特許 5793735 磁性異物検査装置及び磁性異物検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5793735

(24)【登録日】2015年8月21日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】磁性異物検査装置及び磁性異物検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20150928BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/02 D

   G01R33/02 G

【請求項の数】20

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-29987(P2013-29987)

(22)【出願日】2013年2月19日

(65)【公開番号】特開2014-159984(P2014-159984A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2013年4月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】513040085

【氏名又は名称】ジーエヌエス有限会社

(73)【特許権者】

【識別番号】899000035

【氏名又は名称】株式会社 東北テクノアーチ

(73)【特許権者】

【識別番号】591074736

【氏名又は名称】宮城県

(74)【代理人】

【識別番号】100074147

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 崇

(72)【発明者】

【氏名】三浦 由則

(72)【発明者】

【氏名】石山 和志

(72)【発明者】

【氏名】中居 倫夫

【審査官】 川瀬 正巳

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−００４０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１０３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１７３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５５７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４１５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５８１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０２

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁界検出方向に指向性を有すると共に、検査対象物の移動方向に延びる少なくとも１本の素子パターンを有する２素子が前記移動方向に直交する方向に２段に平行に並べられて配置された２つの磁界検出手段と、
前記磁界検出手段の磁界検出方向に対して垂直方向から前記磁界検出手段へ向けて磁界を印加する垂直磁界印加手段と、
前記２つの磁界検出手段により検出された信号を差動増幅する差動増幅手段と、
前記磁界検出手段の磁界検出範囲に検査対象物を投入して前記差動増幅手段により得られされた信号に基づき、前記検査対象物における磁性異物の存在を判定する判定手段と
を具備し、
前記２つの磁界検出手段は、磁界検出方向において異なる位置に設けられていることを特徴とする磁性異物検査装置。

【請求項2】

磁界検出手段は、薄膜磁気センサであることを特徴とする請求項１に記載の磁性異物検査装置。

【請求項3】

薄膜磁気センサとして、薄膜磁気インピーダンスセンサを用いたことを特徴とする請求項２に記載の磁性異物検査装置。

【請求項4】

薄膜磁気センサの素子パターンを、ミアンダ形状としたことを特徴とする請求項２または３に記載の磁性異物検査装置。

【請求項5】

前記２つの磁界検出手段は、素子パターンが同じであって、それぞれの電極の位置が磁界検出方向において異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁性異物検査装置。

【請求項6】

垂直磁界印加手段は、Ｎ極とＳ極を対向させて磁石を配置した構成であることを特徴と
する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁性異物検査装置。

【請求項7】

垂直磁界印加手段は、１つの磁石におけるＮ極からＳ極が磁界検出方向に対して垂直な位置となるように前記磁石を配置した構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁性異物検査装置。

【請求項8】

磁気検出手段と垂直磁界印加手段との間に軟磁性体を配置したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁性異物検査装置。

【請求項9】

判定手段にログアンプを備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁性異物検査装置。

【請求項10】

検査対象物は、粉体、粒体、液体のいずれか、その形状は板状、または薄層状であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁性異物検査装置。

【請求項11】

磁界検出方向に指向性を有すると共に、検査対象物の移動方向に延びる少なくとも１本の素子パターンを有する２素子が前記移動方向に直交する方向に２段に平行に並べられて配置された２つの磁界検出手段を用いて、前記２つの磁界検出手段を、磁界検出方向において異なる位置に設け、
前記磁界検出手段の磁界検出方向に対して垂直方向から前記磁界検出手段へ向けて磁界を印加し、
前記磁界検出手段の磁界検出範囲に検査対象物を投入して前記２つの磁界検出手段により検出された信号を差動増幅して得られた信号に基づき、前記検査対象物における磁性異物の存在を判定する
ことを特徴とする磁性異物検査方法。

【請求項12】

磁界検出手段として、薄膜磁気センサを用いることを特徴とする請求項１１に記載の磁性異物検査方法。

【請求項13】

薄膜磁気センサとして、薄膜磁気インピーダンスセンサを用いることを特徴とする請求項１２に記載の磁性異物検査方法。

【請求項14】

薄膜磁気センサの素子パターンを、ミアンダ形状としたことを特徴とする請求項１２または１３に記載の磁性異物検査方法。

【請求項15】

素子パターンが同じであって、それぞれの電極の位置が磁界検出方向において異なる２つの磁界検出手段を用いて検査を行うことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の磁性異物検査方法。

【請求項16】

Ｎ極とＳ極を対向させて磁石を配置し、垂直磁界印加を行うことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の磁性異物検査方法。

【請求項17】

１つの磁石におけるＮ極からＳ極が磁界検出方向に対して垂直な位置となるように前記磁石を配置し垂直磁界印加を行うことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の磁性異物検査方法。

【請求項18】

磁気検出手段と垂直磁界印加を行う磁石との間に軟磁性体を配置したことを特徴とする請求項１６または１７に記載の磁性異物検査方法。

【請求項19】

ログアンプを用いて判定を行うことを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の磁性異物検査方法。

【請求項20】

検査対象物は、粉体、粒体、液体のいずれか、その形状は板状、または薄層状であることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の磁性異物検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、粉体、粒体、液体等に含まれる磁性異物を検査するための、磁性異物検査装置及び磁性異物検査方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、磁気センサを用いて磁性異物検査を行う場合には、磁性異物が含まれた粉体材料に水平帯磁用磁石を用いて磁場を印加し、水平帯磁用磁石の下流に帯磁後の粉体材料を攪拌する攪拌機を設け、更に攪拌機の下流に磁性異物を検出するＳＱＵＩＤ磁気検出装置を設けたものが知られている（特許文献１参照）。

【0003】

また、金属磁性材料で形成された薄膜状磁気センサをシート状磁気媒体の進行方向と平行に、磁気シールド材となる軟磁性材料で形成された支持台の上面に並設し、磁気センサの磁気媒体侵入側に、磁極の方向が磁気媒体の進行方向と直交するようにバイアス磁化を印加する永久磁石を取り付けたものも知られている（特許文献２参照）。

【0004】

更に、磁石のＮ極面に磁気抵抗素子を貼着し、この磁石の面に対向する位置を強磁性微粒子が移動する配置とし、磁石と磁気抵抗素子と強磁性微粒子が直線上に並ぶときに磁気抵抗素子の抵抗が最も大きくなることを利用して、異物である強磁性微粒子の検出を行うようにしたものも知られている（特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２３７０８１号公報

【特許文献2】特開２００１−４７２８号公報

【特許文献3】特開２００５−３２７８６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１、２の構成では、センサ近傍に磁気シールド板を配置するか、或いはセンサを完全に覆って磁気シールドすることが必要であるという問題点がある。

【0007】

また、特許文献３に用いられるセンサは、ホール素子・磁気抵抗素子に磁石を複合化した構成である。このホール素子は、検出範囲が広く、磁石の磁場で特性が失われることがないが、感度が低いという問題がある。

【0008】

本発明は、上記のような磁性異物検査における現状に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気シールドを行う構成が不要であり、かつ高感度な磁性異物検査を実行することのできる磁性異物検査装置及び磁性異物検査方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る磁性異物検査装置は、磁界検出方向に指向性を有すると共に、検査対象物の移動方向に延びる少なくとも１本の素子パターンを有する２素子が前記移動方向に直交する方向に２段に平行に並べられて配置された２つの磁界検出手段と、前記磁界検出手段の磁界検出方向に対して垂直方向から前記磁界検出手段へ向けて磁界を印加する垂直磁界印加手段と、前記２つの磁界検出手段により検出された信号を差動増幅する差動増幅手段と、前記磁界検出手段の磁界検出範囲に検査対象物を投入して前記差動増幅手段により得られされた信号に基づき、前記検査対象物における磁性異物の存在を判定する判定手段とを具備し、前記２つの磁界検出手段は、磁界検出方向において異なる位置に設けられていることを特徴とする。

【0010】

本発明に係る磁性異物検査装置では、磁界検出手段は、薄膜磁気センサであることを特徴とする。

【0011】

本発明に係る磁性異物検査装置は、薄膜磁気センサとして、薄膜磁気インピーダンスセンサを用いたことを特徴とする。

【0012】

本発明に係る磁性異物検査装置では、薄膜磁気センサの素子パターンを、ミアンダ形状としたことを特徴とする。

【0015】

本発明に係る磁性異物検査装置は、前記２つの磁界検出手段は、素子パターンが同じであって、それぞれの電極の位置が磁界検出方向において異なることを特徴とする。

【0016】

本発明に係る磁性異物検査装置では、垂直磁界印加手段は、Ｎ極とＳ極を対向させて磁石を配置した構成であることを特徴とする。

【0017】

本発明に係る磁性異物検査装置では、垂直磁界印加手段は、１つの磁石におけるＮ極からＳ極が磁界検出方向に対して垂直な位置となるように前記磁石を配置した構成であることを特徴とする。

【0018】

本発明に係る磁性異物検査装置は、磁気検出手段と垂直磁界印加手段との間に軟磁性体を配置したことを特徴とする。

【0019】

本発明に係る磁性異物検査装置は、磁気検出手段と垂直磁界印加手段との間に軟磁性体を配置したことを特徴とする。

【0020】

本発明に係る磁性異物検査装置では、検査対象物は、粉体、粒体、液体のいずれか、その形状は板状、または薄層状であることを特徴とする。

【0021】

本発明に係る磁性異物検査方法は、磁界検出方向に指向性を有すると共に、検査対象物の移動方向に延びる少なくとも１本の素子パターンを有する２素子が前記移動方向に直交する方向に２段に平行に並べられて配置された２つの磁界検出手段を用いて、
前記磁界検出手段の磁界検出方向に対して垂直方向から前記磁界検出手段へ向けて磁界を印加し、
前記磁界検出手段の磁界検出範囲に検査対象物を投入して前記２つの磁界検出手段により検出された信号を差動増幅して得られた信号に基づき、前記検査対象物における磁性異物の存在を判定する
ことを特徴とする。

【0022】

本発明に係る磁性異物検査方法は、磁界検出手段として、薄膜磁気センサを用いることを特徴とする。

【0023】

本発明に係る磁性異物検査方法は、薄膜磁気センサとして、薄膜磁気インピーダンスセンサを用いることを特徴とする。

【0024】

本発明に係る磁性異物検査方法は、薄膜磁気センサの素子パターンを、ミアンダ形状としたことを特徴とする。

【0027】

本発明に係る磁性異物検査方法は、素子パターンが同じであって、それぞれの電極の位置が磁界検出方向において異なる２つの磁界検出手段を用いて検査を行うことを特徴とする。

【0028】

本発明に係る磁性異物検査方法は、Ｎ極とＳ極を対向させて磁石を配置し、垂直磁界印加を行うことを特徴とする。

【0029】

本発明に係る磁性異物検査方法は、１つの磁石におけるＮ極からＳ極が磁界検出方向に対して垂直な位置となるように前記磁石を配置し垂直磁界印加を行うことを特徴とする。

【0030】

本発明に係る磁性異物検査方法は、磁気検出手段と垂直磁界印加を行う磁石との間に軟磁性体を配置したことを特徴とする。

【0031】

本発明に係る磁性異物検査方法は、ログアンプを用いて判定を行うことを特徴とする。

【0032】

本発明に係る磁性異物検査装置では、検査対象物は、粉体、粒体、液体のいずれか、その形状は板状、または薄層状であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0033】

本発明では、磁界検出方向に指向性を有する磁界検出手段を用いて、この磁界検出手段の磁界検出方向に対して垂直方向から上記磁界検出手段へ向けて磁界を印加し、前記磁界検出手段の磁界検出範囲に検査対象物を投入して磁界検出手段により検出された信号に基づき、検査対象物における磁性異物の存在を判定するので、検査対象物に対して印加する磁界が磁界検出手段の磁界検出方向と垂直方向であり、磁界検出手段はこの垂直方向の磁界に無感であるから、磁性異物を強く印加する磁界に影響されることなく磁化された磁性異物の磁界を検出することが可能であり、シールド板を用いることなく高精度な検出を行うことができる。

【0034】

本発明は、差動動作により磁性異物検査を行う場合に、２つの磁界検出手段を平行に配置し、磁界検出方向の異なる位置に設けているので、高精度な磁性異物検査を行うことができる。また、本発明は、差動動作により磁性異物検査を行う場合に、素子パターンが同じ２つの磁界検出手段を平行に配置し、磁界検出方向の同じ位置に設け、それぞれの電極の位置を磁界検出方向において異ならせているので、高精度な磁性異物検査を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態を示すブロック図。

【図2】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる磁気センサの一例を示す平面図。

【図3】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる、ミアンダ形状の素子パターンを有する磁気センサの一例を示す平面図。

【図4】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる磁気センサの検出領域試験を説明する平面図。

【図5】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる磁気センサの検出領域試験の結果を示す図。

【図6】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第一の例を示す斜視図。

【図7】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第二の例を示す斜視図。

【図8】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第三の例を示す斜視図。

【図9】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第四の例を示す斜視図。

【図10】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第五の例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図。

【図11】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第五の例による微粒子検出領域の磁場ベクトルを示す図。

【図12】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第五の例によるセンサ面の垂直磁場分布を示す図。

【図13】本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態に用いられる垂直磁界印加手段の第六の例を示す側面図。

【図14】本発明に係る二つの磁気センサを用いた磁性異物検査装置の実施形態を示すブロック図。

【図15】二つの磁気センサを用いた磁性異物検査装置の不具合を説明する平面図。

【図16】本発明に係る二つの磁気センサを用いた磁性異物検査装置の実施形態における二つの磁気センサの配置を示す平面図。

【図17】本発明に係る二つの磁気センサを用いた磁性異物検査装置の実施形態における、ミアンダ形状の素子パターンを有する二つの磁気センサの配置を示す平面図。

【図18】本発明に係る二つの磁気センサを用いた磁性異物検査装置の実施形態における二つの磁気センサの電極配置を示す平面図。

【図19】本発明に係る二つの磁気センサを用いた磁性異物検査装置の実施形態における、ミアンダ形状の素子パターンを有する二つの磁気センサの電極配置を示す平面図。

【図20】本発明に係る磁性異物検査装置においてログアンプを用いて構成した第一の実施形態を示すブロック図。

【図21】本発明に係る磁性異物検査装置においてログアンプを用いて構成した第二の実施形態を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下添付図面を参照して、本発明に係る磁性異物検査装置及び磁性異物検査方法の実施形態を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１は、本発明に係る磁性異物検査装置の実施形態を示す構成図である。この磁性異物検査装置は、床面に設けられる基台部１１側から天井部１３へ向けて磁界を発生する垂直磁界印加手段１０が設けられている。

【0037】

垂直磁界印加手段１０の磁界方向には、磁気検出手段である磁気センサ２０が設けられる。この磁気センサ２０は、磁界検出方向に指向性を有するものであり、磁界検出方向は図１の矢印Ｋによって示されている。上記垂直磁界印加手段１０は、磁界検出手段である磁気センサ２０の磁界検出方向に対して垂直方向から磁界検出手段である磁気センサ２０へ向けて磁界を印加する。

【0038】

磁気センサ２０の上方において、磁気センサ２０の磁界検出範囲に検査対象物を投入する。検査対象物は、粉体、粒体、液体のいずれか、その形状は板状、または薄層状などであっても良く、検査対象物には、磁性異物５０が混入することがある。磁性異物５０としては、微細磁性金属などを挙げることができる。

【0039】

磁性異物検査装置は、判定手段３０を具備している。この判定手段３０は、磁気センサ２０の磁界検出範囲に検査対象物を投入して磁気センサ２０により検出された信号に基づき、上記検査対象物における磁性異物５０の存在を判定するものである。

【0040】

上記における磁気センサ２０としては、薄膜磁気センサを用いることができる。この薄膜磁気センサは、薄膜面における法線方向の磁界に対して不感であり、強い垂直磁界が印加されてもセンサ感度を失わない特性を有する。薄膜磁気センサは公知の、薄膜磁気インピーダンスセンサ、薄膜磁気抵抗センサ、ＧＩＧＳ（登録商標）センサを用いることができる。いずれのセンサにおいても、強い垂直磁場でセンサ感度を失うことがないため、膜厚の薄い磁性体を用いた構造が望ましい。但し、センサ感度と膜厚とはトレードオフの関係となるため、必要に応じた膜厚のものを用いることができる。

【0041】

薄膜磁気インピーダンスセンサの平面図は、図２に示すように、直線状にパターンニングされたセンサ素子２１の両端に電極パッド２２、２２を形成したものである。磁性体に誘導する磁気異方性の容易軸は、矢印ａにより示す膜面の幅方向或いは、この幅方向に対し長さ方向に傾いた矢印ｂにより示す方向となる。また、薄膜磁気インピーダンスセンサは、磁性体の単層構造或いは磁性体−非磁性体の積層構造であるものが知られている。

【0042】

磁気センサ２０として用いられる薄膜磁気抵抗センサの平面図は、図２に示した薄膜磁気インピーダンスセンサの平面図と同様である。また、断面構成は、ピン層の上に軟磁性層が積層された軟磁性体−強磁性体積層構造である。

【0043】

また、磁気センサ２０として用いられるＧＩＧＳ（登録商標）センサの平面図は、図２に示した薄膜磁気インピーダンスセンサの平面図と基本的に同様であるが、長手方向の中央に幅方向にグラニュラーセンサが挟持された構造となっている。また、断面構成は、長手方向の中央にグラニュラーセンサを配置し、このグラニュラーセンサを挟んで両端側に軟磁性体（薄膜磁気ヨーク）を設けた構造である。

【0044】

上記センサ素子２１の幅方向の寸法は、検査対象物における磁性異物５０の大きさと同程度から数倍の範囲とすることが好適であるが、要求される精度に応じて適宜な値とすることができる。また、長さ方向の寸法は、センサ素子２１の長さが長ければ磁性異物５０の発生する磁界がセンサ素子２１の局部に作用して特性に歪みが生じる。このため、１ｍｍ以下であることが望ましく、１ｍｍ以下であればセンサ素子２１全体に磁界が作用して動作点の設定が容易となる。実験では、１ｍｍから３ｍｍのものを用いたが、要求される精度に応じて適宜な値とすることができる。

【0045】

上記の実施形態では、直線状にパターンニングされたセンサ素子２１を有するものを例としたが、図３に示すようにセンサ素子２４、２４、２４、２４、２４、２４を１ｍｍ以下の間隔で電極２５により結合してミアンダ形状に構成しても良い。

【0046】

上記のミアンダ形状の磁気センサに磁性異物が図３に示す矢印のように侵入した場合には、センサ素子２４、２４、２４、２４、２４、２４のそれぞれが破線の円に示す検出領域を持つことから、１つの磁気センサによって検出空白領域のない、広い検出領域を確保することができる。

【0047】

ミアンダ形状の磁気センサに上記の効果を立証するために、図４に示すような平面形状が長方形（５ｍｍ×３ｍｍ）の領域に２７０Ｇの垂直磁界を印加した。この領域に図のように長さ３ｍｍの棒状の磁気センサ２０を配置し、磁気センサ２０の上方０．５ｍｍの高さにおいて、直径２００マイクロメートルの磁性微粒子（球形ハイス鋼）Ｂを走査軌跡Ｔに示すように二次元的に走査させて、素子インピーダンスの変化を測定した。

【0048】

上記の結果を図５に示す。この図５に示すように、棒状の磁気センサ２０における端部を中心として半径０．５ｍｍの範囲において、微粒子の検出を適切に行うことができることが確認された。従って、図３に示すようにセンサ素子２４、２４、２４、２４、２４、２４を１ｍｍ以下の間隔で電極２５により結合してミアンダ形状に構成することによって、検出空白領域のない、広い検出領域の確保が可能である。

【0049】

垂直磁界印加手段１０により印加する磁界の強さは、磁性微粒子（磁性異物）を磁気飽和させ得る値とすることが理想的である。この理想的な磁界の強さによってセンサ感度を最大とすることができる。垂直磁界印加手段１０は、Ｎ極とＳ極を対向させて磁石を配置した構成とすることができる。図６に示されるように、例えば床面側にＮ極を上にした第１の磁石（永久磁石）３１を配置する。この第１の磁石３１の垂直上方向にＳ極を下にした第２の磁石（永久磁石）３２を配置する。この図６に示すように、２つの磁石３１と磁石３２の間に磁気ヨーク６０を用いて磁路を形成する構造とすると、垂直磁界強度の増加と共に磁石３１、３２の保持及び固定に有効である。この磁気ヨーク６０を用いる構造は、後述する図７〜図９に示す装置にも用いることができ、同様の効果を期待できる。

【0050】

上記第１の磁石３１と第２の磁石３２との間に磁気センサ２０を配置し、上記第１の磁石３１と第２の磁石３２による所要の強度の磁界が磁気センサ２０全体に印加されるようにする。磁気センサの大きさは、長方形（５ｍｍ×３ｍｍ）とすることができる。また、磁気センサ２０の上方０．５ｍｍの高さにおいて、検査対象物が搬送されるようにする。この検査対象物には、磁性異物５０が混入することがあるものとする。磁気センサ２０には、電極を介して所定の高周波電流を印加し、センサ動作点確保のためにバイアス磁界を印加して磁性異物検査を行うことができる。この構成によれば、永久磁石を用いるので、電磁石に比べて省エネルギー消費の装置とすることができる。

【0051】

垂直磁界印加手段１０の構成としては、図７に示すようにすることも可能である。即ち図６に示した構成において、第２の磁石（永久磁石）３２を配置しない。他の構成は、図６に示した構成と同様である。この構成によっても磁性異物検査を行うことができ、永久磁石を用いるので、電磁石に比べて省エネルギー消費の装置とすることができる。

【0052】

図７の構成において、磁気検出手段である磁気センサ２０と垂直磁界印加手段である磁石３１との間に軟磁性体３５を配置した図８に示す構成としても良い。また、図６の構成において、磁気検出手段である磁気センサ２０と垂直磁界印加手段である磁石３１、３２との間に軟磁性体３５、３６を配置した図９に示す構成としても良い。このように軟磁性体を用いることにより、垂直磁界を均一化することができる。

【0053】

複数の磁石を用いて広範な領域に垂直磁場を発生させる場合には、図１０に示すように軟磁性体３７を用いることにより垂直磁界を均一化することができる。図１０の例では、ネオジム磁石（寸法：Ｗ４×Ｄ４×Ｔ２）３４を図１０（ａ）に示すように間隔２ｍｍで７個並べて設ける。図１０（ｂ）に示すように、このネオジム磁石３４に隣接して、長手方向の長さ４２ｍｍで磁気センサ２０の幅に対応する幅を有するパーマロイ板（厚さ１ｍｍ）である軟磁性体３７を設ける。

【0054】

上記図１０の配置の場合に微粒子検出領域における磁場ベクトルの様子を図１１に示す。この図１１に明らかな通り、微粒子検出領域においては垂直磁界がほぼ均等な方向に揃っており、垂直磁界を均一化する効果が現れている。

【0055】

また、上記図１０の配置の場合におけるセンサ面の垂直磁界分布を色分けして図１２に示す。この図１２に明らかな通り、磁気センサ２０のセンサ面では、垂直磁界が均一化されていることが分かる。

【0056】

更に、図６に示した磁石による垂直磁界の発生の場合に、２つの磁石配置によって、また、図８〜図１０に示した磁石と軟磁性体による垂直磁界の発生の場合において、磁石と軟磁性体の配置によって、垂直方向から磁界検出手段である磁気センサ２０へ向けて磁界を印加する方向を制御することができる。

【0057】

図１３には、２つの磁石３１、３２を垂直に対応する方向からずらして配置した場合を示す。この場合には、磁界検出手段である磁気センサ２０の磁界検出方向に対して垂直方向から斜め向きに磁界が印加されるので、これにより磁気センサ２０に対するバイアス磁界を印加することができる。この例に限らず、２つの磁石の位置や軟磁性体の位置をずらすことによりバイアス磁界の方向を制御することができ、垂直磁界印加手段１０を磁性微粒子の磁化と共に磁気センサ２０に対するバイアス磁界の印加に共用することができる。

【0058】

本発明の装置は図１４に示すように、２つの磁界検出手段である磁気センサ２０−１、２０−２を用いた構成とすることができる。磁気センサ２０−１、２０−２により得られる信号を、例えばオペアンプにより構成される差動増幅器３８に導き差動増幅する。具体的には、高周波発振回路３９から磁気センサ２０−１、２０−２へ高周波を与えて駆動し、抵抗Ｒ１を介してグランドに接地された磁気センサ２０−１から差動増幅器３８の非反転端子へ信号を与え、また抵抗Ｒ２を介してグランドに接地された磁気センサ２０−２から差動増幅器３８の反転端子へ信号を与えて、差動増幅する。判定手段３０は、この差動増幅器３８を含んで構成され、例えば適当な閾値と比較して磁性異物の存在を判定し、また、検出した信号に基づく検出磁界の強度などの数値を表示するように構成することができる。このように、２つの磁気センサ２０−１、２０−２を用い差動増幅を行うので、磁性異物検査の場合にノイズが発生しても概ね除去することができ、精度の高い磁性異物検査が可能となる。

【0059】

磁気センサ２０−１、２０−２を平行に長手方向の端部を並べて配置した場合には、適切な検査が行われないことが生じる。即ち、図１５に示すように、磁気センサ２０−１と磁気センサ２０−２の中間に微粒子ｍが位置した状態において検査される場合には、同相の検出信号が差動増幅されてゼロ出力となり、磁性異物検査ができない。

【0060】

上記の問題を解決するために、２つの磁界検出手段である磁気センサ２０−１、２０−２を平行に配置し、磁界検出方向における異なる位置に設けることができる。棒状のセンサパターンを有する磁気センサ２０−１、２０−２を図１６に示すように、磁界検出方向（図の横方向）を長手方向として平行に並べ、磁界検出方向（図の横方向）に寸法ｄだけずらして配置する。

【0061】

また、図１７に示すように、ミアンダ形状の磁気センサ２０Ａ−１、２０Ａ−２を、電極よりも長い直線部分を有するセンサパターンが磁界検出方向（図の横方向）となるように平行に並べ、磁界検出方向（図の横方向）に寸法ｄだけずらして配置する。いずれのものにおいても、電極は全パターンの端部に設けられている。

【0062】

以上の構成により、磁気センサ２０−１（２０Ａ−１）、２０−２（２０Ａ−２）の中間に微粒子がある場合においても、磁気センサ２０−１（２０Ａ−１）と磁気センサ２０−２（２０Ａ−２）では磁界検出方向（図の横方向）の位置が異なるので、微粒子に対する感度が異なる。従って、磁気センサ２０−１（２０Ａ−１）による検出信号と磁気センサ２０−２（２０Ａ−２）による検出信号が異なり、差動増幅によっては出力信号がゼロとなることがなく、適切な磁性異物検査を行うことが可能となる。

【0063】

上記では、磁気センサ２０−１（２０Ａ−１）と磁気センサ２０−２（２０Ａ−２）の位置をずらしたが、これに限定されない。例えば、図１８、図１９に示すように、磁気センサ２０−１（２０Ａ−１）の素子パターンと磁気センサ２０−２（２０Ａ−２）の素子パターンについては同じものとし、磁界検出方向（図の横方向）の同じ位置に設け、それぞれの電極の位置を磁界検出方向において異ならせる。

【0064】

図１８に示した素子パターンが棒状のものにあっては、磁気センサ２０−１の電極パッド２２、２２の位置から、磁気センサ２０−２の電極パッド２２、２２の位置へ、電極パッド２２、２２を寸法ｄだけシフトして設ける。図１９に示した素子パターンがミアンダ形状のものにあっては、磁気センサ２０Ａ−１の電極２５、２５の位置から、磁気センサ２０Ａ−２の電極２５、２５の位置へ、電極２５、２５を寸法ｄだけずらして設ける。

【0065】

上記の場合においても、磁気センサ２０−１（２０Ａ−１）と磁気センサ２０−２（２０Ａ−２）の位置が実質的にずれることになり、磁気センサ２０−１（２０Ａ−１）による検出信号と磁気センサ２０−２（２０Ａ−２）による検出信号が異なり、差動増幅によっては出力信号がゼロとなることがなく、適切な磁性異物検査を行うことが可能となる。

【0066】

本発明に係る磁性異物検査装置は、図２０に示すように構成することができる。即ち、磁気センサ２０を、２つのコイルにより構成されるホルムヘルツコイル４１により作成される垂直磁界内に配置し、磁気センサ２０に均一な垂直磁界を印加する。高周波発生回路４２からサーキュレータ４３を介して磁気センサ２０に高周波を与えて駆動し、必要なバイアス磁界を印加する。

【0067】

サーキュレータ４３を介してログアンプ４４によって磁気センサ２０から高周波の検出信号を受け取り、対数増幅を行って差動増幅器４５の非反転入力端子へ送る。差動増幅器４５の反転入力端子には、所定電位が電圧部４６から与えられており、差動増幅器４５は差動増幅を行い、出力Ｖoutを得る。ログアンプ４４、差動増幅器４５、電圧部４６は、判定手段３０に含まれており、判定手段３０は、検出された信号（Ｖout）に基づき、検査対象物における磁性異物の存在を判定する。

【0068】

従来、磁気センサ２０（特に薄膜磁気インピーダンスセンサ）は、高い周波数（８０ＭＨｚ〜７００ＭＨｚ）によって駆動するため、駆動回路の設計に高度な技術が必要となるものであった。また、回路基板が大型化し、装置の小型化が困難となることが通例と考えられている。しかるに、上記の本実施形態によれば、磁気センサ２０の出力をログアンプ４４により処理するため、回路構成が容易であり、また回路及び装置の小型化と低コスト化を実現することができるという利点がある。

【0069】

図２０に示した実施形態はシングルエンドであるが、図２１に示すように差動入力形式としてログアンプ４４を用いても良い。図１４に示した装置と同様の構成であり、高周波発振回路３９から磁気センサ２０−１、２０−２へ高周波を与えて駆動し、抵抗Ｒ１を介してグランドに接地された磁気センサ２０−１からログアンプ４４の非反転端子へ検出信号を与え、また抵抗Ｒ２を介してグランドに接地された磁気センサ２０−２から差動増幅器３８の反転端子へ検出信号を与えて、差動増幅する。この構成により、上記図２０の構成と同様に、検出信号をログアンプ４４により処理するため、回路構成が容易であり、また回路及び装置の小型化と低コスト化を実現することができるという利点があるばかりでなく、差動増幅を行うので、磁性異物検査の場合にノイズが発生しても概ね除去することができ、精度の高い磁性異物検査が可能となる。

【符号の説明】

【0070】

１０ 垂直磁界印加手段
２０、２０−１、２０−２、２０Ａ−１、２０Ａ−２ 磁気センサ
２１、２４ センサ素子
２２ 電極パッド
２５ 電極
３０ 判定手段
３１、３２ 磁石
３４ ネオジム磁石
３５、３６、３７ 軟磁性体
３８、４５ 差動増幅器
３９ 高周波発振回路
４１ ホルムヘルツコイル
４２ 高周波発生回路
４３ サーキュレータ
４４ ログアンプ
４６ 電圧部
５０ 磁性異物
６０ 磁気ヨーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】