JP2017116448A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周期的ノイズである外乱磁界をキャンセルしてＳＮ比を改善し、磁気媒体物の検出が確実になされる磁気センサ装置を提供する。【課題の解決手段】磁気センサ装置は、永久磁石４の異極面側に位置するようにして、永久磁石４によりバイアス磁界が加えられる２個の磁気センサ５ａ，５ｂを、磁気媒体物８の搬送方向と平行に配置し、各磁気センサ５ａ，５ｂは、定電圧間に磁気抵抗素子と前記定電圧間を分圧する電気的素子を直列接続し、その接続部から検出信号を取り出すとともに、永久磁石４から放出される磁力線が貫通した位置の磁界ベクトルのＸ方向成分の絶対値が等しくなるよう配置してなり、磁気媒体物８は一方の磁気センサ５ａの永久磁石４とは反対面側を搬送し、各磁気センサ５ａ，５ｂの検出信号を演算回路１９で加算演算または差動演算して外乱磁界２６分をキャンセルして出力する。【選択図】図６

Description

本発明は、磁気インクなどの磁性体を検出する磁気センサ装置に関する。

従来から、紙幣や有価証券等の紙葉類に磁気インクで印刷された磁気パターンを検出するための磁気センサ装置は、種々の構成のものが知られている。例えば、強磁性体薄膜磁気抵抗素子にバイアス磁界を加える永久磁石を備え、この永久磁石による検出用磁界が同時に付与する前記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、前記永久磁石に対する前記強磁性体薄膜磁気抵抗素子の位置を調整して配置した磁気センサがある（特許文献１）。

特開２００８−１４５３７９号公報

上述した従来の磁気センサでは、永久磁石と強磁性体薄膜磁気抵抗素子との位置関係を調整して、具体的には、強磁性体薄膜磁気抵抗素子を永久磁石の中心からずらした位置に配置することによって、高い感度を保つものではあるが、磁気パターンを磁気インクで印刷した紙幣を搬送する搬送ローラを駆動するモータなどの駆動源による、周期的ノイズである外乱磁界により生じるＳＮ比の悪化に対しては、何らの対応策も講じていない。このため、上述した従来の磁気センサは、前記ＳＮ比の悪化を防止できないという不都合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、周期的ノイズである外乱磁界により生じるＳＮ比の悪化を抑制した磁気センサ装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明の請求項１に係る磁気センサ装置は、永久磁石の異極面側に位置するようにして、前記永久磁石によりバイアス磁界が加えられる２個の第１及び第２磁気センサを、被検出体である磁性体などの磁気媒体物の搬送方向と平行に配置してなる磁気センサ装置であって、前記第１及び第２磁気センサは、定電圧間に磁気抵抗素子と前記定電圧間を分圧する電気的素子を直列接続し、その接続部から検出信号を取り出すとともに、前記永久磁石から放出される磁力線が前記第１及び第２磁気センサによって検出される磁界ベクトルの前記搬送方向と平行となるＸ方向成分の絶対値が等しくなるよう配置し、前記第１磁気センサは前記磁気媒体物と外乱磁界を検出し、前記第２磁気センサは前記外乱磁界のみを検出するものであり、前記磁気媒体物は第１磁気センサの前記永久磁石とは反対面側を搬送し、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を演算して前記外乱磁界分をキャンセルして検出信号を出力するものである。

この構成によれば、被検出体である磁性体などの磁気媒体物を第１磁気センサの永久磁石とは反対面側を搬送することによって、この第１磁気センサは磁気媒体物の検出が可能となる一方、第２磁気センサは磁気媒体物から十分離れて位置するので磁気媒体物を検出することはできない状態となるとともに、周期的ノイズである外乱磁界は磁気センサ装置に対して全体的に加えられるので、前記第１及び第２磁気センサによってこの外乱磁界は検出される。そして、前記第１及び第２磁気センサには、永久磁石から放出される磁力線が前記第１及び第２磁気センサによって検出される磁界ベクトルの前記磁気媒体物の搬送方向と平行となるＸ方向成分の絶対値が等しくなるようバイアス磁界を加えることにより、前記第１及び第２磁気センサによる周期的ノイズの検出信号は振幅がほぼ同一大で、前記磁界ベクトルのＸ方向成分の向きと、磁気抵抗素子と電気的素子の接続順の組み合わせに応じて、同相信号または逆相信号となるので、同相信号の場合は差動演算し、逆相信号の場合は加算演算することにより、前記周期的ノイズである前記外乱磁界はキャンセルされる一方、前記磁気媒体物の検出信号は増減されずに出力される。

同じく前記目的を達成するために本発明の請求項２に係る磁気センサ装置は、前記請求項１の構成において、前記第１及び第２磁気センサにおける前記磁界ベクトルのＸ方向成分の向きが同一方向で、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が同一の場合には、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を差動演算する一方、前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が逆の場合には、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を加算演算するものである。

この前記磁界ベクトルのＸ方向成分の向きが同一方向の構成によれば、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が同一の場合には、前記周期的ノイズの検出信号は振幅がほぼ同一大の同相信号となるので、その同相信号を差動演算することで前記周期的ノイズはキャンセルされる。また、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が逆の場合には、前記周期的ノイズの検出信号は振幅がほぼ同一大の逆相信号となるので、その逆相信号を加算演算することで前記周期的ノイズはキャンセルされる。一方、前記磁気媒体物の検出信号については、前記第２磁気センサで検出されないので、差動演算及び加算演算されても、増減されずにそのまま出力される。

同じく前記目的を達成するために本発明の請求項３に係る磁気センサ装置は、前記請求項１の構成において、前記第１及び第２磁気センサにおける前記磁界ベクトルのＸ方向成分の向きが逆方向で、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が同一の場合には、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を加算演算する一方、前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が逆の場合には、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を差動演算するものである。

この前記磁界ベクトルのＸ方向成分の向きが逆方向の構成によれば、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が同一の場合には、前記周期的ノイズの検出信号は振幅がほぼ同一大の逆相信号となるので、その逆相信号を加算演算することで前記周期的ノイズはキャンセルされる。また、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が逆の場合には、前記周期的ノイズの検出信号は振幅がほぼ同一大の同相信号となるので、その同相信号を差動演算することで前記周期的ノイズはキャンセルされる。一方、前記磁気媒体物の検出信号については、前記第２磁気センサで検出されないので、差動演算及び加算演算されても、増減されずにそのまま出力される。

同じく前記目的を達成するために本発明の請求項４に係る磁気センサ装置は、前記請求項１〜３のいずれかの構成において、前記第１及び第２磁気センサにおける前記電気的素子を、一定の抵抗値を持つ磁気抵抗素子で構成するものである。

この構成によると、前記第１及び第２磁気センサが前記磁気抵抗素子で構成されるので、前記電気的素子を一定の抵抗値を持つ磁気抵抗素子で構成し、これら磁気抵抗素子を同一製造ラインで製造することにより、性能にばらつきのない素子を使用することができ、検出性能が向上する。

本発明の各請求項に係る磁気センサ装置によれば、周期的ノイズである外乱磁界はキャンセルされることにより、ＳＮ比が改善され、また、磁気媒体物の検出は確実になされるという効果を奏する。

本発明における磁気センサの実施形態を示す説明図。 同じく磁界検出原理を示す説明図。 同じく磁気媒体物の検出原理を示す説明図。 同じく外乱磁界の検出原理を示す説明図。 同じく磁気抵抗効果素子で検出される磁界強度と磁気抵抗効果素子の抵抗減少率との関係を示すグラフ。 本発明の一実施形態における磁気センサ装置の概略的な構成図。 同じく磁気センサ装置の出力を示す波形図。 他の実施形態における磁気センサ装置の出力を示す波形図。

初めに、本発明における磁気センサの一実施形態を図１に基づいて説明する。電源電圧（以下「ＶＤＤ」という。）端子と接地電圧（以下「ＧＮＤ」という。）間に磁気抵抗効果素子（以下「ＭＲ素子」という。）１と抵抗２が直列接続されて、各磁気センサ５ａ，５ｂが構成される。図１（ａ）に示す磁気センサ５ａでは、ＭＲ素子１の一端はＶＤＤ端子に、他端は抵抗２にそれぞれ接続され、抵抗２の一端はＭＲ素子１に、他端はＧＮＤ端子にそれぞれ接続されている。また、図１（ｂ）に示す磁気センサ５ｂでは、ＭＲ素子１の一端はＧＮＤ端子に、他端は抵抗２にそれぞれ接続され、抵抗２の一端はＭＲ素子１に、他端はＶＤＤ端子にそれぞれ接続されている。ＶＤＤ−ＧＮＤ間の電圧は、レギュレータ等の定電圧回路で生成されてもよい。ＭＲ素子１と抵抗２の接続点である検出信号端子３からは、ＭＲ素子１と抵抗２の抵抗比によって、ＶＤＤ−ＧＮＤ間が分圧された電圧が出力される。

ＭＲ素子１の検出される磁界方向は図１のＸ方向と、Ｘ方向とは逆方向の−Ｘ方向であり、その検出される磁界によって、ＭＲ素子１の抵抗値が変化し、検出信号端子３の電圧が変化する。抵抗２は磁界によって抵抗値は変化せず、ＶＤＤ−ＧＮＤ間を分圧する電気的素子であり、この電気的素子には、抵抗２に換えて、磁界検出が飽和され、一定の抵抗値で保持されたＭＲ素子１を使用することもできる。

図１では、磁気センサ５ａ，５ｂを電気回路図として記載しているが、実際の素子配置については、図１に示す電気的接続、及びＭＲ素子１の検出される磁界方向が同一であれば、所望の素子配置でよい。また、ＭＲ素子１と抵抗２をパッケージや、樹脂等で封止してもよい。そして、ＭＲ素子１と抵抗２は各１個ずつ直列接続し、その接続点を検出信号端子として取り出しているが、ＭＲ素子１と抵抗２を複数直列接続して所望の接続点を検出信号端子３として取り出したり、ＭＲ素子１や抵抗２をブリッジ型で接続してもよい。

続いて、図２に基づき本発明における磁気センサ装置の磁界検出原理について説明する。永久磁石４によってバイアス磁界が加えられる磁気センサ５ａ，５ｂは、永久磁石４の垂直磁界を生ずる中心位置からずれて、永久磁石４を挟んで異極面側に対称的に配置され、永久磁石４が放出する磁力線６が貫通する位置の磁界ベクトル７ａ，７ｂのＸ方向成分７ａｘ，７ｂｘの絶対値が等しくなるよう設定されている。図２（ａ）では、各磁気センサ５ａ，５ｂは、永久磁石４の中心点を通って図上Ｘ方向に水平に伸びる軸を対称軸として線対称に配置されている。また、図２（ｂ）では、各磁気センサ５ａ，５ｂは、永久磁石４の中心点に対して点対称に配置されている。そして、各磁気センサ５ａ，５ｂの検出面側は、反対向面側に位置する。永久磁石４は、平面形状が矩形状で、上面がＮ極、下面がＳ極である。

図２（ａ），（ｂ）において、６は永久磁石４から放出される磁力線を示し、７ａは磁力線６が磁気センサ５ａを貫通した位置の磁界ベクトル、７ａｘは磁界ベクトル７のＸ方向成分で、永久磁石４の磁気バイアスによる磁気センサ５ａの検出方向、７ａｙは磁気ベクトル７ａの垂直方向成分であるＹ方向成分、をそれぞれ示すものである。同様に、７ｂは磁力線６が磁気センサ５ｂを貫通した位置の磁界ベクトル、７ｂｘは磁界ベクトル７ｂのＸ方向成分で、永久磁石４の磁気バイアスによる磁気センサ５ｂの検出方向、７ｂｙは磁気ベクトル７ｂの垂直方向成分であるＹ方向成分、をそれぞれ示すものである。

ここで、上述したように、各磁気ベクトル７ａ，７ｂのＸ方向成分である７ａｘと７ｂｘの大きさの絶対値は等しくなるよう各磁気センサ５ａ，５ｂの位置が設定されている。なお、図２では便宜上、各磁界ベクトル７ａ，７ｂの各磁気センサ５ａ，５ｂに対する位置を、図上、各磁気センサ５ａ，５ｂを磁力線６が貫通する位置ではなく上下方向にずらして示している（後述する図３及び図４においても同じ）。

図２上、各磁気センサ５ａ，５ｂの磁界検出方向をＸ方向と平行な方向にすると、上述のように、各磁気センサ５ａ，５ｂが検出される磁界は磁界ベクトル７ａ，７ｂのＸ方向成分７ａｘ，７ｂｘとなり、図示のＸ方向を正方向とすると、図２（ａ）では、検出される磁界の極性は、磁気センサ５ａは負、磁気センサ５ｂは正で、互いに逆になり、図２（ｂ）では、検出される磁界の極性は、磁気センサ５ａは負、磁気センサ５ｂも負で、互いに同じになる。また、各磁気センサ５ａ，５ｂの磁界検出方向をＸ方向と平行な方向にすると、磁界ベクトル７ａ，７ｂの垂直方向成分である７ａｙ，７ｂｙは検出されない。

したがって、磁界ベクトル７ａ，７ｂのＸ方向成分７ａｘ，７ｂｘに対応する、各磁気センサ５ａ，５ｂにより検出される永久磁石４から加えられた絶対値が等しい磁界は、永久磁石４以外の磁性体などの磁気媒体物によって各磁界が変化することにより、磁気媒体物を検出可能である。ここで、磁気媒体物の搬送方向がＸ方向でも、−Ｘ方向でも、磁気媒体物の検出は可能である。

続いて、図３に基づき本発明における磁気センサ装置の磁気媒体物検出原理について説明する。永久磁石４及び第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂを図２で説明したように配置し、被検出体である磁性体からなる磁気媒体物８は、この磁気媒体物８を検出する磁気センサ５ａの永久磁石４とは反対側を磁気センサ５ａと平行な水平方向である矢印９方向に、搬送ローラなどの適宜な搬送手段（図示せず）により搬送する。磁気媒体物８は、磁気透磁率が高く、極性がないものである。

磁気媒体物８が接近すると、永久磁石４から放出された磁力線６は、磁気媒体物８に集まるので、磁気センサ５ａに向かう磁力線６は、磁気媒体物８方向に傾斜する。そして、磁気センサ５ａを貫通する磁力線６による磁界ベクトル７ａのＸ方向成分７ａｘは、図３（ａ），（ｂ）ともに−Ｘ方向の負の磁界となるが、この磁界ベクトル７ａと、図２（ａ），（ｂ）に示す磁界ベクトル７ａを比較すると、図３（ａ），（ｂ）に示す方が絶対値が大きい。したがって、磁気媒体物８が接近した場合は、磁気センサ５ａで検出される磁界７ａｘが、図２（ａ），（ｂ）状態時よりも大きな値となる。一方、図３（ａ），（ｂ）に示す各磁気センサ５ｂは、磁気媒体物８から十分に離れているため、磁気媒体物８が接近した場合でも、検出する磁界７ｂｘの変化はほとんどない。

このように、磁気センサ５ａで検出される磁界７ａｘの絶対値の変化によって、磁気媒体物８を検出することが可能となる。なお、磁気媒体物８は、磁気センサ５ｂ側を搬送するようにしてもよく、この場合は、磁気センサ５ｂで検出される磁界７ｂｘの変化により磁気媒体物８が検出される一方、磁気センサ７ａで検出される磁界７ａｘの変化はほとんどないものである。

続いて、図４に基づき本発明における磁気センサ装置の外乱磁界印加時の磁気検出原理について説明する。この外乱磁界は、磁気媒体物８の搬送に用いる搬送ローラなどの搬送手段（図示せず）によって生じる磁気媒体物８以外の周期的なノイズ成分であり、図２及び図３と同一状態で配置された各磁気センサ５ａ，５ｂ全体に均等に印加される。外乱磁界の一例として、ある極をもった外乱磁界印加源１０から加えられる外乱磁界について説明する。

外乱磁界が印加されていない場合、各磁気センサ５ａ，５ｂに加えられるバイアス磁界は、永久磁石４から放出される磁力線６の各磁気センサ５ａ，５ｂを貫通した位置において磁界ベクトル７ａ，７ｂとして表され、各磁気センサ５ａ，５ｂで検出される磁界はＸ方向成分である７ａｘ，７ｂｘとなる。一方、外乱磁界印加源１０から放出される磁力線１１ａ，１１ｂのうち、各磁気センサ５ａ，５ｂで検出される磁界を７ｃｘ，７ｄｘとする。各磁界７ｃｘ，７ｄｘは、図２で説明したように、磁界検出方向をＸ方向に沿った方向とすると、Ｘ方向と同一方向、すなわち正の磁界となる。

したがって、図４（ａ）では、外乱磁界印加源１０及び永久磁石４によって、磁気センサ５ａで検出される磁界は、負の磁界７ａｘと正の磁界７ｃｘの加算となり、磁気センサ５ｂで検出される磁界は、正の磁界７ｂｘと正の磁界７ｄｘの加算となる。このため、磁気センサ５ａで検出される磁界の絶対値は、通常、図２状態検出時の絶対値７ａｘより小さくなる一方、磁気センサ５ｂで検出される磁界の絶対値は、図２状態検出時の絶対値７ｂｘより大きくなる。

また、図４（ｂ）では、外乱磁界印加源１０及び永久磁石４によって、磁気センサ５ａで検出される磁界は、負の磁界７ａｘと正の磁界７ｃｘの加算となり、磁気センサ５ｂで検出される磁界は、負の磁界７ｂｘと正の磁界７ｄｘの加算となる。このため、磁気センサ５ａで検出される磁界の絶対値は、通常、図２状態検出時の絶対値７ａｘより小さくなり、また、磁気センサ５ｂで検出される磁界の絶対値は、通常、図２状態検出時の絶対値７ｂｘより小さくなる。

このように、各磁気センサ５ａ，５ｂで検出される永久磁石４から加えられたバイアス磁界による磁界ベクトル７ａ，７ｂの絶対値の等しいＸ方向成分７ａｘ及び７ｂｘにおいて、外乱磁界が印加された場合は、図４（ａ）では、磁気センサ５ａに検出される磁界の絶対値は７ａｘよりも小さくなり、磁気センサ５ｂに検出される磁界の絶対値は７ｂｘよりも大きくなることで、外乱磁界が検出されるが、磁気媒体物８が接近した場合に検出される磁界の絶対値とは異なるため、磁気媒体物８を検出した信号との識別が可能である。同様に図４（ｂ）では、磁気センサ５ａに検出される磁界の絶対値は７ａｘよりも小さくなり、磁気センサ５ｂに検出される磁界の強さの絶対値も７ｂｘよりも小さくなることで、外乱磁界が検出されるが、磁気媒体物８が接近した場合に検出される磁界の強さの絶対値とは異なるため、磁気媒体物８を検出した信号との識別が可能である。

そして、図４（ａ），（ｂ）のいずれにおいても、磁気センサ５ａ，５ｂで検出される磁界７ａｘ，７ｂｘ，７ｃｘ，７ｄｘの絶対値の大小関係が上述とは逆の場合でも、同様に磁気媒体物８を検出した信号との識別が可能である。

図５は、各磁気センサ５ａ，５ｂに備えたＭＲ素子１が検出した永久磁石４による磁気バイアスの磁界強度と、ＭＲ素子１の抵抗減少率との関係を示すものである。図５（ａ）が図２（ａ）の配置状態の場合を示し、図５（ｂ）が図２（ｂ）の配置状態の場合を示し、Ｐ１，Ｐ２は図２（ａ），（ｂ）で示した磁界強度の基準値、Ｑ１は基準値に対応する抵抗減少率を示している。

図２（ａ），（ｂ）の配置状態において、磁気媒体物８が接近すると、図３（ａ），（ｂ）で説明したように、磁気センサ５ａ，５ｂのＭＲ素子１の検出磁界は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、負の検出磁界が大きくなる矢印１７方向となり、磁界強度はＰ１からＰ３となり、抵抗減少率はＱ１からＱ２となって、抵抗値は小さくなる。

一方、外乱磁界印加源１０によって外乱磁界が印加された場合は、図５（ａ）に示す図２（ａ）の配置状態においては、図４（ａ）で説明したように、磁気センサ５ａのＭＲ素子１の検出磁界は、負の検出磁界が小さくなる矢印１８ａ方向となり、磁界強度はＰ１からＰ４となり、抵抗減少率はＱ１からＱ３となって、抵抗値は大きくなる。また、磁気センサ５ｂのＭＲ素子１の検出磁界は、正の検出磁界が大きくなる矢印１８ｂ方向となり、磁界強度はＰ２からＰ５となり、抵抗減少率はＱ１からＱ２となって、抵抗値は小さくなる。

また、外乱磁界印加源１０によって外乱磁界が印加された場合の図５（ｂ）に示す図２（ｂ）の配置状態においては、図４（ｂ）で説明したように、磁気センサ５ａのＭＲ素子１の検出磁界は、負の検出磁界が小さくなる矢印１８ａ方向となり、磁界強度はＰ１からＰ４となり、抵抗減少率はＱ１からＱ３となって、抵抗値は大きくなる。そして、磁気センサ５ｂのＭＲ素子１の検出磁界も、負の検出磁界が小さくなる矢印１８ａ方向となり、磁界強度はＰ１からＰ４となり、抵抗減少率はＱ１からＱ３となって、抵抗値は大きくなる。

ここで、図２（ａ）の配置状態で外乱磁界印加時の場合、磁気センサ５ａ，５ｂの一方が図１（ａ）の構成で，他方が図１（ｂ）の構成であると、検出信号は同相信号となる。また、磁気センサ５ａ，５ｂがともに、図１（ａ）の構成、あるいは図１（ｂ）の構成で、同一構成であると、検出信号は逆相信号となる。そして、図２（ａ）配置状態で、磁気媒体物８が接近する場合には、磁気センサ５ｂの検出信号は変化しない。したがって、外乱磁界印加時の検出信号が同相の場合には差動演算し、検出信号が逆相信号の場合には加算演算することにより、磁気媒体物８の検出信号はそのまま出力し、外乱磁界の検出信号はキャンセルして出力することができる。

一方、図２（ｂ）の配置状態で外乱磁界印加時の場合には、磁気センサ５ａ，５ｂの一方が図１（ａ）の構成で，他方が図１（ｂ）の構成であると、検出信号は逆相信号となる。また、磁気センサ５ａ，５ｂがともに、図１（ａ）の構成、あるいは図１（ｂ）の構成で、同一構成であると、検出信号は同相信号となる。そして、図２（ｂ）配置状態で、磁気媒体物８が接近する場合には、磁気センサ５ｂの検出信号は変化しない。したがって、外乱磁界印加時の検出信号が同相の場合には差動演算し、検出信号が逆相信号の場合には加算演算することにより、磁気媒体物８の検出信号はそのまま出力し、外乱磁界の検出信号はキャンセルして出力することができる。

続いて、本発明の一実施形態の構成を図６に基づいて説明する。磁気センサモジュール２４は、各ＰＣＢ基板２０ａ，２０ｂが固定具２２によって所定間隔に支持され、固定具２２には磁石台座２１が固定されている。ＰＣＢ基板２０ａの上面には上述した磁気センサ５ａが固定され、ＰＣＢ基板２０ｂの下面には上述した磁気センサ５ｂが固定されている。また、磁石台座２１には、上述した永久磁石４が、そのＮ極面及びＳ極面と対向する各磁気センサ５ａ，５ｂ載置面迄の距離が互いに等しくなるように接着されている。すなわち、本実施形態は図２（ａ）の配置状態に対応する構成であり、各磁気センサ５ａ，５ｂは、永久磁石４の中心を通って図上Ｘ方向に水平に伸びる軸を対称軸として線対称に配置されている。そして、磁気センサ５ａは図１（ａ）の構成を採用し、磁気センサ５ｂは図１（ｂ）の構成を採用している。

ＰＣＢ基板２０ａ上面に固定した演算回路を含むＩＣチップ１９は、磁気センサ５ａ，５ｂからの検出信号を、増幅して、差動演算または加算演算などの演算処理を行う。磁気センサ５ａとＩＣチップ１９は、各ボンディングワイヤ２３ａ，２３ｄでＰＣＢ基板２０ａに必要な電気的接続がされている。また同様に、磁気センサ５ｂもボンディングワイヤ２３ｂでＰＣＢ基板２０ｂに必要な電気的接続がされている。さらにＰＣＢ基板２０ａ，２０ｂ同士もボンディングワイヤ２３ｃで必要な電気的接続がされている。そして、各磁気センサ５ａ，５ｂの検出信号をＩＣチップ１９で演算処理した出力は、ＰＣＢ基板２０ａに接続されたボンディングワイヤ２３ｅを介して外部に出力される。磁気モジュール２４の各部品は、樹脂等で封止されている。さらに、磁気モジュール２４は、ＤＩＰ型のパッケージ形態や、他のパッケージ形態で構成される。

そして、所定幅の一本線の磁性体からなる磁気パターン２５が紙幣などの磁気媒体物８上に形成され、この磁気媒体物８が搬送されて、各磁気センサ５ａ，５ｂが、磁気パターン２５と周期的ノイズである外乱磁界２６を検出すると、それらの検出信号はＩＣチップ１９で増幅されて、演算処理され、ボンディングワイヤ２３ｅから出力される。

次に、図７に基づいて、磁気媒体物８の接近及び外乱磁界２６の印加を、上述の実施形態で検出した場合の各出力波形について説明する。図７は、図６に示す所定幅の一本線の磁気パターン２５からなる磁気媒体物８と、一定の周期を持つ外乱磁界２６について、各磁気センサ５ａ，５ｂのボンディングワイヤ２３ａ，２３ｂを介した検出信号とＩＣチップ１９のボンディングワイヤ２３ｅを介した出力信号の波形を示している。また、Ｌは磁気媒体物８が検出された期間、Ｍは外乱磁界が検出された期間、Ａ，Ｂ，Ｃは図６における各検出位置を示している。なお、以下の説明では、ボンディングワイヤ２３ａ，２３ｂを介した検出信号をそれぞれ検出信号２３ａ，２３ｂと称し、ボンディングワイヤ２３ｅを介した出力信号を検出信号２３ｅと称することにする。

図７の期間Ｌにおける磁気センサ５ａの検出信号２３ａは、磁気パターン２５がＡ点の場合、磁気センサ５ａで検出される磁界の絶対値が大きいため、上述した図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１からＱ２になり、磁気センサ５ａにおけるＶＤＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が、磁気媒体物８が接近することで小さくなり、検出信号２３ａは基準信号から上昇する。次いで、磁気パターン２５がＢ点に至ると、磁気センサ５ａで検出される磁界が、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスになることで検出信号２３ａは基準信号に戻る。磁気パターン２５がＣ点に至ると、Ａ点の場合と異なり、検出される磁界方向が逆方向になり、検出される磁界の絶対値がＡ点の場合とは逆に小さくなるため、図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１より小さくなり、磁気センサ５ａにおけるＶＤＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が大きくなって、検出信号は基準信号よりも下降する。さらに、磁気パターン２５がＣ点から図６のＸ方向に離れると、磁気パターン２５に磁力線が集まらず、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスのみを磁気センサ５ａが検出するため、検出信号２３ａは基準信号に戻る。一方、磁気センサ５ｂの検出信号２３ｂは、上述したように、磁気センサ５ｂが磁気媒体物８から十分離れており、検出される磁界の変化がないため，基準信号のままである。

また、図７の期間Ｍにおける磁気センサ５ａの検出信号２３ａは、図４（ａ）で上述したように、外乱磁界２６がＡ点の場合、磁気センサ５ａで検出される磁界の絶対値が小さいため、上述した図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１からＱ３になり、磁気センサ５ａにおけるＶＤＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が大きくなり、検出信号２３ａは基準信号から下降する。次いで、外乱磁界２６がＢ点に至ると、磁気センサ５ａで検出される磁界が、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスになることで検出信号２３ａは基準信号に戻る。さらに、外乱磁界２６がＣ点に至ると、Ａ点の場合と異なり、検出される磁界方向が逆方向になり、検出される磁界の絶対値がＡ点の場合とは逆に大きくなるため、図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１より大きくなり、磁気センサ５ａにおけるＶＤＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が小さくなって、検出信号２３ａは基準信号から上昇する。そして、外乱磁界がＣ点から図６のＸ方向に離れると、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスのみを磁気センサ５ａが検出するため、検出信号２３ａは基準信号に戻る。

一方、期間Ｍにおける磁気センサ５ｂの検出信号２３ｂは、図４（ａ）で上述したように、外乱磁界２６がＡ点の場合、磁気センサ５ｂで検出される磁界の絶対値が大きいため、上述した図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１からＱ２になり、磁気センサ５ｂにおけるＧＮＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が小さくなり、検出信号２３ｂａは基準信号から下降する。次いで、外乱磁界２６がＢ点に至ると、磁気センサ５ａで検出される磁界が、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスになることで検出信号２３ａは基準信号に戻る。さらに、外乱磁界２６がＣ点に至ると、Ａ点の場合と異なり、検出される磁界方向が逆方向になり、検出される磁界の絶対値がＡ点の場合とは逆に小さくなるため、図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１より小さくなり、磁気センサ５ｂにおけるＧＮＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が大きくなって、検出信号２３ｂは基準信号から上昇する。そして、外乱磁界２６がＣ点から図６のＸ方向に離れると、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスのみを磁気センサ５ｂが検出するため、検出信号２３ｂは基準信号に戻る。

したがって、外乱磁界２６印加時の検出信号２３ａと検出信号２３ｂは同相の波形となる。また、周期的な外乱磁界２６は、各磁気センサ５ａ，５ｂ全体に印加されたものあるため、図７のＭにおける検出信号２３ａと検出信号２３ｂの波形の振幅は同一である。

このように、本実施形態における各磁気センサ５ａ，５ｂの検出波形及び磁気センサモジュール２４の出力波形は、所定幅の一本線の磁気パターン２５からなる磁気媒体物８を検出した期間Ｌにおいて、各磁気センサ５ａ，５ｂによる検出信号２３ａ，２３ｂをＩＣチップ１９で差動演算した出力信号２３ｅは、検出信号２３ａそのものであり、磁気媒体物８上の磁気パターン２５を明確に検出することができる結果を示している。また、周期的外乱磁界２６を検出した期間Ｍの場合においては、各磁気センサ５ａ，５ｂによって検出された検出信号２３ａ，２３ｂをＩＣチップ１９で差動演算した出力信号２３ｅは、個々の磁気センサ５ａ，５ｂによる検出信号２３ａ，２３ｂの波形と比較すると、その出力信号の振幅は無視できる程度に小さく、外乱磁界２６をキャンセルした結果となっている。したがって、本実施形態によればＳＮ比が大きいことが理解でき、磁気媒体物８を明確に検出できるものである。

次いで、図８に基づいて、上述した実施形態の磁気センサ５ｂを磁気センサ５ａと同じく、図１（ａ）の構成にした別の実施形態において、磁気媒体物８の接近及び外乱磁界２６の印加を検出した場合の各出力波形について説明する。磁気センサ５ｂの構成以外は上述の図７で説明した実施形態と同一である。ここで、図８の期間Ｌにおける各検出信号２３ａ，２３ｂについては、上述した図７の場合と同じなので、説明は省略する。また、図８の期間Ｍにおける検出信号２３ａについても、上述した図７の場合と同じなので、説明は省略する。

図８の期間Ｍにおける磁気センサ５ｂの検出信号２３ｂは、図４（ａ）で上述したように、外乱磁界２６がＡ点の場合、磁気センサ５ｂで検出される磁界の絶対値が大きいため、上述した図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１からＱ２になり、磁気センサ５ｂにおけるＶＤＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が小さくなり、検出信号２３ｂは基準信号から上昇する。次いで、外乱磁界２６がＢ点に至ると、磁気センサ５ｂで検出される磁界が、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスになることで検出信号２３ｂは基準信号に戻る。さらに、外乱磁界２６がＣ点に至ると、Ａ点の場合と異なり、検出される磁界方向が逆方向になり、検出される磁界の絶対値がＡ点の場合とは逆に小さくなるため、図５のＭＲ素子１の抵抗減少率がＱ１より小さくなり、磁気センサ５ｂにおけるＶＤＤ側に接続されたＭＲ素子１の抵抗値が大きくなって、検出信号２３ｂは基準信号から下降する。そして、外乱磁界２６がＣ点から図６のＸ方向に離れると、図２のように永久磁石４から加えられた磁気バイアスのみを磁気センサ５ｂが検出するため、検出信号２３ｂは基準信号に戻る。

したがって、外乱磁界２６印加時の検出信号２３ｂと検出信号２３ａは逆相の波形となる。また、周期的な外乱磁界２６は、各磁気センサ５ａ，５ｂ全体に印加されたものあるため、図８のＭにおける検出信号２３ａと検出信号２３ｂの波形の振幅は同一である。

このように、別の実施形態における各磁気センサ５ａ，５ｂの検出波形及び磁気センサモジュール２４の出力波形は、所定幅の一本線の磁気パターン２５からなる磁気媒体物８を検出送した期間Ｌにおいて、各磁気センサ５ａ，５ｂによる検出信号２３ａ，２３ｂをＩＣチップ１９で加算演算した出力信号２３ｅは、検出信号２３ａそのものであり、磁気媒体物８上の磁気パターン２５を明確に検出することができる結果を示している。また、周期的外乱磁界２６を検出した期間Ｍの場合においては、各磁気センサ５ａ，５ｂによって検出された検出信号２３ａ，２３ｂをＩＣチップ１９で加算演算した出力信号２３ｅは、個々の磁気センサ５ａ，５ｂによる検出信号２３ａ，２３ｂの波形と比較すると、その出力信号の振幅は無視できる程度に小さく、外乱磁界２６をキャンセルした結果となっている。したがって、別の実施形態によればＳＮ比が大きいことが理解でき、磁気媒体物８を明確に検出できるものである。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば、各磁気センサ５ａ，５ｂは、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）のように、永久磁石４の磁極（Ｎ，Ｓ）の軸の図上左側に、永久磁石４の中心点を通る軸に対称的に配置したが、これを前記軸の図上右側において同様に対称的に配置してもよい。また、各磁気センサ５ａ，５ｂは、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）のように、図上、磁気センサ５ａが上方に、磁気センサ５ｂが下方に位置して、永久磁石４の中心点について点対称に配置したが、各磁気センサ５ａ，５ｂの上下関係を逆にしてもよい。

１ 磁気抵抗素子（ＭＲ素子）
２ 抵抗
３ 検出信号端子
４ 永久磁石
５ａ，５ｂ 磁気センサ
７ａ，７ｂ 磁界ベクトル
７ａｘ，７ｂｘ 磁界ベクトルのＸ方向成分
７ａｙ，７ｂｙ 磁界ベクトルのＹ方向成分
８ 磁気媒体物
１０ 外乱磁界印加源
１９ ＩＣチップ
２４ 磁気センサモジュール

Claims (4)

1. 永久磁石の異極面側に位置するようにして、前記永久磁石によりバイアス磁界が加えられる２個の第１及び第２磁気センサを、被検出体である磁気媒体物の搬送方向と平行に配置してなる磁気センサ装置であって、前記第１及び第２磁気センサは、定電圧間に磁気抵抗素子と前記定電圧間を分圧する電気的素子を直列接続し、その接続部から検出信号を取り出すとともに、前記永久磁石から放出される磁力線が前記第１及び第２磁気センサによって検出される磁界ベクトルの前記搬送方向と平行となるＸ方向成分の絶対値が等しくなるよう配置してなり、前記第１磁気センサは前記磁気媒体物と外乱磁界を検出し、前記第２磁気センサは前記外乱磁界のみを検出するものであり、前記磁気媒体物は前記第１磁気センサの前記永久磁石とは反対面側を搬送し、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を演算して前記外乱磁界分をキャンセルして検出信号を出力するよう構成した磁気センサ装置。
2. 前記第１及び第２磁気センサにおける前記磁界ベクトルのＸ方向成分の向きが同一方向であって、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が同一であれば、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を差動演算する一方、前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が逆であれば、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を加算演算するよう構成してなる前記請求項１記載の磁気センサ装置。
3. 前記第１及び第２磁気センサにおける前記磁界ベクトルのＸ方向成分の向きが逆方向であって、前記第１及び第２磁気センサにおける前記定電圧間に直列接続される磁気抵抗素子と電気的素子の接続順が同一であれば、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を加算演算する一方、前記磁気抵抗素子と前記電気的素子の接続順が逆であれば、前記第１及び第２磁気センサの前記検出信号を差動演算するよう構成してなる前記請求項１記載の磁気センサ装置。
4. 前記第１及び第２磁気センサにおける前記電気的素子を、一定の抵抗値を持つ磁気抵抗素子で構成してなる前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
   

Images