JP6058869B1 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

磁気センサ装置は、棒状の磁石（９）と、磁石（９）の長手方向に沿って磁石（９）に平行に配置され、磁石（９）に向き合う面とは反対側の面に磁気抵抗効果素子（４）が設置され、長手方向に磁石（９）の長さにわたって延在する軟磁性キャリア（７ａ）と、磁石（９）と軟磁性キャリア（７ａ）との間に介在する底部、および、磁石（９）の軟磁性キャリア（７ａ）に向き合う面に長手方向に沿って接する側面に沿って底部から立設する側壁部、を有し、底部および側壁部が磁石（９）に接して長手方向に延在する非磁性体で形成されたガイド（１４）と、を備える。磁石（９）は、軟磁性キャリア（７ａ）との磁気吸引力で、ガイド（１４）を挟んで軟磁性キャリア（７ａ）に吸着保持されている。

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。

特許文献１には、搬送路を搬送される被検知物を、この被検知物の一方の面に磁極が配置され、前記被検知物に交差する交差磁界を生成する磁石と、この磁石と前記被検知物との間に設けられ、出力端子を有し、前記交差磁界内を搬送される前記被検知物の磁気成分による前記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、交差磁界を生成する磁気回路の構成として、被検知物を挟んで磁石を対向配置する構成、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が記載されている。

特許文献２には、基板と、該基板上に一定の間隔を持って互いに平行に配置された一対の感磁部とを有する磁気抵抗素子と、一対の前記感磁部の各々に対して等距離となる位置に配置された導体層と、前記導体層に対して電気的に直列に接続された抵抗とを備えたことを特徴とする、磁気センサが記載されている。

特許文献３には、アレイ状に配置された短尺の複数の磁石を用い、磁束密度がアレイの配列方向に均一な長尺の磁気回路を得る構成が記載されている。

特開２０１２−２５５７７０号公報 特開平０８−２０１４９３号公報 国際公開第２０１３／１１４９９３号

特許文献１および特許文献２に記載された磁気センサ装置では、センサ出力が磁石と磁性体で構成される磁界発生部の磁束密度に影響を受ける。そのため、長尺の磁気センサ装置を得るためには、磁束密度が長手方向に均一な長尺の磁界発生部が必要である。

特許文献３は、磁束密度が長手方向に均一な長尺の磁界発生部を得るための構造として、連続する鉄系金属性ヨークの間に密着して複数の磁石を一列に並べて固定するという構造を示している。しかし、線膨張係数の小さい磁石を磁石に比べて線膨張係数の大きい鉄系金属製ヨークに固定した場合、周囲の温度が変化した際に線膨張係数の違いが原因となって磁界発生部に反りや破損が起こるという課題がある。

磁界発生部が反っている場合、磁気センサ装置の被検知物を搬送する面に磁界発生部が干渉し、被検知物が磁気センサ装置に引っかかる等の搬送に支障が生じる。また、磁気センサ装置の読取り幅方向（長手方向）において、被検知物と磁界発生部との間隔に差が生じるため、読取り幅方向において検出感度に偏りが発生し、安定な検知出力が得られなくなる課題がある。

磁界発生部が破損した場合は、磁界発生部の磁束密度が磁気センサ装置の長手方向において均一でなくなるため、センサの応答が磁気センサ装置の長手方向で一定でなくなる。

この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、磁石と磁石を固定している部材との線膨張係数に違いがある場合において、温度が変化した場合でも磁石に反りや破損が発生しない長尺な磁気センサ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る磁気センサ装置は、棒状の磁石と、磁石の長手方向に沿って磁石に平行に配置され、磁石に向き合う面とは反対側の面に磁気抵抗効果素子が設置され、長手方向に磁石の長さにわたって延在する磁性体で形成されたキャリアと、磁石とキャリアとの間に介在する底部、および、磁石の前記キャリアに向き合う面に長手方向に沿って接する側面に沿って前記底部から立設する側壁部、を有し、底部および側壁部が磁石に接して長手方向に延在する非磁性体で形成されたガイドと、を備える。磁石は、キャリアとの磁気吸引力で、ガイドを挟んでキャリアに吸着保持され、ガイドに対して長手方向に摺動可能にガイドに密着している。

この発明によれば、ガイドと磁力による吸引力を用いることで磁石を磁気センサ装置の長手方向以外の方向には固定しつつ、長手方向には摺動可能に設置するため、磁石とヨークの線膨張係数の違いによる反りや破損が発生しないので、周囲温度が変化した場合においても安定して磁気成分を有する被検知物をセンシングできる長尺な磁気センサ装置が得られる。

この発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置の主走査方向に直交する断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置を搬送路側から見た斜視図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置を底面側から見た斜視図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置におけるキャリアの斜視図である。 実施の形態１に係るキャリアの断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置のケースを搬送路側から見た斜視図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置のケースを底面側から見た斜視図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置におけるセンサ基板、キャリア、磁気抵抗素子および信号増幅ＩＣを組み立てた状態の斜視図である。 実施の形態１に係る検出部の断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置における磁界発生部の斜視図である。 実施の形態１に係る磁界発生部の断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置のセンサ部と磁界発生部を接合した断面図である。 実施の形態１に係る磁気センサ装置のセンサ部と磁界発生部をケースに組み込んだ状態の断面図である。 図８の状態に放熱部材を取り付けた状態の断面図である。 図９の状態にカバーを取り付けた状態の断面図である。 この発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置の主走査方向に直交する断面図である。 この発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置のガイドを搬送路側から見た斜視図である。 実施の形態３に係る磁気センサ装置のガイドを底面側から見た斜視図である。 実施の形態３に係る磁気センサ装置のガイドの側面図である。 実施の形態３に係るガイドに磁石とヨークを嵌め込んだ状態の斜視図である。 実施の形態３に係るガイドに磁石とヨークを嵌め込んだ状態の側面図である。 この発明の実施の形態４に係る磁気センサ装置の主走査方向に直交する断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る磁気センサ装置の主走査方向に直交する断面図である。図２Ａは、実施の形態１に係る磁気センサ装置を搬送路側から見た斜視図である。図２Ｂは、実施の形態１に係る磁気センサ装置を底面側から見た斜視図である。図中でＸ、Ｙ、Ｚと記されている３軸は、理解を容易にするために定めた直交座標系を表す。

Ｘ軸は、磁気センサ装置の読み取り幅方向（主走査方向）を示す。主走査方向は、磁気センサ装置の長手方向である。Ｙ軸は、磁気センサ装置に対する検知対象物の搬送方向（副走査方向）を示す。副走査方向は、磁気センサ装置の短手方向である。Ｚ軸は、磁気センサ装置の高さ方向を示す。

なお、この発明の全ての実施の形態において、検知対象物の搬送とは、磁気センサ装置と検知対象物の相対的な動きであり、磁気センサ装置が固定され検知対象物が搬送される場合に加え、検知対象物は動かずに磁気センサ装置自体が搬送方向とは逆に動く場合を含むものとする。

図１において、磁気センサ装置は、紙幣などの検知対象物２０の搬送方向２１（Ｙ方向）および主走査方向（Ｘ方向）に直交するＺ方向で、検知対象物２０の搬送路からＺ負方向に順に、磁気抵抗効果素子４、キャリア７、ガイド１４、棒状の磁石９およびヨーク１０を備える。棒状の磁石９は、断面が長方形の四角柱である。磁石９は、長手方向が主走査方向に平行に配置される。キャリア７は、磁石９の長手方向に沿って磁石９に平行に配置され、長手方向（主走査方向）に磁石９の長さにわたって延在する磁性体で形成されている。磁気抵抗効果素子４は、キャリア７の磁石９に向き合う面とは反対側の面に設置される。

ガイド１４は、その底部が磁石９とキャリア７の間に介在し、磁石９のキャリア７に向き合う面に長手方向に沿って接する側面に沿って、底部から立設する側壁部を有している。ガイド１４は、底部および側壁部が磁石９に接し、磁石９の長手方向に延在する非磁性体で形成されている。

ヨーク１０は、磁石９のキャリア７とは反対側の面に密着している。実施の形態１では、磁気センサ装置は、ガイド１４のキャリア７とは反対側の最外面に密着する放熱部材１１を備える。放熱部材１１はヨーク１０にも密着している。その他、磁気センサ装置は、カバー１、ケース２、センサ基板３および信号処理基板１３を備える。

カバー１は、磁気センサ装置において検査対象物の搬送面１ｂを構成する部材である。図２Ａに示されるように、カバー１は、磁気センサ装置の搬送路側にＸ方向に延在しており、ケース２のＺ方向の面の磁気抵抗効果素子４の設置側を覆う形状をしている。ケース２は、枠体からなるもので、磁気センサ装置の各部材を収納および保持するための開口、位置決めをするための穴および取付け面を有する。

センサ基板３は、カバー１とキャリア７の間に存在し、Ｚ方向に非導通部３ａと配線パターンが配設された導通部３ｂとが積層された構造である。導通部３ｂはキャリア７と、非導通部３ａはカバー１と、それぞれ、両面テープまたは接着剤などで固定されている。センサ基板３は、例えば、ガラスエポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）等の樹脂基板で形成されている。

図３Ａは、実施の形態１に係る磁気センサ装置におけるキャリアの斜視図である。図３Ｂは、実施の形態１に係るキャリアの断面図である。キャリア７は、軟磁性キャリア７ａと非磁性キャリア７ｂからなり、Ｙ方向に軟磁性キャリア７ａと非磁性キャリア７ｂが接合した一体構造をなしている。キャリア７は、ケース２の開口２ｂに嵌め込まれ、接着剤などにより固定される。磁石９は、キャリア７のセンサ基板３と接している面の反対側の面に配置される。軟磁性キャリア７ａは、例えば、ステンレス鋼で、非磁性キャリア７ｂは、例えば、黄銅で形成されている。

図１に示されるように、磁気抵抗効果素子４は、軟磁性キャリア７ａのＺ正方向（搬送路側）の面に接着剤などにより固定され、ワイヤ６を介してセンサ基板３の導通部３ｂと電気的に接続する。信号増幅ＩＣ５は、非磁性キャリア７ｂのＺ正方向（搬送路側）の面に接着剤などにより固定される。信号増幅ＩＣ５は、ワイヤ６を介してセンサ基板３の導通部３ｂと電気的に接続されて、磁気抵抗効果素子４と電気的に接続される。ワイヤ６は、例えば、金線ワイヤ、アルミ線ワイヤ等の金属ワイヤである。

図１に示されるように、カバー１は、磁気センサ装置において検知対象の搬送面１ｂを構成する部材であり、磁界に影響を与えないようにアルミニウム等の非磁性の金属製の薄板を曲げて作製される。カバー１は、搬送ガイドとなるテーパ１ａを有するため、搬送時に検知対象物２０はテーパ１ａに沿って流れ、検知対象物２０が搬送方向（Ｙ方向）以外の方向に流れるのを防ぐことができる。

カバー１には検知対象物２０が磁気センサ装置上を搬送される際、衝突したり擦れたりすることによる衝撃や磨耗から、磁気センサ装置を保護する役割がある。また、信号増幅ＩＣ５は光に反応してノイズが発生してしまうため、外部の光が信号増幅ＩＣ５に届かないように遮光する役割もある。カバー１は、検知対象物２０と磁気抵抗効果素子４との間に存在するため、磁気センサ装置の感磁性能に影響を与えぬように、材料は非磁性材料が望ましい。

カバー１は、実施の形態１では金属製の薄板を曲げて作製したものを例として説明しているが、上記の役割を満たす部材であれば、材料および製造方法は限定されない。カバー１は、例えば、遮光性を有する樹脂で成形されてもよい。

図１に示されるように、ケース２は他部材を内部に収納するための部材である。図４Ａは、実施の形態１に係る磁気センサ装置のケースを搬送路側から見た斜視図である。図４Ｂは、実施の形態１に係る磁気センサ装置のケースを底面側から見た斜視図である。ケース２は、黒色の樹脂で成形され、段２ａ、開口２ｂ、開口２ｃ、カバー支持部２ｄ、開口２ｅ、基板取付面２ｆおよび基板取付穴２ｇが形成されている。センサ基板３、磁気抵抗効果素子４、信号増幅ＩＣ５およびワイヤ６と一体化したキャリア７は、カバー１と段２ａに挟まれてＺ方向に支持される。開口２ｂは、センサ基板３、磁気抵抗効果素子４、信号増幅ＩＣ５およびワイヤ６と一体化したキャリア７をＸ方向およびＹ方向に位置決めしている。開口２ｃは、一体化した磁石９とヨーク１０をＸ方向およびＹ方向に位置決めしている。カバー支持部２ｄは、検知対象物２０の搬送方向２１に傾斜した外面である。カバー１は、その傾斜した面がカバー支持部２ｄに沿って接してケース２に固定される。開口２ｅは、放熱部材１１をヨーク１０に取り付けた際に、放熱部材１１のＸ方向およびＹ方向の位置決めをする面を構成する。信号処理基板１３は、信号処理基板１３に形成された取付穴１３ａを貫通するネジなどの締結部材８で、基板取付穴２ｇに位置決めされて基板取付面２ｆ取り付けられる。

ケース２には、信号増幅ＩＣ５が光に反応してノイズが発生してしまうため、外部の光が信号増幅ＩＣ５に届かないように遮光する役割もある。ケース２は、実施の形態１では黒色の樹脂を成形したものを用いて説明しているが、上記の役割を満たせば、材料および製造方法は限定されない。

図１に示されるように、センサ基板３は、非導通部３ａ、導通部３ｂおよび導通部３ｃから構成される。非導通部３ａは、カバー１が磁気抵抗効果素子４、信号増幅ＩＣ５およびワイヤ６に接触しないように空間を設けている。導通部３ｂは、磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５の電気信号を伝える配線が設けられている。導通部３ｃは、ケーブル１５に電気的に接続されて、電気信号を信号処理基板１３に伝える。

図５Ａは、実施の形態１に係る磁気センサ装置におけるセンサ基板、キャリア、磁気抵抗素子および信号増幅ＩＣを組み立てた状態の斜視図である。センサ基板３、キャリア７、磁気抵抗効果素子４および信号増幅ＩＣ５は、検出部を構成する。図５Ｂは、実施の形態１に係る検出部の断面図である。センサ基板３は、キャリア７のＺ正方向の面に取り付けられており、Ｚ方向はキャリア７と接することで位置が決められている。センサ基板３には位置決め穴３ｄが、キャリア７には位置決め穴７ｃが形成されており、位置決め穴３ｄおよび位置決め穴７ｃを合わせてピンを挿すなどして固定することで、ＸＹ方向の位置を決める。位置決め穴３ｄと位置決め穴７ｃはそれぞれ少なくとも２箇所ずつ形成されている。

磁気抵抗効果素子４は、軟磁性キャリア７ａのセンサ基板３を取り付けている面と同一の面に、接着剤などにより固定されており、軟磁性キャリア７ａと接することで、Ｚ方向の位置が決まっている。磁気抵抗効果素子４は、センサ基板３の磁気抵抗効果素子用開口３ｅの内側に配置される。センサ基板３の位置決め穴３ｄの両端の２つの中心を直線で結び、その仮想線分に平行に磁気抵抗効果素子４を配列して固定することで、磁気抵抗効果素子４のＹ方向の位置が決まる。また、上記仮想線分の中心と、配置した磁気抵抗効果素子４のＸ方向の中心を同一にすることで、磁気抵抗効果素子４のＸ方向の位置が決まる。このとき、磁気センサ装置の検知部分の位置に対する要求があれば、Ｘ方向やＹ方向にそれぞれ平行にオフセットしてもよい。

磁気抵抗効果素子４は、紙幣等の磁気成分を含む検知対象物２０が搬送方向２１の方向に搬送されることにより生じる磁界の搬送方向成分の変化を検知する。磁界の搬送方向の成分の変化で、磁気抵抗効果素子４の抵抗値が変化することにより、磁気抵抗効果素子４が出力する信号が変化する。信号増幅ＩＣ５は、磁気抵抗効果素子４の出力する信号を増幅する。ワイヤ６は、磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５をセンサ基板３の導通部３ｂと電気的に接続している。

図１および図５Ｂに示されるように、信号増幅ＩＣ５は、非磁性キャリア７ｂのセンサ基板３を取り付けている面と同一の面に、接着剤などにより固定されており、キャリア７ｂと接することで、Ｚ方向の位置が決まっている。信号増幅ＩＣ５のＸＹ方向の中心を、信号増幅ＩＣ用開口３ｆのＸＹ方向の中心とそれぞれ重なる位置になるように固定することで、ＸＹ方向の位置が決まる。

図１、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、キャリア７は、軟磁性キャリア７ａと非磁性キャリア７ｂから構成される。キャリア７のＺ方向の一方の面をケース２の段２ａに接触させることで、キャリア７のＺ方向の位置が決められ、開口２ｂにキャリア７のＸ方向およびＹ方向の面を接触させることで、キャリア７のＸ方向およびＹ方向のそれぞれの位置が決められている。キャリア７は、センサ基板３をＺ方向に支える役割を持ち、軟磁性キャリア７ａは磁石９の発する磁界の向きをＺ方向に整える役割を持つ。

図６Ａは、実施の形態１に係る磁気センサ装置における磁界発生部の斜視図である。図６Ｂは、実施の形態１に係る磁界発生部の断面図である。磁界発生部は、磁石９、ヨーク１０およびガイド１４から構成される。ガイド１４は、Ｙ−Ｚ平面に平行な断面がコの字形の形状でＸ方向に延在しており、１面がキャリア７のＺ負方向の面に接している。ガイド１４は、キャリア７と接している面の副走査方向の両端から、ＸＺ平面に平行な面がＺ方向に立設しており、断面コの字形の内側に磁石９が嵌る構造となっている。ガイド１４は接着剤等によりキャリア７に固定される。ガイド１４は、アルミニウム等の非磁性の金属または樹脂で形成されるが、後述する放熱性の向上のためには、非磁性の金属が望ましい。ガイド１４は、例えば、金属の押し出し加工で成形される。

磁石９は、磁気により軟磁性キャリア７ａに近づこうとする吸着力で、磁石９とキャリア７の間にあるガイド１４に接触した状態で保持される。磁石９は、例えば、ネオジム焼結磁石を用いる。

ヨーク１０は、磁石９のキャリア７とは反対側のＺ負方向の面に、磁石９の磁気により吸着されている軟磁性を有する金属板である。ヨーク１０のＹ方向にはガイド１４の側壁部が存在しており、ヨーク１０がＹ方向に動くことを抑制している。ヨーク１０は、ステンレス鋼や鉄等の軟磁性体で形成されている。

図１の放熱部材１１は、磁気センサ装置内部の熱を外気に逃がすための部材で、ガイド１４のキャリア７とは反対側の最外面、および、ヨーク１０の磁石９と接している面の反対側の面に密着する。放熱部材１１は、アルミニウム等の非磁性の金属で形成されることが望ましい。放熱部材１１は、ケース２の開口２ｃに嵌め込まれており、接着剤などにより取り付けられている。信号処理基板１３は、ケーブル１５を介してセンサ基板３と電気的に接続されており、ケース２のカバー１と接している面の反対側で、放熱部材１１の外側に取り付けられる。

図１および図６Ｂに示されるように、ガイド１４はＹＺ平面に平行な断面がコの字形状をしている。ガイド１４の断面コの字の内側に磁石９とヨーク１０が嵌め込まれ、磁石９とヨーク１０がＹ方向に動くことを規制する。磁石９はヨーク１０よりもキャリア７に近い位置に配置される。磁石９とヨーク１０のＸ方向およびＹ方向の大きさは、ガイド１４の内側のＸ方向およびＹ方向の大きさに等しい。ヨーク１０は磁石９の磁力により磁石９に吸着接触した状態で保持される。さらに、磁力によるヨーク１０の保持の補助として、接着剤等を用いてもよい。

一体化したガイド１４と磁石９とヨーク１０は、磁界発生部を構成する。磁界発生部は、その長手方向が磁気抵抗効果素子４の並びに平行に配置される。磁石９は、磁界を発生して検知対象物２０に磁力を与える役割を持ち、ヨーク１０は磁石９の発した磁界を強化する役割を持つ。ガイド１４は磁界に影響を与えないように非磁性材料であることが望ましい。

磁界発生部は、ガイド１４のキャリア接着面１４ａを、キャリア７の磁気抵抗効果素子４が固定されている面の対向面に接触させることで、Ｚ方向の位置が決められる。磁界発生部のＸ方向はガイド１４のＸ方向中心と磁気抵抗効果素子４のＸ方向中心を同位置にすることで決められ、Ｙ方向はガイド１４のＹ方向中心と、磁気抵抗効果素子４のＹ方向中心を同位置にすることで決められる。このとき、接着剤等でガイド１４をキャリア７に固定する。

ガイド１４のＹ方向位置が変化すると、ガイド１４の内側に嵌め込まれた磁石９のＹ方向位置も変化し、磁気抵抗効果素子４と検知対象物２０に与える磁力が変化する。そこで、磁気センサ装置の性能を見つつ、ガイド１４のＹ方向の位置を微調整するとよい。

ガイド１４はキャリア７に固定される。磁石９は磁力によりガイド１４を挟んで、軟磁性キャリア７ａに近づこうとする吸引力で保持される。よって、磁石９はガイド１４に吸着保持されるのでＸ方向に摺動可能である。磁石９の位置を磁力で保持することの補助として、ガイド１４と磁石９の固定にシリコン系接着剤等の弾性を有する固定部材を併用してもよい。

ガイド１４は、この発明の実施の形態１では金属を押出し加工して成形したものが例として想定されているが、上記の役割を満たす部材であれば、材料および製造方法を限定する必要はない。

図１に示されるように、放熱部材１１は、ガイド１４のキャリア７とは反対側の最外面およびヨーク１０の磁石９とは反対側の面に、接着剤などにより固定されることで、Ｚ方向の位置が決められる。放熱部材１１は、ケース２の開口２ｅに放熱部材１１のＸ方向およびＹ方向の面をそれぞれ接触させることで、Ｘ方向およびＹ方向の位置が決められている。放熱部材１１は、主に磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５が発した熱を、磁気センサ装置の外に伝え、磁気センサ装置自体が高温になるのを防ぐ役割をもつ。

図１に示されるように、信号処理基板１３は、ケース２の基板取付面２ｆに信号処理基板１３のＺ方向の面の一方を接触させることで、Ｚ方向の位置が決められる。また、ケース２の基板取付穴２ｇと信号処理基板１３の取付穴１３ａの軸を重ねた状態で、締結部材８によって信号処理基板１３を固定することで、Ｘ方向およびＹ方向の位置が決められる。ここで、締結部材８はネジやカシメなど信号処理基板１３をケース２に固定できる手段であれば、手法は問わない。

以下、実施の形態１に係る磁気センサ装置の製造方法を説明する。この製造方法の基本工程は、キャリア組立工程、センサ基板組立工程、磁界発生部組立工程、および、最終組立工程を含む。これらの工程のうち、キャリア組立工程をセンサ基板組立工程よりも前に行い、最終組立工程は他の工程よりも後に行う必要がある。

キャリア組立工程は、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、軟磁性キャリア７ａを非磁性キャリア７ｂの開口７ｄに固定する工程である。固定する方法は、樹脂接着剤による接着や、カシメによる接合などがある。このとき、軟磁性キャリア７ａと非磁性キャリア７ｂの厚さに差が有る場合は、Ｚ方向の一方の面を基準として、基準面に段差がないように固定する。

実施の形態１に係る磁気センサ装置では、磁石９の発する磁界の向きをＺ方向に整える役割を持つ軟磁性キャリア７ａを有しているが、磁気センサ装置の要求する感度によっては磁界の向きをＺ方向に整える必要が無い場合もある。その場合は、軟磁性キャリア７ａは不要となり、開口７ｄの無い非磁性キャリア７ｂがキャリア７となる。その場合、キャリア組立工程は不要である。

センサ基板組立工程は、キャリア７にセンサ基板３を接着し、キャリア７に磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５を配列して、センサ基板３に接続する工程である。キャリア７とセンサ基板３の接合面に接着剤を塗布し、前述のとおり、位置決め穴３ｄおよび位置決め穴７ｃを合わせてピンを挿すなどして位置決めし、キャリア７にセンサ基板３を固定する。図５Ａに示されるように、磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５をそれぞれ、キャリア７に少なくとも２つある位置決め穴７ｃのうち、両端の位置決め穴７ｃを結んだ線分に平行に配列して接着する。そして、磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５をそれぞれ、センサ基板３の導通部３ｂとワイヤ６により電気的に接続する。

キャリア７に、センサ基板３、磁気抵抗効果素子４および信号増幅ＩＣ５を取り付ける際、取付面は上記の軟磁性キャリア７ａと非磁性キャリア７ｂを段差なく固定した面と同一の面とする。

磁気抵抗効果素子４を軟磁性キャリア７ａに取り付けるとき、磁気抵抗効果素子４をセンサ基板３の磁気抵抗効果素子用開口３ｅから外（基板側）にはみ出させない。信号増幅ＩＣ５も同様に、信号増幅ＩＣ５を非磁性キャリア７ｂに取り付けるとき、信号増幅ＩＣ５はセンサ基板３の信号増幅ＩＣ用開口３ｆから外（基板側）にはみ出させない。

図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、磁界発生部組立工程は、ガイド１４と磁石９とヨーク１０を一体化する工程である。磁石９は１つとは限らず、複数の磁石９を主走査方向に配列して一体化したものでもよい。

磁石９とヨーク１０を断面コの字形をしたガイド１４の凹部に嵌め込む。このとき、磁石９のＹ方向およびＺ方向の４面をガイド１４とヨーク１０で囲むように配置する。ヨーク１０は磁石９の磁力により保持されているが、ヨーク１０の位置がずれないように接着剤等を用いて磁力による保持を補助してもよい。ガイド１４の凹部に磁石９とヨーク１０を保持する力はかからないため、以後の組み立て工程で外れないように、磁石９とガイド１４を接着剤等により仮固定してもよい。この場合、仮固定部材は、シリコン系接着剤等の弾性を有する固定材料が望ましい。

磁石９をガイド１４の凹部に挿入し、凹部の底面および底面の搬送方向の両端部に立設した一対の側壁の面に接触することで、Ｚ方向およびＹ方向の位置が決まる。磁石９とガイド１４の長手方向は、ガイド１４と磁石９の長手方向の両端部の一方の面を揃えることで位置を決める。

ヨーク１０は磁石９のＺ方向の、ガイド１４と接触していない面に取り付けることによりＺ方向の位置が決められ、Ｘ方向とＹ方向はそれぞれの両端部の一方の面を磁石９に揃えることで位置が決められる。

最終組立工程は、センサ基板３を固定したキャリア７に磁界発生部を接合して、ケース２に収容して固定し、放熱部材１１を磁界発生部に固定し、カバー１および信号処理基板１３をケース２に固定する工程である。

図７は、実施の形態１に係る磁気センサ装置のセンサ部と磁界発生部を接合した断面図である。キャリア７のセンサ基板３を接着している面の反対側の面に、磁界発生部を構成するガイド１４のキャリア接着面１４ａを接触させる。ガイド１４を軟磁性キャリア７ａに沿うようにして、ガイド１４と軟磁性キャリア７ａのＸ方向の中心を合わせる。このとき、ガイド１４に嵌め込んだ磁石９の位置によって磁気センサ装置の性能が変わるため、別途磁石９の固定位置を調整する治具を用いてもよい。

キャリア７にガイド１４を接触させることで、ガイド１４に嵌め込んだ磁石９が磁力により軟磁性キャリア７ａに近づこうとする吸引力が働くため、磁石９のＺ方向位置がガイド１４に嵌め込まれた状態で吸着保持される。このとき、ガイド１４と磁石９は、接着剤等により仮固定されている場合もある。この場合、仮固定部材は、シリコン系接着剤等の弾性を有する固定材料が望ましい。

図８は、実施の形態１に係る磁気センサ装置のセンサ部と磁界発生部をケースに組み込んだ状態の断面図である。センサ部と磁界発生部を接合した状態で、キャリア７のセンサ基板３を接着している面の反対側の面をケース２の段２ａに接触させ、キャリア７のＸ方向の面およびＹ方向の面をそれぞれ、ケース２の開口２ｂのＸ方向の面およびＹ方向の面に接触させて、開口２ｂにキャリア７を嵌め込む。このとき、磁石９はケース２の開口２ｃにはまる。

図９は、図８の状態に放熱部材を取り付けた状態の断面図である。ガイド１４のキャリア７とは反対側の最外面、およびヨーク１０の磁石９と接着している面の反対側の面に放熱部材１１を接着する。放熱部材１１がケース２の開口２ｅに嵌められることで、Ｘ方向およびＹ方向の位置が決められる。

図１０は、図９の状態にカバーを取り付けた状態の断面図である。カバー１の搬送面１ｂの反対側の面を、センサ基板３のキャリア７と反対側の面に接着する。このとき、カバー１がケース２のＺ方向の一方を覆うように取り付ける。このとき、カバー１のＸ方向の中心と、ケース２のＸ方向と中心を合わせることで、Ｘ方向の位置を決める。

図１および図４Ｂに示されるように、信号処理基板１３のＺ方向の一方の面をケース２の基板取付面２ｆと接触させ、信号処理基板１３とケース２それぞれ少なくとも２つ以上設けた取付穴１３ａと基板取付穴２ｇの中心軸をそれぞれ合わせることで、Ｘ方向およびＹ方向の位置を決め、締結部材８で固定する。また、このとき信号処理基板１３とセンサ基板３をケーブル１５にて電気的に接続する。

以上で最終組立工程を完了し、図１から図２Ｂに示される磁気センサ装置が完成する。なお、実施の形態１では、ガイド１４は磁石９のＹ方向の両端の２つの側面のそれぞれに沿う２つの側壁部を有している。磁石９のＹ方向の正または負の方向のいずれかの移動をケース２の開口２ｃの側面で規制することができれば、側壁部はその反対側のみでよい。ガイド１４が、実施の形態１のように、磁石９のＹ方向の両端の２つの側面のそれぞれに沿う２つの側壁部を有する場合は、開口２ｃにＹ方向の余裕を持たせることができるので、磁気抵抗効果素子４に対する磁石９のＹ方向の位置の調整がしやすい。また、磁石９は柱状であるが、断面が長方形または正方形に限られない。例えば、断面が台形または平行四辺形などでも構わない。例えば、磁石９の断面が平行四辺形などのようにＺＸ平面について非対称の場合は、磁界はＺＸ平面内で非対称になる。
次に、磁気センサ装置の温度が変化したときの磁石９の挙動を説明する。

磁気センサ装置の温度変化に伴って磁石９の温度が変化すると、温度の変化量と磁石９の寸法に比例して、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれ伸縮する。磁石９のＹ方向、Ｚ方向の大きさはＸ方向の長さに比べて小さく、温度変化によって寸法が大きく変わることは無い。しかし、磁石９のＸ方向の長さは、磁気センサ装置の読み取り幅に比例して大きくなる。長尺な磁気センサ装置を得るためには、磁石９のＸ方向の長さを大きくする必要があり、磁気センサ装置の温度が変化したときの磁石９のＸ方向伸縮量も長さに比例して大きくなる。

温度変化によって磁石９がＸ方向に伸縮したとき、磁石９の磁力により軟磁性キャリア７ａに近づこうとする吸引力と、ガイド１４との接触によりＹ方向とＺ方向の位置は変わることが無い。そのため磁石９はＸ方向にのみ、ガイド１４に沿って伸縮する。

このとき、磁石９をガイド１４とヨーク１０に接着剤等を用いて接着していてもよいが、シリコン系などの軟らかい接着剤を用いて、磁石９のガイド１４との相対的なＸ方向への伸縮を妨げないようにしておく必要がある。

磁石９の位置がずれることを防ぐために、エポキシ系などの硬い樹脂で、ステンレス鋼製のヨーク１０やステンレス鋼と黄銅から成るキャリア７に磁石９を強固に固定することがある。ここでキャリア７は、ステンレス鋼の軟磁性キャリア７ａと、黄銅の非磁性キャリア７ｂから構成されることを想定している。一般的なステンレス鋼の線膨張係数は９〜１８［１０^−６／Ｋ］であり、一般的な黄銅の線膨張係数は１８〜２３［１０^−６／Ｋ］である。

実施の形態１において、磁石９にネオジム焼結磁石を使用した場合、磁石９はＺ方向に磁化されると仮定して、一般的なネオジム焼結磁石の線膨張係数は、磁化に直交する方向（Ｘ方向およびＹ方向）で−２．３［１０^−６／Ｋ］、磁化に平行な方向（Ｚ方向）で６．８［１０^−６／Ｋ］である。磁石９を強固に固定した状態で温度が変化すると、ステンレス鋼および黄銅の線膨張係数とネオジム焼結磁石の線膨張係数とは互いに逆方向であるため、ヨーク１０やキャリア７と磁石９とは線膨張に大きく差がある接着面に、面に対して平行な力がかかる。この面に対して平行な力により、磁石９が反ったり、破損したりする。

実施の形態１に係る磁気センサ装置では、磁石９を保持するガイド１４はキャリア７に固定される。磁石９は磁力によりガイド１４を挟んで、軟磁性キャリア７ａに近づこうとする吸引力で保持される。磁石９はガイド１４に磁力で吸着保持されるので、ガイド１４に対してＸ方向に摺動可能である。周囲の温度が変化したときキャリア７と磁石９の伸縮量が異なっても、磁石９はガイド１４に規制されることなくガイド１４に対して伸縮するため、磁石９に応力は加わらない。その結果、磁石９が反ったり破損することは無い。

また、実施の形態１では、キャリア７にアルミニウム製のガイド１４を接着剤等によって固定している。一般的なアルミニウムの線膨張係数は２３［１０^−６／Ｋ］であるため、キャリア７の材料との組合せによっては、磁石９を固定したときと同様に反りや破壊が発生する。しかし、アルミニウムは磁気回路に影響を及ぼさないため、断面形状を磁気センサ装置の性能に関係なく変更することができる。そのため、ガイド１４の断面形状を変更することで剛性を上げ、線膨張係数の差から発生する力に対抗することができる。

次に、磁気センサ装置で発生する熱が、外気に伝わる経路を説明する。

磁気センサ装置内部の主な発熱源は磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５である。実施の形態１では、ガイド１４の材料としてアルミニウムを用いていることで、磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５の発した熱を、効率よく放熱部材１１に伝えることができる。

磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５で発生する熱は、磁気抵抗効果素子４と信号増幅ＩＣ５が接触しているキャリア７に伝わる。キャリア７が接触している部材は、センサ基板３とケース２とガイド１４である。このうち、センサ基板３の非導通部３ａはガラスエポキシで作られており、導通用の金属が含まれていないため熱伝導率が低く（一般的なガラスエポキシの熱伝導率：０．４［Ｗ／ｍ・Ｋ］）、熱が伝わりにくい。また、ケース２も、材料が樹脂であるため熱伝導率が低く（一般的なポリカーボネート樹脂の熱伝導率：０．２４［Ｗ／ｍ・Ｋ］）、熱が伝わりにくい。よってキャリア７に伝わる熱の大部分はガイド１４（一般的なアルミニウムの熱伝導率：２３６［Ｗ／ｍ・Ｋ］）に伝わる。

ガイド１４は、キャリア７、磁石９、ヨーク１０および放熱部材１１に接している。キャリア７からガイド１４に伝わった熱は、磁石９、ヨーク１０および放熱部材１１に伝わる。磁石９はガイド１４とヨーク１０のみに接触しているため、ガイド１４から磁石９に伝わった熱はヨーク１０に伝わる。ヨーク１０はガイド１４と磁石９と放熱部材１１にのみ接触しているため、ガイド１４と磁石９からヨーク１０に伝わった熱は、放熱部材１１に伝わる。ガイド１４は放熱部材１１に直に接しているので、ガイド１４から放熱部材１１に直に熱が伝わる。放熱部材１１の熱は、開口２ｅ内の対流および輻射で信号処理基板１３に伝わり、信号処理基板１３の配線パターン、特に接地と電源の配線パターンとビアを経由して外気に伝わる。

ガイド１４を用いず、キャリア７に磁石９が直に接している場合、熱はキャリア７から磁石９へ、磁石９からヨーク１０へ、ヨーク１０から放熱部材１１へ伝わり、外気に放出される。

ガイド１４の材料にアルミニウムを用いる場合、アルミニウムは磁石９（実施の形態１ではネオジム焼結磁石、一般的なネオジム焼結磁石の熱伝導率：６．５［Ｗ／ｍ・Ｋ］）よりも熱伝導率が高いため、ガイド１４のある実施の形態１の構造の方が、ガイド１４のない構造よりも熱が多く放熱部材１１に伝わり、外気への放熱量を増やすことができる。

外気への放熱量が増えると、磁気センサ装置の温度上昇が抑制されるため、磁石９の減磁作用を抑制でき、感度低下の無い、安定した出力を得ることができる。

実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態２に係る磁気センサ装置の主走査方向に直交する断面図である。実施の形態２では、ケース２の材料として、熱伝導率の低い樹脂に代えて熱伝導率の高い、例えば、マグネシウムなどの金属を用いる。一般的なマグネシウムの熱伝導率は１５６［Ｗ／ｍ・Ｋ］である。

磁気センサ装置を構成する部品の中で最も体積の大きいケース２を熱伝導率の高い材料に変えることで、磁気抵抗効果素子４や信号増幅ＩＣ５などが発した熱を磁気センサ装置全体に拡散することができる。磁気センサ装置全体に熱が拡散することで、放熱に寄与する面積が増えるため、放熱量が増える。磁気センサ装置の内部で発生する熱を、主にケース２で伝導してケース２の外表面から外気へ伝えるので、ケース２の内部に放熱部材１１を設ける必要がない。

図１１に示されるように、実施の形態２の磁気センサ装置では、放熱部材１１がなく、開口２ｃと開口２ｅとは通じていない。その他の構成は、実施の形態１と同様である。ガイド１４のキャリア７とは反対側の面、および、ヨーク１０の磁石とは反対側の面は、ケース２に形成された開口２ｃの底面に接する。ガイド１４に伝わった熱は、開口２ｃの底面でケース２に伝わり、ケース２の外表面から外気に伝わる。

ケース２を熱伝導率の高い材料にすることで、磁気抵抗効果素子４および信号増幅ＩＣ５で発生した熱は、キャリア７へ伝わり、キャリア７からケース２へ伝わり、ケース２から外気へと伝わる。ガイド１４や磁石９、ヨーク１０を介さずに熱を外気に伝えることで、熱源から外気までの間の熱抵抗が減少し、放熱の効率が向上する。

なお、実施の形態２でも、磁石９のＹ方向の正または負の方向のいずれかの移動をケース２の開口２ｃの側面で規制することができれば、ガイド１４の側壁部はその反対側のみでよい。

実施の形態３．
図１２Ａは、この発明の実施の形態３に係る磁気センサ装置のガイドを搬送路側から見た斜視図である。図１２Ｂは、実施の形態３に係る磁気センサ装置のガイドを底面側から見た斜視図である。図１２Ｃは、実施の形態３に係る磁気センサ装置のガイドの側面図である。実施の形態３の磁気センサ装置は、実施の形態２とはガイドの形状が異なる。その他の構成は、実施の形態２と同様である。

図１３Ａは、実施の形態３に係るガイドに磁石とヨークを嵌め込んだ状態の斜視図である。図１３Ｂは、実施の形態３に係るガイドに磁石とヨークを嵌め込んだ状態の側面図である。実施の形態３におけるガイド１４は、断面コの字状の内側の面に、磁石９と接触する突起１４ｂを有している。磁石９とガイド１４の接触面積を減らすことで、磁界発生部組立工程における磁石９とガイド１４の摩擦抵抗を減少させ、組立てを容易にしている。

実施の形態３においてガイド１４の突起１４ｂは、磁石９と接する面の裏面から金型で板厚の中間まで押し出すエンボス加工で成形されており、従って突起１４ｂの裏面は凹みになっている。

ガイド１４には、突起１４ｂの位置の底部に、開口部１４ｃが形成されている。これは、ガイド１４を板金曲げにより作成する際に、突起１４ｂが妨げとなって板金曲げ治具が配置できず、突起１４ｂのＺ正方向の部分を直角曲げ加工することができないためである。直角曲げ加工をしていなければ、磁石９をガイド１４に嵌め込む際に、磁石９の角部が干渉するため、磁石９が傾いた状態で固定される。磁石９が傾いていると、磁気抵抗効果素子４にかかる磁界が変化するため、磁気センサ装置の性能が劣化する。

板金曲げ加工では、曲げ部の内側の角に微小な曲げ半径の丸みが発生する。その対策として、予め板金に逃がし溝を形成しておく。この方法を用いて板金曲げ加工をすることで、ガイド１４の直角曲げ部分に逃がし溝１４ｄを配置することができる。逃がし溝１４ｄがあることで、磁石９の角部とガイド１４が不要部分で接触することが無くなり、磁気センサ装置の性能が安定する。

なお、実施の形態３でも、磁石９のＹ方向の正または負の方向のいずれかの移動をケース２の開口２ｃの側面で規制することができれば、ガイド１４の側壁部はその反対側のみでよい。

実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４に係る磁気センサ装置の主走査方向に直交する断面図である。実施の形態４では、ガイド１４ｅを、樹脂を材料として作成し、側壁部の高さを磁石９の途中までにする。そして、ヨーク１０のＹ方向の移動を規制するために、磁石９の側面とヨーク１０を覆うヨーク保持部１４ｆを設ける。その他の構成は、実施の形態３と同様である。

本発明における磁気センサ装置では、キャリア７とガイド１４を固定している。そのため、温度変化した際にキャリア７とガイド１４の線膨張の差によって、反りが発生する。

実施の形態４では、ガイド１４ｅの材料を樹脂とすることで、ガイド１４の剛性を低下させる。これにより、温度変化でキャリア７とガイド１４に線膨張の差が生じても、ガイド１４はキャリア７に追従するため、反りを低減させることができる。

また、ガイド１４の剛性を低下させたことで、ヨーク１０のＹ方向への動きが抑制しきれない懸念が発生した。そのため、ガイド１４の側壁部の高さを磁石９の高さの途中までにして、Ｚ方向の高さを小さくすることで、ガイド１４の側壁部がＹ方向に開くことを抑制している。そして、ヨーク１０のＹ方向の移動を規制するために、磁石９の側面とヨーク１０を覆うヨーク保持部１４ｆを設ける。

ヨーク保持部１４ｆは、ヨーク１０の磁石９に対するＹ方向の移動を規制すればよいので、磁石９およびヨーク１０に接着固定する必要はない。したがって、磁石９およびヨーク１０とヨーク保持部１４ｆとの線膨張係数の差によって、反りが発生することを考慮する必要はなく、ヨーク保持部１４ｆの材料は特に限定されない。

なお、実施の形態４では、ガイド１４ｅの材料が樹脂で熱伝導度が小さいので、実施の形態１または２のように、放熱部材１１を設けても放熱部材１１からの放熱は期待できない。そこで、実施の形態４では、実施の形態３と同様に、ケース２の材料に熱伝導度の大きい金属を用いる。

なお、実施の形態４でも、磁石９のＹ方向の正または負の方向のいずれかの移動をケース２の開口２ｃの側面で規制することができれば、ガイド１４ｅの側壁部はその反対側のみでよい。その場合、ヨーク保持部１４ｆは、磁石９の側壁部の側の側面とヨーク１０を覆う。また、実施の形態４の構成では、磁石９の断面は四角形に限らず、辺の数が５以上の多角形でも構わないし、断面が円または楕円など外形が曲線の柱状でも構わない。

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、様々な実施の形態および変形が可能とされるものである。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。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。特許請求の範囲内およ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、２０１５年２月２日に出願された、日本国特許出願特願２０１５−０１８１５２号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１５−０１８１５２号の明細書、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 カバー、１ａ テーパ、１ｂ 搬送面、２ ケース、２ａ 段、２ｂ 開口、２ｃ 開口、２ｄ カバー支持部、２ｅ 開口、２ｆ 基板取付面、２ｇ 基板取付穴、３ センサ基板、３ａ 非導通部、３ｂ 導通部、３ｃ 導通部、３ｄ 位置決め穴、３ｅ 磁気抵抗効果素子用開口、３ｆ 信号増幅ＩＣ用開口、４ 磁気抵抗効果素子、５ 信号増幅ＩＣ、６ ワイヤ、７ キャリア、７ａ 軟磁性キャリア、７ｂ 非磁性キャリア、７ｃ 位置決め穴、７ｄ 開口、８ 締結部材、９ 磁石、１０ ヨーク、１１ 放熱部材、１３ 信号処理基板、１３ａ 取付穴、１４ ガイド、１４ａ キャリア接着面、１４ｂ 突起（凹み）、１４ｃ 開口部、１４ｄ 逃がし溝、１４ｅ ガイド、１４ｆ ヨーク保持部、１５ ケーブル、２０ 検知対象物（被検知物）、２１ 搬送方向。

Claims (6)

1. 棒状の磁石と、
   前記磁石の長手方向に沿って前記磁石に平行に配置され、前記磁石に向き合う面とは反対側の面に磁気抵抗効果素子が設置され、前記長手方向に前記磁石の長さにわたって延在する磁性体で形成されたキャリアと、
   前記磁石と前記キャリアとの間に介在する底部、および、前記磁石の前記キャリアに向き合う面に前記長手方向に沿って接する側面に沿って前記底部から立設する側壁部、を有し、前記底部および前記側壁部が前記磁石に接して前記長手方向に延在する非磁性体で形成されたガイドと、
   を備え、
   前記磁石は、前記キャリアとの磁気吸引力で、前記ガイドを挟んで前記キャリアに吸着保持され、
   前記磁石は、前記ガイドに対して前記長手方向に摺動可能に前記ガイドに密着している
   磁気センサ装置。
2. 前記側壁部は、前記底部の前記長手方向に直交する短手方向の一方の端部から立設する第１側壁、および、前記底部の前記短手方向の他方の端部から立設する第２側壁を有し、
   前記磁石は、前記第１側壁および前記第２側壁に接し、前記底部を挟んで前記キャリアに吸着保持される、
   請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記ガイドは金属である、請求項１または２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記磁石の前記キャリアとは反対側に、前記磁石に密着するヨークを備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
5. 前記ガイドの前記キャリアとは反対側の最外面に密着する放熱部材を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気センサ装置。
6. 前記ガイドの前記側壁部の前記底部からの高さは、前記磁石の前記キャリアに向き合う面に前記長手方向に沿って接する側面の中間の高さであり、
   前記磁石の前記側面および前記ヨークを覆うヨーク保持部を備える、
   請求項４に記載の磁気センサ装置。

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