JPH11304896A - 磁気センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気センサ装置で入力インピーダンスが異なる
磁気抵抗素子に対して、回路定数を変更するだけで磁気
抵抗素子の駆動電圧を整合することができ、雑音を増幅
せずに磁気抵抗素子の出力信号を増幅することができる
磁気センサ装置を提供する． 【解決手段】金属製の筐体内にチップ部品で構成された
電源回路や増幅回路を内蔵し、更に金属製の筐体には接
地用の端子を設け、その接地用の端子を接地することに
より、電源回路や増幅回路を外来雑音から遮蔽し、外来
雑音を増幅することなく出力信号を増幅する．チップ部
品で構成された電源回路は容易に回路定数を変更するこ
とができるため、入力インピーダンスが異なる磁気抵抗
素子に対して容易に磁気抵抗素子の駆動電圧を整合する
ことができる．

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】最近、紙幣識別装置やその類
似装置では分解能向上が願望されている。本発明の着目
点はＳ／Ｎ比を向上することで磁気検出分解能を高め、
紙幣識別装置やその類似装置の認識機能を高めようとす
るものである。また、この種磁気センサ装置はＡＴＭ装
置等にも搭載されており、このＡＴＭ装置の夜間稼働の
場合においては、その信頼性の向上が切望されており、
Ｓ／Ｎ比を向上することがより重要になってきた。

【０００２】

【従来の技術】この種磁気センサ装置では磁気インクに
よって得られる出力電圧は０．１ｍＶから５ｍＶ程度で
あり、周辺回路のあり方や電源回路からの雑音の誘導
が、この種磁気センサ装置の信頼性に大きく左右する。
また、一般的に磁気センサ装置の態様は、半導体磁気抵
抗素子等からなるこの種磁気検出素子をただ単に筐体中
に組み込んだものが多用されていることはすでに良く知
られている。

【０００３】一方日本国特許公開平６−３４３９１に開
示されているように、磁気抵抗素子の出力信号の増幅回
路をカスタムＩＣで構成し、当該ＩＣをハウジング上に
組み込み、かつ増幅回路と磁気抵抗素子とを共通電源で
動作させるものが開示されている。

【０００４】日本国特許公開平６−３４３９１に開示さ
れている磁気センサ装置のような場合を除いて、現在多
用されている磁気センサ装置を駆動する場合には、図１
に示すように、紙幣識別装置やその類似する装置を制御
する回路ブロック５の磁気センサ駆動用電源回路５ａか
ら電気的導体２を介して直流電圧を磁気センサ装置に供
給する。磁性体によって磁気センサ装置から得られる信
号は、電気的導体４を介して回路ブロック５の出力信号
増幅回路部５ｂに導かれ、所望の電圧まで増幅される。
この増幅された信号は、同一回路ブロック５中に組み込
まれている信号処理回路部５ｃで紙幣を判定したり回転
数を計数したりする。また、磁気センサ装置から出力さ
れる信号レベルは０．１ｍＶから５ｍＶと非常に低いの
で、前記出力信号増幅回路部５ｂは、６０ｄＢか、もし
くはそれ以上の増幅度をもった増幅回路となっている

【０００５】このように、磁気センサ装置からの出力信
号を紙幣識別装置を判定制御する回路等での増幅回路で
は、磁気センサ装置の出力信号端子と出力信号増幅部分
の信号入力部はリード線、つまり電気的導体２，３，
４、又は配線パターン等で接続されるため、その距離が
長くなり誘導雑音が混入しやすく、また、前置増幅部分
を構成する抵抗、コンデンサー、増幅器、配線パターン
等の各電子部品にも誘導雑音が混入しやすい。

【０００６】一方、磁気抵抗素子の形状は、例えば高分
解能にする場合は素子の面積を小さくしたり、また磁性
体歯車を検出する磁気センサ装置においては、磁性体歯
車の歯形ピッチに合わせた面積としたりする。つまり、
磁気センサ装置の用途によって磁気抵抗素子の入力イン
ピーダンスが変わり、それに対応した磁気センサ装置の
駆動電圧源を設定することになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在多用されている５
Ｖ駆動用磁気抵抗素子は、入力インピーダンスを高くす
るために、図２（ａ）に示すように折り返しが付けられ
ていたり、図２（ｂ）に示すように九十九折りとされて
いることは周知である。このような磁気抵抗素子を高分
解能化しようとした場合、例えば図２（ｃ）に示すよう
に直線状にしたりする。この場合、例えば磁気抵抗素子
の大きさを１／２とした場合、磁気抵抗素子の駆動電圧
も約１／２かもしくはそれ以下にしなければならない。
しかし増幅回路やその他信号処理回路と磁気抵抗素子と
を共通電源で動作させると、増幅回路やその他信号処理
回路の供給電圧も小さくなってしまう。そのため信号増
幅回路やその他信号処理回路を構成する電子部品が限ら
れてしまう。更にカスタムＩＣ化されている場合には、
そのＩＣ化のプロセスが複雑になってしまったり、使用
素子が限定されたりする。

【０００８】このようなことから本願では磁気センサ装
置の駆動電圧が、形状の異なる磁気抵抗素子、つまりイ
ンピーダンスが異なる磁気抵抗素子に対して、わずかに
回路定数を変更することで整合できることと、信号増幅
回路は電源回路と独立させ、雑音を増幅せずに磁気抵抗
素子の出力信号を増幅しＳ／Ｎ比を向上させることと、
従来から多用されている磁気センサ装置と同一寸法で磁
気センサ装置を得ようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】少なくとも２個の半導体
磁気抵抗素子がそれそれ直列に接続された磁気センサ装
置であって、それぞれの磁気抵抗素子に交番的な磁界変
化を加え、当該磁気抵抗素子の抵抗値変化を電圧変化に
変換する。この出力電圧は０．１ｍＶから５ｍＶ程度と
低いので、この出力電圧を増幅し１Ｖ程度の出力が得ら
れる増幅回路を金属ケース中に磁気抵抗素子と共に装着
する。更に、増幅回路の周辺、例えば同一基板上に、増
幅回路と独立して磁気抵抗素子を駆動する電源を装着す
る。前記増幅回路や電源回路は回路定数が容易に変更で
きるようチップ部品で構成する。チップ部品で構成され
た増幅回路や電源回路は、磁気抵抗素子と電気的導体の
端子にて橋脚状にて接続される。チップ部品で構成され
た電源回路や増幅回路を、磁気抵抗素子と橋脚状に接続
することにより、従来から多用されている磁気センサ装
置と同一寸法で増幅回路や電源回路を内蔵することがで
きる。更に金属製の筐体には接地用端子を設け、この接
地用端子を接地することにより、金属製の筐体に内蔵さ
れた磁気抵抗素子、増幅回路、電源回路は、金属製の筐
体によって外来雑音から遮蔽される。また、電源回路は
定電圧回路とし、電源回路の一部を取り替えたりトリミ
ングしたりして磁気抵抗素子の入力インピーダンスに適
合する電圧に設定したりする。

【００１０】

【発明の実施の形態】従来から多用されている金属製の
筐体の大きさは、その一辺が約１０ｍｍ程度の角柱状の
ものである。その金属製の筐体内に、磁気抵抗素子と、
バイアス磁界を加える永久磁石と、電源回路と、増幅回
路とを内蔵し、磁気センサ装置外部に接続可能な電気的
導体の端子を所定の位置に接続し、更に金属製の筐体に
は接地可能な電気的導体の端子を接続する。

【００１１】

【実施例】本発明の１実施例を図３に示す。図３に於い
て永久磁石６上に１対のインピーダンスをもった磁気抵
抗素子７ａ・７ｂがマウント基板８上に被検出体に対面
するように配置されている。磁気抵抗素子７ａ・７ｂは
マウント基板８に金線等の電気的導体によって接続さ
れ、更にマウント基板８の配線パターンよって直列に接
続されている。マウント基板８の磁気抵抗素子７ａ・７
ｂの配置面は、磁気抵抗素子に磁界変化を生じさせるよ
う被検出体に対峙させる。更に金属製の筐体１４の裏面
とのギャップを確保するためにスペーサ９を介して固接
されている。更に、マウント基板８には、磁気抵抗素子
７ａ・７ｂを駆動する電源を供給する電気的導体の端子
１１ａと、そのグランドとなる電気的導体の端子１１ｂ
と、出力信号を伝達する電気的導体の端子１１ｃが接続
されている。マウント基板８に接続された磁気抵抗素子
７ａ・７ｂを駆動する電源を供給する電気的導体の端子
１１ａの一方の接続端は、電源部と増幅部を備えた基板
１２の電源出力部に、マウント基板８に接続された磁気
抵抗素子７ａ・７ｂを駆動する電源のグランドとなる電
気的導体の端子１１ｂの一方の接続端は、電源部と増幅
部を備えた基板１２のグランド部に、マウント基板８に
接続された出力信号を伝達する電気的導体の端子１１ｃ
の一方の接続端は、電源部と増幅部を備えた基板１２の
出力信号入力部に接続されている。電源部と増幅部を備
えた基板１２とマウント基板８の対する面は中空状の基
板支柱にて互いに固着することで橋脚を構成し、ピエゾ
雑音を除去するように配慮されている。。電源部と増幅
部を備えた基板１２には、この電源部と増幅部を駆動す
る電源を入力する電気的導体の端子１３ａと、そのグラ
ンドとなる電気的導体の端子１３ｂと、この回路によっ
て増幅された信号を伝達する電気的導体の端子１３ｃ
が、それぞれ電気的に独立して接続されている。これら
回路を駆動する電源を入力する電気的導体の端子１３ａ
と、そのグランドとなる電気的導体の端子１３ｂと、こ
の回路によって増幅された信号を伝達する電気的導体の
端子１３ｃの一方の接続端は金属製の筐体１４の外部ま
で突出しており、回路と電気的接続が可能な長さとなっ
ている。金属製の筐体１４には、接地可能な電気的導体
の端子１５が接続されている。

【００１２】図４に本発明による電源部と増幅部の回路
の一実施例を示す。最初に電源部回路を説明する。この
磁気センサ装置の外部から入力さる直流電源電圧の雑音
成分は、バイパスコンデンサーＣ２により雑音がバイパ
スされる。外部雑音を除去した直流電源電圧はツェナー
ダイオードＺ１にて定電圧化される。定電圧化された直
流電圧は、抵抗Ｒ１、及び抵抗Ｒ２により分圧される。
分圧された直流電圧はオペアンプＡ１で負荷特性に合わ
せて制御される。つまり、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２の分圧
比によって磁気抵抗素子７ａ、７ｂに適合する直流電圧
電源となる。更にその電圧は、磁気抵抗素子７ａ・７ｂ
へと入力される。このようにして電源部は定電圧回路と
して構成される。このような定電圧回路を磁気センサ装
置内部に持つことにより磁気センサ装置内部の電源部で
雑音を低減し、安定度よく磁気抵抗素子を駆動すること
ができる。本実施例では入力直流電圧の定電圧化にツェ
ナーダイオードＺ１を使用したが、その代わりに三端子
電圧安定器等を用いることも可能である。この電源部に
よって定電圧化された電圧は増幅回路を駆動することが
ないので、容量の小さなツェナーダイオードや三端子電
圧安定器等を用いることができ安価で小型な回路とな
る。また、容易に定電圧値を変えることができるため、
入力インピーダンスが異なった磁気抵抗素子でも利用す
ることができる。

【００１３】次に増幅部回路を説明する。一対の磁気抵
抗素子７ａ・７ｂの接続点から得られた磁性体に対応し
た０．１ｍＶから５ｍＶ程度の交流信号はコンデンサー
Ｃ１と入力抵抗Ｒｉを介してオペアンプＡ２の反転入力
端子に入力される。オペアンプの出力端子と反転入力端
子は帰還抵抗Ｒｆを介して接続される。さらに、オペア
ンプの非反転入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆが入力さ
れる。このように、コンデンサーＣ１、入力抵抗Ｒｉ、
オペアンプ２、帰還抵抗Ｒｆ、基準電圧Ｖｒｅｆを接続
することにより、出力信号が反転増幅され所望のゲイン
を与えた出力信号Ｖｃ２となり、磁気センサ装置外部へ
と出力される。この回路の電源は電源部と独立して構成
することで電源部の電力を低減し、かつ図示していない
外部回路とのインターフェースを容易にするよう配慮し
た。本発明による磁気センサ装置を駆動する電源電圧Ｖ
ａ２により駆動される。そのため、オペアンプ等増幅器
が限定されることがなく極汎用のオペアンプ等増幅器を
使用することができ安価な回路となる。

【００１４】このような構成で金属製の筐体１４に接続
された端子１５を接地することにより、電源部と増幅部
を備えた基板１２は金属製の筐体１４により外来雑音か
ら完全に遮蔽され、外来雑音が混入することがない。内
部回路を駆動する電源に混入した雑音も電源部により雑
音を低減することができるため、雑音が少なく安定度の
高い電源で磁気抵抗素子が駆動できる。そのため、Ｓ／
Ｎ比が向上し高い分解能を得ることができる。また、部
品マウンターを用いることにより、前記回路は同一面状
に多くの回路を構成することができるためより安価な回
路となる。更に、マウント基板８を橋脚状に構成するこ
とにより、金属製の筐体１４に加えられた衝撃が緩和さ
れ、ピエゾ雑音が低減しＳ／Ｎが改善されることも明ら
かになった。

【００１５】

【発明の効果】本発明により、増幅回路が金属製の筐体
によって外来雑音から遮蔽されるため、外来雑音を増幅
することなく磁気抵抗素子の出力信号を増幅することが
できる。そのため、磁気センサ装置のＳ／Ｎ比が向上
し、検出分解能が向上する。

【００１６】増幅回路や電源回路をチップ部品で構成す
るために回路定数の変更が容易でかつ小型となり、従来
から多用されている金属製の筐体内に収容することがで
きる。

【００１７】磁気センサ装置内部に収容された電源部に
より入力電圧に左右されずに磁気抵抗素子駆動用の電圧
を定電圧化することができるため本発明による磁気セン
サ装置は幅広い入力電圧で使用することができる。

【００１８】電源回路と増幅回路が独立しているので、
増幅回路を構成する増幅器等電子部品が極汎用のものを
使用できるため安価な回路となる、また電源回路が増幅
回路を駆動することがないので、ツェナーダイオード等
定電圧器の容量の小さなものが利用できるため小型にな
り、更には発熱量が低減されるため、磁気抵抗素子へ与
える回路の発熱の影響が少ない。

【００１９】磁気抵抗素子部と回路部とを橋脚化するこ
とにより、ブロック状のハウジングに比べピエゾノイズ
が改善される磁気センサ装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の磁気センサ装置利用方法ブロック図

【図２】 （ａ），（ｂ），（ｃ）磁気抵抗素子形状例

【図３】 本発明による磁気センサ装置の断面構造図の
一例

【４】 本発明による電源部と増幅部の回路の一実施例

【符号の説明】

１ 従来の磁気センサ装置 ２ 入力電圧用リード線、又は配線パターン ３ グランド用リード線、又は配線パターン ４ 出力信号伝達用リード線、又は配線パターン ５ 紙幣識別機等の制御回路 ６ 永久磁石 ７ａ、７ｂ 半導体磁気抵抗素子 ８ マウント基板 ９ スペーサ １０ 基板支柱 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ 端子 １２ 電源部と増幅部の回路基板 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ 端子 １４ 金属筐体 １５ 接地端子 Ｚ１ ツェナーダイオード Ａ１、Ａ２ オペアンプ Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ コンデンサー Ｒｉ 入力抵抗 Ｒｆ 帰還抵抗 Ｒ１、Ｒ２ 抵抗 Ｖｒｅｆ 基準電圧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２個の半導体磁気抵抗素子が
   それぞれ直列接続されている磁気センサ装置において、
   当該一対の素子のみに加えるための電源部と、半導体磁
   気抵抗素子に加えられた磁気変化に対応した出力電圧を
   増幅する増幅回路部と、前記電源部と前記増幅回路部
   を、接地可能な端子をもった金属製の筐体内に装着する
   ことで、外来雑音の影響を除去したことを特徴とした磁
   気センサ装置。
2. 【請求項２】 半導体磁気抵抗素子を駆動する電源部は
   定電圧回路とし、素子のインピーダンスに合わせて出力
   電圧の設定を可能にしたことを特徴とした請求項１記載
   の磁気センサ装置。