(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気インクにより印刷された情報を読み取る相当の幅と長さとを有し、Ｕ字型の横断面形状を有する強磁性材磁心と、
該Ｕ字型強磁性材磁心上に長手方向に巻回されて該Ｕ字型横断面形状に形成されるギャップを交叉する磁界を発生するように配置された励磁コイルと、
中央長手方向に長方形の溝部が設けられた非磁性材料からなり、前記Ｕ字型強磁性材磁心の前記ギャップにより形成される長方形の開口部に固定された長方形の板状体と、
該板状体の前記溝部に該溝部の平面形状に一致するように挿入配置された長方形の検出コイルと、
前記板状体の前記溝部の設置面に少なくとも前記溝部を覆うように設けられた磨耗防止部材とを備えた磁気センサ。
【請求項２】
磁気インクにより印刷された情報を読み取る相当の幅と長さとを有し、Ｕ字型の横断面形状を有する強磁性材磁心と、
該Ｕ字型強磁性材磁心上に長手方向に巻回されて該Ｕ字型横断面形状に形成されるギャップを交叉する磁界を発生するように配置された励磁コイルと、
中央長手方向に二条の溝部が設けられた非磁性材料からなり、前記Ｕ字型強磁性材磁心の前記ギャップにより形成される長方形の開口部に固定された長方形の板状体と、
該板状体の前記二条の溝部に挿入配置された二条の磁気抵抗素子又はホール素子と、
前記板状体の前記溝部の設置面に少なくとも前記溝部を覆うように設けられた磨耗防止部材とを備えた磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気印刷された印刷物から情報を読み出すための磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気印刷された印刷物から情報を読み出すための磁気センサはＪＩＳ
Ｃ６２５１（磁気インク文字読み取り用字体及び印字仕様）によれば、直流磁化ヘッドを通して振幅信号として取り出されるものであり、一般的に磁気テープ読み取り用に使用される磁気ヘッドと特に異なったものではない。近年流通が進んでいるオレンジカード（ＪＲ社用プリペイドカード）の磁気バーコード用磁気ヘッドも同様である。
【０００３】
一方、磁気インクに特殊な強磁性体を用いて印刷された印刷物からパターン情報を読み取るためには、その特殊な強磁性体の磁気特性の特異性にセキュリティ性を持たせていることを考慮して、データ読み取りと磁気特性検出の両方が可能な交流励磁型磁気センサが用いられる。
このような磁気インクは強磁性体膜を転写材として用いたものである〔本願出願人による平成７年１０月１７日付提出の特願平７−２９３３０９号「感熱磁気転写体」参照〕。
交流励磁型磁気センサは、図７に示されるように、検知コイル１３に発生する励磁磁界による励磁電圧を打ち消すための補償コイル１４をもち、被検知磁性体による検知電圧のみを検知コイル１３から検知する構造を有している。１１は磁心、１２は励磁コイルである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本願出願人によるこの先願の方式はこのような構造のため、磁化の小さな磁性体の磁気特性を簡単に測定することはできるが、励磁コイル１２によって作られる磁力線が励磁コイル１２の内側から外側に向かって発生する。このため二つの問題が生じる。その一つは、磁気センサ近傍に磁性体あるいは金属体が存在すると磁力線の片寄りが生じ、検知コイル１３と補償コイル１４との発生電圧間のバランスを崩すことになる。バランスの崩れはそのまま励磁電源の電圧成分が被測定磁性体による励磁電圧成分より大きくなり、磁気特性測定のＳ／Ｎ比を劣化させる原因となる。このため、このような磁気センサを金属部分の多い搬送系を持つ機器などに組み込んで使用する場合には、取付け位置などの制限があり、非常に使いずらいという問題点がある。磁気センサ近傍に金属体があった場合には空間上の磁界は金属が強磁性体ならば分極作用により、また、強磁性体以外では磁束変化にともなう渦電流により磁束密度が変化する。そのため、周辺金属体により補償コイル１４と検知コイル１３の励磁磁界に対する起電力のバランスがくずれる。
他の問題は、励磁コイル１２の周辺部を取り囲むように金属導体が存在するときで、励磁コイル１２の磁力線は電磁気理論で示されるように閉じており、磁力線を横切る金属体が存在する場合、その金属体内部に渦電流を生じ、励磁磁界のエネルギが熱あるいは反磁界となって励磁磁界を弱める。従って、被測定磁性体を十分励磁出来なくなり、被測定磁性体に充分な磁界を与えることができないため、良好な磁気特性が得られなくなる。
センサ周辺に金属体を用いるこのような使用方法は一般的であり、金属体でこの磁気センサを使用出来ないとなると、使用上の制限として使いずらいものとなるという問題点がある。
従って、このような補償コイル付き磁気センサは、感度向上の利点を有する反面で近傍にある磁性体，金属体の影響を受け易い欠点を有することになる。
【０００５】
本発明の目的は、強磁性体を含有する磁気インクまたは磁気転写材により印刷された証券等の安全保護紙上の磁気マークあるいは磁気バーコードのデータ及びその証券類にセキュリティを目的として配置されたスレッドのデータおよび磁気特性を検出するために、前記のような欠点を生じ易い補償コイルを持たずとも補償コイルを持ったと同等の感度向上の利点を有する改良された磁気センサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本願の第１の発明の磁気センサは、磁気インクにより印刷された情報を読み取る相当の幅と長さとを有し、Ｕ字型の横断面形状を有する強磁性材磁心と、該Ｕ字型強磁性材磁心上に長手方向に巻回されて該Ｕ字型横断面形状に形成されるギャップを交叉する磁界を発生するように配置された励磁コイルと、中央長手方向に長方形の溝部が設けられた非磁性材料からなり、前記Ｕ字型強磁性材磁心の前記ギャップにより形成される長方形の開口部に固定された長方形の板状体と、該板状体の前記溝部に該溝部の平面形状に一致するように挿入配置された長方形の検出コイルと、前記板状体の前記溝部の設置面に少なくとも前記溝部を覆うように設けられた磨耗防止部材とを備えたものである。
また、第２の発明の磁気センサは、磁気インクにより印刷された情報を読み取る相当の幅と長さとを有し、Ｕ字型の横断面形状を有する強磁性材磁心と、該Ｕ字型強磁性材磁心上に長手方向に巻回されて該Ｕ字型横断面形状に形成されるギャップを交叉する磁界を発生するように配置された励磁コイルと、中央長手方向に二条の溝部が設けられた非磁性材料からなり、前記Ｕ字型強磁性材磁心の前記ギャップにより形成される長方形の開口部に固定された長方形の板状体と、該板状体の前記二条の溝部に挿入配置された二条の磁気抵抗素子又はホール素子と、
前記板状体の前記溝部の設置面に少なくとも前記溝部を覆うように設けられた磨耗防止部材とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
交流励磁型磁気センサにおいては、検出対象となる磁気材料に作用する微弱な磁束密度の変化をいかに励磁磁界の影響を無くしてＳ／Ｎ比良く検知できるかの検知感度がその性能を決定することになる。言い換えれば、性能向上の条件は、検知コイルの感度を高めることと交流励磁磁界による電圧成分をできるだけ取り除くことにある。
【０００８】
変化する磁界中におかれた検知コイルに生ずる電圧ｅはファラデーの誘導法則から次の式（１）のようになる。
【数１】
ｅ＝−ｄ／ｄｔ（∫Ｂ・ｄＳ）        ・・・・（１）
Ｂ：コイル上の磁束密度、    ｄＳ：コイルの線素片
一方、検知コイル上の磁束は励磁コイルによる励磁磁界により時間変化しているが、ある瞬間には検知コイル線上では一様であるとすれば、検知コイルの軸が励磁磁界の磁束方向と平行に置かれた場合には、検知コイルに対する励磁磁界の鎖交磁束数∫Ｂ・ｄＳは０となる。図１（ａ）のように、検知コイル３を含む面（コイル面）が励磁磁界磁束方向Ｇと平行に置かれている場合には、ファラデーの誘導法則から有限値を持つ。図１（ｂ）のように、従来型の補償コイル付き磁気センサでは検知コイル３のコイル面は励磁磁界の磁束方向Ｇと垂直に置かれるため検知コイル３と逆巻きの補償コイルにより励磁磁界による起電力を相殺させている。
しかし、補償コイルによる相殺は検出感度を上げるにしたがって難しくなる傾向にある。本発明による磁気センサは、磁界に平行に検知コイルのコイル面が置かれているため、補償コイルなしでも励磁磁界による起電力を相殺することができるという利点がある。このような配置の検知コイルで信号が検知できることを示す。
【０００９】
図２は強磁性体を成分とする磁気インクによる印刷部分４の近傍の磁界分布を示したものである。印刷部分４は強磁性体の影響で磁束変化が生じる。
検知コイル３の右半分の線素片をＳ１，左半分の線素片をＳ２とすると、式（１）から
【数２】
ｅ＝−ｄ／ｄｔ｛∫（Ｂ１・ｄＳ１＋Ｂ２・ｄＳ２）｝  ・・・（２）
と書き直すことができる。
励磁磁界による電圧をｅ１、印刷部分４の磁界変化による電圧をΔｅとすると、式（２）から
【数３】
ｅ＝ｅ１＋Δｅ−ｅ１＝Δｅ
となる。
すなわち変化分のみが検知コイル３から出力されることとなる。
図２では右半分のコイルＳ１で検知している例を示したが、左半分Ｓ２でも電圧の極性が異なるだけで同様な電圧を検出することができる。
検出した電圧は印刷部分４の磁性体による磁界変化であるから、もし磁性体が角形比の大きな履歴特性を有するものであれば、磁性体特有の周波数成分を持ったパルスを検出することができ、セキュリティ性を持たせることに利用することができる。また、磁気インクの有無はそのまま検出電圧の振幅値としてでてくるので、交流成分を取り除く回路（例えば整流回路）の後での二値化処理により、意味のあるデジタルデータとすることができる。
【００１０】
【実施例】
以下本発明の実施例について説明する。図３（ａ）は磁気センサ５の構造図であり、（ｂ）は検知コイル３の部分構成図である。
Ｕ字型強磁性材磁心１は長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、高さ１５ｍｍであり、その磁心１上には０．２φのポリウレタン線を１００ターン長手方向に巻きつけた励磁コイル２が設けられている。検知コイル３は、磁心１のギャップ内に設けられており、１．５ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板６に間隔１．５ｍｍ、幅０．５ｍｍ深さ０．５ｍｍの長方形溝を切り、その溝の中に０．０１φポリウレタン線を１００ターン巻きつけた構造を有している。
検知コイル３を内装した樹脂基板６は、Ｕ字型強磁性材磁心１の上部ギャップ内に水平に取付けられており、左右のわずかな位置調整により励磁磁界による影響を無くすることができる。
また、樹脂基板６の表面は検出物と接触するので、磨耗防止のために０．１ｍｍの薄いセラミック基板によって覆われている。
【００１１】
図４（ａ）は磁気センサ５の使用態様を説明するための図である。
この磁気センサ５とその検知コイル出力を増幅する増幅器８によって強磁性体を含む磁気インク印刷物１０を読み取ったときの検出信号波形を図４（ｂ）に示す。磁気インク印刷物１０はケント紙の上に幅１ｍｍ，長さ１０ｍｍ，間隔３ｍｍで等間隔に印刷されたものである。磁気インクはアモルファス強磁性体を主成分としたものである。この場合の励磁電源７の励磁交流電流の周波数は１５．６ｋＨｚである。
本実施例では強磁性材磁心１にフェライト材を用いているがそれ以外に軟鉄，パーマロイ，センダストなど高透磁率を持った材料を用いても良い。検知コイル３を内装する樹脂基板６は金属、強磁性材以外なら使用可能であり、セラミック，ガラス，プラスチック，ベークライト材を用いてもよい。
検知コイル３の長方形寸法は読み取る印刷寸法により決まり、分解能を高くとりたければ幅寸法とコイル線間を狭くすれば良いことは明確である。
この磁気センサ５は磁気インク、磁気転写材による印刷物の磁気特性検出とデータ読み取り以外にも強磁性体金属，アモルファス金属によるスレッド，マーク検出にも適用可能である。
【００１２】
図５に、検知コイル３の代わりに磁気検出素子であるＭＲ素子（磁気抵抗素子）３ａを用いた実施例を示す。
ＭＲ素子３ａは素子に加えられる磁気の強さに比例して抵抗が増加するものであるが、特性の揃ったＭＲ１，ＭＲ２なる素子を平行に並べたものである。
【００１３】
図６にＭＲ素子３ａを用いた場合の検知回路例を示す。ここで、各素子ＭＲ１，ＭＲ２に直流電源６ａ（Ｖｉｎ）を加え、磁界Ｈが印加された場合、ＭＲ１の抵抗をＲ１、ＭＲ２の抵抗をＲ２とする。
端子ｔ３，ｔ４間の電圧Ｖ３４は、
【数４】
Ｖ３４＝Ｒ２×Ｖｉｎ／（Ｒ１＋Ｒ２）      ・・・・（３）
であり、もし特性が揃っていてＲ１＝Ｒ２であれば、Ｖ３４はＶｉｎ／２となり検知コイル法と同じく励磁磁界の影響はなくなり、各素子のバランス変化のみが検知信号９として出力される。磁気抵抗素子３ａの代わりにホール効果を利用したホール素子を使用してもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、磁気インクの磁気特性検出用の励磁型磁気センサにおいて、補償コイルを用いることなく、高い検出能力を持たすことができる利点を有し、かつ簡単な構造で製作が容易であるという実用上の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる検知コイルの配置を説明するための斜視図である。
【図２】本発明に用いられる検知コイルの動作を説明するための斜視略図である。
【図３】本発明による磁気センサの実施例を示す斜視図（ａ）とその実施例に用いる検知コイルの構造例を示す斜視図（ｂ）である。
【図４】本発明による磁気センサの使用態様を説明するための略図（ａ）と検知出力波形例図である。
【図５】本発明による磁気センサの他の実施例を示す斜視図（ａ）とその実施例に用いる検知コイルの構造例を示す斜視図（ｂ）である。
【図６】本発明による磁気センサの出力検知に用いられる検知回路例を示す回路図である。
【図７】従来の交流励磁型磁気センサの構造例を示す略図（ａ）とその等価回路図（ｂ）である。
【符号の説明】
１  Ｕ型磁心
２  励磁コイル
３  検知コイル
３ａ  検知ＭＲ素子
４  印刷部分
５  磁気センサ
６  樹脂基板
７  励磁電源
７ａ  直流電源
８  増幅器
９  検知信号
１０  磁気インク印刷物
１１  磁心
１２  励磁コイル
１３  検知コイル
１４  補償コイル
【図１】
0003623588.tif 000002
【図２】
0003623588.tif 000003
【図３】
0003623588.tif 000004
【図４】
0003623588.tif 000005
【図５】
0003623588.tif 000006
【図６】
0003623588.tif 000007
【図７】
0003623588.tif 000008