(57)【要約】【課題】食品工場のラインに組み込まれて食肉に混入した金属を検知できる超伝導を用いた超高感度磁気センサを利用した超伝導金属検出装置を提供する。【解決手段】超伝導型金属検出装置１は、食肉９１の内部にある金属９２を磁気により検知するための超伝導量子干渉素子１０と、素子１０を超伝導状態となる温度まで冷却するための冷却装置２０と、素子１０を外部からの磁気ノイズから遮断するための磁気シールド３０と、金属９２が混入する可能性のある食肉９１を連続的に搬送するためのコンベア４０と、金属９２の混入が検知された食肉９１のみを他の経路に搬出するための排除機構４６と、コンベア４０で搬送される食肉９１を磁場内を通過させて、混入している金属９２を帯磁させるための帯磁装置５０と、各部の動作を制御するとともに素子１０の検出した金属９２の磁気状態を外部に表示する制御部７０と、架構８０とを備えている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導を用いた超高感度磁気センサを利用して、食肉内部に混入した磁気を帯びた金属を連続的に検出する超伝導型金属検出装置であって、検出対象の前記磁気を帯びた金属より所定の距離以内になるように配置された前記超高感度磁気センサである超伝導量子干渉素子と、
前記超伝導量子干渉素子を超伝導状態となる温度まで冷却するための冷却装置と、
前記超伝導量子干渉素子を外部からの磁気ノイズから遮断するための磁気シールドと、
前記超伝導量子干渉素子から所定の距離以内を検出対象の前記磁気を帯びた金属が通過するように該金属が混入する可能性のある前記食肉を連続的に搬送するコンベアと、
各部の動作を制御するとともに前記超伝導量子干渉素子の検出した前記磁気を帯びた金属の磁気の状態を外部に表示する制御部と、を備えたことを特徴とする食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項２】
さらに、前記コンベアで搬送される前記食肉を磁場内を通過させて、混入している金属を帯磁させる帯磁装置を有する、請求項１に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項３】
さらに、前記磁気を帯びた金属の混入が検知された食肉のみを前記コンベアから他の経路に搬出する排除機構を有する、請求項１または請求項２に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項４】
前記超伝導量子干渉素子は、１個または複数の超伝導薄膜により形成されたジョセフソン接合から構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項５】
前記超伝導量子干渉素子がマグネトメータである、請求項４に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項６】
前記超伝導量子干渉素子がグラジオメータ、いわゆる作動型である、請求項４に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項７】
前記超伝導量子干渉素子が複数組み合わされて設けられている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項８】
前記冷却装置は液体窒素を用いた冷却装置である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項９】
前記冷却装置は冷凍機と真空ポンプとの組み合わせにより超低温の発生が可能なクライオクーラである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項１０】
前記コンベヤの前記超伝導量子干渉素子と前記帯磁装置との近傍に配置される部分は非磁性材料から構成され、前記超伝導量子干渉素子とは独立して支持されている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項１１】
前記食肉が分割された部分肉である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【請求項１２】
前記食肉がダンボールに収納された部分肉である、請求項１１に記載の食肉用超伝導型金属検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は食肉の金属検出装置に関し、特に超伝導を用いた超高感度磁気センサを利用した金属検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品に混入した金属は食品衛生面からも有害であるため、この金属を検出するための誘導コイル型磁気式検出装置（以下磁気式検出装置と略称する）が食品全般に広く用いられてきた。食品である食肉には生体時に行われた注射の針の折損により体内に残留した針の一部が残っている場合があり、この検出も従来の磁気式検出装置を用いて行われてきた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１９８８６０号公報
【特許文献２】
特開平２０００−２４１５１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
と体を分割した部分肉の残留注射針の検出に従来の磁気式検出装置を用いた場合、部分肉自体の有する磁気特性、針の材料であるステンレスまたは鉄の磁気特性、注射針の方向による磁気特性などの関係から磁気式検出装置のディップ位相角と感度設定が難しく、検知精度を上げるために２台の磁気式検出装置を異なった角度で通過させるといったことも行われている。このような問題は部分肉に限らず他の食肉においても発生しており、食肉の金属検出の精度を上げることに対する要望が高まっていた。
【０００５】
一方、超伝導材料は、ジョセフソン効果や磁束の量子化といった特性があり、これらの性質を利用して高感度の磁気センサである超伝導量子干渉素子を作製することができる。近年液体窒素温度で超伝導状態になる高温超伝導材料が開発されたことから比較的容易に高感度な磁気検出が可能となった。鉄微粉検出や心臓磁場の測定、ＩＣの欠陥検出、断層・鉱物調査等での実用化が試みられてきたが、磁気ノイズ発生源が多く連続処理が望まれる食品工場のラインにおける実用化は困難であると考えられてきた。
【０００６】
本発明の目的は、食品工場のラインに組み込まれて、食肉に混入した金属を検知できる超伝導を用いた超高感度磁気センサを利用した超伝導金属検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の食肉用超伝導金属検出装置は、
超伝導を用いた超高感度磁気センサを利用して、食肉内部に混入した磁気を帯びた金属を連続的に検出する超伝導型金属検出装置であって、検出対象の金属より所定の距離以内になるように配置された超高感度磁気センサである超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子を超伝導状態となる温度まで冷却するための冷却装置と、超伝導量子干渉素子を外部からの磁気ノイズから遮断するための磁気シールドと、超伝導量子干渉素子から所定の距離以内を検出対象の金属が通過するようにその金属が混入する可能性のある食肉を連続的に搬送するコンベアと、各部の動作を制御するとともに超伝導量子干渉素子の検出した金属の磁気の状態を外部に表示する制御部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
さらに、コンベアで搬送される食肉を磁場内を通過させて、混入している金属を帯磁させる帯磁装置を有していてもよく、金属の混入が検知された食肉のみをコンベアから他の経路に搬出する排除機構を有していてもよい。
【０００９】
超伝導量子干渉素子は、１個または複数の超伝導薄膜により形成されたジョセフソン接合から構成されていてもよく、また、マグネトメータであってもよく、グラジオメータ（作動型）であってもよく、超伝導量子干渉素子が複数組み合わされて設けられていてもよい。
【００１０】
冷却装置は液体窒素を用いた冷却装置であってもよく、冷凍機と真空ポンプとの組み合わせにより超低温の発生が可能なクライオクーラであってもよい。
【００１１】
コンベヤの超伝導量子干渉素子と帯磁装置との近傍に配置される部分は非磁性材料から構成され、超伝導量子干渉素子とは独立して支持されていてもよい。
【００１２】
食肉が分割された部分肉であってもよく、ダンボールに収納された部分肉であってもよい。
【００１３】
超伝導を用いた超高感度磁気センサを食品工場のラインに組み込んだので、食肉に混入した金属を高感度で検知できる。さらに、食品工場における磁気ノイズから遮断するための磁気シールドを設け、コンベアの超伝導量子干渉素子の近傍に配置される部分は非磁性材料で構成し、超伝導量子干渉素子とは独立して支持し、さらに必要に応じて帯磁装置内を通過させて金属をあらかじめ帯磁させることによって、従来検出精度に問題のあった分割された部分肉内の折損した注射針の破片も検出できる。
【００１４】
食肉を連続的に搬送できるコンベアを備え自動制御可能な食肉用超伝導型金属検出装置を一つにまとめて食肉のラインに組み込んだので、食肉内の金属を連続して自動的に検出し、必要に応じて金属の検出された食肉をラインから自動的に排除できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の超伝導金属検出装置のブロック構成図であり、図２は図１の超伝導金属検出装置の模式的側面図であり、図３は図１の超伝導金属検出装置の模式的斜視図である。
【００１６】
本発明の食肉用超伝導型金属検出装置は、超伝導を用いた超高感度磁気センサを利用して、連続して搬送される食肉内部に混入した磁気を帯びた金属を検出する超伝導型金属検出装置である。
【００１７】
超伝導型金属検出装置１は、超伝導量子干渉素子１０と、冷却装置２０と、磁気シールド３０と、コンベア４０と、排除機構４６と、帯磁装置５０と、制御部７０と、架構８０とを備えている。
【００１８】
超伝導量子干渉素子１０は、検出対象である食肉９１の内部にある金属９２より所定の距離以内になるように配置されている超高感度磁気センサである。冷却装置２０は超伝導量子干渉素子１０を超伝導状態となる温度まで冷却するためのものであり、ここでは、冷凍機２２と真空ポンプ２３との組み合わせにより超低温の発生が可能なクライオクーラ２１が使用されているが、液体窒素を利用した冷却装置を使用することもできる。磁気シールド３０は超伝導量子干渉素子１０を外部からの磁気ノイズから遮断するためのものであり、ミュー合金（高透磁率材料）で構成され、環境に応じて複数層で形成されるがこれに限定されるものではなく、また、アモルファス合金などによって構成することもできる。また必要に応じて電波シールドも設けられる。シールド開口部３１を経由してコンベア４０に積載された食肉９１が超伝導量子干渉素子１０の下を通過する。コンベア４０は金属９２が混入する可能性のある食肉９１を連続的に搬送するためのものであり、超伝導量子干渉素子１０の所定の距離以内を検出対象の金属９２が通過するように配置されており、超伝導量子干渉素子１０と帯磁装置５０との近傍に配置される部分は非磁性材料から構成され、超伝導量子干渉素子１０とは独立して支持されている。排除機構４６は可動式のストッパによって金属９２の混入が検知された食肉９１のみをコンベア４０から他の経路に搬出するための機構であるが、例えば金属９２の混入が検知された食肉９１にマーキングを行いコンベア４０の先端から排出された後で選別するような方法でもよい。
【００１９】
帯磁装置５０は超伝導量子干渉素子１０の検出精度を上げるために、コンベア４０で搬送される食肉９１を永久磁石などの磁場内を通過させて、混入している金属９２を帯磁させるためのものであるが、超伝導量子干渉素子１０の検出精度が十分高い場合は設けなくてもよい。制御部７０は各部の動作を制御するとともに超伝導量子干渉素子１０の検出した金属９２の磁気状態を外部に表示する。架構８０は上述の各装置や構成部材を所定の位置に保持するように構成されている。
【００２０】
図４は超伝導量子干渉素子のマグネトメータタイプの一例を示した説明図である。超伝導量子干渉素子は、２箇所のジョセフソン接合部１２を有する超伝導薄膜１１を備えており、超伝導薄膜１１は基板１４上に形成され、ジョセフソン接合部１２は基板１４に設けられたステップ１５の上部に形成されている。基板１４はガラスエポキシ材料等の非磁性材料を用いて封止され電極ピン等により外部との電気的接続が行われている。本実施の形態では金属の位置や方向による検出誤差を少なくするために複数の超伝導量子干渉素子１０が組み合わされて設けられているが、食肉９１の種類や形状や大きさによっては単数であってもよい。ここではマグネトメータタイプで説明されているがグラジオメータ（差動型）も使用できる。
【００２１】
また、食肉９１は図３では無包装の状態で示されているが、個包装されていてもダンボールに格納された状態であってもよい。超伝導量子干渉素子１０は非磁性金属を検出しないのでアルミニウムによる包装も可能である。
【００２２】
次に、超伝導量子干渉素子１０による食肉９１内の金属９２の検出の原理について説明する。ジョセフソン接合部１２はステップ１５で隔てられたそれぞれの超伝導薄膜１１を２個の接合部で接合していて、両側の超伝導薄膜１１と組み合わされてリングを形成しており、それぞれの接合部は７〜１０ｎｍの隙間を隔てての接合となっており、この接合がジョセフソン接合と呼ばれる。このリングを貫く磁束が量子化される。極低温状態で電極１３ａと電極１３ｂとの間にバイアス電流を流したとき、図５に示すように、ジョセフソン接合に流れる電流が臨界電流値以下の場合は電気抵抗値がゼロとなり従って電圧はゼロとなる。臨界電流値を超えるとジョセフソン接合に抵抗が発生し電圧が発生する。超伝導量子干渉素子１０に磁場が加えられるとリングに遮断電流が流れことからジョセフソン接合の臨界電流値は磁束に影響されやすく、磁束の増加によって臨界電流値は低下する。臨界電流値以上のバイアス電流がジョセフソン接合に流れると電圧に量子化現象特有の電圧振動が現れるので磁束が検出される。食肉９１内の金属９２が超伝導量子干渉素子１０の下を通過すると金属９２の有する磁束によって電圧が変動し、金属９２が通過したことが検知される。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態の食肉用超伝導金属検出装置１の動作について説明する。超伝導量子干渉素子１０は、あらかじめ冷却装置２０によって超伝導状態となる約９０Ｋ（−１８３℃）以下に冷却される。超伝導量子干渉素子１０が金属検出可能状態まで冷却されたら、無包装、個包装あるいは、ダンボールに格納された状態の食肉９１をコンベア４０に順次積載し、帯磁装置５０内を通過させて帯磁させた後に超伝導量子干渉素子１０の下側を通過させる。制御部８０は超伝導量子干渉素子１０の検出出力を監視して、所定値以上の出力が検出された場合は、排除機構４６によって所定値以上の出力が検出された無包装、個包装あるいは、ダンボールに格納された状態の食肉９１をコンベア４０から排除する。
【００２４】
ここでの食肉９１は分割された部分肉が主な対象となるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の食肉用超伝導型金属検出装置は、次のような効果がある。即ち、
１）食肉に混入した金属を高感度で検知できる。これは超伝導を用いた超高感度磁気センサを食品工場のラインに組み込んだからである。
２）従来検出精度に問題のあった分割された部分肉内の折損した注射針の破片も検出できる。これは超伝導を用いた超高感度磁気センサをラインに組み込むとともに、食品工場における磁気ノイズから遮断するための磁気シールドを設け、コンベアの超伝導量子干渉素子の近傍に配置される部分は非磁性材料で構成し、超伝導量子干渉素子とは独立して支持し、さらに必要に応じて帯磁装置内を通過させて金属をあらかじめ帯磁させるからである。
３）食肉内の金属を自動的に連続して検出し、必要に応じて金属の検出された食肉をラインから自動的に排除できる。これは、食肉を連続的に搬送できるコンベアを備え自動制御可能な食肉用超伝導型金属検出装置を一つにまとめて食肉のラインに組み込んだからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の食肉用超伝導金属検出装置のブロック構成図である。
【図２】図１に示す超伝導金属検出装置の模式的側面図である。
【図３】図１に示す超伝導金属検出装置の模式的斜視図である。
【図４】超伝導量子干渉素子のマグネトメータタイプの一例の説明図である。
【図５】ジョセフソン接合に流れる電流と電圧との関係を臨界電流値に関して説明するグラフである。
【符号の説明】
１    超伝導型金属検出装置
１０    超伝導量子干渉素子
１１    超伝導薄膜
１２    ジョセフソン接合部
１３ａ、１３ｂ    電極
１４    基板
１５    ステップ
２０    冷却装置
２１    クライオクーラ
２２    冷凍機
２３    真空ポンプ
３０    磁気シールド
３１    シールド開口部
４０    コンベア
４６    排除機構
５０    帯磁装置
７０    制御部
８０    架構
９１    食肉
９２    金属
【図１】
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【図２】
2004151064.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004151064.tif 000006
【図５】
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