(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小空隙を有する磁心と該磁心を通る磁束の変化を検知するように該磁心に捲回された検知コイルとを用いた磁気センサと、
該磁心に静磁気バイアスを与える磁気バイアス付与手段と、
磁気を有する被測定物を支持する支持手段と、
該被測定物上の所望の微小領域が前記磁心の微小空隙上に存在して該微小領域が該微小空隙に接している第一の状態と該微小空隙から一定距離だけ離れた位置に存在する第二の状態とを瞬時に状態変化させるための状態切り換え手段と、
前記状態変化が起こったときに前記検知コイルから得られる検知信号を前記被測定物上の所望の微小領域が有する磁気量に対応する検知出力として取り出すための増幅器を含む検知出力手段と、
を備えた磁気検出装置。
【請求項２】
前記状態切り換え手段は、前記磁気センサに一端が連結された非磁性棒と、  該非磁性棒の他端側に連結された磁性体と、該磁性体を前記非磁性棒の軸方向に沿って吸引するための電磁石と、該電磁石に対する付勢のオン・オフを切り換えるためのスイッチとを備えて、該スイッチの前記オン・オフ切り換えにより前記第一の状態と前記第二の状態との切り換えが行われるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項３】
前記支持手段は、前記被測定物を前記磁心の前記微小空隙上に接触させた状態が取り得るように構成され、
前記状態切り換え手段は、前記被測定物を前記磁心の前記微小空隙上に接触させた前記第一の状態と前記被測定物を前記磁心の前記微小空隙から微小間隔だけ引き離した前記第二の状態との切り換えを行うように前記支持手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項４】
前記検知出力手段は、前記検知出力のパルスの波高値を一時記憶するピークホールド回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
【請求項５】
前記検知出力手段は、前記検知出力のパルス波形を一時記憶する波形記憶回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の磁気検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気インク印刷物あるいは磁性体を含んだ素材の磁気量を検出する磁気検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気インクで印刷された部分や粉末状の磁性体の磁気量を測定する場合に、図１１に示すように直流励磁電源２１からの電流を励磁コイル２２に流すことにより得られる強力な電磁石２３間に被測定物２４の試料片を入れ、試料を振動させ、近傍に置かれた検知コイル２５に発生する出力を増幅器２６により増幅して得られる検知信号２７からその磁気量を測定することができる（ＶＳＭ方式）。
【０００３】
また、図１２（ａ）に示すように、交流励磁電源３１からの交流電流を磁心３２に巻かれた励磁コイル３３に流すことによって、その磁心３２のギャップ（空隙）３４に得られる交流磁場内に置かれた被測定物３５の試料を差動検知コイル３６と差動増幅器３７で検知し、その出力に得られる検知信号３８の大きさによってある程度の磁気量を測定する方法も知られている（差動コイル方式）。
【０００４】
さらに、図１３に示すように、直流励磁電源４１からの直流電流により強い静磁界バイアスをかけたコイル型磁気ヘッド４２や磁気抵抗素子を使用して、搬送駆動系４４で矢印方向に駆動される被測定物４３の磁気量を増幅器４５を介して検出する方法もある（磁気ヘッド方式）（「センサー技術」、１９８７年２月号 Vol.7  No.2  P105「磁気センサ」参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
磁気インクで印刷された印刷物の微小部分等の極めて微量の磁気量（磁気モーメント）を測定，検知するためには、例えばＶＳＭ方式では、試料から小片を切り出す必要があり、また測定装置が大がかりであり、小片全体の磁気量しか測定できず印刷物内の特定の微小部分の磁気量を測定することはできない。交流励磁を用いる差動コイル方式では、小片の切り出しやＶＳＭ方式のような大かかりな装置の必要はないが、検知感度と応答性が劣っている。すなわち、検知感度を高めるには図１２（ａ）に示されたように、測定原理によれば被測定物３５の磁気モーメントを測ることになるので、磁心３２の微小空隙であるギャップ（空隙）３４から漏れ出る磁束を、より多く被測定物３５の磁化に関与させればよい。
そのためには、図１２（ｂ）に示すように、ギャップ３４のギャップ幅（空隙幅）３４ａとギャップ長（空隙長）３４ｂを大きくすればよいが、ギャップ幅３４ａを大きくとると励磁のための磁気抵抗が大きくなり、空隙３４間の磁束密度が小さくなるため、それほど大きくはできない。
ギッャプ長３４ｂを大きくすることは被測定物３５の検出範囲も大きくなり、所望の微小領域である検知領域Ｓ2 を測定するためには好ましくない。すなわち、この差動コイル方式では検知感度を高めようとすると、被測定物３５の測定範囲を広げることになる。
静磁界バイアスをかけた図１３に示す磁気ヘッド方式では、被測定物４３〔あるいは磁気ヘッド４２〕を搬送駆動系４４により水平に相対移動させることによって起こる被測定物４３上の各部分の磁気インクの磁気量の偏差による磁束又はバイアス磁束の変化を、図１４に示すように検知することになるため、測定対象である特定微小領域Ｓ2 の磁気量の測定が困難である。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の欠点を考慮し、微量な磁気量を持つ特定の微小領域の磁気量を測定することができる磁気検出装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による磁気検出装置は、微小空隙を有する磁心と該磁心を通る磁束の変化を検知するように該磁心に捲回された検知コイルとを用いた磁気センサと、
該磁心に静磁気バイアスを与える磁気バイアス付与手段と、
磁気を有する被測定物を支持する支持手段と、
該被測定物上の所望の微小領域が前記磁心の微小空隙上に存在して該微小領域が該微小空隙に接している第一の状態と該微小空隙から一定距離だけ離れた位置に存在する第二の状態とを瞬時に状態変化させるための状態切り換え手段と、
前記状態変化が起こったときに前記検知コイルから得られる検知信号を前記被測定物上の所望の微小領域が有する磁気量に対応する検知出力として取り出すための増幅器を含む検知出力手段と、
を備えた構成を有している。
前記状態切り換え手段は、前記磁気センサに一端が連結された非磁性棒と、該非磁性棒の他端側に連結された磁性体と、該磁性体を前記非磁性棒の軸方向に沿って吸引するための電磁石と、該電磁石に対する付勢のオン・オフを切り換えるためのスイッチとを備えて、該スイッチの前記オン・オフ切り換えにより前記第一の状態と前記第二の状態との切り換えが行われるように構成することができる。
また、前記支持手段は、前記被測定物を前記磁心の前記微小空隙上に接触させた状態が取り得るように構成され、前記状態切り換え手段は、前記被測定物を前記磁心の前記微小空隙上に接触させた前記第一の状態と前記被測定物を前記磁心の前記微小空隙から微小間隔だけ引き離した前記第二の状態との切り換えを行うように前記支持手段を制御するように構成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
磁気記録，書き込み用の磁気ヘッドの空隙と近傍磁界は図１（ｂ）に示すような理想形磁気ヘッドＨＭを例にとると、その近傍磁界分布は図１（ａ）の如き磁界分布となる。（「デジタル磁気記録」P 23  「磁気ヘッドの作る磁界」、木澤誠著  昭晃堂発行、参照）磁気ヘッドＨＭの空隙部分のｙ方向（垂直）の磁界強度は、磁極平面で最も強く、次第に弱くなっていることがわかる。
【０００９】
次に、磁気モーメント：Ｍを有する試料片Ｔが図１（ｃ）のように磁気ヘッドＨＭの空隙を塞ぐように存在すると、磁気ヘッドＨＭの持つ磁気抵抗は次のように変化する。
（１）試料片が無い場合、磁気抵抗Ｒm0は、
【数１】
Ｒm0＝（Ｌ−Ｌa ）／μ0 ・μs ・Ｓ＋Ｌa ／μ0 ・Ｓ    ……（１）
Ｌ：磁気ヘッドの磁路長  Ｌa ：空隙長  μs ：磁心の比透磁率
μ0 ：真空透磁率  Ｓ：磁心断面積
（２）試料片が空隙上に存在する場合、磁気抵抗Ｒm1は、
【数２】
Ｒm1＝（Ｌ−Ｌa ）／μ0 ・μs ・Ｓ＋Ｌa ／μ0 ・μ1 ・Ｓ1
……（２）
μ1 ：試料片の比透磁率  Ｓ1 ：試料片断面積
μ0 ：真空透磁率  Ｓ：磁心断面積
磁心に巻かれているコイルに電流を流し、その起磁力をＥm とすると、磁心内部の磁束の差φは、
【数３】
φ＝Ｅm ／Ｒm1−Ｅm ／Ｒm0                      ……（３）
これにより磁心上に巻かれた検知コイルに発生する電圧ｅは、
【数４】
ｅ＝Ｎ・ｄφ／ｄｔ                                  ……（４）
Ｎ：検知コイルの巻数
これにより、試料片Ｔが磁気ヘッドＨＭの空隙に急激に接触する前記の（１）から（２）への変化か、又は試料片Ｔが磁気ヘッドＨＭの空隙から急激に離れる前記（２）から（１）への変化により、磁気ヘッドＨＭの磁気抵抗が変化し、磁束変化を生じてその結果磁気ヘッドＨＭの検知コイルに検知電圧を生ずることが証明される。
すなわち、変化磁束は、
【数５】
0003753781.tif 000002
となり、検知電圧は
【数６】
0003753781.tif 000003
となる。
【００１０】
検知電圧の大きさは時間変化に比例しているので、急激に近づけるか又は遠ざければそれだけ大きな電圧を発生する。また、磁気ヘッドＨＭの磁心材料の透磁率を大きくし空隙面積を小さくしておけば、測定していない時と測定対象の磁気部分が空隙を塞いだ時の磁気抵抗変化の差は大きく、微量の磁気量をも検出することができる。磁気ヘッドＨＭに静磁界バイアスを印加する度合いが大きければ、同様に検出感度も上がることが判る。
透磁率の大きな磁心と狭いギャップを持った磁気ヘッドＨＭは空隙における磁界強度を強めることができるので、飽和磁気強度の大きな一般的な磁気記録材料である酸化鉄粉末（数千エルステッド）を充分飽和することが可能な磁界強度を簡単に持たせることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
図２に本発明の実施例を示す。１０は磁気センサであって本実施例では株式会社ミネルバ製磁気ヘッドＨＤＭ−１０３を用いている。
本磁気センサ１０は励磁用２次コイルを有し、図示しない直流電源を接続することにより、被測定物６に静磁気バイアスを加えることができるように構成されている。
磁気センサ１０としては、本例で用いたもの以外でも、静磁界バイアスが印加してあればホール素子，ＭＲ素子などを使用しても、同様の効果が得られる。
２は磁気センサ１０を上下方向に駆動するための励磁コイルで、直流電源１からスイッチ７を介して励磁コイル２に電流を流すことにより、永久磁石でできた磁心３を吸引する。磁気センサ１０と磁心３は非磁性材料棒１１で連結されており、磁心３の動きに従って上下する。ばね４は吸引された磁心３を元の位置に戻す役割をする。８は、磁気センサ１０からの検知信号を増幅し検知信号９を出力するための増幅器である。このような構成により、被測定物６の測定ポイントが磁気センサ１０の微小空隙上に接している状態から、スイッチ７を接にして磁心３を吸引して、磁気センサ１０の空隙を被測定物６から急激に離すことにより、検知信号９を得ることができる。
【００１２】
図３の実施例では、図示しない適宜の支持手段により支持された被測定物６から微小距離だけ離した状態で磁気センサ１０を固定して、被測定物６を磁心３と連結している非磁性材料棒１１の端部１１ａにより打鍵して、その被測定物６の測定ポイントを磁気センサ１０の微小空隙上に押しつけることにより、検知信号９を出力する構造を持たせたものである。
【００１３】
本例では励磁コイルの吸引力とばね４の復旧力とを利用した打鍵方法であるが、磁気センサ１０を被測定物６に垂直に打鍵するものであれば良く、モータの回転を利用したものや空気圧を利用したものも容易に実現することができる。図４は、モータの回転を利用する場合の実施例を示しており、被測定物６は送り装置１７により測定台１６まで送られる。測定台１６は上下動変換機構１８により上下に移動することができる。一例として回転駆動装置１９により円盤１８−１が回転するようになっており、円盤１８−１の中心から離れた位置１８−２に連結している棒１８−３により回転運動が上下運動に変換される。測定台１６が上下動することにより、その上に固定されている被測定物６が同時に上下動し、磁気センサ１０の微小空隙との接触が急激すなわち瞬時に切り離され、または接触されることになり、磁気センサ１０の出力には被測定物６の表面に塗布された磁性体の磁気量に対応した電気信号が発生する。
【００１４】
また、磁気センサ１０を含む垂直打鍵装置はＸ−Ｙブロックのペン部分のように水平面に自由に移動させる機構に組み込むこともでき、被測定物６の任意の箇所に移動させ試験することができる。本発明は、磁気インクによる印刷物ばかりでなく金属片，膜の磁気検出にも用いることもできる。
【００１５】
図５，６，７は本装置によって磁気インク印刷物の磁気を検知出力した３箇所の検知信号例である。
試験片は紙幣を用い、それぞれ印刷無し部分，肖像の淡印刷部分，肖像の濃印刷部分，についての検知出力を示す。すなわち、図５は磁気インクでの印刷無し部分の検知出力で、±５〜１０ｍＶで推移している。図６は肖像の磁気インクの淡印刷部分の検知出力で、０．２ｍｓ時点で  ３０ｍＶのピーク値信号が検出されている。図７は肖像の磁気インクの濃印刷部分の検知出力で、０．２〜０．３ｍｓ時点で±７０〜９０ｍＶの大きな信号が検出されている。このように、磁気インクの濃淡部分の違いが出力電圧の差となって検出されていることがわかる。
【００１６】
図８は検出した信号から被測定物の磁気量を表示する装置例である。
磁気センサ１０からの検知信号は増幅器８により増幅され、ピークホールド回路１２により最大波高値が一時記憶される。図９（ａ）に示すピークホールド回路１２の例で示されるように、検知出力は帰還回路にダイオードＤを用いた演算増幅器ＯＰで増幅され、その波高値はコンデンサＣに電荷として記憶される。
この電圧値を表示するには図９（ｂ）に示す磁気量表示回路１３のＡ／Ｄ変換器１３−１により電圧値をデジタル量に変換し、マイクロコンピュータ１３−２等で表示器１４に例えばセグメントＬＥＤ表示を行う。
【００１７】
図１０は別の回路によって実現した磁気量表示装置１５であって、増幅された検知信号をＡ／Ｄ変換器１５−１でデジタル変換し、波形を例えばＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）の如き波形記憶回路１５−２により記憶する。この内容をマイクロコンピュータ１５−３によってピーク値を見つけ出し、表示を行う。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば磁気インクあるいは磁気量の少ない金属片の磁気量を簡単に検知することができ、かつ、被測定物の微小領域の磁気量を感度良く調べることができるので、証券その他の安全保護紙の真偽判定装置への適用等の他、広い利用分野において高い実用性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる磁気ヘッドの形状を示す斜視図（ｂ）（ｃ）とその空隙近傍の磁界状態を示す特性図（ａ）である。
【図２】本発明の実施例を示す接続構成図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す接続構成図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す接続構成図である。
【図５】本発明装置からの検知信号例を示す波形図である。
【図６】本発明装置からの検知信号例を示す波形図である。
【図７】本発明装置からの検知信号例を示す波形図である。
【図８】本発明装置からの検知出力を表示する装置例を示すブロック図である。
【図９】図８の装置に用いられるピークホールド回路と磁気量表示回路との具体例を示す回路図（ａ）とブロック図（ｂ）である。
【図１０】本発明装置からの検知出力を表示する他の装置例を示すブロック図である。
【図１１】従来のＶＳＭ方式による磁気センサの１例を示す接続構成図である。
【図１２】従来の作動コイル方式による磁気センサの１例を示す接続構成図（ａ）とギャップ部の構造を示す部分拡大斜視図（ｂ）である。
【図１３】従来の磁気ヘッド方式による磁気センサの１例を示す接続構成図である。
【図１４】図１３に示す装置からの検知信号を説明するための検知装置略図（ａ）と検知信号例を示す波形図（ｂ）である。
【符号の説明】
１  直流電源
２  励磁コイル
３  磁心
４  ばね
５  支持体
６  被測定物
７  スイッチ
８  増幅器
９  検知信号
１０  磁気センサ
１１  非磁性材料棒
１２  ピークホールド回路
１３  磁気量表示回路
１３−１，１５−１  Ａ／Ｄ変換器
１３−２，１５−３  マイクロコンピュータ
１４  表示器
１５  磁気量表示装置
１５−２  波形記憶回路
１６  測定台
１７  送り装置
１８  上下動変換機構
１９  回転駆動装置
２１  直流励磁電源
２２  励磁コイル
２３  電磁石
２４  被測定物
２５  検知コイル
２６  増幅器
２７  検知信号
３１  交流励磁電源
３２  磁心
３３  励磁コイル
３４  ギャップ
３４ａ  ギャップ幅
３４ｂ  ギャップ長
３５  被測定物
３６  差動検知コイル
３７  差動増幅器
３８  検知信号
４１  直流励磁電源
４２  磁気ヘッド
４３  被測定物
４４  搬送駆動系
４５  増幅器
【図１】
0003753781.tif 000004
【図２】
0003753781.tif 000005
【図３】
0003753781.tif 000006
【図４】
0003753781.tif 000007
【図５】
0003753781.tif 000008
【図６】
0003753781.tif 000009
【図７】
0003753781.tif 000010
【図８】
0003753781.tif 000011
【図９】
0003753781.tif 000012
【図１０】
0003753781.tif 000013
【図１１】
0003753781.tif 000014
【図１２】
0003753781.tif 000015
【図１３】
0003753781.tif 000016
【図１４】
0003753781.tif 000017