JPWO2017175308A1 - 磁気ラインセンサおよびこれを用いた鑑別装置 - Google Patents

Abstract

媒体の移動方向（搬送方向（Ｄ１））に対して直交方向（幅方向（Ｄ２））に複数のホール素子（４）が配列されたホール素子アレイ（センサ部（４０））と、ホール素子アレイの直下に連続した棒状のプラスチックマグネット（磁界発生部（３））とを設けて、ホール素子アレイの直上の磁気情報を検出する。ホール素子（４）は、基板上に成膜されたインジウム・アンチモン化合物半導体からなる単結晶薄膜により構成されている。各ホール素子（４）のホール感度は６ｍV/ｍT 以上かつ直流抵抗は７０Ω以上であり、かつ、各ホール素子（４）の配列ピッチは０．５個／ｍｍ以上である。

Description

紙幣などの紙葉類に印刷された磁性体の二次元の磁気画像を正確に検出する磁気ラインセンサ装置を提供するものであり、さらにはラインセンサから得られる出力を比較することで磁性体の種類（硬磁性体と軟磁性体）および磁化状態の判別が可能となる。

本発明は紙幣や有価証券などの有価物の真偽判定に関わるものである。
最近の印刷技術や複写技術の目覚ましい性能向上に伴い、紙幣、有価証券、クレジットカード等の偽造がますます精巧になってきており、これらを的確に判別して排除することが社会秩序を維持するために重要視されている。特にＡＴＭや紙幣処理機など紙幣を取り扱う機器（以下金融機器と略す）において、より高速で高性能な真偽判定目的の鑑別システムが強く求められてきている。
これら紙幣や有価証券の鑑別方法として、光学ラインセンサ装置によるパターン識別および磁気ラインセンサによる磁気インクの識別が用いられている。本発明は紙幣及び有価物の真偽判定に用いられる磁気ラインセンサに関わるものである。

紙幣及び有価証券などの有価物（以下媒体と略す）には偽造防止を目的として印字部や媒体内部に挿入されたファイバーやスレッドに磁性体を含む磁気インクが使われ、特定の部位に磁気特性を付与させ偽造防止への対策手段が取られている。
この磁性体を検出するために各種金融機器内に磁気ラインセンサが搭載されており、磁気ラインセンサとしては各種磁気抵抗素子（磁気抵抗素子：MR、異方性磁気抵抗素子：AMR、巨大磁気抵抗素子：SMR、トンネル型磁気抵抗素子：TMR素子など）、磁気インピーダンス素子、差動コイル、そしてホール素子などを媒体の移動方向に対して直向に配列したセンサが用いられ、各々の素子で磁気インクによる電気的変化を検出している。

特許第４２６７２７１号公報

しかしながら上記現状の磁気ラインセンサによる検出方法では磁気インクの検出能力がまだ不十分と考えられており、新たな高性能の磁気ラインセンサが求められている。例えば、既存の磁気抵抗素子を用いた磁気ラインセンサは素子の形状が１０ｍｍ前後と大きく、媒体の必要な磁気情報が正確に取得出来ているとは言えない。

この状況からさらに最近では小型のAMR、SMR、TMR素子を高密度にライン上に配列して媒体の磁気画像を検出する試みも進められている。これらの磁気抵抗素子による方法では媒体が通過する際の動的な磁気量の変動が出力（以下微分出力と略す）され、装着した磁石の磁界も媒体の移動方向に対し平行になる様に設置されている。この方式は媒体の移動速度による出力変動もあり、媒体直上の磁気情報が正確に検出出来ない問題点を有している。

さらに微分出力方式は走査した媒体の磁性パターンの周辺のみが信号として出力され、磁気インクの面積の大きい部位やピッチの細かい部位では微分出力のために媒体の磁気パターンの全体像を判別しにくい難点を有している。すなわち、センサ部直上にある媒体の磁気情報を正確に検出出来ない問題点を有している。
磁気インピーダンス素子（以下、ＭＩ素子と略す）は小型化も容易で高感度であり、直接媒体の磁気強度を検出することが可能であるが、付与する磁界に対してのヒステリシスやダイナミックレンジが小さく、出力の飽和を起こすなどの問題点がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、紙葉類に印刷された磁性体を含む二次元の画像を高解像度かつ高精度で検出することができる磁気ラインセンサおよびこれを用いた鑑別装置を提供することを目的とする。

この様な磁気ラインセンサの課題の解決策を検討し、直接媒体の磁気パターンおよび磁化強度が読み取れる磁気ラインセンサの開発を目的として検討を重ねた結果、直接正確に媒体の磁気パターンを読み取り、さらには磁化強度も判別可能な磁気ラインセンサ構成を見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、紙幣などの紙葉類に印刷された磁性体を含む媒体の磁化強度に応じた二次元の磁化濃度パターンを直接検出する磁気ラインセンサである。本発明では、媒体の磁化強度を直接読み取れる特別なホール素子を用い、これを高密度に配列し、その直下に連続するように長尺（棒状）のプラスチックマグネットを装填する構造により、上下に磁界を付与して直接媒体の磁化パターンが読み取れる新たな磁気ラインセンサである。これを金融機器などに装着することでさらなる偽造防止対策が増強出来ることになる。

ホール素子は、電流に垂直に磁場をかけると電流と磁場の両方向に直交する方向に起電力が現れる現象であるホール効果を応用して磁場を計測するセンサなどに用いられている。ホール素子はホール起電力が大きく，その温度依存性の小さい材料が好まれ、ゲルマニウム，シリコン，インジウム・アンチモン，インジウムヒ素，ヒ化ガリウムなどが用いられている。

しかしながらホール素子はダイナミックレンジが大きく、リニアリティが優れている反面、感度が前記磁気抵抗素子やＭＩ素子比べて小さい。そのため、本発明の目的に使用するには媒体から得られる信号出力を数千倍に増幅しないと検出出来ない問題点があり、Ｓ／Ｎの大きい信号を得るには上記の全てのホール素子が使えるものではない。

またさらに本発明では、磁気画像を読み出すために０．５個／ｍｍ以上、好ましくは１個／ｍｍ以上のピッチ（配列ピッチ）でホール素子を多数個搭載する。そのため、小型化が可能で、さらにホール素子1個あたりの消費電流が可能な限り少ない。磁気ラインセンサ全体の発熱や消費電流は、実用性の範囲を超えてはならない。

本発明者は、本目的に好適であるホール素子を鋭意検討した結果、電子移動度が高く、これにより感度が最も高いインジウム・アンチモン化合物半導体（以下InSbと略す）に着目し、とりわけこの単結晶薄膜を用いたホール素子が本発明に好適であることを見出した。すなわち、本発明におけるホール素子は、基板上に成膜されたインジウム・アンチモン化合物半導体からなる単結晶薄膜により構成される。

InSbは電子移動度が大きくホール素子に最適な素材であり、モーターの回転検知、開閉センサ、また地磁気センサなど広く応用されている。ただし、本発明の様に精密な磁力を検出する場合は、InSbの微細構造を適切に選択する必要があり、例えば多結晶材では粒界の影響が大きくなってリニアリティが悪く、ヒステリシスの発生や、振動などの衝撃により信号出力にノイズが混入する欠点が見られる。単結晶の素子を用いると上記の課題は解決されるものの、バルクの抵抗が小さいためホール素子そのもののインピーダンスが小さくなり、センサの磁界に対する出力電圧が低くなる。出力電圧を大きくするためには素子への印加電流を増やす必要があるが、素子数が多い使用法である本発明の場合、センサの動作電流が極端に増大して発熱や電源容量といった実用上の課題が明らかになった。

上記の理由から最適なホール素子を探索した結果、InSb単結晶薄膜を用いることで感度と抵抗のバランスが本発明の目的に適していることが判明した。詳しくは、ヒ化ガリウム単結晶基板上にエピタキシャル成長させたInSb単結晶薄膜からなるホール素子であり、その膜厚及びドーピング等の添加物の効果を加味して、その中でもホール感度６ｍＶ／ｍＴ以上好ましくは８ｍＶ／ｍＴ以上でありかつ素子の抵抗値（各ホール素子の直流抵抗）を少なくとも７０Ω以上、好ましくは１００Ω以上となるホール素子を選択することで、感度とＳ／Ｎを確保しつつ、発熱の小さな磁気ラインセンサが構成出来ることを見出した。

媒体に印刷などにより塗布された磁気インクの磁性成分には、磁化された永久磁石タイプ(以下硬磁性体と略す)と周囲の磁力により磁化する高透磁率磁性体（以下軟磁性体と略す）の２種類が存在しており、これらの分別が出来ることが求められている。

上記課題の解決に対する試みが既に種々実施されており、例えばホール素子を用いた磁気ラインセンサとしては、上記特許文献１（特許第４２６７２７１号公報）に記載されている様にホール素子をアレイ化して有価物の磁気パターンを検出する方法が提案されている。上記特許によれば、磁気バイアス（センサ部の下部に永久磁石を配置）を印加したホール素子アレイと磁気バイアスを付与しないホール素子アレイを媒体の移動方向に対し直角に二列に配置して、各々ホール素子センサアレイの出力の差分を読み取ることで磁気インクに含まれる硬磁性体と軟磁性体を区分する方法が提案されている。ホール素子アレイを二列とするために、現用されている磁気ラインセンサに対して構造が大きくしかも高価となる。そこで、磁石を工夫して少ないホール素子で不感域を無くすことが示されている。さらに、ホール素子を高密度に配置して磁気画像を検出するには、二列配置では実用性に乏しいという課題を孕んでいる。

これに対し、本発明は高感度のホール素子一列だけを用いて高密度に配置し、媒体の通過部にプラスチックマグネットによりバイアス磁界を印加して、ホール素子アレイの直上の磁気情報を検出する構造である。これにより、媒体の磁気インクなどの磁性体の磁気量を各ホール素子で直接検知し、各ホール素子の出力信号をライン信号として取り出すことにより、媒体の磁気パターンを磁気量に対応した濃度パターンとして読み取ることが可能となっている。本発明の性能面の効果及び経済的メリットは極めて大きいものと考えられる。

またさらには、スレッドの部分に面内方向に分極する異方性磁性体が配置されている場合があり、本発明の磁気ラインセンサにて読み取ると直上部が印加磁界と反対の磁性を示し、負の磁気量として検出することが出来ることを確認した。

紙幣や有価物に用いられている磁気インク中には偽造防止のための磁性体としてマグネタイト（Fe3O4）、γ-酸化鉄、バリウムもしくはストロンチウムフェライトなどの永久磁石タイプ（硬磁性体）の磁性粉と、ニッケル亜鉛フェライトやマンガン亜鉛フェライトそしてニッケル亜鉛/銅フェライトなどの高透磁率の軟磁性体とが、場所によって使い分けられている場合が多くなっている。

本発明者は、これら硬磁性体の飽和磁束密度が軟磁性体の飽和磁束密度に比べて小さいことに着眼し、適切な磁界において磁気ラインセンサの出力差が発現すると想定し、鋭意検討を重ねた。その結果、磁気ラインセンサ上の表面磁束密度を１００ｍＴ以上、より好ましくは１５０ｍＴ以上、特に好ましくは１８０ｍＴ以上とすることでセンサの出力差が大きく発現して、その出力に分岐点を設けることで硬磁性体と軟磁性体を明確に区分することが出来ることを見出した。このように、ホール素子上部における媒体と接触する界面の磁束密度を適切に設定することにより、媒体の磁性体の磁化強度を判別可能とすることが出来る。

磁気インクに含まれている硬磁性体は飽和磁束密度が１００から２００ｍＴの範囲にあり、また軟磁性体は磁気ラインセンサに搭載された磁石により硬磁性体より遙かに大きく磁化するため、磁気ラインセンサの出力差分として容易に確認できる。

これにより、硬磁性体の場合は材料そのものの飽和磁束密度が軟磁性体に比べて小さいため、磁気感度が飽和する傾向を示す。また、軟磁性体の場合はバイアス磁界の強度に対応して磁気感度が比例的に大きく得られるため、本発明の感度が高くリニアリティの優れたホール素子を用いることで明確な出力差として区分することが出来る。

本発明の磁気ラインセンサの構成により、具体的には以下の新たな効果が発現できるようになった。
１．磁気ラインセンサのピッチを容易に細かくすることが出来、磁気パターンを画像として直接読み出すことが可能となった。
２．微分出力方式でないため、課題であった媒体の移動する際の移動速度による出力変動が小さく、容易に緻密な補正が可能となり磁気信号のＳ／Ｎ比向上に繋がった。
３．ホール素子はダイナミックレンジが大きくしかも磁気量のリニアリティが優れる特長を有しており、これにより磁気インクの磁気特性を精密に測定することが可能となり、その結果、磁界によって磁化されたインクの強度を区別することで永久磁石および軟磁性体が含まれたインクを区別することが可能となった。

バイアス磁界は電磁石及び永久磁石により印加することが可能であるが、消費電力や磁界の安定化及び温度依存性を小さくする目的で永久磁石、特に磁力の温度変化が小さいアルニコ及び希土類系のマグネットが好ましい。
希土類系のマグネットは強い磁界を発生することが可能で、サマリウム-コバルト、鉄-ネオジウム-ホウ素などの合金系が良く知られている。しかし、これらを本発明の磁気ラインセンサ用途のプラスチックマグネットとして用いる際には強い磁力のプラスチックマグネットが得られるものの、大気中の酸素や水分により酸化され易く取扱いが難しいこと、且つ、これにより磁力の変動が大きいこと、さらに粉砕により原料となる粉末を作成するために粒度のバラツキが大きくプラスチックマグネットの磁気分布の変動が起こりやすいなどの問題点がある。この点から、窒化反応により直接均質な微粉末が得られる希土類コバルト窒化物が、大気中でも極めて安定で、強い磁場と均一な磁界が与えられ易く、さらにフェライト系磁石に比べて温度依存性が小さいため、本発明の目的とするプラスチックマグネットに最適であることが判明した。
すなわち、本発明におけるプラスチックマグネットには、希土類コバルト合金窒化物粉末からなる磁性粉が含有されていることが好ましく、当該磁性粉が窒化サマリウムコバルト粉末であればさらに好ましい。
上記、希土類コバルト窒化物粉体をバインダーとなるプラスチックに混練し磁界を与えながらインジェクションあるいは押し出し成型などにより所望の形状に成型することが出来る。また所望の磁力を発生させるためには成形品の重量のうち少なくとも７０重量％以上の磁性粉を混入させることが必要であり、コスト削減を目的に性能面の影響が出ない範囲で酸化物フェライトなどの他の磁性体粉を混合させても構わない。バインダーとして用いられるプラスチックは充填性、成形性、耐熱性から適宜選択することが可能で特に制限は無いが、通常ポリプロピレン、６または１２ナイロン、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイドなどが好ましい。
プラスチックマグネットに含有される磁性粉の粉末粒子は、成形工程においてそれぞれの磁化軸を一定方向に配向させる処理がなされ、強い磁力持つマグネットになる。磁石の形状は、ホール素子毎に個別に配置すると位置精度及び磁界のバラツキが大きくなりコスト面でも不利となり好ましくなく、希土類化合物の磁性体を混和した長尺のプラスチックマグネットを使用することで磁気分布の安定化及び補正が容易となり特に好ましい。

直線上に配列した複数個のホール素子の磁場に即した出力電圧は、集積回路を用いて連続したライン上の磁気出力として得ることが出来、これを媒体が移動する方向に順次繰り返すことにより媒体の磁気像を得ることが可能となる。

検知する媒体とセンサとの距離は出来るだけ近接した方が出力を大きく得ることが出来るため、アレイ化したホール素子の上面を摩耗強度があって非磁性材料からなる薄板で覆い、この薄板上に媒体を移動させることで好ましい磁気出力を得ることが出来る。薄板の材料としては真鍮、非磁性のステンレス材料などの金属やセラミック材料、炭素繊維複合材料などが好ましいが、非磁性の材料であれば特に限定されるものではない。

以下実施例を用いて本発明のさらに詳細な説明を行うが、当然ながら本発明は実施例のみに限定されるものではない。

本発明によって、紙葉類に印刷された磁性体を含む二次元の画像が高解像度かつ高精度で検出される。また、そのための装置が提供される。このような磁気画像が紙葉類の偽造防止対策をさらに高度化するため必要な技術の一つになりうることに疑いはないであろう。したがって、本発明は、紙葉類の偽造防止対策のさらなる進歩に大きく寄与するであろう。

本発明の磁気ラインセンサの出力例を従来センサの出力と対比したものである。 本発明の第１実施形態に係る磁気ラインセンサ１を備えた鑑別装置の概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係る磁気ラインセンサ１の構成とその中で発生する磁界の様子を概略的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る磁気ラインセンサ１の一部分を示した概略斜視図である。 保持基板を部分的に拡大して示した概略平面図である。 図５Ａの保持基板の概略底面図である。

図１は本発明の磁気ラインセンサの出力例を従来技術と対比して示したものである。
ニッケル亜鉛フェライト軟磁性体、バリウムフェライト硬磁性体、そして抗磁力の大きい希土類磁性粉をそれぞれ含有する磁気インクを順に印刷した媒体を作り、これを磁気ラインセンサで矢印の方向に走査した際のそれぞれのセンサ出力を例示したものである。
本文で説明した通り、比較例の磁気抵抗センサによる微分出力では磁気インクのエッジの磁気変動が出力として得られ、特に印刷部のピッチが細かくなると印刷部の全体像が判別しづらい結果となる。
これに対して実施例に示す通り、本発明のセンサ出力はセンサ上部の磁気インクの磁気強度をそのまま出力として検知するので、細かなピッチの磁気インクにおいてもパターン通りに出力され、また抗磁力の大きな磁性体の場合では磁気ライセンサの磁力に磁化されずそのまま負の出力として検知出来る。
そして、この本発明の磁気ラインセンサの出力を光学ラインセンサと同様にラインの信号を結合させるだけで、容易に二次元の磁気パターン像として出力することが出来る。

図２は、本発明の第１実施形態に係る磁気ラインセンサ１を備えた鑑別装置の概略断面図である。この鑑別装置は、紙幣などの紙葉類に印刷された磁性体（磁気画像Ｍ）を含む媒体Ｓを鑑別するための装置である。媒体Ｓには、例えば、磁気インク、磁気スレッドなどを用いて磁気画像Ｍが印刷されており、この磁気ラインセンサ１は、媒体Ｓに含まれる磁気画像Ｍを検出するものである。

搬送路２は、間隔Ｇで、媒体Ｓの幅よりもやや大きい幅で、搬送方向Ｄ１に向かって形成されている。媒体Ｓは、上流搬送ローラー２１によって搬送路２の中に送り込まれ、磁気ラインセンサ１に対向するセンサ対向ローラー２３で下流搬送ローラー２２に向かってさらに搬送される。センサ対向ローラー２３は、媒体Ｓが磁気ラインセンサ１に近づくように、Ｄ３と反対方向に向けて押し下げる機能も有する。このようにして媒体Ｓが磁気ラインセンサ１上を通過する間に媒体Ｓの磁性体が検出される。次いで、媒体Ｓは下流搬送ローラー２２で搬送路から排出される。

図３は、磁気ラインセンサ１の構成とその中で発生する磁界の様子を概略的に示す断面図である。また、図４は、磁気ラインセンサ１を示した概略斜視図である。磁界発生部３は、通常、永久磁石で構成されており、バイアス磁界を形成する。この例では、Ｎ極が上側、Ｓ極が下側となるように、磁界発生部３は、ホール素子４の下に設けられている。磁界発生部３の周囲には、図３に示すようなループ状の磁束が形成され、特に、ホール素子４の近傍では、媒体Ｓの搬送方向Ｄ１（図２参照）に対して垂直なバイアス磁界が形成されている。一般に、ホール素子は、バイアス磁界が強いほど出力が大きくなり、感度が高くなるので、永久磁石には、高磁気、高保持率を有する窒化サマリウムコバルト粉末を磁性粉として混入したプラスチックマグネットを用いた。高保持率は、高温においても磁気特性を保持するために必要である。プラスチックマグネットには、窒化サマリウムコバルト粉末が７０重量％以上含有され、その粉末粒子それぞれの磁化軸（磁化容易軸）が一定方向に配向されている。ただし、窒化サマリウムコバルト粉末は、磁性粉の一例に過ぎず、他の希土類コバルト合金窒化物粉末を磁性粉として使用してもよい。

ホール素子４はこのバイアス磁界の中にあり、媒体Ｓに対して直交方向Ｄ３に形成される磁束を検知するよう複数備えられている。各ホール素子４は、基板上に成膜されたイリジウム・アンチモン化合物半導体からなる単結晶薄膜により構成されそのホール感度は６ｍＶ／ｍＴ以上そして直流抵抗が７０Ω以上であることが必要である。複数のホール素子４は、媒体Ｓの搬送方向（移動方向）Ｄ１に対して直交方向（幅方向）Ｄ２に配列されている。複数のホール素子４は、センサ部（ホール素子アレイ）４０を構成しており、磁界発生部３により発生されるバイアス磁界の強度を電気信号に変換する。磁界発生部３を構成するプラスチックマグネットは、棒状（長尺）であり、センサ部４０の直下において、搬送方向Ｄ１に対して平行方向に連続している。これらのセンサ部（ホール素子アレイ）４０及び磁界発生部３（プラスチックマグネット）は、センサ部４０の直上の磁気情報を検出する構造をなしている。すなわち、媒体Ｓがホール素子４上を通過する際、媒体Ｓに含まれている磁性体によって、このバイアス磁界が変化する。ホール素子４はこの変化したバイアス磁界を検出する。ホール素子はバイアス磁界の強度に比例する電気信号を与えるので、磁気画像Ｍの濃淡までも検出可能にする。搬送方向Ｄ１に媒体Ｓを搬送しながら、幅方向Ｄ２に配列された複数のホール素子４からの電気信号を取得することにより、媒体Ｓの磁化強度に応じた二次元の磁化濃度パターン（磁気画像Ｍ）を直接検出することが出来る。

本実施形態では、幅方向Ｄ２に沿った各ホール素子４の配列ピッチは、０．５個／ｍｍ以上で設定されており、１個／ｍｍ以上であることが好ましい。本実施形態では、各ホール素子４の配列ピッチが、例えば０．５〜２個／ｍｍで設定されている。当該ピッチは、該ホール素子４のＤ２方向の磁界検出範囲以下で設定されている。これにより、媒体Ｓを搬送したとき、媒体Ｓ全面の磁界変化を隙間なく検出することができる。各ホール素子４のホール感度は６ｍＶ／ｍＴ以上好ましくは８ｍＶ／ｍＴであり、かつ直流抵抗は７０Ω以上であり、好ましくは１００Ω以上である。

複数のホール素子４は、保持基板５により保持されている。保持基板５は、例えばガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂により形成されたリジッド基板の表面に、銅箔などの導体箔で回路パターンが印刷されたプリント基板である。本実施形態における保持基板５の表面には、複数のホール素子４と、当該保持基板５を他の部材に電気的に接続するためのコネクタ５１が実装されている。

保持基板５には、フレキシブル基板６を介して検出部７が接続されている。すなわち、保持基板５に実装されたコネクタ５１にフレキシブル基板６の一端部が着脱可能に接続されるとともに、検出部７を構成する駆動基板に実装されたコネクタ７１にフレキシブル基板６の他端部が着脱可能に接続されることにより、保持基板５上の回路と検出部７とが電気的に接続されている。

各ホール素子４には、検出部７からフレキシブル基板６を介して駆動電圧が印加されており、各ホール素子４からの出力信号はフレキシブル基板６を介して検出部７に入力される。検出部７は、ホール素子４の出力から、媒体Ｓに含まれている磁性体によるバイアス磁界の変化分だけを取り出して、高精度で媒体Ｓの磁性体を検出する。

フレキシブル基板６は、可撓性を有するプリント基板であり、銅箔などの導体箔がフィルム状の絶縁体であるポリイミド材により被覆された構成となっている。フレキシブル基板６は、センサ部４０（ホール素子４）と検出部７を接続する接続部６０を構成している。本実施形態では、１つのフレキシブル基板６により、複数のホール素子４が検出部７に対して纏めて接続されている。これにより、各ホール素子４を検出部７に対して個別に配線で接続するような構成と比較して、多数のホール素子４を配列して検出部７に接続することができる。

このように構成することで、複数のホール素子４は検出部７に対して分離して設けられるため、これらのホール素子４を搬送路２と磁界発生部３との間の比較的狭いスペースに設けることが可能になる。

また、フレキシブル基板６における検出部７側の端部は、切り込み又は切り取り部分が形成されることにより、複数の接続片６１に分割されている。各接続片６１は、それぞれ個別のコネクタ７１を介して検出部７に接続されている。すなわち、複数の接続片６１をそれぞれ検出部７に接続することにより、１つのフレキシブル基板６を用いて、複数のホール素子４を検出部７に対して纏めて接続することができるようになっている。さらに、フレキシブル基板６における検出部７側の端部が分割されていると、分割されていない場合に比べて、熱膨張による変形が生じにくい。これにより、当該端部の変形が反対側（ホール素子４側）の端部に与える影響を抑制することができるため、フレキシブル基板６の変形による各ホール素子４の位置ずれが生じにくい。この例では、フレキシブル基板６の端部が３つの接続片６１に分割されているが、これに限らず、２つの接続片６１に分割されていてもよいし、４つ以上の接続片６１に分割されていてもよい。

保持ケース８は、磁界発生部３、ホール素子４、保持基板５及びフレキシブル基板６を保持する筐体である。磁界発生部３、ホール素子４及び保持基板５は、ほぼ密閉された状態で、相互の位置関係が動かないように保持ケース８により固定されている。フレキシブル基板６は、磁界発生部３、ホール素子４及び保持基板５と固定された保持ケース６８に、接着固定される。この接着固定は、例えばエポキシ系接着剤などのようにエポキシ系樹脂を含む材料を用いて行われる。

保持ケース８により、磁界発生部３と保持基板５は連結されている。この例では、磁界発生部３の幅方向Ｄ２の両端部に連結部材８１が備え付けられており、当該連結部材８１により保持ケース８と保持基板５は幅方向Ｄ２の両端部に連結されている。具体的には、連結部材８１は保持ケース８から保持基板５側に突出する突起であり、保持基板５の両端部には、各突起に対向する位置に位置決め孔５２が形成されている。

これにより、保持基板５に形成された位置決め孔５２に連結部材８１を挿入するだけで、磁界発生部３に対して保持基板５を容易に位置決めすることができる。特に、本実施形態のように複数のホール素子４が保持基板５により保持された構成の場合には、保持基板５を位置決めするだけで、各ホール素子４の位置決めを容易かつ精度よく行うことができるため、組立作業を簡略化することができる。

なお、連結部材８１は、２つに限らず、３つ以上設けられていてもよい。また、連結部材８１は、保持基板６の一端部における幅方向Ｄ２の両端部で連結部材８１に連結するような構成に限らず、幅方向Ｄ２の中央部などの他の位置で保持基板５を連結部材８１に連結するような構成であってもよい。さらに、連結部材８１は保持ケース８に設けられた構成に限らず、例えば磁界発生部３に設けられていてもよいし、他の部材に設けられていてもよい。

保護カバー９は、搬送路２内に搬送される媒体Ｓなどから、ホール素子４を保護するカバーであり、非磁性体（たとえば、リン青銅）で構成されている。スペーサー１０、アタッチメント１１は、搬送路２内に搬送される媒体Ｓにより保護カバー９の変形を防止するための非磁性体で構成されている。スペーサー１０は搬送路２内に搬送される媒体Ｓによりホール素子４が保護カバー９と接触しないようホール素子４より高く構成されており、また媒体Ｓの搬送による振動を受けないようスペーサー１０と保持基板５は弾力性のある両面テープにより固定されている。ここで、弾力性のある両面テープは、弾力部材の一例に過ぎず、他の弾力部材を用いることも可能である。さらに保持ケース８とアタッチメント１１でフレキブル基板６を挟持して、固定している。各ホール素子４の上部における保護カバー９と媒体Ｓが接触する界面の磁束密度は、１００ｍＴ以上であり、好ましくは１５０ｍＴ以上である。これにより、媒体Ｓの磁性体（磁気画像Ｍ）の磁化強度を判別可能となっている。

図５Ａは、保持基板５を部分的に拡大して示した概略平面図である。図５Ｂは、図５Ａの保持基板５の概略底面図である。保持基板５には、図５Ａ、図５Ｂに示すように、表面、裏面ともに回路パターン５３、５４が形成されている。保持基板５の表面には、各ホール素子４の取付位置に回路パターン５３、５４が形成されており、当該回路パターン５３、５４上にホール素子４が実装されている。回路パターン５３は、ホール素子４からの信号パターンであり、各ホール素子４の出力から保持基板５上に実装されたコネクタ５１まで延びており、当該コネクタ５１にフレキシブル基板６が取り付けられる。

回路パターン５４はホール素子４について、一定の電圧を与える電源パターンであり、保持基板５上に実装されたコネクタ５１から裏面の回路パターン５４により引き回され、保持基板５のスルーホール穴５５を経由して表面の回路パターン５４に接続されている。すべての各ホール素子４の電源は並列に接続されている。

この例では、表面が信号パターン、裏面が電源パターンにて接続される構成となっているが、このような構成に限らず、複数の回路パターン５４に分割されていてもよい。また、本実施例ではホール素子４を定電圧にて並列に接続しているが、定電流を与える電源にして、各ホール素子４の電源パターンを直列に接続してもよい。

以上の説明では、複数のホール素子４が保持基板５により保持された構成について説明したが、保持基板５とフレキシブル基板６を一体にした変形も容易に考えられる。フレキシブル基板６は、一般的に、ポリイミドで被覆したものにて構成しているが、この場合には、例えば、各ホール素子４の周囲にはポリイミドではなく熱膨張の少ないソルダーレジストにて形成してもよい。ホール素子４周辺をソルダーレジストで形成することにより、温度変化によるホール素子４周辺の位置ずれが生じにくくなる。このように容易に考えられる変形も本発明に含まれるべきである。

以上の説明により、多数の小さなホール素子４を、精度よく細かなピッチで配列することができ、またホール素子４と検出部７の入出力端子が増加してもコンパクトに接続することができるので、磁界発生部３と搬送路２およびホール素子４との距離をできるだけ短くした磁気ラインセンサ１を製造することができる。これにより、ホール素子４の感度が高くなり、媒体Ｓに含まれる磁気画像Ｍを高解像度かつ高精度で検出することができる。

＜磁気画像の検出方法＞
二次元の磁気画像Ｍを検出するための基本的な要件として、媒体Ｓの搬送方向Ｄ１に直交する方向の磁界変化を隙間なく検出するためには、複数のホール素子４を、搬送方向Ｄ１に直交する方向に、該方向のホール素子４の磁界検出範囲にほぼ等しいピッチで配置する必要がある。上述した本発明の磁気ラインセンサ１は、すでにこの条件を満足している。
さらに、媒体Ｓの搬送方向Ｄ１の磁界変化を隙間なく検出するためには、媒体Ｓがホール素子４の搬送方向Ｄ１の磁界検出範囲を通過する時間を周期として、ホール素子４による撮像操作をほぼこの周期もしくはこの周期の整数分の１の周期で連続的に繰り返す必要がある。このような回路については、連続した光学画像を検出する従来の光学画像の検出装置における回路と基本的には同じであるので、当業者にはよく知られており、詳細な説明を省略する。
磁気画像Ｍの解像度を上げるためには、ホール素子４の搬送方向Ｄ１およびその直交方向（主走査方向）Ｄ２の磁界検出範囲をともに小さくしなければならないが、一般的に、磁界検出範囲が小さくなるほどホール素子４の感度とＳ／Ｎ比が低下するので、磁気ラインセンサ１のコストと得られる出力を勘案すれば２５から５０ｄｐｉ（０．５〜２素子/ｍｍ）が適切なピッチと考えられる。
以上説明した磁気ラインセンサ１と磁気画像Ｍの検出方法を用いて、搬送速度１６００ｍｍ／秒と４０００ｍｍ／秒にて、ドル、ルーブル、元、ユーロなどの紙幣の磁気画像Ｍを検出した。その結果、解像度は搬送速度によってほとんど変わらず、例えば、磁気スレッドにおける微小な円形マークの分布、磁気インクで印刷された数字や文字、および構造物などのデザインとその濃淡、などを、連続的に、例えば、約２５ｄｐｉの解像度で鮮明に検出することができた。

１ 磁気ラインセンサ
２ 搬送路
２１ 上流搬送ローラー
２２ 下流搬送ローラー
２３ センサ対向ローラー
３ 磁界発生部
４ ホール素子
５ 保持基板
６ フレキシブル基板
７ 検出部
８ 保持ケース
９ 保護カバー
１０ スペーサー
１１ アタッチメント
４０ センサ部（ホール素子アレイ）
５１ コネクタ
５２ 位置決め孔
５３ 信号パターン
５４ 電源パターン
６０ 接続部
６１ 接続片
７１ コネクタ
８１ 連結部材

Claims (8)

1. 紙葉類に印刷された磁性体を含む媒体の磁化強度に応じた二次元の磁化濃度パターンを直接検出する磁気ラインセンサであって、
   前記媒体の移動方向に対して直交方向に複数のホール素子が配列されたホール素子アレイと、前記ホール素子アレイの直下に連続した棒状のプラスチックマグネットとを有し、前記ホール素子アレイの直上の磁気情報を検出する構造を備え、
   前記ホール素子が、基板上に成膜されたインジウム・アンチモン化合物半導体からなる単結晶薄膜により構成され、
   各ホール素子のホール感度が６ｍＶ／ｍＴ以上であり、かつ直流抵抗が７０Ω以上、そして各ホール素子の配列ピッチが０．５個／ｍｍ以上であることを特徴とする磁気ラインセンサ。
2. 各ホール素子のホール感度が８ｍＶ／ｍＴ以上であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ラインセンサ。
3. 各ホール素子の直流抵抗が１００Ω以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ラインセンサ。
4. 前記ホール素子アレイの前記ホール素子上部における媒体と接触する界面の磁束密度が１００ｍＴ以上であり、媒体の磁性体の磁化強度を判別可能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ラインセンサ。
5. 前記プラスチックマグネットの磁性粉が、希土類コバルト合金窒化物粉末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ラインセンサ。
6. 前記プラスチックマグネットの磁性粉が、窒化サマリウムコバルト粉末であることを特徴とする請求項５に記載の磁気ラインセンサ。
7. 前記プラスチックマグネットには、磁性粉が７０重量％以上含有され、その粉末粒子それぞれの磁化軸が一定方向に配向されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の磁気ラインセンサ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の磁気ラインセンサと、
   前記ホール素子アレイの直上に媒体を搬送する搬送路とを備えることを特徴とする鑑別装置。
   
   

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