JP6462913B1 - 金属検出機におけるセンサヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】対向型の金属検出機におけるセンサヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】対向型金属検出機におけるセンサヘッドであって，センサヘッドは，筐体と，コイルパターンを描いたコイルパターン基板と，保護部材と，固定部材と，を備えており，コイルパターン基板の両面を保護部材で挟み込み，コイルパターン基板および保護部材を固定部材に固定し，筐体に設けた開口部側にコイルパターン基板が位置するように，固定部材を筐体に取り付ける，対向型金属検出機におけるセンサヘッドである。【選択図】 図１

Description

本発明は対向型の金属検出機におけるセンサヘッドに関する。

食品，医薬品，医療品，化学原材料などの製造，加工工程において金属異物が混入することは安全性への観点から避けなければならない。そこで，食品，医薬品，医療品，化学原材料などの被検査物の製造，加工工程において，金属検出機を用いることで，金属異物の検出を行っている。

金属検出機には，大別して同軸型と対向型がある。同軸型の金属検出機は感度が高いものの，大型化が容易ではない問題がある。一方，対向型の金属検出機は，金属異物の検出感度は同軸型と比較すると劣るものの，安価であり，大型化も容易であることから，対向型の金属検出機もいまだに利用されている。

対向型の金属検出機は，たとえば特許文献１に示すように，コイルを備えたセンサヘッドを対向した位置にそれぞれ配置し，その間を被検査物が通過することで，金属異物の検出を行う。

実公平８−２６３４号公報

対向型の金属検出機に使われるセンサヘッドは，従来，ベークライト製の基板にネジを配置し，そのネジに対して巻いた線材のコイルを取り付ける。そしてコイルが動かないように，コイルの周囲をエポキシ樹脂で固めている。

このような製造方法をとっていたため，センサヘッドの製造に時間を要していた。またセンサヘッドの筐体の多くはアルミ製であり，アルミ製の筐体とベークライト製の基板との熱膨張率の差が大きかった。この熱膨張率の差によりエポキシ樹脂にクラックが入ることがあり，金属検出の際のノイズになってしまう問題があった。

本発明者は上記課題に鑑み，対向型の金属検出機におけるセンサヘッドを発明した。

第１の発明は，対向型金属検出機におけるセンサヘッドであって，前記センサヘッドは，筐体と，コイルパターンを描いたコイルパターン基板と，前記コイルパターン基板を保護する保護部材と，前記コイルパターン基板を取り付ける固定部材と，を備えており，前記コイルパターン基板および前記保護部材が前記固定部材に固定され，前記筐体に設けた開口部側に前記コイルパターン基板が位置するように，前記固定部材が前記筐体に取り付けられている，対向型金属検出機におけるセンサヘッドである。
また第２の発明は，対向型金属検出機におけるセンサヘッドであって，前記センサヘッドは，筐体と，コイルパターンを描いたコイルパターン基板と，保護部材と，固定部材と，を備えており，前記コイルパターン基板の両面は前記保護部材で挟み込まれ，前記コイルパターン基板および前記保護部材が前記固定部材に固定され，前記筐体に設けた開口部側に前記コイルパターン基板が位置するように，前記固定部材が前記筐体に取り付けられている，対向型金属検出機におけるセンサヘッドである。

従来の対向型金属検出機におけるセンサヘッドでは，ベークライト製の基板にネジを配置し，そのネジに対して巻いた線材のコイルを取り付け，コイルの周囲をエポキシ樹脂で固めている。そのため，センサヘッドの製造に時間を要してしまう。また，エポキシ樹脂にクラックが入ることによるノイズの発生が問題となっていた。

そこで，本発明のようにコイルパターン基板をセンサヘッドに用いることで，センサヘッドの製造に要する時間を大幅に短縮するとともに，エポキシ樹脂を用いないので，エポキシ樹脂のクラックに起因するノイズの発生も防止できる。
コイルパターン基板は薄いので，撓みやすく，振動に対して弱い。そのため振動に起因するノイズが発生する可能性がある。そこで，コイルパターン基板を保護するための保護部材をさらに備えることで，振動に起因するノイズを防止することができる。

上述の発明において，前記コイルパターン基板は，多層板である，対向型金属検出機におけるセンサヘッドのように構成することができる。

コイルパターン基板を用いる場合，単層板だとサイズが大きくならざるを得ない。そこで，多層板とすることで，そのサイズを小さくすることができる。

上述の発明において，前記固定部材は，前記固定部材の熱膨張率が前記筐体の熱膨張率に近似する，対向型金属検出機におけるセンサヘッドのように構成することができる。

従来，筐体にアルミ材が用いられることが多かった。そのため，アルミとベークライトとの熱膨張率の差からエポキシ樹脂にクラックが入る要因となっていた。そこで，固定部材に用いる材質は，筐体の熱膨張率と近似する熱膨張率を有する固定部材（すなわち，固定部材の熱膨張率と筐体の熱膨張率との差が所定範囲内である）を用いることが好ましい。

上述の発明において，前記コイルパターン基板の周縁部には孔部が穿設され，前記コイルパターン基板の前記孔部に対応する位置に，前記固定部材の孔部が穿設され，前記コイルパターンの孔部と，前記固定部材の孔部とが，樹脂ネジによって螺合されることで，前記コイルパターン基板が前記固定部材に取り付けられる，対向型金属検出機におけるセンサヘッドのように構成することができる。

コイルパターン基板を固定部材に固定するにはさまざまな方法があるが，樹脂ネジを用いるとよい。樹脂ネジは磁界に影響を与えないためである。

上述の発明において，前記コイルパターン基板に描かれた前記コイルパターンの環状の内側には孔部が穿設され，前記コイルパターン基板の前記孔部に対応する位置に，前記固定部材の孔部が穿設され，前記コイルパターンの孔部と，前記固定部材の孔部とが，樹脂ネジによって螺合されることで，前記コイルパターン基板が前記固定部材に取り付けられる，対向型金属検出機におけるセンサヘッドのように構成することができる。

コイルパターン基板を固定部材に固定する場合，周縁部のみで固定すると，中心付近が浮きやすくなってしまう。そこで，コイルパターンの内側でも固定することで，中心付近の浮きを防止し，コイルパターン基板を固定部材にしっかりと固定できる。またコイルパターンの内側は磁界に影響を与えやすいが，樹脂ネジを用いることで，磁界に影響も与えない。

上述の発明において，前記固定部材にさらにシールド部材を固定する，対向型金属検出機におけるセンサヘッドのように構成することができる。

本発明のように，シールド部材で固定することで電界を遮蔽することができる。

上述の各発明のいずれかに記載のセンサヘッドを備えた対向型金属検出機を構成してもよい。

本発明によって，対向型の金属検出機におけるセンサヘッドの製造に要する時間を大幅に短縮することができる。また，従来のセンサヘッドで用いていたベークライト板を用いないので，ベークライト板に巻いたコイルを固めるためのエポキシ樹脂が不要となる。そのため，筐体とベークライト板との熱膨張率の差によるエポキシ樹脂にクラックが入ることを防止できる。その結果，クラックによるノイズを大きく軽減することができる。

対向型の金属検出機の外観の一例を示す図である。 対向型の金属検出機における検出部の外観の一例を示す図である。 対向型の金属検出機におけるセンサヘッドの分解斜視図である。 筐体の一例の斜視図である。 コイルパターン基板の斜視図である。 コイルパターンを印刷したコイルパターン基板の正面図である。 アクリル板の斜視図である。 塩ビ板の斜視図である。 コイルユニットの斜視図である。 電界シールド板の斜視図である。 コイルユニットを筐体に配置した状態の斜視図である。 電界シールド板を筐体に固定した状態の斜視図である。 化粧板の斜視図である。 化粧板を取り付けた状態の斜視図である。

本発明の対向型の金属検出機（以下，「金属検出機１」という）の外観の一例を図１に示す。金属検出機１は，検出部２と搬送部３と表示部４とを有する。検出部２は，金属異物の有無を検出する。搬送部３は，被検査物をベルトコンベアなどにより搬送する。搬送部３に載置された被検査物は，検出部２を通過することで，被検査物の有無が検出される。表示部４は，検出部２における検査状態を表示しており，たとえば金属異物が存在することを検出した場合には，所定の警告表示や警告音の出力を行うなど，所定の制御処理を実行する。

金属検出機１の検出部２においては，後述するように，送信コイルのコイルパターン２１３ａが印刷されたコイルパターン基板２１ａを備えたセンサヘッド２ａと，受信コイルのコイルパターン２１３ｂが印刷されたコイルパターン基板２１ｂを備えたセンサヘッド２ｂとが対向して配置されている。通常は，上方のセンサヘッド２ａに送信コイルを，下方のセンサヘッド２ｂに２つの受信コイルを備えているが，それに限定するものではない。コイルの中には磁界が発生する。受信コイルは，通常，送信コイルから同じ量だけの磁界（磁束）を受けるようになっているが，被検査物が検出部２を通過する際に，金属異物が含まれている場合には磁界が乱れるので，２つの受信コイルに磁界の差が生じる。その差を検出することで，金属異物を検出する。検出部２の斜視図を図２に示す。また，図３にセンサヘッドの分解斜視図を示す。

本発明のセンサヘッド２ａ，２ｂには，筐体２０と，コイルパターン２１３を印刷したコイルパターン基板（プリント基板）２１と，１枚または２枚のアクリル板２２と，塩ビ板２３と，複数の樹脂ネジ２４と，電界シールド板２５と，複数の金属ネジ２６と，化粧板２７とを用いる。

図４に筐体２０の一例の斜視図を示す。筐体２０は，たとえばアルミ製であり，金属検出機１の検出部２に取り付けられる。筐体２０には凹部２０１を設けており，凹部２０１の開口部２０２に，後述するコイルパターン基板２１とアクリル板２２と塩ビ板２３とを備えるコイルユニットＡを取り付ける。筐体２０の開口部２０２の長手方向の縁部には複数の孔部２０３を設ける。

図５にコイルパターン基板２１の一例の斜視図を示す。図５では，コイルパターン２１３ａ，２１３ｂを印刷していない状態のコイルパターン基板２１（２１ａ，２１ｂ）を示している。コイルパターン基板２１の大きさは，筐体２０の開口部２０２とほぼ同一または開口部２０２よりは小さい大きさで形成する。コイルパターン基板２１には，その周縁部に複数の孔部２１１と，コイルパターン基板２１に印刷するコイルパターン２１３とは重複しない位置であって，コイルパターン２１３の環状の内側に複数の孔部２１２とを穿設する。

さらに，送信側とするコイルパターン基板２１ａには，一つの受信コイルパターン２１３ａを，受信側とするコイルパターン基板２１ｂには，二つの受信コイルパターン２１３ｂを，それぞれ印刷し，それが端子部２１４と接続している。図６（ａ）に送信コイルのコイルパターン２１３ａを印刷したコイルパターン基板２１ａの正面図の一例を，図６（ｂ）に受信コイルのコイルパターン２１３ｂを印刷したコイルパターン基板２１ｂの正面図の一例をそれぞれ示す。コイルパターン基板２１ａ，２１ｂをそれぞれ多層板とし，各層に送信コイルのコイルパターン２１３ａ，受信コイルのコイルパターン２１３ｂを印刷することが好ましい。各層のコイルパターン２１３ａ，２１３ｂは，それぞれの層の端子部２１４を介して接続している。コイルパターン基板２１としては多層，たとえば２〜１０層からなる多層板を用いることができるが，それに限定するものではない。なおコイルパターン２１３はコイルパターン基板２１に描かれていればよく，印刷以外の方法であってもよい。

コイルパターン基板２１ａとコイルパターン基板２１ｂとでは，コイルパターン２１３ａ，２１３ｂ以外の構成，特に孔部２１１，２１２の位置を同じとしてもよいし，異なる構成としてもよい。特にコイルパターン２１３の環状の内側に穿設する複数の孔部２１２の位置を変更してもよい。

図７に，保護部材の一例であるアクリル板２２の斜視図を示す。アクリル板２２は，コイルパターン基板２１と同一またはほぼ同一の大きさである。アクリル板２２には，コイルパターン基板２１の孔部２１１に対応する位置に，複数の孔部２２１を穿設する。また，アクリル板２２には，コイルパターン基板２１の孔部２１２に対応する位置に，複数の孔部２２２を穿設する。さらにアクリル板２２の短手方向（長手方向ではない方向）の一辺であって，コイルパターン基板２１の端子部２１４に対応する位置に，切欠部２２３を設ける。

アクリル板２２は，コイルパターン基板２１を振動などから保護し，コイルパターン基板２１が撓まないようにしている。コイルパターン基板２１を保護する部材としてはアクリル板２２であることが好ましいが，磁界に影響を与えない部材であればアクリル板２２に限定するものではない。

図８に，固定部材の一例である塩ビ板２３の斜視図を示す。塩ビ板２３は，コイルパターン基板２１，アクリル板２２，筐体２０の開口部２０２より大きく，筐体２０の開口部０２のある面以下の大きさであればよい。塩ビ板２３には，コイルパターン基板２１の孔部２１１に対応する位置に，複数の孔部２３１を穿設する。また塩ビ板２３には，コイルパターン基板２１の孔部２１２に対応する位置に，複数の孔部２３２を穿設する。さらに塩ビ板２３には，筐体２０の周縁部に設けた孔部２０３に対応する位置に，複数の孔部２３３を穿設する。

塩ビ板２３は，コイルパターン基板２１，アクリル板２３を筐体２０に固定する。塩ビ板２３を用いることによって，従来のベークライトよりもアルミ製の筐体２０との膨張率の差が１／４〜１／３に狭まるので，熱変化によるノイズを軽減することができる。なお筐体２０との熱膨張率の差が大きくない（塩ビ板２３と同程度の熱膨張率）のであれば，塩ビ板２３以外の固定部材であっても構わない。また筐体２０がアルミ以外の素材の場合には，筐体２０の熱膨張率と，固定部材の熱膨張率とが近似する部材（すなわち，筐体２０の熱膨張率と固定部材の熱膨張率との差が所定範囲以内である部材）を用いることが好ましい。

コイルパターン基板２１の上下両面をアクリル板２２でそれぞれ挟み込む。この際にコイルパターン基板２１の端子部２１４が，アクリル板２２の切欠部２２３から露出するように挟み込む。なお，コイルパターン基板２１は，アクリル板２２で挟み込むことが好ましいが，いずれか一方の面，特にコイルパターン２１３が印刷されている面に固定する。

さらに，アクリル板２２で挟み込んだコイルパターン基板２１を，塩ビ板２３に固定する。すなわち，コイルパターン基板２１の孔部２１１，コイルパターン基板２１を挟む上下２枚のアクリル板２２の孔部２２１，塩ビ板２３の孔部２３１を樹脂ネジ２４で螺合する。またコイルパターン基板２１の孔部２１２，コイルパターン基板２１を挟む上下２枚のアクリル板２２の孔部２２２，塩ビ板２３の孔部２３２を樹脂ネジ２４で螺合する。

より好ましくは，コイルパターン基板２１の孔部２１１，２１２の直径と，アクリル板２２の孔部２２１，２２２の直径を，樹脂ネジ２４のネジ部の外径より若干，大きく形成する。また，塩ビ板２３の孔部２３１，２３２はネジ穴として形成する。そして，樹脂ネジ２４を，コイルパターン基板２１の孔部２１１，２１２と，アクリル板２２の孔部２２１，２２２に貫通させ，塩ビ板２３の孔部２３１，２３２で螺合する。

コイルパターン基板２１の孔部２１１，２１２と，アクリル板２２の孔部２２１，２２２と，塩ビ板２３の孔部２３１，２３２のすべての孔部をネジ穴として形成し，樹脂ネジ２４により完全に固定した場合，一方が他方よりも大きく熱膨張した際に歪みが発生し，金属検出の際のノイズとなる恐れがある。そこで，上述のように構成することで，コイルパターン基板２１，アクリル板２２が熱の影響を受けて微妙に熱膨張をしても，コイルパターン基板２１の孔部２１１，２１２，アクリル板２２の孔部２２１，２２２で熱膨張を吸収し，歪みの発生を防止することができ，金属検出の際のノイズの防止を図ることができる。

なお，コイルパターン基板２１，アクリル板２２，塩ビ板２３の固定方法は，樹脂ネジ２４に限定するものではなく，コイルパターン基板２１に印刷したコイル２１３の磁界の検出に影響を与えない方法であれば如何なる方法を用いてもよい。

このように固定したユニットをコイルユニットＡとする。図９にコイルユニットＡの一例の斜視図を示す。

図１０に，シールド部材の一例である電界シールド板２５の斜視図を示す。電界シールド板２５は，電界を遮蔽する板であって，塩ビ板２３と同一またはほぼ同一の大きさである。電界シールド板２５は，コイルパターン基板２１に印刷したコイルパターン２１３よりも大きいことが望ましい。電界シールド板２５には，塩ビ板２３の孔部２３３に対応する位置に，複数の孔部２５１を穿設する。

そしてコイルユニットＡにおけるコイルパターン基板２１，上下両面を挟むアクリル板２２が筐体２０の凹部２０１側に位置するように，コイルユニットＡの塩ビ板２３を筐体２０に配置する。この状態の斜視図を図１１に示す。

さらに，コイルユニットＡの塩ビ板２３の上方から，電界シールド板２５を固定する。すなわち，電界シールド板２５の孔部２５１と，塩ビ板２３の孔部２３３と，筐体２０の孔部２０３との位置が対応するように，コイルユニットＡを筐体２０に配置し，ネジ２６で螺合する。なお，コイルユニットＡ，電界シールド板２５を筐体２０に固定する方法として，金属ネジのようなネジ２６で螺合するほか，別の方法によって固定することもできる。図１２に電界シールド板２５を筐体２０に固定した状態の一例の斜視図を示す。

図１３に，化粧部材の一例である化粧板２７の斜視図を示す。化粧板２７は筐体２０に固定したコイルユニットＡや電界シールド板２５が見えないように隠蔽する部材である。化粧板２７には，電界シールド板２５の孔部２５１に対応する位置に，複数の孔部２７１を穿設する。孔部２７１は，コイルユニットＡや電界シールド板２５を筐体２０に固定するために，ネジ２６が電界シールド板２５の上に露出しているので，それを隠蔽する。

図１２の状態の電界シールド板２５に重畳して化粧板２７を固定する。この際に，化粧板２７の孔部２７１と，ネジ２６との位置が対応するように，化粧板２７を固定する。この固定は，たとえば化粧板２７を電界シールド板２５に接着すればよいが，それ以外の方法によって固定してもよい。化粧板２７を取り付けた状態の一例の斜視図を図１４に示す。

以上のような手順で組み立てた送信コイル側のセンサヘッド２ａ，受信コイル側のセンサヘッド２ｂを，検出部２の対向する位置に配置することで検出部２を構成する。

本発明によって，対向型の金属検出機におけるセンサヘッドの製造に要する時間を大幅に短縮することができる。また，従来のセンサヘッドで用いていたベークライト板を用いないので，ベークライト板に巻いたコイルを固めるためのエポキシ樹脂が不要となる。そのため，筐体とベークライト板との熱膨張率の差によるエポキシ樹脂にクラックが入ることを防止できる。その結果，クラックによるノイズを大きく軽減することができる。

１：金属検出機
２：検出部
３：搬送部
４：表示部
２０：筐体
２０１：凹部
２０２：開口部
２１：コイルパターン基板
２１１：孔部
２１２：孔部
２１３：コイルパターン
２１４：端子部
２２：アクリル板
２２１：孔部
２２２：孔部
２２３：切欠部
２３：塩ビ板
２３１：孔部
２３２：孔部
２３３：孔部
２４：樹脂ネジ
２５：電界シールド板
２５１：孔部
２６：ネジ
２７：化粧板
２７１：孔部

Claims (8)

1. 対向型金属検出機におけるセンサヘッドであって，
   前記センサヘッドは，
   筐体と，コイルパターンを描いたコイルパターン基板と，前記コイルパターン基板を保護する保護部材と，前記コイルパターン基板を取り付ける固定部材と，を備えており，
   前記コイルパターン基板および前記保護部材が前記固定部材に固定され，
   前記筐体に設けた開口部側に前記コイルパターン基板が位置するように，前記固定部材が前記筐体に取り付けられている，
   ことを特徴とする対向型金属検出機におけるセンサヘッド。
2. 対向型金属検出機におけるセンサヘッドであって，
   前記センサヘッドは，
   筐体と，コイルパターンを描いたコイルパターン基板と，保護部材と，固定部材と，を備えており，
   前記コイルパターン基板の両面は前記保護部材で挟み込まれ，
   前記コイルパターン基板および前記保護部材が前記固定部材に固定され，
   前記筐体に設けた開口部側に前記コイルパターン基板が位置するように，前記固定部材が前記筐体に取り付けられている，
   ことを特徴とする対向型金属検出機におけるセンサヘッド。
3. 前記コイルパターン基板は，多層板である，
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の対向型金属検出機におけるセンサヘッド。
4. 前記固定部材は，
   前記固定部材の熱膨張率が前記筐体の熱膨張率に近似する，
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の対向型金属検出機におけるセンサヘッド。
5. 前記コイルパターン基板の周縁部には孔部が穿設され，
   前記コイルパターン基板の前記孔部に対応する位置に，前記固定部材の孔部が穿設され，
   前記コイルパターンの孔部と，前記固定部材の孔部とが，樹脂ネジによって螺合されることで，前記コイルパターン基板が前記固定部材に取り付けられる，
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の対向型金属検出機におけるセンサヘッド。
6. 前記コイルパターン基板に描かれた前記コイルパターンの環状の内側には孔部が穿設され，
   前記コイルパターン基板の前記孔部に対応する位置に，前記固定部材の孔部が穿設され，
   前記コイルパターンの孔部と，前記固定部材の孔部とが，樹脂ネジによって螺合されることで，前記コイルパターン基板が前記固定部材に取り付けられる，
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の対向型金属検出機におけるセンサヘッド。
7. 前記固定部材にさらにシールド部材を固定する，
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の対向型金属検出機におけるセンサヘッド。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のセンサヘッドを備えた対向型金属検出機。

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