JP2016125861A

JP2016125861A - 磁気ラインセンサ

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Publication number: JP2016125861A
Application number: JP2014265225A
Authority: JP
Inventors: 五十嵐　晋祐; Shinsuke Igarashi; 晋祐五十嵐
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-11
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP6475015B2

Abstract

【課題】隣接する磁石同士の斥力の影響を抑制して、単位磁気ラインセンサモジュールを複数連結することにより、所望長の長さを得ることができるとともに、各単位磁気ラインセンサモジュールにおける各磁気センサの動作が正確となって、幅広い範囲を対象とした高分解能の磁気マッピングをなし得る磁気ラインセンサを提供する。【解決手段】磁気ラインセンサは、基板１の一面には磁気センサをほぼ直線状に複数配置してなり、基板１の他面には磁気センサにバイアス磁界を加える磁石１１を配置してなる単位磁気ラインセンサモジュール３１を、その連結端部では磁石１１における基板１と反対面側が露出するようになし、この露出面に磁性体１１を磁着して単位磁気ラインセンサモジュール３１を複数連結してなる。【選択図】図１１

Description

本発明は、磁性体を検出する磁気センサを直線的に複数配置してなる磁気ラインセンサに関し、特に、単位磁気ラインセンサを複数連接してなる磁気ラインセンサに関する。

従来、紙幣や有価証券等の紙葉類に磁気インクで印刷された磁気パターンを検出するために磁気センサを直線的に複数配置してなる磁気ラインセンサは、種々の構成のものが知られている。例えば、強磁性体薄膜磁気抵抗素子を用いた磁気センサをその長手方向に直線状に複数配置し、紙幣や有価証券等の被検出媒体上の幅方向の磁性体（例えば磁性インク）の分布を、一度の読み取りで検出可能にしたものがある（特許文献１）。

特開２００８−１４５３７９号公報

ところが、近年、磁気パターンの単なる検出にとどまらず、高分解能の磁気マッピングの要望が高まり、特に幅広い範囲にわたり分解能が高い磁気マッピングを可能にする磁気ラインセンサの出現が望まれている。この要望に応えるには、一回の読み取り範囲が広い、長尺の磁気ラインセンサが必要となる。しかしながら、上述した従来の磁気ラインセンサでは、長さが不十分なため、読み取り範囲を複数に分けて繰り返しスキャンする必要があり、前記要望に応えることはできないという問題があった。

この問題を解決するには、長尺状の磁気ラインセンサを実現すればよいのであるが、例えば、単一の磁気センサのパッケージを多数整列実装して長尺化を図った場合は、隣接する磁石では同極同士が対向するので、各磁石間で斥力が生じるために近接実装、あるいは接触実装が困難であり、また、相互干渉も生じるので、高分解能の磁気マッピングをなし得る磁気ラインセンサを得ることは不可能だという不都合がある。ここで、磁石同士を接着剤などで固着しても、クリープ変形による位置ずれが懸念される。また、例えば、磁気センサを一つのモジュールに多数整列配置し、これら各磁気センサに対して一つの長尺状磁石を装着して長尺化を図った場合には、磁気センサの位置精度、コストを考慮すると、各磁気センサを交換可能な構成にすることは困難なので、磁気センサが一つでも不良となれば、モジュール全体が不良になってしまうという不都合がある。加えて、前記長尺状磁石においては、長さに比例して特性のばらつきや形状公差の影響が大きくなり、所望のセンサ性能を得ることができない一方、長尺化を断念して複数の磁石を整列配置しようとすると、上述と同様に磁石間に斥力が生じるという不都合がある。

本発明は、このような不都合を解消して、通常使用されている長さの磁気ラインセンサを、隣接する磁石間で生じる斥力の影響を抑制して、複数連結することによって、高分解能の磁気マッピングをなし得る長尺な磁気ラインセンサを得ることを目的とする。

前記目的を達成するために本発明の請求項１に係る磁気ラインセンサは、基板の一面には磁気センサをほぼ直線状に複数配置してなり、前記基板の他面には前記磁気センサにバイアス磁界を加える磁石を配置してなる単位磁気ラインセンサモジュールを、その連結端部では前記磁石における前記基板と反対面側が露出するようになし、この露出面に磁性体を磁着して複数連結してなるものである。

隣接する磁石の端部同士を、磁性体が跨ぐように磁着して連結することにより、磁石同士の斥力の影響が前記磁性体で抑制される。

同じく前記目的を達成するために本発明の請求項２に係る磁気ラインセンサは、単位磁気ラインセンサモジュールが、一面に磁気センサをほぼ直線状に複数配置してなる基板の他面に、基板と幅及び長さが同一大で磁石を支持したホルダを重ね合わせて固定してなり、このホルダは、長手方向に延びる空間部に前記磁気センサに所望のバイアス磁界を加える状態で磁石を支持するとともに、連結端部に対応する前記基板とは反対面側は開放されて、磁石の端部を露出するように形成してなるものである。

この構成によると、磁石をホルダに支持し、ホルダを基板に固定することにより、磁石と磁気センサとの位置関係が所望の状態となる。

本発明の請求項１に係る磁気ラインセンサによれば、単位磁気ラインセンサモジュールを、隣接する磁石同士の斥力の影響を抑制して、複数連結することにより、所望長の長尺な磁気ラインセンサを得ることができるとともに、各単位磁気ラインセンサモジュールにおける各磁気センサの動作が正確になされるので、単位磁気ラインセンサモジュールを連結してなる長尺な磁気ラインセンサの動作も正確なものとなり、幅広い範囲を対象とした高分解能の磁気マッピングを行うことができるという効果を奏する。
また、本発明の請求項２に係る磁気ラインセンサによれば、前記効果に加えて、各単位磁気ラインセンサモジュールにおいて、基板にホルダを固定することにより、ホルダに支持された磁石を、基板に配置された各磁気センサに対して所望のバイアス磁界を加えることができる位置に配置することができるので、磁気ラインセンサの動作がより正確になされるという効果を奏する。

本発明の一実施形態を示す磁気ライセンサを搭載した基板の平面図。同じく磁気センサの拡大平面図。同じく磁石の斜視図。同じくホルダに磁石を固定した状態の平面図。同じく同状態の側面図。同じく図５のＡ−Ａ線断面図。同じく図５のＢ−Ｂ線断面図。同じく図５のＣ−Ｃ線断面図。同じく単位磁気ラインセンサモジュールの基板側を示す斜視図。同じく単位磁気ラインセンサモジュールの基板とは反対側を示す斜視図。同じく単位磁気ラインセンサモジュールを磁性体で連結した状態の斜視図。他の実施形態の磁性体を用いて単位磁気ラインセンサモジュールを連結した状態の斜視図。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、基板１の一面には、磁気ラインセンサ２が搭載されている。この磁気ラインセンサ２は、センサ配置パターンに基づき、同一構成の磁気センサ３を、多数、狭ピッチで直線状に、前記基板１の幅方向中央に位置するよう配置してなる。そして、基板１の幅方向両側には、各磁気センサ３に対してアンプＩＣ４が１個ずつ設けられている。

磁気センサ３は、図２に示すように、２個の強磁性体薄膜磁気抵抗素子を並列接続したものを単位センサ素子５ａ，５ｂとし、一対の単位センサ素子５ａ，５ｂを直列接続してなる磁気センサ素子６が２個で構成されている。前記磁気センサ素子６は同一構成であり、対となった単位センサ素子５ａ，５ｂの長手方向の対向する一端側に共通の出力端子に接続する素子電極７を設けている。また、一方の単位センサ素子５ａの長手方向の他端側には電源端子に接続する素子電極８を設け、他方の単位センサ素子５ｂの長手方向の他端側には接地端子に接続する素子電極９を設けている。

そして、磁気センサ３は、図示していないが、各２個の強磁性体薄膜磁気抵抗素子５ａａ，５ｂｂの抵抗値変化が差動で出力される回路構成となっており、前記各２個の強磁性体薄膜磁気抵抗素子５ａａ，５ｂｂの間に、磁石のもつ磁界のうち、磁気センサ３の感磁方向の成分がゼロとなる位置がくるよう磁石が配置されることが、正確に動作するための条件となる。図３は前記各単位センサ素子５ａ，５ｂにバイアス磁界を加える磁石を示し、この磁石１１は断面五角形の棒状で、稜１２部分に磁気センサ３の感磁方向の磁界成分がゼロとなる位置が対応している。また、磁石１１の下面には、図１０に示すように、幅方向に延びる細い溝１１ａ，１１ｂが形成されている。

図４及び図５に示すように、ホルダ２１は、磁石１１を配置するための長手方向に延びる空間部２２を有するとともに、両端部と中央部の３ケ所に、下面が開放された上面閉塞部２３ａ，２３ｂ，２４を備え、また、前記上面閉塞部２４に隣接して下面が閉塞された上面開放ブロック部２５ａ，２５ｂを備えている。そして、前記各上面閉塞部２３ａ，２３ｂはホルダ２１の長手方向を二等分する面に対して対称的に構成、配置されている。前記ホルダ２１は合成樹脂製で、金型によって成形されるもので、その幅方向と長手方向の長さはそれぞれ、基板１の幅方向と長手方向の長さと同一に設定されている。図３で理解できるように、前記各上面閉塞部２３ａ，２３ｂと前記各上面開放ブロック部２５ａ，２５ｂの上面は，他の部分よりは若干高いとともに、同一平面上に位置しており、これらの面に基板１が、磁気ラインセンサ２の搭載面とは反対側の面で重ね合わされるものである。

磁石１１は、図６〜図８で理解できるように、各上面閉塞部２３ａ，２３ｂの各内側面において両端部の両側面が支持されるとともに、先端が溝１１ａ，１１ｂに係合する一対のバネ体２６ａ，２６ｂによって上方に付勢されて各上面閉塞部２３ａ，２３ｂ，２４の内上面において稜１２部分が支持された状態で、ホルダ２１に接着剤により固定されている。そして、前記磁石１１は、その稜１２部分が前記ホルダ２１の幅方向の中央に位置する一方、両端部の下面は露出している（図１０参照）。

また、図４〜図８に示すように、ホルダ２１の各上面閉塞部２３ａ，２３ｂには、ホルダ２１と基板１を固定した後に設けるメタルカバー（図示せず）の受け部材２７ａ，２７ｂが一対ずつ設けられている。さらに、ホルダ２１には、磁気ラインセンサを装着する他の部材にホルダ２１を取り付けるための取り付け爪２８ａ，２８ｂが各上面開放ブロック部２５ａ，２５ｂに一対ずつ設けられている。なお、一対のバネ体２６ａ，２６ｂは、前記各上面開放ブロック部２５ａ，２５ｂの各上面閉塞部２３ａ，２３ｂ側に設けられているものである。

図９に示すように、一面に磁気ラインセンサ２を搭載して樹脂で封止した基板１の他面を、ホルダ２１の各上面閉塞部２３ａ，２３ｂと各上面開放ブロック部２５ａ，２５ｂの上面に重ねて、互いの幅方向及び長手方向の各端縁が一致するように位置決めして、接着剤により固定すると、単位磁気ラインセンサモジュール３１が構成される。そして、図１０に示すように、この単位磁気ラインセンサモジュール３１の両端部に位置する磁石１１の下面は、露出状態にある。

このように、基板１とホルダ２１を位置決め、固定することにより、基板１に搭載した磁気ラインセンサ２の各磁気センサ３と、ホルダ２１に支持、固定した磁石１１のもつ磁界のうち、磁気センサ３の感磁方向の成分がゼロとなる位置との関係が所望の状態となる。なお、通常はこの図９状態の単位磁気ラインセンサモジュール３１にメタルカバー（図示せず）を設けて使用に供するものである。そして、各磁気センサ３と、磁石１１のもつ磁界のうち、磁気センサ３の感磁方向の成分がゼロとなる位置との関係が所望の状態になっているので、前記各磁気センサ３に前記磁石１１によって、所望のバイアス磁界が加えられることになり、前記各磁気センサ３が正確に動作することで、単位磁気ラインセンサモジュール３１における磁気ラインセンサ２の動作は正確なものとなる。

次に、単位磁気ラインセンサモジュール３１を複数、磁性体で連結して構成する長尺な磁気ラインセンサについて説明する。図１１に示すように、一つの単位磁気ラインセンサモジュール３１におけるホルダ２１の上面閉塞部２３ａの端面と、もう一つの単位磁気ラインセンサモジュール３１におけるホルダ２１の上面閉塞部２３ｂの端面同士を接合したうえ、各磁石１１の端部露出面に直方体状の磁性体４１を跨がるように磁着して、二つの単位磁気ラインセンサモジュール３１，３１を連結する。この磁性体４１としては、強磁性体であればよく、例えば、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトなどが挙げられる。

この単位磁気ラインセンサモジュール３１，３１の連結においては、各磁石１１，１１の端面同士も接合するが、磁性体４１を介した状態で接合するので、磁性体４１が各磁石１１，１１間での斥力の影響を抑制して、各磁石１１，１１の本来の作用に悪影響を与えることなく、所望のバイアス磁界を各磁気センサ３に加えることができる。このようにして、所望数の単位磁気ラインセンサモジュール３１を、磁性体４１を介して連結することにより、単位磁気ラインセンサモジュール３１の長さの複数倍の長さを有する長尺で、幅広い範囲を対象とした高分解能の磁気マッピングを行うことが可能な磁気ラインセンサを得ることができる。

続いて、磁性体の他の実施形態について説明する。図１２に示すように、磁性体４２は平面形状がＨ字状であり、一対の係止片４２ａ，４２ａと連結片４２ｂとからなる。そして、各単位磁気ラインセンサモジュール３１，３１の接合した各ホルダ２１，２１の上面閉塞部２３ａと上面閉塞部２３ｂの接合面とは反対面側に、前記各係止片４２ａ，４２ａの連結片４２ｂ側の端面が係止した状態で、各磁石１１，１１の端部露出面に磁性体４２が跨がるように磁着して、各単位磁気ラインセンサモジュール３１，３１を連結している。

これら単位磁気ラインセンサモジュール３１，３１は、磁性体４２の各係止片４２ａ，４２ａによって、互いの上面閉塞部２３ａと上面閉塞部２３ｂの離反方向への変位が阻止されるので、連結状態はより強固なものとなる。なお、平面形状がＨ字状の磁性体４２を使用する場合は、前記接合する上面閉塞部２３ａと上面閉塞部２３ｂにおける基板１とは反対面が、磁石１１の露出面よりも突出状態にあることと、前記上面閉塞部２３ａ及び２３ｂと上面開放ブロック部２５ａ及び２５ｂとの間に位置するホルダ２１の基板１とは反対面が、磁石１１の露出面よりも低いか同一高さにあることが必要である。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、例えば断面五角形の棒状の磁石１１に換えて、直方体である棒状の磁石を使用してもよい。この磁石のもつ磁界のうち、磁気センサ３の感磁方向の成分がゼロとなる位置は、通常、幅方向中央を延びる中心線上にある。磁石が直方体である棒状の場合には、ホルダ２１の形状は上下面が開放された枠状で、前記磁石の両端部における両側面を、両側から挟持するように構成してもよい。

また、ホルダ２１に固定した磁石１１のバイアス磁界位置と、基板１に配置した各磁気センサ３の中央部との位置決めを、より正確に行う方法として次のものがある。まず、磁気センサ３をほぼ直線状に複数配置してなる磁気ラインセンサ２を搭載するための基板１の長手方向両端部に、位置決め後に切断除去する一対の切断除去部を設け、これら切断除去部のそれぞれに、前記磁気センサ３を配置する際に基準となる磁気センサ配置面のセンサ配置パターンに基づいて、前記磁気センサ３の配置状態に対応するよう前記磁気センサ３にバイアス磁界を加える磁石１１のもつ磁界のうち、磁気センサ３の感磁方向の成分がゼロとなる位置が位置すべき部分の延長上に第１の位置決め部を形成し、次いで、前記パターンに基づいて基板１に磁気センサ３をほぼ直線状に複数配置する。一方、磁石１１を支持、固定するホルダ２１の長手方向両端部に、位置決め後に切断除去する一対の切断除去部を設け、これら切断除去部のそれぞれに、磁石１１を所定状態で支持したときの磁気センサ３の感磁方向の磁界成分がゼロとなる位置が位置すべき部分の延長上に第２の位置決め部を形成する。そして、前記第１の位置決め部と前記第２の位置決め部とを対応位置させて、前記基板１と前記ホルダ２１とを位置決め固定するのである。

１基板
２磁気ラインセンサ
３磁気センサ
１１磁石
１２稜
２１ホルダ
２２空間部
２３ａ，２３ｂ，２４上面閉塞部
２５ａ，２５ｂ上面開放ブロック部
３１単位磁気ラインセンサモジュール
４１，４２磁性体
４１ａ係止片
４２ｂ連結片

Claims

基板の一面には磁気センサをほぼ直線状に複数配置してなり、前記基板の他面には前記磁気センサにバイアス磁界を加える磁石を配置してなる単位磁気ラインセンサモジュールを、その連結端部では前記磁石における前記基板と反対面側が露出するようになし、この露出面に磁性体を磁着して前記単位磁気ラインセンサモジュールを複数連結してなることを特徴とする磁気ラインセンサ。
前記単位磁気ラインセンサモジュールが、一面に磁気センサをほぼ直線状に複数配置してなる基板の他面に、幅及び長さが基板と同一大で磁石を支持したホルダを重ね合わせて固定してなり、前記ホルダは、長手方向に延びる空間部に前記磁気センサに所望のバイアス磁界を加える状態で磁石を支持するとともに、連結端部に対応する前記基板とは反対面側は開放されて、磁石の端部を露出するように形成してな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。