(57)【要約】【課題】バイアス磁界を発生する磁気発生部を備えた磁気センサにおいて、感磁素子に印加されるバイアス磁界を低減する。【解決手段】磁気センサ１は、感磁素子を含むセンサ部１０と、センサ部１０にバイアス磁界を印加する磁気発生部２０とを備える。磁気発生部２０は、Ｎ極を構成する第１の磁極面２１と、Ｓ極を構成する第２の磁極面２２と、第１の磁極面２１と第２の磁極面２２の間に位置する本体部２３とを含む。本体部２３は切り欠き部２４を有し、センサ部１０の少なくとも一部が切り欠き部２４に位置している。これによれば、切り欠き部２４の内部及びその近傍においては、磁界強度の弱い弱磁場領域が形成される。そして、この弱磁場領域Ａにセンサ部１０を配置することにより、感磁素子に印加されるバイアス磁界が大幅に低減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感磁素子を含むセンサ部と、
前記センサ部にバイアス磁界を印加する磁気発生部と、を備え、
前記磁気発生部は、Ｎ極を構成する第１の磁極面と、Ｓ極を構成する第２の磁極面と、前記第１の磁極面と前記第２の磁極面の間に位置する本体部とを含み、
前記本体部は第１の切り欠き部を有し、
前記センサ部の少なくとも一部は、前記第１の切り欠き部に位置していることを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
前記本体部は、磁気パターンを有する被測定部材のスキャン方向と平行な方向に着磁された永久磁石を含み、
前記第１の切り欠き部は、前記スキャン方向に対して垂直な方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１の切り欠き部は、前記本体部の前記スキャン方向における中央部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記永久磁石が単一の永久磁石であることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記永久磁石は、前記第１の磁極面を構成する第１の永久磁石と、前記第２の磁極面を構成する第２の永久磁石を含み、
前記本体部は、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石の間に位置し、前記第１の切り欠き部を構成する磁性体をさらに含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記磁気発生部は、前記第１の磁極面に設けられた第１のヨークと、前記第２の磁極面に設けられた第２のヨークをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記本体部は、前記第１の切り欠き部と反対側に位置する第２の切り欠き部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサに関し、特に、バイアス磁界を発生する磁気発生部を備えた磁気センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサは、電流計や磁気エンコーダなどに用いられる他、紙幣に埋め込まれた磁気パターンを読み取る紙幣センサに用いられることがある。例えば、特許文献１には、紙幣のスキャン方向に磁界を発生させる２つの永久磁石と、これら永久磁石の間に配置され、スキャン方向に対して垂直な方向の磁界を検出する感磁素子とを備えた磁気センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６２０９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された磁気センサは、２つの永久磁石の間に感磁素子が配置されることから、感磁素子は常に強いバイアス磁界に晒される。このため、感磁素子の感度方向をバイアス磁界とは異なる方向に向けなければ、感磁素子が容易に飽和してしまい、磁界検出ができなくなるという問題があった。また、感磁素子の感度方向をバイアス磁界とは異なる方向に向けた場合であっても、アセンブリの精度ばらつきなどによって感磁素子の感度方向が僅かに傾くだけで、磁界の検出特性が大きく変化してしまう。
【０００５】
したがって、本発明は、バイアス磁界を発生する磁気発生部を備えた磁気センサにおいて、感磁素子に印加されるバイアス磁界を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による磁気センサは、感磁素子を含むセンサ部と、センサ部にバイアス磁界を印加する磁気発生部とを備え、磁気発生部は、Ｎ極を構成する第１の磁極面と、Ｓ極を構成する第２の磁極面と、第１の磁極面と第２の磁極面の間に位置する本体部とを含み、本体部は第１の切り欠き部を有し、センサ部の少なくとも一部は、第１の切り欠き部に位置していることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、磁気発生部の本体部に第１の切り欠き部が設けられていることから、第１の切り欠き部の内部及びその近傍においては、磁界強度の弱い弱磁場領域が形成される。そして、本発明においては、この弱磁場領域にセンサ部を配置していることから、感磁素子に印加されるバイアス磁界を大幅に低減することが可能となる。
【０００８】
本発明において、本体部は、磁気パターンを有する被測定部材のスキャン方向と平行な方向に着磁された永久磁石を含み、第１の切り欠き部は、スキャン方向に対して垂直な方向に形成されていても構わない。これによれば、紙幣センサのように、被測定部材をスキャンするタイプの磁気センサに応用することが可能となる。
【０００９】
本発明において、第１の切り欠き部は、本体部のスキャン方向における中央部に設けられていても構わない。これによれば、弱磁場領域の磁界強度をより低減することが可能となる。
【００１０】
本発明において、永久磁石が単一の永久磁石であっても構わない。これによれば、部品点数を削減することが可能となる。或いは、永久磁石は、第１の磁極面を構成する第１の永久磁石と、第２の磁極面を構成する第２の永久磁石を含み、本体部は、第１の永久磁石と第２の永久磁石の間に位置し、第１の切り欠き部を構成する磁性体をさらに含むものであっても構わない。これによれば、単純な形状を有する永久磁石および磁性体を組み合わせることによって磁気発生部を構成することが可能となる。
【００１１】
本発明において、磁気発生部は、第１の磁極面に設けられた第１のヨークと、第２の磁極面に設けられた第２のヨークをさらに含むものであっても構わない。これによれば、第１および第２のヨークのサイズや位置によって、センサ部に印加される磁界の向きや強さを調整することが可能となる。
【００１２】
本発明において、本体部は、第１の切り欠き部と反対側に位置する第２の切り欠き部をさらに有していても構わない。これによれば、第２の切り欠き部によって弱磁場領域の位置を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
このように、本発明によれば、バイアス磁界を発生する磁気発生部を備えた磁気センサにおいて、感磁素子に印加されるバイアス磁界を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１の構造を説明するための略断面図である。
【図２】図２は、センサチップ１２をｚ方向から見た略平面図である。
【図３】図３は、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。
【図４】図４は、磁気発生部２０のｘｙ平面図である。
【図５】図５は、磁気発生部２０によって発生する磁界の向きおよび強さを示す磁力線図である。
【図６】図６は、第１の変形例による磁気発生部２０の形状を示すｘｙ平面図である。
【図７】図７（ａ）は第２の変形例による磁気発生部２０の形状を示すｘｚ断面図であり、図７（ｂ）は第３の変形例による磁気発生部２０の形状を示すｘｚ断面図であり、図７（ｃ）は第４の変形例による磁気発生部２０の形状を示すｘｚ断面図である。
【図８】図８（ａ）は第５の変形例による磁気発生部２０の形状を示すｘｚ断面図であり、図８（ｂ）は第６の変形例による磁気発生部２０の形状を示すｘｚ断面図である。
【図９】図９は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ２の構造を説明するための略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ３の構造を説明するための略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による磁気センサ１の構造を説明するための略断面図である。
【００１７】
磁気センサ１は、紙幣などの被測定部材に埋め込まれた磁気パターンを読み取るタイプの磁気センサであり、図１に示すように、センサ部１０と、センサ部１０にバイアス磁界を印加する磁気発生部２０と、センサ部１０および磁気発生部２０を収容するケース３０とを備えている。ケース３０は、樹脂、ステンレス、アルミなどの非磁性材料によって構成される。実使用時においては、紙幣などの被測定部材４０をｘ方向にスキャンし、これにより被測定部材４０に埋め込まれた磁気パターン４１をセンサ部１０によって読み取る。ここで、磁気パターン４１が軟磁性材料からなる場合には、磁気パターン４１がセンサ部１０の直下に到達する前に、磁気発生部２０によって磁気パターン４１を着磁し、着磁された磁気パターン４１から発せられる磁界をセンサ部１０によって検出する。磁気パターン４１が硬磁性材料からなる場合には、磁気パターン４１自体が発する磁界をセンサ部１０によって検出する。
【００１８】
センサ部１０は、基板１１と、基板１１に搭載されたセンサチップ１２と、センサチップ１２に磁束を集める集磁体１３と、磁気シールド１４とを備えている。磁気シールド１４は、パーマロイや鉄などの軟磁性材料からなり、スキャン方向であるｘ方向の両側からセンサチップ１２を覆うｙｚ側面と、センサチップ１２と磁気発生部２０の間に位置するｘｙ底面と、センサチップ１２と被測定部材４０の間に位置するｘｙ天面を有しており、ｘｙ天面に設けられたギャップに集磁体１３の先端部が配置される。本発明において磁気シールド１４を設けることは必須でないが、磁気シールド１４を設けることにより、センサチップ１２に印加されるバイアス磁界や外乱磁界をより低減することが可能となる。
【００１９】
図２は、センサチップ１２をｚ方向から見た略平面図である。
【００２０】
図２に示すように、センサチップ１２の素子形成面には４つの感磁素子Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。感磁素子Ｒ１〜Ｒ４は、磁界によって特性が変化する素子であれば特に限定されないが、磁界の向きおよび強度に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子であることが好ましい。
【００２１】
感磁素子Ｒ１〜Ｒ４のうち、感磁素子Ｒ１，Ｒ２はｘ座標位置が互いに一致し、感磁素子Ｒ３，Ｒ４はｘ座標位置が互いに一致している。また、感磁素子Ｒ１，Ｒ３はｙ座標位置が互いに一致し、感磁素子Ｒ２，Ｒ４はｙ座標位置が互いに一致している。そして、ｚ方向から見た平面視で、感磁素子Ｒ１，Ｒ２と感磁素子Ｒ３，Ｒ４の間にフェライトなどの軟磁性材料からなる集磁体１３が配置される。集磁体１３はｚ方向の磁束を選択的に集磁し、これを＋ｘ方向および−ｘ方向にほぼ均等に分配する役割を果たす。＋ｘ方向に分配された磁束は感磁素子Ｒ１，Ｒ２に対してほぼ均等に印加され、−ｘ方向に分配された磁束は感磁素子Ｒ３，Ｒ４に対してほぼ均等に印加される。
【００２２】
図３は、感磁素子Ｒ１〜Ｒ４の接続関係を説明するための回路図である。
【００２３】
図３に示すように、感磁素子Ｒ１，Ｒ４は電源Ｖｃｃとグランド間に直列に接続され、感磁素子Ｒ３，Ｒ２も電源Ｖｃｃとグランド間に直列に接続される。そして、感磁素子Ｒ１，Ｒ４の接続点と感磁素子Ｒ３，Ｒ２の接続点の間の電圧が検出信号Ｖｏｕｔとして出力される。検出信号Ｖｏｕｔは、集磁体１３によって集磁された磁束の方向および磁束密度によって変化することから、磁気パターン４１から発せられる磁界を検出することが可能となる。
【００２４】
図１に戻って、磁気発生部２０は、Ｎ極を構成する第１の磁極面２１と、Ｓ極を構成する第２の磁極面２２を有している。第１の磁極面２１と第２の磁極面２２の間に位置する本体部２３は、単一の永久磁石である。つまり、永久磁石である本体部２３は、スキャン方向であるｘ方向に着磁されており、一方のｙｚ面がＮ極である第１の磁極面２１を構成し、他方のｙｚ面がＳ極である第２の磁極面２２を構成する。
【００２５】
本実施形態においては、本体部２３のｘｙ面のうち被測定部材４０と向かい合う側の面のｘ方向における中央部に、ｚ方向に窪んだ切り欠き部２４が形成されている。図１に示す例では、切り欠き部２４のｘｚ断面は矩形であり、ｘｙ平面図である図４に示すように、本体部２３のｙ方向における全幅に亘って切り欠き部２４が形成されている。そして、センサ部１０の一部又は全部が切り欠き部２４の内部に位置している。
【００２６】
図５は、磁気発生部２０によって発生する磁界の向きおよび強さを示す磁力線図である。
【００２７】
図５に示すように、磁気発生部２０によって発生する磁界は、Ｎ極である第１の磁極面２１からＳ極である第２の磁極面２２に向かうため、第１の磁極面２１と第２の磁極面２２の間の領域においては、ｘ方向の磁界が主成分となる。しかしながら、本実施形態においては、本体部２３に切り欠き部２４が設けられているため、切り欠き部２４の内部およびその近傍には、磁界がゼロ又は非常に弱い弱磁場領域Ａが形成される。このような弱磁場領域Ａは、第１の磁極面２１と第２の磁極面２２を直接結ぶ磁界と、切り欠き部２４によって形成される磁界が互いに打ち消し合うことにより形成される。
【００２８】
そして、本実施形態による磁気センサ１は、この弱磁場領域Ａにセンサ部１０が配置されている。これにより、第１および第２の磁極面２１，２２の近傍においては強い磁界が生じているにもかかわらず、センサ部１０に印加される磁界は非常に弱い。その結果、センサ部１０の感度方向を自由に設定できるだけでなく、アセンブリの精度ばらつきなどによって感度方向が傾いても、磁界の検出特性が大きく変化することがなくなる。
【００２９】
尚、上述した例では、切り欠き部２４が本体部２３のｙ方向における全幅に亘って形成されているが、図６に示す第１の変形例のように、切り欠き部２４のｙ方向における幅が本体部２３のｙ方向における幅よりも狭く、本体部２３のｘｙ面を部分的にくりぬいた形状であっても構わない。
【００３０】
また、上述した例では、切り欠き部２４のｘｚ断面が矩形であるが、図７（ａ）に示す第２の変形例のように、切り欠き部２４のｘｚ断面が円弧形であっても構わないし、図７（ｂ）に示す第３の変形例のように、切り欠き部２４のｘｚ断面が三角形であっても構わない。さらに、図７（ｃ）に示す第４の変形例のように、切り欠き部２４のｘ方向位置がオフセットしていても構わない。
【００３１】
また、上述した例では、磁気発生部２０の本体部２３が単一の永久磁石によって構成されているが、図８（ａ）に示す第５の変形例のように、３つの永久磁石２３ａ〜２３ｃを組み合わせることによって本体部２３を構成しても構わないし、図８（ｂ）に示す第６の変形例のように、２つの永久磁石２３ａ，２３ｂと、フェライトなどからなる軟磁性体２３ｄを組み合わせることによって本体部２３を構成しても構わない。これらの場合、永久磁石２３ａ，２３ｂのサイズを互いに同じとし、永久磁石２３ｃ又は軟磁性体２３ｄのｚ方向におけるサイズを永久磁石２３ａ，２３ｂよりも小さくすれば、単純な形状を有するパーツを組み合わせることによって、切り欠き部２４を有する磁気発生部２０を構成することが可能となる。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態による磁気センサ２の構造を説明するための略断面図である。
【００３３】
図９に示すように、第２の実施形態による磁気センサ２は、第１の磁極面２１に設けられた第１のヨーク５１と、第２の磁極面２２に設けられた第２のヨーク５２をさらに含む点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３４】
第１及び第２のヨーク５１，５２は、例えば鉄などの軟磁性材料からなる板状体である。本実施形態による磁気センサ２は、第１及び第２の磁極面２１，２２にそれぞれ第１及び第２のヨーク５１，５２が設けられていることから、第１および第２のヨーク５１，５２のサイズや位置によって、センサ部１０に印加される磁界の向きや強さを調整することができる。
【００３５】
＜第３の実施形態＞
図１０は、本発明の第３の実施形態による磁気センサ３の構造を説明するための略断面図である。
【００３６】
図１０に示すように、第３の実施形態による磁気センサ３は、切り欠き部２４の反対側に別の切り欠き部２５が設けられている点において、第１の実施形態による磁気センサ１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態による磁気センサ１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
切り欠き部２５は、本体部２３のｘｙ面のうち被測定部材４０と向かい合う側の面とは反対側に設けられており、その形状及びサイズは、切り欠き部２４と同じであっても構わないし、異なっていても構わない。このような切り欠き部２５を設けると、切り欠き部２４によって形成される弱磁場領域Ａの位置が変化する。一例として、切り欠き部２４と切り欠き部２５の形状及びサイズが同じである場合、弱磁場領域Ａの位置が＋ｚ方向にシフトする。このように、切り欠き部２４とは異なる別の切り欠き部２５を設けることによって、弱磁場領域Ａの位置を微調整することが可能である。
【００３８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
１〜３    磁気センサ
１０    センサ部
１１    基板
１２    センサチップ
１３    集磁体
１４    磁気シールド
２０    磁気発生部
２１    第１の磁極面
２２    第２の磁極面
２３    本体部
２３ａ〜２３ｃ    永久磁石
２３ｄ    軟磁性体
２４    第１の切り欠き部
２５    第２の切り欠き部
３０    ケース
４０    被測定部材
４１    磁気パターン
５１    第１のヨーク
５２    第２のヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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