JP2021012163A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサ素子を複数個１列に配置して、１個の長尺永久磁石でバイアス磁場を発生させる磁気センサ装置において、永久磁石の長さをセンサの列方向の長さとほぼ同じ長さにしても、永久磁石が発生するバイアス磁場を均一に各磁気センサ素子に掛けることができ、を紙葉類に含まれる磁性体の状態を精密で安定的に検出することができる磁気センサ装置を提供する。【解決手段】複数の磁気センサ素子（符号１）を１列に配置する。複数の磁気センサ素子（符号１）に対して搬送路側とは反対側に長尺の永久磁石（符号２）を配置する。永久磁石（符号２）は、複数の磁気センサ素子（符号１）の配列方向に対して平行に延びる。永久磁石（符号２）の長手方向の両端の搬送方向に垂直な方向の寸法を両端部以外の寸法よりも短くし、かつ、磁気センサ列の長さと永久磁石の長さとをほぼ同じ長さにする。【選択図】 図１−Ａ

Description

本発明は、例えば紙幣、有価証券などの紙葉状被検知物（以下、紙葉類と称す）に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置に関するものである。

最近、偽造された紙幣や有価証券などの紙葉類はますます精巧になり真偽を見分け難くなっている。

一方、偽造防止・真偽鑑別のために、紙葉類に多種類の偽造防止対策が施されている。例えば、紙葉類に印刷パタ−ンの細かな磁性体（以下、磁気印刷と称す。）を配置したり、磁気特性の異なる複数の磁性体を複数配置したりしている。

磁気センサ装置の主な構成要素は、紙葉類に含まれる磁性体を磁化させるための磁場発生部と、磁化された磁性体の磁場の強度を電圧変化や電流変化に変換する磁電変換素子と、その磁電変換素子からの微弱出力を増幅し検出する検出部と、を備えている。

ここで、紙葉類に含まれる磁性体を磁化させるための磁場（以下、バイアス磁場と称す。）の発生方法としては、永久磁石を用いる方法と、電磁石を用いる方法があるが、一般的に、電力を必要としない、前者が用いられる。

永久磁石を用いる場合、電磁石のようにコイル電流調整でバイアス磁場の強度（以下、磁力と称す。）を調整できないため、永久磁石の発生磁力や磁場の強度分布（磁束密度の強度分布）を考慮する必要がある。以下、図においては、磁場の強度分布を磁束密度の強度分布として示す。また本願明細書中において、磁束密度とは、磁束の単位面積当たりの面密度のことを意味するものとする。

そこで、下記特許文献１（特開２００７−０８５９８０号公報）にあるように、紙幣等の磁気印刷部を局部的に検出する場合は、磁気センサ素子１個に対し、永久磁石を１個配置すれば、磁気センサ素子が受ける磁力調整を１対１で行えるため、磁力バラツキはさほど問題にならないが、近年のように、紙幣等の全面に渡り磁気印刷部を検出して真偽鑑別精度を向上させる場合、下記特許文献２（特表２００９−５２４０１９号公報）にあるように、磁気センサ素子を複数個１列に配置して、１個の長尺永久磁石でバイアス磁場を発生させる方式を用いる。

この場合、紙幣等の全面に渡り磁気印刷部を検出し精密で安定的に磁気印刷状態を検出するには複数の磁気センサ素子へ均一な磁力のバイアス磁場を掛ける必要があるが、長尺の直方体形状の永久磁石の特性として、永久磁石の長手方向の磁場の強度が均一ではなく、永久磁石両端部の磁力が角（ツノ）状に高くなるため、バイアス磁場を均一に掛けることが困難であった。

下記特許文献２（特表２００９−５２４０１９号公報）は、個々の磁気センサ素子毎の電子回路調整でこの問題を解決したものであるが、電子回路が複雑になる欠点があった。

更に、上記の欠点に加え、主走査方向への短尺化への強い要求もあり、それに応じて、磁石の主走査方向の寸法も短くすることが必要になってきた。つまり、下記特許文献３（特開２０１７−１３３８４５号公報）では、磁場の強度分布の均一性を確保するために角（ツノ）状部分を用いない技術思想であるが、逆に言えば、この角（ツノ）状部分が長くなってしまい、短尺化の要求に応えることが出来ないという欠点があった。

特開２００７−０８５９８０号公報 特表２００９−５２４０１９号公報 特開２０１７−１３３８４５号公報

このように、磁気センサ素子を複数個１列に配置して、１個の長尺永久磁石でバイアス磁場を発生させる磁気センサ装置においては、直方体形状の永久磁石の長手方向両端部の磁力が極端に低くまた角（ツノ）状に高くなる現象により、各磁気センサ素子へのバイアス磁場が不均一となる。そのため、紙幣等の全面に渡り磁気印刷部を検出し精密で安定的に磁気印刷状態を検出することが困難であり、更に短尺化の要求に応えることが出来なかった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、磁気センサ素子を複数個１列に配置して、１個の長尺永久磁石でバイアス磁場を発生させる磁気センサ装置において、永久磁石をセンサの長さ程度に短くしても、永久磁石が発生するバイアス磁場を均一に各磁気センサ素子に掛けることができ、紙葉類に含まれる磁性体の状態を精密で安定的に検出することができる磁気センサ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気センサ装置は、搬送路を搬送される紙葉類に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置であって、１列に配置された複数の磁気センサ素子と、長尺の永久磁石とを備える。前記永久磁石は、前記複数の磁気センサ素子に対して前記搬送路側とは反対側に配置され、前記複数の磁気センサ素子の配列方向に対して平行に延びる。前記永久磁石の長手方向の長さは、前記磁気センサ素子の配列方向の長さと略同寸法であり、かつ、前記永久磁石の端部の前記紙葉類に垂直方向の寸法が端部近傍以外の前記方向の寸法よりも小さくなっている。

このような構成によれば、永久磁石の長手方向の両端部近傍に生じる角（ツノ）状の磁場の強度分布を無くし、磁石の長手方向全体にわたり、均一な磁場の強度分布を実現でき、その均一な磁場の強度の範囲に複数の磁気センサ素子を配置することができる。これにより、磁場の強度分布の不均一部分を回避し、均一な磁場を各磁気センサ素子へ掛けることができ、紙葉類の磁気印刷の状態を精密で安定的に検出できる。
ここで、改めて、端部近傍とは角（ツノ）状磁場の強度分布に対応する永久磁石の部分を表す。

前記永久磁石の長手方向中央部の高さ寸法を幅寸法で除した寸法比が１から３の範囲であることが好ましい。このような構成によれば、紙葉類の磁気印刷の状態をより精密に検出できる。

前記永久磁石の長手寸法を前記永久磁石の端部近傍以外の部分、或いは、中央部の高さ寸法で除した寸法比が３以上であることが好ましい。

このような構成によれば、角（ツノ）状の磁場の強度分布の不均一部分を無くし、或いは、角（ツノ）状の磁場の強度分布の不均一性を抑制することにより均一な磁場を各磁気センサ素子へ掛けることができる。

前記磁気センサ素子が、ホ−ル素子であることが好ましい。

このような構成によれば、紙葉類が搬送されているときだけでなく、静止しているときにも紙葉類に含まれる磁性体を検出することができ、またその動作速度が検出感度変化にほとんど影響を与えないホール素子を用いて、紙葉類の磁気印刷の状態をより精密で安定的に検出できる。

本発明によれば、永久磁石が発生するバイアス磁場を均一に各磁気センサ素子へ掛けることができ、紙葉類に含まれる磁性体の状態を精密で安定的に検出することができる。

本発明の磁気センサ装置の構成を示した正面図である。 本発明の磁気センサ装置の構成を示した側断面図である。 本発明に用いた永久磁石を説明する斜視略図である。（図２では永久磁石の断面形状詳細や端部形状詳細は図示していない） 従来技術の永久磁石によって生じた永久磁石両端部の角（ツノ）状の磁場の強度の不均一性を示す図である。 磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）を横軸にし、磁束密度（ピーク値）を縦軸にグラフ化したもの。 従来発明の実施結果を示した図である（比較例）。 従来発明の実施結果を示した図である（比較例）。 従来技術である屋根型断面形状の永久磁石の斜視図である。 本発明の永久磁石の第１の例である屋根型断面形状の永久磁石の両端部の断面形状を示した図である。 本発明の永久磁石の第２の例である屋根型断面形状の永久磁石の両端部の別の断面形状を示した図である。 本発明の永久磁石の第１の例と第２の例である屋根型断面形状の永久磁石の両端部の断面形状を変化させた場合の磁場の強度分布(相対値)を示したグラフである。 本発明の永久磁石の第１の例である屋根型断面形状の永久磁石の両端部の別の断面形状を変化させた場合の磁場の強度分布(相対値)を示したグラフである。 本願発明の各種端部断面形状を有する永久磁石の一例であり、スロープ状断面形状の永久磁石の断面図である。 本願発明の各種端部断面形状を有する永久磁石の一例であり、階段状断面形状（２段）の永久磁石の断面図である。 本願発明の各種端部断面形状を有する永久磁石の一例であり、階段状断面形状（３段）の永久磁石の断面図である。 本願発明の各種端部断面形状を有する永久磁石の一例であり、単調減少状断面形状（凸型）の永久磁石の断面図である。 本願発明の各種端部断面形状を有する永久磁石の一例であり、単調減少状断面形状（凹型）の永久磁石の断面図である。 本願発明の階段状の端部断面形状を有する永久磁石の角(ツノ)部分を小さな階段状断面で面取りした永久磁石の断面図である。 本願発明の階段状の端部断面形状を有する永久磁石の角(ツノ)部分をＣ面で面取りした永久磁石の断面図である。 従来型の長手方向の任意の位置における断面形状が均一の永久磁石の磁束密度を表すグラブであり、磁束密度のばらつきを表しており、そのばらつきを測定する領域は、永久磁石端部を除いた部分である。

図１−Ａ及び図１−Ｂは、本発明の磁気センサ装置の構成である磁気センサ素子（符号１）と永久磁石（符号２）と紙葉類（符号３）の位置関係を示した図である。図１−Ａは磁気センサ装置の正面図を示しており、図１−Ｂは磁気センサ装置の断面図を示している。

図１−Ａの正面図に示すように、磁気センサ装置には、複数の磁気センサ素子（符号１）が備えられている。複数の磁気センサ素子（符号１）は、電気配線を施した基材（符号５）上に１列に配置されている。永久磁石（符号２）は、複数の磁気センサ素子（符号１）の配列方向に対して平行に延びる長尺の直方体形状を有している。この例では、永久磁石（符号２）のＮ極が磁気センサ素子（符号１）側に位置しているが、これに限らず、Ｓ極が磁気センサ素子（符号１）側に位置していてもよい。永久磁石（符号２）は、当該永久磁石の長手方向の全てにおいて平らな面（図１−Ａにおける上面）を有しており、当該面を磁気センサ素子（符号１）と対向させて配置される。

紙葉類（符号３）は、複数の磁気センサ素子（符号１）に対して、永久磁石（符号２）側とは反対側に形成された搬送路を搬送される。この例では、紙葉類（符号３）が図１−Ａにおける手前から奥へ、または奥から手前の方向に搬送される。すなわち、紙葉類（符号３）は、複数の磁気センサ素子（符号１）の配列方向に対して交差する方向、好ましくは直交する方向に沿って搬送路を搬送される。図１−Ｂの断面図では、紙葉類（符号３）の左右に示した矢印が、搬送方向を示している。

また、複数の磁気センサ素子（符号１）と紙葉類（符号３）との間には、非磁性金属からなる薄板状のカバ−（符号４）が配置されている。カバ−（符号４）は、紙葉類（符号３）の搬送路面を構成するとともに、磁気センサ素子（符号１）を保護する機能を有している。

また、図示していないが、これら磁気センサ素子（符号１）、永久磁石（符号２）、カバ−（符号４）は、一定間隔となるように非磁性金属またはプラスチック製の筐体で支持されている。これにより、一体的な磁気センサ装置が構成され、磁気センサ素子（符号１）、永久磁石（符号２）、カバ−（符号４）の位置関係が変化しないように固定されている。

複数の磁気センサ素子（符号１）は、永久磁石（符号２）の磁場中に設けられている。搬送路に紙葉類（符号３）が搬送されて、紙葉類（符号３）に含まれる磁性体（磁気印刷部）が、磁気センサ素子（符号１）近傍を通過する時には、永久磁石（符号２）の磁場で磁気印刷部が帯磁することにより、磁気センサ素子（符号１）が受ける磁場が変化する。そのため、この変化を複数の磁気センサ素子（符号１）で電気的に検出することにより、磁気印刷の状態を判定することができる。

複数の磁気センサ素子（符号１）は、搬送路を搬送される紙葉類（符号３）に対向する範囲に配置されている。したがって、搬送路に紙葉類（符号３）を搬送しながら磁場の変化を複数の磁気センサ素子（符号１）で検出することにより、紙葉類（符号３）の全面に渡り磁気印刷部を検出することができる。

本発明の実施例としては、磁気センサ素子（符号１）にホ−ル素子を用いた。ホ−ル素子には、主にＧａＡｓ系、ＩｎＡｓ系、ＩｎＳｂ系があるが、ホール移（易）動度が大きく、即ち、感度の高いＩｎＳｂ系を用いた。本発明ではホ−ル素子に対し磁場を印加する方向を略直角にしている。

また、磁場の磁束密度は、種々実験の結果、紙葉類（符号３）の通過位置に於いて１００ミリテスラ〜２００ミリテスラ（以下ｍＴ）とすれば感度出力とノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が良く、実施例では、ほぼ１５０ｍＴになるように、永久磁石（符号２）を選定し永久磁石（符号２）と紙葉類（符号３）の通過位置との距離を２ｍｍとした。

なお、この距離は２ｍｍに限定するものではなく、永久磁石（符号２）の特性・形状や磁気センサ装置全体の形状デザインにより変えることが出来る。

本発明では、紙葉類（符号３）の全域に渡り磁気印刷の状態を判定するため、複数個のホ−ル素子を１列状に配列している。したがって紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密で安定的に検出するためには、各ホ−ル素子に出来るだけ均一な磁場を掛ける必要があるが、本発明では、ホ−ル素子（符号１）の配列方向に対して平行に角棒状の永久磁石（符号２）を配置している。そこで、最適な永久磁石（符号２）の寸法を選定するため、図２に示すように、材質は樹脂磁石で寸法が高さ寸法（符号Ｈ）、幅寸法（符号Ｗ）、長手寸法（符号Ｌ）の角状棒の永久磁石（符号２）を作成した。ここで図中のＮ、Ｓは磁極を表している。その磁極に磁化した永久磁石（符号２）を各寸法作成し、磁石Ｎ極面からＺ軸方向の距離（符号ｄ）が１ｍｍ離れた位置と、２ｍｍ離れた位置とで、それぞれＺ軸方向の磁束密度をテスラメ−タのセンサプロ−ブ（符号６）により測定した。具体的には、永久磁石（符号２）の長手方向の略中央位置においてセンサプロ−ブ（符号６）をＹ軸方向に移動させた時のピーク値を測定した。

作成した永久磁石（符号２）の寸法は、長手寸法（符号Ｌ）はすべて５０ｍｍに固定し、幅寸法（符号Ｗ）を４ｍｍから１６ｍｍまで２ｍｍ間隔で変化させた。

前記で実験測定した結果が下記表１である。

この表１中では、高さ寸法／幅寸法を磁石寸法比（Ｈ／Ｗ）として示している。この結果の磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）を横軸にし、磁束密度（ピーク値）を縦軸にグラフ化したものが図４である。

この図４の結果によれば、測定距離により多少異なるが、磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）が１以下では、磁束密度が上昇傾向で、磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）が３以上では磁束密度が横ばい若しくは下降傾向となることを示している。

したがって、磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）が１から３が好ましく、より好ましくは２から３である。このような寸法で永久磁石（符号２）を形成することにより、紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態をより精密に検出できる。また、永久磁石（符号２）の長手寸法（符号Ｌ）を長手方向中央部の高さ寸法（Ｈ）で除した寸法比は、３以上であることが好ましい。

図３は、本発明の技術を説明するための従来技術の例であり、永久磁石両端部に磁場の強度が角（ツノ）のようになって磁場の強度に不均一な部分があることがわかる。この問題を解決するために従来技術では、永久磁石の両端部から発生している角（ツノ）状部分を用いないこととしている。しかし、この従来技術では、磁気センサの配列方向の長さよりも磁石寸法が長くなってしまい、無用な部分を残してしまうと同時に、ダウンサイジングの要求に応えることが出来ない。磁石の長手方向の長さを種々変更した実施結果を示す図５、図６においても同様である。図５に示すように５０ｍｍ程度の非常に短い読み取り幅であれば、それほど大きな角（ツノ）の発生は無いが、通常１００〜２００ｍｍの読み取り幅を有する磁気センサにおいては、図６に示すように角（ツノ）状部分の磁場の不均一性が大きいことが分かる。

それに対し、本発明においては、永久磁石両端の紙葉類に垂直な方向において、両端部近傍の寸法を両端部以外の寸法よりも短くし、磁場の均一性を確保する。
即ち、図６では、全長１００ｍｍの永久磁石の場合、角（ツノ）の発生部分の磁石長手方向の長さは、約１０ｍｍであり、両端部合わせて２０ｍｍとなるため、有効使用範囲が約８０ｍｍとなる。逆に言えば、１００ｍｍのセンサ素子列長さの読み取り範囲を確保しようとすれば、永久磁石の長手方向の長さは、１２０ｍｍとなる。しかし、本発明では、センサ素子列の長さと同じか同程度の約１００ｍｍの長さの永久磁石を用いることができる。ここで、従来型の永久磁石（基準磁石）の長手方向の寸法をＬｐとし、センサ素子列の長さをＬｓとし、本発明の永久磁石の長さをＬとすると、Ｌｓ≦Ｌ＜Ｌｐが成り立つ。
なお、従来型の永久磁石（基準磁石）の長手方向の寸法Ｌｐは、長手方向の断面形状が均一である基準磁石を複数の磁気センサ素子の配列方向に対して平行に配置した場合に、両端部の磁気センサ素子における磁束密度のばらつきの範囲が、中央部の磁気センサ素子における磁束密度のばらつきの範囲と略同一又は当該範囲に含まれるようにしたときの当該基準磁石の長手方向の寸法を意味している。また、センサ素子列の長さ（磁気センサ素子の配列方向の長さ）Ｌｓは、図１−Ａのように１列に配置された磁気センサ素子のうち、一端部に配置された磁気センサ素子から他端部に配置された磁気センサ素子までの長さ（距離）を意味している。

以下では、本発明の磁石のより具体的な形状について述べる。
図７は従来技術である屋根型断面形状の永久磁石の斜視図である。本発明では、図７に例示されるような永久磁石（符号２）の両端部の断面形状を変化させる。図８−Ａの例では、永久磁石（符号２）の磁気センサの読み取り方向断面が両端部において1段の階段形状となっている（片側のみ図示）。図８−Ｂの例では、永久磁石（符号２）の磁気センサの読み取り方向断面が２段の階段形状となっている（片側のみ図示）。なお、図８−Ａ及び図８−Ｂでは、左側に側面図、右側に正面図をそれぞれ示している。

図１２に従来技術の永久磁石の長手方向における磁束密度の典型的なばらつきを示す。図１２より、端部を除いた部分の磁束密度のばらつきは、平均値を１００％として、最大値で１０２．１％、最小値で９７．９％である。即ち、磁束密度は±２．１％のばらつきの範囲に収まっている。上記をばらつきの基準とみなすことができる。つまり、永久磁石の端部近傍以外の磁束密度のばらつきの範囲を閾値として、永久磁石の長手方向の端部近傍における磁束密度の最大値及び最小値が、上記平均値に対して閾値以内になるように、永久磁石の両端部の断面形状を設計すればよい。上記閾値は、±２．１％に限られるものではないが、±２．０〜２．５％が好ましい。あるいは、永久磁石の長手方向の端部近傍における磁束密度のばらつきの範囲が、端部以外の磁束密度のばらつきの範囲と略同一、又は、当該範囲に含まれるように、永久磁石の両端部の断面形状を設計してもよい。

本発明では、永久磁石の端部における紙葉類の紙面に対し垂直方向の長さ（高さ）を、端部近傍以外の前記方向の長さ（高さ）よりも短くする。このような永久磁石の端部近傍における磁束密度のばらつきが前記のばらつきの範囲に収まっていれば、本発明の永久磁石の長手方向の長さを短くして、磁気センサの配列方向の長さに近づけることが出来、かつ、磁気センサの配列方向の長さに等しくすることも可能である。例えば、図８−Ａの例では、幅寸法Ａの永久磁石の端部に、紙葉類に対し垂直方向の長さ（深さ）が寸法Ｂ、永久磁石の長手方向の長さが寸法Ｃの１段の階段状の段差が形成されることにより、当該端部における紙葉類の紙面に対し垂直な方向の長さ（高さ）が短くなっている。図８−Ｂの例では、幅寸法Ａの永久磁石の端部に、紙葉類に対し垂直方向の長さ（深さ）が寸法Ｂ、永久磁石の長手方向の長さが寸法Ｃの段差と、紙葉類に対し垂直方向の長さ（深さ）が寸法Ｂ´、永久磁石の長手方向の長さが寸法Ｃ´の段差とからなる２段の階段状の段差が形成されることにより、当該端部における紙葉類の紙面に対し垂直な方向の長さ（高さ）が短くなっている。

図９−Ａに本発明の端部を紙葉類の紙面に対し垂直方向の長さを短くした永久磁石について、当該永久磁石の長手方向の半分の長さにおける磁束密度の強度分布を示す。
寸法Ａ＝８ｍｍ、寸法Ｂ＝３ｍｍ、寸法Ｃ＝１０ｍｍ、寸法Ｂ´＝１ｍｍ、寸法Ｃ´＝２０ｍｍで２段の階段状の段差が形成された永久磁石における磁束密度の強度分布は、平均値Ｐに対して、最大値Ｐ_Ｈ及び最小値Ｐ_Ｌがそれぞれ±２．１以内に収まっている。
寸法Ａ＝８ｍｍ、寸法Ｂ＝３ｍｍ、寸法Ｃ＝１０ｍｍ、寸法Ｂ´＝１ｍｍ、寸法Ｃ´＝４０ｍｍで２段の階段状の段差が形成された永久磁石における磁束密度の強度分布についても、平均値Ｑに対して、最大値Ｑ_Ｈ及び最小値Ｑ_Ｌがそれぞれ±２．１以内に収まっている。
しかし、寸法Ａ＝８ｍｍ、寸法Ｂ＝３ｍｍ、寸法Ｃ＝１０ｍｍで１段の階段状の段差が形成された永久磁石における磁束密度の強度分布は、平均値Ｒに対して、最大値Ｒ_Ｈ及び最小値Ｒ_Ｌが±２．１を超えており、永久磁石の長手方向の長さを短くして用いることができないことが分かる。

また、図９−Ｂに、図９−Ａで示した１段の階段状の段差が形成された永久磁石（平均値Ｒ、最大値Ｒ_Ｈ、最小値Ｒ_Ｌ）の段差寸法を変更した場合を示す。図９−Ｂにおいて破線で示す磁束密度の強度分布は、端部に段差が形成されていない従来技術の永久磁石を用いた場合の強度分布である。一方、図９−Ｂにおいて実線で示す磁束密度の強度分布が、１段の階段状の段差が形成された永久磁石を用いた場合の強度分布である。この実線のグラフにおける左側の端部の強度分布は、寸法Ａ＝１０ｍｍ、寸法Ｂ＝４ｍｍ、寸法Ｃ＝１５ｍｍで１段の階段状の段差が形成された永久磁石の端部の強度分布であり、右側の端部の強度分布は、寸法Ａ＝１０ｍｍ、寸法Ｂ＝４ｍｍ、寸法Ｃ＝２０ｍｍで１段の階段状の段差が形成された永久磁石の端部の強度分布である。

図９−Ｂに実線で示した例では、図９−Ａに示した１段の階段状の段差が形成された永久磁石の場合と比較して、段差の深さ（紙葉類に対し垂直方向の長さ）である寸法Ｂがより深く、永久磁石の長手方向の段差の長さである寸法Ｃがより長くなっている。このように、１段の階段状の段差が形成された永久磁石であっても、段差寸法によっては磁束密度の角（ツノ）状部分が無くなっていることが分かる。
即ち、磁束密度の角（ツノ）状部分を無くすためには、段差の数ではなく、段差の深さや長さが支配的であることが分かる。

２段の階段状の段差が形成された永久磁石においては、永久磁石の長手方向における端部寸法Ｌeが、永久磁石の長手方向中央部の紙葉類に垂直方向の寸法Ｈに対し、Ｈ≦Ｌe≦５×Ｈを満たすことが好ましい。また、永久磁石の長手方向端部の紙葉類に垂直方向の両端の寸法Ｈeが、（７／１０）×Ｈ≦Ｈe≦（９／１０）×Ｈを満たすことが好ましい。なお、Ｌｅ＝Ｃ＋Ｃ´、Ｈｅ＝Ｈ−Ｂである。

以上より、永久磁石の両端部に階段状の断面構造を有する構成を採用し、両端部の紙葉類に対し垂直な方向の寸法（高さ）を、両端部近傍を除いた部分の前記方向の寸法よりも短くすることにより、角（ツノ）状の磁束密度を抑制することが可能であることが分かる。

前記の断面形状は、図１０−Ａ〜図１０−Ｅに示すように、階段状に限らず、例えば、スロープ状や凹型や凸型の曲線状であってもよい。図１０−Ａ〜図１０−Ｅの例では、永久磁石（符号２）の長手方向における両端部近傍の紙葉類に垂直方向の寸法が、両端部近傍以外の前記方向の寸法に対し、両端部側から徐々に小さくなっている。ただし、永久磁石（符号２）の長手方向における両端部に限らず、一方の端部近傍の紙葉類に垂直方向の寸法のみが、端部側から徐々に小さくなっていてもよい。

図１０−Ａの例では、永久磁石（符号２）の両端部にスロープ状の傾斜面が形成されることにより、両端部近傍の紙葉類に垂直方向の寸法が、両端部側から徐々に小さくなっている。図１０−Ｂ及び図１０−Ｃの例では、永久磁石（符号２）の両端部に階段状の段差（図１０−Ｂでは２段、図１０−Ｃでは３段）が形成されることにより、両端部近傍の紙葉類に垂直方向の寸法が、両端部側から徐々に小さくなっている。図１０−Ｄ及び図１０−Ｅの例では、永久磁石（符号２）の両端部に滑らかに単調減少する湾曲面又は屈曲面（図１０−Ｄでは凸状、図１０−Ｅでは凹状）が形成されることにより、両端部近傍の紙葉類に垂直方向の寸法が、両端部側から徐々に小さくなっている。図１０−Ａ〜図１０−Ｅの少なくとも２つの形状を組み合わせて一体化することも可能である。

また、階段状のエッジ部分から更に角（ツノ）状の磁束密度分布を抑制するため、更に小さな階段状の断面やＣ面などを設けてもよい。前記の小さな階段状断面やＣ面などを図１１−Ａ及び図１１−Ｂに示す。図１１−Ａの例では、永久磁石（符号２）の端部に形成された階段状の段差の各縁部に、さらに小さな階段状の段差（小段差７）が形成されている。図１１−Ｂの例では、永久磁石（符号２）の端部に形成された階段状の段差の各縁部が面取りされることにより、各縁部にＣ面（小スロープ８）が形成されている。

このように、永久磁石端部の紙葉類に垂直な方向の長さ（高さ）を短くすることにより、永久磁石の長さを従来技術の永久磁石に比べ短く出来、ひいては、磁気センサ素子列の長さと略同一にすることが出来る。即ち、本発明の本質は、永久磁石の端部における紙葉類に垂直な方向の長さを短くすることにより、従来技術では実現不可能な磁束密度の角（ツノ）部分を無くすることが可能になることであり、ひいては、永久磁石の長手方向の長さを磁気センサ素子列の長手方向の長さに近づけることが可能になり、或いは、磁気センサ素子列の長手方向の長さと略同一寸法にすることができ、ダウンサイジングの要求に応えることが可能になる。

このように、本実施形態では、磁場の強度分布の不均一部分を回避し、均一な磁場を各磁気センサ素子（符号１）へ掛けることができ、紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密で安定的に検出できる。

特に、永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号Ｈ）を幅寸法（符号Ｗ）で除した寸法比（Ｈ／Ｗ）が１から３の範囲であれば、効率の良い寸法で永久磁石（符号２）を形成することができ、紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密に検出できる。

また、紙葉類（符号３）が搬送されているときだけでなく、静止しているときにも紙葉類（符号３）に含まれる磁性体を検出することができ、またその動作速度が検出感度変化にほとんど影響を与えないホール素子を磁気センサ素子（符号１）として用いれば、紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態をより精密で安定的に検出できる。

１ 磁気センサ素子
２ 永久磁石
３ 紙葉類
４ カバ−
５ 基材
６ テスラメ−タのセンサプロ−ブ
７ 小段差
８ 小スロープ
Ｈ 永久磁石の高さ寸法
Ｗ 永久磁石の幅寸法
Ｌ 永久磁石の長手寸法
ｄ 磁場の強度分布測定距離

Claims (11)

1. 搬送路を搬送される紙葉類に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置であって、
   １列に配置された複数の磁気センサ素子と、
   前記複数の磁気センサ素子に対して前記搬送路側とは反対側に配置され、前記複数の磁気センサ素子の配列方向に対して平行に延びる長尺の永久磁石とを備え、
   前記永久磁石の長手方向の長さは、前記磁気センサ素子の配列方向の長さと略同寸法であり、かつ、前記永久磁石の端部の前記紙葉類に垂直方向の寸法が端部近傍以外の前記方向の寸法よりも小さくなっていることを特徴とする磁気センサ装置。
2. 長手方向の断面形状が均一である基準磁石を前記複数の磁気センサ素子の配列方向に対して平行に配置した場合に、前記複数の磁気センサ素子のうち両端部の磁気センサ素子における磁束密度のばらつきの範囲が、中央部の磁気センサ素子における磁束密度のばらつきの範囲と略同一又は当該範囲に含まれるようにしたときの当該基準磁石の長手方向の寸法をＬｐとし、前記永久磁石の長手方向の寸法をＬとし、前記磁気センサ素子の配列方向の長さをＬｓとしたとき、
   Ｌｓ≦Ｌ＜Ｌｐ
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記永久磁石は、当該永久磁石の長手方向の全てにおいて平らな面を前記磁気センサ素子と対向させて配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記永久磁石の長手方向の磁束密度の平均値に対して、前記永久磁石の長手方向の端部近傍における前記磁束密度の最大値及び最小値が閾値以内であるか、あるいは、前記永久磁石の長手方向の端部近傍における磁束密度のばらつきの範囲が、端部近傍以外の磁束密度のばらつきの範囲と略同一又は当該範囲に含まれることを特徴とする請求項1乃至３のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
5. 前記永久磁石の長手方向における端部寸法Ｌeが、前記永久磁石の長手方向中央部の前記垂直方向の寸法Ｈに対し、Ｈ≦Ｌe≦５×Ｈを満たし、かつ、前記永久磁石の長手方向端部の前記垂直方向の両端の寸法Ｈeが、
   （７／１０）×Ｈ≦Ｈe≦（９／１０）×Ｈ
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
6. 前記永久磁石の長手方向における端部近傍の前記紙葉類に垂直方向の寸法が、端部近傍以外の前記方向の寸法に対し、前記端部側から徐々に小さくなっていることを特徴する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
7. 前記永久磁石の長手方向における端部近傍の前記紙葉類に垂直方向の寸法が、端部近傍以外の前記方向の寸法に対し、前記端部側から階段状に徐々に小さくなっていることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
8. 前記永久磁石の長手方向における端部近傍の前記紙葉類に垂直方向の寸法が、端部近傍以外の前記方向の寸法に対し、前記端部側から滑らかに単調減少していることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
9. 前記永久磁石の長手方向における端部近傍の前記紙葉類に垂直方向の寸法が、端部近傍以外の前記方向の寸法に対し、前記端部側からスロープ状に徐々に小さくなっていることを特徴する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
10. 前記永久磁石の長手方向中央部の高さ寸法を幅寸法で除した寸法比が１から３の範囲であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
11. 前記永久磁石の長手寸法を長手方向中央部の高さ寸法で除した寸法比が３以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。

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