JP7035602B2 - 磁気センサ及びこれを備える磁気センサ連結体 - Google Patents

磁気センサ及びこれを備える磁気センサ連結体 Download PDF

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Description

本発明は磁気センサ及びこれを備える磁気センサ連結体に関し、特に、紙幣などの被測定部材を一軸方向にスキャンすることによって磁気パターンを読み取る磁気センサ及びこれを備える磁気センサ連結体に関する。
紙幣などの被測定部材を一軸方向にスキャンするタイプの磁気センサとしては、特許文献1,2に記載された磁気センサが知られている。特許文献1,2に記載された磁気センサは、複数の磁気検出素子が一方向に配列された構成を有しており、紙幣などの被測定部材を磁気検出素子の配列方向と直交する方向にスキャンすることによって、被測定部材に埋め込まれた磁気パターンを読み取ることができる。
実開平2-7584号公報 特開2004-317463号公報
しかしながら、特許文献1,2に記載された磁気センサは、一つの筐体ブロックに複数の磁気検出素子が配列された構成を有しており、紙幣などの被測定部材に対して1つの磁気センサを用いることを前提に設計されている。このため、サイズの異なる被測定部材ごとに専用の磁気センサを作製する必要があり、設計コストが増大するという問題があった。
したがって、本発明は、サイズの異なる被測定部材に対して個別設計が不要な磁気センサ及びこれを備える磁気センサ連結体を提供することを目的とする。
本発明による磁気センサは、磁気パターンを有する被測定部材を第1軸方向にスキャンすることにより、磁気パターンを読み取る磁気検出素子と、磁気検出素子を覆う筐体ブロックとを備え、筐体ブロックは、第1軸方向と異なる第2軸方向における両側に位置する第1及び第2の端面を有し、第1及び第2の端面には、それぞれ第1及び第2の係合部が設けられており、第1の係合部の形状は、第2の係合部の形状と係合可能な形状であることを特徴とする。
本発明によれば、複数の磁気センサを第2軸方向に配列し、隣接する2つの磁気センサの第1及び第2の係合部を互いに係合させることによって、磁気センサ連結体を構成することが可能となる。これにより、連結する磁気センサの数によって磁気センサ連結体の幅を自由に変更することができることから、サイズの異なる被測定部材に対して個別設計が不要となる。しかも、一部の磁気センサが故障した場合には、故障した磁気センサのみを新たな磁気センサに交換することができるため、メンテナンス性も向上する。
本発明による磁気センサ連結体は、第2軸方向における両側に位置する第1及び第2の端面にそれぞれ第1及び第2の係合部が設けられたダミー筐体ブロックをさらに備え、第2軸方向に隣接する磁気センサ及びダミー筐体ブロックの第1及び第2の係合部が互いに係合していても構わない。これによれば、磁気パターンが存在しないことがあらかじめ判明している位置にはダミー筐体ブロックを用いることによって、コストを低減することが可能となる。この場合、ダミー筐体ブロックの第2軸方向における幅は、磁気センサの第2軸方向における幅と同じであっても構わないし、相違していても構わない。
本発明において、第1の係合部は、第1の端面から第2軸方向に突出した凸部によって構成され、第2の係合部は、第2の端面から第2軸方向に窪んだ凹部によって構成されていても構わない。これによれば、係合部の形状がシンプルとなることから、筐体ブロックの作製が容易となる。
本発明において、凸部及び凹部は、第2軸方向から見た平面形状がいずれも円形であっても構わない。これによれば、係合部に割れや欠けなどが生じにくくなるとともに、筐体ブロックを作製するための金型の設計が容易となる。
本発明において、凸部及び凹部は、第2軸方向から見た平面形状がいずれも直線的な外周を有する形状であっても構わないし、第2軸方向から見た平面形状がいずれも曲線的な外周を有する円以外の形状であっても構わない。これによれば、隣接する2つの磁気センサの第1及び第2の係合部を互いに係合させた場合に、回転ズレを生じることなく、2つの磁気センサを正しく位置決めすることが可能となる。
本発明において、第1及び第2の端面には、それぞれ第3及び第4の係合部がさらに設けられており、第3の係合部の形状は、第4の係合部の形状と係合可能な形状であっても構わない。これによれば、凸部及び凹部の平面形状が円形であっても、回転ズレを生じることなく、2つの磁気センサを正しく位置決めすることが可能となる。
本発明において、凸部及び凹部は、それぞれ第1及び第2の端面から離れるにしたがって幅が拡大する形状を有していても構わない。これによれば、2つの磁気センサが蟻継ぎされることから、2つの磁気センサを正しく位置決めすることができるだけでなく、磁気センサの脱落を防止することも可能となる。
このように、本発明によれば、サイズの異なる被測定部材に対する個別設計が不要となることから、磁気センサの設計コストを低減することが可能となる。
図1は、本発明の第1の実施形態による磁気センサ10の外観を透過的に示す略斜視図である。 図2は、複数の磁気センサ10をx方向に連結してなる磁気センサ連結体11の外観を透過的に示す略斜視図である。 図3は、紙幣40の短手方向をスキャン方向とする例を示す模式図である。 図4は、紙幣40の長手方向をスキャン方向とする例を示す模式図である。 図5は、磁気センサ連結体11を用いた紙幣センサの一例を示す模式図である。 図6は、磁気パターン40Mが磁気センサ連結体11を通過する前後の状態を示す模式図である。 図7は、磁気センサ連結体12の外観を透過的に示す略斜視図である。 図8は、磁気センサ連結体13の外観を透過的に示す略斜視図である。 図9は、第1の変形例による磁気センサ10aの外観を透過的に示す略斜視図である。 図10は、第2の変形例による磁気センサ10bの外観を透過的に示す略斜視図である。 図11は、本発明の第2の実施形態による磁気センサ10Aの外観を透過的に示す略斜視図である。 図12は、複数の磁気センサ10Aをx方向に連結してなる磁気センサ連結体14の外観を透過的に示す略斜視図である。 図13は、本発明の第3の実施形態による磁気センサ10Bの外観を透過的に示す略斜視図である。 図14は、複数の磁気センサ10Bをx方向に連結してなる磁気センサ連結体15の外観を透過的に示す略斜視図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態による磁気センサ10の外観を透過的に示す略斜視図である。
図1に示すように、本実施形態による磁気センサ10は、筐体ブロック20及びこれに内蔵された磁気検出素子MRによって構成されている。磁気検出素子MRとしては、磁界の向きに応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効果素子を用いることが好ましく、2個の磁気抵抗効果素子をハーフブリッジ接続するか、4個の磁気抵抗効果素子をフルブリッジ接続することによってSN比を高めることが好ましい。磁気検出素子MRは、x方向(第2軸方向)を長手方向とし、y方向(第1軸方向)にスキャンされる被測定部材に埋め込まれた磁気パターンを読み取る役割を果たす。
筐体ブロック20は、樹脂などの非磁性材料からなる外装体であり、その内部には、磁気検出素子MRを搭載する基板や配線などが収容される。筐体ブロック20の一部は金属であっても構わない。筐体ブロック20は、x方向における両側に位置する第1及び第2の端面21,22と、z方向における両側に位置する第3及び第4の端面23,24を有している。第1及び第2の端面21,22はyz面を構成し、第3及び第4の端面23,24はxy面を構成する。このうち、第3の端面23は、紙幣などの被測定部材と向かい合う磁気ヘッド部である。一方、第4の端面24からは、図示しない外部端子が導出される。
図1に示すように、第1及び第2の端面21,22には、略中央部にそれぞれ第1及び第2の係合部31,32が設けられている。第1の係合部31は、第1の端面21からx方向に突出した凸部であり、x方向から見た平面形状は円形である。これに対し、第2の係合部32は、第2の端面22からx方向に窪んだ凹部であり、x方向から見た平面形状は円形である。そして、凸部である第1の係合部31の径は、凹部である第2の係合部32の径とほぼ同じか若干小さく設計され、且つ、凸部である第1の係合部31の高さは、凹部である第2の係合部32の深さとほぼ同じか若干小さく設計される。つまり、第1の係合部31の形状は、第2の係合部32の形状と係合可能な形状を有している。
図2は、複数の磁気センサ10をx方向に連結してなる磁気センサ連結体11の外観を透過的に示す略斜視図である。
図2に示すように、本実施形態による磁気センサ10は、互いに反対側に位置する第1及び第2の端面21,22にそれぞれ第1及び第2の係合部31,32が設けられていることから、複数の磁気センサ10をx方向に連結することができる。つまり、x方向に隣接する2つの磁気センサ10のうち、一方の磁気センサ10に設けられた第1の係合部31を他方の磁気センサ10に設けられた第2の係合部32に挿入することによって、両者を連結することができる。連結数については任意であり、図2に示す例では16個の磁気センサ10をx方向に連結している。この場合、1個の磁気センサ10のx方向における幅が1cmであるとすると、スキャン幅を16cmとすることができる。
スキャン幅は、連結する磁気センサ10の個数によって任意に変更可能であり、被測定部材の幅に応じて新たに設計を行う必要はない。例えば、図3に示すように、被測定部材が紙幣40であり、紙幣40の短手方向をスキャン方向(y方向)とする場合には、紙幣40の長手方向の全体をスキャンできるよう、例えば幅が1cmである磁気センサ10を16個連結して磁気センサ連結体11を構成すればよい。また、図4に示すように、紙幣40の長手方向をスキャン方向(y方向)とする場合には、紙幣40の短手方向の全体をスキャンできるよう、例えば幅が1cmである磁気センサ10を8個連結して磁気センサ連結体11を構成すればよい。
さらに、複数の国の紙幣など、サイズの異なる紙幣を検出する場合も、紙幣のサイズに応じて磁気センサ10の連結数を変更するだけで、任意のスキャン幅を持つ磁気センサ連結体11を作製することが可能となり、設計コストを大幅に低減することが可能となる。
図5は、磁気センサ連結体11を用いた紙幣センサの一例を示す模式図である。
図5に示す紙幣センサは、紙幣40に含まれる磁気パターン40Mを検出することによって、紙幣の真贋または券種を判定する装置であり、磁気パターン40Mを着磁する永久磁石41を備える。紙幣40は図示しない搬送機構によってy方向に搬送される。尚、紙幣40をy方向に搬送する代わりに、或いは、紙幣40をy方向に搬送するのに加えて、永久磁石41及び磁気センサ連結体11をy方向にスキャンする構成であっても構わない。
このような構成を有する紙幣センサにおいては、まず、永久磁石41によって磁気パターン40Mが着磁され、着磁された磁気パターン40Mが磁気センサ連結体11を通過する際に、垂直方向(z方向)の磁気成分が磁気検出素子MRによって検出される。
図6(a)には、磁気パターン40Mが磁気センサ連結体11を通過する直前の状態が示されている。このタイミングにおいては、磁気パターン40Mを発生源とする磁束φが磁気検出素子MRに対して垂直方向(-z方向)となるため、これにより例えばマイナスの出力電圧が発生する。一方、図6(b)に示すように、磁気パターン40Mが磁気センサ連結体11の直下に位置するタイミングにおいては、磁気パターン40Mを発生源とする磁束φが磁気センサ連結体11に対して水平方向(y方向)となる。この場合、磁気センサ連結体11に対して垂直方向(z方向)の磁束が存在しないため、磁気検出素子MRの出力電圧はほぼゼロとなる。そして、図6(c)に示すように、磁気パターン40Mが磁気センサ連結体11を通過した直後のタイミングにおいては、磁気パターン40Mを発生源とする磁束φが磁気センサ連結体11に対して再び垂直方向(+z方向)となる。このため、磁気センサ連結体11に含まれる磁気検出素子MRによってこれが検出され、例えばプラスの出力電圧が発生する。このようなメカニズムによって、相対的にy方向に移動する紙幣40の残留磁界が検出される。
但し、永久磁石41を用いて磁気パターン40Mを着磁することは必須でなく、磁気センサ10にバイアス磁石を内蔵し、バイアス磁石から発せられる磁束の傾きが磁気パターン40Mの通過によって変化することを利用して磁気パターン40Mを検出しても構わない。
また、紙幣の種類によっては、磁気パターンの位置が既知であり、所定の位置には磁気パターンが存在しないことが判明していることがある。このような場合には、図7に示す磁気センサ連結体12のように、磁気パターンが存在する位置には磁気センサ10を配置し、磁気パターンが存在しない位置にはダミー筐体ブロックD1を配置しても構わない。ダミー筐体ブロックD1は、形状及びサイズが磁気センサ10と同一であるものの、磁気検出素子MRを含まないブロックであり、例えば全体を樹脂によって構成することができる。したがって、磁気センサ10と同様、第1及び第2の係合部31,32を有しているため、ダミー筐体ブロックD1同士、或いは、ダミー筐体ブロックD1と磁気センサ10をx方向に連結することが可能である。そして、図7に示すように、1又は2以上のダミー筐体ブロックD1を検出不要箇所に挿入すれば、磁気センサ連結体12の製造コストを低減することが可能となる。
図7に示す例では、ダミー筐体ブロックD1の形状及びサイズが磁気センサ10と同じであるが、図8に示す磁気センサ連結体13のように、x方向における幅が磁気センサ10よりも長いダミー筐体ブロックD2を用いても構わない。これによれば、磁気センサ連結体13を構成する部品点数を削減することが可能となる。また、図示しないが、x方向における幅が磁気センサ10よりも短いダミー筐体ブロックを用いることも可能であり、これによれば、各磁気センサ10のx方向における位置を微調整することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態による磁気センサ10は、第1及び第2の端面21,22にそれぞれ第1及び第2の係合部31,32が設けられ、これらが互いに係合可能な形状を有していることから、複数の磁気センサ10をx方向に連結することができる。これにより、連結する磁気センサ10の個数によってスキャン幅を容易に変更することができることから、紙幣センサなどの設計コストを大幅に低減することが可能となる。しかも、一部の磁気センサ10が故障した場合には、故障した磁気センサ10のみを新たな磁気センサ10に交換することができることから、メンテナンス性も向上する。
また、本実施形態においては、凸部である第1の係合部31及び凹部である第2の係合部32の平面形状がいずれも円形であることから、係合部31,32に割れや欠けなどが生じにくいともに、筐体ブロック20を作製するための金型の設計も容易となる。但し、係合部31,32の平面形状が円形であることは必須でなく、図9に示す第1の変形例による磁気センサ10aのように、係合部31,32の平面形状が四角形であっても構わないし、図10に示す第2の変形例による磁気センサ10bのように、係合部31,32の平面形状が楕円形であっても構わない。第1及び第2の変形例によれば、回転ズレを生じることなく、2つの磁気センサ10a又は10bを正しく位置決めすることが可能となる。
<第2の実施形態>
図11は、本発明の第2の実施形態による磁気センサ10Aの外観を透過的に示す略斜視図である。
図11に示すように、本実施形態による磁気センサ10Aは、筐体ブロック20の第1の端面21に第3の係合部33が追加され、第2の端面22に第4の係合部34が追加されている点において、第1の実施形態による磁気センサ10と相違する。その他の構成は、第1の実施形態による磁気センサ10と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第3の係合部33は、第1の端面21からx方向に突出した凸部であり、x方向から見た平面形状は円形である。これに対し、第4の係合部34は、第2の端面22からx方向に窪んだ凹部であり、x方向から見た平面形状は円形である。そして、凸部である第3の係合部33の径は、凹部である第4の係合部34の径とほぼ同じか若干小さく設計され、且つ、凸部である第3の係合部33の高さは、凹部である第4の係合部34の深さとほぼ同じか若干小さく設計される。つまり、第3の係合部33の形状は、第4の係合部34の形状と係合可能な形状を有している。そして、x方向から見ると、第1の係合部31と第2の係合部32は互いに重なる位置に設けられ、且つ、第3の係合部33と第4の係合部34は重なる互いに位置に設けられている。これにより、複数の磁気センサ10Aをx方向に連結することが可能となる。
図12は、複数の磁気センサ10Aをx方向に連結してなる磁気センサ連結体14の外観を透過的に示す略斜視図である。
図12に示すように、本実施形態による磁気センサ10Aは、第1の端面21に第1及び第3の係合部31,33が設けられ、第2の端面22に第2及び第4の係合部32,34が設けられていることから、複数の磁気センサ10Aをx方向に連結することができる。つまり、x方向に隣接する2つの磁気センサ10Aのうち、一方の磁気センサ10Aに設けられた第1及び第3の係合部31,33を他方の磁気センサ10Aに設けられた第2及び第4の係合部32,34に挿入することによって、両者を連結することができる。このように、本実施形態による磁気センサ10Aは、両端面21,22にそれぞれ複数の係合部が設けられていることから、第1及び第2の係合部31,32の平面形状が円形であっても、回転ズレを生じることなく、2つの磁気センサ10Aを正しく位置決めすることが可能となる。
尚、図11に示す例では、第3及び第4の係合部33,34の径が第1及び第2の係合部31,32の径よりも小さいが、両者は同じ径であっても構わない。また、第1~第4の係合部31~34の平面形状が円形であることも必須でなく、例えば四角形であっても構わない。
<第3の実施形態>
図13は、本発明の第3の実施形態による磁気センサ10Bの外観を透過的に示す略斜視図である。
図13に示すように、本実施形態による磁気センサ10Bは、筐体ブロック20の第1及び第2の端面21,22に第5及び第6の係合部35,36が設けられている点において、第1の実施形態による磁気センサ10と相違する。その他の構成は、第1の実施形態による磁気センサ10と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
第5の係合部35は、第1の端面21からx方向に突出した凸部であり、第1の端面21からx方向に離れるにしたがって徐々に幅が拡大する楔型形状を有している。一方、第6の係合部36は、第2の端面22からx方向に窪んだ凹部であり、第2の端面22からx方向に離れるにしたがって徐々に幅が拡大する楔型形状を有している。そして、凸部である第5の係合部35と凹部である第6の係合部36は、互いにほぼ同じ形状を有しているため、一方の磁気センサ10Bに設けられた第5の係合部35が他方の磁気センサ10Bに設けられた第6の係合部36に挿入されるよう、2つの磁気センサ10Bをz方向にスライドさせれば、2つの磁気センサをx方向に連結することができる。
図14は、複数の磁気センサ10Bをx方向に連結してなる磁気センサ連結体15の外観を透過的に示す略斜視図である。
図14に示すように、本実施形態による磁気センサ10Bは、x方向に隣接する2つの磁気センサ10Bが第5の係合部35と第6の係合部36によって蟻継ぎされることから、各磁気センサ10Bが正しく位置決めされるだけでなく、磁気センサ10Bの脱落を防止することも可能となる。
尚、図13に示す例では、第5及び第6の係合部35,36のy方向における幅は、第1及び第2の端面21,22からx方向に離れるにしたがって徐々に幅が拡大しているが、y方向における幅が段階的に拡大する形状であっても構わない。また、第5及び第6の係合部35,36は、第1及び第2の端面21,22からx方向に離れるにしたがってz方向における幅が拡大する形状であっても構わない。この場合、2つの磁気センサ10Bをy方向にスライドさせれば、2つの磁気センサをx方向に連結することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
例えば、上述した各実施形態では、磁気センサの連結方向(x方向)とスキャン方向(y方向)が直交しているが、両者が完全に直交していることは必須でなく、少なくとも連結方向とスキャン方向が相違していれば足りる。
また、係合部を用いた係合方法は、単に挿入する方法に限定されるものではなく、例えば、第1の係合部31をオスネジ形状とし、第2の係合部32をメスネジ形状とすることによって、x方向に連結する2つの磁気センサをネジ止め可能としても構わない。さらに、第1の係合部31と第2の係合部32の形状が完全に相補的である点も必須でなく、互いに係合可能であれば互いに異なる形状を有していても構わない。
10,10a,10b,10A,10B 磁気センサ
11~15 磁気センサ連結体
20 筐体ブロック
21 第1の端面
22 第2の端面
23 第3の端面
24 第4の端面
31 第1の係合部
32 第2の係合部
33 第3の係合部
34 第4の係合部
35 第5の係合部
36 第6の係合部
40 紙幣
40M 磁気パターン
41 永久磁石
D1,D2 ダミー筐体ブロック
MR 磁気検出素子
φ 磁束

Claims (12)

  1. 磁気パターンを有する被測定部材を第1軸方向にスキャンすることにより、前記磁気パターンを読み取る磁気検出素子と、
    前記磁気検出素子を覆う筐体ブロックと、を備え、
    前記筐体ブロックは、前記第1軸方向と異なる第2軸方向における両側に位置する第1及び第2の端面を有し、
    前記第1及び第2の端面には、それぞれ第1及び第2の係合部が設けられており、
    前記第1の係合部の形状は、前記第2の係合部の形状と係合可能な形状であることを特徴とする磁気センサ。
  2. 前記第1の係合部は、前記第1の端面から前記第2軸方向に突出した凸部によって構成され、
    前記第2の係合部は、前記第2の端面から前記第2軸方向に窪んだ凹部によって構成されることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
  3. 前記凸部及び凹部は、前記第2軸方向から見た平面形状がいずれも円形であることを特徴とする請求項2に記載の磁気センサ。
  4. 前記凸部及び凹部は、前記第2軸方向から見た平面形状がいずれも直線的な外周を有する形状であることを特徴とする請求項2に記載の磁気センサ。
  5. 前記凸部及び凹部は、前記第2軸方向から見た平面形状がいずれも曲線的な外周を有する円以外の形状であることを特徴とする請求項2に記載の磁気センサ。
  6. 前記第1及び第2の端面には、それぞれ第3及び第4の係合部がさらに設けられており、
    前記第3の係合部の形状は、前記第4の係合部の形状と係合可能な形状であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の磁気センサ。
  7. 前記凸部及び凹部は、それぞれ前記第1及び第2の端面から離れるにしたがって幅が拡大する形状を有していることを特徴とする請求項2に記載の磁気センサ。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の磁気センサを複数備え、
    前記第2軸方向に隣接する2つの磁気センサの前記第1及び第2の係合部が互いに係合していることを特徴とする磁気センサ連結体。
  9. 前記第2軸方向における両側に位置する第1及び第2の端面にそれぞれ第1及び第2の係合部が設けられたダミー筐体ブロックをさらに備え、
    前記第2軸方向に隣接する前記磁気センサ及び前記ダミー筐体ブロックの前記第1及び第2の係合部が互いに係合していることを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ連結体。
  10. 前記ダミー筐体ブロックの前記第2軸方向における幅は、前記磁気センサの前記第2軸方向における幅と同じであることを特徴とする請求項9に記載の磁気センサ連結体。
  11. 前記ダミー筐体ブロックの前記第2軸方向における幅は、前記磁気センサの前記第2軸方向における幅と相違することを特徴とする請求項9に記載の磁気センサ連結体。
  12. 前記被測定部材が紙幣であることを特徴とする請求項8乃至11のいずれか一項に記載の磁気センサ連結体。
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