JP2000056001A

JP2000056001A - 磁気抵抗素子による非磁性金属材料の検出方法

Info

Publication number: JP2000056001A
Application number: JP10230012A
Authority: JP
Inventors: Noboru Masuda; 昇増田; Osamu Maeda; 修前田; Isao Iwasaki; 勲岩崎
Original assignee: Nikkoshi Co Ltd
Current assignee: Nikkoshi Co Ltd
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】安定性や再現性、Ｓ／Ｎも良く、かつ、簡単な
回路構成によって非磁性金属材料の寸法、導電率、傷な
どの性状を検出する。【構成】発磁手段と非磁性金属材料とが相対的に移動す
ることで非磁性金属材料に渦電流が生じる。この渦電流
による微少磁界変化を磁気抵抗素子を利用して検出す
る。磁気抵抗素子は直流定電圧駆動源で動作し、磁界発
生手段は永久磁石やコイル等からの直流的な磁界とし
た。前記渦電流によって発生する磁界は、被検出体の走
行方向に傾きをもつので、磁界変化に感応する磁気抵抗
素子と発磁手段とを非磁性金属材料の通路の表面や裏面
に配置した。このようにして得られた信号は増幅したり
論理回路で信号処理をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、渦電流によって生
じる磁界の変化が非磁性金属材料形状や厚み、重量、
傷、凹凸、導電率、抵抗値などの性状により変化するこ
とに着目して、その磁界変化を磁気抵抗素子と抵抗素子
の近傍に設置した発磁手段とによる非磁性材料の性状検
出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非磁性金属材料の大きさや凹凸等
の形状を検出する場合には、ポットコア誘導子を用い
て、非磁性金属材料が近接したときのポットコア誘導子
のインダクタンスの変化を検出したり、励磁コイルと受
信コイルとの間を非磁性金属材料を通過させることによ
り、電磁遮蔽効果を利用して検出したり、フェライトコ
アにコイルを巻き、高周波数域でのインピ−ダンス変
化、謂ゆるＭＩ効果によって検出したりする。つまり、
別名サ−チコイルやフラックスゲイトとなどと呼ばれて
いるものもこの種検出手段の範脆である。しかしなが
ら、この種磁気センサは、巻き線を主体にしているた
め、コイルの開口面や３軸のいずれの方向からも擾乱磁
界を検出するため、再現性や安定性に問題がある。ま
た、すでに周知なように磁気抵抗素子を用いた磁気セン
サは、紙幣等のインクに含まれている磁性体を検出した
り、磁性材歯車の検出等に代表されるように、磁性材料
の検出手段として開示、実用化されている。

【０００３】また、磁気抵抗素子では、低磁界感度が低
い為に磁気抵抗素子の背面や、被検出体を狭間した対向
面に永久磁石を配設して磁気バイアスを加えるものも開
示されている。さらに、検出分解能を向上するために、
磁気抵抗素子の背面に磁気バイアス用マグネットを装着
し、被検出体を介して狭間した対向面に磁気抵抗素子と
磁性ヨ−クを配置した磁性体の検出用センサもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポット
コアを用いた非磁性金属材料の検出法、例えば、すでに
周知な硬貨の選別器では、微少な凹凸を検出ときは、ポ
ットコア誘導子を小さくする必要があるが、その構成要
件から小型化が難しいために微少な凹凸の検出は困難で
あった。また、フェライトコアにコイルを巻き、高周波
領域でのインピ−ダンス変化によって検出しようとした
場合には、漏れ磁束の影響によって本来検出しようする
対象物以外、例えば、その周辺の配置された材料によっ
てもインピ−ダンスが変化するので、安定性、再現性、
Ｓ／Ｎ上に問題があった。また、前述したものの多くは
高周波での交流動作のためその駆動回路や、信号処理回
路が複雑となる問題もあった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】磁界と非磁性金属材料と
が相対的に移動すると、非磁性金属材料に渦電流が生じ
る。この微少磁界変化を磁気抵抗素子を利用して検出す
る。磁気抵抗素子は直流定電圧駆動源で動作し、磁界発
生手段は永久磁石やコイル等からの直流的な磁界とし
た。

【０００６】上記渦電流によって発生する磁界は、被検
出体の走行方向に傾きをもつので、この磁界の傾きを少
なくとも２つ以上の磁界変化に感応する磁気抵抗素子と
発磁手段とを、非磁性金属材料の表面や裏面に配置し
た。

【０００７】磁界変化に感応する磁気抵抗素子の磁気バ
イアス発磁手段と渦電流を発生させるための発磁手段を
一体に構成することもある。

【０００８】半導体磁気抵抗素子は、温度係数が大き
く、また、磁性薄膜素子は擾乱磁界変化に弱いので、磁
気抵抗素子は２素子を一対とし近接して配置し、さらに
分圧回路を構成する。

【０００９】さらに、磁気抵抗素子を面状に多数配置
し、ブリッジ回路を構成したり、素子から得られる信号
を単独にとりだして、素子から得られる平面状の過電流
状態をコンピュ−タで分析処理をすることもある。

【００１０】

【発明の実施の形態】

【００１１】

【作用】図１は、渦電流発生のメカニズムを説明するた
めの原理図を図示したものである。図中１は、すでに述
べた非磁性金属材料であって、当該非磁性金属材料は、
電気抵抗値や導電率に差があるものの、おおむね電気的
な導体である。いまこの非磁性導体１が図示していない
動力源に機械的に接続されたロ−ラ２によって駆動さ
れ、矢印の方向に移動し、かつ、この非磁性導体１、被
検出体の近傍に発磁体３が近接して配置されていると、
この導体に渦電流が生じることは良く知られている。と
ころでこのようにして発生した渦電流は、同一導体中で
は短絡回路を構成するので、この渦電流によって磁界も
発生する。つまり、発磁体の近傍や併設した状態で検出
手段４を設置すれば、渦電流によって発生した磁界が検
出できるものと推察できる。さらに、この磁界の強弱
は、非磁性導体１の移動速度や、印加した磁界の強さが
一定で有っても、非磁性導体、被検出体の抵抗率や抵抗
値によって変化することは、機械的な振動現象で良く用
いれているマグネチックダンピング効果として知られて
いるが、定量的に精度良く測定した事例は少ない。以上
述べたように、磁気センサによって非磁性材料の材質を
特定するためには、まず被検出体が電気的に導体である
こと、磁界が加えられること、さらに被検出体か発磁手
段かのいずれかが相対的に移動することの３つの要件を
必要とする。

【００１２】図２は従来から多用されている、半導体磁
気センサによる紙幣中の磁性材料を検出するための磁気
センサの基本的な構成例を図示したものである。図にお
いて、磁気センサの筐体を１点破線で示し、当該筐体中
には、マグネット２２が磁気抵抗素子ＭＲ1とＭＲ2の背
面に装着され磁気バイアスが付与される。また、それぞ
れの磁気抵抗素子ＭＲ1、ＭＲ2は、図示したように直列
に接続され、謂ゆる分圧回路が構成される。さらに、分
圧回路には直流電源２４が接続されている。いま、前述
のように磁気抵抗素子を接続して磁性体２３が矢印の方
向に移動し、磁気抵抗素子ＭＲ1に近づけば、磁気バイ
アスマグネットの磁束がＭＲ1の抵抗素子に集中して磁
気バイアス磁界より高くなり、磁気抵抗素子ＭＲ1の抵
抗値が増加する。この磁性体がさらに移動し、磁気抵抗
素子ＭＲ2に近づくと素子ＭＲ1に加わる磁界が減少し、
磁気バイアス抵抗値に近い値に復帰すると共に、磁気抵
抗素子ＭＲ2の磁界が増加して、その抵抗値も増加す
る。このようにして磁気抵抗素子の抵抗値変化が分圧回
路によって、電圧変化となり、この分圧回路の中点を介
して増幅回路２５に接続され増幅された後、出力端子２
６に出力電圧を送出する。

【００１３】さらに、図２に示すの磁気センサ回路で
は、磁気バイアス用マグネットからのバイアス磁界他、
均一な磁界が素子ＭＲ1、とＭＲ2に外部から同時に均等
に加えられたり、磁界が変化同時に与えられたりしたと
き、例えば、磁気抵抗素子の長手方向が走行方向に対し
て平行の方向に配置したとすれば、磁性体が接近しても
両素子の抵抗値は、相対的に増加するだけで分圧回路の
出力電圧は、変化しない。つまり、出力信号が得られな
いことである。

【００１４】図３、（イ）、（ロ）は被検出体に磁界が
加えられた状態で、かつ、当該被検出体が定速度で移動
したときの仮想渦電流と磁界との関係を示す模式図であ
る。また、（イ）は非磁性体金属、被検出体の渦電流の
状態を模式的に示し、（ロ）は、発磁手段近傍の渦電流
と、この渦電流によって発生する磁界の様子を模式的に
図示したものである。同図（イ）において、マグネット
３が空隙をもって非磁性金属導体１の近傍に配置され、
被検出体１か発磁手段３のいずれかが、実線矢印で示す
方向に定速状態を保ちながら移動したとすれば、導体１
には渦電流ｉが生じる。図（イ）中にこの渦電流の軌跡
状態をｉで示す。所で、この渦電流を細部にわたって検
討すると、同図（ロ）のマグネット周辺の詳細図に示す
ように、マグネットの中心部の渦電流ｉ1,ｉ2,ｉ3が互
いに逆向きに流れてキャンセルされ、結局、渦電流の流
れは、同図（ロ）Ｉ’、I''と太線矢印で示すようにマ
グネットの走行方向の辺の近くに強く流れる。この渦電
流によって発生する磁界は、右ネジの法則に従い、マグ
ネットの先端部では、Ｈ’’で示すように発磁手段の磁
界に対して逆むきに反発するように、また、マグネット
の後端部ではＨ’で示す同一方向になり吸引するように
発生する。つまり、マグネットの縁端部付近で強い磁界
が発生し、後縁と前縁でＨ’，Ｈ’’で示すように逆向
きの磁界が発生することになる。

【００１５】図４は磁気抵抗素子の磁界特性の１象限の
み図示したもので、横軸は磁界、縦軸は抵抗値である。
すでに述べたように、磁気抵抗素子の低磁界での磁界感
度は、低く高磁界での感度が良いので、磁気抵抗素子に
磁気バイアスＢｂを加え、つまり、磁界動作点を磁界Ｂ
ｂに移し、この磁界に相当した抵抗値Ｒｂを中心にした
磁界変化によって検出動作が行われる。そこで、磁性体
による磁界変化では、磁気抵抗素子に近接してくる磁性
体によって磁界が集中することで抵抗素子の抵抗値が増
加する現象を利用するので、磁性体の接近によって磁界
抵抗値ＲｂがＲｂ1の方向にのみ変化する。さらに、分
圧回路を構成する２素子は、走行方向に対して素子の長
手方向が直角になるように被検出体に対して並置する
が、本願による渦電流による磁界変化を検出するときに
は、すでに図３で示した関係から、磁気バイアスに渦電
流による磁界が加えられたり、逆に減じられたりする。
つまり、磁界抵抗値はＲｂからＲｂ1やＲｂ2に変化した
りする。このような仮説にもとずき、さらに、発磁手段
を角状マグネットとすれば、渦電流による磁界検出は、
磁気抵抗素子の向きに関係なく、また、４縁端部のいず
れかに配置することも可能である。ただ、面方向に移動
を伴った渦電流によって発生する磁界Ｈ’とその逆極，
Ｈ’’の間隔は、移動方向で狭まり、直角方向で広がる
ものと予想され、素子の最適配置位置は、移動方向で
は、マグネットの縁端からマグネットの内側になるもの
と推察でき、また、移動方向と直角方向の縁端では、マ
グネットの縁端から離れた所に最適値が有ると予想され
る。したがって、本発明による非磁性金属材料の検出方
法では被検出体の移送速度や磁界発生手段の形状によっ
て素子の最適配置位置を決定することが要求される。し
かしながら、磁性体検出センサと異なり、磁気抵抗素子
の形状は角形に限定されこともなく、分解能や印加電圧
が許せば正４角形やコルビノ素子のような円形の素子で
あっても良い。また、この過電流検出方法の分解能は、
発磁手段と素子の形状や面積に依存することでもある。
さらに、走行方向が同一方向であれば、磁気抵抗素子を
ただ１素子のみを用いた渦電流による検出では、マグネ
ットの端部のどこに素子が置かれたかによって、図４の
特性曲線でＲｂの抵抗値がＲｂ1に変化するか、あるい
は、Ｒｂ2に変化するかが決定される。つまり、磁気抵
抗素子は、必要とされる磁気バイアス値が十分得られれ
ば、必ずしも磁気バイアスマグネット上に配置する必要
もなく、マグネットの近傍に配置し、渦電流による磁界
変化を最も受けやすい場所に配置することが好ましい。
以上詳述したように、本発明に依る磁気抵抗素子による
非磁性金属材料の検出方法は、現在多用されている、紙
幣識別用磁気センサと一見形状が同じように見えても、
その機能作用が全く別異なものである。

【００１６】

【実施例１】図５は本発明第１の実施例を図示したもの
である。本発明での一つの要素になる、移動手段には、
すでに前述したコンベア式で被検出体を移送したり、回
転体上に取り付けたり、非磁性移動杆の先端に発磁手段
と磁気抵抗素子を配置し、被検出体の表面を往復運動さ
せたりして被検出体表面を走査させるなどの手法がある
が、図では走査手法の中から特に選定した一例を図示し
たものである。図では非磁性枠体５１に被検出体１のガ
イド溝５２を構成し、このガイド溝５２の任意な位置に
２個の磁気抵抗素子ＭＲ1,ＭＲ2と発磁手段３とを、す
でに詳述した内容に従って配置した。被検出体１は、ガ
イド溝を滑落自然落下により実線で示した矢印方向に移
送され、発磁手段３と、この発磁手段の近傍に配置され
た磁気抵抗素子ＭＲ1、ＭＲ2に接触あるいは僅かな空隙
をもって通過させることで、被検出体１に発生する磁界
変化を検出する。非磁性金属材料の性状は、後で詳述す
るように磁気抵抗素子ＭＲ1,ＭＲ2によって出力される
電位を増幅した出力電圧や、そのパルス巾によって判定
する。この枠体１は、重力方向に平行に設置したり、図
示したように傾きを持って設置したりする。

【００１７】上記、第１の実施例として非磁性金属材料
の検出結果例について以下述べる。第１実施例では図５
中に示すように２個の磁気抵抗素子ＭＲ1、ＭＲ2を直列
に接続し、その両端に５Ｖの定電圧を印加する。その磁
気抵抗素子の接続点から出力される出力電圧をゲイン８
０ｄＢの交流増幅回路に導き増幅する。発磁手段として
永久磁石を前述した一対の磁気抵抗素子の背面に配置す
る。なお、一対の磁気抵抗素子と永久磁石は固定した。
以上のように構成した磁気抵抗素子の表面にそって、図
５に示すように非磁性金属材料をガイド溝５２にそって
自然落下によって滑落させながら移動させる。非磁性金
属材料として厚み３ｍｍの銅、アルミニュウム、真鍮の
３種類を移動させたときの磁気抵抗素子の出力電圧を図
６に示す。図６の横軸は時間、縦磁気軸は出力電圧であ
る。このような構造で出力電圧のピ−ク値はその素材に
よって固有な値になることが解る。本発明ではこのピ−
ク値を周知な回路処理を用いて比較することにより材質
の判別を行った。

【００１８】図７は、被検出体１の傷を想定したサンプ
ルのデ−タである。非磁性金属材料として厚み３ｍｍの
アルミニュウムを使用し、段差を０．１ｍｍ、０．３ｍ
ｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍとしそれぞれを移動させた
時の出力電圧を図７示す。図７の横軸は時間、縦軸は、
出力電圧である。この結果から得られる知見は、段差の
深さの差異によって、出力波形の窪み部分で出力電圧に
差が発生する。この出力電圧の差を比較することによっ
て、段差の深さを検出することができる。ここでは被検
出体にアルミニュウムを用い、その段差を検出したが、
図を省略したが、他の非磁性金属材料でも当然出力電圧
値は、異なるものの述上と同様の結果が得られた。

【００１９】図８は、被検出１体の穴径の検出デ−タで
ある。図５に示す装置で穴のあいた非磁性金属材料を移
動させる。被検出体として厚み３ｍｍの真鍮を用い、そ
の穴径をφ２ｍｍ、φ３ｍｍ、φ４ｍｍ、φ５ｍｍと
し、それぞれを移動させた時得られた出力電圧を図８に
示す。図８横軸は時間、縦軸は出力電圧である。このデ
−タからわかるように出力波形の穴径に相当する部分に
時間に差が出ることがわかる。この時間の差を比較する
ことによって穴径を検出した。被検出体を真鍮板のほぼ
中央部に開けた穴を検出したがその位置は、板中のいず
れの位置でも良く、また、他の非磁性金属材料でも検出
できた。

【００２０】図９は寸法差の検出例である。被検出体を
図５の方式によって移動させる。被検出体に真鍮を用
い、移動方向の寸法を１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍと
し、それぞれを移動させた時の出力電圧を図９に示す。
図９では横軸は時間、縦軸は出力電圧である。このデ−
タから出力されるパルス巾の時間に差が出ることがわか
る。この時間の差を比較することによって非磁性金属材
料の移動方向に対する大きさを検出した。他の非磁性金
属材料でも出力レベルは異なるもののこの傾向は同一で
ある。

【００２１】ここでは被検出体の厚みの検出例を説明す
る。被検出体をアルミニュウムとし、厚みを２ｍｍ、３
ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとし、それぞれを移動させた時の
出力電圧を図１０に示す。図１０の横軸は時間、縦軸は
出力電圧である。このような構造で出力電圧のピ−ク値
を比較することで、非磁性金属材料の厚みを検出するこ
とができるが、材質差と厚み差による出力電圧値が重な
ることもある。このような場合にはホトセンサなどの補
助手段などと併合し、あらかじめ厚みを確認することで
精度が一段と向上する。

【００２２】

【実施例２】自然落下の移送方法では、被検出体１に速
度にブレ−キが掛かったり、浮き上がりが発生する。こ
れは、非磁性体被検出体に生じる渦電流による磁界によ
るが、被検出体の重量や形状と発磁手段の形状によりそ
の状態が異なる。しかしながら、すでに詳述したよう
に、渦電流検出に用いる発磁手段の寸法は、分解能を高
めるときは小形にしなければいけないし、場合によって
は大きなものとなることもある。このように発磁手段が
種々な形状になると、被検出体のブレ−キ状態や浮き上
がりが種々なものとなる。第２の実施例では、このよう
な条件変化を調整するための補助マグネットを付加した
ものである。図中以下、図１２では図５と同一機能のも
のは、同一番号を付番し、新たなものは新規な番号を付
番した。図１２中では非磁性枠体５１に被検出体１のガ
イド溝５２を構成し、このガイド溝５２の任意な位置に
２個の磁気抵抗素子ＭＲ1,ＭＲ2と、さらに、発磁手段
３を配置するが、第２の実施例では、この発磁手段３に
加え補助マグネット３１を付加した。まず、被検出体１
が図示していない投入口に投入されると、当該被検出体
１は、ガイド溝５２を滑落しながら自然落下により実線
矢印方向に移送される。しかしながら、枠体５１が垂直
に近い状態に設置されると、当然ガイド溝と被検出体の
寸法には余裕を持たせたり、溝の開口面積と寸法の異な
る被検出体１を投入することもあるので、当該被検出体
１は、滑落底面１２に接触したりしなかったりと種々な
滑落状態を呈する。さらに、この状態は、被検出体が発
磁手段３にさしかかると倍加され、検出特性に大きなば
らつきが生じる。第２の実施例では、発磁手段３と投入
口の間に少なくても１個以上の補助マグネット３２を滑
落面１２とマグネット間を種々な形状の被検出体１が通
過できる間隔をもって配置する。このように構成した第
２の実施例では、投入された被検出体は、がたつきなが
らガイド溝にそって滑落する。しかしながら、補助マグ
ネット３２にさしかかると、渦電流が被検出体に発生
し、滑落面１２に押しつけられる方向に軌道修正しなが
ら滑落する。そして、発磁手段３にさしかかるときは、
補助マグネットにより修正された軌道から被検出体の重
量や電気抵抗、また、導電率にしたがって矯正された状
態でわずかに浮き上がりながら、この発磁手段３の近傍
に配置された磁気抵抗素子ＭＲ1、ＭＲ2にピエゾ雑音が
発生しない程度に接触、あるいは僅かな空隙をもって通
過すると共に、被検出体１に発生する磁界変化を検出す
る。非磁性金属材料の性状は、すでに詳述したように磁
気抵抗素子ＭＲ1,ＭＲ2の抵抗値の変化に相当した電位
を増幅回路で増幅した後、その出力電圧やパルス巾によ
って判定する。以上詳述したように本発明は、非磁性金
属体に発生する渦電流の微少な磁界差で非磁性金属材料
の性状が判定できる非磁性金属材料の検出方法を提供す
るものである。

【００２３】

【実施例３】図３に第３の実施例の側断面図を図１３に
示す。第３の実施例では、裏面或いは表面の傷がどの面
に有るかを識別しょうとするものである。図１３では図
５と同一機能のものは、同一番号を付番し、新たなもの
は新規な番号を付番した。図１２と同様に図１３中では
非磁性枠体５１に被検出体１のガイド溝５２を構成し、
このガイド溝５２の任意な位置の検出面に１対の磁気抵
抗素子ＭＲ1,ＭＲ2とさらに１対の磁気抵抗素子ＭＲ
1’、ＭＲ2’を発磁手段３、３’の表面に独立して配置
し、それぞれの磁気抵抗素子の隙間を被検出体１が通過
するように構成した。さらに、第三の実施例では、この
発磁手段３、３’に加え補助マグネット３２、３３を付
加したものである。

【００２４】まず、被検出体１が図示していない投入口
に投入されると、当該被検出体１は、ガイド溝５２を滑
落しながら自然落下により実線矢印方向に移送される。
この被検出体１は、まず補助マグネット３２、３３の部
分にさしかかるが、このマグネットの表面着磁が同極で
構成されているときには被検出体１は、通路のほぼ中心
部分を通過する。そして、その状態を保ちながら、さら
に滑落して発磁手段３、３’の表面に図示したように装
着した磁気抵抗素子ＭＲ1、ＭＲ2と、磁気抵抗素子ＭＲ
1’、ＭＲ2’との間にさしかかり、もし、３、３’の発
磁手段が同極に着磁され、かつ、同一強度のマグネット
で構成してあれば、被検出体１は通路のほぼ中心部を通
過する。図示した補助マグネットや発磁手段が、さらに
もし、異極で構成してあれば、被検出体１は、磁気抵抗
素子ＭＲ1かＭＲ2による検出部に近いところか或いは、
磁気抵抗素子ＭＲ1’、ＭＲ2’に近接して通過する。被
助マグネットや発磁手段の磁極の与えかたは、Ｎ極が表
面で構成されたり、Ｓ極を構成したりするが、この極性
は、検出対象物の表面状態によって適宜選択する。この
ように構成した第３の実施例では、投入された被検出体
１の通過に伴いそれぞれの磁気抵抗素子に、すでに述べ
た内容に従って抵抗値の変化を与える。１対の磁気抵抗
素子ＭＲ1,ＭＲ2とＭＲ1’,ＭＲ2’は、それぞれ独立し
て分圧回路を構成し、磁気抵抗素子の抵抗値の変化に相
当した電位がそれぞれ取り出される。また、それぞれの
磁界変化によって得られた信号は、図示していない信号
処理回路に導かれ、その信号の差異を判定することで形
状や表面状態を判定する。

【００２５】

【発明の効果】磁気抵抗素子と発磁手段、或いは、被検
出体の移動によって、非磁性金属材料の材質や、形状、
凹凸、板厚等が精度良く検出できた。また、磁気抵抗素
子の駆動電源も簡略に構成でき、複雑な信号処理回路を
必要としないばかりでなく、簡単に被検出体の移送手段
が構成できるので、コインセレクタ−でのイミテイショ
ン防止や遊技場のコインや硬貨等の材質や形状を容易に
検出することができると共に、コイン選別機等の小型化
が可能となった。さらに、非磁性材料の形状、凹凸、板
厚等が精度よく検出できるため、偽造硬貨の検出ができ
る効果を有する非磁性金属材料の検出方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】原理図

【図２】磁気センサの基本構成図

【図３】（イ）被検出体の渦電流の模式図（ロ）渦電流と磁界の拡大模式図

【図４】磁気抵抗素子の磁界特性と磁気バイアス値

【図５】実施例１の鳥瞰図

【図６】実施例１による金属の種類の検出検出結果

【図７】実施例１による金属の段差の検出結果

【図８】実施例１による金属の穴の検出結果

【図９】実施例１による寸法差の検出結果

【図１０】実施例１の厚み差の検出結果

【図１２】第二の実施例の構成図

【図１３】第三の実施例の側破断面図

【符号の説明】

１被検出体２駆動ロ−ラ３、３’ 発磁手段１２滑落面２１磁気センサ２２マグネット２３磁性体２４電源２５増幅回路２６出力端子３２、３３補助マグネット５１枠体５２ガイド溝Ｂ磁界Ｂ1、Ｂ2 微少磁界変化点Ｂｂ磁気バイアス値ｉ渦電流の軌跡Ｉ，Ｉ’ 有効渦電流ｉ1，ｉ2，ｉ3 仮想渦電流Ｈ磁界Ｈ’，Ｈ’’渦電流による有効磁界ＭＲ1、ＭＲ2,ＭＲ1',ＭＲ2' 磁気抵抗素子Ｒ抵抗値Ｒｂ磁気バイアス点の磁気抵抗値Ｒｂ1 微少磁界変化による抵抗値Ｒｂ2 微少磁界変化による抵抗値Ｎ，Ｓ磁極 φ 穴径の記号

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１２月１０日（１９９８．１２．
１０）

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】磁気抵抗素子による非磁性金属材料の
検出方法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、渦電流によって生
じる磁界の変化が非磁性金属材料形状や厚み、重量、
傷、凹凸、導電率、抵抗値などの性状により変化するこ
とに着目して、その磁界変化を半導体磁気抵抗素子や薄
膜形磁気抵抗素子と、その近傍に設置した発磁手段とに
よる併合作用によって性状を明らかにする非磁性金属材
料の検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非磁性金属材料の大きさや凹凸等
の形状を検出する場合には、ポットコア誘導子を用い
て、非磁性金属材料が近接したときのポットコア誘導子
のインダクタンスの変化を検出したり、励磁コイルと受
信コイルとの間を非磁性金属材料を通過させることによ
り、電磁遮蔽効果を利用して検出したり、フェライトコ
アにコイルを巻き、高周波数域でのインピーダンス変
化、謂ゆるＭＩ効果によって検出したりする。つまり、
別名サーチコイルやフラックスゲイトなどと呼ばれてい
るものもこの種検出手段の範脆である。しかしながら、
この種磁気センサは、巻き線を主体にしているため、コ
イルの開口面や３軸のいずれの方向からも擾乱磁界を検
出するため、再現性や安定性に問題がある。一方、すで
に周知なように磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、紙
幣等のインクに含まれている磁性体を検出したり、磁性
材歯車の検出等に代表されるように、磁性材料の検出手
段として開示、実用化されている。

【０００３】また、磁気抵抗素子では、低磁界感度が低
い為に磁気抵抗素子の背面や、被検出体を狭間した対向
面に永久磁石を配設して磁気バイアスを加えるものも開
示されている。さらに、検出分解能を向上するために、
磁気抵抗素子の背面に磁気バイアス用マグネットを装着
し、被検出体を介して狭間した対向面に磁気抵抗素子と
磁性ヨークを配置した磁性体の検出用センサもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポット
コアを用いた非磁性金属材料の検出法、例えば、すでに
周知な硬貨の選別器では、微少な凹凸を検出ときは、ポ
ットコア誘導子を小さくする必要があるが、その構成要
件から小型化が難しいために微少な凹凸の検出は困難で
あった。また、フェライトコアにコイルを巻き、高周波
領域でのインピーダンス変化によって検出しようとした
場合には、漏れ磁束の影響によって本来検出しようする
対象物以外、例えば、その周辺の配置された材料によっ
てもインピーダンスが変化するので、安定性、再現性、
Ｓ／Ｎ上に問題があった。そして、前述したものの多く
は高周波での交流動作のため、その駆動回路や、信号処
理回路が複雑となる問題点もあった。さらに、異種類の
硬貨を判別するためには形状が異なるセンサを多数配置
せねばならなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】磁界と非磁性金属材料と
が相対的に移動すると、非磁性金属材料に渦電流が生じ
る。この微少磁界変化を磁気抵抗素子を利用して検出す
る。磁気抵抗素子は直流定電圧駆動源で動作させ、磁界
発生手段は永久磁石やコイル等からの直流的な磁界とし
た。

【０００９】さらに、磁気抵抗素子を面状に多数配置
し、ブリッジ回路を構成したり、素子から得られる信号
を単独にとりだして、素子から得られる平面状の過電流
状態をコンピュータで分析処理をすることもある。

【００１０】

【発明の実施の形態】

【００１１】

【作用】図１は、渦電流発生のメカニズムを説明するた
めの原理図を図示したものである。図１中１は、すでに
述べた非磁性金属材料であって、当該非磁性金属材料
は、電気抵抗値や導電率に差があるものの、おおむね電
気的な導体である。いまこの非磁性導体１が図示してい
ない動力源に機械的に接続されたローラ２によって駆動
され、矢印の方向に移動し、かつ、この非磁性導体１、
被検出体の近傍に発磁体３が近接して配置されている
と、この導体に渦電流が生じることは良く知られてい
る。ところでこのようにして発生した渦電流は、同一導
体中では短絡回路を構成するので、この渦電流によって
磁界も発生する。つまり、発磁体の近傍や併設した状態
で検出手段４を設置すれば、渦電流によって発生した磁
界が検出できるものと推察できる。さらに、この磁界の
強弱は、非磁性導体１の移動速度や、印加した磁界の強
さが一定で有っても、非磁性導体、被検出体の抵抗率や
抵抗値によって変化することは、機械的な振動現象で良
く用いれているマグネチックダンピング効果として知ら
れているが、定量的に精度良く測定した事例は少ない。
以上述べたように、磁気センサによって非磁性材料の材
質を特定するためには、まず被検出体が電気的に導体で
あること、磁界が加えられること、さらに被検出体か発
磁手段かのいずれかが相対的に移動することの３つの要
件を必要とする。

【００１２】図２は従来から多用されている、半導体磁
気センサによる紙幣中の磁性材料を検出するための磁気
センサの基本的な構成例を図示したものである。図２に
おいて、磁気センサの筐体を１点破線で示し、当該筐体
中には、マグネット２２が磁気抵抗素子ＭＲ１とＭＲ２
の背面に装着され磁気バイアスが付与される。また、そ
れぞれの磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２は、図示したよう
に直列に接続され、謂ゆる分圧回路が構成される。さら
に、分圧回路には直流電源２４が接続されている。い
ま、前述のように磁気抵抗素子を接続して磁性体２３が
矢印の方向に移動し、磁気抵抗素子ＭＲ１に近づけば、
磁気バイアスマグネットの磁束がＭＲ１の抵抗素子に集
中して磁気バイアス磁界より高くなり、磁気抵抗素子Ｍ
Ｒ１の抵抗値が増加する。この磁性体がさらに移動し、
磁気抵抗素子ＭＲ２に近づくと素子ＭＲ１に加わる磁界
が減少し、磁気バイアス抵抗値に近い値に復帰すると共
に、磁気抵抗素子ＭＲ２の磁界が増加して、その抵抗値
も増加する。このようにして磁気抵抗素子の抵抗値変化
が分圧回路によって、電圧変化となり、この分圧回路の
中点を介して増幅回路２５に接続され増幅された後、出
力端子２６に出力電圧を送出する。

【００１３】さらに、図２に示すの磁気センサ回路で
は、磁気バイアス用マグネットからのバイアス磁界の
他、均一な磁界が素子ＭＲ１、とＭＲ２に外部から同時
に均等に加えられたり、磁界変化が同時に与えられたり
したとき、例えば、磁気抵抗素子の長手方向が走行方向
に対して直角の方向になるよう配置したとすれば、磁性
体が接近しても両素子の抵抗値は、相対的に増加するだ
けで分圧回路の出力電圧は、変化しない。つまり、出力
信号が得られないことである。

【００１４】図３、（イ）、（ロ）は被検出体に磁界が
加えられた状態で、かつ、当該被検出体が定速度で移動
したときの仮想渦電流と磁界との関係を示す模式図であ
る。また、（イ）は非磁性体金属、被検出体の渦電流の
状態を模式的に示し、（ロ）は、発磁手段近傍の渦電流
と、この渦電流によって発生する磁界の様子を模式的に
図示したものである。同図（イ）において、マグネット
３が空隙をもって非磁性金属導体１の近傍に配置され、
被検出体１か発磁手段３のいずれかが、実線矢印で示す
方向に定速状態を保ちながら移動したとすれば、導体１
には渦電流ｉが生じる。図（イ）中にこの渦電流の軌跡
状態をｉで示す。所で、この渦電流を細部にわたって検
討すると、同図（ロ）のマグネット周辺の詳細図に示す
ように、マグネットの中心部の渦電流ｉ１，ｉ２，ｉ３
が互いに逆向きに流れてキャンセルされ、結局、渦電流
の流れは、同図（ロ）Ｉ’、Ｉ’’と太線矢印で示すよ
うにマグネットの走行方向の辺の近くに強く流れる。こ
の渦電流によって発生する磁界は、右ネジの法則に従
い、マグネットの先端部では、Ｈ’’で示すように発磁
手段の磁界に対して逆むきに反発するように、また、マ
グネットの後端部ではＨ’で示す同一方向になり吸引す
るように発生する。つまり、マグネットの縁端部付近で
強い磁界が発生し、後縁と前縁でＨ’，Ｈ’’で示すよ
うに逆向きの磁界が発生することになる。

【００１５】図４は磁気抵抗素子の磁界特性の１象限の
み図示したもので、横軸は磁界、縦軸は抵抗値である。
すでに述べたように、磁気抵抗素子の低磁界での磁界感
度は、低く高磁界での感度が良いので、磁気抵抗素子に
磁気バイアスＢｂを加え、つまり、磁界動作点を磁界Ｂ
ｂに移し、この磁界に相当した抵抗値Ｒｂを中心にした
磁界変化によって検出動作が行われる。そこで、磁性体
による磁界変化では、磁気抵抗素子に近接してくる磁性
体によって磁界が集中することで抵抗素子の抵抗値が増
加する現象を利用するので、磁性体の接近によって磁界
抵抗値ＲｂがＲｂ１の方向にのみ変化する。さらに、分
圧回路を構成する２素子は、走行方向に対して素子の長
手方向が平行になるように被検出体に対して並置する
が、本願による渦電流による磁界変化を検出するときに
は、すでに図３で示した関係から、磁気バイアスに渦電
流による磁界が加えられたり、逆に減じられたりする。
つまり、磁界抵抗値はＲｂからＲｂ１やＲｂ２に変化し
たりする。このような仮説にもとずき、さらに、発磁手
段を角状マグネットとすれば、渦電流による磁界検出
は、磁気抵抗素子の向きに関係なく、また、４縁端部の
いずれかに配置することも可能である。ただ、面方向に
移動を伴った渦電流によって発生する磁界Ｈ’とその逆
極性となる，Ｈ’’の間隔は、移動方向で狭まり、直角
方向で広がるものと予想され、素子の最適配置位置は、
移動方向では、マグネットの縁端からマグネットの内側
になるものと推察でき、また、移動方向と直角方向の縁
端では、マグネットの縁端から離れた所に最適値が有る
と予想される。したがって、本発明による非磁性金属材
料の検出方法では被検出体の移送速度や磁界発生手段の
形状によって素子の最適配置位置を決定することが要求
される。しかしながら、磁性体検出センサと異なり、磁
気抵抗素子の形状は角形に限定されることもなく、分解
能や印加電圧が許せば正４角形やコルビノ素子のような
円形の素子であっても良い。また、この渦電流検出方法
の分解能は、発磁手段と素子の形状や面積に依存するこ
とでもある。さらに、走行方向が同一方向であって、磁
気抵抗素子をただ１素子のみを用いた渦電流による検出
では、マグネットの端部のどこに素子が置かれたかによ
って、図４の特性曲線でＲｂの抵抗値がＲｂ１に変化す
るか、あるいは、Ｒｂ２に変化するかが決定される。つ
まり、磁気抵抗素子は、必要とされる磁気バイアス値が
十分得られれば、必ずしも磁気バイアスマグネット上に
配置する必要もなく、マグネットの近傍に配置し、渦電
流による磁界変化を最も受けやすい場所に配置すること
が好ましい。以上詳述したように、本発明に依る磁気抵
抗素子による非磁性金属材料の検出方法は、現在多用さ
れている、紙幣識別用磁気センサと一見形状が同じよう
に見えても、その機能作用が全く別異なものである。

【００１６】

【実施例１】図５は本発明第１の実施例を図示したもの
である。本発明での一つの要素になる、移動手段には、
すでに前述したコンベア式で被検出体を移送したり、回
転体上に取り付けたり、非磁性移動杆の先端に発磁手段
と磁気抵抗素子を配置し、被検出体の表面を往復運動さ
せたりして被検出体表面を走査させるなどの手法がある
が、図５では走査手法の中から特に選定した一例を図示
したものである。図５では非磁性枠体５１に被検出体１
のガイド溝５２を構成し、このガイド溝５２の任意な位
置に２個の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２と発磁手段３と
を、すでに詳述した内容に従って配置した。被検出体１
は、ガイド溝を滑落自然落下により実線で示した矢印方
向に移送され、発磁手段３と、この発磁手段の近傍に配
置された磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２に接触あるいは僅
かな空隙をもって通過させることで、被検出体１に発生
する磁界変化を検出する。非磁性金属材料の性状は、後
で詳述するように磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２によって
出力される電位を増幅した出力電圧や、そのパルス巾に
よって判定する。この枠体１は、重力方向に平行に設置
したり、図示したように傾きを持って設置したりする。

【００１７】上記、第１の実施例として非磁性金属材料
の検出結果例について以下述べる。第１実施例では図５
中に示すように２個の磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２を直
列に接続し、その両端に５Ｖの定電圧を印加する。その
磁気抵抗素子の接続点から出力される出力電圧をゲイン
８０ｄＢの交流増幅回路に導き増幅する。発磁手段とし
て永久磁石を前述した一対の磁気抵抗素子の背面に配置
する。なお、一対の磁気抵抗素子と永久磁石は固定し
た。以上のように構成した磁気抵抗素子の表面にそっ
て、図５に示すように非磁性金属材料をガイド溝５２に
そって自然落下によって滑落させながら移動させる。非
磁性金属材料として厚み３ｍｍの銅、アルミニュウム、
真鍮の３種類を移動させたときの磁気抵抗素子の出力電
圧を図６に示す。図６の横軸は時間、縦軸は出力電圧で
ある。このような構造で出力電圧のピーク値はその素材
によって固有な値になることが解る。本発明ではこのピ
ーク値を回路処理を用いて比較することにより材質の判
別を行った。

【００１８】図７は、被検出体１の傷を想定したサンプ
ルのデータである。非磁性金属材料として厚み３ｍｍの
アルミニュウムを使用し、段差を０．１ｍｍ、０．３ｍ
ｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍとしそれぞれを移動させた
時の出力電圧を図７示す。図７の横軸は時間、縦軸は、
出力電圧である。この結果から得られる知見は、段差の
深さの差異によって、出力波形の窪み部分で出力電圧に
差が発生する。この出力電圧の差を比較することによっ
て、段差の深さを検出することができる。ここでは被検
出体にアルミニュウムを用い、その段差を検出したが、
図は省略したが、他の非磁性金属材料でも材料の特性に
従って、当然、出力電圧値は、異なるものの述上と同様
の結果が得られた。

【００１９】図８は、被検出１体の穴径の検出データで
ある。図５に示す装置で穴のあいた非磁性金属材料を移
動させる。被検出体として厚み３ｍｍの真鍮を用い、そ
の穴径をφ２ｍｍ、φ３ｍｍ、φ４ｍｍ、φ５ｍｍと
し、それぞれを移動させた時得られた出力電圧を図８に
示す。図８の横軸は時間、縦軸は出力電圧である。この
データからわかるように出力波形の穴径に相当する部分
に時間に差が出ることがわかる。この時間の差を比較す
ることによって穴径を検出した。被検出体を真鍮板のほ
ぼ中央部に開けた穴として、その穴を検出したがその位
置は、板中のいずれでも良く、また、他の非磁性金属材
料でも検出できた。

【００２０】図９は寸法差の検出例である。被検出体を
図５の方式によって移動させる。被検出体に真鍮を用
い、移動方向の寸法を１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍと
し、それぞれを移動させた時の出力電圧を図９に示す。
図９では横軸は時間、縦軸は出力電圧である。このデー
タから出力されるパルス巾の時間に差が出ることがわか
る。この時間の差を比較することによって非磁性金属材
料の移動方向に対する大きさを検出した。他の非磁性金
属材料でも出力レベルは異なるもののこの傾向は同一で
ある。

【００２１】ここでは被検出体の厚みの検出例を説明す
る。被検出体をアルミニュウムとし、厚みを２ｍｍ、３
ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍとし、それぞれを移動させた時の
出力電圧を図１０に示す。図１０の横軸は時間、縦軸は
出力電圧である。このような構造で出力電圧のピーク値
を比較することで、非磁性金属材料の厚みを検出するこ
とができるが、材質差と厚み差による出力電圧値が重な
ることもある。このような場合にはホトセンサなどの補
助手段などと併合し、あらかじめ厚みを確認することで
精度が一段と向上する。

【００２２】

【実施例２】自然落下の移送方法では、被検出体１の速
度にブレーキが掛かったり、浮き上がりが発生する。こ
れは、非磁性体被検出体に生じる渦電流による磁界によ
るが、被検出体の重量や形状と発磁手段の形状によりそ
の状態が異なる。しかしながら、すでに詳述したよう
に、渦電流検出に用いる発磁手段の寸法は、分解能を高
めるときは小形にしなければいけないし、場合によって
は大きなものとなることもある。このように発磁手段が
種々な形状になると、被検出体のブレーキ状態や浮き上
がりが種々なものとなる。第２の実施例では、このよう
な条件変化を調整するための補助マグネットを付加した
ものである。図１１では図５と同一機能のものは、同一
番号を付番し、新たなものは新規な番号を付番した。図
１１に示した実施例２では非磁性枠体５１に被検出体１
のガイド溝５２を構成し、このガイド溝５２の任意な位
置に２個の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２と、さらに、発
磁手段３を配置するが、第２の実施例では、この発磁手
段３に加え補助マグネット３１を付加した。まず、被検
出体１が図示していない投入口に投入されると、当該被
検出体１は、ガイド溝５２を滑落しながら自然落下によ
り実線矢印方向に移送される。しかしながら、枠体５１
が垂直に近い状態に設置されると、当然ガイド溝と被検
出体の寸法には余裕を持たせたり、溝の開口面積と寸法
の異なる被検出体１を投入することもあるので、当該被
検出体１は、滑落底面１２に接触したりしなかったりと
種々な滑落状態を呈する。さらに、この状態は、被検出
体が発磁手段３にさしかかると倍加され、検出特性に大
きなばらつきが生じる。第２の実施例では、発磁手段３
と投入口の間に少なくても１個以上の補助マグネット３
２を滑落面１２とマグネット間を種々な形状の被検出体
１が通過できる間隔をもって配置する。このように構成
した第２の実施例では、投入された被検出体は、がたつ
きながらガイド溝にそって滑落する。しかしながら、補
助マグネット３２にさしかかると、渦電流が被検出体に
発生し、さらに、この電流によって非検出体に磁界が発
生するがこの磁界作用で非検出体１は、滑落面１２に押
しつけられる方向に軌道修正しながら滑落する。そし
て、発磁手段３にさしかかるときは、補助マグネットに
より修正された軌道から被検出体の重量や電気抵抗、ま
た、導電率にしたがって矯正された状態でわずかに浮き
上がりながら、この発磁手段３の近傍に配置された磁気
抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２にピエゾ雑音が発生しない程度
に接触、あるいは僅かな空隙をもって通過すると共に、
被検出体１に発生する磁界変化を検出する。非磁性金属
材料の性状は、すでに詳述したように磁気抵抗素子ＭＲ
１，ＭＲ２の抵抗値の変化に相当した電位を増幅回路で
増幅した後、その出力電圧やパルス巾によって判定す
る。以上詳述したように本発明は、非磁性金属体に発生
する渦電流の微少な磁界差で非磁性金属材料の性状が判
定できる非磁性金属材料の検出方法を提供するものであ
る。

【００２３】

【実施例３】第３の実施例の側断面図を図１２に示す。
第３の実施例では、裏面或いは表面の傷がどの面に有る
かを識別しようとするものである。図１２では図５と同
一機能のものは、同一番号を付番し、新たなものは新規
な番号を付番した。図１１と同様に図１２中では非磁性
枠体５１に被検出体１のガイド溝５２を構成し、このガ
イド溝５２の任意な位置の検出面に１対の磁気抵抗素子
ＭＲ１，ＭＲ２とさらに１対の磁気抵抗素子ＭＲ１’、
ＭＲ２’を発磁手段３、３’の表面に独立して配置し、
それぞれの一対の磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２とＭＲ
１’、ＭＲ２’の隙間を被検出体１が通過するように構
成した。さらに、第三の実施例では、この発磁手段３、
３’に加え補助マグネット３２、３３を付加したもので
ある。

【００２４】まず、被検出体１が図示していない投入口
に投入されると、当該被検出体１は、ガイド溝５２を滑
落しながら自然落下により実線矢印方向に移送される。
この被検出体１は、まず補助マグネット３２、３３の部
分にさしかかるが、このマグネットの表面着磁が同極で
構成されているときには被検出体１は、通路のほぼ中心
部分を通過する。そして、その状態を保ちながら、さら
に滑落して発磁手段３、３’の表面に図示したように装
着した磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２と、磁気抵抗素子Ｍ
Ｒ１’、ＭＲ２’との間にさしかかり、この際もし、
３、３’の発磁手段が同極に着磁され、かつ、同一強度
のマグネットで構成してあれば、被検出体１は通路のほ
ぼ中心部を通過する。図示した補助マグネットや発磁手
段が、さらにもし、異極で構成してあれば、被検出体１
は、磁気抵抗素子ＭＲ１かＭＲ２による検出部に近いと
ころか或いは、磁気抵抗素子ＭＲ１’、ＭＲ２’に近接
して通過する。被助マグネットや発磁手段の磁極の与え
かたは、Ｎ極や、Ｓ極を構成したり、表面をＮ極Ｓ極で
分割したりするが、この極性を検出対象物の表面状態に
相応して適宜選択する。このように構成した第３の実施
例では、投入された被検出体１の通過に伴いそれぞれの
磁気抵抗素子ＭＲ１、ＭＲ２に、すでに述べた内容に従
って抵抗値の変化を与える。１対の磁気抵抗素子ＭＲ
１，ＭＲ２とＭＲ１’，ＭＲ２’は、それぞれ独立して
分圧回路を構成し、磁気抵抗素子の抵抗値の変化に相当
した電位がそれぞれ取り出される。

【００２５】図１３に信号処理手段のブロックダイヤグ
ラムとして示した。図１３中３１、３１’は、磁気抵抗
素子や磁気バイアスマグネットが筐体中に組み込まれ、
すでに詳述した動作によって非磁性金属の性状や運動に
相応して発生する磁界を電気的な信号に変換するための
検出部を示し、当該検出部３１で検出され、かつ、それ
ぞれの磁界変化によって得られた電気的な信号は、増幅
回路３５、３５’に導かれ、デジィタル信号処理が容易
に行われる信号レベルまで増幅される。そして、この信
号は、比較部３６に導かれ、加算したり、減算したりし
て、表裏面の指紋域の信号抽出や、特異点のみを取り出
すとともに前もって設定された判定要素となる時間差、
電圧値、波形の形状などから正と判定した信号を判定部
３７に、誤であれば返却信号処理部３９に送り出す。こ
の判別部３７は、比較部３６の信号形態をさらに細分化
して、非検出体１の特徴を求めると共に判別信号を作り
だし、制御信号回路３８、３８’、３８’’…３８^ｎに
信号を送出する機能を有する。このように構成した回路
ブロックでは硬貨であれば真偽判定し、図示していない
選別装置に信号を送ったり種別信号を送ったり等の所望
の動作を行わせる。

【００２６】

【発明の効果】磁気抵抗素子と発磁手段、或いは、被検
出体の移動によって、非磁性金属材料の材質や、形状、
凹凸、板厚等が精度良く検出できた。また、磁気抵抗素
子の駆動電源も簡略に構成でき、複雑な信号処理回路を
必要としないばかりでなく、簡単に被検出体の移送手段
が構成できるので、コインセレクターでのイミテイショ
ン防止や遊技場のコインや硬貨等の材質や形状を容易に
検出することができると共に、コイン選別機等の小型化
が可能となった。さらに、非磁性材料の形状、凹凸、板
厚等が精度よく検出できたり、種類の異なる、例えば１
０円硬貨や５００円硬貨等の判別がただ１個の検出手段
により構成できる効果を有する非磁性金属材料の検出方
法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】原理図

【図２】磁気センサの基本構成図

【図４】磁気抵抗素子の磁界特性と磁気バイアス値

【図５】実施例１の鳥瞰図

【図６】実施例１による金属の種類の検出検出結果

【図７】実施例１による金属の段差の検出結果

【図８】実施例１による金属の穴の検出結果

【図９】実施例１による寸法差の検出結果

【図１０】実施例１の厚み差の検出結果

【図１１】第２の実施例の構成図

【図１２】第３の実施例の側破断面図

【図１３】信号処理一例のブロック図

【符号の説明】１被検出体２駆動ローラ３、３’ 発磁手段１２滑落面２１磁気センサ２２マグネット２３磁性体２４電源２５、３５、３５’ 増幅回路２６出力端子３１、３１’ 検出部３２、３３補助マグネット３６比較部３７判別部３８、３８’３８’’…３８^ｎ制御信号回路５１枠体５２ガイド溝Ｂ磁界Ｂ１、Ｂ２微少磁界変化点Ｂｂ磁気バイアス値ｉ渦電流の軌跡Ｉ’，Ｉ’’ 有効渦電流ｉ１，ｉ２，ｉ３仮想渦電流Ｈ磁界Ｈ’，Ｈ’’渦電流による有効磁界ＭＲ１、ＭＲ２，ＭＲ１’，ＭＲ２’ 磁気抵抗素子Ｒ抵抗値Ｒｂ磁気バイアス点の磁気抵抗値Ｒｂ１微少磁界変化による抵抗値Ｒｂ２微少磁界変化による抵抗値Ｎ，Ｓ磁極 φ 穴径の記号

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩崎勲埼玉県羽生市藤井下組1094ニッコ−シ株式会社内Ｆターム(参考） 2F063 AA16 AA41 AA43 BA30 BB02 BC06 BD17 CA08 GA52 2G017 AA01 AB01 AB05 AC04 AC09 AD04 AD05 AD42 AD55 AD61 BA02 BA15 2G053 AA22 AB19 AB21 BA15 BB03 BB10 BC03 BC20 CA03 CA06 DA10 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発磁手段の近傍に設置され、かつ、共同
する磁界変化に感応する少なくとも１つ以上の磁気抵抗
素子と、当該磁気抵抗素子に加える直流電源と、被検出
体となる非磁性金属材料とからなり、非磁性金属材料か
発磁手段の近傍に設置された磁気抵抗素子のいずれかが
移動することによって、非磁性金属材料中に生ずる渦電
流による微少磁界変化を検出するように構成したことを
特徴とした、磁気抵抗素子による非磁性金属材料の検出
方法。
【請求項２】少なくとも２個以上の磁界変化に感応す
る磁気抵抗素子と発磁手段とを、非磁性金属材料の表面
や裏面に配置したことを特徴とした、請求項１記載の磁
気抵抗素子による非磁性金属材料の検出方法。
【請求項３】磁界変化に感応する磁気抵抗素子と、発
磁手段とを一体に構成したことを特徴とした、請求項１
記載の磁気抵抗素子による非磁性金属材料の検出方法。
【請求項４】磁界変化に感応する磁気抵抗素子は２素
子を一対とし、分圧回路を構成したことを特徴とした、
請求項１記載の磁気抵抗素子による非磁性金属材料の検
出方法。