特許 7343108 磁場発生機構および異物検査装置

(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】

(24)【登録日】2023-09-04

(45)【発行日】2023-09-12

(54)【発明の名称】磁場発生機構および異物検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/83 20060101AFI20230905BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20230905BHJP

【ＦＩ】

G01N27/83

G01R33/02 V

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019067921

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020165868

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2022-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】591074736

【氏名又は名称】宮城県

(73)【特許権者】

【識別番号】509293785

【氏名又は名称】引地精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077838

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 憲保

(74)【代理人】

【識別番号】100129023

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100180817

【弁理士】

【氏名又は名称】平瀬 実

(72)【発明者】

【氏名】中居 倫夫

(72)【発明者】

【氏名】澤田 勝行

【審査官】小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４６３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５９９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１２９４５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５６－０４２３０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／７２ － Ｇ０１Ｎ ２７／９０９３

Ｇ０１Ｒ ３３／００ － Ｇ０１Ｒ ３３／２６

Ｇ０１Ｖ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する所定面積の２つの表面を有する軟磁性板と、
前記軟磁性板よりも小さな面積を有し、前記軟磁性板の一表面側に配置され、前記軟磁性板を介して前記軟磁性板の他の表面側に磁場を印加する磁場発生装置と、
前記軟磁性板の前記他の表面側に配置され、前記軟磁性板の前記他の表面の接線方向に検出指向性を有する磁気センサと、
少なくとも１つの他の磁場発生装置と、
前記軟磁性板の前記一表面側に配置され、前記磁場発生装置及び前記他の磁場発生装置を所定の位置に固定する、軟磁性体で構成される固定板と、を備え、
前記磁場発生装置で発生された磁場は前記軟磁性板の前記他の表面側で実質的に均一化された磁場領域を有し、前記磁気センサは前記実質的に均一化された磁場領域内に配置され、
前記他の磁場発生装置は、前記軟磁性板の前記一表面側に、当該一表面に対して所定の間隔を置いて配置されると共に、前記磁場発生装置は前記軟磁性板に接するように配置され、
前記固定板は、前記磁場発生装置及び前記他の磁場発生装置に対応して設けられ、前記磁場発生装置及び前記他の磁場発生装置は、自身の磁力で、対応する前記固定板に吸着している、ことを特徴とする磁場発生機構ユニット。

【請求項2】

前記少なくとも１つの他の磁場発生装置は前記磁場発生装置を挟んで前記磁場発生装置に対して対称となるように配置された２つの他の磁場発生装置であり、前記２つの他の磁場発生装置は前記軟磁性板の一表面から所定の間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁場発生機構ユニット。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の磁場発生機構ユニットを２つ備え、当該２つの磁場発生機構ユニットの発生磁場が互いに異極となるように配置し、且つ、当該２つの磁場発生機構ユニットを所定の距離をおいて対向配置したことを特徴とする、磁場発生機構組立体。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の磁場発生機構ユニット又は請求項３に記載の磁場発生機構組立体を外周する軟磁性体よりなる閉磁路を配し、前記閉磁路の内側の領域を検査領域とすることを特徴とする、磁場発生機構組立体。

【請求項5】

請求項４に記載の磁場発生機構組立体において、前記閉磁路を形成する前記軟磁性体には、スリットが設けられていることを特徴とする、磁場発生機構組立体。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の磁場発生機構ユニット又は請求項３～５の何れか一項に記載の磁場発生機構組立体に配置された前記軟磁性板の端部に軟磁性材料からなる拡張板を接続し、前記軟磁性板の実質的な面積を拡大し、前記磁場発生機構ユニットが配される側の前記面積を拡大した部位に、間隔をあけて前記磁場発生機構ユニットを追加配置することを特徴とする、請求項３～５の何れか一項に記載の磁場発生機構組立体。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の磁場発生機構ユニット又は請求項３～５の何れか一項に記載の磁場発生機構組立体によって、非磁性体の表面または内部に混入する磁性異物を検出することを特徴とする異物検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、非磁性の物品、粒状体、粉体、液体等に混入している、磁性を有する異物の検出に好適な磁場発生機構および異物検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

非磁性の物品、粒状体、粉体、液体等において、磁性を有する不純物、設備の金属部品、微小な金属片、摩耗粉などの磁性異物が表面や内部に混入しているか否かを検査するために、異物検査装置が用いられる。

【0003】

このような磁性を有する異物の検査装置として、特許文献１には、磁界検出方向に指向性を有する磁界検出手段と、磁界検出手段の磁界検出方向に対して垂直方向から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、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判定手段とを具備する磁性異物検査装置が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、磁場発生手段、板状の軟磁性部材、磁界検出方向に指向性を有する磁気センサを備え、磁場発生手段は被検査物が存在する検査領域に磁場を印加し、軟磁性部材は一方の主面を磁場発生手段に接して配置し、磁気センサは軟磁性部材の他方の主面の側に配するとともに、他方の主面の接線方向に指向性を有するよう構成した、異物検査装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－１５９９８４号公報

【文献】特開２０１８－１４６３２３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に記載されているような、磁性を有する異物を検査する装置では、高感度の検出手段を備える必要があり、そのような検出手段として薄膜磁気センサを用いる場合がある。薄膜磁気センサを用いた磁性異物検査装置では、永久磁石などの磁場発生手段からの磁界に、軟磁性部材を介して表面接線方向に薄膜磁気センサの検出指向性を合わせて配置することで、被検査物中の微小な磁性異物を検出することができる。

【0007】

また、特許文献２に記載されているような、薄膜磁気センサと磁場発生手段の間に軟磁性部材を配置して、薄膜磁気センサを軟磁性部材の表面接線方向に検出指向性を有するように構成した装置では、磁気シールドが不要で、製造工程でコンベヤ等を流れる製品の全数検査が可能であり、磁気センサから被検査物まで距離のある大型部品等の内部に包含される磁性異物であっても高感度に検出できる特徴を備える。

【0008】

磁性異物検査装置の被検査物として、非磁性金属板や電気配線等の導電体を含有する部材に混入する磁性異物を検出する場合がある。しかしながら、導電体を含有する部材が非磁性であっても、被検査物が磁場発生手段の磁界中を通過すると、渦電流が生じて磁気ノイズが発生し、著しい検出感度の低下の原因となり得るという課題がある。特に、検出感度を高めるために磁場発生手段の磁場強度を高めると、渦電流による磁気ノイズの作用がより大きくなるという課題がある。

【0009】

また、被検査物の大きさや、検査時の搬送速度が大きく異なる場合、同一構成の検査装置において高精度に検査可能な条件範囲に限界があることから、別の構成の検査装置を準備しなければならないという課題がある。

【0010】

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、渦電流の発生を防ぎながら、より強い磁場を被検査物に印加して異物の検出感度を向上させることが可能な磁場機構および異物検査装置の提供を目的とする。さらに、被検査物の大きさや搬送速度に応じて強磁場を印加する検査領域の大きさを、適宜調節可能として、製造工程の製品種類や搬送速度に応じた異物検査に適応可能な磁場機構および異物検査装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の態様によれば、互いに対向する所定面積の２つの表面を有する軟磁性板と、前記軟磁性板よりも小さな面積を有し、前記軟磁性板の一表面側に配置され、前記軟磁性板を介して前記軟磁性板の他の表面側に磁場を印加する磁場発生装置と、前記軟磁性板の前記他の表面側に配置され、前記軟磁性板の前記他の表面の接線方向に検出指向性を有する磁気センサと、少なくとも１つの他の磁場発生装置と、前記軟磁性板の前記一表面側に配置され、前記磁場発生装置及び前記他の磁場発生装置を所定の位置に固定する、軟磁性体で構成される固定板と、を備え、前記磁場発生装置で発生された磁場は前記軟磁性板の前記他の表面側で実質的に均一化された磁場領域を有し、前記磁気センサは前記実質的に均一化された磁場領域内に配置され、前記他の磁場発生装置は、前記軟磁性板の前記一表面側に、当該一表面に対して所定の間隔を置いて配置されると共に、前記磁場発生装置は前記軟磁性板に接するように配置され、前記固定板は、前記磁場発生装置及び前記他の磁場発生装置に対応して設けられ、前記磁場発生装置及び前記他の磁場発生装置は、自身の磁力で、対応する前記固定板に吸着している、ことを特徴とする磁場発生機構ユニットが得られる。

【0012】

本発明の第２の態様によれば、前記少なくとも１つの他の磁場発生装置は前記磁場発生装置を挟んで前記磁場発生装置に対して対称となるように配置された２つの他の磁場発生装置であり、前記２つの他の磁場発生装置は前記軟磁性板の一表面から所定の間隔を置いて配置されていることを特徴とする第１の態様に記載の磁場発生機構ユニットが得られる。

【0013】

本発明の第３の態様によれば、第１又は２の態様に記載の磁場発生機構ユニットを２つ備え、当該２つの磁場発生機構ユニットの発生磁場が互いに異極となるように配置し、且つ、当該２つの磁場発生機構ユニットを所定の距離をおいて対向配置したことを特徴とする、磁場発生機構組立体が得られる。

【0014】

本発明の第４の態様によれば、第１又は２の態様に記載の磁場発生機構ユニット又は第３の態様に記載の磁場発生機構組立体を外周する軟磁性体よりなる閉磁路を配し、前記閉磁路の内側の領域を検査領域とすることを特徴とする、磁場発生機構組立体が得られる。

【0015】

本発明の第５の態様によれば、第４の態様に記載の磁場発生機構組立体において、前記閉磁路を形成する前記軟磁性体には、スリットが設けられていることを特徴とする、磁場発生機構組立体が得られる。

【0016】

本発明の第６の態様によれば、第１又は２の態様に記載の磁場発生機構ユニット又は第３～５の態様の何れか一項に記載の磁場発生機構組立体に配置された前記軟磁性板の端部に軟磁性材料からなる拡張板を接続し、前記軟磁性板の実質的な面積を拡大し、前記磁場発生機構ユニットが配される側の前記面積を拡大した部位に、間隔をあけて前記磁場発生機構ユニットを追加配置することを特徴とする、第３～５の態様の何れか一項に記載の磁場発生機構組立体が得られる。本発明の第７の態様によれば、第１又は２の態様に記載の磁場発生機構ユニット又は第３～５の態様の何れか一項に記載の磁場発生機構組立体によって、非磁性体の表面または内部に混入する磁性異物を検出することを特徴とする異物検査装置が得られる。

【0020】

従来の異物検査装置において、被検査物に含有される導電性部材に渦電流が発生する原因は、被検査物が検査領域に搬送されて来る際の移動速度と検査領域に印加される磁場の空間磁場分布の兼ね合いから導電性部材に磁束の時間変化（ｄΦ／ｄｔ）が発生してこれが渦電流を発生させるものである。ここで、Φは導電体を貫く磁束（Φ［Ｗｂ］＝Ｂ［Ｔ］×Ｓ［ｍ^２］）、ｔは時間である。

【0021】

この起電力（ｄΦ／ｄｔ）の原因になる磁束密度Ｂの空間分布が発生する最も大きな原因は、検査領域に局部的な強磁場を印加するという先願発明の検出原理に起因するものと、検査領域に強磁場を印加する磁場生成構造に起因する部分的な空間的磁束ムラの２点が主要な原因として考えられる。

【0022】

前者の原因である、検査領域に局部的な強磁場を印加することに起因する問題については、被検査物の大きさより広い均一磁場領域を形成してこの内部に被検査物が完全に入ったタイミングで異物検出を実施できるように、均一磁場範囲の大きな検出機構にすることで解決できる。また、後者の原因である、検査領域に印加された強磁場の空間的ムラに関しては、前者の解決方法でもある広い均一磁場領域を実現する磁場発生機構でムラのない均一磁場が実現することにより解決する。

【0023】

本発明は、異物検査装置を設置する製造工程の被検査物のサイズに応じて適した大きさを持つ検査領域の内部に均一な磁場を形成する磁場発生機構を提案するものである。本発明の均一な磁場を発生する機構は、被検査物のサイズに応じて磁場印加領域の拡大縮小の変更が容易な構造である。

【0024】

本発明の均一な磁場を発生する機構には、異物の磁場を検出する磁気センサの種類によって、センサ感度を確保するためにセンサの検出方向に所定の定常バイアス磁場を印加する、あるいはバイアス磁場がゼロになるよう調整するというバイアス磁場調整の必要がある。このバイアス磁場を上記の均一磁場発生機構により発生させることが出来れば、磁場発生コイルを追加したり、これに電流を通電する電流制御回路を追加することが不要になるという利点がある。

【0025】

特許文献２では、このバイアス磁場を最適に調整するために、磁気センサを、検出指向性方向と一致している磁場均一化用の軟磁性板の接線方向にスライドさせてバイアス点を調整する方法が示されている。この調整方法が有効に機能するためには、磁気センサの設置部である軟磁性板上部において、接線方向磁場がゆるく変化した磁場構造を形成する必要がある。

【0026】

磁気センサとして、薄膜磁気インピーダンスセンサや薄膜ＭＲセンサを用いる場合は、おおよそ５～２０［Ｏｅ］の範囲でバイアス磁場を制御できることが求められ、本発明はこの必要条件を満たしながら検査領域に均一磁場を形成する構造である。

【発明の効果】

【0027】

本発明の磁場発生機構および異物検査装置によれば、渦電流の発生を防ぎながら、より強い磁場を被検査物に印加して異物の検出感度を向上させることが可能な磁場機構および異物検査装置の提供を目的とする。さらに、被検査物の大きさや搬送速度に応じて強磁場を印加する検査領域の大きさを、適宜調節可能として、製造工程の製品種類や搬送速度に応じた異物検査に適応可能な磁場機構および異物検査装置の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係る均一法線磁場発生機構の一例を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図2】本発明に係る均一法線磁場発生機構の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図3】図１の磁場発生機構が生成する磁場ベクトル図（横方向から見た図）である。

【図4】図１の磁場発生機構が生成する磁場ベクトル図（正面方向から見た図）である。

【図5】図２の磁場発生機構が生成する磁場ベクトル図（横方向から見た図）である。

【図6】図２の磁場発生機構が生成する磁場ベクトル図（正面方向から見た図）である。

【図7】 本発明の一実施例に係る磁場発生機構組立体を示す側面図である。

【図8】 本発明の他の実施例に係る磁場発生機構組立体を示す側面図である。

【図9】図７に示された磁場発生機構組立体が生成する磁場ベクトル図（横方向から見た図）である。

【図10】図７に示された磁場発生機構組立体が生成する磁場ベクトル図（正面方向から見た図）である。

【図11】 図８に示された磁場発生機構組立体が生成する磁場ベクトル図（横方向から見た図）である。

【図12】 図８に示された磁場発生機構組立体が生成する磁場ベクトル図（正面方向から見た図）である。

【図13】 本発明の更に他の実施例に係る磁場発生機構を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図14】 本発明のより他の実施例に係る磁場発生機構を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図15】 本発明の別の実施例に係る磁場発生機構を示す側面図である。

【図16】 本発明の更に別の実施例に係る磁場発生機構を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図17】 本発明の異なる実施例に係る磁場発生機構を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図18】 本発明の更に異なる実施例に係る磁場発生組立体を示す図である。

【図19】 本発明の更に異なる実施例に係る磁場発生機構ユニットを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図20】 本発明の別の実施例に係る磁場発生組立体を示す斜視図である。

【図21】 本発明の他の実施例に係る磁場発生組立体を示す正面図である。

【図22】 本発明の更に他の実施例に係る磁場発生組立体を示す正面図である。

【図23】 図２２における閉磁路の形成を示す磁場強度分布図（左図）と磁場ベクトル図(右図)である。

【図24】閉磁路を形成する端部軟磁性板にスリットを導入した磁場発生機構のセンサバイアス点調整原理を示す模式図（矢印がセンサ位置調整範囲）である。

【図25】磁気センサのスライド位置に対するセンサバイアス磁界強度の関係を示すグラフである。

【図26】本発明の更に別の実施例に係る磁場発生組立体を示し、ここでは、均一な法線磁場を形成するための軟磁性体拡張板配置と磁場発生機構群の配置例を示している。

【図27】本発明の具体的な実施例に係る磁場発生組立体を示す斜視図であり、ここでは、均一な法線磁場を形成するための軟磁性体拡張板と磁場発生機構群を配置した磁場発生機構群の構造を示す斜視図である。

【図28】本発明の実施例における測定方法を説明する図である。

【図29】本発明の実施例における測定方法をより詳細に説明する図である。

【図30】測定した磁場分布結果を示す図であり、（ａ）は条件Ｘ＝０、（ｂ）は条件Ｘ＝１００、（ｃ）はＸ＝２００、（ｄ）はＸ＝３００である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本発明の磁場発生機構の基本構造を示す。図１、図２に示された磁場発生機構は、検査領域である均一磁場領域より若干大きめに作製した軟磁性板２を主構造にしたものであり、当該軟磁性板２上に配置された磁気センサ３及び磁場発生装置１と組み合わせることにより、特許文献２に示された異物検査装置を構成することができる。ここで、磁場発生装置１は永久磁石或いは電磁石によって構成されても良く、磁気センサ３は単一の磁気センサ或いは複数の磁気センサを含むセンサアレイであっても良い。ここでは、磁気センサ及びセンサアレイを集合的に磁気センサとして説明する。また、軟磁性板２は磁場発生装置１によって発生される磁場を均一化する構造体として動作する。
具体的に説明すると、図示された磁場発生機構は、所定の面積と互いに対向する２つの表面を有する軟磁性板２と、軟磁性板２の一表面(図１（ｂ）の下側表面)側に配置された軟磁性板２よりも小さな面積を有する磁場発生装置１と、軟磁性板２の他の表面(図１（ｂ）の上側表面)側に配置され、軟磁性板２の他の表面の接線方向に検出指向性を有する磁気センサ３と、を有している。磁場発生装置１で発生された磁場は軟磁性板２の他の表面側で実質的に均一化された磁場領域を形成し、磁気センサ３は実質的に均一化された磁場領域内に配置される構成を備えている。ここで、単一の軟磁性板２と磁場発生装置１とは、単一の磁場発生機構ユニットを形成している。
図示された軟磁性板２は他の表面上の中央線近傍に磁気センサ３を配置して異物の発生する磁場を検出する。この実施例では、磁気センサ３設置部の反対側の軟磁性板２面(一表面)上に磁場発生装置１が接触して配置されている。この例では、磁場発生装置１は、他の表面側に設置された磁気センサ３配置軸とほぼ一致した軸を有している。磁場発生装置１の形状は、一体構造（図１）、あるいは、間隔をあけて複数の磁場発生装置１を配置（図２）してもよい。図２では、単一の軟磁性板２上の一表面側に、磁気センサ軸方向に間隔を置いて３つの磁場発生装置１が配置されている。
以下では、単一又は複数の磁場発生装置１と軟磁性板２の組み合わせによって構成される磁場発生機構を説明の都合上、磁場発生機構ユニットと呼ぶものとし、複数の磁場発生機構ユニットを含む磁場発生機構を磁場発生組立体と呼ぶものとする。また、本明細書では磁場発生機構又は磁場発生構造の用語は磁場発生機構ユニット及び磁場発生組立体を含む一般的な概念として使用する。

【0030】

図１、図２の磁場発生機構が発生する磁場の磁場ベクトル図を図３から図６に示す。具体的に説明すると、図３及び図４はそれぞれ図１に示された磁場発生機構ユニットで生成された磁場ベクトルを側面及び正面方向から見た図である。図５及図６はそれぞれ図２に示された磁場発生機構ユニットで生成された磁場ベクトルを側面及び正面方向から見た図である。
いずれの場合も、軟磁性板２から略垂直方向に磁力線が発生していることがわかる。特に、磁場発生装置１を配置した軟磁性板２の他の表面上の磁力線は垂直方向に延びており、この磁場領域に図１及び図２に示した磁気センサ３を配置すれば、被検査物に渦電流の生じない異物検査装置を構成できる。
図７には、図１に示された構造体を２体、即ち、磁場発生機構ユニット２つを一対にした本発明の実施例に係る磁場発生機構が示されている。図７では、磁気センサ３の設置部を互いに対向させて配置させた構造の磁場発生機構が示されている。ここでは、対向した各々の磁気センサ３設置面の磁極は互いに異極であることから、図１０に示されるように磁力線は上面から下面に向かってベクトル成分を有する。しかも、磁気センサ３設置面側において、磁場発生装置１が接触設置している部分から弱く広がる方向ベクトル成分を有し、且つ法線方向に強くて均一性の良い磁場分布となる。この弱く広がる磁場ベクトル分布は、上記磁気センサ３のバイアス磁場制御に有効な磁場構造である。この領域内で磁気センサ３を軟磁性板２の表面接線方向に移動させることでバイアス点の最適点を設定することができる。図７の構造は、広い均一磁場領域を実現して、且つ、センサバイアス点の制御も可能な磁場分布をも実現する構造である。

【0031】

しかしながら、図７の構造では、２つの主構造(即ち、磁場発生機構ユニット)の間の空間に発生する磁場の強度を強くすることができない。磁場発生装置１から発生した磁力線は、磁場均一化の効果を有する軟磁性板２で均一に広げられてから対向面に放出される。このため、軟磁性板２の面積を広くして磁場領域を広げようとすると、対向面の面積におおよそ反比例して弱まった磁場強度になる。

【0032】

これを防ぐために、磁場発生装置１を軟磁性板２全面に広く配置すると、磁場強度は増加するものの、バイアス磁場調整用の弱く広がった磁場構造が消失してしまう。これは、図３に示すように、小型の磁場発生装置１を軟磁性板２全面に複数個配置した場合も同じである。更に、上記のように単純に、磁場発生装置１を大面積化したり個数を増やしたりした場合、特に強力な磁石等を磁場発生装置１に用いる場合などにおいては、磁石を脱着したり配置変更したりする際に磁石間に非常に大きな磁力が発生するため、構造体が変形したり、作業者に危険が生じたりする。本発明の好ましい実施例では、大型軟磁性板２を磁場均一化構造に用いた場合に、バイアス磁場調整が可能で、且つ、強い磁場を発生させ、更に、構造変更が容易な磁場発生機構を提供するものである。

【0033】

図８に本発明の好ましい実施例に係る磁場発生構造を示す。２つの磁場発生機構ユニットを有する主構造は図７と同じものであるが、磁場強度を増加させるために配置する付加的な磁場発生装置１は軟磁性板２から所定の距離を離して配置している。具体的には、図８に示された磁場発生構造、即ち、機構は、軟磁性板２の中央部に、当該軟磁性板２に接するように設けた磁場発生装置１を備えた磁場発生機構ユニットを互いに対向させた構成を備えている。各磁場発生機構ユニットは、中央部に配置された磁場発生装置１の両側に配置された２つの他の磁場発生装置(即ち、付加的磁場発生装置)１を備えている。２つの付加的磁場発生装置１は軟磁性板１の一表面側に、当該一表面に対して所定の間隔を置いて配置されると共に、磁場発生装置１を挟んで当該磁場発生装置１に対して対称となるように配置されている。更に、２つの付加的磁場発生装置１は前記軟磁性板１の一表面から所定の間隔を置いて配置されている。
即ち、これら付加的磁場発生装置１は軟磁性板２に接触していないものの、その効果は軟磁性板２に接触したものと同様であり、ここから発生した磁力線は軟磁性板２に吸い込まれ均一化されてから検査領域である対向空間に放出される。このため、この付加的な磁場発生装置１の大きさや個数に応じて検査領域の磁場を強くすることができる。

【0034】

図７及び図８に構造を示した磁場発生機構が発生する磁力線ベクトルを図９～図１２に示す。図９及び図１０は図７の構造に係る磁場発生構造の側面方向及び正面方向の磁場ベクトルの分布をそれぞれ示している。また、図１１は図８の構造に係る磁場発生構造の側面方向の磁場ベクトルの分布を示している。
図７に示す磁場発生機構の構造では、開口部の中心で１００［Ｏｅ］程度の磁場(図９参照)であったものが、図８の構造にすることで約３倍の３００［Ｏｅ］程度の磁場(図１１参照)まで増加させ得ることが分かる。

【0035】

図８に示す磁場発生機構の構造において、軟磁性板２に接触した主構造の磁場発生装置１と付加的磁場発生装置１は軟磁性板２側に磁極の同極を配置する。この場合、軟磁性板２と付加的磁場発生装置１との間の磁力は、２０ｍｍ程度の距離をあけることで、互いに弱く反発し合うようになるため、付加的磁場発生手段１を脱着することが容易になる。

【0036】

また、この距離の効果で、図７で形成された磁気センサ３設置ラインの前後にバイアス点制御が可能な接線方向の弱い磁場分布が図８の構造でも消えずに残る。この効果は以下のように説明できる。磁気センサの設置ラインの裏側には軟磁性板２に接した磁場発生装置１が有り、一方で、これ以外の部位の磁場発生手段１は軟磁性板２に接しないで所定の距離をあけて設置されている。このことは、磁気センサ設置部近傍に周りより強い起磁力があることに相当するため、ここから生じる磁力線には図７より効果が弱まるものであるが類似の構造を有する。すなわち、センサ設置面側において接触配置された磁場発生手段１の設置部から弱く広がる方向ベクトル成分を有した軟磁性板２から略法線方向に主成分が向いた磁場ベクトルを有した磁場分布になるものである。

【0037】

図８では、均一磁場効果を有する一枚の軟磁性板２に対して３群の磁場発生装置１を配置して１組として、これを２組対向させたものであるが、この際に使う図１３にように各群の磁場発生装置１は、一体型の大きな磁石を用いても良いし、各群の磁場発生装置１は、図１４のように分割された小型の磁場発生装置１(ここでは、３つの小型の磁場発生装置１)を組み合わせて構成しても良い。
また、一枚の軟磁性板２に対して配置する磁場発生装置１は、３群に限られるものではなく、図１５、図１６のように５群またはそれ以上にすることも可能であり、磁場発生装置１群を密に配置すれば、より強力な均一磁場の形成が可能にもなり、軟磁性板２を広くして磁場発生装置１群を疎に配置すればより広い検査領域で均一磁場が形成できる。

【0038】

なお、各シミュレーションの条件は以下の通りである。磁場発生装置１としての磁石寸法は、短辺１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、軟磁性板２の寸法は短辺４５０ｍｍ、長辺７００ｍｍ、図６の磁石長は２００ｍｍで、５０ｍｍ間隔で３個配置する。図１０、図１２の軟磁性板２の上下間隔は２１５ｍｍ、図１１の磁石間の間隔は５０ｍｍ、上下のずれは２５ｍｍである。この条件での各部の磁場強度は、図４の軟磁性板２直上で６５［Ｇ］、２００ｍｍ離間すると２７［Ｇ］であり、図６の軟磁性板２直上で６０［Ｇ］、２００ｍｍ離間すると２４［Ｇ］である。図１０の軟磁性板２直上で１７０［Ｇ］、軟磁性板２の上下間隔２１５ｍｍの中央である１０７ｍｍでは１３０［Ｇ］であり、図１２の軟磁性板直上で２９０［Ｇ］、軟磁性板２上下の中央である１０７ｍｍでは２８０［Ｇ］である。

【0039】

本発明の構造である図８、図１５において、磁場発生装置１を大型の一体構造にする場合と小型のものを複数使い一群の磁場発生装置１とする場合のいずれでも可能であることを図１３、図１４に示した。ここで、図１４のように小型複数の磁場発生手段１を使用する場合には、装置の組上げや磁場発生装置１の脱着の際に部材の個数分の手間がかかる。磁場発生装置１に強力磁石を使用した場合には、磁石の吸引力や反発力を考慮して個々の磁石を組上げなければいけないため設計、作製の手間が非常に大きくなる。

【0040】

この問題を解決するために、図１７に示すような磁場発生装置１群に対して固定板４を活用することが有効である。この固定板４は鉄鋼等の軟磁性体で構成されることが望ましく、この場合、磁場発生装置１は自身の磁力でこの軟磁性固定板４に吸着する。この吸着効果を利用することで個々の磁場発生装置１を所定の設置位置に固定することが容易になるとともに、固定用の構造を別に設計する必要が無くなる。図１８には、磁場発生装置１群の各磁場発生装置１に対して個々に固定板４を使用した場合が示されている。当該実施例では、図８の磁場発生装置１群の３つの磁場発生装置１に対してそれぞれ固定板４が吸着されている。図の構造においては、磁気センサ３の設置方向に平行に配置されている磁場発生装置１群の組に対して軟磁性固定板４を設置している。この構造において、磁場均一効果を目的とする軟磁性体２と固定板４に固定された磁石１群が直接に接触していないものは、この間には強力な吸引力が生じない。このため、この磁石１群ユニットを一体として装置から脱着することが可能となり装置の組付け、ユニット取り外しの作業性が大きく改善する。

【0041】

図２０には、本発明の他の実施例に係る磁場発生組立体が示されており、図の上下に、磁場発生機構ユニットが設けられている。各磁場発生機構ユニットは、磁場発生装置１、軟磁性板２、及び磁気センサ３を含み、各磁場発生装置１には、軟磁性固定板４が設けられ、各磁場発生装置の左右両側には端部板５が設けられている。更に、両側の端部板５は連結部材６によって連結されている。この実施例は、端部板５が付加された構造を有しており、この構造は一磁場発生装置１の磁場強度を大きくするのに有効である。この端部板５は前に示した固定板４（図１９）構造と併せて使うことが有効である。この原理としては、上下の磁場発生機構の間に形成された異物の検査領域を通過した均一磁場の磁力線の戻り側の磁路を閉磁路構造にして磁気効率を向上させたことにある（図２１）。即ち、図示された磁場発生機構組立体は外周に軟磁性体よりなる閉磁路を有し、閉磁路の内側の領域を検査領域を規定している。原理的には端部板５の材質は鉄鋼材等の軟磁性体であることが望ましい。戻り側の磁力線の経路は、磁場発生機構⇒軟磁性固定板４⇒端部板５⇒対向側の軟磁性固定板４⇒対向側の磁場発生機構となる。この端部板５には縦方向あるいは横方向のスリットを導入して軽量化したり、上下分離可能な構造にして被検査物の通過する領域の高さを可変にしたりすることもできる（図２２）。このようにスリットを設けた端部板５がある場合にも磁力線が閉磁路構造になっている模式図を図２３に示す。

【0042】

図２４、図２５に図２２に示すスリット入り軟磁性端部板５を有して閉磁路構造を構成した本発明の磁場発生機構におけるセンサバイアス点の調整原理を示す。先に述べたように、センサ設置ライン直近に配置した磁場発生機構以外の磁場発生機構群は、軟磁性磁場均一化板(即ち、軟磁性板２)から離れた配置になっていることに起因して、軟磁性磁場均一化板(軟磁性板２)の接線方向に検出指向性を有している薄膜磁気センサ３の動作点を決める目的で行われるバイアス磁場調整を、図２４の矢印方向に磁気センサ３ の位置をスライドさせることで調整できる。これは、磁場発生機構の固定板４と端部板５を有した構造でも有効である。図２５に磁気センサ３をスライドさせた位置（横軸）に対するセンサの磁場検出方向のバイアス磁場強度（縦軸）の関係を示す。本実施例では、一般的な薄膜磁気インピーダンスセンサのバイアス点である７［Ｏｅ］に調整するために、磁気センサ３は中央位置から約１２ｍｍずらすことでバイアス調整が可能であれことが本図から分かる。この場合、磁気センサ３の特性に応じてバイアス点を適宜調整することが可能であり、この磁場発生機構の場合には、０～２０［Ｏｅ］程度の範囲であればセンサ設置位置を調整することでバイアス点調整が可能である。

【0043】

磁気センサ３の使い方によっては，センサ特性の対称性からバイアス点を－７［Ｏｅ］に調整して使うこともあるため、この場合にはセンサ設置位置を図２５の横軸７２ｍｍとすることも可能である。磁気センサを配置する際に、＋７［Ｏｅ］の位置（横軸４８ｍｍのセンサ設置位置１）と－７［Ｏｅ］（横軸７２ｍｍのセンサ設置位置２）の位置を交互に配置することで磁気センサ３間の距離を離すことで電磁的な干渉を抑えたり、これらセンサを差動化することで外乱ノイズの影響を低減化したり差動センサの不感領域を無くすることができる。

【0044】

図２６及び図２７は、磁場均一化機能を有する軟磁性板２のサイズを拡張する本発明の他の実施例に係る磁場発生構造であり、ここでは、磁場発生組立体を示している。本発明の均一磁場発生組立体では、異物検査を行う検査領域を包含する大きさの軟磁性均一化板(即ち、軟磁性板２)を設置している。この実施例に係る磁場発生組立体は、図の上下に間隔を置いて配置された軟磁性板２に対して、５群の磁場発生装置１を図１３と同様に配置している。更に、図示された磁場発生装置の上下の軟磁性板２の両側には、軟磁性の拡張板７が連結されている。また、図２６には示されていないが、各磁場発生装置１は固定板４上に固定されており、当該固定板４は連結部材６に接続されている。更に、固定板４及び連結部材６は端子板５(図２７参照)に連結されている。
これに所定の配置方法で、磁場発生装置１の反対側に磁気センサ３を設置することによって異物検査装置を構成することができる。本発明の配置方法は、磁気センサ３を設置するラインの裏面側に軟磁性板２に接触させた状態で磁場発生手段１を設置し、これ以外の磁場発生手段１は、磁場均一化用軟磁性板２から任意の距離をおいて配置した構造である。この構造では、磁気センサ(即ち、センサアレイ)３の設置位置が均一磁場領域の中央にあり、この均一磁場領域内部に被検査物があるときに渦電流の影響が発生しない状態で異物検査ができる。ここで製造工程が変更されて被検査物のサイズが大きくなった場合には、均一磁場領域の容積をこれに合わせて拡大しなければならない。

【0045】

本発明の磁場発生機構即ち構造では、この容積拡張が容易に可能である。図２６に示すように、軟磁性均一化板(軟磁性板２)を拡張可能である。即ち、接触している磁場発生装置１と、当該磁場発生装置１の両側に、磁場発生手段１と軟磁性均一化板(軟磁性板２)が離れている複数の磁場発生機構ユニットを上下に２組設けた磁場発生組立体が構成できる。この構成によれば、磁力による応力がかからず、軟磁性均一化板(即ち、軟磁性板２)が磁力で変形することが無い。更に、磁場発生手段１の取り付け数を追加して、軟磁性均一化板(軟磁性板２)の拡張(軟磁性板７)に伴う磁場の低下を補う際にも、磁場発生手段１と拡張した軟磁性均一化板(軟磁性板７)が離れていることから、固定板上に配置した一体の磁場発生機構群という一組になったユニットで随時追加取り付けが可能であるため拡張が容易である。

【0046】

逆に、拡張した均一磁場領域を縮小する場合も、上記で付加した磁場発生手段１群と軟磁性均一化板(軟磁性板２)の拡張部分７を取り外せばよいために、容易にサイズ変更が可能なメリットがある。

【0047】

以下、本発明の実施例について説明する。

【0048】

本発明の具体的実施例に係る磁場発生機構、即ち、均一磁場発生構造について説明する。磁石は、ネオジム磁石で寸法１００×１００×ｔ２０ｍｍであり板の厚さ方向の上下面にＮ極・Ｓ極を持つ磁石６枚を図１７類似の磁石枚数を増やした構造とした磁場発生機構ユニット群を１組として利用した。固定板４には厚さ１０ｍｍの軟鋼板（Ｓ４５Ｃ）を用いて上記磁石を固定板４の中央部に２０ｍｍ間隔で吸着させて磁場発生装置１群として、これを下側３組、上側３組で図２０に示された均一磁場発生組立体を構成した。

【0049】

磁場を均一化させる軟磁性板２（Ｓ４５Ｃ）は幅７４０ｍｍ×奥行き４５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍとした。図１８の軟磁性板２から離れた両側の磁場発生装置１群は、軟磁性板２からの距離を２５ｍｍとした。磁場発生装置１群間の磁石間隔は４５ｍｍであった。

【0050】

この構造を均一磁場発生構造(磁場発生機構ユニット)の磁極が逆になるようにして２ユニット作製して磁場均一化の軟磁性板２が対向するように配置した。上下ユニットの軟磁性板２の間隔は２２５ｍｍとした。装置にはスリットの入った端部板５を設置して閉磁路を形成させた。この端部板５を用いた３連磁石構造の均一磁場発生装置が作り出す磁場分布を実施例として示す。

【0051】

磁場はホールセンサ式ガウスメータで測定した。ホールセンサの測定方向を鉛直方向（Z方向）に向け、装置開口面の中央をＸ＝０、右側を＋、左側を－方向とする。ホールセンサのＸ、Ｚ座標を固定した状態で端部板５に平行な方向をＹ方向として、ホールセンサをＹ方向に一定速度で走査して装置内の磁場分布を測定した。この走査方向は、実際の被測定物が装置内を通過する方向に一致する。

【0052】

以下の実施例ではセンサが移動するＹ方向を送り方向と呼ぶ。本実施例の測定は、磁場分布の均一性を実証するものである。測定は、Ｘ方向で、－３００ｍｍ、－２００ｍｍ、－１００ｍｍ、０、＋１００ｍｍ、＋２００ｍｍ、＋３００ｍｍ。Ｚ方向では下側の均一化軟磁性板２の表面をＺ＝０として、Ｚが＋３８ｍｍ、＋６５．５ｍｍ、＋９３ｍｍ、＋１２０ｍｍ、＋１４８ｍｍ、＋１７４ｍｍとした。

【0053】

図３０（ａ）～（ｄ）に測定した磁場分布の結果を示す。図３０（ａ）は条件Ｘ＝０、図３０（ｂ）は条件Ｘ＝１００、図３０（ｃ）はＸ＝２００、図３０（ｄ）はＸ＝３００である。装置構造の対称性から、Ｘが－の側はこれら＋側と対称な結果になる。これら実測図から開口面中央のＸ＝０から２００ｍｍの範囲でＺ位置にも均一な磁場分布が得られていることが分かる。均一軟磁性板２のＸ方向幅が７４０ｍｍ、送り方向長さ（Ｙ）が４５０ｍｍであることを考慮すると、均一板上面領域でＺ方向に均一度が高い磁場分布が形成されていることが分かる。均一磁場領域は、磁場発生装置１群の組の数、その幅、そして磁場均一化軟磁性板２の面積を対象に合わせて設計することで必要な容積の均一磁場領域を作り出すことができるため、本発明は設計自由度の高い均一磁場発生機構を得ることができる。

【0054】

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更や修正が可能である。すなわち、当業者であればなし得るであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0055】

１ 磁場発生装置
２ 軟磁性板
３ 磁気センサ
４ 固定板
５ 端部板
６ 連結部材
７ 拡張板

【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】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】