(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属検知器の性能評価又は調整に用いられるテストピースの製造方法において、オーステナイト系ステンレスによる複数個の粒体をショットブラストの投射材として投射対象に繰り返し衝突させることで、前記各粒体の外周面総てに衝突による応力をまんべんなく与えて外周面から所定深さに亘る表層部分の総てがマルテンサイト変態により弱磁性体化した球状のものとする、ことを特徴とするテストピースの製造方法。
【請求項２】
前記粒体は、オーステナイト系ステンレスの線材を直径と同等の長さに切断してなる円柱状のものであり、前記ショットブラストによる衝突を繰り返すことで塑性変形して球状になる、ことを特徴とする請求項１に記載したテストピースの製造方法。
【請求項３】
前記オーステナイト系ステンレスはＳＵＳ３０４である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載したテストピースの製造方法。
【請求項４】
前記ショットブラストの工程後に、バレルを用いた研磨工程により表面にまんべんなく傷を付ける、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載したテストピースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テストピースの製造方法に関し、殊に、食品等の製造工程で製品への金属異物の混入を検知する金属検知機についてその検知性能を評価・調整する際に用いる金属製のテストピースの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品や医薬品等の製造工程においては、搬送機、切断機、攪拌機、包装機、練機、炒め機等の製造機器に設けたブレードや篩等が、金属疲労等を原因として破断、剥がれ、削れ、毟れ、欠ける等することで金属異物として製品中に混入することがあるため、その工程の所定の段階で混入した金属異物を検知器で検知して排除することが行われている。
【０００３】
このような金属検知器としては、サーチコイル方式によるものと磁場方式によるものが知られている。サーチコイル方式は、特開２００５―１８８９８５号公報にも記載されているように、搬送中の製品に高周波磁界を放射して導電性の金属異物に渦電流を発生させ、その渦電流磁界の位相のずれをコイルで検出することで異物を検出する方式である。一方、磁場方式は、特開２００４−８５４３９号公報にも記載されているように、搬送中の製品に混入した金属異物を高磁場環境に暴露して磁化させることにより、磁気センサを通過する際の磁束の変化として捕らえながら検出する方式である。
【０００４】
斯かる金属検知器における検知性能の評価・調整には、径０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの鉄球又はステンレス球が、混入異物を想定したテストピースとして使用されるのが一般的である。このように金属球が金属検知器の性能評価に用いられるのは、ベアリング球等の流用ができる点で入手容易かつ低コストであることに加え、球状であることで方向性がなく渦電流の流れる表面積も大きくなるため、サーチコイルの感度方向性を問わずに有効な評価を行いやすいからである。また、これらはＸ線検査においても使用され、透過画像において方向性を考慮することなく評価することを可能としている。
【０００５】
しかし、食品や医薬品等の製造工程で混入する金属異物としては、テストピースのような金属球は故意に混入させる以外は想定できないのが実際であり、針状物、削り屑、摩耗等によるバリ片、金属疲労による割れ、欠けなど、形状が予測不能な不定形の異物が殆どである。そのため、サーチコイル方式の金属検知器で金属球のテストピースを用いて検知性能を設定した場合に、実際の不定形異物の検出ができないという事態も生じ得る。例えば、直径２ｍｍの金属球が検出できても、径０．５ｍｍで長さ３ｍｍの線材や径３ｍｍのスプリングワッシャーでは、球体よりも渦電流の流れる表面積が小さくなるため検出できない場合も多い。
【０００６】
一方、磁場方式の金属検知器では、異物全体を磁化させる方式であるため異物の形状による検出精度のバラツキは比較的小さい。また、前述のサーチコイル方式では検知困難なアルミ包装内の金属異物も精度高く検知できるという利点も有している。しかしながら、食品の製造工程において製品に近接する部分で使用される金属部品には、耐腐蝕性・清掃容易性・製造コストの観点からその９５％以上にオーステナイト系ステンレス（殆どがＳＵＳ３０４）が使用されており、テストピースにも同種のステンレス球が使用される場合が多いところ、オーステナイト系のステンレスは本来非磁性体の金属であるため、高磁場環境でも磁化しないという問題がある。
【０００７】
実際には、製造工程で混入するオーステナイト系金属による異物は、部分的に脱落する際に塑性変形に伴うマルテンサイト変態を生じて弱磁性体化するため、磁場方式による金属検知器の検知性能自体は、サーチコイル方式の金属検知器に劣らないとされている。しかしながら、オーステナイト系のステンレス球を磁場方式の金属検知器のテストピースに用いる場合、球状のテストピースを製造する際に何らかの応力が加わってマルテンサイト化しているものも多いが、その製造工程における応力のかかり具合やメーカーの違いでその比透磁率が異なってしまうため、その検知結果にバラツキが出やすくなるという問題があった。
【０００８】
この問題に対し、本願発明者・出願人らは、先に特開２００７−４７０８６号公報において、オーステナイト系ステンレスを正立方体の形状にするとともに、その各辺総てに均一に応力を加えてマルテンサイト変態させることで弱磁性体化させたテストピース及びその製造方法を提案しており、磁場方式の金属検知器においても実際に混入する金属異物の状態を想定した性能評価を実施可能なものとした。
【０００９】
ところが、この正立方体のテストピースは、想定される金属異物の大きさに応じた微小サイズのものを得るためには、１個製作するだけでも多大な手間とコストを要するという難点がある。また、正立方体の総ての面に同一の応力を加えながら均一にマルテンサイト変態させることは技術的に極めて難しいものであり、且つ、その形状のために金属検知器の搬送方向に対し側面を合わせるのと対角線を合わせるのとでは、搬送方向の長さが１．４倍以上も異なってしまうため、テストピースの向きによって検知精度が変動しやすいという難点もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５―１８８９８５号公報
【特許文献２】特開２００４−８５４３９号公報
【特許文献３】特開２００７−４７０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、金属検知器用のテストピースの製造方法について、検知方式の如何を問うことなく精度高い性能評価が行えるものを低コストで得られるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明は、金属検知器の性能評価又は調整に用いられるテストピースの製造方法において、オーステナイト系ステンレスによる複数個の粒体をショットブラストの投射材として投射対象に繰り返し衝突させることで、各粒体の外周面総てに衝突による応力をまんべんなく与えて外周面から所定深さに亘る表層部分の総てがマルテンサイト変態により弱磁性体化した球状のものとする、ことを特徴とするものとした。
【００１３】
周知のように、オーステナイト系ステンレスに応力を加えてマルテンサイト変態させることで、磁場方式の金属検知器であっても精度高い性能評価が行えるようになるが、その粒体をショットブラストの投射材として繰り返し衝突させながらまんべんなく応力を加える製造方法としたことで、過剰な手間とコストを要することなくその表層部分を均一に弱磁性体化させた球状のテストピースが得られることから、その方向性を問うこと無く金属検知器の性能評価を精度高く実施できるものとなる。
【００１４】
また、このテストピースの製造方法において、その粒体は、オーステナイト系ステンレスの線材をその直径と同等の長さに切断してなる円柱状のものであり、ショットブラストによる衝突を繰り返すことで塑性変形して球状になる、ことを特徴としたものとすれば、低コストで多量に製造しやすいものとなる。
【００１５】
さらに、上述したテストピースの製造方法において、前記オーステナイト系ステンレスは、ＳＵＳ３０４であることを特徴としたものとすれば、食品の製造ライン等で実際に混入する金属異物の素材と一致しやすいものとなり、精度高い性能評価と設定が可能なものとなる。
【００１６】
さらにまた、上述したテストピースの製造方法において、前記ショットブラストの工程後に、バレルを用いた研磨工程により表面にまんべんなく傷を付けることを特徴としたものとすれば、テストピースとしてさらに真球に近い状態に仕上げられるとともに、表面にまんべんなく傷を付けたことで複数個のテストピース間における均一性にも優れたものとなる。
【発明の効果】
【００１７】
オーステナイト系ステンレスの粒体をショットブラストの投射材として繰り返し衝突させて外周面にまんべんなく応力を加え均一に弱磁性体化させるものとした本発明によると、検知方式の如何を問うことなく精度高い性能評価を行えるテストピースを低コストで得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明における実施の形態のテストピースの図面代用写真である。
【図２】磁場方式の金属検知器による性能評価試験の出力波形のグラフであって、上段はマルテンサイト化してないテストピースの波形、下段は本発明によるマルテンサイト化したテストピースの波形である。
【図３】磁場方式の金属検知器による性能評価試験の出力波形のグラフであって、上段はマルテンサイト化した立方体テストピースの正面を搬送方向に平行にした波形、下段はマルテンサイト化した立方体テストピースの対角線を搬送方孔に平行にした波形である。
【図４】磁場方式の金属検知器による性能評価試験の出力波形のグラフであって、上段、中段、下段は無作為に選んだ３つの本発明によるマルテンサイト化したテストピースの波形である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明において、球状とは真球に限定されず、球表面の最小二乗平均球面の中心をその中心とする最小外接球面と最大内接球面との半径差のバラツキが±１５％以内に収まるものも含まれるものとする。
【００２０】
図１は、本発明における実施の形態としての製造方法により実際にテストピースを作成したものを写真で示している。本発明によるテストピースは、金属検知器の性能評価又は調整に使用するためのものであるが、サーチコイル方式と磁場方式、さらにはＸ線方式の総てに使用することができ、特に磁場方式の金属検知器においてその特徴が顕著に発揮されるものである。
【００２１】
写真に示したように、本実施の形態によるテストピースは球状に形成されており、オーステナイト系ステンレス製の粒体をショットブラストの投射材としてワーク等の投射対象に繰り返し衝突させながら、その外周面総てに衝突による応力をまんべんなく与えたことで、その外周面から所定深さに亘る表層部分の総てがマルテンサイト変態により弱磁性体化させた点を特徴としており、磁場方式の金属検知器における性能評価を行う場合に、オーステナイト系ステンレスを用いていてもその磁場環境により磁化して検知可能な状態になるものである。
【００２２】
その製造方法は、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレスによる線材（目的のテストピースと同径又は僅かに小径のもの）を、その径と同等の長さに切断してなる粒体（円柱状のカットワイヤ）とし、その複数個をショットブラストの投射材として投射対象（ワーク）に繰り返し衝突させることで球状に成形するものであり、各粒体の外周面総てに衝突による応力をまんべんなく与えながら、球状体に塑性変形するまで連続的に投射を行う。
【００２３】
このショットブラスト工程により、粒体（円柱体）から球状体に塑性変形する過程で外周面から所定深さに亘る表層部分の総てがマルテンサイト変態して、外周面側が均一に弱磁性体化したものとなる。そして、その球状体の複数個を、篩い手段としてフィルタ等を用いた選別工程により、目的とする範囲内の径に揃えることで図１の写真に示すようなテストピースが得られる。
【００２４】
このように、オーステナイト系ステンレスの線材を円柱状にカットしてなる粒体を、ショットブラストの投射材として用いながら繰り返し衝突させて球状に成形するだけの工程により、その外周面にまんべんなく応力を加えて均一にマルテンサイト化させることができるため、特許文献３に記載の正立方体のテストピースのように、総ての辺に応力を加えながら１個１個精密に成形して製造するものと比べて、低コストで大量のテストピースを容易に製造することが可能になる。
【００２５】
尚、ショットブラスト工程の後、バレルによる研磨工程を加えて表面にまんべんなく傷を付けたものとすれば、テストピースとしてさらに真球に近い状態に仕上げられるとともに、多数製造したテストピース間の均一性に優れたものとなる。また、前述のショットブラスト工程において粒体を衝突させる投射対象としては、粒体の表面に粒体と異なる成分が付着するのを回避しながら充分に塑性変形させる観点で、テストピースと同種金属で同等の硬さを有したものが好適である。
【００２６】
さらに、塑性変形によるテストピースの成形が可能で表面に投射対象の成分が付着しないものである限り、通常のワークに対するショットブラスト工程で投射材として用いるオーステナイト系ステンレスの粒体を、球状になるまで投射を繰り返してから本発明のテストピースとして流用することも可能である。さらにまた、投射材に用いる粒体としては、前述のような円柱状のものに限定されず、球状又は立方体等の様々な形状のものであっても、球状体への成形と均一な弱磁性体化が可能である限り、上述したものと同様に使用することができる。
【実施例】
【００２７】
本発明によるテストピースの特性について以下のような試験を実施して確認した。本発明のテストピースとして、上述した方法でマルテンサイト化させたＳＵＳ３０４球状テストピースの径１．０ｍｍ（本発明１）及び径１．５ｍｍ（本発明２）を作成し、対照例としては、マルテンサイト化の工程を加えていない市販のＳＵＳ３０４球状テストピースの径１．０ｍｍ（対照例１）及び、特許文献３に記載のマルテンサイト化したＳＵＳ３０４正立方体状テストピースの一辺１．５ｍｍ（対照例２）を用いた。
【００２８】
そして、各テストピースを樹脂製の保持体に設けた窪みの中で総て同一の高さに保持した状態にして、磁場方式の金属検知器にかけてその出力波形を各々記録した。尚、本発明１，２のテストピースは、両者ともショットブラスト工程でＳＵＳ３０４の板材に各々２００回衝突させた後、フィルタを用いて各々サイズを揃えたものである。
【００２９】
（試験１）本発明によるテストピース（ＳＵＳ３０４）が磁場方式の金属検知器用のテストピースとして使用可能なレベルにまでマルテンサイト化しているか否かを検証するため、本発明１と対照例１を各々磁場方式の金属検知器にかけてその出力波形を比較した。その結果が図２のグラフであり、上段がマルテンサイト化していない対照例１の出力波形であり、下段が本発明１の出力波形である。グラフの４０００μｓ付近において、本発明１では対照例１と比べて顕著な波形が出ており、テストピースとして充分なる機能を発揮していることが検証された。
【００３０】
（試験２）マルテンサイト化した正立方体の対照例２の方向性について、磁場方式の金属検知器にかけて検証した。その結果が図３のグラフであり、上段が搬送方向に対しその正面を平行にした出力波形であり、下段が搬送方向に対しその対角線を平行にした出力波形である。検出位置における波形において下段が上段の３倍以上の上下幅を記録しており、正立方体のテストピースでは、コンベヤ上に配置する向きに応じて検出精度に大きなバラツキが生じることが検証された。
【００３１】
（試験３）本発明２のテストピースについて、複数個製作したテストピースの機能的なバラツキについて、同時に製作した多数のテストピースの中から無作為に選んだ３つのテストピースについて、同一条件にて磁場方式の金属検知器にかけて検証した。その結果が図４のグラフである。上段、中段、下段とも検出位置でほぼ共通した波形が出ており、少なくともこの３つのテストピースにおいて、機能上のバラツキは殆ど存在しないことが検証された。また、この３つの結果から本発明２のテストピースは、方向性を問わないものであることが推察される。
【００３２】
以上の試験結果より、本発明によるテストピースは、素材としてオーステナイト系ステンレスを使用していても磁場方式の金属検知器で検知可能であるとともに機能的なバラツキも殆ど見られないことから、磁場方式の金属検知器における性能評価及び調整用のテストピースとして適していることが分かった。また、本発明によるテストピースは、オーステナイト系ステンレスをマルテンサイト化した正立方体のテストピースと比べ、製造コストの面で有利であるだけでなく方向性を問わない点においても有利であることが分かった。
【００３３】
以上、述べたように、金属検知器用のテストピースについて、本発明により、検知方式の如何を問うことなく、低コストで精度高く金属検知器の性能評価を行えるようになった。
【要約】
【課題】金属検知器用のテストピースの製造方法について、検知方式の如何を問うことなく精度高い性能評価が行えるものを低コストで得られるようにする。
【解決手段】金属検知器の性能評価又は調整に用いられるテストピースの製造方法において、オーステナイト系ステンレスによる複数個の粒体をショットブラストの投射材として投射対象に繰り返し衝突させることで、各粒体の外周面総てに衝突による応力をまんべんなく与えて外周面から所定深さに亘る表層部分の総てがマルテンサイト変態により弱磁性体化した球状のものとする、ことを特徴とするものとした。
【選択図】図２【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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