(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板の表面側を通過する磁性媒体を検知するために、前記基板の表面側に設けられた人工格子ＭＲ素子と、この人工格子ＭＲ素子の信号を導出するために、前記基板の裏面に装着される配線端子と、前記基板の裏面側に設けられた磁石と、前記人工格子ＭＲ素子を保護する薄肉の樹脂製の蓋とを備えた磁気センサにおいて、前記磁気センサは、前記基板と前記配線端子の前記基板側とを樹脂で一体に封止して保持体を形成し、前記保持体には、前記人工格子ＭＲ素子面に対し垂直方向に補助磁界を加えるように前記磁石を埋設した磁気センサ。
【請求項２】
２つの人工格子ＭＲ素子を直列接続するとともに平行に配設し、この直列接続体の両端と接続点がそれぞれ配線端子に接続された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項３】
保持部に凹部を形成するとともに、この凹部に磁石が埋設された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気センサを樹脂製のケースに収納し、このケースは人工格子ＭＲ素子側が開口するとともに配線端子を保持する溝が設けられたケースとした磁気センサ。
【請求項５】
４つの人工格子ＭＲ素子をリング状に直列接続するとともに夫々を平行に配設し、この直列接続された直列接続体の４つの接続点が夫々配線端子に接続された請求項１に記載の磁気センサ。
【請求項６】
紙幣の挿入口と、この挿入口に連結された通路と、この通路の壁面に設けられた請求項１に記載の磁気センサと、この磁気センサに接続された増幅回路と、この増幅回路の出力に接続されたサンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路の出力が接続されたＡ／Ｄ変換回路と、このＡ／Ｄ変換回路の出力に接続された判定部とを有し、前記サンプルホールド回路は、前記Ａ／Ｄ変換回路のサンプリング周期よりも長い時定数を有する回路とした紙幣識別装置。
【請求項７】
磁気センサが搭載された印刷配線基板と、保持体との間には空隙を設け、前記空隙には、増幅回路を配置した請求項６に記載の紙幣識別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気センサとこれを用いた紙幣識別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動販売機や券売機などで販売される商品の多様化と高額化に伴い、千円紙幣以外の高額紙幣を使用できる紙幣識別装置が広く使用されるようになってきた。特に２０００年７月の二千円紙幣発行以降、この二千円紙幣を含む高額紙幣を使用できる機器が一般的になりつつある。一方、複写機やカラープリンターなどＯＡ機器の進歩に伴い、これら高精度の複写装置を用いた偽造紙幣が行使される犯罪も増加傾向にあり、紙幣識別装置に対しては識別能力を一層向上させて犯罪を未然に防止することが求められている。
【０００３】
このような背景において、従来の紙幣識別装置では、識別すべく紙幣の特徴を検出するセンサには磁気ヘッドが用いられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の磁気センサでは、磁気センサに密着した磁気媒体に対しては感度があるものの、紙幣のような一定の厚さを有し、両面に磁気的な特徴を有する媒体に対しては特徴検知感度が低いため高精度の検出ができず、紙幣識別装置の識別精度を向上させることは困難であった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するもので、感度の高い磁気センサを提供することを目的としたものである。
【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発明の磁気センサは、基板の表面側に設けられた人工格子ＭＲ素子と、この人工格子ＭＲ素子の信号を導出するために、前記基板の裏面側に装着される配線端子と、前記基板の裏面側に設けられた磁石と、前記人工格子ＭＲ素子を保護する薄肉の樹脂製の蓋とを備えた磁気センサにおいて、前記磁気センサは、前記基板と前記配線端子の前記基板側とを樹脂で一体に封止して保持体を形成し、前記保持体には、前記人工格子ＭＲ素子面に対し垂直方向に補助磁界を加えるように前記磁石を埋設したものである。
【０００７】
これにより、感度が高く、振動や、外部からの静電気放電などに対して安定した出力を得ることができる磁気センサを得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における磁気センサの断面図である。
【０００９】
図１において、１はセラミック基板２の表面に形成された人工格子ＭＲ素子である。この人工格子ＭＲ素子１は図２に示すように、１０Å（オングストローム）から３０Åの厚さを有するＣｕ（銅）で形成された非磁性層３と、２０Åから４０Åの厚さを有するＮｉ（ニッケル）とＦｅ（鉄）とＣｏ（コバルト）の混合物で形成された磁性層４とが交互に積層されて構成されている。なお、紙幣識別においては１０層以上積層することが重要である。本実施の形態においては１５層としている。
【００１０】
２はセラミックで形成された基板であり、５は保護膜である。このように人工格子ＭＲ素子１は、その断面において非磁性層３と磁性層４とが交互に積層されており、垂直方向に磁界を加えると磁性層間の電気抵抗が変化する。従って、この性質を利用して微小な磁界の変化を検出することができる。
【００１１】
以上のように形成された人工格子ＭＲ素子１の多層膜を、図３に示す形態にエッチングして回路を形成する。すなわち、２つの人工格子ＭＲ素子１ａと１ｂとを直列に接続し、その接続点を導体のパターン６ａに接続するとともに両端はパターン６ｂと６ｃに接続し、これらのパターン６ａと６ｂと６ｃからはスルーホール７ａ，７ｂ，７ｃで夫々配線端子８ａ，８ｂ，８ｃ（図５参照）に接続されている。
【００１２】
このように、２つの人工格子ＭＲ素子１ａ，１ｂの前を順次磁気媒体が通過するように配置することにより、簡易な回路構成で磁気の変化を検出することができる。
【００１３】
図１に戻って、８は人工格子ＭＲ素子１の信号を外部に導出するための配線端子であり、基板２の裏側に装着される。そして人工格子ＭＲ素子１との間はスルーホール７で接続されている。９は保持体であり、基板２と配線端子８の基板２側を樹脂で一体に封止している。１０は、下方に向かって開口した略四角形をした凹部である。１１は、この凹部１０に嵌合する外形を有する磁石であり、この凹部１０内に埋設されて装着されている。
【００１４】
この磁石１１は基板２の裏側に位置し、人工格子ＭＲ素子１の垂直方向に補助磁界を加えている。その磁力の大きさは略２０ｍＴ（ミリテスラ）としている。なお、この磁力の大きさは１５ｍＴから３０ｍＴの範囲で良好な結果が得られる。この強さの補助磁界を加えることにより、紙幣に施された磁気印刷の微弱な磁気を感度良く検出することができる。
【００１５】
この磁石１１は、フェライト磁性体粉末を樹脂基材或いはゴム基材に分散混入した素材で成形されている。従って、加工が容易となる。
【００１６】
１２は、人工格子ＭＲ素子１に対向する紙幣である。なお、図１では、人工格子ＭＲ素子１ａ，１ｂをまとめて人工格子ＭＲ素子１と表現している。以下同様で、パターン６はパターン６ａ，６ｂ，６ｃをまとめたものであり、スルーホール７はスルーホール７ａ，７ｂ，７ｃをまとめたものであり、配線端子８は配線端子８ａ，８ｂ，８ｃをまとめて表現したものである。
【００１７】
このように図１に示した磁気センサ１３は樹脂製のケース１５に収納され磁気センサ２７となる。図４は、その部分破砕側面図であり、図５は部分破砕正面図、図６は組立図である。図４、図５において、１５は樹脂製のケースであり、１６はケース１５の開口側１５ａに被せられた薄肉の樹脂製の蓋である。この蓋１６は人工格子ＭＲ素子１を保護するものである。この蓋１６は液晶ポリマーで形成されているので、薄くとも強度が得られることからその厚さは略０．１５ｍｍとして感度の低下を極力少なくしている。
【００１８】
蓋１６は射出成形により大量生産が可能であり、金属製のケースのようにめっきを施して腐食防止や耐磨耗性の向上を図る必要がなく、低価格に構成することができる。
【００１９】
１７は蓋１６の側面に形成された孔であり、ケース１５に設けられた爪１８に係合して蓋１６がスナップフィット係止される。ケース１５、蓋１６共に樹脂で形成されているので、弾性変形によりワンタッチで容易に装着させることができる。また、紙幣搬送面の近傍に露出した導電部がないため、静電気放電が抑制される。
【００２０】
１９は、ケース１５に設けられた爪であり、開口側１５ａの反対側に設けられ、印刷配線基板２０に設けられた孔２１を貫通して、ケース１５を印刷配線基板２０に弾性を持って係止している。また２２はケース１５の後ろ側に一体に設けられたボス部であり、ねじ２３で印刷配線基板２０に確りと固定される。図６において、２４はケース１５の爪１９側に設けられた凸部であり、印刷配線基板２０に設けられた凹部２５に嵌合して位置固定させるのに用いる。
【００２１】
２８は保持体９と印刷配線基板２０との間に形成された空隙である。この空隙２８に人工格子ＭＲ素子１から出力される信号が入力される最初の回路（増幅回路）が設けられている。従って、微小な信号レベルの配線を短くすることができ、外部からのノイズに対して良好な対策となる。２６はケース１５のボス部２２側に設けられた溝であり、配線端子８が挿着される。
【００２２】
図６は組立図であり、ケース１５内に磁気センサ１３が収納され、蓋１６が被せられる。そして、印刷配線基板２０の孔２１に爪１９が挿入される。ボス部２２はねじ２３で印刷配線基板２０に締め付けられる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態による磁気センサ２７は、人工格子ＭＲ素子１を用いているので感度の高いものである。また、人工格子ＭＲ素子１面に対し垂直方向に補助磁界を加える磁石１１が配設されているので、この磁気センサ２７を紙幣識別装置に用いることができ、紙幣識別装置の識別精度を向上させることができる。
【００２４】
更に、磁石１１は保持体９に形成された凹部１０に埋設されているので、磁石１１の位置が固定されて、振動等に対して安定した出力が得られる。
【００２５】
更にまた、保持体９は樹脂製のケース１５に収納されているので、外部からの静電気放電の侵入が抑制されるとともに部品の管理も容易となる。
【００２６】
また、配線端子８は溝２６により固定されるので、印刷配線基板２０への配線端子８の挿入が容易となる。
【００２７】
次に、紙幣識別装置について説明する。図７は、図４、図５、図６で説明した本実施の形態における磁気センサ２７を使用した紙幣識別装置の断面図である。図７において、３１は紙幣１２の挿入口であり、この挿入口３１には紙幣１２の通路３２が連結されている。そして、この通路３２の壁面には本実施の形態における磁気センサ２７が装着されている。また、この通路３２にはプーリ３３とベルト３４とによる搬送手段が設けられている。３５は紙幣を押さえるローラであり、３６は通路３２の終端に設けられた紙幣１２の出口である。
【００２８】
図８は、本実施の形態における磁気センサ２７を使用した紙幣識別装置のブロック図である。図８において、磁気センサ２７は略同一の性能を有する２つの人工格子ＭＲ素子１ａと１ｂとが基板２上で直列に接続されて電源４０とグランドとの間に接続されている。この２つの人工格子ＭＲ素子１ａと１ｂとは紙幣の進行方向に対してこの順に配置されている。
【００２９】
そして、この人工格子ＭＲ素子１ａ，１ｂの接続点であるパターン６ａは増幅回路４１の入力に接続されている。この増幅回路４１の出力は、サンプルホールド回路４２に入力され、その出力はＡ／Ｄ変換回路４３を介してマイクロコンピュータ４４内の判別回路４５に接続されている。また、４６はサンプリング信号回路であり、サンプルホールド回路４２とＡ／Ｄ変換回路４３とに接続されている。４７は紙幣１２の判別データ等が格納されたメモリである。
【００３０】
以上のように構成された紙幣識別装置について、以下にその動作を説明する。先ず、紙幣１２に付着された磁性体の磁気を磁気センサ２７の人工格子ＭＲ素子１ａが検出して人工格子ＭＲ素子１ａの電気抵抗を下げる。従って、このとき接続点６ａの電圧は上昇する。
【００３１】
次に、紙幣１２に付着された磁性体の磁気を人工格子ＭＲ素子１ａと１ｂ共に検出する。このとき人工格子ＭＲ素子１ａと１ｂの電気抵抗は共に下がって、接続点６ａの電圧は電源４０の電圧の半分になる。
【００３２】
次に、紙幣１２に付着された磁性体の磁気が人工格子ＭＲ素子１ａを離れて人工格子ＭＲ素子１ｂのみで検出するようになる。すると人工格子ＭＲ素子１ａの電気抵抗は上がり、人工格子ＭＲ素子１ｂの電気抵抗は下がって、接続点６ａの電圧は下がる。
【００３３】
紙幣１２に付着された磁性体の磁気が人工格子ＭＲ素子１ｂを離れると人工格子ＭＲ素子１ａと人工格子ＭＲ素子１ｂの電気抵抗は共に上がり、接続点６ａの電圧はもとの状態（電源４０の電圧の半分）に戻る。
【００３４】
以上のように、紙幣１２に付着された磁性体の磁気の大きさに基づいて、図９に示すような特徴ある信号が磁気センサ２７から出力される。この信号は増幅回路４１で増幅された後、サンプルホールド回路４２に入力される。
【００３５】
このサンプルホールド回路４２を使用する目的は、磁気センサ２７から出力される信号は幅の狭いパルス状の信号であるため、このままでは次のＡ／Ｄ変換回路４３で読み取りミスを起こす可能性があり、これを防止するためである。従って、このサンプルホールド回路４２で信号のピーク値を図１０に示すように一定時間保持し、Ａ／Ｄ変換回路４３での読み取りを確実にする。このサンプルホールド回路４２は信号の最大レベルを保持するが、一定時間後Ａ／Ｄ変換回路４３で読み取った後、サンプリング回路４６の信号でリセットする。このピーク値を保持する一定時間は、Ａ／Ｄ変換回路４３のサンプリング周期より長い時間保持することが必要である。なお、図９、図１０において、横軸は時間（ｍｓｅｃ）であり、縦軸はレベル（ｍＶ）である。次に、紙幣１２の磁気信号は、Ａ／Ｄ変換回路４３でディジタル信号に変換される。次に、判定回路４５で紙幣１２の真偽や紙幣１２の種類が判定される。
【００３６】
このように、本実施の形態においては、人工格子ＭＲ素子１を用いた磁気センサ２７を用いているので、識別精度の高い紙幣識別装置を実現することができる。
【００３７】
また、人工格子ＭＲ素子１を用いた磁気センサ２７を用いているので感度が高く、たとえ裏向きに紙幣１２を挿入したとしても挿入された紙幣１２の識別を行うことができる。
【００３８】
また、判定回路４５による判定は、例えば紙幣１２の予め定められた位置近傍における信号の最大値の大きさによって識別判定を行う。この場合、人工格子ＭＲ素子１を用いた磁気センサ２７により感度良く且つ精密な紙幣１２の特徴が抽出できるので、識別精度の良い紙幣識別装置が実現できる。
【００３９】
また、紙幣１２の予め定められた位置近傍における信号の極大値と極小値の比によって識別判定を行うこともできる。この場合は、極大値と極小値の比を用いるので、相対的な比較となり環境の影響を受け難いという特徴を有する。
【００４０】
また、判定において、磁気センサ２７から出力される信号出力レベルの極大値と極小値の生起する順序を用いた識別判定することもできる。この場合、信号の生起順序による時間軸とレベルの活用により、識別精度の高い紙幣識別装置が実現できる。
【００４１】
また、磁気センサ２７からのピーク信号出力の紙幣１２上の位置と、この時のピーク信号レベルと、所定位置での信号出力レベルとの差を用いて識別判定することもできる。この場合、信号の紙幣１２上の位置とレベルの活用により、識別精度の高い紙幣識別装置が実現できる。
【００４２】
以上のような判定方法を適宜組み合わせることにより、より識別精度を向上させることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２は、人工格子ＭＲ素子を４個用いて磁気センサを形成したものであり、実施の形態１との相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と対応する部分については夫々対応した百番台の符号を付して説明を簡略化している。
【００４４】
図１１は実施の形態２における磁気センサの平面図である。実施の形態１の図２で説明した人工格子ＭＲ素子１の多層膜を、図１１に示す形態にエッチングして回路を形成する。すなわち、４つの人工格子ＭＲ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄを直列に接続して直列接続体を形成し、それらの４つの接続点をそれぞれ導体パターン１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄに接続し、これらのパターン１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄからはスルーホール１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄでそれぞれ配線端子１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄに接続されている。すなわち、セラミック基板１０２上で夫々が対称に配置されるとともにブリッジ接続されている。
【００４５】
このように、図１１では４つの人工格子ＭＲ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの前を順次磁気媒体が通過するように配置することにより、簡易な回路構成でより精密に磁気の変化を検出することができる。
【００４６】
図１との対応においては、人工格子ＭＲ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄをまとめて人工格子ＭＲ素子１と表現している。以下同様で、パターン６は１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄをまとめたもの、スルーホール７はスルーホール１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄをまとめたもの、配線端子８は配線端子１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄをまとめて表現したものである。
【００４７】
図１２は、実施の形態２における磁気センサ１２７を使用した紙幣識別装置のブロック図である。この磁気センサ１２７は、人工格子ＭＲ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄが４個で形成されている以外は実施の形態１で説明した磁気センサ２７と同様である。
【００４８】
磁気センサ１２７は略同一の性能を有する４つの人工格子ＭＲ素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｃが基板１０２上で直列に接続され、４つの接続点のうちパターン１０６ｃと１０６ｂが電源４０とグランドに接続され、パターン１０６ａと１０６ｄは差動増幅回路１４１の入力に接続されている。この４つの人工格子ＭＲ素子１０１ａ，１０１ｃ，１０１ｂ，１０１ｄは紙幣の進行方向に対してこの順に配置されている。差動増幅回路１４１以降の回路構成は、実施の形態１における図８と同様である。
【００４９】
以上のように構成された紙幣識別装置について、実施の形態１と異なる部分の動作を以下に説明する。
【００５０】
すなわち、紙幣１２に付着された磁性体の磁気を人工格子ＭＲ素子１０１ａ，１０１ｃ，１０１ｂ，１０１ｄの順に検出を行う。実施の形態１における図８と同様に接続点１０６ａと１０６ｄの電圧が順に変化し、紙幣１２に付着された磁性体の磁気が人工格子ＭＲ素子１０１ｄを離れた時点ですべての電圧がもとの状態に戻る。図１２は接続点１０６ａと１０６ｄの間の電圧変化を検出する方式のため、磁気センサ１２７に外来の磁気ノイズが印加された時の影響を減らすことができるものである。
【００５１】
なお、ここで説明を簡略化した部分については実施の形態１と同様である。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明の磁気センサは、基板と、この基板の表面側を通過する磁性媒体を検知するために、前記基板の表面側に設けられた人工格子ＭＲ素子と、この人工格子ＭＲ素子の信号を導出するために、前記基板の裏面側に装着される配線端子と、前記基板の裏面側に設けられた磁石と、前記人工格子ＭＲ素子を保護する薄肉の樹脂製の蓋とを備えた磁気センサにおいて、前記磁気センサは、前記基板と前記配線端子の前記基板側とを樹脂で一体に封止して保持体を形成し、前記保持体には、前記人工格子ＭＲ素子面に対し垂直方向に補助磁界を加えるように前記磁石を埋設したものであり、人工格子ＭＲ素子を用い、この人工格子ＭＲ素子面を保護する薄肉の樹脂製の蓋を設けると共に、基板と前記配線端子の前記基板側とを樹脂で一体に封止した保持体には、前記人工格子ＭＲ素子面に対し垂直方向に補助磁界を加える磁石を埋設しているので、感度が高く、振動や、外部からの静電気放電などに対して安定した出力を得ることができる磁気センサを得ることができる。
【００５３】
従って、この磁気センサを紙幣識別装置に用いれば、紙幣識別装置の識別精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気センサの側面断面図
【図２】同、人工格子ＭＲ素子の断面図
【図３】同、磁気センサの平面図
【図４】同、ケースを被せた磁気センサの部分破砕側面図
【図５】同、部分破砕正面図
【図６】同、組立図
【図７】本発明の磁気センサを用いた紙幣識別装置の断面図
【図８】同、ブロック図
【図９】同、紙幣識別装置の磁気センサから出力される信号図
【図１０】同、サンプルホールド回路から出力される信号図
【図１１】本発明の実施の形態２における磁気センサの平面図
【図１２】同、実施の形態２における磁気センサを用いた紙幣識別装置のブロック図
【符号の説明】
１  人工格子ＭＲ素子
２  基板
８  配線端子
９  保持体
１０  凹部
１１  磁石
【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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【図１１】
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【図１２】
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