的として、検知コイルの中心位置に永久磁石が配置されている。また、これとは逆に、この技術は、永久磁石の中心位置に検知コイルを配置することも開示している。

この技術の場合、検知コイルの中心位置に永久磁石が配置されているため、もしくは、永久磁石の中心位置に検知コイルが配置されているため、センサー全体としての横方向のサイズが大きくなる、という問題がある。検知コイルの中心位置に永久磁石が配置されている場合は、検知コイルの検出スポットが大きくなるという問題もある。永久磁石の中心位置に検知コイルが配置されている場合は、永久磁石による磁界が弱くなるという問題もある。

電磁誘導検知法の限界を克服するための技術としては、特開２００５−８３８８９号公報に記載された技術がある。この技術は、より小さい異物を検知するために、金属異物に渦電流が誘起してジュール熱を発生することを利用している。赤外線カメラが、金属異物から放射される赤外線を検知する。

特開２００４−８５４３９号公報 特開２００５−８３８８９号公報

本発明は、電磁誘導検知法により、微小金属異物を検知できる小型化された金属検知用センサーを提供することを目的とする。

本発明の第１の形態によれば、上記の課題を解決するために、通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、前記センサーは、静磁界を発生する少なくとも１つの磁石と、前記金属が生成する磁界を検知する少なくとも１つの磁気センサーとを有し、前記磁石は、前記磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向における前記磁気センサーの外部に位置し、前記磁気センサーは、前記磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記磁石の外部に位置し、前記磁石と前記磁気センサーは対面することとしたものである。前記磁石と前記磁気センサーは、接触していて対面してもよいし、離れていて対面してもよい。

磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向とは、磁気センサーが、磁気抵抗効果素子、ホール素子、または磁気インピーダンス素子（アモルファスワイヤ磁気センサー）である場合は、検知すべき磁界（磁気センサーに印加される磁界）の方向である。磁気センサーがコイルの場合は、磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向とは、コイルの軸方向である。

本構成によれば、磁石を用いているため、磁界の大きさが大きくなる。この結果、検出感度が大きくなる。また磁石が磁気センサーに対面するため、磁気センサーがコイルである場合、磁石とコイルを同心状に配置する場合に比べて、コイルを配置するために必要な半径方向の空間が少なくなり、コイルが小型化できる。これらにより、検出感度を向上させながら、かつ小型化した金属検知用センサーが提供できる。

なお、磁石は、磁気センサーの中心軸上に配置してもよい。この場合、磁石の中心軸と、磁気センサーの中心軸は必ずしも一致する必要はない。若干のずれは、許容可能である。

本発明の第２の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、前記磁気センサーはソレノイドコイルであってもよい。ここで、ソレノイドコイルとは、導線を、コイルの軸方向に、らせん状に複数回巻いたコイルである。巻き数を増やすことにより、インダクタンスが大きくなり、より磁界の検出感度が大きくなる。結果として、コイルは小型であっても、より微小な異物を検知できる。

本発明の第３の形態によれば、前記磁気センサーはスパイラルコイルであり、前記磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向は、前記コイルの軸方向であり、前記スパイラルコイルにおいては、該コイルの軸方向に垂直な平面内に、らせん状に導線が巻かれている。

本発明の第４の形態によれば、前記磁気センサーは、つぼ型コイルであり、前記磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向は、前記コイルの軸方向である。
本発明の第５の形態によれば、さらに金属検知用センサーにおいて、前記コイルは、空心でもよいが、その内部に鉄心を有することが好ましい。鉄心の材料としては、軟鉄、ケイ素鋼板、フェライト、パーマロイ、アモルファス等がある。鉄心として磁石を用いることもできる。鉄心を有することにより、インダクタンスが大きくなり、よりコイルの感度が大きくなる。結果として、より微小な異物を検知できる。

本発明の第６の形態によれば、前記磁石は複数個あり、前記複数個の磁石は、前記通路を挟んで対向して配置され、前記複数個の磁石の各々のＮ極からＳ極への向きは一致することとしてもよい。複数個の磁石が、通路を挟んで対向して配置されることにより、１個の磁石を用いた場合と比較して、通路内の磁界の大きさが大きくなる。

さらに本発明の第７の形態によれば、前記複数個の磁石は、前記磁気センサーの前記軸方向において前記磁気センサーの両側に配置されることが好ましい。磁気センサーが、複数個の磁石の間にあるため、通路を通る金属の検出感度が高まる。

なお、本発明の第８の形態によれば、前記磁気センサーは複数個あり、前記複数個の磁気センサーは、前記通路を挟んで対向して、又は前記磁気センサーの中心軸上に配置されることが可能である。磁気センサーを複数用いることにより、これらの磁気センサーを直列に接続したときに、磁気センサーの出力が大きくなり、検出感度が高まる。

本発明の第９の形態によれば、第８の形態において、前記複数個の磁気センサーは、前記磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記磁石の両側に配置してもよい。
本発明の第１０の形態によれば、前記磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記磁石の外部に位置して前記磁石に対面する前記磁気センサー、及び前記磁気センサーの軸方向における前記磁気センサーの外部に位置して前記磁気センサーに対面する前記磁石は、対を構成し、前記対は複数存在し、前記複数の対は、前記通路の幅方向に、互いに並列に又は千鳥状に配置される。

本発明の第１１の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、複数の前記磁気センサーの出力は、個々に処理される、又は、複数の前記磁気センサーの出力は直列に接続される。

本発明の第１２の形態によれば、検査対象物に含まれる金属は、順磁界を発生する金属または反磁界を発生する金属のいずれでも検知可能である。前記磁気センサーは、前記磁気センサーが検知した金属が順磁界を発生する金属であるか、または反磁界を発生する金属であるかに応じて、極性の異なる信号、又は信号の大きさが異なる信号を出力する。順磁界を発生する金属であるか、または反磁界を発生する金属であるかに応じて、金属が発生する磁界の極性又は大きさが異なるからである。

順磁界及び反磁界について、以下に説明する。検査対象物に含まれる金属は、アルミニウム、鉄、銅、オーステナイト系ステンレス等である。アルミニウムは、印加される磁界の向きに磁化される常磁性体である。鉄は、印加される磁界の向きに特に強く磁化される強磁性体である。銅は、印加される磁界の向きと反対方向に磁化される反磁性体であり、オーステナイト系ステンレスは、印加される磁界の向きと反対方向に特に強く磁化される反強磁性体である。そのため、印加される磁界中を金属が移動するために生じる磁界は、金属の磁性体としての性質によって決まる極性を有する。本願では、アルミニウム及び鉄などが発生する印加される磁界の向きと同じ向きの磁界を「順磁界」と呼び、銅及びオーステナイト系ステンレスなどが発生する印加される磁界の向きと反対方向の磁界を「反磁界」と呼ぶ。

ここで、信号の大きさとは、信号が交流信号である場合は、振幅の大きさを意味する。例えば、信号がA(t)Sin(ωt+α)と表される場合、信号の大きさとは、振幅A(t)を意味する。

本発明の第１３の形態によれば、上記の金属検知用センサーにおいて、前記磁石の形状は、中実円柱、中空円筒、角柱、角錐台、放物柱、または円錐台であることが可能である。

本発明の第１４の形態によれば、検知精度を高めるために、前記検査対象物が存在しない通路に対して配置された少なくとも１つの磁気センサー及び少なくとも１つの磁石をさらに有し、前記検査対象物が存在しない通路に対して前記磁気センサーは、前記検査対象物が存在しない状態の基準出力を出力することが好ましい。

本発明の第１５の形態によれば、金属検知用センサーを用いた、通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知方法においては、前記検査対象物に金属が含まれないときの前記磁気センサーの基準出力を測定するステップと、前記検査対象物に金属が含まれる可能性があるときの前記磁気センサーの検知出力を測定するステップと、前記基準出力と前記検知出力との出力差を求め、前記出力差が、予め決められた所定値以上のときに、前記検査対象物に金属が含まれると判定するステップとを含むこととしてもよい。

さらに、本発明の第１６の形態によれば、金属検知方法においては、既述の前記検査対象物が存在する位置に配置された少なくとも１つの磁気センサー及び少なくとも１つの磁石を使用する場合、この方法は、前記基準出力を測定するステップと、前記検査対象物が存在する位置に配置された前記磁気センサーの検知出力を測定するステップと、前記基準出力と前記検知出力との出力差を求め、前記出力差が、予め決められた所定値以上のときに、前記検査対象物に金属が含まれると判定するステップとを含むことができる。

本発明の第１７の形態によれば、通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、前記センサーは、磁石と検知コイルとを有し、前記磁石と前記検知コイルは、前記通路の外周に配置されて前記通路を囲み、前記磁石は、磁界を発生させ、前記検知コイルは、前記磁石が発生する磁界中を前記金属が通過するときの磁界を検知することとしてもよい。

本発明の第１８の形態によれば、第１７の形態において、前記磁石は、励磁コイルと磁性体を有することが可能である。
本発明の第１９の形態によれば、前記金属検知用センサーは、前記金属の速度を検知することができる。

本発明の第２０の形態によれば、通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、前記センサーは、静磁界を発生する第１及び第２の磁石と、前記金属が生成する磁界を検知する第１の磁気センサーとを有し、前記第１及び第２の磁石は、前記通路を挟んで前記通路の両側に互いに対面して配置され、前記第１の磁石は、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置し、前記第２の磁石は、前記第１の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第１の磁石の外部に位置し、前記第１の磁気センサーと前記第２の磁石は、前記通路を挟んで前記通路の両側に互いに対面して配置され、前記第１の磁気センサーは、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置し、前記第２の磁石は、前記第１の磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向における前記第１の磁気センサーの外部に位置し、前記金属検知用センサーは、前記第１及び第２の磁石の、前記通路と反対側に位置する極同士を接続する磁性材料を有する。

本発明の第２１の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、前記第１の磁気センサーは、鉄心又は磁石に巻かれているコイルである。
本発明の第２２の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、第２の磁気センサーを有し、前記第２の磁気センサーと前記第１の磁石は、前記通路を挟んで前記通路の両側に互いに対面して配置され、前記第２の磁気センサーは、前記第１の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第１の磁石の外部に位置し、前記第１の磁石は、前記第２の磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向における前記第２の磁気センサーの外部に位置する。

本発明の第２３の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、前記第１の磁気センサーはコイルであり、該コイルは前記第１の磁石の外周に配置され、前記第２の磁気センサーはコイルであり、該コイルは前記第２の磁石の外周に配置されている。

本発明の第２４の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置する前記第１の磁石と、前記第１の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第１の磁石の外部に位置する前記第２の磁石と、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置する前記磁気センサーは、対を構成し、前記対は複数存在し、前記複数の対は、前記通路の幅方向に、互いに並列に又は千鳥状に配置され、隣接する対の磁界の向きは、互いに逆平行である。

本発明の第２５の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、隣接する前記第１の磁石の、前記通路と反対側に位置する極同士を接続する第１の磁性材料又は、隣接する前記第２の磁石の、前記通路と反対側に位置する極同士を接続する第２の磁性材料のうち、少なくとも１つを有する。

本発明の第２６の形態によれば、通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、前記金属検知用センサーは、前記通路の一方の側に配置された、静磁界を発生する複数の第１の磁石と、前記金属が生成する磁界を検知する第１の磁気センサーとを有し、前記複数の第１の磁石は、各磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸が同一方向になるように、一列に配置され、隣接する２つの前記第１の磁石に関して、該２つの磁石のうちの一方の磁石の、該２つの磁石のうちの他方の磁石側にある極の極性は、該他方の磁石の、該一方の磁石側にある極の極性と同一である。

本発明の第２７の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、前記第１の磁気センサーは、前記通路の前記一方の側に配置され、前記金属検知用センサーは、前記通路の他方の側に配置された、静磁界を発生する複数の第２の磁石と、前記金属が生成する磁界を検知する、前記通路の前記他方の側に配置された第２の磁気センサとを有し、前記複数の第２の磁石は、各磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸が同一方向になるように、一列に配置され、隣接する２つの前記第２の磁石に関して、該磁石のうちの一方の磁石の、他方の磁石側にある極の極性は、該他方の磁石の、該一方の磁石側にある極の極性と同一である。

本発明の第２８の形態によれば、金属検知用センサーにおいて、前記第１の磁石のＮ極とＳ極との間の長さにより、該磁石により生成される磁界の強度が設定される。

図１は、本発明の一実施形態に係る金属検知用センサーを用いた異物検知システムの概略構成を示す。 図２は、金属が排出される機構を示す側面図である。 図３は、図１（ａ）の金属検知用センサー２０がある部分のみを示す部分側面図である。 図４は、いくつかの可能な磁石とコイルの配置及び個数を示す側面図である。 図５は、いくつかの可能な磁石とコイルの配置及び個数を示す側面図である。 図６は、磁石と、コイル３０の複数対を千鳥状に配置した正面図である。 図７は、図１と同じ装置、同じ製品に関して、順磁界を発生する金属が異物である場合の磁界２８ａを示す側面図である。 図８は、反磁界を発生する金属及び順磁界を発生する金属の場合の出力を示すグラフである。 図９は、本発明の別の実施形態に係る異物検知システム１１０の正面図である。 図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システム２１０の縦断面図及び横断面図である。 図１１は、反磁界を発生する金属の場合の検知コイルの出力を示すグラフである。 図１２は、部分２１８ａの図１０（ｂ）に示す断面図内における磁界２２２の半径方向の大きさの分布を示す図である。 図１３は、誘導起電力を測定する回路のブロック図である。 図１４は、複素インピーダンスを測定する回路のブロック図である。 図１５は、複素インピーダンスを測定する回路のブロック図である。 図１６は、複素インピーダンスを測定する回路のブロック図である。 図１７は、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システムの縦断面図である。 図１８は、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。 図１９は、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。 図２０は、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。 図２１は、本発明の他の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。 図２２（ａ）は、ソレノイド巻きを示し、図２２（ｂ）、（ｃ）は、スパイラル巻きを示す。 図２３は、つぼ型コイルを示す。 図２４は、ホール素子と磁気抵抗効果素子を示す。

次に添付図面を参照して、本発明の一実施例による金属検知用センサーを用いた異物検知システムの実施例を詳細に説明する。以下では、同一の部材に対しては、同一の参照符号を付す。

図１は、本発明の一実施形態に係る金属検知用センサーを用いた異物検知システム１０の概略構成を示す。本実施例は、食品又は医薬品の完成品検査に適用する場合を例にして説明する。本実施例の完成品は、サイズが１ｍｍ程度の粉体または顆粒の形状をしている。製品である紛体に金属が混入している場合を例にして説明する。製品は非導電体である。なお、本発明は、製品が紛体または顆粒である場合以外にも適用である。例えば、製品が錠剤や液体である場合にも適用可能である。さらに、本発明は、異物検査以外にも適用できる。例えば、本発明は、金属の膜厚の変化や金属が存在するかどうかの検査に適用できる。

図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向から見た正面図である。異物検知システム１０は、検査対象物に含まれる金属（すなわち異物）１４を検知するシステムである。検査対象物は、医薬品や食品などの粉体状の製品１２と、製品１２に混入した金属１４とを含む。製品１２の材質は、金属以外の有機物や無機物等であり、非導電性である。

システム１０は、製品１２及び金属１４が流れる供給機１６と、供給機１６の通路１８を移動している製品１２に混入した金属１４を検知するための金属検知用センサー２０とを有する。センサー２０は、静磁界（磁力線）２２を発生する複数の磁石２４，２６と、金属１４が磁界２２中を移動する結果、金属１４が生成する磁界２８を検知する複数のコイル３０（磁気センサー）とを有する。

本実施例においては、金属１４を検知するために、磁束密度が高い２個の磁石２４，２６が互いに対面して配置される。すなわち、磁石２４，２６は、コイル３０の中心軸３２（磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸）の方向におけるコイル３０の外部に位置し、コイル３０は、磁石２４，２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸３３の方向における磁石２４，２６の外部に位置し、磁石２４，２６とコイル３０は対面する。ここで、コイルの磁気検知面とは、コイルの通路１８側の端部の面３０ａである。

２個の磁石２４，２６の間に、インダクタンスの大きいソレノイドコイル３０を配置する。すなわち、複数個の磁石２４，２６は、前記コイル３０の中心軸３２の方向において前記コイル３０の両側に配置される。２個の磁石２４，２６間を金属１４が通過すると、コイル３０に誘導起電力が発生する。一方、金属１４が通過しないときはコイル３０に誘導起電力が発生しない。金属１４があるときの誘導起電力と、事前に取得した金属１４なしのときのコイル３０の電圧との差分を計算することで金属１４が検出される。

製品１２は、例えば顆粒状の医薬品であり、非導電性である。図１の場合、異物である金属１４は、アルミニウム、鉄、銅、オーステナイト系ステンレス等である。アルミニウムは、印加される磁界２２の向きに磁化される常磁性体である。鉄は、磁界２２の向きに特に強く磁化される強磁性体である。銅は、磁界２２の向きと反対方向に磁化される反磁性体であり、オーステナイト系ステンレスは、磁界２２の向きと反対方向に特に強く磁化される反強磁性体である。そのため、磁界２２中を金属１４が移動するために生じる磁界２８は、金属１４の磁性体としての性質によって決まる極性を有する。アルミニウム及び鉄などが生成する印加される磁界２２の向きと同じ向きの磁界を「順磁界」と呼び、銅及びオーステナイト系ステンレスなどが生成する印加される磁界２２の向きと反対方向の磁界を「反磁界」と呼ぶ。図１に図示する磁界２８は、反磁界を発生する金属１４により発生する反磁界を一例として示したものである。

供給機１６は、図１（ａ）に示すように側面から見たときにＶ字型をしている入口部３４と、その下流に設けられ金属検知用センサー２０が配置されている検知部３６とを有する。検知部３６の外壁に金属検知用センサー２０が配置されている。入口部３４及び検知部３６は、２枚の平板が対向した形状である。通路１８の断面１８ａの形状は、図１の上方から見たときに、後述する図１８〜図２１に図示するように長方形をしている。本実施例では、通路１８の断面１８ａは長方形であるが、本発明は、この形状の通路に限られず、円形、多角形等の任意の断面形状に適用可能である。

なお、図１の実施例では、通路１８の外部に金属検知用センサー２０が配置されているが、本発明はこれに限られるものではなく、通路１８の内部に金属検知用センサー２０が配置されてもよい。また、通路１８の内部に金属検知用センサー２０の一部が配置され、かつ、金属検知用センサー２０の他の部分が通路１８の外部に配置されてもよい。

製品１２は、供給機１６の上部から投入され、重力により矢印３７の方向に自然落下し、検知部３６において、金属１４があるかどうかが検査される。入口部３４と、検知部３６の材質は、プラスチックなどの非導電性材料である。通路の奥行きＬの大きさは、例えば１ｃｍである。

検知部３６の下流に、図２に示すようにエアガン３８及び分岐部４０が設けられている。図２は、金属が排出される機構を示す側面図である。金属検知用センサー２０が金属１４を検知した時は、金属検知用センサー２０に接続された検知回路４８経由で、検知したことを示す信号が、エアガンを制御している制御機（図示せず）に送られる。制御機の制御により、エアガン３８から空気が放出されて、金属１４は、分岐部４０に排出される。製品１２は、通路１８を真下に向かって流れる。

金属検知用センサー２０の磁石２４，２６は、コイル３０と対面している。本実施例では、磁石２４，２６は、コイル３０の中心軸３２上に配置され、かつコイル３２の外部に位置する。「コイル３０の中心軸３２上に配置され、かつコイル３２の外部に位置する」とは、図３に示すように、コイル３０の中心軸３２上であって、かつコイル３０が存在する領域４２を除いた領域４４に磁石２４，２６が存在することを意味する。図３は、図１（ａ）の金属検知用センサー２０がある部分のみを示す部分側面図である。

図１の実施例では、磁石２４，２６は、２個であり、同一の形状・サイズ、同一の磁束密度を有する。なお、磁石２４，２６は、形状、サイズ、磁束密度のいずれかもしくはすべてが異なってもよい。複数個の磁石２４，２６は、通路１８を挟んで対向して配置され、複数個の磁石２４，２６の各々のＮ極からＳ極への向きは一致する。複数個の磁石２４，２６の各々のＮ極からＳ極への向きは、後述する図１８〜図２０に示すように、一致しなくてもよい。図１８〜図２０の場合、複数個の磁石２４，２６の各々のＮ極からＳ極への向きは、隣接する磁石対の間で、反対の向きである。なお、図１（ａ）において、「Ｎ」と示す面が磁石２４，２６のＮ極であり、「Ｓ」と示す面が磁石２４，２６のＳ極である。

図１においては、金属異物１４の落下方向(移動方向)３７と直交する方向に磁界２２が生成され、磁界２２に直交する面がコイル３０の磁気検知面３０ａである。別の表現をすると、落下方向（移動方向）３７は、コイルの軸方向及び磁界２２の向きと直交している。このため、コイル３０は、金属１４による磁界２２の変化を効率よく検出できる。なお、図１においては、金属異物１４の移動方向は、落下方向、すなわち重力方向であるが、本願発明においては、移動方向は重力方向に限られず、重力と反対方向でもよい。さらに、移動方向は、水平方向でもよく、又、水平方向に対して斜め上向きまたは斜め下向きでもよい。

複数個の磁石２４，２６は、コイル３０の両側に配置されている。具体的には、検知部３６の外壁にコイル３０と磁石２６が接着又は溶接又はねじ止めにより取り付けられ、コイル３０に磁石２４が、同様に接着又は溶接又はねじ止めにより取り付けられる。

磁石２４，２６は、例えば、製品の製造条件や製造日が異なることにより、検知する金属片の寸法や材質が異なる場合、磁極Ｎ，Ｓの面積、または磁石２４，２６間の距離、または形状を異ならせてもよい。これにより、磁石２４，２６の表面磁束密度が異なる。磁石２４，２６の異なる形状としては、中実円柱、中空円筒（すなわちシリンダ形状）、角柱、角錐台、放物柱、または円錐台がある。

磁石とコイルの配置及び個数は、図１（ａ）の場合に限られない。これを図４（ａ）〜（ｆ）により説明する。図４（ａ）〜（ｆ）は、いくつかの可能な磁石とコイルの配置及び個数を示す側面図であり、図１の金属検知用センサー２０が配置されている部分のみを示す。図４（ａ）〜（ｃ）においては、金属検知用センサー２０にコイル３０が１個、磁石２６が１個含まれている場合を示す。図４（ａ）では、コイル３０と磁石２６が、通路１８を介して対向して配置されている。図４（ｂ）、（ｃ）では、コイル３０と磁石２４が、通路１８の一方の側にのみ配置されている。図４（ｂ）では、コイル３０が、磁石２４に対して通路１８側に配置されている。図４（ｃ）では、逆に、磁石２４が、コイル３０に対して通路１８側に配置されている。

図４（ｄ）〜（ｆ）においては、金属検知用センサー２０にコイル３０が１個、磁石２６が２個含まれている場合を示す。磁石が２個の場合、磁石が１個の場合に比べて、磁束密度が大きくなり、検出感度が高くなる。図４（ｄ）では、磁石２４、２６が、通路１８を介して対向して配置されている。さらに磁石２４が、コイル３０に対して通路１８側に配置されている。図４（ｅ）、（ｆ）では、磁石２４、２６が、通路１８の一方の側にのみ配置されている。図４（ｅ）では、コイル３０が磁石２４−１、２４−２と通路に関して同じ側に配置され、かつコイル３０が磁石２４−１、２４−２に対して通路１８側に配置されている。図４（ｆ）では、コイル３０が磁石２４−１、２４−２と通路に関して反対側に配置されている。

図４においては、いずれもコイル３０が１個の場合の配置例を示すが、コイル３０が複数個あってもよい。この場合の配置例を図５に示す。図５（ａ）、（ｂ）では、コイル３０−１、３０−２が、通路１８を介して対向して配置されている。磁石２４は１個である。すなわち、複数個のコイル３０−１、３０−２は、磁石２４のＮ極とＳ極を結ぶ軸３３の方向における磁石２４の両側に配置される。図５（ａ）ではコイル３０−１が、磁石２４に対して通路１８側に配置されている。図５（ｂ）では、磁石２４が、コイル３０−１に対して通路１８側に配置されている。コイル３０が複数個ある場合、これらの出力を直列接続することにより、出力を大きくすることができるため、検出感度が高くなる。

図５（ｃ）では、コイル３０−１、３０−２が、通路１８を介して対向して配置されている。図５（ｃ）ではコイル３０−１、３０−２が、磁石２４、２６に対して通路１８側に配置されている。磁石２４、２６が、コイル３０−１、３０−２に対して通路１８側に配置されてもよい。

なお、図４，５の実施例においては、コイル３０、３０−１、３０−２及び磁石２４，２６は、コイルの中心軸３２上に配置される。ところで、図１〜５の実施例において、コイル３０、３０−１、３０−２は、インダクタンスが大きいほど、磁石２４，２６は、磁束密度が大きいほど、検出感度が高くなるため、微小な金属が検出できる。磁石２４，２６は静磁界を発生できるものであれば、永久磁石であっても、電磁石であってもよい。ここで、電磁石とは、磁性材料の芯（鉄心）のまわりに、コイルを巻き、通電することによって一時的に磁力を発生させる磁石である。本実施例では、静磁界を発生させるために、直流電流をコイルに通電する。

図１（ｂ）に戻ると、２個の磁石２４，２６と、１個のコイル３０は１対を構成している。すなわち、磁石２４，２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸３３の方向における磁石２４，２６の外部に位置して磁石２４，２６に対面するコイル３０、及びコイル３０の中心軸３２の方向におけるコイル３０の外部に位置してコイル３０に対面する磁石２４，２６は、対を構成する。

この対は複数存在し、複数の対は、通路１８の幅ＷＤ方向に、互いに並列に配置される。図１（ｂ）においては、対は８対あり、それぞれの対に含まれる磁石２６−ａ〜２６−ｈが図示されている。幅ＷＤは、金属１４を検知する範囲全体にわたっている。すなわち、幅ＷＤは、金属１４の検知範囲である。磁石２６−ａ〜２６−ｈが生成する磁界２２の向きは同一である、すなわち、同一方向を向いている。なお、磁石２６−ａ〜２６−ｈが生成する磁界２２の向きは同一でなくてもよい。例えば、後述する図１８等に示すように、隣接する対の磁界の向きは、互いに逆平行でもよい。

なお、複数の対は、通路１８の幅ＷＤ方向に、互いに千鳥状に配置してもよい。
これを図６に示す。すなわち、磁石２６−ａ〜２６−ｋが、互いに重ならないように２列に配置される。さらに、第１の列の磁石と第２の列の磁石が互い違いになるように配置される。図６はその一例であり、磁石２６−ｂの中心２９が、図６の左右方向において、磁石２６−ａ、２６−ｃの中心２７の間にある。そして磁石２６−ｃの中心２７が、図６の左右方向において、磁石２６−ｂ、２６−ｄの中心２７の間にある。

図６においては、対は１１対あり、それぞれの対に含まれる磁石２６−ａ〜２６−ｋが図示されている。図１（ｂ）の配列と比較した場合、千鳥状の配列の場合、隣接する磁石の影響を受けることが減少するという効果がある。例えば、磁石２６−ｆは、隣接する磁石２６−ｅ，２６−ｇから離れているため、磁石２６−ｅ，２６−ｇの磁界からの影響を減らすことができる。

さらに、図１の磁石配置に対して、図６の磁石配置は、次のような利点がある。図１において、磁石２６−ｃと磁石２６−ｄの境目では、コイル３０の感度が低下している。磁石２６−ｃと磁石２６−ｄの境目を、金属１４−２が落下する場合、検知漏れが生じる可能性がある。

図６の場合、磁石２６−ｃと磁石２６−ｅの境目を、金属１４−３が落下する場合、この位置は、磁石２６−ｄの中心付近にあり、磁石２６−ｄの位置にあるコイル３０の感度は低下していない。従って、金属１４−３は、感度の高い場所を通過することができる。すなわち、図６の千鳥状配置では、コイルの感度の低い場所を無くすことができるという利点がある。

製品１２に含まれる金属１４は、鉄、オーステナイト系ステンレス、銅等である。鉄は、磁界２２の向きに特に強く磁化されて、磁界２２の向きと同じ向きの順磁界を発生する強磁性体である。オーステナイト系ステンレスは、磁界２２の向きと反対方向に特に強く磁化されて反磁界を発生する反強磁性体である。銅は、磁界２２の向きと反対方向に小さい反磁界を発生する反磁性体である。

図１、２では、磁界２２の向きと反対方向に特に強く磁化され反磁界を発生する反強磁性体であるオーステナイト系ステンレスの場合の磁界２８を示す。本実施例のシステムは、鉄、オーステナイト系ステンレス、銅等の金属を検知できる。コイル３０は、コイル３０が検知した金属１４が順磁界を発生する金属であるか、または反磁界を発生する金属であるかに応じて、極性の異なる信号、又は信号の大きさが異なる信号を出力する。反磁界を発生する金属の場合、図１に示すように反磁界２８が生じる。順磁界を生成する金属１４の場合、図７に示すような順磁界２８ａが生じる。

図７は、図１と同じ装置、同じ製品に関して、順磁界を発生する金属が異物である場合の磁界２８ａを示す。磁界２６中を順磁界を発生する金属１４が移動するために生じる磁界２８ａは、磁界２２と同じ向きの磁界であり、図１に示す磁界２８と逆向きである。

順磁界を発生する金属、例えば鉄は透磁率が大きく、透磁率の大きいところに磁界２２は集まる。すなわち磁界２２中では、順磁界を発生する金属１４自身に磁束（Φ）２２が引き付けられる。一方、反磁界を発生する金属１４、例えば銅は、透磁率が小さい。磁界２２中を反磁界を発生する金属１４が通過するときに、磁束密度（B）（磁界２２）の変化量の大きさに比例して、磁界２２と逆向きの反磁界２８を金属１４は生成する。その結果、磁界２２が反磁界２８により弱まる。変化量の大きさは、磁界２２の強さと反磁界を発生する金属１４のサイズおよび通過速度に比例する。

これは、別の表現をすると、反磁界を発生する金属１４は、金属１４が受ける磁束変化を打ち消す方向に磁束（Φ）２８を発生するため、順磁界を発生する金属、反磁界を発生する金属では検出信号は異符号になる。このことからコイル３０の検出信号について、信号極性または信号値の大きさから金属１４が順磁界を発生する金属、反磁界を発生する金属のいずれであるかを判別して検出できる。順磁界を発生する金属は例えば、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム、フェライト、アルミニウム等である。本願の金属検知用センサーにおいては、コイル３０の複素インピーダンスを計測することができる。複素インピーダンスは、実部と虚部を有することから、ベクトルと考えることもできる。従って、ベクトルの実部の大きさ（実数値）、虚部の大きさ(実数値)、ベクトルの絶対値や偏角を単独又は組み合わせて、金属の有無、順磁界を発生する金属または反磁界を発生する金属の分類ができる。これを考慮すると、本願の金属検知用センサーを金属の分類を行うためのセンサーとして用いることができる。

コイル３０の出力４６は、図１（ａ）、図７に示す検知回路４８に送られる。コイル３０の出力４６の例を図８に示す。図８（ａ）は、図１（ａ）の反磁界を発生する金属の場合の出力を示すグラフである。図８（ｂ）は、図７の順磁界を発生する金属の場合の出力を示すグラフである。図８（ａ）、（ｂ）において、横軸は時間ｔであり、縦軸は誘起起電力Ｖである。誘起起電力Ｖは、既述のA(t)Sin(ωt+α)の場合、A(t)に相当するものである。コイル３０の出力４６は、金属１４が存在しないときに信号５０を出力し、金属１４が存在するときに信号５２，５４を出力する。信号５２、５４を信号５０と比較すると、信号５２のレベルは信号５０のレベルより高く、信号５４のレベルは信号５０のレベルより低い。すなわち信号５２と信号５４の極性は逆である。

図１の実施例には複数個のコイル３０が示されているが、コイル３０の出力は、単独で検出される、又は、複数個組み合わされて、直列に結線され、金属１４による誘導起電力が測定される。組み合わせは、測定時の条件等により任意に選択することができる。例えば、すべてのコイルを直列に結線することができる。この時、金属異物の検出感度が最大になる。または、２個以上のグループに分けて各グループ内で直列に結線することができる。グループに分けるかどうかは、例えば、信号５２，５４のレベルに応じて、又はエアガン３８のグループ分け（すなわちエアガン３８の個数）に応じて決めることができる。

次に、図１の金属検知用センサー３０を用いた、通路１８を移動している金属１４を検知する金属検知方法について説明する。
最初に金属１４がないことが確認されている製品１２を供給機１６に投入して、既述のように直列に結線したコイル３０の出力（誘導起電力）を検知回路４８により測定する。検知回路４８は、これを基準出力５０（Vnonemetal）として、図示しない内部のメモリに記憶する。基準出力は、図８（ａ）、（ｂ）に示す信号５０である。次に金属１４が混在している可能性がある製品１２を供給機１６に投入し、その際の誘導起電力を検知回路４８は測定する。誘導起電力が、検知出力（Vmetal）であり、具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示す信号５２、５４である。検知回路４８は、基準出力５０と前記検知出力５２、５４との出力差Vdef(＝Vmetal−Vnonemetal）を測定する。信号５４の場合、出力差Vdefは、負（マイナス）の数となるため、後述する閾値との大小比較の際には、その絶対値を用いる。

図８（ａ）、（ｂ）に例示する出力差Vdefが、予め決められた所定値５１（事前に決めた閾値）の値以上になった場合は、検知回路４８は、製品１２に金属が含まれると判定する。検知回路４８は、検知したことを示す信号を、エアガンを制御している制御機（図示せず）に送る。制御機の制御により、エアガン３８から空気が放出されて、金属１４は、分岐部４０に排出される。これにより金属１４は選別される。

所定値５１（事前に決めた閾値）は、異なるサイズの１個の金属異物をそれぞれ含む複数のサンプル、及び、異なる及び／または同じサイズの複数個の金属異物をそれぞれ含む複数のサンプルを用いた事前に行われる試験により決められる。

次に、本発明の別の実施例を図９により説明する。本実施例では、異物検知システムは、検査対象物が存在しない通路Ｗ１に対して配置された図１（ａ）に示すコイル及び磁石の対をさらに有し、検査対象物が存在しない通路Ｗ１に対して配置されたコイルは、検査対象物が存在しない状態に対応した基準出力を出力する。

図９は、異物検知システム１１０の正面図である。本実施例において、異物検知システム１１０は、検知モジュール５６と基準モジュール５８を有する。検知モジュール５６は、医薬品や食品などの粉体状の製品（検査対象物）１２に含まれる金属異物１４を検知する。その構成は、図１と同様である。基準モジュール５８における供給機１１６及び金属検知用センサー１２０の構成、形状及び配置は、図１（ａ）と同様である。すなわち金属検知用センサー１２０は、２個の磁石１２４（図示せず），１２６と、１個のコイル１３０（図示せず）を有する。

基準モジュール５８では、製品および金属が供給機１１６に供給されず、従って、製品および金属が供給機１１６を通過しない、すなわち、供給機１１６に製品および金属が存在しない。コイル１３０は、製品１２及び金属１４が存在しない状態の基準出力５０（Vref）を、検知モジュール５６が異物検知を行っている時、常時出力する。基準出力は、本実施例では誘導起電力である。本実施例においても基準出力は、図８（ａ）、（ｂ）に示す信号５０である。基準出力５０は、基準出力５０を測定する基準モジュール用検知回路（図示せず）に送られる。基準モジュール用検知回路は、既述の検知回路４８と同様の回路構成を有する。回路構成を同じにすることにより、ノイズ特性等を合わせることができる。基準モジュール用検知回路は検知モジュール５６が異物検知を行っている時、常時又は検知回路４８から指示があるときにのみ、基準出力５０を測定する。

基準モジュール５８は、検知モジュール５６の外部に、すなわち検知範囲ＷＤの外部に、検知モジュール５６と接触してもしくは近接して配置される。基準モジュール５８が配置される範囲が、基準モジュール５８用検知範囲Ｗ１である。

次に、図９に記載の異物検知システム１１０を用いた、検知モジュール５６の通路１８を移動している金属を検知するための金属検知方法を説明する。
異物検知時、すなわち金属１４が検知範囲ＷＤを通過する可能性があるときに、コイル１３０は、基準出力５０を基準モジュール用検知回路に常時出力する。基準モジュール用検知回路は基準出力を常時測定する。基準モジュール用検知回路は、基準出力５０を既述の検知回路４８に送信する。検知回路４８は、製品１２が存在する位置（検知範囲）に配置されたコイル３０により、コイル３０の検知出力（誘導起電力（Vmetal））を測定する。検知出力は、図８（ａ）、（ｂ）に示す信号５２、５４である。

検知回路４８は、基準出力５０（Vref）と検知出力５２、５４（Vmetal）との出力差Vdef(＝Vmetal−Vref)を求めて、前記出力差Vdefが、予め決められた所定値以上のときに、前記検査対象物に金属が含まれると判定する。検知出力５４の場合、出力差Vdefは、負（マイナス）の数となるため、予め決められた所定値との大小比較の際には、その絶対値を用いる。検知回路４８は、検知したことを示す信号を、エアガンを制御している制御機に送る。

図９の実施例の金属検知用センサー１２０は、ノイズキャンセルセンサーと考えることもできる。本来の金属検知用センサー２０とは別に設けた金属検知用センサー１２０の出力と金属検知用センサー２０の出力の差分により、ノイズの影響を除去することができる。

金属検知用センサー１２０の出力は、金属異物１４が無い時の基準値であるため、金属検知用センサー１２０の出力と金属検知用センサー２０の出力の差分又は出力の比率により、異物１４の存在を検出することができる。金属検知用センサー１２０の出力及び金属検知用センサー２０の出力としては、検出信号の振幅、周波数、位相、又は検出信号のインピーダンス変化がある。これらの量の差分や比率を利用する。差分や比率を利用することは、後述の図１３〜１７においても可能である。

次に、本発明のさらに別の実施例を図１０により説明する。図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システム２１０の縦断面図及び横断面図である。本実施例では、異物検知システム２１０は、製品１２及び金属１４が流れる供給機２１６と、供給機２１６の通路２１８を移動している製品１２に混入している金属１４を検知するための金属検知用センサー２２０とを有する。センサー２２０は、通路２１８の外周に配置されて通路２１８を囲む励磁コイル２６０と磁性体２６２と検知コイル２３０とを有する。

励磁コイル２６０及び磁性体２６２は、電磁石を構成し、磁界２２２を発生させる。磁性体２６２は、電磁石の鉄心(コア)であり、鉄心がない場合に比べて、磁界２２２を強化するために用いられる。その材料は、鉄、フェライト等の順磁界を発生する金属である。検知コイル２３０は、励磁コイル２６０と磁性体２６２が発生する磁界２２２中を金属１４が通過するときの反磁界２２８を検知する。図１０は、金属１４が反磁界を発生する金属の場合を示すが、金属１４が順磁界を発生する金属の場合にも本実施例は適用できる。

供給機２１６は、図１０（ａ）に示すように縦断面図においてＶ字型をしている入口部２３４と、その下流に設けられ金属検知用センサー２２０が配置されている検知部２３６とを有する。検知部２３６の外壁に金属検知用センサー２２０が配置されている。入口部２３４は漏斗状であり、検知部２３６は、シリンダ状である。通路２１８は、図１０の上方から見たときに、円形をしている。本実施例では、通路の断面は円形であるが、本実施例は、この形状の通路に限られず、長方形、多角形等の任意の断面形状に適用可能である。

製品１２は、供給機２１６の上部から投入され、重力により自然落下し、検知部２３６において、金属異物１４があるかどうかが検査される。入口部２３４と、検知部２３６の材質は、プラスチックなどの非導電性材料である。検知部２３６の内径は、例えば１ｃｍである。

検知部２３６の下流に、図２に類似のエアガン及び分岐部が設けられている。金属検知用センサー２２０が金属１４を検知した時は、金属検知用センサー２２０に接続された検知回路２４８経由で、検知したことを示す信号が、エアガンを制御している制御機（図示せず）に送られる。

金属検知用センサー２２０の励磁コイル２６０と磁性体２６２と検知コイル２３０は、同心状に、それらの中心軸２６４が一致するように配置される。励磁コイル２６０に流す電流の方向２６６は、任意であるが、図１０では、上向きの磁界２２２を発生するように、図１０(ｂ)において左回りである。励磁コイル２６０と、順磁界を発生する磁性体２６２と、検知コイル２３０と、検知部２３６は、互いに接着、ねじ止め、はめあい等により固定される。

励磁コイル２６０と、順磁界を発生する磁性体２６２と、検知コイル２３０と、検知部２３６は、検知する金属片の寸法に応じて、大きさや形状を異ならせることができる。また、励磁コイル２６０及び順磁界を発生する磁性体２６２と、検知コイル２３０の配置、及び各々の個数は、図１０の場合に限られない。

例えば、検知コイル２３０の半径方向内側に、励磁コイル２６０及び磁性体２６２を配置してもよい。また、軸方向２６４に、すなわち図１０(ａ)の上下方向に、励磁コイル２６０及び磁性体２６２と、検知コイル２３０を配置してもよい。個数に関しても、図１０では励磁コイル２６０と、磁性体２６２と、検知コイル２３０は、各１個であるが、それぞれが、複数個あってもよい。

検知コイル２３０の出力２４６は、図１０（ａ）に示す検知回路４８に送られる。コイル２３０の出力２４６の例を図１１に示す。図１１は、反磁界を発生する金属の場合の出力を示すグラフであり、本実施例では、複素インピーダンスの測定を行うため、横軸は複素インピーダンスの実部であり、縦軸は複素インピーダンスの虚部である。製品１４と書かれた丸印は、異物である金属が存在しない時の検知コイル２３０の出力２４６であり、金属１２と書かれた丸印は、金属が存在する時の検知コイル２３０の出力２４６である。

次に、図１０の金属検知用センサー２３０を用いた、通路２１８を移動している金属１４を検知する金属検知方法について説明する。
最初に金属１４がないことが確認されている製品１２を供給機２１６に投入して、検知コイル２３０の出力（複素インピーダンス）を検知回路２４８により測定する。検知回路２４８は、これを基準出力（Vnonemetal）として、図示しない内部のメモリに記憶する。次に金属１４が混在している可能性がある製品１２を供給機２１６に投入し、その際の複素インピーダンスを検知回路２４８は測定し、これを検知出力（Vmetal）とする。検知回路２４８は、基準出力と前記検知出力との出力差（Vdef）(＝Vmetal−Vnonemetal）を測定する。

出力差が予め決められた所定値（事前に決めた閾値）の値以上になった場合は、検知回路２４８は、製品１２に金属が含まれると判定する。検知回路２４８は、検知したことを示す信号を、エアガンを制御している制御機（図示せず）に送る。制御機の制御により、エアガン３８から空気が放出されて、金属１４は、分岐部に排出される。これにより金属１４は選別される。

インピーダンスの差(変化)を上述のように計測するとき、インピーダンスは、実部と虚部を有することから、ベクトルと考えることもできる。従って、ベクトルの実部の大きさ（実数値）、虚部の大きさ(実数値)、ベクトルの絶対値や偏角を単独又は組み合わせて、金属の有無、順磁界を発生する金属または反磁界を発生する金属の判別ができる。

図１０に示す実施例は以下のような効果がある。金属１４は、励磁コイル２６０がある通路２１８の部分２１８ａにおいて励磁コイル２６０によって検知される。部分２１８ａにおいて、励磁コイル２６０によって生成される磁界２２２の大きさの分布を図１２に概念的に示す。図１２は、部分２１８ａの図１０（ｂ）に示す断面図内における磁界２２２の半径方向の大きさの分布を示す。横軸は通路２１８の中心をｒ＝０としたときの中心からの半径方向の距離を表す。縦軸は磁界２２２の大きさである。曲線ｃは、励磁コイル２６０が生成する磁界２２２の大きさの分布である。図１２において、矢印ｒ１で示す部分が通路２１８内にあり、矢印ｒ２で示す部分が励磁コイル２６０のある範囲である。

図１２に示すように、磁界２２２の大きさは、通路２１８の中心で最大であり、通路内で大きさが大きい。磁界２２２が強いほど、金属１４が通路２１８を通過した時の磁界２２８が大きくなるため、磁界２２２の変化（＝磁界２２２−磁界２２８）が大きくなる。その結果、金属１４が検知しやすくなる。従って、図１０の実施例の場合、磁界２２２の大きさが大きい部分が通路２１８内にあるため、微小金属の検知が容易になるという利点がある。

なお、図１０の実施例では、永久磁石を用いていないが、永久磁石を、通路２１８を囲むように励磁コイル２６０の外周及び／又は内周に設けてもよい。これにより、磁界２２２が強まり、微小金属がより検知しやすくなる。また、励磁コイル２６０と磁性体２６２の代わりに永久磁石を用いてもよい。

次に、図１の検知回路４８及び図１０の検知回路２４８の構成例を述べる。図１の検知回路４８は、誘導起電力を測定し、図１０の検知回路２４８は、複素インピーダンスを測定している。これらの測定は、公知であり、公知のいずれの方法を用いてもよい。また、図１の検知回路４８が、複素インピーダンスを測定し、図１０の検知回路２４８が、誘導起電力を測定してもよい。

誘導起電力を測定する１つの方法は、コイル３０、２３０の２つの出力４６，２４６を抵抗の両端に印加し、抵抗の両端に生じる電圧を交流電圧計で測定する方法である。
誘導起電力を測定する別の方法は、図１３に示す。図１３は、誘導起電力を測定する回路のブロック図である。コイル３０、２３０の２つの出力４６，２４６は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６８ａに入力され、所定の帯域幅の信号(金属１４により生成される信号を含む帯域幅の信号)のみが選択される。バンドパスフィルタを用いる理由は、所定の帯域幅の外側にあるノイズ信号をカットするためである。

ノイズ信号としては、電源ノイズや異物検知システムが発生する電気ノイズがある。電源ノイズは、主として５０Ｈｚ、又は６０Ｈｚの周波数を有する。これらのノイズは、上記のバンドパスフィルタ以外に、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、ラッチフィルタ等、又はこれらのフィルタの組み合わせにより、除去することができる。これらのフィルタは、後述する図１４〜１７の検知回路においても、用いることができる。図１４〜１７の検知回路においては、これらのフィルタは図示しない。

バンドパスフィルタ６８ａの出力は、増幅器（ＡＭＰ）６８ｂに入力されて、増幅される。その後、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６８ｂに入力され、所定の帯域幅の信号(金属１４により生成される信号を含む帯域幅の信号)のみが、再度選択される。バンドパスフィルタ６８ｂの出力は、ピーク検出器（ＡＭＰ）６８ｃに入力されて、ピーク値が検出される。検出されたピーク値は、コンパレータ６８ｅに入力される。コンパレータ６８ｅでは、ピーク値が所定の値（既述の基準出力）よりも大きいかどうかが、両者の値を比較して判定される。ピーク値が所定の値よりも大きい場合、所定値との差がコンパレータ６８ｅから出力される。

複素インピーダンスを測定する１つの方法は、図１４に示される。図１４は、複素インピーダンスを測定する回路を示すブロック図である。本回路は、位相検波回路を用いている。位相検波回路を用いる理由は以下のとおりである。

位相検波回路は、特定の周波数を有する信号のみを位相検波し、検波した信号を平均化のために、検波後に積分効果のあるローパスフィルタを用いて処理する。これにより、位相検波回路は、特定の周波数以外の周波数を有する信号、すなわち雑音を効率的に排除できる。従って、位相検波回路は、雑音に強い信号検出法である。ローパスフィルタにより、位相検波回路は、雑音に埋もれた、すなわち雑音より信号レベルの低い微少な信号も検出できる。位相検波回路は、交流信号の小さな位相変化をとらえるセンサに適している。また、位相が直交した、すなわち、位相が９０度ずれた二つの参照信号を用いて、検出信号の直交する２成分（複素インピーダンスの実部と虚数部）の大きさを求められる。

例えば、検出すべき信号が振幅A及び位相差αを有する、すなわち、ASin(ωt+α)であり、振幅A及び位相差αを検出することを考える。この場合、位相検波回路を用いて、これらの量を測定することができる。位相検波回路では、検出すべき信号に、Sin(ωt)及びCos(ωt)の信号（位相が９０度ずれた二つの参照信号）をかけ合わせて、得られた信号をローパスフィルタで処理する等の処理を行う。参照信号は、励磁電流として、コイル３０に直接流す信号と同一の周波数を有する信号である。あるいは、コイル３０とは別に設けた励磁コイルに励磁電流を流し、励磁コイルが発生した磁界をコイル３０に印加し、この励磁電流と同じ周波数を有する信号を参照信号とすることができる。以下の実施例では、励磁電流自体を、位相検波回路で参照信号として用いている。

位相検波回路は、複素インピーダンスの実部（ａ）と虚数部（ｂ）を出力し、この出力から、最終的に、検出すべき信号の振幅A(=√(a²+b²))及び位相差α(=tan^-1(b/a))を求める。位相検波回路の特徴は、励磁信号と同一の周波数を有する特定の周波数の信号を検出して増幅できることである。これにより、ノイズに埋もれた微小信号の検出や、より高感度の信号検出が行える。

図１４では、コイル３０、２３０とは別に設けた励磁コイル７２ａに、励磁電流源７２からの励磁電流を流し、励磁コイル７２ａが発生した磁界をコイル３０、２３０に印加する。励磁コイル７２ａは、コイル３０、２３０と同軸及び／または同心に、コイル３０、２３０に隣接して設けることが好ましい。励磁コイル７２ａは、通路１８を介してコイル３０、２３０に対面する位置に、もしくは、通路１８に関してコイル３０、２３０と同じ側に、配置される。

本図の回路では、検知コイル３０，２３０は、ダミーインダクタンス９２、及び抵抗９４ａ、９４ｂとともに、ブリッジ回路９６を構成する。ブリッジ回路９６を用いる理由は、高精度の検出を行うためである。ブリッジ回路９６の出力電圧９６ａは、増幅器９８に入力されて、増幅される。増幅された信号９８ａは、それぞれ複素インピーダンスの実部（ａ）と虚数部（ｂ）を検出する位相検波器１００，１０２に入力される。

位相検波器１００，１０２には、参照信号として、励磁電流源７２からの励磁電流７２ｂが入力される。位相検波器１０２に入力される励磁電流７２ｂは、位相を９０度ずらすために、９０^ｏ移送器１０４で処理されたのちに、位相検波器１０２に入力される。位相検波器１００，１０２の出力１００ａ、１０２ａは、ローパスフィルタ１０６、１０８にそれぞれ入力される。ローパスフィルタ１０６，１０８の出力１０６ａ、１０６ｂがそれぞれ複素インピーダンスの実部（ａ）と虚数部（ｂ）である。ローパスフィルタ１０６，１０８の出力１０６ａ、１０６ｂは、図示しない後段の処理回路に入力され、当該処理回路により、振幅A(=√(a²+b²))及び位相差α(=tan^-1(b/a))を求める。

複素インピーダンスを測定する別の方法は、図１５に示される。図１５は、複素インピーダンスを測定する回路を示すブロック図である。本回路は、コイル３０自体を励磁コイルとして用いている。コイル３０−１，３０−２に励磁電流源７２からの励磁電流を流す。図１５では、コイル３０−１、３０−２が、通路１８を介して対向して配置され、コイル３０−１、３０−２が、磁石２４、２６に対して通路１８側に配置されている。本図では、図１４と同様に位相検波回路を用いている。ブリッジ回路は用いずに、直接、コイル３０−１、３０−２の複素インピーダンスの実部（ａ）と虚数部（ｂ）を検出する。コイル３０−１の複素インピーダンスと、コイル３０−２の複素インピーダンスは、別箇に設けられた同一の回路で同様に検出されるため、コイル３０−１の複素インピーダンスの検出について説明する。

コイル３０−１ａの出力電圧は、それぞれ複素インピーダンスの実部（ａ）と虚数部（ｂ）を検出する位相検波器１００，１０２に入力される。位相検波器１００，１０２には、参照信号として、励磁電流源７２からの励磁電流７２ｂが入力される。位相検波器１０２に入力される励磁電流７２ｂは、位相を９０度ずらすために、９０^ｏ移送器１０４で処理されたのちに、位相検波器１０２に入力される。位相検波器１００，１０２の出力１００ａ，１０２ａの処理については、図１４と同一であるので、図示及び説明を省略する。

図１３、１４と図１５の検知回路の違いは、上述のように、検知コイル３０，２３０に励磁電流７２ｂを加えるかどうかということである。図１３、１４では、検知コイルに励磁電流を加えない。図１５では、検知コイル３０，２３０に励磁電流７２ｂを加え、励磁電流７２ｂが加算された信号を処理する。

次に、図１６に、複素インピーダンスを測定する、さらに別の方法を示す。図１６は、複素インピーダンスを測定する回路を示すブロック図である。本回路は、コイル３０とは別に設けた励磁コイル７２ａに、励磁電流源７２からの励磁電流を流し、励磁コイル７２ａが発生した磁界をコイル３０に印加する。励磁コイル７２ａは、コイル３０と同軸かつ同心に、コイル３０に隣接して設ける。図１６では、コイル３０−１、３０−２が、通路１８を介して対向して配置され、コイル３０−１、３０−２が、磁石２４、２６に対して同軸かつ同心に配置されている。本図では、図１４と同様に位相検波回路を用いている。コイル３０−１の複素インピーダンスと、コイル３０−２の複素インピーダンスは、別箇に設けられた同一の回路で同様に検出されるため、コイル３０−１の複素インピーダンスの検出について説明する。

本図の回路では、検知コイル３０−１は、ダミーインダクタンス９２、及び抵抗９４ａ、９４ｂとともに、ブリッジ回路９６を構成する。ブリッジ回路９６の出力電圧９６ａは、増幅器９８に入力されて、増幅される。増幅された信号９８ａは、それぞれ複素インピーダンスの実部（ａ）と虚数部（ｂ）を検出する位相検波器１００，１０２に入力される。位相検波器１００，１０２には、参照信号として、励磁電流源７２からの励磁電流７２ｂが入力される。位相検波器１０２に入力される励磁電流７２ｂは、位相を９０度ずらすために、９０^ｏ移送器１０４で処理された後に、位相検波器１０２に入力される。位相検波器１００，１０２の出力１００ａ，１０２ａの処理については、図１４と同一であるため、図示及び説明を省略する。

次に、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システムを、図１７を参照して説明する。この異物検知システムは、図１及び図１０の金属検知用センサーの両方に類似した構成を有する金属検知用センサー３２０を有する。図１７は、本発明のさらに別の実施形態に係る異物検知システムの縦断面図である。本実施例は、図４（ａ）の構成において、磁石２６の代わりに励磁コイル３６０を用いるものである。金属検知用センサー３２０は、図１に示す通路１８を介して対向する検知コイル３０と励磁コイル３６０とを有するが、図１の実施例と異なり、磁石を有しない。金属検知用センサー３２０は、図１０と同様に励磁コイル３６０を有するが、励磁コイル３６０は、図１０の実施例と異なり、磁性体を有しない。

励磁コイル３６０は、交流電源７４から交流電流を印加されて、磁界３２２を生成する。磁界３２２中を金属１４が通過すると、反磁界を発生する金属の場合、反磁界３２８が生成される。検知コイル３０は、反磁界３２８を検知し、その出力は検知回路３４８に入力される。検知回路３４８は、金属１４を検知したことを示す信号を、エアガンを制御している制御機に送る。励磁コイル３６０は、交流で励磁されるが、直流では励磁されない。交流で励磁する理由は、交流の方が、信号処理が容易だからである。

次に、本発明の他の実施形態を図１８により説明する。図１８は、本発明の他の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。本実施例の金属検知用センサーは、通路１８を介して対面する磁石２４，２６を磁性材料７６で接続したものである。磁性材料７６は、強磁性体である。

金属検知用センサーは、静磁界２２を発生する磁石２４（第１の磁石）及び磁石２６（第２の磁石）と、金属１４が生成する磁界を検知するコイル３０（第１の磁気センサー）とを有する。磁石２４，２６は、通路１８を挟んで通路１８の両側に互いに対面して配置される。

磁石２４は、磁石２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２６の外部に位置し、磁石２６は、磁石２４のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２４の外部に位置する。コイル３０と磁石２６は、通路１８を挟んで通路１８の両側に互いに対面して配置される。コイル３０は、磁石２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２６の外部に位置し、磁石２６は、コイル３０の磁気検知面に垂直な軸方向におけるコイル３０の外部に位置する。金属検知用センサーは、磁石２４、２６の、通路１８と反対側に位置する極同士を接続する磁性材料７６を有する。

すなわち、図１８の場合、磁性材料７６は、磁石２４−１のＳ極と磁石２６−１のＮ極、磁石２４−２のＮ極と磁石２６−２のＳ極、・・・、磁石２４−ｉのＮ極と磁石２６−ｉのＳ極同士を接続する。

図１に示す実施例では、磁性材料７６は使用していない。すなわち、図１に示す実施例では、対を構成する互いに対面する磁石２４、２６の、通路１８と反対側に位置する極同士を接続していない。図１８のように、磁性材料７６を用いることにより、図１に示す実施例と比較して、磁界２２の大きさが著しく大きくなるという効果がある。

磁界２２の大きさが著しく大きくなる理由は、各々の対を構成する互いに対面する磁石２４、２６により生成される各々の磁気回路の磁気抵抗が、磁石２４、２６の、通路１８と反対側に位置する極同士を磁性材料７６によって接続することにより、顕著に下げられたからである。磁性材料７６は、磁石２４，２６を鉄板（珪素鋼鈑やアモルファス材を積層したもの）７６等でループ接続する。磁石２４，２６の後方を鉄板７６で接続することにより、鉄板７６が磁石となり、鉄板７６が無い場合に比べて、通路１８における磁力が強くなる。図１８に図示するように、磁性材料７６内の磁束７８，７８ａ、７８ｂは、磁束２２とともに、ループを構成している。

対面する磁石２４、２６、例えば、磁石２４−１と磁石２６−１、磁石２４−ｉと磁石２６−ｉは、磁性材料７６で接続される。その他の磁石２４−２，２６−２等も、間接的に磁性材料７６で接続される。すなわち、隣接する磁石２４の、通路１８と反対側に位置する極同士を磁性材料７６ａ（第１の磁性材料）は接続する。さらに、磁性材料７６ｂ（第２の磁性材料）は、隣接する磁石２６の、通路１８と反対側に位置する極同士を接続する。図１８の場合、磁性材料７６ａは、例えば、磁石２４−１のＳ極と磁石２４−２のＮ極同士を接続し、磁性材料７６ｂは、例えば、磁石２６−１のＮ極と磁石２６−２のＳ極同士を接続する。
磁性材料７６は、磁石２４、２６の外周を囲む形状である。

磁性材料７６，７６ａ，７６ｂは、一体成型された部品でも、別々の部品でもよい。別々の部品の場合は、別々の部品は、ボルト又は接着剤により、一体的に組み合わせる。磁性材料７６ａ，７６ｂと磁石２４、２６の接続は、ボルトによる固定、接着剤による固定等が可能である。

磁石２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２６の外部に位置する磁石２４と、磁石２４石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２４の外部に位置する磁石２６と、磁石２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２６の外部に位置するコイル３０は、対を構成し、前記対は複数存在し、複数の対は、通路１８の幅方向に、互いに並列に配置される。複数の対は、通路１８の幅方向に、図６のように千鳥状に配置してもよい。隣接する対の磁界の向きは、互いに逆平行である。すなわち、磁界２２−１と磁界２２−２、磁界２２−２と磁界２２−３は、互いに逆平行である。逆平行の配置により、隣接する磁石同士が最短距離で接続され、磁性材料７６ａ，７６ｂと磁石２４、２６の接続が容易になる。隣接する対の磁界の向きは、互いに平行でもよい。平行な場合、隣接する対は磁性材料７６で接続されない。

図１８に示す磁石の向き（S→N）は一例であり、磁石の向きは、図１８とは逆の（N→S)でもよい。この場合、磁力線の向きが逆になる。しかし、磁界の大きさには変化はなく、金属検知上の問題はない。

次に、本発明の他の実施形態を図１９により説明する。図１９は、本発明の他の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。本実施例の金属検知用センサーは、コイル３１（第２の磁気センサー）を有し、コイル３１と磁石２４は、通路１８を挟んで通路１８の両側に互いに対面して配置され、コイル３１は、磁石２４のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における磁石２４の外部に位置し、磁石２４は、コイル３１の磁気検知面に垂直な軸方向におけるコイル３１の外部に位置する。

次に、本発明の他の実施形態を図２０により説明する。図２０は、本発明の他の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。本実施例の金属検知用センサーでは、コイル３０は磁石２４に巻かれており、コイル３１は磁石２６に巻かれている。本実施例では、磁石２４と磁石２６との距離が、図１８，１９に示す実施例よりも小さいため、同一の磁石２４，２６を用いた場合、磁界２２の大きさが、図１８，１９に示す実施例よりも、大きくなる。図１８と図２０を比較した場合、図２０では、通路１８の両側にコイル３０，３１があるため、図２０の検知感度は図１８よりも高くなる。

次に、本発明の他の実施形態を図２１により説明する。図２１（ａ），図２１（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る異物検知システムの平面図である。本実施例の金属検知用センサーは、通路１８の一方の側に、通路１８の幅ＷＤ方向に配置された、静磁界を発生する複数の磁石２４（第１の磁石）と、金属１４が生成する磁界を検知するコイル３０（第１の磁気センサー）とを有する。複数の磁石２４は、各磁石２４のＮ極とＳ極を結ぶ軸が同一方向になるように、一列に配置される。隣接する２つの磁石、例えば、磁石２４−１，２４−２に関して、２つの磁石２４のうちの一方の磁石２４−１の、該２つの磁石２４のうちの他方の磁石２４−２側にある極の極性Ｓは、他方の磁石２４−２の、該一方の磁石２４−１側にある極の極性Ｓと同一である。コイル３０は、通路１８の一方の側に配置される。

金属検知用センサーは、通路１８の他方の側に配置された、静磁界を発生する複数の磁石２６（第２の磁石）と、金属１４が生成する磁界を検知する、通路１８の他方の側に配置されたコイル３１（第２の磁気センサ）とを有する。複数の磁石２６は、各磁石２６のＮ極とＳ極を結ぶ軸が同一方向になるように、一列に配置される。隣接する２つの磁石２６、例えば磁石２６−１，２６−２に関して、磁石２６のうちの一方の磁石２６−１の、他方の磁石２６−２側にある極の極性Ｓは、他方の磁石２６−２の、一方の磁石２６−１側にある極の極性Ｓと同一である。

磁石２４，２６を横に配置して、高い表面磁束密度を作れる。磁石２４，２６のＮ極とＳ極を結ぶ方向を、通路の幅ＷＤ方向８０に一致させる。Ｎ極とＳ極を結ぶ方向を、これまでの実施例に対して、90°変える。隣接する２つの磁石２４−１，２４−２間の隙間８２が小さいため、通路１８内における磁界８０が強くなる。

磁石２４を横に配置して、隣接する２つの磁石２４、例えば磁石２４−１，２４−２の対向するＳ極間の反発力により、強い磁界８０が得られる。磁石２４、２６の長さｔ１、ｔ２を変えることにより、磁力線の飛ぶ距離ｈ１、ｈ２（磁力の及ぶ範囲）を変えられる。図２３（ａ）と図２３（ｂ）を比較するとわかるように、長さｔ１、ｔ２が長くなると、距離ｈ１、ｈ２が長くなる。

従って、磁石２４，２６のＮ極とＳ極との間の長さｔ１、ｔ２により、磁石２４，２６により生成される磁界８０の強度が設定される。
以上の実施例では、金属の有無を検知していたが、本発明のセンサーは、金属の速度を検知することもできる。磁場の中を落下する金属１４により生じる誘導起電力は、落下速度と、金属１４の大きさと、磁石２４，２６により生成される磁界２２の大きさの積に比例する。従って、金属１４の大きさと磁界２２の大きさがあらかじめわかっている場合は、金属１４により生じる誘導起電力の大きさをコイル３０により測定することにより、落下速度が測定できる。

なお、ここでの金属１４の大きさは、金属１４の形状に依存する。金属が板状の場合、金属が磁界２２に対して、どちらの方向を向いて落下するかにより、誘導起電力は異なる。金属１４が球体である場合は、金属が磁界２２に対して、どちらの方向を向いて落下しても、誘導起電力は同じである。

速度を測定することは、金属の向きもしくは形状が事前にわかる場合に特に有効である。金属の形状や向きがわかっている場合は、形状や向きを考慮することにより、速度がわかる。異物判定においては、例えば、金属１４が、製品１２とは異なる速度を持つことがわかっている場合、測定された速度が所定値より大きい、または小さい、又は所定の範囲内にあることから、異物１４であることを判定することができる。

磁界を検出するコイル３０としては、空芯コイル、鉄心入りコイル、フェライト入りコイル、磁石入りコイルを用いることができる。
コイルの巻構造として、スパイラル巻き、ソレノイド巻き、先端が尖ったポットコア形状のコイルが可能である。図２２（ａ）は、ソレノイド巻きを示し、図２２（ｂ）、２２（ｃ）は、スパイラル巻きを示す。ソレノイド巻きでは、鉄心８４に線材８６が巻かれる。１層目の線材８６ａが、鉄心８４の周りに、鉄心８４の軸方向の全長にわたって巻かれた後に、２層目の線材８６ｂが、鉄心８４の周りに、鉄心８４の軸方向の全長にわたって巻かれる。これが、繰り返されて、所定の層数まで、巻かれる。図２２（ａ）では、２層目の途中まで巻かれた状態を示す。面８６ｃが、コイルの磁気検知面である。

一方、スパイラル巻きでは、コイル３０の３個のコイル８６ａ，８６ｂ，８６ｃは、列をコイル３０の軸方向、層をコイル３０の半径方向と定義したときに、線材ｌｎをそれぞれ１列Ｎ層巻きでスパイラル状に巻いたコイルである。コイル８８ａとコイル８８ｂとの間にはコイル８８ａとコイル８８ｂとの間隔を一定に保つためのスペーサＳ１が配置されており、コイル８８ｂとコイル８８ｃとの間にはコイル８８ｂとコイル８８ｃとの間隔を一定に保つためのスペーサＳ２が配置されている。図２２（ｂ）は、３個のコイル８６ａ，８６ｂ，８６ｃを示すが、３個に限られるものではなく、１個以上であればよい。

図２２（ｃ）に示すように、３個のコイル８６ａ，８６ｂ，８６ｃの各々は、線材ｌｎを１列Ｎ層巻きで半径方向にスパイラル状に巻いたコイルからなっている。図２２（ｃ）は、３個のコイル８６ａ，８６ｂ，８６ｃのうちの１つを示す。コイルは鉄心１１０に巻かれ、巻始め１１２ａは、鉄心１１０上にあり、その点から螺旋状に半径方向外方に向かって巻かれ、巻終わり１１２ｂが次のコイルの巻始め１１２に接続されている。

ソレノイド巻きは、巻き数が多くないと、インダクタンスが大きくならない。ソレノイド巻きは、容量が大きく、共振のピークの鋭さを表す値Ｑ値が低く、共振周波数が低いという問題がある。結果として、ソレノイド巻きは、スパイラル巻きに比較して、検知感度が低下する。ソレノイド巻きは、コイルの軸方向の長さが長くなるため、異物とコイルとの距離が遠くなるという問題がある。また、ソレノイド巻きは、鉄心の半径８６ｄが大きくないと、インダクタンスが大きくならないため、鉄心８６ｄが太くなり、コイルが大きくなるという問題がある。

一方、スパイラル巻きでは、コイル８６ａ，８６ｂ，８６ｃ間の相互インダクタンスの寄与により、インダクタンスが、コイルの大きさの割に、ソレノイド巻きに比較して大きくできる。そのため、スパイラル巻きは、鉄心の半径を、ソレノイド巻きに比較して小さくできる。従って、スパイラル巻きは、コイルの半径が、ソレノイド巻きに比較して全体として小さくなる。また、スパイラル巻きは、浮遊容量が小さいため、共振のピークの鋭さを表す値Ｑ値が高く、共振周波数が高いという利点がある。結果として、スパイラル巻きは、ソレノイド巻きに比較して検知感度が向上する。また、スパイラル巻きは、コイルの軸方向の長さ（すなわち列方向の長さ）を小さくできるので、異物とコイルとの距離が近くなるという利点がある。結果として、この点でも、スパイラル巻きは、ソレノイド巻きに比較して検知感度が向上する。

図２３に、つぼ型コイルを示す。これは、通常のつぼ型コイルとは異なり、先端が尖ったポットコア形状のコイルである。つぼ型の鉄心９０ａの中心部に磁石９０ｂを配置し、磁石９０ｂの周りに導線を巻いてコイル９０ｃを形成する。磁石９０ｂの先端は尖っており、鉄心９０ａやコイル９０ｃの先端も尖った形状である。この結果、磁石が生成する磁場が尖った形状となり、検知範囲を狭い範囲に集中させることができる。磁石９０ｂの代わりに、軟鉄、ケイ素鋼板、フェライト、パーマロイ、アモルファス等を用いることができる。磁石９０ｂを無くして、空心とすることも可能である。

なお、これまでの実施例では、磁気センサーとしてコイルを用いた例を示したが、コイルの代わりに、磁気抵抗効果素子、ホール素子、磁気インピーダンス素子（アモルファスワイヤ磁気センサ）などの磁気センサーを用いることもできる。

図２４に、ホール素子と磁気抵抗効果素子を示す。図２４（ａ）がホール素子であり、図２４（ｂ）が磁気抵抗効果素子である。各素子の磁気検知面３００に垂直な軸方向３０２に、検知すべき磁界３０４が存在する。

以上では、金属異物の検査について、本願発明を説明した。しかし、本願発明は、金属異物の検査に限られるものではなく、異物ではない金属の膜厚の変化や、異物ではない特定の金属が存在するかどうかの検査にも適用できる。例えば、本発明は、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）に適用できる。ＣＭＰ（化学的機械的研磨）とは、半導体ウェハなどの基板の表面を研磨する装置であり、半導体製造装置の分野で、広く使用されている装置である。本発明はＣＭＰにおいて、ウェハに形成された回路内の金属の膜厚の変化や、回路内に所定の金属が存在するかどうかの検査に適用できる。金属検知用センサーを構成する磁石や磁気センサーが、ＣＭＰの研磨テーブルを介して対向していない配置（通路１８を研磨テーブルとみなした時、図４（ｂ），(ｃ)，（ｅ）に示される配置）を取る場合、すなわち研磨テーブルの一方の側にのみ複数の磁石やコイルが配置される場合は、ＣＭＰにも本発明を適用できる。

１０ 異物検知システム
１２ 製品
１４ 金属
２０ 金属検知用センサー
２４，２６ 磁石
３０ コイル

Claims (28)

1. 通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、
   前記センサーは、
   静磁界を発生する少なくとも１つの磁石と、
   前記金属が生成する磁界を検知する少なくとも１つの磁気センサーとを有し、
   前記磁石は、前記磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向における前記磁気センサーの外部に位置し、前記磁気センサーは、前記磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記磁石の外部に位置し、前記磁石と前記磁気センサーは対面することを特徴とする金属検知用センサー。
2. 請求項１に記載の金属検知用センサーにおいて、前記磁気センサーはソレノイドコイルであり、前記磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向は、前記コイルの軸方向であることを特徴とする金属検知用センサー。
3. 請求項１に記載の金属検知用センサーにおいて、前記磁気センサーはスパイラルコイルであり、前記磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向は、前記コイルの軸方向であり、前記スパイラルコイルにおいては、該コイルの軸方向に垂直な平面内に、らせん状に導線が巻かれていることを特徴とする金属検知用センサー。
4. 請求項１に記載の金属検知用センサーにおいて、前記磁気センサーは、つぼ型コイルであり、前記磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向は、前記コイルの軸方向であることを特徴とする金属検知用センサー。
5. 請求項２又は３に記載の金属検知用センサーにおいて、前記コイルは鉄心を有することを特徴とする金属検知用センサー。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記磁石は複数個あり、前記複数個の磁石は、前記通路を挟んで対向して配置され、前記複数個の磁石の各々のＮ極からＳ極への向きは一致することを特徴とする金属検知用センサー。
7. 請求項６に記載の金属検知用センサーにおいて、前記複数個の磁石は、前記磁気センサーの前記軸方向において前記磁気センサーの両側に配置されることを特徴とする金属検知用センサー。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記磁気センサーは複数個あり、前記複数個の磁気センサーは、前記通路を挟んで対向して配置されることを特徴とする金属検知用センサー。
9. 請求項８に記載の金属検知用センサーにおいて、前記複数個の磁気センサーは、前記磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記磁石の両側に配置されることを特徴とする金属検知用センサー。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記磁石の外部に位置して前記磁石に対面する前記磁気センサー、及び前記磁気センサーの前記軸方向における前記磁気センサーの外部に位置して前記磁気センサーに対面する前記磁石は、対を構成し、前記対は複数存在し、前記複数の対は、前記通路の幅方向に、互いに並列に又は千鳥状に配置されることを特徴とする金属検知用センサー。
11. 請求項１０に記載の金属検知用センサーにおいて、複数の前記磁気センサーの出力は、個々に処理される、又は、複数の前記磁気センサーの出力は直列に接続されることを特徴とする金属検知用センサー。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、検査対象物に含まれる金属は、順磁界を発生する金属または反磁界を発生する金属であり、前記磁気センサーは、前記磁気センサーが検知した金属が順磁界を発生する金属であるか、または反磁界を発生する金属であるかに応じて、極性の異なる信号、又は信号の大きさが異なる信号を出力することを特徴とする金属検知用センサー。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記磁石の形状は、中実円柱、中空円筒、角柱、角錐台、放物柱、または円錐台であることを特徴とする金属検知用センサー。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記検査対象物が存在しない通路に対して配置された少なくとも１つの磁気センサー及び少なくとも１つの磁石をさらに有し、前記検査対象物が存在しない通路に対して配置された前記磁気センサーは、前記検査対象物が存在しない状態の基準出力を出力することを特徴とする金属検知用センサー。
15. 請求項１から１３のいずれかに記載の金属検知用センサーを用いた、通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知方法において、
    前記検査対象物に金属が含まれないときの前記磁気センサーの基準出力を測定するステップと、
    前記検査対象物に金属が含まれる可能性があるときの前記磁気センサーの検知出力を測定するステップと、
    前記基準出力と前記検知出力との出力差を求め、前記出力差が、予め決められた所定値以上のときに、前記検査対象物に金属が含まれると判定するステップとを含むことを特徴とする金属検知方法。
16. 請求項１４に記載の金属検知用センサーを用いた、通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知方法において、
    前記基準出力を測定するステップと、
    前記検査対象物が存在する位置に配置された前記磁気センサーの検知出力を測定するステップと、
    前記基準出力と前記検知出力との出力差を求め、前記出力差が、予め決められた所定値以上のときに、前記検査対象物に金属が含まれると判定するステップとを含むことを特徴とする金属検知方法。
17. 通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、
    前記センサーは、磁石と検知コイルとを有し、前記磁石と前記検知コイルは、前記通路の外周に配置されて前記通路を囲み、
    前記磁石は、磁界を発生させ、前記検知コイルは、前記磁石が発生する磁界中を前記金属が通過するときの磁界を検知することを特徴とする金属検知用センサー。
18. 請求項１７に記載の金属検知用センサーにおいて、
    前記磁石は、励磁コイルと磁性体を有することを特徴とする金属検知用センサー。
19. 請求項１から１４、及び１７，１８のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記センサーは、前記金属の速度を検知することを特徴とする金属検知用センサー。
20. 通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、
    前記センサーは、
    静磁界を発生する第１及び第２の磁石と、
    前記金属が生成する磁界を検知する第１の磁気センサーとを有し、
    前記第１及び第２の磁石は、前記通路を挟んで前記通路の両側に互いに対面して配置され、前記第１の磁石は、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置し、前記第２の磁石は、前記第１の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第１の磁石の外部に位置し、
    前記第１の磁気センサーと前記第２の磁石は、前記通路を挟んで前記通路の両側に互いに対面して配置され、前記第１の磁気センサーは、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置し、前記第２の磁石は、前記第１の磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向における前記第１の磁気センサーの外部に位置し、
    前記金属検知用センサーは、前記第１及び第２の磁石の、前記通路と反対側に位置する極同士を接続する磁性材料を有することを特徴とする金属検知用センサー。
21. 請求項２０に記載の金属検知用センサーにおいて、前記第１の磁気センサーは、鉄心又は磁石に巻かれているコイルであることを特徴とする金属検知用センサー。
22. 請求項２０又は２１に記載の金属検知用センサーにおいて、第２の磁気センサーを有し、
    前記第２の磁気センサーと前記第１の磁石は、前記通路を挟んで前記通路の両側に互いに対面して配置され、前記第２の磁気センサーは、前記第１の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第１の磁石の外部に位置し、前記第１の磁石は、前記第２の磁気センサーの磁気検知面に垂直な軸方向における前記第２の磁気センサーの外部に位置することを特徴とする金属検知用センサー。
23. 請求項２０から２２のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記第１の磁気センサーはコイルであり、該コイルは前記第１の磁石の外周に配置され、前記第２の磁気センサーはコイルであり、該コイルは前記第２の磁石の外周に配置されていることを特徴とする金属検知用センサー。
24. 請求項２０から２３のいずれかに記載の金属検知用センサーにおいて、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置する前記第１の磁石と、前記第１の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第１の磁石の外部に位置する前記第２の磁石と、前記第２の磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸方向における前記第２の磁石の外部に位置する前記磁気センサーは、対を構成し、前記対は複数存在し、前記複数の対は、前記通路の幅方向に、互いに並列に又は千鳥状に配置され、
    隣接する対の磁界の向きは、互いに逆平行であることを特徴とする金属検知用センサー。
25. 請求項２４に記載の金属検知用センサーにおいて、隣接する前記第１の磁石の、前記通路と反対側に位置する極同士を接続する第１の磁性材料又は、隣接する前記第２の磁石の、前記通路と反対側に位置する極同士を接続する第２の磁性材料のうち、少なくとも１つを有することを特徴とする金属検知用センサー。
26. 通路を移動している検査対象物に含まれる金属を検知するための金属検知用センサーにおいて、
    前記金属検知用センサーは、
    前記通路の一方の側に配置された、静磁界を発生する複数の第１の磁石と、
    前記金属が生成する磁界を検知する第１の磁気センサーとを有し、
    前記複数の第１の磁石は、各磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸が同一方向になるように、一列に配置され、
    隣接する２つの前記第１の磁石に関して、該２つの磁石のうちの一方の磁石の、該２つの磁石のうちの他方の磁石側にある極の極性は、該他方の磁石の、該一方の磁石側にある極の極性と同一であることを特徴とする金属検知用センサー。
27. 請求項２６に記載の金属検知用センサーにおいて、
    前記第１の磁気センサーは、前記通路の前記一方の側に配置され、
    前記金属検知用センサーは、
    前記通路の他方の側に配置された、静磁界を発生する複数の第２の磁石と、
    前記金属が生成する磁界を検知する、前記通路の前記他方の側に配置された第２の磁気センサとを有し、
    前記複数の第２の磁石は、各磁石のＮ極とＳ極を結ぶ軸が同一方向になるように、一列に配置され、
    隣接する２つの前記第２の磁石に関して、該磁石のうちの一方の磁石の、他方の磁石側にある極の極性は、該他方の磁石の、該一方の磁石側にある極の極性と同一であることを特徴とする金属検知用センサー。
28. 請求項２６又は２７に記載の金属検知用センサーにおいて、前記第１の磁石のＮ極とＳ極との間の長さにより、該磁石により生成される磁界の強度が設定されることを特徴とする金属検知用センサー。

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