JP4111934B2 - 金属検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査体に交流磁界を与えて、その磁界の変化から異物である金属が被検査体に混入しているかどうかを検査する金属検出装置に関する。被検査体、例えば食品に所定の周波数の磁界を与え、食品に混入されている金属による磁界の変化を検出することによって、磁性体及び非磁性体の金属の有無を判断する金属検出装置においては、検出対象とする金属、食品の包装材、食品そのもの等の磁界に対する応答特性を考慮して、適切な複数の周波数の磁界を食品に与える必要がある。このような金属検出装置において、本発明は、特に、複数の周波数成分を有する磁界を同時にかつ効率的に生成し、強いては金属の検出感度の増大を図る技術に係る。

このような交流磁界を用いて検出しようとする金属には、主に磁性体と非磁性体とに分けられ、前者と後者とでは、周波数に対する磁気の検出感度（以下、「周波数感度特性」という。）が異なることが知られている。また、被検査体としての食品の包装には、紙、樹脂さらにはアルミニュウム等の金属があり、これら包装材の材質についても、周波数感度特性がある。また、食品そのものにも、例えば、塩分、水分等が含まれているのでそれらによる周波数感度特性がある。金属検出装置としては、食品に混入した金属だけを、磁性体或いは非磁性体のそれぞれの周波数感度特性に応じた適切な感度で、かつ、食品及び包装材の周波数感度特性とは識別できる感度で検出する必要がある（文献１を参照）。

従来の金属検出装置には、複数の適切な周波数の交流磁界を与えるため、時分割で交互に交流磁界を生成しているものがあった。例えば、磁性体を検出するための周波数Ｆ１による磁界と非磁性体を検出するための周波数Ｆ２による磁界を時分割で時間Ｔ毎に交互に送信コイル（いわばアンテナコイル）を通して、食品に与え、食品を介して受信コイルで受領した信号を周波数Ｆ１と周波数Ｆ２に分波して、周波数Ｆ１成分及び周波数Ｆ２成分のそれぞれを処理して、磁性体、非磁性体の混入の有無をそれぞれ個別に判断していた（例えば、特許文献１を参照。）。

この場合は、それぞれ周波数別に独立して磁界を駆動して処理するので、周波数の選択、設定はしやすいが、磁界発生が交互に行う分、検査に時間がかかること、さらに送信コイル等を駆動するタイミングを交互に切り替えた場合、応答時間があって磁界が安定するまでの時間がかかることから、ベルトコンベア等で移動している食品を検査するには、効率があがらない欠点があった。

一方、上記、交互に周波数を切り替える金属検出装置の欠点を無くすため、異なる２つの周波数で同時に磁界を形成して金属を検知する装置もあった（例えば、特許文献２を参照）。

この場合は、特許文献１の切り替え時間に起因した問題はなくなる。しかし、同一の送信コイルに２つの周波数、例えば、数十ｋＨｚ付近の周波数と数百ｋＨｚ付近の周波数の信号を入力するので広い帯域の送信コイル駆動回路を構成する必要があり、同調回路を構成していない。そのため、いわゆる同調回路のＱ（＝保存エネルギー／消費エネルギー＝ｗＬ／Ｒ＝中心周波数／帯域、ｗＬは送信コイルによるリアクタンス、Ｒは、同調回路の抵抗成分）が低く、駆動効率が悪く、結果として検出感度が低かった。感度が低いと言うことは、金属検出装置がいわば「食品の品質」の一部を検査するものであり、安全と言う意味からして致命的な問題となりかねず、本格的な実用化が困難であった。

久保寺 茂、他７名著、「スーパーメポリＩＩ金属検出機」、アンリツテクニカル、アンリツ株式会社、１９９９年７月発行、Ｎｏ．７８、６９頁〜７５頁 特開昭６３−４１５０２号公報（特許請求の範囲、第３欄２３行目〜４２行目、第６欄１０行目〜４４行目、第３図、第７図） 実開平４−１１１８７号公報（実用新案登録請求の範囲、第４欄２６行目〜第６欄２７行目、第５図）

上記の特許文献２の問題は、１つの送信コイルを周波数差の大きい２つの周波数で駆動することから、同調（共振）できないことであった。コンデンサを周波数毎にスイッチ等で切り替えれば周波数毎に同調できるが、そうすると特許文献１と同じ問題に陥る。

本発明の目的は、スイッチ等で切り替えることなく、周波数の異なる複数の周波数成分に応答して１つの送信コイルで同調する構成とすることによって、同時にそれぞれの周波数に同調した交流磁界を発生させて、食品等に混入した金属を効率よく検査できる金属検出装置の提供である。

上記目的を達成するために、本発明では、磁界発生手段を構成する、ある一群の構成要素が、第１の周波数Ｆ１において送信コイルＬ１とコンデンサＣ１とが共振するように結合させるように、またある他の一群の構成要素（ここには、ある一群の構成要素の一部を含むことがある。）が、第２の周波数Ｆ２において送信コイルＬ１とコンデンサＣ２とが共振するように結合させるように構成されている。また、それらの各要素は、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２が少なくとも同じ周波数で干渉しないよう実効的に分離するように作用する構成とされている。

ここで、用語の一部を定義する。「機能部」なる名称は、上記のように、例えば、周波数に応答して（必ずしも周波数に応答する必要はない。）、ある構成要素が、複数の機能、作用をすることがあるため、機能的作用的に独立させた表現である。例えば、第１の周波数Ｆ１で同調するように結合作用した要素が、第２の周波数Ｆ２では分離するように作用し、同様に、第２の周波数Ｆ２で同調するよう結合作用した要素が、第１の周波数Ｆ１では分離するように作用する構成となることがある。したがって、「機能部」なる表現は、発明の構成を機能的作用的に独立させた表現であって、それぞれの「機能部」が、独立した素子、或いは独立した回路で構成されなければならないとする解釈をしてはならない。

「電気的な接続」には配線や電気部品で結線される場合も磁気的に接続される場合も含まれ、物理的に常時、接続されていることを意味する。「結合」は、特定機能を達成するために共働する（させる）ことを表す。例えば、各要素が周波数に応答して、その周波数で固有の機能作用を発揮して（結合して）同調という機能に寄与することを意味する。したがって、電気的接続関係だけを示すものと解してはならない。「実効的な分離」は、双方とも電気的に接続されているが、機能作用的に互いに干渉しないようにすることを意味する。「結合」も「実効的な結合」と言うこともできる。

上記目的を達成するため、具体的に請求項１に記載の発明は、送信コイルＬ１により第１の周波数及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数を含む磁界を、移動する被検査体に向けて発生する磁界発生手段と、前記被検査体が移動するときの前記磁界の変動を検出する受信コイルとを備え、前記受信コイルが検出した磁界の変動を基に前記被検査体に含まれる金属を検出する金属検出装置において、前記磁界発生手段は、前記送信コイル、第１のコンデンサＣ１及び第２のコンデンサＣ２を有し、さらに、前記送信コイルと第１のコンデンサと第２のコンデンサとに電気的に接続され、前記第１の周波数及び第２の周波数を受けて、前記送信コイルと第１のコンデンサとを含み第１の周波数に同調する第１の同調機能部を構成し、かつ前記送信コイルと第２のコンデンサとを含み第２の周波数に同調する第２の同調機能部を構成する結合部を備えた。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記結合部は、前記第１のコンデンサと前記第２の同調機能部とを実効的に分離し、かつ前記第２のコンデンサと前記第１の同調機能部とを実効的に分離する分離機能部を構成するようにした。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記結合部は、前記第１の周波数に応答して前記送信コイルと前記第１のコンデンサとを結合させることによって、前記第１の同調機能部を構成し、第２の周波数に応答して前記送信コイルと第２のコンデンサとを結合させることによって、前記第２の同調機能部を構成するようにした。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は３に記載の発明において、前記結合部は、前記第１の周波数及び第２の周波数に応答して、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとを、少なくともそれぞれが同調する周波数領域において互いに干渉しないように分離する分離機能部を構成するようにした。

請求項５に記載の発明は、送信コイルによって第１の周波数及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数を含む磁界を、移動する被検査体に向けて発生する磁界発生手段と、前記被検査体が移動するとき前記磁界の変動を検出する受信コイルとを備え、前記受信コイルが検出した磁界の変動を基に前記被検査体に含まれる金属を検出する金属検出装置において、前記磁界発生手段は、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ及び送信コイルと、該第１のコンデンサの一端に前記第１の周波数の信号を出力する第１の信号発生手段と、前記第２のコンデンサの一端に第２の周波数の信号を出力する第２の信号発生手段と、第１のコイルを含み前記第１のコンデンサの他端と該第１のコイルと前記送信コイルが直列になるように結合させる第１の結合部と、第２のコイルを含み第２のコンデンサの他端と該第２のコイルと前記送信コイルとが直列になるよう結合させ、かつ前記第１結合部とは送信コイルに対して並列になるよう接続された第２の結合部とを備え、
前記第１のコンデンサ、前記第１のコイル及び送信コイルは、前記第１の周波数に同調する第１の同調機能部を構成し、前記第２のコンデンサ、前記第２のコイル及び前記送信コイルは前記第２の周波数に同調する第２の同調機能部を構成する。

請求項６に記載の発明は、送信コイルＬ１によって第１の周波数及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数を含む磁界を、移動する被検査体に向けて発生する磁界発生手段と、前記被検査体が移動するとき前記磁界の変動を検出する受信コイルとを備え、前記受信コイルが検出した磁界の変動を基に前記被検査体に含まれる金属を検出する金属検出装置において、前記磁界発生手段は、前記送信コイル、第１のコンデンサＣ１及び第２のコンデンサＣ２を有し、さらに、前記送信コイルは第１のコンデンサと第２のコンデンサとに電気的に接続され、前記第１の周波数領域において、前記送信コイルと第１のコンデンサとを含んで同調する第１の同調機能部を構成し、前記第２の周波数領域において、前記送信コイルと第２のコンデンサとを含んで同調する第２の同調機能部を構成し、前記第１の周波数領域において第２の同調機能部が前記第１の同調機能部へ与える影響をうち消すとともに、前記第２の周波数領域において第１の同調機能部が前記第２の同調機能部へ与える影響をうち消す分離機能部とを構成する結合部（２ａ）を備えた。

請求項１〜５に記載の発明によれば、周波数の異なる複数の周波数成分に応答して、送信コイルを共有して複数周波数に同調する構成とし、また請求項６の発明によれば、２つの同調機能部がそれぞれ相手方に与える影響を阻止してそれぞれ同調できる構成としたので、同時にそれぞれの周波数に同調した交流磁界を効率よく発生させことができる。また、それによって金属混入の検出感度を良くすることができ、強いては、食品等に混入した金属を効率よく検査できる効果がある。

本発明の形態を図１〜図７を用いて説明する。図１は、本発明に係る金属検出装置の技術思想を示す機能ブロック図、図２（ａ）及び（ｂ）〜図６（ａ）及び（ｂ）は、図１における結合部２ａ含む磁界発生手段２についての第１の実施例〜第４の実施例の各構成図及び構成要素の機能・作用を示す図である。図７は、各材質による磁気的な周波数感度特性の傾向を示す図である。

図１において、信号発生手段１は、少なくとも異なる複数の周波数Ｆ１成分及びＦ２成分(Ｆ１＜Ｆ２とする。)を含む信号を出力する。信号発生手段１は、周波数Ｆ１を発生する信号源と周波数Ｆ２を発生する信号源とを有し、それらの信号源を重畳して出力する構成でもよいし、当初からそれら周波数Ｆ１成分及び周波数Ｆ２成分の双方を有するものであってもよい。後記する実施例では、双方使い分けている例を示す。

周波数Ｆ１又はＦ２の具体的な周波数の値は、図７に示す各材質による周波数感度特性、つまり、被検査体３としての食品、それに混入される金属（検出しようとする磁性体、非磁性体）、食品の包装材等の周波数感度特性を考慮して、食品及び包装材と区別して金属だけを識別して検出できる周波数に設定される。一般には、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲にある周波数が設定される。そして低い方の周波数（周波数Ｆ１）が磁性体検出用、高い方の周波数（周波数Ｆ２）が非磁性体検出用として使用される。

磁界発生手段２は、結合部２ａ、送信コイルＬ１、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２を含んで構成される。送信コイルＬ１、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２は、同調回路を構成する要素であって、結合部２ａに電気的に接続されている。結合部２ａは、送信コイルＬ１とコンデンサＣ１を周波数Ｆ１で同調（共振）するよう結合させ（結合された機能的構成を「Ｆ１同調機能部２ａａ」と言う。）、送信コイルＬ１とコンデンサＣ２を周波数Ｆ２で同調（共振）するよう結合させる（結合された機能的構成を「Ｆ２同調機能部２ａｂ」と言う。）。

それらのＦ１同調機能部２ａａ及びＦ２同調機能部２ａｂは、送信コイルＬ１を同調素子の一部として共用して、かつ同調周波数が異なる。そのため、結合部２ａは、周波数Ｆ１の同調素子の一部をなすコンデンサＣ１の機能が周波数Ｆ２同調機能に寄与しないように、又、周波数Ｆ２の同調素子の一部をなすコンデンサＣ２の機能が周波数Ｆ１同調機能に寄与しないように、周波数Ｆ１及びＦ２を含む領域で、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２を、周波数的に機能及び作用を実効的に分離させる（分離させる機能的構成を「分離機能部２ａｃ」と言う。）。

このようにして、結合部２ａは、機能・作用として、Ｆ１同調機能部２ａａ、Ｆ２同調機能部２ａｂ及び分離機能部２ａｃを構成するが、それらを構成する要素は、主に、トランス、コイル及び／又はコンデンサ等からなる。これらの各要素間、これらの各要素と送信コイルＬ１、コンデンサＣ１及びＣ２との間は、直接的に又は間接的に電気的に接続されている（電気的な接続には磁気的な接続を含む）。これらの各要素の値及び特性は、上記各同調機能部２ａａ，２ａｂ及び分離機能部２ａｃをどのような回路で構成し、それらに用いられる各要素を、周波数Ｆ１及びＦ２の領域で、上記各同調機能及び分離機能をどのように機能負担させるかで決定される。その具体的例については、実施例１、２、３及び４で説明する。

受信コイル４の動作から混入した金属の有無の判断までの処理は、原則として特許文献２と同じなので、ここでは簡単に説明する。

受信コイル４は、磁界発生手段２がベルトコンベア（不図示）で移動する被検査体１（混入する金属を含む。）に向けて発生する周波数Ｆ１及びＦ２の交流磁界の被検査体１による変化を検出する。受信コイル４は、磁界の変化を周波数Ｆ１成分或いは周波数Ｆ２成分の振幅（位相）の変化として検出する。受信コイル４は、互いに位相が反転するように接続された２つのコイルを有し、磁界の変化を示す信号は、その二つのコイルの出力をバランスさせる抵抗Ｒのタップから取り出されてアンプ５で増幅される。

分波器６は、周波数Ｆ１成分と周波数２成分の各信号に分岐する。これ以降の処理を周波数Ｆ１成分の処理と周波数Ｆ２成分の処理を独立したルートで処理するためである。つまり、磁性体の金属検出処理と非磁性体の金属検出処理を独立して行うためである。

検出手段７ａ、フィルタ８ａ及び判定手段９ａは、周波数Ｆ１成分を検出するものであって、検出手段７ａが、移相手段１１から周波数Ｆ１成分に同期した同期信号を受けて、周波数Ｆ１成分を抽出し、それをフィルタ８ａで積分して、判定手段９ａでその積分した値と予め記憶していた磁性体についての基準値とを比較し、積分した値が基準値を超えれば異物である磁性体の金属が混入していると判定し、以下であれば異物である金属が非混入であると判定する。

検出手段７ｂ、フィルタ８ｂ及び判定手段９ｂは、周波数Ｆ２成分を検出するものであって、検出手段７ｂが、移相手段１１から周波数Ｆ２成分に同期した同期信号を受けて、周波数Ｆ２成分を抽出し、それをフィルタ８ｂで積分して、判定手段９ｂでその積分した値と予め記憶していた非磁性体についての基準値とを比較し、積分した値が基準値を超えれば異物である非磁性体の金属が混入していると判定し、以下であれば異物である金属が非混入であると判定する。

処理手段１０は、判定手段９ａ及び９ｂの判定結果を表示手段等に出力するための処理を行う。

［実施例１］
図２（ａ）は、本実施形態の磁界発生手段２の実施例としての電気的構成を示す図である。図２（ｂ）は、各構成要素の主な機能・作用を示している。図２（ｂ）における同調素子及び同調機能に寄与する結合素子が同調機能部の主たる要素となり、分離素子が、分離機能部の主たる要素となるものである（以下、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）も同じ）。

図２（ａ）で信号発生手段１は、周波数Ｆ１成分とＦ２成分を含む信号（Ｆ１＜Ｆ２）をトランスＴ１の巻線Ｔ１ｃ、Ｔ１ｂを通して、磁界発生手段２へ入力している。図２（ａ）の点線部分が結合部２ａを示している。図２（ａ）で、コイルＬ２は及びコンデンサＣ３は、周波数Ｆ２に並列共振し、コイルＬ３及びコンデンサＣ４は周波数Ｆ１に並列共振する値に設定されている。

したがって、周波数Ｆ１領域においては、送信コイルＬ１がトランスＴ１の巻線Ｔ１ａ及びＴ１ｂ、コイルＬ２（周波数Ｆ１で低インピーダンスとなる。）を介してコンデンサＣ１と結合して同調（共振）する。周波数Ｆ２領域においては、送信コイルＬ１がトランスＴ１の巻線Ｔ１ａ及びＴ１ｂ、コンデンサＣ４（周波数Ｆ２で低インピーダンスとなる。）を介してコンデンサＣ２と結合して同調（共振）する。

つまり、送信コイルＬ１、トランスＴ１の巻線Ｔ１ａ及びＴ１ｂ、コイルＬ２及びコンデンサＣ１が、Ｆ１同調機能部２ａａを構成し、送信コイルＬ１、トランスＴ１の巻線Ｔ１ａ及びＴ１ｂ、コンデンサＣ４及びコンデンサＣ２が、Ｆ２同調機能部２ａｂを構成する。また、コイルＬ２及びコンデンサＣ３は周波数Ｆ２で並列共振することによって周波数Ｆ２領域でコンデンサＣ１をコンデンサＣ２或いはＦ２同調機能部２ａａから実効的に分離し、同様にコイルＬ３及びコンデンサＣ４は周波数Ｆ１領域でコンデンサＣ２をコンデンサＣ１或いはＦ１同調機能部２ａｂから実効的に分離する分離機能部２ａｃを構成する。一方で、コイルＬ２、コンデンサＣ４はそれぞれ、周波数Ｆ１，周波数Ｆ２で低インピーダンスとなりパス素子として、Ｆ１同調機能部２ａａ、Ｆ２同調機能部２ａｂの結合に寄与する。

［実施例２］
図３（ａ）は、磁界発生手段２の他の実施例としての電気的構成を示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）における信号発生手段１ａが出力する周波数Ｆ１成分の信号が、信号発生手段１ｂが出力する周波数Ｆ２成分の信号より周波数が低い場合（Ｆ１＜Ｆ２）における、各構成要素の主な機能・作用を示し、図３（ｃ）は、図３（ａ）における信号発生手段１ａが出力する周波数Ｆ１成分の信号が信号発生手段１ｂが出力する周波数Ｆ２成分の信号より周波数が高い場合（Ｆ１＞Ｆ２）における、各構成要素の主な機能・作用を示している。図３（ａ）において、信号発生手段１ａ、１ｂは、それぞれ周波数Ｆ１成分の信号、周波数Ｆ２成分の信号をトランスＴ２、Ｔ３を介して磁界発生手段２に入力している。

図３（ａ）及び（ｂ）を基に、図３（ａ）における周波数Ｆ１成分の信号が周波数Ｆ２成分の信号より周波数が低い場合（Ｆ１＜Ｆ２）について説明する。各構成要素の主な機能・作用を示す。図３（ａ）において、周波数Ｆ１領域においては、送信コイルＬ１が、コイルＬ４とコンデンサＣ５の直列共振回路（周波数Ｆ１に共振）、コイルＬ７とコンデンサＣ８の直列共振（周波数Ｆ１に共振）、及びトランスＴ２を介してコンデンサＣ１と結合して周波数Ｆ１で同調（共振）してＦ１同調機能部２ａａを構成する。周波数Ｆ２領域においては、送信コイルＬ１が、コンデンサＣ６、Ｃ７（いずれも周波数Ｆ２で低インピーダンス）及びトランスＴ３を介してコンデンサＣ２と結合して周波数Ｆ１に同調（共振）してＦ２同調機能部２ａｂを構成する。

図３（ａ）及び（ｂ）で、周波数Ｆ１で、コイルＬ６とコンデンサＣ７が並列共振して周波数Ｆ１がコンデンサＣ２へ入るのをブロックし、コイルＬ５とコンデンサＣ６が周波数Ｆ１に並列共振して、周波数Ｆ２のコンデンサＣ１側への流入を防ぎ、周波数Ｆ２で、コイルＬ４が高インピーダンス、コイルＬ７が高インピーダンスとなって、周波数Ｆ２がコンデンサＣ１へ入るのをブロックして分離機能部２ａｃを構成する。

図３（ａ）における周波数Ｆ１が周波数Ｆ２より高い（Ｆ１＞Ｆ２）場合は、図３（ｃ）に示すように同調素子は、図（ｂ）と同じであるが、同調機能部に寄与する結合素子、分離機能部を構成する分離素子が異なってくる。詳細な説明は省略する。なお、トランスＴ２及びＴ３は必ずしも必要なものではなく、それらの一次と二次を直結した形式であっても良い。実施する周波数、使用する素子等を考慮して回路を構成することが望ましい。

［実施例３］
図４（ａ）は、磁界発生手段２の他の実施例としての電気的構成を示す図である。図４（ｂ）は、各構成要素の主な機能・作用を示している。図４で信号発生手段１ａ、１ｂは、それぞれ周波数Ｆ１成分の信号と周波数Ｆ２成分の信号（この例ではＦ１＜Ｆ２）とをコンデンサＣ１及びトランスＴ２、コンデンサＣ２及びトランスＴ３を介して磁界発生手段２に入力している。ただし、コンデンサＣ１から信号発生手段１ａ側をみたインピーダンス、及びコンデンサＣ２から信号発生手段１ｂ側をみたインピーダンスは、少なくとも、それぞれの周波数においては低い値であるものとする。

図４で、周波数Ｆ１領域においては、送信コイルＬ１がコイルＬ８及びトランスＴ４を介してコンデンサＣ１と結合して同調（この場合は、Ｌ１＋Ｌ８とＣ１とで共振する。）してＦ１同調機能部２ａａを構成し、コイルＬ１からコンデンサＣ２側をみた高インピーダンスがコンデンサＣ２を分離する分離機能部２ａｃを構成する。周波数Ｆ２領域においては、送信コイルＬ１が、コイルＬ９及びトランスＴ５を介してコンデンサＣ２と結合して同調（この場合は、Ｌ１＋Ｌ９とＣ２で共振する。）してＦ２同調機能部２ａｂを構成し、コイルＬ１からコンデンサＣ１側をみた高インピーダンスがコンデンサＣ１を分離する分離機能部２ａｃを構成する。つまり、図４（ａ）における分離機能部２ａｃは、Ｆ１同調機能部２ａａとＦ２同調機能部２ａｂを送信コイルＬ１からみて並列に結合していることによって構成されている。なお、トランスＴ４及びＴ５は必ずしも必要なものではなく、それらの一次と二次を直結した形式であっても良い。実施する周波数、使用する素子等を考慮して回路を構成することが望ましい。

図６（ａ）には、図４（ａ）の等価回路を示し、図６（ｂ）には、そのシュミレーション結果を示す。図６の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２及びＲＬは、それぞれ、コイルＬ８の等価抵抗分、コイル９の等価抵抗分及び送信コイルＬ１の等価抵抗分である。図６（ｂ）は、横軸が周波数、縦軸がレベルを表し、いずれも対数尺で示してある。コイルＬ８と送信コイルＬ１とで、周波数Ｆ１＝３０〜８０ｋＨｚのいずれかに同調し、コイルＬ９と送信コイルＬ１とで、周波数Ｆ２＝周波数Ｆ１の約４倍の値に同調するように設計され、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は、いずれも０．５オームとし、ＲＬは０．１オームとして計算している。電流Ｉ（Ｒ１１）、Ｉ（Ｒ１２）及びＩ（ＲＬ）は、いずれも抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲＬを流れる電流である。したがって、Ｉ（ＲＬ）が所望の磁界を発生させる電流である。

図６（ｂ）からすると、次のことが言える。１つは、周波数Ｆ１付近の同調カーブの急峻度と周波数Ｆ２付近の急峻度からしてほぼＱ（ほぼ５０〜６０）が同じである。２つ目は、これら２つの同調周波数における電流Ｉ（Ｒ１１）と電流Ｉ（Ｒ１２）との差がアイソレーションＡ、Ｂであるが、ほぼ十分に確保されている。つまり、各同調周波数におけるＱが同調機能部としての良さを示し、アイソレーションが分離機能部としての良さを示している。

なお、上記の周波数Ｆ１は、磁性体金属の検出に適し、周波数Ｆ２は、磁性体金属の検出に適している。

［実施例４］
図５（ａ）は、本実施形態の磁界発生手段２の他の実施例としての電気的構成を示す図である。図５（ｂ）は、各構成要素の主な機能・作用を示している。図５で信号発生手段１ａは、周波数Ｆ１を含む信号を生成し、トランスＴ６のそれぞれ別な巻線に接続されている送信コイルＬ１及びコンデンサＣ１とに供給している。送信コイルＬ１とコンデンサＣ１はトランスＴ６によって結合され、周波数Ｆ１に同調する（Ｆ１同調機能部２ａａ）。信号発生手段１ｂは、周波数Ｆ２の信号を生成し、トランスＴ７のそれぞれ別な巻線に接続されている送信コイルＬ１及びコンデンサＣ２とに供給している。送信コイルＬ１とコンデンサＣ２はトランスＴ７によって結合され、周波数Ｆ２に同調する（Ｆ２同調機能部２ａｂ）。

一方、送信コイルＬ１は、トランスＴ６の巻線Ｔ６ａとトランスＴ７の巻線Ｔ７ｂとに直列に接続されている。さらに、トランスＴ６の巻線Ｔ６ｂとコイルＬ１０とトランスＴ７の巻線Ｔ７ａは、巻線Ｔ７ａの出力線（又は巻線Ｔ６ａの出力線であってもよい。）を交差させたうえで直列に接続されている。コイルＬ１０のインダクター値は送信コイルＬ１の値とほぼ同じ値である。なお、図５（ａ）のトランスＴ６、Ｔ７の巻線に付されている●印は、極性を示す。

この図５（ａ）のような構成において、周波数Ｆ１に着目してみると、周波数Ｆ１の成分は、巻線Ｔ６ａ、巻線Ｔ６ｂ、巻線Ｔ７ｂ、巻線Ｔ７ａのいずれにも発生することになるが、その内、巻線Ｔ７ｂに発生した周波数Ｆ１成分は、巻線Ｔ７ａに発生した周波数Ｆ１成分によって巻線Ｔ７ｂに発生する逆向きの成分によってうち消される（成分が相殺される）。周波数Ｆ２成分についても同じように言える。つまり、周波数Ｆ２の成分は、巻線Ｔ７ａ、巻線Ｔ７ｂ、巻線Ｔ６ａ、巻線Ｔ６ｂのいずれにも発生することになるが、その内、巻線Ｔ６ａに発生した周波数Ｆ２成分は、巻線Ｔ６ｂに発生した周波数Ｆ２成分によって巻線Ｔ６ａに発生する逆向きの成分によってうち消される。コイルＬ１０は、送信コイルと同じような値のものを使用し、損失を合わせることによって、上記成分のうち消しをより完全にするためのものである。

したがって、トランスＴ６の巻線Ｔ６ｂとコイルＬ１０とトランスＴ７の巻線Ｔ７ａは、周波数Ｆ１の領域において、送信コイルＬ１からみたトランスＴ７側を無視できるので（Ｆ１同調機能にも寄与）、コンデンサＣ２を送信コイルＬ１とコンデンサＣ１の同調から分離させ、周波数Ｆ２の領域では、送信コイルＬ１からみたトランスＴ６側を無視できるので（Ｆ２同調機能にも寄与）、コンデンサＣ１を送信コイルＬ１とコンデンサＣ２の同調から分離させている（分離機能部２ａｃを構成）。

図５（ａ）では、トランスＴ７ａの出力線を交差させているが、その代わりにＴ６ｂ、Ｔ６ａ、Ｔ７ａのいずれか１つの巻線の出力線を交差させてもよい。また、巻線の出力線を交差指せる代わりに巻線方向を逆方向にしてもよい。いずれであっても、コンデンサＣ１がＦ２同調機能２ａａに寄与するのを阻止し、コンデンサＣ２がＦ１同調機能に寄与することを阻止する構成であればよい。また、図５（ａ）は、理解しやすいような回路で示してあるが、巻線を共通に利用したり、数々の変形例が考えられるが、送信コイルＬ１、巻線Ｔ６ａ（Ｆ１同調機能部２ａａ側）、巻線Ｔ７ｂ（Ｆ２同調機能部２ａｂ側）でなるループと、それと同一のループで、巻線Ｔ６ｂ（Ｆ１同調機能部２ａａ側）、巻線Ｔ７ａ（Ｆ２同調機能部２ａｂ側）でなるループを構成して、Ｆ１同調機能部２ａａ側によるＦ２同調機能部２ａｂ側への影響を打ち消し、Ｆ２同調機能部２ａａ側によるＦ１同調機能部２ａｂ側への影響を打ち消す技術は、本発明の範疇にある。

以上の実施例において、実施例１及び２は、特に周波数依存性の大きな素子を用いて構成しているが、実施例３及び実施例４は周波数依存性が少ない。特に、実施例４は、周波数Ｆ１，周波数Ｆ２に共用する送信コイルＬ１及びコイルＬ１０以外は、共振素子であるコンデンサＣ１，Ｃ２だけであるので、実施例４の結合部２ａは、周波数に応答しなくとも、各同調機能部２ａａ、２ａｂ及び分離機能部２ａｃを構成できる（したがって、当然に、周波数Ｆ１領域、周波数Ｆ２領域では、いずれの機能も作用している）。このようなことから、実施例４は、周波数的な設計、調整が少なく製造しやすい要素で構成されている。

本発明に係る実施形態の機能ブロック図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は、図１における結合部２ａ含む磁界発生手段２についての第１の実施例の構成図及び構成要素の機能・作用を示す図である。 図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図１における結合部２ａ含む磁界発生手段２についての第２の実施例の構成図及び構成要素の機能・作用を示す図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、図１における結合部２ａ含む磁界発生手段２についての第３の実施例の構成図及び構成要素の機能・作用を示す図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、図１における結合部２ａ含む磁界発生手段２についての第４の実施例の構成図及び構成要素の機能・作用を示す図である。 図６（ａ）は、図４（ａ）における等価回路、図６（ｂ）は、図６（ａ）における回路のシュミレーションデータを示す図である。 各材質による周波数感度特性の傾向を示す図である。

符号の説明

１ 信号発生手段
２ 磁界発生手段
２ａ 結合部
２ａａ Ｆ１同調機能部（第１の同調機能部）
２ａｂ Ｆ２同調機能部（第２の同調機能部）
２ａｃ 分離機能部
３ 被検査体
４ 受信コイル
５ アンプ
６ 分波器
７ａ、８ｂ 検出手段
８ａ、７ｂ フィルタ
９ａ、９ｂ 判定手段
１０ 処理手段
１１ 移相手段

Claims (6)

1. 送信コイル（Ｌ１）により第１の周波数及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数を含む磁界を、移動する被検査体に向けて発生する磁界発生手段（２）と、前記被検査体が移動するときの前記磁界の変動を検出する受信コイル（４）とを備え、前記受信コイルが検出した磁界の変動を基に前記被検査体に含まれる金属を検出する金属検出装置において、
   前記磁界発生手段は、
   前記送信コイル、第１のコンデンサ（Ｃ１）及び第２のコンデンサ（Ｃ２）を有し、
   さらに、前記送信コイルは第１のコンデンサと第２のコンデンサとに電気的に接続され、前記第１の周波数及び第２の周波数を受けて、前記送信コイルと第１のコンデンサとを含み第１の周波数に同調する第１の同調機能部（２ａａ）を構成し、かつ前記送信コイルと第２のコンデンサとを含み第２の周波数に同調する第２の同調機能部（２ａｂ）を構成する結合部（２ａ）を備えた金属検出装置。
2. 前記結合部は、前記第１のコンデンサと前記第２の同調機能部とを実効的に分離し、かつ前記第２のコンデンサと前記第１の同調機能部とを実効的に分離する分離機能部（２ａｃ）を構成することを特徴とする請求項１に記載の金属検出器装置。
3. 前記結合部は、前記第１の周波数に応答して前記送信コイルと前記第１のコンデンサとを結合させることによって、前記第１の同調機能部を構成し、第２の周波数に応答して前記送信コイルと第２のコンデンサとを結合させることによって、前記第２の同調機能部を構成することを特徴とする請求項１に記載の金属検出装置。
4. 前記結合部は、前記第１の周波数及び第２の周波数に応答して、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとを、少なくともそれぞれが同調する周波数領域において互いに干渉しないように分離する分離機能部（２ａｃ）を構成することを特徴とする請求項１又は３に記載の金属検出装置。
5. 送信コイル（Ｌ１）によって第１の周波数（Ｆ１）及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数（Ｆ２）を含む磁界を、移動する被検査体に向けて発生する磁界発生手段（２）と、前記被検査体が移動するとき前記磁界の変動を検出する受信コイル（４）とを備え、前記受信コイルが検出した磁界の変動を基に前記被検査体に含まれる金属を検出する金属検出装置において、
   前記磁界発生手段は
   第１のコンデンサ（Ｃ１）、第２のコンデンサ（Ｃ２）及び送信コイル（Ｌ１）と、
   該第１のコンデンサの一端に前記第１の周波数の信号を出力する第１の信号発生手段（１ａ）と、前記第２のコンデンサの一端に第２の周波数の信号を出力する第２の信号発生手段（１ｂ）と、第１のコイル（Ｌ８）を含み前記第１のコンデンサの他端と該第１のコイルと前記送信コイルが直列になるように結合させる第１の結合部と、第２のコイル（Ｌ９）を含み前記第２のコンデンサの他端と該第２のコイルと該送信コイルとが直列になるよう結合させ、かつ前記第１の結合部とは前記送信コイルに対して並列になるよう接続された第２の結合部とを備え、
   前記第１のコンデンサ、前記第１のコイル及び前記送信コイルは、前記第１の周波数に同調する第１の同調機能部（２ａａ）を構成し、前記第２のコンデンサ、前記第２のコイル及び前記送信コイルは前記第２の周波数に同調する第２の同調機能部（２ａｂ）を構成することを特徴とする金属検出装置。
6. 送信コイル（Ｌ１）によって第１の周波数及び前記第１の周波数と異なる第２の周波数を含む磁界を、移動する被検査体に向けて発生する磁界発生手段（２）と、前記被検査体が移動するとき前記磁界の変動を検出する受信コイル（４）とを備え、前記受信コイルが検出した磁界の変動を基に前記被検査体に含まれる金属を検出する金属検出装置において、
   前記磁界発生手段は、
   前記送信コイル、第１のコンデンサ（Ｃ１）及び第２のコンデンサ（Ｃ２）を有し、
   さらに、前記送信コイルは第１のコンデンサと第２のコンデンサとに電気的に接続され、前記第１の周波数領域において、前記送信コイルと第１のコンデンサとを含んで同調する第１の同調機能部（２ａａ）を構成し、前記第２の周波数領域において、前記送信コイルと第２のコンデンサとを含んで同調する第２の同調機能部（２ａｂ）を構成し、前記第１の周波数領域において第２の同調機能部が前記第１の同調機能部へ与える影響をうち消すとともに、前記第２の周波数領域において第１の同調機能部が前記第２の同調機能部へ与える影響をうち消す分離機能部（２ａｃ）とを構成する結合部（２ａ）を備えたことを特徴とする金属検出装置。
   
   

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