JP4608912B2 - 長尺型磁気センサ - Google Patents

Description

この発明は、例えば紙幣などに印刷されている磁気パターンを検出する長尺型磁気センサに関するものである。

磁性インクなどで所定パターンが印刷された紙幣や証券などの被検知物の識別を行う磁気センサとして特許文献１，２が開示されている。特許文献１に開示されている長尺型磁気センサの構成を図４に示す。同図の（Ａ）はカバーを取り外した状態で感磁部側を見た平面図である。この例では磁気抵抗素子（ＭＲ素子）２ａ〜２ｅにそれぞれ２本の感磁部２０ａ〜２０ｅを備えている。これらの磁気抵抗素子２ａ〜２ｅがケース１に配列固定されている。このような長尺型磁気センサ２００の長手方向に対して直交方向に被検知物が搬送される。

図５は上記磁気抵抗素子の下部の構造および磁気抵抗素子に対する印加磁界の様子を示す正面図である。但し、ここでは３つの磁気抵抗素子２ｂ〜２ｄ部分についてのみ示している。各磁気抵抗素子２ｂ〜２ｄの下部には磁気抵抗素子２ｂ〜２ｄに対して垂直方向に磁界が貫くように磁石５ｂ〜５ｄを配置している。

図５の（Ｂ）は、この長尺型磁気センサの近傍に被検知物の磁性体（磁性インク）１０１ｃ，１０１ｃｄ，１０１ｄが到来した時の様子を示している。これらの磁性体１０１ｃ，１０１ｃｄ，１０１ｄは順次時間差をもって到来する。このように、磁石５ｃ，５ｄによる磁界内に磁性体１０１ｃ，１０１ｃｄ，１０１ｄが介在すると、これらの磁性体部分に磁束の集中が生じると共に感磁部２０ｃ，２０ｄを貫く磁束密度が増大する。その結果、磁気抵抗素子の抵抗値が増大し、そのことによって磁性体１０１ｃ，１０１ｃｄ，１０１ｄの有無が検出される。

ところが、隣接する２つの感磁部２０ｃ，２０ｄの中央部に位置する磁性体１０１ｃｄに向かう磁束の多くは感磁部２０ｃ，２０ｄを通らず、その間のギャップＧｈ部分を通る。このギャップＧｈ部分を通る磁束密度の変化は感磁部２０ｃ，２０ｄによる磁気抵抗効果に影響しないため、このギャップＧｈ付近での検出レベル（検出能力）は低下する。図４の（Ｂ）はこの長尺型磁気センサの長手方向の位置に対する検出レベルの特性例を示している。

このような検出レベルの低下位置が存在する長尺型磁気センサは、被検知物の全面にわたって磁性体パターンの検出を要求される場合には不適当であった。そこで、特許文献２に開示されているように、磁気抵抗素子の感磁部に平行な面内で磁石および磁気抵抗素子を千鳥状に配置したものもあった。
図６はその長尺型磁気センサの構成を示している。同図の（Ａ）はカバーを取り外した状態で感磁部側を見た平面図である。この例では磁気抵抗素子２ａ〜２ｇを、その感磁部に平行な面内で千鳥状となるようにケース１に配置している。磁気抵抗素子２ａ〜２ｇは、それらを被検知物の移動方向に見たとき、感磁部間にギャップが生じることなく連続的となるように配置している。このような長尺型磁気センサ２００の長手方向に対して直交方向に被検知物が搬送される。

このように、複数の磁気抵抗素子２ａ〜２ｇを千鳥状に配置することによって、（Ｂ）に示すように長尺型磁気センサの長手方向の全長にわたって略一定の検出レベルを確保できる。
特許第２９２１２６２号公報 特開２００３−１０７１４２号公報

ところが、図６の（Ａ）に示したように、磁気抵抗素子をその感磁部に平行な面内で千鳥状となるように配置した長尺型磁気センサにおいては、隣接する２つの磁気抵抗素子毎に被検知物の移動方向にギャップＬだけの位置ずれが生じる。そのため、Ｌの位置ずれに相当する時間的なずれを補正するための信号処理やデータ処理が余分に必要となる。また、被検知物の移動速度の精度に応じて、隣接する磁気抵抗素子間で位置ずれ補正量に誤差が生じるので、安定した出力を得難いという問題があった。

また、被検知物は長尺型磁気センサのケースと搬送ローラとの間を搬送されるが、図６に示した中心線ＣＬｓ，ＣＬｓを通過する間に、感磁部と被検知物とのギャップが変動すると検出レベルが変動してしまう。そのため、搬送ローラと長尺型磁気センサとの間の適正なギャップ調整もシビアで困難なものとなる。

そのため、２つの列をなすように磁気抵抗素子と磁石を千鳥状に配置する際に、その２列の間隔をなるべく狭くなるように設計することになるが、次に述べるような問題があった。

ここで、隣接する２つの磁気抵抗素子および磁石の位置関係と磁石による磁界の強度分布を図７に示す。図７の（Ａ），（Ｃ）は感磁部２０側から見た平面図であり、隣接する２つの磁気抵抗素子２，２と磁石５，５の関係を示している。（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図、（Ｄ）は（Ｃ）におけるＤ−Ｄ部分の断面図であり、磁石５による磁界の強度分布をそれぞれＨで示している。（Ａ），（Ｃ）のいずれの場合も磁気抵抗素子２と磁石５を組とし２列をなすように千鳥状に配置するとともに、磁石５，５を被検知物の移動方向に見たとき、それらが部分的に重なるように磁石５，５を配置している。

通常は（Ａ），（Ｂ）に示すように、磁石５，５の相互干渉が大きくならないように、上記２列の間隔Ｌを定めているが、この間隔Ｌを仮に（Ｃ）のように狭めると、一例として（Ｄ）に示すように、磁石５，５の相互干渉により、磁石同士の接近した位置と、そこから離れた位置とで磁界強度の変化が大きくなって適正な検出信号が得られない。

また磁石５の幅（長手方向に直交する方向の寸法）を図８に示すように小さくすれば、その分磁石５と磁気抵抗素子２との組同士の間隔Ｌを狭めることができるが、磁石の小型化にともなって磁気抵抗素子２の感磁部２０に対する磁界強度が小さくなるので検出信号レベルが低下してしまう。したがって、上記２列の間隔Ｌを狭くするのにも限界があった。

この発明の目的は、被検知物の移動方向に直交する方向（長手方向）の全長にわたって被検知物の磁性体パターンを検出可能とすると共に、複数の磁気抵抗素子を千鳥状に配置した際の位置ずれ補正量の誤差の問題および感磁部と被検知物とのギャップの変動の問題を解消した長尺型磁気センサを提供することにある。

上記目的を達するために、長尺型磁気センサを次のように構成する。
（１）被検知物の移動方向に対して略直交する方向を長手方向とする感磁部を備えた複数の磁気抵抗素子と、該磁気抵抗素子の感磁部とは反対側に配置された、前記磁気抵抗素子に対して磁界を印加する磁石とを有する長尺型磁気センサにおいて、
前記感磁部に平行な面内で２列をなすように前記磁石を配置し、前記２列をなす磁石の長手方向は複数の磁気抵抗素子の感磁部の長手方向と平行であり、前記２列をなす磁石の長手方向を向く中心間距離は、磁石間の相互干渉により磁界強度分布の乱れが生じない距離とする。

（２）（１）において、磁気抵抗素子毎にそれぞれ１つずつ磁石を配置する。

（１）感磁部に平行な面内で２列をなすように磁石を配置し、前記２列をなす磁石の長手方向を複数の磁気抵抗素子の感磁部の長手方向と平行とし、前記２列をなす磁石の長手方向を向く中心間距離を、磁石間の相互干渉により磁界強度分布の乱れが生じない距離とすることにより、安定した検出レベルが得られる。

（２）前記磁石を磁気抵抗素子毎にそれぞれ１つずつ配置することにより、磁石同士が隣接する領域の割合が少なくなるので、不要な磁界の影響が抑えられ、その分、２列をなす磁気抵抗素子の間隔をさらに狭めることができる。

第１の実施形態に係る長尺型磁気センサの構成を図１・図２を参照して説明する。
図１は長尺型磁気センサの外観斜視図であり、（Ａ）はカバーの取付途中の状態、（Ｂ）は取付状態を示している。合成樹脂製のケース１にはその上部に複数の磁気抵抗素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ・・・を取り付けている。ケース１の下部には、複数の磁気抵抗素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ・・・にそれぞれ接続した端子ピン６を突出させている。ケース１の両側部には長手方向に沿って爪部係合溝３を設けている。

金属製のカバー４には、ケースの爪部係合溝３に係合するカバー固定爪部を設けていて、両者の係合状態で長手方向にスライドさせることによって、図１の（Ｂ）に示すようにケース１の上部にカバー４を覆う。被検知物１００は図中矢印で示すように長尺型磁気センサ２００の長手方向に直交する向きに搬送される。
なお、ケース４には回路基板に対して電気的にアース接続するためのカバー端子１１を設けている。

図２は、図１に示した長尺型磁気センサの磁気抵抗素子側から見た平面図であり、隣接する２つの磁気抵抗素子２，２と磁石５，５の関係を示している。（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ部分の断面図であり、磁石５による磁界の強度分布をＨで示している。この磁界強度分布Ｈは縦軸を強度、横軸を位置として表している。

図２に示す感磁部２０は、被検知物の移動方向に対して略直交する方向を長手方向として磁気抵抗素子２の表面または表面付近に形成している。図１に示した被検知物１００が紙幣等の紙葉類である場合、それが長尺型磁気センサ２００の長手方向に対して常に厳密に直交する向きに搬送されるとは限らず、多少のスキューをもって搬送される場合があるが、検知物は感磁部の長手方向に略直交する方向に移動することになる。

磁石５，５は磁気抵抗素子２の感磁部２０とは反対側に配置している。また、磁気抵抗素子２と磁石５を組とし２列をなすように千鳥状に配置するとともに、磁石５，５を被検知物の移動方向に見たとき、それらが部分的に重なるように磁石５，５を配置している。また、磁石５，５の相互干渉が大きくならないように、上記２列をなす磁石５の中心線ＣＬｍ同士の間隔Ｌｍを定めている。そして、磁気抵抗素子２の中心線ＣＬｓを磁石５の中心線ＣＬｍより長尺型磁気センサ全体の中心線ＣＬｏ側にオフセットさせている。そのため、上記磁界強度分布の乱れが生じることがなく、磁気抵抗素子２，２の中心線ＣＬｓ同士の間隔Ｌｓを狭めることができる。

また、感磁部２０，２０を被検知物の移動方向に見たとき、図中の直線Ｃで示すように一方の感磁部２０の端部と他方の感磁部２０の端部とを略一致させている。この構造により、被検知物の移動方向に直交する方向（長手方向）の全長にわたって被検知物の磁性体パターンが略一定の検出レベルで検出可能となる。なお、感磁部２０，２０を被検知物の移動方向に見たときに、一方の感磁部２０の端部付近と他方の感磁部２０の端部付近とが部分的に重なるように配置してもよい。

このようにして、異なった列間の磁気抵抗素子２，２の中心線間距離Ｌｓが十分に狭い長尺型磁気センサを得ることができる。

次に、第２の実施形態に係る長尺型磁気センサの構成を図３に示す。
図３は長尺型磁気センサのカバーを取り外した状態で感磁部側を見た平面図である。第１の実施形態の場合と同様に、ケース１に対して複数の磁気抵抗素子２ａ〜２ｉを、それぞれの感磁部に平行な面内で２列をなすように配置している。第１の実施形態では磁気抵抗素子毎に１つずつ磁石を配置したが、この第２の実施形態では、２つの磁石５，５が２列をなすようにケース１の内部に収納している。

この場合も、異なった列間で隣接する２つの磁気抵抗素子の中心線ＣＬｓを磁石の中心線ＣＬｍより長尺型磁気センサ全体の中心線ＣＬｏ側にオフセットさせている。そのため、第１の実施形態の場合と同様の作用効果を得ることができる。

この第２の実施形態によれば、ケース１に対して２つの磁石５，５を収納すればよいだけであるので、全体の部品点数が削減でき、ケースの磁石収納部の構造も簡単になるので、組立作業工数を減らすことができ低コスト化が図れる。これに対して、第１の実施形態では、磁気抵抗素子毎に１つずつ磁石を配置したので、各磁気抵抗素子２の長手方向の中央部でより安定した磁界強度が得られる。そのため、磁石同士の重なる区域Ｌｄでの磁界強度分布の乱れを多少犠牲にすれば磁石間距離Ｌｍおよび磁気抵抗素子間距離Ｌｓを第２の実施形態の場合より狭めることができる。

第１の実施形態に係る長尺型磁気センサの外観斜視図 同長尺型磁気センサの隣接する２つの磁気抵抗素子および磁石の配置関係を示す平面図および磁界分布を示す断面図 第２の実施形態に係る長尺型磁気センサの感磁部側を見た平面図 特許文献１に開示されている長尺型磁気センサの構成と、位置による検出レベルの変動を示す図 同長尺型磁気センサの磁束密度分布の例を示す図 特許文献２に開示されている長尺型磁気センサの構成と、位置による検出レベルの変動を示す図 同長尺型磁気センサの隣接する２つの磁気抵抗素子および磁石の配置関係を示す平面図および磁界分布を示す断面図 同長尺型磁気センサの他の構成例を示す図

符号の説明

１−ケース
２−磁気抵抗素子
３−爪部係合溝
４−カバー
５−磁石
６−端子ピン
１１−カバー端子
２０−感磁部
１００−被検知物
１０１−磁性体（磁性インク）
２００−長尺型磁気センサ
ＣＬｓ−磁気抵抗素子の中心線
ＣＬｍ−磁石の中心線
ＣＬｏ−長尺型磁気センサの中心線
Ｈ−磁界強度分布を示す曲線

Claims (2)

1. 被検知物の移動方向に対して略直交する方向を長手方向とする感磁部を備えた複数の磁気抵抗素子と、該磁気抵抗素子の感磁部とは反対側に配置された、前記磁気抵抗素子に対して磁界を印加する磁石とを有する長尺型磁気センサにおいて、
   前記感磁部に平行な面内で２列をなすように前記磁石を配置し、前記２列をなす磁石の長手方向は複数の磁気抵抗素子の感磁部の長手方向と平行であり、前記２列をなす磁石の長手方向を向く中心間距離は、磁石間の相互干渉により磁界強度分布の乱れが生じない距離であることを特徴とする長尺型磁気センサ。
2. 前記磁石は前記磁気抵抗素子毎にそれぞれ１つずつ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の長尺型磁気センサ。

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