JPH036554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気抵抗素子を用いた磁気情報読取装
置に関する。

磁気抵抗素子を用いた磁気センサは種々な用途
に利用され機運にある。それは、磁気センサが持
つ読取り空隙特性が非常に良いことと、従前から
利用されている磁気テープを用いた磁気カードに
ない利点が生かされるからである。

従前の磁気テープを用いた磁気カードでは、磁
気ヘツドの空隙特性の悪さから磁気テープと磁気
ヘツドとの密着性、換言すればリジエクト率が重
要視される。日本工業規格では、カードの厚味、
そり、曲り等の許容範囲を厳密に規定している
が、此れにも拘らず読取りエラーが生じるので、
その用途も限定されていた。例えば、磁気ストラ
イブを有する磁気カードと磁気ヘツドの関係は、
密着読取りを基本とするので、両者間に空隙を設
けるものでは、その機能を著しく低下し使用に耐
え得ない欠点を有する。

所が、磁気抵抗素子を用いた磁気センサでは、
特願昭51−70230号「情報処理方法」に述べられ
ているように、磁性成分が存在する部分からかな
り大きな距離があつても分解能及び読取りに影響
しないことが知られている。このような空隙特性
を有する磁気センサは、磁性成分を非磁性材料、
例えば紙とかプラスチツクス板の間に配置するこ
とを可能にした。この技術を応用したのが特願昭
55−122876号「ラミカードの製造方法」で作られ
たラミカードである。ラミカードは、例えば１枚
の紙に磁性成分、例えば磁性インキで所定の位置
に多数の点を描き固有の意味を持たせ、もう１枚
の紙で挾み込み、全体をポリエステルフイルムで
被覆したもので、身分証明書、会員証、運転免許
証等に固有の情報を内蔵させるのに適する。紙の
表面には、無論、文字、記号、写真等が印刷され
るが、カードの表面は平担である。

現在多用されているキヤツシユデスペンサ等
は、磁気ストライブとエンボスを併用したプラス
チツクスカードとなつている。エンボス部分はプ
ラスチツクスカードの表面が文字や数字に対応し
て突出した凸部に形成されており、複写紙に加圧
転写する機能を持つている。しかし、磁気ヘツド
は上述のように空隙特性が悪いため、エンボスと
磁気ステライブの位置をかなり離す必要があり、
又読取り装置はカードを磁気ヘツドに圧着する機
能を必要とする等かなり複雑になる欠点を有し、
更にエンボスに対する機械的加圧転写機構を併用
するとカードに曲りや歪が生じ、読取り不良が発
生して使用できなくなる欠点があつた。

更に又、磁気情報媒体と磁気抵抗素子を用いた
磁気情報読取装置として特開昭54−56730号公報
記載の装置がある。一般に、磁気情報媒体に着磁
して所定の磁気信号を形成する装置の場合は、そ
の磁気信号は外部磁界を受けると減磁し、磁気抵
抗素子から得られる信号の信号レベルが変わるほ
か、磁気信号に対する減圧作用が大きいと信号位
置さえ検出することができなくなり、後段の信号
処理回路を誤動作させる原因となつていた。

本発明は、良好な空隙特性を有し、外部磁界の
影響を殆ど受けず、且つクロストークが殆ど或は
全くない多チヤネル磁気情報読取装置を提供する
ことを目的とする。

以下本発明の実施例を添付図面を参照して詳細
に説明する。第１図は磁気情報読取装置のセンサ
部を示し、又第２図はセンサ部の基台の断面を示
す。センサ部MSの基台１はプラスチツクス材料
を用いて長方体に形成され、その長手方向には一
定間隔に永久磁石を収容する凹穴２が所定数設け
られている。基台１には凹穴２の周辺に所定数の
端子ピン３がその一端面を凹穴２の穴口近くに露
出し、他端を基台から突出して埋設されている。
凹穴２に挿入される永久磁石４ａ，４ｂ，４ｃ，
４ｄ，４ｅは同形、同磁界強度のものに定めら
れ、同じ磁極面（例えばＳ極）を凹穴底部へ向け
て挿入し、接着固定する。従つて、各凹穴の開口
部には反対の磁極面（図ではＮ極面）が露出する
ことになる。各永久磁石４ａ〜４ｅの露出磁極面
には其れ其れ２個の磁気抵抗素子５ａ，６ａ；５
ｂ，６ｂ；５ｃ，６ｃ；５ｄ，６ｄ；５ｅ，６ｅ
が取付けられ常時一定の磁界が加えられるよう
に、即ち磁気バイアスされるように構成され、其
れ其れ１つのチヤネルを形成する。磁気抵抗素子
５ａ，６ａ〜５ｅ，６ｅは図のように基台１の短
手方向に配列され回路上は一対として接続され、
基台１の短手方向から移動してくる磁性体成分に
対し交互にその抵抗値を変化させるように利用さ
れる。尚、７ａ〜７ｅ、８ａ〜８ｅは各磁気抵抗
素子５ａ〜５ｅ，６ａ〜６ｅのリードフレーム
で、其れ其れ対応する端子ピン３に接続される。

このセンサ部MSの特徴は、相互に独立した複
数個の永久磁石４ａ〜４ｅを使用し、且つ相互に
磁気反発する態様に配置したので、其れ其れ隣接
する磁石上の磁気抵抗素子対、即ち隣接チヤネル
へのクロストークが著しく小さくなつたことであ
る。実験によれば、隣接チヤネルへのクロストー
クは60db以下であつた。

上述のチヤネル数は必要に応じて任意に設ける
ことが出来る。永久磁石４ａ〜４ｅとしては、ス
トロンチユムフエライトや希土類磁石のような異
方性磁石の使用が好ましく、この場合には磁石の
強磁場面が被検出体に対向するようにする。

上述したセンサ部MSは、通常筐体の中に収納
して使用される。第３図は筐体の正面を示し、第
４図はその断面を示す。長方形の箱型をした筐体
９は開口側に固定部１０，１０を設け、筐体を使
用機器に固着出来るようになつている。一方筐体
９の底部１１には筐体の長手方向に細長い透孔１
２が設けられている。筐体９の底部１１の外表面
にはセンサ保護板１３が全面に取付けられ、透孔
１２を密封している。透孔１２の部分には、第１
図に示したセンサ部MSが取付けられ、磁気抵抗
素子５ａ〜５ｅ，６ａ〜６ｅ側が透孔１２の中に
挿入され、磁気抵抗素子がセンサ保護板１３から
僅かに離れて例えば0.02〜0.1mmの間隙を有して
位置するように構成する。又、センサ保護板１３
の外側には、後述する磁気情報媒体、例えば磁気
カードの移動方向を案内するＬ形の案内板１４，
１５が距離ｌを有して対向配置されている。即
ち、案内板１４，１５はセンサ保護板１３と平行
になる平行部１４ａ，１５ａを有し、その平行部
は保護板１３から一定の間隙例えば1.2〜1.5mmの
間隙ｄを形成する如く構成されている。

又、平行部１４ａ，１５ａの内側には断面凹型
の溝１４ｂ，１５ｂが図面上の上下方向に設けら
れ、磁気カードとの間の摩擦抵抗を極力小さくす
るもので、これは又、多少彎曲した磁気カードの
使用も可能にする。

上述の筐体９は、無論非磁性体材料、例えばガ
ラス入りフエノール樹脂のようなプラスチツクス
やアルミニウムで形成される。又、センサ保護板
１３は耐摩耗性の良い薄い金属板、例えば厚味が
0.1mm程度のタングステン板を使用する。センサ
保護板１３は、筐体９の材質が熱伝度性の悪いプ
ラスチツクスのような材料で形成された場合に
は、上述例の如く幅広の板を使用する。このよう
にすれば、磁気カードから与えられる熱の変化の
影響が保護板１３の全面に拡散され、直接的磁気
抵抗素子への影響を小さくすることができる。
又、筐体９が金属で形成された場合には、センサ
保護板１３は透孔１２を塞ぐ程度の大きさで良
い。

センサ部MSのチヤネルは、第３図の一点破線
の位置１６に筐体９の長手方向に整列して配置さ
れ、磁気カードは図面上の上方から下方へ重力落
下する。

第５図及び第６図は、第３図及び第４図の如き
筐体を具備する磁気情報読取装置に使用する磁気
情報媒体、例えば磁気カードMKで、第５図は第
６図の破線−に於ける断面を示し、第６図は
表面保護板の裏面を示す。表面保護板２０は、
紙、プラスチツクス、非磁性金属等の材料から作
られる。一般に非磁性金属と呼ばれるものとして
は、アルミニウム、銅、鉛、ベリリウム銅、金、
銀、ステンレス、タングステン、モリブデン、白
金等がある。これらの材料は、カードの用途目的
に応じて、単独で或は重層し使用される。表面保
護板２０の片面、即ち表面には、文字や数字や記
号が印刷されている。更に特殊な例としては、文
字や数字や記号が凸状或凹状に判読出来る状態に
形成される。これは通常の印刷と併用されてもよ
い。凸状部２１或は凹状部２２の形成は、エツチ
ング技術、合板技術、プレス技術等の従来技術が
利用される。実験では、表面保護板２０として厚
さ0.5mmの隣青銅板を用い文字と数字に相当する
高さ0.3mmの凸状部２１をエツチング技術で形成
し、所謂エンボスを形成した。

表面保護板２０の他面、即ち裏面には、印刷、
加圧転写、メツキ等の方法によつて所定の意味を
持つて配列された多数の情報ドツト２３ａ，２３
ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆが付着され
これが磁気固定メモリとなる。情報ドツト２３ａ
〜２３ｆは軟磁性材料の粉末や、Fe，Ni，Co等
の保護力が10エルステツド以下の磁性粉末を主体
としたものである。

表面保護板２０の裏面には、情報ドツト２３の
上から表面保護板２４が接着される。表面保護板
２４は、紙、プラスチツクス、非磁性金属等表面
保護板２０と同様の材料が使用されるが、材質の
選択は磁気カードの使用目的に応じて任意であ
る。裏面保護板２４の表面にも表面保護板２０と
同様に凹凸状部２５を形成出来、例えば唐草模様
を0.2mm程度の深さに設けても良い。

表面保護板２０の裏面には、第６図に例示す如
く情報ドツト群が設けられる。磁気カードMKは
矢印２６方向に移動するとしたとき、その横断方
向に５つのチヤネル区分1CH，2CH，3CH，
4CH，5CHが設けられ、又矢印２６方向には10
進法による行区分ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，…が
設けられる。チヤネル区分1CH〜4CHは２進法
の２¹，２²，２³，２⁴ビツトを表わし、５CHは
クロツクチヤネルを形成し、表面保護板２０のほ
ぼ中央部に位置するように設けられる。クロツク
チヤネル５CHは情報ドツト列で構成され全行区
分に亘つて１つずつ設けられ、これによつて行区
分の位置を時間情報として表わすクロツク信号を
得る。

磁気カードMKが手動、自然落下或は変速搬送
手段によつてセンサ部MSの位置を通過するよう
にしたとき、通過時の速度は時々刻々と変化す
る。例えば、磁気カードMKを標準IDカード寸法
とし、情報ドツトの間隔を３mmとして第３図の案
内板１４，１５の間を自然落下させると、カード
の投入から投出までの落下速度は２〜200倍と変
動し、周波数にして100Hzから2000Hzまで変化す
る。このような場合クロツクチヤネルは行区分の
位置信号となるので、他のチヤネルの情報ドツト
を正確に読取ることを可能にする。

第６図に於て、行区分ａ，ｂにはチヤネル区分
１CH〜４CHの全てに情報ドツト２３ａ，２３
ｂを設け、この情報ドツトを第１図のセンサ部
MSで読取り磁気カードMKの投入信号とする。
この信号を、例えば相互にアンドゲート回路で処
理することにより読取装置を情報受入態勢にす
る。行区分Ｃにはチヤネル区分１CHと３CHに
情報ドツト２３Ｃが設けられているので10進数の
「５」を意味し、同様にして行区分ｄは「２」を
意味し、行区分ｅは「３」を意味し、行区分ｆは
「４」を意味する。又、クロツク用の情報ドツト
があつてチヤネル区分１CH〜４CHに情報ドツ
トのない行区分は「０」を意味する。この磁気カ
ードが上述のセンサ部MSで読取られ、その信号
が処理されたとき、磁気カードMKに記憶された
固有の情報は「5234」となる。

上述の例では行区分を６桁としたが15桁まで設
けることが出来、又、必要に応じてチヤネル区分
を増減し得る。更に、もう１つのチヤネル区分を
増設してパリテイビツトを設け、カード読取りの
信頼性を高めることが出来る。

第７図は、第１図に示すセンサ部MSを構成す
る１つのチヤネルの読取回路を代表例示する。対
となつた磁気抵抗素子５，６（素子５ａ〜５ｅ，
６ａ〜６ｅに対応）は直列に接続され、この直列
回路は定電圧の直流電源２７で定電圧駆動され
る。磁気抵抗素子５，６の間に設けた出力端子２
８は、低域遮断コンデンサ２９と抵抗３０を介し
て差動増幅器３１の負入力端子３２に接続されて
いる。コンデンサ２９と抵抗３０の接続点は調整
抵抗５３を介して、正の電源端子３３、例えば＋
5V端子と負の電源端子３４、例えば−5V端子の
間に接続された可変抵抗器３５の可動子３６に接
続されている。低雑音の増幅器３１の正入力端子
３７は抵抗３８を介して接地され、又、増幅器の
出力端子３９は抵抗４６を介して波形整形回路、
即ちシユミツト回路を構成する差動増幅器４０の
正入力端子４１に接続されると共に、高周波遮断
コンデンサ４２および帰還抵抗４３を介して負入
力端子３２に接続されている。差動増幅器４０の
負入力端子４４は、抵抗４５を介して正負の電源
端子４７，４８の間に直列に接続した抵抗４９，
５０の接続点に接続される。又、出力端子５１は
帰還抵抗５２を介して負入力端子４４に接続され
ている。

上述の回路構成に於て、低域遮断コンデンサ２
９は、磁気抵抗素子５，６によつて出力端子２８
に現われる中性点温度ドリフト、即ち一対の磁気
抵抗素子５，６が磁界に対し等しい条件下に置か
れたとき抵抗素子５，６の温度係数の差に起因し
て生じる電圧変動を遮断し、又、磁気情報媒体
MKの保護板２０，２４の何れか一方或は双方が
非磁性金属で作られた場合に、センサ部MSの永
久磁石４ａ〜４ｅからの磁束を切ることによつて
発生する渦電流に起因する低周波雑音を遮断す
る。温度ドリストは、通常早いもので１Hz程度の
周波数を持ち、一方磁気カードMKの投入時には
自然落下の場合上述の様に100〜2000Hzの周波数
となるから、コンデンサ２９の働きで有効に温度
ドリストを除くことが出来る。

又、高周波遮断コンデンサ４２はホワイツトノ
イズ並びに高周波ノイズ等を遮断するので、増幅
器３１は帯域増幅回路を形成することになる。可
変抵抗器３５は増幅器３１の負入力端子に対する
バイアス電位を与えるもので、可動子３６は通常
零電位に調整される。増幅器３１のオフセツト電
圧は通常５〜30mV存在するから、増幅器４０の
入力電圧を考慮して可動子３６を負電位或は正電
位の方向に動かし増幅器３１に対するバイアス電
圧を決める。

波形成形回路はコンパレータとすることも出
来、増幅器３１の出力が１〜5Vある時にはスレ
ツシユホールド電圧を500mV程度とすることで
良好なＳ／Ｎのパルス信号が得られる。

動作について説明する。

磁気情報媒体MKは、第４図の案内板１４，１
５の間隔ｌとセンサ保護板１３と案内板の平行部
１４ａ，１５ａ間の間隙幅ｄに適合する寸法であ
る。例えば、ｌ＝60.5mm，ｄ＝1.2mmとするとき、
媒体MKの幅は60mm、厚味は0.8mmである。長さ
は特に定める必要はないが90mmの長方形の磁気カ
ードである。磁気カードMKは矢印２６方向を下
にして第３図の上方から上述の案内板１４，１５
による空隙内に投入され自然落下によつて下方に
投出される。

磁気カードMKの各チヤネル区分１CH〜５CH
は、センサ部MSの各チヤネルに対応しているか
ら、第７図に例示する如く、各チヤネルを構成す
る磁気抵抗素子５，６は情報ドツト２３ａ〜２３
ｆを感知して出力端子２８に出力電圧変化を生
じ、第８図の一点破線６０で囲んだ出力が各チヤ
ネルから得られる。

尚、第８図に於て各チヤネルに生じた立上り信
号及び立下り信号は、保護板２０と２４の一方或
は双方を上述の非磁性金属で構成した場合に発生
し、紙やプラスチツクスを使用した場合には発生
しない。

今、保護板２０，２４をベリリウム銅で構成し
たとすると、磁気カードMKの投入によつてカー
ド先端が磁気抵抗素子５の上に来ると其の抵抗値
が増大し出力端子２８に正の電圧６１を発生させ
る。磁気カードMKが更に落下して磁気抵抗素子
５，６の上に被さると、素子５，６は等しく磁気
的影響を受けるので出力端子２８は基準電圧Vs
＝１／２Vin（１±α）となる。此の基準電圧は磁気 カードMKが投入されない場合の基準電圧と同じ
である。磁気カードMKが矢印２６方向に進み、
行区分ａの情報ドツト２３ａが磁気抵抗素子５，
６を順次通過して其の抵抗値を交互に変化させる
と、第８図に於けるａ位置に立上り立下りの連続
信号が各チヤネル一斎に生じ、磁気カードの進行
に依つて其の後基準電圧Vsとなる。磁気カード
MKが落下を続け次の行区分ｂの情報ドツト２３
ｂが上述同様に磁気抵抗素子５，６部分を通過す
ると、第８図のｂ位置に正負の連続信号が発生す
る。ａ信号からｂ信号までの時間は、第６図に於
ける情報ドツト２３ａと２３ｂの間隔と磁気カー
ドMKの落下速度で決める。以下同様にして、磁
気カードMKの各チヤネル区分１CH〜５CHに於
ける情報ドツトが設けられた行区分位置で其れ其
れ正負の連続信号が生じる。磁気カードMKがセ
ンサ部１６を通過し、カードの端部が磁気抵抗素
子５の上を通過し続いて磁気抵抗素子６の上を通
過したとき、第８図に於ける立下り信号６２が生
じ、其の後は基準電圧Vsとなる。

所で、磁気カードMKを自然落下させた場合、
加速度によつて徐々に落下速度が増大し情報ドツ
トに依つて発生する出力信号発生の周期が第８図
のチヤネル区分５CHの様に短くなる。此の現象
は、磁気カードMKの落下につれて行区分間の間
隔が狭くなつたのと同様である。従つて等時間間
隔による時経列的な読取りでは誤差信号を発生し
誤つた情報を得ることになるので、チヤネル区分
５CHの情報ドツト列に依つて発生する信号をク
ロツク信号として利用し、このクロツク信号を基
準として各チヤネル１CH〜４CHから得られた
情報信号を例えばANDゲートを取つて処理する。
斯くして、磁気カードMKの落下速度が何のよう
に変動しても正確に読取ることが出来る。

又、クロツクチヤネルである５CHは、磁気カ
ードMKのほぼ中央に設けてあるので、磁気カー
ドMKを第４図の空隙内に投入したとき、磁気カ
ードが前後左右に運動しながら落下する現象、所
謂踊現象が生じても両側のチヤネル区分１CH，
４CHより読取位置誤差が小さくなるので、磁気
カードの落下状態によつてクロツク用情報ドツト
が読取られないという状態は著しく小さくなる。
磁気カードMKの表面に凹凸の意味情報を形成し
たとき、これらの凹凸部が案内板１４，１５の内
面に接触すると共に、磁気カード自身の重量バラ
ンスが悪くなるので、踊現象が特に大きくなる
が、この様な場合でも磁気カード中央部の運動は
小さいので、読取不良は少くなる。

上述した様に、磁気カードMKの行区分ａ，ｂ
の情報ドツト２３ａ，２３ｂに依る信号は、磁気
カードの打入信号として図示しない信号処理装置
（コンピユータ）で確認するが、磁気カードの保
護板２０，２４をベリリウム銅板等の金属で構成
した場合には、第８図の様に、磁気カードの端部
で信号６１，６２が発生し、信号処理装置を誤動
作させる虞れがある。此の場合には、第７図に示
す増幅器４０を正のスレツシユホールド電圧で動
作する様設定し、且つ行区分ａ或はｂの何れか一
方の情報ドツトを除去することで信号処理装置の
処理方法を変更することなく利用出来る。又、他
の方法として、増幅器３１から成る増幅回路を波
形整形回路として構成し、正負のスレツシユホー
ルド電圧を設定し、立上り及び立下り信号で動作
させれば、最初のパルス幅が長くなるだけで第６
図の磁気カードが其のまま使用出来る。

叙上の様に、本願発明は磁気情報媒体に低保持
力の複数の磁性情報ドツトを複数のチヤネル区分
に分けた所定の位置に形成し、この磁性情報ドツ
トを永久磁石と磁気抵抗素子からなるセンサー部
で読取る構成を有するものであるから下記の効果
を有する。

(1) 磁気情報媒体の磁性情報ドツトは低保持力で
あるため、磁気情報媒体が外部磁界中に置かれ
ても着磁されず、又本発明の磁気信号としての
意味は、磁性情報ドツトが所定の位置に存在す
るか否かで判断されるから、磁気情報媒体が不
注意に外部の強い磁界を受けても磁気信号とし
ては全く影響を受けない。

(2) 磁性情報ドツトが所定の位置に存在するか否
かの有無が磁気信号を現わすから、磁性情報ド
ツトを削り取らない限り磁気抵抗素子で確実に
ドツト位置を信号として読取ることができる。

(3) 磁性情報ドツトが着磁されていると、その吸
引反発作用により隣接チヤネルとのクロストー
クが大きくなるが、本発明に係る磁性情報ドツ
トは低保持力であるため隣接チヤネルの磁束を
引き寄せる程度が小さく、それだけ隣接チヤネ
ルとのクロストークが少なくなる。

(4) 磁気情報媒体を手動や自然落下等の変速搬送
手段により移送する場合には、磁気情報媒体の
ゆれが大きく隣接チヤネルとのクロストークが
大きくなりがちであるが、筐体に磁気情報媒体
の移送を規制する案内部を設けるため、隣接チ
ヤネルの磁場の影響を受けることが少なく、ク
ロストークが著しく小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明磁気読取装置のセンサ部を示す
斜視図、第２図は第１図の一点破線−に於け
る断面図、第３図は第１図のセンサ部を収納する
筐体の正面図、第４図は第３図の一点破線−
に於ける断面図、第５図は本発明の磁気情報媒体
の一例を示す断面図、第６図は第５図に於ける情
報ドツトの説明をする平面図、第７図は第１図の
センサ部に付随する読取回路の一例を示す結線
図、第８図は第６図に示す磁気情報媒体を第１図
のセンサ部で読取つた信号表示である。 図中の１は基台、４ａ〜４ｅは永久磁石、５，
５ａ〜５ｅ，６，６ａ〜６ｅは磁気抵抗素子、９
は筐体、２０，２４は保護板、２１，２２，２５
はエンボス、２３，２３ａ〜２３ｆは情報ドツ
ト、２８は出力端子、２９はコンデンサである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２枚の非磁性保護板間に、複数の
   チヤネル区分と複数の行区分の交差する所定の位
   置に低保磁力の磁性情報ドツトを形成してなる磁
   気情報媒体と、 前記チヤネル区分ごとに一対配置され前記情報
   ドツトの存在を検出する磁気抵抗素子群と、これ
   ら磁気抵抗素子対を個別に磁気バイアスすると共
   に同磁極を同方向に向けて相互に磁気反発する磁
   場を形成する如く横一列配設の複数の永久磁石と
   からなるセンサ部と、 該センサ部を収納すると共に、前記情報媒体の
   通過位置を規制する案内部を有する筐体とを備
   え、 前記情報ドツトにより前記一対の磁気抵抗素子
   に作用する磁束密度を交互に変化させ前記情報ド
   ツトの存在を読取る様に構成したことを特徴とす
   る磁気情報読取装置。