JP5972405B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、シート状の被検知物に含まれる磁気成分を検出する磁気センサ装置に関する。

特開２０１２−２５５７７０号公報（特許文献１参照）には、磁石と磁気抵抗効果素子とを備えた磁気センサ装置が開示されている。この磁石は、被検知物に交差する交差磁界を生成する。また、この磁気抵抗効果素子は、この磁石と被検知物との間に設けられ、出力端子を有し、交差磁界内を搬送される被検知物の磁気成分による交差磁界の搬送方向成分の変化を抵抗値の変化として出力する。特許文献１には、交差磁界を生成するための構成として、被検知物を挟んで磁石を対向配置する構成と、被検知物の一方の面に磁石を配置し他方の面に磁性体を対向配置する構成とが記載されている。

特開２０１２−２５５７７０号公報

特許文献１に記載の発明では、交差磁界を生成するための構成が磁性体を有する被検知物のシート面に対して両側に必要であり、磁気センサ装置が大型化する課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型な磁気センサ装置を得ることを目的とする。

本発明に係る磁気センサ装置は、磁界生成部と磁気抵抗効果素子と磁性体部と非磁性体部と信号処理部とを備える。磁界生成部は、第１の磁極を構成する第１の磁極部と第１の磁極とは逆の第２の磁極を構成する第２の磁極部とを備える。磁界生成部は、シート状であって磁気成分を含む被検知物が搬送される位置において被検知物に交差する交差磁界を第１の磁極部と第２の磁極部とにより生成する。磁界生成部は、被検知物のシート面に対して片側に配置される。磁気抵抗効果素子は、第１の磁極部と被検知物が搬送される位置との間に配置される。磁気抵抗効果素子は、交差磁界内で被検知物が搬送方向に沿って搬送されることにより生じる、交差磁界の搬送方向における成分の変化に応じて抵抗値が変化する。磁性体部は、金属により構成され、第１の磁極部と磁気抵抗効果素子との間に配置される。非磁性体部は、金属により構成され、磁性体部から搬送方向に延在し、磁性体部に接合される。信号処理部は、非磁性体部に実装され、磁気抵抗効果素子と電気的に接続される。磁気抵抗効果素子は、磁性体部に実装される。磁気抵抗効果素子の搬送方向における位置は、第１の磁極部の搬送方向における中心位置から搬送方向に沿ってシフトした位置であり、第１の磁極部の搬送方向における両端の間の位置である。

本発明では、磁界生成部が、磁気成分を含む被検知物のシート面に対して片側に配置される。従って、本発明によれば、磁界生成部が小型となり、小型な磁気センサ装置が得られる。

本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置の構成図である。 図１の磁気センサ装置の磁力線分布図である。 図１の磁気センサ装置の検出原理を示す磁力線ベクトル図（被検知物通過前）である。 図１の磁気センサ装置の検出原理を示す磁力線ベクトル図（被検知物接近中）である。 図１の磁気センサ装置の検出原理を示す磁力線ベクトル図（被検知物通過後）である。 本発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置の構成図である。 図４の磁気センサ装置の磁力線分布図である。 本発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置の構成図である。 図６の磁気センサ装置のヨーク付近の磁力線の分布図である。 ヨークと永久磁石との接触部を基準（ｚ＝０）とし、ヨーク及び永久磁石から離れる方向を正としたときの、磁束密度のｚ軸方向の強度変化を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る磁気センサ装置が備える永久磁石部の構成図である。 図９の磁気センサ装置の磁力線分布図である。 ＭＲ素子を磁性体金属に固定し、ＭＲ素子と磁性体金属を同時移動させる場合と、磁性体金属を利用せず、永久磁石が形成する磁場中をＭＲ素子のみで移動させた場合の搬送方向磁束密度の変化を示す図である。 磁性体金属を永久磁石の一方の磁極に接触させて配置したときの磁気センサ装置の磁力線分布図である。 本発明の実施の形態５に係る磁気センサ装置の構成図である。 図１３の磁気センサ装置の磁力線分布図である。 本発明の実施の形態７に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態８に係る磁気センサ装置の構成図（正面図）である。 本発明の実施の形態８に係る磁気センサ装置の構成図（側面図）である。 図１６Ａの磁気センサ装置のＭＲ素子の配置を詳細に示す図である。 図１６Ａの磁石端部での磁場分布図である。 本発明の実施の形態９に係る磁気センサ装置のＭＲ素子の配置を詳細に示す図である。 本発明の実施の形態１０に係る磁気センサ装置の構成図（正面図）である。 本発明の実施の形態１０に係る磁気センサ装置の構成図（側面図）である。 本発明の実施の形態１１に係る磁気センサ装置の構成図である。 磁性体金属と非磁性体金属の第１の接合構造図である。 磁性体金属と非磁性体金属の第２の接合構造図（第１の斜視図）である。 磁性体金属と非磁性体金属の第２の接合構造図（第２の斜視図）である。 磁性体金属と非磁性体金属の第２の接合構造図（第１の断面図）である。 磁性体金属と非磁性体金属の第２の接合構造図（第２の断面図）である。 磁性体金属と非磁性体金属の第３の接合構造図である。 本発明の実施の形態１２に係る磁気センサ装置の構成図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置の構成図である。図１において、永久磁石１ａ、１ｂは、被検知物４の搬送方向（ｘ軸方向）に並んで配置されるＮ極Ｓ極の磁極を有する永久磁石である。ヨーク２ａ、２ｂ、２ｃは、鉄などのヨークである。ＭＲ素子３は、磁界の変化を抵抗値の変化として出力する磁気抵抗効果素子である。被検知物４は、磁気インクなどの磁性体が印字された紙幣等のシート状の被検知物である。被検知物４は、例えば、微小磁性パターンが形成（印字）された紙葉状の印刷媒体である。磁気センサ装置は、例えば、紙幣（具体的には、紙幣に印字された微小磁性パターン）を検出する装置である。中心軸５は、磁気センサ装置のｘ軸方向における中心軸である。つまり、中心軸５は、磁気センサ装置のｘ軸方向における中心（重心）を通り、鉛直方向に伸びる軸である。なお、ｘ軸は、矢印で示される方向であり、被検知物４の搬送方向である。また、ｙ軸は、ｘ軸とｚ軸とに直交する方向であり、奥行方向である。そして、ｚ軸は、ｘ軸とｙ軸とに直交する方向であり、鉛直方向である。

永久磁石１ａ、１ｂは、ヨーク２ｂのｘ軸方向における両側に同一磁極（図１ではＮ極）が接するように設けられる。ヨーク２ａ、２ｂは、永久磁石１ａ、１ｂのｘ軸方向における外側（図１ではＳ極側）に設けられる。ＭＲ素子３は、ｚ軸方向において、ヨーク２ｂの近傍に配置される。つまり、ＭＲ素子３は、ヨーク２ｂからｚ軸方向に少し離間して配置される。また、ＭＲ素子３は、中心軸５からｘ軸方向（図１では、中心軸５から搬送方向出力側）にオフセット（偏移）して配置される。被検知物４は、ヨーク２ｂを基準として、ＭＲ素子３よりもさらにｚ軸方向に離れた位置で、ｘ軸方向に沿って搬送される。また、ヨーク２ａ、２ｂ、２ｃは、ｚ軸方向におけるＭＲ素子３が配置された側が、永久磁石１ａ、１ｂよりも突出して設けられる。つまり、ヨーク２ａ、２ｂ、２ｃのＭＲ素子３側の端部は、永久磁石１ａ、１ｂのＭＲ素子３側の端部よりも、ＭＲ素子３側に突出している。

図２は、図１の磁気センサ装置の磁力線分布図である。永久磁石１ａ、１ｂは、図１に示すようにｘ軸方向に着磁される。両永久磁石１ａ、１ｂから発せられた磁力線９は、永久磁石１ａ、１ｂとヨーク２ｂとの接触面からヨーク２ｂに侵入し、ヨーク２ｂのｚ軸方向（ヨーク２ｂ上面）から空気中に放出される。ヨーク２ｂは、ｚ軸方向におけるＭＲ素子３が配置された側に、永久磁石１ａ、１ｂから突出して設けられているので、磁力線９はヨーク２ｂに集中する。また、ヨーク２ｂはｘｚ平面においてｚ軸方向に長い構成であるので、ヨーク２ｂ上面ではさらに磁力線９が集中し、ヨーク２ｂ上面近傍の磁束密度が大きくなる。ヨーク２ｂから空気中に放出された磁力線９は、ヨーク２ｂの磁極と反対の磁極となっているヨーク２ａ、２ｃへと入射し、永久磁石１ａ、１ｂへと戻る閉ループを形成する。

矢印６は、ＭＲ素子３の位置（典型的には、ＭＲ素子３の中心位置）における磁束ベクトル（磁束ベクトルの方向及び大きさ）を示す矢印である。矢印７は、矢印６により示される磁束ベクトルの鉛直方向（ｚ軸方向）成分（磁束ベクトルの鉛直方向成分の方向及び大きさ）を示す矢印である。矢印８は、磁束ベクトルの搬送方向（ｘ軸方向）成分（磁束ベクトルの搬送方向成分の方向及び大きさ）を示す矢印である。

空気中に放出された磁力線９は、左右に広がる形で分布する。また、図１に示すように、ＭＲ素子３の位置（典型的には、ＭＲ素子３の中心位置）は、中心軸５から少し（０．３ｍｍ程度）ｘ軸方向にシフトし、さらにヨーク２ｂ表面から少し（０．５ｍｍ程度）ｚ軸方向に離れた位置である。このため、図１のＭＲ素子３の位置においては、大きな磁束密度の鉛直方向成分のほか、小さな（僅かな）磁束密度の搬送方向成分も存在する。本発明で想定するＭＲ素子３は、磁束密度の搬送方向成分を検知する性質のものである。ＭＲ素子３は、その感度を最大限に利用するために、搬送方向に２ｍＴ（ミリテスラ）程度のバイアス磁場を必要とする。

次に動作について説明する。図２で、ＭＲ素子３が設置された位置において、大きな磁束密度の鉛直方向成分が存在するのと同時に小さい搬送方向成分も存在している。これはＭＲ素子３が、中心軸５から少し離れた位置に設置されているからである。ＭＲ素子３をこのように配置することで、ＭＲ素子３が適切に動作するために必要な２ｍＴ（ミリテスラ）程度の搬送方向のバイアス磁場をＭＲ素子３に与えることができる。

このような状態の磁気センサ装置の近傍を被検知物４が通過すると、磁場分布が変化する。この時、ＭＲ素子３に印加されている磁束ベクトルの方向がわずかに変化する。この変化は僅かでも、搬送方向成分は割合として大きな変化が発生することになる。この搬送方向成分の変化は、ＭＲ素子３で十分検知できる。

詳細な動作を図２、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを用いて説明する。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、本発明の実施の形態１における磁気センサ装置の検出原理を示す磁力線ベクトル図である。図２において、磁力線９は、ＭＲ素子３が配置されている付近では、搬送経路に交差する交差磁界であるヨーク２ｂの鉛直方向へ向かう成分が主成分となる。しかしながら、ＭＲ素子３が中心軸５より少しｘ軸方向に離れている。このため、図３Ａに示すように、磁力線９は、鉛直方向（ｚ軸方向）から少しだけ搬送方向（ｘ軸方向）に傾く。そして、この磁界の搬送方向（ｘ軸方向）成分がＭＲ素子３のバイアス磁界として作用する。

被検知物４が近づいてくると、図３Ｂに示すように、磁力線９が被検知物４に吸い寄せられるように被検知物４側に傾くため、搬送方向（ｘ軸方向）の磁束ベクトル成分（矢印８により示されるＢｘ）が小さくなる。被検知物４が離れていくと、図３Ｃに示すように、磁力線９が被検知物４に引っ張られるように被検知物４側に傾くため、搬送方向（ｘ軸方向）の磁束ベクトル成分（Ｂｘ）が大きくなる。このように、ｘ軸方向成分を感磁するＭＲ素子３の抵抗値が変化するため、ＭＲ素子３が被検知物４を検知することができる。すなわち、被検知物４の通過により、搬送方向（ｘ軸方向）の磁束ベクトル成分（Ｂｘ）が変化するので、ｘ軸方向成分を感磁するＭＲ素子３の抵抗値が変化し、ＭＲ素子３が被検知物４を検知することができる。図３Ｂ、図３Ｃにおいて磁力線９に交差している点線矢印は、図３Ａにおける磁力線９の位置を示している。

すなわち、矢印６により示される磁束ベクトルの変化は被検知物４の通過によりもたらされるものである。従って、このような構成にすることにより、被検知物４の通過を検知できることになる。その結果、被検知物４による僅かな磁場の変化を読み取ることが可能な磁気センサ装置を提供できる。

また、図１において紙面に垂直な方向（ｙ軸方向、奥行方向）にある程度の大きさ（長さ）を有する磁気センサ装置を製造する場合、角柱状の長い永久磁石が必要となる。このような場合、永久磁石の製造上の理由から、これを１本の磁石とすることができないことがある。この場合は、幾つかの永久磁石をｙ軸方向に繋いで使用することになる。このとき、図１のようなヨーク２ａ、２ｂ、２ｃをガイドとして永久磁石を繋ぎ合わせて行くことができるので、永久磁石の組み立てが容易になると同時に、永久磁石の継ぎ目における磁場分布の乱れを最小限に抑えることできるという利点もある。

なお、本発明の実施の形態１では、ＭＲ素子３が、中心軸５から搬送方向出力側にオフセット（偏移）している場合について説明したが、ＭＲ素子３が、中心軸５から搬送方向入力側にオフセット（偏移）しても同様の作用効果が得られる。この場合は、被検知物４の通過による、搬送方向（ｘ軸方向）の磁束ベクトル成分（Ｂｘ）の変化は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃとは逆となる。つまり、搬送方向（ｘ軸方向）の磁束ベクトル成分（Ｂｘ）は、被検知物４の接近とともに大きくなり、被検知物４の通過により小さくなるように変化する。

本実施形態では、ヨーク２ａと、永久磁石１ａと、ヨーク２ｂと、永久磁石１ｂと、ヨーク２ｃとが、搬送方向に沿って順に重ねられて磁界生成部が構成される。この磁界生成部は、被検知物４の一方の面側に配置されるため、小型化が可能となる。なお、ヨーク２ｂ（ヨーク２ｂのｚ軸方向における被検知物４側の端部）が第１の磁極部を構成し、ヨーク２ａ（ヨーク２ａのｚ軸方向における被検知物４側の端部）とヨーク２ｃ（ヨーク２ｃのｚ軸方向における被検知物４側の端部）とが第２の磁極部を構成する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について、図を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置の構成図である。図４に示すように、磁気センサ装置は、永久磁石１と、ヨーク１０とを備える。ヨーク１０は、側壁部と底部とを有する箱型形状である。従って、ヨーク１０のｘｚ平面の断面図は、コの字型（略Ｕ字型）となる。図４において、図１と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

永久磁石１は、被検知物４の搬送方向に直交する方向（鉛直方向、ｚ軸方向）にＮ極Ｓ極の磁極が並び、ヨーク１０のｚ軸方向の底部に一方の磁極（図４ではＳ極）が接するように設けられる。ＭＲ素子３は、ｚ軸方向において、永久磁石１の近傍に配置される。つまり、ＭＲ素子３は、永久磁石１からｚ軸方向に少し離間して配置される。また、ＭＲ素子３は、中心軸５からｘ軸方向にオフセット（偏移）して配置される。被検知物４は、永久磁石１を基準として、ＭＲ素子３よりもさらにｚ軸方向に離れた位置で、ｘ軸方向に矢印で示される方向に搬送される。なお、永久磁石１のｘ軸方向の側面は、ヨーク１０の側壁部から離間されている。

この場合、永久磁石１は図４の縦方向（ｚ軸方向）に着磁される。また、図５は、図４に示す磁気センサ装置の磁力線の分布図である。永久磁石１は、図４に示すようにｚ軸方向に着磁されている。永久磁石１から発せられた磁力線９は、永久磁石１のｚ軸方向における一端（永久磁石１上面、永久磁石１の一方の磁極）から空気中に放出される。永久磁石１は、磁極端部で磁束密度が集中する。従って、永久磁石１上面では磁力線９が集中し、永久磁石１上面近傍（永久磁石１の搬送路側端部近傍）の磁束密度が大きくなる。永久磁石１から空気中に放出された磁力線９は、ヨーク１０の側壁部へと入射し、ヨーク１０内部を通って永久磁石１の他方の磁極へと戻る閉ループを形成する。このような形状のヨーク１０を使用することにより、磁力線９が空気中を通過する部分が小さくなるので、大きな磁束密度が得られる。

このように磁気センサ装置を構成することにより、本発明の実施の形態１と同様の磁場分布が永久磁石１の上面近傍に形成される。これにより、本発明の実施の形態１と同様の動作が得られ、被検知物４の通過を検知することができる。

また、図４の紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）にある程度の大きさ（長さ）を有する磁気センサ装置を製造する場合、角柱状の長い永久磁石が必要となる。このような場合、永久磁石の製造上の理由から、これを１本の磁石とすることができないことがある。この場合は、幾つかの永久磁石をｙ軸方向に繋いで使用することになる。このとき、図４に示すようなヨーク１０をガイドとして永久磁石を繋ぎ合わせて行くことができるので、永久磁石の組み立てが容易になると同時に、永久磁石の継ぎ目における磁場分布の乱れを最小限に抑えることできるという利点もある。

本実施形態では、ヨーク１０の底部に永久磁石１が載置されて磁界生成部が構成される。この磁界生成部は、被検知物４の一方の面側に配置されるため、小型化が可能となる。なお、永久磁石１のｚ軸方向における被検知物４側の端部が第１の磁極部を構成し、ヨーク１０（ヨーク１０のｚ軸方向における被検知物４側の端部）が第２の磁極部を構成する。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置の構成図である。図６に示す永久磁石部は、本発明の実施の形態２における永久磁石１の変形例である。図６に示すように、永久磁石１のＭＲ素子３側の磁極（図６ではＮ極）の上面に、ヨーク１１が配置される。ヨーク１１は、鉄などの磁性体で形成され、中心軸５付近に凹み部を有する構成である。図６において、図４と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図７は、図６に示す磁気センサ装置のヨーク１１付近の磁力線の分布図である。永久磁石１は、図６に示すようにｚ軸方向に着磁されている。永久磁石１から発せられた磁力線９は、ヨーク１１のｚ軸方向における一端（ヨーク１１の永久磁石１との接触部）からヨーク１１に侵入し、ヨーク１１のｚ軸方向における他端（ヨーク１１上面）から空気中に放出される。このとき、ヨーク１１の凹み部付近から空気中に放出された磁力線９は、ｚ軸方向で一旦集束した後、発散するという分布をとる。このように、ヨーク１１からｚ軸方向に離間した位置（Ａ部）で磁束密度が大きくなる。

図８は、ヨーク１１と永久磁石１との接触部を基準（ｚ＝０）とし、ヨーク１１及び永久磁石１から離れる方向を正としたときの、磁束密度のｚ軸方向の強度変化（計算結果）を示す図である。図８から明らかなように、磁束密度のピークを越えた後は、ヨーク１１及び永久磁石１から離間するに従い、磁束密度の強度変化が小さくなることがわかる。

このように、本発明の実施の形態３を採用することにより、被検知物４がＭＲ素子３から離れた位置を通過しても、ＭＲ素子３が感知する磁場変化の偏差を小さく抑えることが可能となる。結果として、ＭＲ素子３により得られる電気信号の、被検知物４とＭＲ素子３間の距離依存性を小さく抑えることができる。

実施の形態４．
図９に、本発明の実施の形態４に係る磁気センサ装置が備える永久磁石部の構成を示す。図９において、磁性体金属２１は鉄などの磁性材料部品（磁性体金属）である。また、図１０は図９に示す永久磁石部を備える磁気センサ装置の磁力線分布図である。図９、図１０において、図４と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

永久磁石１は、ｚ軸方向に並ぶ磁極を有し、一方の磁極（図９ではＮ極）からｚ軸方向に離間して磁性体金属２１が設けられ、この磁性体金属２１にＭＲ素子３が載置される。

永久磁石１は、図１０に示すように、ｚ軸方向に着磁されている。永久磁石１から発せられた磁力線９は、一旦空気中を通過し、そのうちの幾らかは磁性体金属２１に入射する。そして、その磁力線９は、再度空気中に出るが、この時、磁性体金属２１表面から垂直に空気中に放射されるという性質がある。したがって、この磁性体金属２１表面付近にＭＲ素子３を配置すると、ＭＲ素子３には、垂直方向（ｚ軸方向）に大きな磁場が印加され、搬送方向（ｘ軸方向）には極僅かな磁場が印加される。ＭＲ素子３は、搬送方向に印加すべき磁場は、磁束密度で２ｍＴ程度と小さい。従って、上記のような状況は、ＭＲ素子について大変好都合である。

鉄板を使用する場合と鉄板を使用しない場合における、ＭＲ素子３位置における搬送方向磁束密度の変化を図１１に示す。鉄板を使用する場合、ＭＲ素子３を磁性体金属２１に固定し、ＭＲ素子３と磁性体金属２１を同時移動させる。一方、鉄板を使用しない場合、磁性体金属２１を利用せず、永久磁石１が形成する磁場中をＭＲ素子３のみで移動させる。図１１からわかるように、ＭＲ素子３を磁性体金属２１に固定し、ＭＲ素子３と磁性体金属２１を同時移動させる場合には、搬送方向（ｘ軸方向）の磁束密度の変化が小さく、ＭＲ素子３が配置しやすいことが分かる。

上記のように構成された磁界において、被検知物４がＭＲ素子３近傍を通過すると、ＭＲ素子３に印加されている磁束の方向が僅かに変化する。この変化は僅かではあるが、搬送方向成分（ｘ軸方向）は割合として大きな変化となる。従って、ＭＲ素子３は、この変化を検知することが可能となるため、感度の優れた磁気センサ装置を提供可能となる。

なお、本発明の実施の形態４を示す図９、図１０では、磁性体金属２１は永久磁石１の一方の磁極から離間して設けられている。本発明において、磁性体金属２１は、永久磁石１の一方の磁極に接触していても同様の作用効果を奏する。

図１２は、磁性体金属２１を永久磁石１の一方の磁極に接触させて配置したときの磁気センサ装置の磁力線分布図である。図１２に示すように、磁力線９は、磁性体金属２１の表面から垂直に空気中に放射される。したがって、この磁性体金属２１表面付近にＭＲ素子３を配置すると、ＭＲ素子３には、垂直方向（ｚ軸方向）に大きな磁場が印加され、搬送方向（ｘ軸方向）には極僅かな磁場が印加される。つまり、磁性体金属２１が永久磁石１の一方の磁極から離間して設けられている場合と同様の作用効果が得られる。

本実施形態では、永久磁石１により磁界生成部が構成される。この磁界生成部は、被検知物４の一方の面側に配置されるため、小型化が可能となる。なお、永久磁石１のｚ軸方向における被検知物４側の端部が第１の磁極部を構成し、永久磁石１のｚ軸方向における被検知物４の反対側の端部が第２の磁極部を構成する。

実施の形態５．
図１３に、本発明の実施の形態５に係る磁気センサ装置の永久磁石の構成を示す。図１３は、本発明の実施の形態１における磁気センサ装置の変形例を示す。図１３において、磁性体金属２１は鉄などの磁性材料部品であり、この磁性体金属２１にＭＲ素子３が載置されている。また、図１４は図１３に示す磁気センサ装置の磁力線分布図である。図１３、図１４において、図１と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

この磁気センサ装置の磁場分布を図１４に示す。本発明の実施の形態４で説明したのと同様、本発明の実施の形態５の場合でも、磁力線９は磁性体金属２１の上側表面から磁性部品２１の表面に対して垂直に放射される。従って、磁性体金属２１表面付近にＭＲ素子３を配置すると、ＭＲ素子３には、垂直方向（ｚ軸方向）に大きな磁場が印加され、搬送方向（ｘ軸方向）には極僅かな磁場が印加され、本発明の実施の形態４と同様の効果を得ることできる。

さらに、このような構成にすることによって、個々の永久磁石１ａ、１ｂが発生する磁場が小さくても、ヨーク２ｂの上側表面付近では、２個の永久磁石が発生する磁場を併せた磁場を得ることが可能となるので、大きな磁場を得られる。その結果、安価な永久磁石を利用可能となり、低コスト化を図ることができる。

なお、本発明の実施の形態５を示す図１３、図１４では、磁性体金属２１はヨーク２ｂから離間して設けられている。本発明において、磁性体金属２１はヨーク２ｂに接触していても同様の作用効果を奏する。

実施の形態６．
図９に示す磁性体金属２１と永久磁石１との間に、図６に示すヨーク１１を設けることができる。このような構成により、本発明の実施の形態４に対して、さらに、ＭＲ素子３には、鉛直方向（ｚ軸方向）に大きな磁場が印加され、搬送方向（ｘ軸方向）には極僅かな磁場が印加されるという効果がある。同様に、図１３に示す磁性体金属２１とヨーク２ｂとの間に、図６におけるヨーク１１を設けることができる。このような構成により、本発明の実施の形態５に対して、さらに、ＭＲ素子３には、垂直方向（ｚ軸方向）に大きな磁場が印加され、搬送方向（ｘ軸方向）には極僅かな磁場が印加されるという効果がある。

実施の形態７．
図１５は、本発明の実施の形態７に係る磁気センサ装置の構成図である。図１５において、非磁性体金属２２は、鉄などの磁性体金属２１から被検知物４の搬送方向（ｘ軸方向）に延在して磁性体金属２１に一体に形成されたアルミニウム、銅等の非磁性体金属である。非磁性体金属２２は、ロウ付け、溶接などによる溶融接合やカシメなどによる機械的接合により磁性体金属２１に接合される。ＩＣ３１は、非磁性体金属２２に接着等によって実装され、磁性体金属２１に実装されたＭＲ素子３からの出力信号を信号処理するＩＣである。ＩＣ３１とＭＲ素子３とは、ワイヤー３２によりワイヤーボンディングで電気的に接続される。図１５において、図９と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

ＩＣ３１の放熱を効率良く実施するためには、ＩＣ３１が金属キャリアに実装されることが望ましい。非磁性体金属２２を磁性体金属で形成すると、永久磁石１の磁力線９がＩＣ３１の金属キャリア側にふくらみ、磁力線分布が乱れてしまう。ＩＣ３１のキャリアを非磁性体金属２２で形成することにより、永久磁石１からの磁力線９は磁性体金属２１に集中する。このため、本発明の実施の形態４と同様の磁力線分布となり、本発明の実施の形態４と同様の作用効果が得られる。

ＭＲ素子３とＩＣ３１は、一体形成された磁性体金属２１と非磁性体金属２２にそれぞれ実装される。従って、本発明の実施の形態４に示すように、ＭＲ素子３の搬送方向の位置を調整しても、ＭＲ素子３とＩＣ３１とは同時移動するのでＭＲ素子３とＩＣ３１との距離は変化せず、品質の良い信号がＩＣ３１に入力されるという効果も奏する。

実施の形態８．
図１６Ａ、図１６Ｂは、本発明の実施の形態８における磁気センサ装置の構成図である。図１６Ａは、ｙ軸方向から磁気センサ装置を見たときの磁気センサ装置の構成図（正面図）である。図１６Ｂは、ｘ軸方向から磁気センサ装置を見たときの磁気センサ装置の構成図（側面図）である。図１６Ａ、図１６Ｂにおいて、ヨーク１２は、永久磁石１のＭＲ素子３の実装側（図１６Ａ、図１６ＢではＮ極）とは反対側の磁極側（図１６Ａ、図１６ＢではＳ極）に配置されたヨークである。図１６Ａ、図１６Ｂにおいて、図９と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図１６Ｂに示すように、搬送方向に直交する方向（ｙ軸方向）にライン状に配列された複数のＭＲ素子３が磁性体金属２１に実装される。磁性体金属２１は磁性体であるのでヨークとしても動作する。磁性体金属２１のｙ軸方向の長さは永久磁石１のｙ軸方向の長さと同じであり、両者のｙ軸方向の端部は揃っている。一方、ヨーク１２のｙ軸方向の長さは永久磁石１のｙ軸方向の長さより短く、ヨーク１２のｙ軸方向の端部は永久磁石１のｙ軸方向の端部より引っ込んでいる。

図１７は、本発明の実施の形態８における磁気センサ装置のＭＲ素子３の配置を詳細に示す図である。図１７に示すように、ＭＲ素子３は、検知素子３ａと、キャンセル素子３ｂと、信号取出端子３ｃとを備える。検知素子３ａはｙ軸方向に延在し、キャンセル素子３ｂはｘ軸方向に延在するように、検知素子３ａとキャンセル素子３ｂとが直交して配置される。このような繰り返し構造がｙ軸方向に複数配列される。

バイアス磁場はｘ軸方向の磁場であり、適切な大きさのバイアス磁場が印加されている状況においては、検知素子３ａが僅かな磁場の変化を検知して、抵抗値を変化させる。一方、バイアス磁場が印加されている状況でも、キャンセル素子３ｂに対しては長さの方向に磁場が印加されているのみである。従って、キャンセル素子３ｂは、磁場の変化を検知せず、抵抗値も変化させない。その結果、信号取出端子３ｃの電圧が変化することで磁場の変化を読み取ることができる。

ところが、前述の状況のところにさらにｙ軸方向の磁場が印加されると、検知素子３ａの感度が低下する性質があると同時に、キャンセル素子３ｂにバイアス磁場が印加されることになる。このため、本来変化を望んでいない、キャンセル素子３ｂの抵抗値の変化が発生し、所望の動作が得られなくなる。

図１６Ａ、１６Ｂに示すように、永久磁石１より短いヨーク１２を取り付けることにより、磁石端部での磁場分布は概略、図１８のようになる。ここで曲線１４はヨーク１２を取り付けない場合のＢｙ分布を示し、曲線１５はヨーク１２を取り付けた場合のＢｙ分布を示す。破線１６は永久磁石１の端部が概略この位置に相当することを示す。なお、Ｂｙは、ｙ軸方向における磁束密度を示す。

このようなヨーク１２を使用することによって、永久磁石１の端部付近でのＢｙの増大を抑制し、ＭＲ素子３の配置できるｙ軸方向の長さを長くできる。逆に言えば、必要なＭＲ素子３の長さに対して短い永久磁石１を使用可能となるので、磁気センサ装置を小型化できる。

本実施形態では、ヨーク１２と永久磁石１とヨーク１２とが、鉛直方向に順に重ねられて磁界生成部が構成される。この磁界生成部は、被検知物４の一方の面側に配置されるため、小型化が可能となる。なお、ヨーク１２（ヨーク１２のｚ軸方向における被検知物４側の端部）が第１の磁極部を構成し、ヨーク１２（ヨーク１２のｚ軸方向における被検知物４の反対側の端部）が第２の磁極部を構成する。

実施の形態９．
ＭＲ素子３の他の配列方法として、図１９に示す方法がある。図１９は、本発明の実施の形態９における磁気センサ装置のＭＲ素子３の配置を詳細に示す図である。図１９に示すように、ＭＲ素子３は、検知素子３ａと、検知素子３ｄと、信号取出端子３ｃとを備える。このような繰り返し構造がｙ軸方向に複数配列されている。図１９に示すように、検知素子３ａ、３ｄ共にｙ軸方向に延在して並行に配置されている。このような繰り返し構造がｙ軸方向に複数配列されている。

この場合においても、ｙ軸方向の磁場（Ｂｙ）が印加されるとＭＲ素子３の感度が低下してしまう。したがって、この素子配置の場合でも、図１６に示すように永久磁石１より短いヨーク１２を使用することにより本発明の実施の形態８と同様に磁気センサ装置を小型化することができる。

実施の形態１０．
本発明の実施の形態８及び９では、永久磁石１端部でのＢｙの増大を小さく抑えるためにヨーク１２の長さを短くする方法を示した。本発明において、図２０Ｂに示すように磁性体金属２１のｙ軸方向の長さを永久磁石１のｙ軸方向の長さよりを短くする方法でもよい。図２０Ａ、図２０Ｂは、本発明の実施の形態１０における磁気センサ装置の構成図である。図２０Ａは、ｙ軸方向から磁気センサ装置を見たときの磁気センサ装置の構成図（正面図）である。図２０Ｂは、ｘ軸方向から磁気センサ装置を見たときの磁気センサ装置の構成図（側面図）である。図２０Ｂに示すように、磁性体金属２１のｙ軸方向の端部は、永久磁石１のｙ軸方向の端部から引っ込んでいる。

この場合のＢｙ分布も図１８に示したものと同様、永久磁石１のｙ軸方向の端部付近でのＢｙの増大を抑制し、ＭＲ素子３が配置できるｙ軸方向の長さを長くできる。その結果、本発明の実施の形態８及び９と同様に磁気センサ装置を小型化可能である。なお、この方法において、ＭＲ素子３の配置は図１７及び図１９のいずれの場合でも同様に効果を得ることができる。

本実施形態では、ヨーク１２と永久磁石１とが、鉛直方向に重ねられて磁界生成部が構成される。この磁界生成部は、被検知物４の一方の面側に配置されるため、小型化が可能となる。なお、ヨーク１２（ヨーク１２のｚ軸方向における被検知物４側の端部）が第１の磁極部を構成し、永久磁石１（永久磁石１のｚ軸方向における被検知物４の反対側の端部）が第２の磁極部を構成する。

実施の形態１１．
本発明の実施の形態７では、ＭＲ素子３とＩＣ３１を直接ワイヤー３２で電気的に接続している。本発明において、グランドへの接続やその他電気部品への接続等を考えると、図２１に示すように基板３３を介してＭＲ素子３とＩＣ３１を接続することが望ましい。図２１は、本発明の実施の形態１１における磁気センサ装置の構成図である。図２１において、基板３３は、表面又は内部に金属配線パターンが形成されたガラスエポキシなどの誘電体で構成された基板である。ＭＲ素子実装面２１ａは、磁性体金属２１のＭＲ素子実装面である。磁石接触面２１ｂは、磁性体金属２１の磁石接触面である。ＩＣ実装面２２ａは、非磁性体金属２２のＩＣ実装面である。磁石接触面２２ｂは、非磁性体金属２２の磁石接触面である。図２１において、図１５と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図２１に示すように、基板３３は、磁性体金属２１と非磁性体金属２２との接合部に実装される。ＭＲ素子３は、ワイヤー３２を用いてワイヤーボンディングにより基板３３のＭＲ素子接続パッドに電気的に接続される。ＩＣ３１は、ワイヤー３２を用いてワイヤーボンディングにより基板３３のＩＣ接続パッドに電気的に接続される。基板３３のＭＲ素子接続パッドとＩＣ接続パッドとは、基板３３の表面又は内部に形成された配線パターンにより、直接若しくは電気部品を通して接続される。これにより、ＭＲ素子３とＩＣ３１とは基板３３を介して接続される。

前述のように、基板３３は磁性体金属２１と非磁性体金属２２の接合部の上に実装されることになる（基板３３はＭＲ素子実装面２１ａとＩＣ実装面２２ａの両方に接する）。そのため、ＭＲ素子実装面２１ａとＩＣ実装面２２ａに段差が生じると基板３３が傾く。そうすると、ワイヤーボンディングの際に基板３３の位置が安定せず、ワイヤーボンディングに不都合である。そのため、安定してワイヤーボンディングを行うためには、ＭＲ素子実装面２１ａとＩＣ実装面２２ａの段差が小さくなるように、磁性体金属２１と非磁性体金属２２を接合する必要がある。

また、永久磁石１と磁性体金属２１、非磁性体金属２２が接触しているとき、磁石接触面２１ｂ、２２ｂにｚ軸方向の段差があると、永久磁石１が傾く。永久磁石１が傾くと、周囲の磁場が変化する。そのため、磁場を安定させるには、磁石接触面２１ｂ、２２ｂの段差が小さくなるように、磁性体金属２１と非磁性体金属２２を接合する必要がある。

図２２は、以上の条件を克服した磁性体金属２１と非磁性体金属２２の接合構造図である。カシメ部２１ｃ及びカシメ部２２ｃは、それぞれ磁性体金属２１及び非磁性体金属２２のカシメ部である。

図２２に示すように、磁性体金属２１と非磁性体金属２２の厚みは同じであり、対応するカシメ部２１ｃとカシメ部２２ｃとをかしめることによって、磁性体金属２１と非磁性体金属２２とが結合される。このとき、最低限必要な一つの面のみ接合するのではなく、磁性体金属２１のｘｚ平面に並行な二つの面と、ｙｚ平面に並行な二つの面の計四つの面を全て接合することで、磁性体金属２１と非磁性体金属２２の接合を機械的に強化することができる。

非磁性体金属２２で磁性体金属２１のｘ軸方向及びｙ軸方向への動きを固定し、接着剤でｚ軸方向へ動くことを抑制する方法もある。図２３Ａ、図２３Ｂ、図２４Ａ及び図２４Ｂは、磁性体金属２１と非磁性体金属２２の他の接合構造図である。図２３Ａ、図２３Ｂは、斜視図であり、図２４Ａ、図２４Ｂは、断面図である。図２３Ａ、図２３Ｂ、図２４Ａ及び図２４Ｂにおいて、段差２１ｄは磁性体金属２１の段差であり、段差２２ｄは非磁性体金属２２の段差であり、へこみ２２ｇは非磁性体金属２２に設けられたへこみである。

非磁性体金属２２は、ｘ軸方向に所定の幅を有し、ｙ軸方向に延在する開口構造となっており、この開口構造は永久磁石１側の開口が狭くなるように段差２２ｄを有している。磁性体金属２１は永久磁石１側の断面が狭くなるように段差２１ｄが形成される。

図２３Ａ、図２３Ｂ、図２４Ａ及び図２４Ｂに示すように非磁性体金属２２の段差２２ｄを、磁性体金属２１の段差２１ｄに嵌め合わせ、ｘ軸方向及びｙ軸方向への動きを固定する。このとき、へこみ２２ｇに接着剤３５を流し込むことで、非磁性体金属２２と磁性体金属２１がｚ軸方向へ外れることを抑制する。

非磁性体金属２２で磁性体金属２１のｘ軸方向及びｙ軸方向への動きを固定し、接着剤でｚ軸方向へ動くことを抑制する他の方法もある。図２５は、磁性体金属２１と非磁性体金属２２の他の接合構造図である。図２５において、突起２２ｅは、非磁性体金属２２に設けられた突起である。

非磁性体金属２２は、ｘ軸方向に所定の幅を有し、ｙ軸方向に延在する開口構造である。この開口構造に磁性体金属２１を挿入し、非磁性体金属２２の突起２２ｅを磁性体金属２１に接触させることで、ｘ軸方向及びｙ軸方向への動きを固定する。このとき、非磁性体金属２２と磁性体金属２１の間には突起２２ｅの大きさ分だけ、ｘ軸方向もしくはｙ軸方向に隙間ができる。その隙間に接着剤３５を流し込むことで非磁性体金属２２と磁性体金属２１とを接合し、非磁性体金属２２と磁性体金属２１がｚ軸方向へ外れることを抑制する。

実施の形態１２．
図２６は、本発明の実施の形態１２における磁気センサ装置の構成図である。図２６は、本発明の実施の形態１１の磁気センサ装置（図２１）を収容・保持するケース３４を備えた磁気センサ装置を示している。なお、ケース３４は、磁気回路としては、本発明の実施の形態２におけるヨーク１０の機能・作用を有する。

図２６に示すように、ケース３４には突起３４ａ、３４ｂが設けてあり、突起３４ａが磁性体金属２１の突起当て面２１ｆに、突起３４ｂが非磁性体金属２２の突起当て面２２ｆにそれぞれ接触する。突起３４ａ、３４ｂをｙ軸方向に少なくとも二つ設けることで、磁性体金属２１とそれと一体になっている非磁性体金属２２をｘ軸方向に固定することができる。

ＭＲ素子３に印加される永久磁石１からの磁界を調整するため、永久磁石１をｘ軸方向に位置調整することがある。このとき、永久磁石１と磁性体金属２１が引き付けあうため、磁性体金属２１が、永久磁石１に引きつられて移動しないように、固定しておく必要がある。本実施の形態とすることにより、磁性体金属２１は、機械的に固定されるため、堅固に固定され、永久磁石１の位置調整に引きつられることはない。

本発明は、上記実施の形態に示したものに限定されないことは勿論である。つまり、本発明において、上記実施の形態に種々の変形を加えることができる。例えば、本発明において、上記実施の形態１−実施の形態１２における構成を自由に組み合わせることができる。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０１３年２月７日に出願された日本国特許出願特願２０１３−０２２３８０号と、２０１３年６月１０日に出願された日本国特許出願特願２０１３−１２１９１６号と、２０１３年１０月２４日に出願された日本国特許出願特願２０１３−２２１２７９号とに基づく。本明細書中に、これらの明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

１、１ａ、１ｂ 永久磁石、２ａ、２ｂ、２ｃ、１０、１１、１２ ヨーク、３ ＭＲ素子、３ａ、３ｄ 検知素子、３ｂ キャンセル素子、３ｃ 信号取出端子、４ 被検知物、５ 中心軸、６、７、８ 矢印、９ 磁力線、２１ 磁性体金属、２１ａ ＭＲ素子実装面、２１ｂ、２２ｂ 磁石接触面、２１ｃ、２２ｃ カシメ部、２１ｄ、２２ｄ 段差、２１ｆ、２２ｆ 突起当て面、２２ 非磁性体金属、２２ａ ＩＣ実装面、２２ｅ、３４ａ、３４ｂ 突起、２２ｇ へこみ、３１ ＩＣ、３２ ワイヤー、３３ 基板、３４ ケース、３５ 接着剤。

Claims (4)

1. 第１の磁極を構成する第１の磁極部と前記第１の磁極とは逆の第２の磁極を構成する第２の磁極部とを備え、シート状であって磁気成分を含む被検知物が搬送される位置において前記被検知物に交差する交差磁界を前記第１の磁極部と前記第２の磁極部とにより生成し、前記被検知物のシート面に対して片側に配置される磁界生成部と、
   前記第１の磁極部と前記被検知物が搬送される位置との間に配置され、前記交差磁界内で前記被検知物が搬送方向に沿って搬送されることにより生じる、前記交差磁界の前記搬送方向における成分の変化に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、
   金属により構成され、前記第１の磁極部と前記磁気抵抗効果素子との間に配置された磁性体部と、
   金属により構成され、前記磁性体部から前記搬送方向に延在し、前記磁性体部に接合された非磁性体部と、
   前記非磁性体部に実装され、前記磁気抵抗効果素子と電気的に接続された信号処理部と、を備え、
   前記磁気抵抗効果素子は、前記磁性体部に実装され、
   前記磁気抵抗効果素子の前記搬送方向における位置は、前記第１の磁極部の前記搬送方向における中心位置から前記搬送方向に沿ってシフトした位置であり、前記第１の磁極部の前記搬送方向における両端の間の位置である、
   磁気センサ装置。
2. 前記磁界生成部は、
   前記被検知物のシート面に直交する方向に並ぶ第１の磁極と第２の磁極とを備える磁石と、
   前記搬送方向と平行であり前記磁石が備える第２の磁極と当接する底部と、前記搬送方向に直交し前記底部の前記搬送方向における両端に設けられた一対の側壁部と、を備えるヨークと、を備え、
   前記磁石が備える第１の磁極が前記第１の磁極部を構成し、
   前記一対の側壁部が前記第２の磁極部を構成し、
   前記一対の側壁部のうちの一方の側壁部の内側には、前記搬送方向の反対方向から前記磁性体部に当接する突起部が設けられ、
   前記一対の側壁部のうちの他方の側壁部の内側には、前記搬送方向から前記非磁性体部に当接する突起部が設けられ、
   前記一方の側壁部に設けられた突起部と前記他方の側壁部に設けられた突起部とにより、前記磁性体部と前記非磁性体部とが挟まれて固定される、
   請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記磁界生成部は、
   前記被検知物のシート面に直交する方向に並ぶ第１の磁極と第２の磁極とを備える磁石と、
   前記磁石が備える第１の磁極に当接して配置され、前記搬送方向と直交し前記被検知物と平行である奥行方向における両端の位置が、前記磁石の前記奥行方向における両端の位置よりも内側であるヨークと、を備え、
   前記ヨークが前記第１の磁極部を構成し、
   前記磁石が備える第２の磁極が前記第２の磁極部を構成する、
   請求項１に記載の磁気センサ装置。
4. 前記第１の磁極部に配置され、前記被検知物側の面に凹み部を備える磁界集束ヨークをさらに備え、
   前記磁気抵抗効果素子の前記搬送方向における位置は、前記凹み部の前記搬送方向における両端の間の位置である、
   請求項１に記載の磁気センサ装置。

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