KR20140116929A

KR20140116929A - 자기 센서 장치

Info

Publication number: KR20140116929A
Application number: KR1020147022664A
Authority: KR
Inventors: 타모츠 미나미다니
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-10-06
Also published as: CN104105977A; JPWO2013121870A1; EP2816368B1; KR101598468B1; CN104105977B; JP5979214B2; EP2816368A4; EP2816368A1; WO2013121870A1

Abstract

자기 센서 장치(101)는 자기 센서(100)와 요크(20)를 포함한다. 자기 센서(100)는 자기 저항 소자(30)와, 자석(10)과, 자기 저항 소자(30)를 배치하고, 자기 저항 소자(30)에 자계를 인가하는 위치에 자석(10)을 유지하는 내부 홀더(18C)를 포함하고, 매체(16)가 가지는 자기 패턴(16M)을 검지한다. 요크(20)는, 매체(16)의 반송부(18S) 및 자기 저항 소자(30)를 사이에 두고 자석(10)에 대향하는 위치에 배치되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 자기 저항 소자의 감자부와 매체의 간격 변화에 대한 자기 센서의 출력의 변동을 억제한다.

Description

자기 센서 장치{MAGNETIC SENSOR APPARATUS}

본 발명은 예를 들면 지폐 등의 매체에 마련되어 있는 자기(磁氣) 패턴을 검지하는 자기 센서를 포함하는 자기 센서 장치에 관한 것이다.

자성(磁性) 잉크 등으로 인쇄되어 이루어지는 자기 패턴이 마련되어 있는 지폐나 증권 등의 매체의 감별을 행하는 자기 센서를 포함하는 자기 센서 장치로서 특허문헌 1이 개시되어 있다.

도 14는 특허문헌 1에 나타나 있는 자기 센서 장치의 개략 구성도이다. 이 자기 센서 장치는, 자석(10) 위에 자기 저항 소자(MR1,MR2)가 배치된 자기 센서와, 자기 저항 소자(MR1,MR2)의 윗쪽에 배치되어 있는 대향 요크(yoke)(20)를 포함한다. 이 자기 센서 장치에서는, 자기 저항 소자(MR1,MR2) 위를 도시되어 있지 않은 자기 패턴이 마련되어 있는 매체(16)가 자기 센서와 대향 요크(20) 사이를 통과한다.

일본국 공개특허공보 평6-18278호

도 14에 나타난 바와 같은 자기 센서 장치에 있어서는, 대향 요크(20)는 매체(16)의 반송 방향에서의 분해능을 높이기 위해 마련되어 있다. 그 때문에 대향 요크(20)는 매체(16)의 반송 방향으로 좁고 가늘고 긴 형상이다. 또한 2개의 자기 저항 소자(MR1,MR2)가 자석(10)의 중앙에 대하여 균등한 위치에 배치되어 있다. 그 때문에, 대향 요크(20)에 의해 자속의 발산이 억제되어, 분해능은 향상한다.

그런데, 자성 잉크 등으로 인쇄되어 이루어지는 자기 패턴이 마련되어 있는 지폐나 증권 등의 매체의 감별을 행하는 자기 센서 장치에 요구되는 특성의 하나로서, 이른바 출력 GAP 특성이라고 하는 것이 있다. 통상, 검지 대상인 매체가 반송될 때, 자기 저항 소자의 감자부(感磁部)와 매체의 간격에 의해 자기 센서의 출력이 변동한다. 이 자기 저항 소자의 감자부와 매체의 간격 변화에 대한 자기 센서의 출력의 변동의 관계가 출력 GAP 특성이다. 자기 저항 소자의 감자부와 매체의 간격이 변화해도 자기 센서의 출력의 변동이 적으면 출력 GAP 특성은 좋은 것이 된다.

종래의 일반적인 자기 센서에서는, 자석이 개자로(開磁路)를 구성하기 때문에, 자속이 발산되고, 자석으로부터 떨어질수록 자속 밀도는 급속히 저하한다. 따라서, 자기 저항 소자의 감자부와 매체의 간격이 넓어질수록, 자기 저항 소자의 감자부상의 자속 밀도 변화가 작아져, 자기 센서의 출력은 급격하게 저하하기 쉽다. 따라서, 종래의 일반적인 자기 센서에서는 양호한 출력 GAP 특성이 얻어지지 않는다.

또한 도 14에 나타난 바와 같은 자기 센서 장치에 있어서도, 대향 요크(20)가 좁고, 자석(10)으로부터 나오는 자속의 확산 억제 작용이 불충분하므로, 출력 GAP 특성의 대폭적인 향상은 기대할 수 없다.

자기 센서 장치에 있어서, 출력 GAP 특성이 좋지 않은 자기 센서를 사용하여 자기 센서의 출력의 저하를 억제하기 위해서는, 자기 저항 소자의 감자부와 매체의 간격을 좁히면서, 그 간격을 일정하게 유지하여 매체가 반송되는 구조로 하면 된다. 예를 들면, 자기 센서의 커버에 대하여 매체 반송 롤러를 접촉시키고, 매체가 자기 센서의 커버를 슬라이딩하면서 반송 롤러로 반송되는 구조를 포함하는 것이 생각된다. 그러나 이러한 자기 센서 장치에서는, 매체를 반송하는 구조가 복잡화하여, 대량의 매체를 고속으로 반송하는 용도에는 적합하지 않다. 또한 커버가 마모된다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 자기 저항 소자의 감자부와 매체의 간격 변화에 대한 자기 센서의 출력의 변동을 억제한 자기 센서 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는 자기 저항 소자와, 자석과, 자기 저항 소자를 배치하고, 자기 저항 소자에 자계를 인가하는 위치에 자석을 유지하는 홀더를 포함하며, 매체가 가지는 자성체를 검지하는 자기 센서와, 매체의 반송부 및 자기 저항 소자를 사이에 두고 자석에 대향하는 위치에 배치된 요크를 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는, 요크의 폭방향의 치수 및 자석의 폭방향의 치수를 상기 매체의 반송 방향의 치수로 했을 때, 요크의 폭방향의 치수는 자석의 폭방향의 치수보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는 자석에 대한 요크의 대향면과, 요크에 대한 자석의 대향면은 평행하고, 이 둘의 대향면의 사이이며 매체의 반송 방향에서의 중앙이 되는 위치에 자기 저항 소자가 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는, 홀더는 요크를 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는, 자석에 대한 요크의 대향면으로부터 반송부까지의 간격은 반송부의 간극보다 좁은 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는 자석은 페라이트 자석인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는, 자기 저항 소자의 감자부에서의 자속 밀도는 150~450mT의 범위 내인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자기 센서 장치는, 요크는 자석과 서로 흡착하는 방향으로 착자(着磁)되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 자석과 요크 사이에서 자속은 발산하지 않으므로, 자석으로부터의 거리에 대한 자속 밀도의 변화가 작아, 자기 저항 소자의 감자부와 매체의 간격 변화에 대한 자기 센서의 출력의 저하가 억제된다. 그 때문에, 매체의 반송로의 틈새를 넓게 취할 수 있고, 매체를 반송하는 구조가 복잡화되지 않아, 대량의 매체를 고속으로 반송하는 용도에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치의 주요부의 단면도이다.
도 2(A)는 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치가 포함하는 자기 센서의 사시도(斜視圖)이다. 도 2(B)는 자기 센서와 요크의 위치 관계를 나타내는 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치의 투시 사시도이다. 도 2(C)는 자기 센서 장치(101)의 사시도이다. 도 2(D)는 매체의 반송 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치가 포함하는 자기 센서의 부분 컷어웨이(cut away) 사시도이다.
도 4(A)는 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치가 포함하는 자기 센서를 구성하는 자기 저항 소자의 평면도이다. 도 4(B)는 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치가 포함하는 자기 센서의 회로도이다. 도 4(C)는 매체(16)가 반송되었을 때의, 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다.
도 5(A)는 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 저항 소자를 구성하는 소자(MR1)의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 5(B)는 소자(MR1)가 가지는 자기 저항부 및 쇼트바의 피치를 L, 폭을 W로 나타냈을 때의 W/L에 대한 소자(MR1)의 저항값의 변화비 RB/R0의 특성도이다.
도 6(A)는 비교예에 따른 자기 센서를 구성하는 자기 저항 소자의 평면도이다. 도 6(B)는 비교예에 따른 자기 센서의 회로도이다. 도 6(C)는 매체가 반송되었을 때의 비교예에 따른 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다.
도 7(A)는 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치가 포함하는 요크의 치수를 나타내는 도면이다. 도 7(B)는 본 발명의 실시의 형태에 따른 자기 센서 장치가 포함하는 자기 센서를 구성하는 자기 저항 소자 및 커버의 각부의 치수 및 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 8(A)는 본 발명의 실시형태에 따른 자기 센서 장치에 있어서, 자계의 강도 분포를 자력선으로 나타낸 도면이다. 도 8(B)는 제1의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서 자계의 강도 분포를 자력선으로 나타낸 도면이다. 도 8(C)는 제2의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서, 자계의 강도 분포를 자력선으로 나타낸 도면이다.
도 9(A)는 본 발명의 실시형태에 따른 자기 센서 장치에 있어서 매체가 반송되었을 때의 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다. 도 9(B)는 제1의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서 매체가 반송되었을 때의 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다. 도 9(C)는 제2의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서 매체가 반송되었을 때의 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다.
도 10(A), 도 10(B)는 GAP에 대한 자기 센서의 출력 전압의 피크값의 변화를 나타내는 도면이다.
도 11(A)는 자기 저항 소자의 자속 밀도에 대한 저항값의 특성을 나타내는 도면이다. 도 11(B)는 자석에 의해 자기 저항 소자에 인가되는 바이어스 자계와 자기 센서의 출력 전압의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 매체의 차이에 의한 바이어스 자계의 자속 밀도의 변화에 대한 자기 센서의 출력 전압의 특성을 나타내는 도면이다.
도 13(A)는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 자기 센서 장치의 주요부의 단면도이다. 도 13(B)는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 자기 센서 장치의 요크를 제거한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 14는 특허문헌 1에 나타나 있는 자기 센서 장치의 개략 구성도이다.

본 발명의 실시의 형태인 자기 센서 장치(101)에 대하여 각 도면을 순서대로 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 실시형태에 따른 자기 센서 장치(101)의 주요부의 단면도이다. 도 2(A)~(D)는 본 실시형태에 따른 자기 센서 장치(101)에 관한 사시도이다. 자기 센서 장치(101)는, 자성체인 자기 잉크가 인쇄되어 이루어지는 자기 패턴(16M)을 포함하는 매체(16)가 반송될 때에 자기 패턴(16M)을 검지한다.

도 1에 있어서, 자기 센서 장치(101)는 자기 센서(100)와, 외부 홀더(18E)와, 요크(20)를 포함하고 있다. 요크(20)는 순철계(純鐵系) 연자성 재료로 이루어지는 블록상의 부재이며, 자기 센서(100)의 윗쪽에 배치되어 있다. 외부 홀더(18E)는 자기 센서(100)와 요크(20)를 유지하고 있다. 외부 홀더(18E)는 요크(20)의 외주면을 덮도록 마련되어 있다.

자기 센서(100)는 복수의 자기 저항 소자(30)와, 복수의 자석(10)과, 내부 홀더(18C)와, 커버(19)에 의해 구성되어 있다. 자석(10)은 자기 저항 소자(30)에 자계를 인가한다. 내부 홀더(18C)는 자석(10)을 유지하고 있고, 상부에 자기 저항 소자(30)가 배치된다. 커버(19)는 스테인리스스틸 등의 비자성 금속으로 이루어지고, 자기 저항 소자(30)를 덮도록 마련되어 있다. 자기 센서(100)는 커버(19)의 상면이 노출되는 동시에, 커버(19)의 측면의 일부와 내부 홀더(18C)의 측면이 외부 홀더(18E)에 의해 덮이도록 하여, 외부 홀더(18E)에 의해 유지되어 있다.

자기 센서 장치(101)에서는, 요크(20)와 커버(19)의 상면 사이에 매체(16)가 반송되는 반송부(슬릿)(18S)가 형성되어 있다. 여기서, 요크(20)의 외주면은 외부 홀더(18E)에 의해 덮여 있기 때문에, 자석(10)에 대한 요크(20)의 대향면인 요크(20)의 하면은 외부 홀더(18E)에 의해 덮여 있다. 그 때문에, 반송부(슬릿)(18S)는, 외부 홀더(18E)의 요크(20)의 하면을 덮고 있는 부분과 커버(19)의 상면 사이에 형성되어 있다. 즉, 자석(10)과 요크(20) 사이에 반송부(18S) 및 자기 저항 소자(30)가 배치되어 있다. 자기 센서 장치(101)에서는, 요크(20)의 폭방향의 치수 및 자석(10)의 폭방향의 치수를 매체(16)의 반송 방향의 치수로 했을 때, 요크(20)의 폭방향의 치수는 자석(10)의 폭방향의 치수보다 크다. 자기 센서 장치(101)에서는, 자석(10)에 대한 요크(20)의 대향면과, 요크(20)에 대한 자석(10)의 대향면은 평행하고, 이 둘의 대향면의 사이이며 매체(16)의 반송 방향에서의 중앙이 되는 위치에 자기 저항 소자(30), 보다 상세하게는 자기 저항 소자(30)의 감자부가 배치되어 있다. 자기 센서 장치(101)에서는, 자석(10)에 대한 요크(20)의 대향면인 요크(20)의 하면으로부터 반송부(18S)까지의 간격(G2)은 매체 반송부(18S)의 틈새(G1)보다 좁다. 여기서, 간격(G2)은 외부 홀더(18E)의 요크(20)의 하면을 덮고 있는 부분의 두께와 동일하다.

도 2(A)는 자기 센서(100)의 사시도이다. 도 2(B)는 자기 센서(100)와 요크(20)의 위치 관계를 나타내는 자기 센서 장치(101)의 투시 사시도이다. 도 2(B)에서는 외부 홀더(18E)를 파선으로 나타내고 있다. 도 2(C)는 자기 센서 장치(101)의 사시도이다. 도 2(D)는 매체(16)의 반송 구조를 나타내는 도면이다.

도 2(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 자기 센서(100) 및 요크(20)는 장척상이다. 매체(16)는 예를 들면 지폐이며, 도 2(D)에 나타내는 바와 같이, 상하의 롤러(40) 사이에 끼워지면서 반송된다.

도 3은 자기 센서(100)의 부분 컷어웨이 사시도이다. 도 3에서는 커버(19)의 일부가 잘라내진 상태를 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 내부 홀더(18C)는 내부 홀더(18C)의 상면에 내부 홀더(18C)의 길이방향을 따라 직선상으로 마련된 복수의 오목부를 가진다. 각 오목부에는 자기 저항 소자(30)(자기 저항 소자(30a,30b,30c,30d…)가 수납되어 있다. 또한 내부 홀더(18C)는 내부 홀더(18C)의 하면에, 내부 홀더(18C)의 길이방향을 따라 직선상으로 마련된 복수의 오목부를 가진다. 각 오목부에는 자석(10)이 수납되어 있다.

내부 홀더(18C)의 하부에는 복수의 자기 저항 소자(30a,30b,30c,30d…)에 전기적으로 접속된 단자 핀이 인출되어 있다.

도 4(A)는 자기 저항 소자(30)의 평면도이다. 단, 표면의 절연 보호막을 피복하기 전의 상태이다. 도 4(B)는 자기 센서(100)의 회로도이다. 도 4(C)는 매체(16)가 반송되었을 때의 자기 센서(100)의 출력 전압의 파형도이다. 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 자기 저항 소자(30)는 입력 단자(Vin)와, 출력 단자(Vout)와, 접지 단자(GND)와, 자기 저항부의 패턴 형상이 다른 2종의 소자부(MR1,MR2)를 포함하고 있다. 도 4(B)에 나타내는 바와 같이, 자기 저항 소자(30)는 소자(MR1,MR2)에 의한 저항 분압 회로를 구성하고 있다. 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 매체(16)의 자기 패턴(16M)이 자기 저항 소자(30)의 감자부상을 통과하면, 출력 단자(Vout)의 전압(저항 분압 회로의 출력 전압)은 도 4(C)에 나타내는 바와 같이 산형(山型)으로 변화한다.

도 5(A)는 소자(MR1)의 구성을 나타내는 평면도이다. 도 5(A)에 나타내는 바와 같이, 소자(MR1)는 자기 저항부(31)와 쇼트바(32)를 가진다. 여기서, 자기 저항부(31) 및 쇼트바(32)의 피치를 L, 폭을 W로 나타내면, W/L에 대한 소자(MR1)의 저항값의 변화비 RB/R0, 즉 소자(MR1)의 감도는 도 5(B)와 같은 특성을 나타낸다. 여기서, 저항값(RB)은 자석(10)에 의한 자계를 인가한 상태에서의 값, 저항값(R0)은 자석(10)에 의한 자계를 인가하지 않는 상태에서의 값이다. 자기 센서(100)에서는, 소자(MR2)는 W/L이 작아지므로 소자 감도는 낮아지기 때문에, 도 4(A)에 나타낸 구성의 자기 저항 소자(30)를 사용하여, 도 4(B)에 나타낸 회로 구성으로 하고, 매체(16)의 자기 패턴(16M)이 자기 저항 소자(30)의 감자부상을 통과할 때에, 도 4(C)에 나타낸 바와 같은 출력이 얻어진다.

여기서, 도 6(A)~도 6(C)에 나타내는 바와 같은 비교예에 따른 자기 센서를 준비한다. 비교예에 따른 자기 센서는 도 6(A)에 평면도로 나타내는 자기 저항 소자 등에 의해 구성된다. 비교예에 따른 자기 센서는, 자기 저항 소자의 구성 이외에는 본 실시형태의 자기 센서(100)와 같은 구성이다. 도 6(B)는 비교예에 따른 자기 센서의 회로도이다. 도 6(C)는 매체(16)가 반송되었을 때의 비교예에 따른 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다. 도 6(A), (B)에 나타내는 바와 같이, 이 자기 저항 소자는 이른바 AC 타입의 자기 저항 소자이며, 입력 단자(Vin)와, 출력 단자(Vout)와, 접지 단자(GND)와, 자기 저항부의 패턴 형상이 같은 2개의 소자부(MR1,MR2)를 포함하고 있고, 소자(MR1,MR2)에 의한 저항 분압 회로를 구성하고 있다. 매체(16)의 자기 패턴(16M)이 이 자기 저항 소자의 감자부상을 통과하면, 출력 단자(Vout)의 전압(저항 분압 회로의 출력 전압)은 도 6(C)에 나타내는 바와 같이 변화 방향이 반대인 두 개의 산형으로 변화한다.

다음으로, 본 실시형태 및 비교예의 자기 센서 장치의 특성을 비교하기 위해 정량적(定量的)인 하나의 구체예를 나타낸다.

도 7(A)는 요크(20)의 치수를 나타내는 도면이다. 도 7(B)는 자기 저항 소자(30)와 커버(19)의 각 부의 치수 및 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 8(A)는, 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)에 있어서, 자계의 강도 분포를 자력선으로 나타낸 도면이다. 도 8(B)는 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)와 마찬가지로 자기 센서(100)를 포함하는데 요크(20)를 포함하고 있지 않은, 제1의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서 자계의 강도 분포를 자력선으로 나타낸 도면이다. 도 8(C)는, 도 6에 나타내는 비교예에 따른 자기 센서와, 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)와 마찬가지로 요크를 포함하는, 제2의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서 자계의 강도 분포를 자력선으로 나타낸 도면이다.

도 8(A)로부터 명백하듯이, 자기 센서 장치(101)에서는, 자기 저항 소자(30)와 요크(20)의 간격은 자기 저항 소자(30)와 자석(10)의 간격보다 넓지만, 요크(20)의 폭방향의 치수 및 자석(10)의 폭방향의 치수를 매체(16)의 반송 방향의 치수로 했을 때, 요크(20)의 폭방향의 치수는 자석(10)의 폭방향의 치수보다 크므로, 자석(10)과 요크(20) 사이에 매체(16)의 반송 방향의 일정 구간에 걸치면서, 자석(10)과 요크(20)의 간극 방향으로 균일한 자속 밀도의 자계가 형성된다. 또한 자기 센서 장치(101)에서는, 자석(10)에 대한 요크(20)의 대향면인 요크(20)의 하면으로부터 반송부(18S)까지의 간격(G2)은, 반송부(18S)의 간극(G1)보다 좁으므로(도 1 참조), 커버(19)의 표면으로부터 자기 패턴(16M)까지의 GAP을 확보하면서, 자기 저항 소자(30)의 감자부와 요크(20)의 간격을 좁게 할 수 있다. 그 때문에, GAP의 변동에 대한 반송부(18S)의 자속 밀도의 변화는 작게 억제된다.

도 9(A)는 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)에 있어서 매체(16)가 반송되었을 때의 자기 센서(100)의 출력 전압의 파형도이다. 도 9(B)는 제1의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서 매체가 반송되었을 때의 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다. 도 9(C)는 제2의 비교예에 따른 자기 센서 장치에 있어서 매체가 반송되었을 때의 자기 센서의 출력 전압의 파형도이다. 도 9(A)~(C)에 있어서, 출력 파형(WP0)은 커버(19)의 표면으로부터 매체(16)의 자기 패턴(16M)까지의 GAP(도 1 참조)가 0일 때의 파형, 출력 파형(WP1)은 GAP이 1mm일 때의 파형이다.

도 9(A)와 도 9(B)를 대비하면 명백하듯이, GAP=0일 때도 GAP=1mm일 때도 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)와 같이 요크(20)를 마련함으로써 자기 센서(100)의 출력 전압의 피크값이 커진다.

도 10(A), 도 10(B)는 GAP에 대한 자기 센서(100)의 출력 전압의 피크값의 변화를 나타내는 도면이다. C0는 제1의 비교예에 따른 자기 센서 장치의 특성을 나타낸다. C1은, 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)에 있어서, 커버(19)의 표면으로부터 요크(20)까지의 간격(G0)(도 1 참조)이 3mm일 경우의 특성을 나타낸다. C2는, 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)에 있어서, G0이 2mm일 경우의 특성을 나타낸다. C3은, 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)에 있어서, G0이 1.1mm일 경우의 특성을 나타낸다. C4는, 도 6에 나타내는 비교예에 따른 자기 센서를 포함하는데 요크를 포함하고 있지 않은, 제3의 비교예에 따른 자기 센서 장치의 특성을 나타낸다. C5는 제2의 비교예에 따른 자기 센서 장치의 특성을 나타낸다. 도 10(A)의 세로축은 출력 전압값, 도 10(B)의 세로축은 GAP=0을 기준으로 한 비율이다.

측정 조건은 다음과 같다.

[자석]

재료: 페라이트 자석

치수: 5.5×4×5mm

자기 저항 소자와의 간격: 0.5mm

소자의 검지 폭: 0.5mm

소자와 커버 표면까지의 간격: 0.4mm

[요크]

재료: 철(순철계 연자성 재료)

치수: 40×20×10mm

G0: 1.1mm, 2mm, 3mm

도 10(B)로부터 명백하듯이, 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)와 같이 요크(20)를 마련함으로써, GAP의 변화에 대한 출력 전압의 피크값의 변동은 작게 억제되는 것을 알 수 있다. 또한 도 6에 나타내는 비교예에 따른 자기 센서를 포함하는 자기 센서 장치에서는, 요크를 마련하는 것에 의한 개선 효과가 그다지 없는 것을 알 수 있다. 이것은 AC 타입의 자기 저항 소자가, 자석과 요크의 대향면의 사이에서의 매체의 반송 방향의 중앙이 되는 위치로부터 매체의 반송 방향의 전후로 어긋난 위치에 소자(MR1,MR2)가 배치되어 있는 것에 기인하고 있다. 즉, 이 두 개의 소자(MR1,MR2)의 위치에서의 자속 밀도는 GAP의 변화에 따라 크게 변동하기 때문이다.

도 11(A)는 자기 저항 소자의 자속 밀도에 대한 저항값의 특성을 나타내는 도면이다. 도 11(B)는 자석에 의해 자기 저항 소자에 인가되는 바이어스 자계와 자기 센서의 출력 전압의 관계를 나타내는 도면이다.

여기서, 매체상의 자기 패턴의 통과에 의한 저항의 변화분을 ΔMR, 자기 패턴의 통과에 의한 자속 밀도의 변화분을 ΔB로 나타내면, ΔMR/ΔB가 자기 저항 소자의 감도이다. MR1이 자기 패턴의 통과에서, 저항이 MR1+ΔMR1로 변화했다고 하면, 자기 센서의 출력 전압은,

ΔVout=Vin*{(MR1+ΔMR1)/(MR1+MR2)-MR1/(MR1+MR2)}

=Vin*ΔMR1/(MR1+MR2)

만큼 변화한다. 도 11(B)의 세로축은 이 출력 전압 변화 ΔVout이다.

도 11(B)에 나타나 있는 바와 같이, 바이어스 자계의 자속 밀도의 변화에 대한 출력 전압의 변동에 피크가 생긴다. 이 피크가 되는 자속 밀도 150[mT]보다 바이어스 자계의 자속 밀도가 낮은 범위에서는 (MR1+MR2)의 증가분은 ΔMR1의 증가분보다 작고, 높은 범위에서는 (MR1+MR2)의 증가분은 ΔMR1의 증가분보다 크다.

도 12는 매체의 차이에 의한 바이어스 자계의 자속 밀도의 변화에 대한 출력 전압의 자기 센서의 특성을 나타내고 있다. 도 12(A)는 세로축에 출력 전압, 도 12(B)는 세로축에 출력 전압비를 취하고 있다. "S"는 매체가 자기 스레드(thread)인 경우의 특성, "K"는 매체가 지폐에 사용되고 있는 자기 잉크가 인쇄되어 이루어지는 자기 패턴을 포함하는 경우의 특성이다. 도 12(B)에서는 바이어스 자계가 150[mT]일 때의 출력 전압을 기준으로 하여 출력 전압비를 취하고 있다.

이와 같이, 바이어스 자계에 의한 자기 센서의 출력 전압의 경향은 매체에 따라 다르다. 도 12(A)에 나타내는 바와 같이, 지폐에 사용되고 있는 자기 잉크가 인쇄되어 이루어지는 자기 패턴을 포함하는 매체에서는 100[mT]으로는 충분한 출력이 얻어지지 않는다. 또한 도 12(B)에 나타내는 바와 같이, 바이어스 자계의 자속 밀도는 450[mT]을 넘으면, 바이어스 자계의 자속 밀도가 150[mT](바이어스 자계의 자속 밀도의 변화에 대한 자기 센서의 출력 전압의 변동이 피크가 되는 값)일 때의 자기 센서의 출력 전압을 밑돌기 때문에, 바이어스 자계의 자속 밀도는 150[mT]에서 450[mT]의 범위인 것이 바람직하다.

페라이트 자석에서는, 최대 100[mT] 정도의 자속 밀도밖에 얻어지지 않지만, 본 실시형태의 자기 센서 장치(101)와 같이 요크(20)를 마련함으로써, 자기 저항 소자(30)의 감자부에 있어서의 바이어스 자계의 자속 밀도는 150[mT] 이상이 되므로, 자석(10)으로서 페라이트 자석을 사용해도, 요크(20)를 마련함으로써, 바이어스 자계의 자속 밀도를 150[mT]에서 450[mT]의 범위로 정할 수 있다. 그 때문에, 네오디뮴 등의 레어어스를 포함하는 자석과 같은 고비용의 자석을 사용할 필요가 없어, 저비용의 페라이트 자석을 사용할 수 있다.

<<제2의 실시형태>>

도 13(A)는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 자기 센서 장치(102)의 주요부의 단면도이다. 도 13(B)는 본 실시형태에 따른 자기 센서 장치(102)의 요크(20)를 제거한 상태를 나타내는 평면도이다. 본 실시형태에 따른 자기 센서 장치(102)는, 제1의 실시형태의 자기 센서 장치(101)와 달리, 홀더(18)에 자석(10), 자기 저항 소자(30) 및 커버(19)가 마련되고, 요크(20)는 홀더(18)와는 분리되어 있다. 또한 요크(20)는 자석(10)과 서로 흡착하는 방향으로 착자되어 있다.

이와 같이, 요크(20)는 자석(10)이나 자기 저항 소자(30)와는 분리되어 있어도 된다. 그것에 의해, 자기 센서(100)의 배치의 자유도가 높아진다. 또한 요크(20)는 자석(10)과 서로 흡착하는 방향으로 착자되어 있으면, 자석(10)과 요크(20)의 사이에 매체(16)의 반송 방향이 넓은 범위에 대하여, 자석(10)과 요크(20)의 간극에 이 간극 방향으로 균일한 자속 밀도의 자계가 형성된다. 게다가, 자석(10)에 의한 자하(磁荷)와 요크(20)에 의한 자하가 가산되어, 자석(10)과 요크(20)의 간극의 자속 밀도가 높아진다. 그만큼 자석(10)과 요크(20)의 간극을 크게 할 수 있으므로, 매체(16)를 반송하는 구조의 설계상의 자유도가 높아져, 대량(16)의 매체를 고속으로 반송하는 것도 용이해진다.

MR1, MR2: 자기 저항 소자 10: 자석
16: 매체 16M: 자기 패턴
18: 홀더 18C: 내부 홀더
18E: 외부 홀더 18S: 반송부
19: 커버 20: 요크
30: 자기 저항 소자 30a, 30b, 30c, 30d: 자기 저항 소자
31: 자기 저항부 32: 쇼트바
100: 자기 센서 101, 102: 자기 센서 장치

Claims

자기 저항 소자와, 자석과, 상기 자기 저항 소자를 배치하고, 상기 자기 저항 소자에 자계를 인가하는 위치에 상기 자석을 유지하는 홀더를 포함하고, 매체가 가지는 자성체를 검지하는 자기 센서와,
상기 매체의 반송부 및 상기 자기 저항 소자를 사이에 두고 상기 자석에 대향하는 위치에 배치된 요크(yoke)를 포함한 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
제1항에 있어서,
상기 요크의 폭방향의 치수 및 상기 자석의 폭방향의 치수를 상기 매체의 반송 방향의 치수로 했을 때, 상기 요크의 폭방향의 치수는 상기 자석의 폭방향의 치수보다 큰 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자석에 대한 상기 요크의 대향면과, 상기 요크에 대한 상기 자석의 대향면은 평행하고, 이 두 개의 대향면의 사이이며 상기 매체의 반송 방향에서의 중앙이 되는 위치에 상기 자기 저항 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홀더는 상기 요크를 유지하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석에 대한 상기 요크의 대향면으로부터 상기 반송부까지의 간격은 상기 반송부의 간극보다 좁은 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자석은 페라이트 자석인 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 저항 소자의 감자부(感磁部)에서의 자속 밀도는 150~450mT의 범위 내인 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 요크는 상기 자석과 서로 흡착하는 방향으로 착자(着磁)되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서 장치.