JPH08101279A - 金属検出機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】送信コイル４及び受信コイル５の検出感度の良
好な領域を使うことで、検出感度の高い金属検出機を提
供する。 【構成】搬送手段１で搬送される被測定物７に混入して
いる金属８を送信コイル４の磁界で磁化させ、または渦
電流を生ぜしめ、受信コイル５及び受信コイル６の出力
の差をとって、生ずる起電力のうち送信コイル４の磁界
によって生ずる起電力の分を相殺し、金属８を検出す
る。金属８がほぼ同一の面内に配置された送信コイル４
内と受信コイル５内を通過するようにしたことで、検出
感度が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品、薬品、衣類など
の生活関連の製品や、加工用原料などの被検査体中に混
入した金属片を検出する金属検出機に係り、特に送受信
コイルが持つ検出感度が良好な領域を利用するようにし
て、検出感度を向上させた金属検出機に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品、薬品、衣類などの製品を製造する
際、製造装置の一部の欠落、あるいは縫製用のミシン針
の折れなどで製品に金属が混入することがある。製品の
安全性を保つには、金属を取り除いたり、金属の混入し
た製品を排除する必要がある。製品に混入した金属を検
出するには、通常、金属検出機と呼ばれる装置が用いら
れる。金属検出機は、被測定物である製品に磁界を加
え、金属の存在により、磁界が変化することを利用して
いる。磁界を加える方法としては、コイルに電流を流し
磁界を発生させる方法が、磁界の変化を検出する方法と
しては、コイルに誘起される電圧変化を検出する方法が
用いられている。通常、磁界を発生するコイルを送信コ
イル、磁界の変化を検出するコイルを受信コイルと呼
び、送信コイルと受信コイルとを合わせて検出ヘッドと
呼んでいる。

【０００３】この種の金属検出機では、検出感度を向上
させるために様々な検出ヘッド形状が提案されている。
従来の代表的な形状として、特願昭５８ー３４３９７号
にあるような、一つの送信コイル４と二つの受信コイル
５、６を対向させて設け、被測定物７を送信コイル４と
受信コイル５、６の間を通過させる対向形と呼ばれるも
の（図１０にその基本構成を示す）や、実願昭５３ー１
７７２６３号にあるような、送信コイル４を二つの受信
コイル５、６で挟むようにし、しかも搬送手段であるベ
ルト１に対して垂直になるように送信コイル４、受信コ
イル５、６を配置し、被測定物７をこれら三つの送受信
コイルの中を通過させるように配置した同軸形と呼ばれ
るもの（図１１にその基本構成を示す）や、特願平０２
ー２３７６１５号にあるような、搬送手段であるベルト
１近傍のベルトの進行方向に対して平行になるように送
信コイル４を配置し、送信コイル４とほぼ同一平面内の
ベルトの進行方向に対して前後する位置に二つの受信コ
イル５、６を配置し、被測定物７をこれら三つのコイル
の近傍を通過させる水平一面形と呼ばれるもの（図１２
にその基本構成を示す）などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
従来の金属検出機は、送信コイルによる磁界を相殺し金
属による磁界のみを検出するために、一方が金属による
影響を受けているときに、他方は金属による影響をなる
べく受けないように、二つの受信コイルを被測定物の進
行方向に対して前後に配置していたため、受信コイルが
持ち合わせている金属を磁化する能力あるいは金属に渦
電流を生ぜしめる能力の大きい領域と、受信コイルが持
ち合わせている検出感度の良好な領域を十分活用してお
らず、金属検出機の検出感度に限界があり、微小な金属
を検出することが不可能であった。

【０００５】本発明の目的は、送信コイルおよび受信コ
イルの検出能力の良好な領域を使っていないといった従
来の金属検出機の問題点を解決し、検出感度の高い金属
検出機を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の金属検出機は、金属の混入を検査したい被
測定物を搬送する搬送手段と、この搬送手段の搬送路を
遮る面内に配置され、前記被測定物がその中を通過する
開口部を備えていて、電流を流すことにより磁界を発生
する送信コイルと、前記面と実質的に同一の面内にあっ
て、そのうちの一つは前記被測定物がその中を通過する
開口部を備えている、少なくとも二つの受信コイルとを
備えている。

【０００７】

【作用】前述の「少なくとも二つの受信コイル」は、そ
のうちの一つが被測定物がその中を通過する開口部を備
えている受信コイルであり、他の受信コイルが複数であ
れば、その合計の出力が送信コイルの磁界による出力を
相殺するために用いられる。ここでは、説明の煩雑さを
避けるために、前記他の受信コイルが一つであるとして
説明する。被測定物が混入していない場合、二つの受信
コイルの検出信号の出力電圧は、ほぼ等しくなるように
調整する。このため、二つの受信コイルの検出信号を差
動増幅器に入力すると、差動増幅器の出力電圧はゼロボ
ルトである。被測定物に鉄などの磁性金属が混入してい
る場合は、送信コイルより発生する磁界により磁性金属
が磁化されると、新たに磁界が発生し、二つの受信コイ
ルは、送信コイルによる磁界と磁性金属の磁化による磁
界が合成された磁界を検出する。二つの受信コイルの信
号を差動増幅器に入力すると、送信コイルによる磁界は
相殺され、磁性金属による磁界のみを検出することがで
きる。差動増幅器により出力される電圧は、金属の移動
に伴って変化し、移動速度に比例した周波数成分を有す
る特徴的な波形となる。

【０００８】また、被測定物に例えばＳＵＳ３０４ステ
ンレス、ＳＵＳ３１６ステンレスなどの非磁性体金属が
混入している場合は、送信コイルが発生する磁界によ
り、混入した非磁性金属に渦電流が流れ、新たに磁界が
発生する。二つの受信コイルは、送信コイルによる磁界
と渦電流による磁界の合成された磁界を検出する。二つ
の受信コイルの信号を差動増幅器に入力すると、送信コ
イルによる磁界は相殺され、渦電流による磁界だけを検
出することができる。差動増幅器により出力される電圧
は、金属の移動に伴って変化し、移動速度に比例した周
波数を有する特徴的な波形となる。

【０００９】このような原理による金属検出機において
は、送信コイルおよび受信コイルの向き、間隔、配置に
よらず、磁性体金属や非磁性体金属が磁界を発生する送
信コイルに近いほど、それぞれ強く磁化したり、強い渦
電流を流したりすることができる。また、磁化した、あ
るいは渦電流の流れた金属は、受信コイルに近いほど大
きい起電力を発生できる。特に、最大の起電力が得られ
るのは、送信コイルと受信コイルが同一面にあり、金属
が前記同一面の送信コイルと受信コイルの中にある時で
ある。

【００１０】本発明の金属検出機は、二つの受信コイル
の出力の差をできるだけ大きくするために、一方の受信
コイルは金属による影響をなるべく受けないように配置
する、すなわち、二つの受信コイルを被測定物の進行方
向に対して前後に配置するという従来の設計方法にとら
われず、電磁気理論に基づき数値的な検討を行い、送信
コイルと受信コイルをほぼ同一の面に構成し、被測定物
をこの面内の一方の受信コイル中を通過させるという最
適なコイル形状、構成とした。このように構成されてい
るので、前述の大きな起電力を得る条件に適っており、
金属を高感度に検出する。

【００１１】

【実施例】本発明の金属検出機の第一の実施例を図１を
用いて説明する。被測定物を搬送する搬送手段１である
ベルト１は、二つのローラ２，３により駆動され、被測
定物７を一定速度で左から右に搬送している。このベル
ト１を囲むように（言い換えれば、送信コイル４の開口
部４ａ内を被測定物７が通過するように）送信コイル４
が、ベルト１の搬送方向に対してほぼ垂直に配置されて
いる。送信コイル４が配置されている面とほぼ同一の面
には、送信コイル４が発生する磁界により電圧を発生す
る二つの受信コイル５，６が配置されている。一方の受
信コイル５はベルト１を囲むように配置されており、他
方の受信コイル６はベルト１の下方に配置されている。

【００１２】送信コイル４には、基準信号発生器９で発
生した交流信号をフィルタ１０と電力増幅器１１を経由
して加える。この交流信号により送信コイル４は、交番
磁界を発生する。送信コイル４とほぼ同一の面に配置さ
れた二つの受信コイル５，６は、送信コイル４により発
生する磁界を受け、それぞれ起電力を発生する。二つの
受信コイル５，６の起電力は、差動増幅器１２に入力さ
れる。通常、この差動増幅器１２より出力される電圧
は、ゼロボルトに調整される。ここで、金属８の混入し
た被測定物７が、送信コイル４及び受信コイル５内を通
過していくと、金属８の大きさと、その位置に応じた信
号が差動増幅器１２より出力される。差動増幅器１２よ
り出力された信号は、第一の検波回路１４と第二の検波
回路１５に入力される。第一の検波回路１４に入力され
た信号は、移相回路１３で設定された位相（送信コイル
と同位相）で同期検波され、出力信号は帯域フィルタ１
６、増幅器１８、Ａ／Ｄ変換器２０を経由し判定手段２
２に入力される。この信号は鉄などの磁性体金属の検出
に用いる。一方、第二の検波回路１５に入力された信号
は、移相回路１３で設定された位相（第一の検波回路１
４に送られる信号の位相より９０度遅れた位相）で同期
検波され、出力信号は帯域フィルタ１７、増幅器１９、
Ａ／Ｄ変換器２１を経由し判定手段２２に入力される。
この信号は、ＳＵＳ３０４ステンレスなどの非磁性体の
検出に用いる。判定手段２２は、例えば、入力信号の最
大値と判定基準値とを比較して金属混入の有無を判定す
る。

【００１３】第一の実施例では、搬送手段であるベルト
１が、上部にある受信コイル５内を通過しているが下部
にある受信コイル６を通過させることもできる。このよ
うにした第二の実施例を図２に示す。搬送手段であるベ
ルト１は、二つのローラ２，３により駆動され、被測定
物７を一定速度で左から右に搬送している。このベルト
１を囲むように送信コイル４が、ベルト１の搬送方向に
対してほぼ垂直になるように配置されている。送信コイ
ル４が配置されている面とほぼ同一の面には、送信コイ
ル４が発生する磁界により電圧を発生する二つの受信コ
イル５，６が配置されている。一方の受信コイル６はベ
ルト１を囲むように配置され、他方の受信コイル５はベ
ルト１の上部方向に配置されている。本発明の特徴は一
面形の検出ヘッドと、該検出ヘッドと搬送路との間の構
成（位置関係）にあるので、第二の実施例以下において
は電気信号系の説明及び図示は省略する。

【００１４】本発明の金属検出機の他の実施例として図
３、図４、図５に示すものも考えられる。図３に示す第
三の実施例は、検出ヘッドを搬送手段であるベルト１の
搬送面に垂直な方向の軸を中心に折り曲げた形状の検出
ヘッドとした実施例である。第三の実施例では、搬送手
段であるベルト１が上部にある受信コイル５の中を通過
するようになっているが、第二の実施例のように、下部
の受信コイル６の中を通過させるようにしてもよい。図
４に示す第四の実施例は、搬送手段であるベルト１に対
して左右方向に角度を持たせて平面形の検出ヘッドを設
けた実施例である。第四の実施例では、搬送手段である
ベルト１が下部の受信コイル６を通過するようになって
いるが、上部の受信コイル５の中を通過させるようにし
てもよい。図５に示す第五の実施例は、搬送手段である
ベルト１に対して上下方向に角度を持たせて平面形の検
出ヘッドを設けた実施例である。第五の実施例では、搬
送手段であるベルト１が上部の受信コイル５を通過する
ようになっているが、下部の受信コイル６の中を通過さ
せるようにしてもよい。第三の実施例ないし第五の実施
例のようにすれば、例えば直方体の被測定物が斜めにそ
の角から送受信コイル面に入ることで、被測定物自体の
影響を小さくできる。第三の実施例及び第四の実施例
は、例えば搬送方向に長い直方体の被測定物などに、第
五の実施例は、例えば搬送方向に垂直な方向に長い直方
体の被測定物などに有効である。

【００１５】次に、本発明の金属検出機における検出ヘ
ッドの小形化を意図した第六の実施例について図６を用
いて説明する。搬送手段であるベルト１の搬送方向に対
して垂直な面内で、その開口部４ａ内をベルト１が通る
ように送信コイル４を設ける。送信コイル４とほぼ同一
面内に、その開口部５ａ内をベルト１が通るように受信
コイル５を設ける。一方、受信コイル６は、受信コイル
５より磁束を受ける面積を小さくし、受信コイル５と同
一面内の下部に設ける。この場合、受信コイル５と受信
コイル６の起電力は異なるが、コイルのターン数及びコ
イルで囲まれる部分の面積の調整を行い磁束量とターン
数を掛け合わせた量が等しくなるようにすることによ
り、二つの受信コイル５，６の起電力を等しくする事が
できる。また、ターン数や面積を調整しない場合は、後
段に増幅器などの電気回路を付加することにより出力電
圧を調整することができる。このような構成にすると小
形の検出ヘッドを構成することが可能になる。また、図
７に示す第七の実施例のように下部に設けた受信コイル
６の中を被測定物７を通過させ囲まれる面積が小さい受
信コイル５を上部に設けてもよい。

【００１６】さらに、本発明の金属検出機の第八の実施
例を図８に示す。第八の実施例では、被測定物７がその
中を通過しない受信コイルを磁界を発生する送信コイル
４の外側に左右に第二の受信コイル６ａと第三の受信コ
イル６ｂとして、送信コイル４とほぼ同一面に配置して
いる。被測定物７がその中を通過する第一の受信コイル
５は、送信コイル４とほぼ同一の形状をしており、送信
コイル４に重なるようにほぼ同一面に配置している。本
実施例においては、送信コイル４による磁界により発生
する電圧を相殺する受信コイルを左右に分離して設けて
いるため、金属８がその中を通過しない受信コイルへの
金属８の磁界による影響を小さくできる。本実施例で
は、第二の受信コイル６ａと第三の受信コイル６ｂを送
信コイル４の同一面の外側の左右に配置したが、送信コ
イル４の同一面の上下に配置することもできる。また、
この例では、二つとしたが、被測定物７がその中を通過
しない受信コイルの数は三つ以上にしてもよい。

【００１７】本発明に用いる検出ヘッドの実現方法とし
て、図９に示す実施例が考えられる。絶縁基板２３上に
フォトエッチング技術を用いて送信コイル４と受信コイ
ル５、６をパターンニングする。次に、被測定物７が通
過する送信コイル４の開口部４ａ（受信コイル５の開口
部５ａでもある）をくり貫く。このように送受信コイル
４，５を同一基板上に設けることによりコイル間隔の変
動を低減することが可能となり、安定した検出ヘッドを
構成することができる。検出ヘッドが安定することは、
検出感度の向上にもつながる。

【００１８】表１に、被測定物の通過する開口部の寸法
などの条件を同一にして、対向形、同軸形、水平一面
形、および本発明の金属検出機のそれぞれの感度を金属
の通過高さｚとの関係から求めた数値計算の一例を示
す。通過高さｚは、対向形の場合、下に配置された受信
コイルからの高さ、同軸形の場合、コイルの下部からの
高さ、水平一面形の場合、送受信コイルが配置された面
からの高さ、本発明の金属検出機の場合、搬送手段であ
るベルトがその中を通過する受信コイルの下部からの高
さである。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１から、本発明の金属検出機は、金属の
通過高さ１０ｍｍにおいて、水平一面形の約１．３倍、
同軸形の約８倍、対向形の約８６倍の検出感度を得るこ
とが可能である。また、通過高さ６０ｍｍにおいても水
平一面形の約４．７倍、同軸形の約２．１倍、対向形の
約８．３倍の検出感度があることが分かる。

【００２１】表２は、本発明の金属検出機において、検
出ヘッドを搬送手段であるベルト１の搬送方向に対して
左右方向に傾けた場合（図４に示す第四の実施例参照、
但し、ベルト１は第一の実施例と同じく受信コイル５の
開口部を通る）、ベルト１の搬送方向に対して上下方向
に傾けた場合（図５に示す第五の実施例参照）、本発明
の金属検出機の検出ヘッドをベルト１の搬送方向に対し
て垂直に配置した場合（図１に示す第一の実施例参
照）、及び同軸形（図１１参照）の検出感度を数値計算
で比較した結果を示している。被測定物７の通過する開
口部の寸法などの条件は、同一にしてある。本発明の金
属検出機の送信コイル４及び受信コイル５は、被測定物
７の通過する開口部の寸法を確保するために、傾きの程
度に応じて、左右方向に傾けた場合は左右方向に長い、
上下方向に傾けた場合は上下方向に長いコイル形状とし
ている。通過高さｚは、同軸形の場合、コイルの下部か
らの高さ、本発明の金属検出機の場合、搬送手段である
ベルト１の通過する受信コイル５の下部からの高さであ
る。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２の比較から、本発明の金属検出機の検
出ヘッドを搬送手段であるベルトに対して左右方向に４
５度傾けても、検出感度は、垂直のときとほとんど変わ
らないこと、ベルトの搬送方向に対して上下方向に垂直
から４５度傾けても、検出感度は、同軸形と同程度であ
ることが分かる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、送信
コイルと受信コイルをほぼ同一の面内に配置し、さらに
被測定物が送信コイルと一つの受信コイルの開口部内を
通過する構成としたから、従来にない検出感度の高い金
属検出機が実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す図である。

【図２】本発明の第二の実施例を示す図である。

【図３】本発明の第三の実施例を示す図である。

【図４】本発明の第四の実施例を示す図である。

【図５】本発明の第五の実施例を示す図である。

【図６】本発明の第六の実施例を示す図である。

【図７】本発明の第七の実施例を示す図である。

【図８】本発明の第八の実施例を示す図である。

【図９】本発明における検出ヘッドの実現方法の一実施
例を示す図である。

【図１０】従来技術である対向形金属検出機の構成を示
す図である。

【図１１】従来技術である同軸形金属検出機の構成を示
す図である。

【図１２】従来技術である水平一面形金属検出機の構成
を示す図である。

【符号の説明】

１ 搬送手段としてのベルト ２ ローラー ３ ローラー ４ 送信コイル ５ 受信コイル ６ 受信コイル ７ 被測定物 ８ 混入金属 ９ 基準信号発生器 １０ フィルタ １１ 電力増幅器 １２ 差動増幅器 １３ 移相回路 １４ 第一の検波回路 １５ 第二の検波回路 １６ 帯域フィルタ １７ 帯域フィルタ １８ 増幅器 １９ 増幅器 ２０ Ａ／Ｄ変換器 ２１ Ａ／Ｄ変換器 ２２ 判定手段 ２３ 絶縁基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物を搬送する搬送手段（１）と、該
   搬送手段の搬送路を遮る面内に配置され前記被測定物が
   その中を通過する開口部（４ａ）を備えた一つの送信コ
   イル（４）と、前記面と実質的に同一の面内にあって、
   そのうちの一つが前記被測定物がその中を通過する開口
   部（５ａ）を備えた、少なくとも二つの受信コイル
   （５，６）とを含み、被測定物に含まれる金属を検出す
   る金属検出機。