JP5861551B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Description

この発明は、紙幣等の紙葉状媒体上に形成された微小磁性パターンを検出する磁気センサ装置に関する。

特開２００８−１４５３７９号公報（特許文献１参照）には、永久磁石による検出用磁界が同時に付与する強磁性体薄膜磁気抵抗素子の感磁方向のバイアス磁界強度が飽和磁界以下の磁束量となるように永久磁石の位置を調整して配置した磁気センサが開示されている。

特開２００８−１４５３７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁気センサでは、強磁性体薄膜磁気抵抗素子の感磁方向のバイアス磁界強度が飽和磁界以下の磁束量となるような永久磁石の具体的配置方法が開示されていない。また、強磁性体薄膜磁気抵抗素子は、感磁方向の磁界強度の変化が大きい領域に配置されており、最適なバイアス磁界が得られる範囲は狭く、調整が困難である問題点があった。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、磁気抵抗効果素子の感磁方向の磁場分布の勾配が小さく、磁気抵抗効果素子の設置可能領域が大きい磁気センサ装置を得る。

本発明に係る磁気センサ装置は、被検知物が搬送される搬送路と、
この搬送路の前記被検知物の搬送方向の一方の面に、前記被検知物から離間して前記被検知物の搬送方向に異なる磁極が交互に配置された磁石と、
この磁石の一方の磁極における前記被検知物の搬送方向に直交する側面に接合された第１のヨークと、
前記磁石の他方の磁極における前記被検知物の搬送方向に直交する側面に接合された第２のヨークと、
前記搬送路の前記被検知物の搬送方向の他方の面に、前記磁石に対向し、前記被検知物から離間して設けられた磁性体板と、
この磁性体板と前記被検知物との間に、前記被検知物から離間して設けられた磁気抵抗効果素子とを備え、
この磁気抵抗効果素子は、前記磁石と前記第１のヨークとの接合面よりも前記磁石の外側へ配置され、
前記磁性体板は、前記磁気抵抗効果素子が配置された方向の端部が、前記第１のヨークの外側へ延在しているものである。

本発明に依れば、磁性体キャリアを磁石とヨークとで構成される磁場発生手段から外側に延在したので、被検知物の搬送方向の磁場分布の変化を小さくし、磁気抵抗素子の設置可能領域が大きくなり、磁気抵抗効果素子の設置位置の自由度が増す効果がある。

本発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体の挿排出方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態１に関する磁気回路を構成する部品の配置を示す図である。 図３の構成における磁力線の分布を示している図である。 磁気抵抗効果素子への印加磁束密度と磁気抵抗効果素子の抵抗値の関係を示す図である。 図３の配置の場合のＢｘの分布を示す図である。 本発明の実施の形態２に関する磁気回路を構成する部品の配置を示す図である。 図７の配置の場合の磁力線分布図である。 図７の配置の場合のＢｘの分布を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。図２は、本発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体の挿排出方向から見た断面図である。図１及び図２において、筐体１は内部に中空部２を有し、筐体１の一方の側面（側壁）に読取り幅（被検出体の搬送方向と直交する方向）に亘って第１のスリット部３を備え、他方の側面（側壁）に第１のスリット部３に平行に第２のスリット部４を備え、中空部２を介して第１のスリット部３と第２のスリット部４とが接続されており、例えば、被検出体である磁性パターンを含んだ紙幣５は第１のスリット部３から挿入され、中空部２を搬送経路として搬送され、第２のスリット部４から排出される。

中空部２における搬送方向の一方の面に搬送方向の両側面に磁界均一性を向上するための一対のヨーク７（７ａ、７ｂ）が配置された搬送方向に沿ってＳ極Ｎ極を有する磁石６が筐体１に紙幣５から離間して設置され、対向する他方の面に磁性体キャリア８が筐体１に紙幣５から離間して設置されている。磁性体キャリア８は、搬送方向に沿ってヨーク７ａ、７ｂより外側へ延在している。

磁性体キャリア８の搬送路側表面に、紙幣５から離間して、非磁性体のキャリア１５とガラスエポキシ等の樹脂で形成された基板９が設けられ、この非磁性体キャリア１５に磁気抵抗効果素子１０が実装されている。この磁気抵抗効果素子１０はシリコンやガラス等の基板表面に抵抗体を備え、この抵抗体に流れる電流の方向に直交する磁界の変化に対応して抵抗値が変化する特性を有している。尚、磁性体キャリア８は鉄などの軟磁性体である。

本発明の実施の形態１の動作について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１に関する磁気回路を構成する部品の配置を示す図であり、図１において動作の説明に必要な構成要素のみを抜き出したものであり、他は省略している。磁気抵抗効果素子１０は、磁性体キャリア８から非磁性体のキャリア１５の厚み分だけ離れており、この厚さは例えば０．４ｍｍ程度である。

図４は、図３の構成における磁力線の分布を示している。ヨーク７ａ、７ｂから密集して磁性体キャリア８に磁力線が分布している。破線６は磁性体キャリア８から０．４ｍｍ離れた位置を示しており、磁気抵抗効果素子１０はこの破線３０上においてヨーク７ａと磁石６との接合部よりも磁石６の外側の位置に設置される。

磁気抵抗効果素子１０は、破線３０上においてヨーク７ａと磁石６との接合部よりも磁石６の外側の位置に配置され、磁石６、ヨーク７ａ、７ｂ、磁性体キャリア８で形成される磁場中に置かれている。ここに、紙幣５などの被検知物に塗布された磁性体材料を含むインクがこの磁場を通過すると、磁場分布が変化し、磁気抵抗素子に印加されている磁場が変化するため、これを抵抗の変化として電気的に検知することができる。

図５は、磁気抵抗効果素子１０への印加磁束密度と磁気抵抗効果素子１０の抵抗値の関係を示す図である。図５において、磁気抵抗効果素子１０は、磁束密度０の状態から磁束密度を大きく、あるいは小さくすると抵抗値が変化し、ある値以上あるいは以下の磁束密度に達すると抵抗値はほぼ一定に落ち着く。この状態を飽和と呼ぶ。磁気抵抗効果素子が飽和の状態に達する磁束密度の大きさに対し、この磁気抵抗効果素子を使用して測定しようとする磁束密度の変化が小さい場合は、例えば図５の一点鎖線４０で示す大きさの直流の磁束密度を与えておけば、測定しようとする磁束密度の変化による抵抗の変化が大きくなり、大きな電気信号を得ることが可能となる。この一点鎖線４０で示した磁束密度をバイアス磁場と呼ぶ。

図４で示される磁場分布からも分かるように、磁力線２０は磁性体キャリア８に対しては垂直に入射するため、磁性体キャリア８から僅かに離れた場所にある磁気抵抗効果素子１０では、磁束密度のｘ軸方向成分（以下ではＢｘと書く。）はごく小さくなる。磁気抵抗効果素子１０に必要なＢｘのバイアス磁場は小さいので、磁性体キャリア８から０．４ｍｍ程度の場所に磁気抵抗効果素子１０を設置することで適切なＢｘのバイアス磁場が得られる。磁気抵抗効果素子１０に与えるべきバイアス磁場は絶対値で例えば２±０．５ｍＴ程度が適切である。

図６は、図４における破線３０上のＢｘの分布を示す図であり、図３において、Ａ＝１０ｍｍ、Ｐ＝２．３ｍｍ、Ｂ＝１９ｍｍ、Ｑ＝１ｍｍ、Ｃ＝３．２ｍｍ、Ｇ＝４．９ｍｍとしたときのＢｘの分布である。図６において、横軸は磁性体キャリア８の左端をｘ＝０とした距離、５０はＢｘ分布を示す曲線、５１は−２±０．５ｍＴを示す範囲、５２は磁気抵抗効果素子１０を設置可能な領域を示している。

図６において、Ｂｘ分布の曲線において、Ｂｘ＝−２ｍＴになる箇所付近では、Ｂｘの勾配が小さく、磁気抵抗効果素子１０の設置可能範囲は０．５ｍｍくらいの大きさとなる。

このように、磁性体キャリア８のｘ方向の長さをヨーク７（７ａ）から外側に延在することにより、Ｂｘの勾配が小さくなり、磁気抵抗効果素子１０の設置位置の自由度が増す効果がある。
なお、Ｎ極、Ｓ極の並びは図１、図３と逆になっても良い。

実施の形態２．
次に実施の形態２を、図７用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２に関する磁気回路を構成する部品の配置を示す図であり、図７の構成部品は、本実施の形態１の場合と同じであるが、磁性体キャリア８の幅が実施の形態１の時より小さくなっており、ヨーク７ａ側はヨーク７ａから外側に延在しているが、ヨーク７ｂ側はヨーク７ｂよりも磁石６側に短くなっており、磁性体キャリア３の左右の中心６０と、磁石６の左右の中心６１が一致しない状態で配置されている。

このような場合の磁力線の分布を図８に示す。鉄板から０．４ｍｍ離れた位置（破線６２で示す。）のＢｘ分布は図９のようになる。図９は、図７において、Ｃ＝３．２ｍｍ、Ｄ＝２．８ｍｍとしたときのＢｘの分布である。図９において、横軸は磁性体キャリア８の左端をｘ＝０とした距離、５０はＢｘ分布を示す曲線、５１は−２±０．５ｍＴを示す範囲、５２は磁気抵抗効果素子１０を設置可能な領域を示している。

図９から、本発明の実施の形態２においても磁束密度の勾配を小さくできることが分かる。その結果、Ｂｘの勾配が小さくなり、磁気抵抗効果素子１０の設置位置の自由度が増す効果がある。
さらに、使用する鉄板などの磁性体キャリア８を小さくできるので、小型化や低コスト化に寄与する。

１ 筐体
２ 中空部
３ 第１のスリット部
４ 第２のスリット部
５ 被検知物（紙幣）
６ 磁石
７、７ａ、７ｂ ヨーク
８ 磁性体キャリア
９ 基板
１０ 異方性磁気抵抗効果素子
１１ 金属ワイヤ（電気接続手段）
１２ 処理回路
１３ 電気シールド板
１４ ケーブル
１５ 非磁性体キャリア
２０ 磁力線
３０ 破線
４０ 一点鎖線
５０ Ｂｘ分布を示す曲線
５１ −２±０．５ｍＴを示す範囲
５２ 磁気抵抗素子を設置可能な領域
６０ 鉄板の中心
６１ 永久磁石の中心
６２ 破線

Claims (1)

1. 被検知物が搬送される搬送路と、
   この搬送路の前記被検知物の搬送方向の一方の面に、前記被検知物から離間して前記被検知物の搬送方向に異なる磁極が交互に配置された磁石と、
   この磁石の一方の磁極における前記被検知物の搬送方向に直交する側面に接合された第１のヨークと、
   前記磁石の他方の磁極における前記被検知物の搬送方向に直交する側面に接合された第２のヨークと、
   前記搬送路の前記被検知物の搬送方向の他方の面に、前記磁石に対向し、前記被検知物から離間して設けられた磁性体板と、
   この磁性体板と前記被検知物との間に、前記被検知物から離間して設けられた磁気抵抗効果素子とを備え、
   この磁気抵抗効果素子は、前記磁石と前記第１のヨークとの接合面よりも前記磁石の外側へ配置され、
   前記磁性体板は、前記磁気抵抗効果素子が配置された方向の端部が、前記第１のヨークの外側へ延在している磁気センサ装置。

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