(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気層の磁気ヒステリシス特性を検出するための磁気ヘッド装置であって、
上記磁気層内に直流磁界を発生する第１の記録ヘッドであって、上記直流磁界が上記磁気層を第１の方向に飽和させるのに十分な強さを持つ第１の記録ヘッドと、
上記第１の記録ヘッドの付近で、かつ、その後方に位置し、上記第１の記録ヘッドが発生した上記磁気層内の残留磁化の位相と大きさを検出する第１の読出しヘッドと、
上記第１の読出しヘッドの付近で、かつ、その後方に位置し、上記磁気層内に上記第１の記録ヘッドで発生した上記直流磁界と反対の方向の磁界であって上記第１の記録ヘッドが記録した上記磁化を反転し部分的に消磁するための強度のより小さい磁界を発生する第２の記録ヘッドと、
上記第２の記録ヘッドの付近に位置し、上記第２の記録ヘッドを通過後、上記磁気層内の残留磁化の位相と大きさを検出する第２の読出しヘッドと、
を含むことを特徴とする磁気ヘッド装置。
【請求項２】
磁気層の磁気ヒステリシス特性を検出するための磁気ヘッド装置であって、
上記磁気層内に直流磁界を発生する第１の記録ヘッドであって、上記磁気層を第１の方向に飽和させる第１の記録ヘッドと、
上記第１の記録ヘッドの付近に配置され、上記磁化層内に上記第１の記録ヘッドが発生した磁界と反対方向の磁界であって上記第１の記録ヘッドが発生した磁化の極性を反転させ、部分的に磁化を消去あるいは反転させるに十分な振幅を有する磁界を発生する第２の記録ヘッドと、
を含み、上記第１と第２の記録ヘッドが、上記磁気層の上記磁化の位相と大きさを同時に検出することを特徴とする磁気ヘッド装置。
【請求項３】
磁性体層の磁気ヒステリシス特性を測定する方法であって、
飽和磁界により上記磁性体層を第１の方向に飽和させるステップと、
上記飽和磁界を除去した後、上記磁気層の飽和残留磁気を測定するステップと、
所定の値を持つと共に上記飽和磁界と反対の方向を持つ非飽和磁界を印加するステップと、
上記非飽和磁界を除去した後、上記磁気層の非飽和残留磁気の大きさと極性を測定するステップと、
を有することを特徴とする磁気ヒステリシス特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般的には磁界の検出に関し、より詳しくは、連邦準備紙幣などに関する磁界の検出と鑑定の両方あるいは一方に関する。ここで、連邦準備紙幣などは、部分的に、紙幣の一枚一枚に検出可能な磁気層を形成する磁気インクで印刷されている。
【０００２】
【従来の技術】
従来、連邦準備紙幣などの紙幣の検出と鑑定に使用する磁界検出システムは、図１に示すような５個のヘッドによる方法を使用している。まず、連邦準備紙幣（以下、紙幣と呼ぶ）１１を、図１に示す矢印の方向に移動する。紙幣１１は、最初に、高周波消去ヘッド１５の上を通過する。高周波消去ヘッド１５は、紙幣１１に印刷してある磁気インクを減磁する。次に、紙幣１１は、非飽和磁界記録ヘッド１６の上を通過し、そこで、磁気インクを飽和の約８０％に磁化する磁界にさらされる。さらに、紙幣１１は非飽和磁界読出しヘッド１７の上を通過する。非飽和磁界読出しヘッド１７は、非飽和磁界の印加に起因する残留磁気モーメントを検出する。続いて、紙幣１１は、磁気インク層を飽和状態まで磁化する磁界を形成する飽和磁界記録ヘッド１８の上を通過する。最後に、紙幣１１は、飽和磁界の印加に起因する飽和残留磁気モーメントを検出する飽和磁界読出しヘッド１９の上を通過する。従来の検査方法の動作は、図２を参照することにより、理解できる。図２は、材料の磁化と磁界の関係、つまり一般にヒステリシス曲線と呼んでいるものを、グラフで示したものである。紙幣１１には、まず、消去磁界が印加され、その結果、図２の点２１で示す磁気特性を有する磁気層が形成される。非飽和（８０％）磁界を紙幣１１に印加すると、磁気層が、ヒステリシス曲線２０の点２２で示す特性を持つようになる。紙幣１１を、非飽和磁界ヘッドの付近から移動すると、磁気特性（残留磁気モーメント）は、点２３で定義した特性を帯びる。この点２３で定義した残留磁気モーメントを、非飽和磁界読出しヘッド１７で測定する。次に、紙幣１１を飽和磁界と図２の点２４で示す磁気層の磁界にさらす。そして、飽和磁界記録ヘッド１８から離して、点２５における残留磁気を、飽和磁界読出しヘッド１９で測定する。点２３と点２５における残留磁界の測定値を使用して、紙幣１１の真贋を決定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気インク検出装置は、上述したように消去ヘッドを必要とする。従来の消去ヘッドは、電線を多数回巻き付けた、間隙を有する磁気コアで構成されている。この電線が、高周波の交流磁界を発生する。紙幣が、磁気コアの間隙の付近を通過すると、大きな交番磁界にさらされる。紙幣に印加されたこの磁界は、紙幣が間隙から離れると、ゼロに減衰する。この大きな交番磁界が、紙幣に存在する磁気を消去する。この減衰する大きな交番磁界の印加により、紙幣の磁気層は、図２の点２１で示す特性を帯びる。
【０００４】
紙幣の走査に使用するいくつかの装置では、紙幣と消去ヘッドの間隔において±１ｍｍの公差を許容し、紙幣を１０ｍ／秒の速度で走査する。既存の磁界を有効に消去するには、交流消去磁界を非常に大きくすることが必要であり、そして高周波で変調する必要がある。この大きな高周波磁界は、図１の読出しヘッド１７と１９において、大きな雑音信号を発生する。雑音信号が発生すると、Ｓ／Ｎ比が低下する。
【０００５】
また、上記の大きな高周波電流が、消去ヘッドの巻線を流れると、消去ヘッドが大きな電力を消費し、そのため過度の熱が発生する。
【０００６】
本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、紙幣の磁気インクを検出する装置において、消去ヘッドを不要にする装置と方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するために、請求項１記載の磁気ヘッド装置は、磁気層の磁気ヒステリシス特性を検出するための磁気ヘッド装置であって、上記磁気層内に直流磁界を発生する第１の記録ヘッドであって、上記直流磁界が上記磁気層を第１の方向に飽和させるのに十分な強さを持つ第１の記録ヘッドと、上記第１の記録ヘッドの付近で、かつ、その後方に位置し、上記第１の記録ヘッドが発生した上記磁気層内の残留磁化の位相と大きさを検出する第１の読出しヘッドと、上記第１の読出しヘッドの付近で、かつ、その後方に位置し、上記磁気層内に上記第１の記録ヘッドで発生した上記直流磁界と反対の方向の磁界であって上記第１の記録ヘッドが記録した上記磁化を反転し部分的に消磁するための強度のより小さい磁界を発生する第２の記録ヘッドと、上記第２の記録ヘッドの付近に位置し、上記第２の記録ヘッドを通過後、上記磁気層内の残留磁化の位相と大きさを検出する第２の読出しヘッドとを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、上記目的を達成するために、請求項２記載の磁気ヘッド装置は、磁気層の磁気ヒステリシス特性を検出するための磁気ヘッド装置であって、上記磁気層内に直流磁界を発生する第１の記録ヘッドであって、上記磁気層を第１の方向に飽和させる第１の記録ヘッドと、上記第１の記録ヘッドの付近に配置され、上記磁化層内に上記第１の記録ヘッドが発生した磁界と反対方向の磁界であって上記第１の記録ヘッドが発生した磁化の極性を反転させ、部分的に磁化を消去あるいは反転させるに十分な振幅を有する磁界を発生する第２の記録ヘッドとを含み、上記第１と第２の記録ヘッドが、上記磁気層の上記磁化の位相と大きさを同時に検出することを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、請求項３記載の磁気ヒステリシス特性測定方法は、飽和磁界により磁性体層を第１の方向に飽和させるステップと、上記飽和磁界を除去した後、上記磁気層の飽和残留磁気を測定するステップと、所定の値を持つと共に上記飽和磁界と反対の方向を持つ非飽和磁界を印加するステップと、上記非飽和磁界を除去した後、上記磁気層の非飽和残留磁気の大きさと極性を測定するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明における連邦準備紙幣などの磁気インクを検出する磁気ヘッド装置は、飽和記録ヘッド、飽和読出しヘッド、非飽和記録ヘッドおよび非飽和読出しヘッドを含んで構成され、紙幣に印加する磁界を適切に選択することで、従来技術が提供する情報に等しい情報を消去ヘッドを使用することなく提供できる。
【００１１】
本発明の、上記ならびにその他の局面、目的、特徴および利点は、以下の好適な実施例の詳細な記述と添付図面を参照することにより、より一層明らかになるであろう。
【００１２】
本発明によれば、場所をとり、雑音を発生し、そのうえ電力を大きく消費する消去ヘッドを使用することなく、連邦準備紙幣などに印刷してある磁気インクの検出と鑑定の両方あるいは一方を行なうことができる。
【００１３】
【実施例】
図３は、連邦準備紙幣（以下、紙幣と呼ぶ）に印刷してある磁気インクを検出するための検出システムを示す。この検出システムは、紙幣１１と最初に係合する上記検出システムの第１の要素である飽和記録ヘッド３１を含む。紙幣１１と係わる第２の要素は、飽和読出しヘッド３２である。次に係わるのは、非飽和記録ヘッド３３であり、最後に係わるのは、非飽和読出しヘッド３４である。
【００１４】
上述のように、磁気層の磁気特性を判定するための従来の方法では、紙幣の磁気モーメントを消去してから、飽和磁界の８０％である磁界を印加する。この８０％磁界を印加した後で、磁気モーメントを測定する。本発明では、飽和磁界を印加し、次に反対極性の磁界を磁気層に印加することにより、消磁した磁気層に飽和の８０％の磁界を印加するのと等しい効果をもたせ、従来方法の場合と同等の情報を得ることができる。本発明の動作原理は、紙幣に存在するような低い磁粉濃度の場合に、磁化／減磁粒子切り替え磁界分布が同一である点にある。この関係を、次式（Ｗｏｈｌｆａｒｔｈの式）により示す：
【数１】
Ｍｄ（Ｈ）＝２Ｍｒ（Ｈ）−Ｍｒｓ            （１）
ここで、Ｍｒ（Ｈ）は零から始まる残留磁気モーメント、Ｍｄ（Ｈ）は、−Ｍｒｓから始まる減磁残留磁気モーメント、そしてＭｒｓは磁粉の集合の飽和残留磁気である。式（１）は次のように書き直すことができる：
【数２】
Ｍｒ（Ｈ）＝１／２［Ｍｒｓ−Ｍｄ（Ｈ）］    （２）
あるいは
【数３】
Ｍｒ／Ｍｒｓ＝１／２（１−Ｍｄ／Ｍｒｓ）    （３）
式（３）によれば、Ｍｒ（Ｈ）／Ｍｒｓ＝０．８のとき、Ｍｄ（Ｈ）／Ｍｒｓ＝−０．６である。したがって、Ｍｄ／Ｍｒｓ＝−６０％を得るために十分な磁界を印加する場合、それはＭｒ／Ｍｒｓ＝８０％に等しい。
【００１５】
本発明によれば、配列した磁気ヘッドの動作は、図４を参照することで理解できる。飽和磁界磁気ヘッドが、磁化層に磁化Ｍを形成し、ヒステリシス曲線の点４１に達する。紙幣が飽和記録ヘッドの付近から離れると、飽和磁界読出しヘッドで測定した飽和残留磁界が点４２で決定される。次に、紙幣が非飽和記録ヘッドの付近に移動する。非飽和記録ヘッドにおいては、磁気層の磁界と磁化は、ヒステリシス曲線４０の点４３によって決定される。紙幣が非飽和記録ヘッドの付近から離れると、非飽和読出しヘッドが、点４４において、残留磁気を測定する。この残留磁気は、上式（３）に記述した方法で、従来方法の残留磁気に対応する。図３の飽和読出しヘッド３２で測定した磁気モーメントＭｒｓと、図３の非飽和読出しヘッド３４で測定した減磁磁気モーメントは、紙幣が本物のときは、極性が反対になる、つまり、位相が１８０°異なる。紙幣が偽物で、飽和保磁力が高い場合、つまり、なかなか減磁しない場合、この偽札の磁気モーメントは飽和の６０％に減少できるが、極性は反転しない。非飽和信号の位相と大きさを検出する装置を、信号再生装置内に備えることができる。このようにして、高い飽和保磁力を有する偽札を識別して排除することができる。
【００１６】
図５は、上記の磁気ヘッド配列の好適な実施例の構成を示す。第１の複合ヘッド５０は、飽和磁界を発生するための要素５１と、要素５１の間隙に配設して、飽和磁界を検出するためのセンサ５２と、要素５１が形成した磁気層の残留磁気モーメントを検出するための飽和読出しヘッド（センサ）５３を含む。要素５１は、軟磁性体で作製したヨークの間に配設した永久磁石５１Ａを含む。第２の複合ヘッド５５は、第１の複合ヘッド５０の磁界の方向と反対方向に非飽和磁界を形成するための要素５６と、要素５６の間隙に配設したセンサ５７と、第１の複合ヘッド５０および第２の複合ヘッド５５の相互作用の結果形成された磁気層の残留磁気モーメントを検出する読出しヘッド（センサ）５８とを含む。要素５６は、軟磁性体で作製したヨークの間に配設した永久磁石５６Ｂを含む。図５の「磁界内」に配設したセンサ５２と５７は、図４の点４１と４３において紙幣の磁化を測定し、鑑定のための追加情報を提供する。
【００１７】
センサ５２と５７による検出は、磁気抵抗に基づいて行なう。８１／１９ＮｉＦｅの薄膜を、薄膜の平面がこれらの点における大きな磁界に対して垂直になるように、構造５１の間隙内と５６の間隙内に配設する。薄膜の平面は大きな磁界に対して垂直なので、この磁界は検出されず、これらのセンサは、紙幣から発生する非常に小さな磁界に、優れたＳ／Ｎ比で応答することができる。上記好適な実施例では、図５の他のセンサ５３と５８も、磁気抵抗センサである。
【００１８】
以上、本発明を好適な実施例を使用して説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、様々な変更を本発明に加えることができると共に、本発明の要素を等価物で代替できることは、当業者には明らかであろう。さらに、本発明の本質的教示から逸脱することなく、多数の変更を行って、特定の場合に適合させることができる。たとえば、本実施例では、米国の連邦準備紙幣の鑑定を強調したが、本発明による技術は、どのような磁気層にも適用できる。
【００１９】
以上の説明から明らかなように、本発明のいくつかの局面は、実施例の詳細に限定されず、したがって、当業者は上記以外の変更と応用を行なうことができる。したがって、本出願の請求項は、そのようなすべての変更と応用を含むと共に、本発明の精神と範囲から逸脱しないよう意図されている。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来必要だった消磁ヘッドが不要になり、装置の大きさ、雑音発生、そして電力消費に関して、より有利な紙幣鑑定装置および方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による紙幣の鑑定に使用する磁界検出システム図である。
【図２】従来技術による磁性材料の層の変数を測定するための方法を示す図である。
【図３】本発明による磁界検出システム図である。
【図４】本発明による磁性材料の層の変数を測定するための方法を示す図である。
【図５】本発明による検出システムの好適な実施例の詳細説明図である。
【符号の説明】
１１  連邦準備紙幣
１５  高周波消去ヘッド
１６  非飽和磁界記録ヘッド
１７  非飽和磁界読出しヘッド
１８  飽和磁界記録ヘッド
１９  飽和磁界読出しヘッド
２０  ヒステリシス曲線
２１  消去磁界印加後の磁化層内の磁化
２２  飽和磁界の８０％を印加中の、ヒステリシス曲線を基準にした、磁気層内の磁化
２３  ８０％の飽和磁界を除去した後の磁気層内の残留磁気
２４  飽和磁界印加中の、磁気層内の磁化
２５  飽和磁界除去後の残留磁気
３１  飽和記録ヘッド
３２  飽和読出しヘッド
３３  非飽和記録ヘッド
３４  非飽和読出しヘッド
４０  磁気層のヒステリシス曲線
４１  飽和磁界印加中の磁化
４２  飽和磁界除去後の残留磁気
４３  非飽和磁界の−６０％を印加中の磁化
４４  非飽和磁界の６０％を除去後の残留磁気
５０  第一の複合ヘッド
５１  飽和磁界発生要素
５１Ａ  永久磁石
５２  磁界センサ
５３  飽和磁界残留磁気センサ
５５  第二の複合ヘッド
５６  非飽和磁界発生要素
５６Ｂ  永久磁石
５７  磁界センサ
５８  非飽和磁界残留磁気センサ
【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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