JP2022057032A - 硬貨識別用センサ及び硬貨識別方法 - Google Patents

硬貨識別用センサ及び硬貨識別方法 Download PDF

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Abstract

【課題】バイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力するものでありながら、コイルの削減や回路構成の簡略化が図れる硬貨識別用センサを提供する。【解決手段】硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサ３と、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第１非貫通型磁気センサ４と、貫通型磁気センサ３に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイル７と、第１コイル７にコンデンサＣ１を接続して構成される第１共振回路２１と、第１非貫通型磁気センサ４に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイル９と、第２コイル９にコンデンサＣ２を接続して構成される第２共振回路２２と、を備え、発振誘導波に応じて各共振回路２１、２２から出力される振動減衰波の振幅及び位相を検出して出力する。【選択図】図４

Description

本発明は、バイカラー硬貨などの識別に用いられる硬貨識別用センサ、硬貨識別装置及び硬貨識別方法に関する。
中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力する硬貨識別用センサが知られている。例えば、特許文献１には、硬貨を片寄せた状態で１枚ずつ間隔を空けて搬送する搬送通路と、搬送通路の硬貨摺動面に面して配置された反射型磁気センサと、搬送通路の一端部を挟持するように配設された第１の透過型センサ及びこの第１の透過型センサと搬送通路を隔てて対向する位置で前記搬送通路の他端部を挟持するように配設された第２の透過型センサから成り、前記硬貨の材質を相互誘導方式で検出する相互誘導型の材質センサと、相互誘導型の材質センサよりも搬送通路の下流側の位置において、共振方式で硬貨の厚みを検出する共振型の材厚センサと、相互誘導型の材質センサよりも搬送通路の下流側の位置において、相互誘導型の材質センサとは別途に、硬貨の材質を共振方式で検出する共振型の材質センサと、を備えた硬貨識別装置が開示されている。
特許第５３３６９００号公報
しかしながら、特許文献１の硬貨識別装置では、コイルの数が多いだけでなく、回路構成が複雑であり、部品点数の削減や構造の簡略化において改善の余地があった。例えば、特許文献１の硬貨識別装置では、励磁コイルと検出コイル（２次コイル）を必要とする相互誘導方式のセンサを備えるため、コイルの数が多い。また、特許文献１の硬貨識別装置では、硬貨の識別要素（分離要素）を増やすために、２種類の励磁周波数を使用するため、２種類の励磁周波数を合成したり分離する回路が必要となり、回路構成が複雑になる。
本発明は、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力するものでありながら、コイルの削減や回路構成の簡略化が図れる硬貨識別用センサ、硬貨識別装置及び硬貨識別方法の提供を目的とする。
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力する硬貨識別用センサであって、硬貨が通過する硬貨通路を挟んで対向するように配置され、硬貨の径方向両端部で、硬貨の外周側を厚み方向に貫通する磁束を発生しつつ、硬貨の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサと、前記硬貨通路を通過する硬貨の中心側と対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する非貫通型磁気センサと、前記貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、前記非貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、硬貨の通過毎に、前記第１振幅検出手段、前記第１位相検出手段、前記第２振幅検出手段及び前記第２位相検出手段の検出信号を出力する検出信号出力手段と、を備える。
また、第２の発明は、請求項１に記載の硬貨識別用センサにおいて、前記硬貨通路を挟んで前記非貫通型磁気センサと対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサと、前記第２非貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第３コイルと、前記第３コイルにコンデンサを接続して構成される第３共振回路と、発振誘導波に応じて前記第３共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第３振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第３共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第３位相検出手段と、をさらに備え、前記検出信号出力手段は、硬貨の通過毎に、前記第１振幅検出手段、前記第１位相検出手段、前記第２振幅検出手段、前記第２位相検出手段、前記第３振幅検出手段及び前記第３位相検出手段の検出信号を出力する。
また、第３の発明は、請求項１又は２に記載の硬貨識別用センサにおいて、前記検出信号出力手段は、硬貨非通過時の検出信号と、硬貨通過時の検出信号との差分を出力する。
また、請求項４の発明は、 請求項１～３のいずれか１項に記載の硬貨識別用センサにおいて、前記第２コイルが巻装されるコア、及び前記第３コイルが巻装されるコアのうち、少なくとも一方は、前記第１コイルが巻装されるコアと一体化されている。
また、請求項５の発明は、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な硬貨識別装置であって、硬貨の磁気的な特性を検出するセンサ部と、前記センサ部の検出信号に基づいて、バイカラー硬貨を識別する識別部と、を備え、前記センサ部は、硬貨の外周側の材質に起因する磁束の変化を検出する外周側磁気センサと、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する中心側磁気センサと、前記外周側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、前記中心側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、を備え、前記識別部は、前記第１振幅検出手段の検出値と前記第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値を演算する第１比率値演算手段と、前記第２振幅検出手段の検出値と前記第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値を演算する第２比率値演算手段と、前記第１比率値と前記第２比率値との相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するバイカラー硬貨識別手段と、を備える。
また、請求項６の発明は、請求項４に記載の硬貨識別装置であって、前記第２コイルが巻装されるコアは、前記第１コイルが巻装されるコアと一体化されている。
また、請求項７の発明は、硬貨の外周側の材質に起因する磁束の変化を検出する外周側磁気センサと、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する中心側磁気センサと、前記外周側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、前記中心側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、を備える硬貨識別用センサの検出信号に基づいて、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別する硬貨識別方法であって、前記第１振幅検出手段の検出値と前記第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値を演算する第１比率値演算ステップと、前記第２振幅検出手段の検出値と前記第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値を演算する第２比率値演算ステップと、前記第１比率値と前記第２比率値との相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するバイカラー硬貨識別ステップと、を備える。
請求項１の発明によれば、貫通型磁気センサに巻装される第１コイルと、非貫通型磁気センサに巻装される第２コイルは、それぞれ、励磁コイル及び検出コイルに兼用されるので、コイルを削減できる。また、各コイルにコンデンサを接続して複数の共振回路を構成し、共振回路のパルス駆動に応じて各共振回路から出力される振動減衰波の振幅及び位相を検出するので、回路構成を複雑にすることなく、硬貨の識別要素（検出信号の種類）を増やすことができる。
また、請求項２の発明によれば、硬貨通路を挟んで非貫通型磁気センサと対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサを備えるので、非貫通型磁気センサに対して硬貨が浮上がるような状況でも、非貫通型磁気センサ及び第２非貫通型磁気センサの検出信号に基づいて硬貨の浮上りによる誤差を補正し、硬貨の中心側の材質を精度よく識別できる。
また、請求項３の発明によれば、検出信号出力手段は、硬貨非通過時の検出信号と、硬貨通過時の検出信号との差分を出力するので、温度ドリフトなどの環境誤差をキャンセルし、硬貨の識別精度を高めることができる。
また、請求項４の発明によれば、第２コイルが巻装されるコア、及び第３コイルが巻装されるコアのうち、少なくとも一方は、第１コイルが巻装されるコアと一体化されているので、貫通型磁気センサ及び非貫通型磁気センサに係るパラメータを可及的に統一し、検出する硬貨に起因する磁気特性の変化をより高精度に検出することが可能になる。
また、請求項５の発明によれば、外周側磁気センサに巻装される第１コイルと、中心側磁気センサに巻装される第２コイルは、それぞれ、励磁コイル及び検出コイルに兼用されるので、コイルを削減できる。また、各コイルにコンデンサを接続して複数の共振回路を構成し、共振回路のパルス駆動に応じて各共振回路から出力される振動減衰波の振幅及び位相を検出するので、回路構成を複雑にすることなく、硬貨の識別要素（検出信号の種類）を増やすことができる。また、第１振幅検出手段の検出値と第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値と、第２振幅検出手段の検出値と第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値と、の相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するので、様々なノイズ要素を排除してバイカラー硬貨を高精度に識別することができる。
また、請求項６の発明によれば、第２コイルが巻装されるコアは、第１コイルが巻装されるコアと一体化されているので、外周側磁気センサ及び中心側磁気センサに係るパラメータを可及的に統一し、検出する硬貨に起因する磁気特性の変化をより高精度に検出することが可能になる。
また、請求項７の発明によれば、第１振幅検出手段の検出値と第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値と、第２振幅検出手段の検出値と第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値と、の相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するので、様々なノイズ要素を排除してバイカラー硬貨を高精度に識別することができる。
本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部斜視図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部断面図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの硬貨との位置関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの共振回路が出力する振動減衰波と、その振幅変化及び位相変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図であり、（ａ）は第１位相検出手段の出力波形を示す図、（ｂ）は第１振幅検出手段の出力波形を示す図、（ｃ）は第２位相検出手段の出力波形を示す図、（ｄ）は第２振幅検出手段の出力波形を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第１位相検出手段及び第１振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第２位相検出手段及び第２振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置のセンサ部を示す要部斜視図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置のセンサ部を示す要部断面図であり、（ａ）は第１コイル駆動時の磁束の流れを示す要部断面図、（ｂ）は第２コイル駆動時の磁束の流れを示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置の識別性能を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別方法の処理ステップを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部断面図であり、図３は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの硬貨との位置関係を示す図である。
本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサ１は、硬貨２を識別するための検出信号を出力する。検出対象とする硬貨２には、一種類の金属で製造される通常硬貨（例えば、１円硬貨、５円硬貨、１０円硬貨、５０円硬貨、１００円硬貨、旧５００円硬貨、新５００円硬貨）と、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨と、が含まれ、さらに、バイカラー硬貨には、中心側の円板を異なる材質の金属板をサンドイッチ状に挟み込んで製造したバイカラー・クラッド硬貨（例えば、地方自治５００円硬貨）が含まれる。
バイカラー硬貨を識別するには、硬貨２の中心側の材質と外周側の材質を別々の磁気センサで検出する必要があり、また、バイカラー・クラッド硬貨を識別するには、硬貨２の中心側の材質を検出する磁気センサとして、非貫通型磁気センサ（反射型磁気センサ）を用いる必要がある。非貫通型磁気センサは、硬貨を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の材質に起因する磁束の変化を検出する磁気センサであり、サンドイッチ状に挟み込んだ金属板の影響を受けることなく、表面側の金属板の材質を検出することができる。
図１～図３に示すように、本実施形態の硬貨識別用センサ１は、硬貨２が通過する硬貨通路を挟んで対向するように配置され、硬貨２の径方向両端部で、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束を発生しつつ、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサ３と、硬貨通路を通過する硬貨２の一方の面の中心側と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第１非貫通型磁気センサ４と、硬貨通路を通過する硬貨２の他方の面の中心側と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサ５と、を備える。
貫通型磁気センサ３は、硬貨通路を挟んで対向するように配置される一対の冂字状のコア６と、一対のコア６にそれぞれ巻装され、電気的に直列に接続される第１コイル７と、を備える。第１コイル７を励磁すると、図２に示すように、硬貨２の径方向両端部で、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束が発生する。第１コイル７は、後述する検出回路２０によれば、励磁コイル及び検出コイルに兼用でき、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を数少ないコイルで検出することが可能になる。
第１非貫通型磁気センサ４は、硬貨通路を通過する硬貨２の一方の面の中心側と対向するように配置される冂字状のコア８と、コア８に巻装される第２コイル９と、を備える。第２コイル９を励磁すると、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束が発生する。後述する検出回路２０によれば、第２コイル９は、励磁コイル及び検出コイルに兼用でき、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を数少ないコイルで検出することが可能になる。
第２非貫通型磁気センサ４は、硬貨通路を通過する硬貨２の他方の面の中心側と対向するように配置される冂字状のコア１０と、コア１０に巻装される第３コイル１１と、を備える。第３コイル１１を励磁すると、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束が発生する。後述する検出回路２０によれば、第３コイル１１は、励磁コイル及び検出コイルに兼用でき、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を数少ないコイルで検出することが可能になる。
図４は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの回路構成を示すブロック図であり、図５は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの共振回路が出力する振動減衰波と、その振幅変化及び位相変化を示す図である。
図４に示すように、硬貨識別用センサの検出回路２０は、第１コイル７にコンデンサＣ１を接続して構成される第１共振回路２１と、第２コイル９にコンデンサＣ２を接続して構成される第２共振回路２２と、第３コイル１１にコンデンサＣ３を接続して構成される第３共振回路２３と、発振誘導波（例えば、パルス波）に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検波部３１（第１振幅検出手段）と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検波部４１（第１位相検出手段）と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検波部３２（第２振幅検出手段）と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検波部４２（第２位相検出手段）と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の振幅を検出する第３振幅検波部３３（第３振幅検出手段）と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の位相を検出する第３位相検波部４３（第３位相検出手段）と、各共振回路２１～２３をパルス駆動し、各検波部３１～３３、４１～４３から検出信号を入力する制御部５０（検出信号出力手段）と、を備える。
図５に示すように、共振回路２１～２３が出力する振動減衰波は、硬貨２の有無、材質の違い、径寸法の違いなどに応じて振幅や位相が変化するため、３つの共振回路２１～２３を構成する本実施形態の硬貨識別用センサ１では、識別要素となる６種類の検出信号を出力することができる。なお、本実施形態の硬貨識別用センサ１は、第１非貫通型磁気センサ４に対して硬貨２の浮上りが発生しても、浮上りによる誤差を補正するために第２非貫通型磁気センサ５を備えるが、第１非貫通型磁気センサ４に対して硬貨２の浮上りが発生しない場合は、第２非貫通型磁気センサ５を省略し、４種類の検出信号で硬貨２を識別するようにしてもよい。
図６は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図であり、図７は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図であり、（ａ）は第１位相検出手段の出力波形を示す図、（ｂ）は第１振幅検出手段の出力波形を示す図、（ｃ）は第２位相検出手段の出力波形を示す図、（ｄ）は第２振幅検出手段の出力波形を示す図であり、図８は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第１位相検出手段及び第１振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図であり、図９は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第２位相検出手段及び第２振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図である。
図６及び図７は、左側から順番に、新５００円硬貨の表面、新５００円硬貨の裏面、旧５００円硬貨の表面、旧５００円硬貨の裏面、地方自治５００円硬貨の表面、地方自治５００円硬貨の裏面を通した場合に、硬貨識別用センサ１から出力される第１位相検出信号（図７の（ａ））、第１振幅検出信号（図７の（ｂ））、第２位相検出信号（図７の（ｃ））及び第２振幅検出信号（図７の（ｄ））の波形を示している。このような４種の出力波形によれば、図８及び図９に示すように、通常硬貨、バイカラー硬貨及びバイカラー・クラッド硬貨を含む各種の硬貨２を精度よく識別（分離）することが可能になる。
図１０は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの制御手順を示すフローチャートである。
図１０に示すように、制御部５０は、カウンタをクリアした後（Ｓ１）、各コイル７、９、１１の測定（位相検出及び振幅検出）を行い（Ｓ２）、今回の測定値（Ｎ）と前回の測定値（Ｎ－１）を比較する（Ｓ３）。制御部５０は、今回の測定値（Ｎ）が前回の測定値（Ｎ－１）と一致すると判断した場合、カウンタをインクリメントした後（Ｓ４）、カウンタが上限値（例えば、１０００）に達したか否かを判断する（Ｓ５）。制御部５０は、カウンタ値が上限に達したと判断した場合、各コイル７、９、１１の測定値（位相検出値及び振幅検出値）を基準値（硬貨非通過時の測定値）として格納し（Ｓ６）、カウンタをクリアした後（Ｓ７）、出力値の演算（Ｓ８）及び演算値の出力を行う（Ｓ９）。つまり、カウンタ値が上限に達する毎に各コイル７、９、１１の基準値が更新される。
一方、制御部５０は、ステップＳ５において、カウンタ値が上限に達していないと判断した場合は、出力値の演算（Ｓ８）及び演算値の出力を行い（Ｓ９）、また、ステップＳ３において、今回の測定値（Ｎ）が前回の測定値（Ｎ－１）と一致しないと判断した場合、カウンタをクリアした後（Ｓ７）、出力値の演算（Ｓ８）及び演算値の出力を行う（Ｓ９）。制御部５０は、ステップＳ８において、各コイル７、９、１１の測定値（位相検出値及び振幅検出値）と各コイル７、９、１１の基準値（位相基準値及び振幅基準値）との差分を演算し、その演算値を出力した後（Ｓ９）、ステップＳ２に戻り、一連の処理（Ｓ２～Ｓ９）を繰り返す。
叙述の如く構成された本実施形態によれば、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力する硬貨識別用センサ１であって、硬貨２が通過する硬貨通路を挟んで対向するように配置され、硬貨２の径方向両端部で、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束を発生しつつ、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサ３と、硬貨通路を通過する硬貨２の中心側と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第１非貫通型磁気センサ４と、貫通型磁気センサ３に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイル７と、第１コイル７にコンデンサＣ１を接続して構成される第１共振回路２１と、第１非貫通型磁気センサ４に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイル９と、第２コイル９にコンデンサＣ２を接続して構成される第２共振回路２２と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検波部３１と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検波部４１と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検波部３２と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検波部４２と、硬貨２の通過毎に、第１振幅検出信号、第１位相検出信号、第２振幅検出信号及び第２位相検出信号を出力する制御部５０と、を備えるので、コイルの兼用化によってコイルの数を削減できるだけでなく、回路構成を複雑にすることなく、硬貨２の識別要素（検出信号の種類）を増やすことができる。
また、硬貨識別用センサ１は、硬貨通路を挟んで第１非貫通型磁気センサ４と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサ５と、第２非貫通型磁気センサ５に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第３コイル１１と、第３コイル１１にコンデンサＣ３を接続して構成される第３共振回路２３と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の振幅を検出する第３振幅検波部３３と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の位相を検出する第３位相検波部４３と、をさらに備え、制御部５０は、硬貨２の通過毎に、第１振幅検出信号、第１位相検出信号、第２振幅検出信号、第２位相検出信号、第３振幅検出信号及び第３位相検出信号を出力するので、第１非貫通型磁気センサ４に対して硬貨２が浮上がるような状況でも、第１非貫通型磁気センサ４及び第２非貫通型磁気センサ５の検出信号に基づいて硬貨２の浮上りによる誤差を補正し、硬貨２の中心側の材質を精度よく識別できる。
また、制御部５０は、硬貨非通過時の検出信号と、硬貨通過時の検出信号との差分を出力するので、温度ドリフトなどの環境誤差をキャンセルし、硬貨２の識別精度を高めることができる。
つぎに、本発明の実施形態に係る硬貨識別装置１００について、図１１～図１５を参照して説明する。
図１１に示すように、硬貨識別装置１００は、硬貨の磁気的な特性を検出するセンサ部１Ｂと、センサ部１Ｂの検出信号に基づいて、バイカラー硬貨を識別する識別部１０１と、を備える。なお、センサ部１Ｂは、前述した硬貨識別用センサ１に相当するものであり、共通の構成については、硬貨識別用センサ１と同じ符号を用いることにより、硬貨識別用センサ１の説明を援用したり、図示を省略したりする場合がある。
センサ部１Ｂは、硬貨２の外周側の材質などに起因する磁束の変化を検出する外周側磁気センサ３Ｂと、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する中心側磁気センサ４Ｂと、外周側磁気センサ３Ｂに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイル７Ｂと、第１コイル７ＢにコンデンサＣ１を接続して構成される第１共振回路２１と、中心側磁気センサ４に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイル９Ｂと、第２コイル９ＢにコンデンサＣ２を接続して構成される第２共振回路２２と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検波部３１と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検波部４１と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検波部３２と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検波部４２と、を備える。
識別部１０１は、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される機能的な構成として、第１振幅検波部３１の検出値と第１位相検波部４１の検出値との比率である第１比率値を演算する第１比率値演算手段（第１比率値演算ステップ：図１５のステップＳ１）と、第２振幅検波部３２の検出値と第２位相検波部３４の検出値との比率である第２比率値を演算する第２比率値演算手段（第２比率値演算ステップ：図１５のステップＳ２）と、第１比率値と第２比率値との相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するバイカラー硬貨識別手段（バイカラー硬貨識別ステップ：図１５のステップＳ３）と、を備える。
このような硬貨識別装置１００によれば、第１振幅検波部３１の検出値と第１位相検波部４１の検出値との比率である第１比率値と、第２振幅検波部３２の検出値と第２位相検波部４２の検出値との比率である第２比率値と、の相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するので、様々なノイズ要素を排除してバイカラー硬貨を高精度に識別することができる。
図１４を参照して具体的に説明すると、単一合金で形成され硬貨（例えば、１円硬貨、５円硬貨、１０円硬貨、５０円硬貨、１００円硬貨、旧５００円硬貨、新５００円硬貨）の場合、第１比率値と第２比率値は、所定の１次関数に近似する相関関係を示し、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨（例えば、地方自治５００円硬貨）の場合、第１比率値と第２比率値の相関関係は、所定の１次関数から外れる。したがって、第１比率値と第２比率値の相関関係が所定の１次関数に近似しない場合、バイカラー硬貨であると判定することが可能になる。
例えば、第１比率値をｘ、第２比率値をｙ、定数をａ、ｂとすると、単一合金で形成され硬貨の場合は、下記の１次関数に近似する。
ｙ＝ａｘ＋ｂ
ここで、単一合金硬貨とバイカラー硬貨を識別する近似閾値をｋとすると、下記の式が成立するか否かに基づいてバイカラー硬貨を識別することが可能になる。
｜ｙ－ａｘ－ｂ｜＞ｋ
また、図１２及び図１３に示すように、センサ部１Ｂでは、第２コイル９Ｂが巻装されるコア８Ｂが、第１コイル７Ｂが巻装されるコア６Ｂと一体化されている。このようにすると、外周側磁気センサ３Ｂ及び中心側磁気センサ４Ｂに係るパラメータを可及的に統一し、検出する硬貨２に起因する磁気特性の変化をより高精度に検出することが可能になる。なお、一体化には、一体成型だけでなく、別々に形成した複数の部材を一体的に接合する場合や一体的に積層する場合を含むものとする。
具体的に説明すると、外周側磁気センサ３Ｂは、硬貨通路を挟んで対向する一対のコア６１、６２を備えており、一方のコア６１は、第１コイル７Ｂが巻装される基部６１ａと、基部６１ａの両端部から硬貨通路側に突出し、硬貨２の外周側に近接する一対の外周側突出部６１ｂと、を一体に備える。また、他方のコア６２は、第１コイル７Ｂが巻装される基部６２ａと、基部６２ａの両端部から硬貨通路側に突出し、硬貨２の外周側に近接する一対の外周側突出部６２ｂと、基部６２ａの中間部から硬貨通路側に突出し、硬貨２の中心側に近接する中心側突出部６２ｃと、を一体に備え、中心側突出部６２ｃには、第２コイル９Ｂが巻装されている。
図１３の（ａ）に示すように、第１コイル７Ｂを励磁すると、一対のコア６１、６２の外周側突出部６１ｂ、６２ｂ間に、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束が発生し、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出することが可能になる。また、図１３の（ｂ）に示すように、第２コイル９Ｂを励磁すると、コア６２の中心側突出部６２ｃと外周側突出部６２ｂとの間に、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束が発生し、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出することが可能になる。
１ 硬貨識別用センサ
２ 硬貨
３ 貫通型磁気センサ
４ 第１非貫通型磁気センサ
５ 第２非貫通型磁気センサ
７ 第１コイル
９ 第２コイル
１１ 第３コイル
２０ 検出回路
２１ 第１共振回路
２２ 第２共振回路
２３ 第３共振回路
３１ 第１振幅検波部
３２ 第２振幅検波部
３３ 第３振幅検波部
４１ 第１位相検波部
４２ 第２位相検波部
４３ 第３位相検波部
５０ 制御部
Ｃ１～Ｃ３ コンデンサ
１００ 硬貨識別装置
１Ｂ センサ部
１０１ 識別部
７Ｂ 第１コイル
９Ｂ 第２コイル
本発明は、バイカラー硬貨などの識別に用いられる硬貨識別用センサ及び硬貨識別方法に関する。
中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力する硬貨識別用センサが知られている。例えば、特許文献１には、硬貨を片寄せた状態で１枚ずつ間隔を空けて搬送する搬送通路と、搬送通路の硬貨摺動面に面して配置された反射型磁気センサと、搬送通路の一端部を挟持するように配設された第１の透過型センサ及びこの第１の透過型センサと搬送通路を隔てて対向する位置で前記搬送通路の他端部を挟持するように配設された第２の透過型センサから成り、前記硬貨の材質を相互誘導方式で検出する相互誘導型の材質センサと、相互誘導型の材質センサよりも搬送通路の下流側の位置において、共振方式で硬貨の厚みを検出する共振型の材厚センサと、相互誘導型の材質センサよりも搬送通路の下流側の位置において、相互誘導型の材質センサとは別途に、硬貨の材質を共振方式で検出する共振型の材質センサと、を備えた硬貨識別装置が開示されている。
特許第５３３６９００号公報
しかしながら、特許文献１の硬貨識別装置では、コイルの数が多いだけでなく、回路構成が複雑であり、部品点数の削減や構造の簡略化において改善の余地があった。例えば、特許文献１の硬貨識別装置では、励磁コイルと検出コイル（２次コイル）を必要とする相互誘導方式のセンサを備えるため、コイルの数が多い。また、特許文献１の硬貨識別装置では、硬貨の識別要素（分離要素）を増やすために、２種類の励磁周波数を使用するため、２種類の励磁周波数を合成したり分離する回路が必要となり、回路構成が複雑になる。
本発明は、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力するものでありながら、コイルの削減や回路構成の簡略化が図れる硬貨識別用センサ及び硬貨識別方法の提供を目的とする。
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力する硬貨識別用センサであって、
硬貨が通過する硬貨通路を挟んで対向するように配置され、硬貨の径方向両端部で、硬貨の外周側を厚み方向に貫通する磁束を発生しつつ、硬貨の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサと、前記硬貨通路を通過する硬貨の中心側と対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第１非貫通型磁気センサと、前記硬貨通路を挟んで前記非貫通型磁気センサと対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサと、前記貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、前記非貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、前記第２非貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第３コイルと、前記第３コイルにコンデンサを接続して構成される第３共振回路と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、発振誘導波に応じて前記第３共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第３振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第３共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第３位相検出手段と、硬貨の通過毎に、前記第１振幅検出手段、前記第１位相検出手段、前記第２振幅検出手段、前記第２位相検出手段、前記第３振幅検出手段及び前記第３位相検出手段の検出信号を出力する検出信号出力手段と、を備える。
また、請求項２の発明は、 請求項１に記載の硬貨識別用センサにおいて、前記第２コイルが巻装されるコア、及び前記第３コイルが巻装されるコアのうち、少なくとも一方は、前記第１コイルが巻装されるコアと一体化されている。
また、請求項３の発明は、硬貨の外周側の材質に起因する磁束の変化を検出する外周側磁気センサと、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する中心側磁気センサと、前記外周側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、前記中心側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、を備える硬貨識別用センサの検出信号に基づいて、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別する硬貨識別方法であって、前記第１振幅検出手段の検出値と前記第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値を演算する第１比率値演算ステップと、前記第２振幅検出手段の検出値と前記第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値を演算する第２比率値演算ステップと、前記第１比率値と前記第２比率値との相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するバイカラー硬貨識別ステップと、を備える。
請求項１の発明によれば、貫通型磁気センサに巻装される第１コイルと、第１非貫通型磁気センサに巻装される第２コイルは、それぞれ、励磁コイル及び検出コイルに兼用されるので、コイルを削減できる。また、各コイルにコンデンサを接続して複数の共振回路を構成し、共振回路のパルス駆動に応じて各共振回路から出力される振動減衰波の振幅及び位相を検出するので、回路構成を複雑にすることなく、硬貨の識別要素（検出信号の種類）を増やすことができる。また、硬貨通路を挟んで第１非貫通型磁気センサと対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサを備えるので、非貫通型磁気センサに対して硬貨が浮上がるような状況でも、第１非貫通型磁気センサ及び第２非貫通型磁気センサの検出信号に基づいて硬貨の浮上りによる誤差を補正し、硬貨の中心側の材質を精度よく識別できる。
また、請求項２の発明によれば、第２コイルが巻装されるコア、及び第３コイルが巻装されるコアのうち、少なくとも一方は、第１コイルが巻装されるコアと一体化されているので、貫通型磁気センサ及び非貫通型磁気センサに係るパラメータを可及的に統一し、検出する硬貨に起因する磁気特性の変化をより高精度に検出することが可能になる。
また、請求項３の発明によれば、第１振幅検出手段の検出値と第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値と、第２振幅検出手段の検出値と第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値と、の相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するので、様々なノイズ要素を排除してバイカラー硬貨を高精度に識別することができる。
本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部斜視図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部断面図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの硬貨との位置関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの共振回路が出力する振動減衰波と、その振幅変化及び位相変化を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図であり、（ａ）は第１位相検出手段の出力波形を示す図、（ｂ）は第１振幅検出手段の出力波形を示す図、（ｃ）は第２位相検出手段の出力波形を示す図、（ｄ）は第２振幅検出手段の出力波形を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第１位相検出手段及び第１振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第２位相検出手段及び第２振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置のセンサ部を示す要部斜視図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置のセンサ部を示す要部断面図であり、（ａ）は第１コイル駆動時の磁束の流れを示す要部断面図、（ｂ）は第２コイル駆動時の磁束の流れを示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別装置の識別性能を示す図である。 本発明の実施形態に係る硬貨識別方法の処理ステップを示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部斜視図であり、図２は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの要部断面図であり、図３は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの硬貨との位置関係を示す図である。
本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサ１は、硬貨２を識別するための検出信号を出力する。検出対象とする硬貨２には、一種類の金属で製造される通常硬貨（例えば、１円硬貨、５円硬貨、１０円硬貨、５０円硬貨、１００円硬貨、旧５００円硬貨、新５００円硬貨）と、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨と、が含まれ、さらに、バイカラー硬貨には、中心側の円板を異なる材質の金属板をサンドイッチ状に挟み込んで製造したバイカラー・クラッド硬貨（例えば、地方自治５００円硬貨）が含まれる。
バイカラー硬貨を識別するには、硬貨２の中心側の材質と外周側の材質を別々の磁気センサで検出する必要があり、また、バイカラー・クラッド硬貨を識別するには、硬貨２の中心側の材質を検出する磁気センサとして、非貫通型磁気センサ（反射型磁気センサ）を用いる必要がある。非貫通型磁気センサは、硬貨を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の材質に起因する磁束の変化を検出する磁気センサであり、サンドイッチ状に挟み込んだ金属板の影響を受けることなく、表面側の金属板の材質を検出することができる。
図１～図３に示すように、本実施形態の硬貨識別用センサ１は、硬貨２が通過する硬貨通路を挟んで対向するように配置され、硬貨２の径方向両端部で、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束を発生しつつ、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサ３と、硬貨通路を通過する硬貨２の一方の面の中心側と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第１非貫通型磁気センサ４と、硬貨通路を通過する硬貨２の他方の面の中心側と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサ５と、を備える。
貫通型磁気センサ３は、硬貨通路を挟んで対向するように配置される一対の冂字状のコア６と、一対のコア６にそれぞれ巻装され、電気的に直列に接続される第１コイル７と、を備える。第１コイル７を励磁すると、図２に示すように、硬貨２の径方向両端部で、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束が発生する。第１コイル７は、後述する検出回路２０によれば、励磁コイル及び検出コイルに兼用でき、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を数少ないコイルで検出することが可能になる。
第１非貫通型磁気センサ４は、硬貨通路を通過する硬貨２の一方の面の中心側と対向するように配置される冂字状のコア８と、コア８に巻装される第２コイル９と、を備える。第２コイル９を励磁すると、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束が発生する。後述する検出回路２０によれば、第２コイル９は、励磁コイル及び検出コイルに兼用でき、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を数少ないコイルで検出することが可能になる。
第２非貫通型磁気センサ４は、硬貨通路を通過する硬貨２の他方の面の中心側と対向するように配置される冂字状のコア１０と、コア１０に巻装される第３コイル１１と、を備える。第３コイル１１を励磁すると、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束が発生する。後述する検出回路２０によれば、第３コイル１１は、励磁コイル及び検出コイルに兼用でき、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を数少ないコイルで検出することが可能になる。
図４は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの回路構成を示すブロック図であり、図５は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの共振回路が出力する振動減衰波と、その振幅変化及び位相変化を示す図である。
図４に示すように、硬貨識別用センサの検出回路２０は、第１コイル７にコンデンサＣ１を接続して構成される第１共振回路２１と、第２コイル９にコンデンサＣ２を接続して構成される第２共振回路２２と、第３コイル１１にコンデンサＣ３を接続して構成される第３共振回路２３と、発振誘導波（例えば、パルス波）に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検波部３１（第１振幅検出手段）と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検波部４１（第１位相検出手段）と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検波部３２（第２振幅検出手段）と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検波部４２（第２位相検出手段）と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の振幅を検出する第３振幅検波部３３（第３振幅検出手段）と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の位相を検出する第３位相検波部４３（第３位相検出手段）と、各共振回路２１～２３をパルス駆動し、各検波部３１～３３、４１～４３から検出信号を入力する制御部５０（検出信号出力手段）と、を備える。
図５に示すように、共振回路２１～２３が出力する振動減衰波は、硬貨２の有無、材質の違い、径寸法の違いなどに応じて振幅や位相が変化するため、３つの共振回路２１～２３を構成する本実施形態の硬貨識別用センサ１では、識別要素となる６種類の検出信号を出力することができる。なお、本実施形態の硬貨識別用センサ１は、第１非貫通型磁気センサ４に対して硬貨２の浮上りが発生しても、浮上りによる誤差を補正するために第２非貫通型磁気センサ５を備えるが、第１非貫通型磁気センサ４に対して硬貨２の浮上りが発生しない場合は、第２非貫通型磁気センサ５を省略し、４種類の検出信号で硬貨２を識別するようにしてもよい。
図６は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図であり、図７は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの出力波形を示す図であり、（ａ）は第１位相検出手段の出力波形を示す図、（ｂ）は第１振幅検出手段の出力波形を示す図、（ｃ）は第２位相検出手段の出力波形を示す図、（ｄ）は第２振幅検出手段の出力波形を示す図であり、図８は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第１位相検出手段及び第１振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図であり、図９は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの第２位相検出手段及び第２振幅検出手段の検出信号による硬貨の識別性能を示す図である。
図６及び図７は、左側から順番に、新５００円硬貨の表面、新５００円硬貨の裏面、旧５００円硬貨の表面、旧５００円硬貨の裏面、地方自治５００円硬貨の表面、地方自治５００円硬貨の裏面を通した場合に、硬貨識別用センサ１から出力される第１位相検出信号（図７の（ａ））、第１振幅検出信号（図７の（ｂ））、第２位相検出信号（図７の（ｃ））及び第２振幅検出信号（図７の（ｄ））の波形を示している。このような４種の出力波形によれば、図８及び図９に示すように、通常硬貨、バイカラー硬貨及びバイカラー・クラッド硬貨を含む各種の硬貨２を精度よく識別（分離）することが可能になる。
図１０は、本発明の実施形態に係る硬貨識別用センサの制御手順を示すフローチャートである。
図１０に示すように、制御部５０は、カウンタをクリアした後（Ｓ１）、各コイル７、９、１１の測定（位相検出及び振幅検出）を行い（Ｓ２）、今回の測定値（Ｎ）と前回の測定値（Ｎ－１）を比較する（Ｓ３）。制御部５０は、今回の測定値（Ｎ）が前回の測定値（Ｎ－１）と一致すると判断した場合、カウンタをインクリメントした後（Ｓ４）、カウンタが上限値（例えば、１０００）に達したか否かを判断する（Ｓ５）。制御部５０は、カウンタ値が上限に達したと判断した場合、各コイル７、９、１１の測定値（位相検出値及び振幅検出値）を基準値（硬貨非通過時の測定値）として格納し（Ｓ６）、カウンタをクリアした後（Ｓ７）、出力値の演算（Ｓ８）及び演算値の出力を行う（Ｓ９）。つまり、カウンタ値が上限に達する毎に各コイル７、９、１１の基準値が更新される。
一方、制御部５０は、ステップＳ５において、カウンタ値が上限に達していないと判断した場合は、出力値の演算（Ｓ８）及び演算値の出力を行い（Ｓ９）、また、ステップＳ３において、今回の測定値（Ｎ）が前回の測定値（Ｎ－１）と一致しないと判断した場合、カウンタをクリアした後（Ｓ７）、出力値の演算（Ｓ８）及び演算値の出力を行う（Ｓ９）。制御部５０は、ステップＳ８において、各コイル７、９、１１の測定値（位相検出値及び振幅検出値）と各コイル７、９、１１の基準値（位相基準値及び振幅基準値）との差分を演算し、その演算値を出力した後（Ｓ９）、ステップＳ２に戻り、一連の処理（Ｓ２～Ｓ９）を繰り返す。
叙述の如く構成された本実施形態によれば、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力する硬貨識別用センサ１であって、硬貨２が通過する硬貨通路を挟んで対向するように配置され、硬貨２の径方向両端部で、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束を発生しつつ、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサ３と、硬貨通路を通過する硬貨２の中心側と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第１非貫通型磁気センサ４と、貫通型磁気センサ３に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイル７と、第１コイル７にコンデンサＣ１を接続して構成される第１共振回路２１と、第１非貫通型磁気センサ４に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイル９と、第２コイル９にコンデンサＣ２を接続して構成される第２共振回路２２と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検波部３１と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検波部４１と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検波部３２と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検波部４２と、硬貨２の通過毎に、第１振幅検出信号、第１位相検出信号、第２振幅検出信号及び第２位相検出信号を出力する制御部５０と、を備えるので、コイルの兼用化によってコイルの数を削減できるだけでなく、回路構成を複雑にすることなく、硬貨２の識別要素（検出信号の種類）を増やすことができる。
また、硬貨識別用センサ１は、硬貨通路を挟んで第１非貫通型磁気センサ４と対向するように配置され、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサ５と、第２非貫通型磁気センサ５に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第３コイル１１と、第３コイル１１にコンデンサＣ３を接続して構成される第３共振回路２３と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の振幅を検出する第３振幅検波部３３と、発振誘導波に応じて第３共振回路２３から出力される振動減衰波の位相を検出する第３位相検波部４３と、をさらに備え、制御部５０は、硬貨２の通過毎に、第１振幅検出信号、第１位相検出信号、第２振幅検出信号、第２位相検出信号、第３振幅検出信号及び第３位相検出信号を出力するので、第１非貫通型磁気センサ４に対して硬貨２が浮上がるような状況でも、第１非貫通型磁気センサ４及び第２非貫通型磁気センサ５の検出信号に基づいて硬貨２の浮上りによる誤差を補正し、硬貨２の中心側の材質を精度よく識別できる。
また、制御部５０は、硬貨非通過時の検出信号と、硬貨通過時の検出信号との差分を出力するので、温度ドリフトなどの環境誤差をキャンセルし、硬貨２の識別精度を高めることができる。
つぎに、本発明の実施形態に係る硬貨識別装置１００について、図１１～図１５を参照して説明する。
図１１に示すように、硬貨識別装置１００は、硬貨の磁気的な特性を検出するセンサ部１Ｂと、センサ部１Ｂの検出信号に基づいて、バイカラー硬貨を識別する識別部１０１と、を備える。なお、センサ部１Ｂは、前述した硬貨識別用センサ１に相当するものであり、共通の構成については、硬貨識別用センサ１と同じ符号を用いることにより、硬貨識別用センサ１の説明を援用したり、図示を省略したりする場合がある。
センサ部１Ｂは、硬貨２の外周側の材質などに起因する磁束の変化を検出する外周側磁気センサ３Ｂと、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する中心側磁気センサ４Ｂと、外周側磁気センサ３Ｂに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイル７Ｂと、第１コイル７ＢにコンデンサＣ１を接続して構成される第１共振回路２１と、中心側磁気センサ４に巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイル９Ｂと、第２コイル９ＢにコンデンサＣ２を接続して構成される第２共振回路２２と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検波部３１と、発振誘導波に応じて第１共振回路２１から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検波部４１と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検波部３２と、発振誘導波に応じて第２共振回路２２から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検波部４２と、を備える。
識別部１０１は、ハードウェアとソフトウェアとの協働により実現される機能的な構成として、第１振幅検波部３１の検出値と第１位相検波部４１の検出値との比率である第１比率値を演算する第１比率値演算手段（第１比率値演算ステップ：図１５のステップＳ１）と、第２振幅検波部３２の検出値と第２位相検波部３４の検出値との比率である第２比率値を演算する第２比率値演算手段（第２比率値演算ステップ：図１５のステップＳ２）と、第１比率値と第２比率値との相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するバイカラー硬貨識別手段（バイカラー硬貨識別ステップ：図１５のステップＳ３）と、を備える。
このような硬貨識別装置１００によれば、第１振幅検波部３１の検出値と第１位相検波部４１の検出値との比率である第１比率値と、第２振幅検波部３２の検出値と第２位相検波部４２の検出値との比率である第２比率値と、の相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するので、様々なノイズ要素を排除してバイカラー硬貨を高精度に識別することができる。
図１４を参照して具体的に説明すると、単一合金で形成され硬貨（例えば、１円硬貨、５円硬貨、１０円硬貨、５０円硬貨、１００円硬貨、旧５００円硬貨、新５００円硬貨）の場合、第１比率値と第２比率値は、所定の１次関数に近似する相関関係を示し、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨（例えば、地方自治５００円硬貨）の場合、第１比率値と第２比率値の相関関係は、所定の１次関数から外れる。したがって、第１比率値と第２比率値の相関関係が所定の１次関数に近似しない場合、バイカラー硬貨であると判定することが可能になる。
例えば、第１比率値をｘ、第２比率値をｙ、定数をａ、ｂとすると、単一合金で形成され硬貨の場合は、下記の１次関数に近似する。
ｙ＝ａｘ＋ｂ
ここで、単一合金硬貨とバイカラー硬貨を識別する近似閾値をｋとすると、下記の式が成立するか否かに基づいてバイカラー硬貨を識別することが可能になる。
｜ｙ－ａｘ－ｂ｜＞ｋ
また、図１２及び図１３に示すように、センサ部１Ｂでは、第２コイル９Ｂが巻装されるコア８Ｂが、第１コイル７Ｂが巻装されるコア６Ｂと一体化されている。このようにすると、外周側磁気センサ３Ｂ及び中心側磁気センサ４Ｂに係るパラメータを可及的に統一し、検出する硬貨２に起因する磁気特性の変化をより高精度に検出することが可能になる。なお、一体化には、一体成型だけでなく、別々に形成した複数の部材を一体的に接合する場合や一体的に積層する場合を含むものとする。
具体的に説明すると、外周側磁気センサ３Ｂは、硬貨通路を挟んで対向する一対のコア６１、６２を備えており、一方のコア６１は、第１コイル７Ｂが巻装される基部６１ａと、基部６１ａの両端部から硬貨通路側に突出し、硬貨２の外周側に近接する一対の外周側突出部６１ｂと、を一体に備える。また、他方のコア６２は、第１コイル７Ｂが巻装される基部６２ａと、基部６２ａの両端部から硬貨通路側に突出し、硬貨２の外周側に近接する一対の外周側突出部６２ｂと、基部６２ａの中間部から硬貨通路側に突出し、硬貨２の中心側に近接する中心側突出部６２ｃと、を一体に備え、中心側突出部６２ｃには、第２コイル９Ｂが巻装されている。
図１３の（ａ）に示すように、第１コイル７Ｂを励磁すると、一対のコア６１、６２の外周側突出部６１ｂ、６２ｂ間に、硬貨２の外周側を厚み方向に貫通する磁束が発生し、硬貨２の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出することが可能になる。また、図１３の（ｂ）に示すように、第２コイル９Ｂを励磁すると、コア６２の中心側突出部６２ｃと外周側突出部６２ｂとの間に、硬貨２の中心側を厚み方向に貫通しない磁束が発生し、硬貨２の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出することが可能になる。
１ 硬貨識別用センサ
２ 硬貨
３ 貫通型磁気センサ
４ 第１非貫通型磁気センサ
５ 第２非貫通型磁気センサ
７ 第１コイル
９ 第２コイル
１１ 第３コイル
２０ 検出回路
２１ 第１共振回路
２２ 第２共振回路
２３ 第３共振回路
３１ 第１振幅検波部
３２ 第２振幅検波部
３３ 第３振幅検波部
４１ 第１位相検波部
４２ 第２位相検波部
４３ 第３位相検波部
５０ 制御部
Ｃ１～Ｃ３ コンデンサ
１００ 硬貨識別装置
１Ｂ センサ部
１０１ 識別部
７Ｂ 第１コイル
９Ｂ 第２コイル

Claims (7)

  1. 中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な検出信号を出力する硬貨識別用センサであって、
    硬貨が通過する硬貨通路を挟んで対向するように配置され、硬貨の径方向両端部で、硬貨の外周側を厚み方向に貫通する磁束を発生しつつ、硬貨の外周側の材質及び径寸法に起因する磁束の変化を検出する貫通型磁気センサと、
    前記硬貨通路を通過する硬貨の中心側と対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する非貫通型磁気センサと、
    前記貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、
    前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、
    前記非貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、
    前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、
    発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、
    硬貨の通過毎に、前記第１振幅検出手段、前記第１位相検出手段、前記第２振幅検出手段及び前記第２位相検出手段の検出信号を出力する検出信号出力手段と、を備える硬貨識別用センサ。
  2. 前記硬貨通路を挟んで前記非貫通型磁気センサと対向するように配置され、硬貨の中心側を厚み方向に貫通しない磁束を発生しつつ、硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する第２非貫通型磁気センサと、
    前記第２非貫通型磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第３コイルと、
    前記第３コイルにコンデンサを接続して構成される第３共振回路と、
    発振誘導波に応じて前記第３共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第３振幅検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第３共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第３位相検出手段と、をさらに備え、
    前記検出信号出力手段は、硬貨の通過毎に、前記第１振幅検出手段、前記第１位相検出手段、前記第２振幅検出手段、前記第２位相検出手段、前記第３振幅検出手段及び前記第３位相検出手段の検出信号を出力する請求項１に記載の硬貨識別用センサ。
  3. 前記検出信号出力手段は、硬貨非通過時の検出信号と、硬貨通過時の検出信号との差分を出力する請求項１又は２に記載の硬貨識別用センサ。
  4. 前記第２コイルが巻装されるコア、及び前記第３コイルが巻装されるコアのうち、少なくとも一方は、前記第１コイルが巻装されるコアと一体化されている請求項１～３のいずれか１項に記載の硬貨識別用センサ。
  5. 中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別可能な硬貨識別装置であって、
    硬貨の磁気的な特性を検出するセンサ部と、
    前記センサ部の検出信号に基づいて、バイカラー硬貨を識別する識別部と、を備え、
    前記センサ部は、
    硬貨の外周側の材質に起因する磁束の変化を検出する外周側磁気センサと、
    硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する中心側磁気センサと、
    前記外周側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、
    前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、
    前記中心側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、
    前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、
    発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、を備え、
    前記識別部は、
    前記第１振幅検出手段の検出値と前記第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値を演算する第１比率値演算手段と、
    前記第２振幅検出手段の検出値と前記第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値を演算する第２比率値演算手段と、
    前記第１比率値と前記第２比率値との相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するバイカラー硬貨識別手段と、を備える硬貨識別装置。
  6. 前記第２コイルが巻装されるコアは、前記第１コイルが巻装されるコアと一体化されている請求項５に記載の硬貨識別装置。
  7. 硬貨の外周側の材質に起因する磁束の変化を検出する外周側磁気センサと、
    硬貨の中心側の材質に起因する磁束の変化を検出する中心側磁気センサと、
    前記外周側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第１コイルと、
    前記第１コイルにコンデンサを接続して構成される第１共振回路と、
    前記中心側磁気センサに巻装され、励磁コイル及び検出コイルに兼用される第２コイルと、
    前記第２コイルにコンデンサを接続して構成される第２共振回路と、
    発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第１振幅検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第１共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第１位相検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の振幅を検出する第２振幅検出手段と、
    発振誘導波に応じて前記第２共振回路から出力される振動減衰波の位相を検出する第２位相検出手段と、を備える硬貨識別用センサの検出信号に基づいて、中心側の材質と外周側の材質が異なるバイカラー硬貨を識別する硬貨識別方法であって、
    前記第１振幅検出手段の検出値と前記第１位相検出手段の検出値との比率である第１比率値を演算する第１比率値演算ステップと、
    前記第２振幅検出手段の検出値と前記第２位相検出手段の検出値との比率である第２比率値を演算する第２比率値演算ステップと、
    前記第１比率値と前記第２比率値との相関関係に基づいて、バイカラー硬貨であるか否かを識別するバイカラー硬貨識別ステップと、を備える硬貨識別方法。
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