JP5516773B2

JP5516773B2 - 磁気センサ装置

Info

Publication number: JP5516773B2
Application number: JP2013020665A
Authority: JP
Inventors: 智和尾込; 良治白花; 俊明庄司; 武史武舎; 甚井上; 正明岡田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: JP2012122983A; JP2013127471A; JP5195963B2

Description

この発明は、紙幣等の紙葉状媒体上に形成された微小磁性パターンを検出する磁気センサ装置に関する。

磁気センサ装置は、磁界強度に対応して抵抗値が変化する特性を有している磁気抵抗効果素子を使用したセンサ装置である。紙幣等の紙葉状媒体に含まれる磁性パターンを検出する磁気センサ装置においては、この磁性パターンの磁化量が微小であるため、感度良く磁性パターンを検出するためには、磁気抵抗効果素子を強磁界強度環境下に設け、加えて磁気抵抗効果素子に極力近接させて紙葉状媒体を搬送させる必要がある。

しかしながら、非接触型の磁気センサ装置においては、紙葉状媒体などの被検知物と磁気抵抗効果素子とは所定の距離離れているため、磁気抵抗効果素子の抵抗値変化出力が小さくなり被検知物に含まれる磁性パターンの検出感度が低下する問題があった。

このような問題を解決するため、特開２００１−２１６３１号公報（特許文献１参照）には、半導体磁気抵抗素子を対向させた２つの磁気センサ装置を備え、被検知物を２つの磁気センサ装置の間を搬送させる構造とし、対向した２つの磁気センサ装置の信号が反転したように出力されるように半導体磁気抵抗素子を配置している。これらの半導体磁気抵抗素子からの出力信号を差動増幅することにより、磁気信号は加算増幅されノイズ成分は減算増幅されることによりＳ／Ｎ比が改善された、非接触で磁気信号を検出する磁気センサ装置が開示されている。

また、磁気抵抗効果素子を保護しつつ被検知物と近接させるため、特開平８−８６８４８号公報（特許文献２参照）では、磁気抵抗素子チップのリード取り出しのために、取り出しリードを形成した絶縁フィルムを用い、リード面を磁気抵抗素子チップ面上の絶縁層を除去したデバイスホールを有する構造で接続することで、磁気抵抗素子と保護ケースとの間のエアーギャップの寸法を小さくする方法が開示されている。

特開２００１−２１６３１号公報（図７）特開平８−８６８４８号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載の磁気センサ装置では、被検知物を挟んで対向配置された２つの半導体磁気抵抗効果素子が必要であり、磁気抵抗効果素子からの出力信号のＳ／Ｎ比を改善し、検出感度を向上させるためには、２つの前記半導体磁気抵抗効果素子からの出力信号を差動増幅する差動増幅回路が必須である。さらに、被検知物の検出感度を向上させるには、バイアス磁石の磁力を高め、被検知物が搬送される搬送路の磁界強度を高める必要があるが、被検知物は半導体磁気抵抗効果素子よりもバイアス磁石の遠方を通過するため、被検知物による磁界強度の変化は小さく個々の半導体磁気抵抗効果素子の出力信号が小さくなるという課題がある。

また、特許文献２に記載の磁気検出器では、回路全体にポリイミド等の絶縁層を形成後、磁気抵抗素子チップの電極と電極取り出しリードとの接続を行うために、磁気抵抗素子チップ上のポリイミド等の絶縁層を除去する過程が必要であり、製造工程が複雑である。また、絶縁層領域をエアーギャップにて構成しているため、磁気抵抗素子チップ及び電極取り出し部分を保護するために別途保護ケースが必要となり、その分磁気センサ装置表面から磁気抵抗素子チップまでの距離が大きくなり検出感度が低下するという課題がある。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、磁性パターンを有する被検知物を磁気抵抗効果素子から微小距離離間させた非接触状態において、感度良く被検知物の磁性パターンを検出する磁気センサ装置を得るものである。

この発明に係る磁気センサ装置は、搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置することにより前記第１の磁石との間で搬送方向に連続的な勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記勾配磁界の磁界強度の零点付近の弱磁界強度領域に設けられ、前記被検知物が前記勾配磁界の前記弱磁界強度領域よりも磁界強度が強い磁界強度領域を通過するものである。

また、この発明に係る磁気センサ装置は、搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置され、前記第１の磁石との間で形成される磁界の前記第１の磁石との対向方向の磁界成分と搬送方向の磁界成分のそれぞれに零点を含む勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に設けられ、出力端子を有し、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間の磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記勾配磁界における前記搬送方向の磁界強度の零点付近の弱磁界強度領域に設けられ、前記被検知物が前記勾配磁界の強磁界強度領域を通過するものである。

また、この発明に係る磁気センサ装置は、搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物搬送路の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置され、前記第１の磁石との間で形成される磁界の前記第１の磁石との対向方向の磁界成分と搬送方向の磁界成分のそれぞれに零点を含む勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記搬送方向の勾配磁界の磁界強度が零点付近の弱磁界強度領域であると共に前記対向方向の勾配磁界の磁界強度が強磁界強度領域である領域に設けられ、前記被検知物が前記対向方向の勾配磁界の磁界強度の強磁界強度領域を通過するものである。

また、この発明に係る磁気センサ装置は、搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置することにより前記第１の磁石との間で搬送方向に連続的な勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記検知物と前記第１の磁石との間に前記読取り幅方向にアレイ状に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子とを備え、前記複数の磁気抵抗効果素子は前記勾配磁界の磁界強度の零点付近の弱磁界強度領域に設けられ、前記被検知物が前記勾配磁界の前記弱磁界強度領域よりも磁界強度が強い磁界強度領域を通過するものである。

また、この発明に係る磁気センサ装置は、搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置され、前記第１の磁石との間で形成される磁界の搬送方向の磁界成分と対向方向の磁界成分のそれぞれに勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に前記読取り幅方向にアレイ状に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記搬送方向の勾配磁界の磁界強度が零点付近の弱磁界強度領域であると共に前記対向方向の勾配磁界の磁界強度が強磁界強度領域である領域に設けられ、前記被検知物が前記対向方向の勾配磁界の磁界強度の強磁界強度領域を通過するものである。

この発明によれば、搬送路に平行に対向配置された第１の磁石と第２の磁石とは磁極の異極同士が対向配置されているため、搬送路における搬送方向の磁界強度と第１の磁石と第２の磁石の対向方向における磁界強度が零点を含んだ勾配磁界となり、この勾配磁界の磁界強度の強磁界強度領域を被検知物が磁気抵抗効果素子から離間して通過することにより、感度良く被検知物の磁性パターンが検出される。

この発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体の搬送方向から見た断面図である。この発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体の挿排出方向から見た断面図である。図１における多層基板へのＡＭＲ素子の実装状態を示す拡大図である。図１における中空部から多層基板側を見たＡＭＲ素子の実装状態を示す上面図である。この発明の実施の形態１における磁気センサ装置のＡＭＲ素子と外部回路との接続状態を示す接続図である。図１に示す磁気センサ装置における第１の磁石と第２の磁石から生成される搬送方向（Ｘ軸方向）の磁界分布を示す図である。図６におけるＸ軸方向の磁界強度の第１の磁石と第２の磁石との対向方向（Ｚ軸方向）における強度変化を示す図である。ＡＭＲ素子の印加磁界と抵抗変化率を示す図である。この発明の実施の形態１におけるミアンダ形状の抵抗パターンを有するＡＭＲ素子の上面図である。ＡＭＲ素子を第１の磁石の表面に接着した実装状態を示す拡大図である。この発明の実施の形態２における磁気センサ装置の中空部から多層基板側を見たＡＭＲ素子の実装状態を示す上面図である。この発明の実施の形態２における磁気センサ装置のＡＭＲ素子と外部回路との接続状態を示す接続図である。この発明の実施の形態２におけるミアンダ形状の抵抗パターンを有するＡＭＲ素子の上面図である。この発明の実施の形態３におけるライン型の磁気センサ装置の中空部から多層基板側を見たＡＭＲ素子の実装状態を示す上面図である。この発明の実施の形態４におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。この発明の実施の形態５におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。この発明の実施の形態６におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。この発明の実施の形態７におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。この発明の実施の形態８における搬送手段を含む磁気センサ装置の構造図である。この発明の実施の形態９における磁気センサ装置の被検出体の搬送方向から見た断面図である。図２０に示す磁気センサ装置における第１の磁石と第２の磁石から生成される搬送方向（Ｘ軸方向）及び対向方向（Ｚ方向）の磁界分布を示す図である。図２１におけるＸ軸方向及びＺ軸方向の磁界強度の強度変化を示す図である。この発明の実施の形態９における磁気センサの検出原理を説明する磁力線ベクトル図である。この発明の実施の形態１０における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。図２４に示す磁気センサ装置における第１の磁石用ヨーク８１と第２の磁石用ヨーク８２から生成される搬送方向（Ｘ軸方向）および対向方向（Ｚ軸方向）の磁界分布を示す図である。この発明の実施の形態１１における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。図２は、この発明の実施の形態１における磁気センサ装置の被検出体の挿排出方向から見た断面図である。図１及び図２において、筐体１は内部に中空部２を有し、筐体１の一方の側面（側壁）に読取り幅（被検出体の搬送方向と直交する方向）に亘って第１のスリット部３を備え、他方の側面（側壁）に第１のスリット部３に平行に第２のスリット部４を備え、中空部２を介して第１のスリット部３と第２のスリット部４とが接続されており、例えば、被検出体である磁性パターンを含んだ紙幣５は第１のスリット部３から挿入され、中空部２を搬送経路として搬送され、第２のスリット部４から排出される。

中空部２における搬送方向の一方の面に搬送方向に沿ってＮ極Ｓ極を有する第１の磁石６が筐体１に紙幣５から離間して設置され、他方の面に搬送方向に沿ってＮ極Ｓ極が第１の磁石６と異極となるように第２の磁石７が筐体１に紙幣５から離間して設置されている。

第１の磁石６の搬送路側に、紙幣５から離間して、ガラスエポキシ等の樹脂で形成された多層基板９が設けられ、この多層基板９に異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）１０が実装されている。このＡＭＲ素子１０は基板表面に抵抗体を備え、この抵抗体に流れる電流の方向に直交する磁界の変化に対応して抵抗値が変化する特性を有している。

図３は、図１における多層基板９へのＡＭＲ素子１０の実装状態を示す拡大図である。図４は、図１における中空部２から多層基板９側を見たＡＭＲ素子１０の実装状態を示す上面図である。図３及び図４において、多層基板９は、１層目基板９１、２層目基板９２、３層目基板９３で構成され、穴部９ａを有し、この穴部９ａの１層目基板９１と２層目基板９２にはそれぞれ１層目基板の穴部９１ａ、２層目基板の穴部９２ａを備え、１層目基板の穴部９１ａの開口は２層目基板の穴部９２ａの開口よりも大きい凹構造となっている。

ＡＭＲ素子１０は、多層基板９に包囲されるように２層目基板の穴部９２ａに露出している３層目基板の表面に接着材で固定されている。ＡＭＲ素子１０の電極１０１ａ〜１０１ｃは、多層基板９の穴部９ａ内に露出している２層目基板９２の表面に設けられた電極１１１ａ〜１１１ｃとそれぞれ金属ワイヤ１２で接続され、電極１１１ａ〜１１１ｃは伝送線路１１を通して多層基板９の外部の裏面に設けられた外部パッド１１２ａ〜１１２ｃと接続されている。外部パッド１１２ａ〜１１２ｃには、信号処理回路、バイアス電圧等の外部回路が接続される。また、１層目の穴部９１ａと２層目の穴部９２ａは、樹脂１３にて１層目基板９１の表面を越えないように封止されている。

図４において、ＡＭＲ素子１０の抵抗体パターン１０２ａと１０２ｂは矩形形状の長辺が読取り幅方向（Ｙ軸方向）に延在するように平行に配置され、隣接する抵抗体パターン１０２ａと１０２ｂとは直列接続され、この直列接続部がＡＭＲ素子１０の電極１０１ｂに、抵抗体パターン１０２ａの他方が電極１０１ａに、抵抗体パターン１０２ｂの他方が電極１０１ｃに接続されている。

図５は、この発明の実施の形態１における磁気センサ装置のＡＭＲ素子１０と外部回路との接続状態を示す接続図である。図４、図５において、電極１０１ａは金属ワイヤ１２（電気接続手段）にて電極１１１ａに接続され、外部パッド１１２ａを経由して直流電源電圧Ｖｃｃに接続されている。電極１０１ｂは金属ワイヤ１２にて電極１１１ｂに接続され、外部パッド１１２ｂを経由して信号を処理する処理回路１５に接続されている。電極１０１ｃは金属ワイヤ１２にて電極１１１ｃに接続され、外部パッド１１２ｃを経由して直流接地（ＧＮＤ）されている。

図６は、図１に示す磁気センサ装置における第１の磁石６と第２の磁石７から生成される搬送方向（Ｘ軸方向）の磁界分布を示す図であり、図７は、図６におけるＸ軸方向の磁界強度の第１の磁石６と第２の磁石７との対向方向（Ｚ軸方向）における強度変化を示す図である。なお、図６では図１の構成要素から磁界分布を説明するために必要な構成要素を記載し他は省略している。

図６において、磁力線１７は第１の磁石６のＮ極からＳ極へ、第２の磁石７のＮ極からＳ極へと向い、磁力線１７の強度は第１の磁石６と第２の磁石７との対向方向において、それぞれの磁石端で最大となり、間隙の中間地点で零となる。

図７は、第１の磁石６及び第２の磁石７において搬送方向の長さＡ＝１０ｍｍ、第１の磁石６及び第２の磁石７の厚さＢ＝５ｍｍ、第１の磁石６と第２の磁石７との間隙Ｇ＝５ｍｍとし、第１の磁石６及び第２の磁石７の材質をネオジム焼結磁石として、磁界強度のＸ軸方向成分ＢｘのＺ軸方向における強度変化を計算した結果である。

前記磁界強度は、第１の磁石６と第２の磁石７との間隙Ｇの中間地点（Ｚ＝２．５ｍｍ＝Ｇ／２）で磁界強度Ｂｘが０になる勾配磁界となっている。ＡＭＲ素子１０として図８の実線に示す飽和磁界が５ｍＴのＡＭＲ素子を用いる場合、Ｚ＝２．５５ｍｍ付近でＢｘが５ｍＴとなる。すなわち、ＡＭＲ素子１０の位置としては０＜α＜０．０５ｍｍに設定すると、ＡＭＲ素子１０の出力が飽和することなく適切なバイアス磁界を印加される。最も望ましいのは磁気抵抗素子の感度傾きが最も大きい磁界強度Ｂｘ＝２．５ｍＴ程度のバイアス磁界が印加される状態であり、α＝０．０２ｍｍ付近にＡＭＲ素子１０配置すると最も高い出力が得られる。なお、αは微小距離を示す。

このバイアス磁界Ｂｘが常にＡＭＲ素子１０（すなわち抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂ）に印加された状態で紙幣５がＸ軸方向に搬送され、まず抵抗体パターン１０２ａ上に紙幣５の磁性パターンが掛かると、抵抗体パターン１０２ａ付近の磁界Ｂｘが変化し、抵抗体パターン１０２ｂ付近の磁界Ｂｘは変化しないため、抵抗体パターン１０２ａの抵抗値のみが変化し、電極１０１ｂの電位が変化する。

その後、紙幣５がさらにＸ軸方向に搬送されて紙幣５の磁性パターンが抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂの両方に掛かると、抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂの抵抗値が共に変化するため、電極１０１ｂの電位としては紙幣５が無いときと同じ電位となる。

さらに紙幣５が搬送されて紙幣５の磁性パターンが抵抗体パターン１０２ｂのみに掛かると、抵抗体パターン１０２ｂの抵抗値のみが変化して、今度は電極１０１ｂの電位が前述と逆の方向に変化する。すなわち、動作としては紙幣５の磁性パターンのエッジを検出していることとなる。

紙幣５が抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂに掛かったときの磁界変化は、紙幣５の周辺の磁界（紙幣５に印加される磁界）に比例し、その磁界変化をＡＭＲ素子１０で検出するため、高出力化のためには紙幣５にはより大きな磁界を掛ける必要があり、この発明の実施の形態１では、紙幣５とＡＭＲ素子１０の距離が近い場合例えばＺ＝３ｍｍ付近にある場合、図７より紙幣５に印加される磁界はＢｘ＝約７７ｍＴであるが、紙幣５とＡＭＲ素子１０の距離が離れてＺ＝４ｍｍ付近にある場合にはＢｘ＝約２４０ｍＴとなり、Ｚ＝３ｍｍの約３倍の磁界が紙幣５に印加され、ＡＭＲ素子１０と紙幣５が離間しても感度良く紙幣５の磁性パターンが検出される。

ＡＭＲ素子１０と紙幣５との間隔は、紙幣５がＺ＝４ｍｍの地点を通過するよう構成した場合、ＡＭＲ素子１０と紙幣５との間隔は上述の記載から１．５ｍｍ程度と近接しており、非接触状態を保ちつつＡＭＲ素子１０を保護するＡＭＲ素子１０の実装方法について図３及び図４を用いて説明する。

ＡＭＲ素子１０の厚みは０．５ｍｍ程度であり、抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂはＡＭＲ素子１０の表面に形成されているため、抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂがＺ＝Ｇ／２＋α＝２．５２ｍｍの地点に来るように、厚さが２．０２ｍｍの３層目基板９３の表面にＡＭＲ素子１０が接着されている。

２層目基板９２は厚み０．５ｍｍとし、２層目基板９２のパッド１１１ａ〜１１１ｃとＡＭＲ素子１０の電極１０１ａ〜１０１ｃとは金属ワイヤ１２で接続されている。２層目基板９２の厚みをＡＭＲ素子１０の厚みと同一にすることで、金属ワイヤ１２のループ高さを最小に抑えることができる。

１層目基板９１の厚みは金属ワイヤ１２のループ高さと同程度の０．３ｍｍとし、１層目基板９１の穴部９１ａ及び２層目基板９２の穴部９２ａに粘性の低いエポキシ系の樹脂１３を１層目基板９１の表面から突出しないように塗布し、ＡＭＲ素子１０と金属ワイヤ１２を保護する。２層目基板９２のパッド１１１ａ〜１１１ｃは伝送線路１１を経由して３層目基板９３の裏面に設けたパッド１１２ａ〜１１２ｃに接続されており、このパッド１１２ａ〜１１２ｃを介して電源電圧Ｖｃｃ、処理回路１５等に接続されている。この実装により、ＡＭＲ素子１０を保護し、紙幣５の搬送を妨げる突起物は無く、安定して多層基板９の表面と紙幣５とは１．２ｍｍの間隔が確保される。

このように、勾配磁界の強磁界強度領域に紙幣を通過させるので、ＡＭＲ素子と紙幣が離間していても、感度良く紙幣の磁性パターンが検出される。また、凹形状の穴部を有する多層基板の穴部にＡＭＲ素子を実装し、この穴部に樹脂を塗布したので、突出部のない安定した搬送経路が得られる。

ＡＭＲ素子１０の抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂは矩形形状としたが、図９に示すように長辺が読取り幅方向（Ｙ軸方向）に延在するように配置したミアンダ形状としても良い。この場合、抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｂの抵抗値が矩形形状のものより増加し高抵抗値となるので、ＡＭＲ素子１０の磁界変化の検出感度が向上し、磁気センサ装置の検出感度が増加する。

ＡＭＲ素子１０は多層基板９の３層目基板９３の表面に接着したが、ＡＭＲ素子１０の抵抗変化率や飽和磁界強度が本実施の形態１と異なり、ＡＭＲ素子１０を第１の磁石６に近接させる場合においては、図１０に示すように、多層基板９の穴部９ａは貫通構造とし、第１の磁石６の搬送路側の表面にＡＭＲ素子１０を接着する構造としても良い。

なお、本実施の形態１では、磁気抵抗効果素子１０は、ＡＭＲ素子を用いたが、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子を用いても良い。

実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態２における磁気センサ装置の中空部２から多層基板９側を見たＡＭＲ素子１０の実装状態を示す上面図である。図１１において、図４と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。図１１において、ＡＭＲ素子１０の抵抗体パターン１０２ａは矩形形状の長辺が読取り幅方向（Ｙ軸方向）に延在するように配置され、抵抗体パターン１０２ｃは矩形形状の長辺が搬送方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置され、抵抗体パターン１０２ａと１０２ｃとは直列接続され、この直列接続部がＡＭＲ素子１０の電極１０１ｂに、抵抗体パターン１０２ａの他方が電極１０１ａに、抵抗体パターン１０２ｂの他方が電極１０１ｃに接続されている。

図１２は、この発明の実施の形態２における磁気センサ装置のＡＭＲ素子１０と外部回路との接続状態を示す接続図である。図１１、図１２において、電極１０１ａは金属ワイヤ１２にて電極１１１ａに接続され、外部パッド１１２ａを経由して直流電源電圧Ｖｃｃに接続されている。電極１０１ｂは金属ワイヤ１２にて電極１１１ｂに接続され、外部パッド１１２ｂを経由して信号を処理する処理回路１５に接続されている。電極１０１ｃは金属ワイヤ１２にて電極１１１ｃに接続され、外部パッド１１２ｃを経由して直流接地（ＧＮＤ）されている。

この発明の実施の形態２では実施の形態１と同様にバイアス磁界がＸ軸方向に掛けられており、抵抗体パターン１０２ａはバイアス磁界Ｂｘが掛かるが抵抗体パターン１０２ｃはＢｘが感磁方向ではないため、バイアス磁界が印加されない。この状態で紙幣５がＸ軸方向に搬送されると、抵抗体パターン１０２ａ上に紙幣５の磁性パターンが掛かると、抵抗体パターン１０２ａ付近の磁界Ｂｘが変化して抵抗体パターン１０２ａの抵抗値が変化するが、抵抗体パターン１０２ｃ付近の磁界Ｂｘが変化してもその変化を抵抗体パターン１０２ｃは感じないため、抵抗体パターン１０２ｃの抵抗値は常に一定である。この時の電極１０１ｂの電位の変化は紙幣５の磁性パターンがＡＭＲ素子１０上にある場合には変化し、無い場合には変化しない。すなわち、動作としては紙幣５の磁性パターンのエッジ検出ではなく、紙幣５の磁性パターンの存在そのものを検出していることとなる。

この発明の実施の形態２では、紙幣５の磁性パターンのエッジを検出するのではなく紙幣５の磁性パターンの存在そのものを検出する事により、紙幣５の磁性パターンのエッジ形状に依存することなく、電磁ノイズ等の影響にも左右されず、安定して紙幣５の磁性パターンを検出することが出来るとともに、外来ノイズに強い安定した紙幣５の磁性パターンの検出信号を得ることが出来る。

ＡＭＲ素子１０の抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｃは矩形形状としたが、図１３に示すように抵抗体パターン１０２ａは長辺が読取り幅方向（Ｙ軸方向）に延在するように配置したミアンダ形状とし、抵抗体パターン１０２ｃは長辺が搬送方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置したミアンダ形状としても良い。この場合、抵抗体パターン１０２ａ、１０２ｃの抵抗値が矩形形状のものより増加し高抵抗値となるので、ＡＭＲ素子１０の磁界変化の検出感度が向上し、磁気センサ装置の検出感度が増加する。

実施の形態３．
図１４は、この発明の実施の形態３におけるライン型磁気センサ装置の中空部２から多層基板９側を見たＡＭＲ素子１０の実装状態を示す上面図である。図１４において図１１と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。図１４において、多層基板９の穴部９ａに、読取り幅方向（Ｙ軸方向）に亘ってＡＭＲ素子１０がアレイ状に実装されている。動作については、この発明の実施の形態２の磁気センサ装置と同じである。なお、ＡＭＲ素子１０の抵抗体パターンは図１１に示す実施の形態２の抵抗体パターンを用いたが図１３に示す抵抗体パターンを用いても良く、また図４及び図９に示す実施の形態１の抵抗体パターンを用いてもよい。

図１４においては、全てのＡＭＲ素子１０を１つの穴部９ａで包囲しているが、１つのＡＭＲ素子１０を１つの穴部９ａで包囲した磁気センサ装置を読取り幅方向に亘ってアレイ状に実装してもよく、また、複数のＡＭＲ素子１０を１つの穴部９ａで包囲した磁気センサ装置を読取り幅方向に亘ってアレイ状に実装してもよい。

このように、ＡＭＲ素子１０を読取り幅方向に複数個アレイ状に配置したライン型磁気センサ装置とすることにより、検知幅が広がる。

実施の形態４．
図１５は、この発明の実施の形態４におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。図１５（ａ）は、正面図であり、図１５（ｂ）は、Ａ部拡大図である。図１５において、図１と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。アルミニウム等の非磁性体の金属で形成された金属キャリア１９１の中空部２側の表面に複数のＡＭＲ素子１０が隣接してアレイ状に接着剤で実装され、ＡＭＲ素子１０のアレイの周囲には、ガラスエポキシ等の樹脂で形成された基板１９２が金属キャリア１９１の中空部２側の表面に接着されている。ＡＭＲ素子１０の表面は、エポキシ等の非導電性の樹脂１３にて基板１９２の表面を越えないように封止されている。金属キャリア１９１の他方の面には第１の磁石６が設けられている。

筐体１は、第１の磁石６が設置される第１の筐体１ａと第２の磁石７が設置される第２の筐体１ｂで構成され、中空部２を境にして離合可能な構造としている。ＡＭＲ素子１０、基板１９２が接着された金属キャリア１９１は、第１の筐体１ａに固定されている。第１の筐体１ａと第２の筐体１ｂとは、嵌合ピン１８を基準にして、嵌合される。

このように、ＡＭＲ素子１０を熱抵抗が小さい金属キャリア１９１の表面に実装したので、ＡＭＲ素子１０の発熱による熱は、金属キャリア１９１に効率良く排熱されるため、ＡＭＲ素子１０の温度上昇が抑制される。

実施の形態５．
図１６は、この発明の実施の形態５におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。なお、図１６は図１５（ｂ）に相当する箇所の拡大図である。図１６において、図１５と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。基板１９２の中空部２側の表面全体とＡＭＲ素子１０を封止している樹脂１３の中空部２側の表面全体とを覆うように、アルミニウム等の非磁性体の金属で形成された電気シールド板３１が設けられている。

このように、ＡＭＲ素子１０と紙幣５の搬送経路である中空部２との間に電気シールド板３１を設けたので、紙幣５が帯電することにより持つ静電気ノイズや磁気センサ装置の周囲に配置された周辺装置からの電気的ノイズからＡＭＲ素子１０が保護される。

実施の形態６．
図１７は、この発明の実施の形態６におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。なお、図１７は図１５（ｂ）に相当する箇所の拡大図である。図１７において、図１５と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。基板１９２の中空部２側の表面全体とＡＭＲ素子１０を封止している樹脂１３の中空部２側の表面全体とを覆うように、樹脂や非磁性体の金属で形成されたメンテナンスプレート３２が設けられている。メンテナンスプレート３２は、ＡＭＲ素子１０のアレイ方向におけるメンテナンスプレート３２の両端部を、ねじ等を用いて着脱可能な状態で金属キャリア１９１や第１の筐体１ａに固定されている。

中空部２に侵入した磁性体の異物は第１の磁石６側へ吸引され、メンテナンスプレート３２の表面に付着する。第１の筐体１ａと第２の筐体１ｂを分離し、メンテナンスプレート３２の表面を操作できる状態にした後、メンテナンスプレート３２を固定しているねじをはずしてメンテナンスプレート３２を清掃、交換し、磁気センサ装置から異物を除去する。

このように、メンテナンスプレート３２を用いることで、中空部に付着した異物を一度に除去できるので、磁気センサ装置の中空部２の清掃が簡単となる。

なお、メンテナンスプレート３２は第２の筐体１ｂにおける中空部２側の表面に設けるとさらに効果的である。また、メンテナンスプレート３２はアルミニウム等の非磁性体の金属で形成したときは、この発明の実施の形態５に示す作用効果も有する。

実施の形態７．
図１８は、この発明の実施の形態７におけるライン型磁気センサ装置の構造図である。図１８（ａ）は、正面図であり、図１８（ｂ）は、Ｂ部拡大図である。図１８において、図１５と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。図１８において、図１５における第１の筐体１ａは、第１の磁石６を保持する保持ブロック１ｄと、保持ブロック１ｄを保持し、第２の筐体１ｂと嵌合する嵌合ブロック１ｃに分割されている。保持ブロック１ｄは、アジャスター４１を介して上下に可動可能な状態で嵌合ブロック１ｃに固定されている。

第１の筐体１ａを嵌合ブロック１ｃと保持ブロック１ｄに分割することにより、第１の磁石６と第２の磁石７との間隔が調整できるので、組立公差による磁界分布のばらつきを調整し、ＡＭＲ素子１０から最適な出力が得られるように第１の磁石６と第２の磁石７との間隔が調整される。

実施の形態８．
図１９は、この発明の実施の形態８における搬送手段を含む磁気センサ装置の構造図である。図１９において、図１及び図１５と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。図１９において、第１のスリット部３は上下にテーパ部３ａを備えた形状を成している。上下のローラからなる搬送ローラ６１は紙幣５を高速で搬送し、第１のスリット部へと搬送する。

搬送ローラ６１は、紙幣５が中空部の上下方向間隙の中央部付近を通過するように紙幣５を送り出す。第１のスリット部３にはテーパ部３ａを設けているので、紙幣５は第１のスリット部３から滑らかに中空部２へ搬送される。

搬送ローラ６１に着磁機能を設けた場合は、紙幣５が着磁された状態で磁気センサ装置に搬送されるので、ＡＭＲ素子１０の検出感度が向上する。

実施の形態９．
図２０は、この発明の実施の形態９における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。図２０において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この発明の実施の形態９においては、図１に示すこの発明の実施の形態１から、ＡＭＲ素子１０を搬送方向（Ｘ軸方向）にずらして配置している。

図２１は、図２０に示す磁気センサ装置における第１の磁石６と第２の磁石７から生成される紙幣５の搬送方向（Ｘ軸方向）および対向する第１の磁石６と第２の磁石との対向方向（Ｚ軸方向）の磁界分布を示す図である。図２２は、図２１におけるＸ軸方向及びＺ軸方向の磁界強度の強度変化を示す図であり、図２２（ａ）は搬送方向（Ｘ軸方向）の磁界の対向方向（Ｚ軸方向）の強度変化を示し、図２２（ｂ）は対向方向（Ｚ軸方向）の磁界の搬送方向（Ｘ軸方向）の強度変化を示す。図２３は、図２１におけるＣ部を拡大し、この発明の実施の形態９における磁気センサの検出原理を説明する磁力線ベクトル図である。なお、図２１及び図２３では図２０の構成要素から磁界分布を説明するために必要な構成要素を記載し他は省略している。

図２２に示すように、ＡＭＲ素子１０は搬送方向の磁界が弱磁界強度であると共に対向方向の磁界が強磁界強度である位置に設けられ、紙幣５は対向方向の磁界が強磁界強度である位置を通過する。

図２１において、ＡＭＲ素子１０が配置されている箇所において磁力線１７は、第１の磁石６のＮ極から第２の磁石７のＳ極へと向い、図２３（ａ）に示すように、対向方向から少しだけ搬送方向に傾いているため、この磁界のＸ成分がＡＭＲ素子１０のバイアス磁界として作用している。

被検知物（紙幣）５が近づいてくると、図２３（ｂ）に示すように、磁力線１７が紙幣５側に傾くため搬送方向の磁界が小さくなり、紙幣５が離れていくと、図２３（ｃ）に示すように、磁力線１７が紙幣５側に傾くため搬送方向の磁界が大きくなるため、Ｘ方向成分を感磁するＡＭＲ素子１０の抵抗値が変化し、紙幣５を検知することが出来る。

本構成によれば、ＡＭＲ素子１０に印加される磁界は対向方向が主成分となり、ＡＭＲ素子１０に印加する搬送方向のバイアス磁界強度は、対向方向の位置により大きく変化しないため、組付け精度が向上する。

また、ＡＭＲ素子１０が感磁しない対向方向の磁界が主成分となることにより、ＡＭＲ素子１０の飽和を気にすることなく対向方向に大きな磁界を印加することができるため、紙幣５に大きな磁界が印加され、安定した出力を得ることができる。

実施の形態１０．
図２４は、この発明の実施の形態１０における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。図２４において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この発明の実施の形態１０においては、図１に示すこの発明の実施の形態１から、第１の磁石６の横に第１の磁石用ヨーク８１と第２の磁石７の横に第２の磁石用ヨーク８２を配置している。

図２５は、図２４に示す磁気センサ装置における第１の磁石用ヨーク８１と第２の磁石用ヨーク８２から生成される搬送方向（Ｘ軸方向）および対向方向（Ｚ軸方向）の磁界分布を示す図である。なお、図２５では、図２４の構成要素から磁界分布を説明するために必要な構成要素を記載し他は省略している。

第１の磁石用ヨーク８１は、所定の厚さＰ（磁石厚さＢ＞Ｐ）を持った板状の軟磁性体により形成され、対向方向は第１の磁石６の上側を揃えるか、一定の飛び出し量を持って第１の磁石６の両側に接着、一体成型、磁力による吸引などの方法で取り付けられる。第２の磁石用ヨーク８２は、所定の厚さを持った板状の軟磁性体により形成され、対向方向は第２の磁石７の下側を揃えるか、一定の飛び出し量を持って第１の磁石６の両側に接着、一体成型、磁力による吸引などの方法で取り付けられる。

本構成によれば、第１の磁石６や第２の磁石７の側面から発せられた磁力線がヨーク厚さＰの中に集磁され、磁力線１７は図２５に示すように磁石のＮ極側ヨーク端から発せられ、Ｓ極のヨーク端に向かうループを描く。この効果により磁石のみを対向させて場合に比べてさらに大きな磁界を紙幣５に印加することができる。その結果、安定した出力を得ることができる。

また、第１の磁石用ヨーク８１、第２の磁石用ヨーク８２をそれぞれ第１の磁石６、第２の磁石７の両側面に取り付けることにより、磁石の読み取り幅方向（Ｙ軸方向）の磁力ばらつきを均一化することができ、特にライン型磁気センサの場合、各チャンネル間のバイアス磁界ばらつきを抑え、結果的にライン間の出力ばらつきを抑えることができ、歩留り向上、コスト削減につながる。

実施の形態１１．
図２６は、この発明の実施の形態１１における磁気センサ装置の被検出体（被検知物）の搬送方向から見た断面図である。図２６において、図２０と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この発明の実施の形態１１においては、図２０に示すこの発明の実施の形態９から、第１の磁石６横に第１の磁石用ヨーク８１と第２の磁石７の横に第２の磁石用ヨーク８２を配置している。

本構成によれば、この発明の実施の形態１０と同じ効果が得られ、安定した出力及びライン間の出力ばらつきを抑える効果が得られる。

１筐体
１ａ第１の筐体
１ｂ第２の筐体
１ｃ嵌合ブロック
１ｄ保持ブロック
２中空部
３第１のスリット部
４第２のスリット部
５被検知物（紙幣）
６第１の磁石
７第２の磁石
９多層基板
９ａ多層基板の穴部
９１１層目基板
９２２層目基板
９３３層目基板
９１ａ１層目基板の穴部
９２ａ２層目基板の穴部
１０異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ素子）
１０１ａ〜１０１ｃＡＭＲ素子の電極
１０２ａ〜１０２ｃ抵抗体パターン
１１伝送線路
１１１ａ〜１１１ｃ伝送線路の電極
１１２ａ〜１１２ｃ伝送線路の外部パッド
１２金属ワイヤ（電気接続手段）
１３樹脂
１５処理回路
１７磁力線
１８嵌合ピン
３１電気シールド板
３２メンテナンスプレート
４１アジャスター
６１搬送ローラ
１９１金属キャリア
１９２基板
７１ケーブル
８１第１の磁石用ヨーク
８２第２の磁石用ヨーク

Claims

搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置することにより前記第１の磁石との間で搬送方向に連続的な勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記勾配磁界の磁界強度の零点付近の弱磁界強度領域に設けられ、前記被検知物が前記勾配磁界の前記弱磁界強度領域よりも磁界強度が強い磁界強度領域を通過する磁気センサ装置。
搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置され、前記第１の磁石との間で形成される磁界の前記第１の磁石との対向方向の磁界成分と搬送方向の磁界成分のそれぞれに零点を含む勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に設けられ、出力端子を有し、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間の磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記勾配磁界における前記搬送方向の磁界強度の零点付近の弱磁界強度領域に設けられ、前記被検知物が前記勾配磁界の強磁界強度領域を通過する磁気センサ装置。
搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物搬送路の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置され、前記第１の磁石との間で形成される磁界の前記第１の磁石との対向方向の磁界成分と搬送方向の磁界成分のそれぞれに零点を含む勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記搬送方向の勾配磁界の磁界強度が零点付近の弱磁界強度領域であると共に前記対向方向の勾配磁界の磁界強度が強磁界強度領域である領域に設けられ、前記被検知物が前記対向方向の勾配磁界の磁界強度の強磁界強度領域を通過する磁気センサ装置。
搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置することにより前記第１の磁石との間で搬送方向に連続的な勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記検知物と前記第１の磁石との間に前記読取り幅方向にアレイ状に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子とを備え、前記複数の磁気抵抗効果素子は前記勾配磁界の磁界強度の零点付近の弱磁界強度領域に設けられ、前記被検知物が前記勾配磁界の前記弱磁界強度領域よりも磁界強度が強い磁界強度領域を通過する磁気センサ装置。
搬送路を搬送される被検知物の一方の面に、搬送方向に沿って互いに磁極を交互に配置した第１の磁石と、前記被検知物の他方の面に、搬送方向に沿って前記第１の磁石の磁極と異なる磁極を対向して配置され、前記第１の磁石との間で形成される磁界の搬送方向の磁界成分と対向方向の磁界成分のそれぞれに勾配磁界を形成する第２の磁石と、前記被検知物と前記第１の磁石との間に前記読取り幅方向にアレイ状に設けられ、出力端子を有し、前記勾配磁界内を通過する前記被検知物の磁気成分を検出することにより抵抗値が変化する複数の磁気抵抗効果素子とを備え、前記磁気抵抗効果素子は前記搬送方向の勾配磁界の磁界強度が零点付近の弱磁界強度領域であると共に前記対向方向の勾配磁界の磁界強度が強磁界強度領域である領域に設けられ、前記被検知物が前記対向方向の勾配磁界の磁界強度の強磁界強度領域を通過する磁気センサ装置。