JP6826859B2 - 金属異物検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物に混入した金属異物を検知する金属異物検知装置に関するものである。特に、アルミニウム、アルミ蒸着フィルム等の非磁性金属、プラスチック樹脂フィルム等の非金属の包装袋に充填された被検査物中に混入した金属異物を検知する金属異物検知装置に関するものである。

金属異物の検出装置は、様々な分野で利用されている。その代表的な例は、商品の製造工程で、商品に混入した金属異物の検出である。具体的には、食品、医薬品等の製造過程において、使用されている搬送機、洗浄機、攪拌機、切断機、練機、蒸し器等の各種容器、刃物、篩等の一部が、摩耗、金属疲労等を受けて、むくれ、破断、剥がれ、削れ、欠け等した欠片が製品に異物として入り込むことがある。

これらの異物を検知し、商品から排除することが重要である。商品である被検査物に混入した磁性体金属異物を検知する手段として、電磁波型のセンサーコイル等が利用されている。金属異物は、上述の各種容器、刃物、篩等を構成するオーステナイト系ステンレス鋼であることが多い。オーステナイト系ステンレス鋼は、塑性変形するとマルテンサイト変態を誘発し、弱い磁性を持つ結晶構造に変化する。

このため、センサーコイル近傍に磁石ブースターを配置し、その強力な磁力線で金属異物を磁化させるので、高い感度で金属異物の検知を可能としたものである。被検査物が磁石ブースターを通過するとき、磁石ブースターが発生する磁化の働きで、金属異物の磁性が一定の方向に向き磁化される。この原理を用いた金属異物検知装置は特許文献１，２に提案されている。

特許文献１，２に記載された装置は、食品等の被検査物中の金属異物を検知するものであり、提案したセンサーコイルを用いて、金属異物である微小な磁性体の検知に成功した。具体的には、特許文献１には、被検査物中に混入した金属異物を検知する金属異物検知方法と金属異物検知装置が開示されている。この発明によると、被検査物中に混入したステンレス等の金属異物を検知するのみならず、導電性の包装材料で包まれた食品、医薬品、工業用材料等の被検査物中に混入した金属異物も検知できる。

特許文献１に記載された金属異物検知装置は、コアに導線を巻いた構成の１つのコイルを有した検出部により微少磁界を発生させて、微少磁界に応答した金属異物からの検出磁界を、コイルの検出電圧、又は検出電流として検出して検出信号を出力するものである。
微小磁界は、コイルに、数百Ｈｚから数十ｋＨｚの周波数、又は直流で印加される電圧であって供給される電流が微少で、かつコイルを構成するコアの磁化（Ｂ−Ｈ）特性の磁束密度（Ｂ）と磁界（Ｈ）が０付近の微少な値である非線形部分を利用したものである。

金属異物がコイル付近を通過するとき、コイルに鎖交する磁力線の形成が乱れ、信号電圧の振幅、位相、周波数が変化する。これにより金属異物を検知する。この装置は、１ｍｍ以下の金属異物を検知できる優れた感度をもつものである。また、アルミニウム包装内の針等の細長い金属物と、金属粉末からなる酸化防止剤の検知も可能である。

特許文献３に開示された金属探知機は、被検出物を搬送する搬送路と、搬送路の途中に設けられ、電流を流して磁界を発生させるためのコイルがコアに巻かれたセンサーコイルと、コアに接触して配置されている磁石からなる。詳しくは、磁石の静磁場とセンサーコイルの交流電流によって、不平等な静磁場を形成させている。被検出物がこの不平等磁場を横切ったとき、金属異物が一時的に磁化されると同時に、磁化された被検出物から発生する磁場が、センサーコイルに鎖交する磁場を乱す。

その磁場の乱れをセンサーコイルが検出信号として送出している。特許文献４には、流れている包装袋の中の金属異物を、包装袋を一時蓄積するアキュームの手前に検知する金属異物検知装置が開示されている。金属異物検知装置は、包装袋を細長い中空の管状ガイドの中を通し、管状ガイドの両側に配置したセンサーコイルを用いて、金属異物を検知している。

国際公開ＷＯ２００３／０２７６５９号公報 特開２００５−１８８９８５号公報 特開２００４−８５４３９号公報 実用新案登録第３１７７５５７号

しかしながら、従来の検出機は、ベルトコンベヤで搬送される商品を検査するための装置であったり、手動でセンサーコイルの付近を通過させて商品を検査したりするものが多い。小規模で多品種のロッドを扱う食品加工現場でも使用できるように、卓上でも利用でき小型の金属異物検知装置が望まれている。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、小規模で多品種の医薬品、化粧品、食料品等の被検査物において、これらに含まれる金属異物を検知できる小型の金属異物検知装置を提供する。

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の発明１の金属異物検知装置は、
被検査物を搬送路である傾斜面で前記被検査物自身の質量の重力を利用して搬送する搬送手段と、
前記被検査物中の磁性体を磁化又は磁化強化するためのもので、前記搬送路の途中に設けられた磁化手段と、
前記搬送路の途中、かつ、前記被検査物の搬送方向で前記磁化手段の次に設けられ、検知信号を出力するセンサー手段と、
前記検知信号を取得して信号処理して前記磁性体の有無を判断し、前記判断の結果を示す出力信号を出力する信号処理部からなる検知手段と
からなる金属異物検知装置において、
卓上で利用できる小型の構造の本体（６）、
前記センサー手段を前記被検査物が通過するタイミングを検知するためのもので、前記センサー手段と前記磁化手段の間に前記センサー手段と隣接して設置され、前記被検査物が通過し始めたタイミングと通過し終わったタイミングの両方を検知し前記信号処理部へ送信する検知器、
前記本体（６）の上面に設置されたもので、上面に交換着脱自在な前記搬送路を設置し、前記センサー手段、前記磁化手段及び前記検知器を固定するための滑り台（５）、
前記滑り台の傾斜角度を調整するための角度調整手段を有し、
前記センサー手段は、コアに導線を巻いて構成され、前記コアの磁化（Ｂ−Ｈ）特性の磁束密度（Ｂ）と磁界（Ｈ）が０付近の微少な値の非線形部分を利用し、周囲の磁界の変化を検知して、前記検知信号を出力する同一構造のものであって、前記搬送路の上下に設置された第１センサーコイルと第２センサーコイルからなり、
前記磁化手段は、前記搬送路の上下に設置された第１マグネットブースターと第２マグネットブースターからなり、前記第１マグネットブースターを構成する磁石要素と前記第２マグネットブースターを構成する磁石要素は同じ磁極を互いに対向させて配置されており、
前記金属異物検知装置は、卓上で利用できる小型であることを特徴とする。

本発明の発明２の金属異物検知装置は、発明１において、
前記滑り台は、前記金属異物検知装置の前記本体を成す筐体に着脱自在である
ことを特徴とする。

本発明の発明３の金属異物検知装置は、発明２において、
前記搬送路の搬送面は、着脱自在なローラコンベアである
ことを特徴とする。

本発明の発明４の金属異物検知装置は、発明２において、
前記搬送路の搬送面は、着脱自在な平板又は波板である
ことを特徴とする。

本発明の発明５の金属異物検知装置は、発明３又は４において、
前記搬送面の傾斜角度は、７度、１０度、１５度、２０度の角度で調整する
ことを特徴とする。

上述の検知部の検知原理は、少なくとも１つのセンサーコイルに、電圧を印加又は電流を供給することにより微少磁界を発生させて、微少磁界に応答した被検査物の中の磁性体の金属異物からの検出磁界をセンサーコイルの検出電圧又は検出電流として検出して検知信号を出力するものである。この検知信号を解析して金属異物を特定する。センサーコイルの検出電圧又は検出電流は、微小な値のものであり、外部の磁界又は磁界の乱れの影響を受けやすいので、センサーコイルを含めて、検知部を外部の磁界又は磁界の乱れから磁気シールドする。

微少磁界は、センサーコイルに印加される電圧又は供給される電流が微少で、かつセンサーコイルを構成するコアの磁化（Ｂ−Ｈ）特性の内、磁化特性を表わす磁束密度（Ｂ）と磁界（Ｈ）が０付近の微少な値の非線形部分を利用したものであり、電流、又は電圧が数百Ｈｚから数十ｋＨｚの周波数又は直流であり、金属異物がセンサーコイル付近を通過するとき、センサーコイルに流れる電圧、電流が誘起されるものである。これは、センサーコイルの周波数が変化するとも言える。
センサーコイルの微少磁界は、特許文献１等に示す通り、公知技術であり、詳細については省略する。

本発明の発明者等は、「金属異物検知方法とその装置」に関する特許出願をしている（特許文献１）。この発明の内容の全て又はその一部が、本発明にも含まれる。この発明の金属異物検知方法は、包装内の被検査物に製造する過程で混入した金属異物を検知するために、前記被検査物を搬送路で搬送する搬送工程と、前記搬送路の途中に設けられ、コアに導線を巻いた構成のコイルを有した検出部により磁界を発生させて、前記被検査物に混入した金属異物を検出するための金属異物検出工程とからなる金属異物検知方法において、一つの前記コイルに電圧を印加又は電流を供給することにより微少磁界を発生させて、前記微少磁界に応答した前記金属異物からの検出磁界を前記コイルの検出電圧又は検出電流として検出して検出信号を出力する検出信号出力工程と、前記検出信号を解析して前記金属異物を特定するために信号を解析する信号解析工程とからなり、前記微少磁界は、前記コイルに印加される前記電圧又は供給される前記電流が微少で、かつ前記コイルを構成する前記コアの磁化（Ｂ−Ｈ）特性の内、前記磁化特性を表わす磁束密度（Ｂ）と磁界（Ｈ）が０付近の微少の値である非線形部分を利用したものであり、前記電流、又は電圧が数百Ｈｚから数十ｋＨｚの周波数であり、前記金属異物が前記コイル付近を通過するとき、前記周波数が変化するものであることを特徴とする。

本発明の金属異物検知装置は、センサーコイルに供給される電流、又は印加される電圧は、上述の周波数に限定されるものではなく、直流電流から数百Ｈｚまでの交流電流を供給する。センサーコイルには、特別に、アクティブに電流供給、電圧印加がされていなくても、増幅器のバイアス電圧を印加しておき、磁性体の金属異物を検知する。被検査物がセンサーコイルの付近を通過すると、被検査物内の磁性体から発生する磁場がセンサーコイルを切りその状態を変化させるので、センサーコイルとその後段の信号処理でこれを検知する。

本発明の金属異物検知装置は、非金属物である被検査物内の磁性体を感度よく検知できる。更に、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電性材料で包装された包装袋や容器等を有する被検査物内の磁性体が検知できる。

本発明によると、次の効果が奏される。
本発明の金属異物検知装置は、滑り面に小型のローラコンベヤを用い小型化実現でき、卓上でも利用できる。

本発明の金属異物検知装置は、滑り面を調整器具でその傾斜角度を調整できるようになり、用途に応じて自由自在に滑り面の傾斜角度を調整できるようになった。

図１は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１の外観を示す外観図である。 図２は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１の正面の概要を示す概念図であり、図１の正面図である。 図３は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１の平面の概要を示す概念図であり、図１の平面図である。 図４は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１の側面の概要を示す概念図であり、図１の側面図である。 図５は、センサー３のセンサーコイルの構成例を示す図であり、図５（ａ）はセンサーコイルの正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の平面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線の切断断面図である。 図６は、マグネットブースター４の構造及び配置例を図示した図であり、図６（ａ）はマグネットブースター４の正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のマグネットブースター４の平面図、図６（ｃ）はマグネットブースター４の配置例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１のローラコンベヤ２３の概要を示す概念図である。 図８は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１のローラコンベヤ２３のローラ２５の概要を示す図で、図８（ａ）は軸２８付きのローラ２５の平面図、図８（ｂ）は中空部を有するローラ２５の平面図、図８（ｃ）は軸２８の平面図である。 図９は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１の滑り面を調整する様子を示す概念図である。 図１０は、金属異物検知装置１の信号処理部１６の構成例を示す機能ブロック図である。 図１１は、信号処理部１６のディジタルコンピュータ処理部６２の構成例を示すブロック図である。 図１２は、信号処理部１６のディジタルコンピュータ処理部６２の動作例を示すフローチャートである。

〔実施の形態〕
図１は、本発明の実施の形態の金属異物検知装置１の外観を図示している外観図である。図２は、図１の金属異物検知装置１の正面の概要を図示した概念図で、図３は、図１の金属異物検知装置１の平面の概要を図示した概念図で、図４は、図１の金属異物検知装置１の側面の概要を図示した概念図である。金属異物検知装置１は、被検査物２の中の金属物（磁性体の異物）を検知又は探知して通知するためのものである。

金属異物検知装置１は、特に、包装袋等に充填又は内蔵された被検査体からなる被検査物２に混入した金属異物を検知、又は探知して通知するためのものである。被検査体としては、特に限定されないが、固体、液体、又はゲル状の食品、包装袋に充填された医薬品等を例示できる。包装袋の包装材は、公知のアルミニウム箔、合成樹脂製のフィルム、紙、及びこれらの素材を組み合わせた積層材等からなるものである。

〔金属異物検知装置１の構成〕
金属異物検知装置１は、概略すると箱形の本体６と、この一端に、蝶番である連結部材１５で連結された滑り台５とからなる。滑り台５は、連結部材１５を中心に揺動自在である。滑り台５には、センサー３等が配置されている。滑り台５上で被検査物２を設定された速度の範囲で重力で落下させて滑り台５の滑り面２０の上を滑らせると、センサー３は被検査物２中の磁性体を検知することができる。

即ち、金属異物検知装置１は、概略すると、被検査物２中の磁性体を検知するためのセンサー３、被検査物２中の磁性体を磁化する磁化部４、被検査物２を案内し搬送する滑り台５、本体６、滑り台５の傾斜角度を調整する角度調整部材（固定部材）７、被検査物２の通過を検知するための検知器８等からなる。本体６は、箱型の筐体１１、筐体１１に設置された電源スイッチ１２、表示部１３、操作スイッチ１４、筐体１１内に格納された信号処理部１６（図４及び図１０を参照。）等からなる。

信号処理部１６は、センサー３で検知した信号を信号処理して、金属異物の有無を判断し、その判断結果を出力するための電子回路又は計算機である。筐体１１は、電源スイッチ１２、表示部１３、操作スイッチ１４、信号処理部１６等を収納するための箱型のケースである。筐体１１は、卓上でも利用できるように小型の構造にしている。検知器８は、その正面が物体が通過したか否かを検知するためのセンサーで、本例では光学式のセンサーを採用している。

検知器８は、センサー３に被検査物２が通過するタイミングを検知することが主な機能であるので、基本的に、センサー３の手前に設置される。本例では、センサー３と磁化手段４の間に、センサー３と隣接して設置されている。これにより、被検査物２が搬送されてセンサー３を通過するタイミングを正確に検知し、信号処理部１６へ送信する。検知器８は、被検査物２がその前を通過し始めたタイミングと通過し終わったタイミングの両方を検知し、信号処理部１６へ送信する。

検知器８で検知した被検査物２の通過を示す信号は、被検査物２の通過信号と言うこともできる。金属異物検知装置１は基本的に電源コンセントに電源ケーブル（図示せず。）で接続されて、電源供給が行われる。電源スイッチ１２は、金属異物検知装置１に電源供給を行うために、電源ケーブルの接続と切断をするためのスイッチである。電源スイッチ１２が接続されると、電源がセンサー５、信号処理部１６、表示部１３へ供給されて動作する。

表示部１３は、金属異物検知装置１の全体の動作状況を表示するため表示器で、例えば、液晶ディスプレイからなる。操作スイッチ１４は、センサー５の検知感度を設置するためのもので、本例では３段階で調整できるようにしている。滑り台５は、筐体２１とその上面に設置した滑り面２０等からなる。滑り面２０は、複数のローラ２５を並列させた小型のローラコンベヤ２３からなる。ローラコンベヤ２３の概要を図７に図示しており、詳しくは後述する。

揺動可能な筐体２１は、滑り面２０、センサー３、磁化部４を固定するためのもので、本例では６面体の箱型にしている。筐体２１は、本体６の上面に設置され、筐体２１の一端（図１で右側）を本体６の上面から所定の高さに設置可能になっている。センサー３と磁化部４は筐体２１の側面に支持板３４，４４によって固定される。本実施の形態の例では、磁化部４とセンサー３を、滑り面２０の上部に所定の距離を有して設置しており、磁化部４と滑り面２０の間、センサー３と滑り面２０の間を被検査物２が通過する。

被検査物２は、滑り面２０の一方から他方へ滑りながら磁化部４とセンサー３を通過する。滑り面２０の両側には、図示していないが被検査物２が滑り落ちないようにガイドを設けても良い。このようなガイドは、滑り台５の筐体２１の側面に固定される。センサー３は、図２に図示したように、滑り面２０の上部に設置されたセンサーコイル３１と、滑り面２０の下側に設置されたセンサーコイル３２と、センサーコイル３１を格納する筐体３３、筐体３３を滑り台５に固定するための支持板３４からなる。

センサーコイル３２は同じく筐体に格納され、滑り面２０の下側に設置される。センサーコイル３１とセンサーコイル３２は、同一構造のものである。センサーコイル３１，３２は、その周囲の磁界の変化を検知するものである。被検査物２の中の金属物、金属異物等の磁性体金属から発生する磁界がその周囲の磁界を変化させる。言い換えると、センサーコイル３１，３２は、その周囲の磁界の乱れの変化を検知するためのもので、磁界の変化に応じた電圧又は電流の検知信号を出力する。

本実施の形態においては、本体６の筐体１１、滑り台５の筐体２１、センサー３の筐体３３、ブースター４の筐体４３等は、防錆等の観点からステンレス鋼から作られている。滑り台５には、被検査物２の搬送方向に沿って、磁化部４、検知器８、センサー３の順に配置される。被検査物２は、固体、出汁等の液体、ペースト等の被検査物２が、アルミ包装等で個々に分包されて密封されており、滑り面２０のローラコンベヤ２３の上を滑りながら搬送される。被検査物２が磁化部４、検知器８及びセンサー３の順に通過する。

センサー３で検出して出力される検知信号は、信号処理部１６へ送信されて信号処理される。信号処理部１６は、センサー３から受信した検知信号を解析して、被検査物２中に磁性体があるか否かの判定を行なう。信号処理部１６は、この判定の結果を通知（電気信号、警告音、表示等）する。被検査物２の中に磁性体が含まれている場合、言い換えると不良品（金属異物）を検知した場合、信号処理部１６は、所定の警報手段で警報信号を発する。

例えば、この出力信号は、信号処理部１６から、表示器１３に送信されて表示され、欠陥品を検出したとき、点灯又は点滅する。又は、出力信号は、信号処理部１６から、音声発生手段へ送信され、欠陥品（金属異物）を検出したとき、ブザーを鳴らす等の警報信号を発する。ブザーを鳴らすためのスピーカーは図中に図示していないが、筐体１１の中等に設置する。

信号処理部１６は、本例のように、筐体１１に内蔵される必要はなく、筐体１１から有線通信、又は無線通信により検知信号を受け取り、処理できる環境であれば任意の場所に設置しても良い。この有線通信と無線通信の通信方式は、公知の任意の通信規格を用いることができるが、本発明の趣旨ではないので、その詳細な説明は省略する。

〔センサーコイル〕
図５に図示したように、金属異物検知装置１のセンサー３は、同一構造の２本のセンサーコイル３１とセンサーコイル３２からなる。センサーコイル３１とセンサーコイル３２は、滑り面２０を挟んで上下に配置されている。センサーコイル３１とセンサーコイル３２は、細長い形状をしており、平行な２つの面になるように対向して配置される。

対向して配置されているセンサーコイル３１とセンサーコイル３２の間の空間を、被検査物２が通過する。両者は構造が同じであり、一方のセンサーコイル３１を例にその構造を説明する。図５は、センサーコイル３１の構造を図示したものである。図５（ａ）はセンサーコイル３１の正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のセンサーコイル３１の平面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線の切断断面図である。センサーコイル３１は、図５（ａ）に示すように細長い棒状の形をした基本的に同一のものである。

センサーコイル３１は、細長い棒状の形状をし、断面構造がＥ字形である導電性材料の鉄心３５と、その溝部に沿って巻き付けたコイル３６から構成される。鉄心３５は、珪素鋼板やアモルファス等の板を積層して構成されている。鉄心３５には、フェライトコア、永久磁石等を使っても良い。センサーコイル３１に交流電源をかけると、その付近の周囲にセンサーコイル３１から交番磁界が発生する。

この交番磁界中を、磁性体が通過すると、この交番磁界が磁性体の磁界の影響で乱れ、センサーコイル３１へ影響を及ぼし、センサーコイル３１を流れる電流等が変化する。本発明のセンサーコイル３１は、１ｍｍ以上の金属異物を検知することができるが、主に、１ｍｍ以下の微小な金属を検知するためにも用いられている。図２の側面図には、センサー３の配置例を図示している。

センサー３の２本のセンサーコイル３１，３２は、Ｅ型の鉄心３５のコイル３６側を互いに対向させて配置される。これは、被検査物２の上部と下部を感度良く検出するためにこのような構成にしている。また、２本のセンサーコイル３１，３２を備えることで、その間の中空部の中を被検査物２が移動する際、センサーコイル３１，３２で被検査物２を検知する。被検査物２を上下から２本のセンサーコイル３１，３２で検知するので、金属異物を感度良く検出する。被検査物２中の金属異物は、センサーコイル３１又はセンサーコイル３２の１本のみでも検知が可能である。

センサーコイル３１は、コイル３６の磁化（Ｂ−Ｈ）特性の内、磁化特性を表わす磁束密度（Ｂ）と磁界（Ｈ）が０付近の微少な値の非線形部分を利用して、金属物の検知を行う。この磁化特性とその利用方法についての技術思想は、特許文献１に詳しく述べているのでその要旨のみの説明に留める。特許文献１に記載された発明の全部又はその一部は、本発明と実質的に同一構造、回路であり、これらが本発明を構成する。ただし、センサーコイル３１に印加される電圧、電流、その周波数は、全部又は一部が、本発明の実施の形態で特許文献１と異なる値であっても良い。

センサーコイル３１には、特別に、電流供給、電圧印加がされていなくても、磁性体の金属異物の検知動作が可能である。例えば、センサーコイル３１には、増幅器のバイアス電圧を印加しておく。これにより、増幅器の入力バイアス電流がセンサーコイル３１のコイルに流れることになる。周辺磁界の変化に伴って、センサーコイル３１を横切る磁束が変化すると、センサーコイル３１を流れる電流及び／又は電圧が変化し、出力信号となる。

センサーコイル３１に数ｋＨｚの交流電源をかけると、センサーコイル３１に交番磁界が発生する。センサーコイル３１の近傍にステンレスの微小破片が接近したとき、静磁界の働きにより、ステンレスの微小破片が磁化し磁極を生じさせる。例えば、オーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）は、破断、潰れ、曲がり、欠け等の塑性変形により、マルテンサイト誘起変態を起こして弱い磁性をもった部分が、静磁界の働きにより磁化し磁極を生じさせる。

この磁極の変化が交番磁界へ影響を与え、これを、センサーコイル３１を含む検知回路で検知する。特に、被検査物２がセンサーコイル３１に接近するほどこの効果が大きく現れるので、センサーコイル３１で被検査物２中の微小破片の金属異物を確実に検出することが可能である。被検査物２に異物として混入される磁性体としては、鉄、ニッケル、コバルト等の強磁性体、これらの合金、マルテンサイト系ステンレス鋼等が例示できる。

ペアのセンサーコイル３１をブリッジ回路の２辺にすると、一定の交流電圧が印加されているとき、センサーコイル３１からなるブリッジ回路を流れる電流が変化なく、ブリッジ回路の出力電流が一定である。磁性材料がセンサーコイル３１の付近を通過するとき、交番磁界のフォームが乱れ、ブリッジ回路の出力電流が変化する。この出力電流は、後段の信号処理部１６で信号処理され被検査物２中の異物として検知される。

〔マグネットブースター〕
磁化部４は、図２に図示したように、滑り面２０の上部に設置されたマグネットブースター４１と、滑り面２０の下側に設置されたマグネットブースター４２と、マグネットブースター４１を格納する筐体４３、筐体４３を滑り台５に固定するための支持手段４４からなる。図示していないが、マグネットブースター４２は同じく筐体に格納され、滑り面２０の下側に設置される。

本実施の形態の金属異物検知装置１の磁化部４は、被検査物２の中の磁性体を磁化、或いは磁化を強化するためのもので、永久磁石からなる。磁化部４の設置位置は、この位置に限定されるものではない。マグネットブースター４１とマグネットブースター４２は同一構造であるため、マグネットブースター４１を例に説明する。図６は、マグネットブースター４１の構造及び配置例を図示したものである。

図６（ａ）はマグネットブースター４１の正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のマグネットブースター４１の平面図、図６（ｃ）はマグネットブースター４１の配置例を示す図である。マグネットブースター４１は、一つの永久磁石又は２以上の複数の永久磁石から構成されることができるが、本例では、複数の永久磁石から構成される。マグネットブースター４１は、被検査物２の搬送方向に対して直角に配置している。

言い換えると被検査物２断面方向に、細長いマグネットブースター４１，４２の２個を配置している。被検査物２の搬送方向に対して、マグネットブースター４１，４２の長手方向の軸線が直角になるように配置されている。２個のマグネットブースター４１，４２は、被検査物２の両側に磁石要素４５の磁極を被検査物２へ向けて配置されている。各マグネットブースター４の磁石要素４５と、それに対向する磁石要素４５は同じ磁極を被検査物２へ向けている。

図６（ｃ）で図示したように、磁石要素４５と磁石要素４５’は、同じ磁極Ｎを互いに対向させて配置されている。磁石要素４５と磁石要素４５’の隣の磁極要素は、全て同じ磁極Ｎを互いに対向させて配置されている。この例では、磁石要素４５のＮ磁極を被検査物２へ対向させて配置したが、Ｎ磁極の代わりにＳ磁極であっても同じ効果が得られる。このように同じ磁極が対向するように配置すると、被検査物２の上部に位置する金属異物が磁石要素４５によって磁化される。

同様に、被検査物２の下部に位置する金属異物が磁石要素４５’によって磁化される。また、被検査物２の金属異物が磁石要素４５と磁石要素４５’の同じ磁極の反発する力で磁化されるので、単独より強く磁化させることもできる。マグネットブースター４は、本例ではネオジム磁石からできている複数の磁石要素４５から構成されている。このようにネオジム磁石等の強力な磁石を用いることで、永久磁石の磁界が磁性体に影響を及ぼす範囲を大きく拡大でき、センサー３の検出感度を向上させることが可能となる。

〔滑り台５〕
滑り台５は、その上面が滑り面２０になっている。滑り面２０は、小型のローラコンベヤ２３（図７を参照。）を採用しているので、モータ等の動力源を必要としない。被検査物２を滑り面２０の上端部に置くと、被検査物２は自身の重量に働く重力で下降する力が働き、自力で、滑り面２０の上を滑りながら搬送される。滑り面２０の全体が１つのローラコンベヤ２３から構成されても良いが、小型の複数のローラコンベヤ２３を並べて構成されても良い。

図７には滑り面２０を構成するローラコンベヤ２３の例を図示している。図７に図示したように、ローラコンベヤ２３は、全体を支持するフレーム２４、フレーム２４に搭載されたローラ２５、二つのフレーム２４を平行に保ち固定するシャフト２６等からなる。フレーム２４は、隣接するフレーム２４と連結して固定するための連結板２７を有することができる。滑り面２０を複数のローラコンベヤ２３で構成する場合、連結板２７でフレーム２４同士を連結して固定する。

シャフト２６は、フレーム２４を所定の距離に保って固定するためのものである。本例では棒状のシャフト２６を採用しており、シャフト支手２６はフレーム２４にナット２６ａで固定されている。これにより、ローラ２５がフレーム２４から所定の微小距離を有して支持され、自由自在に回転する。図８（ｂ）に図示したように、ローラ２５は、断面が円の細長い棒状の形状を有し、その長手方向の軸に沿って通し穴２５ａが開いている。図８（ａ）に図示したように、この通し穴２５ａには図８（ｃ）に図示した軸２８が挿入される。

軸２８はその両端でフレーム２４に設けた孔に差し込む。軸２８を中心にローラ２５が自由自在に回転運動をする。フレーム２４の外側に出た軸２８の先端をスナップピン（Ｒピン）等の止め具で止めることができ、スナップピン（Ｒピン）は、図示しないが軸２８の先端部に設けたピン穴に差込んで止める。滑り台５は、その一端（図１の中では左側）が本体６に連結される連結部材１５を有する。

連結部材１５は、筐体１１の上面に固定された板状部材を有し、滑り台５にノブボルト等で着脱自在に固定されたものである。滑り台５は、他端（図１の中では右側）が角度調整部材７によって本体６から所定距離に上に動かして設置できるように調整可能になっている。これにより、滑り台５の傾斜角度を調整することができる。本例では、角度調整部材７は、細長い板状の段階調整用板からなる。

図９に図示したように、角度調整部材７の一端は本体６の側面にボルト・ナット機構３７で固定され、他端は滑り台５の筐体２１の側面にボルト・ナット機構３８で調整自在に固定される。角度調整部材７には、その中央辺りから滑り台５側の端までに細長い孔７ａを設けており、この孔７ａにはボルト・ナット機構３８のノブボルトの軸部が入り上下にスライス可能になっている。孔７ａに段階調整のための凹部７ｂが段階調整の傾斜角度毎に複数設けられている。

作業者は、滑り台５の一端に設置したハンドル２２を持ち上げ、所定の角度の凹部７ｂにボルト・ナット機構３８のノブボルトの軸部を止めて、ノブボルトの頭部を回して締め付ける。ボルト・ナット機構３８は、滑り台５の角度を調整するための固定機構であり、同様の機能を実現するものであれば任意の固定機構を採用することができる。図９には、滑り台５を本体６上に設置した場合の第１設置位置と、傾斜角度αを有するように設置した場合の第２設置位置例を図示している。

第１設置位置において、滑り台５を本体６上に設置した場合、角度調整部材７は本体６の側面に沿って設置され、滑り台５は傾斜角度を有しない（傾斜角度が０度である。）。第２設置位置において、滑り台５を本体６に所定の角度を有して設置した場合、角度調整部材７は本体６の側面にボルト・ナット機構３８で固定され、滑り台５は傾斜角度αを有する。角度調整部材７は、複数傾斜角度に調整可能で、傾斜角度になる位置に孔７ｂを設けている。傾斜角度αは被検査物の種類に応じて自由自在に調整可能であるが、例えば、５度から３０度まで調整可能である。

本例では傾斜角度αを７度、１０度、１５度、２０度の４段階の調整が可能であり、４つの位置に孔７ｂを設けている。傾斜角度は、被検査物２の搬送速度に比例するもので、傾斜角度が大きいほど搬送速度が速くなる。傾斜角度を切り替えることは、搬送速度の切換えとも言える。被検査物２によって、その包装の材質などによって、滑り、言い換えると摩擦係数が異なり、搬送スピードが異なる。

そのため、被検査物２にあった搬送速度を得るために、傾斜角度を調整する。傾斜角度が大きくなると搬送速度が速くなる。滑り台５はその傾斜角度（搬送速度）は調整自在に変更することができる。滑り面２０のローラ２５の材質は合成樹脂、ステンレス鋼板等の非磁性体の素材を使用したものである。本発明の金属異物検知装置１は、卓上でも利用できる小型である。

本例では、これに限定されないが、金属異物検知装置１は長さ（機長）６００ｍｍ、幅３４５ｍｍ、高さ５００ｍｍになっている。被検査物２は、最大でセンサー３を通過することができる大きさである。よって、センサー３は、有効検知幅が２００ミリメートル、通過標準高さ（センサーコイル３１と滑り面２０との距離）７０ミリメートルである。このような寸法にすることで、本発明の金属異物検知装置１は、汎用の机９（図２、図４及び図９を参照。）等の台の上に設置することができる。

滑り台５の表面性状と、被検査物２の種類、性状（質量、材質、液体・固体等の状態）で落下速度が変わる。被検査物２はその包装体がアルミ等の金属、紙、ビニール、プラスチック等の合成材料等のように様々な材質でできており、場合によっては表面が塗料等で表面処理されている。そのための、その被検査物２の表面の材質、その中身等によって、同じ傾斜角度と滑り面でも落下速度が異なる。

落下速度は、基本的に、滑り面２０と被検査物２の接触する摩擦係数によって異なる。言い換えると、両者の材質、表面層によって異なる。滑り面２０は、ローラーの場合、転がり摩擦、波板の場合、滑り摩擦で決定され、落下速度が決まる。金属異物検知装置１は、被検査物２ができるだけ同じ速度で落下する方が望ましく、そのために滑り台の傾斜角度を調整自在にしている。また、滑り面を被検査物２の性状に合わせて交換自在である。

上述の通り、滑り台５は、小型のローラコンベヤ２３を例に説明したが、小型のローラコンベヤ２３のローラ２５は被検査物２の検知に合致するように、交換可能である。滑り台５は本体６に連結部材１５によって着脱自在に固定されているので、この連結部材１５を取り外すことで、滑り台５全体を交換可能である。また、滑り台５の滑り面２０も被検査物２の種類、性状に合わせて交換し調整することができる。

ローラ２５は、合成樹脂、金属等の材料で製造されることが多く、合成樹脂、金属の表面処理等で摩擦係数は異なる。この摩擦係数の違いにより、被検査物２の落下速度を調整することが可能である。上述の例では、滑り面２０は小型のローラコンベヤ２３にしているが、ローラ２５の大きさが異なるローラコンベヤ２３に交換することができる。また、滑り面２０は、ローラ２５の摩擦係数が異なるローラコンベヤ２３に交換することができる。

更に、滑り面２０は平板又は波板からなる滑り面にすることができる。ローラ２５を波板からなる滑り面に交換し、平板又は波板をフレーム２４に固定することができる。又は、フレーム２４とローラコンベヤ２３の全体を平板又は波板に交換することができる。このように、滑り面２０は着脱自在であり、被検査物２の種類、性状に合わせて適当な滑り面にする。

〔信号処理部１６の構成例〕
図１０は、信号処理部１６の概要を図示している。信号処理部１６は、増幅／フィルタ回路６０、波形処理部６１、ディジタルコンピュータ処理部６２、信号出力部６３等から構成されている。センサー３のセンサーコイル３１，３２は、増幅／フィルタ回路６０に接続されている。センサーコイル３１，３２から出力される信号を増幅／フィルタ回路６０で増幅して、波形処理部６１へ出力する。

波形処理部６１では、入力された信号の波形整形をし、ディジタル信号に変換して、受信感度の調整を行って、ディジタルコンピュータ処理部６２へ出力する。このときは、ディジタル信号に変換された信号のしきい値処理をし、受信感度の調整をする。ディジタルコンピュータ処理部６２は、波形処理部６１からのディジタル信号を受信して信号処理し、被検査物２中に含まれる磁性体の有無を判定する。ディジタルコンピュータ処理部６２では、磁性体が検知されたと判断された場合は、信号出力部６３に出力信号を出力する。

センサーコイル３１，３２は、増幅／フィルタ回路５０の電子回路に直接接続している。増幅／フィルタ回路６０の増幅器を動作させるための直流バイアス回路によるバイアス電圧がセンサーコイル３１，３２に印加される。これにより、センサーコイル３１，３２が励磁され、また、マグネットブースター４１，４２による静磁界の磁束が、センサーコイル３１，３２と常時鎖交する。センサーコイル３１，３２に印加されたバイアス電圧の変動、外部磁界の乱れなどにより微弱な直流変動電流が常にコイルに流れることになる。

つまり、商用電源の周波数の交流電流、その倍数周波数の交流電流、外部環境磁界の重畳した周波数の交流電流が微小ながら流れる。このような励磁状態のセンサーコイル３１，３２の付近を被検査物２が搬送される（滑り面２０を流れる）と、被検査物２に含まれる磁性金属異物がマグネットブースター４１，４２で磁気双極子状（Ｎ極とＳ極の一対の小さな磁石）に磁化される。そして、この磁性金属異物による微小な異物信号をセンサーコイル３１，３２が出力する。

詳しくは、レンツの法則で説明されるような微弱誘導電圧がセンサーコイルで発生する。その異物信号を増幅／フィルタ回路６０（ゲイン増幅器）で増幅して、波形処理部６１、ディジタルコンピュータ処理部６２へ出力する。増幅／フィルタ回路６０は、センサーコイル３１，３２の出力を数十から数百ｄＢ、場合によって千ｄＢ以上に増幅する。本例では、１２０ｄＢ程度増幅している。

〔ディジタルコンピュータ処理部６２の概要〕
図１１は、ディジタルコンピュータ処理部６２の概要を示すブロック図である。ディジタルコンピュータ処理部６２は、バス７０、メモリ７１、中央処理ユニット（ＣＰＵ）７２、入力インターフェース７３、出力インターフェース７４等を備えた、信号処理ユニットである。メモリ７１、ＣＰＵ７２、入力インターフェース７３、出力インターフェース７４は、バス７０で互いに接続されて、このバス７０を経由したデータの送受信を行う。

出力インターフェース７４は、信号出力部６３に接続され、ディジタルコンピュータ処理部６２の出力や動作状況を出力する。信号出力部６３は、表示器１３とブザー１７に接続される。メモリ７１は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置である。ディジタルコンピュータ処理部６２は、メモリ７１に格納されたプログラムを、ＣＰＵ７２で実行し、被検査物２の中の金属異物の判定をする。このプログラムは、特に、図１２に図示したフローチャートの各ステップを中央処理装置７２に実行させるものである。

また、ディジタルコンピュータ処理部６２は、これと同じ機能を有する、アナログ回路又はディジタル回路からなる回路手段で実現することができるが、ここではその詳細な説明は省略する。ＣＰＵ７２は、ディジタルコンピュータ処理部６２の動作を制御するもので、メモリ７１に格納された計算プログラムによって、ディジタルコンピュータ処理部６２の動作を制御する。

ディジタルコンピュータ処理部６２は図示しないがマウス、キーボード、タッチパネル等の入力機器を有することができ、これらの入力機器は、入力インターフェースに接続され、金属異物検知装置１の管理者等が操作して、金属異物検知装置１の初期化、設定のために利用する。計算プログラムは、メモリ７１に格納されている。計算プログラムは、メモリ７１のＲＯＭに格納されている。又は、計算プログラムは、補助記憶装置（図示せず。）に格納されている。この場合は、計算プログラムは、補助記憶装置から呼び出されて、メモリ７１に展開されて、動作する。

〔磁性体の検知フロー〕
図１２は、ディジタルコンピュータ処理部６２が検知信号を処理し磁性体を検知するときのフローチャートである。ディジタルコンピュータ処理部６２では、被検査物２中の磁性体（金属異物）の判定が行なわれる。ディジタルコンピュータ処理部６２は、まず、被検査物２が搬送されている搬送速度Ｖｂを取得し、メモリ１１１に保存する（ステップ１０）。

搬送速度Ｖｂは、傾斜角度αの値を入力することで求められる。搬送速度Ｖｂは、メモリ１１１に予め保存されている値、又は、標準的な値を用いることが好ましい。被検査物２は、設定された傾斜角度が同じなので、基本的に同一の搬送速度で搬送される。よって、搬送速度Ｖｂ又は傾斜角度αは予め設定し、メモリ１１１に保存する。ディジタルコンピュータ処理部６２は、波形処理部６１からのセンサー３の検知信号を受信し、メモリ１１１に格納する（ステップ１１）。

そして、センサー３の検知信号を受信した時刻ｔ１を取得して、メモリ１１１に格納する（ステップ１２）。時刻ｔ１は基本的に検知器８で被検査物２の通過開始の値である。これらの値から、磁性体の位置の計算を行う（ステップ１３）。それからセンサー３から受信した検知信号を波形分析し、標準データ（比較波形）と比較することで、検知信号が金属構造物を示す検知信号か否かを判定する（ステップ１４，１５）。

被検査物２に含まれる金属構造物は、大きさ、材料が均一のものであり、従って、その検知信号の波形は、金属構造物の種類ごとに基本的に略同じパターンである。そのため、被検査物２に含まれ、予め分かっている金属構造物についてはその波形を予め測定し、メモリ１１１に保存する。詳しくは、異物信号波形の基準となる標準データを、センサー３が出力した検知信号と比較して、標準データと検知信号がどの程度似ているかで金属異物を識別している。

これは、一種のパターンマッチングと言える。この比較のとき、検知信号の波形の振幅、山の数、比較している検知信号の波形の前後の山の大小関係、周波数の差異、積分値、微分値等の比較項目を標準データと比較して、その差分量を計算する。しかし、この比較で、検知信号と標準データは完全に合致することは殆どない。検知信号と標準データは、所定の比較項目の値が標準データと、所定の値以上に、例えば７５％以上、合うとき、金属異物と判定する。

よって、上述のステップ１４で検知信号を、波形分析し、標準データ（比較波形）と比較することで、検知信号が金属構造物を示す検知信号か否かを判定する。このように、検知信号と標準データが所定の割合以上で合致する場合、その搬送速度の差異による誤差を吸収する。ステップ１５で検知信号の波形が標準波形に該当しない波形、言い換えると金属異物と判定された場合、検出信号又は警報信号を発する（ステップ１６）。

ステップ１５で検知信号の波形が標準波形に該当する波形と判定された場合、正常信号を出力する（ステップ１７）。センサー３で検知信号が出力されない場合、正常である旨の出力信号を出力する（ステップ１１→１７）。この正常である旨の出力信号は、基本的に信号出力しない又は一定レベルの出力信号であることが好ましい。このような手順で、一連の判定が行なわれる。そして、出力信号を発した後で、検知が上述のステップ１０から行われる（ステップ１８）。

本発明は、製品を包装袋等の包装体に充填して製造する分野、それらを販売する等のサービス分野等の医薬品、化粧品、食料品の製造・サービス分野で金属異物の検知に利用すると良い。

１…金属異物検知装置
２…被検査物
３…センサー
４…磁化部
５…滑り台
６…本体
７…角度調整部材
８…検知器
１１…（本体６の）筐体
１２…電源スイッチ
１３…表示器
１４…操作スイッチ
１５…連結部材
１６…信号処理部
２０…滑り面
２１…（滑り台５の）筐体
２２…ハンドル
２３…ローラコンベヤ
２４…フレーム
２５…ローラ
２６…支手
２７…連結板
２８…軸
３１，３２…センサーコイル
３３…（センサー３の）筐体
３４…（センサー３の）支持板
３５…鉄心
３６…コイル
３７，３８…ノブボルト
４１，４２…マグネットブースタ−
４３…（磁化部４の）筐体
４４…（磁化部４の）支持板
４５…磁石要素
５１…発振回路
５２…ブリッジ回路
５３…アルミ信号消去回路
５４…増幅／位相変換回路
５５…増幅／位相反転回路
５６…波形処理部
５７…ディジタルコンピュータ処理部
５８…信号出力部
６０…増幅／フィルタ回路
６１…波形処理部
６２…ディジタルコンピュータ処理部
６３…信号出力部
７０…バス
７１…メモリ
７２…中央処理装置（ＣＰＵ）
７３…入力インターフェース
７４…出力インターフェース

Claims (5)

1. 被検査物を搬送路である傾斜面で前記被検査物自身の質量の重力を利用して搬送する搬送手段と、
   前記被検査物中の磁性体を磁化又は磁化強化するためのもので、前記搬送路の途中に設けられた磁化手段と、
   前記搬送路の途中に、かつ、前記被検査物の搬送方向で前記磁化手段の次に設けられ、検知信号を出力するセンサー手段と、
   前記検知信号を取得して信号処理して前記磁性体の有無を判断し、前記判断の結果を示す出力信号を出力する信号処理部からなる検知手段と
   からなる金属異物検知装置において、
   卓上で利用できる小型の構造の本体（６）、
   前記センサー手段を前記被検査物が通過するタイミングを検知するためのもので、前記センサー手段と前記磁化手段の間に前記センサー手段と隣接して設置され、前記被検査物が通過し始めたタイミングと通過し終わったタイミングの両方を検知し前記信号処理部へ送信する検知器、
   前記本体（６）の上面に設置されたもので、上面に交換着脱自在な前記搬送路を設置し、前記センサー手段、前記磁化手段及び前記検知器を固定するための滑り台（５）、
   前記滑り台の傾斜角度を調整するための角度調整手段を有し、
   前記センサー手段は、コアに導線を巻いて構成され、前記コアの磁化（Ｂ−Ｈ）特性の磁束密度（Ｂ）と磁界（Ｈ）が０付近の微少な値の非線形部分を利用し、周囲の磁界の変化を検知して、前記検知信号を出力する同一構造のものであって、前記搬送路の上下に設置された第１センサーコイルと第２センサーコイルからなり、
   前記磁化手段は、前記搬送路の上下に設置された第１マグネットブースターと第２マグネットブースターからなり、前記第１マグネットブースターを構成する磁石要素と前記第２マグネットブースターを構成する磁石要素は同じ磁極を互いに対向させて配置されており、
   前記金属異物検知装置は、卓上で利用できる小型であることを特徴とする金属異物検知装置。
2. 請求項１に記載の金属異物検知装置において、
   前記滑り台は、前記金属異物検知装置の前記本体を成す筐体に着脱自在である
   ことを特徴とする金属異物検知装置。
3. 請求項２に記載の金属異物検知装置において、
   前記搬送路の搬送面は、着脱自在なローラコンベアである
   ことを特徴とする金属異物検知装置。
4. 請求項２に記載の金属異物検知装置において、
   前記搬送路の搬送面は、着脱自在な平板又は波板である
   ことを特徴とする金属異物検知装置。
5. 請求項３又は４に記載の金属異物検機において、
   前記搬送面の傾斜角度は、７度、１０度、１５度、２０度の角度で調整する
   ことを特徴とする金属異物検知装置。

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