JP2011180958A - 硬貨識別装置の検出部 - Google Patents

Abstract

【課題】硬貨識別装置の検出部において、硬貨の材質、外形、板厚データを、最小のセンサと最小の回路構成で検出する。
【解決手段】硬貨が通過する硬貨通路１とセンサＳ１とセンサＳ２と発信回路を備え、硬貨通路１にセンサＳ１とセンサＳ２を硬貨２の進行方向１０に間隔をあけて、且つ硬貨通路を挟んで設置し、硬貨通路１の硬貨を横倒する方向に傾斜させて左側壁３に硬貨２を密着させて通過させたときの、センサＳ１とセンサＳ２を含む発信回路からの信号波形を演算処理部に入力し、波形の前半で硬貨の材質、波形の中間で硬貨の材質外形、波形の後半で板厚のデータを抽出し硬貨の金種と真偽を識別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動販売機、両替機等において、硬貨搬送通路を通過する硬貨の金種および真偽を識別する硬貨識別装置の検出部に関する。

自動販売機、両替機等には、様々な金種の硬貨が扱えるように硬貨識別装置が備えられている。硬貨識別装置は、硬貨通路に沿って、硬貨の材質、外形、厚みを検出するセンサを個別に備え、各センサからの信号から硬貨の種別や真偽を識別する電子回路を備えている。

上記の具体例としては、投入硬貨の材質、外形、板厚の検知を、１組の材質センサ、１組の外形センサ、１組の板厚センサを備え、それぞれの検出部の出力に接続された固有の検出回路を持ち、前記検出回路からの判定データをデジタル的に演算して硬貨の真偽判定を行っている。硬貨を検出するための要素は、３組のセンサと３つの検出回路とから構成されている。（特許文献１参照）

また、投入硬貨の材質と外形の２種類の検知を、１つの正弦波信号発生部と、２組のセンサと、１つの検出回路より構成し、２組のセンサの間隔をとって配置し、２組のセンサは４つのコイルから構成され、前記４つのコイルを励磁する正弦波信号発信回路と検出回路を直列もしくは並列接続し、検出回路の出力を識別回路に入力して硬貨の真偽判定を行っている。この考案は、正弦波信号発生部と検出回路を共通化できる効果がある。（特許文献２参照）

特開２００１−１６７３１０号公報 特開２００９−２６０８８号公報

特開２００９−２６０８８号公報では、材質と外形検査を行う目的を、４つのコイルから構成される２つのセンサと、１つの検出回路で構成し、検出回路を１つ削減しているが、この方式は、板厚検出が無く、板厚検出機能を追加するためには、一般的に１組のセンサと１つの検出回路が新たに追加となる。よって、投入硬貨の材質、外形、板厚の３つの要素検知するためには、合計６個のコイルから構成される３組のセンサと、２個の検出回路で構成され、検出回路を１つ削減しているが、低コスト化としては不十分であった。
解決しようとする課題は、投入硬貨の材質、外形、板厚の３つの要素を検知する目的を、最小のセンサ数と最小の回路で構成する点である。

このような目的を果たすために、本発明は、左側壁と右側壁から構成される硬貨通路と、第１のコイルを内蔵する第１のセンサと、第２のコイルを内蔵する第２のセンサと、該第１のセンサと該第２のセンサに接続する発信回路と演算処理部を備え、前記第１のセンサと前記第２のセンサは、硬貨進行方向に相互間隔をとって、前記第１のセンサは、前記左側壁に配置し、前記第２のセンサは、前記右側壁に配置し、前記硬貨通路は、検査する硬貨を横倒する方向に傾斜する構造とし、前記演算処理部は、前記硬貨通路を通過する硬貨の材質と外形と板厚を、前記発信回路からの信号に基づいて判定するものとして備えることを主要な特徴とする。

なお、前記硬貨通路の底面から前記第１のセンサの中心位置および前記第２のセンサの中心位置が、金種判定する最小径硬貨の半径よりも高い位置にあり、前記硬貨通路の底面から前記第１のセンサの外周上面の高さ、および前記第２のセンサの外周上面の高さが、金種判定する最小径硬貨の直径寸法以下であることが望ましい。

前記発信回路からの信号波形の材質取得タイミング（ＴＺ）から材質、中間タイミング（Ｔ２）から外形、板厚取得タイミング（ＴＡ）から板厚を検出することより、材質、外形、板厚を検出できる。また、前記第１のセンサと前記第２のセンサの中心線上に第３のセンサを配置することにより、中間タイミング（Ｔ２）を確実に検出できる。

本考案の「センサ」は、１個のポットコアと１個のコイルから構成されているが、先行技術文献で示すセンサ１組は、２個のポットコアに２個のコイルが硬貨通路を挟んで対向して構成されているため、先行技術文献のセンサ１組は、本考案のセンサ２個となる。

「発信回路」は、自励発信回路、他励発信回路のどちらでもよく、発信回路に付属するフィルタや平滑回路を含む。他励発信回路の例として、特開２００９−２６０８８号公報に示す正弦波信号発生回路と作動増幅の組み合わせでも良い。

前記発信回路からの信号波形のタイミングは、待機状態の波形から硬貨を検知して待機に戻るまでの時間を４等分し、検知開始から概略２５％経過時を材質取得タイミング（ＴＺ）、検知開始から概略５０％経過時を中間タイミング、検知開始から概略７５％経過時を後半タイミングとしている。

本発明の硬貨識別装置の検出部は、材質、外形、板厚の３つの要素を検出するために、２つセンサと１つのの検出回路で構成でき、コイル数を従来に比べて６７％削減し、検出回路数を従来に比べて５０％から６７％削減する利点を持つ。

本発明の硬貨識別装置は、自動販売機等の投入口から投入された所定の硬貨を識別して、硬貨集積部もしくは返却口へ案内する構成であり、硬貨を識別するための硬貨識別装置の検出部を説明する。本発明の硬貨識別装置の検出部は、硬貨の材質、外形、板厚を検出するために、硬貨通路に設けた２つのセンサの配置と通路構造と、検出回路から得られた波形を効率良く解析し、最小の部品で構成した。

図１は、本発明の実施例の硬貨通路１を上面から見た説明図であり、センサＳ１はコイルＬ１を内蔵し、左側壁３の外側に配置され、センサＳ２はコイルＬ２を内蔵し右側壁４の外側かつ進行方向１０に間隔を持って配置される。硬貨通路１は、進行方向が低い構造であり、硬貨２が左側壁３と右側壁４の間を進行方向１０に向かって自重で移動する。
センサＳ１のコイルＬ１と、センサＳ２のコイルＬ２の検知方向は、硬貨通路中央に向かっていて、硬貨２が移動すると、センサＳ１、Ｓ２により硬貨２を磁気的に検出できるようになっている。

図２は、図１の矢印１３から見た説明図で、左側壁３および右側壁４は、硬貨２が横倒しになる方向１６に傾斜する構造にして、硬貨２を左側壁３に密着して通過させる。また、硬貨２を左側壁３に押し付ける部材、あるいは糸切り機構を右側壁４に設置して硬貨２を押し付けても良い。また、左側壁３および右側壁４に、硬貨２との摩擦を軽減するためのリブなどを設けることが好ましい。
通路幅１２は、真偽判別する金種の中の硬貨の最大板厚よりも広く設定し、硬貨２がセンサＳ１、Ｓ２近傍を移動しているときには、図２で示すように硬貨通路に隙間１１が発生する。右側壁４は、硬貨詰まりが発生した場合に、矢印１４方向に開閉動作可能な構造としているが、詰まり解除後の通路幅１２は、毎回規定位置に戻ることが望ましい。

図３は、硬貨識別装置のブロック図を示し、コイルＬ１とコイルＬ２は、近似した磁気特性を持ち、前記２つのコイルは直列に接続され、発信回路６の内部コンデンサＣ１、Ｃ２との相互作用により発信し、発信周波数は、材質検知特性のある１００ＫＨｚ程度の設定となっている。周波数については、一例であり、センサの種類や大きさ、あるいは、検出する硬貨の種類により異なる。好ましくは、硬貨表面の浅い位置の材質を検出できる周波数設定とする。
コイルＬ２からの信号１５は、整流回路７で平滑され、演算処理部８のＡ／Ｄポートに入力される。演算処理部８は、整流回路７からの信号波形データを保存および演算し、メモリ９にあらかじめ設定されている真偽判定データを照合し、金種および真偽判定を行う。

図４は、外形の異なる２つの硬貨とセンサ配置から検出面積を示す説明図で、外形が大きい硬貨２Aが通路底面５上を図の左から進行方向１０に移動し、センサＳ１とセンサＳ２の中間に移動した位置を示し、外形の小さい硬貨２Ａ（点線）は、比較説明するために記載されている。
補助線２１は、識別する金種の中の最小径の硬貨の高さを示し、仮に識別硬貨が１０円、５０円、１００円５００円の４金種の場合、最小径は５０円硬貨の２１ｍｍのため、通路底面５からの高さを２１ｍｍとし、通路底面５と平行とした。センサＳ１およびＳ２の外周は、補助線２１よりも若干低い配置となっている。

センサS1、S2を若干低い配置とした理由は、センサS1、S2は後述する材質検出において、センサS1の全面で硬貨を検知する必要があり、硬貨２Bの中心がセンサS1から出る補助線２２の位置に移動したときに、センサS1の外周高さ２３は、硬貨２Ｂ直径３１よりも低く設定する。
上記センサ配置で、外形の大きい硬貨２Ａは、センサＳ１、Ｓ２に対し大きな面積で接しているが、外形の小さな硬貨２Ｂは小さな面積で接する。
硬貨２Ａと硬貨２Ｂの検知する面積の差は、黒塗り部１７と１８の合計となる。

図４の点線２４、２５は、低い位置にセンサを配置した場合を想定したもので、硬貨２Ａと硬貨２Bの検知する面積の差は、黒塗り部２６、２７の合計になる。このようにセンサ位置が高い場合の検知面積差は、黒塗り部１７と１８の合計で、センサ位置が低い場合の検知面積差は、黒塗り部２６と２７の合計となり、センサ位置を硬貨通路上部に設置することにより、硬貨の外形寸法の変化に対し、検知面積の変化量が大きくなるため、外形検出に対し有利となる。センサＳ１、Ｓ２の配置の高さは、センサＳ１、Ｓ２の中心２８、２９を、最小径硬貨の半径（３０）よりも高い位置に設置すると外形寸法の変化を確実に測定できる。

センサS1とセンサＳ２相互の間隔の最適寸法は、外形検知の特徴を出すために、最大径の硬貨である５００円の外形２６．５ｍｍの外周からセンサＳ１、Ｓ２の外周が、はみ出さない寸法の最大値とすると、硬貨の外形寸法変化に対し、検知面積差が大きく取れる。
センサS1とセンサＳ２相互の間隔の最小値は、センサ直径でセンサＳ１とセンサＳ２が重ならない寸法が好ましいが、センサ外形が大きい場合は、この限りでなく、前記寸法最適値よりも 大きくなることもある。

図５は、図４で示す外形の大きい硬貨２Ａが、通路底面５の上を左から進行方向１０に移動したときの、図３の演算処理部８のＡ／Ｄへの入力信号の波形Ｗ１を示している。図４の硬貨２ＡがセンサＳ１よりも上流に位置するときは、図５の横軸の時間Ｔ０の状態で、硬貨２ＡからセンサＳ１，Ｓ２への作用は無く、電圧Ｖ０が発生している。図４の硬貨２ＡがセンサＳ１に到達タイミング（Ｔ１）になると図５の波形Ｗ１で示す電圧は減少を開始し、図４のセンサＳ１に硬貨２Ａが全面重なると図５の波形Ｗ１は示す電圧Ｖ１まで低下する。このときの電圧Ｖ１は、硬貨２Ａの材質固有の値を示す。図４の硬貨２Ａが更に進行方向１０に移動し、センサＳ１とセンサＳ２の中間点に達すると図５の中間タイミングＴ２となり入力信号は電圧Ｖ２の最低電圧になる。
図４の硬貨２ＡがセンサＳ２付近通過後センサＳ２を離脱すると、図５で示す波形Ｗ１は、板厚取得タイミング（ＴＡ）となり電圧Ｖ３を検知後、離脱タイミング（Ｔ３）では、波形Ｗ１は電圧Ｖ０に戻る。

波形Ｗ１は、図３演算処理部８に一旦記憶され、硬貨の金種や真偽の判定を行う。演算処理部８は、図５の波形Ｗ１の到達タイミングＴ１と離脱了タイミングＴ３を演算により検出する。続いて到達タイミング（Ｔ１）と離脱了タイミング（Ｔ３）の時間を２分割し、中間点を求めその結果を中間タイミング（Ｔ２）とし、中間タイミング（Ｔ２）の前後のデータの最大電圧もしくは最小電圧を求める。通常、最大電圧もしくは最小電圧は、タイミング（Ｔ２）付近となる。最小電圧、最大電圧もしくは中間タイミング（Ｔ２）のときの電圧が、硬貨外形データとなる。

図５の到達タイミング（Ｔ１）と中間タイミング（Ｔ２）の中間点を演算した結果は、材質検知タイミング（ＴＺ）となり、波形Ｗ１の材質検知タイミング（ＴＺ）の電圧Ｖ１が硬貨の材質データとなる。また、材質データは、材質検知タイミング（ＴＺ）の前後のデータを平均化する方法でもよい。
中間タイミング（Ｔ２）と離脱タイミング（Ｔ３）の中間点を演算した結果は、板厚取得タイミング（ＴＡ）となり、波形Ｗ１の板厚取得タイミング（ＴＡ）の電圧Ｖ３が硬貨の板厚データとなる。板厚データは、板厚取得タイミング（ＴＡ）の前後のデータを平均化する方法でもよい。

図６の波形Ｗ１、Ｗ２は、材質と板厚が同等であるが、外形の異なる硬貨２Ａと硬貨２Ｂが、図４の通路底面５の上を左から進行方向１０に移動した場合の図３の演算処理部８の入力信号示し、外形の小さい硬貨２Ｂは、図６の波形Ｗ２であり、外形の大きい硬貨２Ａの信号波形Ｗ１は、比較のために点線で示されている。
図６のタイミング（Ｔ４）は、波形Ｗ２の材質検知タイミングで、図４の硬貨２ＢがセンサＳ１のみで検知される位置にあり、このときの入力信号は図６の電圧Ｖ４になり、外形の大きい硬貨２Ａの入力信号電圧Ｖ２と等しくなる。

図４の硬貨２Ｂが更に進行方向１０に移動し、センサＳ１とセンサＳ２の中間点である図６のタイミングＴ５に達すると入力信号波形Ｗ２は電圧Ｖ５となる。検出電圧Ｖ２とＶ５の差は、図４説明の外形寸法によるセンサに接する面積差１７、１８の影響によるものであり、図６のタイミング（Ｔ５）の入力信号の電圧は、硬貨の外形を検出するためのデータとして使用する。

図４の硬貨２Ｂが更に進行方向１０に移動し、センサＳ２付近を通過すると、入力信号は図６の電圧Ｖ６となり、外形の大きい硬貨２Ａの入力信号電圧Ｖ３と同等の特性を示し、Ｓ２を離脱すると電圧Ｖ０に戻る。

図７は、図４の硬貨２Ａの材質と外形寸法が同一で、板厚の異なる硬貨を移動させたときの、入力信号波形を示す説明図で、硬貨２Ａを移動させたときの波形Ｗ１（点線）と、硬貨２Ａよりも薄い硬貨の波形をＷ３（実線）で示している。
図４の硬貨２Ａおよび硬貨２ＢがセンサＳ１中央付近にあるとき、硬貨は図２で示すように左側壁３に密着して移動し、センサＳ１により硬貨表面に近い位置の材質特性を検出している。このときの図７の波形Ｗ１と波形Ｗ２はタイミング（Ｔ７）の位置で、硬貨の板厚に影響されず、同等の電圧を示す。図４の硬貨２Ａおよび硬貨２ＢがセンサＳ１とセンサＳ２の中間点にあるとき、外形検出と同様に検出するため省略する。

図４の硬貨がセンサＳ２中央付近に達した位置は、センサＳ１の影響はなくセンサＳ２の影響を受ける。前記タイミングは、図７のタイミング（Ｔ８）となり、薄い硬貨の波形Ｗ３の電圧はＶ８となり、硬貨２Ａの波形Ｗ１の電圧Ｖ３よりも高い値となっている。これは、図２の硬貨２とセンサＳ２との隙間１１による影響で、薄い板厚の硬貨は、隙間１１が大きくなり電磁結合が減少するためである。
このように、図７のタイミング（Ｔ８）付近の電圧を検知することにより、硬貨２の板厚を測定できる。また、タイミング（Ｔ７）付近の電圧Ｖ７とタイミング（Ｔ８）付近の電圧Ｖ８の差や変化の割合を演算して、板厚データとしてもよい。

このように、材質を検出するセンサＳ１とＳ２の配置と波形からのデータを解析することにより、外形と板厚を検出する硬貨識別装置の検出が可能となった。また、1つの回路で検出が構成されているため、回路間の温度変動の補正なども難しい処理も不要となった。

図８は、第３のセンサの一例としてエッジ検出を行うためセンサを追加した説明図であり、エッジセンサ２０は、センサS１とセンサS２の中心線１９上の通路底面５付近に設置されている。この通路に硬貨が移動すると図９の波形Ｗ４を取得でき、Ｗ４の最小電圧Ｖ９を測定することにより、センサＳ１、センサＳ２の中心に硬貨が移動したタイミング（Ｔ９）が取得できる。

タイミング（Ｔ９）を取得することにより、同じタイミングで電圧Ｖ２の測定を同時にでき、外形寸法がわかり、タイミングＴ９以前のデータは、材質、タイミングＴ９以降は、板厚測定とソフトウエアの負担が軽減できる。第３のセンサは、エッジ検出以外に異なる周波数による材質検出や光学的な位置検出でも良い。

硬貨通路の上面から見た説明図である。（実施例１） 硬貨通路の側面から見た説明図である。（実施例１） 硬貨識別装置一例を示すブロック図である。（実施例１） 外形の異なる２つの硬貨とセンサの検知面積を説明図である。（実施例１） 硬貨が硬貨通路を移動するときの波形である。（実施例１） 外形の異なる硬貨が硬貨通路を移動するときの波形の差を示す説明図である。（実施例１） 板厚の異なる硬貨が硬貨通路を移動するときの波形の差を示す説明図である。（実施例１） センサ配置の上面およびと正面から見た説明図である。（実施例２） エッジ検出センサの波形を示す説明図である。（実施例２）

１ 硬貨通路２ 硬貨 ３ 左側壁 ４ 右側壁５ 通路底面 ６ 発信回路 ７ 整流回路 ８ 演算処理部 ９ メモリ １０ 進行方向 １６ 横倒し方向 ２３ 第１のセンサおよび第２のセンサの外周高さ ２８ 第１のセンサの中心位置 ２９ 第２のセンサの中心位置 ３０ 最小径硬貨の半径 ３１ 最小径硬貨の直径 Ｓ１、Ｓ２ 第１のセンサ、第２のセンサ Ｌ１、Ｌ２ 第１のコイル、第２のコイル Ｔ２ 中間タイミング ＴＡ 板厚取得タイミング ＴＺ 材質取得タイミング

Claims (5)

1. 左側壁と右側壁から構成される硬貨通路と、第１のコイルを内蔵する第１のセンサと、第２のコイルを内蔵する第２のセンサと、該第１のセンサと該第２のセンサに接続する発信回路と演算処理部を備え、前記第１のセンサと前記第２のセンサは、硬貨進行方向に相互間隔をとって、前記第１のセンサは、前記左側壁に配置し、前記第２のセンサは、前記右側壁に配置し、前記硬貨通路は、検査する硬貨を横倒する方向に傾斜する構造とし、前記演算処理部は、前記硬貨通路を通過する硬貨の材質と外形と板厚を、前記発信回路からの信号に基づいて判定することを特徴とする硬貨識別装置の検出部。
2. 前記硬貨通路の底面から前記第１のセンサの中心位置および前記第２のセンサの中心位置が、金種判定する最小径硬貨の半径よりも高い位置にあり、前記硬貨通路の底面から前記第１のセンサの外周高さ、および前記第２のセンサの外周高さが、金種判定する最小径硬貨の直径寸法以下であることを特徴とする請求項１記載の硬貨識別装置の検出部。
3. 前記第１のセンサ外周および前記第２のセンサ外周が、金種判定する最大径硬貨の外周の内側に接する位置にあることを特徴とする請求項１および２記載の硬貨識別装置の検出部。
4. 前記発信回路からの信号波形から前記演算処理部の演算により、材質取得タイミング（ＴＺ）から材質、中間タイミング（Ｔ２）から外形、板厚取得タイミング（ＴＡ）から板厚を検出することを特徴とする請求項１記載の硬貨識別装置の検出部。
5. 請求項１記載の硬貨識別装置の検出部において、前記第１のセンサと前記第２のセンサの中心線上に第３のセンサを配置したことを特徴とする硬貨識別装置の検出部。

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