以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気センサ素子を説明した後、かかる磁気センサ素子を備えた磁気センサ装置を説明する。なお、以下の説明では、磁気センサ素子に上下等に方向性はないが、便宜上、図の上下に従って、磁気センサ素子のセンサ面が位置する一方側を上側とし、磁気センサ素子のセンサ面が位置する側とは反対側(一方側)を下側として説明する。
[実施の形態1]
(磁気センサ素子の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る磁気センサ素子13の説明図であり、図1(a)、(b)、(c)は、磁気センサ素子13の斜視図、磁気センサ素子13のコア体33の平面図、およびコア体33の断面図である。
図1に示す磁気センサ素子13は、コア体33と、コア体33の周りに巻回されたコイル線とを有している。本形態において、コア体33は、胴部331と、胴部331の上端部の中央部分から上方に突出した第1突部332と、第1突部332とは反対側で胴部331の下端部の中央部分から下方に突出した第2突部333と、胴部331の上端部の第1突部332の両側から突出した第3突部334と、胴部331の下端部の第2突部333の両側から突出した第4突部335とを備えている。本形態において、コイル線は、バイアス磁界を発生させるための励磁コイル34と、媒体の磁気パターンを検出するための検出コイル35として巻回されている。より具体的には、励磁コイル34は、胴部331において、第1突部332および第2突部333の両側であって第2突部333および第4突部335の内側の部位に、後述する第1コイルボビン(図示せず)を介してコイル線が巻き回されることによって構成されている。検出コイル35は、第1突部332に、後述する第2コイルボビン(図示せず)を介してコイル線が巻き回されることにより構成されている。これにより、第1突部332および第3突部334の先端面は、磁気センサ素子13のセンサ面13aとなっている。
このように構成した磁気センサ素子13において、コア体33は、非磁性および絶縁性の第1基板31と、第1基板31に対向配置された非磁性および絶縁性の第2基板32と、第1基板31と第2基板32との間に積層されたセンサコア30とを備えており、センサコア30は、第1基板31と第2基板32とによって保護されている。第1基板31および第2基板32は、セラミックス等の非磁性体から形成され、センサコア30はフェライト、アモルファス磁性合金、パーマロイ、珪素鋼板等の磁性体から形成されている。
かかる構成の磁気センサ素子13において、第1基板31とセンサコア30との間には第1接着剤層36が設けられており、第1接着剤層36によって、センサコア30の全面が第1基板31に面接着されている。また、第2基板32とセンサコア30との間には第2接着剤層37が設けられており、第2接着剤層37によって、センサコア30の全面が第2基板32に面接着されている。
ここで、第1基板31、第2基板32、センサコア30、第1接着剤層36および第2接着剤層37は、同一あるいは略同一の平面形状を有している。但し、本形態の磁気センサ素子13においては、第1基板31、第2基板32、センサコア30、第1接着剤層36および第2接着剤層37を以下のように構成することにより、センサコア30に導通する電極部30aが第1基板31および第2基板32から露出する位置で第1基板31に固定された状態に構成されている。
より具体的には、まず、第1基板31および第1接着剤層36は、同一のサイズおよび同一の形状を有しており、コア体33の外形を規定している。センサコア30は、第1基板31および第1接着剤層36と略同一の形状を有しているが、第1基板31および第1接着剤層36よりわずかに小さい。このため、センサコア30の外縁は、第1基板31および第1接着剤層36の外縁より内側に位置する。
一方、第2基板32および第2接着剤層37は、コア体33の胴部331、第1突部332および第3突部334では、第1基板31および第1接着剤層36と同一のサイズおよび同一の形状を有しており、第2基板32および第2接着剤層37の外縁は、第1基板31および第1接着剤層36の外縁と重なっている。また、第2基板32および第2接着剤層37は、第2突部333および第4突部335では第1基板31および第1接着剤層36と幅寸法が等しく、第2突部333および第4突部335の側面では、第2基板32および第2接着剤層37の外縁は、第1基板31および第1接着剤層36の外縁と重なっている。
但し、第2基板32および第2接着剤層37は、第2突部333および第4突部335では、胴部331からの突出寸法(長さ寸法)が第1基板31および第1接着剤層36より短い。また、第2基板32および第2接着剤層37は、第2突部333および第4突部335では、センサコア30より幅寸法は広いが、胴部331からの突出寸法(長さ寸法)がセンサコア30より短い。
従って、第2突部333および第4突部335の下端部において、第1基板31は、第2基板32から張り出した張出領域311を有しており、かかる張出領域311では、センサコア30の端部301が第2基板32から露出し、電極部30aを構成している。
このように、本形態の磁気センサ素子13において、コア体11では、センサコア30が第1基板31と第2基板32とに挟まれて第1基板31と第2基板32とによって保護されている。また、コア体33には、センサコア30に導通する電極部30aが設けられている。このため、電極部30aを接地すれば、センサコア30をアースすることができるので、磁気センサ素子13に静電気によるノイズ等の影響が及ぶことを防止することができる。また、電極部30aは、第1基板31および第2基板32から露出する位置で第1基板31に固定されているため、センサコア30が第1基板31と第2基板32とに挟まれた状態にあっても、電極部30aの接地を容易に行うことができる。また、電極部30aは、第1基板31の第2基板32側の面のうち、第2基板32の端部から張り出した張出領域311に設けられている。このため、電極部30aを第1基板31および第2基板32から容易に露出させることができるとともに、電極部30aが第1基板31に固定されている構造を実現するのも容易である。
(磁気センサ素子13の製造方法)
図2は、本発明の実施の形態1に係る磁気センサ素子13の製造方法を示す工程図であり、図2(a)、(b)、(c)は、金属箔貼着工程の説明図、金属箔パターニング工程の説明図、および第2基板接着工程の説明図である。なお、本形態では、第1基板31および第2基板32として磁気センサ素子13を多数取りできる大型基板を用いて貼り合わせた後、大型基板を単品サイズの大きさに切断する方法を採用する。但し、以下の説明では、サイズの大小にからわらず、第1基板31および第2基板32として説明する。
本形態の磁気センサ素子13を製造するには、まず、図2(a)に示すように、磁気センサ素子13を多数取りできるアルミナ基板等、非磁性の大型の第1基板31を準備する。金属箔貼着工程において、第1基板31の一方面にエポキシ樹脂系の熱硬化性樹脂からなるシート状の第1接着剤層36を載置した後、その上に大型のアモルファス金属箔からなるセンサコア30を重ね、この状態で熱を加えるとともに加圧して第1接着剤層36を硬化させ、第1基板31とセンサコア30との熱圧着を行なう(磁性材料箔貼着工程)。その際、大型の第1基板31、シート状の大型の第1接着剤層36および大型のセンサコア30はいずれもサイズが同一である。センサコア30の厚みは、0.05mm以下であることが好ましい。これは、厚みが0.1mm程度のアモルファス金属箔(センサコア30)は、機械的な強度が高く、可撓性が低いため、テンションを掛けての貼り付けが難しく、また、貼り付けの際に空気が抜け難くいため、凹凸が発生しやすいからである。第1接着剤層36の熱圧着前の厚さは0.2mm以下である。また、熱圧着温度は、約200℃に設定するのが好ましい。その理由は、200℃という温度は、センサコア30(アモルファス金属箔)を構成するコバルト系、鉄系の各アモルファス合金が強磁性から常磁性に磁気相転移する温度(キュリー温度)以下であり、かつ、エポキシ樹脂系の第1接着剤層36が十分な接着強度を発揮する温度以上だからである。
次に、図2(b)に示す金属箔パターニング工程では、センサコア30の上面のうち、センサコア30として残したい領域にエッチングマスクを形成する。かかるエッチングマスクを形成するには、例えば、センサコア30の上から光硬化性のドライフィルムレジスを貼着した後、遮光部および透光部を備えたパターンフィルムをドライフィルムレジストの上に貼着する。次に、パターンフィルムを介してドライフィルムレジストを露光した後、現像し、エッチングマスクを形成する。なお、ドライフィルムレジストに代えて、液体状フォトレジストを形成してもよく、ドライフィルムレジストや液体状フォトレジストについてはポジタイプおよびネガタイプのいずれを用いてもよい。次に、エッチングマスクの開孔部を介してセンサコア30をエッチングし、所定のパターン形状を備えた単品サイズのセンサコア30を形成する。ここで用いられるエッチング液としては、塩化第二鉄系エッチング液等を例示することができる。しかる後に、エッチングマスクを除去する。かかるエッチングの際、第1基板31は、セラミック等、高い剛性を有する基板である。このため、大型の第1基板31に撓み等が発生しにくいため、エッチングマスクを精度かつ高い密着性をもって形成することができる。それ故、オーバーエッチング等に起因するパターンニング不良が発生しない。
次に、図2(c)に示す第2基板接着工程では、第1基板31の一方面側にエポキシ樹脂系の熱硬化性樹脂からなるシート状の第2接着剤層37を載置した後、その上に大型の第2基板32を重ね、この状態で熱を加えるとともに加圧して第2接着剤層37を硬化させ、第1基板31の一方面と第2基板32との熱圧着を行なう。その結果、第1基板31の一方面側と第2基板32とは、センサコア30を挟んで第2接着剤層37によって接着される。第2接着剤層37は、第1接着剤層36と同様、熱圧着の厚さは0.2mm以下である。この時の熱圧着温度も、金属箔貼着工程と同様、約200℃に設定するのが好ましい。
ここで、大型の第2基板32、および大型の第2接着剤層37はサイズが同一であるが、大型の第1基板31、および第1接着剤層36よりサイズが小さく、センサコア30のうち、電極部30a(センサコア30の端部301)を露出させておく。
次に、基板切断工程では、第1基板31、第1接着剤層36、第2接着剤層37および第2基板32を単品サイズのコア体33に切断し、図1に示す単品サイズのコア体33を得る。しかる後には、コア体33に対してコイル線を巻回して、励磁コイル34および検出コイル35を構成すれば、磁気センサ素子13が完成する。
なお、基板切断工程の際、第1突部332と第3突部334との間や、第2突部333と第4突部335との間等に第1接着剤層36および第2接着剤層37を残しておき、励磁コイル34および検出コイル35を設ける際、第1接着剤層36および第2接着剤層37を除去してもよい。
また、第2基板接着工程では、第2接着剤層37および第2基板32として単品サイズの第2接着剤層37および第2基板32を用いてもよい。また、第1基板31、第1接着剤層36、第2接着剤層37および第2基板32として大型のものを用いる場合、予め、第1突部332と第3突部334との間のスリットに相当する部分、および第2突部333と第4突部335との間のスリットに相当する部分に開口部を設けておき、かかる開口部が形成された材料を用いて、上記の第1基板接着工程や第2基板接着工程を行ってもよい。また、第2基板接着工程で用いる大型の第2基板321やシート状の第2接着剤層37として、電極部30aを構成する部分に開口部が形成された材料を用いてもよい。
また、上記の製造方法では、第1基板31と第2基板32とを入れ換えてもよい。すなわち、上記の製造方法では、電極部30aが設けられる第1基板31側に対して第2基板32を貼り合わせたが、第2基板32に対して、電極部30aが設けられる第1基板31を貼り合わせてもよい。
[実施の形態2]
図3は、本発明の実施の形態2に係る磁気センサ素子13の説明図であり、図3(a)、(b)、(c)は、磁気センサ素子13の斜視図、磁気センサ素子13のコア体33の平面図、およびコア体33の断面図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
上記実施の形態1では、センサコア30の端部301によって電極部30aを構成したが、図3を参照して、以下に説明するように、第1接着剤層36として導電性接着剤層を用い、かかる第1接着剤層36の端部361によって、電極部30aを構成してもよい。より具体的には、図3に示す磁気センサ素子13においても、実施の形態1と同様、コア体33は、非磁性および絶縁性の第1基板31と、第1基板31に対向配置された非磁性および絶縁性の第2基板32と、第1基板31と第2基板32との間に積層されたセンサコア30とを備えており、センサコア30は、第1基板31と第2基板32とによって保護されている。また、第1基板31とセンサコア30との間には第1接着剤層36が設けられており、第1接着剤層36によって、センサコア30の全面が第1基板31に面接着されている。また、第2基板32とセンサコア30との間には第2接着剤層37が設けられており、第2接着剤層37によって、センサコア30の全面が第2基板32に面接着されている。
ここで、第1基板31、第2基板32、センサコア30、第1接着剤層36および第2接着剤層37は、同一あるいは略同一の平面形状を有している。但し、本形態の磁気センサ素子13においては、第1基板31、第2基板32、センサコア30、第1接着剤層36および第2接着剤層37を以下のように構成することにより、センサコア30に導通する電極部30aが第1基板31および第2基板32から露出する位置で第1基板31に固定された状態に構成されている。
より具体的には、まず、第1接着剤層36は、カーボン等の非磁性の導電粒子が分散する導電性接着剤層である。また、第1基板31および第1接着剤層36は、コア体33と同一のサイズおよび同一の形状を有しており、コア体33の外形を規定している。
センサコア30は、第1基板31および第1接着剤層36と略同一の形状を有しているが、第1基板31および第1接着剤層36よりわずかに小さい。このため、センサコア30の外縁は、第1基板31および第1接着剤層36の外縁より内側に位置する。ここで、センサコア30は、第2突部333および第4突部335における胴部331からの突出寸法(長さ寸法)が実施の形態1に比して短い。
一方、第2基板32および第2接着剤層37は、コア体33のうち、胴部331、第1突部332および第3突部334では、第1基板31および第1接着剤層36と同一のサイズおよび同一の形状を有しており、第2基板32および第2接着剤層37の外縁は、第1基板31および第1接着剤層36の外縁と重なっている。また、第2基板32および第2接着剤層37は、第2突部333および第4突部335では第1基板31および第1接着剤層36と幅寸法が等しく、第2突部333および第4突部335の側面では、第2基板32および第2接着剤層37の外縁は、第1基板31および第1接着剤層36の外縁と重なっている。
但し、第2基板32および第2接着剤層37は、第2突部333および第4突部335では胴部331からの突出寸法(長さ寸法)が第1基板31および第1接着剤層36より短く、センサコア30の第2突部333および第4突部335における胴部331からの突出寸法よりわずかに長いだけである。
このため、第2突部333および第4突部335の下端部において、第1基板31は、第2基板32から張り出した張出領域311を有しており、かかる張出領域311では、第1接着剤層36の端部361が第2基板32から露出し、電極部30aを構成している。
このため、電極部30aを接地すればセンサコア30をアースすることができるので、磁気センサ素子13に静電気等によるノイズ等の影響が及ぶことを防止することができる。また、電極部30aは、第1基板31および第2基板32から露出する位置で第1基板31に固定されているため、センサコア30が第1基板31と第2基板32とに挟まれた状態にあっても、電極部30aの接地を容易に行うことができる。
また、本形態では、電極部30aが第1接着剤層36からなり、電極部30aの外縁が第1基板31の外縁と重なっている。このため、電極部30aに接地する導電部材が第1基板31の縁で接しているような構造であっても、電極部30aと導電部材とが確実に接することになる。
なお、本形態の磁気センサ素子13は、図2を参照して説明した方法と同様な方法により製造できるので、製造方法については説明を省略する。
[実施の形態3]
図4は、本発明の実施の形態3に係る磁気センサ素子13のコア体33の平面図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
上記実施の形態1、2では、電極部30aを構成するにあたって、第2基板32および第2接着剤層37については、第2突部333および第4突部335の幅方向の全体にわたって、胴部331からの突出寸法(長さ寸法)を第1基板31および第1接着剤層36より短くしたが、第2基板32および第2接着剤層37の角部分のみを切り欠いた形状にして電極部30aを構成してもよい。例えば、図4に示すように、第2基板32および第2接着剤層37において、第4突部335の下端側の内側の角部分のみを切り欠いた形状にして、第1基板31において切り欠き321により張り出した張出領域311でセンサコア30の端部301を露出させ、電極部30aを構成してもよい。また、図示を省略するが、第2基板32および第2接着剤層37において、第4突部335の下端側の内側の角部分のみを切り欠いた形状にして、第1基板31において切り欠き321により張り出した張出領域311で、導電性接着剤層からなる第1接着剤層36の端部361を露出させ、電極部30aを構成してもよい。
[磁気センサ装置の構成例]
以下、本発明に係る磁気センサ素子13を用いた磁気センサ装置を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態2のように、電極部30aの外縁が第1基板31の外縁と重なっている場合を中心に説明し、実施の形態1のように、電極部30aの外縁が第1基板31の外縁より内側に位置する場合に適した構成例については、図15および図16を参照して説明する。また、以下の説明でも、便宜上、図の上下に従って各部材の上下を説明する。
(全体構成)
図5は、本発明を適用した磁気センサ素子13を用いた磁気パターン検出装置1の要部構成を模式的に示す説明図である。図5に示すように、磁気パターン検出装置1は、銀行券、有価証券等のシート状の媒体2を媒体搬送経路3に沿って搬送する媒体搬送機構4と、媒体搬送経路3に設けられた磁気読み取り位置Aで媒体2の磁気パターンを検出する磁気センサユニット5を有している。
(磁気センサユニット)
図6は、図5に示す磁気パターン検出装置1に用いた磁気センサユニット5の説明図であり、図6(a)、(b)は、磁気センサユニット5における磁気センサ装置等のレイアウトを示す斜視図、および磁気センサユニット5の断面構成図である。なお、図6では、カバー板、第1着磁用マグネットおよび第2着磁用マグネットの配置を説明するために、磁気センサ装置の構成を省略して模式的に示している。
図5および図6に示すように、磁気センサユニット5は、磁気読み取り位置Aを媒体搬送方向Xの第1方向X1から通過する媒体2に着磁を行う複数の第1着磁用マグネット6と、磁気読み取り位置Aを第1方向X1とは逆の第2方向X2から通過する媒体2に着磁を行う複数の第2着磁用マグネット7と、第1着磁用マグネット6或いは第2着磁用マグネット7によって着磁された状態で磁気読み取り位置Aを通過する媒体2の磁気パターンを読み取る磁気センサ装置8を備えている。また、磁気センサ装置8を搭載しているケース10と、このケース10の上端部分に取り付けられた矩形のカバー板11を備えている。カバー板11は、第1着磁用マグネット6および第2着磁用マグネット7を保持すると共に、第1着磁用マグネット6および第2着磁用マグネット7が磁気読み取り位置Aを通過する媒体2によって磨耗しないように、第1着磁用マグネット6および第2着磁用マグネット7の上面を覆っている。
ケース10は金属等の導電性材料から形成されている。図6(b)に示すように、ケース10の上端面101の媒体搬送方向Xの中央部分には、カバー板11を取り付けるための矩形の凹部102が形成されている。凹部102の媒体搬送方向Xの両側には外側に向かって下方に傾斜する傾斜面103が設けられている。
凹部102は、一定深さであり、媒体搬送方向Xと直交する方向に一定幅で延びている。凹部102の媒体搬送方向Xの中央部分には磁気センサ装置8が構成されている。磁気センサ装置8の上端面はセンサ面8aとなっており、ケース10の上端面101と同一平面上に位置している。磁気センサ装置8は、媒体搬送方向Xと直交する方向に所定のピッチで配列された複数の磁気センサ素子13を備えている。
カバー板11は、表面14aに媒体2を搬送するための媒体搬送面11aが形成されている表面側カバー板14と、表面側カバー板14の裏面14bに積層固定された裏面側カバー板15とからなる複合板である。
表面側カバー板14は、一定厚さの薄板の金属板であり、矩形の輪郭形状を備えている。また、表面側カバー板14は、媒体搬送方向Xの中央部分に矩形の開口部141を備えている。開口部141は、例えば、エッチングにより形成されている。本例では、表面側カバー板14の厚さ寸法は0.3mm以下、好ましくは0.1mm程度となっている。従って、表面側カバー板14の剛性は極めて低くしてある。
裏面側カバー板15は、表面側カバー板14よりも厚い金属板の板材であり、本例では裏面側カバー板15の厚さ寸法は0.3〜0.5mm程度である。裏面側カバー板15は、一定厚さであり、第1着磁用マグネット6および第2着磁用マグネット7の厚さ寸法と同一の厚さ寸法を備えている。裏面側カバー板15の輪郭形状は表面側カバー板14の輪郭形状と同一であり、裏面側カバー板15は開口部141と重なる位置に、この開口部141と同一形状の開口部151を備えている。表面側カバー板14の開口部141と裏面側カバー板15の開口部151は、カバー板11の開口部111を構成する。
また、裏面側カバー板15は、開口部151の第1方向X1の上流側に第1着磁用マグネット6を構成する複数のマグネット16を装着するための第1装着孔(挿入孔)152を備えており、開口部151の第2方向X2の上流側に第2着磁用マグネット7を構成する複数のマグネット16を装着するための第2装着孔(挿入孔)153を備えている。第1装着孔152および第2装着孔153は、それぞれ複数の装着孔154を備えており、各装着孔154は媒体搬送方向Xと直交する方向に所定のピッチで配列されている。開口部151、第1装着孔152および第2装着孔153は、例えば、エッチングにより形成されている。
ここで、表面側カバー板14および裏面側カバー板15は、いずれもステンレス鋼製であり、これら表面側カバー板14と裏面側カバー板15は拡散接合されている。すなわち、表面側カバー板14と裏面側カバー板15は、密着させられた状態で加圧、加熱されて一体化されており、カバー板11は全体として剛性の高いものとなっている。
第1着磁用マグネット6は、第1装着孔152の各装着孔154に嵌め込まれた各マグネット16によって構成され、第2着磁用マグネット7は、第2装着孔153の各装着孔154に嵌め込まれた各マグネット16によって構成されている。第1着磁用マグネット6の各マグネット16は、媒体搬送方向Xと直交する方向に所定のピッチで配列されており、第2着磁用マグネット7の各マグネット16は媒体搬送方向Xと直交する方向に所定のピッチで配列されている。また、第1着磁用マグネット6のマグネット16と第2着磁用マグネット7のマグネット16は、媒体搬送方向Xから見たとき重なっている。
各マグネット16は、フェライトやネオジウム磁石等の永久磁石であり、互いに同一の磁力を備えている。また、各マグネット16は、裏面側カバー板15の各装着孔154と嵌合する直方体形状をしており、互いに同一の形状を備えている。換言すれば、各装着孔154は、同一形状の各マグネット16に対応する形状を備えている。
また、各マグネット16は、各装着孔154に嵌め込まれて、表面側カバー板14の裏面14bに当接した状態で裏面側カバー板15に保持される。各マグネット16が各装着孔154に保持された状態では、図6(b)に示すように、各マグネット16は、表面側カバー板14の側の部位と表面側カバー板14とは反対側の部位とでは異なる磁極となっており、表面側カバー板14の裏面14bに当接している面が媒体搬送面11aを搬送される媒体2に対する着磁面として機能する。ここで、各マグネット16は表面側カバー板14の裏面14bに当接しているので、媒体搬送面11aと各マグネット16のギャップは、表面側カバー板14の板厚によって規定されている。
第1着磁用マグネット6および第2着磁用マグネット7を保持したカバー板11をケース10の凹部102に取り付けると、カバー板11の開口部111の内側に磁気センサ装置8のカバー板11の側の部位が挿入され、カバー板11の媒体搬送面11aと磁気センサ装置8のセンサ面8aが同一平面上に位置する。また、磁気センサ装置8の第1方向X1の上流側に第1着磁用マグネット6が配置され、磁気センサ装置8の第2方向X2の上流側に第2着磁用マグネット7が配置される。さらに、磁気センサ装置8は第1着磁用マグネット6と第2着磁用マグネット7の中間に位置し、磁気センサ装置8が保持している複数の磁気センサ素子13のそれぞれは、媒体搬送方向Xから見たときに、第1着磁用マグネット6のマグネット16および第2着磁用マグネット7のマグネット16と重なる。
ここで、磁気センサ装置8は着磁された媒体2にバイアス磁界を印加した状態として磁束を検出するものであり、磁気パターン検出装置1は磁気センサ装置8からの検出波形をリファレンス波形と照合することによって、媒体2の真偽判定や種類を判別する。
(磁気センサ装置)
図7は、図5に示す磁気パターン検出装置1に用いた磁気センサ装置8の説明図であり、図7(a)、(b)、(c)は、磁気センサ装置8の正面図、側面図および上面図である。正面図は媒体搬送方向Xから見たものであり、側面図は媒体搬送方向Xと直交する方向Yから見たものである。図8は、図7に示す磁気センサ装置8の断面図である。図9は、図5に示す磁気パターン検出装置1に用いたフレームの説明図であり、図9(a)、(b)、(c)、(d)は、フレームの正面図、側面図、上面図および下面図である。図10は、図7に示す磁気センサ装置8に用いた磁気センサ素子13の説明図であり、図10(a)、(b)、(c)は、磁気センサ素子13の正面図、側面図および上面図である。
図7に示すように、磁気センサ装置8は、フレーム20と、このフレーム20にセンサ面13aを上方に向けた状態で保持されている複数の磁気センサ素子13を備えている。磁気センサ素子13のセンサ面13aは磁気センサ装置8のセンサ面8aを構成している。
図8および図9に示すように、フレーム20は、全体として細長い直方体形状をしている。図9に示すように、フレーム20には、フレーム20の上端面21から下端面22に貫通する複数の装着孔23が、媒体搬送方向Xと直交する方向Yに所定のピッチで形成されている。各装着孔23の軸線Lは互いに平行に延びている。フレーム20の上端面21の外周側には、この上端面21を囲んで上方に突出する枠状のフランジ部24が設けられている。フレーム20の下端面22の四隅には、下方に突出する突部25が設けられており、各突部25の下端面は各装着孔23の軸線Lと直交する研削基準面26となっている。また、図9(d)に示すように、フレーム20の下端面22において装着孔23の媒体搬送方向Xの一方側の下端面部分22aには、下方に突出する複数の係合突起27が一定間隔で設けられている。上端面21に露出している各装着孔23の上端開口23aは全体として矩形をしている。各装着孔23の下端開口23bの内側には、各装着孔23を部分的に封鎖する部分封鎖部28が設けられている。
ここで、図10に示すように、磁気センサ素子13は、第1基板31および第2基板32によってセンサコア30が覆われているが、図1、図2、および図4を参照して説明したように、コア体33の第2突部333の下端部分および第4突部335の下端部分には、第1基板31および第2基板32から露出するように、電極部30aが形成されている。
また、各磁気センサ素子13は、バイアス磁界を発生させるための励磁コイル34と、媒体2の磁気パターンを検出するための検出コイル35を備えている。励磁コイル34は、胴部331において、第1突部332および第2突部333の両側であって第2突部333および第4突部335の内側の部位に、第1コイルボビン340を介してコイル線が巻き回されることによって構成されている。検出コイル35は、第1突部332に第2コイルボビン350を介してコイル線が巻き回されることにより構成されている。これにより、第1突部332の先端面と第3突部334の先端面は、磁気センサ素子13のセンサ面13aとなっている。ここで、図10に示すように、第1コイルボビン340の第1基板31の側に位置している部位には4本の端子ピン38が取り付けられており、これらは下方に延びている。4本の端子ピン38のうち内側に配置されている2本の端子ピン38は、図10(a)に示すように、第2突部333の幅方向の内側から下方に延びている。また、外側に配置されている2本の端子ピン38は第4突部335の幅方向の内側から下方に延びている。また、4本の端子ピン38の中央には、端子ピン38よりも寸法の短い係止ピン39が取り付けられている。係止ピン39には励磁コイル34のコイル線が係止されている。
各磁気センサ素子13は、センサ面13aを上に向けた状態で各装着孔23に上方から挿入されている。また、図8に示すように、コア体33の厚さ方向を媒体搬送方向Xに向けると共に、第2基板32をフレーム20の係合突起27が形成されている側に向けた状態で各装着孔23に挿入されている。各磁気センサ素子13が装着孔23に挿入された状態では、部分封鎖部28がコア体33の第2突部333および第4突部335の間に挿入された状態となっており、装着孔23の上端開口23aからは第1突部332、第3突部334が突出し、装着孔23の下端開口23bからは第2突部333、第4突部335および4本の端子ピン38が突出している。また、各磁気センサ素子13が装着孔23に挿入された状態では、図7(c)に示すように、各磁気センサ素子13は装着孔23の内周面部分23cに当接して、媒体搬送方向Xと直交する方向Yに所定のピッチで位置決めされた状態で配列されている。所定のピッチは第1着磁用マグネット6の配列ピッチおよび第2着磁用マグネット7の配列ピッチと同一である。
次に、フレーム20のフランジ部24の内側には、図7(c)に示すように、2枚の矩形の耐磨耗板19が挿入されている。これら2枚の耐磨耗板19は、媒体搬送方向Xに所定の隙間を開けた状態で、フレーム20の上端面21に載置されている。2枚の耐磨耗板19のそれぞれは、セラミックス等からなる一定厚さの部材であり、媒体搬送方向Xと直行する方向に一定幅で延びている。
2枚の耐磨耗板19がフレーム20の上端面21に載せられた状態では、各耐磨耗板19の上端面19aはフランジ部24の上端面よりも上方に突出している。また、図8に示すように、2枚の耐磨耗板19の間の隙間には磁気センサ素子13のコア体33の第1突部332および第2突部334の上端部分が挿入されており、2枚の耐磨耗板19の上端面19a、コア体33の第1突部332の上端面332a(センサ面13a)および第3突部334の上端面334a(センサ面13a)は同一平面上に位置している。ここで、各装着孔23には樹脂29が充填されており、この樹脂29によって、2枚の耐磨耗板19と各磁気センサ素子13はフレーム20に固定されている。
図11は、図5に示す磁気パターン検出装置1に用いた導電部材41の説明図であり、図11(a)、(b)、(c)、(d)は、導電部材41の平面図、フレーム20に取り付けられた状態の導電部材41を媒体搬送方向Xから見た正面図、導電部材41をフレーム20の下端面部分22aに取り付けた磁気センサ装置8を媒体搬送方向Xから見た状態を模式的に示す説明図、および導電部材41をフレーム20の下端面部分22aに取り付けた状態を模式的に示す説明図である。
図7(a)、(b)に示すように、フレーム20の下端部分には、磁気センサ素子13のセンサコア30をアースするための導電部材41が取り付けられている。導電部材41は金属製の1枚の薄板をエッチングすることにより形成されている板バネである。導電部材41は、図8に示すように、フレーム20の側から磁気センサ素子13に掛け渡されて磁気センサ素子13の電極部30aに押し当てられている複数の掛け渡し部411と、図7(a)に示すように、フレーム20の下端面22に固定されている取り付け部412と、取り付け部412の媒体搬送方向Xと直交する方向Yの両端部分に設けられており、フレーム20の下端面22から離れる方向に折れ曲がっている接触部413を備えている。
取り付け部412は、図11(a)、(b)に示すように、媒体搬送方向Xと直交する方向Yに延びて各掛け渡し部411のフレーム20の側の端部分を連続させている一定幅部分412aと、この一定幅部分412aの途中に複数設けられている一定幅部分412aよりも幅広の幅広部分412bを備えている。幅広部分412bのそれぞれには、フレーム20の係合突起27に係合可能な係合孔412cが形成されている。導電部材41は、図11(c)、(d)に示すように、係合突起27に係合孔412cを係合させ、係合突起27を熱により溶かして潰し、係合孔412cを塞ぐことによりフレーム20の下端面部分22aに取り付けられている。
ここで、導電部材41は、フレーム20に取り付ける前の状態、すなわち、導電部材41自体の形状は、両端の接触部413を除いて平坦であるが、導電部材41が取り付けられるフレーム20の下端面部分22aが磁気センサ素子13のコア体33の第2突部333および第4突部335の下端よりも上方に位置しているので、導電部材41の取り付け部412がフレーム20の下端面部分22aに固定されると、図8に示すように、複数の掛け渡し部411のそれぞれは、フレーム20に搭載されている複数の磁気センサ素子13のそれぞれに掛け渡されて、フレーム20と各磁気センサ素子13のコア体33との間で下方に向って弾性変形させられる。この結果、各掛け渡し部411の磁気センサ素子13側の先端部分411aは、当該掛け渡し部411の弾性復帰力によって磁気センサ素子13の電極部30aに押し当てられた状態となる。これにより、複数の磁気センサ素子13のセンサコア30と導電部材41の電気的な接続状態が形成されている。
(ケース10による磁気センサ装置8の保持構造)
図12は、図5に示す磁気パターン検出装置1におけるケース10と磁気センサ装置8との関係を示す説明図であり、図12(a)、(b)は、磁気センサ装置8がケース10に保持された状態の説明図、および磁気センサ装置8がケース10に保持された状態の断面図である。
図6に示すように、磁気センサ装置8は、第1着磁用マグネット6および第2着磁用マグネット7を搭載しているケース10に保持されて、磁気センサユニット5を構成する。より具体的には、図12(b)に示すように、ケース10は磁気センサ装置8を挿入することが可能な溝52を備えており、溝52に磁気センサ装置8が上方から挿入されると、フレーム20の下端面部分22aに固定されている導電部材41の接触部413が溝52の内周面部分52aに当接する。ここで、ケース10は磁気パターン検出装置1のフレーム20等を介してアースされる。これにより、ケース10および導電部材41を介して磁気センサ素子13のセンサコア30がアースされる。
(磁気センサ装置の製造方法)
図7および図13を参照して、磁気センサ装置8の製造方法を説明する。図13は、図5に示す磁気パターン検出装置1に用いた磁気センサ装置8の製造方法を示す説明図であり、図13(a)、(b)は、磁気センサ装置の上端面を研削する前の磁気センサ装置8の正面図、およびその側面図である。
磁気センサ装置8を製造する際には、まず、フレーム20の一方側から他方側に貫通する複数の平行な装着孔23と、各装着孔23の軸線Lと直交する研削基準面とが形成されたフレーム20を用意し(フレーム準備工程)、フレーム20の各装着孔23に各磁気センサ素子13を挿入する(挿入工程)。これにより、各磁気センサ素子13は各装着孔23の内周面部分23cに当接して、装着孔23の軸線Lの方向と直交する方向、すなわち、媒体搬送方向Xおよび媒体搬送方向Xと直交する方向Yで位置決めされる。この結果、磁気センサ素子13相互の位置が正確に規定される。
次に、フレーム20の装着孔23に挿入された複数の磁気センサ素子13を一つの治具(不図示)によって下側から支持し、フレーム20の研削基準面26を基準として、磁気センサ素子13を各装着孔23の軸線Lの方向で位置決めする(位置決め工程)。本例では、コア体33の第2突部333の下端面333aおよび第4突部335の下端面335aの位置が、研削基準面26に対して各装着孔23の軸線Lの方向で所定の位置に配置されるように位置決めされる。
各磁気センサ素子13が装着孔23の軸線Lの方向で位置決めされると、磁気センサ装置8は、コア体33の第1突部332の上端面332a、第3突部334の上端面334aが各装着孔23の上端開口23a、すなわち、フレーム20の上端面21から、耐磨耗板19の厚さ寸法以上に上方に突出した状態とされる(図13(b)参照)。
その後、フレーム20のフランジ部24の内側に2枚の矩形の耐磨耗板19が媒体搬送方向Xに所定の隙間を開けた状態で挿入され、フレーム20の上端面21に載置される(耐磨耗板配置工程)。また、2枚の耐磨耗板19の隙間を介して各装着孔23内に樹脂29が充填され、これにより、各磁気センサ素子13と各耐磨耗板19はフレーム20に固定される(固定工程)。ここで、樹脂29は、フレーム20のフランジ部24よりも上方に突出するまで充填される。この状態が図13(b)に示す状態である。
しかる後に、フレーム20の研削基準面26を基準として、コア体33の第1突部332の上端面332a、第3突部334の上端面334a、2枚の耐磨耗板19の上端面19aおよび2枚の耐磨耗板19の間に突出している樹脂29を予め設定した平面研削面Bまで平面研削する(平面研削工程)。この平面研削によって、これらコア体33の第1突部332の上端面332a(センサ面13a)、第3突部334の上端面334a(センサ面13a)、2枚の耐磨耗板19の上端面19aおよび樹脂29の上面が同一平面上に位置させられる。
次に、フレーム20の下端面22に導電部材41を取り付けて、導電部材41の掛け渡し部411の先端部分411aを磁気センサ素子13の電極部30aに当接した状態とする。これにより磁気センサ装置8の組み立ては完了する。
なお、その後に、磁気センサ装置8をケース10の溝52の内側に挿入し、導電部材41の接触部413と溝52の内周面部分52aとを接触させた状態とする。しかる後に、ケース10をアースすることにより、磁気センサ素子13のセンサコア30をアースする。
(磁気パターン検出装置の磁気パターン検出動作)
図7および図14を参照して、磁気パターン検出装置1の磁気パターン検出動作を説明する。図14は、図5に示す磁気パターン検出装置1で用いられる信号の説明図であり、図14(a)、(b)は、磁気センサ素子13の励磁波形を示す説明図、および磁気センサ素子13からの検出波形を示す説明である。
図7に示すように、磁気パターン検出装置1において媒体2が媒体搬送経路3を第1方向X1或いは第2方向X2に搬送されると、媒体2は磁気読み取り位置Aに至る前に第1着磁用マグネット6或いは第2着磁用マグネット7により着磁される。そして、着磁された媒体2は磁気センサ装置8による磁気読み取り位置Aを通過する。
磁気センサ装置8では、図14(a)に示すように、励磁コイル34に交番電流が定電流で印加されており、コア体33の周りには、バイアス磁界が形成されている。従って、媒体2が磁気読み取り位置Aを搬送されると、検出コイル35からは、図14(b)に示す検出波形の信号が出力される。検出波形は、バイアス磁界および時間に対する微分的な信号となる。
ここで、磁気センサ素子13からの検出波形の形状、ピーク値およびボトム値は、磁気パターンの形成に用いられている磁気インキの種類、磁気パターンの位置、および、形成されている磁気パターンの濃淡によって変化する。従って、かかる検出波形を、予め記憶保持しているリファレンス波形と照合することにより、媒体2の真偽判定および媒体2の種類の判別を行うことができる。
(磁気センサ装置8の作用効果)
本例によれば、センサコア30にアース線を直接半田付けするのではなく、磁気センサ素子13を保持しているフレーム20の側から導電部材41を磁気センサ素子13の電極部30aに押し当てて、この導電部材41をフレーム20の側でアースするように構成している。従って、センサコア30を形成している材料に拘わらず、センサコア30をアースすることができる。すなわち、センサコア30は、フェライト、珪素鋼板、アモルファス、パーマロイ等から形成される場合があるが、フェライトはアース線を接続するための半田が付かず、珪素鋼板は一般的にメッキにより酸化防止皮膜が形成されているので、アース線を接続するための半田が付きづらい。また、アモルファス、パーマロイは半田付け性が悪く、アース線を接続するためには脱酸素雰囲気中での半田付けを行う特殊な装置等が必要となり、作業性が低下する。しかるに、本例によれば、このような各材料に対して、センサコア30のアースに際して、センサコア30に対する半田付けを回避できる。よって、センサコア30を形成している材料に拘わらず、センサコア30をアースすることができる。さらに、アースに際して、センサコア30を高熱に晒すことを回避できるので、センサコア30に、形状の変化や磁気特性の低下を発生させることがない。
また、本例によれば、導電部材41の掛け渡し部411は、フレーム20とセンサコア30との間で弾性変形させられており、掛け渡し部411の磁気センサ素子13側の先端部分411aは掛け渡し部411の弾性復帰力によって磁気センサ素子13の電極部30aに押し当てられている。従って、導電部材41と磁気センサ素子13の電極部30aとの接触が確実であり、磁気センサ装置8のフレーム20上の位置が変化した場合でも、導電部材41と磁気センサ素子13の電極部30aとの接触を維持することができる。
さらに、本例によれば、導電部材41は、金属製のバネ部材なので、掛け渡し部411を弾性変形させて磁気センサ素子13の電極部30aに押し付けた状態とすることが容易である。
また、本例では、導電部材41は、複数の掛け渡し部411を備えているので、フレーム20に搭載した複数の磁気センサ素子13のセンサコア30を、一つの導電部材41を介してアースすることができる。
さらに、導電部材41は取り付け部412の係合孔412cとフレーム20の係合突起27とを係合させることによってフレーム20に取り付けられているので、導電部材41のフレーム20への取り付け作業が容易である。
また、導電部材41はフレーム20の外周面部分を覆う導電性のケース10に押し当てられているので、ケース10をアースすることによってセンサコア30をアースできる。従って、センサコア30をアースするための作業性がよい。
さらに、本例によれば、各磁気センサ素子13のセンサ面13aは平面研削によって同一平面上に位置させられている。また、フレーム20に対する磁気センサ素子13の位置決めが、このセンサ面13aを平面研削するフレーム20の研削基準面26に基づいて行われているので、フレーム20の寸法公差に拘わらず、センサ面13aの位置はフレーム20の研削基準面26に対する所定の位置に規定され、フレーム20に対するセンサ面13aの位置がばらつくことがない。従って、磁気センサ装置8を磁気パターン検出装置1に搭載したときに、媒体搬送面11aと磁気センサ素子13の間のギャップが変動することを回避あるいは低減でき、磁気センサ素子13の間の特性バラツキも低減する。
また、本例では、フレーム20の上端面21に耐磨耗板19を配置するとともに、研削基準面26を基準として、センサ面13aを耐磨耗板19の表面と共に平面研削している。従って、磁気センサ素子13のセンサ面13aの周囲を耐磨耗板19によって囲って保護することができる。また、耐磨耗板19の上端面19aと各磁気センサ素子13のセンサ面13aとを同一平面上に位置させることができるので、耐磨耗板19によってセンサ面13aの磨耗を低減させることができる。
さらに、本例では、各磁気センサ素子13のセンサ面13aを装着孔23の上端開口23aら耐磨耗板19の厚さ寸法以上突出させた後にセンサ面13aを耐磨耗板19の上端面19aと共に平面研削しているので、平面研削後に必ずセンサ面13aを露出させることができる。
(別の実施の形態)
図15は、本発明を適用した別の磁気センサ装置8Aの部分断面図である。上記の例では、導電部材41が取り付けられているフレーム20の下端面部分22aは、磁気センサ素子13のコア体33の第2突部333および第4突部335の下端よりも上方に位置しているが、本形態では、図15に示す磁気センサ装置8Aのように、フレーム20の下端面部分22aが、磁気センサ素子13のコア体33の第2突部333および第4突部335の下端よりも下方に位置している。このため、掛け渡し部411は、フレーム20とコア体33との間で上方に向って弾性変形し、掛け渡し部411の磁気センサ素子13側の先端部分411aを、当該掛け渡し部411の弾性復帰力によって磁気センサ素子の電極部30aに押し当てている。従って、導電部材41は、第1基板31の縁より内側でセンサコア30の電極部30aに接しているので、実施の形態1を参照したように、電極部30aの外縁が第1基板31の外縁より内側に位置する場合でも、導電部材41と電極部30aとが確実に接することになる。
(さらに別の実施の形態)
図16は、本発明を適用したさらに別の磁気センサ装置8Bの部分断面図である。上記の例では、フレーム20の側から延在する導電部材41が電極部30aに当接する構造であったが、本形態では、図16に示す磁気センサ装置8Bのように、フレーム20にソケット状の凹部209が形成されており、かかる凹部209の底部に設けられた板バネ状の導電部材41が電極部30aに当接している。
(導電部材41の他の構成例)
上記の実施の形態では、導電部材41が金属製であったが、導電部材41を導電性の樹脂から形成してもよい。