JP2006266862A - 磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁性粉付着媒体や磁性膜付着媒体を検出する場合に、微細な磁性層パターンの検出を可能として高分解能を実現し、かつ、製造容易として低コスト化を図る。
【解決手段】 少なくとも一対のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２と、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２にバイアス磁界を加える磁界発生手段としての永久磁石１０とを備える。また、一対のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２は、検出対象である磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に対し略垂直に配置されている。また、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２に対し、前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に略垂直なバイアス磁界が与えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁性粉等からなる磁性層パターン（磁性粉又は磁性膜によるパターン）が付着した媒体の検出に関し、特に、磁気インクを用いた紙幣やカード、その他磁気インクで印刷された磁性層のパターンの読取りに好適な、磁気抵抗効果素子を用いた磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置に関する。

磁気インクで磁性層パターンを形成した検出媒体を検出する従来例の装置としては、図４（Ａ）に示されるように、永久磁石２０の磁極面に対向する位置（図４（Ａ）では磁極面の上側の位置）に、一対の強度検知型磁気抵抗効果素子２１Ａ，２１Ｂを検出媒体１の移動方向に対して平行に配置した装置が知られている。検出媒体１は例えば紙、プラスチックのフイルムやカード等に磁気インク等で磁性層パターン２を形成した磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体である。

図４（Ｂ）のように、一対の強度検知型磁気抵抗効果素子２１Ａ，２１Ｂは、直列に接続されており、この直列接続の一方の側は直流定圧電源Ｖccに、他方の側はグランドラインに、それぞれ接続されている。そして、一対の磁気抵抗効果素子２１Ａ，２１Ｂ同士の直列接続部２５から検出出力信号Ｖoutを取り出す構成である。

この従来例の装置は検出媒体１の移動方向に沿って設置される。永久磁石２０のバイアス磁界は、検出媒体１が磁気抵抗効果素子２１Ａの上側を通過するときは磁気抵抗効果素子２１Ａを集中して通過するため磁気抵抗効果素子２１Ａの抵抗値が大きく変化し、検出媒体１が磁気抵抗効果素子２１Ｂの上側を通過するときは磁気抵抗効果素子２１Ｂを集中して通過するため磁気抵抗効果素子２１Ｂの抵抗値が大きく変化する。したがって、一対の磁気抵抗効果素子２１Ａ，２１Ｂの直列接続部２５から、検出媒体１の通過に伴う検出出力信号Ｖoutが得られる。

しかし、図４の従来例の構成の場合、検出媒体１が一方の強度検知型磁気抵抗効果素子の上を通過する際に、他方の強度検知型磁気抵抗効果素子に印加されている磁界に変動を生じる（クロストークを生じる）という問題がある。

そこで、下記特許文献１では、クロストークを生じる問題を解決するために、図４の従来例の装置において、永久磁石の磁極面に、一対の強度検知型磁気抵抗効果素子の中間部分に対向した凹部を設けるとともに、永久磁石の磁極面と対向するヨークを設けて前記一対の強度検知型磁気抵抗効果素子を挟み込むようにしたものを開示している。

特開平６−１１１２５１号公報

このようにすることで、一対の強度検知型磁気抵抗効果素子の間には磁気障壁が作り出され、各バイアス磁界が完全に分離されて独立した磁気回路となるため、クロストークを生じることを防止することができる。

図５の説明図において、その従来例の欄に、図４や特許文献１で用いる強度検知型磁気抵抗効果素子の磁気特性曲線及び動作範囲の例、感磁方向等について記載した。強度検知型磁気抵抗効果素子の場合、感磁面に対して垂直方向の磁界強度変化を検出する。

図６（Ａ）は検出媒体１の磁性層パターンであり、配列間隔が広い場合、やや狭い場合、極めて狭い場合の３通りを示し、同図（Ｂ）は図４や特許文献１の装置のように強度検知型磁気抵抗効果素子を用いたときの図６（Ａ）の磁性層パターンに対応した出力波形｛図４（Ｂ）の検出出力信号Ｖoutの波形｝を示す。

図４の従来例装置や特許文献１の装置では、一対の強度検知型磁気抵抗効果素子が検出媒体の移動方向に平行に配置されているため、図４（Ａ）の素子間ピッチＰに比べて検出媒体１の磁性層パターン間隔が充分大きければ（図６（Ａ）の広い磁性層パターンの場合）、正常な出力波形（図６（Ｂ）の左側の波形）が得られるが、素子間ピッチＰに比べて検出媒体１の磁性層パターンがやや狭くなったり、極めて狭くなると（図６（Ａ）のやや狭い磁性層パターンや極めて狭い磁性層パターンの場合）、図６（Ｂ）の中央の波形又は右側の波形のように波形が乱れるか若しくは極めて狭い磁性層パターンを１つの磁性層パターンと誤認した波形となってしまう。

図６で説明したように、図４の従来例や特許文献１の場合、一対の磁気抵抗効果素子２１Ａ，２１Ｂを検出媒体の移動方向に対して平行に配置しているため、微細な磁性層パターンの検出が不可能、つまり分解能が低いという問題があった。また、クロストークを生じることを防止するために、特許文献１に示されるような構成とする場合、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を印加する永久磁石に凹部を設けるための加工が必要で工程が煩雑となり、また、対向ヨークを設けるなど追加部品を必要とするため高コストになるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑み、微細な磁性層パターンの検出が可能な高分解能で、かつ、製造容易で低コストの、磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本発明に係る磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置は、少なくとも一対の方向検知型磁気抵抗効果素子と、該方向検知型磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を加える磁界発生手段と、を備える構成において、
前記一対の方向検知型磁気抵抗効果素子は、検出対象である磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に対し略垂直に配置されていることを特徴としている。

前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置において、前記磁界発生手段は、前記一対の方向検知型磁気抵抗効果素子に対し、前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に略垂直なバイアス磁界を加えるものであるとよい。

前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置において、前記磁界発生手段は、永久磁石と該永久磁石の磁極面に配置されたヨークとで構成されており、前記一対の方向検知型磁気抵抗効果素子は、前記ヨークへの対向位置に配置されているとよい。

前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置において、前記バイアス磁界により前記方向検知型磁気抵抗効果素子は非飽和領域で動作する構成であるとよい。

前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置において、前記方向検知型磁気抵抗効果素子はスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であり、対をなしたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の一方のピン層磁化方向と他方のピン層磁化方向とは、互いに逆向きでかつ前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に略平行であるとよい。

本発明に係る磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置によれば、一対の方向検知型磁気抵抗効果素子は、検出対象である磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に対し略垂直に配置されているため、磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の微細な磁性層パターンの検出が可能であり、またクロストーク対策で永久磁石の磁極面に凹溝を形成したり、対向ヨーク等の追加部品を必要しないため、構造の簡素化、コスト低減が可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置の実施の形態を図面に従って説明する。

図１（Ａ）,（Ｂ）は本発明の実施の形態１を示す。図１（Ａ）に示すように、磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置は磁界発生手段としての永久磁石１０と一対の方向検知型磁気抵抗効果素子としての一対のスピンバルブ型磁気抵抗効果素子（以下、ＳＶ−ＧＭＲ素子）Ｒ１，Ｒ２とを備えている。ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は、永久磁石１０の磁極面（図では上面のＮ極面）に対向する位置（図１では磁極面の上側の位置）に、検出対象である検出媒体（磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体）１の移動方向（図１では水平方向）に対して略垂直（図１では奥行き方向）に並んで配置されている。一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２のピン層磁化方向は、検出媒体１の移動方向に対して略平行でかつ互いに逆向き（図１では水平方向右向き及び左向き）である。また、永久磁石１０は検出媒体１の移動方向に略垂直にＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２を磁気バイアスするものであり、つまりＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２の感磁面に対して略垂直な一定のバイアス磁界を印加している。

図５の説明図において、その本発明の欄に、本実施の形態で用いるＳＶ−ＧＭＲ素子の磁気特性曲線及び動作範囲の例、感磁方向等について記載した。本実施の形態では、検出媒体１に形成された磁性粉付着等による磁性層パターン２の有無に起因する微弱な磁界変化を高感度で検出するために、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２へのバイアス磁界は図５の磁気特性曲線及び動作範囲から明らかなようにＳＶ−ＧＭＲ素子の非飽和領域で動作する強さに設定する。また、検出媒体１の移動方向に対してＳＶ−ＧＭＲ素子のピン層磁化方向が略平行であり、検出媒体１の移動に伴う磁界の変化方向はピン層磁化方向に対して略平行となるように設定している。ＳＶ−ＧＭＲ素子は外部磁界の向きとピン層磁化方向とが一致するときに低抵抗となり、外部磁界の向きとピン層磁化方向とが反対向きのときに高抵抗となる。

図１（Ｂ）のように、一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は、直列に接続されており、この直列接続の一方の側は直流定圧電源Ｖccに、他方の側はグランドラインに、それぞれ接続されている。そして、一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２同士の直列接続部５から検出出力信号Ｖoutを取り出す構成である。

検出媒体１は、紙、プラスチックのフイルムやカード等に磁気インク等で磁性粉を付着させて磁性層パターン２を形成した磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体（例えば紙幣やカード）である。前記永久磁石１０及び一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は、この検出媒体１の移動経路に沿って配置され、検出媒体１は図示しない移動手段によりＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２に近接対向した状態で図１（Ａ）の矢印方向（水平方向右向き）に走行可能となっている。

この磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置の動作を図６を参照して説明する。

図６（Ａ）は検出媒体１の磁性層パターンであり、配列間隔が広い場合、やや狭い場合、極めて狭い場合の３通りを示し、同図（Ｃ）は本実施の形態のようにＳＶ−ＧＭＲ素子を用いたときの図６（Ａ）の磁性層パターンに対応した出力波形（図１（Ｂ）の検出出力信号Ｖoutの波形）を示す。例えば配列間隔が広い磁性層パターンの場合で説明すると、図１（Ａ）の１本の磁性層パターン２がＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２の真上の手前側（左側）に近接すると、永久磁石１０によるバイアス磁界は磁性層パターン２の影響で左上向きとなり、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１のピン層磁化方向に一致する磁界成分が発生し、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１は低抵抗、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ２は高抵抗となり、図１（Ｂ）の検出出力信号Ｖoutには図６（Ｃ）の出力波形において、前側の正のピーク電圧が得られる。そして、図１（Ａ）の１本の磁性層パターン２がＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２の真上を通過して右側に位置すると、永久磁石１０によるバイアス磁界は磁性層パターン２の影響で右上向きとなり、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ２のピン層磁化方向に一致する磁界成分が発生し、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１は高抵抗、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ２は低抵抗となり、図１（Ｂ）の検出出力信号Ｖoutには図６（Ｃ）の出力波形において後側の負のピーク電圧が得られる。

このとき、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２へのバイアス磁界は図５の本発明の欄における磁気特性曲線及び動作範囲から明らかなようにＳＶ−ＧＭＲ素子の急峻な非飽和領域で動作する強さに設定されているため、前記正、負のピーク電圧は十分大きく、高感度の検出ができる。図５に強度検知型磁気抵抗効果素子を用いた従来例の感度比率とＳＶ−ＧＭＲ素子を用いた本発明（本実施の形態）の感度比率を対比しており、本発明の感度比率を１．００としたとき、従来例の感度比率は０．２〜０．４程度であり、本発明の方が高感度検出が可能なことが示される。

一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は、検出対象である検出媒体１の移動方向に対し略垂直に配置されているため、動作原理上、図６（Ａ）の磁性層パターンの配列間隔による影響は受けずに極めて狭い間隔の磁性層パターンの検出も高精度で可能となる。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は、検出対象である磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体１の移動方向に対し略垂直に配置されているため、従来不可能であった検出媒体１の微細な磁性層パターン２の検出が可能である。

(2) 一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は、検出対象である磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体１の移動方向に対し略垂直に配置されているため、クロストーク対策で永久磁石の磁極面に凹溝を形成したり、対向ヨーク等の追加部品を必要しないため、構造の簡素化、コスト低減が可能である。

(3) 永久磁石１０によるバイアス磁界は、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２を急峻な特性の非飽和領域で動作させるように設定されており、つまり外部磁界変化に対する抵抗変化が大きい動作領域を利用するため、高感度検出が可能である。

(4) 一方のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１のピン層磁化方向と他方のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ２のピン層磁化方向とは、互いに平行かつ逆向きであり、これらのＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２を図１（Ｂ）のように直列接続して接続点より検出出力信号Ｖoutを取り出すことにより、十分な大きさの検出出力値が得られる。

図２は本発明の実施の形態２を示す。この場合、磁界発生手段は永久磁石１０とその磁極面（図２ではＮ極）に配置されたヨーク１１（軟磁性体）とで構成されている。そして、一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は、ヨーク１１への対向位置（磁極面にも対向する位置）に並べて配置されている。なお、その他の構成は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施の形態２では、永久磁石１０の磁極面にヨーク１１を配置することによ、永久磁石１０の磁極面の小さな磁束の乱れがヨーク１１の表面には現れないため、ＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２に対面するヨーク１１の対向面での磁束を一様にすることができ、検出媒体１の移動方向に略垂直（ＳＶ−ＧＭＲ素子の感磁面に略垂直）な一様なバイアス磁界を発生して、いっそう信頼性の高い高精度の磁性層パターン検出が可能である。その他の作用効果は前述した実施の形態１と同様である。

図３は本発明の実施の形態３を示す。この場合、一対のＳＶ−ＧＭＲ素子Ｒ１，Ｒ２は検出対象である検出媒体１の移動方向に対し略垂直で、かつ永久磁石１０の磁極面及びヨーク１１の対向面（図３では上面）に垂直な方向に重ねた配置となっている。なお、その他の構成及び検出動作は前述した実施の形態２と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

なお、上記各実施の形態では検出媒体である磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体が移動するものとして説明したが、磁界発生手段及び一対のＳＶ−ＧＭＲ素子が磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体に対して移動してもよい。つまり、磁界発生手段及び一対のＳＶ−ＧＭＲ素子に対して磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体が相対的に移動すればよい。

また、各実施の形態において、複数対のＳＶ−ＧＭＲ素子を用いてもよい。

検出対象となる媒体は紙葉状磁性媒体等、様々ある。磁性粉付着媒体としては、例えば、紙幣、プラスチックフイルム、カード等の磁性粉を含有する磁気インクによる印刷等で磁性層パターンを媒体に形成したものが使用可能であり、その他に、磁性膜付着媒体として、全面に磁性金属箔や磁性金属膜を有する媒体をエッチング等で加工して磁性層パターンを媒体表面に形成したものも使用可能である。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明に係る磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置の実施の形態１であって、（Ａ）は構成を示す斜視図、（Ｂ）は一対のＳＶ−ＧＭＲ素子の電気結線を示す回路図である。 本発明の実施の形態２を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３を示す斜視図である。 磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置の従来例であって、（Ａ）は構成を示す斜視図、（Ｂ）は一対の強度検知型磁気抵抗効果素子の電気結線を示す回路図である。 本発明と従来例の磁気感度比較の説明図である。 本発明の従来例の出力波形比較であり、（Ａ）は間隔の異なる磁性層パターンの平面図、（Ｂ）は各磁性層パターンに対応する従来例の出力波形図、（Ｃ）は各磁性層パターンに対応する本発明の出力波形図である。

符号の説明

１ 検出媒体
２ 磁性層パターン
１０ 永久磁石
１１ ヨーク
Ｒ１，Ｒ２ ＳＶ−ＧＭＲ素子

Claims (5)

1. 少なくとも一対の方向検知型磁気抵抗効果素子と、該方向検知型磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を加える磁界発生手段と、を備える磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置において、
   前記一対の方向検知型磁気抵抗効果素子は、検出対象である磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に対し略垂直に配置されていることを特徴とする磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置。
2. 前記磁界発生手段は、前記一対の方向検知型磁気抵抗効果素子に対し、前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に略垂直なバイアス磁界を加える請求項１記載の磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置。
3. 前記磁界発生手段は、永久磁石と該永久磁石の磁極面に配置されたヨークとで構成されており、前記一対の方向検知型磁気抵抗効果素子は、前記ヨークへの対向位置に配置されている請求項１又は２記載の磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置。
4. 前記バイアス磁界により前記方向検知型磁気抵抗効果素子は非飽和領域で動作する請求項１，２又は３記載の磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置。
5. 前記方向検知型磁気抵抗効果素子はスピンバルブ型磁気抵抗効果素子であり、対をなしたスピンバルブ型磁気抵抗効果素子の一方のピン層磁化方向と他方のピン層磁化方向とは、互いに逆向きでかつ前記磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体の相対移動方向に略平行である請求項１，２，３又は４記載の磁性粉付着媒体又は磁性膜付着媒体検出装置。

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