金属検出装置
【課題】 金属の検出能力を高める。金属体が励磁器に対して対称に位置しても検出する。金属体が片側に位置する時とその反対側に位置する時とで出力信号の極性が異なることをなくす。
【解決手段】 励磁器１による一次磁界で受信器３、５と検出領域を覆い、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信器の出力信号が変化し、出力信号の変化で金属体を検出する方法において、励磁器は、両側に、極性が逆になる対の一次磁界を発生する対の電流線路を有し、受信器は、磁界の無感方向を有する。受信器は、励磁器に対して非対称になる位置であって励磁器の片側になる位置に配置し、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させ、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置する。検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号を零ないし微小量にする。
【解決手段】 励磁器１による一次磁界で受信器３、５と検出領域を覆い、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信器の出力信号が変化し、出力信号の変化で金属体を検出する方法において、励磁器は、両側に、極性が逆になる対の一次磁界を発生する対の電流線路を有し、受信器は、磁界の無感方向を有する。受信器は、励磁器に対して非対称になる位置であって励磁器の片側になる位置に配置し、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させ、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置する。検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号を零ないし微小量にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用して金属を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気を利用して金属体、導電体を検出する場合、検出領域に隣接して励磁コイルと受信コイルを配置する。励磁コイルには、交流電圧を加え、一次磁界を発生させる。一次磁界は、検出領域と受信コイルを覆う。受信コイルは、その配置位置の磁界で起電力が誘起し、信号を出力する。
【０００３】
検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、その金属体に渦電流が発生し、二次磁界が生ずる。二次磁界は、一次磁界に重なる。その金属体が磁性体であるときには、一次磁界が変形する。二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信コイルの配置位置の磁界が変わる。受信コイルは、出力信号が変化する。この出力信号の変化で金属体を検出する。出力信号の変化量は、金属体までの距離や金属体の大きさに応じて変化する。
【０００４】
金属の検出能力を高めるため、検出領域に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号が零ないし微小量になる構成にする。例えば、金属体が存在しないときには、受信コイルに一次磁界による起電力を出力させないため、励磁コイルと受信コイルは、直交して、Ｔ字形に配列する。受信コイルは、励磁コイルに対して対称になる位置に配置する。また、励磁コイルと受信コイルは、平行して、一部を重ねる。受信コイルは、コイル面を一次磁界の磁束が一方向に鎖交する量と反対方向に鎖交する量が同じになる位置に配置する。
【０００５】
金属検出装置は、励磁コイルと受信コイルをケースに内蔵している。ケースは、検出領域に隣接させる検出面を設け、検出面に対して励磁コイルと受信コイルを平行又は直交して配置している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２２８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
［背景技術の課題］
金属の検出能力を高めるため、検出領域に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号が零ないし微小量になる構成にすることが望まれる。
【０００８】
ところが、上記のように、受信コイルを励磁コイルに対して対称になる位置に配置する場合、検出領域の金属体が励磁コイルに対して対称に位置すると、受信コイルは、出力しない。金属体が検出されない。また、金属体が励磁コイルに対して片側に位置する時と、その反対側に位置する時とでは、受信コイルの出力信号は、極性が異なる。
【０００９】
また、上記のように、受信コイルを励磁コイルに対して一部が重なる位置に並列する場合、検出領域の金属体が、受信コイル側に位置して受信コイル面を一方向に鎖交する磁束量を増加させる時と、その反対側に位置して受信コイル面をその反対方向に鎖交する磁束量を増加させる時とでは、受信コイルの出力信号は、極性が異なる。
【００１０】
［課題を解決するための着想と研究］
１）受信コイルの接線配置
励磁コイルは、両側に、電流の向きが反対になる対の電流線路を有する。両側の電流線路は、極性が逆になる対の一次磁界を発生する。受信コイルは、磁界の無感方向を有する。即ち、受信コイルは、両側の電流線路を含む面、コイル面を磁界の磁力線の接線方向に配置すると、出力信号が零ないし微小量になる。
【００１１】
そこで、受信コイルは、励磁コイルに対して対称になる位置ではなく、非対称になる位置であって、励磁コイルの片側に配置し、励磁コイルの片側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させる。そして、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置する。即ち、受信コイルは、コイル面を励磁コイルの片側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置することにした。
【００１２】
すると、検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号が零ないし微小量になる。金属体の検出能力が高くなる。検出領域の金属体が励磁コイルに対して対称に位置しても、受信コイルは出力する。その金属体を検出する。金属体が受信コイル側に位置する時と、その反対側に位置する時とで出力信号の極性が異ならない。
【００１３】
２）励磁コイルの配置
励磁コイルは、従来、コイル面を検出面に対して平行又は直交して、即ち検出方向に対して直交又は平行して配置していた。励磁コイルの平行配置と直交配置の外に傾斜配置を着想したのである。
【００１４】
（１）励磁コイルの平行配置（図１参照）
励磁コイルを検出面に対して平行に配置したときには、上記の受信コイルの接線配置は、図１の上部に示すようになる。方形状の励磁コイル１は、コイル面を検出面２に平行し、両側の電流線路を前後に配置する。受信コイル３は、励磁コイル１の後側に配置し、励磁コイル１の後側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイルの後側の一次磁界中に位置させる。受信コイル３のコイル面は、励磁コイル１の後側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置する。
【００１５】
検出面２の検出方向４側の検出領域には、励磁コイル１の両側の一次磁界が広がる。検出範囲が前後方向に広くなる。受信コイル３は、受信能力を高めるため、検出面２の近くに配置し、軟質磁性材料のフェライトコア、鉄心５を同心状に挿入している。鉄心５は、励磁コイル１の後側、受信コイル３側の一次磁界を凝縮し、反対側の一次磁界を拡大する。
【００１６】
鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面２に沿って前後方向に移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図１の下部に示すように、大きさが山形状に変化する。極性は、反転しない。最大出力位置は、励磁コイル１と受信コイル３の間にある。この位置は、検出基準軸６とする。
【００１７】
（２）励磁コイルの直交配置（図２参照）
励磁コイルを検出面に対して直交して配置したときには、上記の受信コイルの接線配置は、図２の上部に示すようになる。励磁コイル１は、コイル面を検出面２に直交し、両側の電流線路を上下に配置する。受信コイル３は、励磁コイル１の後側に配置し、励磁コイル１の下側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１の下側の一次磁界中に位置させる。受信コイル３のコイル面は、励磁コイル１の下側、検出面２側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置する。
【００１８】
検出領域には、励磁コイル１の検出面２側の一次磁界が広がる。受信コイル３のフェライトコアの鉄心５は、励磁コイル１の検出面２側の一次磁界を凝縮する。
【００１９】
鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面２に沿って前後方向に移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図２の下部に示すように、大きさが山形状に変化する。極性は、反転しない。最大出力位置は、励磁コイル１と受信コイル３の間にある。この位置は、検出基準軸６とする。
【００２０】
（３）励磁コイルの傾斜配置（図３参照）
励磁コイルを検出面に対して傾斜して配置したときには、上記の受信コイルの接線配置は、図３の上部に示すようになる。励磁コイル１は、コイル面を検出面２に対して傾斜し、両側の電流線路を前下側と後上側に配置する。受信コイル３は、励磁コイル１の後側に配置し、励磁コイル１の後上側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１の後上側の一次磁界中に位置させる。受信コイル３のコイル面は、励磁コイル１の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置する。
【００２１】
検出領域には、主に励磁コイル１の前下側、検出面２側の一次磁界が広がる。受信コイル３のフェライトコアの鉄心５は、励磁コイル１の検出面２側の一次磁界を拡大する。その一次磁界の拡大で、検出範囲が広くなる。
【００２２】
鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面２に沿って前後方向に移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図３の下部に示すように、大きさが山形状に変化する。極性は、反転しない。最大出力位置は、励磁コイル１の中央位置から受信コイル３側に寄っている。この位置は、検出基準軸６とする。
【００２３】
３）検出方向の検出範囲（図４参照）
上記のように、受信コイル３は、接線配置する。励磁コイル１は、平行配置、直交配置又は傾斜配置する。鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出基準軸６上を移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図４に示すように、鋼棒Ｒが検出面２に近付くに従って、大きさが増加する。極性は、反転しない。検出範囲が検出方向４に最も広い励磁コイル１の配置は、傾斜配置である。次に広い励磁コイル１の配置は、平行配置である。３番目に広い励磁コイル１の配置は、直交配置である。
【００２４】
実験例は、次の通りである。励磁コイル１は、３５×３５mmの矩形である。フェライトコアの鉄心５は、１３×１３×長さ１５mmの角棒である。受信コイル３は、直径０．１mmのエナメル線を鉄心５の下部に６００回巻き付けている。励磁コイル１と鉄心５付き受信コイル３の間の距離は、１５〜２０mmである。励磁コイル１に加える正弦波状交流電圧の周波数は、７kHzである。鋼棒Ｒは、直径１２ mmで、長さ３００mmである。励磁コイル１の傾斜配置では、検出範囲の検出方向の最大距離が２２０mm位である。
【００２５】
４）金属検出の磁気シールド（図５と図６参照）
検出領域の金属を検出するに当たり、受信コイル３は、検出領域以外に位置する金属では出力しないことが望まれる。励磁コイル１と受信コイル３は、検出面２以外の外回りを磁気シールドすることにした。そして、磁気シールドは、検出面２の検出方向４側、検出領域の一次磁界を凝縮させないため、非磁性金属を用いることにした。
【００２６】
金属検出装置は、図５と図６に示すように、励磁コイル１と鉄心５付き受信コイル３をアルミニウムのような非磁性金属のケース７に収納し、ケース７の開口面を検出面２にする。図示例のケース７は、三角形状の左側と右側の壁、四角形状の前下がりの前上側の壁と四角形状の後下がりの後上側の壁を有する。ケース７の下面は、開口面にして検出面２にする。ケース７の前上側の壁には、励磁コイル１を並列する。励磁コイル１と受信コイル３は、検出面２以外の外回りをケース７の非磁性金属の壁で囲う。ケース７の非磁性金属の壁を外側に通過しようとする一次磁界は、非磁性金属の壁で減衰し、壁の外側では弱くなる。ケース７の壁の外側に位置する金属では、受信コイル３は、出力しなくなる。
【００２７】
ケース７の非磁性金属の壁は、一次磁界を吸収すると、渦電流が発生し、二次磁界が生ずる。この二次磁界が金属検出に与える影響を除くため、ケース７の非磁性金属の壁の内側にＮｉ−Ｚｎフェライトのような電気抵抗の高い低損失磁性材料の板８を配置する。この低損失磁性材料の板８は、二次磁界を凝縮し、二次磁界の影響を弱める。また、板８は、検出面２の検出方向４側の一次磁界を凝縮させないため、ケース７の非磁性金属の壁に接し、励磁コイル１や受信コイル３から離す。更に、板８は、ケース７内面の全面ではなく一部に配置する。板８の部分配置位置は、ケース７の前上側の壁と励磁コイル１の間、ケース７の後上側の壁と受信コイル３の間、及び、ケース７の左側、右側の壁と受信コイル３の間にする。ケース７の左側、右側の壁と励磁コイル１の間には、板８を配置しない。
【００２８】
このような磁気シールド付き金属検出装置は、金属の接近でスイッチを作動する近接スイッチに利用される。また、案内用の金属線に沿って移動する移動体の金属線検出装置に利用される。
【００２９】
５）検出範囲の絞り（図７〜図９参照）
検出領域に複数の金属体が存在してその内の１個の金属体を検出するには、検出範囲は狭いことが望まれる。金属検出装置は、図７と図８に示すように、励磁コイル１の左右の両側にアルミニウムのような非磁性金属の絞り板９を並列することにした。
【００３０】
励磁コイル１から検出領域に広がる一次磁界は、励磁コイル１の両側の絞り板９でそれらの並列方向、左右方向が絞られる。検出範囲ｋの左右方向は、図９に示すように、絞り板９のないときの鎖線で示す範囲から、実線で示す範囲に狭くなる。
【００３１】
このような検出範囲絞り機能付き金属検出装置は、コンクリート壁内の鉄筋群中の１本の鉄筋について、太さやかぶり量を求める鉄筋検出装置に利用される。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
１）励磁器と受信器を検出領域に隣接して配置し、励磁器による一次磁界で受信器と検出領域を覆い、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信器の配置位置の磁界が変わり、受信器の出力信号が変化し、出力信号の変化で金属体を検出する方法において、
励磁器は、両側に、極性が逆になる対の一次磁界を発生する対の電流線路を有し、受信器は、磁界の無感方向を有し、
受信器は、励磁器に対して非対称になる位置であって励磁器の片側になる位置に配置し、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させ、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置し、
検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号を零ないし微小量にすることを特徴とする金属検出方法。
２）上記の金属検出方法を実施する装置であって、
励磁器と受信器は、ケースに内蔵し、ケースは、検出領域に隣接させる検出面を設けたことを特徴とする金属検出装置。
３）上記の金属検出装置において、
励磁器は、両側の電流線路を含む面を検出面に対して傾斜して配置したことを特徴とする。
４）上記の金属検出装置において、
受信器は、コイルと軟質磁性材料の鉄心を有し、コイルに鉄心を同心状に挿入したことを特徴とする。
５）上記の金属検出装置において、
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを非磁性金属の壁で囲い、励磁器と非磁性金属の壁の間、又は、受信器と非磁性金属の壁の間に、低損失磁性材料の板を配置し、
低損失磁性材料の板は、非磁性金属の壁に接し、励磁器又は受信器から離し、非磁性金属の壁の一部に配置し、
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを磁気シールドしたことを特徴とする。
６）上記の金属検出装置において、
受信器は、２個にし、励磁器の後側に左側と右側に並べて配置し、
左側と右側の受信器は、移動体の移動路に沿って配した金属線が前後方向になる位置に配置し、検出領域の金属線を左右の両受信器で検出し、両受信器の出力信号から金属線に対する左右方向位置を得る構成にしたことを特徴とする。
７）上記の金属検出装置において、
励磁器の両側には、非磁性金属の絞り板を並列し、
検出領域の一次磁界は両側の絞り板の並列方向を絞って、検出範囲は両側の絞り板の並列方向を狭くしたことを特徴とする。
８）上記の２）、３）、４）、５）又は７）の金属検出装置において、
受信器は、２個にし、励磁器の後側に前側と後側に並べて配置し、
前側と後側の受信器は、検出領域の金属棒が左右方向になって前側受信器又は後側受信器の出力信号が最大になる前後方向位置に配置し、前側受信器の出力信号と後側受信器の出力信号から金属棒の太さと金属棒までの距離を得る構成にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
受信器の出力信号は、検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには零ないし微小量になり、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると大きくなる。検出領域の金属体による出力信号の変化が大きくなる。金属の検出能力が高くなる。
【００３４】
検出領域の金属体が励磁器に対して対称に位置しても、受信器は出力して検出する。
検出領域の金属体が受信コイル側に位置する時と、その反対側に位置する時とで出力信号の極性が異ならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
［第１例（図１０と図１１参照）］
本例の金属検出装置は、磁気シールドを施し、金属の接近でスイッチを作動する近接スイッチにしている。
この近接スイッチは、図１０と図１１に示すように、励磁器１１、１２と受信器１３、１４をケース２１〜２７に内蔵している。
【００３６】
励磁器は、非磁性不導体の枠１１に電線を複数回巻き付けた方形状のコイル１２にしている。この励磁コイル１２は、空心にしている。受信器は、軟質磁性材料のフェライトコアの鉄心１３に電線を複数回巻き付けた方形状のコイル１４にしている。この受信コイル１４は、鉄心１３を同心状に挿入している。
【００３７】
ケースは、非磁性金属のアルミニウム合金製にし、箱形構造にしている。三角形状の左側と右側の壁２１、２２、四角形状の前下がりの前上側の壁２３と四角形状の後下がりの後上側の壁２４を備えている。ケースの下面２５は、開口面にしている。片側の三角形状の壁２２は、前上側の壁２３と後上側の壁２４の上側に延長し、延長部分を取付板２６にし、取付板２６に取付孔２７を貫通している。
【００３８】
励磁器１１、１２は、ケースの前上側の壁２３の後側に後倒しに配置している。励磁コイル１２のコイル面は、ケースの前上側の壁２３と並列し、ケースの開口面２５に対して傾斜している。励磁コイル１２は、傾斜配置にし、両側の電流線路を前下側と後上側に配置している。受信器１３、１４は、励磁コイル１２に対して非対称になる位置であって励磁器１１、１２の後側になる位置に後倒しに配置している。この受信器１３、１４は、励磁コイル１２の後上側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１２の後上側の一次磁界中に位置している。受信コイル１４は、接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。励磁器１１、１２と受信器１３、１４は、下側以外の外回りをケースの非磁性金属の壁２１、２２、２３、２４で囲っている。
【００３９】
励磁器１１、１２とケースの前上側の壁２３の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３１を配置している。この板３１は、四角形状にし、前上側の壁２３に接し、励磁コイル１２から離している。受信器１３、１４とケースの後上側の壁２４の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３２を配置している。この板３２は、四角形状にし、後上側の壁２４に接し、受信器１３、１４から離している。受信器１３、１４とケースの左側の壁２１の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３３を配置している。この板３３は、三角形状にし、左側の壁２１に接し、受信器１３、１４から離している。受信器１３、１４とケースの右側の壁２２の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３４を配置している。この板３４は、三角形状にし、左側の壁２２に接し、受信器１３、１４から離している。前上側の板３１は、後上側の板３２、左側の板３３と右側の板３４から離している。左側の板３３と励磁コイル１２の間、右側の板３４と励磁コイル１２の間には、低損失磁性材料の板を配置しない。
【００４０】
励磁器１１、１２と受信器１３、１４は、下側以外の外回りをケースの非磁性金属の壁２１〜２４と低損失磁性材料の板３１〜３４で磁気シールドしている。
【００４１】
ケースの前上側の壁２３と低損失磁性材料の板３１の下面には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの四角形状の板３５を配置している。この板３５は、磁界拡大用であり、ケースの開口面２５から流出する励磁コイル１２の前下側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１２の前下側の一次磁界を前方に広げる。
【００４２】
ケースの壁２３、２４の上端には、ケーブル３７を貫通している。ケーブル３７は、励磁コイル１２と受信コイル１４の導線に連結している。励磁コイル１２と受信コイル１４は、それぞれ、ケーブル３７を経て、図示しない励磁回路と受信回路に接続している。受信回路は、金属の接近で作動するスイッチイング回路に接続している。
【００４３】
三角形状箱形のケースは、励磁器１１、１２と受信器１３、１４及び板３１〜３４を収納した内部の隙間に、プラスタや合成樹脂のような非磁性不導体の可塑性充填剤３８を充填し、硬化した充填剤３８に励磁器１１、１２と受信器１３、１４及び板３１〜３４を埋没してそれらの位置を固定している。また、充填剤３８は、ケースの開口面２５から突出し、その突出部を板状に成形している。その板状部は、下面をケースの開口面２５と平行にして検出面３９にしている。検出面３９の下側は、検出領域にしている。また、板状部は、磁界拡大用の板３５を埋没して固定している。
【００４４】
検出領域の検出範囲に金属体が進入すると、スイッチイング回路のスイッチが作動する。金属体が検出領域の検出範囲から退出すると、スイッチイング回路のスイッチが作動中から不作動になる。
【００４５】
［第２例（図１２〜図１４参照）］
本例の金属検出装置は、磁気シールドを施し、案内用の金属線に沿って移動する移動体の金属線検出装置にしている。第１例の近接スイッチと異なる点を中心に説明する。
【００４６】
金属線検出装置では、図１２と図１３に示すように、受信器は、左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６の２個にし、傾斜配置の励磁器１１、１２の後側に左側と右側に並べて配置している。左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、それぞれ、励磁コイル１２の後上側の一次磁界中に位置している。受信コイル１４と受信コイル１６は、それぞれ、接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。
【００４７】
左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、構造と性能を同一にし、ケース２１〜２４の前後方向に沿った中心線を挟んで左右対称に位置している。励磁器１１、１２は、ケース２１〜２４の前後方向に沿った中心線に対して左右対称の構造にしている。
【００４８】
左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、それぞれ、ケーブル３７を経て、図示しない左側受信回路と右側受信回路に接続している。左側受信回路と右側受信回路は、両受信回路の出力電圧値の比較回路に接続している。
【００４９】
ケースの前上側の壁２３は、前下端を前側に延長し、延長部分を取付板２６にし、取付板２６に取付孔２７を貫通している。ケースの後上側の壁２４は、後下端を後側に延長し、延長部分を取付孔２７付きの取付板２６にしている。
【００５０】
その他の構造は、第１例におけるのと同様であり、図１２と図１３に第１例におけるのと同じ符号を付している。
【００５１】
自動搬送車のような移動体の移動路には、案内用の金属線ｗを張る。金属線ｗには、ステンレスワイヤやアルミニウムテープが例示される。金属線検出装置は、金属線ｗが検出領域の検出範囲内で前後方向になる位置であって、左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６が金属線ｗの両側になる位置に配置する。左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、それぞれ、検出領域の検出範囲内の金属線ｗを検出して出力する。左右の両受信器の出力電圧値は、左側受信回路と右側受信回路を経て比較回路に入力し、比較回路で比較され、金属線ｗに対する左右方向位置が得られる。この位置情報に基づいて、移動体は移動の向きを制御する。
【００５２】
左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６の出力電圧値は、図１４に示すように、それぞれ、金属線ｗの左右方向位置によって山形状に変化する。両受信器が金属線ｗに対して左右対称に位置すると、両受信器の出力電圧値が同一になる。両受信器が左側に寄ると、右側受信器１５、１６が金属線ｗに近づいて出力電圧値を増加し、左側受信器１３、１４が金属線ｗから遠ざかって出力電圧値を減少する。逆に、両受信器が右側に寄ると、左側受信器１３、１４の出力電圧値が増加し、右側受信器１５、１６の出力電圧値が減少する。
【００５３】
［第３例（図１５と図１６参照）］
本例の金属検出装置は、検出範囲絞り機能を付設し、鉄筋検出装置にしている。第１例の近接スイッチと異なる点を中心に説明する。
【００５４】
鉄筋検出装置では、図１５と図１６に示すように、受信器は、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の２個にし、傾斜配置の励磁器１１、１２の後側に前側と後側に並べて配置している。前側受信器１３、１４は、後倒しの接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。後側受信器１５、１６は、前倒しの接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。
【００５５】
前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６は、それぞれ、ケーブル３７を経て、図示しない前側受信回路と後側受信回路に接続している。前側受信回路と後側受信回路は、両受信器の出力電圧値から鉄筋の太さと鉄筋までの距離、かぶり量を求める算出装置に接続している。この算出装置は、予め求めた両受信器の出力電圧値と鉄筋の太さとかぶり量との関係を示す式又は表を記憶している。
【００５６】
鉄筋検出装置は、磁気シールドを施していない。検出範囲を狭くしないためである。第１例における磁気シールド用の板３１〜３４と磁界拡大用の板３５を設けていない。ケース４１は、非磁性不導体の合成樹脂成形品にしている。
【００５７】
励磁コイル１２の左右の両側には、非磁性金属のアルミニウム合金の絞り板４２を並列している。左右の方形状の絞り板４２は、ケース４１内で励磁コイル１２を挟んでいる。
【００５８】
ケース４１は、励磁器１１、１２、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６及び左右の絞り板４２を収納した内部の隙間に、プラスタや合成樹脂のような非磁性不導体の可塑性充填剤３８を充填し、硬化した充填剤３８に励磁器１１、１２、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６及び左右の絞り板４２を埋没してそれらの位置を固定している。また、充填剤３８は、下面をケースの開口面２５に一致させて検出面３９にしている。検出面３９の下側は、検出領域にしている。
【００５９】
左右の両側の絞り板４２は、検出領域の一次磁界の左右方向、両側の絞り板４２の並列方向を絞っている。検出範囲は、左右方向が狭くなっている。
【００６０】
鉄筋Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面３９に沿って前後方向に移動する。すると、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の出力電圧値は、図１５の下部に示すように、山形状に変化する。前側受信器１３、１４の最大出力位置は、励磁器１１、１２と前側受信器１３、１４の間になる。この位置は、前側検出基準軸４３とする。後側受信器１５、１６の最大出力位置は、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の間になる。この位置は、後側検出基準軸４４とする。
【００６１】
ケース４１は、直方体形状の箱形にし、左右の両側の側壁に、前側検出基準軸４３の位置を示す一対の前側目印４５と後側検出基準軸４４の位置を示す一対の後側目印４６を外側に突出して設けている。
【００６２】
コンクリート壁内の鉄筋群中の１本の鉄筋Ｒについて、太さやかぶり量を求めるときには、鉄筋検出装置は、検出面３９をコンクリート壁面に重ねる。そして、一対の前側目印４６を利用し、検出対象の鉄筋Ｒが検出領域の検出範囲内で左右方向になる位置ないし向きに配置する。次に、鉄筋検出装置は、前側受信器１３、１４の出力電圧値を見ながら前後動し、前側受信器１３、１４の最大出力位置、前側検出基準軸４３の位置に停止する。そして、算出装置を作動し、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の出力電圧値から鉄筋Ｒの太さとかぶり量を求める。算出装置は、鉄筋Ｒを前側検出基準軸４３の位置に配置したときの両受信器の出力電圧値と鉄筋の太さとかぶり量との関係を記憶している。
【００６３】
この例においては、鉄筋Ｒを前側検出基準軸４３の位置に配置し、そのときの前後の受信器の出力から鉄筋Ｒの太さとかぶり量を求める。変形例は、鉄筋Ｒを後側検出基準軸４４の位置に配置し、そのときの前後の受信器の出力から鉄筋Ｒの太さとかぶり量を求める構成にする。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、人には見えない位置の金属の検出装置、金属の無接触による検出装置や、近接スイッチ、移動体の案内用金属線の検出装置や鉄筋検出装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の励磁コイル平行配置、受信コイルの接線配置の方式を示す図で、上部は概念正面図、下部は受信コイルの出力電圧値と鋼棒の前後方向位置の関係を示す図。
【図２】本発明の励磁コイル直交配置、受信コイルの接線配置の方式を示す図で、上部は概念正面図で、下部は受信コイルの出力電圧値と鋼棒の前後方向位置の関係を示す図。
【図３】本発明の励磁コイル傾斜配置、受信コイルの接線配置の方式を示す図で、上部は概念正面図で、下部は受信コイルの出力電圧値と鋼棒の前後方向位置の関係を示す図。
【図４】本発明の各方式における受信コイルの出力電圧値と検出面から検出方向への鋼棒の距離の関係を示す図。
【図５】本発明の磁気シールド付き金属検出装置の概念縦断側面図。
【図６】同磁気シールド付き金属検出装置の概念底面図。
【図７】本発明の検出範囲絞り機能付き金属検出装置の概念縦断側面図。
【図８】同検出範囲絞り機能付き金属検出装置の概念正面図。
【図９】同検出範囲絞り機能付き金属検出装置における左右方向の検出範囲を示す概念正面図。
【図１０】本発明の実施形態の第１例における金属検出装置、近接スイッチの縦断側面図。
【図１１】同金属検出装置の励磁器の枠と充填剤を除去した状態の底面図。
【図１２】本発明の実施形態の第２例における金属検出装置、金属線検出装置の縦断側面図。
【図１３】同金属検出装置の励磁器の枠と充填剤を除去した状態の底面図。
【図１４】同金属検出装置の左側受信器と右側受信器の出力電圧値と金属線の左右方向位置の関係を示す図。
【図１５】本発明の実施形態の第３例における金属検出装置、鉄筋検出装置を示す図で、上部は縦断側面図、下部は前側受信器と後側受信器の出力電圧値と鉄筋の前後方向位置の関係を示す図。
【図１６】同金属検出装置の励磁器の枠と充填剤を除去した状態の底面図。
【符号の説明】
【００６６】
１ 励磁器の励磁コイル
２ 検出面
３ 受信器の受信コイル、
４ 検出方向
５ 受信器の鉄心、フェライトコア、軟質磁性材料の鉄心
６ 検出基準軸
７ 磁気シールドの非磁性金属のケース
８ 磁気シールドの低損失磁性材料の板
９ 絞り板
Ｒ 鋼棒、金属体
ｋ 検出範囲
実施形態の第１例
１１、１２ 励磁器
１１ 非磁性不導体の枠
１２ 方形状のコイル、励磁コイル
１３、１４ 受信器
１３ 軟質磁性材料の鉄心
１４ 方形状のコイル、受信コイル
２１〜２７ 非磁性金属のケース
２１ 左側の壁
２２ 右側の壁
２３ 前上側の壁
２４ 後上側の壁
２５ 下面、開口面
２６ 取付板
２７ 取付孔
３１ 前上側の低損失磁性材料の板
３２ 後上側の低損失磁性材料の板
３３ 左側の低損失磁性材料の板
３４ 右側の低損失磁性材料の板
３５ 磁界拡大用の低損失磁性材料の板
３７ ケーブル
３８ 非磁性不導体の可塑性充填剤、充填剤
３９ 検出面
実施形態の第２例
１３、１４ 左側受信器
１４ 受信コイル
１５、１６ 右側受信器
１６ 受信コイル
ｗ 案内用の金属線
実施形態の第３例
１３、１４ 前側受信器
１５、１６ 後側受信器
４１ 非磁性不導体のケース
４２ 非磁性金属の絞り板
４３ 前側検出基準軸
４４ 後側検出基準軸
４５ 前側目印
４６ 後側目印
Ｒ 鉄筋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気を利用して金属を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気を利用して金属体、導電体を検出する場合、検出領域に隣接して励磁コイルと受信コイルを配置する。励磁コイルには、交流電圧を加え、一次磁界を発生させる。一次磁界は、検出領域と受信コイルを覆う。受信コイルは、その配置位置の磁界で起電力が誘起し、信号を出力する。
【０００３】
検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、その金属体に渦電流が発生し、二次磁界が生ずる。二次磁界は、一次磁界に重なる。その金属体が磁性体であるときには、一次磁界が変形する。二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信コイルの配置位置の磁界が変わる。受信コイルは、出力信号が変化する。この出力信号の変化で金属体を検出する。出力信号の変化量は、金属体までの距離や金属体の大きさに応じて変化する。
【０００４】
金属の検出能力を高めるため、検出領域に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号が零ないし微小量になる構成にする。例えば、金属体が存在しないときには、受信コイルに一次磁界による起電力を出力させないため、励磁コイルと受信コイルは、直交して、Ｔ字形に配列する。受信コイルは、励磁コイルに対して対称になる位置に配置する。また、励磁コイルと受信コイルは、平行して、一部を重ねる。受信コイルは、コイル面を一次磁界の磁束が一方向に鎖交する量と反対方向に鎖交する量が同じになる位置に配置する。
【０００５】
金属検出装置は、励磁コイルと受信コイルをケースに内蔵している。ケースは、検出領域に隣接させる検出面を設け、検出面に対して励磁コイルと受信コイルを平行又は直交して配置している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２２８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
［背景技術の課題］
金属の検出能力を高めるため、検出領域に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号が零ないし微小量になる構成にすることが望まれる。
【０００８】
ところが、上記のように、受信コイルを励磁コイルに対して対称になる位置に配置する場合、検出領域の金属体が励磁コイルに対して対称に位置すると、受信コイルは、出力しない。金属体が検出されない。また、金属体が励磁コイルに対して片側に位置する時と、その反対側に位置する時とでは、受信コイルの出力信号は、極性が異なる。
【０００９】
また、上記のように、受信コイルを励磁コイルに対して一部が重なる位置に並列する場合、検出領域の金属体が、受信コイル側に位置して受信コイル面を一方向に鎖交する磁束量を増加させる時と、その反対側に位置して受信コイル面をその反対方向に鎖交する磁束量を増加させる時とでは、受信コイルの出力信号は、極性が異なる。
【００１０】
［課題を解決するための着想と研究］
１）受信コイルの接線配置
励磁コイルは、両側に、電流の向きが反対になる対の電流線路を有する。両側の電流線路は、極性が逆になる対の一次磁界を発生する。受信コイルは、磁界の無感方向を有する。即ち、受信コイルは、両側の電流線路を含む面、コイル面を磁界の磁力線の接線方向に配置すると、出力信号が零ないし微小量になる。
【００１１】
そこで、受信コイルは、励磁コイルに対して対称になる位置ではなく、非対称になる位置であって、励磁コイルの片側に配置し、励磁コイルの片側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させる。そして、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置する。即ち、受信コイルは、コイル面を励磁コイルの片側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置することにした。
【００１２】
すると、検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号が零ないし微小量になる。金属体の検出能力が高くなる。検出領域の金属体が励磁コイルに対して対称に位置しても、受信コイルは出力する。その金属体を検出する。金属体が受信コイル側に位置する時と、その反対側に位置する時とで出力信号の極性が異ならない。
【００１３】
２）励磁コイルの配置
励磁コイルは、従来、コイル面を検出面に対して平行又は直交して、即ち検出方向に対して直交又は平行して配置していた。励磁コイルの平行配置と直交配置の外に傾斜配置を着想したのである。
【００１４】
（１）励磁コイルの平行配置（図１参照）
励磁コイルを検出面に対して平行に配置したときには、上記の受信コイルの接線配置は、図１の上部に示すようになる。方形状の励磁コイル１は、コイル面を検出面２に平行し、両側の電流線路を前後に配置する。受信コイル３は、励磁コイル１の後側に配置し、励磁コイル１の後側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイルの後側の一次磁界中に位置させる。受信コイル３のコイル面は、励磁コイル１の後側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置する。
【００１５】
検出面２の検出方向４側の検出領域には、励磁コイル１の両側の一次磁界が広がる。検出範囲が前後方向に広くなる。受信コイル３は、受信能力を高めるため、検出面２の近くに配置し、軟質磁性材料のフェライトコア、鉄心５を同心状に挿入している。鉄心５は、励磁コイル１の後側、受信コイル３側の一次磁界を凝縮し、反対側の一次磁界を拡大する。
【００１６】
鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面２に沿って前後方向に移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図１の下部に示すように、大きさが山形状に変化する。極性は、反転しない。最大出力位置は、励磁コイル１と受信コイル３の間にある。この位置は、検出基準軸６とする。
【００１７】
（２）励磁コイルの直交配置（図２参照）
励磁コイルを検出面に対して直交して配置したときには、上記の受信コイルの接線配置は、図２の上部に示すようになる。励磁コイル１は、コイル面を検出面２に直交し、両側の電流線路を上下に配置する。受信コイル３は、励磁コイル１の後側に配置し、励磁コイル１の下側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１の下側の一次磁界中に位置させる。受信コイル３のコイル面は、励磁コイル１の下側、検出面２側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置する。
【００１８】
検出領域には、励磁コイル１の検出面２側の一次磁界が広がる。受信コイル３のフェライトコアの鉄心５は、励磁コイル１の検出面２側の一次磁界を凝縮する。
【００１９】
鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面２に沿って前後方向に移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図２の下部に示すように、大きさが山形状に変化する。極性は、反転しない。最大出力位置は、励磁コイル１と受信コイル３の間にある。この位置は、検出基準軸６とする。
【００２０】
（３）励磁コイルの傾斜配置（図３参照）
励磁コイルを検出面に対して傾斜して配置したときには、上記の受信コイルの接線配置は、図３の上部に示すようになる。励磁コイル１は、コイル面を検出面２に対して傾斜し、両側の電流線路を前下側と後上側に配置する。受信コイル３は、励磁コイル１の後側に配置し、励磁コイル１の後上側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１の後上側の一次磁界中に位置させる。受信コイル３のコイル面は、励磁コイル１の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置する。
【００２１】
検出領域には、主に励磁コイル１の前下側、検出面２側の一次磁界が広がる。受信コイル３のフェライトコアの鉄心５は、励磁コイル１の検出面２側の一次磁界を拡大する。その一次磁界の拡大で、検出範囲が広くなる。
【００２２】
鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面２に沿って前後方向に移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図３の下部に示すように、大きさが山形状に変化する。極性は、反転しない。最大出力位置は、励磁コイル１の中央位置から受信コイル３側に寄っている。この位置は、検出基準軸６とする。
【００２３】
３）検出方向の検出範囲（図４参照）
上記のように、受信コイル３は、接線配置する。励磁コイル１は、平行配置、直交配置又は傾斜配置する。鋼棒Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出基準軸６上を移動する。すると、受信コイル３の出力電圧は、図４に示すように、鋼棒Ｒが検出面２に近付くに従って、大きさが増加する。極性は、反転しない。検出範囲が検出方向４に最も広い励磁コイル１の配置は、傾斜配置である。次に広い励磁コイル１の配置は、平行配置である。３番目に広い励磁コイル１の配置は、直交配置である。
【００２４】
実験例は、次の通りである。励磁コイル１は、３５×３５mmの矩形である。フェライトコアの鉄心５は、１３×１３×長さ１５mmの角棒である。受信コイル３は、直径０．１mmのエナメル線を鉄心５の下部に６００回巻き付けている。励磁コイル１と鉄心５付き受信コイル３の間の距離は、１５〜２０mmである。励磁コイル１に加える正弦波状交流電圧の周波数は、７kHzである。鋼棒Ｒは、直径１２ mmで、長さ３００mmである。励磁コイル１の傾斜配置では、検出範囲の検出方向の最大距離が２２０mm位である。
【００２５】
４）金属検出の磁気シールド（図５と図６参照）
検出領域の金属を検出するに当たり、受信コイル３は、検出領域以外に位置する金属では出力しないことが望まれる。励磁コイル１と受信コイル３は、検出面２以外の外回りを磁気シールドすることにした。そして、磁気シールドは、検出面２の検出方向４側、検出領域の一次磁界を凝縮させないため、非磁性金属を用いることにした。
【００２６】
金属検出装置は、図５と図６に示すように、励磁コイル１と鉄心５付き受信コイル３をアルミニウムのような非磁性金属のケース７に収納し、ケース７の開口面を検出面２にする。図示例のケース７は、三角形状の左側と右側の壁、四角形状の前下がりの前上側の壁と四角形状の後下がりの後上側の壁を有する。ケース７の下面は、開口面にして検出面２にする。ケース７の前上側の壁には、励磁コイル１を並列する。励磁コイル１と受信コイル３は、検出面２以外の外回りをケース７の非磁性金属の壁で囲う。ケース７の非磁性金属の壁を外側に通過しようとする一次磁界は、非磁性金属の壁で減衰し、壁の外側では弱くなる。ケース７の壁の外側に位置する金属では、受信コイル３は、出力しなくなる。
【００２７】
ケース７の非磁性金属の壁は、一次磁界を吸収すると、渦電流が発生し、二次磁界が生ずる。この二次磁界が金属検出に与える影響を除くため、ケース７の非磁性金属の壁の内側にＮｉ−Ｚｎフェライトのような電気抵抗の高い低損失磁性材料の板８を配置する。この低損失磁性材料の板８は、二次磁界を凝縮し、二次磁界の影響を弱める。また、板８は、検出面２の検出方向４側の一次磁界を凝縮させないため、ケース７の非磁性金属の壁に接し、励磁コイル１や受信コイル３から離す。更に、板８は、ケース７内面の全面ではなく一部に配置する。板８の部分配置位置は、ケース７の前上側の壁と励磁コイル１の間、ケース７の後上側の壁と受信コイル３の間、及び、ケース７の左側、右側の壁と受信コイル３の間にする。ケース７の左側、右側の壁と励磁コイル１の間には、板８を配置しない。
【００２８】
このような磁気シールド付き金属検出装置は、金属の接近でスイッチを作動する近接スイッチに利用される。また、案内用の金属線に沿って移動する移動体の金属線検出装置に利用される。
【００２９】
５）検出範囲の絞り（図７〜図９参照）
検出領域に複数の金属体が存在してその内の１個の金属体を検出するには、検出範囲は狭いことが望まれる。金属検出装置は、図７と図８に示すように、励磁コイル１の左右の両側にアルミニウムのような非磁性金属の絞り板９を並列することにした。
【００３０】
励磁コイル１から検出領域に広がる一次磁界は、励磁コイル１の両側の絞り板９でそれらの並列方向、左右方向が絞られる。検出範囲ｋの左右方向は、図９に示すように、絞り板９のないときの鎖線で示す範囲から、実線で示す範囲に狭くなる。
【００３１】
このような検出範囲絞り機能付き金属検出装置は、コンクリート壁内の鉄筋群中の１本の鉄筋について、太さやかぶり量を求める鉄筋検出装置に利用される。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
１）励磁器と受信器を検出領域に隣接して配置し、励磁器による一次磁界で受信器と検出領域を覆い、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信器の配置位置の磁界が変わり、受信器の出力信号が変化し、出力信号の変化で金属体を検出する方法において、
励磁器は、両側に、極性が逆になる対の一次磁界を発生する対の電流線路を有し、受信器は、磁界の無感方向を有し、
受信器は、励磁器に対して非対称になる位置であって励磁器の片側になる位置に配置し、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させ、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置し、
検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号を零ないし微小量にすることを特徴とする金属検出方法。
２）上記の金属検出方法を実施する装置であって、
励磁器と受信器は、ケースに内蔵し、ケースは、検出領域に隣接させる検出面を設けたことを特徴とする金属検出装置。
３）上記の金属検出装置において、
励磁器は、両側の電流線路を含む面を検出面に対して傾斜して配置したことを特徴とする。
４）上記の金属検出装置において、
受信器は、コイルと軟質磁性材料の鉄心を有し、コイルに鉄心を同心状に挿入したことを特徴とする。
５）上記の金属検出装置において、
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを非磁性金属の壁で囲い、励磁器と非磁性金属の壁の間、又は、受信器と非磁性金属の壁の間に、低損失磁性材料の板を配置し、
低損失磁性材料の板は、非磁性金属の壁に接し、励磁器又は受信器から離し、非磁性金属の壁の一部に配置し、
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを磁気シールドしたことを特徴とする。
６）上記の金属検出装置において、
受信器は、２個にし、励磁器の後側に左側と右側に並べて配置し、
左側と右側の受信器は、移動体の移動路に沿って配した金属線が前後方向になる位置に配置し、検出領域の金属線を左右の両受信器で検出し、両受信器の出力信号から金属線に対する左右方向位置を得る構成にしたことを特徴とする。
７）上記の金属検出装置において、
励磁器の両側には、非磁性金属の絞り板を並列し、
検出領域の一次磁界は両側の絞り板の並列方向を絞って、検出範囲は両側の絞り板の並列方向を狭くしたことを特徴とする。
８）上記の２）、３）、４）、５）又は７）の金属検出装置において、
受信器は、２個にし、励磁器の後側に前側と後側に並べて配置し、
前側と後側の受信器は、検出領域の金属棒が左右方向になって前側受信器又は後側受信器の出力信号が最大になる前後方向位置に配置し、前側受信器の出力信号と後側受信器の出力信号から金属棒の太さと金属棒までの距離を得る構成にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
受信器の出力信号は、検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには零ないし微小量になり、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると大きくなる。検出領域の金属体による出力信号の変化が大きくなる。金属の検出能力が高くなる。
【００３４】
検出領域の金属体が励磁器に対して対称に位置しても、受信器は出力して検出する。
検出領域の金属体が受信コイル側に位置する時と、その反対側に位置する時とで出力信号の極性が異ならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
［第１例（図１０と図１１参照）］
本例の金属検出装置は、磁気シールドを施し、金属の接近でスイッチを作動する近接スイッチにしている。
この近接スイッチは、図１０と図１１に示すように、励磁器１１、１２と受信器１３、１４をケース２１〜２７に内蔵している。
【００３６】
励磁器は、非磁性不導体の枠１１に電線を複数回巻き付けた方形状のコイル１２にしている。この励磁コイル１２は、空心にしている。受信器は、軟質磁性材料のフェライトコアの鉄心１３に電線を複数回巻き付けた方形状のコイル１４にしている。この受信コイル１４は、鉄心１３を同心状に挿入している。
【００３７】
ケースは、非磁性金属のアルミニウム合金製にし、箱形構造にしている。三角形状の左側と右側の壁２１、２２、四角形状の前下がりの前上側の壁２３と四角形状の後下がりの後上側の壁２４を備えている。ケースの下面２５は、開口面にしている。片側の三角形状の壁２２は、前上側の壁２３と後上側の壁２４の上側に延長し、延長部分を取付板２６にし、取付板２６に取付孔２７を貫通している。
【００３８】
励磁器１１、１２は、ケースの前上側の壁２３の後側に後倒しに配置している。励磁コイル１２のコイル面は、ケースの前上側の壁２３と並列し、ケースの開口面２５に対して傾斜している。励磁コイル１２は、傾斜配置にし、両側の電流線路を前下側と後上側に配置している。受信器１３、１４は、励磁コイル１２に対して非対称になる位置であって励磁器１１、１２の後側になる位置に後倒しに配置している。この受信器１３、１４は、励磁コイル１２の後上側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１２の後上側の一次磁界中に位置している。受信コイル１４は、接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。励磁器１１、１２と受信器１３、１４は、下側以外の外回りをケースの非磁性金属の壁２１、２２、２３、２４で囲っている。
【００３９】
励磁器１１、１２とケースの前上側の壁２３の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３１を配置している。この板３１は、四角形状にし、前上側の壁２３に接し、励磁コイル１２から離している。受信器１３、１４とケースの後上側の壁２４の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３２を配置している。この板３２は、四角形状にし、後上側の壁２４に接し、受信器１３、１４から離している。受信器１３、１４とケースの左側の壁２１の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３３を配置している。この板３３は、三角形状にし、左側の壁２１に接し、受信器１３、１４から離している。受信器１３、１４とケースの右側の壁２２の間には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの板３４を配置している。この板３４は、三角形状にし、左側の壁２２に接し、受信器１３、１４から離している。前上側の板３１は、後上側の板３２、左側の板３３と右側の板３４から離している。左側の板３３と励磁コイル１２の間、右側の板３４と励磁コイル１２の間には、低損失磁性材料の板を配置しない。
【００４０】
励磁器１１、１２と受信器１３、１４は、下側以外の外回りをケースの非磁性金属の壁２１〜２４と低損失磁性材料の板３１〜３４で磁気シールドしている。
【００４１】
ケースの前上側の壁２３と低損失磁性材料の板３１の下面には、低損失磁性材料のＮｉ−Ｚｎフェライトの四角形状の板３５を配置している。この板３５は、磁界拡大用であり、ケースの開口面２５から流出する励磁コイル１２の前下側の電流線路を囲う磁力線群の一次磁界、励磁コイル１２の前下側の一次磁界を前方に広げる。
【００４２】
ケースの壁２３、２４の上端には、ケーブル３７を貫通している。ケーブル３７は、励磁コイル１２と受信コイル１４の導線に連結している。励磁コイル１２と受信コイル１４は、それぞれ、ケーブル３７を経て、図示しない励磁回路と受信回路に接続している。受信回路は、金属の接近で作動するスイッチイング回路に接続している。
【００４３】
三角形状箱形のケースは、励磁器１１、１２と受信器１３、１４及び板３１〜３４を収納した内部の隙間に、プラスタや合成樹脂のような非磁性不導体の可塑性充填剤３８を充填し、硬化した充填剤３８に励磁器１１、１２と受信器１３、１４及び板３１〜３４を埋没してそれらの位置を固定している。また、充填剤３８は、ケースの開口面２５から突出し、その突出部を板状に成形している。その板状部は、下面をケースの開口面２５と平行にして検出面３９にしている。検出面３９の下側は、検出領域にしている。また、板状部は、磁界拡大用の板３５を埋没して固定している。
【００４４】
検出領域の検出範囲に金属体が進入すると、スイッチイング回路のスイッチが作動する。金属体が検出領域の検出範囲から退出すると、スイッチイング回路のスイッチが作動中から不作動になる。
【００４５】
［第２例（図１２〜図１４参照）］
本例の金属検出装置は、磁気シールドを施し、案内用の金属線に沿って移動する移動体の金属線検出装置にしている。第１例の近接スイッチと異なる点を中心に説明する。
【００４６】
金属線検出装置では、図１２と図１３に示すように、受信器は、左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６の２個にし、傾斜配置の励磁器１１、１２の後側に左側と右側に並べて配置している。左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、それぞれ、励磁コイル１２の後上側の一次磁界中に位置している。受信コイル１４と受信コイル１６は、それぞれ、接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。
【００４７】
左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、構造と性能を同一にし、ケース２１〜２４の前後方向に沿った中心線を挟んで左右対称に位置している。励磁器１１、１２は、ケース２１〜２４の前後方向に沿った中心線に対して左右対称の構造にしている。
【００４８】
左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、それぞれ、ケーブル３７を経て、図示しない左側受信回路と右側受信回路に接続している。左側受信回路と右側受信回路は、両受信回路の出力電圧値の比較回路に接続している。
【００４９】
ケースの前上側の壁２３は、前下端を前側に延長し、延長部分を取付板２６にし、取付板２６に取付孔２７を貫通している。ケースの後上側の壁２４は、後下端を後側に延長し、延長部分を取付孔２７付きの取付板２６にしている。
【００５０】
その他の構造は、第１例におけるのと同様であり、図１２と図１３に第１例におけるのと同じ符号を付している。
【００５１】
自動搬送車のような移動体の移動路には、案内用の金属線ｗを張る。金属線ｗには、ステンレスワイヤやアルミニウムテープが例示される。金属線検出装置は、金属線ｗが検出領域の検出範囲内で前後方向になる位置であって、左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６が金属線ｗの両側になる位置に配置する。左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６は、それぞれ、検出領域の検出範囲内の金属線ｗを検出して出力する。左右の両受信器の出力電圧値は、左側受信回路と右側受信回路を経て比較回路に入力し、比較回路で比較され、金属線ｗに対する左右方向位置が得られる。この位置情報に基づいて、移動体は移動の向きを制御する。
【００５２】
左側受信器１３、１４と右側受信器１５、１６の出力電圧値は、図１４に示すように、それぞれ、金属線ｗの左右方向位置によって山形状に変化する。両受信器が金属線ｗに対して左右対称に位置すると、両受信器の出力電圧値が同一になる。両受信器が左側に寄ると、右側受信器１５、１６が金属線ｗに近づいて出力電圧値を増加し、左側受信器１３、１４が金属線ｗから遠ざかって出力電圧値を減少する。逆に、両受信器が右側に寄ると、左側受信器１３、１４の出力電圧値が増加し、右側受信器１５、１６の出力電圧値が減少する。
【００５３】
［第３例（図１５と図１６参照）］
本例の金属検出装置は、検出範囲絞り機能を付設し、鉄筋検出装置にしている。第１例の近接スイッチと異なる点を中心に説明する。
【００５４】
鉄筋検出装置では、図１５と図１６に示すように、受信器は、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の２個にし、傾斜配置の励磁器１１、１２の後側に前側と後側に並べて配置している。前側受信器１３、１４は、後倒しの接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。後側受信器１５、１６は、前倒しの接線配置にし、コイル面を励磁コイル１２の後上側の一次磁界の磁力線の接線方向に配置している。
【００５５】
前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６は、それぞれ、ケーブル３７を経て、図示しない前側受信回路と後側受信回路に接続している。前側受信回路と後側受信回路は、両受信器の出力電圧値から鉄筋の太さと鉄筋までの距離、かぶり量を求める算出装置に接続している。この算出装置は、予め求めた両受信器の出力電圧値と鉄筋の太さとかぶり量との関係を示す式又は表を記憶している。
【００５６】
鉄筋検出装置は、磁気シールドを施していない。検出範囲を狭くしないためである。第１例における磁気シールド用の板３１〜３４と磁界拡大用の板３５を設けていない。ケース４１は、非磁性不導体の合成樹脂成形品にしている。
【００５７】
励磁コイル１２の左右の両側には、非磁性金属のアルミニウム合金の絞り板４２を並列している。左右の方形状の絞り板４２は、ケース４１内で励磁コイル１２を挟んでいる。
【００５８】
ケース４１は、励磁器１１、１２、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６及び左右の絞り板４２を収納した内部の隙間に、プラスタや合成樹脂のような非磁性不導体の可塑性充填剤３８を充填し、硬化した充填剤３８に励磁器１１、１２、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６及び左右の絞り板４２を埋没してそれらの位置を固定している。また、充填剤３８は、下面をケースの開口面２５に一致させて検出面３９にしている。検出面３９の下側は、検出領域にしている。
【００５９】
左右の両側の絞り板４２は、検出領域の一次磁界の左右方向、両側の絞り板４２の並列方向を絞っている。検出範囲は、左右方向が狭くなっている。
【００６０】
鉄筋Ｒは、検出領域に左右方向に沿って配置し、検出面３９に沿って前後方向に移動する。すると、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の出力電圧値は、図１５の下部に示すように、山形状に変化する。前側受信器１３、１４の最大出力位置は、励磁器１１、１２と前側受信器１３、１４の間になる。この位置は、前側検出基準軸４３とする。後側受信器１５、１６の最大出力位置は、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の間になる。この位置は、後側検出基準軸４４とする。
【００６１】
ケース４１は、直方体形状の箱形にし、左右の両側の側壁に、前側検出基準軸４３の位置を示す一対の前側目印４５と後側検出基準軸４４の位置を示す一対の後側目印４６を外側に突出して設けている。
【００６２】
コンクリート壁内の鉄筋群中の１本の鉄筋Ｒについて、太さやかぶり量を求めるときには、鉄筋検出装置は、検出面３９をコンクリート壁面に重ねる。そして、一対の前側目印４６を利用し、検出対象の鉄筋Ｒが検出領域の検出範囲内で左右方向になる位置ないし向きに配置する。次に、鉄筋検出装置は、前側受信器１３、１４の出力電圧値を見ながら前後動し、前側受信器１３、１４の最大出力位置、前側検出基準軸４３の位置に停止する。そして、算出装置を作動し、前側受信器１３、１４と後側受信器１５、１６の出力電圧値から鉄筋Ｒの太さとかぶり量を求める。算出装置は、鉄筋Ｒを前側検出基準軸４３の位置に配置したときの両受信器の出力電圧値と鉄筋の太さとかぶり量との関係を記憶している。
【００６３】
この例においては、鉄筋Ｒを前側検出基準軸４３の位置に配置し、そのときの前後の受信器の出力から鉄筋Ｒの太さとかぶり量を求める。変形例は、鉄筋Ｒを後側検出基準軸４４の位置に配置し、そのときの前後の受信器の出力から鉄筋Ｒの太さとかぶり量を求める構成にする。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、人には見えない位置の金属の検出装置、金属の無接触による検出装置や、近接スイッチ、移動体の案内用金属線の検出装置や鉄筋検出装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の励磁コイル平行配置、受信コイルの接線配置の方式を示す図で、上部は概念正面図、下部は受信コイルの出力電圧値と鋼棒の前後方向位置の関係を示す図。
【図２】本発明の励磁コイル直交配置、受信コイルの接線配置の方式を示す図で、上部は概念正面図で、下部は受信コイルの出力電圧値と鋼棒の前後方向位置の関係を示す図。
【図３】本発明の励磁コイル傾斜配置、受信コイルの接線配置の方式を示す図で、上部は概念正面図で、下部は受信コイルの出力電圧値と鋼棒の前後方向位置の関係を示す図。
【図４】本発明の各方式における受信コイルの出力電圧値と検出面から検出方向への鋼棒の距離の関係を示す図。
【図５】本発明の磁気シールド付き金属検出装置の概念縦断側面図。
【図６】同磁気シールド付き金属検出装置の概念底面図。
【図７】本発明の検出範囲絞り機能付き金属検出装置の概念縦断側面図。
【図８】同検出範囲絞り機能付き金属検出装置の概念正面図。
【図９】同検出範囲絞り機能付き金属検出装置における左右方向の検出範囲を示す概念正面図。
【図１０】本発明の実施形態の第１例における金属検出装置、近接スイッチの縦断側面図。
【図１１】同金属検出装置の励磁器の枠と充填剤を除去した状態の底面図。
【図１２】本発明の実施形態の第２例における金属検出装置、金属線検出装置の縦断側面図。
【図１３】同金属検出装置の励磁器の枠と充填剤を除去した状態の底面図。
【図１４】同金属検出装置の左側受信器と右側受信器の出力電圧値と金属線の左右方向位置の関係を示す図。
【図１５】本発明の実施形態の第３例における金属検出装置、鉄筋検出装置を示す図で、上部は縦断側面図、下部は前側受信器と後側受信器の出力電圧値と鉄筋の前後方向位置の関係を示す図。
【図１６】同金属検出装置の励磁器の枠と充填剤を除去した状態の底面図。
【符号の説明】
【００６６】
１ 励磁器の励磁コイル
２ 検出面
３ 受信器の受信コイル、
４ 検出方向
５ 受信器の鉄心、フェライトコア、軟質磁性材料の鉄心
６ 検出基準軸
７ 磁気シールドの非磁性金属のケース
８ 磁気シールドの低損失磁性材料の板
９ 絞り板
Ｒ 鋼棒、金属体
ｋ 検出範囲
実施形態の第１例
１１、１２ 励磁器
１１ 非磁性不導体の枠
１２ 方形状のコイル、励磁コイル
１３、１４ 受信器
１３ 軟質磁性材料の鉄心
１４ 方形状のコイル、受信コイル
２１〜２７ 非磁性金属のケース
２１ 左側の壁
２２ 右側の壁
２３ 前上側の壁
２４ 後上側の壁
２５ 下面、開口面
２６ 取付板
２７ 取付孔
３１ 前上側の低損失磁性材料の板
３２ 後上側の低損失磁性材料の板
３３ 左側の低損失磁性材料の板
３４ 右側の低損失磁性材料の板
３５ 磁界拡大用の低損失磁性材料の板
３７ ケーブル
３８ 非磁性不導体の可塑性充填剤、充填剤
３９ 検出面
実施形態の第２例
１３、１４ 左側受信器
１４ 受信コイル
１５、１６ 右側受信器
１６ 受信コイル
ｗ 案内用の金属線
実施形態の第３例
１３、１４ 前側受信器
１５、１６ 後側受信器
４１ 非磁性不導体のケース
４２ 非磁性金属の絞り板
４３ 前側検出基準軸
４４ 後側検出基準軸
４５ 前側目印
４６ 後側目印
Ｒ 鉄筋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁器と受信器を検出領域に隣接して配置し、励磁器による一次磁界で受信器と検出領域を覆い、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信器の配置位置の磁界が変わり、受信器の出力信号が変化し、出力信号の変化で金属体を検出する方法において、
励磁器は、両側に、極性が逆になる対の一次磁界を発生する対の電流線路を有し、受信器は、磁界の無感方向を有し、
受信器は、励磁器に対して非対称になる位置であって励磁器の片側になる位置に配置し、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させ、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置し、
検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号を零ないし微小量にすることを特徴とする金属検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属検出方法を実施する装置であって、
励磁器と受信器は、ケースに内蔵し、ケースは、検出領域に隣接させる検出面を設けたことを特徴とする金属検出装置。
【請求項３】
励磁器は、両側の電流線路を含む面を検出面に対して傾斜して配置したことを特徴とする請求項２に記載の金属検出装置。
【請求項４】
受信器は、コイルと軟質磁性材料の鉄心を有し、コイルに鉄心を同心状に挿入したことを特徴とする請求項２又は３に記載の金属検出装置。
【請求項５】
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを非磁性金属の壁で囲い、励磁器と非磁性金属の壁の間、又は、受信器と非磁性金属の壁の間に、低損失磁性材料の板を配置し、
低損失磁性材料の板は、非磁性金属の壁に接し、励磁器又は受信器から離し、非磁性金属の壁の一部に配置し、
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを磁気シールドしたことを特徴とする請求項２、３又は４に記載の金属検出装置。
【請求項６】
受信器は、２個にし、励磁器の後側に左側と右側に並べて配置し、
左側と右側の受信器は、移動体の移動路に沿って配した金属線が前後方向になる位置に配置し、検出領域の金属線を左右の両受信器で検出し、両受信器の出力信号から金属線に対する左右方向位置を得る構成にしたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の金属検出装置。
【請求項７】
励磁器の両側には、非磁性金属の絞り板を並列し、
検出領域の一次磁界は両側の絞り板の並列方向を絞って、検出範囲は両側の絞り板の並列方向を狭くしたことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の金属検出装置。
【請求項８】
受信器は、２個にし、励磁器の後側に前側と後側に並べて配置し、
前側と後側の受信器は、検出領域の金属棒が左右方向になって前側受信器又は後側受信器の出力信号が最大になる前後方向位置に配置し、前側受信器の出力信号と後側受信器の出力信号から金属棒の太さと金属棒までの距離を得る構成にしたことを特徴とする請求項２、３、４、５又は７に記載の金属検出装置。
【請求項１】
励磁器と受信器を検出領域に隣接して配置し、励磁器による一次磁界で受信器と検出領域を覆い、検出領域の一次磁界中に金属体が存在すると、二次磁界の発生又は一次磁界の変形によって受信器の配置位置の磁界が変わり、受信器の出力信号が変化し、出力信号の変化で金属体を検出する方法において、
励磁器は、両側に、極性が逆になる対の一次磁界を発生する対の電流線路を有し、受信器は、磁界の無感方向を有し、
受信器は、励磁器に対して非対称になる位置であって励磁器の片側になる位置に配置し、励磁コイルの片側の一次磁界中に位置させ、その励磁コイルの片側の一次磁界に対して無感方向に配置し、
検出領域の一次磁界中に金属体が存在しないときには、受信コイルの出力信号を零ないし微小量にすることを特徴とする金属検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属検出方法を実施する装置であって、
励磁器と受信器は、ケースに内蔵し、ケースは、検出領域に隣接させる検出面を設けたことを特徴とする金属検出装置。
【請求項３】
励磁器は、両側の電流線路を含む面を検出面に対して傾斜して配置したことを特徴とする請求項２に記載の金属検出装置。
【請求項４】
受信器は、コイルと軟質磁性材料の鉄心を有し、コイルに鉄心を同心状に挿入したことを特徴とする請求項２又は３に記載の金属検出装置。
【請求項５】
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを非磁性金属の壁で囲い、励磁器と非磁性金属の壁の間、又は、受信器と非磁性金属の壁の間に、低損失磁性材料の板を配置し、
低損失磁性材料の板は、非磁性金属の壁に接し、励磁器又は受信器から離し、非磁性金属の壁の一部に配置し、
励磁器と受信器は、検出面以外の外回りを磁気シールドしたことを特徴とする請求項２、３又は４に記載の金属検出装置。
【請求項６】
受信器は、２個にし、励磁器の後側に左側と右側に並べて配置し、
左側と右側の受信器は、移動体の移動路に沿って配した金属線が前後方向になる位置に配置し、検出領域の金属線を左右の両受信器で検出し、両受信器の出力信号から金属線に対する左右方向位置を得る構成にしたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の金属検出装置。
【請求項７】
励磁器の両側には、非磁性金属の絞り板を並列し、
検出領域の一次磁界は両側の絞り板の並列方向を絞って、検出範囲は両側の絞り板の並列方向を狭くしたことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の金属検出装置。
【請求項８】
受信器は、２個にし、励磁器の後側に前側と後側に並べて配置し、
前側と後側の受信器は、検出領域の金属棒が左右方向になって前側受信器又は後側受信器の出力信号が最大になる前後方向位置に配置し、前側受信器の出力信号と後側受信器の出力信号から金属棒の太さと金属棒までの距離を得る構成にしたことを特徴とする請求項２、３、４、５又は７に記載の金属検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１５６７０６（Ｐ２００９−１５６７０６Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３５０６６（Ｐ２００７−３３５０６６）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【特許番号】特許第４２８１９７４号（Ｐ４２８１９７４）
【特許公報発行日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（３０５０２５７２８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【特許番号】特許第４２８１９７４号（Ｐ４２８１９７４）
【特許公報発行日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（３０５０２５７２８）
【Ｆターム（参考）】
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