JPH11337656A - 金属検知方法及び金属検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定厚みの金属や合金を検知したり、厚みが
異なる複数の金属材料の違いを判別できる金属検知方法
とその装置の提供。 【解決手段】 被検出物体に交番磁界を印加し、その周
波数を、被検出物体に誘起された誘導電流の浸透深さが
該物体の厚み以上になるように選定し、被検出物体の厚
みによって吸収エネルギー量が異なることを利用し、厚
みによる吸収エネルギー量の差を検知可能となし、目的
の金属の厚みを検知するもので、励磁コイル３２側に正
弦波を印加し、検出コイル３３からの出力を励磁信号で
位相検波し、ローパスフィルターを介して出力電圧を測
定することにより、金属板４０に被覆された所要厚みの
合金層の厚み不良をも検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば金属箔と
薄板が区別可能な金属の厚み差を検知できる金属検知方
法に係り、被検出物体の金属の厚み以上に誘導電流が誘
起される周波数の交番磁界を印加した状態で厚みにより
吸収エネルギー量が異なることを利用して金属の厚み差
を検知し、アルミ箔のラミネート紙製品とアルミ缶を分
別してゴミ処理を効率的にしたり、被覆層を有する金属
板の不良等を検出可能にした金属検知方法及び金属検知
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ごみの種別による分別は、ごみ収集の事
前事後にかかわらずの多大の人手を要することから、省
力化のために従来より種々の分別、検知装置が提案さ
れ、特に金属缶等の検知には磁気を利用した装置があ
る。

【０００３】例えば、従来の金属検知装置は、図４に示
すごとく励磁回路１によって矩形波で励磁される１次コ
イル２に、空き缶等の被検出物体３が通過するときのイ
ンダクタンスの変化を２次コイル４からの出力を検出す
る出力検出回路５で検知し、励磁回路１の励磁タイミン
グに基づいて出力検出回路５からの出力を制御・判定回
路６で判定することで、被検出物体３が金属か否かの検
出を行っていた。

【０００４】図５に励磁パルスと被検出物体に対する出
力検出回路の出力波形を示す。例えば５００ｋＨｚの励
磁パルス（図５Ａ）を印加すると、被検出物体がないか
あるいは金属でない場合は、図５Ｂに示すごとき波形が
得られる。

【０００５】清涼飲料水等のアルミ缶の場合には図５Ｃ
に示すような波形が得られ、減衰率の違いをパルスの立
ち上がりもしくは立ち下がりから所定時間後における出
力を上記出力検出回路で検出することで、被検出物体が
何であるかを判断できる。

【０００６】従来の金属検知装置は、被検出物体に発生
する渦電流による損失を見ることで検知装置を通過する
物体が金属であるかどうかの判定を行っており、かかる
判定を容易にするためには、渦電流による損失が大きい
方が望ましい。

【０００７】また、この渦電流による損失は、金属の固
有抵抗、透磁率、磁界の周波数各々の平方根に比例する
ことから、高周波数になるほど損失が大きく、金属性物
体の有無による出力変化が大きく、検出感度を高くする
ことができる。そこで従来の金属検知装置は、アルミ缶
を検出するために５００ｋＨｚ程度の高い周波数を使用
していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の金属
検知装置では、清涼飲料水等の紙パックが通った場合、
図５Ｄに示す出力波形が得られる。この紙パックは、パ
ック内面に数μｍ〜数十μｍ厚みのアルミ箔をラミネー
トしたアルミラミネート紙から構成されているため、図
５Ｃのアルミ缶の場合と同様の出力波形を示し、従来の
金属検知装置ではアルミ缶と紙パックとの分別処理がで
きない問題があった。

【０００９】また、同様に従来の金属検知装置では、ス
チール缶の場合も図５Ｃや図５Ｄと同様の出力波形を示
し、厚みが０．２ｍｍ程度のスチール缶と厚みが０．１
ｍｍ程度のアルミ缶とを識別できないといった問題があ
った。

【００１０】上述のごとく、従来の金属検知装置では、
アルミ箔とスチール缶のごとく厚み差が比較的大きい場
合であってもその判別が不能であり、今後、分別精度が
要求される用途が拡大すると考えられるが、対応でき
ず、かかる高精度分別の要求に対応できる装置が強く求
められている。

【００１１】この発明は、従来の金属検知装置が金属や
合金の厚み差があってもその判別が不能であることに鑑
み、特定厚みの金属や合金を検知したり、厚みが異なる
複数の金属材料の違いを判別できる、さらにはほぼ完全
な判別が可能な金属検知方法及び金属検知装置の提供を
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】発明者らは、従来の金属
検知装置において、厚みが異なる複数の金属材料の違い
を判別できる方法を目的に種々検討した結果、被検出物
体に交番磁界を印加し、その周波数として被検出物体に
誘起された誘導電流の浸透深さが、該物体の厚み以上に
なるよう選定することにより、厚みによって吸収エネル
ギー量が異なることを検知すれば、金属の厚みを検知で
きることを知見した。

【００１３】また、発明者らは、金属の厚み差による吸
収エネルギーの差を検知する方法として、例えば、ＬＣ
並列共振回路などのコイルとキャパシタで構成される共
振回路のインダクタンスを形成するコイル中に被検出物
体を置くことにより、共振回路の良好度Ｑ（Ｑｕａｌｉ
ｔｙ ｆａｃｔｏｒ）、すなわちＬ，Ｃの各素子に含ま
れるリアクタンス分と抵抗分の絶対値の比が吸収エネル
ギーにより変化するため、このＱを測定することで厚み
を検知できることを知見した。

【００１４】さらに、発明者らは、ＬＣ並列共振回路の
インダクタンスを形成するコイルの外側に高透磁率、低
損失の軟質磁性材料を用いた円筒状シールドを配置する
ことにより、コイル外側の物体の影響を受けないように
すると共に、コイル内の磁束密度を均一化することによ
り、検出感度の安定化を図った検出が可能であることを
知見し、この発明を完成した。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明による金属検知方法及び
装置において、被検出物体に交番磁界を印加するに際
し、励磁側回路に対する駆動周波数として、表皮効果に
よる電流の浸透深さｄが比較しようとしている金属板の
厚みｔよりも大きくなるような周波数、例えば、アルミ
ラミネート紙の場合、３．５ｋＨｚ〜７．８ｋＨｚに設
定するとよい。

【００１６】また、この発明による金属検知方法及び装
置において、種々の回路を採用することができるが、例
えば、励磁側回路と検出側回路を同一周波数で共振する
回路で構成し、その出力差で被検出物を判定する構成、
あるいは駆動波と出力波の位相差を検知して被検出物を
判定する構成を採用することができる。

【００１７】また、この発明による金属検知方法及び装
置において、励磁側回路を共振する回路で構成し、励磁
されるコイルの出力をピーク値で比較して、被検出物を
判定する構成を採用することができる。

【００１８】この発明による金属検知装置の回路構成の
一例を図１の回路説明図に基づいて詳述する。被検出物
体３が通過する検知部１０は、励磁コイル１１と検出コ
イル１２を有し、接続されるコンデンサ１３，１４とで
共振回路が構成されている。この共振回路の駆動回路１
５は、内部に発振器を有し、制御回路１６からの制御信
号によって励磁コイル１１を駆動するものである。

【００１９】検出コイル１２からの信号を検出する出力
検出回路１７は、当該信号を整流回路１９Ａ、あるいは
励磁コイル１１を駆動する周波数と同一の周波数で同期
検波を行う同期検波回路１８で処理された信号を整流す
る整流回路１９Ｂへと出力して信号処理する。

【００２０】判定回路２０は、内部にコンパレーターを
内蔵しており、前記整流回路１９Ａ，１９Ｂの単独ある
いは両方の信号をもとに各信号とメモリ２１に蓄積され
た設定値に基づいて被検出物が何であるかを判定するこ
とができる。なお、波形や判定結果は装置本体２２の表
示部に表示され、また本体２２では発振器の周波数の選
択が行われる。

【００２１】上記の共振回路で使用する共振周波数は、
例えばアルミ缶の厚みで渦電流損が大きく、かつアルミ
ラミネートの紙パックで使用されるようなアルミ箔では
渦電流損が大きくならないように駆動周波数を３．５ｋ
Ｈｚ〜７．８ｋＨｚに設定するとよい。

【００２２】すなわち、上記条件を満たす周波数につい
て詳述する。まず、標準的なアルミ缶と紙パック（アル
ミラミネート紙）を、コイル内に置いて上述の図１の金
属検知装置を用いて実験を行ったところ、励磁コイル１
１側の励磁電圧を変化させてみたが、それほど出力電圧
に変化はみられなかった。しかし、励磁コイル１１側の
励磁周波数を変化させると、図２に示すように出力検出
回路から出力されるアナログ出力値（ピーク値）に違い
が見られた。

【００２３】周波数と出力電圧との関係を示す図２のグ
ラフにおいて、黒丸印は検知部に通過物がない場合、白
丸印はアルミ缶の場合、白四角印は紙パックの場合であ
り、明確に判別可能である。

【００２４】この発明による金属検知装置における初期
測定の手順を以下に示す。被検出物体３が共振回路の検
知部１０内に存在しない場合、駆動回路１５から出され
た励磁信号によって共振回路の検出コイル１２より出力
検出回路１７によって信号が検出される。出力検出回路
１７の信号は、整流回路１９Ａで整流されて判定回路２
０に入力される。また、出力検出回路１７の信号は同期
検波回路１８で処理され、整流回路１９Ｂで整流されて
判定回路２０に入力される。

【００２５】メモリ２１には、鉄、アルミ缶、スチール
缶、アルミラミネート製紙パックに対応する整流回路１
９Ａ、整流回路１９Ｂの出力値が記憶されている。

【００２６】アルミ缶が検知部１０内に存在する場合、
励磁コイル１１によって発生する磁束はアルミ缶表面を
通り、アルミ缶の表面で発生する渦電流損によって総磁
束量が減少し、検出コイル１２に誘起する出力も低下す
ることになる。その信号は出力検出回路１７によって検
出され、整流回路１９Ａで整流されて判定回路２０に入
力される。

【００２７】一方、同期検波回路１８によって信号検波
処理が行われても、信号出力は通過物なしの時の初期値
と比較して低下しているが位相は同相であり、そのあと
の整流回路１９Ｂで整流されても、整流回路１９Ａから
の信号と大きな変化はなく、判定回路２０に入力され
る。

【００２８】スチール缶が検知部１０内に存在する場
合、スチール缶の比透磁率によって共振回路を構成する
励磁コイル１１、検出コイル１２のインダクタンスが変
化し、共振点が変化する。そのため出力検出回路１７か
らの信号を整流回路１９Ａで整流した値は通過物なしの
時の初期値と比較して低下することになり、判定回路２
０に入力される。

【００２９】また、出力検出回路１７からの信号を同期
検波回路１８で検波すると、出力信号の共振周波数が変
化し、出力信号の位相が変化しているため、同期検波後
の信号を整流回路１９Ｂに入力すると、整流回路１９Ａ
の出力より低い値となり判定回路２０に入力される。

【００３０】アルミラミネート製紙パックが検知部１０
内に存在する場合、所定の周波数帯ではアルミ箔表面で
渦電流損の生じる量が小さいため、総磁束量の変化は起
こらず、位相も変化しないため、整流回路１９Ａ，１９
Ｂから出力される信号は通過物のないときの出力と変わ
らない。

【００３１】以上のような信号を判定回路２０内で処理
することで、被検出物がアルミ缶、スチール缶、アルミ
ラミネート製紙パックかを判定することができる。

【００３２】また、この発明による金属検知装置の他の
構成を図３に基づいて詳述する。ここでは金属板材の連
続的な検査を行うことを想定し、センサー３０は励磁コ
イル３２と検出コイル３３を巻回配置した非磁性材のス
プール３１の外周部を覆うように軟質磁性材料からなる
円筒状シールド３４が配置され、スプール３１内を被検
査金属板４０が通過する構成からなる。

【００３３】励磁コイル３２にはコンデンサ３５と抵抗
３７が接続され、発振器３８にて駆動するもので、検出
コイル３３はコンデンサ３６が接続されて位相検波器３
９により位相検波され、フィルターを介して出力端子４
１より直流電圧が出力される。

【００３４】図３の金属検知装置の作動機構は図１の回
路の場合と同様であるが、励磁コイル側に正弦波を印加
し、検出コイルからの出力を励磁信号で位相検波し、ロ
ーパスフィルターを介して出力電圧を測定することによ
り、例えば、金属板４０に被覆された所要厚みの合金層
の厚み不良を検出することができる。

【００３５】

【実施例】実施例１ 図１に示す金属検出装置において、励磁コイル、検出コ
イル共に９０ｍｍ径ボビンに０．１２ｍｍ径エナメル線
を５００回巻き、形状は１０ｍｍ幅のソレノイド巻きと
し、双方のコイルの間隔は５ｍｍとした。また、励磁、
検出コイルには０．０１５μＦのフィルムコンデンサ２
個をそれぞれ並列接続し、外部にパーマロイ板（７８％
Ｎｉ−３．５％Ｃｕ−４．５％Ｍｏ−ｂａｌ．Ｆｅ）
０．４ｍｍ厚の材料を１００ｍｍ径に円筒加工し、磁性
焼鈍したものをシールド板として被せた。この状態で共
振周波数を測定したところ７ｋＨｚであった。

【００３６】次に、励磁コイル側に１ｋΩの抵抗器を介
して７ｋＨｚ、１Ｖｒｍｓの交流を印可し、検出コイル
側の起電力を測定したところ０．５１Ｖであった。この
状態で、アルミ厚０．１ｍｍ、外径６５ｍｍのアルミ缶
を挿入したところ０．３９Ｖまで低下し、挿入した場所
による出力の変化は殆ど見られなかった。

【００３７】次に、アルミ厚１０μｍのアルミラミネー
ト紙を使用した６０×４０×８０ｍｍ角の容器を挿入し
たところ、出力電圧の変化は殆ど見られなかった。従っ
て、アルミ缶とアルミラミネート紙容器の区別が明確に
判別できた。なお、同上条件で励磁周波数を１ｋＨｚか
ら１０ｋＨｚまで変化させた場合の出力の変化を図２に
示す。

【００３８】実施例２ 図３に示す金属検出装置において、金属板の多層クラッ
ド材の被覆材の厚さ測定を行った。被検出材料は、Ｃｕ
／ＳＵＳ３０４（１８−８ステンレス）／Ｎｉの３層材
で、総厚み０．２５ｍｍ×板幅３０ｍｍ寸法であった。
サンプル１は、厚さ比が Ｃｕ／ＳＵＳ３０４／Ｎｉ：０．０５ｍｍ／０．１８ｍ
ｍ／０．０２ｍｍ、 サンプル２は、厚さ比が Ｃｕ／ＳＵＳ３０４／Ｎｉ：０．０５ｍｍ／０．１９３
ｍｍ／０．００７ｍｍ であった。

【００３９】検出センサーは、外径６０ｍｍの塩化ビニ
ル製スプールに励磁コイル、検出コイル共に、０．２ｍ
ｍ径のエナメル線を１２００ターン巻きつけ、０．０３
３μＦのフィルムコンデンサを１次、２次共に並列接続
した。励磁コイル側に２０ｋΩを介して３ｋＨｚ、１Ｖ
ｒｍｓの正弦波を印加し、検出コイルからの出力を励磁
信号で位相検波し、ローパスフィルターを介して出力電
圧を測定した。

【００４０】測定結果は、被検出材料がない場合は０．
６２Ｖ、サンプル１は０．４１Ｖ、サンプル２は０．５
４Ｖであった。かかる結果は被検出材を２０ｍ／ｍｉｎ
程度で移動させた際にも出力測定はそのレベル変動が発
生しなかったため、厚さ比の連続的測定が可能であっ
た。

【００４１】

【発明の効果】この発明は、被検出物体に交番磁界を印
加し、その周波数として被検出物体に誘起された誘導電
流の浸透深さが、該物体の厚み以上になるよう選定する
ことにより、厚みによって吸収エネルギー量が異なるこ
とを検知して金属の厚みを検知するもので、実施例に明
らかなように、アルミ缶とアルミラミネート紙容器を明
確に判別できる。例えば、スチール缶、アルミ缶、アル
ミラミネート紙容器、ペットボトルが混在するごみの分
別が可能となり、さらには、金属板に被覆された所要厚
みの合金層の厚み不良をも検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による金属検知装置の回路構成を示す
回路説明図である。

【図２】この発明による金属検知装置による周波数と出
力電圧との関係を示すグラフである。

【図３】この発明による金属検知装置の他の回路構成を
示す回路説明図である。

【図４】従来の金属検知装置の回路構成を示す回路説明
図である。

【図５】従来の金属検知装置における出力波形を示すグ
ラフであり、Ａは励磁パルス、Ｂ〜Ｄは被検出物体に対
する出力波形である。

【符号の説明】

１ 励磁回路 ２ １次コイル ３ 被検出物体 ４ ２次コイル ５ 出力検出回路 ６ 制御・判定回路 １０ 検知部 １１，３２ 励磁コイル １２，３３ 検出コイル １３，１４，３５，３６ コンデンサ １５ 駆動回路 １６ 制御回路 １７ 出力検出回路 １８ 同期検波回路 １９Ａ，１９Ｂ 整流回路 ２０ 判定回路 ２１ メモリ ２２ 装置本体 ３０ センサー ３１ スプール ３４ 円筒状シールド ３７ 抵抗 ３８ 発振器 ３９ 位相検波器 ４０ 被検査金属板 ４１ 出力端子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物体に誘起される誘導電流の浸透
   深さが被検出物体の厚み以上となる周波数の交番磁界を
   当該被検出物体に印加し、被検出物体の金属の厚みによ
   って異なる吸収エネルギー量を測定して、所定厚みの金
   属を検知する金属検知方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、被検出物体の金属の
   厚みに応じた交番磁界の周波数を選定し、金属の厚みに
   より異なる吸収エネルギー量の差を測定して、厚みに差
   を有する複数の金属又は当該金属を有する被検出物体を
   検知する金属検知方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、コイ
   ルとキャパシタで構成される共振回路のインダクタンス
   を形成するコイル中に被検出物体を配置可能にし、金属
   の厚みによる吸収エネルギー量の差として共振回路の良
   好度Ｑを測定する金属検知方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、コイルの外側に軟質
   磁性材料を用いたシールドを配置した金属検知方法。
5. 【請求項５】 被検出物体に交番磁界を印加可能にした
   励磁回路と、検出コイル中に被検出物体を配置可能にし
   たＬＣ並列共振回路からなる検出回路と、検出コイルか
   らの出力を励磁信号で検波し、金属の厚みにより異なる
   吸収エネルギー量の差を測定して被検出物体の金属の厚
   みを判定する判定・制御回路とを有する金属検知装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、検出コイルの外周部
   に円筒状磁気シールドを配置した金属検知装置。