(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の強磁性体材料で形成された内芯と、
該内芯の中央部に配置された励磁コイルと、
該内芯の一端部に配置された検知コイルと、
該内芯の他端部に配置された補償コイルと、
該内芯の一端と他端で一様な微小ギャップを形成し、かつ、該内芯，該励磁コイル，該検知コイルおよび該補償コイルを包囲するように配置された筒形の強磁性体材料で形成された外芯と、
を備えた磁気センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の前記磁気センサが複数個列状に配置されたことを特徴とする磁気センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性体の磁気特性を検知するためのセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気センサの１例として、特願平７−１６９３３４号「磁気センサ」〔特開平８−３３８８６４号公報参照〕において提示されている空芯の励磁コイルを用いるものでは、一般的な磁気ヘッドに見られる細長いヘッドギャップを持たないため、円形に巻かれた励磁コイルの作る励磁磁界の方向（磁界ベクトル）は、励磁コイルの端面上で全方向を向いている。
このため異方性を有する強磁性体片をその励磁コイルの端面に配置された検知コイルを用いて検出しようとした場合、強磁性体が端面上でいかなる方向を向いても異方性の磁化容易軸に磁界ベクトルが一致して、強磁性体が磁化され、それにより、磁気特性の検出が容易になる。図４は従来の空芯形磁気センサの構造図を示す。ここで、１１は非磁性材料の空芯ボビン、１２は検知出力をとり出す検知コイル、１３は補償コイル、１４は励磁電流を流す励磁コイルである。しかし、この磁気センサが作る矢印Ａ1 が示す如き磁界の磁束は自由空間を通るいわゆる開磁路を形成するものであるため、近傍にある鉄などの強磁性材、あるいは銅などの導電性金属の影響を受けやすい欠点がある。そのため、このような空芯形磁気センサを搬送装置等の導電金属を含む一般的な機器に組み込むことは極めて難しく、使用される範囲が限られている。
【０００３】
次に、周辺の金属体からの影響度について述べる。
図４に示されたような従来の全方向性空芯形磁気センサでは、励磁コイル１４によって作られる磁界は自由空間に磁気センサの数倍程の大きな広がりを持っている。そのため、近傍に磁気材料があると検知コイル１２と補償コイル１３が交差する磁束間に差異が生じ、励磁磁界による大きな信号を両コイル１２，１３の各出力の差動合成により相殺することができなくなり、被検出物による磁束変化を効率よく検知することが困難になる。近傍にある磁気材料以外にも銅，アルミニウムなどの導電性金属においても過電流により発生する磁界により同様の問題が発生する。
【０００４】
また、従来のギャップ型磁気センサでは、自由空間を通る磁界は極めて狭いギャップ部分のみであるので近傍にある磁性材料の影響をほとんど受けない。しかし、一方このような磁気センサの欠点として、従来からの直線ギャップ型磁気センサに比べ、検出部分が狭いことが上げられる。
【０００５】
図５は従来のギャップ型磁気ヘッド１５の外観図であって、磁気ギャップ１６の作る磁界は矢印Ａ2 にて示すように一方向である。図６はある種の異方性を有する強磁性体の磁化容易軸方向（ａ）と磁化困難軸方向（ｂ）の磁化特性例である。
【０００６】
図６（ａ）（ｂ）で示した特性を持つ強磁性体片１７を図５の磁気ヘッドで図７に示すように配置して検出すると、磁気ヘッド１５の作る磁界方向Ａ2 と矢印Ａ3 で示す磁化容易軸の方向が一致している場合には、図７（ａ）のように磁化容易軸方向の磁化特性がパルス信号として得られる。
一方、磁化方向Ａ2 と磁化容易軸の方向Ａ3 とが一致していない場合には、図７（ｂ）のように磁化強度に比例した歪みの少ない正弦波状信号が得られるものが一般的である。検出した信号と磁性体の特性との対応の関係を判別し、真偽判別を行うためには、異方性を有する磁性体片の場合、常に磁化方向と試験片の磁化容易軸方向とが同一方向を向いている必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の欠点を考慮し、近傍の強磁性体又は導電性金属体の影響が少なくかつ、被検出対象物である異方性磁性体の検出方向に無関係に磁気特性が検知できる磁気センサを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による磁気センサは、棒状の強磁性体材料で形成された内芯と、
該内芯の中央部に配置された励磁コイルと、
該内芯の一端部に配置された検知コイルと、
該内芯の他端部に配置された補償コイルと、
該内芯の一端と他端で一様な微小ギャップを形成し、かつ、該内芯，該励磁コイル，該検知コイルおよび該補償コイルを包囲するように配置された筒形の強磁性体材料で形成された外芯と、
を備えた構成を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による磁気センサは異方性のある強磁性体片の磁気特性を読み取り方向に関係なく、しかも検出センサ周辺にある磁性材、あるいは金属体の影響の少ない磁気センサが次のような構造によって可能である。
【００１０】
図１は本発明による磁気ヘッド１０のギャップ部分を示す外観図（ａ）と縦断面図（ｂ）であり、１は内芯、２は外芯、３は検知コイル、４は補償コイル、５は励磁コイルである。端面上の内芯１と外芯２間で連続した円形ギャップ７を有しており、励磁コイル５で発生した励磁磁界は内芯１と外芯２を矢印Ａ0 のように通り、ギャップ７の位置で強い磁束密度をもつ。磁気ベクトルはギャップ７にほぼ垂直に交さするので、ギャップ７が円形であれば図１（ａ）矢印Ａ00のように水平方向全ての向きに存在することになる。
【００１１】
磁気異方性を持つ強磁性体片を上記の磁気ヘッド１０上に置いた場合に、検知コイル３に得られる信号強度は、
ｅ：検知信号，  φ：磁束としたときファラデーの法則から、
【数１】
ｅ＝−ｄφ／ｄｔ              ……（１）
【００１２】
Ｂ：磁束密度、  ｓ：検知コイル３のなす閉曲面としたとき、
【数２】
ｅ＝−（ｄ／ｄｔ）（∫Ｂｄｓ）    ……（２）
Ｈ：磁界、  μ：被検出物の透磁率としたとき
【数３】
ｅ＝−（ｄ／ｄｔ）（∫μＨｄｓ）  ……（３）
【００１３】
ここで、被検出物の透磁率μは異方性であり印加磁界に対して方向特性を持つから、θ：印加磁界と被検出物とのなす角としたとき
【数４】
μ＝μ（θ）            ………（４）
式（３）に代入すると、
【数５】
ｅ＝−（ｄ／ｄｔ）（∫∫μ（θ）Ｈｄθｄｓ）  ……（５）
【００１４】
このことから、異方性を有する磁気材料を本発明による磁気ヘッド１０で検出した場合、異方性の方向特性は各方向での積分値として検知することができ、３６０度積分されるので、被検出物の磁化容易軸とセンサとのなす角が任意であっても同じ検出信号が得られる。積分値として検知された検出信号と従来の磁気センサによる磁気容易軸のみでの検出信号を比較すると多少の差異はあるが、材料判別には充分であるとの結果を得た。
【００１５】
図２のごとく互いの影響が少ないため複数の磁気センサ１０を並べて置くことができ、この欠点も解消できる。
このような並べて置いた磁気センサ１０は被検出物２０が小さくかつ通過位置が定まらない場合の検出センサとして用いることができる。
【００１６】
【実施例】
図３に本発明の磁気センサの具体的実施例の縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）を示す。
１は磁気センサの内芯であり、円柱の如き棒状をなす、比透磁率約２４００のフェライト材からなる。２は外芯であり、円筒の如き筒形をなし、内芯１と同じ材料からなる。また組立て上容易なように外芯２は中心において上下に分離できるようになっている。内芯１および外芯２はフェライト以外にもパーマロイあるいはセンダストのような軟磁性材であってもよい。３は検知コイルであり、０．０７５φの導線が内芯１の上端近くに置かれたボビンに１００ターン巻かれている。４は補償コイルであり、検知コイル３と同じく１００ターン巻かれ、内芯１の下端に置かれる。５は励磁コイルであり、０．３φの導線が２００ターン巻かれている。６は内芯１を固定するための固定用スペーサであり、内芯１と外芯２の間は０．３mmの円形間隔が保たれている。
【００１７】
励磁コイル５に正弦波状電流を流し、内芯１を磁化する。
この励磁電流によって生じる磁束はと内芯１から０．３mmのギャップ７を通り、外芯２を通る磁路を形成する。大部分の磁路は図１に矢印Ａ0 で示された経路を通り、磁束の漏れの大部分はギャップ７の位置に存在する。この位置に被検出物が存在すると、その被検出物に磁界が印加され、被検出物の磁気特性に応じた磁束の変化を生じ、検知コイル３にその変化分が電圧変化として検出される。この変化は励磁信号に比べ非常に微量であるが、補償コイル４には変化のない励磁信号が検出されるので、検知コイル３の出力と補償コイル４の出力を差動合成する差動増幅器を用いれば、大きな励磁信号は相殺され、微量な磁気変化による検知出力のみ取り出すことができる。
【００１８】
表１，表２に従来の直線型ギャップを有する磁気センサと本発明による磁気センサとで異方性のある磁気材料（Ａ）をそれぞれ測定した結果を示す。被測定物は厚さ０．２μｍのコバルト（Ｃｏ）を基とした強磁性体膜で異方性は１軸においてかなり強いものである。
【００１９】
【表１】
0004128651.tif 000002
【００２０】
【表２】
0004128651.tif 000003
【００２１】
表１は直線型ギャップを有する磁気センサで被測定物を測定した結果である。表２は本発明による磁気センサで被測定物を測定した結果である。検知コイルに生じる検知信号ｅの電圧Ｖは式（３）から励磁磁界Ｈに対する磁束密度Ｂの微分形であり、また磁性体の磁気特性はＢ−Ｈ特性によって表されるので、検知電圧が磁性体の磁気特性に基づくものであり、検出電圧の形状および波高値を比較すれば磁気材料の真偽判定が可能である。
被測定物の容易軸における磁気特性は表１の角度θ＝９０度における波高値、及び高調波成分として表されるので、本発明の無指向性磁気センサで検出された表２の角度θが０度から１８０度までの値を比較した結果、波高値では５割程度低く、３次，５次，７次の高調波では０．０６ｄＢ割程度異なった値となっている。
【００２２】
表３，表４は別素材（Ｂ）による測定例であって、０．２μｍのニッケル（Ｎｉ）を基とした強磁性体膜であり、表１と表３の９０度における波高値と各高調波を比較すると、それぞれの数値が異なっており、これから素材Ａと素材Ｂの各磁気特性は相異なっていると判断することができる。
また、本発明の磁気センサで素材Ａ，素材Ｂを測定した表２と表４では波高値，各高調波とも相異なっており、この結果から、表２，表４の比較であっても磁気特性の差別をすることができ、材料の判別が可能であることがわかる。
【００２３】
【表３】
0004128651.tif 000004
【００２４】
【表４】
0004128651.tif 000005
【００２５】
ここに示したものは２種類の材料（Ａ）（Ｂ）であるが、その他磁化容易軸において磁気特性の異なった材料は、本発明の磁気センサによっても判別することができた。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、強磁性体の磁気特性によって材料の判別する際に用いられる磁気センサにおいて、近傍の導電体からの影響を受けずに異方性を持った磁性材料の磁気特性を検出方向に無関係に読み出し、判別が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気ヘッドの外観図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図２】本発明による磁気ヘッドを複数個並列に並べた例を示す外観図である。
【図３】本発明による磁気センサの実施例を示す縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図４】従来の全方向性磁気センサを示す縦断面図である。
【図５】従来のギャップ型磁気センサを示す外観図である。
【図６】異方性磁性材料の磁気特性を示す磁化容易軸方向の磁化特性（ａ）と磁化困難軸方向の磁化特性（ｂ）である。
【図７】強磁性体片に対する従来のギャップ型磁気ヘッドでの読み出し例を示す強磁性体片の配置外観及び磁化容易軸方向の読み出し波形（ａ）と磁化困難軸方向の読み出し波形（ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
１  内芯
２  外芯
３  検知コイル
４  補償コイル
５  励磁コイル
６  固定用スペーサ
７  ギャップ
１０  磁気ヘッド
１１  空芯ボビン
１２  検知コイル
１３  補償コイル
１４  励磁コイル
１５  ギャップ型磁気ヘッド
１６  ギャップ
１７  強磁性体片
２０  被検出物
【図１】
0004128651.tif 000006
【図２】
0004128651.tif 000007
【図３】
0004128651.tif 000008
【図４】
0004128651.tif 000009
【図５】
0004128651.tif 000010
【図６】
0004128651.tif 000011
【図７】
0004128651.tif 000012