(57)【要約】【課題】食品などに混入している弱磁性異物をその出荷前検査や陳列前検査等で探知するための食製品検査装置を提供する。【解決手段】ヘルムホルツコイル６は、コイル内に所定の周波数を有する所定強度の交流磁界を印加する。ベルトコンベヤ２０により、食品１０は、ヘルムホルツコイル６内をその中心軸に平行に移動させる。ロックインアンプ３４は、クライオスタット４内に設置されたＳＱＵＩＤ磁気センサ２の出力のうち、交流磁界の所定の周波数に相当する成分の信号を選択的に抽出して増幅する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間領域に所定の周波数を有する所定強度の交流磁界を印加するための交流磁界印加手段と、
被測定物を前記所定の空間領域内を移動しつつ搬送するための搬送手段と、
前記被測定物が移動中の磁界の変化を検出するためのＳＱＵＩＤ磁気センサと、
前記ＳＱＵＩＤ磁気センサの出力のうち、前記所定の周波数成分の信号を選択的に抽出して増幅するための増幅手段とを備える、食製品検査装置。
【請求項２】
前記交流磁界印加手段は、一対のコイルを含む、請求項１記載の食製品検査装置。
【請求項３】
前記一対のコイルは、ヘルムホルツコイルである、請求項２記載の食製品検査装置。
【請求項４】
前記搬送手段は、前記被測定物を前記一対のコイルの中心軸にほぼ平行に移動させる、請求項２記載の食製品検査装置。
【請求項５】
前記ＳＱＵＩＤ磁気センサの磁界検出面は、前記一対のコイルの軸方向中央部位において左右コイルからの半径方向の磁界成分が０になる半径軸上に、垂直に配置される、請求項２または４記載の食製品検査装置。
【請求項６】
前記増幅手段は、ロックインアンプである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の食製品検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品に混入した弱磁性異物を非接触かつ非破壊で検出するための食製品検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大企業における食品製造ラインにおいては、その出荷前の製品検査において、異物の検出のためにエックス線による食品内異物の探知と、異物の混入した製品の排除が行われている場合が多い。
【０００３】
しかしながら、このようなエックス線を用いた食品内異物の探知のためのシステムは、一般には、大掛かりな設備となり、その設備の設置には高額な投資が必要になる。
【０００４】
したがって、レトルト食品など大工場で大量生産される食品では、このような異物の出荷前の探知が行われている場合が多いものの、すべての工場でこのような探知が必ずしも行われているわけではない。また、エックス線を用いたシステムでは、比較的小さな、たとえば、０．５ｍｍ以下の大きさの異物の検出を精度よく行うことは難しい。
【０００５】
まして、スーパーマーケットや小型店舗においては、このような専用の設備を用いた異物混入の検査はほとんどなされていない場合が多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
さらに、特に、スーパーマーケットなどでは、パック食品、弁当や食材などが、店舗内で加工および包装が行われる場合も多く、このような小売店舗内でも異物が混入する可能性は、ゼロではない。
【０００７】
一方で、仮に従来の食製品検査装置をこのような小売店舗等で使用したとしても、釣針や刃物片などの異物検出を十分精度よく行うことは困難である。
【０００８】
しかしながら、万一、異物の混入した食品を販売してしまうと、それを購入した消費者の安全が脅かされるのは言うに及ばず、消費者の食品の安全性に対する関心の高まりに応じて、その製造元またはその販売元であるスーパーマーケットや小売店の受ける信用の毀損も大きなものとなる。
【０００９】
このような問題に対処するためには、小型かつ高感度な異物の探知システムを用いて製品陳列直前の異物検査が必要となるが、従来の渦電流等を用いた金属異物検出装置では、小型ではあるものの十分な感度を得ることができない。
【００１０】
また、食品に限らず、医薬品、たとえば、点滴薬、目薬、注射薬、タブレットなどにおいても、より簡便な装置により出荷前の製品中の異物検査装置があれば、利点は多い。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、食品などに混入している弱磁性異物をその出荷前検査や陳列前検査等で探知するための食製品検査装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの局面に従うと、食製品検査装置であって、所定の空間領域に所定の周波数を有する所定強度の交流磁界を印加するための交流磁界印加手段と、被測定物を所定の空間領域内を移動しつつ搬送するための搬送手段と、被測定物が移動中の磁界の変化を検出するためのＳＱＵＩＤ磁気センサと、ＳＱＵＩＤ磁気センサの出力のうち、所定の周波数成分の信号を選択的に抽出して増幅するための増幅手段とを備える。
【００１３】
好ましくは、交流磁界印加手段は、一対のコイルを含む。
さらに、好ましくは、一対のコイルは、ヘルムホルツコイルである。
【００１４】
好ましくは、搬送手段は、被測定物を一対のコイルの中心軸にほぼ平行に移動させる。
【００１５】
好ましくは、ＳＱＵＩＤ磁気センサの磁界検出面は、一対のコイルの軸方向中央部位において左右コイルからの半径方向の磁界成分が０になる半径軸上に、垂直に配置される。
【００１６】
好ましくは、増幅手段は、ロックインアンプである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の食製品検査装置１０００の概略ブロック図である。
図１を参照して、食製品検査装置１０００には、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２を納めた低温断熱容器（クライオスタット）４を囲んで１組のヘルムホルツコイル６が設けられる。このクライオスタット４とヘルムホルツコイル６とは、外部からの磁気ノイズの遮蔽のためにパーマロイ製の磁気シールド２２により覆われている。測定試料である食品１０は、試料皿１２に載せられて、ベルトコンベヤ２０によって、磁気シールド２２の開口部２４を経て、ヘルムホルツコイル６の内部であって、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２の直下の領域にまで搬送される。
【００１９】
なお、「ヘルムホルツコイル」とは、一般には、半径および巻き数の等しいコイルをコイルの共通半径に等しい間隔で配置したものをいう。ただし、食製品検査装置１０００において測定試料に磁界を印加するためのコイルの構成は、このようなヘルムホルツコイルの構成に限定されるものではなく、より一般的な構成の一対のコイルを用いることができる。ここで、本明細書では、「一対のコイル」との用語は、上述したようなヘルムホルツコイルを指すだけでなく、１対の円筒コイルを共通の軸に対してある間隔をおいて配置し、直列に接続したコイルをも指す用語として用いる。このような一対のコイルは、単一コイルでつくられる磁界よりもより一様な磁界を得たい場合に用いるものである。この一対のコイルにおいては、各コイルの半径及び巻数は互いに等しくてもよいし、あるいは、異なっていてもよい。
【００２０】
また、「ＳＱＵＩＤ（ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｅｖｉｃｅ：超伝導量子干渉デバイス）」とは、超伝導リングを一つ又は二つのジョセフソン接合に結合したものであり、応用としては高感度磁力計、近磁界アンテナ、非常に小さな電流又は電圧の測定に適している。ここで、超伝導リングを構成する超伝導体として、液体窒素温度でも超伝導となり得る材料を用いれば、たとえば、液体ヘリウムを用いるシステムなどに比べて、冷却のための構成を簡略化できるので、食製品検査装置１０００を小型化するとともに、取り扱いを簡単にすることができる。
【００２１】
図１においては、ヘルムホルツコイル６は、交流発振器３０に接続されており、交流磁界を発生することができる。ＳＱＵＩＤ磁気センサ２の出力は、センサコントローラ３２を介して、ロックインアンプ３４で増幅され、記録計３８に出力されるように構成されている。センサコントローラ３２からの信号自身も、フィルタ３６を介して高周波成分が除去されたのち記録計３８に出力され、記録される。また、ロックインアンプ３４の出力およびフィルタ３６の出力は、ともにパーソナルコンピュータ４０に取込まれ、食製品中の弱磁性異物の検出の有無が判定される。
【００２２】
交流発振器３０の出力信号は、ロックインアンプ３４の参照信号としても用いられている。ヘルムホルツコイル６を構成する２つのコイルの巻線方向は同じ方向であり、発生磁界の極性は同じになるように構成されている。
【００２３】
ロックインアンプ３４は、印加交流磁界に同期した信号のみを検出することができる機能を持ち、例えば、１００Ｈｚの交流磁界を印加した場合、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２の出力のうち１００Ｈｚを中心とした極めて狭帯域の信号成分のみを取り出すことができる。
【００２４】
たとえば、印加する交流磁界の周波数は、０．１Ｈｚより低いと、ＳＱＵＩＤの１／ｆノイズの存在する領域であるため好ましくない。また、１０ＭＨｚより高いとコイルのインダクタンスの影響が生じるため好ましくない。従って、好ましくは周波数０．１Ｈｚから１０ＭＨｚが適している。より好ましくは、１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚが良く、最も適した周波数は１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚである。
【００２５】
上述した交流発振器３０、センサコントローラ３２、ロックインアンプ３４、フィルタ３６、記録計３８およびパーソナルコンピュータ４０を総称して信号処理部と呼ぶことにする。
【００２６】
以下、信号処理部により異物が検出される動作原理について説明する。
図２は、弱磁性の金属異物に誘起される磁界を説明するための概念図である。
【００２７】
図２に示すようにアルミなどの弱磁性の金属異物に対しては、ヘルムホルツコイル６により生成される外部交流磁界によって磁気モーメントを誘起し、発生した磁界の垂直成分を磁気センサ２で検出する。そして、この信号はロックインアンプ３４によって位相検波が行われる。この方式によると高いＳ／Ｎ（信号対ノイズ比）で増幅することが可能であり、弱磁性異物の検出に対しても優れた感度を得ることができる。
【００２８】
［交流磁界により誘起される磁気モーメントを検出する原理］
以下、交流磁界により誘起される磁気モーメントを検出する原理について、簡単に説明しておく。
【００２９】
図３は、本発明の食製品検査装置１０００のヘルムホルツコイル６における磁力線の分布を示す図である。図４において、横軸はヘルムホルツコイル６の中心軸上の位置を示している。ここで、食製品検査装置１０００においては、ヘルムホルツコイル６の中心軸は、図１において、食品１０が非磁性体で構成されたコンベヤ２０により搬送される方向と平行であるものとする。
【００３０】
図３から半径方向の磁界が０になる点Ｘ０が存在することが判る。
磁界が０になる中心軸上の位置Ｘ０における半径方向上の点は全て磁界が０になる。食製品検査装置１０００においては、位置Ｘ０を含む半径軸上にＳＱＵＩＤ磁気センサ２の磁界検出面を垂直に配置する。
【００３１】
このように構成することにより、ヘルムホルツコイル６からの直接的な磁界がＳＱＵＩＤ磁気センサ２に入力されないので、ＳＱＵＩＤ磁気センサ特有の磁束トラップが生じ難く、また、信号増幅時に障害となるバイアス磁界の影響がなくなるので、装置の感度の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、ヘルムホルツコイル６の代わりに、より一般に、一対のコイルを用いる場合でも、一対のコイルの軸方向中央部位において左右コイルからの半径方向の磁界成分が０になる半径軸が存在する場合は、同様に、この半径軸上に、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２の磁界検出面を垂直に配置すればよい。
【００３３】
さらに、図４は、食製品検査装置１０００において、ロックインアンプ３４から出力される信号を示す図である。
【００３４】
図４を用いて、食製品検査装置１０００の動作についてさらに詳しく説明する。
【００３５】
まず、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２を駆動状態とし、ヘルムホルツコイル６に周波数１００Ｈｚ、各コイルの最大の磁界が得られる点での磁界強度が１．５ガウス（ピーク・ツー・ピーク値）になるように交流磁界を印加して、ロックインアンプ３４の出力が最小値（ほぼ０）になるように、ＳＱＵＩＤ磁気センサ２及びヘルムホルツコイル６の相対位置を調整する。ここで、交流とは正弦波、三角波、方形波など極性が周期的に変動するものをいい、直流的バイアスが加えられたものも含む。
【００３６】
次に、ヘルムホルツコイル６内に、異物の検出を行いたい食品１０をコンベヤ２０により搬送する。この食品１０をヘルムホルツコイル６の中心軸方向にコンベヤ２０により並行に移動させる。その際、必ずしも、中心軸に厳密に並行である必要はなく、両コイル間の空間を移動させることが重要である。
【００３７】
食品中に含まれる弱磁性異物は、ヘルムホルツコイルが作る磁界中で磁気モーメントを形成するため、ＳＱＵＩＤ磁気センサの直下から少しずれた位置でＳＱＩＤ磁気センサが検知しうる成分方向の磁界が生じる。
【００３８】
これによってロックインアンプ３４の出力に、図４に示す信号が検出される。この信号の大小によって弱磁性異物の定量的な分析を行うことができる。
【００３９】
ここでは、１．５ガウスの磁界を印加したが、より大きくすれば信号は大きくなり、感度はより一層高くなる。
【００４０】
しかし、余り大きくすると、前述の磁界が０になる領域が狭くなり前述の相対位置合わせが困難になるとともに、ＳＱＵＩＤに磁界が侵入し、動作が不安定になる。従って、０．１ガウス以上で１００ガウス以下から選択するのが好ましく、更に、好ましくは０．５ガウスから５０ガウスが選択される。最も好ましくは１ガウスから１０ガウスの範囲から選択される。
【００４１】
なお、上記実施例では、交流磁界の印加手段として、ヘルムホルツコイルを用いる例について述べたが、これに限定するものではない。たとえば、単なる一対のコイルを配置するようにして、それぞれのコイル数は巻数を変えて配置したり、コイルの構造も変化させる等適宜変形することができる。
【００４２】
以上説明したとおり、本発明に係る食製品検査装置１０００では、食品中の従来見逃されていたような微小な弱磁性異物を確実に検出することができる。したがって、このような異物が消費者の口に入る前に回収、排除することができるようになる。これによって食品の安全を確保することができ、消費者が安心して口にすることができる食品を提供できるようになる。
【００４３】
しかも、本発明の食製品検査装置１０００は、小型高性能であり、従来設置することができなかった小規模店舗や食品加工場において利用することができる。このため、これまで混入異物に対して十分な対策が困難であったスーパーマーケット、弁当販売店などで、陳列直前での異物混入を未然に防止することができ、食の安全性を確保することができる。
【００４４】
さらに、たとえば赤ちゃん等が口にする離乳食や、エキス、レトルト食品などの工場で、現在出荷前検査で用いられているエックス線検査に代えて、食製品検査装置１０００を使用することも可能である。
【００４５】
さらに、食製品検査装置１０００は、食品分野以外へ適用することも可能である。たとえば、医薬品の出荷前検査に応用することのよって万全の出荷検査体制を整えることが可能となる。したがって、本明細書において「食製品」とは、人間が口にするものであれば、いわゆる食品に限らず、医薬品等も含む概念である。
【００４６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の食製品検査装置によれば、次のような効果を奏する。
【００４８】
交流磁界印加手段により所定の周波数を有する交流磁界が印可される所定の空間領域に、被測定物を搬送する搬送手段が設けられるので、食品等の異物検査を容易に行うことができる。しかも、増幅手段は、ＳＱＵＩＤ磁気センサの出力のうち、交流磁界の所定の周波数に相当する成分の信号を選択的に抽出して増幅するため、高感度に検出を行うことができる。
【００４９】
しかも、この搬送手段が、被測定物を搬送する動作により生じる磁界変化をＳＱＵＩＤ磁気センサで検出することにより、異物探知を行うことができるので、磁界変化を生じさせるために被測定物を駆動する構成を簡略化できる。
【００５０】
さらに、交流磁界の印加手段として一対のコイルを配置したり、またヘルムホルツコイルを利用し、このヘルムホルツコイルの半径方向の磁界成分が０である位置にＳＱＵＩＤ磁気センサの磁界検出面を垂直に配置することにより、バイアス磁界の影響をなくし、安定、かつ、高感度でＳＱＵＩＤ磁気センサを動作させることが可能である。
【００５１】
また、交流磁界を用いることによって、ＳＱＵＩＤ磁気センサの感度の悪い１／ｆノイズ領域を利用せず、感度の優れた周波数帯域を利用するため、これまでにない優れた磁気検出感度を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の食製品検査装置１０００の概略ブロック図である。
【図２】弱磁性の金属異物に誘起される磁界を説明するための概念図である。
【図３】本発明の食製品検査装置１０００のヘルムホルツコイル６における磁力線の分布を示す図である。
【図４】食製品検査装置１０００において、ロックインアンプ３４から出力される信号を示す図である。
【符号の説明】
２　ＳＱＵＩＤ磁気センサ、４　断熱容器、６　ヘルムホルツコイル、１０　食品、１２　試料皿、２０　ベルトコンベア、２２　磁気シールド、２４　開口部、３０　交流発振器、３２　センサコントローラ、３４　ロックインアンプ、３６　フィルタ、３８　記録計、４０　パーソナルコンピュータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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