JP6293272B2 - 磁気センサ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シート状の被検知物に含まれる磁性体(磁気成分)を検出する磁気センサ装置に関する。
従来の磁気センサ装置には、磁気抵抗効果素子(磁気抵抗素子)を形成した基板と、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を加える磁石とからなるものがある(例えば、特許文献1及び2参照)。特許文献1には、強磁性体薄膜磁気抵抗素子の感磁方向のバイアス磁界強度が飽和磁界以下の磁束量となるように永久磁石の位置を調整した磁気センサ装置が開示されている。特許文献2には、基板に設けられた2つの磁気抵抗効果素子を本体ケース内に配置し、その背面側に永久磁石を配置した磁気センサ装置が開示されている。
また、従来の磁気センサ装置には、磁性体キャリア上に磁気抵抗効果素子を形成し、被検知物の搬送経路を挟んでバイアス磁石と磁性体キャリアとを対向させたものがある(例えば、特許文献3参照)。従来の磁気センサ装置には、被検知物に含まれる軟磁性体と被検知物に含まれる硬磁性体との両方を、一つのセンサで検出するものがある(例えば、特許文献4参照)。
特開2008−145379号公報(特に、図3〜図6) 特開2006−317218号公報(特に、図9) 特開2013−217768号公報(特に、図1、図6、図8) WO2013/146755(特に、図2、図13)
磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ装置は、磁気インクなどの磁性体によるバイアス磁界の変化による磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を用いて、磁性体を検出するものである。被検出物である磁性体には、軟磁性体と硬磁性体がある。特許文献1、2、3に開示されるような磁気センサ装置は、硬磁性体の検出を試みても、軟磁性体でも出力が得られるため、硬磁性体のみを検出することが困難になる可能性があるという課題がある。
硬磁性体を検出することが困難になる理由は、被検知物に印加されるバイアス磁界強度が大きすぎるために、軟磁性体と硬磁性体のどちらも磁気出力が飽和し、出力に差が出ないためである。なお、特許文献4の図2に開示された磁気センサ装置は、硬磁性体のみを検出するために、磁気抵抗効果素子を用いるものが開示されているが、磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子用のバイアス磁界との関係が開示されていない。
本発明の目的は、前述のような課題を解決するためになされたものであり、硬磁性体を用いた被検出物を精度良く検出する磁気センサ装置を得ることである。
本発明に係る磁気センサ装置は、磁石に設けられたヨークからヨークの外へ放出される漏れ磁界が印加される磁気抵抗効果素子と、第2ヨークとを備えるものである。この磁気抵抗効果素子は、磁石に対する反対側を検知領域としている。磁気抵抗効果素子は、硬磁性体を含む被検知物が検知領域を通過するときに生じる磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出する。漏れ磁界の大きさは、漏れ磁界が被検知物に印加されて生じる磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化よりも、被検知物の自発磁化による磁界と漏れ磁界との合成によって生じる磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化の方が大きいという条件を満たす。磁石は、被検知物が通過する通過方向に直交する方向に沿って磁極が配列される。ヨークは、磁石における磁気抵抗効果素子と対向する側に形成される。磁気抵抗効果素子は、磁石及びヨークの並び方向に延びる仮想線上に配置される。第2ヨークは、通過方向において、磁石の前端と後端とにおける端部であって磁極面でない面にそれぞれ形成される。
本発明に係る磁気センサ装置は、ヨークの外へ放出される漏れ磁界をバイアス磁界としたので、磁気抵抗効果素子が飽和すること無く、硬磁性体を含む被検出物を精度良く検出することができる。
本発明の実施の形態1に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態1に係る磁気センサ装置における磁気抵抗効果素子の上面からみた上面図である。 本発明の実施の形態2に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態2に係る磁気センサ装置の、磁石3とヨーク4とで形成される磁界を説明する図である。 本発明の実施の形態2に係る磁気センサ装置における磁気抵抗効果素子の上面からみた上面図である。 本発明の実施の形態2に係る磁気センサ装置の検出動作を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る磁気センサ装置の検出原理を説明する磁界変化を示す図である。 本発明の実施の形態3に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態3に係る磁気センサ装置における磁気抵抗効果素子の上面からみた上面図である。 本発明の実施の形態3に係る磁気センサ装置の検出動作を示す図である。 本発明の実施の形態4に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態5に係る磁気センサ装置と比較するための実施の形態2に係る磁気センサ装置の磁気抵抗効果素子に印加されるHy成分を示すグラフである。 本発明の実施の形態5に係る磁気センサ装置と比較するための実施の形態2に係る磁気センサ装置を上面からみた上面図と、各磁気抵抗効果素子に印加されたバイアス磁界ベクトルを示す図である。 本発明の実施の形態5に係る磁気センサ装置における磁気抵抗効果素子を上面からみた上面図である。 本発明の実施の形態6に係る磁気センサ装置における磁気抵抗効果素子を上面からみた上面図である。 本発明の実施の形態7に係る磁気センサ装置の斜視図である。 本発明の実施の形態7に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態8に係る磁気センサ装置の斜視図である。 本発明の実施の形態8に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態9に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態9に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態9に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態9に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態9に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態9に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態10に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態10に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態10に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態10に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態10に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態10に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。 本発明の実施の形態11に係る磁気センサ装置の構成図である。 本発明の実施の形態11に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。
本願においては、被検知物1の搬送方向2をX方向とする。搬送方向2(X方向)に直交する長手方向をY方向とする。搬送方向2及び長手方向の両方に直交する方向(搬送方向2に垂直な方向)をZ方向とする。磁気抵抗効果素子5は、長手方向(Y方向)にライン状に延在している。また、X方向、Y方向、Z方向は、X軸、Y軸、Z軸の座標に沿った方向である。このX軸、Y軸、Z軸は、図面中に、X、Y、Zと記載しているものである。図示は省略するが、X軸、Y軸、Z軸の原点は、磁気抵抗効果素子5の中心部とする。X方向、Y方向、Z方向の前に正負(+、−)の符号が付いている場合は、原点からどちらの方向に向いているかを示している。
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る磁気センサ装置について、図を用いて説明する。図1(a)は、実施の形態1に係る磁気センサ装置の構成図である。ヨーク付き磁石34から生じている漏れ磁界が、磁気抵抗効果素子5において、ほぼ搬送方向2(X方向)に沿っている。図1(b)は、実施の形態1に係る磁気センサ装置の構成図である。ヨーク付き磁石34から生じている漏れ磁界が、磁気抵抗効果素子5において、ほぼZ方向に沿っている。
図1において、被検知物1は、硬磁性体のインクなどで絵・文様や文字が印刷された紙幣、小切手などである。被検知物1は、少なくとも硬磁性体1aを有する。つまり、被検知物1は、硬磁性体1aだけを含んでいてもよいし、軟磁性体も含んでいてもよい。搬送経路2は、被検知物1が搬送される経路であり、矢印の方向が被検知物1の搬送方向2(X方向)である。搬送経路2において、磁気抵抗効果素子5によって被検知物1の硬磁性体1aが検知される領域が検知領域2aである。検知領域2aは、磁気抵抗効果素子5の磁石3に対する反対側の搬送経路2上の領域である。検知領域2aに被検知物1が搬送されてきたとき、Z方向における配列は、ヨーク付き磁石34から順に次のとおりとなる。ヨーク付き磁石34、磁気抵抗効果素子5、被検知物1の順に配列される。検知領域2aの図示は省略する。ヨーク付き磁石34は、磁石3及びヨーク4から構成されている。なお、磁石3は、N極・S極の互いに異なる磁極を有するものである。ヨーク4は、磁石3を覆うように設けられ、鉄などの磁性体で形成されている。
図1において、磁気抵抗効果素子5は、磁石3と搬送経路2との間に配置されている。漏れ磁界6は、ヨーク4からヨーク4外へ放出されている漏れ磁界である。ヨーク付き磁石34から放出される漏れ磁界6は、ヨーク4からヨーク4の外へ放出されるものである。図1(a)では、ほぼX方向に沿っている。図1(b)では、ほぼZ方向に沿っている。また、詳細は後述するが、漏れ磁界6は、磁気抵抗効果素子5のバイアス磁界として作用するものである。
図2に、実施の形態1に係る磁気センサ装置の上面から見た図を示す。磁気抵抗効果素子5は、一般的に温度補償対策としてブリッジ構成として使用されることが多い。本願でもブリッジ構成を用いたもので説明を行う。構成素子5a(第1の磁気抵抗効果素子5a)は、長手方向に複数配列され、磁気抵抗効果素子5の第1配列を構成するものである。構成素子5b(第2の磁気抵抗効果素子5b)は、長手方向に複数配列され、磁気抵抗効果素子5の第2配列を構成するものである。本願では搬送方向2に沿って、構成素子5b、構成素子5aの順で並んでいるものを開示しているが、この順に限るものではない。本願に係る磁気センサ装置では、磁気抵抗効果素子5、構成素子5a、構成素子5bをそれぞれ、磁気抵抗効果素子群5(磁気抵抗効果素子列5)、磁気抵抗効果素子5a、磁気抵抗効果素子5bと称してもよい。
磁気抵抗効果素子5を動作させるためには、適切な強さの磁界を印加しておく必要が有り、これをバイアス磁界6と呼ぶ。構成素子5a及び構成素子5bは、それぞれブリッジ接続されている。すなわち、前述のとおりブリッジ構成となっている。図1(a)においては、磁気抵抗効果素子5が、バイアス磁界6のX方向の成分であるX方向成分を感磁すると抵抗値が変化する。図1(b)においては、磁気抵抗効果素子5が、バイアス磁界6のZ方向の成分であるZ方向成分におけるX方向に傾いた磁界を感磁すると抵抗値が変化する。
硬磁性体1aから発生する磁界(硬磁性体磁界)7を検出したいため、バイアス磁界6は硬磁性体1aの被検知物1には磁界をほとんど印加したくない。そのため、ヨーク4からヨーク4の外へ放出される漏れ磁界6を磁気抵抗効果素子5へ印加することで、バイアス磁界6としている。磁気抵抗効果素子5は、このバイアス磁界6が印加されている状態の時に最も高感度に磁界の変化を検知する。磁気抵抗効果素子5は、硬磁性体1aを含む被検知物1が、磁気抵抗効果素子5の磁石3に対する反対側における検知領域2aを通過するときに生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出する。詳しくは、バイアス磁界の変化によって、磁気抵抗効果素子の抵抗値が変化するので、抵抗値の変化から硬磁性体1aを検出することができる。
被検知物1の硬磁性体1aは、検知領域2aに来るまでに、予め着磁されている。着磁された被検知物1の硬磁性体1aは、磁界(硬磁性体磁界)7を硬磁性体1aの周囲に形成しながら搬送経路2を進んでくる。すなわち、被検知物1は、自発磁化による磁界が発生した状態で、検知領域2aを進んでくる。なお、被検知物1(硬磁性体1a)を着磁するための着磁用磁石は、本願に係る磁気センサ装置の内部に形成してもよいし、外部に形成してもよい。すなわち、被検知物1が検知領域2aに来るまでに着磁が完了しておればよい。
バイアス磁界6の変化は、硬磁性体1aの通過によりもたらされるものであるから、硬磁性体1aの通過を検知できることになる。磁気抵抗効果素子5付近では、紙幣などの被検出物1には、ヨーク付き磁石34によってほとんど磁界が印加されない。よって、磁気抵抗効果素子5は、自らは磁界を発生しない軟磁性体を検知しないので、硬磁性体と軟磁性体とを区別すること可能となる。これは、ヨーク4及び磁気抵抗効果素子5並びに検知領域2aの位置関係が次の条件を満たしているからである。以下、位置関係の条件を説明する。
位置関係の条件は、ヨーク4からの漏れ磁界6が被検知物1に印加されて生じる磁気抵抗効果素子5のバイアス磁界6の変化よりも、被検知物1の自発磁化による磁界によって生じる磁気抵抗効果素子5のバイアス磁界6の変化の方が大きいというものである。この条件を満たす位置にヨーク4及び磁気抵抗効果素子5並びに検知領域2aが配置されている。その結果、硬磁性体1aによる僅かな磁場の変化を読み取ることが可能な磁気センサ装置を提供できる。
実施の形態1に係る磁気センサ装置の配置として説明したヨーク4及び磁気抵抗効果素子5並びに検知領域2aの配置は、実施の形態2〜11に係る磁気センサ装置においても同様である。実施の形態2〜11に係る磁気センサ装置は、磁石3及びヨーク4の位置関係やヨーク4の数が異なるものである。または、磁気抵抗効果素子5、構成素子5a、構成素子5bの配列が異なるものである。あるいは、軟磁性体用磁気センサ装置10が追加されたものである。本願に係る磁気センサ装置は、実施の形態1〜11に係る磁気センサ装置を、矛盾のない範囲でそれぞれ組み合わせることが可能なものである。
上記のように構成することにより、硬磁性体を高感度で検知し、さらに軟磁性体に対しては感度がほぼ無いため、硬磁性体と軟磁性体を区別することが可能な磁気センサ装置を提供することができる。
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る磁気センサ装置について、図を用いて説明する。図3は、実施の形態2に係る磁気センサ装置の構成図である。図3において、図1(a)図1(b)と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。磁石3は、搬送方向(X方向)にN極・S極の互いに異なる磁極を有するものである。つまり、磁石3は、被検知物1が通過する通過方向である搬送方向2に沿って磁極が配列されている。ヨーク4は、搬送方向の面(XZ面)から見て、磁石3の搬送経路2に面した部位以外を覆うように設けられた、鉄などの磁性体で形成されたものである。つまり、ヨーク4は、搬送方向2において、磁石3の前端と後端とにおける磁極の端部にそれぞれ形成されている。
磁気抵抗効果素子5は、磁石3のN極・S極の間で、磁石3と被検知物1の搬送経路2との間に配置されている。すなわち、検知領域2aは、硬磁性体1aを含む被検知物2が磁気抵抗効果素子5の磁石3に対する反対側に配置される。図3では、磁石3のN極・S極間の中央部に磁気抵抗効果素子5が配置されている。厳密には、磁気抵抗効果素子5は、磁石3の前端と後端とにそれぞれ形成されたヨーク4の搬送方向2における中間部分で漏れ磁界6と直交する仮想線上に配置されている。この仮想線の図示は省略する。漏れ磁界6は、磁石3のN極端のヨークから放出され、磁石3のS極端のヨーク向かう漏れ磁界である。つまり、漏れ磁界は、磁石3のN極端のヨークと磁石3のS極端のヨークとの間で発生しているものであり、ほぼ、搬送方向(X方向)に沿っている。また、詳細は後述するが、実施の形態1と同様に漏れ磁界6は、磁気抵抗効果素子5のバイアス磁界6として作用する。
バイアス磁界6について、図4を用いて説明する。図4は、実施の形態2に係る磁気センサ装置の、磁石3とヨーク4とで形成される磁界を説明する図である。図4において、磁石3のN極から発せられた磁界は、ヨーク4の内部を通り磁石3のS極へ入射している。このように、磁石3の周囲をヨーク4で覆うと、磁界はヨーク4に集中する。ところで、図4に示すように、搬送経路2に面した部位にはヨーク4が無いため、微小ではあるが、漏れ磁界6が空間に放出される。すなわち、ヨーク4の外部に放出されて、磁石3のN極側の「ヨーク」から磁石3のS極側の「ヨーク」へと発生する漏れ磁界6が存在する。実施の形態2では、この微小な漏れ磁界6をバイアス磁界6として用いる。
図5に、この発明の実施の形態2に係る磁気センサ装置の上面から見た図を示す。図5において、図2と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。磁気抵抗効果素子5を動作させるためには、図5のX方向に適切な強さの磁界をバイアス磁界6として印加しておく必要がある。バイアス磁界6の大きさは2mT(milli TESLA)程度と極小さい磁界である。硬磁性体1aの被検知物1には磁界をほとんど印加したくないため、磁石3の3面を覆う形のヨーク4が有効である。磁気抵抗効果素子5は、このバイアス磁界6が印加されている状態の時に最も高感度に磁界の変化を検知する。
磁気センサ装置の動作について説明する。図6は、実施の形態2に係る磁気センサ装置の検出動作を示す図である。図6において、図1(a)図1(b)と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図6において、磁気抵抗効果素子5が配置された位置のバイアス磁界6の分布は、硬磁性体磁界7が磁気抵抗効果素子5に接近し、その後、遠ざかるに伴って変化が与えられる。磁気抵抗効果素子5は、前述のように磁石3及びヨーク4により動作に適切なバイアス磁場6を与えられているので、高感度で硬磁性体1aによるバイアス磁界6の変化を検知することができる。
さらに、詳しく説明するため、図6、図7を用いて説明する。図7は、実施の形態2に係る磁気センサ装置の検出原理を説明する磁界変化を示す図である。図6において、磁界6は、磁気抵抗効果素子5が配置されている付近では、搬送経路に平行な成分が主成分となっている。この磁界6のX方向成分が磁気抵抗効果素子5のバイアス磁界6として作用している。これをバイアス磁界のX方向成分6xとする。
図7(a)は、硬磁性体1aが無いときのバイアス磁界6のX方向成分Hxの大きさと方向を示している。硬磁性体1aが検知領域2aに近づいてくると、図7(b)に示すように、バイアス磁界6のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界7のX方向成分の方向とが反対方向となる。そのため、磁気抵抗効果素子5に印加されるバイアス磁界6(Hx)が小さくなる。硬磁性体1aが検知領域2aから離れていくと、図7(c)に示すように、バイアス磁界6のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界7のX方向成分の方向とが同じ方向となる。そのため、磁気抵抗効果素子5に印加されるバイアス磁界6(Hx)が大きくなる。これにより、X方向成分を感磁する磁気抵抗効果素子5の抵抗値が変化し、硬磁性体1aを検知することができる。すなわち、硬磁性体1a(被検知物1)の通過により、搬送方向(X方向)のバイアス磁界6(Hx)の大きさが変化するので、X方向成分を感磁する磁気抵抗効果素子5の抵抗値が変化し、硬磁性体1aを検知することができる。図7(b)、図7(c)においてバイアス磁界6に平行している点線矢印は、図7(a)におけるバイアス磁界6の大きさを示しているものである。
すなわち、このバイアス磁界6の変化は、硬磁性体1aの通過によりもたらされるものであるから、このような構成にすることにより、硬磁性体1aの通過を検知できることになる。その結果、硬磁性体1aによる僅かな磁場の変化を読み取ることが可能な磁気センサ装置を提供できる。また、このように磁気センサ装置を構成すれば、磁気抵抗効果素子5付近では、磁石3、ヨーク4により、紙幣などの被検知物1(硬磁性体1a)には、ほとんど磁界が印加されない。被検知物1に自らは磁界を発生しない軟磁性体が含まれている場合でも、軟磁性体は検知しないので、硬磁性体と軟磁性体とを区別すること可能となる。
上記のように構成することにより、硬磁性体1aを高感度で検知し、さらに軟磁性体に対しては感度がほぼ無いため、硬磁性体と軟磁性体を区別することが可能な磁気センサを提供することができる。
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る磁気センサ装置について、図を用いて説明する。図8は、実施の形態3に係る磁気センサ装置の構成図である。図8において、図3と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図8において、磁石3は、搬送方向2に垂直な方向(Z方向)にN極・S極の互いに異なる磁極を有している。つまり、磁石3は、被検知物1が通過する通過方向である搬送方向2に直交する方向(Z方向)に沿って磁極が配列されている。
ヨーク4aは、磁石3のN極側端部の搬送方向2に沿った側面に配置されている。つまり、ヨーク4aは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側に形成されている。ヨーク4hは、第2ヨークである。よって、ヨーク4aは第1ヨークといえる。ヨーク4hは、磁石3のS極側端部の搬送方向2に沿った側面を覆うように配置されている。また、ヨーク4hの通過方向である搬送方向2(X方向)における長さは、ヨーク4aのX方向における長さよりも短い。つまり、ヨーク4hは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成され、ヨーク4hは、X方向における長さがヨーク4aよりも短い。ヨーク4aのX方向における長さは、磁石3のX方向における長さよりも長くなっている。ヨーク4hのX方向における長さは、磁石3のX方向における長さと同じである。磁気抵抗効果素子5は、図8においては、磁石3のN極側のヨーク4a及び磁石3の搬送方向2(X方向)の幅の中央部で、ヨーク4aと被検知物1の搬送経路2との間に配置されている。つまり、磁気抵抗効果素子5は、磁石3及びヨーク4aの並び方向であるZ方向に延びる仮想線上に配置されている。この仮想線の図示は省略する。なお、X方向において、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は一致している。よって、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は、原点を通るZ軸と交差している。
バイアス磁界6について説明する。磁石3のN極側の端部に形成されたヨーク4aはX方向における長さが、磁石3のX方向における長さよりも長い。そのため、磁石3のN極から発した磁界は、ヨーク4a内を搬送方向2の正負の方向に伝搬する。この伝搬によってヨーク4aの搬送方向2における両端部及びこのヨーク4aの搬送方向2における両端部の磁石3のS極側の面から、磁石3のS極及びヨーク4hへ伝搬する経路の磁界分布が支配的となる。このように、ヨーク4aの搬送方向2における両端部から磁石3のS極やS極側の端部に形成されたヨーク4hに向かう磁界が支配的になる。よって、磁極(N極)からヨーク4aを超えて、ヨーク4aの搬送経路2側の面から垂直方向(Z方向)に放出される磁界は、支配的ではない。したがって、Z方向へ放出される磁界は小さくなる。この搬送方向2に直交する微小磁界をバイアス磁界6として用いる。このような微小磁界は、ヨーク4aとヨーク4hとのX方向における長さを同じにしても得られる。しかし、図8に示すようにヨーク4hよりもヨーク4aの方を長くすることで、Z方向へ放出される磁界をより小さくすることができる。つまり、ヨーク4hに対して、ヨーク4aをX方向において長くすればするほど、バイアス磁界6を小さいものにすることができる。
図9に、実施の形態3に係る磁気センサ装置の上面から見た図を示す。構成素子5aと構成素子5bは磁石3の搬送方向2の中央部において、原点を通るY軸に線対象に配置されている。バイアス磁界6のZ方向の成分であるZ方向成分におけるX方向に傾いた磁界が、構成素子5aには+X方向に、構成素子5bには−X方向に印加され、バイアス磁界6としての働きを示している。
詳細な動作を図8、図9、図10を用いて説明する。図10は、実施の形態3に係る磁気センサ装置の検出動作を示す図である。図10において、磁界6は、磁気抵抗効果素子5が配置されている付近では、搬送経路2に直交するX方向成分が主成分となっているが、第1及び第2の磁気抵抗効果素子5a及び5bが中央軸(原点を通るZ軸)より少しX方向に離れている。そのため、図10(a)に示すように、磁界6は、垂直方向(Z方向)から少しだけ搬送方向(X方向)に傾いており、この磁界のX方向成分が磁気抵抗効果素子5のバイアス磁界6として作用している。これをバイアス磁界のX方向成分6xとする。
ここで、構成素子5aの動作について説明する。構成素子5aは、中央軸から硬磁性体1aの搬出側(検出領域2aに対して搬送経路2の下流側)へずれて配置されているため、バイアス磁界6は+X方向に印加されている。硬磁性体1aが検知領域2aに近づいてくると、図10(b)に示すように、バイアス磁界6のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界7のX方向成分の方向とが反対方向である。そのため、バイアス磁界6が硬磁性体1a側に傾き、バイアス磁界6の搬送方向(X方向)の成分Hxが小さくなる。硬磁性体1aが検知領域2aから離れていくと、図10(c)に示すように、バイアス磁界6のX方向成分Hxの方向と硬磁性体1aの硬磁性体磁界7のX方向成分の方向とが同じ方向となる。そのため、バイアス磁界6が硬磁性体1aに引っ張られるように硬磁性体1a側に傾き、バイアス磁界6の搬送方向(X方向)の成分Hxが大きくなる。成分Hxが大きくなることにより、バイアス磁界6のX方向成分を感磁する磁気抵抗効果素子5aの抵抗値が変化し、硬磁性体1aを検知することができる。すなわち、硬磁性体1a(被検知物1)の通過により、搬送方向(X方向)のバイアス磁界6(Hx)の大きさが変化するので、X方向成分を感磁する磁気抵抗効果素子5の抵抗値が変化し、硬磁性体1aを検知することができる。図10(b)、図10(c)においてバイアス磁界6に交差している点線矢印は、図10(a)におけるバイアス磁界6の位置を示しているものである。
構成素子5bは、中央軸から硬磁性体1aの搬入側(検出領域2aに対して搬送経路2の上流側)へずれて配置されているため、バイアス磁界6は−X方向に印加されている。したがって、硬磁性体1aが近づいてくると、バイアス磁界6の搬送方向(X方向)の成分Hxが大きくなり、硬磁性体1aが離れていくと、バイアス磁界6の搬送方向(X方向)の成分Hxが小さくなるという違いはある。しかし、硬磁性体1aの検出動作は、構成素子5aの動作と同じである。
すなわち、このバイアス磁界6の変化は硬磁性体1aの通過によりもたらされるものであるから、このような構成にすることにより、硬磁性体1aの通過を検知できることになる。その結果、硬磁性体1aによる僅かな磁場の変化を読み取ることが可能な磁気センサ装置を提供できる。
このように磁気センサ装置を構成すれば、磁気抵抗効果素子5付近において、磁石3、ヨーク4a及びヨーク4hにより、紙幣などの被検知物1(硬磁性体1a)には印加される磁界をさらに小さくすることが可能になる。被検知物1に自らは磁界を発生しない軟磁性体が含まれている場合でも、軟磁性体の検知レベルがさらに小さくなるので、硬磁性体と軟磁性体とをより区別すること可能となる。また、本構成によれば、構成素子5aと構成素子5bには反対方向にバイアス磁界が印加されているため、理論上2倍の出力が得られることになる。
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る磁気センサ装置について、図11を用いて説明する。図11は、実施の形態4に係る磁気センサ装置の構成図である。図11において、図3、図8と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図11において、軟磁性体用磁気センサ装置10は、例えば、特許文献4の図13に記載の第2磁気センサ20及び第2バイアス磁界用磁石ユニット32から構成されるような軟磁性体を検知するためのものである。つまり、実施の形態4に係る磁気センサ装置は、被検知物1が、硬磁性体1aに加え、軟磁性体も含んでいても、軟磁性体が軟磁性体用磁気センサ装置10によって検出することができる。
図11に示す磁界11は、軟磁性体用磁気センサ装置10のバイアス磁石から発生するバイアス磁界である。軟磁性体用磁気センサ装置10は軟磁性体を検知することを目的としている。そのため、軟磁性体用磁気センサ装置10は、バイアス磁石によって強力な磁界11を搬送経路2における軟磁性体用磁気センサ装置10の検知領域に発生させる。軟磁性体用磁気センサ装置10は、軟磁性体用磁気センサ装置10の検知領域を軟磁性体が通過する時に軟磁性体が磁界分布を乱すことを磁気抵抗効果素子で検知するものである。
実施の形態4に係る磁気センサは、軟磁性体用磁気センサ装置10と実施の形態2の硬磁性体用磁気センサ装置101とを搬送経路2に沿って併設したものである。図11には、搬送経路2において、前段に軟磁性体用磁気センサ装置10の検知領域が配置され、後段に検知領域2aが配置された磁気センサ装置を示している。
図11に示す磁気センサ装置は、硬磁性体1aが軟磁性体用磁気センサ装置10のバイアス磁石による強力な磁界の中を通過したのちに、硬磁性体用磁気センサ装置101に差し掛かるように構成している。このような構成の磁気センサ装置において、被検知物1の軟磁性体は軟磁性体用磁気センサ装置10の検知領域の付近を通過する時に着磁され、軟磁性体及び硬磁性体1aが磁界を発生する。軟磁性体用磁気センサ装置10の検知領域に被検知物1が到達することで、軟磁性体用磁気センサ装置10が軟磁性体及び硬磁性体1aによる磁界の変化を検知することができる。また、軟磁性体用磁気センサ装置10のバイアス磁石は、後段に配置された硬磁性体用磁気センサ装置101が硬磁性体1aを検出するために必要な硬磁性体1aの着磁用磁石として機能する。
図11に示す磁気センサ装置において、被検知物1の硬磁性体1aは軟磁性体用磁気センサ装置10の検知領域の付近を通過する時に着磁され、硬磁性体1aが自身で磁界を発生する状態で硬磁性体用磁気センサ装置101の検知領域2aに被検知物1が接近する。硬磁性体用磁気センサ装置101は、検知領域2aに被検知物1が到達することで、磁気抵抗効果素子5が硬磁性体1aによる磁界の変化を検知することができる。
このように磁気センサ装置を構成しておけば、軟磁性体は軟磁性体用磁気センサ装置10でのみ検知され、硬磁性体は軟磁性体用磁気センサ装置10と硬磁性体用磁気センサ装置101の両方で検知することができる。そのため、被検知物1において軟磁性体と硬磁性体との区別ができる。
実施の形態5.
この発明の実施の形態5に係る磁気センサ装置について、図12、図13、図14を用いて説明する。図12は、図5における、磁気抵抗効果素子に印加されるHy成分を示すグラフである。図12に示すグラフは縦軸がHy成分の大きさを示しており、横軸がY方向の位置を示している。図12に記載された一点鎖線は、原点を通るものである。なお、バイアス磁界Hxが磁気抵抗効果素子5に印加されている。ここで、磁石3は有限の長さを持っているため、図12に示すHy成分も磁気抵抗効果素子5に印加されている。
図13は、図5の構成における上面からみた上面図に加え、搬送経路2を搬送される被検知物1の上面図である。すなわち、図13は、図3の構成における上面からみた上面図といえる。図13は、磁気抵抗効果素子5である複数の構成素子5a及び構成素子5bに印加されたバイアス磁界ベクトルを示している。バイアス磁界ベクトル6vは、ヨーク4により構成素子5a及び構成素子5bに印加されたベクトルを示す。図13に示すように、Hy成分の影響により、磁気抵抗効果素子5には、磁気抵抗効果素子5の中心から−Y方向では−Y方向に傾いたバイアス磁界ベクトル6aが印加されている。同じく、Hy成分の影響により、磁気抵抗効果素子5には、磁気抵抗効果素子5の中心から+Y方向では+Y方向に傾いたバイアス磁界ベクトル6bが印加されている。
図13に示すように、Y方向に対して平行に延在する硬磁性体1aが搬送された場合、硬磁性体1aにより、硬磁性体1aと垂直方向(X方向)の磁界変化611aが発生する。磁界変化611aによって、−Y方向に傾いたバイアス磁界ベクトル6aと+Y方向に傾いたバイアス磁界ベクトル6bとは、ともにX方向の磁界変化が発生する。
このX方向の磁界変化が発生することで、ベクトルの回転が起こり、バイアス磁界ベクトル6aは、傾きが変化して、図13にて点線矢印で示す検出磁界ベクトル61aとなる。このベクトルの傾きの変化は、硬磁性体1aが磁気抵抗効果素子5を通り過ぎるときとは反対の変化である。これは、磁界変化611が硬磁性体1aを境にX方向において反転するからである。バイアス磁界ベクトル6a及び検出磁界ベクトル61aは、ともに−Y方向側に傾いたベクトルであるが、バイアス磁界ベクトル6aの方が−Y方向側への傾きが大きい。バイアス磁界ベクトル6a及び検出磁界ベクトル61aとの関係と同じく、バイアス磁界ベクトル6bは、ベクトルの回転が起こったとき、ベクトルの傾きが変化して、図13にて点線矢印で示す検出磁界ベクトル61bとなる。バイアス磁界ベクトル6b及び検出磁界ベクトル61bは、ともに+Y方向側に傾いたベクトルであるが、バイアス磁界ベクトル6bの方が+Y方向側への傾きが大きい。
このように、Y方向のバイアス磁界の向きが磁気抵抗効果素子5の構成素子5a間や構成素子5b間で違うと、被検知物1の出力が構成素子5a、構成素子5bごとにばらつく。実施の形態5に係る磁気センサ装置は、このようなバラツキを軽減する必要がある場合に好適なものである。
図14は、実施の形態5に係る磁気センサ装置を上面からみた上面図である。図14において、図5と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図14は、実施の形態2(図5)の変形例である。図14においては、バイアス磁界ベクトル6vのX成分が、構成素子5a、構成素子5bに対して+X方向に印加されているものとする。図14に示す磁気抵抗効果素子5(構成素子5a、構成素子5b)は、X方向及びY方向を通るXY平面上に、2列で、長手方向(Y方向)から搬送方向(X方向)へ、同じ方向に傾けて実装している。
つまり、図14に示す磁気抵抗効果素子5は、検知領域を通過する方向である搬送方向(X方向)と交差する長手方向(Y方向)に沿って複数の構成素子5aが配列され、構成素子5aはX方向及びY方向に対して傾斜して、XY平面内に形成されているといえる。また、図14に示す磁気抵抗効果素子5は、Y方向に沿って複数の構成素子5bが配列され、構成素子5bはX方向及びY方向に対して傾斜して、XY平面内に形成されているといえる。図14に示す構成素子5a及び構成素子5bの傾斜角度は同じ角度である。また、構成素子5a及び構成素子5bは、Y方向において隣り合うものの傾きが同じである。
図14に示す構成においては、X方向のバイアス磁界により、構成素子5a、構成素子5bのどちらに対しても、磁気抵抗効果素子の長手+Y方向(非感磁方向)に一定方向に磁束を印加することが可能となる。よって、磁石3及びヨーク4により作られるY方向の磁界を打ち消し、同じ向きにHyを印加することが可能となる。
したがって、ライン状に配置された構成素子5a及び構成素子5bの全てにおいて、バイアス磁界のベクトル方向を揃えることが容易なため、磁気センサ装置から安定した出力が得られる効果がある。
実施の形態6.
この発明の実施の形態6に係る磁気センサ装置について、図15を用いて説明する。図15において、図9と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図15は、実施の形態3(図9)の変形例である。
図9に示す磁気センサ装置の磁気抵抗効果素子5には、図12と同様のHy成分が印加されている。したがって、実施の形態5で説明した図13と同様に、バイアス磁界ベクトル6vの回転が発生し、Y方向のバイアス磁界の向きが磁気抵抗効果素子5の構成素子5a間や構成素子5b間で違うと、被検知物1の出力が構成素子5a、構成素子5bごとにばらつく。実施の形態6に係る磁気センサ装置は、実施の形態5に係る磁気センサ装置と同様に、このようなバラツキを軽減する必要がある場合に好適なものである。
図15は、実施の形態6に係る磁気センサ装置を上面からみた上面図である。図15においては、バイアス磁界ベクトル6vのX成分が、構成素子5aに対しては+X方向に印加され、構成素子5bに対しては−X方向に印加されているものとする。図15に示す磁気抵抗効果素子5(構成素子5a、構成素子5b)は、X方向及びY方向を通るXY平面上に、2列で、長手方向(Y方向)から搬送方向(X方向)へ、傾けて実装している。構成素子5aと構成素子5bとは、原点を通るY軸(図15に示す一点鎖線)に対して線対称な構成となっている。
図15に示す磁気抵抗効果素子5は、検知領域を通過する方向である搬送方向(X方向)と交差する長手方向(Y方向)に沿って複数の構成素子5aが配列され、構成素子5aはX方向及びY方向に対して傾斜して、XY平面内に形成されているといえる。また、図15に示す磁気抵抗効果素子5は、Y方向に沿って複数の構成素子5bが配列され、構成素子5bはX方向及びY方向に対して傾斜して、XY平面内に形成されているといえる。
図15に示す構成素子5a及び構成素子5bにおいて、一方の列に配列された構成素子5aと他方の列とに配列された構成素子5bのうち、X方向において隣り合うものは、互いの傾斜する方向が異なる。互いの傾斜する方向は異なるが、Y軸(図15に示す一点鎖線)に対して線対称な構成となっている。また、構成素子5a及び構成素子5bは、Y方向において隣り合うものの傾きが同じである。構成素子5aと構成素子5bとの線対称軸であるY軸は、磁石3(ヨーク4)の搬送方向(X方向)の中央部を通っているといえる。
図15に示す構成においては、構成素子5aに対しては+X方向のバイアス磁界、構成素子5bに対しては−X方向のバイアス磁界により、どちらに対しても、磁気抵抗効果素子の長手+Y方向(非感磁方向)に一定方向に磁界を印加することが可能となる。よって、磁石3及びヨーク4により作られるY方向の磁界を打ち消し、同じ向きにHyを印加することが可能となる。そのため、実施の形態6に係る磁気センサは、実施の形態5に係る磁気センサと同様の効果が得られる。
実施の形態7.
この発明の実施の形態7に係る磁気センサ装置について、図16及び図17を用いて説明する。図16は、実施の形態7に係る磁気センサ装置の斜視図である。図17は、実施の形態7に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。図16及び図17において、図5、図6、図7と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図16及び図17において、磁気センサ装置は、非磁性体金属で磁気抵抗効果素子5が覆われている。非磁性体金属によって、磁気センサ装置は、被検知物1との接触、異物の混入などから保護されている。また、非磁性体金属によって、磁気センサ装置は、磁界を透過し、電気的にシールドされている。具体的には、磁気センサ装置は、シールドカバー20、樹脂製又は金属製のケース(筐体)21、金属製のブラケット22を外殻として有している。
シールドカバー20は、長手方向(Y方向)に延在している。ケース21は、シールドカバー20が固定され、磁石3、ヨーク4及び磁気抵抗効果素子5を収納し、保持するものである。ブラケット22は、シールドカバー20と電気的に導通し、磁気センサ装置を接地する、ケース21の長手方向(Y方向)の端部に設けられたものである。
磁気センサ装置は、磁気抵抗効果素子5に適切なバイアス磁界を印加するため、磁石3(ヨーク付き磁石34)と磁気抵抗効果素子5との間に所定の距離を設けている。所定の距離は、磁石3(ヨーク付き磁石34)と磁気抵抗効果素子5との間に非磁性キャリア23を配置して得ている。磁気抵抗効果素子5は、非磁性体キャリア23に固定されている。IC(図示なし)は、非磁性キャリア23の上に固定された磁気抵抗効果素子5からの抵抗値変化の信号を増幅・信号処理するものである。非磁性キャリア23は、磁石3の搬送経路2側に固定されている。本願に係る磁気センサ装置は、ヨーク付き磁石34上に非磁性キャリア23が載置され、この非磁性キャリア23上に磁気抵抗効果素子5が形成されているといえる。ICも非磁性キャリア23上に形成されている。
図17に示す磁気センサ装置は、X方向及びZ方向を通るXZ平面である搬送方向の断面である。この断面から見て、ヨーク4は、磁石3の搬送経路に面する部位を除いて磁石3を覆っている。また、磁石3の搬送経路2側と反対側のヨーク4の部分は、金属などで構成された伝熱スペーサ25を介して、金属製の放熱部品24から、放熱する構成となっている。したがって、磁石3及びヨーク4と非磁性キャリア23と接触させることで、非磁性キャリア23が発熱しても、磁石3及びヨーク4を介して、放熱部品24から放熱することができる。つまり、非磁性キャリア23の上に固定された磁気抵抗効果素子5やICが発熱しても、磁気抵抗効果素子5やICが熱的に放熱部品24と接続されているので、容易に放熱することができる。放熱部品24は、放熱面積を広げるため、搬送方向(X方向)及びZ方向を通るXZ平面における断面形状が、角張ったU字型に折り曲げた構造をしている。このような形状の放熱部品24は、伝熱スペーサ25と共に、長手方向(Y方向)に延在している。なお、放熱部品24及び伝熱スペーサ25を一体的に放熱部品(放熱部材)として称してもよい。もちろん、放熱部品24及び伝熱スペーサ25は、一体の部品(部材)でもよい。
磁気センサ装置の基本構成や動作については、実施の形態2に係る磁気センサ装置と同様である。特に、ヨーク付き磁石34の構成は、実施の形態7と実施の形態2とで共通である。実施の形態7では、発熱部品である磁気抵抗効果素子5及びICを金属製キャリア23に固定している。よって、前述のとおり、ヨーク付き磁石34(磁石3、ヨーク4)及び伝熱スペーサ25を介して放熱部品24に熱的に接続している。よって、磁気抵抗効果素子5及びICで発生する熱を、金属製キャリア23、ヨーク付き磁石34(磁石3、ヨーク4)、伝熱スペーサ25、放熱部品24などの周囲の空気に効率よく放熱することができる。したがって、磁気抵抗効果素子5及びICは温度上昇が抑制されるので、取り扱いが容易で信頼性の向上した磁気センサ装置が得られる。
シールドカバー20は、ブラケット22を介して、上位のシステム側の装置に接地されるので、磁気抵抗効果素子5及びICの静電気による故障・誤動作が防止され、性能及び信頼性が向上した磁気センサ装置が得られる。上位のシステムとは、磁気センサ装置が実装される紙幣判別器などを指す。また、ブラケット22と放熱部品24とを機械的に接続することにより、磁気センサ装置で発生する熱がシステム側の装置に伝熱され、磁気センサ装置の温度上昇がさらに抑制される。
実施の形態8.
この発明の実施の形態8に係る磁気センサ装置について、図18及び図19を用いて説明する。図18は、実施の形態8に係る磁気センサ装置の斜視図である。図19は、実施の形態8に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。図18及び図19において、図8、図9、図10、図16及び図17と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。磁気センサ装置の基本構成や動作については、実施の形態3に係る磁気センサ装置と同様である。特に、ヨーク付き磁石34の構成は、実施の形態8と実施の形態3とで共通である。
実施の形態8に係る磁気センサ装置は、実施の形態7に係る磁気センサ装置は、ヨーク付き磁石34の構成が違うだけである。そのため、磁気センサ装置の外殻を図示している図18は、図16と同じ外殻を示している。実施の形態7に係る磁気センサ装置は、磁石3にヨーク4が形成されている。一方、実施の形態8に係る磁気センサ装置は、磁石3にヨーク4a及びヨーク4hが形成されている。
図19において、磁石3の搬送方向に垂直な方向(Z方向)の磁極端部に一対のヨーク4a及びヨーク4hが設けられている。つまり、図17対して「ヨーク」と金属製キャリア23との位置関係が異なる。また、図17では、金属製キャリア23と磁石3とが接触していたが、図18では、金属製キャリア23と磁石3とは接触していない。しかし、実施の形態8に係る磁気センサ装置では、金属製キャリア23とヨーク4aとが接触していることから、ヨーク4aから磁石3、磁石3からヨーク4hへと熱が伝導する。よって、ヨーク4hと伝熱スペーサ25とを接触させることで、放熱について、実施の形態8は実施の形態7と同様の作用・効果を奏する。
実施の形態9.
この発明の実施の形態9に係る磁気センサ装置について、図を用いて説明する。図20は、実施の形態9に係る磁気センサ装置の構成図である。図21は、実施の形態9に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。図20、図21において、図8、図9、図10、図18及び図19と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図20、図21において、磁石3は、搬送方向2に垂直な方向(Z方向)にN極・S極の互いに異なる磁極を有している。つまり、磁石3は、被検知物1が通過する通過方向である搬送方向2に直交する方向(Z方向)に沿って磁極が配列されている。
ヨーク4aは、磁石3のN極側端部の搬送方向2に沿った側面に配置されている。つまり、ヨーク4aは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側に形成されている。ヨーク4bは、第2ヨークである。よって、ヨーク4aは第1ヨークといえる。本願において、図20〜図31において図示しているヨーク4aのX方向における長さは、磁石3のX方向における長さよりも短い。ヨーク4bは、磁石3のヨーク4aに面した部位以外を覆うように配置されている。詳しくは、ヨーク4bは、X方向において、磁石3の前端と後端とにおける端部にそれぞれ形成されている。また、ヨーク4bは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側で、連続になっている。つまり、ヨーク4bは、磁石3の前端と後端とに形成された部分と、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成された部分とから構成されている。
磁気抵抗効果素子5は、図20においては、磁石3のN極側のヨーク4a及び磁石3のX方向における幅の中央部で、ヨーク4aと被検知物1の搬送経路2との間に配置されている。つまり、磁気抵抗効果素子5は、磁石3及びヨーク4aの並び方向であるZ方向に延びる仮想線上に配置されている。この仮想線の図示は省略する。なお、X方向において、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は一致している。よって、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は、原点を通るZ軸と交差している。
バイアス磁界6について説明する。磁石3のN極側端部の搬送方向2に沿った側面にヨーク4a、磁石3のヨーク4aに面した部位以外を覆うようにヨーク4bが配置されている。そのため、磁極からヨーク4aを超えて、さらにZ方向へ向かう磁界が小さくなり、X方向へ向かう磁界が大きくなる。
このように磁気センサ装置を構成すれば、実施の形態3に比べて、磁気抵抗効果素子5付近において、磁石3、ヨーク4a、ヨーク4bにより、紙幣などの被検知物1(硬磁性体1a)には印加される磁界をさらに小さくすることが可能になる。被検知物1に自らは磁界を発生しない軟磁性体が含まれている場合でも、軟磁性体の検知レベルがさらに小さくなるので、硬磁性体と軟磁性体とをより区別すること可能となる。次に、図22〜図25を用いて、実施の形態9に係る磁気センサ装置のヨーク4bの別の例であるヨーク4c及びヨーク4dを説明する。
図22及び図23に示すように、図20及び図21に示すヨーク4bを二つに分解し、ヨーク4cを2個配置する構成としても同様の効果が得られる。つまり、図22及び図23に示すヨーク4cは、ヨーク4bの磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成された部分の一部を切り欠いて磁石3を切り欠きから露出させたような構成である。
また、図24及び図25に示すように磁石3のS極側端部の搬送面と反対方向の側面に「ヨーク」を配置せず、磁石3の磁化方向側面にヨーク4dを配置した場合でも同様の効果が得られる。つまり、図24及び図25に示すヨーク4dは、図20及び図21に示すヨーク4bの磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成された部分を無くした構成である。換言すると、図24及び図25に示すヨーク4dは、ヨーク4bの磁石3の前端と後端とに形成された部分のみであるといえる。
図21においてヨーク4bが、図23においてヨーク4cが、図25においてヨーク4dが、実施の形態7で説明した図17のヨーク4と形状が異なる。しかし、実施の形態9に係る磁気センサ装置では、金属製キャリア23とヨーク4aとが接触していることから、ヨーク4aから磁石3、磁石3からヨーク4hへと熱が伝導する。よって、ヨーク4b、ヨーク4c、ヨーク4dと伝熱スペーサ25とを接触させることで、放熱について、実施の形態9は実施の形態7と同様の作用・効果を奏する。なお、実施の形態9に係る磁気センサ装置は、図25に示すように、ヨーク4dと伝熱スペーサ25とだけでなく、磁石3と伝熱スペーサ25とを接触させてもよい。もちろん、実施の形態9に係る磁気センサ装置は、ヨーク4dと伝熱スペーサ25とを接触させず、磁石3と伝熱スペーサ25とだけを接触させてもよい。
実施の形態10.
この発明の実施の形態10に係る磁気センサ装置について、図を用いて説明する。図26は、実施の形態10に係る磁気センサ装置の構成図である。図27は、実施の形態10に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。図26、図27において、図6〜図10、図18及び図19と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図26、図27において、磁石3は、搬送方向2に垂直な方向(Z方向)にN極・S極の互いに異なる磁極を有している。つまり、磁石3は、被検知物1が通過する通過方向である搬送方向2に直交する方向(Z方向)に沿って磁極が配列されている。
ヨーク4aは、磁石3のN極側端部の搬送方向2に沿った側面に配置されている。つまり、ヨーク4aは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側に形成されている。ヨーク4bは、第2ヨークである。よって、ヨーク4aは第1ヨークといえる。ヨーク4eは、磁石3のヨーク4aに面した部位以外を覆うように配置され、搬送経路2側に突出している。
詳しくは、ヨーク4eは、X方向において、磁石3の前端と後端とにおける端部にそれぞれ形成されている。また、ヨーク4eは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側で、連続になっている。つまり、ヨーク4eは、磁石3の前端と後端とに形成された部分と、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成された部分とから構成されている。さらに、Z方向において、磁石3の前端と後端とに形成された部分が、磁石3から搬送経路2側に突出した突出部を有している。
図26及び図27に示すように、ヨーク4eの突出部の搬送経路2側におけるZ方向の高さは、ヨーク4aの搬送経路2側におけるZ方向の高さとほぼ同じにすることが放熱の面で好ましい。これは、金属製キャリア23にヨーク4a及びヨーク4eの両方を接触させることになるからである。後述するヨーク4f及びヨーク4gに関しても、ヨーク4f及びヨーク4gの突出部の搬送経路2側におけるZ方向の高さは、ヨーク4aの搬送経路2側におけるZ方向の高さとほぼ同じにすることが放熱の面で好ましい。これは、金属製キャリア23にヨーク4aに加え、ヨーク4f及びヨーク4gを接触させることになるからである。
磁気抵抗効果素子5は、図26においては、磁石3のN極側のヨーク4a及び磁石3のX方向における幅の中央部で、ヨーク4aと被検知物1の搬送経路2との間に配置されている。つまり、磁気抵抗効果素子5は、磁石3及びヨーク4aの並び方向であるZ方向に延びる仮想線上に配置されている。この仮想線の図示は省略する。なお、X方向において、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は一致している。よって、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は、原点を通るZ軸と交差している。
バイアス磁界6について説明する。磁石3のN極側端部の搬送方向2に沿った側面にヨーク4a、磁石3のヨーク4aに面した部位以外を覆い搬送経路2側に突出するようにヨーク4eが配置されている。そのため、磁極からヨーク4aを超えて、さらにZ方向へ向かう磁界が小さくなり、X方向へ向かう磁界がより大きくなる。
このように磁気センサ装置を構成すれば、実施の形態9に比べて、磁気抵抗効果素子5付近において、磁石3、ヨーク4a、ヨーク4bにより、紙幣などの被検知物1(硬磁性体1a)には印加される磁界をさらに小さくすることが可能になる。被検知物1に自らは磁界を発生しない軟磁性体が含まれている場合でも、軟磁性体の検知レベルがさらに小さくなるので、硬磁性体と軟磁性体とをより区別すること可能となる。
次に、図28〜図31を用いて、実施の形態9に係る磁気センサ装置のヨーク4eの別の例であるヨーク4f及びヨーク4gを説明する。図28及び図29に示すように、図26及び図27に示すヨーク4eを二つに分解し、ヨーク4fを2個配置する構成としても同様の効果が得られる。つまり、図28及び図29に示すヨーク4fは、ヨーク4eの磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成された部分の一部を切り欠いて磁石3を切り欠きから露出させたような構成である。
また、図30及び図31に示すように磁石3のS極側端部の搬送面と反対方向の側面に「ヨーク」を配置せず、磁石3の磁化方向側面にヨーク4gを配置した場合でも同様の効果が得られる。つまり、図30及び図31に示すヨーク4gは、図26及び図27に示すヨーク4eの磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成された部分を無くした構成である。換言すると、図30及び図31に示すヨーク4gは、ヨーク4eの磁石3の前端と後端とに形成された部分のみであるといえる。
図27においてヨーク4eが、図29においてヨーク4fが、図31においてヨーク4gが、実施の形態7で説明した図17のヨーク4と形状が異なる。しかし、実施の形態10に係る磁気センサ装置では、金属製キャリア23とヨーク4aとが接触していることから、ヨーク4aから磁石3、磁石3からヨーク4hへと熱が伝導する。前述のとおり、ヨーク4e、ヨーク4f、ヨーク4gを金属製キャリア23と接触させてもよい。ヨーク4e、ヨーク4f、ヨーク4gと伝熱スペーサ25とを接触させることで、放熱について、実施の形態10は実施の形態7と同様の作用・効果を奏する。なお、実施の形態10に係る磁気センサ装置は、図31に示すように、ヨーク4gと伝熱スペーサ25とだけでなく、磁石3と伝熱スペーサ25とを接触させてもよい。もちろん、実施の形態9に係る磁気センサ装置は、ヨーク4dと伝熱スペーサ25とを接触させず、磁石3と伝熱スペーサ25とだけを接触させてもよい。
実施の形態11.
この発明の実施の形態11に係る磁気センサ装置について、図を用いて説明する。図32は、実施の形態11に係る磁気センサ装置の構成図である。図33は、実施の形態11に係る磁気センサ装置の搬送方向の断面図である。図32、図33において、図8、図9、図10、図18及び図19と同一若しくは同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。図32、図33において、磁石3は、搬送方向2に垂直な方向(Z方向)にN極・S極の互いに異なる磁極を有している。つまり、磁石3は、被検知物1が通過する通過方向である搬送方向2に直交する方向(Z方向)に沿って磁極が配列されている。
ヨーク4aは、磁石3のN極側端部の搬送方向2に沿った側面に配置されている。つまり、ヨーク4aは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側に形成されている。ヨーク4hは、第2ヨークである。よって、ヨーク4aは第1ヨークといえる。ヨーク4hは、磁石3のS極側端部に配置されている。つまり、ヨーク4hは、磁石3における磁気抵抗効果素子5と対向する側と反対側に形成されている。
ヨーク4aの搬送方向2に垂直な方向(Z方向)における長さは、磁石3及びヨーク4hの搬送方向2に垂直な方向(Z方向)における長さより長い。なお、磁石3のZ方向における長さは、ヨーク4hにおけるZ方向の長さより長い。また、ヨーク4aのX方向における長さ、ヨーク4hのX方向における長さ、磁石3のX方向における長さの三つの長さは、全て同じである。磁気抵抗効果素子5は、図32においては、磁石3のN極側のヨーク4a及び磁石3のX方向における幅の中央部で、ヨーク4aと被検知物1の搬送経路2との間に配置されている。つまり、磁気抵抗効果素子5は、磁石3及びヨーク4aの並び方向であるZ方向に延びる仮想線上に配置されている。この仮想線の図示は省略する。なお、X方向において、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は一致している。よって、磁石3の中央部、ヨーク4aの中央部、磁気抵抗効果素子5の中央部は、原点を通るZ軸と交差している。
バイアス磁界6について説明する。磁石3のN極側端部の搬送方向2に沿った側面にヨーク4a、磁石3のS極側端部にヨーク4hが配置されている。ヨーク4aのZ方向における長さが磁石3より長いため、磁石3のN極から発せられた磁界は、ヨーク4aの搬送方向2における両端部から、磁石3のS極及びヨーク4hへ伝搬する経路の磁界分布が支配的となる。このように、ヨーク4aの搬送方向2における両端部から磁石3のS極やS極側の端部に形成されたヨーク4hに向かう磁界が支配的になる。よって、磁極(N極)からヨーク4aを超えて、ヨーク4aの搬送経路2側の面から垂直方向(Z方向)に放出される磁界は、支配的ではない。したがって、Z方向へ放出される磁界は小さくなり、X方向へ向かう磁界がより大きくなる。搬送方向2に直交する微小磁界をバイアス磁界6として用いる。
このように磁気センサ装置を構成すれば、実施の形態3に係る磁気センサ装置と同様に、磁気抵抗効果素子5付近において、磁石3、ヨーク4a、ヨーク4hにより、紙幣などの被検知物1(硬磁性体1a)には印加される磁界をさらに小さくすることが可能になる。被検知物1に自らは磁界を発生しない軟磁性体が含まれている場合でも、軟磁性体の検知レベルがさらに小さくなるので、硬磁性体と軟磁性体とをより区別すること可能となる。
図33において、磁石3の搬送方向に垂直な方向(Z方向)の磁極端部に一対のヨーク4a及びヨーク4hが設けられている。つまり、図17対して「ヨーク」と金属製キャリア23との位置関係が異なる。また、図17では、金属製キャリア23と磁石3とが接触していたが、図33では、金属製キャリア23と磁石3とは接触していない。しかし、実施の形態11に係る磁気センサ装置では、金属製キャリア23とヨーク4aとが接触していることから、ヨーク4aから磁石3、磁石3からヨーク4hへと熱が伝導する。よって、ヨーク4hと伝熱スペーサ25とを接触させることで、放熱について、実施の形態11は実施の形態7と同様の作用・効果を奏する。
以上の説明から、実施の形態11に係る磁気センサ装置と実施の形態8に係る磁気センサ装置との違いは、ヨーク4a及びヨーク4hの形状が異なっていることが分かる。ヨーク4a及びヨーク4hの形状は異なるが、実施の形態11に係る磁気センサ装置及び実施の形態8に係る磁気センサ装置とは、搬送方向2に直交する微小磁界をバイアス磁界6として用いることが可能である。
1 被検知物、1a 硬磁性体、
2 搬送経路(搬送方向)、2a 検知領域、
34 ヨーク付き磁石、
3 磁石、
4 ヨーク、
4h ヨーク、
4a ヨーク、
4b ヨーク、4c ヨーク、4d ヨーク、4e ヨーク、4f ヨーク、4g ヨーク、
5 磁気抵抗効果素子、
5a 構成素子(第1の磁気抵抗効果素子)、
5b 構成素子(第2の磁気抵抗効果素子)、
6 バイアス磁界、6x バイアス磁界のX方向成分、
6v バイアス磁界ベクトル、
7 硬磁性体磁界、
10 軟磁性体用磁気センサ装置、
11 磁界、
20 シールドカバー、
21 ケース(筐体)、
22 ブラケット、
23 非磁性体キャリア(金属製キャリア)、
24 放熱部品、
25 伝熱スペーサ、
101 硬磁性体用磁気センサ装置。

Claims (9)

  1. 磁石と、前記磁石に設けられたヨークと、前記ヨークから前記ヨークの外へ放出される漏れ磁界が印加される磁気抵抗効果素子と、前記磁石に設けられた第2ヨークとを備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石に対する反対側を検知領域とし、
    前記磁気抵抗効果素子は、硬磁性体を含む被検知物が前記検知領域を通過するときに生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出し、
    前記漏れ磁界の大きさは、前記漏れ磁界が前記被検知物に印加されて生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化よりも、前記被検知物の自発磁化による磁界と前記漏れ磁界との合成によって生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化の方が大きいという条件を満たし、
    前記磁石は、前記被検知物が通過する通過方向に直交する方向に沿って磁極が配列され、
    前記ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側に形成され、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石及び前記ヨークの並び方向に延びる仮想線上に配置され、
    前記第2ヨークは、前記通過方向において、前記磁石の前端と後端とにおける端部であって磁極面でない面にそれぞれ形成されたことを特徴とする磁気センサ装置。
  2. 磁石と、前記磁石に設けられたヨークと、前記ヨークから前記ヨークの外へ放出される漏れ磁界が印加される磁気抵抗効果素子と、前記磁石に設けられた第2ヨークとを備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石に対する反対側を検知領域とし、
    前記磁気抵抗効果素子は、硬磁性体を含む被検知物が前記検知領域を通過するときに生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出し、
    前記漏れ磁界の大きさは、前記漏れ磁界が前記被検知物に印加されて生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化よりも、前記被検知物の自発磁化による磁界と前記漏れ磁界との合成によって生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化の方が大きいという条件を満たし、
    前記磁石は、前記被検知物が通過する通過方向に直交する方向に沿って磁極が配列され、
    前記ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側に形成され、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石及び前記ヨークの並び方向に延びる仮想線上に配置され、
    前記第2ヨークは、前記通過方向において、前記磁石の前端と後端とにおける端部にそれぞれ形成され、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側と反対側で、一部を切り欠いた構成になっていることを特徴とする磁気センサ装置。
  3. 磁石と、前記磁石に設けられたヨークと、前記ヨークから前記ヨークの外へ放出される漏れ磁界が印加される磁気抵抗効果素子と、前記磁石に設けられた第2ヨークとを備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石に対する反対側を検知領域とし、
    前記磁気抵抗効果素子は、硬磁性体を含む被検知物が前記検知領域を通過するときに生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出し、
    前記漏れ磁界の大きさは、前記漏れ磁界が前記被検知物に印加されて生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化よりも、前記被検知物の自発磁化による磁界と前記漏れ磁界との合成によって生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化の方が大きいという条件を満たし、
    前記磁石は、前記被検知物が通過する通過方向に直交する方向に沿って磁極が配列され、
    前記ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側に形成され、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石及び前記ヨークの並び方向に延びる仮想線上に配置され、
    前記第2ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側と反対側に形成され、前記第2ヨークは、前記通過方向における長さが前記ヨークよりも短いことを特徴とする磁気センサ装置。
  4. 磁石と、前記磁石に設けられたヨークと、前記ヨークから前記ヨークの外へ放出される漏れ磁界が印加される磁気抵抗効果素子と、前記磁石に設けられた第2ヨークとを備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石に対する反対側を検知領域とし、
    前記磁気抵抗効果素子は、硬磁性体を含む被検知物が前記検知領域を通過するときに生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出し、
    前記漏れ磁界の大きさは、前記漏れ磁界が前記被検知物に印加されて生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化よりも、前記被検知物の自発磁化による磁界と前記漏れ磁界との合成によって生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化の方が大きいという条件を満たし、
    前記磁石は、前記被検知物が通過する通過方向に直交する方向に沿って磁極が配列され、
    前記ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側に形成され、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石及び前記ヨークの並び方向に延びる仮想線上に配置され、
    前記第2ヨークは、前記通過方向において、前記磁石の前端と後端とにおける端部にそれぞれ形成され、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側と反対側で、連続になっていることを特徴とする磁気センサ装置。
  5. 磁石と、前記磁石に設けられたヨークと、前記ヨークから前記ヨークの外へ放出される漏れ磁界が印加される磁気抵抗効果素子と、前記磁石に設けられた第2ヨークと、を備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石に対する反対側を検知領域とし、
    前記磁気抵抗効果素子は、硬磁性体を含む被検知物が前記検知領域を通過するときに生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出し、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石及び前記ヨークの並び方向に延びる仮想線上に配置され、
    前記磁石は、前記被検知物が通過する通過方向に直交する方向に沿って磁極が配列され、
    前記ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側に形成され、
    前記第2ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側と反対側に形成され、前記第2ヨークは、前記通過方向における長さが前記ヨークよりも短いことを特徴とする磁気センサ装置。
  6. 磁石と、前記磁石に設けられたヨークと、前記ヨークから前記ヨークの外へ放出される漏れ磁界が印加される磁気抵抗効果素子と、前記磁石に設けられた第2ヨークと、を備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石に対する反対側を検知領域とし、
    前記磁気抵抗効果素子は、硬磁性体を含む被検知物が前記検知領域を通過するときに生じる前記磁気抵抗効果素子のバイアス磁界の変化を検出し、
    前記磁気抵抗効果素子は、前記磁石及び前記ヨークの並び方向に延びる仮想線上に配置され、
    前記磁石は、前記被検知物が通過する通過方向に直交する方向に沿って磁極が配列され、
    前記ヨークは、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側に形成され、
    前記第2ヨークは、前記通過方向において、前記磁石の前端と後端とにおける端部にそれぞれ形成され、前記磁石における前記磁気抵抗効果素子と対向する側と反対側で、連続になっていることを特徴とする磁気センサ装置。
  7. 前記磁気抵抗効果素子は、前記検知領域を通過する方向である搬送方向と交差する長手方向に沿って複数の構成素子が配列され、前記構成素子は前記搬送方向及び前記長手方向に対して傾斜して形成されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の磁気センサ装置。
  8. 前記磁気抵抗効果素子は、前記検知領域を通過する方向である搬送方向と交差する長手方向に沿って複数の構成素子が配列され、前記構成素子は前記搬送方向及び前記長手方向に対して傾斜して形成され、
    前記構成素子は、前記長手方向に沿って二列配列され、一方の列と他方の列とに配列された前記構成素子のうち、前記搬送方向において隣り合うものは、互いの傾斜する方向が異なることを特徴とする請求項のいずれか1項に記載の磁気センサ装置。
  9. 前記構成素子は、前記長手方向において隣り合うものの傾きが同じである請求項又はに記載の磁気センサ装置。
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