JP2016206070A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】媒体における磁性体部分の有無等に加えて、磁性体部分がハード材およびソフト材のいずれかを判別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２０は、媒体Ｍの搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界を形成する永久磁石３０と、永久磁石３０に対して搬送経路１１側において永久磁石３０の磁界内に配置された感磁素子４０とを有している。媒体Ｍが搬送経路１１を通過する際、媒体Ｍの磁気パターン（磁性体部分）の透磁率の影響によって感磁素子４０が配置されている位置の磁界が変化する方向は、強まる方向のみである。これに対して、磁気パターンの残留磁束密度の影響によって感磁素子４０が配置されている位置の磁界が変化する方向は、強まる方向および弱まる方向の双方である。それ故、感磁素子４０の出力に基づいて、磁気パターンがハード材かソフト材かを判別することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、媒体の磁気情報を検出する磁気センサ装置に関するものである。

媒体に付された磁気情報を検出するには、例えば、磁気センサ装置が用いられる。磁気センサ装置では、例えば、図１０（ａ）に示すように、永久磁石８０が感磁素子４０に対して媒体Ｍの搬送経路１１とは反対側に配置されており、感磁素子４０は、永久磁石８０の磁界内に位置する。ここで、感磁素子４０は、差動出力を生成するための２つの感磁素子４０ａ、４０ｂを備えており、感磁素子４０ａ、４０ｂは、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿って離間して配置されている。永久磁石８０は、媒体Ｍの搬送方向に対して直交する方向に着磁されている。例えば、永久磁石８０は、搬送経路１１の側（感磁素子４０の側）にＳ極およびＮ極の一方の極（例えばＳ極）を向け、搬送経路１１とは反対側（感磁素子４０とは反対側）にＳ極およびＮ極の他方の極（例えばＮ極）を向けている。従って、永久磁石８０は、感磁素子４０に用いた磁気抵抗素子の磁気抵抗パターンに略垂直な磁界Ｈａを印加する。かかる磁気センサ装置においては、媒体Ｍの磁性体部分が永久磁石８０の磁界内を通過する際、磁性体部分に磁束が集中するので、感磁素子４０に印加される磁束密度が変化する。それ故、媒体Ｍにおける磁気パターンの有無や位置を検出することができる。

特許第３８７９７７７号公報

紙幣等の媒体では、磁気パターンを形成するにあたって、軟磁性ステンレス粉等のソフト材（軟磁性材料（soft magnetic material））を含む磁気インクと、フェライト粉等のハード材（硬磁性材料（hard magnetic material））を含む磁気インクとを使い分けする場合があるが、ソフト材を含む磁気パターン、およびハード材を含む磁気パターンはいずれも、透磁率を有している。このため、特許文献１に記載の技術では、図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照して後述するように、磁気パターンがソフト材を含む場合、およびハード材を含む場合のいずれも場合も、感磁素子４０から出力される信号が負方向および正方向の双方向に振れる。それ故、ソフト材を含む磁気パターンと、ハード材を含む磁気パターンとを判別できない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、媒体における磁性体部分の有無等に加えて、磁性体部分がハード材およびソフト材のいずれかを判別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、媒体の搬送経路に対して前記媒体の搬送方向に沿う方向の磁界を形成する永久磁石と、前記永久磁石に対して前記搬送経路側において前記永久磁石の磁界内に配置された感磁素子と、を有することを特徴とする。

本発明では、磁性インク等によって磁性体部分が形成された媒体が搬送経路を通過した際、媒体の磁性体部分によって、感磁素子が配置されている位置の磁界が変化するため、
媒体における磁性体部分の有無を検出することができる。ここで、永久磁石は、媒体の搬送方向に沿う方向の磁界を発生させている。このため、媒体が搬送経路を通過する際、磁性体部分の透磁率の影響によって感磁素子が配置されている位置の磁界が変化する方向は、強まる方向のみである。従って、感磁素子から出力される信号は、媒体の磁性体部分の透磁率の影響を受けて、正の方あるいは負の方に振れるだけである。これに対して、媒体が搬送経路を通過する際、磁性体部分の残留磁束密度の影響によって感磁素子が配置されている位置の磁界が変化する方向は、永久磁石や感磁素子に対する媒体の相対位置の変化に伴い、強まる方向および弱まる方向の双方である。それ故、磁性体部分がフェライト粉等のハード材からなる場合、感磁素子から出力される信号は、正の方および負の方に振れるのに対して、磁性体部分が軟磁性ステンレス粉等のソフト材からなる場合、感磁素子から出力される信号は、正の方あるいは負の方のいずれか一方のみに振れる。よって、磁性体部分がハード材およびソフト材のいずれの材料からなるかを判別することができる。

本発明において、前記永久磁石には、前記媒体の搬送方向に沿う方向にＳ極とＮ極とが設けられている態様を採用することができる。かかる構成によれば、簡素な構成で、媒体の搬送方向に沿う方向の磁界を形成することができる。

本発明において、前記感磁素子は、前記搬送経路と前記永久磁石との間に配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、ローラ等によって媒体を感磁素子に押し付ける構成を容易に実現することができる。

本発明において、前記感磁素子は、少なくとも一部が前記永久磁石と対向するように配置されていることが好ましい。

本発明において、前記感磁素子は、第１感磁素子と、該第１感磁素子に対して前記搬送方向で離間する位置に配置され、前記第１感磁素子と差動出力を生成する第２感磁素子と、を含む態様を採用することができる。かかる構成によれば、感磁素子の温度特性等による影響を抑制することができる。

本発明において、前記永久磁石は、第１永久磁石と、該第１永久磁石に対して前記搬送方向で離間する位置に配置された第２永久磁石と、を含み、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の漏れ磁束によって前記磁界が形成される態様を採用することができる。

この場合、前記感磁素子は、前記第１永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第２永久磁石側で前記第１永久磁石と対向する第１感磁素子と、前記第２永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第１永久磁石側で前記第２永久磁石と対向し、前記第１感磁素子と差動出力を生成する第２感磁素子と、を含むことが好ましい。かかる構成によれば、感磁素子の温度特性等による影響を抑制することができる。

また、本発明においては、前記感磁素子は、前記第１永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第２永久磁石側で前記第１永久磁石と対向する第１感磁素子と、前記第１永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第２永久磁石とは反対側で前記第１永久磁石と対向し、前記第１感磁素子と差動出力を生成する第２感磁素子と、前記第２永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第１永久磁石側で前記第２永久磁石と対向する第３感磁素子と、前記第２永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第１永久磁石とは反対側で前記第２永久磁石と対向し、前記第３感磁素子と差動出力を生成する第４感磁素子と、を含む態様を採用してもよい。かかる構成によれば、感磁素子の温度特性等による影響を抑制することができる。

本発明において、前記感磁素子は、磁気抵抗素子であることが好ましい。

本発明において、前記感磁素子は、前記媒体の搬送方向に対して交差する方向に複数配置されていることが好ましい。

本発明において、前記永久磁石は、前記媒体の搬送方向に対して交差する方向に延在して、当該交差する方向に配置された複数の前記感磁素子と対向していることが好ましい。かかる構成によれば、媒体の幅方向（搬送方向に対して交差する方向）の磁気情報を検出する際、幅方向に適正な磁界を発生させることができる。

本発明では、磁性インク等によって磁性体部分が形成された媒体が搬送経路を通過した際、媒体の磁性体部分によって、感磁素子が配置されている位置の磁界が変化するため、媒体における磁性体部分の有無を検出することができる。ここで、永久磁石は、媒体の搬送方向に沿う方向の磁界を発生させている。このため、媒体が搬送経路を通過する際、磁性体部分の透磁率の影響によって感磁素子が配置されている位置の磁界が変化する方向は、強まる方向のみである。従って、感磁素子から出力される信号は、媒体の磁性体部分の透磁率の影響を受けて、正の方あるいは負の方に振れるだけである。これに対して、媒体が搬送経路を通過する際、磁性体部分の残留磁束密度の影響によって感磁素子が配置されている位置の磁界が変化する方向は、永久磁石や感磁素子に対する媒体の相対位置の変化に伴い、強まる方向および弱まる方向の双方である。それ故、磁性体部分がフェライト粉等のハード材からなる場合、感磁素子から出力される信号は、正の方および負の方に振れるのに対して、磁性体部分が軟磁性ステンレス粉等のソフト材からなる場合、感磁素子から出力される信号は、正の方あるいは負の方のいずれか一方のみに振れる。よって、磁性体部分がハード材およびソフト材のいずれの材料からなるかを判別することができる。

本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置を備えた磁気パターン検出装置の構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置の詳細構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置において、媒体に形成された磁気パターンの透磁率に基づいて、媒体の磁気情報を検出する原理を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置において、媒体に形成された磁気パターンの残留磁束密度に基づいて、媒体の磁気情報を検出する原理を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置を用いて媒体の磁気パターンを検出したときの出力信号の説明図である。 本発明の実施の形態４に係る磁気センサ装置の説明図である。 本発明の実施の形態５に係る磁気センサ装置の説明図である。 本発明の比較例に係る磁気センサ装置の説明図である。

図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明で参照する図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を相違させてある。また、以下の説明では、媒体Ｍの搬送方向を第１方向Ｙとし、第１方向Ｙと直交する媒体Ｍの厚さ方向を第２方向Ｚとし、第１方向Ｙおよび第２方向Ｚと直交する媒体Ｍの幅方向を第３方向Ｘとして説明する。また、第１方向Ｙ、第２方向Ｚおよび第３方向Ｘの一方側には各々、Ｙ１、Ｚ１、Ｘ１を付して図示し、第１方向Ｙ、第２方向Ｚおよび第３方向Ｘの他方側には各々、Ｙ２、Ｚ２、Ｘ２を付して図示してある。

［実施の形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置を備えた磁気パターン検出装置の構成を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、磁気パターン検出装置の要部を模式的に示す説明図、および断面を模式的に示す説明図である。なお、図１（ｂ）には、永久磁石３０が形成する磁界を破線Ｒで模式的に示してある。

図１に示す磁気パターン検出装置１００は、銀行券、有価証券等の媒体Ｍから磁気情報を検知して真偽判別や種類の判別を行なう装置であり、ローラやガイド（図示せず）等によってシート状の媒体Ｍを搬送経路１１に沿って第１方向Ｙに搬送する搬送装置１０と、搬送経路１１の途中位置で媒体Ｍから磁気情報を検出する磁気センサ装置２０とを有している。ローラやガイドは、アルミニウム等といった非磁性材料から構成されている。本形態において、磁気センサ装置２０は、搬送経路１１の下方（第２方向Ｚの一方側Ｚ１）に配置されているが、搬送経路１１の上方（第２方向Ｚの他方側Ｚ２）に配置されることもある。いずれの場合も、磁気センサ装置２０は、センサ面２１を搬送経路１１に向けるように配置される。

本形態において、媒体Ｍには、その種類によって所定の磁気パターン（磁性体部分）が形成されている。また、媒体Ｍには、残留磁束密度および透磁率が異なる複数種類の磁気パターン（磁性体部分）が形成されることがある。例えば、媒体Ｍは、ハード材を含む磁気インクにより印刷された第１磁気パターンや、ソフト材を含む磁気インクにより印刷された第２磁気パターンが形成されることがある。そこで、本形態の磁気パターン検出装置１００は、媒体Ｍ毎に磁気パターンの有無や、磁気パターンの種類を検出し、媒体Ｍの真偽や種類を判別する。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。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。

（磁気センサ装置２０の構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置２０の詳細構成を示す説明図である。図１および図２に示すように、本形態の磁気パターン検出装置１００において、磁気センサ装置２０は、媒体Ｍの搬送経路１１に磁界を形成する永久磁石３０と、永久磁石３０に対して搬送経路１１側において永久磁石３０の磁界内に配置された感磁素子４０とを有している。永久磁石３０は、フェライト系磁石や、ネオジウム磁石等の希土類磁石からなる。

本形態において、感磁素子４０は、第２方向Ｚにおいて搬送経路１１と永久磁石３０との間に配置されており、永久磁石３０とともに非磁性のケース２５内に保持されている。磁気センサ装置２０は、搬送経路１１と略同一平面を構成するセンサ面２１と、センサ面２１に対して媒体Ｍの移動方向の両側に連接する斜面部２２、２３とを備えており、かかる形状は、ケース２５の形状によって規定されている。本形態では、斜面部２２、２３を設けてあるので、媒体Ｍが引っ掛かりにくいという利点がある。

磁気センサ装置２０は、媒体Ｍの搬送方向Ａ１（第１方向Ｙ）と交差する第３方向Ｘに延在しており、永久磁石３０および感磁素子４０は、媒体Ｍの搬送方向Ａ１と交差する方向（第３方向Ｘ）に複数、配列されている。本形態において、磁気センサ装置２０は、媒体Ｍの搬送方向Ａ１（第１方向Ｙ）と直交する第３方向Ｘに直線的に延在しており、永久磁石３０および感磁素子４０は各々、第３方向Ｘに直線的に複数、配列されている。第３方向Ｘに配列された複数の永久磁石３０はいずれも、サイズ、形状および着磁方向等が同一である。また、第３方向Ｘに配列された複数の感磁素子４０はいずれも、同一構成の磁
気センサ素子である。なお、磁気センサ装置２０では、後述するように、媒体Ｍを搬送方向Ａ１とは逆の搬送方向Ａ２に搬送することもある。

永久磁石３０は、搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１（第１方向Ｙ）に沿う方向の磁界を発生させる。かかる構成を実現するために、永久磁石３０には、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向にＳ極とＮ極とが設けられており、搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に対して略平行な磁界を形成する。本形態では、永久磁石は、媒体Ｍの搬送方向Ａ１の上流側がＮ極になっており、搬送方向Ａ１の下流側がＳ極になっている。また、永久磁石３０は、媒体Ｍにハード材からなる第１磁気パターンが形成されている場合、第１磁気パターンを飽和着磁することができる磁界を発生させる。例えば、永久磁石３０は、搬送経路１１に、例えば５００Ｇａｕｓｓの磁界を発生させる。

感磁素子４０は磁気抵抗素子であり、センサ基板４９に磁気抵抗パターン（図示せず）が形成されている。かかる感磁素子４０として、本形態では、薄膜強磁性金属からなる磁気抵抗パターンを備えた異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ（Anisotropic-Magneto-Resistance））が用いられており、磁気抵抗パターンは、第３方向Ｘに延在している。ここで、感磁素子４０は、永久磁石３０における搬送方向Ａ１の中心から搬送方向Ａ１の上流側において永久磁石３０と対向するように配置されている。

なお、図示を省略するが、磁気パターン検出装置１００は、磁気センサ装置２０から出力される信号に基づいて、媒体Ｍの真偽や種類を判定する信号処理部を有している。かかる信号処理部は、磁気センサ装置２０から出力された信号と、媒体Ｍと磁気センサ装置２０との相対位置情報に基づいて、媒体Ｍにおける磁気パターンの有無、磁気パターンの種類、および形成位置を検出し、媒体Ｍの真偽や種類を判定する。より具体的には、信号処理部は、磁気センサ装置２０から出力された信号を磁気センサ装置２０と媒体Ｍとの相対位置情報に関係づけて、記録部に予め記録されている比較パターンとの照合を行って媒体Ｍの真偽や種類を判定する。

（検出原理）
図３は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置２０において、媒体Ｍに形成された磁気パターンの透磁率に基づいて、媒体Ｍの磁気情報を検出する原理を示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、媒体Ｍが搬送される際の媒体Ｍと感磁素子４０との相対位置関係を示す説明図、感磁素子４０の磁気抵抗特性を示す説明図、および感磁素子４０からの出力信号の説明図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置２０において、媒体Ｍに形成された磁気パターンの残留磁束密度に基づいて、媒体Ｍの磁気情報を検出する原理を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、媒体Ｍが搬送される際の媒体Ｍと感磁素子４０との相対位置関係を示す説明図、感磁素子４０の磁気抵抗特性を示す説明図、および感磁素子４０からの出力信号の説明図である。なお、図３（ａ）および図４（ａ）では、図１および図２とは逆に、図面に向かって感磁素子４０の上方に永久磁石３０を示し、図面に向かって感磁素子４０の下方に媒体Ｍの搬送経路１１を示してある。なお、図３および図４には、永久磁石３０が形成する磁界を破線Ｒで模式的に示してある。

図３（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、感磁素子４０では、磁気抵抗パターンに電流を流した状態で電流方向に対して交差する方向から磁界に印加されたとき、磁界の強さに応じて電気抵抗値が低下する。従って、永久磁石３０および感磁素子４０の相対位置等は、図３（ａ）に示す位置Ｐａ１、および図４（ａ）に示す位置Ｐａ２のように、永久磁石３０および感磁素子４０が配置されている位置まで媒体Ｍが到達していないときに、感磁素子４０の電気抵抗値−磁束密度特性において磁束密度の変化に対して電気抵抗値の変化が大きくなるような磁界Ｈａ（バイアス磁界）が印加されるように設定される。

そして、永久磁石３０および感磁素子４０が配置されている位置を、媒体Ｍのソフト材からなる第２磁気パターンが通過する際、感磁素子４０から出力される信号は、図３を参照して以下に説明するように、第２磁気パターンの透磁率の影響を受けて、図３（ｃ）に実線Ｌ１で示すように変化する。これに対して、永久磁石３０および感磁素子４０が配置されている位置を、媒体Ｍのハード材からなる第１磁気パターンが通過する際、感磁素子４０から出力される信号は、第１磁気パターンの透磁率および残留磁束密度の影響を受けて、図４（ｃ）に実線Ｌ２で示すように変化する。

より具体的には、まず、図３（ａ）に示す位置Ｐｂ１を、媒体Ｍのソフト材からなる第２磁気パターンが通過する際、感磁素子４０に印加される磁界は、媒体Ｍが存在しないときの磁界Ｈａより大きくなる。このため、感磁素子４０の磁気抵抗パターンの電気抵抗値は、図３（ｂ）に示すグラフ上を矢印Ｓ２で示す方向にシフトする。従って、感磁素子４０から出力される信号は、負の方向に振れる。次に、図３（ａ）に示す位置Ｐｃ１を媒体Ｍの第２磁気パターンが通過する際、感磁素子４０に印加される磁界は、位置Ｐｂ１を通過する際よりさらに大きくなるため、感磁素子４０の磁気抵抗パターンの電気抵抗値は、図３（ｂ）に示すグラフ上をさらに矢印Ｓ２で示す方向にシフトする。従って、感磁素子４０から出力される信号は、さらに負の方向に振れる。そして、図３（ａ）に示す位置Ｐｄ１を媒体Ｍの第２磁気パターンが通過する際、感磁素子４０に印加される磁界は、位置Ｐｃ１を通過する際より小さくなるため、感磁素子４０の磁気抵抗パターンの電気抵抗値は、図３（ｂ）に示すグラフ上を矢印Ｓ２で示す方向とは反対方向に戻る。従って、感磁素子４０から出力される信号は、元のレベルに戻る。

このように、永久磁石３０および感磁素子４０が配置されている位置を媒体Ｍの第２磁気パターンが通過する際、感磁素子４０から出力される信号は、図３（ｃ）に示すように負の方向のみに振れることになる。

これに対して、永久磁石３０および感磁素子４０が配置されている位置を、媒体Ｍのハード材からなる第１磁気パターンが通過する際、第１磁気パターンも透磁率を有するため、感磁素子４０から出力される信号Ｌ２のうち、媒体Ｍの磁気パターンの透磁率の影響を受けた第１信号成分Ｌ２１（図４（ｃ）に点線で示す）は、図３（ｃ）を参照して説明した場合と同様、負の方向のみに振れる。但し、第１磁気パターンの透磁率は、第２磁気パターンの透磁率より小さいため、媒体Ｍの磁気パターンの透磁率の影響を受けた第１信号成分Ｌ２１は、図３（ｃ）を参照して説明した変化より小さい。

また、媒体Ｍのハード材からなる第１磁気パターンが通過する際、媒体Ｍの第１磁気パターンの残留磁束密度の影響を受けた第２信号成分Ｌ２２（図４（ｃ）に一点鎖線で示す）は、正の方向および負の方向に振れる。より具体的には、まず、媒体Ｍの第１磁気パターンは、図４（ａ）に示す位置Ｐｂ２で、永久磁石３０が形成する磁界（破線Ｒで示す）のうち、クリティカルパスＲｃ（残留磁束密度やその向きを決定する磁界）内を通過する際に、矢印Ｈｐで示すように、斜め方向に着磁される。次に、図４（ａ）に示す位置Ｐｃ２を、媒体Ｍの第１磁気パターンが通過する際、感磁素子４０に印加される磁界は、第１磁気パターンの残留磁束密度の影響を受けて、媒体Ｍが存在しないときの磁界Ｈａより小さくなる。このため、感磁素子４０の磁気抵抗パターンの電気抵抗値は、図４（ｂ）に示すグラフ上を矢印Ｓ１で示す方向にシフトする。従って、媒体Ｍの第１磁気パターンの残留磁束密度の影響を受けた第２信号成分Ｌ２２は、正の方向に振れる。次に、図４（ａ）に示す位置Ｐｃ２を媒体Ｍの第１磁気パターンが通過する際、感磁素子４０に印加される磁界は、第１磁気パターンの残留磁束密度の影響を受けて、媒体Ｍが存在しないときの磁界Ｈａより大きくなるため、感磁素子４０の磁気抵抗パターンの電気抵抗値は、図４（ｂ）に示すグラフ上を矢印Ｓ２で示す方向にシフトする。従って、媒体Ｍの第１磁気パター
ンの残留磁束密度の影響を受けた第２信号成分Ｌ２２は、負の方向に振れる。

ここで、感磁素子４０から出力される信号Ｌ２は、媒体Ｍの第１磁気パターンの透磁率の影響を受けた第１信号成分Ｌ２１と、媒体Ｍの第１磁気パターンの残留磁束密度の影響を受けた第２信号成分Ｌ２２とが重畳された信号である。それ故、永久磁石３０および感磁素子４０が配置されている位置を媒体Ｍの第１磁気パターンが通過する際、感磁素子４０から出力される信号は、図４（ｃ）に示すように正の方向および負の方向の双方に振れることになる。

（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２０では、磁性インク等によって磁気パターン（磁性体部分）が形成された媒体Ｍが搬送経路１１を通過した際、媒体Ｍの磁気パターンによって、感磁素子４０が配置されている位置の磁界が変化する。このため、感磁素子４０からの出力される信号が変化するので、媒体Ｍにおける磁気パターンの有無を検出することができる。

ここで、永久磁石３０は、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界を発生させている。このため、媒体Ｍが搬送経路１１を通過する際、磁気パターンの透磁率の影響によって感磁素子４０が配置されている位置の磁界が変化する方向は、強まる方向のみである。従って、感磁素子４０から出力される信号は、媒体Ｍの磁気パターンの透磁率の影響を受けて、正の方あるいは負の方のいずれか一方に振れるだけである。これに対して、媒体Ｍが搬送経路１１を通過する際、磁気パターンの残留磁束密度の影響によって感磁素子４０が配置されている位置の磁界が変化する方向は、永久磁石３０や感磁素子４０に対する媒体Ｍの相対位置の変化に伴い、強まる方向および弱まる方向の双方である。

それ故、磁気パターンがフェライト粉等のハード材からなる場合、感磁素子４０から出力される信号は、正の方および負の方に振れるのに対して、磁気パターンが軟磁性ステンレス粉等のソフト材からなる場合、感磁素子４０から出力される信号は、正の方あるいは負の方のいずれか一方のみに振れる。よって、磁気パターンがハード材およびソフト材のいずれの材料からなるかを判別することができる。

また、本形態において、永久磁石３０には、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向にＳ極とＮ極とが設けられている。このため、簡素な構成で、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界を形成することができる。

また、感磁素子４０は、搬送経路１１と永久磁石３０との間に配置されている。このため、ローラ等によって媒体Ｍを感磁素子４０に押し付ける構成を容易に実現することができる。

なお、上記の説明では、媒体Ｍが搬送方向Ａ１に搬送された場合を説明したが、媒体Ｍが搬送方向Ａ１とは逆の搬送方向Ａ２（図１参照）に搬送された場合においても、略同様な出力を得ることができる。

（比較例での動作）
これに対して、図１０（ａ）に示す比較例では、永久磁石８０は、搬送経路１１の側（感磁素子４０の側）にＳ極およびＮ極の一方の極（例えばＳ極）を向け、搬送経路１１とは反対側（感磁素子４０とは反対側）にＳ極およびＮ極の他方の極（例えばＮ極）を向けている。従って、永久磁石８０は、感磁素子４０に用いた磁気抵抗素子の磁気抵抗パターンに略垂直な磁界Ｈａを印加する。このため、磁気パターンがフェライト粉等のハード材を含むインクで印刷されている場合、および軟磁性ステンレス粉等のソフト材（軟磁性材
料を含むインクで印刷されている場合のいずれにおいても、磁気パターンが透磁率を有しているため、媒体Ｍが図１０（ａ）に示す位置Ｐａ０から図１０（ｃ）に示す位置Ｐｂ０、Ｐｃ０、Ｐｄ０、Ｐｅ０を通過する間に、磁気パターンの透磁率に起因して感磁素子４０ａから出力される信号成分は、図１０（ｄ）に示すように、負方向および正方向の双方向に振れる。

より具体的には、図１０（ｃ）に示す位置Ｐｂ０を媒体Ｍが通過する際に印加される磁界Ｈｂは、媒体Ｍが存在しないときの磁界Ｈａより斜めに大きく傾いているため、感磁素子４０ａの電気抵抗値は、図１０（ｂ）に示すグラフ上を矢印Ｓ１で示す方向にシフトする。従って、感磁素子４０ａからの出力は、図１０（ｄ）に示すように、負の方向に振れる。これに対して、図１０（ｃ）に示す位置Ｐｄ０を媒体Ｍが通過する際に印加される磁界Ｈｄは、媒体Ｍが存在しないときの磁界Ｈａより法線方向に近いため、感磁素子４０ａの電気抵抗値は、図１０（ｂ）に示すグラフ上を矢印Ｓ２で示す方向にシフトする。従って、感磁素子４０ａからの出力は、図１０（ｄ）に示すように、正の方向に振れる。

一方、磁気パターンがハード材を含むインクで印刷されている場合、感磁素子４０ａからの出力のうち、残留磁束密度に起因する信号成分も、透磁率に起因する信号成分と同様、媒体Ｍが図１０（ａ）に示す位置Ｐａ０から図１０（ｃ）に示す位置Ｐｂ０、Ｐｃ０、Ｐｄ０、Ｐｅ０を通過する際の感磁素子４０ａと媒体Ｍとの相対位置の変化に伴って、負方向および正方向に振れる。しかも、かかる信号成分は、図１０（ｄ）に示す信号成分に重畳されて出力される。このため、感磁素子４０ａからの出力に残留磁束密度に起因する信号成分が含まれているか否かを判別することが困難である。

［実施の形態２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置２０の説明図である。なお、本形態および後述する実施の形態３、４、５の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。また、図５、図６および図８には、永久磁石３０が形成する磁界を破線Ｒで模式的に示してある。

図５に示すように、本形態の磁気センサ装置２０も、実施の形態１と同様、媒体Ｍの搬送経路に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界を形成する永久磁石３０と、永久磁石３０に対して搬送経路１１側において永久磁石３０の磁界内に配置された感磁素子４０とを有している。永久磁石３０には、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向にＳ極とＮ極とが設けられている。感磁素子４０は、搬送経路１１と永久磁石３０との間で、永久磁石３０と少なくとも一部が対向するように配置されている。

ここで、感磁素子４０は、第１感磁素子４１と、第１感磁素子４１に対して搬送方向Ａ１で離間する位置に配置された第２感磁素子４２とを含んでおり、第１感磁素子４１および第２感磁素子４２は全体が、永久磁石３０と対向するように配置されている。本形態において、第１感磁素子４１は、搬送方向Ａ１における永久磁石３０の中心に対して上流側に配置され、第２感磁素子４２は、搬送方向Ａ１における永久磁石３０の中心に対して下流側に配置されており、第１感磁素子４１と第２感磁素子４２は、搬送方向Ａ１における永久磁石３０の中心に対して対称に配置されている。

このような第１感磁素子４１と第２感磁素子４２とは、差動出力を生成する。例えば、第１感磁素子４１と第２感磁素子４２とによってブリッジ回路を構成して差動出力を得る。または、第１感磁素子４１からの出力、および第２感磁素子４２からの出力をデジタル信号に変換した後、各々の出力結果の差を算出する。このため、環境温度等が変化して、第１感磁素子４１および第２感磁素子４２の磁気抵抗パターンの電気抵抗値が変化したときでも、磁気センサ装置２０の検出精度が高いという利点がある。

また、本形態では、第１感磁素子４１と第２感磁素子４２は、搬送方向Ａ１における永久磁石３０の中心に対して対称に配置されている。このため、媒体Ｍが搬送方向Ａ１に搬送された場合と、媒体Ｍが搬送方向Ａ１とは逆の搬送方向Ａ２に搬送された場合とにおいて、同様な出力を得ることができる。それ故、信号処理等が容易である。

［実施の形態３］
図６は、本発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置２０の説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、磁気センサ装置２０の構成図、および感磁素子４０から出力される信号の説明図である。図７は、本発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置２０を用いて媒体Ｍの磁気パターンを検出したときの出力信号の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、媒体Ｍにソフト材からなる磁気パターンが形成されている場合の出力信号の説明図、および媒体Ｍにハード材からなる磁気パターンが形成されている場合の出力信号の説明図である。

図６（ａ）に示すように、本形態の磁気センサ装置２０も、実施の形態１と同様、媒体Ｍの搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界を形成する永久磁石３０と、永久磁石３０に対して搬送経路１１側において永久磁石３０の磁界内に配置された感磁素子４０とを有している。感磁素子４０は、搬送経路１１と永久磁石３０との間で、永久磁石３０と少なくとも一部が対向するように配置されている。

本形態において、永久磁石３０は、第１永久磁石３１と、第１永久磁石３１に対して搬送方向Ａ１で離間する位置に配置された第２永久磁石３２とを含んでいる。第１永久磁石３１および第２永久磁石３２のいずれにおいても、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向にＳ極とＮ極とが設けられている。より具体的には、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２のいずれにおいても、搬送方向Ａ１の上流側にＮ極が設けられ、下流側にＳ極が設けられている。このため、第１永久磁石３１と第２永久磁石３２との間の漏れ磁束によって、媒体Ｍの搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界が形成される。

また、感磁素子４０は、第１感磁素子４１と、第１感磁素子４１に対して搬送方向Ａ１で離間する位置に配置された第２感磁素子４２とを含んでいる。ここで、第１感磁素子４１は、第１永久磁石３１の搬送方向Ａ１の中心より第２永久磁石３２側で第１永久磁石３１と対向し、第２感磁素子４２は、第２永久磁石３２の搬送方向Ａ１の中心より第１永久磁石３１側で第２永久磁石３２と対向している。但し、第１感磁素子４１の第２感磁素子４２側の端部は、第１永久磁石３１の第２永久磁石３２側の端部より第２感磁素子４２側に位置し、第２感磁素子４２の第１感磁素子４１側の端部は、第２永久磁石３２の第１永久磁石３１側の端部より第１感磁素子４１側に位置する。

このように構成した磁気センサ装置２０では、第１感磁素子４１および第２感磁素子４２から出力される信号のうち、媒体Ｍの磁気パターンの透磁率の影響を受けた第１信号成分Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ（図６（ｂ）に点線で示す）は、略同様な変化をもって負の方向に振れる。これに対して、第１感磁素子４１から出力される信号のうち、媒体Ｍの磁気パターンの残留磁気密度の影響を受けた第２信号成分Ｌ２ａ（図６（ｂ）に一点鎖線で示す）と、第２感磁素子４２から出力される信号のうち、媒体Ｍの磁気パターンの残留磁気密度の影響を受けた第２信号成分Ｌ２ｂ（図６（ｂ）に二点鎖線で示す）とは、時間差をもって、正方向および負方向に振れることになる。

従って、媒体Ｍの磁気パターンがソフト材からなる場合、第１感磁素子４１から出力される信号Ｌａ、および第２感磁素子４２から出力される信号Ｌｂは各々、図７（ａ）に示すように変化する。これに対して、媒体Ｍの磁気パターンがハード材からなる場合、第１感磁素子４１から出力される信号Ｌａ、および第２感磁素子４２から出力される信号Ｌｂ
は各々、図７（ｂ）に示すように変化する。

ここで、第１感磁素子４１と第２感磁素子４２とは、実施の形態１と同様、差動出力を生成する。従って、第１感磁素子４１および第２感磁素子４２のいずれかの信号を用いれば、磁気パターンの存在を検出することができる。また、第１感磁素子４１と第２感磁素子４２との差動出力が出現しない場合、磁気パターンがソフト材からなることを検出することができる一方、第１感磁素子４１と第２感磁素子４２との差動出力が出現した場合、磁気パターンがハード材からなることを検出することができる。

かかる差動出力を得るにあたって、永久磁石３０は、第１永久磁石３１と第２永久磁石３２との間の漏れ磁束によって、媒体Ｍの搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界を形成する。このため、大きな永久磁石３０を用いなくても、媒体Ｍの磁気パターンを飽和着磁できるクリティカルパスＲｃを搬送経路１１に形成することができる。それ故、図５に示すような大きな永久磁石３０を用いた場合より、２つの感磁素子４０（第１感磁素子４１と第２感磁素子４２）の離間距離を狭めることができるので、搬送方向Ａ１における分解能を高めることができる。

また、本形態でも、実施の形態２と同様、第１感磁素子４１と第２感磁素子４２は、搬送方向Ａ１における永久磁石３０の中心に対して対称に配置されている。このため、媒体Ｍが搬送方向Ａ１に搬送された場合と、媒体Ｍが搬送方向Ａ１とは逆の搬送方向Ａ２に搬送された場合とにおいて、同様な出力を得ることができる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の形態４に係る磁気センサ装置２０の説明図である。図８に示すように、本形態の磁気センサ装置２０も、実施の形態１と同様、媒体Ｍの搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界を形成する永久磁石３０と、永久磁石３０に対して搬送経路１１側において永久磁石３０の磁界内に配置された感磁素子４０とを有している。感磁素子４０は、搬送経路１１と永久磁石３０との間で、永久磁石３０と少なくとも一部が対向するように配置されている。

本形態において、永久磁石３０は、第１永久磁石３１と、第１永久磁石３１に対して搬送方向Ａ１で離間する位置に配置された第２永久磁石３２とを含んでいる。また、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２のいずれにおいても、媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向にＳ極とＮ極とが設けられている。より具体的には、第１永久磁石３１および第２永久磁石３２のいずれにおいても、搬送方向Ａ１の上流側にＮ極が設けられ、下流側にＳ極が設けられている。このため、第１永久磁石３１と第２永久磁石３２との間の漏れ磁束によって、媒体Ｍの搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向Ａ１に沿う方向の磁界が形成される。

ここで、感磁素子４０は、第１感磁素子４１と、第１感磁素子４１に対して第１方向Ｙで離間する位置に配置された第２感磁素子４２とを含んでいる。また、感磁素子４０は、第１感磁素子４１および第２感磁素子４２に対して第１方向Ｙで離間する位置に配置された第３感磁素子４３と、第１感磁素子４１、第２感磁素子４２および第３感磁素子４３に対して第１方向Ｙで離間する位置に配置された第４感磁素子４４とを含んでいる。

より具体的には、第１感磁素子４１は、第１永久磁石３１の搬送方向Ａ１の中心より第２永久磁石３２側で第１永久磁石３１と対向し、第２感磁素子４２は、第１永久磁石３１の搬送方向Ａ１の中心より第２永久磁石３２とは反対側で第１永久磁石３１と対向している。但し、第１感磁素子４１の第２感磁素子４２とは反対側の端部は、第１永久磁石３１の第２永久磁石３２側の端部より第２感磁素子４２とは反対側に位置している。第２感磁
素子４２は、全体が第１永久磁石３１と対向している。このように構成した第１感磁素子４１と第２感磁素子４２とは差動出力を生成する。

また、第３感磁素子４３は、第２永久磁石３２の搬送方向Ａ１の中心より第１永久磁石３１側で第２永久磁石３２と対向し、第４感磁素子４４は、第２永久磁石３２の搬送方向Ａ１の中心より第１永久磁石３１とは反対側で第２永久磁石３２と対向している。但し、第３感磁素子４３の第４感磁素子４４とは反対側の端部は、第２永久磁石３２の第１永久磁石３１側の端部より第４感磁素子４４とは反対側に位置している。第４感磁素子４４は、全体が第２永久磁石３２と対向している。このように構成した第３感磁素子４３と第４感磁素子４４とは差動出力を生成する。

このように構成した磁気センサ装置２０でも、実施の形態１と同様、第１感磁素子４１、第２感磁素子４２、第３感磁素子４３、および第４感磁素子４４から出力される信号のうち、媒体Ｍの磁気パターンの透磁率の影響を受けた第１信号成分は、略同様な変化をもって負の方向に振れる。これに対して、第１感磁素子４１および第３感磁素子４３等から出力される信号のうち、媒体Ｍの磁気パターンの残留磁気密度の影響を受けた第２信号成分は、正方向および負方向に振れることになる。従って、媒体Ｍの磁気パターンがソフト材からなるか、ハード材からなるかを判別することができる等、実施の形態３と同様な効果を奏する。

［実施の形態５］
図９は、本発明の実施の形態５に係る磁気センサ装置２０の説明図である。図２に示す形態では、永久磁石３０および感磁素子４０が、媒体Ｍの搬送方向Ａ１と交差する方向（第３方向Ｘ）に複数配列されていたが、本形態では、図９に示すように、永久磁石３０が、媒体Ｍの搬送方向Ａ１と交差する方向（第３方向Ｘ）に延在し、かかる永久磁石３０に複数の感磁素子４０がＺ方向で対向している。かかる構成によれば、図２に示す形態と違って、永久磁石３０の端部に形成される磁界の影響で、感磁素子４０において第３方向Ｘの位置によって感度差が発生することを抑制することができるという利点がある。

なお、図９に示す構成は、実施の形態１に係る磁気センサ装置２０に限らず、実施の形態２、３、４に係る磁気センサ装置２０に採用してもよい。

（その他の実施の形態）
上記形態では、感磁素子４０として、センサ基板４９に薄膜強磁性金属からなる磁気抵抗パターンが形成された異方性磁気抵抗素子を用いたが、感磁素子４０として、半導体磁気抵抗素子、ホール素子、ＭＩ素子(Magneto-Impedance element）、フラックスゲート型の磁気センサなどを用いてもよい。また、上記実施の形態では、搬送経路１１と永久磁石３０との間に感磁素子４０が配置されていたが、搬送経路１１に対して永久磁石３０とは反対側に感磁素子４０が配置されている構造を採用してもよい。この場合でも、永久磁石３０は、媒体Ｍの搬送経路１１に対して媒体Ｍの搬送方向に沿う方向の磁界を形成し、感磁素子４０は、永久磁石３０が形成する磁界内に配置される。

１０・・搬送装置、１１・・搬送経路、２０・・磁気センサ装置、２１・・センサ面、３０・・永久磁石、３１・・第１永久磁石、３２・・第２永久磁石、４０・・感磁素子、４１・・第１感磁素子、４２・・第２感磁素子、４３・・第３感磁素子、４４・・第４感磁素子、４９・・センサ基板、１００・・磁気パターン検出装置、Ａ１・・搬送方向

Claims (11)

1. 媒体の搬送経路に対して前記媒体の搬送方向に沿う方向の磁界を形成する永久磁石と、
   前記永久磁石に対して前記搬送経路側において前記永久磁石の磁界内に配置された感磁素子と、
   を有することを特徴とする磁気センサ装置。
2. 前記永久磁石には、前記媒体の搬送方向に沿う方向にＳ極とＮ極とが設けられ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. 前記感磁素子は、前記搬送経路と前記永久磁石との間に配置されてい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. 前記感磁素子は、少なくとも一部が前記永久磁石と対向するように配置さ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. 前記感磁素子は、
   第１感磁素子と、
   該第１感磁素子に対して前記搬送方向で離間する位置に配置され、前記第１感磁素子と差動出力を生成する第２感磁素子と、
   を含む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. 前記永久磁石は、
   第１永久磁石と、
   該第１永久磁石に対して前記搬送方向で離間する位置に配置された第２永久磁石と、
   を含み、
   前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の漏れ磁束によって前記磁界が形成され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。
7. 前記感磁素子は、
   前記第１永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第２永久磁石側で前記第１永久磁石と対向する第１感磁素子と、
   前記第２永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第１永久磁石側で前記第２永久磁石と対向し、前記第１感磁素子と差動出力を生成する第２感磁素子と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ装置。
8. 前記感磁素子は、
   前記第１永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第２永久磁石側で前記第１永久磁石と対向する第１感磁素子と、
   前記第１永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第２永久磁石とは反対側で前記第１永久磁石と対向し、前記第１感磁素子と差動出力を生成する第２感磁素子と、
   前記第２永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第１永久磁石側で前記第２永久磁石と対向する第３感磁素子と、
   前記第２永久磁石の前記搬送方向の中心より前記第１永久磁石とは反対側で前記第２永久磁石と対向し、前記第３感磁素子と差動出力を生成する第４感磁素子と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ装置。
9. 前記感磁素子は、磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の磁気センサ装置。
10. 前記感磁素子は、前記媒体の搬送方向に対して交差する方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の磁気センサ装置。
11. 前記永久磁石は、前記媒体の搬送方向に対して交差する方向に延在して、当該交差する方向に配置された複数の前記感磁素子と対向していることを特徴とする請求項１０に記載の磁気センサ装置。