JP2014010118A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性の金属材および非磁性の金属材のいずれであっても確実に検出することのできる磁気センサ装置を提供すること。
【解決手段】磁気センサ装置１では、第１センサ部１０および第２センサ部２０において、第１磁界印加部１１および第２磁界印加部２１が紙幣２等の検査対象試料に磁界を印加した後、第１磁束検出部１２および第２磁束検出部２２が、バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する。このため、磁性の金属異物Ｓを検出することができる。また、渦電流に起因する磁束の減少も検出することができるので、非磁性の金属異物Ｓも検出することができる。さらに、紙幣２の厚さ方向の一方側および他方側に第１センサ部１０および第２センサ部２０が配置されているため、第１センサ部１０および第２センサ部２０の間のいずれの位置に金属異物Ｓが位置する場合でも金属異物Ｓの有無を確実に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象試料に混在している金属材や検査対象試料に付加されている金属材を磁気的に検出する磁気センサ装置に関するものである。

検査対象試料に混在している金属材や検査対象試料に付加されている金属材を磁気的に検出する装置として、磁化した金属材を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。一方、検査対象試料の両側に配置した２つの感応部の各々に主コイルおよび副コイルを配置し、副コイルに惹起された信号に基づいて、金属材を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。かかる装置の場合、主コイルに供給する周波数を最適化すれば、磁性の金属材および非磁性の金属材の双方を検出することができる。

特開平１１−１１８７６６号公報 特開２００８−１０１９１２号公報 特開２０１１−５８８３０号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の装置では、非磁性の金属材については検出できない。また、特許文献３に記載の装置においては、主コイルに供給する周波数を最適化しても、検査対象試料の外形等の影響によって、透過率に起因する磁束の増加と、渦電流に起因する磁束の減少とが釣り合った場合、金属材の検出が困難となるという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、磁性の金属材および非磁性の金属材のいずれであっても確実に検出することのできる磁気センサ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る磁気センサ装置は、移動路を移動する検査対象試料の厚さ方向の一方側から磁界を印加する第１磁界印加部、および前記一方側において、当該磁界を印加した後の前記検査対象試料に第１バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する第１磁束検出部を備えた第１センサ部と、前記検査対象試料の厚さ方向の他方側から前記検査対象試料に磁界を印加する第２磁界印加部、および前記他方側において、当該磁界を印加した後の前記検査対象試料に第２バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する第２磁束検出部を備えた第２センサ部と、前記第１磁束検出部での検出結果および前記第２磁束検出部での検出結果に基づいて前記検査対象試料における金属材の有無を検出する信号処理部と、を有していることを特徴とする。

本発明では、検査対象試料に磁界を印加した後、バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出するため、残留磁束密度が大の磁性金属材、および透磁率が大きな磁性金属材を検出することができる。また、バイアス磁界を印加した際の渦電流に起因する磁束の減少も検出することができるので、非磁性金属材も検出することができる。さらに、検査対象試料の厚さ方向の一方側および他方側に第１センサ部および第２センサ部が配置されているため、第１センサ部および第２センサ部の間のいずれの位置に金属材が位置する場合でも金属材の有無を確実に検出することができる。

本発明において、前記第１バイアス磁界および前記第２バイアス磁界は交番のバイアス磁界であり、前記信号処理部は、前記第１磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを加算するとともに、前記第２磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを加算する加算回路と、前記第１磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを減算するとともに、前記第２磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを減算する減算回路と、前記加算回路での演算結果および前記減算回路での演算結果に基づいて、前記検査対象試料における磁性金属材の有無および非磁性金属材の有無を判定する判定部と、を有していることが好ましい。残留磁束密度が大の磁性金属材、すなわち、透磁率が小さい磁性金属材が通過すれば、加算結果が変動するが、減算結果は変動しない。また、残留磁束密度が小の磁性金属材、すなわち、透磁率が大きい磁性金属材が通過すれば、減算結果が増大するが、加算結果は変動しない。また、非磁性の金属材が通過すれば、減算結果が減少するが、加算結果は変動しない。それ故、磁性金属材および非磁性金属材を検出することができる。

本発明において、前記第１磁界印加部と前記第２磁界印加部とでは、前記移動路が位置する側の極性が逆であることが好ましい。かかる構成によれば、第１磁界印加部と第２磁界印加部とにおいて移動路が位置する側の極性が同一である場合に比して、検査対象試料に磁界を適正に印加することができる。

本発明において、前記第１磁界印加部と前記第１磁束検出部との間、および前記第２磁界印加部と前記第２磁束検出部との間には磁気シールド部が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、第１磁界印加部の磁界が第１磁束検出部に影響を及ぼしにくく、第２磁界印加部の磁界が第２磁束検出部に影響を及ぼしにくい。

本発明において、前記第１センサ部および前記第２センサ部は各々、前記検査対象試料の移動方向および前記厚さ方向に対して交差する方向に複数配列されていることが好ましい。かかる構成によれば、検査対象試料の幅寸法が大である場合でも対応することができる。

本発明において、前記複数の第１センサ部において隣り合う第１センサ部では、前記第１磁界印加部において前記移動路が位置する側の極性が逆であり、前記複数の第２センサ部において隣り合う第２センサ部では、前記第２磁界印加部において前記移動路が位置する側の極性が逆であることが好ましい。かかる構成によれば、隣り合う磁界印加部同士の極性が同一である場合に比して、検査対象試料に磁界を適正に印加することができる。

本発明において、前記信号処理部は、前記第１磁束検出部での検出結果および前記第２磁束検出部での検出結果を、予め設定されていた基準パターンと比較した結果に基づいて前記金属材の有無を検出することが好ましい。かかる構成によれば、検査対象試料に磁性金属層や非磁性金属層が付与されている場合でも、検査対象試料に混在した金属異物を検出することができる。

本発明では、検査対象試料に磁界を印加した後、バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出するため、残留磁束密度が大の磁性金属材、および透磁率が大きな磁性金属材を検出することができる。また、バイアス磁界を印加した際の渦電流に起因する磁束の減少も検出することができるので、非磁性金属材も検出することができる。さらに、検査対象試料の厚さ方向の一方側および他方側に第１センサ部および第２センサ部を配置したため、第１センサ部および第２センサ部の間のいずれの位置に金属材が位置する場合でも、金属材の有無を確実に検出することができる。

本発明を適用した磁気センサ装置の説明図である。 本発明を適用した磁気センサ装置で用いた磁気センサ素子の説明図である。 本発明を適用した磁気センサ装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明を適用した磁気センサ装置における金属材の検出原理を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、検査対象試料の厚さ方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交する方向（検査対象試料の幅方向）をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に直交する方向を（検査対象試料の移動方向）をＹ軸方向として説明する。

（検査装置の全体構成）
図１は、本発明を適用した磁気センサ装置の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、磁気センサ装置を検査対象試料の移動方向における上流側からみたときの構成を模式的に示す斜視図、および磁気センサ装置を検査対象試料の移動方向からみたときの構成を模式的に示す正面図である。

図１に示す磁気センサ装置１は、銀行等に設置されているＡＴＭ装置（現金自動預け払い機；Automatic Teller Machine）においては、投入された１枚乃至複数枚の紙幣２（検査対象試料）にクリップ等の金属異物Ｓが混在していないか磁気的に検査する装置であり、磁気センサ装置１には、投入口から磁気センサ装置１の移動路４０まで紙幣２をＹ軸方向に搬送するベルト式やローラ式等の搬送機構（図示せず）が設けられている。

本形態においては、移動路４０に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１（紙幣２の厚さ方向の一方側）に第１センサ部１０が配置され、移動路４０に対してＺ軸方向の他方側Ｚ２（紙幣２の厚さ方向の他方側）には第２センサ部２０が配置されている。本形態において、第１センサ部１０と第２センサ部２０とは、移動路４０を挟んでＺ軸方向で対向している。本形態の磁気センサ装置１において、移動路４０に対してＺ軸方向の一方側Ｚ１では、紙幣２の厚さ方向および移動方向（Ｙ軸方向）に直交するＸ軸方向に向けて複数の第１センサ部１０（第１センサ部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・）が直線的に配置され、移動路４０に対してＺ軸方向の他方側Ｚ２では、Ｘ軸方向に向けて複数の第２センサ部２０（第２センサ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・）が直線的に配置されている。第１センサ部１０と第２センサ部２０とは、後述する磁界印加部の極性が逆である点等を除いて、移動路４０を挟んで略対称に構成されている。このため、複数の第１センサ部１０（第１センサ部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・）と複数の第２センサ部２０（第２センサ部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・）は、一対一の関係をもって移動路４０を挟んでＺ軸方向で対向している。

複数の第１センサ部１０は各々、移動路４０の上流側で紙幣２に磁界を印加する第１磁界印加部１１と、第１磁界印加部１１の下流側で、磁界を印加した後の紙幣２にバイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する第１磁束検出部１２と、回路基板１３、１４とを備えている。回路基板１４は、第１磁束検出部１２に対して移動路４０とは反対側に配置され、回路基板１３は、第１磁界印加部１１に対して紙幣２の移動方向の下流側に配置されている。本形態において、回路基板１３、１４は、複数の第１センサ部１０において共通の回路基板であり、回路基板１３には、図３を参照して後述する信号処理部６０等が構成されている。また、第１磁束検出部１２と第１磁界印加部１１との間、第１磁束検出部１２と回路基板１３との間、および第１磁束検出部１２と回路基板１４との間には、シールド部材１５（磁気シールド部）が配置されている。

また、複数の第２センサ部２０も、第１センサ部１０と同様、移動路４０の上流側で紙幣２に磁界を印加する第２磁界印加部２１と、第２磁界印加部２１の下流側で、磁界を印加した後の紙幣２にバイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する第２磁束検出部２２と、回路基板２４とを備えている。回路基板２４は、第２磁束検出部２２に対して移動路４０とは反対側に配置されており、かかる回路基板２４は、複数の第２センサ部２０において共通の回路基板である。ここで、第２センサ部２０には、信号処理部６０等が構成された回路基板が設けられていないが、回路基板２４からは、第１センサ部１０の回路基板１３に構成された信号処理部６０に信号が出力される。なお、第２磁束検出部２２と第２磁界印加部２１との間、第２磁束検出部２２に対して紙幣２の移動方向における下流側、および回路基板２４との間にはシールド部材２５（磁気シールド部）が配置されている。

本形態において、第１磁界印加部１１および第２磁界印加部２１は、フェライトやネオジウム磁石等の永久磁石から構成されている。ここで、第１磁界印加部１１と第２磁界印加部２１とでは、移動路４０が位置する側の極性が逆である。例えば、第１磁界印加部１１は、移動路４０が位置する側の極性がＮ極であり、移動路４０が位置する側とは反対側の極性がＳ極である。これに対して、第２磁界印加部２１は、移動路４０が位置する側の極性がＳ極であり、移動路４０が位置する側とは反対側の極性がＮ極である。

また、本形態において、複数の第１センサ部１０において隣り合う第１センサ部１０では、第１磁界印加部１１において移動路４０が位置する側の極性が逆であり、複数の第２センサ部２０において隣り合う第２センサ部２０では、第２磁界印加部２１において移動路４０が位置する側の極性が逆である。

第１磁束検出部１２および第２磁束検出部２２は、薄板状の磁気センサ素子３を備えており、紙幣２の移動方向に厚さ方向を向けて配置されている。また、磁気センサ素子３は、移動路４０に向けて露出した状態にある。

このように構成した磁気センサ装置１において、Ｘ軸方向で隣り合う第１センサ部１０の間にはシールド部材１５（磁気シールド部）が配置されることがあり、Ｘ軸方向で隣り合う第２センサ部２０の間にはシールド部材２５（磁気シールド部）が配置されることもある。

（磁気センサ素子３の構成）
図２は、本発明を適用した磁気センサ装置１で用いた磁気センサ素子３の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、磁気センサ素子３の正面図およびコア体のＺ０−Ｚ０断面図である。

図２に示すように、磁気センサ素子３は、コア体３３と、コア体３３に巻回された励磁コイル３４と、コア体３３に巻回された検出コイル３５とを備えている。励磁コイル３４は、バイアス磁界を発生させるためのコイルであり、検出コイル３５は、紙幣２にバイアス磁界を印加した状態における磁束を検出するためのコイルである。

コア体３３は、非磁性体からなる第１保護板３０と、非磁性体からなる第２保護板３１と、これらの保護板（第１保護板３０および第２保護板３１）の間に挟まれたセンサコア３２からなる三層構造を備えている。センサコア３２はフェライト、アモルファス、パーマロイ、珪素鋼板等の磁性体から形成されている。本形態では、センサコア３２として薄板状のアモルファス金属箔を用いており、ロールによる圧延によって形成したアモルファス金属箔を熱硬化性樹脂等からなる接着層（不図示）によって第１保護板３０および第２保護板３１に貼着している。なお、アモルファス金属箔は、蒸着等の他の方法によって形成することもできる。アモルファス金属箔としては、コバルト系、あるいは鉄系のアモルファス合金等を用いることができる。第１保護板３０および第２保護板３１としては、アルミナ基板等のセラミックス基板や、ガラス基板、あるいは、剛性のある樹脂基板等を用いることができる。

センサコア３２は、励磁コイル３４が巻き回される胴部３２１と、胴部３２１の中央部分から紙幣２が位置する側に突出した第１中央突部３２２と、胴部３２１の中央部分から紙幣２が位置する側とは反対側に突出した第２中央突部３２３を備えている。また、センサコア３２は、胴部３２１から第１中央突部３２２の両側で紙幣２が位置する側に突出した２つの第１突部３２４、３２５と、胴部３２１から第２中央突部３２３の両側で紙幣２が位置する側とは反対側に突出した２つの第２突部３２６、３２７とを備えている。センサコア３２において、第１中央突部３２２および第１突部３２４、３２５の長さは同一となっている。これに対して、第２突部３２６、３２７の両端は、第２中央突部３２３に比して長く形成されており、第２突部３２６、３２７の先端部の内側面には段差部５５が形成されている。

コア体３３は、第１保護板３０および第２保護板３１によって規定される外形をしており、励磁コイル３４が巻き回される胴部３３１と、胴部３３１の上端部の中央部分から紙幣２が位置する側に突出した第１中央突部３３２と、胴部３３１の中央部分から紙幣２が位置する側とは反対側に突出した第２中央突部３３３とを備えている。また、コア体３３は、胴部３３１から第１中央突部３３２の両側で紙幣２が位置する側に突出した２つの第１突部３３４、３３５と、胴部３３１から第２中央突部３３３の両側で紙幣２が位置する側とは反対側に突出した第２突部３３６、３３７とを備えている。

センサコア３２は、第１保護板３０および第２保護板３１の外周縁よりもわずかに内側の領域に配置されており、第１中央突部３２２および第１突部３２４、３２５の先端面３３２ａ、３３４ａ、３３５ａと、第２突部３３６、３３７の先端面３３６ａ、３３７ａを除き、センサコア３２が露出しない構造となっている。言い換えれば、先端面３３２ａ、３３４ａ、３３５ａおよび先端面３３３ａ、３３６ａ、３３７ａは、センサコア３２の露出部分になっており、先端面３３２ａ、３３４ａ、３３５ａによって、磁気センサ素子３のセンサ面３ａが構成されている。また、先端面３３３ａ、３３６ａ、３３７ａによって、磁気センサ素子３の接地面３ｂが構成されている。

本形態の磁気センサ素子３において、第１中央突部３２２には、隣接する第１突部３２４、３２５の各々と対峙している幅方向の両側面に段差部５１が設けられている。このため、段差部５１に対して先端側に延びている第１中央突部３２２の先端部分は、段差部５１に対して胴部３２１の側にある根元部分５２よりも幅寸法が細いくびれ部５３となっている。

ここで、励磁コイル３４は、コア体３３の胴部３３１における第１中央突部３３２および第２中央突部３３３の両側であって、第１突部３３４、３３５の内側、かつ、第２突部３３６、３３７の内側にコイルボビン（図示せず）を介して巻き回されている。一方、検出コイル３５は、コイルボビン（図示せず）を介してセンサコア３２のくびれ部５３の部分に巻き回されている。

かかる磁気センサ素子３において、励磁コイル３４によって形成されるバイアス磁界は、センサコア３２の胴部３２１および各突部（第１中央突部３２２、第２中央突部３２３、第１突部３２４、３２５、および第２突部３２６、３２７）によって構成される開磁路を通る磁束によって構成されている。ここで、第１中央突部３２２の側面には段差部５１が設けられており、段差部５１を境にして、隣接する突部間の幅が拡大している。そして、段差部５１が形成された側面には出隅形状の角部５４が形成されている。このため、開磁路においては、段差部５１を形成しない場合と比較して、角部５４より胴部３２１側の部分から漏れる磁束が多くなる。従って、角部５４より胴部３２１側の部分から第１突部３２４、３２５の側にショートカットされる経路を多くの磁束が通るようになるとともに、第１中央突部３２２の先端を通って第１突部３２４、３２５の先端に飛ぶ経路を通る磁束の比率が少なくなっている。

また、第２突部３２６、３２７の側面には段差部５５が設けられており、段差部５５を境にして、隣接する突部間のギャップの幅が拡大している。そして、第２突部３２６、３２７において段差部５１が形成された側面には出隅形状の角部５８が形成されている。このため、段差部５５を形成しない場合と比較して、角部５８より胴部３２１側の部分から漏れる磁束が多くなる。従って、角部５８より胴部３２１側の部分から第２中央突部３２３の側にショートカットされる経路を多くの磁束が通るようになるとともに、第２突部３２６、３２７の先端を通って第２中央突部３２３の先端に飛ぶ経路を通る磁束の比率が少なくなっている。

従って、本形態の磁気センサ素子３では、センサコア３２の胴部３２１に近い部分でショートカットされる磁束が多くなっている分、胴部３２１に近い部分の磁束密度が高く、胴部３２１から離れた部分における磁束密度が低くなっている。また、センサコア３２は、センサ面３ａと紙幣２との距離を正確に設定するため、第１中央突部３３２、第１突部３３４、３３５の各先端が同一平面上になるように切断あるいは研削している。このとき、加工バラツキ等によって加工寸法が変動し、その結果、各突部の長さが変動したとしても、磁束密度の低い領域に位置しているくびれ部５３の範囲で寸法が変動する程度である。従って、磁気回路に及ぼす影響は小さい。

（磁気センサ装置１の電気的構成）
図３は、本発明を適用した磁気センサ装置１の電気的構成を示すブロック図である。図３に示すように、本形態の磁気センサ装置１は信号処理部６０を有しており、信号処理部６０は、第１センサ部１０から出力される信号に基づいて、残留磁束密度レベルに対応する第１信号Ｓ１、および透磁率レベルに対応する第２信号Ｓ２を抽出し、かかる信号の抽出結果に基づいて、金属異物Ｓの有無を検出する。より具体的には、信号処理部６０は、第１センサ部１０の第１磁束検出部１２に用いた磁気センサ素子３の検出コイル３５から出力された信号を増幅するアンプ６１と、このアンプ６１から出力された信号のピーク値（ピーク電圧）およびボトム値（ボトム電圧）を保持するピークホールド回路６２およびボトムホールド回路６３と、ピーク値とボトム値とを加算して第１信号Ｓ１を抽出する加算回路６４と、ピーク値とボトム値とを減算して第２信号Ｓ２を抽出する減算回路６５とを備えている。さらに、信号処理部６０は、加算回路６４および減算回路６５から出力された各信号に基づいて、金属異物Ｓの有無を判定する判定部６６も備えている。かかる判定部６６は、マイクロコンピュータ等により構成されており、ＲＯＭあるいはＲＡＭ等といった記録部（図示せず）に予め記録されているプログラムに基づいて所定の処理を行う。なお、本形態の磁気センサ装置１では、第１センサ部１０の第１磁束検出部１２に用いた磁気センサ素子３の励磁コイル３４に励磁電流を供給する励磁回路７０も構成されている。

また、本形態では、第１センサ部１０として、複数の第１センサ部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・が設けられていることから、信号処理部６０と複数の第１センサ部１０（第１センサ部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・）との間、および励磁回路７０と複数の第１センサ部１０（第１センサ部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・）との間にはアナログスイッチ（図示せず）が設けられており、複数の第１センサ部１０（第１センサ部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・）は時間をずらして順次駆動される。

また、本形態では、第２センサ部２０に対しても、信号処理部６０や励磁回路７０が設けられており、信号処理部６０および励磁回路７０は、第１センサ部１０と第２センサ部２０とにおいて共通である。このため、信号処理部６０と第２センサ部２０との間、および励磁回路７０と第２センサ部２０との間にもアナログスイッチ（図示せず）が設けられており、第１センサ部１０と第２センサ部２０とは時間をずらして駆動される。

（検出原理）
図４は、本発明を適用した磁気センサ装置１における金属材の検出原理を示す説明図である。なお、本形態では、第１センサ部１０および第２センサ部２０の基本的な構成は同一であるため、以下の説明では、第１センサ部１０での動作を中心に説明する。本形態では、以下に説明するように、金属材として、フェライト粉等のハード材（磁性金属材）、軟磁性ステンレス紛等のソフト材（磁性金属材）、アルミニウム等の非磁性金属材を検出可能である。ここで、ハード材とは、マグネットに用いる磁性材料のように、外部より磁界を印加すると、ヒステリシスが大きくて残留磁束密度が高く、容易に磁化される磁性材料である。これに対して、ソフト材とは、モータや磁気ヘッドのコア材のように、ヒステリシスが小さくて残留磁束密度が低く、容易に磁化されない磁性材料である。

本形態の磁気センサ装置１において、紙幣２が第１センサ部１０に搬送されてくると、第１磁界印加部１１から紙幣２に磁界が印加され、磁界が印加された後の紙幣２は、第１磁束検出部１２を通過する。それまでの間、検出コイル３５からは、図４（ａ３）に示すように、図４（ａ２）に示すセンサコア３２のＢ−Ｈカーブに対応する信号が出力される。そして、図３に示す加算回路６４および減算回路６５は、ピーク電圧ＶＰとボトム電圧ＶＢとの加算および減算を行う。

ここで、フェライト粉等のハード材からなる磁性の金属異物Ｓが紙幣２に混入していると、かかる金属異物Ｓは、図４（ｂ１）に示すように、高レベルの残留磁束密度Ｂｒを有する。このため、第１磁界印加部１１を紙幣２が通過した際、金属異物Ｓは、第１磁界印加部１１からの磁界により、マグネットとなる。従って、検出コイル３５から出力される信号は、図４（ｂ２）に示すように、金属異物Ｓから直流的なバイアスを受けて、図４（ｂ３）に示す波形に変化する。それ故、図３に示す加算回路６４から出力される第１信号Ｓ１が変化する。すなわち、信号Ｓ０のピーク電圧ＶＰおよびボトム電圧ＶＢは、図４（ａ３）に示す信号に比して、矢印Ａ１、Ａ２で示すように、同一の方向にシフトする。ここで、ハード材からなる磁性の金属異物Ｓは、透磁率μが低いため、信号Ｓ０のピーク電圧ＶＰおよびボトム電圧ＶＢのシフトに影響しているのは、金属異物Ｓの残留磁束密度Ｂｒだけと見做すことができる。従って、図３に示す減算回路６５から出力される第２信号Ｓ２は、第１磁束検出部１２を紙幣２が通過してもほとんど変動しない。それ故、ハード材からなる磁性の金属異物Ｓの存在を検出することができる。

これに対して、軟磁性ステンレス紛等のソフト材からなる磁性の金属異物Ｓが紙幣２に混入していると、かかる金属異物Ｓのヒステリシスループは、図４（ｃ１）に示すように、図４（ｂ１）に示すヒステリシスカーブの内側を通り、残留磁束密度Ｂｒのレベルが低い。このため、第１磁界印加部１１を紙幣２が通過した後も、金属異物Ｓは、残留磁束密度Ｂｒのレベルが低い。但し、金属異物Ｓは透磁率μが高い。このため、検出コイル３５から出力される信号は、金属異物Ｓの存在によって透磁率μが高くなっている分、図４（ｃ２）、（ｃ３）に示す波形に変化する。すなわち、信号Ｓ０のピーク電圧ＶＰは矢印Ａ３で示すように高い方にシフトする一方、ボトム電圧ＶＢは、矢印Ａ４で示すように低い方にシフトする。その際、ピーク電圧ＶＰのシフト量とボトム電圧ＶＢのシフト量は絶対値が略等しい。従って、図３に示す減算回路６５から出力される第２信号Ｓ２は増大する。ここで、ソフト材からなる金属異物Ｓは、残留磁束密度Ｂｒが低いため、信号のピーク電圧ＶＰおよびボトム電圧ＶＢのシフトに影響しているのは、金属異物Ｓの透磁率μだけと見做すことができる。それ故、図３に示す加算回路６４から出力される第１信号Ｓ１は、第１磁束検出部１２を紙幣２が通過してもほとんど変動しない。それ故、ソフト材からなる磁性の金属異物Ｓの存在を検出することができる。

また、アルミニウム等の非磁性の金属異物Ｓが紙幣２に混入していると、図４（ｄ３）に示すように、信号Ｓ０のピーク電圧ＶＰは矢印Ａ５で示すように低い方にシフトする一方、ボトム電圧ＶＢは、矢印Ａ６で示すように高い方にシフトする。その際、ピーク電圧ＶＰのシフト量とボトム電圧ＶＢのシフト量は絶対値が略等しい。従って、図３に示す減算回路６５から出力される第２信号Ｓ２が低下する。それ故、非磁性の金属異物Ｓの存在を検出することができる。

上記の動作は複数の第１センサ部１０の各々で行われる。また、上記の動作は複数の第２センサ部２０の各々で行われる。従って、図３に示す判定部６６は、複数の第１センサ部１０の各々の検出結果、および複数の第２センサ部２０の各々での検出結果に基づいて、金属異物Ｓの有無を判定する。それ故、ＡＴＭ機等では、紙幣２に金属異物Ｓが混入していると検出した場合、今回投入された紙幣２を後段の紙幣識別部に搬送せず、紙幣２を投入口に戻す。また、紙幣２に金属異物Ｓが混入していないと検出した場合、今回投入された紙幣２を後段の紙幣識別部に搬送する。それ故、紙幣識別部にはクリップ等の金属異物Ｓが搬送されないので、紙幣識別部が、金属異物Ｓが原因の不具合が発生しない。

なお、紙幣２には、磁性材からなる磁気パターンが付与されている場合や、アルミニウム箔からなるホログラムが付与されている場合がある。このような場合、図３に示す判定部６６の記録部６６１に、磁気パターンやホログラムに対応する基準パターンを予め、記録させておき、判定部６６は、第１磁束検出部１２での検出結果および第２磁束検出部２２での検出結果を、予め設定されていた基準パターンと比較した結果に基づいて金属異物Ｓの有無を検出する。かかる構成によれば、紙幣２に磁気パターンやホログラムが付与されている場合でも、金属異物Ｓの有無を正確に検出することができる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の磁気センサ装置１では、紙幣２等の検査対象試料に磁界を印加した後、バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出するため、残留磁束密度が大の磁性金属材、および透磁率が大きな磁性金属材からなる金属異物Ｓを検出することができる。また、バイアス磁界を印加した際の渦電流に起因する磁束の減少も検出することができるので、非磁性金属材からなる金属異物Ｓも検出することができる。さらに、検査対象試料の厚さ方向の一方側および他方側に第１センサ部１０および第２センサ部２０が配置されているため、第１センサ部１０および第２センサ部２０の間のいずれの位置に金属異物Ｓ（金属材）が位置する場合でも金属異物Ｓの有無を確実に検出することができる。

また、信号処理部６０は、第１磁束検出部１２および第２磁束検出部２２から出力される信号のピーク値とボトム値の加算結果および減算結果に基づいて金属異物Ｓ（金属材）の有無を判定するので、比較的簡単な処理で磁性金属材および非磁性金属材を検出することができる。

また、第１磁界印加部１１と第２磁界印加部２１とでは、移動路４０が位置する側の極性が逆であるため、極性が同一である場合に比して、紙幣２等の検査対象試料に磁界を適正に印加することができる。

さらに、第１磁界印加部１１と第１磁束検出部１２との間、および第２磁界印加部２１と第２磁束検出部２２との間等には磁気シールド部材１５、２５が設けられているため、第１磁界印加部１１の磁界が第１磁束検出部１２に影響を及ぼしにくく、第２磁界印加部２１の磁界が第２磁束検出部２２に影響を及ぼしにくい。

また、第１センサ部１０および第２センサ部２０は各々、検査対象試料の幅方向に複数配列されているため、検査対象試料の幅寸法が大である場合でも対応することができる。また、隣り合う第１センサ部１０では、第１磁界印加部１１において移動路４０が位置する側の極性が逆であり、隣り合う第２センサ部２０では、第２磁界印加部２１において移動路４０が位置する側の極性が逆である。このため、極性が同一である場合に比して、検査対象試料に磁界を適正に印加することができる。

（他の実施の形態）
上記実施の形態では、金属異物Ｓを検出する磁気センサ装置１に本発明を適用したが、紙幣等に付されている磁気パターンおよびホログラムを検出する磁気センサ装置１に本発明を適用してもよい。

上記実施の形態では、第１磁界印加部１１および第２磁界印加部２１に永久磁石を用いたが、電磁石を用いてもよい。

１ 磁気センサ装置
２ 紙幣（検査対象試料）
３ 磁気センサ素子
１０ 第１センサ部
１１ 第１磁界印加部
１２ 第１磁束検出部
１５、２５・・磁気シールド部材
２０ 第２センサ部
２１ 第２磁界印加部
２２ 第２磁束検出部
３５ 検出コイル
３４ 励磁コイル
６０ 信号処理部

Claims (7)

1. 移動路を移動する検査対象試料の厚さ方向の一方側から磁界を印加する第１磁界印加部、および前記一方側において、当該磁界を印加した後の前記検査対象試料に第１バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する第１磁束検出部を備えた第１センサ部と、
   前記検査対象試料の厚さ方向の他方側から前記検査対象試料に磁界を印加する第２磁界印加部、および前記他方側において、当該磁界を印加した後の前記検査対象試料に第２バイアス磁界を印加した状態における磁束を検出する第２磁束検出部を備えた第２センサ部と、
   前記第１磁束検出部での検出結果および前記第２磁束検出部での検出結果に基づいて前記検査対象試料における金属材の有無を検出する信号処理部と、
   を有していることを特徴とする磁気センサ装置。
2. 前記第１バイアス磁界および前記第２バイアス磁界は交番のバイアス磁界であり、
   前記信号処理部は、前記第１磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを加算するとともに、前記第２磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを加算する加算回路と、前記第１磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを減算するとともに、前記第２磁束検出部から出力される信号のピーク値とボトム値とを減算する減算回路と、前記加算回路での演算結果および前記減算回路での演算結果に基づいて、前記検査対象試料における磁性金属材の有無および非磁性金属材の有無を判定する判定部と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記第１磁界印加部と前記第２磁界印加部とでは、前記移動路が位置する側の極性が逆であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記第１磁界印加部と前記第１磁束検出部との間、および前記第２磁界印加部と前記第２磁束検出部との間には、磁気シールド部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の磁気センサ装置。
5. 前記第１センサ部および前記第２センサ部は各々、前記検査対象試料の移動方向および前記厚さ方向に対して交差する方向に複数配列されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の磁気センサ装置。
6. 前記複数の第１センサ部において隣り合う第１センサ部では、前記第１磁界印加部において前記移動路が位置する側の極性が逆であり、
   前記複数の第２センサ部において隣り合う第２センサ部では、前記第２磁界印加部において前記移動路が位置する側の極性が逆であることを特徴とする請求項５に記載の磁気センサ装置。
7. 前記信号処理部は、前記第１磁束検出部での検出結果および前記第２磁束検出部での検出結果を、予め設定されていた基準パターンと比較した結果に基づいて前記金属材の有無を検出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の磁気センサ装置。

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