JP4336724B2 - 金属検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検出対象物に含まれる金属片等の被検査物を検出する金属検出装置に関するものである。

食品や電子部品等の対象物に混入された製造装置等から生じるステンレス屑等の金属片を検出する技術は、食品の安全性や電子部品の信頼性確保のために必要不可欠となっている。従来のこの種の技術としては、コイルから高周波の電磁場を発生させて、その結果生じる金属片の渦電流によるコイルのインピーダンスの変化を検出する装置や、磁性体金属を電磁誘導を利用して検出する装置等が知られている。後者のような装置として、下記特許文献１には、対象物の移動方向と平行に配置されたコイルと、そのコイルと垂直に対象物の移動経路を囲むように配置されたコイルと、これらのコイルを貫く磁束を発生するマグネットとを備える金属検出機が開示されている。
特開平９−８０１６２号公報

しかしながら、上述のようにコイルのインピーダンスの変化を検出する場合には、アルミ包装等の金属部や塩分等を多く含む対象物に混入された金属片を感度良く検出することは困難であった。一方、特許文献１に記載の金属検出機のように電磁誘導による誘導起電力を検出する場合には、金属片の向きや移動方向に応じて検出感度を保つためには、金属片の形状に応じてコイルの配置を再設計する必要がある。また、コイルの内部に対象物を通過させる必要があるため装置構成が複雑になる。

そこで、本発明はかかる課題に鑑みて為されたものであり、検出対象金属の形状に関わらずに検出感度を向上させることができ、且つ部品点数を削減することができる金属検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の金属検出装置は、所定の方向に沿って磁極が位置するように配置された永久磁石と、所定の方向に沿って略板状を成し、所定の方向に対して略垂直な第１の端面が形成された第１の磁心、及び、所定の方向に沿って略板状を成し、第１の端面を含む同一平面上に第２の端面が形成された第２の磁心を有し、第１及び第２の磁心が、第１及び第２の端面とは反対側の端部において一体化されたコア部と、第２の磁心に巻き付けられたコイルとを備え、永久磁石は、第１の磁心の第２の磁心に対して反対側の所定の方向に沿った側面に近接して配置されている。

このような金属検出装置によれば、永久磁石の磁極と、第１の磁心の第１の端面及び第１の磁心と一体化された第２の磁心の第２の端面との間に磁束が生じ、永久磁石が上記第１の磁心の側面に近接配置されることにより、第１及び第２の端面の前面の磁束密度の上記所定の方向に対して垂直な方向に沿った磁場勾配が大きく設定される。この第１の端面の前方と第２の端面の前方とを跨って金属片等の被検査物が移動すると、永久磁石と第１及び第２の磁心との間の磁束分布に大きな空間的な乱れが生じ、永久磁石から第２の磁心を通る磁束の密度において時間的変動が生じ、第２の磁心に巻き付けられたコイルにより磁束密度の変動が検出されることにより被検査物が検知される。その際、上記構成の永久磁石と第１及び第２の磁心からなるコア部とを設けることで磁束密度の変動値が大きくなり検出感度を効果的に向上させることができる。

コア部は、所定の方向に沿って略板状を成し、第１及び第２の端面を含む同一平面上に第３の端面が形成され、第１の磁心と対称になるように第３の端面とは反対側の端部において第２の磁心と一体化された第３の磁心をさらに有することが好ましい。この場合、第１〜第３の磁心と永久磁石の磁極との間において広範囲にわたって磁場勾配を設定することができるので、被検出物の検出感度をさらに向上させることができる。

また、コア部は、高透磁率材料によって形成されていることも好ましい。かかるコア部を備えれば、永久磁石からコア部を通る領域の磁束密度が大きくなり、第１の端面の前面から第２の端面の前面にわたる磁束密度の空間的な変化もさらに大きくなるので、検出感度を一層向上させることができる。

さらに、第１の磁心及び第２の磁心は、所定の方向に対して垂直な方向に伸びるように長尺状を成していることも好ましい。かかる構成を採れば、上記所定の方向に対して垂直な方向の磁束の分散を抑制でき、第１の端面の前面から第２の端面の前面に亘る磁束密度の空間的な変化を大きくすることができるので、検出感度を一層向上させることができる。

またさらに、永久磁石の磁極の端部は、第１及び第２の端面と略同一平面上に位置していることも好ましい。こうすれば、永久磁石及びコア部の近傍空間の磁束密度を最大化することができ、検出感度を一層向上させることができる。

本発明によれば、検出対象金属の形状に関わらずに検出感度を向上させることができ、且つ部品点数を削減することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る金属検出装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる金属検出装置１の内部構成を示す斜視図、図２は、図１の金属検出装置１の平面図、図３は、図１の金属検出装置１の正面図である。金属検出装置１は、食品や電子部品等の被検出対象物に含まれる金属片等の磁性体片（被検査物）を検出する装置であり、コア部２とコア部２に巻き付けられたコイル３とコア部２に近接して設けられた永久磁石４とコイル３の両端に接続された検出用回路部５とを備える。ここで、各図において、コア部２の延在方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸及びコア部２の側面に垂直な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向をＺ軸方向（所定の方向）とするものとする。

コア部２は、ＹＺ平面に平行な面を有するように略矩形平板状をなす３つの磁心２ａ，２ｂ，２ｃによって構成され、これらの磁心２ａ，２ｂ，２ｃは、コア部２の底面６側において一体化されることにより、ＺＸ平面に沿った断面が略Ｅ字状とされている。この磁心２ａ，２ｂ，２ｃは、Ｙ軸及びＺ軸方向においてほぼ同一の幅を有している。また、コア部２は、Ｙ軸方向に沿って長尺状をなし、磁心２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれの＋Ｚ軸方向における端部には、ＸＹ平面に平行な同一平面上に沿って端面７ａ，７ｂ，７ｃが形成されている。すなわち、コア部２は、Ｚ軸方向における一方の端部において、ＸＹ平面に平行な平面上において互いに不連続となるような端面７ａ，７ｂ，７ｃが形成され、端面７ａ，７ｂ，７ｃと反対側の他方の端部において、磁心２ａ，２ｂ，２ｃがＸＹ平面に平行な平面に沿って一体化された構造を有する。

このようなコア部２の材料としては、透磁率が比較的高く、飽和磁束密度も比較的大きい磁性材料であるケイ素鋼がより好適に用いられるが、その他の材料としては、鉄アルミ合金、センダスト（鉄アルミケイ素合金）や、ニッケル含有量が５０％以下の鉄ニッケル合金である低ニッケルパーマロイ等も用いられる。

コア部２の３つの磁心２ａ，２ｂ，２ｃのうちの中央の磁心２ｂの周囲には、ＸＹ平面に沿ってコイル３が巻き付けられている。そして、コイル３の両端には、コイル３の両端電圧の変化を検出する検出用回路部５が接続され、この検出用回路部５によりコイル３に発生した誘導起電力に基づく両端電圧の時間変化が検出されて、検出用回路部５に接続された外部装置に検出結果が出力される。このような検出用回路部５としては、帰還増幅器等を含む電圧増幅回路が用いられる。

永久磁石４は、直方体形状のネオジム磁石等の焼結磁石であり、磁心２ａの磁心２ｃに対して反対側の外側側面８におけるＹ軸方向の中央部に近接し、かつその上面９が磁心２ａ，２ｂ，２ｃの端面７ａ，７ｂ，７ｃと同一平面上に位置するように配置されている。この永久磁石４は両磁極を上面９及び底面１０上に有し、上面９及び底面１０に位置する両磁極が、Ｚ軸方向に沿って位置するように配置されている。

このような構成を有する金属検出装置１においては、コア部２の長手方向の中央部の＋Ｚ軸方向の前方において、被検出対象物を搬送する搬送路ＡがＸ軸方向に沿って設けられている。このような搬送路Ａに被検出対象物が搬送されると、被検出対象物に含まれる磁性体片によってコイル３の両端電圧に時間変化が生じ、その時間変化が検出用回路部５によって検出される。

次に、金属検出装置１による被検査物の検出の原理について説明する。

図４には、被検出対象物に含まれる磁性体片Ｂが搬送路Ａに沿って移動する際におけるコア部２と永久磁石４との間に発生する磁束の分布を示す。図４（ａ）に示すように、永久磁石４の上面９からＺ軸に沿って伸びる磁力線の一部は、上面９の前方においてコア部２の端面７ａ，７ｂ，７ｃに向けて曲げられて、大部分は高透磁率の磁心２ａ，２ｂ，２ｃのいずれかの端面７ａ，７ｂ，７ｃを通ってＺ軸に沿って磁心２ａ，２ｂ，２ｃを貫く。

ここで、磁性体片Ｂが搬送路Ａに沿って永久磁石４の上面９の前方から磁心２ａの端面７ａの前方に向けて移動すると、上面９の前方の磁束分布に乱れが生じ、磁心２ｃを貫く磁束の一部が磁心２ｂの端面７ｂを貫くように磁束分布が変化する（図４（ａ））。これにより、コイル３の内側を貫く磁束が増加し、コイル３の両端電圧に時間変化が生じる結果となる。

一方、磁性体片Ｂが搬送路Ａに沿って磁心２ｂの端面７ｂの前方から磁心２ｃの端面７ｃの前方に向けて移動すると、端面７ｂの前方の磁束分布に乱れが生じ、磁心２ｂを貫く磁束の一部が磁心２ｃの端面７ｃを貫くように変化する（図４（ｂ））。これにより、コイル３の内側を貫く磁束が減少し、コイル３の両端電圧に時間変化が生じる。

以上説明した金属検出装置１によれば、永久磁石４の磁極と磁心２ａ，２ｂ，２ｃの端面７ａ，７ｂ，７ｃとの間に磁束が生じ、永久磁石４が磁心２ａの側面に近接配置されることにより、端面７ａ，７ｂ，７ｃの前面の磁束密度のＸ軸方向に沿った磁束の分布が非対称になる結果、Ｘ軸方向の磁場勾配が大きく設定される。これは、高透磁率材料からなる磁心２ａ，２ｂ，２ｃを用いることで、永久磁石４から出た磁束の大部分が、それぞれの磁心２ａ，２ｂ，２ｃの端面７ａ，７ｂ，７ｃに集束することに起因する。この端面７ａ，７ｂの前方を跨って磁性体片Ｂが移動すると、永久磁石４と磁心２ａ，２ｂ，２ｃとの間の磁束分布に大きな空間的な乱れが生じ、永久磁石４から磁心２ｂを通る磁束の密度において時間的変動が生じ、磁心２ｂに巻き付けられたコイル３により磁束密度の変動が検出されることにより磁性体片Ｂが検知される。一般的には、金属片等の磁性体片のようにごく弱い磁気しか発生しないものを検出する場合においては、高透磁率材料のコアを検出用コイル内に挿入することは、地磁気等の外部磁場の影響により感度を落とす結果に繋がっていた。本実施形態では、永久磁石４と所定形状のコア部２とを近接配置することで、磁束密度の変動値が大きくなり磁性体片の検出感度を効果的に向上させることができる。

また、永久磁石４に対してコア部２の磁心２ａを挟んでコイル３が巻き付けられた磁心２ｂを設けることでコイル３の磁気飽和を防止することができ、その結果、磁性体片の検出感度を確実に向上させることができる。

さらに、コア部２が長尺状を成しているので、Ｙ軸方向の磁束の分散を抑制でき、端面７ａ，７ｂ，７ｃの前面に亘る磁束密度の空間的な変化を大きくすることができるので、検出感度を一層向上させることができる。

また、永久磁石４の上面９（磁極の端部）は、端面７ａ，７ｂ，７ｃと略同一平面上に位置しているので、永久磁石４及びコア部２の近傍空間の磁束密度を最大化することができ、検出感度を一層向上させることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、コア部２の形状としては様々な変形態様を採ることができ、磁心２ａ，２ｂのみによって構成されていてもよい（図５）。また、コア部２の端面７ａ，７ｂ，７ｃ、側面８、底面６等の各面の形状は、平面には限定されず曲面であってもよい。また、永久磁石は磁心２ｃの側面側にも配置されてもよい。

本発明の好適な一実施形態にかかる金属検出装置１の内部構成を示す斜視図である。 図１の金属検出装置の平面図である。 図１の金属検出装置の正面図である。 被検出対象物が搬送路に沿って移動する際における図１のコア部及び永久磁石の間に発生する磁束の分布を示す正面図である。 本発明の変形例を示す金属検出装置の正面図である。

符号の説明

１…金属検出装置、２…コア部、３…コイル、２ａ，２ｂ，２ｃ…磁心、７ａ，７ｂ，７ｃ…端面、４…永久磁石、５…検出用回路部、８…側面。

Claims (5)

1. 所定の方向に沿って磁極が位置するように配置された永久磁石と、
   前記所定の方向に沿って略板状を成し、前記所定の方向に対して略垂直な第１の端面が形成された第１の磁心、及び、前記所定の方向に沿って略板状を成し、前記第１の端面を含む同一平面上に第２の端面が形成された第２の磁心を有し、前記第１及び第２の磁心が、前記第１及び第２の端面とは反対側の端部において一体化されたコア部と、
   前記第２の磁心に巻き付けられたコイルとを備え、
   前記永久磁石は、前記第１の磁心の前記第２の磁心に対して反対側の前記所定の方向に沿った側面に近接して配置されている、
   ことを特徴とする金属検出装置。
   
2. 前記コア部は、前記所定の方向に沿って略板状を成し、前記第１及び第２の端面を含む同一平面上に第３の端面が形成され、前記第１の磁心と対称になるように前記第３の端面とは反対側の端部において前記第２の磁心と一体化された第３の磁心をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の金属検出装置。
3. 前記コア部は、高透磁率材料によって形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の金属検出装置。
4. 前記第１の磁心及び第２の磁心は、前記所定の方向に対して垂直な方向に伸びるように長尺状を成している、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属検出装置。
5. 前記永久磁石の磁極の端部は、前記第１及び第２の端面と略同一平面上に位置している、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属検出装置。

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