高性能磁気シールドと超高感度磁気センサを備えた微細金属検出装置
【課題】被検査物に混入する微細な磁性体の金属異物を検知することができる微細金属検出装置を提供する。
【解決手段】微細金属検出装置１は、被検査物２を対向させてフラックスゲートセンサ５０による磁気の検出方向と一致する方向に金属異物を磁化する帯磁手段と、帯磁手段を通過させた後の被検査物２を支持して被検査物２とフラックスゲートセンサ５０との間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段３と、５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０を含む磁気検出部５と、磁気検出部５を覆う磁気遮蔽用のＰＣパーマロイ製シールド６ｂと高周波遮断用のアルミニウム製シールド６ａとを備えている。
【解決手段】微細金属検出装置１は、被検査物２を対向させてフラックスゲートセンサ５０による磁気の検出方向と一致する方向に金属異物を磁化する帯磁手段と、帯磁手段を通過させた後の被検査物２を支持して被検査物２とフラックスゲートセンサ５０との間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段３と、５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０を含む磁気検出部５と、磁気検出部５を覆う磁気遮蔽用のＰＣパーマロイ製シールド６ｂと高周波遮断用のアルミニウム製シールド６ａとを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検査物に混入する微細な金属異物を帯磁し、前記金属異物の強化された磁気を検出することによって前記金属異物の存在を検知する高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド車や電気自動車等が脚光を浴び二次電池の開発が盛んである。また、環境に対する配慮及び省エネルギーの社会要請に応じて、様々な分野に二次電池が普及しはじめている。
【０００３】
反面、二次電池からの発煙若しくは発火等の事件がマスコミュニケーションに取り上げられることがあり、二次電池の安全性が強く求められている。
【０００４】
このような背景によって、二次電池の製造者や、二次電池を組み込んだ電気自動車等の最終製品の製造者から、二次電池に含まれる異物を検出し除去したい旨の強い要望がある。
【０００５】
二次電池は、アルミニウムで形成されたフィルム状の陽極基板と、銅で形成されたフィルム状の陰極基板と、陽極と陰極との間に配置され、合成樹脂等で形成されたフィルム状のセパレータとで構成してある。二次電池の中には、活物質含有ペーストを使用して製造するものがある。このペーストには、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体の金属異物が含まれている場合があり、この金属異物がある程度以上の大きさであると、二次電池の発火や、早期の劣化という不具合を発生するという問題がある。鉄、ニッケル、コバルト等が磁性体である一方、アルミニウム、銅、合成樹脂が非磁性体であることを考慮すると、二次電池に含まれる異物のうち、磁性体の金属異物については、帯磁手段で帯磁させることによって検知することが考えられる。
【０００６】
従来、飲料等の製造工程において、その飲料に含まれる磁性体の金属異物を検知する装置は公知である。
【０００７】
例えば、特許文献１には、以下に説明する装置が開示されている。この装置は、非磁性体の流体を被検査物とし、流体に含まれる磁性体の金属異物を検知するものである。
この装置は、内部に流体を流す非磁性体の移送パイプと、移送パイプを囲むように配置し、流体に含まれる磁性体を磁化する帯磁装置と、帯磁装置よりも下流側において、移送パイプをＭＩセンサ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ）で囲むように配置することで構成した検出部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−９８１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非常に微細な磁性体の金属異物は、帯磁装置によって仮に帯磁強化させることができたとしても、そのものの磁気の大きさが極めて微細であるため、微弱な磁気を検出することができるセンサを用いなければ金属異物の混入を検知することはできない。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されているＭＩセンサの分解能はおよそ１ｎＴ／√（Ｈｚ）であり、ＭＩセンサと被検査物との離間距離をできるだけ短くしても、検出できる金属異物の大きさは概ね鉄球１５０Φμｍ〜２００Φμｍが検出限界である。従って、これよりも小さいサイズの金属異物を検出することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、この発明では、被検査物に混入する微細な磁性体の金属異物を検知することができる、高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、この発明が対象とするのは、被検査物に混入する微細な金属異物を磁化し、金属異物からの残留磁気を検出することによって金属異物の存在を検知する高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置である。
【００１３】
かかる微細金属検出装置においてこの発明が特徴とするところは、被検査物と対向させた超高感度磁気センサによる残留磁気の検出方向と一致する方向に金属異物を磁化する帯磁手段と、帯磁手段を通過させた後の被検査物を支持して被検査物と超高感度磁気センサとの間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段と、超高感度磁気センサとして５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサを含む磁気検出部と、高性能磁気シールドとして磁気検出部を覆う磁気遮断用のＰＣパーマロイ製シールドと高周波遮断用のアルミニウム製シールドとを備えていることである。
【００１４】
この発明の好ましい実施態様の一つにおいて、微細金属検出装置は、被検査物が走行する機械方向と、機械方向に直交する磁気の検出方向と、機械方向及び検出方向に直交する交差方向とを有し、機械方向の上流から下流に向かって帯磁手段と磁気検出部とが並び、支持手段が被検査物を機械方向へ走行させるものである。
【００１５】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、磁気検出部で検出した磁気信号を磁気検出部の直後で増幅する回路として、浮遊容量や誘導によって不要な雑音が磁気検出部との間の経路において侵入することを防止して、良好な信号雑音比（S/N）を得ることができる増幅回路と、磁気信号のうちから支持手段による被検査物の走行速度に対応した周波数帯域の信号を取り出すため、所定の第１周波数以上の周波数をカットするローパスフィルタ及び第１周波数よりも小さい所定の第２周波数以下の周波数をカットするハイパスフィルタを有する電子回路とを備えており、高性能磁気シールドが増幅回路及び電子回路をも覆っている。
【００１６】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、磁気検出部は、機械方向に複数のフラックスゲートセンサを有し、機械方向における上流側の前記フラックスゲートセンサと、それに隣接する下流側の前記フラックスゲートセンサとの間では、前記上流側から見たときに、上流側のフラックスゲートセンサと下流側のフラックスゲートセンサとの位置が一致することのない様に、上流側のフラックスゲートセンサに対して下流側のフラックスゲートセンサが交差方向へ偏倚させてある。
【００１７】
この発明の実施態様の他の一つにおいて、残留磁気を検出するためのフラックスゲートセンサのそれぞれには、フラックスゲートセンサの異常を検出するための試験コイルを設置し、試験コイルのそれぞれは直列に接続して試験コイルのそれぞれに同一の電流が流れる回路を形成し、回路に所定の試験電圧を印加すると、試験コイルのそれぞれが発生する同一レベルの磁気をフラックスゲートセンサのそれぞれが検出可能となり、フラックスゲートセンサそれぞれの検出する磁気に対しての波形判定装置で、同一レベルの磁気の検出の有無を判定し、同一レベルの磁気の検出がないときにフラックスゲートセンサに異常が存在すると判断することのできる前記試験コイルを備えている。
【００１８】
この発明の実施態様の他の一つにおいて、試験コイルの全てに同一の試験用の一定波形を与える電源と、電源を制御する制御部とを有しており、制御部は、金属異物からの残留磁気を継続的に検出している過程で、フラックスゲートセンサに異常が存在すると判断することが可能な試験電流を間欠的に一定の時間だけ試験コイルに流して試験電流に特徴的な同一レベルの磁気を発生させ、残留磁気を検出中である磁気センサに同一レベルの磁気を検出させることにより、フラックスゲートセンサにおける異常の存在を自動的に判断する。
【００１９】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、仮想平行六面体を形成する三組の互いに平行な仮想平面それぞれにおける稜線に沿って設けられた環状の第１〜第６のアクティブシールド回路と、仮想平行六面体の内側にあって仮想平面のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを検知する三方位磁気センサと、第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する電源と、三方位磁気センサの検知結果に基づいて、検知した磁気を打ち消す逆磁場を第１〜第６のアクティブシールド回路に発生させるために第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する制御部と、によって仮想平行六面体の内側にアクティブシールド空間が形成され、アクティブシールド空間の内部に磁気検出部とＰＣパーマロイ製シールドとアルミニウム製シールドとを配置する一方、アクティブシールド空間の外部及び内部のいずれかに帯磁手段を配置してある。
【００２０】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、ＰＣパーマロイ製シールドに形成されていて機械方向へ走行する被検査物が入出する入口及び出口と、ＰＣパーマロイ製シールドにおける入口と出口とのそれぞれの周縁及びその周縁の近傍に設けられて環状のアクティブシールド回路を形成する入口コイル及び出口コイルと、入口コイル及び出口コイルに電圧を印加する電源と、環状のアクティブシールド回路それぞれによって囲繞された空間の内側に設けられて、入口から検出空間部に侵入する磁気と出口から検出空間部に侵入する磁気を磁気センサで検出して、磁気センサの検出結果に基づいて、検出した磁気を打ち消す逆磁場を入口コイル及び出口コイルに発生させるために入口コイル及び出口コイルに電流を流して外部磁気を遮蔽する制御部とを有している。
【００２１】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、アルミニウム製シールドは、複数枚のアルミニウム鋼板及びアルミニウム鋼板からの削り出し品のうちの少なくとも一方の材料による組み立て品であって、材料が嵌合及び材料を貫通することがないように使用されたねじによる締結のうち少なくとも一方の組立手段によって組み立ててある。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係る微細金属検出装置は、被検査物を対向させて超高感度磁気センサによる磁気の検出方向と一致する方向に金属異物を磁化する帯磁手段と、帯磁手段を通過させた後の被検査物を支持して被検査物と超高感度磁気センサとの間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段と、超高感度磁気センサとして５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサを含む磁気検出部と、高性能磁気シールドとして磁気検出部を覆うＰＣパーマロイ製シールドとアルミニウム製シールドとを備えているため、被検査物に混入する微細な磁性体の金属異物を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】微細金属検出装置の制御系を示す構成図。
【図２】微細金属検出装置の正面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図。
【図５】図４における要部の詳細図。
【図６】アクティブシールドを示す斜視図。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線における断面図。
【図１０】微細金属検出装置の一態様における制御系の部分図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付図面を参照してこの発明に係る、高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置の詳細を説明すると、以下のとおりである。
【００２５】
図１は、この発明に係る微細金属検出装置の制御系を示す構成図であり、図２は、この装置を後記機械方向ＭＤの上流側から見たときの内部構造を示す正面図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。図２〜図４において、ＭＤは機械方向（Ｍａｃｈｉｎｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）、ＶＤは機械方向ＭＤに直交する上下方向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）、ＣＤは機械方向ＭＤ及び上下方向ＶＤに直交する交差方向（Ｃｒｏｓｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）をそれぞれ示す。なお、この発明において、機械方向ＭＤと、これに反対の方向とを長さ方向と言うことがあり、上下方向のうち、上方から下方に向かう方向を磁気の検出方向と言うことがある。
【００２６】
図１〜４に例示する微細金属検出装置１は、常温において、被検査物２の中に含まれる鉄、ニッケル、コバルト及びステンレス等の磁性体の金属異物を検出するものである。被検査物２は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池の陽極として使用されるシート状のアルミニウムの連続体や、陰極として使用されるシート状の銅の連続体、セパレータとして使用されるシート状の合成樹脂の連続体等の非磁性シート状連続体やそのシート状連続体に活物質含有ペーストが塗布してある複合連続体である。ただし、微細金属検出装置１による金属検出の対象となるのは、被検査体２のごとき連続体に限定されるわけではない。ガラス瓶のごとき個別の容器に入れられた流体や固体であってもこの発明における被検査体になり得る。
【００２７】
この微細金属検出装置１は、フレーム１０と、支持手段３と、帯磁手段４と、磁気検知部５と、アルミニウム製シールド６ａと、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂと、アクティブシールド７と、試験コイル１７と、電源１８と、ＣＰＵ（制御部）８０とを備え、帯磁手段４と磁気検知部５とが機械方向ＭＤに並んでいる。
【００２８】
フレーム１０は、下部フレーム１１及び上部フレーム１２を含んでおり、図２，４に示すように、下部フレーム１１は、機械方向ＭＤに延在する第１フレーム部材１１ａと、交差方向ＣＤに延在し、第１フレーム部材１１ａの両端部にそれぞれ取り付ける第２フレーム部材１１ｂと、第２フレーム部材１１ｂの上端部にあって後記回転ローラ３０がスペーサ３２ｂを介して取り付けられる天板１３とを含んでいる。
【００２９】
支持手段３は、図４に示すように、被検査物２を機械方向ＭＤへ走行させる複数の回転ローラ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈによって構成される回転ローラ３０を含み、その被検査物２は、支持手段３の上流側に位置する繰り出しローラ（図示せず）から繰り出され、支持手段３の下流側に位置する巻き取りローラ（図示せず）によって巻き取られる。被検査物２は、繰り出しローラと巻き取りローラとの間において、所要のテンションが加えられている。繰り出しローラと巻き取りローラとの間には、必要に応じてテンションローラが設けられることがある。
回転ローラ３０ａ〜３０ｈは、図示するようにスペーサ３２ｂを介して天板１３に取り付けられていて回転軸３０ｘ（図５，９参照）を中心に回転自在である。回転ローラ３０ｂ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｇは、それぞれに固有の高さ位置調整手段３２を備え、高さ位置調整手段３２によってその上下方向ＶＤの位置を調整することができる。微細金属検出装置１は、高さ位置調整手段であるダイアル３２を回転させることによって回転ローラ３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの上下方向ＶＤの位置を変更することによっても、被検査物２のテンションを調整することができる。また、ダイアル３２は、手動で操作することもできるし、ダイアル３２を回転させるモータ等につながったダイアル駆動源３３ａを使用して、自動で操作することもできる。支持手段３のうちの回転ローラ３０ｄと３０ｅとは、磁気検知部５の上流側と下流側とにあって、被検査物２と後記フラックスゲートセンサ５０との間隔を所定寸法に保つものでもある（図５参照）。具体的には、ダイアル３２によって、被検査物２を上下方向ＶＤの上方に位置させれば、被検査物２はフラックスゲートセンサ５０との間隔を所定寸法に保った検出位置におさまる一方、その検査位置よりも下方に位置させれば、被検査物２はフラックスゲートセンサ５０が金属異物の磁気の影響を受けない非検出位置におさまる。支持手段３は、一例として、被検査物２を３０〜８０ｍ／分の速度で走行させることができる。
【００３０】
帯磁手段４は、支持台４０と、支持台４０に取り付けた第１の永久磁石４１と、第１の永久磁石４１よりも上方において支持台４０に取り付けた第２の永久磁石４２とを備えている。この帯磁手段４の一例として、第１の永久磁石４１は、その上端部がＮ極となるよう配置してある一方、第２の永久磁石４２は、その下端部がＳ極となるよう配置してあり、下方から上方に向かう磁場を常時形成するものである。被検査物２が帯磁手段４に進入して磁性体の金属異物が第１の永久磁石４１と、第２の永久磁石４２との間に来ると、金属異物は磁気が上下方向ＶＤの下方に向かうように磁化され、帯磁手段４の下流側において残留磁気を有するものになる。
【００３１】
磁気検知部５は、アルミニウム製シールド６ａの内側に設けられているもので、その詳細は、後記図５、７〜９に基づく説明のとおりである。アルミニウム製シールド６ａの外側には、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂが設けられている。磁気検出部５には、一例として５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０が使用してある。
【００３２】
磁気検知部５は、図１、７〜９に示すように、個々のフラックスゲートセンサ５０に対応する個別の増幅回路５１と、電子回路５２と、センサ回路基板５３と、増幅電子回路基板５４とを備えている。センサ回路基板５３は、フラックスゲートセンサ５０の上端部に取り付けてあって、機械方向ＭＤの間隔を調整するスペーサ５３ａを介して増幅電子回路基板５４に取り付けてあり、フラックスゲートセンサ５０と、増幅回路５１と、電子回路５２と、センサ回路基板５３と、増幅電子回路基板５４とが一体となっている。
増幅回路５１は、フラックスゲートセンサ５０で検出した磁気信号をアルミニウム製シールド６ａの内部において増幅するものである。図示例の増幅回路５１は、フラックスゲートセンサ５０で検出した磁気信号を５，０００倍に増幅するものである。
電子回路５２は、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを含んでいる。
ローパスフィルタは、フラックスゲートセンサ５０が検出した磁気による磁気信号のうちで所定の第１周波数以上の周波数をカットするものである。図示例の電子回路５２の一例において、ローパスフィルタは、６０Ｈｚ以上の周波数をカットするものである。
ハイパスフィルタは、磁気信号のうちで前記第１周波数よりも小さい所定の第２周波数以下の周波数をカットするものである。図示例の電子回路５２の一例において、ハイパスフィルタは、０．１Ｈｚ以下の周波数をカットするものである。
このように、電子回路５２は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタによって、磁気検知部５で検出した磁気信号のうちから支持手段３による被検査物２の走行速度に対応した周波数帯域の信号を取り出すことができて、図示例においては０．１Ｈｚから６０Ｈｚの間の信号を取り出すことができる。それゆえ、予めノイズの周波数帯域が分かっていれば、電子回路５２によってノイズをカットすることができる。
センサ回路基板５３は、フラックスゲートセンサ５０のためのセンサ回路５６が形成されている基板である。増幅電子回路基板５４は、増幅回路５１及び電子回路５２が形成されている基板である。
【００３３】
増幅電子回路基板５４は、スペーサ５４ａを介して板部材５５に取り付けてある。この板部材５５は、交差方向ＣＤの位置を調節することができるように取付部材１６に取り付けてある。交差方向ＣＤの位置を調節するには、例えば、取付部材１６にスライドレールを設け、板部材５５には、スライドレールに摺動可能に嵌合する突起を設ける。板部材５５の交差方向ＣＤへの移動によって、フラックスゲートセンサ５０の交差方向ＣＤへの移動が可能になる。なお、磁気検知部５は、上下方向ＶＤにフラックスゲートセンサ５０を移動させることのできる機構(図示せず)を備えている。また、図７に例示の装置１では、センサ取付部材１６が機械方向ＭＤにピッチＬ４で並んでいる。フラックスゲートセンサ５０は、機械方向ＭＤにピッチＬ２で並んでいる。フラックスゲートセンサ５０はまた、図８に示すように、機械方向ＭＤの上流側に位置するフラックスゲートセンサ５０と、そのフラックスゲートセンサ５０に対して下流側で隣接するフラックスゲートセンサ５０とは、機械方向ＭＤの上流側から見たときに交差方向ＣＤにピッチＬ３で並んでいる。さらに、図９において、検知部５の最も上流側では、２つのフラックスゲートセンサ５０が交差方向ＣＤに並んでいて、これらフラックスゲートセンサ５０の交差方向ＣＤにおける中心間隔はＬ１である。図７、８に例示したようにフラックスゲートセンサ５０を配置すれば、被検査物２の幅全体に対して金属異物による残留磁気の検出が可能になる。また、このように配置したフラックスゲートセンサ５０を機械方向ＭＤの上流側から見ると、上流側のフラックスゲートセンサ５０と下流側のフラックスゲートセンサ５０とが部分的に重なり合っているので、被検査物２を交差方向ＣＤにおいて隙間なく検査することができる。交差方向ＣＤに１列にフラックスゲートセンサ５０を並べた場合には、隣り合うセンサ回路板５３どうしが接触してフラックスゲートセンサ５０どうしの間には隙間が生じることがあり、その隙間では微細な金属異物の残留磁気を検出することができない。
【００３４】
アルミニウム製シールド６ａの内部は、図７〜９に示すとおりであって、図７は図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視図であり、図８は図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視図であり、図９は図７におけるＩＸ−ＩＸ線矢視図である。
アルミニウム製シールド６ａは、中空の六面体であって、四つの面からなる周壁６ｂと、上流側端壁６ｃと、下流側端壁６ｄとを有する。このようなアルミニウム製シールド６ａは複数枚のアルミニウム鋼板６９の組立品であって、組立品の内側にはシールド空間６０ａが形成され、その空間６０ａには磁気検出部５が納められている。複数枚のアルミニウム鋼板６９は、ねじ６９ａと、アルミニウム製角材６９ｂと、アルミニウム製ブロック材６９ｃ（いずれも図７参照）とを使用して組み立てる。より具体的には、アルミニウム鋼板６９は、ねじ６９ａによって角材６９ｂに取り付けられており、角材６９ｂはブロック材６０ｃを介して互いに固定されている。このように組立てられているアルミニウム製シールド６ａでは、金属異物を検知するときのノイズとなる電磁波が鋼板６９と６９との間から侵入することを効率よく防ぐことができる。なお、このような組立て方に代えて、鋼板６９と６９とを溶接することによって、鋼板６９どうしの間隙をふさぎながらアルミニウム製シールド６ａを組立てることも可能ではあるが、溶接した部位はポーラスな構造になって電磁波を透過させ易いことがあるので、ねじ止めに代えて溶接を採用することは好ましいことではない。ただし、アルミニウム製シールド６ａの構造の補強を目的とする鋼板６９と６９との局所的な溶接をねじ止めと併用することは可能である。また、鋼板６９は、それをネジ止めすることに代えて、またはネジ止めと併用して、アルミニウム製サッシに嵌合させて組立てることもできる。アルミニウム製シールド６ａには、アルミニウム鋼板からの削り出し品を使用することもできる。アルミニウム製シールド６ａは、携帯電話等が発する電波がシールド空間６０ａへ侵入することを防止できる。
【００３５】
再び図２〜図５において、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂは、高透磁率のＰＣパーマロイ鋼板によって形成されている第１シールド６１及び第２シールド６２を含んでいる。第１、第２シールド６１、６２は、磁気を二重に遮蔽することによって、第１シールド６１の内側に磁気遮蔽空間６０ｂを形成している。磁気遮蔽空間６０ｂには、アルミニウム製シールド６ａが配置され、アルミニウム製シールド６ａの内側にはフラックスゲートセンサ５０、センサ回路基板５３、増幅回路基板５４等が配置されている。
第１シールド６１には、機械方向ＭＤへ走行する被検査物２に対しての入口６３と出口６４とが形成されている。第２シールド６２には、機械方向ＭＤへ走行する被検査物２に対しての入口６５と出口６６とが形成されている。
【００３６】
この発明では、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂとその内側に配置されたアルミニウム製シールド６ａとによって、微細金属検出装置１における高性能磁気シールドが形成されている。
【００３７】
さらに図２〜図４において、アクティブシールド７は、三組の互いに平行な仮想平面１０１〜１０６（図６参照）によって画成される仮想平行六面体７２（図６参照）の稜線を形成するように機械方向ＭＤへ延びる４本のパイプ７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄと、交差方向ＣＤへ延びる４本のパイプ７４ｅ、７４ｆ、７４ｇ、７４ｈと、上下方向ＶＤへ延びる４本のパイプ７４ｉ、７４ｊ、７４ｋ、７４ｌとを含むことに加えて、これらのパイプ７４ａ〜７４ｌの内部に延びる第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ〜７０ｆと、三方位磁気センサ７１とを含んでいる。パイプ７４ａ〜７４ｌは、銅やアルミニウム、プラスチック等の非磁性材料で形成されている。
図６は、アクティブシールド７のうちのパイプ７４ａ〜７４ｌの組立状態を示す斜視図である。図６において、端部どうしがつながるパイプ７４ｅ、７４ｉ、７４ｈ、７４ｊは同一平面上にあって第１仮想平面１０１を画成し、これらパイプの内側には環状の第１のアクティブシールド回路７０ａを形成する第１コイルＣ１が配置されている。
端部どうしがつながるパイプ７４ｆ、７４ｌ、７４ｇ、７４ｋは同一平面上にあって第１仮想平面１０１に平行する第２仮想平面１０２を画成し、これらパイプ７４ｆ、７４ｌ、７４ｇ、７４ｋの内側には環状の第２のアクティブシールド回路７０ｂを形成する第２コイルＣ２が配置されている。
端部どうしがつながるパイプ７４ａ、７４ｌ、７４ｂ、７４ｉは同一平面上にあって第１、第２仮想平面１０１、１０２に直交する第２仮想平面１０３を画成し、これらパイプ７４ａ、７４ｌ、７４ｂ、７４ｉの内側には環状の第３のアクティブシールド回路７０ｃを形成する第３コイルＣ３が配置されている。
端部どうしが互いにつながるパイプ７４ｄ、７４ｋ、７４ｃ、７４ｊは同一平面上にあって第４仮想平面１０３に平行する第４仮想平面１０４を画成し、これらパイプ７４ｄ、７４ｋ、７４ｃ、７４ｊの内側には環状の第４のアクティブシールド回路７０ｄを形成する第４コイルＣ４が配置されている。
端部どうしが互いにつながるパイプ７４ｅ、７４ｄ、７４ｆ、７４ａは同一平面上にあって第１〜第４仮想平面１０１〜１０４に直交する第５仮想平面１０５を画成し、これらパイプ７４ｅ、７４ｄ、７４ｆ、７４ａの内側には環状の第５のアクティブシールド回路７０ｅを形成する第５コイルＣ５が配置されている。
さらに、端部どうしが互いにつながるパイプ７４ｈ、７４ｃ、７４ｇ、７４ｂは同一平面上にあって第５仮想平面１０５に平行する第６仮想平面１０６を画成し、これらパイプ７４ｈ、７４ｃ、７４ｇ、７４ｂの内側には環状の第６のアクティブシールド７０ｆを形成する第６コイルＣ６が配置されている。
図４におけるパイプ７４ｊの部分拡大図には、パイプ７４ｊの内側に配置された第１コイルＣ１と第４コイルＣ４それぞれを形成する２本の導線の一部分が示されている。この部分拡大図に示されているように、パイプ７４ａ〜７４ｌのそれぞれには、二つのコイルのそれぞれを形成する２本の導線が納められている。
再び図２〜４において、三方位磁気センサ７１は、仮想平行六面体７２の内側に配置してあり、第１〜第６仮想平面１０１〜１０６のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを検知するものである。図２において、三方位磁気センサ７１は、支持棒７１ａの頂部に取り付けてある。アクティブシールド７では、ＣＰＵ８０により、三方位磁気センサ７１で検出した磁気を打ち消す逆磁場を第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆに発生させるために、第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆに電圧を印加して仮想平行六面体７２の内側にアクティブシールド空間７５を形成する。図２、３で明らかなように、アクティブシールド空間７５に、磁気検知部５と、アルミニウム製シールド６ａと、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂとが配置してあり、アクティブシールド空間７５の外部に、帯磁手段４が配置してある。ただし、帯磁手段４は、それをアクティブシールド空間７５の内部に配置してこの発明を実施することもできる。
【００３８】
試験コイル１７は、図１に示すようにフラックスゲートセンサ５０それぞれの先端に設けられ、電源１８に電気的に接続されている。この試験コイル１７は、電源１８から試験電圧が印加されると、フラックスゲートセンサ５０に磁気の検出方向の磁場を発生させる。なお、各フラックスゲートセンサ５０に設けた試験コイル１７は、直列に接続してあり、試験コイル１７のそれぞれに同一の電流が流れる回路（図示せず）が形成してある。
【００３９】
電源１８は、被検査物２を走行させるモータ等の駆動源３１と、ダイアル３２によって磁気検出部５における被検査物２を検査位置と非検査位置とのいずれかにセットすることができるダイアル駆動源３３ａと、第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆと、試験コイル１７とに電気的に接続されており、ＣＰＵ８０の指令に基づいてこれらに電圧を印加する。電源１８は、図４における制御装置８に内蔵されている。
【００４０】
制御装置８は、電源１８の他に、ＣＰＵ８０と、メモリ８１と、表示部８２と、操作部８３と、警報部８４とを備えている。
ＣＰＵ８０は、微細金属検出装置１を統括的に制御するもので、その作用は後記のとおりである。
メモリ８１は、記憶手段であって、微細金属検出装置１を作動させるためのプログラム、及び被検査物２における金属異物の存在を検知する過程で得られる信号の波形等を格納するものである。
表示部８２では、ＣＰＵ８０の指令に基づき、金属異物の存在を検知する過程で得られる信号の波形等を表示する。
操作部８３は、マンマシンインターフェースであって、例えば、警報部８４によって警報を発する閾値等を入力する。
警報部８４では、金属異物の存在を検知する過程で得られる信号の大きさが、操作部８３において設定された閾値を超えている場合、警報ランプを点灯させたり、警報音を発生させたりする。
【００４１】
このように形成されている微細金属検出装置１では、被検査物２における磁性金属の残留磁気の検出と、金属異物の存在の検知とが以下のようにして行なわれる。
被検査物２における残留磁気の検出は次のとおりである。最初に、ＣＰＵ８０を介して駆動源３１の始動、又はＣＰＵ８０とは別系統の電源による駆動源の始動によって、被検査物２を機械方向ＭＤに連続的又は間欠的に走行させ、帯磁装置４において、被検査物２に混入している磁性金属異物を磁化し、磁気検知部５において磁性金属異物による残留磁気を検出して、金属異物の存在を検知する。磁気検知部５においては、アルミニウム製シールド６ａとＰＣパーマロイ製シールド６ｂとの内側に形成された磁気遮蔽空間６０ａの内側で、より好ましくはアクティブシールド７とアルミニウム製シールド６ａとＰＣパーマロイ製シールド６ｂとの内側に形成された磁気遮蔽空間６０ａの内側で、５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０を使用して残留磁気を検出し、その残留磁気の検出直後で磁気信号を増幅する回路として、浮遊容量や誘導によって不要な雑音が磁気検出部５との間の経路で侵入することを防止して良好な信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を得る為の増幅回路５１を使用する。増幅回路５１で増幅された磁気信号は、電子回路５２によって所定の周波数帯域の磁気信号のみが取り出される信号処理が行われ、ＣＰＵ８０によって信号処理後の磁気信号がメモリ８１に格納される。このメモリ８１に格納される磁気信号において、予め設定してある閾値よりも大きい磁気信号が含まれている場合、ＣＰＵ８０は、被検査物２に金属異物が混入していたと判断し、警報部８４によって警報を発する。
【００４２】
金属異物による微弱な磁気を検出する過程においてのアクティブシールド７の作用は次のとおりである。金属異物からの残留磁気を検出する過程において、ＣＰＵ８０は、第１〜第６仮想平面１０１〜１０６のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを三方位磁気センサ７１を介して検出する。
第１〜第６仮想平面１０１〜１０６のいずれかにおいて磁気が検出された場合、ＣＰＵ８０は、その仮想平面１０１〜１０６を構成しているアクティブシールド回路７０ａ〜７０ｆに対してその磁気を打ち消す逆磁場を発生させるために電源１８から電圧を印加する。かような逆磁場によって、金属異物の検知にとってノイズとなる外部からの大きな磁気がアクティブシールド空間７５の内部に侵入することを防止することができる。
【００４３】
個々のフラックスゲートセンサ５０に対する試験コイル１７と試験電圧とは、次のように使用される。金属異物からの残留磁気を継続的に検出する過程において、試験コイル１７には試験電圧が所要の時間間隔で一定の時間だけ、すなわち間欠的に短時間だけ印加される。例えば、０．５〜１時間に１回の割合で、試験コイル１７に一定の波形を有する微弱な試験電流が生じるように試験電圧が５０〜２００μｓｅｃの間だけ印加される。試験電圧が印加された試験コイル１７には、その微弱な電流に特徴的な磁気がフラックスゲートセンサ５０の磁気検出方向に発生する。この際、フラックスゲートセンサ５０が正常に作動するものであれば、その特徴的な磁気を検出することができる。フラックスゲートセンサ５０でその特徴的な磁気を検出することができなければ、ＣＰＵ８０における波形判定装置(図示せず)は、そのフラックスゲートセンサ５０に異常が存在すると自動的に判断して、その異常の存在を電気的等の表示手段によって表示したり、警報部８４によって警報を発してフラックスゲートセンサ５０の点検又は交換を促したりすることができる。なお、試験コイル１７における微弱な電流は、磁性金属異物による残留磁気よりも弱い磁気を試験コイル１７に発生させるためのものである。この発明では、試験電圧による磁気が検出されたか否かを明確にするために、試験電圧を印加するきには、被検査物２の走行を一時的に止めたり、ダイヤル駆動源３３ａを駆動することによって検出位置にある被検査物２を非検出位置に移動させたり、フラックスゲートセンサ５０から一時的に大きく離間させたりする手段を採用することもできるのであるが、これらの手段は、被検査物２の生産速度が問題にならない場合に採用することが好ましい。
【００４４】
この発明に係る微細金属検出装置１によれば、５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０を含む磁気検出部５を備えているため、被検査物２に混入する微細な磁性体の金属異物を検知することができる。
また、磁気検出部５を覆うＰＣパーマロイ製シールド６ｂとアルミニウム製シールド６ａで空間６０ａの内側に、フラックスゲートセンサ５０、増幅回路５１、電子回路５２、センサ回路５６を設け、磁気を検出した直後に磁気信号を増幅するから、磁気信号の増幅、及び信号処理を行う前に、ノイズが入ることを防止して、金属異物の存在を確実に検知することができる。
磁気検出部５は、微細金属検出装置１に対する全体的なアクテイィブシールド７でシールドすることによって、金属異物の存在を確実に検知することができる。
【００４５】
なお、この発明は、上述した実施の態様に限られるわけではない。例えば、フラックスゲートセンサ５０は交差方向ＣＤで列を形成するように複数設けることができ、そのときに、隣接するフラックスゲートセンサ５０どうしの間に生じた間隙を通過する被検査物２に対しては、その列の下流側に設けたフラックスゲートセンサ５０で検査することができる。また、アルミニウム製シールド６ａ及びＰＣパーマロイ製シールド６ｂによって形成される高性能磁気シールドと、アクティブシールド７とは、それらを併用することが好ましいが、高性能磁気シールドだけを使用してこの発明を実施することもできる。
【００４６】
図１０は、微細金属検出装置１の一態様を説明するための図であって、微細金属検出装置１の一部分に対して使用する部分的なアクティブシールド９と、一方位磁気センサ９９とを示している。アクティブシールド９は、アクティブシールド７と併せて、またはアクティブシールド７に代えて使用することができるもので、図５にはアクティブシールド９を形成するための入口コイル９１と出口コイル９２とが仮想線で示してある。
入口コイル９１及び出口コイル９２は、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂのうちの第２シールド６２における入口６５と出口６６との周縁及びその周縁の近傍のいずれかに環状に設けられるもので、それぞれが環状のアクティブシールド９を形成している。入口コイル９１及び出口コイル９２には、これらのコイル９１、９２に電圧を印加する電源１８が接続してある。
一方位磁気センサ９９は、入口コイル９１及び出口コイル９２それぞれによって囲繞されたアクティブシールド空間６０ｂそれぞれの内側に設けられている。一方位磁気センサ９９は、入口６５から空間６０ｂに侵入する磁気を検出する入口用と、出口から空間６０ｂに侵入する磁気を検出する出口用とをそれぞれ設けてある。
この場合の微細金属検出装置１のＣＰＵ８０は、一方位磁気センサ９９の検出した磁気を打ち消す逆磁場を入口コイル９１及び出口コイル９２に発生させるため、入口コイル９１及び出口コイル９２に電圧を印加する。
このアクティブシールド９を使用する微細金属検出装置１によれば、第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ〜７０ｆが不要になることがあり、そのときには装置１の構成が複雑になることを避けることができる。なお、部分的なアクティブシールド９と、全体的なアクティブシールド７とを併用すれば、磁気ノイズの侵入を確実に防止することができる。
なお、図示例では、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂのうちの第２シールド６２における入口６５と出口６６との周縁に、入口コイル９１及び出口コイル９２を設けるもので説明したが、これに限られず、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂとは別個の支持物（図示せず）を設け、この支持物に入口コイル９１及び出口コイル９２を設け、入口６５と出口６６との周縁の近傍に設けても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１ 微細金属検出装置
２ 被検査物
３ 支持手段
４ 帯磁手段
５ 磁気検知部
６ａ アルミニウム製シールド
６ｂ ＰＣパーマロイ製シールド
７ アクティブシールド
９ アクティブシールド
１７ 試験コイル
１８ 電源
５０ フラックスゲートセンサ５０（超高感度磁気センサ）
５１ 増幅回路
５２ 電子回路
６３ 第１の入口（入口）
６４ 第１の出口（出口）
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆ 第１〜第６のアクティブシールド回路
７１ 三方位磁気センサ
７２ 仮想平行六面体
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ 仮想平面
８０ ＣＰＵ（制御部）
９１ 入口コイル
９２ 出口コイル
９９ 一方位磁気センサ
ＭＤ 機械方向
ＣＤ 交差方向
ＶＤ 上下方向
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検査物に混入する微細な金属異物を帯磁し、前記金属異物の強化された磁気を検出することによって前記金属異物の存在を検知する高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド車や電気自動車等が脚光を浴び二次電池の開発が盛んである。また、環境に対する配慮及び省エネルギーの社会要請に応じて、様々な分野に二次電池が普及しはじめている。
【０００３】
反面、二次電池からの発煙若しくは発火等の事件がマスコミュニケーションに取り上げられることがあり、二次電池の安全性が強く求められている。
【０００４】
このような背景によって、二次電池の製造者や、二次電池を組み込んだ電気自動車等の最終製品の製造者から、二次電池に含まれる異物を検出し除去したい旨の強い要望がある。
【０００５】
二次電池は、アルミニウムで形成されたフィルム状の陽極基板と、銅で形成されたフィルム状の陰極基板と、陽極と陰極との間に配置され、合成樹脂等で形成されたフィルム状のセパレータとで構成してある。二次電池の中には、活物質含有ペーストを使用して製造するものがある。このペーストには、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体の金属異物が含まれている場合があり、この金属異物がある程度以上の大きさであると、二次電池の発火や、早期の劣化という不具合を発生するという問題がある。鉄、ニッケル、コバルト等が磁性体である一方、アルミニウム、銅、合成樹脂が非磁性体であることを考慮すると、二次電池に含まれる異物のうち、磁性体の金属異物については、帯磁手段で帯磁させることによって検知することが考えられる。
【０００６】
従来、飲料等の製造工程において、その飲料に含まれる磁性体の金属異物を検知する装置は公知である。
【０００７】
例えば、特許文献１には、以下に説明する装置が開示されている。この装置は、非磁性体の流体を被検査物とし、流体に含まれる磁性体の金属異物を検知するものである。
この装置は、内部に流体を流す非磁性体の移送パイプと、移送パイプを囲むように配置し、流体に含まれる磁性体を磁化する帯磁装置と、帯磁装置よりも下流側において、移送パイプをＭＩセンサ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｅｎｓｏｒ）で囲むように配置することで構成した検出部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−９８１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非常に微細な磁性体の金属異物は、帯磁装置によって仮に帯磁強化させることができたとしても、そのものの磁気の大きさが極めて微細であるため、微弱な磁気を検出することができるセンサを用いなければ金属異物の混入を検知することはできない。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されているＭＩセンサの分解能はおよそ１ｎＴ／√（Ｈｚ）であり、ＭＩセンサと被検査物との離間距離をできるだけ短くしても、検出できる金属異物の大きさは概ね鉄球１５０Φμｍ〜２００Φμｍが検出限界である。従って、これよりも小さいサイズの金属異物を検出することができないという問題があった。
【００１１】
そこで、この発明では、被検査物に混入する微細な磁性体の金属異物を検知することができる、高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために、この発明が対象とするのは、被検査物に混入する微細な金属異物を磁化し、金属異物からの残留磁気を検出することによって金属異物の存在を検知する高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置である。
【００１３】
かかる微細金属検出装置においてこの発明が特徴とするところは、被検査物と対向させた超高感度磁気センサによる残留磁気の検出方向と一致する方向に金属異物を磁化する帯磁手段と、帯磁手段を通過させた後の被検査物を支持して被検査物と超高感度磁気センサとの間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段と、超高感度磁気センサとして５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサを含む磁気検出部と、高性能磁気シールドとして磁気検出部を覆う磁気遮断用のＰＣパーマロイ製シールドと高周波遮断用のアルミニウム製シールドとを備えていることである。
【００１４】
この発明の好ましい実施態様の一つにおいて、微細金属検出装置は、被検査物が走行する機械方向と、機械方向に直交する磁気の検出方向と、機械方向及び検出方向に直交する交差方向とを有し、機械方向の上流から下流に向かって帯磁手段と磁気検出部とが並び、支持手段が被検査物を機械方向へ走行させるものである。
【００１５】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、磁気検出部で検出した磁気信号を磁気検出部の直後で増幅する回路として、浮遊容量や誘導によって不要な雑音が磁気検出部との間の経路において侵入することを防止して、良好な信号雑音比（S/N）を得ることができる増幅回路と、磁気信号のうちから支持手段による被検査物の走行速度に対応した周波数帯域の信号を取り出すため、所定の第１周波数以上の周波数をカットするローパスフィルタ及び第１周波数よりも小さい所定の第２周波数以下の周波数をカットするハイパスフィルタを有する電子回路とを備えており、高性能磁気シールドが増幅回路及び電子回路をも覆っている。
【００１６】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、磁気検出部は、機械方向に複数のフラックスゲートセンサを有し、機械方向における上流側の前記フラックスゲートセンサと、それに隣接する下流側の前記フラックスゲートセンサとの間では、前記上流側から見たときに、上流側のフラックスゲートセンサと下流側のフラックスゲートセンサとの位置が一致することのない様に、上流側のフラックスゲートセンサに対して下流側のフラックスゲートセンサが交差方向へ偏倚させてある。
【００１７】
この発明の実施態様の他の一つにおいて、残留磁気を検出するためのフラックスゲートセンサのそれぞれには、フラックスゲートセンサの異常を検出するための試験コイルを設置し、試験コイルのそれぞれは直列に接続して試験コイルのそれぞれに同一の電流が流れる回路を形成し、回路に所定の試験電圧を印加すると、試験コイルのそれぞれが発生する同一レベルの磁気をフラックスゲートセンサのそれぞれが検出可能となり、フラックスゲートセンサそれぞれの検出する磁気に対しての波形判定装置で、同一レベルの磁気の検出の有無を判定し、同一レベルの磁気の検出がないときにフラックスゲートセンサに異常が存在すると判断することのできる前記試験コイルを備えている。
【００１８】
この発明の実施態様の他の一つにおいて、試験コイルの全てに同一の試験用の一定波形を与える電源と、電源を制御する制御部とを有しており、制御部は、金属異物からの残留磁気を継続的に検出している過程で、フラックスゲートセンサに異常が存在すると判断することが可能な試験電流を間欠的に一定の時間だけ試験コイルに流して試験電流に特徴的な同一レベルの磁気を発生させ、残留磁気を検出中である磁気センサに同一レベルの磁気を検出させることにより、フラックスゲートセンサにおける異常の存在を自動的に判断する。
【００１９】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、仮想平行六面体を形成する三組の互いに平行な仮想平面それぞれにおける稜線に沿って設けられた環状の第１〜第６のアクティブシールド回路と、仮想平行六面体の内側にあって仮想平面のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを検知する三方位磁気センサと、第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する電源と、三方位磁気センサの検知結果に基づいて、検知した磁気を打ち消す逆磁場を第１〜第６のアクティブシールド回路に発生させるために第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する制御部と、によって仮想平行六面体の内側にアクティブシールド空間が形成され、アクティブシールド空間の内部に磁気検出部とＰＣパーマロイ製シールドとアルミニウム製シールドとを配置する一方、アクティブシールド空間の外部及び内部のいずれかに帯磁手段を配置してある。
【００２０】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、ＰＣパーマロイ製シールドに形成されていて機械方向へ走行する被検査物が入出する入口及び出口と、ＰＣパーマロイ製シールドにおける入口と出口とのそれぞれの周縁及びその周縁の近傍に設けられて環状のアクティブシールド回路を形成する入口コイル及び出口コイルと、入口コイル及び出口コイルに電圧を印加する電源と、環状のアクティブシールド回路それぞれによって囲繞された空間の内側に設けられて、入口から検出空間部に侵入する磁気と出口から検出空間部に侵入する磁気を磁気センサで検出して、磁気センサの検出結果に基づいて、検出した磁気を打ち消す逆磁場を入口コイル及び出口コイルに発生させるために入口コイル及び出口コイルに電流を流して外部磁気を遮蔽する制御部とを有している。
【００２１】
この発明の好ましい実施態様の他の一つにおいて、アルミニウム製シールドは、複数枚のアルミニウム鋼板及びアルミニウム鋼板からの削り出し品のうちの少なくとも一方の材料による組み立て品であって、材料が嵌合及び材料を貫通することがないように使用されたねじによる締結のうち少なくとも一方の組立手段によって組み立ててある。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係る微細金属検出装置は、被検査物を対向させて超高感度磁気センサによる磁気の検出方向と一致する方向に金属異物を磁化する帯磁手段と、帯磁手段を通過させた後の被検査物を支持して被検査物と超高感度磁気センサとの間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段と、超高感度磁気センサとして５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサを含む磁気検出部と、高性能磁気シールドとして磁気検出部を覆うＰＣパーマロイ製シールドとアルミニウム製シールドとを備えているため、被検査物に混入する微細な磁性体の金属異物を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】微細金属検出装置の制御系を示す構成図。
【図２】微細金属検出装置の正面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図。
【図５】図４における要部の詳細図。
【図６】アクティブシールドを示す斜視図。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線における断面図。
【図１０】微細金属検出装置の一態様における制御系の部分図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付図面を参照してこの発明に係る、高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置の詳細を説明すると、以下のとおりである。
【００２５】
図１は、この発明に係る微細金属検出装置の制御系を示す構成図であり、図２は、この装置を後記機械方向ＭＤの上流側から見たときの内部構造を示す正面図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。図２〜図４において、ＭＤは機械方向（Ｍａｃｈｉｎｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）、ＶＤは機械方向ＭＤに直交する上下方向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）、ＣＤは機械方向ＭＤ及び上下方向ＶＤに直交する交差方向（Ｃｒｏｓｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）をそれぞれ示す。なお、この発明において、機械方向ＭＤと、これに反対の方向とを長さ方向と言うことがあり、上下方向のうち、上方から下方に向かう方向を磁気の検出方向と言うことがある。
【００２６】
図１〜４に例示する微細金属検出装置１は、常温において、被検査物２の中に含まれる鉄、ニッケル、コバルト及びステンレス等の磁性体の金属異物を検出するものである。被検査物２は、例えばリチウムイオン電池等の二次電池の陽極として使用されるシート状のアルミニウムの連続体や、陰極として使用されるシート状の銅の連続体、セパレータとして使用されるシート状の合成樹脂の連続体等の非磁性シート状連続体やそのシート状連続体に活物質含有ペーストが塗布してある複合連続体である。ただし、微細金属検出装置１による金属検出の対象となるのは、被検査体２のごとき連続体に限定されるわけではない。ガラス瓶のごとき個別の容器に入れられた流体や固体であってもこの発明における被検査体になり得る。
【００２７】
この微細金属検出装置１は、フレーム１０と、支持手段３と、帯磁手段４と、磁気検知部５と、アルミニウム製シールド６ａと、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂと、アクティブシールド７と、試験コイル１７と、電源１８と、ＣＰＵ（制御部）８０とを備え、帯磁手段４と磁気検知部５とが機械方向ＭＤに並んでいる。
【００２８】
フレーム１０は、下部フレーム１１及び上部フレーム１２を含んでおり、図２，４に示すように、下部フレーム１１は、機械方向ＭＤに延在する第１フレーム部材１１ａと、交差方向ＣＤに延在し、第１フレーム部材１１ａの両端部にそれぞれ取り付ける第２フレーム部材１１ｂと、第２フレーム部材１１ｂの上端部にあって後記回転ローラ３０がスペーサ３２ｂを介して取り付けられる天板１３とを含んでいる。
【００２９】
支持手段３は、図４に示すように、被検査物２を機械方向ＭＤへ走行させる複数の回転ローラ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ、３０ｈによって構成される回転ローラ３０を含み、その被検査物２は、支持手段３の上流側に位置する繰り出しローラ（図示せず）から繰り出され、支持手段３の下流側に位置する巻き取りローラ（図示せず）によって巻き取られる。被検査物２は、繰り出しローラと巻き取りローラとの間において、所要のテンションが加えられている。繰り出しローラと巻き取りローラとの間には、必要に応じてテンションローラが設けられることがある。
回転ローラ３０ａ〜３０ｈは、図示するようにスペーサ３２ｂを介して天板１３に取り付けられていて回転軸３０ｘ（図５，９参照）を中心に回転自在である。回転ローラ３０ｂ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｇは、それぞれに固有の高さ位置調整手段３２を備え、高さ位置調整手段３２によってその上下方向ＶＤの位置を調整することができる。微細金属検出装置１は、高さ位置調整手段であるダイアル３２を回転させることによって回転ローラ３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅの上下方向ＶＤの位置を変更することによっても、被検査物２のテンションを調整することができる。また、ダイアル３２は、手動で操作することもできるし、ダイアル３２を回転させるモータ等につながったダイアル駆動源３３ａを使用して、自動で操作することもできる。支持手段３のうちの回転ローラ３０ｄと３０ｅとは、磁気検知部５の上流側と下流側とにあって、被検査物２と後記フラックスゲートセンサ５０との間隔を所定寸法に保つものでもある（図５参照）。具体的には、ダイアル３２によって、被検査物２を上下方向ＶＤの上方に位置させれば、被検査物２はフラックスゲートセンサ５０との間隔を所定寸法に保った検出位置におさまる一方、その検査位置よりも下方に位置させれば、被検査物２はフラックスゲートセンサ５０が金属異物の磁気の影響を受けない非検出位置におさまる。支持手段３は、一例として、被検査物２を３０〜８０ｍ／分の速度で走行させることができる。
【００３０】
帯磁手段４は、支持台４０と、支持台４０に取り付けた第１の永久磁石４１と、第１の永久磁石４１よりも上方において支持台４０に取り付けた第２の永久磁石４２とを備えている。この帯磁手段４の一例として、第１の永久磁石４１は、その上端部がＮ極となるよう配置してある一方、第２の永久磁石４２は、その下端部がＳ極となるよう配置してあり、下方から上方に向かう磁場を常時形成するものである。被検査物２が帯磁手段４に進入して磁性体の金属異物が第１の永久磁石４１と、第２の永久磁石４２との間に来ると、金属異物は磁気が上下方向ＶＤの下方に向かうように磁化され、帯磁手段４の下流側において残留磁気を有するものになる。
【００３１】
磁気検知部５は、アルミニウム製シールド６ａの内側に設けられているもので、その詳細は、後記図５、７〜９に基づく説明のとおりである。アルミニウム製シールド６ａの外側には、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂが設けられている。磁気検出部５には、一例として５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０が使用してある。
【００３２】
磁気検知部５は、図１、７〜９に示すように、個々のフラックスゲートセンサ５０に対応する個別の増幅回路５１と、電子回路５２と、センサ回路基板５３と、増幅電子回路基板５４とを備えている。センサ回路基板５３は、フラックスゲートセンサ５０の上端部に取り付けてあって、機械方向ＭＤの間隔を調整するスペーサ５３ａを介して増幅電子回路基板５４に取り付けてあり、フラックスゲートセンサ５０と、増幅回路５１と、電子回路５２と、センサ回路基板５３と、増幅電子回路基板５４とが一体となっている。
増幅回路５１は、フラックスゲートセンサ５０で検出した磁気信号をアルミニウム製シールド６ａの内部において増幅するものである。図示例の増幅回路５１は、フラックスゲートセンサ５０で検出した磁気信号を５，０００倍に増幅するものである。
電子回路５２は、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを含んでいる。
ローパスフィルタは、フラックスゲートセンサ５０が検出した磁気による磁気信号のうちで所定の第１周波数以上の周波数をカットするものである。図示例の電子回路５２の一例において、ローパスフィルタは、６０Ｈｚ以上の周波数をカットするものである。
ハイパスフィルタは、磁気信号のうちで前記第１周波数よりも小さい所定の第２周波数以下の周波数をカットするものである。図示例の電子回路５２の一例において、ハイパスフィルタは、０．１Ｈｚ以下の周波数をカットするものである。
このように、電子回路５２は、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタによって、磁気検知部５で検出した磁気信号のうちから支持手段３による被検査物２の走行速度に対応した周波数帯域の信号を取り出すことができて、図示例においては０．１Ｈｚから６０Ｈｚの間の信号を取り出すことができる。それゆえ、予めノイズの周波数帯域が分かっていれば、電子回路５２によってノイズをカットすることができる。
センサ回路基板５３は、フラックスゲートセンサ５０のためのセンサ回路５６が形成されている基板である。増幅電子回路基板５４は、増幅回路５１及び電子回路５２が形成されている基板である。
【００３３】
増幅電子回路基板５４は、スペーサ５４ａを介して板部材５５に取り付けてある。この板部材５５は、交差方向ＣＤの位置を調節することができるように取付部材１６に取り付けてある。交差方向ＣＤの位置を調節するには、例えば、取付部材１６にスライドレールを設け、板部材５５には、スライドレールに摺動可能に嵌合する突起を設ける。板部材５５の交差方向ＣＤへの移動によって、フラックスゲートセンサ５０の交差方向ＣＤへの移動が可能になる。なお、磁気検知部５は、上下方向ＶＤにフラックスゲートセンサ５０を移動させることのできる機構(図示せず)を備えている。また、図７に例示の装置１では、センサ取付部材１６が機械方向ＭＤにピッチＬ４で並んでいる。フラックスゲートセンサ５０は、機械方向ＭＤにピッチＬ２で並んでいる。フラックスゲートセンサ５０はまた、図８に示すように、機械方向ＭＤの上流側に位置するフラックスゲートセンサ５０と、そのフラックスゲートセンサ５０に対して下流側で隣接するフラックスゲートセンサ５０とは、機械方向ＭＤの上流側から見たときに交差方向ＣＤにピッチＬ３で並んでいる。さらに、図９において、検知部５の最も上流側では、２つのフラックスゲートセンサ５０が交差方向ＣＤに並んでいて、これらフラックスゲートセンサ５０の交差方向ＣＤにおける中心間隔はＬ１である。図７、８に例示したようにフラックスゲートセンサ５０を配置すれば、被検査物２の幅全体に対して金属異物による残留磁気の検出が可能になる。また、このように配置したフラックスゲートセンサ５０を機械方向ＭＤの上流側から見ると、上流側のフラックスゲートセンサ５０と下流側のフラックスゲートセンサ５０とが部分的に重なり合っているので、被検査物２を交差方向ＣＤにおいて隙間なく検査することができる。交差方向ＣＤに１列にフラックスゲートセンサ５０を並べた場合には、隣り合うセンサ回路板５３どうしが接触してフラックスゲートセンサ５０どうしの間には隙間が生じることがあり、その隙間では微細な金属異物の残留磁気を検出することができない。
【００３４】
アルミニウム製シールド６ａの内部は、図７〜９に示すとおりであって、図７は図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視図であり、図８は図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視図であり、図９は図７におけるＩＸ−ＩＸ線矢視図である。
アルミニウム製シールド６ａは、中空の六面体であって、四つの面からなる周壁６ｂと、上流側端壁６ｃと、下流側端壁６ｄとを有する。このようなアルミニウム製シールド６ａは複数枚のアルミニウム鋼板６９の組立品であって、組立品の内側にはシールド空間６０ａが形成され、その空間６０ａには磁気検出部５が納められている。複数枚のアルミニウム鋼板６９は、ねじ６９ａと、アルミニウム製角材６９ｂと、アルミニウム製ブロック材６９ｃ（いずれも図７参照）とを使用して組み立てる。より具体的には、アルミニウム鋼板６９は、ねじ６９ａによって角材６９ｂに取り付けられており、角材６９ｂはブロック材６０ｃを介して互いに固定されている。このように組立てられているアルミニウム製シールド６ａでは、金属異物を検知するときのノイズとなる電磁波が鋼板６９と６９との間から侵入することを効率よく防ぐことができる。なお、このような組立て方に代えて、鋼板６９と６９とを溶接することによって、鋼板６９どうしの間隙をふさぎながらアルミニウム製シールド６ａを組立てることも可能ではあるが、溶接した部位はポーラスな構造になって電磁波を透過させ易いことがあるので、ねじ止めに代えて溶接を採用することは好ましいことではない。ただし、アルミニウム製シールド６ａの構造の補強を目的とする鋼板６９と６９との局所的な溶接をねじ止めと併用することは可能である。また、鋼板６９は、それをネジ止めすることに代えて、またはネジ止めと併用して、アルミニウム製サッシに嵌合させて組立てることもできる。アルミニウム製シールド６ａには、アルミニウム鋼板からの削り出し品を使用することもできる。アルミニウム製シールド６ａは、携帯電話等が発する電波がシールド空間６０ａへ侵入することを防止できる。
【００３５】
再び図２〜図５において、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂは、高透磁率のＰＣパーマロイ鋼板によって形成されている第１シールド６１及び第２シールド６２を含んでいる。第１、第２シールド６１、６２は、磁気を二重に遮蔽することによって、第１シールド６１の内側に磁気遮蔽空間６０ｂを形成している。磁気遮蔽空間６０ｂには、アルミニウム製シールド６ａが配置され、アルミニウム製シールド６ａの内側にはフラックスゲートセンサ５０、センサ回路基板５３、増幅回路基板５４等が配置されている。
第１シールド６１には、機械方向ＭＤへ走行する被検査物２に対しての入口６３と出口６４とが形成されている。第２シールド６２には、機械方向ＭＤへ走行する被検査物２に対しての入口６５と出口６６とが形成されている。
【００３６】
この発明では、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂとその内側に配置されたアルミニウム製シールド６ａとによって、微細金属検出装置１における高性能磁気シールドが形成されている。
【００３７】
さらに図２〜図４において、アクティブシールド７は、三組の互いに平行な仮想平面１０１〜１０６（図６参照）によって画成される仮想平行六面体７２（図６参照）の稜線を形成するように機械方向ＭＤへ延びる４本のパイプ７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄと、交差方向ＣＤへ延びる４本のパイプ７４ｅ、７４ｆ、７４ｇ、７４ｈと、上下方向ＶＤへ延びる４本のパイプ７４ｉ、７４ｊ、７４ｋ、７４ｌとを含むことに加えて、これらのパイプ７４ａ〜７４ｌの内部に延びる第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ〜７０ｆと、三方位磁気センサ７１とを含んでいる。パイプ７４ａ〜７４ｌは、銅やアルミニウム、プラスチック等の非磁性材料で形成されている。
図６は、アクティブシールド７のうちのパイプ７４ａ〜７４ｌの組立状態を示す斜視図である。図６において、端部どうしがつながるパイプ７４ｅ、７４ｉ、７４ｈ、７４ｊは同一平面上にあって第１仮想平面１０１を画成し、これらパイプの内側には環状の第１のアクティブシールド回路７０ａを形成する第１コイルＣ１が配置されている。
端部どうしがつながるパイプ７４ｆ、７４ｌ、７４ｇ、７４ｋは同一平面上にあって第１仮想平面１０１に平行する第２仮想平面１０２を画成し、これらパイプ７４ｆ、７４ｌ、７４ｇ、７４ｋの内側には環状の第２のアクティブシールド回路７０ｂを形成する第２コイルＣ２が配置されている。
端部どうしがつながるパイプ７４ａ、７４ｌ、７４ｂ、７４ｉは同一平面上にあって第１、第２仮想平面１０１、１０２に直交する第２仮想平面１０３を画成し、これらパイプ７４ａ、７４ｌ、７４ｂ、７４ｉの内側には環状の第３のアクティブシールド回路７０ｃを形成する第３コイルＣ３が配置されている。
端部どうしが互いにつながるパイプ７４ｄ、７４ｋ、７４ｃ、７４ｊは同一平面上にあって第４仮想平面１０３に平行する第４仮想平面１０４を画成し、これらパイプ７４ｄ、７４ｋ、７４ｃ、７４ｊの内側には環状の第４のアクティブシールド回路７０ｄを形成する第４コイルＣ４が配置されている。
端部どうしが互いにつながるパイプ７４ｅ、７４ｄ、７４ｆ、７４ａは同一平面上にあって第１〜第４仮想平面１０１〜１０４に直交する第５仮想平面１０５を画成し、これらパイプ７４ｅ、７４ｄ、７４ｆ、７４ａの内側には環状の第５のアクティブシールド回路７０ｅを形成する第５コイルＣ５が配置されている。
さらに、端部どうしが互いにつながるパイプ７４ｈ、７４ｃ、７４ｇ、７４ｂは同一平面上にあって第５仮想平面１０５に平行する第６仮想平面１０６を画成し、これらパイプ７４ｈ、７４ｃ、７４ｇ、７４ｂの内側には環状の第６のアクティブシールド７０ｆを形成する第６コイルＣ６が配置されている。
図４におけるパイプ７４ｊの部分拡大図には、パイプ７４ｊの内側に配置された第１コイルＣ１と第４コイルＣ４それぞれを形成する２本の導線の一部分が示されている。この部分拡大図に示されているように、パイプ７４ａ〜７４ｌのそれぞれには、二つのコイルのそれぞれを形成する２本の導線が納められている。
再び図２〜４において、三方位磁気センサ７１は、仮想平行六面体７２の内側に配置してあり、第１〜第６仮想平面１０１〜１０６のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを検知するものである。図２において、三方位磁気センサ７１は、支持棒７１ａの頂部に取り付けてある。アクティブシールド７では、ＣＰＵ８０により、三方位磁気センサ７１で検出した磁気を打ち消す逆磁場を第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆに発生させるために、第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆに電圧を印加して仮想平行六面体７２の内側にアクティブシールド空間７５を形成する。図２、３で明らかなように、アクティブシールド空間７５に、磁気検知部５と、アルミニウム製シールド６ａと、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂとが配置してあり、アクティブシールド空間７５の外部に、帯磁手段４が配置してある。ただし、帯磁手段４は、それをアクティブシールド空間７５の内部に配置してこの発明を実施することもできる。
【００３８】
試験コイル１７は、図１に示すようにフラックスゲートセンサ５０それぞれの先端に設けられ、電源１８に電気的に接続されている。この試験コイル１７は、電源１８から試験電圧が印加されると、フラックスゲートセンサ５０に磁気の検出方向の磁場を発生させる。なお、各フラックスゲートセンサ５０に設けた試験コイル１７は、直列に接続してあり、試験コイル１７のそれぞれに同一の電流が流れる回路（図示せず）が形成してある。
【００３９】
電源１８は、被検査物２を走行させるモータ等の駆動源３１と、ダイアル３２によって磁気検出部５における被検査物２を検査位置と非検査位置とのいずれかにセットすることができるダイアル駆動源３３ａと、第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆと、試験コイル１７とに電気的に接続されており、ＣＰＵ８０の指令に基づいてこれらに電圧を印加する。電源１８は、図４における制御装置８に内蔵されている。
【００４０】
制御装置８は、電源１８の他に、ＣＰＵ８０と、メモリ８１と、表示部８２と、操作部８３と、警報部８４とを備えている。
ＣＰＵ８０は、微細金属検出装置１を統括的に制御するもので、その作用は後記のとおりである。
メモリ８１は、記憶手段であって、微細金属検出装置１を作動させるためのプログラム、及び被検査物２における金属異物の存在を検知する過程で得られる信号の波形等を格納するものである。
表示部８２では、ＣＰＵ８０の指令に基づき、金属異物の存在を検知する過程で得られる信号の波形等を表示する。
操作部８３は、マンマシンインターフェースであって、例えば、警報部８４によって警報を発する閾値等を入力する。
警報部８４では、金属異物の存在を検知する過程で得られる信号の大きさが、操作部８３において設定された閾値を超えている場合、警報ランプを点灯させたり、警報音を発生させたりする。
【００４１】
このように形成されている微細金属検出装置１では、被検査物２における磁性金属の残留磁気の検出と、金属異物の存在の検知とが以下のようにして行なわれる。
被検査物２における残留磁気の検出は次のとおりである。最初に、ＣＰＵ８０を介して駆動源３１の始動、又はＣＰＵ８０とは別系統の電源による駆動源の始動によって、被検査物２を機械方向ＭＤに連続的又は間欠的に走行させ、帯磁装置４において、被検査物２に混入している磁性金属異物を磁化し、磁気検知部５において磁性金属異物による残留磁気を検出して、金属異物の存在を検知する。磁気検知部５においては、アルミニウム製シールド６ａとＰＣパーマロイ製シールド６ｂとの内側に形成された磁気遮蔽空間６０ａの内側で、より好ましくはアクティブシールド７とアルミニウム製シールド６ａとＰＣパーマロイ製シールド６ｂとの内側に形成された磁気遮蔽空間６０ａの内側で、５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０を使用して残留磁気を検出し、その残留磁気の検出直後で磁気信号を増幅する回路として、浮遊容量や誘導によって不要な雑音が磁気検出部５との間の経路で侵入することを防止して良好な信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を得る為の増幅回路５１を使用する。増幅回路５１で増幅された磁気信号は、電子回路５２によって所定の周波数帯域の磁気信号のみが取り出される信号処理が行われ、ＣＰＵ８０によって信号処理後の磁気信号がメモリ８１に格納される。このメモリ８１に格納される磁気信号において、予め設定してある閾値よりも大きい磁気信号が含まれている場合、ＣＰＵ８０は、被検査物２に金属異物が混入していたと判断し、警報部８４によって警報を発する。
【００４２】
金属異物による微弱な磁気を検出する過程においてのアクティブシールド７の作用は次のとおりである。金属異物からの残留磁気を検出する過程において、ＣＰＵ８０は、第１〜第６仮想平面１０１〜１０６のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを三方位磁気センサ７１を介して検出する。
第１〜第６仮想平面１０１〜１０６のいずれかにおいて磁気が検出された場合、ＣＰＵ８０は、その仮想平面１０１〜１０６を構成しているアクティブシールド回路７０ａ〜７０ｆに対してその磁気を打ち消す逆磁場を発生させるために電源１８から電圧を印加する。かような逆磁場によって、金属異物の検知にとってノイズとなる外部からの大きな磁気がアクティブシールド空間７５の内部に侵入することを防止することができる。
【００４３】
個々のフラックスゲートセンサ５０に対する試験コイル１７と試験電圧とは、次のように使用される。金属異物からの残留磁気を継続的に検出する過程において、試験コイル１７には試験電圧が所要の時間間隔で一定の時間だけ、すなわち間欠的に短時間だけ印加される。例えば、０．５〜１時間に１回の割合で、試験コイル１７に一定の波形を有する微弱な試験電流が生じるように試験電圧が５０〜２００μｓｅｃの間だけ印加される。試験電圧が印加された試験コイル１７には、その微弱な電流に特徴的な磁気がフラックスゲートセンサ５０の磁気検出方向に発生する。この際、フラックスゲートセンサ５０が正常に作動するものであれば、その特徴的な磁気を検出することができる。フラックスゲートセンサ５０でその特徴的な磁気を検出することができなければ、ＣＰＵ８０における波形判定装置(図示せず)は、そのフラックスゲートセンサ５０に異常が存在すると自動的に判断して、その異常の存在を電気的等の表示手段によって表示したり、警報部８４によって警報を発してフラックスゲートセンサ５０の点検又は交換を促したりすることができる。なお、試験コイル１７における微弱な電流は、磁性金属異物による残留磁気よりも弱い磁気を試験コイル１７に発生させるためのものである。この発明では、試験電圧による磁気が検出されたか否かを明確にするために、試験電圧を印加するきには、被検査物２の走行を一時的に止めたり、ダイヤル駆動源３３ａを駆動することによって検出位置にある被検査物２を非検出位置に移動させたり、フラックスゲートセンサ５０から一時的に大きく離間させたりする手段を採用することもできるのであるが、これらの手段は、被検査物２の生産速度が問題にならない場合に採用することが好ましい。
【００４４】
この発明に係る微細金属検出装置１によれば、５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサ５０を含む磁気検出部５を備えているため、被検査物２に混入する微細な磁性体の金属異物を検知することができる。
また、磁気検出部５を覆うＰＣパーマロイ製シールド６ｂとアルミニウム製シールド６ａで空間６０ａの内側に、フラックスゲートセンサ５０、増幅回路５１、電子回路５２、センサ回路５６を設け、磁気を検出した直後に磁気信号を増幅するから、磁気信号の増幅、及び信号処理を行う前に、ノイズが入ることを防止して、金属異物の存在を確実に検知することができる。
磁気検出部５は、微細金属検出装置１に対する全体的なアクテイィブシールド７でシールドすることによって、金属異物の存在を確実に検知することができる。
【００４５】
なお、この発明は、上述した実施の態様に限られるわけではない。例えば、フラックスゲートセンサ５０は交差方向ＣＤで列を形成するように複数設けることができ、そのときに、隣接するフラックスゲートセンサ５０どうしの間に生じた間隙を通過する被検査物２に対しては、その列の下流側に設けたフラックスゲートセンサ５０で検査することができる。また、アルミニウム製シールド６ａ及びＰＣパーマロイ製シールド６ｂによって形成される高性能磁気シールドと、アクティブシールド７とは、それらを併用することが好ましいが、高性能磁気シールドだけを使用してこの発明を実施することもできる。
【００４６】
図１０は、微細金属検出装置１の一態様を説明するための図であって、微細金属検出装置１の一部分に対して使用する部分的なアクティブシールド９と、一方位磁気センサ９９とを示している。アクティブシールド９は、アクティブシールド７と併せて、またはアクティブシールド７に代えて使用することができるもので、図５にはアクティブシールド９を形成するための入口コイル９１と出口コイル９２とが仮想線で示してある。
入口コイル９１及び出口コイル９２は、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂのうちの第２シールド６２における入口６５と出口６６との周縁及びその周縁の近傍のいずれかに環状に設けられるもので、それぞれが環状のアクティブシールド９を形成している。入口コイル９１及び出口コイル９２には、これらのコイル９１、９２に電圧を印加する電源１８が接続してある。
一方位磁気センサ９９は、入口コイル９１及び出口コイル９２それぞれによって囲繞されたアクティブシールド空間６０ｂそれぞれの内側に設けられている。一方位磁気センサ９９は、入口６５から空間６０ｂに侵入する磁気を検出する入口用と、出口から空間６０ｂに侵入する磁気を検出する出口用とをそれぞれ設けてある。
この場合の微細金属検出装置１のＣＰＵ８０は、一方位磁気センサ９９の検出した磁気を打ち消す逆磁場を入口コイル９１及び出口コイル９２に発生させるため、入口コイル９１及び出口コイル９２に電圧を印加する。
このアクティブシールド９を使用する微細金属検出装置１によれば、第１〜第６のアクティブシールド回路７０ａ〜７０ｆが不要になることがあり、そのときには装置１の構成が複雑になることを避けることができる。なお、部分的なアクティブシールド９と、全体的なアクティブシールド７とを併用すれば、磁気ノイズの侵入を確実に防止することができる。
なお、図示例では、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂのうちの第２シールド６２における入口６５と出口６６との周縁に、入口コイル９１及び出口コイル９２を設けるもので説明したが、これに限られず、ＰＣパーマロイ製シールド６ｂとは別個の支持物（図示せず）を設け、この支持物に入口コイル９１及び出口コイル９２を設け、入口６５と出口６６との周縁の近傍に設けても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１ 微細金属検出装置
２ 被検査物
３ 支持手段
４ 帯磁手段
５ 磁気検知部
６ａ アルミニウム製シールド
６ｂ ＰＣパーマロイ製シールド
７ アクティブシールド
９ アクティブシールド
１７ 試験コイル
１８ 電源
５０ フラックスゲートセンサ５０（超高感度磁気センサ）
５１ 増幅回路
５２ 電子回路
６３ 第１の入口（入口）
６４ 第１の出口（出口）
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆ 第１〜第６のアクティブシールド回路
７１ 三方位磁気センサ
７２ 仮想平行六面体
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ 仮想平面
８０ ＣＰＵ（制御部）
９１ 入口コイル
９２ 出口コイル
９９ 一方位磁気センサ
ＭＤ 機械方向
ＣＤ 交差方向
ＶＤ 上下方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に混入する微細な金属異物を磁化し、前記金属異物の残留磁気を検出することによって前記金属異物の存在を検知する高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置において、
前記被検査物と対向させた前記超高感度磁気センサによる前記残留磁気の検出方向と一致する方向に前記金属異物を磁化する帯磁手段と、
前記帯磁手段を通過させた後の前記被検査物を支持して前記被検査物と前記超高感度磁気センサとの間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段と、
前記超高感度磁気センサとして５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサを含む磁気検出部と、
前記高性能磁気シールドとして前記磁気検出部を覆う磁気遮蔽用のＰＣパーマロイ製シールドと高周波遮蔽用のアルミニウム製シールドと、
を備えることを特徴とする前記微細金属検出装置。
【請求項２】
前記微細金属検出装置は、前記被検査物が走行する機械方向と、前記機械方向に直交する前記磁気の検出方向と、前記機械方向及び前記検出方向に直交する交差方向とを有し、前記機械方向の上流から下流に向かって前記帯磁手段と前記磁気検出部とが並び、前記支持手段が前記被検査物を前記機械方向へ走行させるものである請求項１に記載の微細金属検出装置。
【請求項３】
前記磁気検出部で検出した磁気信号を前記磁気検出部の直後で増幅する回路として、浮遊容量や誘導によって不要な雑音が前記磁気検出部との間の経路において侵入することを防止して、良好な信号雑音比（S/N）を得ることができる増幅回路と、
前記磁気信号のうちから前記支持手段による前記被検査物の走行速度に対応した周波数帯域の信号を取り出すため、所定の第１周波数以上の周波数をカットするローパスフィルタ及び前記第１周波数よりも小さい所定の第２周波数以下の周波数をカットするハイパスフィルタを有する電子回路とを備えており、
前記高性能シールドが前記増幅回路及び前記電子回路をも覆っている請求項１又は２に記載の微細金属検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出部は、前記機械方向に複数の前記フラックスゲートセンサを有し、前記機械方向における上流側の前記フラックスゲートセンサと、それに隣接する下流側の前記フラックスゲートセンサとの間では、前記上流側から見たときに、前記上流側の前記フラックスゲートセンサと前記下流側の前記フラックスゲートセンサとの位置が一致することのない様に、前記上流側のフラックスゲートセンサに対して前記下流側のフラックスゲートセンサが前記交差方向へ偏倚させてある請求項１〜３のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項５】
前記残留磁気を検出するための前記フラックスゲートセンサのそれぞれには、前記フラックスゲートセンサの異常を検出するための試験コイルを設置し、前記試験コイルのそれぞれは直列に接続して前記試験コイルのそれぞれに同一の電流が流れる回路を形成し、前記回路に所定の試験電圧を印加すると、前記試験コイルのそれぞれが発生する同一レベルの磁気を前記フラックスゲートセンサのそれぞれが検出可能となり、前記フラックスゲートセンサそれぞれの検出する磁気に対しての波形判定装置で、前記同一レベルの磁気の検出の有無を判定し、前記同一レベルの磁気の検出がないときに前記フラックスゲートセンサに異常が存在すると判断することのできる前記試験コイルを備えている請求項１〜４のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項６】
前記試験コイルの全てに同一の試験用の一定波形を与える電源と、
前記電源を制御する制御部とを有しており、
前記制御部は、前記金属異物からの前記残留磁気を継続的に検出している過程で、前記フラックスゲートセンサに前記異常が存在すると判断することが可能な前記試験電流を間欠的に一定の時間だけ前記試験コイルに流して前記試験電流に特徴的な前記同一レベルの磁気を発生させ、前記残留磁気を検出中である前記磁気センサに前記同一レベルの磁気を検出させることにより、前記フラックスゲートセンサにおける前記異常の存在を自動的に判断する請求項５に記載の微細金属検出装置。
【請求項７】
仮想平行六面体を形成する三組の互いに平行な仮想平面それぞれにおける稜線に沿って設けられた環状の第１〜第６のアクティブシールド回路と、
前記仮想平行六面体の内側にあって前記仮想平面のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを検知する三方位磁気センサと、
前記第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する電源と、
前記三方位磁気センサの検知結果に基づいて、検知した磁気を打ち消す逆磁場を前記第１〜第６のアクティブシールド回路に発生させるために前記第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する制御部と、
によって前記仮想平行六面体の内側にアクティブシールド空間が形成され、
前記アクティブシールド空間の内部に前記磁気検出部と前記ＰＣパーマロイ製シールドと前記アルミニウム製シールドとを配置する一方、前記アクティブシールド空間の外部及び内部のいずれかに前記帯磁手段を配置してある請求項１〜６のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項８】
前記ＰＣパーマロイ製シールドに形成されていて前記機械方向へ走行する前記被検査物が入出する入口及び出口と、
前記ＰＣパーマロイ製シールドにおける前記入口と前記出口とのそれぞれの周縁及びその周縁の近傍のいずれかに設けられて環状のアクティブシールド回路を形成する入口コイル及び出口コイルと、
前記入口コイル及び前記出口コイルに電圧を印加する電源と、
前記環状のアクティブシールド回路それぞれによって囲繞された空間の内側に設けられて、前記入口から前記空間に侵入する磁気と前記出口から前記空間に侵入する磁気とを検出する一方位磁気センサと、
前記一方位磁気センサの検出結果に基づいて、検出した磁気を打ち消す逆磁場を前記入口コイル及び前記出口コイルに発生させるために前記入口コイル及び前記出口コイルに電圧を印加する制御部と、
を有する請求項２〜７のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項９】
前記アルミニウム製シールドは、複数枚のアルミニウム鋼板及びアルミニウム鋼板からの削り出し品のうちの少なくとも一方の材料による組み立て品であって、前記材料が嵌合及び前記材料を貫通することがないように使用されたねじによる締結のうち少なくとも一方の組立手段によって組み立ててある請求項１〜８のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項１】
被検査物に混入する微細な金属異物を磁化し、前記金属異物の残留磁気を検出することによって前記金属異物の存在を検知する高性能磁気シールドと超高感度磁気センサとを備えた微細金属検出装置において、
前記被検査物と対向させた前記超高感度磁気センサによる前記残留磁気の検出方向と一致する方向に前記金属異物を磁化する帯磁手段と、
前記帯磁手段を通過させた後の前記被検査物を支持して前記被検査物と前記超高感度磁気センサとの間隔を所定寸法に保つことが可能な支持手段と、
前記超高感度磁気センサとして５０ｐＴ／√（Ｈｚ）以下の磁気を検出可能なフラックスゲートセンサを含む磁気検出部と、
前記高性能磁気シールドとして前記磁気検出部を覆う磁気遮蔽用のＰＣパーマロイ製シールドと高周波遮蔽用のアルミニウム製シールドと、
を備えることを特徴とする前記微細金属検出装置。
【請求項２】
前記微細金属検出装置は、前記被検査物が走行する機械方向と、前記機械方向に直交する前記磁気の検出方向と、前記機械方向及び前記検出方向に直交する交差方向とを有し、前記機械方向の上流から下流に向かって前記帯磁手段と前記磁気検出部とが並び、前記支持手段が前記被検査物を前記機械方向へ走行させるものである請求項１に記載の微細金属検出装置。
【請求項３】
前記磁気検出部で検出した磁気信号を前記磁気検出部の直後で増幅する回路として、浮遊容量や誘導によって不要な雑音が前記磁気検出部との間の経路において侵入することを防止して、良好な信号雑音比（S/N）を得ることができる増幅回路と、
前記磁気信号のうちから前記支持手段による前記被検査物の走行速度に対応した周波数帯域の信号を取り出すため、所定の第１周波数以上の周波数をカットするローパスフィルタ及び前記第１周波数よりも小さい所定の第２周波数以下の周波数をカットするハイパスフィルタを有する電子回路とを備えており、
前記高性能シールドが前記増幅回路及び前記電子回路をも覆っている請求項１又は２に記載の微細金属検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出部は、前記機械方向に複数の前記フラックスゲートセンサを有し、前記機械方向における上流側の前記フラックスゲートセンサと、それに隣接する下流側の前記フラックスゲートセンサとの間では、前記上流側から見たときに、前記上流側の前記フラックスゲートセンサと前記下流側の前記フラックスゲートセンサとの位置が一致することのない様に、前記上流側のフラックスゲートセンサに対して前記下流側のフラックスゲートセンサが前記交差方向へ偏倚させてある請求項１〜３のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項５】
前記残留磁気を検出するための前記フラックスゲートセンサのそれぞれには、前記フラックスゲートセンサの異常を検出するための試験コイルを設置し、前記試験コイルのそれぞれは直列に接続して前記試験コイルのそれぞれに同一の電流が流れる回路を形成し、前記回路に所定の試験電圧を印加すると、前記試験コイルのそれぞれが発生する同一レベルの磁気を前記フラックスゲートセンサのそれぞれが検出可能となり、前記フラックスゲートセンサそれぞれの検出する磁気に対しての波形判定装置で、前記同一レベルの磁気の検出の有無を判定し、前記同一レベルの磁気の検出がないときに前記フラックスゲートセンサに異常が存在すると判断することのできる前記試験コイルを備えている請求項１〜４のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項６】
前記試験コイルの全てに同一の試験用の一定波形を与える電源と、
前記電源を制御する制御部とを有しており、
前記制御部は、前記金属異物からの前記残留磁気を継続的に検出している過程で、前記フラックスゲートセンサに前記異常が存在すると判断することが可能な前記試験電流を間欠的に一定の時間だけ前記試験コイルに流して前記試験電流に特徴的な前記同一レベルの磁気を発生させ、前記残留磁気を検出中である前記磁気センサに前記同一レベルの磁気を検出させることにより、前記フラックスゲートセンサにおける前記異常の存在を自動的に判断する請求項５に記載の微細金属検出装置。
【請求項７】
仮想平行六面体を形成する三組の互いに平行な仮想平面それぞれにおける稜線に沿って設けられた環状の第１〜第６のアクティブシールド回路と、
前記仮想平行六面体の内側にあって前記仮想平面のそれぞれに直交する方向の磁気の大きさを検知する三方位磁気センサと、
前記第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する電源と、
前記三方位磁気センサの検知結果に基づいて、検知した磁気を打ち消す逆磁場を前記第１〜第６のアクティブシールド回路に発生させるために前記第１〜第６のアクティブシールド回路に電圧を印加する制御部と、
によって前記仮想平行六面体の内側にアクティブシールド空間が形成され、
前記アクティブシールド空間の内部に前記磁気検出部と前記ＰＣパーマロイ製シールドと前記アルミニウム製シールドとを配置する一方、前記アクティブシールド空間の外部及び内部のいずれかに前記帯磁手段を配置してある請求項１〜６のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項８】
前記ＰＣパーマロイ製シールドに形成されていて前記機械方向へ走行する前記被検査物が入出する入口及び出口と、
前記ＰＣパーマロイ製シールドにおける前記入口と前記出口とのそれぞれの周縁及びその周縁の近傍のいずれかに設けられて環状のアクティブシールド回路を形成する入口コイル及び出口コイルと、
前記入口コイル及び前記出口コイルに電圧を印加する電源と、
前記環状のアクティブシールド回路それぞれによって囲繞された空間の内側に設けられて、前記入口から前記空間に侵入する磁気と前記出口から前記空間に侵入する磁気とを検出する一方位磁気センサと、
前記一方位磁気センサの検出結果に基づいて、検出した磁気を打ち消す逆磁場を前記入口コイル及び前記出口コイルに発生させるために前記入口コイル及び前記出口コイルに電圧を印加する制御部と、
を有する請求項２〜７のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【請求項９】
前記アルミニウム製シールドは、複数枚のアルミニウム鋼板及びアルミニウム鋼板からの削り出し品のうちの少なくとも一方の材料による組み立て品であって、前記材料が嵌合及び前記材料を貫通することがないように使用されたねじによる締結のうち少なくとも一方の組立手段によって組み立ててある請求項１〜８のいずれかに記載の微細金属検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２３７１８１（Ｐ２０１１−２３７１８１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６１６７（Ｐ２０１０−１０６１６７）
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【出願人】（５９８１５９９９７）アドバンスフードテック株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（３０４０２７３４９）国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【出願人】（５９８１５９９９７）アドバンスフードテック株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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