JP6739822B1 - ステンレス管内異物検出センサユニット - Google Patents

Abstract

【課題】搬送用パイプの中を流れる流体の被検査物に混入した金属異物を検出する金属探知機のセンサユニットについて、様々な態様の搬送用パイプに適用できるとともに搬送用パイプのメンテナンスが容易なものとしながら、精度高い探知能力を発揮できるようにする。【解決手段】製造ラインの搬送用パイプ５０に付設されて流体の搬送物に混入した金属異物を検出するためのセンサコイル１１１と永久磁石１１０の組合せによる磁気バイアスセンサ１２，１３を備えた金属探知機のセンサユニット１Ａにおいて、磁気バイアスセンサ１２，１３は、搬送用パイプ５０を間に挟むように対で対向配置されており、センサ信号を金属探知機の制御手段に各々送信することを特徴とするものとした。【選択図】図２

Description

本発明は、金属探知機のセンサユニットに関し、殊に、製造ラインの搬送用パイプ内を連続的に流れる流体に混入した金属異物を探知する金属探知機に用いられるセンサユニットに関する。

従来より、食料品等の製造ラインにおいて、流体の原料や製品が送られる搬送用パイプの外側に金属センサを配置して、搬送物に混入した金属異物を探知して排除することが行われている。この場合、検出箇所になるパイプ部分は、金属探知機のサーチコイルで検出可能とするために、非磁性体の合成樹脂製のものを用いるのが通常である。

しかし、この樹脂パイプは、ステンレス等の金属パイプと比べて耐熱性や物理的強度が低いことに加え、汚れが付きやすく清掃しにくいという難点を有している。そのため、清掃頻度が多くなることに加え比較的短期間で交換が必要な状態になってしまうため、メンテナンスの手間と維持コストが嵩みやすいという問題がある。

一方、特許第４３９５５５９号公報や特許第５３５５２３２号公報には、金属異物を磁化させる永久磁石と異物信号を検出する検出コイルを有したセンサユニットを備えた金属探知機を、製造ラインを構成している非磁性体の搬送用パイプに適用する技術が開示されている。しかし、この方式の磁気バイアスセンサは、外部ノイズに反応しやすいという特性を有しているため、そのセンサユニットの外周を磁気シールドで総て覆うことが一般に行われている。

また、前述のものを含む従来の流体用の金属探知機は、金属異物を検出するセンサユニットが搬送用パイプの外周を総て覆うように筒状又は円環状に構成されているのが通常であり、既存の製造ラインに新たに付設する場合には、搬送用パイプの外形に適合したサイズのセンサユニットを用意する必要があるとともに、その着脱にはセンサユニットの内周側にパイプを挿脱する作業が必要になるため、金属探知機の設置作業と搬送用パイプのメンテナンス作業に手間を要するという難点がある。さらに、磁気シールドで覆われたものにあっては、設置及びメンテナンス作業に一層大きな手間を要することになる。

特許第４３９５５５９号公報 特許第５３５５２３２号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、搬送用パイプの中を流れる流体の被検査物に混入した金属異物を検出する金属探知機のセンサユニットについて、ステンレス製の搬送用パイプに適用できるとともに搬送用パイプのメンテナンスが容易なものとしながら、精度高い探知能力を発揮できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、製造ラインの搬送用パイプに付設されて流体の搬送物に混入した金属異物を検出するためのセンサコイルと永久磁石の組合せによる磁気バイアスセンサを備えた金属探知機のセンサユニットであって、その磁気バイアスセンサと永久磁石は、搬送用パイプを間に挟むように対向配置されているとともにその永久磁石のＮ極同士が対向しており、センサ信号を前記金属探知機の制御手段に各々送信するものとされ、且つ、その搬送用パイプがステンレス管である、ことを特徴とするステンレス管内異物検出センサユニットとした。

このように、ステンレス製の搬送用パイプを挟むようにセンシング面を対向させて一対の磁気バイアスセンサを配置するとともに対の永久磁石のＮ極同士を対向配置したことにより、ステンレス製の搬送用パイプを流れる流体中の金属異物を精度高く検出することが可能となり、汚れにくく耐久性に優れたステンレスパイプに付設するものとしたことで、搬送用パイプのメンテナンス性を高めることが可能となる。

また、このセンサユニットにおいて、対向配置された対の磁気バイアスセンサによる間隔部分の少なくとも一端側が開放されている、ことを特徴としたものとすれば、開放端側から搬送用パイプを挿脱可能となるため、既存の搬送用パイプに付設する作業が極めて容易になるとともに、メンテナンスの際の搬送用パイプの着脱作業も容易なものとなる。

さらに、上述したセンサユニットにおいて、対の磁気バイアスセンサのうち、少なくとも一方が他方との間隔の幅方向に摺動可能に設けられており、前記間隔が所定範囲で変更可能とされている、ことを特徴としたものとすれば、同じセンサユニットで様々な太さの搬送用パイプに合わせて適用できるものとなる。

さらにまた、上述したセンサユニットにおいて、その対向配置された対の磁気バイアスセンサのほかに、外部ノイズ検出のための捨てセンサとしてセンシング面を搬送用パイプに向けないコイルセンサが設けられており、外部ノイズの検出信号を前記制御手段に送信するものとされている、ことを特徴としたものとすれば、センサユニットを磁気シールドで覆わなくても、外部ノイズによる誤検知を回避しやすいものとなる。

加えて、上述したセンサユニットにおいて、その対の磁気バイアスセンサは、センサコイルの少なくともセンシング面側がステンレスケースで覆われている、ことを特徴としたものとしても、上述のものと同様に搬送用パイプ内の金属異物を高精度に検出することができ、且つ、センサユニットが衝撃や汚れ・水分から保護されるとともに、清掃が容易で衛生管理を行いやすいものとなる。

搬送用パイプを挟むように対の磁気バイアスセンサを対向配置した本発明によると、ステンレス製の搬送用パイプに適用できるとともに搬送用パイプのメンテナンスが容易なものとしながら、精度高い探知能力を発揮できるものである。

本発明における実施の形態である金属探知機のセンサユニットの構成を示す斜視図である。 図１のセンサユニットの縦断面図である。 図２のセンサユニットを太い搬送用パイプに適用した場合の縦断面図である。 図１のセンサユニットの変形例としてのセンサユニットの横断面図である。 図４のセンサユニットの応用例としてのセンサユニットの横断面図である。 本発明のセンサユニットを製造ラインに配設した一例を示す簡略化した配置図である。 本発明の効果を検証するために図４のセンサユニットを実際に製作した試験装置の写真である。 図７の試験装置において検出対象としてプラスチックロープに貼付したステンレス球を示す写真である。 図７の試験装置で図８のステンレス球を検出した状態を示すオシロ画像である。 図７の試験装置において検出対象としてプラスチックロープに貼付したホチキス針を示す写真である。 図７の試験装置で図１０のホチキス針を検出した状態を示すオシロ画像である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。本発明において、搬送用パイプの中を流れる流体には、液体のほかジャムやマヨネーズ或いはミンチのようなゲル状の搬送物も含まれる。

図１は、本実施の形態である金属探知機のセンサユニット１Ａを斜視図で示しており、図２はその縦断面図である。このセンサユニット１Ａは、製造ラインの搬送用パイプ５０に付設されて原料又は製造物である流体の搬送物に混入した金属異物を検出するためのセンサコイル１１１と永久磁石１１０の組合せによる磁気バイアスセンサ１２，１３を備えたものである。

図２に示すように、センサコイル１１１はコア１１４と卷線１１２からなり、そのセンシング面側に永久磁石１１０，１１０，１１０が連設されているとともに、ステンレスケース１２０によりセンシング面側を含む全面が覆われた状態で内装されて磁気バイアスセンサ１２，１３を構成しており、図示しない金属探知機の制御手段にセンサ信号を各々送信するものとしている。

そして、斯かる構成の対の磁気バイアスセンサ１２，１３が、搬送用パイプ５０を間に挟むようにセンシング面を互いに向けながら対向配置されており、その間に搬送用パイプ５０を挟み込んだ状態とされ、搬送用パイプ５０内を流れる流体の搬送物に混入した金属異物を検出するようになっており、この構成が本発明における最大の特徴部分となっている。

このように、搬送用パイプ５０を間に挟むように磁気バイアスセンサ１２，１３を対向配置したことにより、樹脂パイプ以外にも鉄パイプを含む様々な素材の搬送用パイプの中を流れる流体中の金属異物を精度高く検出することができる。例えば、物理的強度が高いことに加え、汚れにくく清掃のしやすい点で製造ラインに多用されているステンレスパイプにそのまま適用することも可能となり、従来、樹脂パイプを用いていた検出箇所における搬送用パイプの交換寿命が格段に延びるとともに、そのメンテナンス性が格段に高められるものとなる。

また、このセンサユニット１Ａは、図示したように対向配置された対の磁気バイアスセンサ１２，１３による間隔部分の一端側（上方）が開放された構成になっている点も特徴部分となっている。これにより、その開放端側から挿脱することで、既存の搬送用パイプに付設する作業が極めて容易になることに加え、管内清掃等のメンテナンス時に、搬送用パイプ５０の着脱がすぐに行えるようになる。

さらに、本実施の形態においては、対向配置された対の磁気バイアスセン１２，１３の間隔（左右幅）が所定範囲で変更可能とされている点も特徴としている。即ち、一方の磁気バイアスセンサ１３が、基台１１上で左右方向に摺動可能に配設されており、所望の位置でネジ１３ａを締めることで基台１１に固定できるようになっている。

そのため、図３に示すように、前述の搬送用パイプ５０よりも太い搬送用パイプ５１のように太さの異なるパイプにも容易に適用することができ、１種類のセンサユニット１Ａで、様々な太さの搬送用パイプに対応可能なものとしている。尚、図２において搬送用パイプ５０を下から支持している縦長の支持部材１１５は、図３において横長の向きに配置されることで大径の搬送用パイプ５１に対応しながらその中心位置を揃えている。

図４は、上述したセンサユニット１Ａの変形例としてのセンサユニット１Ｂを横断面図で示している。この例では、対向配置された対の磁気バイアスセンサ１４，１５において、センサコイル１１３のみがステンレスケース１２０に内装されており、その側面で搬送用パイプ５０に近接する位置に、永久磁石１１０ｂが各々付設された構成となっている。

この例においても、一方の磁気バイアスセンサ１５が摺動可能に設けられているとともに、搬送用パイプ５０の上方が開放されている点は前述と共通し、その作用・効果も共通している。尚、この例では、永久磁石１１０ｂ，１１０ｂが搬送用パイプ５０における搬送方向の下流側に配設されているが、永久磁石１１０ｂによる金属異物への磁化作用は充分に発揮することができる。

図５は、前述のセンサユニット１Ｂの応用例としてのセンサユニット１Ｃを縦断面図で示している。周知のように、磁気バイアスセンサを用いる金属探知機では、微弱なセンサ信号を大きく増幅して金属異物の有無を判定するため、外部ノイズの影響を受けやすいという特徴を有しており、従来例においては磁気シールドでセンサユニットの外周側を覆うことが一般的であり、それが金属探知機及び製造ラインのメンテナンス性を低下させる大きな要因となっていた。

そこで、本例においては、対向配置された対の磁気バイアスセンサ１４，１５のほかに、外部ノイズ検出のための捨てセンサとしてセンシング面を搬送用パイプ５０に向けない（逆側に向けた）コイルセンサ１６を備えており、外部ノイズの検出信号を、図示しない制御手段に送信する構成を採用した点を特徴としている。

即ち、金属探知機の制御手段が、搬送用パイプ５０に向いていないコイルセンサ１６による信号中に異常波形を検知した場合に、その信号は搬送用パイプ５０内の金属異物が原因ではないと判断できることから、外部ノイズが金属異物として誤検知されることを回避することができる。そのため、センサユニット１Ｃを磁気シールドで覆う必要がなくなり、高いメンテナンス性を確保することが可能となる。尚、この捨てセンサの追加は、図１のセンサユニット１Ａにも適用できることは言うまでもない。

図６は、上述したセンサユニット１Ａ〜１Ｃを、食品の製造ラインに配設した一例としての配置図である。センサユニット１Ａ〜１Ｃが検出したセンサ信号により、増幅手段を兼ねた制御手段１０が金属異物の存在を検知すると、排除信号を排除装置２０に送信して三方電磁弁を排除側の配管６０に切り替えて排除するものとし、所定時間経経過してから三方電磁弁を元に戻して通常の搬送状態に戻す、という制御を実行するものとしている。

図７の写真は、本発明によるセンサユニットの金属異物検出機能を検証するために作成した試験装置を示している。この試験装置は、図４のセンサユニット１Ｂとほぼ同様の構成（磁気バイアスセンサ１５は固定式）を備えており、センサコイルを内装しているステンレスケースは、ＳＵＳ３１６Ｌであり、センサ間に挟んだ搬送用パイプは、ＳＵＳ３０４のステンレス管（内径２７ｍｍ、外径２９ｍｍ）である。

そして、流体の搬送物の代わりに、図８の写真に示すようにプラスチックのロープを用い、それに金属球（ＳＵＳ３０４、直径２．１ｍｍ）を粘着テープで貼り付けた状態として、手動でロープを下流方向に１〜３ｍ／分（ケチャップの製造工程及びマヨネーズの製造工程の搬送速度と同等）で引いて移動させながら、センサユニットの検出信号を表示するオシロ波形を観測した。尚、本試験で使用した金属球は、本願出願人による特許第５９５６７０４号に記載の金属探知機用テストピースのＳＵＳ球体である。

図９の写真は、観測した波形を表示した状態のディスプレイ画面（オシロ画面）であるが、直径２．１ｍｍの微少な金属球が明瞭に検出されていることが分かる。波形が２本あるのは、左右の磁気バイアスセンサで検出しているからであり、その波高値の違いは、金属球とセンサの間の距離の違いによるものである。

図１０は、前述と同様にしてロープにホチキス針を貼付した検出対象の写真であり、図１１はホチキス針を検出した波形を表示した状態のディスプレイ画面である。この場合も、前述のステンレス球と同様にホチキス針が明瞭に検出されたことが分かる。

尚、今回の２つの試験に搬送用パイプを想定して使用したステンレス管は、内径２７ｍｍ、外径２９ｍｍの１Ｓ相等であったことから、非常に高感度に検出されてオシロ波形が飽和している部分があったが、実際の食品工場では、２Ｓ（内径５０ｍｍ）の配管が使用される場合が多いため、今回よりも感度が落ちて適度な波形になると思われる。

また、今回の試験で使用したステンレス管の素材であるＳＵＳ３０４は、本来オーステナイトの非磁性体金属であるが、搬送用パイプに加工する際に、塑性変形や内部歪等によりマルテンサイト変態を生じて磁性体の金属管となったものであるところ、本発明のセンサユニットにおいては、マルテンサイト化したステンレス管に加え、素材がマルテンサイトのステンレス管や鉄製の配管にも適用できることが分かっている。

以上、述べたように、搬送用パイプ中を流れる流体の被検査物に混入した金属異物を検出する金属探知機のセンサユニットについて、本発明により、様々な態様の搬送用パイプに適用可能であるとともに搬送用パイプのメンテナンスが容易なものとなり、且つ、精度高い探知能力を発揮できるようになった。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ センサユニット、１０ 制御手段、１２，１３，１４，１５ 磁気バイアスセンサ、１６ コイルセンサ、５０，５１ 搬送用パイプ、１１０，１１０ｂ 永久磁石、１１１，１１３ センサコイル、１１２ 卷線、１１４ コア、１２０，１４０ ステンレスケース

Claims (3)

1. 製造ラインの搬送用パイプに付設されて流体の搬送物に混入した金属異物を検出するためのセンサコイルと永久磁石の組合せによる磁気バイアスセンサを備えた金属探知機のセンサユニットであって、前記磁気バイアスセンサと前記永久磁石は、前記搬送用パイプを間に挟むように対で対向配置されているとともに前記永久磁石のＮ極同士が対向しており、センサ信号を前記金属探知機の制御手段に各々送信するものとされ、且つ、前記搬送用パイプがステンレス管である、ことを特徴とするステンレス管内異物検出センサユニット。
2. 前記対の磁気バイアスセンサのうち、少なくとも一方が他方との間隔の幅方向に摺動可能に設けられており、前記間隔が所定範囲で変更可能とされている、ことを特徴とする請求項１に記載したステンレス管内異物検出センサユニット。
3. 前記対の磁気バイアスセンサは、前記センサコイルの少なくともセンシング面側がステンレスケースで覆われている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載したステンレス管内異物検出センサユニット。