JP6660191B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば紙幣、有価証券などの紙葉状被検知物（以下、紙葉類と称す）に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置に関するものである。

最近、偽造された紙幣や有価証券などの紙葉類はますます精巧になり、真偽を見分け難くなっている。

一方、偽造防止・真偽鑑別のために、紙葉類に多種類の偽造防止対策が施されている。例えば、紙葉類に印刷パタ−ンの細かな磁性体（以下、磁気印刷と称す。）を配置したり、磁気特性の異なる複数の磁性体を複数配置したりしている。

磁気センサ装置の主な構成要素は、紙葉類に含まれる磁性体を磁化させるための磁界発生部と、磁化された磁性体の磁界強度を電圧変化や電流変化に変換する磁電変換素子と、その磁電変換素子からの微弱出力を増幅し検出する検出部と、を備えている。

ここで、紙葉類に含まれる磁性体を磁化させるための磁界（以下、バイアス磁界と称す。）の発生方法としては、永久磁石を用いる方法と、電磁石を用いる方法があるが、一般的に、電力を必要としない、前者が用いられる。

永久磁石を用いる場合、電磁石のようにコイル電流調整でバイアス磁界強度（以下、磁力と称す。）を調整できないため、永久磁石の発生磁力や磁界分布を考慮する必要がある。

そこで、下記特許文献１（特開２００７−０８５９８０号公報）にあるように、紙幣等の磁気印刷部を局部的に検出する場合は、磁気センサ素子１個に対し、永久磁石を１個配置すれば、磁気センサ素子が受ける磁力調整を１対１で行えるため、磁力バラツキはさほど問題にならないが、近年のように、紙幣等の全面に渡り磁気印刷部を検出して真偽鑑別精度を向上させる場合、下記特許文献２（特表２００９−５２４０１９号公報）にあるように、磁気センサ素子を複数個１列に配置して、１個の長尺永久磁石でバイアス磁界を発生させる方式を用いる。

この場合、紙幣等の全面に渡り磁気印刷部を検出し精密で安定的に磁気印刷状態を検出するには複数の磁気センサ素子へ均一な磁力のバイアス磁界を掛ける必要があるが、長尺の直方体形状の永久磁石の特性として、永久磁石の長手方向の磁力分布が均一ではなく、永久磁石両端部の磁力が角状に高くなるため、バイアス磁界を均一に掛けることが困難であった。

下記特許文献２（特表２００９−５２４０１９号公報）は、個々の磁気センサ素子毎の電子回路調整でこの問題を解決したものであるが、電子回路が複雑になる欠点があった。

特開２００７−０８５９８０号公報 特表２００９−５２４０１９号公報

このように、磁気センサ素子を複数個１列に配置して、１個の長尺永久磁石でバイアス磁界を発生させる磁気センサ装置においては、直方体形状の永久磁石の長手方向両端部の磁力が極端に低くまた角状に高くなる現象により、各磁気センサ素子へのバイアス磁界が不均一となる。そのため、紙幣等の全面に渡り磁気印刷部を検出し精密で安定的に磁気印刷状態を検出することが困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、磁気センサ素子を複数個１列に配置して、１個の長尺永久磁石でバイアス磁界を発生させる磁界センサ装置において、永久磁石が発生するバイアス磁界を均一に各磁気センサ素子に掛けることができ、紙葉類に含まれる磁性体の状態を精密で安定的に検出することができる磁気センサ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る磁気センサ装置は、搬送路を搬送される紙葉類に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置であって、１列に配置された複数の磁気センサ素子と、長尺の永久磁石とを備える。前記永久磁石は、前記複数の磁気センサ素子に対して前記搬送路側とは反対側に配置され、前記複数の磁気センサ素子の配列方向に対して平行に延びる。前記複数の磁気センサ素子は、前記永久磁石の長手方向の両端から当該永久磁石の高さ寸法の１／２以上離れた位置にのみ配置されている。

このような構成によれば、永久磁石の長手方向の両端から当該永久磁石の高さ寸法の１／２未満の範囲で生じる角状に磁界分布が高くなる部分よりも内側に、複数の磁気センサ素子を配置することができる。これにより、磁界分布の不均一部分を回避し、均一な磁界を各磁気センサ素子へ掛けることができ、紙葉類の磁気印刷の状態を精密で安定的に検出できる。

前記永久磁石の高さ寸法を幅寸法で除した寸法比が１から３の範囲であることが好ましい。

このような構成によれば、永久磁石の材料の使用量が同じでも最も効率の良い寸法で永久磁石を形成することができる。これにより、できるだけ少ない材料を使用して磁束密度の高い永久磁石を形成することができるため、より低コストで紙葉類の磁気印刷の状態を精密に検出できる。

前記永久磁石の長手寸法を高さ寸法で除した寸法比が３以上であることが好ましい。

このような構成によれば、角状に磁界分布が高くなる現象が生じやすい寸法の永久磁石を使用する場合に、磁界分布の不均一部分を回避し、均一な磁界を各磁気センサ素子へ掛けることができる。

前記磁気センサ素子が、ホ−ル素子であることが好ましい。

このような構成によれば、紙葉類が搬送されているときだけでなく、静止しているときにも紙葉類に含まれる磁性体を検出することができ、またその動作速度が検出感度変化にほとんど影響を与えないホール素子を用いて、紙葉類の磁気印刷の状態をより精密で安定的に検出できる。

本発明によれば、永久磁石が発生するバイアス磁界を均一に各磁気センサ素子へ掛けることができ、紙葉類に含まれる磁性体の状態を精密で安定的に検出することができる。

本発明の磁気センサ装置の構成を示した正面図である。 本発明の磁気センサ装置の構成を示した断面図である。 本発明に用いた永久磁石を説明する斜視図である。 本発明の実施結果を示したグラフ図である。 本発明の実施結果を示したグラフ図である。 本発明の実施結果を示したグラフ図である。

図１及び図２は、本発明の磁気センサ装置の構成である磁気センサ素子（符号１）と永久磁石（符号２）と紙葉類（符号３）の位置関係を示した図である。図１は磁気センサ装置の正面図を示しており、図２は磁気センサ装置の断面図を示している。

図１の正面図に示すように、磁気センサ装置には、複数の磁気センサ素子（符号１）が備えられている。複数の磁気センサ素子（符号１）は、電気配線を施した基材（符号５）上に１列に配置されている。永久磁石（符号２）は、複数の磁気センサ素子（符号１）の配列方向に対して平行に延びる長尺の直方体形状を有している。この例では、永久磁石（符号２）のＮ極が磁気センサ素子（符号１）側に位置しているが、これに限らず、Ｓ極が磁気センサ素子（符号１）側に位置していてもよい。

紙葉類（符号３）は、複数の磁気センサ素子（符号１）に対して、永久磁石（符号２）側とは反対側に形成された搬送路を搬送される。この例では、紙葉類（符号３）が図１における手前から奥へ、または奥から手前の方向に搬送される。すなわち、紙葉類（符号３）は、複数の磁気センサ素子（符号１）の配列方向に対して交差する方向、好ましくは直交する方向に沿って搬送路を搬送される。図２の断面図では、紙葉類（符号３）の左右に示した矢印が、搬送方向を示している。

また、複数の磁気センサ素子（符号１）と紙葉類（符号３）との間には、非磁性金属からなる薄板状のカバ−（符号４）が配置されている。カバ−（符号４）は、紙葉類（符号３）の搬送路面を構成するとともに、磁気センサ素子（符号１）を保護する機能を有している。

また、図示していないが、これら磁気センサ素子（符号１）、永久磁石（符号２）、カバ−（符号４）は、一定間隔となるように非磁性金属またはプラスチック製の筐体で支持されている。これにより、一体的な磁気センサ装置が構成され、磁気センサ素子（符号１）、永久磁石（符号２）、カバ−（符号４）の位置関係が変化しないように固定されている。

複数の磁気センサ素子（符号１）は、永久磁石（符号２）の磁界中に設けられている。搬送路に紙葉類（符号３）が搬送されて、紙葉類（符号３）に含まれる磁性体（磁気印刷部）が、磁気センサ素子（符号１）近傍を通過する時には、永久磁石（符号２）の磁界で磁気印刷部が帯磁することにより、磁気センサ素子（符号１）が受ける磁界が変化する。そのため、この変化を複数の磁気センサ素子（符号１）で電気的に検出することにより、磁気印刷の状態を判定することができる。

複数の磁気センサ素子（符号１）は、搬送路を搬送される紙葉類（符号３）に対向する範囲に配置されている。したがって、搬送路に紙葉類（符号３）を搬送しながら磁界の変化を複数の磁気センサ素子（符号１）で検出することにより、紙葉類（符号３）の全面に渡り磁気印刷部を検出することができる。

本発明の実施例としては、磁気センサ素子（符号１）にホ−ル素子を用いた。ホ−ル素子には、主にＧａＡｓ系、ＩｎＡｓ系、ＩｎＳｂ系があるが、温度特性が良いＧａＡｓ系を用いた。本発明ではホ−ル素子に対し磁界を印加する方向を略直角にしている。

また、磁界磁束密度は、種々実験の結果、紙葉類（符号３）の通過位置に於いて１００ミリテスラ〜２００ミリテスラ（以下ｍＴ）とすれば感度出力とノイズ比（Ｓ／Ｎ比）が良く、実施例では、ほぼ１５０ｍＴになるように、永久磁石（符号２）を選定し永久磁石（符号２）と紙葉類（符号３）の通過位置との距離を２ｍｍとした。

なお、この距離は２ｍｍに限定するものではなく、永久磁石（符号２）の特性・形状や磁気センサ装置全体の形状デザインにより変えることが出来る。

本発明では、紙葉類（符号３）の全域に渡り磁気印刷の状態を判定するため、複数個のホ−ル素子を１列状に配列している。したがって紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密で安定的に検出するためには、各ホ−ル素子に出来るだけ均一な磁界を掛ける必要があるが、本発明では、ホ−ル素子（符号１）の配列方向に対して平行に角棒状の永久磁石（符号２）を配置している。そこで、最適な永久磁石（符号２）の寸法を選定するため、図３に示すように、材質は樹脂磁石で寸法が高さ寸法（符号ａ）、幅寸法（符号ｂ）、長手寸法（符号ｃ）の角状棒の永久磁石（符号２）を作成した。ここで図中のＮ、Ｓは磁極を表している。その磁極に磁化した永久磁石（符号２）を各寸法作成し、磁石Ｎ極面からＺ軸方向の距離（符号ｄ）が１ｍｍ離れた位置と、２ｍｍ離れた位置とで、それぞれＺ軸方向の磁束密度をテスラメ−タのセンサプロ−ブ（符号６）により測定した。具体的には、永久磁石（符号２）の長手方向の略中央位置においてセンサプロ−ブ（符号６）をＹ軸方向に移動させた時のピーク値を測定した。

作成した永久磁石（符号２）の寸法は、長手寸法（符号ｃ）はすべて５０ｍｍに固定し、幅寸法（符号ｂ）を４ｍｍから１６ｍｍまで２ｍｍ間隔で変化させた。また、永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号ａ）は、幅寸法（符号ｂ）と高さ寸法（符号ａ）の積が１００ｍｍ^２となるように変化させた。

ここで、積を１００ｍｍ^２としたのは、永久磁石（符号２）の使用量を一定条件にするためである。

前記で実験測定した結果が下記表１である。

この表１中では、高さ寸法／幅寸法を磁石寸法比（ａ／ｂ）として示している。この結果の磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）を横軸にし、磁束密度（ピーク値）を縦軸にグラフ化したものが図４である。

この図４の結果によれば、測定距離により多少異なるが、磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）が１以下では、磁束密度が上昇傾向で、磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）が３以上では磁束密度が横ばい若しくは下降傾向となることを示している。

したがって、永久磁石（符号２）の材料の使用量が同じで最も効率の良い永久磁石（符号２）の寸法は、磁石寸法比（高さ寸法／幅寸法）が１から３であり、望ましくは２から３である。このような寸法で永久磁石（符号２）を形成することにより、できるだけ少ない材料を使用して磁束密度の高い永久磁石（符号２）を形成することができるため、より低コストで紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密に検出できる。

次に長手寸法（符号ｃ）については、図３で、永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号ａ）を１０ｍｍ、幅寸法（符号ｂ）を８ｍｍに固定し、長手寸法（符号ｃ）を１０ｍｍから１００ｍｍまで段階的に変えたものを作成した。そして、磁石Ｎ極面からＺ軸方向の距離（符号ｄ）が１．５ｍｍ離れた位置のＺ軸方向の磁束密度を、テスラメ−タのセンサプロ−ブ（符号６）により測定した。具体的には、センサプロ−ブ（符号６）を永久磁石（符号２）の幅寸法の略中央位置においてＸ軸方向に移動させた時の磁束密度を、０．２ｍｍ間隔で連続的に測定した。

図５及び図６は、Ｘ軸方向の測定距離を横軸に、各測定位置での磁束密度を縦軸にして、磁界分布をグラフ化したものである。これらの図５及び図６では、永久磁石（符号２）の長手寸法（符号ｃ）を変えて実験した結果が各磁界分布グラフで表されており、それぞれの実験に使用した永久磁石（符号２）の寸法が各グラフの下に長方形の形状で並べて示されている。図５は永久磁石（符号２）の長手寸法（符号ｃ）が１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍのときの各磁界分布グラフを上下に並べて表しており、図６は永久磁石（符号２）の長手寸法（符号ｃ）が５０ｍｍ、７０ｍｍ、１００ｍｍのときの各磁界分布グラフを上下に並べて表している。

また、図５及び図６において永久磁石（符号２）の内側に破線で示した縦線は、永久磁石（符号２）の両端から高さ寸法（符号ａ）の１／２の距離だけ離れた位置、及び１／１の距離だけ離れた位置を示している。この例では、永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号ａ）が１０ｍｍであるため、上記１／２の距離は５ｍｍであり、上記１／１の距離は１０ｍｍである。

これらのグラフに示された実験結果によれば、永久磁石（符号２）の長手寸法（符号ｃ）が大きくなるに従い、磁界分布は台形状に平らになる。しかし、永久磁石（符号２）の長手寸法（符号ｃ）を高さ寸法（符号ａ）で除した寸法比が３以上、すなわち永久磁石（符号２）の長手寸法（符号ｃ）が３０ｍｍ以上になると、永久磁石（符号２）の両端では磁界分布の立下りが大きくなるとともに、永久磁石（符号２）の両端部より少し内側で、角状に磁界分布が高くなり、永久磁石（符号２）の中央部に比べて磁束密度変化が大きくなっている。したがって、永久磁石（符号２）の端部に配置された磁気センサ素子（符号１）と、永久磁石（符号２）の中央部に配置された磁気センサ素子（符号１）とでは、磁界磁力に差が生じるため検知出力がバラツキ、紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密で安定的に検出することができない。

そこで、本実施形態では、図５及び図６に示す永久磁石（符号２）の両端から高さ寸法（符号ａ）の１／２の距離だけ離れた縦線位置よりも内側、望ましくは、永久磁石（符号２）の両端から高さ寸法（符号ａ）の１／１の距離だけ離れた縦線位置よりも内側の範囲に磁気センサ素子（符号１）を配置する。すなわち、図１で説明すると、長尺の永久磁石（符号２）の両端から、複数の磁気センサ素子（符号１）のうち配列方向の両端に位置する磁気センサ素子（符号１）までの距離ｅ１及びｅ２を、永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号ａ）の１／２以上、望ましくは１／１以上としている。

これにより、永久磁石（符号２）の長手方向の両端から当該永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号ａ）の１／２以上離れた位置、望ましくは１／１以上離れた位置にのみ複数の磁気センサ素子（符号１）が配置されている。この例では、上記距離ｅ１及びｅ２が、複数の磁気センサ素子（符号１）における配列方向の両端に配置された磁気センサ素子（符号１）の中心を基準としているが、これに限らず、例えば磁気センサ素子（符号１）の端縁を基準としていてもよい。

このように、本実施形態では、永久磁石（符号２）の長手方向の両端から当該永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号ａ）の１／２未満の範囲で生じる角状に磁界分布が高くなる部分よりも内側に、複数の磁気センサ素子（符号１）を配置することができる。これにより、磁界分布の不均一部分を回避し、均一な磁界を各磁気センサ素子（符号１）へ掛けることができ、紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密で安定的に検出できる。

特に、永久磁石（符号２）の高さ寸法（符号ａ）を幅寸法（符号ｂ）で除した寸法比（ａ／ｂ）が１から３の範囲であれば、永久磁石（符号２）の材料の使用量が同じでも最も効率の良い寸法で永久磁石（符号２）を形成することができる。これにより、できるだけ少ない材料を使用して磁束密度の高い永久磁石（符号２）を形成することができるため、より低コストで紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態を精密に検出できる。

また、紙葉類（符号３）が搬送されているときだけでなく、静止しているときにも紙葉類（符号３）に含まれる磁性体を検出することができ、またその動作速度が検出感度変化にほとんど影響を与えないホール素子を磁気センサ素子（符号１）として用いれば、紙葉類（符号３）の磁気印刷の状態をより精密で安定的に検出できる。

１ 磁気センサ素子
２ 永久磁石
３ 紙葉類
４ カバ−
５ 基材
６ テスラメ−タのセンサプロ−ブ
ａ 永久磁石の高さ寸法
ｂ 永久磁石の幅寸法
ｃ 永久磁石の長手寸法
ｄ 磁界分布測定距離
ｅ１，ｅ２ 永久磁石の両端から磁気センサ素子までの距離

Claims (5)

1. 搬送路を搬送される紙葉類に含まれる磁性体を検出する磁気センサ装置であって、
   １列に配置された複数の磁気センサ素子と、
   前記複数の磁気センサ素子に対して前記搬送路側とは反対側に配置され、前記複数の磁気センサ素子の配列方向に対して平行に延びる長尺の永久磁石とを備え、
   前記複数の磁気センサ素子は、前記永久磁石の長手方向の両端から当該永久磁石の高さ寸法の１／２以上離れた位置にのみ配置されており、
   前記永久磁石の高さ寸法を幅寸法で除した寸法比が１から３の範囲であり、
   前記永久磁石の長手寸法を高さ寸法で除した寸法比が３以上であり、
   前記複数の磁気センサ素子が、それぞれホール素子であり、
   前記複数の磁気センサ素子は、紙葉類の搬送方向に平行な平面において前記永久磁石の長手方向に対して平行に配列され、かつ、前記永久磁石の幅方向の中央に配置されており、
   前記永久磁石は、前記複数の磁気センサ素子のそれぞれに対して直角方向に磁界を印加することを特徴とする磁気センサ装置。
2. 前記複数の磁気センサ素子は、電気配線を施した１つの基材上に配置されており、
   前記基材は、前記永久磁石に対して間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ装置。
3. 前記永久磁石の長手寸法が３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサ装置。
4. 前記永久磁石の高さ寸法ａが１０〜１６．７ｍｍ、幅寸法ｂが６〜１０ｍｍであり、ａ／ｂが１〜３であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。
5. 紙葉類の通過位置における磁界磁束密度が１００〜２００ｍＴであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気センサ装置。

Images