【手続補正書】
【提出日】平成16年6月1日(2004.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  金属検出方法および金属検出機
【特許請求の範囲】
【請求項１】 直流または交流磁界方式の励振源に接続された送信コイルと、該送信コイルに対向して励振磁束が貫通するように配置された受信コイルとで構成された送受信対向配置型サーチコイルまたは送受信同軸配置型サーチコイル中を、それぞれ前記送信コイルによる励振磁束を横切ってまたは励振磁束に沿って搬送された被検体中に混入した金属異物により生じた前記励振磁束の乱れを前記受信コイルで検出し、受信信号を演算処理することにより前記金属異物を検出する金属検出方法において、前記被検体が搬送される搬送路に沿ってそれぞれ配置された前記送受信対向配置型サーチコイルと前記送受信同軸配置型サーチコイルを前記被検体がそれぞれ通過した際の各受信信号に基づいて前記被検体中の金属異物を検出するようにしたことを特徴とする金属検出方法。
【請求項２】 直流または交流磁界方式の励振源に接続された送信コイルと、該送信コイルに対向して励振磁束が貫通するように配置された受信コイルとで構成された送受信対向配置型サーチコイルまたは送受信同軸配置型サーチコイル中を、それぞれ前記送信コイルによる励振磁束を横切ってまたは励振磁束に沿って搬送された被検体中に混入した金属異物により生じた前記励振磁束の乱れを前記受信コイルで検出し、受信信号を演算処理することにより前記被検体中の金属異物を検出する金属検出方法において、前記被検体の搬送方向に対して互いに異なる傾斜角を有して搬送路に沿って配置された一対の前記サーチコイルを前記被検体がそれぞれ通過した際に出力された各受信信号に基づいて前記被検体中に混入した金属異物を検出するようにしたことを特徴とする金属検出方法。
【請求項３】 送信コイルと該送信コイルに対向して励振磁束が貫通するように配置された受信コイルとで構成された送受信対向配置型サーチコイルまたは送受信同軸配置型サーチコイルと、それぞれ前記送信コイルによる励振磁束を横切ってまたは励振磁束に沿って被検体を搬送する搬送手段と、前記受信コイルで検出された受信信号を演算処理することにより前記被検体中に混入した金属異物により生じた前記励振磁束の乱れを検出して前記被検体中の金属異物を検出する金属検出手段とを有した金属検出機において、前記被検体が搬送される搬送路に沿って互いに配置型式の異なる少なくとも一対の前記サーチコイルが配置され、前記金属検出手段は配置型式の異なる一対の前記サーチコイルがそれぞれ検出した受信信号を演算処理して前記被検体中の金属異物を検出するものであることを特徴とする金属検出機。
【請求項４】 送信コイルと該送信コイルに対向して励振磁束が貫通するように配置された受信コイルとで構成された送受信対向配置型サーチコイルまたは送受信同軸配置型サーチコイルと、それぞれ前記送信コイルによる励振磁束を横切ってまたは励振磁束に沿って被検体を搬送する搬送手段と、前記受信コイルで検出された受信信号を演算処理することにより前記被検体中に混入した金属異物により生じた前記励振磁束の乱れを検出して前記被検体中の金属異物を検出する金属検出手段とを有した金属検出機において、前記被検体が搬送される搬送路に沿って互いに異なる傾斜角を有して一対の前記サーチコイルが配置され、前記金属検出手段は前記被検体がそれぞれ通過した際に各々の前記サーチコイルから出力されたそれぞれの受信信号に基づいて前記被検体中に混入した金属異物を検出するようにしたことを特徴とする金属検出機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は衣服などの被検体縫製品内又は、パン、食肉などの被検体食品内に混入した縫製針、釘、注射針などの針状金属異物（以下被検物と言う）を検出するためのニードルディテクタに好適に適用される金属検出方法および金属検出機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の縫製品用又は、食品用の針状金属異物検出装置としては、ベルトコンベヤなどの搬送手段と検出センサーとしての単体のサーチコイル及び該コイルで得られた受信信号を増幅し検出する制御部とを組み合せたコンベヤ式ニードルディテクタがある。
【０００３】
これらの従来のニードルディテクタは、ベルトコンベヤなどの搬送機に載った被検体がトンネル通路型のサーチコイルを通過する際、交流励振磁界によるサーチコイルの誘導起電力が混入の被検物により変化することをとらえる交流磁界式か、直流励振磁界の混入針類による変化を誘導起電力としてサーチコイルがとらえる直流磁界式があるが、いずれも誘導起電力を増幅して検出する電磁誘導原理によるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の縫製用又は、食品用のニードルディテクタを用いた被検物の検出は、針類が一般的な形状の被検体に比し、微小断面直径に対し長手の比寸法が数十倍と極端に違う針状被検物の故で、サーチコイル通過時における針状金属異物の姿勢により、受信コイルへの鎖交磁束の変化に差異が生じ、検出感度が大きく異なるという、いわゆる被検物検出の方向性という問題があった。
【０００５】
送受信対向配置型サーチコイルのサーチコイル通過時における被検物の姿勢による受信コイルの鎖交磁束の変化は、励振磁界が交流磁界であるか、直流磁界であるか並びに被検物が強磁性体金属か非磁性体金属かにより大きく変わる。これは、両者の検出原理の相違に起因しておる。以下、主として交流励振磁界により説明する。
【０００６】
図８は従来技術に係るニードルディテクタの全体構成を説明するための側面図である。ニードルディテクタの中央部には外形がほぼ直方体形状を成し、その中央部に長方形トンネル通路４が形成され、そのトンネル通路４内を被検体４１が載置された搬送機３のベルトコンベヤが貫通するように、送受信対向配置型サーチコイル２０（送受信同軸配置型サーチコイル３０も同様）が立設されている。そして、該サーチコイル２０（３０）が被検体４１内の被検物を検出した信号は制御盤５０に送られ、そこで増幅演算処理される。
【０００７】
図３および図４はそれぞれ従来例に係るニードルディテクタの送受信対向配置型サーチコイル２０の構成を示す説明用斜視図および図３のＡ方向断面図である。送信コイル２１と受信コイル２２とはトンネル通路４を鋏んで相対峙しており、送信コイル２１に対峙する一対の受信コイル２２ａ，２２ｂは、トンネル通路４内の搬送方向Ｐと直交する励振磁束２３が被検物のために変化するのを両受信コイル２２ａ，２２ｂで鎖交磁束の変化として捉え、その誘導起電力の変化を図示しない差動接続回路により受信コイル２２ａ，２２ｂの差動出力信号として制御盤５０に出力するようになっている。
【０００８】
図５および図６は送受信コイルが同軸に配置された送受信同軸配置型サーチコイル３０の送信コイル３１と受信コイル３２の配置の構成を示す説明用斜視図および図５のＢ方向断面図である。トンネル通路４を取り囲むようにループ状の３つのコイルが同心状に配置されており、中央部には送信コイル３１が、これを挟んで前後部には一対の受信コイル３２ａ，３２ｂが配設されている。これら一対の受信コイル３２ａ，３２ｂの機能は上述の受信コイル２２ａ，２２ｂと同様であり、送受信同軸配置型検出信号の変化を差動接続回路により差動出力信号として制御盤５０に出力する。
【０００９】
図９は送受信対向配置型サーチコイル２０の断面Ａにおける強磁性体金属の被検物４０が励振磁束２３の方向と一致した姿勢の場合に、磁束が片方の最寄りの受信コイル２２ｂに集中鎖交している状態を示した磁束の流れを示す説明図である。
【００１０】
被検物４０が強磁性体金属の場合、その姿勢が励振磁束２３の方向と一致したとき被検物４０内を通った方が磁気抵抗が最小となるため、被検物４０周りに磁束が集中し、その結果、ある時点で最寄りの受信コイル２２ｂの鎖交磁束は極端に大きくなる。つまり、サーチコイル２０内の被検物４０の姿勢が励振磁束２３の方向と一致した時、最高の感度を示す。
【００１１】
図１０は同じく、サーチコイル２０の断面Ａにおける非磁性体金属の針状被検物４０の姿勢が搬送方向Ｐと一致し、励振磁束２３の方向と直交した姿勢の場合の磁束の流れを示す説明図である。この場合は強磁性体金属の被検物４０と違い、励振磁束２３が被検物４０と鎖交する際に被検物４０の表面付近に渦電流が流れ、その電流による逆起電力の磁束が本来の磁束を打ち消すように働くため、鎖交表面積が大きい程大幅に鎖交磁束が減少し、被検物４０を避けるような磁束変化となる。その結果、ある時点で最寄りの受信コイル２２ｂの鎖交磁束は極端に疎密度となり、誘導起電力の変化も大きくなる。
【００１２】
つまり、被検物４０が非磁性体金属の場合は、図９の磁束分布と逆現象になり、この姿勢で誘導起電力の変化が大きく、最高の検出感度を示す。
【００１３】
送受信対向配置型サーチコイル２０において、被検物が強磁性体金属の場合は、磁束が磁気抵抗のより小さい被検物に収束されることにより受信コイルの鎖交磁束の変化をとらえる原理によるので、送受信対向配置型サーチコイル２０通過時の被検物の姿勢が、励振コイルの磁束の方向と同一方向であった場合に磁気抵抗が最も小さくなり、受信コイルの鎖交磁束の変化が最も大きく検出感度も高い。しかし、逆に被検物の姿勢が前記磁束の方向と直交する場合は検出感度は著しく低下する。
【００１４】
被検物が非磁性体金属の場合は、被検物に発生する渦電流による逆起電力磁束が本来の磁束を打ち消すように働く。こうして生じた鎖交磁束の変化を受信コイルが捉えるように構成されているので、励振コイルからの磁束による鎖交磁束が最も大きい被検物の姿勢が、受信コイルの送受信対向配置型サーチコイル２０通過時における鎖交磁束の変化も最も大きく感度も高い。しかし、これと逆に最小鎖交磁束の姿勢つまり被検物と励振磁界が同方向となるとき、感度が著しく低下するというように、被検物の姿勢による極端な感度差がある。
【００１５】
送受信同軸型サーチコイル３０の場合も、励振磁束の方向に対する被検物の姿勢と検出感度は、被検物が強磁性金属体か非磁性金属体かによって異なることは同様である。即ち、励振磁束の方向と被検物の姿勢に関する動作原理は、送受信対向配置型サーチコイル２０の場合と本質的には変わらないが、送受信同軸配置型サーチコイル３０を通過する被検体４１からみた場合、励振磁束の方向が互いに９０°の差異があるため、検出感度に関してはほぼ逆の関係になる。上記のように被検物の姿勢次第で検出感度に大差があり、もっと直裁に言えば、単一のサーチコイル２０（３０）のみで針状金属異物を検出した場合は、該異物を検出できたり、できなかったりする。
【００１６】
以下に上述の従来例に係るニードルディテクタの具体的な実証試験の結果を示す。
図３に示す断面が縦長の長方形トンネル通路４を有した送受信対向配置型サーチコイル２０の場合、次に述べるＸ，Ｙ，Ｚ方向にそれぞれ平行に配置された針状金属異物を検出した送受信対向配置型サーチコイル２０の検出電圧は下記の通りである。なお、Ｘ方向は搬送方向Ｐに、Ｙ方向は搬送方向Ｐに垂直な横方向に、Ｚ方向は搬送方向Ｐに垂直な縦方向にそれぞれ平行な方向を表す。また、針状金属異物としては、強磁性体は鉄製アップリケ針、非磁性体はステンレス製同等針を用いた。
送受信対向配置型サーチコイル    検出電圧Ｖ
被検物材質／姿勢            強磁性体金属          非磁性体金属
Ｙ                      １２．３              １．３
Ｘ                        ６．８              ４．１
Ｚ                        １．３              ８
【００１７】
上記試験結果から分かるように、強磁性体金属ではＺ方向、非磁性体金属ではＹ方向に平行な針状金属異物は極端に検出電圧が小さく、従って、これらの測定値は実際上ノイズなど外乱要因のため実用上、有意な測定値と判断できない。つまり、上記方向に配置された針状金属異物を検出することができない。このように、従来のサーチコイル２０（３０）で針状金属異物を検出した場合は、針状金属異物の姿勢によりこれを検出不能なケースが生じる。なお、Ｘ方向の検出電圧がＹ，Ｚ方向の検出電圧の中間的な値を示しているのは、送信コイル２１の形状が縦長の長方形形状を有しているため、励振磁束２３の裾開きが生じているためと推察できる。
【００１８】
次に、同様に断面が縦長の長方形トンネル通路４を有した送受信同軸配置型サーチコイル３０で針状金属異物を検出した場合の送受信同軸配置型サーチコイル３０の検出電圧は下記の通りである。なお、試供針は上記と同じである。
送受信同軸配置型サーチコイル    検出電圧Ｖ
被検物材質／姿勢            強磁性体金属          非磁性体金属
Ｙ                        １．２            １０    
Ｘ                        ６．８              ４．１
Ｚ                        １．３              ８
【００１９】
このように、送受信同軸配置型サーチコイル３０の場合は、Ｙ方向とＺ方向に配置された強磁性体金属の針状金属異物を検出することができない。
本発明は従来技術におけるかかる課題を解決すべく為されたものであり、被検体中に混入した針状金属異物の向きに拘わらず、殆ど全ての針状金属異物を検出することができる金属検出方法および金属検出機を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は被検体が搬送される搬送路に沿ってそれぞれ配置された送受信対向配置型サーチコイルと送受信同軸配置型サーチコイルを通過した際のそれぞれの受信信号に基づいて金属異物を検出するか、搬送方向に対して互いに異なる傾斜角を有して配置された一対のサーチコイルから出力されたそれぞれの受信信号に基づいて被検体中に混入した金属異物を検出するようにしたものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
図１および図２はそれぞれ本発明の一実施例に係るニードルディテクタ全体を説明するためのサーチコイルを断面表示した側面図および正面図である。駆動プ−リ５は軸受８を介して機体のフレーム７に固定された前後の軸受台６に回転自在に取り付けられている。原動機などの駆動系を含めて、周知の構成であるため、図示並びに説明は省略する。本実施例においては、搬送機３上の被検体の搬送方向Ｐに対し、送受信対向配置型サーチコイル２０又は送受信同軸配置型サーチコイル３０を搬送面と互いに逆向きの傾斜角度αで対向して片仮名のハの字状に配置している。
この傾斜角度αの値としては、感度上からは４５°が良いが、傾斜角度が減少する程、トンネル通路４と搬送機３との関係からサーチコイル２０（３０）の長手寸法が大きくなるので経済的な面を考慮し６０°に設定した。なお、搬送機３の搬送手段としてはベルトコンベヤを用いているが、他の駆動手段を用いても良い。
【００２３】
また、それぞれのサーチコイル２０（３０）一対は、各サーチコイル２０（３０）のトンネル通路４出入り口面が搬送機３の搬送方向Ｐに対し片仮名のハの字（又は、逆ハの字）になるよう、前記出入り口面と搬送通路面とが規定角度を保持して対向するように構成し、被検体４１の搬送方向Ｐに対し前後に一定間隔で対向配置した。
【００２４】
このような配置構成のサーチコイル２０（３０）の組み合せによれば、搬送面とサーチコイル２０（３０）が一定の角度で、しかも片仮名のハの字か逆ハの字で傾斜配置されているため、サーチコイル２０（３０）通過時搬送面上の被検体４０内の針状の被検物４１の姿勢次第では、一方のサーチコイル２０（３０）では、鎖交磁束２４の変化つまり感度が最小でも、引き続いて通過する他方のサーチコイル２０（３０）の励振磁束２３と姿勢との相対的関係が大きく異なるため感度は最小とはならない。
【００２５】
これは、針類の寸法がサーチコイル２０（３０）内の検出姿勢次第では、断面の直径寸法でみた場合極めて微小寸法であるため、被検物４０の材質にもよるが、単体のサーチコイルでは検出不能による不都合が頻発することとなる。
【００２６】
また、それぞれのサーチコイル２０（３０）一対は、各サーチコイル２０（３０）のトンネル通路４出入り口面が搬送機３の搬送方向Ｐに対し片仮名のハの字又は、逆ハの字になるように、前記出入り口面と搬送通路面とが規定角度を保持して対向するように構成し、被検体４１の搬送方向に対し前後に一定間隔を保つように配置した。
【００２７】
このような配置構成のサーチコイル２０（３０）の組み合せによれば、搬送面とサーチコイル２０（３０）が所定の角度で、しかも片仮名のハの字で傾斜配置されているため、サーチコイル２０（３０）通過時に搬送面上の被検体４１内の針状被検物４０は、一方のサーチコイル２０（３０）では、鎖交磁束の変化つまりサーチコイル２０（３０）の検出電圧が最小でも、引き続いて通過する他方のサーチコイル２０（３０）での励振磁束２３と被検物４０の姿勢との相対角度が大きくなるため、検出電圧は微少にならない。
【００２８】
本実施例によるニードルディテクタ１０の実証試験の結果は、次の通りとなった。
１．送受信対向配置型サーチコイル  検出電圧Ｖ；強磁性体金属（非磁性体金属）
サーチコイル傾斜角度／姿勢        ＋６０°              −６０°
Ｙ                      １２．３（１．３）  １２．３（１．３）
Ｘ                        ６．１（６．２）    ６．１（６．２）
Ｚ                        ４．１（７．５）    ４．１（７．５）
Ｚ＋３０°                １．３（８）        ６．１（６．２）
２．送受信同軸配置型サーチコイル  検出電圧Ｖ；強磁性体金属（非磁性体金属）
サーチコイル傾斜角度／姿勢        ＋６０°              −６０°
Ｙ                      １２．３（１．３）    １．２（１０）
Ｘ                        ６．１（６．２）  １３．５（３．６）
Ｚ                        ４．１（７．５）    ８．５（５．３）
Ｚ＋３０°                １．３（８．３）  １３．５（３．６）
【００２９】
これによれば、アンダーラインで示す検出電圧は全て非検出扱いの微電圧であり、送受信対向配置型サーチコイル２０の場合、姿勢Ｚ＋３０°では＋６０°サーチコイルで磁性体金属時１．３Ｖと低値であるが、−６０°サーチコイルで６．１Ｖと逆転している。一方、非磁性体金属の被検物４０を検出する場合は、一対の送受信対向配置型サーチコイル２０双方で検出しても１．３Ｖと微電圧のため、被検物４０の検出は難しい。
【００３０】
次に、送受信同軸配置型サーチコイル３０の場合は、アンダーライン付きの微低電圧の姿勢の値でも、一対の他のサーチコイル３０のいずれか一方の値は最大値に近い検出電圧を示していることが分かる。このことは、送受信同軸配置型サーチコイル３０の片仮名ハの字組み合せが最も検出の死角がないことを実証しており、また、他の組み合せとしては、送受信対向配置型サーチコイル２０を傾斜角＋６０°の配置に、送受信同軸配置型サーチコイル３０を傾斜角−６０°の配置に組み合せた構成でも検出不能になる被検物４０の姿勢はない。
【００３１】
上記の実証試験では、説明を簡単にするために、針状被検物４０の姿勢がＸ，Ｙ，Ｚ，Ｚ＋３０°方向のみの場合の結果を示したが、針状被検物４０の姿勢は一般的には任意の方向を向いている。しかしながら、針状被検物４０が任意の方向を向いていても、針状被検物４０の向きは、それぞれＸ，Ｙ，Ｚ方向を示す針状被検物４０のベクトル和で示すことができるから、上記説明は任意の向きに向いた針状被検物４０に適用することができる。
【００３２】
図７は本発明の実施例の変形例に係る側面図を示したものであり、サーチコイル２０（３０）を搬送機３上で片仮名の逆ハの字状に構成したニードルディテクタ１０’の全体を説明するための側面図である。
【００３３】
図１１は一対のサーチコイル２０（３０）を片仮名のハの字状に配設した状態で、サーチコイル２０（３０）中での針状被検物４０の姿勢が特別の形態となった４例を例示した説明図である。
【００３３】
図１２は上述の送受信対向配置型サーチコイル２０の場合の搬送方向に沿った断面図で、針状被検物４０の各姿勢は図１１に対応したものである。
【００３４】
図１３はサーチコイル２０（３０）の筐体６０内に配設した送受信コイル２１，２２（３１，３２）を片仮名のハの字配置、および一体の筐体６０内に樹脂性モールド６１にて充填固着した構造とし、共通トンネル６４内に搬送機３を貫通配置する構成とした本発明の実施例の変形例に係る側面図である。この例では、送受信対向配置型サーチコイル２０と同軸配置型サーチコイル３０を組み合せた構成となっている。この場合、より小型化が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または３記載の発明によれば、送受信対向配置型サーチコイルと送受信同軸配置型サーチコイルを通過した際のそれぞれの受信信号に基づいて金属異物を検出するようにしたので、一方のサーチコイルで金属異物を検出できなかった場合でも、他方のサーチコイルで金属異物を検出することができるから、被検体中に混入した針状金属異物の向きに拘わらず、全ての針状金属異物を検出することができる。
【００３６】
請求項２または４記載の発明によれば、搬送方向に対して互いに逆向きの傾斜角を有して配置された一対のサーチコイルから出力されたそれぞれの受信信号に基づいて被検体中に混入した金属異物を検出するようにしたので、被検体中に混入した針状金属異物の向きに拘わらず、殆ど全ての針状金属異物を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例に係るニードルディテクタの側面図である。
【図２】
同じく、ニードルディテクタの正面図である。
【図３】
送受信対向配置型サーチコイルの構成を示す説明用斜視図である。
【図４】
図３のＡ方向断面図である。
【図５】
送受信同軸配置型サーチコイルの送信コイルと受信コイルの配置の構成を示す説明用斜視図である。
【図６】
図５のＢ方向断面図である。
【図７】
本発明の実施例の変形例に係る側面図である。
【図８】
従来技術に係るニードルディテクタの全体構成を説明するための側面図である。
【図９】
送受信対向配置型サーチコイルの断面Ａにおける強磁性体金属の被検物が励振磁束の方向と一致した姿勢の場合の磁束の流れを示す説明図である。
【図１０】
サーチコイルの断面Ａにおける非磁性体金属の針状被検物の姿勢が搬送方向Ｐと一致し、励振磁束の方向と直交した姿勢の場合の磁束の流れを示す説明図である。
【図１１】
一対のサーチコイルが片仮名のハの字状に配設した状態での針状被検物の４例を例示した説明図である。
【図１２】
送受信対向配置型サーチコイルの場合の搬送方向に沿った断面図である。
【図１３】
筐体内に樹脂性モールドにて充填固着した構造とした本発明の実施例の変形例に係る側面図である。
【符号の説明】
３ 搬送機
４，６４ トンネル通路
５ 駆動プーリー
６ 軸受台
７ フレーム
８ 軸受
１０ ニードルディテクタ
２０ 送受信対向配置型サーチコイル
２１，３１ 送信コイル
２２，３２ 受信コイル
２３，３３ 励振磁束
２４ 鎖交磁束
３０ 送受信同軸型サーチコイル
４０ 針状金属異物（被検物）
４１ 被検体
５０，５１ 制御盤
６０ 筐体
６１ 樹脂性モールド