JP3321852B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙幣上に設置された紙
幣識別用の微小磁性体や、ＩＤカード等の紙葉状媒体に
設置された磁性体を検出する高分解能形の磁気センサ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】紙幣や磁気カード等に磁性体によって設
置されている情報を検出する磁気センサ装置が情報処理
装置の分野やその類似分野に広く用いられている。この
種の磁気センサ装置は、図９の（ａ）に示すように、永
久磁石の上面に一対の磁気抵抗素子２ａ，２ｂを装着し
たもので、この磁気抵抗素子２ａ，２ｂは図10に示すよ
うに直列に接続され、この直列回路の一方側を電源ライ
ンに接続し、他端側をグランドラインに接続し、磁気抵
抗素子２ａ，２ｂの直列接続部から信号取り出し部を引
き出して分圧回路としたものである。

【０００３】この磁気センサ装置は磁性体からなる被検
出体３の走行経路上に設置され、被検出体３が磁気抵抗
素子２ａの上側を対向して通過するときに、永久磁石１
のバイアス磁界が磁気抵抗素子２ａを集中して通過する
結果、磁気抵抗素子２ａの磁気抵抗が大きく変化し、磁
気センサ装置から図９の（ｂ）に示すように上側に凸と
なる出力波形の信号が得られ、次に、被検出体３が磁気
抵抗素子２ｂに対向する位置に来たときに、今度は、永
久磁石１のバイアス磁界が磁気抵抗素子２ｂ側を集中し
て通過する結果、磁気抵抗素子２ｂの磁気抵抗が大きく
変化し、これにより、磁気センサ装置から下に凸となる
出力波形の信号が得られる。この磁気センサ装置の出力
信号を解析することにより、紙幣や磁気カード等の紙葉
状媒体に設置されている磁性体の情報が読み取られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近、磁気センサ装置
を設置する情報処理装置等の小型化に伴い、磁気センサ
装置の小型化が熱望されている。しかし、磁気センサ装
置の小型化を達成しようとすると、被検出体３の搬送手
段等と磁気センサ装置との相互的な設計上の制約等によ
り、被検出体３と磁気抵抗素子２ａ，２ｂとの隙間間隔
を一定に保持することが困難となる。周知のように、永
久磁石１から発せられるバイアス磁界は分散形となるた
め、前記隙間間隔を一定に保てなくなったり、隙間間隔
が変動すると、被検出体３が磁気抵抗素子２ａに対向す
るときに、磁気抵抗素子２ｂ側のバイアス磁界が変動
し、同様に、被検出体３が磁気抵抗素子２ｂに対向する
ときに、磁気抵抗素子２ａ側のバイアス磁界が変動する
結果、磁気センサ装置の出力波形が乱れ、いわゆるクロ
ストークが発生して分解能が低下し、検出の信頼性が損
なわれるという問題が生じる。

【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、装置の小型化を図ることに
よって、被検出体と磁気抵抗素子等の検知素子との隙間
間隔がたとえ変動しても、クロストーク等の影響を防止
し、高分解能、かつ、高信頼性の磁気センサ装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明の磁気センサ装置は、被検出体の走行経路に面して
一方の磁極を配置した永久磁石と、この永久磁石の前記
走行経路に向けた磁極に形成され走行経路に面して磁気
的障壁を形成する凹溝部と、この凹溝部により分けられ
た永久磁石の各磁極にそれぞれ配置された検知素子とを
備え、それぞれの検知素子には永久磁石から互いに独立
した磁気バイアスが付与されていることを特徴として構
成されている。また、本発明の磁気センサ装置は、一対
の検知素子を用いて分圧回路を構成して１チャンネルと
成し、永久磁石の走行経路に向けた磁極に２チャンネル
以上の分圧回路を形成する検知素子を配置し、一方側チ
ャンネルの検知素子と他方側チャンネルの検知素子との
間にはチャンネル間の磁気的障壁を形成する第２の凹溝
部を備えること、一対の検知素子を用いて分圧回路を構
成して１チャンネルと成し、永久磁石の走行経路に向け
た磁極に２チャンネル以上の分圧回路を形成する検知素
子を配置し、一方側チャンネルの検知素子と他方側チャ
ンネルの検知素子との間にはチャンネル間の磁気的障壁
を形成する第２の凹溝部を二重に設けて、それら第２の
凹溝部の間に独立した磁気バイアス極を備えること、検
知素子が配置された磁極と走行経路を介して対向する位
置に対向ヨークを配置すること、凹溝部と走行経路を介
して対向する位置には磁気異方性板を立設したこと、検
知素子は半導体磁気抵抗素子により構成することもそれ
ぞれ本発明の特徴的な構成とされている。

【０００７】

【作用】上記構成の本発明において、永久磁石の磁極に
は磁気的障壁を形成する凹溝部が形成されているので、
凹溝部により分割された磁極に配置されたそれぞれの検
知素子には互いに独立した磁気バイアスが付与されてい
る状態となる。この磁気的障壁は、検知素子の上側に走
行経路を介して対向ヨークが配置されたり、検知素子間
に介在する凹溝部の上方位置に磁気異方性板が立設され
たりすることにより、検知素子間の磁気的障壁効果が大
となる。このように、分圧回路の各検知素子間に磁気的
障壁が形成されることで、被検出体が走行経路を通って
一方側の検知素子に対向した位置となっても、他方側の
バイアス磁界が被検出体側に引き寄せられて他方側の検
知素子のバイアス磁界が変動するということがなくな
り、クロストークのない高分解能の被検出体の検出が可
能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１および図２には本発明に係る磁気センサ装置
の第１の実施例の構成が示されている。これらの図にお
いて、非磁性体からなる保持基体４の上下中央部分には
紙幣等の被検出体３が走行する走行通路５が水平方向に
形成されている。この走行通路５の下側の保持基体４内
には永久磁石１が一方の磁極面を走行通路５に向けて収
容固定されている。走行通路５側の磁極面の中央部には
磁気的障壁となる凹溝部６が形成されており、この凹溝
部６により区画された第１の磁極７ａと第２の磁極７ｂ
は共に同極性のＮ極に着磁されている。そして、この第
１の磁極７ａと第２の磁極７ｂの上側には検知素子とし
て機能する磁気抵抗素子２ａ，２ｂが配置される。

【０００９】この磁気抵抗素子２ａ，２ｂは別個独立の
サブストレート上に形成してもよいが、この実施例では
磁気抵抗素子２ａ，２ｂは共通の１枚のサブストレート
８上にＩｎＳｂ，ＩｎＡｓ，ＧａＡｓ等の半導体の中か
ら最良なものを適宜選定して膜状に形成されており、こ
の磁気抵抗素子２ａ，２ｂが形成されたサブストレート
８は接着等により磁極７ａ，７ｂの面上に固定されてい
る。

【００１０】この固定状態で、磁気抵抗素子２ａは第１
の磁極７ａの上側に、磁気抵抗素子２ｂは第２の磁極７
ｂの上側に位置している。磁気抵抗素子２ａ，２ｂの上
面は前記走行通路５に臨んでおり、被検出体３は所定の
狭い間隙を介して磁気抵抗素子２ａ，２ｂの上側を横切
って通過するようになっている。

【００１１】磁気抵抗素子２ａ，２ｂは、前記図10に示
す場合と同様に、直列に接続されて、その一端側は電源
ラインに接続され、他端側はグランドラインに接続さ
れ、磁気抵抗素子２ａ，２ｂの直列接続部には信号取り
出しリードが接続されて分圧回路が構成されている。

【００１２】前記走行通路５の上側の保持基台４の中央
部には、永久磁石１の凹溝部６に対向して上下方向の収
容溝10が形成されており、この収容溝10の走行通路５側
の位置、つまり磁気抵抗素子２ａと２ｂの中間点位置に
パーマロイ、純鉄、珪素鋼板等の適宜の軟磁性材料から
なる磁気異方性板11が立設状（被検出体３の走行方向に
対して垂直）に収容固定されている。この磁気異方性板
11の底面の断面積をＳ、縦方向の長さをＬとしたとき、
その反磁界係数はＬ／Ｓの値によって定まり、反磁界係
数を大きくするために、断面積Ｓに対して縦方向の長さ
Ｌを大きく形成することが好ましく、また、永久磁石１
と磁気異方性板11との空隙ｇが広がるに従って磁気集中
効果が失われるので、検出分解能を高めるためには厚み
の薄い磁性板を用いるのが好ましく、これらのことか
ら、この実施例では、板厚が0.3 mm、縦横の各長さが５
mmの薄型の正方形板に形成している。

【００１３】この実施例は上記のように構成されてお
り、次にその作用を説明する。図１に示すように、走行
経路を通って走行通路５に被検出体３が入り込み、被検
出体３に設置したコード配列の磁性体の１つがが磁気抵
抗素子２ａの上を通過するときに、図９の（ｂ）に示す
ように、上側に凸部となる波形の信号を出力し、次に、
その磁性体が磁気抵抗素子２ａから離れて次の磁気抵抗
素子２ｂに対向する位置に来たときに、下側に凸となる
波形の信号を出力する。この磁気センサの時系列出力信
号を解析することにより、被検出体３のコード情報等の
検出が行われる。この実施例では、磁気抵抗素子２ａ，
２ｂの間に凹溝部６が形成されることで、図３に示すよ
うに、第１の磁極７ａから発する磁界と第２の磁極７ｂ
から発する磁界とが凹溝部６で反転磁界を形成し、この
反転磁界により強力な磁気障壁を作り出す。

【００１４】また、凹溝部６の上方側に磁気異方性板11
を立設状に対向配置したものであるから、磁極７ａ，７
ｂから上側に分散する磁界は磁気異方性板11に集束して
反磁界が形成される結果、磁気抵抗素子２ａ，２ｂを分
割する状態で、磁気障壁が形成されることとなり、これ
ら、凹溝部６による反転磁界と、磁気異方性板11による
反磁界とによる磁気障壁によって磁気抵抗素子２ａ，２
ｂの各バイアス磁界は完全に分離されて独立した磁気回
路となり、磁気抵抗素子２ａ，２ｂの一方側に被検出体
３の磁性体が対向したときに、他方側の磁気抵抗素子を
通過する磁界に変動を生じるということがなく、これに
より、クロストークの発生を確実に防止することができ
る。このため、装置の小型化に伴い、設計制約等に起因
して被検出体３と磁気抵抗素子２ａ，２ｂとの間隔がた
とえ変動しても、クロストークを生じることがないの
で、被検出体の検出を高分解能のもとで検出でき、検出
の信頼性を大幅に高めることができる。

【００１５】図４には本発明の第２の実施例が示されて
いる。この実施例は、焼結合金やプラマグのような金型
成形に適した永久磁石１の上面に２系列、つまり、２チ
ャンネルの磁気抵抗素子２ａ〜２ｄを配設した構成とな
っている。この実施例では、永久磁石１の長手方向の一
端側の磁極７ａ，７ｂの面に第１チャンネルの磁気抵抗
素子２ａ，２ｂを前記実施例と同様にサブストレート８
上に形成し、永久磁石１の他端側の磁極７ｃ，７ｄの面
上に第２チャンネルの磁気抵抗素子２ｃ，２ｄを同様に
サブストレート８上に形成したものである。この第１チ
ャンネルの磁気抵抗素子２ａ，２ｂと第２チャンネルの
磁気抵抗素子２ｃ，２ｄは共に分圧回路を構成してい
る。

【００１６】前記第１チャンネルの磁気抵抗素子２ａ，
２ｂが配設される永久磁石１の上面には磁気抵抗素子２
ａ，２ｂ間に凹溝部６ａが形成されており、同様に、第
２チャンネルの磁気抵抗素子２ｃ，２ｄが配設される永
久磁石１の上面には磁気抵抗素子２ｃ，２ｄ間に凹溝部
６ｂが形成されて、磁気抵抗素子２ａと２ｂ間、およ
び、磁気抵抗素子２ｃ，２ｄ間にそれぞれ磁気障壁が形
成されるようになっている。

【００１７】また、第１チャンネルの磁気抵抗素子２
ａ，２ｂと第２チャンネルの磁気抵抗素子２ｃ，２ｄと
の間には、各チャンネルの磁気抵抗素子のクロストーク
を防止するための中央凹溝部12が形成されている。第１
チャンネル側の第１の磁極７ａと第２の磁極７ｂは共に
同一のＳ極に着磁されており、同様に、第２チャンネル
側の第１の磁極７ｃと第２の磁極７ｄもそれぞれ同一の
Ｓ極に着磁されている。

【００１８】この実施例では、第１チャンネルの磁気抵
抗素子２ａ，２ｂ間は、凹溝部６ａによる磁気障壁が形
成されて磁気抵抗素子２ａ側と２ｂ側とのクロストーク
が防止され、同様に、第２チャンネルの磁気抵抗素子２
ｃ，２ｄのクロストークは凹溝部６ｂによる磁気障壁に
よって防止される。さらに、中央凹溝部12にも同様に反
転磁界による磁気障壁が形成されることで、第１チャン
ネルの磁気抵抗素子２ａ，２ｂと、第２チャンネルの磁
気抵抗素子２ｃ，２ｄとのクロストークが防止される。

【００１９】なお、この実施例においても、凹溝部６
ａ，６ｂの上方側にそれぞれ磁気異方性板11を設けるこ
とにより、各チャンネル単位での磁気抵抗素子間のクロ
ストークの防止をより確実に行うことができ、同様に、
中央凹溝部12の上方側に、磁気異方性板を立設状に設け
ることにより、第１チャンネルと第２チャンネルの磁気
抵抗素子間のクロストークもより確実に防止することが
できる。

【００２０】図５には本発明の第３の実施例が示されて
いる。この実施例は鋳造に適した永久磁石１を用いてお
り、前記第２の実施例と異なることは、第１チャンネル
の磁気抵抗素子２ａ，２ｂと、第２チャンネルの磁気抵
抗素子２ｃ，２ｄとの間の永久磁石１の面にそれぞれ凹
溝部13ａ，13ｂを介して各磁極７ａ〜７ｄと同一のＳ極
に着磁したバイアス磁極14を設けたことであり、それ以
外の構成は前記第２の実施例と同様である。このよう
に、バイアス磁極14を形成することにより、凹溝部13ａ
と13ｂの部分でそれぞれ反転磁界による磁気障壁が形成
できる結果、第１チャンネルの磁気抵抗素子２ａ，２ｂ
と、第２チャンネルの磁気抵抗素子２ｃ，２ｄとは凹溝
部13ａ，13ｂの２個所の磁気障壁によってクロストーク
が防止されるので、クロストークの防止作用が完璧とな
り、被検出体３のより信頼性の高い検出が可能となる。

【００２１】図６には本発明の第４の実施例が示されて
いる。この実施例は、永久磁石１の上側に配設されてい
る磁気抵抗素子２ａ，２ｂの上側に対向させて、各磁気
抵抗素子２ａ，２ｂに跨って磁性体からなる対向ヨーク
15を配設したことであり、それ以外の構成は前記第１の
実施例と同様である。この実施例も、第１の磁極７ａお
よび第２の磁極７ｂから各磁気抵抗素子２ａ，２ｂを通
って内側（磁気抵抗素子２ａ，２ｂ間側）に出る磁界
は、磁気抵抗素子２ａ，２ｂ間に作られた磁気障壁によ
り分離された形態で対向ヨーク15に集束することとな
り、これにより、前記各実施例と同様に、この磁気障壁
により、磁気抵抗素子２ａ側と磁気抵抗素子２ｂ側との
間のクロストークを防止することができ、高分解能のも
とでの被検出体の検出が可能となる。

【００２２】図７はこの実施例における被検出体３の検
出性能を従来例との比較の上で示したものである。この
性能実験に際しては、図８に示すように、カード等の被
検出体３の表面に磁性体を複数間隔を介して配列形成
し、ｄ〜ｋ間の各磁性体は同一ピッチＰの間隔で配列形
成し、ｂｃ間およびｃｄ間は２Ｐの間隔で形成し、ａｂ
間は３Ｐのピッチで磁性体を配列形成し、この磁性体が
配列形成された被検出体３を走行通路に沿って磁気抵抗
素子２ａ，２ｂの上側を横切って通過させ、そのときの
磁気センサ装置の検出出力を示したもので、図７の
（ａ）は従来例の検出結果を示し、図７の（ｂ）は本実
施例の検出結果を示している。従来例の磁気センサ装置
では、ピッチ間隔が広いａ，ｂ，ｃの磁性体は、明確に
区別されて検出されるが、ピッチ間隔の狭い磁性体にな
ると、各磁性体の区別が不明確となっている。これに対
し、この実施例では、磁性体のピッチ間隔が狭い場合
も、明確な検出波形が得られており、高分解能での検出
が可能になっていることが実証されている。

【００２３】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ことはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上
記各実施例では各凹溝部６，６ａ，６ｂ，13ａ，13ｂの
上方側に磁気異方性板11を設けたが、この磁気異方性板
11は省略してもよい。この磁気異方英板11を省略して
も、各凹溝部に反転磁界の磁気障壁が形成されるので、
磁気抵抗素子間のクロストークを効果的に防止すること
ができる。また、中央凹溝部12の上方部に設ける磁気異
方性板も省略することができる。

【００２４】また、上記実施例では、検知素子として半
導体磁気抵抗素子を使用した場合について説明したが、
この検知素子は、ホール素子等の他の感磁素子を用いて
構成してもよい。

【００２５】さらに、上記第３の実施例では各チャンネ
ル間を分離する凹溝部13ａ，13ｂ間にバイアス磁極14を
形成したが、各実施例において、各凹溝部６，６ａ，６
ｂ内にバイアス磁極14を同様に設けるようにしてもよ
い。

【００２６】さらに、上記各実施例において、各凹溝部
６，６ａ，６ｂ，12，13ａ，13ｂ内に合成樹脂等を充填
して機械的強度を高めるようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、永久磁石の磁極に磁気的障壁
を形成する凹溝部が形成され、検知素子にはそれぞれ永
久磁石から互いに独立した磁気バイアスを付与するよう
に構成したものであるから、一方側の検知素子と他方側
の検知素子との間に磁気障壁が形成されて、検知素子間
のクロストークが防止されるので、被検出体の検出分解
能を大幅に高めることができ、信頼性の高い検出が可能
となる。

【００２８】また、各検知素子間に磁気障壁となる凹溝
部を形成したり、永久磁石上に複数チャンネルの検知素
子を形成する際に、一方側のチャンネルの磁気抵抗素子
と他方側チャンネルの磁気抵抗素子との間に磁気障壁と
なる凹溝部を形成したり、さらには、一方側チャンネル
の検知素子と他方側チャンネルの検知素子との間に磁気
障壁となる独立した磁気バイアス極を形成したものにあ
っては、これらの磁気障壁部で、検知素子間の磁気干渉
をなくしてクロストークの防止をより一層高めることが
でき、より高分解能のもとでの被検出体の検出を行うこ
とができる。

【００２９】さらに、各検知素子間の中央上方位置に、
磁気異方性板を立設状に形成した構成のものにあって
は、この磁気異方性板により反磁界による磁気障壁がさ
らに形成されるので、クロストークの発生をより効果的
に防止することができる。

【００３０】このように、本発明では、検知素子間に磁
気障壁を作り出して、クロストークを防止するので、装
置の小型化等に伴い、設計制約等に起因してたとえ被検
出体と検知素子との間の隙間変動が生じても、前記磁気
障壁の効果により、クロストークが防止されるので、極
めて小型の、かつ、検出のばらつきがない高分解能の安
価な磁気センサ装置の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気センサ装置の第１の実施例を
示す構成断面図である。

【図２】同実施例の要部部分の斜視図である。

【図３】同実施例の凹溝部での反転磁界による磁気障壁
の形成状態の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施例の要部構成の説明図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施例を示す要部構成の説明図
である。

【図６】本発明の第４の実施例の要部構成の説明図であ
る。

【図７】同実施例における被検出体の検出性能を従来例
との比較で示すグラフである。

【図８】同実施例の特性試験を行ったときの被検出体上
に形成した磁性体の配列態様を示す説明図である。

【図９】従来の磁気センサ装置の説明図である。

【図10】磁気抵抗素子の分圧回路の説明図である。

【符号の説明】

１ 永久磁石 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 磁気抵抗素子 ６，６ａ，６ｂ，13ａ，13ｂ 凹溝部 ７ａ，７ｃ 第１の磁極 ７ｂ，７ｄ 第２の磁極 11 磁気異方性板 12 中央凹溝部 14 バイアス磁極 15 対向ヨーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 5/39 G01R 33/09 G07D 7/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出体の走行経路に面して一方の磁極
   を配置した永久磁石と、この永久磁石の前記走行経路に
   向けた磁極に形成され走行経路に面して磁気的障壁を形
   成する凹溝部と、この凹溝部により分けられた永久磁石
   の各磁極にそれぞれ配置された検知素子とを備え、それ
   ぞれの検知素子には永久磁石から互いに独立した磁気バ
   イアスが付与されていることを特徴とする磁気センサ装
   置。
2. 【請求項２】 一対の検知素子を用いて分圧回路を構成
   して１チャンネルと成し、永久磁石の走行経路に向けた
   磁極に２チャンネル以上の分圧回路を形成する検知素子
   を配置し、一方側チャンネルの検知素子と他方側チャン
   ネルの検知素子との間にはチャンネル間の磁気的障壁を
   形成する第２の凹溝部を備えることを特徴とする請求項
   １記載の磁気センサ装置。
3. 【請求項３】 一対の検知素子を用いて分圧回路を構成
   して１チャンネルと成し、永久磁石の走行経路に向けた
   磁極に２チャンネル以上の分圧回路を形成する検知素子
   を配置し、一方側チャンネルの検知素子と他方側チャン
   ネルの検知素子との間にはチャンネル間の磁気的障壁を
   形成する第２の凹溝部を二重に設けて、それら第２の凹
   溝部の間に独立した磁気バイアス極を備えることを特徴
   とする請求項１記載の磁気センサ装置。
4. 【請求項４】 検知素子が配置された磁極と走行経路を
   介して対向する位置に対向ヨークを配置することを特徴
   とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載の磁気
   センサ装置。
5. 【請求項５】 凹溝部と走行経路を介して対向する位置
   には磁気異方性板を立設したことを特徴とする請求項１
   又は請求項２又は請求項３に記載の磁気センサ装置。
6. 【請求項６】 検知素子は半導体磁気抵抗素子により構
   成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれ
   か１つに記載の磁気センサ装置。