(57)【要約】【課題】紙葉類の磁気インクに含まれる磁性体量を簡単な構成で精度良く検知する磁性体量検出装置を提供する。【解決手段】互いに重ならないように配置され、搬送される被検出媒体７に形成される磁性体８の磁気抵抗を検出する第１の磁気抵抗素子４および第２の磁気抵抗素子５と、前記第１の磁気抵抗素子４に垂直磁力を与え、前記第２の磁気抵抗素子５に水平磁力を与える永久磁石６と設け、前記被検出媒体７に形成される磁性体８の磁性体量を前記第１の磁気抵抗素子４および第２の磁気抵抗素子５に直流電圧を印加し、その出力信号の差から求める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
概略同一平面上に隣接して互いに重ならないように配置され、搬送される被検出媒体に形成される磁性体の磁性体量を検出する第１の磁気検出素子および第２の磁気検出素子と、
前記第１の磁気検出素子に垂直磁力を与え、前記第２の磁気検出素子に水平磁力を与える永久磁石と、
前記第１の磁気検出素子および第２の磁気検出素子に直流電圧を印加し、その出力信号の差から前記磁性体の磁性体量を求める信号処理手段と
を具備することを特徴とする磁性体量検出装置。
【請求項２】
前記永久磁石は、少なくとも一部が前記第１の磁気検出素子に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁性体量検出装置。
【請求項３】
概略同一平面上に隣接して互いに重ならないように配置され、搬送される被検出媒体に形成される磁性体の磁性体量を検出する第１の磁気検出素子および第２の磁気検出素子と、
前記第１の磁気検出素子に垂直磁力を与える第１の永久磁石と、
前記第１の永久磁石の極と異なる極同士が対向し、前記第２の磁気検出素子に水平磁力を与える第２の永久磁石と、
前記第１の磁気検出素子および第２の磁気検出素子に直流電圧を印加し、その出力信号の差から前記磁性体の磁性体量を求める信号処理手段と
を具備することを特徴とする磁性体量検出装置。
【請求項４】
前記第１の永久磁石は、少なくとも一部が前記第１の磁気検出素子の全幅に対向し、且つ、前記第２の磁気検出素子の一部の幅に対向する位置に配置され、
前記第２の永久磁石は、少なくとも一部が前記第２の磁気検出素子の残りの一部の幅に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載の磁性体量検出装置。
【請求項５】
前記信号処理手段は、
前記第１の磁気検出素子及び第１の抵抗器を直列に接続して構成した第１の磁気センサ部と、前記第２の磁気検出素子及び第２の抵抗器を直列に接続して構成した第２の磁気センサ部と、前記第１の磁気センサ部及び前記第２の磁気センサ部の間に可変抵抗器とを配置して構成したブリッジ回路と、
前記可変抵抗器の可変接続端子から電圧を印加し前記ブリッジ回路を付勢する直流電源と、
前記第１の磁気検出素子と前記第１の抵抗器の接続点の電圧と、前記第２の磁気検出素子と前記第２の抵抗器の接続点の電圧との差を増幅する増幅手段と
を有することを特徴とする請求項１又は請求項３記載の磁性体量検出装置。
【請求項６】
前記磁性体が前記第１及び第２の磁気検出素子の検出範囲にないとき前記増幅手段の出力信号が最小になるように前記可変抵抗器の抵抗値を設定したことを特徴とする請求項５記載の磁性体量検出装置。
【請求項７】
前記信号処理手段は、
前記第１の磁気検出素子と前記第２の磁気検出素子を直列に接続して構成した磁気センサ部と、２個の抵抗器と可変抵抗器を直列に接続して構成した抵抗器部とからなり、前記磁気センサ部及び抵抗器部を並列に接続して構成したブリッジ回路と、
前記磁気センサ部及び抵抗器部を並列に接続した接続点から電圧を印加し前記ブリッジ回路を付勢する直流電源と、
前記第１の磁気検出素子及び前記第２の磁気検出素子の接続点の電圧と、前記２個の抵抗器の接続点の電圧との差を増幅する増幅手段と
を有することを特徴とする請求項１又は請求項３記載の磁性体量検出装置。
【請求項８】
前記磁性体が前記第１及び第２の磁気検出素子の検出範囲にないとき前記増幅手段の出力信号が最小になるように前記可変抵抗器の抵抗値を設定したことを特徴とする請求項７記載の磁性体量検出装置。
【請求項９】
前記増幅手段の出力信号の温度ドリフトを低減する低域カットフィルタ増幅回路と、
前記低域カットフィルタ増幅器の出力信号を整流する整流回路と、
前記整流手段の波形を平滑する高域カットフィルタ回路と
を更に備えたことを特徴とする請求項５又は請求項７記載の磁性体量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙葉類等の印刷に使用するインクに含まれる微量の磁性体量に比例した信号を検出する磁性体量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、紙幣や有価証券類の偽造防止策として、磁気インクによる印刷を施したものや、用紙に細長い帯状の磁性体を漉き込んだものを使用して、流通段階でこれらの磁気インクや帯状の磁性体を検知することにより真偽判定を行うことは広く知られている。
【０００３】
そして、その真偽判定装置に用いられる紙葉類の磁性体を検出する磁気ヘッドには、差動巻線型トランス方式や、直流励磁方式や、インピーダンス方式などがある。
【０００４】
この内、差動巻線型トランス方式は、Ｓ字型のコアの中央部に１字巻線を設け、微小な間隙に設定した２ヵ所の開口部側のそれぞれに２次巻線を巻いて、一方の開口部上に近接して紙葉類を通過させ、２つの２次巻線による誘導電圧の差を検出する方式である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、直流励磁方式は、１次巻線と２次巻線を設けた環状コアの一部に微小な間隙を設けて１次巻線に直流電流を印加し、その間隙上を磁性体が通過する際の環状コア内の磁束変化を２次巻線の誘起電圧から検知する方式である。
【０００６】
さらに、インピーダンス方式は、環状コアの一部に微小な間隙を設けて、その間隙上を磁性体が通過する際の環状コア内の磁束の変化をコアに巻いた巻線のインピーダンス変化として交流ブリッジ回路で検出する方式である。また、磁気抵抗素子に永久磁石により磁界のバイアスをかけ、磁性体の接近有無による磁界の変化を抵抗値の変化として検知する方法がある。
【０００７】
さらに、磁気抵抗素子方式では、温度ドリフトの影響を減らすため同一平面上に２個の磁気抵抗素子を並べ、２個の素子間の磁界強度差を信号として出力する構造である。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭６２−３６５４０号公報（第５頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁性体検知方式では、磁性体の量に比例した信号を検出するものとして交流励磁電流方式による差動巻線型トランス方式が主に用いられているが、コアと巻線が複雑で磁気ヘッドの価格が高くなる欠点があった。
【００１０】
また、直流電圧を印加して磁性体を検知する磁気抵抗素子を用いた方式は、信号の検出回路が単純であるが、検知対象により生じる検出信号が磁界分布の空間差分によるものである。従って、均一な濃度の磁性体が印刷された紙葉類が磁気検出器上にあると磁界分布に差が無く磁気信号が出力されないなど、正確な磁気信号が得られないため、測定精度が劣る欠点がある。
【００１１】
そこでこの発明は、上記欠点を解決するためになされたもので、磁気抵抗素子による検知方式の空間差分法を改良して、単純な直流電圧の印加で磁性体量に比例した信号を検知できる、安価な磁性体量検出装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、概略同一平面上に隣接して互いに重ならないように配置され、搬送される被検出媒体に形成される磁性体の磁性体量を検出する第１の磁気検出素子および第２の磁気検出素子と、前記第１の磁気検出素子に垂直磁力を与え、前記第２の磁気検出素子に水平磁力を与える永久磁石と、前記第１の磁気検出素子および第２の磁気検出素子に直流電圧を印加し、その出力信号の差から前記磁性体の磁性体量を求める信号処理手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る磁性体量検出装置の第１の実施の形態を、図１乃至図５を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る磁性体量検出装置の第１の実施の形態の構成図である。図１（Ａ）は平面図で、図１（Ｂ）は磁気インクが印刷された紙葉類が通過するときの図１（Ａ）のＡ−Ａ側面断面図である。図において、磁性体量検出装置は、検出部１と、この検出部１で検出した磁気信号出力を処理するプリント配線基板５０とで構成される。
【００１５】
上記検出部１は、非磁性材からなるケース２と、基板３と、第１の磁気検出素子である磁気抵抗素子４及び第２の磁気検出素子である磁気抵抗素子５と、永久磁石６などで構成される。
【００１６】
上記基板３は、所定の位置に凹凸の窪みを有し、この窪みに磁気抵抗素子４、５を接着固定して構成され、ケース２に接着固定して配置される。
【００１７】
また、上記永久磁石６は、基板３を挟んで磁気抵抗素子４にバイアス磁界を与えるように配置され、磁気抵抗素子５には磁気抵抗素子４とは異なる磁界を与えるように配置する。すなわち、永久磁石６から基板３を介して磁気抵抗素子４と磁気抵抗素子５に与えられるバイアス磁界が不平衡になるように、例えば、磁気抵抗素子４には垂直な磁界が加わり、磁気抵抗素子５には水平な磁界が加わるように、磁気抵抗素子４の下部（対向位置）に少なくとも永久磁石６の一部が配置される。
【００１８】
磁性体量検出装置のプリント配線基板５０は、基板３と接続されて、磁気抵抗素子４、５を付勢し、この磁気抵抗素子４、５から出力された磁気信号を検出するための信号処理回路を有する。
【００１９】
次に、以上のように構成された磁性体量検出装置の動作を説明する。図１（Ｂ）に示す被検出媒体７は、磁気インク８が印刷された紙葉類で、検出部１に対して図示矢印Ａ方向に搬送される。本発明では、上述したように磁気抵抗素子４、５にバイアス磁界を不平衡に与えている。
【００２０】
図２は、永久磁石６からのバイアス磁界の状態を示す。永久磁石６による磁力線には、磁気抵抗素子４に対して垂直に貫通する磁力線９１と、磁気抵抗素子５に対して水平方向に貫通する磁力線９２が存在する。
【００２１】
磁気抵抗素子４、５は、基板３の取り付け面に対して垂直方向の磁力線９１には磁気抵抗値の変化する感度が高く、水平方向の磁力線９２には磁気抵抗値の変化する感度が低い。従って、図１（Ｂ）に示す検出部１の検出面２ａ上を紙葉類７が図示矢印Ａ方向に移動して磁性インク８が磁気抵抗素子４、５上に到達すると、磁気抵抗素子５では磁力線９２が示すように水平方向にあるため磁気インク８により磁界強度が変化しても磁気抵抗値の変化は小さく、磁気抵抗素子４では磁力線９１が磁気抵抗素子４に垂直であるため磁界の変化に対して感度よく磁気抵抗値が大きく変化する。その結果、磁気抵抗素子４のみが磁気インク８による磁界の変化に反応する。
【００２２】
次に、検出部１で検出した磁気信号出力を処理するプリント配線基板５０の動作を説明する。
【００２３】
図３は、磁気抵抗素子４、５の磁気抵抗値の変化を電気信号として検出する検出回路の具体例である。この検出回路は、磁気抵抗素子４、５の抵抗値の変化を検出するブリッジ回路２０と、このブリッジ回路２０に電源を供給するための直流定電圧電源２６と、ブリッジ回路２０から出力される電圧変化を増幅するための差動増幅器２４と、増幅器２５とで構成される。
【００２４】
上記ブリッジ回路２０は、第１の磁気検出素子である磁気抵抗素子４と固定抵抗器２２が直列接続され、その接続点から差動増幅器２４の一方に電圧が出力される第１の磁気センサ部と、第２の磁気検出素子である磁気抵抗素子５と固定抵抗器２３が直列接続され、その接続点から差動増幅器２４の他方に電圧が出力される第２の磁気センサ部と、これら第１の磁気センサ部と第２の磁気センサ部の間にブリッジ回路２０のバランスを調整するための可変抵抗器２１を配置して構成される。
【００２５】
また、上記直流定電圧電源２６は、ブリッジ回路２０を構成する可変抵抗器２１の可変接続端子に直流電圧を供給して付勢するものである。そして、直流定電圧電源２６からの直流電圧は、固定抵抗器２２と磁気抵抗素子４とに分圧された値と、固定抵抗器２３と磁気抵抗素子５とに分圧された値として、差動増幅器２４に供給される。この差動増幅器２４によって検出した磁気抵抗素子４、５の抵抗値の変化に応じた磁気信号は、増幅回路２５を介してさらに増幅されて電気信号として出力される。
【００２６】
ここで、ブリッジ回路２０の調整方法を説明する。先ず、被検出媒体７の磁気インク８などの磁性体が検出部１の検出面２ａにない状態で、差動増幅器２４の出力が極力小さくなるように可変抵抗器２１の抵抗値を設定する。このとき、磁気抵抗素子４と固定抵抗器２２とが直列接続された接続点の電圧と、磁気抵抗素子５と固定抵抗器２３とが直列接続された接続点の電圧が同じほぼ同じ値に設定される。
【００２７】
次に、被検出媒体７の磁気インク８が検出部１の検出面２ａ上に到達すると磁気抵抗素子４の磁気抵抗値が大きくなるため、ブリッジ回路２０のバランス電圧が変化して差動増幅器２４の出力電圧が変化し、増幅器２５から電気信号として出力される。
【００２８】
（検出回路の他の実施の形態）
図４は、磁気抵抗素子４、５の磁気抵抗値の変化を電気信号として検出する検出回路の他の実施の形態である。この図４の実施の形態の各部について、図３の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００２９】
この検出回路は、図３に示す実施の形態とブリッジ回路の構成が異なる。以下にブリッジ回路３０の構成を説明する。
【００３０】
ブリッジ回路３０は、第１の磁気検出素子である磁気抵抗素子４と第２の磁気検出素子である磁気抵抗素子５を直列に接続し、その接続点から差動増幅器２４の一方に電圧が出力される磁気センサ部と、固定抵抗器３４と固定抵抗器３３とブリッジ回路３０のバランスを調整するための可変抵抗器３２とを直列に接続し、その固定抵抗器３３、３４間の接続点から差動増幅器２４の他方に電圧が出力される抵抗器部とを並列に接続して構成される。そして、直流定電圧電源２６によってこの接続点からブリッジ回路３０を付勢する直流電圧が付与される。
【００３１】
次に、図４の検出回路の動作を説明する。先ず、被検出媒体７の磁気インク８などの磁性体が検出部１の検出面２ａにない状態で、差動増幅器２４の出力電圧が極力小さくなるように可変抵抗器３２の抵抗値を設定する。このとき、磁気抵抗素子４、５を直列に接続した接続点の電圧と固定抵抗器３３、３４の接続点の電圧が同じほぼ同じ値に設定される。
【００３２】
次に、被検出媒体７の磁気インク８が検出部１の検出面２ａ上に到達すると、磁気抵抗素子４の磁気抵抗値が大きくなるため、ブリッジ回路３０のバランス電圧が変化して差動増幅器２４の出力電圧が変化し、増幅器２５から電気信号として出力される。
【００３３】
次に、温度ドリフトの説明を行う。磁気抵抗素子４、５にかかるバイアス磁界の強度差によって磁気抵抗素子４、５の磁気抵抗値の差が発生する。この磁気抵抗値の差は、前述した可変抵抗器３２によって補正されるが、周囲温度に変化があると、磁気抵抗素子４、５の磁気抵抗値も変化し、検出回路の出力変動となって現れる。このように、周囲温度の変化に伴って現れる出力変動を温度ドリフトという。
【００３４】
一般に、被検出媒体の磁性体の体積が大きい場合や比透磁率が大きい場合は、検出信号が大きいため温度ドリフトの影響は小さい。
【００３５】
一方、本発明の磁性体量検出装置が検出媒体とする被検出媒体７などの紙葉類に印刷された磁気インク８による検出信号は小さい場合が多く、差動増幅器２４のゲインを大きくする必要があり、必然的に検出信号に対する温度ドリフトの割合が大きくなる。また、紙葉類の磁性体検知をする場合には紙葉類を所定の速度で搬送しながら行うため、検出信号はパルス状の波形となり、このパルス波形に周波数の低い温度ドリフトが加わることになる。
【００３６】
次に、この温度ドリフトの影響を除く検出回路の実施の形態を図５に示す。この検出回路は、ブリッジ回路２０又は３０で検出した磁気信号の変化分を増幅する差動増幅器４０と、この差動増幅器４０の磁気出力信号の低域をカットする低域カットフィルタ増幅器４１と、この低域カットフィルタ増幅器４１の磁気出力信号を整流する整流回路４２と、この整流回路４２の出力信号を平滑する高域カットフィルタ増幅器４３とで構成される。
【００３７】
そして、上記低域カットフィルタ増幅器４１は、遮断周波数を検出信号に影響が小さい周波数に設定して温度ドリフトによる電圧変動を除去する。
【００３８】
また、整流回路４２は、低域カットフィルタ増幅器４１から出力される正又は負の磁気検出信号を同一極性にする。
【００３９】
また、高域カットフィルタ増幅器４３は、整流回路４２の出力信号を平滑して所定電圧の直流信号にする。
【００４０】
検出回路２０又は３０で検出した磁気信号は、磁気量に比例するから、低周波域を除去して整流した磁気信号波形も磁気量に比例する。このような構成にすることによって、温度ドリフトの影響を軽減した磁性体量検出装置を提供することが可能である。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明に係る磁性体量検出装置の第２の実施の形態の構成図である。この第２の実施の形態の各部について、図１の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。
【００４２】
図６（Ａ）は磁性体量検出装置の第２の実施の形態の平面図で、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ側面断面図である。なお、図３乃至図５に示す検出回路は、この実施の形態においても同様に使用することができるが既に説明しているためその説明を省略する。
【００４３】
第２の実施の形態の磁性体量検出装置は、図１に示す第１の実施の形態の永久磁石６の搬送方向上流に永久磁石１１を更に追加して構成される。なお、永久磁石６、１１は、異なる極性同士が隣接して配置されるために吸着した状態にあり、その接合面は磁気抵抗素子５の下部になるように配置される。つまり、永久磁石６は磁気抵抗素子４の全幅と磁気抵抗素子５の一部の幅の下部（対向位置）に基板３を介して配置され、永久磁石１１は磁気抵抗素子５の残りの幅の下部（対向位置）に基板３を介して配置される。
【００４４】
この結果、磁気抵抗素子５のバイアス磁界は図７の磁力線１２２のように永久磁石６、１１の接合面の狭い範囲で水平方向になる。また、永久磁石６は、磁気抵抗素子４を十分覆う幅を持たせてバイアス磁界が磁力線１２１のように磁気抵抗素子４を垂直に通るように配置される。このような構成で、被検出媒体７の磁気インク８が検出部１０の検出面２ａ上に到達すると、磁気抵抗素子４の磁気抵抗値が更に大きくなるため、確実にバイアス磁界の方向を分離することができる。
【００４５】
この第２の実施の形態の構成によって、磁気抵抗素子４は垂直な磁界が与えられ、磁気抵抗素子５は水平な磁界が安定して与えられる。この結果、図１に示す第１の実施の形態に比べて更に安定した磁性体量検出装置となる。
【００４６】
（第２の実施の形態の変形例）
第２の実施の形態では、永久磁石１１を永久磁石６の搬送方向上流に配置したが、永久磁石１１を永久磁石６の搬送方向下流の対称位置に配置しても、同様の効果がえられ、本発明の機能及び性能は変わらない。
【００４７】
また、本発明では、第１の実施の形態及び第２の実施の形態共、磁気検出素子として磁気抵抗素子を用いて説明したが、ホール素子を用いても同様の効果を得ることができるので以下にその構成を説明する。
【００４８】
磁気検出素子としてホール素子を使用した場合、検出部の構成は、図１、図２、図６及び図７の磁気抵抗素子４、５に代えてホール素子を配置する。例えば、磁気抵抗素子４に代えてホール素子５１を配置し、磁気抵抗素子５に代えてホール素子５２を配置すると、ホール素子５１は磁力線が垂直に通るため磁力線の変化に感度が高く、ホール素子５２は磁力線が水平に通るため磁力線の変化に感度が低い。従って、磁気抵抗素子と同じように磁性体による磁界の変化を検知することが可能となる。
【００４９】
次に、図８を参照してホール素子を用いた磁性体量検出回路の構成及び動作を説明する。図８において、直流電源部５９は、定電圧電源又は低電流電源で、ホール素子５１、５２の各一方の電源端子５１ａ、５２ａに接続される。また、これらホール素子５１、５２の各他方の電源端子５１ｂ、５２ｂは接地される。このようにして、ホール素子５１、５２は付勢される。
【００５０】
差動増幅器５３は、ホール素子５１の出力端子５１ｃ、５１ｄから出力される磁気信号を検出するための差動増幅器である。同様に、差動増幅器５４は、ホール素子５２の出力端子５２ｃ、５２ｄから出力される磁気信号を検出するための差動増幅器である。
【００５１】
差動増幅器５５は、差動増幅器５３、５４の出力、すなわちホール素子５１、５２から出力される信号の差をとって温度によるドリフトを消去する。
【００５２】
差動増幅器５６は、差動増幅器５５の出力信号を増幅する。この際、差動増幅器５６の入力に直流電圧が含まれる場合に、この差動増幅器５６の出力信号５７が動作範囲を超えて振り切れることがある。これを防止するため可変抵抗器５８を通して調整した直流電圧を差動増幅器５６の一方の端子に加えて差動増幅器５６の入力に含まれる直流電圧から差し引き信号のみを取り出す。このようにすればホール素子５１、５２により磁性体量を検知することができる。また、信号の低周波成分を除くために出力信号５７を図５の回路に入力しても良い。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、磁気抵抗素子により磁性体量に比例した信号を検出することのできる差動型磁気ヘッドを必要としない磁性体量検出装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁性体量検出装置の第１の実施の形態の構成図。
【図２】第１の実施の形態の検出部のバイアス磁界の状態を示す図。
【図３】本発明に係る磁性体量検出装置に適用される検出回路の構成図。
【図４】本発明に係る磁性体量検出装置に適用される他の検出回路の構成図。
【図５】本発明に係る磁性体量検出装置に適用される温度ドリフトの影響を除くための検出回路の構成図。
【図６】本発明に係る磁性体量検出装置の第２の実施の形態の構成図。
【図７】第２の実施の形態の検出部のバイアス磁界の状態を示す図。
【図８】ホール素子を用いた磁性体量検出回路の構成図。
【符号の説明】
１  検出部
２  ケース
３  基板
４、５  磁気抵抗素子
６、１１  永久磁石
７  被検出媒体
８  磁気インク
９、９１、１２１、１２２  磁力線
２０、３０  ブリッジ回路
２０、２２、２３、３３、３４  固定抵抗器
２１、３２  可変抵抗器
２４、４０  差動増幅器
２５  増幅器
２６  定電圧電源
４１  低域カットフィルタ増幅器
４２  整流回路
４３  高域カットフィルタ増幅器
５０  プリント配線基板
５１、５２  ホール素子
５３、５４、５５、５６  差動増幅器
５７  出力信号
５８  可変抵抗器
５９  直流電源部
【図１】
2005030872.tif 000003
【図２】
2005030872.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005030872.tif 000008
【図７】
2005030872.tif 000009
【図８】
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