JP4157335B2 - 硬貨識別装置、及びそれに用いられる硬貨識別用センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数金属から成る硬貨の識別装置及びそれに用いられる硬貨識別用センサに関し、特に硬貨分類機、硬貨入金機、硬貨包装機等の硬貨処理機に適し、複数金属から成る硬貨であるクラッド硬貨、バイカラー貨をも確実に識別できるようにするとともに、硬貨識別用センサをモールド化しコンパクトな形状としたことを特徴とする硬貨識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願の出願人は特公平７−１２０４５２号公報にて、１次コイルを硬貨通路下面に設けるとともに硬貨の搬送される通路部分が貫通された状態で２次コイルを硬貨通路の上側に設け、更に両コイルが巻回されているコイルを含む磁気部材が結合される様になったものを記載している。すなわち、１次コイルには、硬貨の材質、形状に影響を及ぼす程度に低い周波数と、硬貨の直径を検出するための高い周波数の２波の正弦波を重畳させたもので１次コイルを励振し、上部に設けた２次コイルの出力を２つの励磁信号成分に分離し、硬貨がセンサー部を通過した際に両成分のピーク値を得る様にした硬貨識別機である。
【０００３】
また、特許第２５６７６５４号公報には、高周波及び低周波で発振コイルを励振し、受信コイルから出力される各周波数の出力減衰の和をとることにより、表面が同一材質のクラッド硬貨（バイメタル貨）と単体構造硬貨とで異なる出力が得られることに基づいて硬貨の識別を行う硬貨識別装置が開示されている。
【０００４】
ここで、クラッド硬貨とは図１８に示すように、例えばアルミニウム(Al)又は銅を芯材とし、両表面に白銅(CuNi)を層設したような異なる材質による３層構造の硬貨のことであり、通常の白銅硬貨の出力と、表面のみ白銅であるクラッド硬貨の出力とでは信号の出力（減衰）レベルが異なることを利用して識別するものである。
【０００５】
また、バイカラー硬貨は図１９に示すように、中心部のコア部の金属と周辺部のリング部の金属とが異なる構造となっており、バイカラー硬貨を識別する有力な手段は存在していなかった。
【０００６】
そこで、本出願人によって、前記複数金属から成るクラッド硬貨やバイカラー硬貨を確実に識別し得る識別装置が提案されている（特願２００１−７５８４６）。
【０００７】
さらには、硬貨の側面外周のギザを光学的に検知するためのギザ検出センサも提案されている（特開２００１−２２９４２８号公報）。これによって変造５００ウォン硬貨の識別も可能となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる各センサはそれぞれが個別に独立して製作されており、従来は、それらを組み込んで硬貨識別装置を作る場合は、用途別（国別）に必要なセンサを組み合わせて作られていた。また、センサが別々に組み込まれるため、スペースを多くとる必要があり、勢い装置自体も大きくならざるを得なかった。
【０００９】
本発明は上述のような事情に鑑み為されたものであり、本発明の目的は、クラッド硬貨及びバイカラー硬貨といった複数金属から成る硬貨の識別を行い得る磁気センサと、ギザ検知センサとを一体として組み込み、更に、交換等のメンテ性に特に優れたモールド形状とした硬貨識別用センサ及びそれを用いた硬貨識別装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、識別される硬貨が通路の片側に寄せて（以下、「片寄せ」という。）搬送される硬貨搬送通路と、前記片寄せされた前記硬貨を搬送する搬送手段と、前記硬貨搬送通路の片寄せ側に着脱可能に設けられ前記硬貨を識別する硬貨識別用センサとを備えた硬貨識別装置に関し、本発明の上記目的は、前記硬貨識別用センサが、複数周波数の励磁信号が１次側コイルに供給され２次側コイルから出力が取り出される反射型磁気センサと、前記硬貨識別用センサを通過する前記硬貨を上下から挟むように一次側と二次側とに分かれて設けられた一対の透過型磁気センサと、通過する前記硬貨の端面に光を照射する投光手段と該硬貨の端面から反射されてくる光を受光する受光手段とから構成されるギザ検出センサとが、前記硬貨の搬送方向に対して横断する方向にほぼ直線状に並べられ、樹脂により一体成形された略 J 字形状を成すものであり、さらに、
前記反射型磁気センサは、前記硬貨が片寄せで搬送されたときに、該硬貨のほぼ中央部分が通過する位置に配置され、前記透過型磁気センサ及び前記ギザ検出センサは、前記硬貨搬送通路の片寄せ側に配置されていることを特徴とする硬貨識別装置によって達成される。
【００１１】
また、本発明の上記目的は、前記反射型磁気センサはポット型コアからなり、１次コイルは前記ポット型コアの中心部に位置し、硬貨全体の材質により磁束の減衰量が決定される低周波、硬貨の表面から中間層までの材質により磁束の減衰量が決定される中周波、硬貨の表面の材質により磁束の減衰量が決定される高周波の正弦波を重畳させた信号波が供給され、前記反射型磁気センサの２次コイルは前記ポット型の外側のコアであり、磁気結合による前記１次コイルからの信号を受信し、前記透過型磁気センサは一次側が励磁用コイルであり、該励磁用コイルには硬貨の材質及び厚さにより磁束の減衰量が決定される低周波、並びに、材質、厚さ及び径により磁束の減衰量が決定される高周波の正弦波を重畳させた励磁信号が供給され、前記硬貨が通過する通路を隔てた二次側が前記励磁信号の受信用コイルであることを特徴とする前記硬貨識別装置によって、より効果的に達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では、高周波数、中周波数及び低周波数の３周波数で１次コイルを励磁し、出力信号を処理して判別することにより、クラッド硬貨やバイカラー硬貨等の複数金属から成る硬貨を確実に識別する硬貨識別用センサを実現している。
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施の形態では試験片として硬貨及び材質及び構造を硬貨と同一とした硬貨サンプルを使用した。
【００１６】
図１は、本発明に係る硬貨識別用センサ１０の外観を示しており、図２はその断面構造図である。硬貨識別用センサ１０は、上部に搬送ベルト（図示せず）の着脱用空間を有するＪの字状の形状になっており、中央部の空間底部が硬貨５０の通路１１を形成している。この通路には薄板状のセラミック板１５が層接されて摺動する硬貨による摩耗耐性を上げている。硬貨識別用センサ１０は、通路１１の各一端部を挟持するように円筒形状の透過型磁気センサ２０が配設されると共に、通路１１の下方には円筒形状の反射型磁気センサ３０が配設されている。透過型磁気センサ２０は通路上下に設けたコア２１ａ、２１ｂでできており通路下に１次コイル２２及び通路を隔てた上部に２次コイル２３が巻回されている。
【００１７】
また、反射型磁気センサ３０は円筒型のポットコア３１を有し、ポットコア３１の外周面には１次コイル３２が巻回され、内周面には２次コイル３３が巻回され埋設されている。
【００１８】
さらには、通路１１の片寄せ側面に、サファイアガラスでできた窓１４が貼着されており、摩耗耐性を上げるとともに、内部への粉塵の進入を防いでいる。通過する硬貨の端面に光を照射する投光手段と該硬貨の端面から反射されてくる光を受光する受光手段とから構成される一対のギザ検出センサ４０とが設けられている。
【００１９】
更に、磁気センサ２０の上面には、ネジ止めするための柱状ナット１６が埋め込まれている。
【００２０】
本発明では前記硬貨識別用センサ１０に対して、図３に示す回路構成で励磁及び検出信号処理を行っている。即ち、発振器１からの方形波の発振信号を分周器２で低周波（4KHz）、中周波（16KHz）、高周波（250KHz）に分周し、各周波数のバンドパスフィルタ（BPF）３Ｌ，３Ｍ，３Ｈを経て正弦波化し、加算器４で合成（加算）し、電流増幅器５を介して硬貨識別用センサ１０の各１次側コイル２２、３２に印加する。即ち、低周波、中周波及び高周波の合成励磁信号を、電流増幅器５を介して透過型磁気センサ２０の１次コイル２２及び反射型磁気センサ３０の１次コイル３２に供給する。
【００２１】
各２次側コイル２３及び３３の出力をそれぞれ増幅器１２，１３を介して検出し、それぞれバンドパスフィルタ、全波整流回路及びローパスフィルタを経て反射4KHz信号Ｒ４Ｓ、反射16KHz信号Ｒ１６Ｓ、反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓ、透過4KHz信号Ｔ４Ｓ、透過250KHz信号Ｔ２５０Ｓを得る。即ち、反射型磁気センサ３０の２次コイル３３の出力は、増幅器１２を経てバンドパスフィルタ(BPF)１０１〜１０３でそれぞれ低周波、中周波、高周波に周波数分離され、更に全波整流回路１１１〜１１３及びローパスフィルタ(LPF)１２１〜１２３を経て反射4KHz信号Ｒ４Ｓ，反射16KHz信号Ｒ１６Ｓ，反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓを得る。反射型磁気センサ３０は、１次コイル３２と２次コイル３３とで渦電流損失型磁気センサを形成している。
【００２２】
また、透過型磁気センサ２０の２次コイル２３の出力は増幅器１３を経てバンドパスフィルタ(BPF)２０１、２０２でそれぞれ低周波、高周波に周波数分離され、更に全波整流回路２１１、２１２及びローパスフィルタ(LPF)２２１、２２２を経て透過4KHz信号Ｔ４Ｓ，透過250KHz信号Ｔ２５０Ｓを得る。
【００２３】
反射4KHz信号Ｒ４Ｓ、反射16KHz信号Ｒ１６Ｓ、反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓ、透過4KHz信号Ｔ４Ｓ、透過250KHz信号Ｔ２５０Ｓは、硬貨の識別を行う識別手段（図示せず）に入力され、処理及び判定が実行される。
【００２４】
なお、識別手段は、各特徴量を予め各硬貨毎に設けられた判定枠と比較して、硬貨の真偽等を識別するようになっている。高周波では材質による信号差は少ないが、表面層の材質により減衰率が決まり、低周波では中間層の材質にも影響を受けるため、各周波数での減衰率を予め決められた判定基準と比較することにより、硬貨の識別を行うことができる。また、本例では、硬貨は透過型磁気センサ２０側に片寄せされて搬送されるようになっている。
【００２５】
ここで、本発明の動作原理を説明すると次の様になる。反射型磁気センサ、透過型磁気センサ共、コイル間に入る媒体により磁束が変化するため、ここでは透過磁束について説明する。
【００２６】
図４に示す電界と電流の関係において、ｘが電流ｉの流れる方向であり、ｉ＝σＥより、電界Ｅはｘ成分だけを持つ。ここで、導電率σ＝１／ρである。電界Ｅの大きさは表面からの深さｚに依存し、成分ｘと直角方向の成分ｙに依存しない。次に、マクスウエルの方程式より、磁界をＥ（ｘ成分のみ）、磁束密度をＢ、磁界をＨ（ｙ成分のみ）、透磁率をμとしたとき、下記数１が成り立つ。
【００２７】
【数１】
そして、磁束密度をＤ、誘電率をεとすると、下記数２が成り立つ。
【００２８】
【数２】
そして、下記数３が成り立ち、ｉ＝σＥ，Ｄ＝εＥであるので、数３は数４となる。
【００２９】
【数３】
【数４】
よって、下記数５が成り立つ。
【００３０】
【数５】
上記数１及び数５より磁界Ｈを消去し、電界Ｅの式とすると下記数６が成り立つ。
【００３１】
【数６】
次に電界Ｅを消去し、磁界Ｈの式とすると下記数７が成り立つ。
【００３２】
【数７】
ここで、Ｅ∝ｅｊωｔ（ただし、ω＝２πｆ）とおいて、下記数８と減衰振動の式となる。
【００３３】
【数８】
一般的な非磁性金属の場合、ε≒ε０＝８．８５４２×１０−１２Ｆ／ｍであるので、σ＝１／ρ≒１／１０−８〜１０−７となり、εω／σ≒１０−１８程度である。また、ω２εμはωが非常に大きくならない限り、ｊωσμに比べ無視できるので，下記数９と表わすことができる。
【００３４】
【数９】
これより、下記数１０となり、δは表皮効果の深さを示す。
【００３５】
【数１０】
また、数１１となり、表面からｚ＝δの深さで、電界Ｅは１／ｅに減衰する。
【００３６】
【数１１】
ここで、ｚ＝０において、Ｅ＝Ｅ０であるときＡ＝Ｅ０とおいて、上記数１１は数１２となる。
【００３７】
【数１２】
そして、磁界Ｈは数２より、下記数１３である。
【００３８】
【数１３】
これより、下記数１４となる。
【００３９】
【数１４】
数１２及び数１４より、表面からの深さ(ｚ)により磁界Ｈ及び電界Ｅは減衰することが分る。減衰の度合は、励磁周波数ｆ(上式では角周波数ω＝２πｆ)が高くなるほど浅い位置で減衰する。
【００４０】
本発明の磁気センサはこの周波数の違いによって、表面部、断面全体だけでなく、内部材質に応じた信号が得られるものである。図５はその原理を模式的に示している。
【００４１】
次に、Fe, Niといった強磁性体が使用された場合を説明する。強磁性体を考える上で、磁束密度Ｂに着目すると下記数１５となる。
【００４２】
【数１５】
Ｂ＝μＨ＋Ｍ
ここで、Ｍは磁化の強さであり、χｍを磁化率とすると、Ｍ＝μ０χｍＨであるので、上記数１５は下記数１６となる。
【００４３】
【数１６】
Ｂ＝μ０Ｈ＋Ｍ＝μ０（１＋χｍ）Ｈ＝μＨ
ただし、透磁率μ＝μ０（１＋χｍ）である。
【００４４】
また、相対透磁率κは、κ＝μ／μ０＝１＋χｍである。そして、
１)反磁性体の場合は、χｍ＜０、μ＜μ０
２)非磁性体の場合は、χｍ＞０、μ＞μ０
３)強磁性体の場合は、χｍ＞１、μ＞μ０
となる。
【００４５】
ただし、強磁性体でもクロム鋼のようなものは、χｍ＞＞１、μ＞＞μ０であり、ωが大であってもμの影響は大きく、磁束は増加する。全く磁性を持たない媒体(反磁性)の場合、μ＜μ０であり(透磁率μより導電率σの影響が支配的となる)、磁化Ｍの影響がなく、磁界Ｈにより磁束密度が決まる。しかし、強磁性体の場合はμ＞μ０であり、透磁率μの影響が強いものとなる。磁束密度は磁化Ｍに支配される(Ｂ＝＞＞μ０Ｈ、よって、Ｂ≒Ｍ)。これにより、磁束の増加が起こり得ることになる。
【００４６】
一方センサ出力は下記数１７で表されるように、２次コイルに入る磁束によって決まることより、非磁性媒体を通過した磁束は減衰するのでセンサ出力は減少する。一方、強磁性媒体の場合は、磁束の増加が起こるのでセンサ出力が増加することが分る。
【００４７】
【数１７】
識別手段において、反射型磁気センサ３０からの反射4KHz信号Ｒ４Ｓは材質の検出に利用されると共に、硬貨断面材質及び磁性／非磁性の判別情報として利用され、反射16KHz信号Ｒ１６Ｓは硬貨中間断面材質の検出に利用されると共に、硬貨表面から中心近辺までの材質の判別情報として利用される。つまり、反射16KHz信号Ｒ１６Ｓはクラッド硬貨の検出に利用される。反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓは硬貨の表面材質及び構成の検出に利用されると共に、硬貨表面層材質の判別として利用され、リング／コア境界部の波形に特徴が現れる情報となる。つまり、反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓはバイカラー硬貨の検出に利用される。また、透過型磁気センサ２０にかかる透過4KHz信号Ｔ４Ｓとは材質×厚さの情報として利用され、透過250KHz信号Ｔ２５０Ｓは硬貨形状の検出に利用され、材質×厚さ×径の情報として利用される。本例では、透過16KHz信号は硬貨の検出には利用していない。
【００４８】
本発明による上記識別の関係を表にまとめると、下記表１のようになる。
【００４９】
【表１】
図６に、反射信号の実際の検出信号を示す。特性曲線の上側より、反射4KHz信号、反射16KHz信号、反射250KHz信号を示している。
【００５０】
なお、本例では高周波数として250KHzを使用しているが、検出対象の非磁性材料の材質（AlとCuNi等）によって、信号出力の差異が小さい周波数帯で、磁性／非磁性材質による信号出力差異が小さい周波数帯であれば良く、数百KHz以上が好ましい。また、中周波数として16KHzを使用しているが、検出対象の表面〜中心付近までの材質により信号出力差が現れる周波数帯であり、数十KHzオーダーの周波数帯である。低周波数として4KHzを使用しているが、検出対象全体の材質（導電率）により信号出力差が顕著に現れる周波数帯であれば良く、DC〜数KHzの周波数帯が好ましい。
【００５１】
本発明では、硬貨識別用センサ１０上を通過する硬貨の中央部での各信号を特徴量とし、判別処理に用いる。トリガ方法は、通過センサを設けていない場合には、透過信号は材質（磁性／非磁性）に関係なく減衰し、高周波数ほど減衰量が大きく、片寄せ搬送ならば硬貨径に関係なく、片寄せ側コア（透過型磁気センサ）に掛かる硬貨部は同じであることに基づき、透過（片寄せ）の最小位置（減衰量最大位置）がほぼ硬貨中央部と考えられ、その位置での各信号値を各特徴量として良い。また通過センサ等が設置されている場合には、通過センサからの信号を基に大体の位置を検知し、硬貨中央部の検索を行う。
【００５２】
次に、識別手段での識別動作を説明する。
【００５３】
まず磁性／非磁性硬貨の判定であるが、磁性材料硬貨の信号特徴は、▲１▼反射低周波信号で磁束の増加があり、信号が増加する。▲２▼透過低周波信号では硬貨のエッジ部で磁束の収束を生じるので、波形に変曲が生じる。特徴として上記▲１▼の反射信号の増加が顕著に現れるため、この特徴を捉えることで磁性／非磁性硬貨の判定を行うことができる。図７（Ａ）はドイツ５Ｐｆ(Cu-Zn25 clad Fe)の反射4KHz信号Ｒ４Ｓであり、図７（Ｂ）はアメリカ１Ｃｔ(Cu-Zn5)の反射4KHz信号Ｒ４Ｓである。これから明らかなように、磁性材料である図７（Ａ）のドイツ５Ｐｆでは信号の増加（Ａ１部）であるのに対し、非磁性材料である図７（Ｂ）のアメリカ１Ｃｔでは信号の減少（Ａ２部）となり、信号の差異が分る。
【００５４】
次に、異なる金属板を積層したクラッド構造による信号の差異を説明すると、図８はAl均一硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３はそれぞれAlのみの場合の4KHz,16KHz,250KHzの各反射信号を示している。図９はAl/CuZnNi/Alクラッド硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ４は表面層Al(厚み<0.5t)の特徴を表す反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓを示しており、Ｂ５は表面層Al(0.5t)+内層CuZnNi(<1.0t)の特徴を表す反射16KHz信号Ｒ１６Ｓを示しており、Ｂ６はl(1.0t)+CuZnNi(0.5t)+l(1.0t)と全層の特徴を表す反射4KHz信号Ｒ４Ｓを示している。また、図１０はCuZnNi均一硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ７，Ｂ８，Ｂ９はそれぞれCuZnNiのみの場合の4KHz,16KHz,250KHzの各反射信号を示している。更に、図１１はCuZnNi/Al/CuZnNiクラッド硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ１０はCuZnNi(<0.5t)の表面層の特徴を表す反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓを示しており、Ｂ１１はCuZnNi(0.5t)+ Al(<1.0t)と表面層及び内層の特徴を表す反射16KHz信号Ｒ１６Ｓを示しており、Ｂ１２はCuZnNi(0.5t)+Al(1.0t)+CuZnNi(0.5t)と全層の特徴を表す反射4KHz信号Ｒ４Ｓを示している。
【００５５】
図１２は、図８〜図１１と同一のサンプルに対する静止状態での反射信号の周波数特性を示しており、Al均一硬貨サンプル、CuZnNi均一硬貨サンプル、Al/CuZnNi/Alクラッド硬貨サンプル、CuZnNi/Al/CuZnNiクラッド硬貨サンプルに高周波、中周波、低周波で励磁したときの反射型磁気センサ３０を用いて出力を測定し減衰率をグラフにしたものである。高周波領域では、表皮効果の影響で磁束は表面層しか入れず減衰率も大きい。低周波領域では表皮効果の影響が少ないため、磁束は硬貨を突き抜け減衰率は小さい。中周波領域では低周波と高周波の両領域の中間の減衰率となる。これら特性より下記のことが言える。
【００５６】
表面部（表面から０．５ｍｍ以下）では表面部材質が同じであれば、反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓも同一（Ｂ３＝Ｂ４、Ｂ９＝Ｂ１０）であり、約60〜70KHz以上の周波数で、反射信号における表面部深さ０．５ｍｍ程度までの材質の影響が大きい。表面〜芯部（表面から１．５ｍｍ以下程度）では、表面部材質が同じでも、芯部材質により反射16KHz信号Ｒ１６Ｓは異なり（Ｂ２≠Ｂ５，Ｂ８≠Ｂ１１）、表面、芯部材質が同じでも、各厚みにより反射16KHz信号Ｒ１６Ｓは異なる（Ｂ５≠Ｂ１１）。また、約30〜60KHzの周波数で反射信号は表面部深さ０．５mm＋αの材質の影響を受け始め、約10〜30KHzではセンサ側表面部と芯部の材質の影響が大きい。
【００５７】
一方、断面全体では、表面部材質が同じでも両表面部、芯部を合わせた材質の厚さが異なれば、反射4KHz信号Ｒ４Ｓは異なり（Ｂ１≠Ｂ６，Ｂ７≠Ｂ１２）、表面部材質が異なっても両表面部、芯部を合わせた材質の厚さが同じであれば、反射4KHz信号Ｒ４Ｓも同じである（Ｂ６＝Ｂ１２）。約6〜8KHz以下の周波数で対象断面を磁束が貫通し、全体の材質を合わせたものの影響をうけている信号が反射信号として得られる。
【００５８】
次に、リング部及びコア部が別材質で構成されるバイカラー硬貨の判定を説明する。
【００５９】
バイカラー硬貨では、例えば反射250KHz信号は図１３に示すように、硬貨のエッジ部の信号に変曲点が生じ、その傾きが反転するか（図１３（Ａ））、傾きがゼロになるか（図１３（Ｂ））、傾きが緩やかになる（図１３（Ｃ））。硬貨がバイカラー構造でない場合は、図１３（Ｄ）に示す様に変曲点が生じない。かかる特性を利用して、バイカラー硬貨の判定を行う。図１４はバイカラー硬貨に対する反射信号の周波数特性であり、低周波においては、反射型磁気センサの磁束の広がりがコア部のみでなくリング部に及ぶため、Ｃ部に示すような差が生じる。リング部の導電率がコア部材の導電率より低い場合には、減衰率はコア部材のみでできた硬貨サンプルよりも減衰率は小さい。例えばリング部がAlでコア部材がCuZnNiの場合（●）は、CuZnNiの均一硬貨サンプル（×）より減衰率が大きくなる。これは、CuZnNiよりAlの方が導電率が高いためである。
【００６０】
コア部の反射4KHz信号はリング部材質の影響を受けるため、バイカラー硬貨サンプルと均一材質硬貨サンプルでは、図１５の左に示すように差異を生じ、変曲点Ｄ１がバイカラー金属境界部の特徴である。図１５（Ａ）はリング部がAlで、コア部がCuZnNiのバイカラー硬貨サンプルであり、同図（Ｂ）はCuZnNiの均一硬貨サンプルである。また、図１６（Ａ）はリング部がCuZnNiで、コア部が空隙となっている穴明き硬貨サンプルの特性であり、同図（Ｂ）はCuZnNiの均一硬貨サンプルの特性である。
【００６１】
更に、図１７に示すように、バイカラー・クラッド構造のコア部の反射4KHz信号もリング部材質の影響を受ける。この結果、クラッド硬貨検知用の反射16KHz信号は、リング部の影響がないと考えられる。図１７（Ａ）はリング部がAlで、コア部がCuZnNi/Ni/CuZnNiのバイカラー・クラッド硬貨サンプルであり、同図（Ｂ）はリング部がCuZnNiで、コア部がCuZnNi/Ni/CuZnNiのバイカラー・クラッド硬貨サンプルである。
【００６２】
なお、検出信号を安定させるために、硬貨識別用センサにプリアンプを内蔵するようにしても良い。上述では１つの発振器の出力を分周して低周波、中周波及び高周波の励磁信号を得ているが、各周波数の発振器を個別に設けても良い。また、上述では硬貨について説明したが、他の複数金属で構成された金属片に対しても適用可能である。
【００６３】
なお、図１８に、上述したクラッド硬貨の構造を示した。また、図１９には、バイカラー硬貨の構造を示した。
【００６４】
図２０は、ギザ検知センサ４０の概略構成を示しており、硬貨ギザ部照明手段と、硬貨側面部から反射される光を受光するフォトダイオード４４とから構成される。硬貨ギザ部照明手段は、図２０に示すように、ＬＥＤ（light-emitting diode）４１、スリット４２及びレンズ４３から構成され、ＬＥＤ４１は、硬貨５０が片寄せされる案内縁側でサファイアガラスの裏側に配置されている。そして、ＬＥＤ４１から照射された光はスリット３５２、シリンドリカルレンズ４３を経て硬貨５０のギザ部分に照射され、ギザ部分からの反射光線はレンズ付きフォトダイオード４４に受光されて信号にされるようになっている。
【００６５】
かかるギザ検知の原理は、実開平３−４４７７０号公報に記述されている手法と同一であってもよい。他の例として以下に説明する。
【００６６】
このギザ検知センサ４０は、例えば、日本国旧５００円硬貨と韓国５００ウォン等の同材質、若しくは類似材質でできている硬貨の判別をするために使用する。ギザの山の総数と周期性のある山の有効数と一定以上の電圧レベルで変化の無い山のサンプル数を無効数として、３種類の特徴量として組み合わせて使用する。ギザが異常か否かの判定は、総ギザ数、有効ギザ数、無効ギザ数の３つの判定因子のいずれか一つでも基準値から外れている場合に異常と判定する。
【００６７】
図２１にギザセンサが取得したギザセンサの出力波形を示して説明をする。図２１の波形を左端から走査していったとき、待機レベルから初めて５Ａ／Ｄ値以上上昇後、極大点を過ぎて５Ａ／Ｄ値以上の下降を検知したときの頂上の検出ポイントをトップデータとし（図２１ではアルファベットの大文字で表示）、更に、走査を進め５Ａ／Ｄ値以上上昇した後、５Ａ／Ｄ値以上の下降を検知したときにトップデータとしてデータ取込開始から終了までのトップデータの数を計数しこれを総ギザ数とする。
【００６８】
トップデータから次のトップデータまでのサンプリング数（ギャップ）（図２１ではアルファベットの小文字で表示されたサンプリング数）をカウントし、隣り合うギャップ同士のサンプリング数の差が一定値以下になるサンプリング数（サンプリング間隔）を有効ギザ数とする。
【００６９】
図２１では、（ａ−ｂ）−（ｂ−ｃ）≦５、（ｂ−ｃ）−（ｃ−ｄ）≦５、（ｃ−ｄ）−（ｄ−ｅ）≦５、・・・と順次比較して行き、成り立てば、有効ギザ数に１をカウントアップする。ここでアルファベットの小文字は初めてトップデータが得られた地点からのデータ数（サンプリング数）で本例では、硬貨５０が搬送されるとき９０μＳＥＣ毎に行うサンプリング数を示している。
【００７０】
次にデータの出力レベルが２５０Ａ／Ｄ値を越えている時に、上昇から下降へ、下降から上昇へと言った変化量で連続３回の変化量の和が５０Ａ／Ｄ値以下の場合のサンプリング数を無効ギザ数とする。このとき、Ｘ回連続していれば無効数をＸ−２とする。硬貨１枚としては、Ｘ回連続ならば、無効ギザ数にＸ−２を加算し総合計を求め判定に用いる。
【００７１】
次に所定のサンプル数を１ゾーンとした場合で、出力レベルが｛（飽和レベル１０２３−待機レベル）／２｝Ａ／Ｄ値以上のサンプリング数をギザレベル数とする。
【００７２】
こうして得られた、総ギザ数、有効ギザ数、及び総ギザ数−無効ギザ数をそれぞれ評価値として、金種毎に別途設けてある判定枠内に入っているかどうかで判定を行う。
【００７３】
なお、１Ａ／Ｄ値とは５Ｖレンジを１０２４分割している。待機時レベルを３ＦＦＨ値、正常ギザ無し硬貨の出力ピーク値を１０２３Ｈとする様に設定されている。そして、読み取り値のＭＡＸは１０２３Ｈである。
【００７４】
図２２には本発明に係る硬貨識別用センサ１０が搭載された硬貨包装装置３００が示されている。図２２に示す硬貨包装装置３００は、その上面に、硬貨を投入するためのホッパＨと、包装する硬貨の種類を設定するための金種設定ダイヤルＶとを備えている。また、この硬貨包装装置３００は、下部前面側に、包装済みの硬貨を蓄積するための包装硬貨箱Ｂを備えている。また、同じく前面側には、硬貨を包装するための包装紙Ｐが、ロール状に巻かれた状態で取り付けられている。
【００７５】
次に、図２３及び図２４には、図２２に示す硬貨包装装置３００の内部構造が簡略化して示されている。図２３及び図２４に示すように、硬貨包装装置３００の内部には、上記ホッパＨに対応した第１回転盤Ｄ１と、この第１回転盤Ｄ１に隣接した第２回転円盤Ｄ２とが設けられている。また、後者の第２回転円盤Ｄ２から略接線方向に延びるように、略水平な硬貨通路３０１が設けられている。この硬貨通路３０１は回転円盤Ｄ２から順次供給された複数の硬貨を、直径方向で１列に案内するように構成されている。
【００７６】
また、図２３に示すように、硬貨通路３０１に沿って硬貨を搬送するための搬送機構３０２と、硬貨通路３０１の終端部に対応した硬貨重積部３０３とが設けられている。後者の硬貨重積部３０３は、搬送機構３０２によって搬送されてきた硬貨を厚さ方向に（この場合、略垂直上方へ）１列に重積するためのものである。
【００７７】
この硬貨重積部３０３は、硬貨包装装置の包装部Ｗ内に形成されている。具体的には、当該包装部Ｗ内に配置された３本の包装ローラー３５１、３５２、３５３同士の間に硬貨重積部３０３が形成されている。なお、図２３には示さないが、包装部Ｗには、重積部３０３内に重積される硬貨を下方向に押圧するための図示しない硬貨押さえ機構が設けられている。
【００７８】
硬貨重積部３０３の下方には、一対の硬貨送入ローラ（硬貨送入部材）３０４（図２３参照）と、これらの送入ローラ３０４を回転駆動するための駆動装置３０５とが設けられている。硬貨送入ローラ３０４は、硬貨通路３０１の終端部まで搬送されてきた搬送硬貨を順次、重積部３０３内に重積させるためのものである。なお、硬貨重積部３０３の下方に（送入ローラ３０４及び駆動装置３０５の下方に）包装硬貨箱Ｂが配置されている。
【００７９】
また、図２４に示すように、通路幅調整機構３０８、送入ローラ位置調整機構３０９及び退避機構３４０が、それぞれ略水平面上での並進運動機構として設けられている。このうち、通路幅調節機構３０８は、硬貨の直径に対応して硬貨通路３０１の通路幅を調節するためのものである。また、送入ローラ位置調節機構３０９は、硬貨５０の直径に対応して、硬貨通路３０１に対する送入ローラ３０４の位置を調節するたものものである。そして、退避機構３４０は、包装済みの硬貨を重積部３０３から包装硬貨箱Ｂへ落下させる際に、送入ローラ３０４及び駆動装置３０５等を重積部３０３の下方から退避させるためのものである。
【００８０】
図２４に示すように、上記硬貨通路３０１は、通路底板３１０，固定通路部材３１２及び稼働通路部材３１４によって形成されている。このうち、通路底板３１０は、略平板状をなし、中央部に矩形の硬貨落下孔３１０ａが形成されている。この落下孔３１０ａは通路幅に対応した硬貨よりも小径の硬貨を選択的に落下させるためのものである。
【００８１】
また、固定通路部材３１２は、通路底板３１０の一側縁に固定されている。一方、可動通路部材３１４は、通路底板３１０上における固定通路部材３１２に対して通路幅方向に移動することで硬貨通路３０１の通路幅を変化させることができるように構成されている。具体的には、可動通路部材３１４は、通路幅方向外側に突出した突出部３１４ａを有し、この突出部３１４ａに形成された２列の長孔３１４ｂを介して、通路幅方向に摺動自在に案内されている。
【００８２】
そして、硬貨通路３０１の終端部側において固定通路部材３１２に、硬貨識別用センサ３１５（１０）、ストッパ３１６及び計数センサ３１２が順次設けられている。このうち、計数センサ３１７は近接センサ等で構成され硬貨通路３０１から送り出される硬貨の通過を検知し、所定枚数の硬貨を計数した際に後続の硬貨を停止させるべく通路３０１内にストッパ３１６を進出させるためのものである。
【００８３】
硬貨重積部及び包装部についての詳細の説明及び符号の説明は本件明細書では省略する。
【００８４】
図２５は、図２４に示した、硬貨識別用センサ３１５（１０）の周辺を拡大して示した図である。可動通路部材３１４によって、搬送される硬貨５０は固定通路部材３１２側に片寄せされる。
【００８５】
図２６は、図２４に示した硬貨処理の様子を説明する為のブロック図である。
【００８６】
図２６では硬貨識別センサ１０は３１５で示している。４１０は制御部が搭載された基板を示し、ギザ検知センサ４０のＬＥＤの駆動回路である発光ドライバ４１１とフォトダイオード４４の出力信号を処理する増幅器４１２、図３にて説明をした２種類の磁気センサの励磁ドライバ４１３、信号処理部である周波数分離部４１４、整流部４１５、入力信号をＣＰＵ４１６で処理できるようにデジタル化するＡＤコンバータ４１７、信号を処理するためのメモリであるＳＲＡＭ４１８、ＣＰＵ４１６のプログラム及び判定枠を含む識別用データを記憶している書き換え可能なＲＯＭであるＦＬＡＳＨ ＲＯＭ４２０で構成されている。そして、硬貨包装装置３００本体側は制御部３６０、１枚づつ硬貨を繰出搬送する搬送手段３６１、所定枚数に達するかどうかを確認する為の計数手段３６２、指定枚数の硬貨を計数したときにストッパにより硬貨の進行を阻止する停止手段３６３等で構成される。特に、包装に関する部分については図からは省略している。
【００８７】
次に添付の図２７に示すフローチャートに基づいて、本発明に係る硬貨識別用センサを用いた硬貨識別動作を説明する。なお、符号は図１に記載のものである。
【００８８】
まず、硬貨識別センサ制御部にセンスコマンドが入力されると（ステップＳ１）、センサの動作チェックを行う（ステップＳ１）。センサチェックで、各センサ要素の待機レベルが許容範囲内に無いこと、オフセットコントロール可能なセンサ要素のコントロールができないこと、基準電圧の値が許容範囲内にないことなどでセンサチェックＮＧの場合には、エラーレスポンスが返信される（ステップＳ３）。
【００８９】
一方、センサチェックがＯＫならばスタートコマンドが本体制御部から送られて来るのでこれを受信し、（ステップＳ４）、次いで、いまから繰り出されようとする指定金種の情報を本体制御部から受信し（ステップＳ５）、被検査硬貨が繰り出され且つ指定された径の硬貨が硬貨識別用センサ１０に送られる。ここで、硬貨が搬送される一方で、データ取り込みが開始され（ステップＳ６）、このとき、透過２５０ＫＨｚ信号が待機レベルから所定レベルの減衰を検知したときに硬貨がセンサ部に来たと判断する。そして、その後にサンプリングした透過２５０ＫＨｚ信号のデータに基づきピーク検知を行う（ステップＳ７）。ピークとは透過の減衰量最大値から１／１６増加したポイントをいい、このピークの検知又は硬貨が抜けたことの検知が１秒以上たってもなされなければ、ジャムエラーとみなされる。
【００９０】
次に、透過磁気センサ２０にて、透過4KHz、透過250KHzに対する出力（２次コイル出力）が所定の基準以内であればＯＫと判定される（ステップＳ８）。透過4KHz信号からは、硬貨の材質に依存した出力が得られ、透過250KHz信号からは、通過した硬貨の体積と若干の材質に依存した出力が得られる。
【００９１】
次に、反射型磁気センサ３０にて、反射4KHz、反射16KHz、反射250KHzに対する出力（２次コイル出力）が指定された金種に予め設定されている判定枠値内であればＯＫと判定される（ステップＳ９）。反射4KHz信号は、強磁性体の検知を行い、反射16KHz信号は、透過4KHz信号と同様に硬貨の材質に依存した出力が得られ、又、クラッド硬貨の特徴もよく検知できる。反射250KHz信号は硬貨の形状の特徴がよく検知できるので、穴検知に使用され、又、反射16KHz出力と併せて、バイカラー硬貨を検知する。
【００９２】
次に、ギザ検知センサで、硬貨のギザが正常であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。ギザ検知センサは、前述の様に主に旧５００円硬貨と韓国の５００ウォン硬貨の判別に使用する。５０円硬貨、１００円硬貨についても利用される。
【００９３】
受信した金種情報の金種のギザの状態を確認したあと、正常硬貨として出力をし（ステップＳ１１）、ストップコマンドを受信しているかどうかを判断し（ステップ１２）、ストップコマンドを受信している場合には判定動作を終了する。他方、受信していない場合には、ステップＳ６に戻り、次の硬貨の判定を行う。一方、ステップＳ８、Ｓ９において各種ピーク値が判定枠外、或いは、ステップＳ１０においてギザセンサの判定結果がＮＧの場合にはリジェクト貨の出力をする。リジェクト貨の出力があった場合には本体側の処理を速やかに停止させる（ステップＳ１３）。
【００９４】
次に図２８から図３２の波形図を参考に本発明に即した反射250KHzを用いた硬貨判別の例を示す。尚これらの説明図は本件発明の特徴である各種センサが硬貨の搬送方向横に一列に並んで設けられているということより、各センサの出力は同一硬貨の同一位置でのサンプリング出力である。
【００９５】
図２８は透過250KHz、透過4KHz、反射4KHz、反射16KHz、反射250KHz、ギザ検知センサ４０の各出力及び、制御部４１０からの出力のタイミングを示している。透過250KHzの信号に基づいて、硬貨のセンサ部への進入及び、出力ピークのタイミングを示している。金種信号は出力ピークから所定時間以内に出力される様になっている。透過センサ、反射センサ及びギザセンサが硬貨の搬送方向と略直角に並んでいるので、全てのセンサのピーク値が揃う様になっている。
【００９６】
図２９は均一な材料でできた硬貨の反射250KHz波形を示しており、硬貨がセンサ部を通過するときの反射250KHzの波形は鍋底型をしている。
【００９７】
図３０は５円、５０円硬貨等の例であって中央に穴が開いた硬貨の場合の反射250KHz波形を示しており、反射250KHzの波形は穴部の影響を受けて中央部分で減衰量が減り鍋底の中央部が盛り上がった形状となっている。尚、破線で示す様に、穴の縁の影響が大きい場合には、反射250KHzの波形は中央部分で減衰量が大きくなり、鍋底の中央部の盛り上がりが凹むといった波形を呈する場合もある。
【００９８】
図３１は、ポーランド国のある金種の硬貨の例であって、外周リングと内側との金属の種類が異なるバイカラー貨の波形で、異種金属の接合部で減衰量が減り反射250KHzの波形はその特徴をよく表している。
【００９９】
図３２は、イタリア国のある金種の硬貨の例であって、図３１と同じくバイカラー貨の波形であるが、外周リング部が強磁性体であるので反射250KHzは増幅され、中央部の金属部では減衰されている。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように、本発明の硬貨識別用センサは、従来の硬貨識別方式で用いられた硬貨全体と硬貨表面材質による特徴信号が得られる励磁周波数に加え、硬貨表面乃至中心近辺の材質による特徴を抽出できる様に複数の周波数を用いて検知しているので、クラッド硬貨の特徴である硬貨断面構造を推定することができる。また、バイカラー硬貨接合部での電気的な断続を表面電流の増減信号として捉えることで、バイカラー硬貨を判別できる。国内で流通している非磁性硬貨の場合、信号は減衰のみであるが、磁性硬貨の場合、信号は増加する。センサ信号処理において増加信号に対応することで、磁性貨、磁性を持つクラッド構造貨の材質判別が可能となる。
【０１０１】
更に、ギザセンサを備えているので、ギザが存在している硬貨の真偽判定を容易に行うことができる。
【０１０２】
上述の通り、本発明に係る硬貨識別用センサによれば、単一材料の硬貨、クラッド硬貨、バイカラー貨、穴あき硬貨も識別することができるので、硬貨の種類ごとにセンサを取り替える必要がなくなる。
【０１０３】
また、各要素センサが硬貨搬送通路に対して横断する方向にならんでいるので、同時に３つ（材質、穴開きの有無、ギザ）のデータ採取ができ、後ろの位置にある要素センサのデータ採取が終わるのを待つこと無く識別判定処理を開始するとができ、各要素センサを搬送通路に沿って並べた場合と比較すると、搬送通路長を長く取らなくて済むため、硬貨識別装置全体をコンパクトにすることができるという効果がある。
【０１０４】
さらには、硬貨識別用センサを成形樹脂で周囲を覆った一体ものとし、硬貨を通路の片側に寄せた状態で使用する限定条件を付けて使用することにより、センサの小型化、交換の容易さを図ることができ、製造時の取り付け作業、メンテ時の交換作業が容易となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る硬貨識別用センサの一例を示す外観斜視図である。
【図２】本発明に係る硬貨識別用センサの断面構造図である。
【図３】硬貨識別用センサのうちの磁気センサの励磁及び検出信号の処理系を示すブロック図である。
【図４】本発明の動作原理を説明するための図である。
【図５】本発明の動作原理を模式的に示す図である。
【図６】硬貨識別用センサの検出信号の一例を示す特性図である。
【図７】硬貨の磁性／非磁性の特徴を示す特性図である。
【図８】 Al均一硬貨の特性を示す図である。
【図９】 Al/CuZnNi/Alクラッド硬貨の特性を示す図である。
【図１０】 CuZnNi均一硬貨の特性を示す図である。
【図１１】 CuZnNi/Al/CuZnNiクラッド硬貨の特性を示す図である。
【図１２】反射型磁気センサ上で各種硬貨サンプルを静止させた状態での反射周波数特性例を示す図である。
【図１３】バイカラー硬貨の判定を説明するための図である。
【図１４】反射型磁気センサ上でバイカラー硬貨を静止させた状態での反射信号周波数特性例を示す図である。
【図１５】バイカラー硬貨の判定に利用する特性例（左側バイカラー硬貨サンプル、右側均一硬貨サンプル）を示す図である。
【図１６】バイカラー硬貨の判定に利用する特性例（左側バイカラー硬貨サンプル、右側均一硬貨サンプル）を示す図である。
【図１７】バイカラー硬貨の判定に利用する特性例（左側バイカラー硬貨サンプル、右側均一硬貨サンプル）を示す図である。
【図１８】クラッド硬貨の構造を示す外観図である。
【図１９】バイカラー硬貨の構造を示す外観図である。
【図２０】ギザ検知センサの構成例を示す図である。
【図２１】ギザ検知の例を示す図である。
【図２２】本発明に係る硬貨識別用センサを搭載した硬貨包装装置の構成例を示す図である。
【図２３】図２２に示す硬貨識別用センサを搭載した硬貨包装装置の簡略化した縦断面図である。
【図２４】図２２に示す硬貨包装装置での片寄せ機構、硬貨識別用センサの取り付け状況を説明する図である。
【図２５】図２４に示す硬貨包装装置において、硬貨識別用センサの取り付け状況の詳細を説明する図である。
【図２６】図２４に示す硬貨包装装置において、硬貨識別用センサ周辺の構成を示すブロック図である。
【図２７】本発明に係る硬貨識別用センサを用いて硬貨の識別を行う場合のフローチャートの一例である。
【図２８】図２６に示したフローチャートの説明に利用するタイミングチャートである。
【図２９】穴無し硬貨の場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【図３０】穴有り硬貨の場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【図３１】バイカラー硬貨の場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【図３２】図３１に示したバイカラー硬貨とは別の種類のもので外周リングの部材が強磁性体でできている場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 発振器
２ 分周器
４ 加算器
５ 電流増幅器
１０、３１５ 硬貨識別用センサ
１１ 通路
２０ 透過型磁気センサ
２１ａ、２１ｂ コア
２２ １次コイル
２３ ２次コイル
３０ 反射型磁気センサ
３１ ポットコア
３２ １次コイル
３３ ２次コイル
４０ ギザセンサ
４１ ＬＥＤ
４４ フォトダイオード
３１６ ストップ板
３１７ カウントセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数金属から成る硬貨の識別装置及びそれに用いられる硬貨識別用センサに関し、特に硬貨分類機、硬貨入金機、硬貨包装機等の硬貨処理機に適し、複数金属から成る硬貨であるクラッド硬貨、バイカラー貨をも確実に識別できるようにするとともに、硬貨識別用センサをモールド化しコンパクトな形状としたことを特徴とする硬貨識別装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願の出願人は特公平７−１２０４５２号公報にて、１次コイルを硬貨通路下面に設けるとともに硬貨の搬送される通路部分が貫通された状態で２次コイルを硬貨通路の上側に設け、更に両コイルが巻回されているコイルを含む磁気部材が結合される様になったものを記載している。すなわち、１次コイルには、硬貨の材質、形状に影響を及ぼす程度に低い周波数と、硬貨の直径を検出するための高い周波数の２波の正弦波を重畳させたもので１次コイルを励振し、上部に設けた２次コイルの出力を２つの励磁信号成分に分離し、硬貨がセンサー部を通過した際に両成分のピーク値を得る様にした硬貨識別機である。
【０００３】
また、特許第２５６７６５４号公報には、高周波及び低周波で発振コイルを励振し、受信コイルから出力される各周波数の出力減衰の和をとることにより、表面が同一材質のクラッド硬貨（バイメタル貨）と単体構造硬貨とで異なる出力が得られることに基づいて硬貨の識別を行う硬貨識別装置が開示されている。
【０００４】
ここで、クラッド硬貨とは図１８に示すように、例えばアルミニウム(Al)又は銅を芯材とし、両表面に白銅(CuNi)を層設したような異なる材質による３層構造の硬貨のことであり、通常の白銅硬貨の出力と、表面のみ白銅であるクラッド硬貨の出力とでは信号の出力（減衰）レベルが異なることを利用して識別するものである。
【０００５】
また、バイカラー硬貨は図１９に示すように、中心部のコア部の金属と周辺部のリング部の金属とが異なる構造となっており、バイカラー硬貨を識別する有力な手段は存在していなかった。
【０００６】
そこで、本出願人によって、前記複数金属から成るクラッド硬貨やバイカラー硬貨を確実に識別し得る識別装置が提案されている（特願２００１−７５８４６）。
【０００７】
さらには、硬貨の側面外周のギザを光学的に検知するためのギザ検出センサも提案されている（特開２００１−２２９４２８号公報）。これによって変造５００ウォン硬貨の識別も可能となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる各センサはそれぞれが個別に独立して製作されており、従来は、それらを組み込んで硬貨識別装置を作る場合は、用途別（国別）に必要なセンサを組み合わせて作られていた。また、センサが別々に組み込まれるため、スペースを多くとる必要があり、勢い装置自体も大きくならざるを得なかった。
【０００９】
本発明は上述のような事情に鑑み為されたものであり、本発明の目的は、クラッド硬貨及びバイカラー硬貨といった複数金属から成る硬貨の識別を行い得る磁気センサと、ギザ検知センサとを一体として組み込み、更に、交換等のメンテ性に特に優れたモールド形状とした硬貨識別用センサ及びそれを用いた硬貨識別装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、識別される硬貨が通路の片側に寄せて（以下、「片寄せ」という。）搬送される硬貨搬送通路と、前記片寄せされた前記硬貨を搬送する搬送手段と、前記硬貨搬送通路の片寄せ側に着脱可能に設けられ前記硬貨を識別する硬貨識別用センサとを備えた硬貨識別装置に関し、本発明の上記目的は、前記硬貨識別用センサが、複数周波数の励磁信号が１次側コイルに供給され２次側コイルから出力が取り出される反射型磁気センサと、前記硬貨識別用センサを通過する前記硬貨を上下から挟むように一次側と二次側とに分かれて設けられた一対の透過型磁気センサと、通過する前記硬貨の端面に光を照射する投光手段と該硬貨の端面から反射されてくる光を受光する受光手段とから構成されるギザ検出センサとが、前記硬貨の搬送方向に対して横断する方向にほぼ直線状に並べられ、樹脂により一体成形された略 J 字形状を成すものであり、さらに、
前記反射型磁気センサは、前記硬貨が片寄せで搬送されたときに、該硬貨のほぼ中央部分が通過する位置に配置され、前記透過型磁気センサ及び前記ギザ検出センサは、前記硬貨搬送通路の片寄せ側に配置されていることを特徴とする硬貨識別装置によって達成される。
【００１１】
また、本発明の上記目的は、前記反射型磁気センサはポット型コアからなり、１次コイルは前記ポット型コアの中心部に位置し、硬貨全体の材質により磁束の減衰量が決定される低周波、硬貨の表面から中間層までの材質により磁束の減衰量が決定される中周波、硬貨の表面の材質により磁束の減衰量が決定される高周波の正弦波を重畳させた信号波が供給され、前記反射型磁気センサの２次コイルは前記ポット型の外側のコアであり、磁気結合による前記１次コイルからの信号を受信し、前記透過型磁気センサは一次側が励磁用コイルであり、該励磁用コイルには硬貨の材質及び厚さにより磁束の減衰量が決定される低周波、並びに、材質、厚さ及び径により磁束の減衰量が決定される高周波の正弦波を重畳させた励磁信号が供給され、前記硬貨が通過する通路を隔てた二次側が前記励磁信号の受信用コイルであることを特徴とする前記硬貨識別装置によって、より効果的に達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では、高周波数、中周波数及び低周波数の３周波数で１次コイルを励磁し、出力信号を処理して判別することにより、クラッド硬貨やバイカラー硬貨等の複数金属から成る硬貨を確実に識別する硬貨識別用センサを実現している。
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施の形態では試験片として硬貨及び材質及び構造を硬貨と同一とした硬貨サンプルを使用した。
【００１６】
図１は、本発明に係る硬貨識別用センサ１０の外観を示しており、図２はその断面構造図である。硬貨識別用センサ１０は、上部に搬送ベルト（図示せず）の着脱用空間を有するＪの字状の形状になっており、中央部の空間底部が硬貨５０の通路１１を形成している。この通路には薄板状のセラミック板１５が層接されて摺動する硬貨による摩耗耐性を上げている。硬貨識別用センサ１０は、通路１１の各一端部を挟持するように円筒形状の透過型磁気センサ２０が配設されると共に、通路１１の下方には円筒形状の反射型磁気センサ３０が配設されている。透過型磁気センサ２０は通路上下に設けたコア２１ａ、２１ｂでできており通路下に１次コイル２２及び通路を隔てた上部に２次コイル２３が巻回されている。
【００１７】
また、反射型磁気センサ３０は円筒型のポットコア３１を有し、ポットコア３１の外周面には１次コイル３２が巻回され、内周面には２次コイル３３が巻回され埋設されている。
【００１８】
さらには、通路１１の片寄せ側面に、サファイアガラスでできた窓１４が貼着されており、摩耗耐性を上げるとともに、内部への粉塵の進入を防いでいる。通過する硬貨の端面に光を照射する投光手段と該硬貨の端面から反射されてくる光を受光する受光手段とから構成される一対のギザ検出センサ４０とが設けられている。
【００１９】
更に、磁気センサ２０の上面には、ネジ止めするための柱状ナット１６が埋め込まれている。
【００２０】
本発明では前記硬貨識別用センサ１０に対して、図３に示す回路構成で励磁及び検出信号処理を行っている。即ち、発振器１からの方形波の発振信号を分周器２で低周波（4KHz）、中周波（16KHz）、高周波（250KHz）に分周し、各周波数のバンドパスフィルタ（BPF）３Ｌ，３Ｍ，３Ｈを経て正弦波化し、加算器４で合成（加算）し、電流増幅器５を介して硬貨識別用センサ１０の各１次側コイル２２、３２に印加する。即ち、低周波、中周波及び高周波の合成励磁信号を、電流増幅器５を介して透過型磁気センサ２０の１次コイル２２及び反射型磁気センサ３０の１次コイル３２に供給する。
【００２１】
各２次側コイル２３及び３３の出力をそれぞれ増幅器１２，１３を介して検出し、それぞれバンドパスフィルタ、全波整流回路及びローパスフィルタを経て反射4KHz信号Ｒ４Ｓ、反射16KHz信号Ｒ１６Ｓ、反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓ、透過4KHz信号Ｔ４Ｓ、透過250KHz信号Ｔ２５０Ｓを得る。即ち、反射型磁気センサ３０の２次コイル３３の出力は、増幅器１２を経てバンドパスフィルタ(BPF)１０１〜１０３でそれぞれ低周波、中周波、高周波に周波数分離され、更に全波整流回路１１１〜１１３及びローパスフィルタ(LPF)１２１〜１２３を経て反射4KHz信号Ｒ４Ｓ，反射16KHz信号Ｒ１６Ｓ，反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓを得る。反射型磁気センサ３０は、１次コイル３２と２次コイル３３とで渦電流損失型磁気センサを形成している。
【００２２】
また、透過型磁気センサ２０の２次コイル２３の出力は増幅器１３を経てバンドパスフィルタ(BPF)２０１、２０２でそれぞれ低周波、高周波に周波数分離され、更に全波整流回路２１１、２１２及びローパスフィルタ(LPF)２２１、２２２を経て透過4KHz信号Ｔ４Ｓ，透過250KHz信号Ｔ２５０Ｓを得る。
【００２３】
反射4KHz信号Ｒ４Ｓ、反射16KHz信号Ｒ１６Ｓ、反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓ、透過4KHz信号Ｔ４Ｓ、透過250KHz信号Ｔ２５０Ｓは、硬貨の識別を行う識別手段（図示せず）に入力され、処理及び判定が実行される。
【００２４】
なお、識別手段は、各特徴量を予め各硬貨毎に設けられた判定枠と比較して、硬貨の真偽等を識別するようになっている。高周波では材質による信号差は少ないが、表面層の材質により減衰率が決まり、低周波では中間層の材質にも影響を受けるため、各周波数での減衰率を予め決められた判定基準と比較することにより、硬貨の識別を行うことができる。また、本例では、硬貨は透過型磁気センサ２０側に片寄せされて搬送されるようになっている。
【００２５】
ここで、本発明の動作原理を説明すると次の様になる。反射型磁気センサ、透過型磁気センサ共、コイル間に入る媒体により磁束が変化するため、ここでは透過磁束について説明する。
【００２６】
図４に示す電界と電流の関係において、ｘが電流ｉの流れる方向であり、ｉ＝σＥより、電界Ｅはｘ成分だけを持つ。ここで、導電率σ＝１／ρである。電界Ｅの大きさは表面からの深さｚに依存し、成分ｘと直角方向の成分ｙに依存しない。次に、マクスウエルの方程式より、磁界をＥ（ｘ成分のみ）、磁束密度をＢ、磁界をＨ（ｙ成分のみ）、透磁率をμとしたとき、下記数１が成り立つ。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】
【００２９】
【数３】
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】
【数７】
【００３３】
【数８】
【００３４】
【数９】
【００３５】
【数１０】
【００３６】
【数１１】
【００３７】
【数１２】
【００３８】
【数１３】
【００３９】
【数１４】
【００４０】
本発明の磁気センサはこの周波数の違いによって、表面部、断面全体だけでなく、内部材質に応じた信号が得られるものである。図５はその原理を模式的に示している。
【００４１】
次に、Fe, Niといった強磁性体が使用された場合を説明する。強磁性体を考える上で、磁束密度Ｂに着目すると下記数１５となる。
【００４２】
【数１５】
Ｂ＝μＨ＋Ｍ
ここで、Ｍは磁化の強さであり、χｍを磁化率とすると、Ｍ＝μ０χｍＨであるので、上記数１５は下記数１６となる。
【００４３】
【数１６】
Ｂ＝μ０Ｈ＋Ｍ＝μ０（１＋χｍ）Ｈ＝μＨ
ただし、透磁率μ＝μ０（１＋χｍ）である。
【００４４】
また、相対透磁率κは、κ＝μ／μ０＝１＋χｍである。そして、
１)反磁性体の場合は、χｍ＜０、μ＜μ０
２)非磁性体の場合は、χｍ＞０、μ＞μ０
３)強磁性体の場合は、χｍ＞１、μ＞μ０
となる。
【００４５】
ただし、強磁性体でもクロム鋼のようなものは、χｍ＞＞１、μ＞＞μ０であり、ωが大であってもμの影響は大きく、磁束は増加する。全く磁性を持たない媒体(反磁性)の場合、μ＜μ０であり(透磁率μより導電率σの影響が支配的となる)、磁化Ｍの影響がなく、磁界Ｈにより磁束密度が決まる。しかし、強磁性体の場合はμ＞μ０であり、透磁率μの影響が強いものとなる。磁束密度は磁化Ｍに支配される(Ｂ＝＞＞μ０Ｈ、よって、Ｂ≒Ｍ)。これにより、磁束の増加が起こり得ることになる。
【００４６】
一方センサ出力は下記数１７で表されるように、２次コイルに入る磁束によって決まることより、非磁性媒体を通過した磁束は減衰するのでセンサ出力は減少する。一方、強磁性媒体の場合は、磁束の増加が起こるのでセンサ出力が増加することが分る。
【００４７】
【数１７】
【００４８】
本発明による上記識別の関係を表にまとめると、下記表１のようになる。
【００４９】
【表１】
【００５０】
なお、本例では高周波数として250KHzを使用しているが、検出対象の非磁性材料の材質（AlとCuNi等）によって、信号出力の差異が小さい周波数帯で、磁性／非磁性材質による信号出力差異が小さい周波数帯であれば良く、数百KHz以上が好ましい。また、中周波数として16KHzを使用しているが、検出対象の表面〜中心付近までの材質により信号出力差が現れる周波数帯であり、数十KHzオーダーの周波数帯である。低周波数として4KHzを使用しているが、検出対象全体の材質（導電率）により信号出力差が顕著に現れる周波数帯であれば良く、DC〜数KHzの周波数帯が好ましい。
【００５１】
本発明では、硬貨識別用センサ１０上を通過する硬貨の中央部での各信号を特徴量とし、判別処理に用いる。トリガ方法は、通過センサを設けていない場合には、透過信号は材質（磁性／非磁性）に関係なく減衰し、高周波数ほど減衰量が大きく、片寄せ搬送ならば硬貨径に関係なく、片寄せ側コア（透過型磁気センサ）に掛かる硬貨部は同じであることに基づき、透過（片寄せ）の最小位置（減衰量最大位置）がほぼ硬貨中央部と考えられ、その位置での各信号値を各特徴量として良い。また通過センサ等が設置されている場合には、通過センサからの信号を基に大体の位置を検知し、硬貨中央部の検索を行う。
【００５２】
次に、識別手段での識別動作を説明する。
【００５３】
まず磁性／非磁性硬貨の判定であるが、磁性材料硬貨の信号特徴は、▲１▼反射低周波信号で磁束の増加があり、信号が増加する。▲２▼透過低周波信号では硬貨のエッジ部で磁束の収束を生じるので、波形に変曲が生じる。特徴として上記▲１▼の反射信号の増加が顕著に現れるため、この特徴を捉えることで磁性／非磁性硬貨の判定を行うことができる。図７（Ａ）はドイツ５Ｐｆ(Cu-Zn25 clad Fe)の反射4KHz信号Ｒ４Ｓであり、図７（Ｂ）はアメリカ１Ｃｔ(Cu-Zn5)の反射4KHz信号Ｒ４Ｓである。これから明らかなように、磁性材料である図７（Ａ）のドイツ５Ｐｆでは信号の増加（Ａ１部）であるのに対し、非磁性材料である図７（Ｂ）のアメリカ１Ｃｔでは信号の減少（Ａ２部）となり、信号の差異が分る。
【００５４】
次に、異なる金属板を積層したクラッド構造による信号の差異を説明すると、図８はAl均一硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３はそれぞれAlのみの場合の4KHz,16KHz,250KHzの各反射信号を示している。図９はAl/CuZnNi/Alクラッド硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ４は表面層Al(厚み<0.5t)の特徴を表す反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓを示しており、Ｂ５は表面層Al(0.5t)+内層CuZnNi(<1.0t)の特徴を表す反射16KHz信号Ｒ１６Ｓを示しており、Ｂ６はl(1.0t)+CuZnNi(0.5t)+l(1.0t)と全層の特徴を表す反射4KHz信号Ｒ４Ｓを示している。また、図１０はCuZnNi均一硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ７，Ｂ８，Ｂ９はそれぞれCuZnNiのみの場合の4KHz,16KHz,250KHzの各反射信号を示している。更に、図１１はCuZnNi/Al/CuZnNiクラッド硬貨サンプルの特性を示しており、Ｂ１０はCuZnNi(<0.5t)の表面層の特徴を表す反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓを示しており、Ｂ１１はCuZnNi(0.5t)+ Al(<1.0t)と表面層及び内層の特徴を表す反射16KHz信号Ｒ１６Ｓを示しており、Ｂ１２はCuZnNi(0.5t)+Al(1.0t)+CuZnNi(0.5t)と全層の特徴を表す反射4KHz信号Ｒ４Ｓを示している。
【００５５】
図１２は、図８〜図１１と同一のサンプルに対する静止状態での反射信号の周波数特性を示しており、Al均一硬貨サンプル、CuZnNi均一硬貨サンプル、Al/CuZnNi/Alクラッド硬貨サンプル、CuZnNi/Al/CuZnNiクラッド硬貨サンプルに高周波、中周波、低周波で励磁したときの反射型磁気センサ３０を用いて出力を測定し減衰率をグラフにしたものである。高周波領域では、表皮効果の影響で磁束は表面層しか入れず減衰率も大きい。低周波領域では表皮効果の影響が少ないため、磁束は硬貨を突き抜け減衰率は小さい。中周波領域では低周波と高周波の両領域の中間の減衰率となる。これら特性より下記のことが言える。
【００５６】
表面部（表面から０．５ｍｍ以下）では表面部材質が同じであれば、反射250KHz信号Ｒ２５０Ｓも同一（Ｂ３＝Ｂ４、Ｂ９＝Ｂ１０）であり、約60〜70KHz以上の周波数で、反射信号における表面部深さ０．５ｍｍ程度までの材質の影響が大きい。表面〜芯部（表面から１．５ｍｍ以下程度）では、表面部材質が同じでも、芯部材質により反射16KHz信号Ｒ１６Ｓは異なり（Ｂ２≠Ｂ５，Ｂ８≠Ｂ１１）、表面、芯部材質が同じでも、各厚みにより反射16KHz信号Ｒ１６Ｓは異なる（Ｂ５≠Ｂ１１）。また、約30〜60KHzの周波数で反射信号は表面部深さ０．５mm＋αの材質の影響を受け始め、約10〜30KHzではセンサ側表面部と芯部の材質の影響が大きい。
【００５７】
一方、断面全体では、表面部材質が同じでも両表面部、芯部を合わせた材質の厚さが異なれば、反射4KHz信号Ｒ４Ｓは異なり（Ｂ１≠Ｂ６，Ｂ７≠Ｂ１２）、表面部材質が異なっても両表面部、芯部を合わせた材質の厚さが同じであれば、反射4KHz信号Ｒ４Ｓも同じである（Ｂ６＝Ｂ１２）。約6〜8KHz以下の周波数で対象断面を磁束が貫通し、全体の材質を合わせたものの影響をうけている信号が反射信号として得られる。
【００５８】
次に、リング部及びコア部が別材質で構成されるバイカラー硬貨の判定を説明する。
【００５９】
バイカラー硬貨では、例えば反射250KHz信号は図１３に示すように、硬貨のエッジ部の信号に変曲点が生じ、その傾きが反転するか（図１３（Ａ））、傾きがゼロになるか（図１３（Ｂ））、傾きが緩やかになる（図１３（Ｃ））。硬貨がバイカラー構造でない場合は、図１３（Ｄ）に示す様に変曲点が生じない。かかる特性を利用して、バイカラー硬貨の判定を行う。図１４はバイカラー硬貨に対する反射信号の周波数特性であり、低周波においては、反射型磁気センサの磁束の広がりがコア部のみでなくリング部に及ぶため、Ｃ部に示すような差が生じる。リング部の導電率がコア部材の導電率より低い場合には、減衰率はコア部材のみでできた硬貨サンプルよりも減衰率は小さい。例えばリング部がAlでコア部材がCuZnNiの場合（●）は、CuZnNiの均一硬貨サンプル（×）より減衰率が大きくなる。これは、CuZnNiよりAlの方が導電率が高いためである。
【００６０】
コア部の反射4KHz信号はリング部材質の影響を受けるため、バイカラー硬貨サンプルと均一材質硬貨サンプルでは、図１５の左に示すように差異を生じ、変曲点Ｄ１がバイカラー金属境界部の特徴である。図１５（Ａ）はリング部がAlで、コア部がCuZnNiのバイカラー硬貨サンプルであり、同図（Ｂ）はCuZnNiの均一硬貨サンプルである。また、図１６（Ａ）はリング部がCuZnNiで、コア部が空隙となっている穴明き硬貨サンプルの特性であり、同図（Ｂ）はCuZnNiの均一硬貨サンプルの特性である。
【００６１】
更に、図１７に示すように、バイカラー・クラッド構造のコア部の反射4KHz信号もリング部材質の影響を受ける。この結果、クラッド硬貨検知用の反射16KHz信号は、リング部の影響がないと考えられる。図１７（Ａ）はリング部がAlで、コア部がCuZnNi/Ni/CuZnNiのバイカラー・クラッド硬貨サンプルであり、同図（Ｂ）はリング部がCuZnNiで、コア部がCuZnNi/Ni/CuZnNiのバイカラー・クラッド硬貨サンプルである。
【００６２】
なお、検出信号を安定させるために、硬貨識別用センサにプリアンプを内蔵するようにしても良い。上述では１つの発振器の出力を分周して低周波、中周波及び高周波の励磁信号を得ているが、各周波数の発振器を個別に設けても良い。また、上述では硬貨について説明したが、他の複数金属で構成された金属片に対しても適用可能である。
【００６３】
なお、図１８に、上述したクラッド硬貨の構造を示した。また、図１９には、バイカラー硬貨の構造を示した。
【００６４】
図２０は、ギザ検知センサ４０の概略構成を示しており、硬貨ギザ部照明手段と、硬貨側面部から反射される光を受光するフォトダイオード４４とから構成される。硬貨ギザ部照明手段は、図２０に示すように、ＬＥＤ（light-emitting diode）４１、スリット４２及びレンズ４３から構成され、ＬＥＤ４１は、硬貨５０が片寄せされる案内縁側でサファイアガラスの裏側に配置されている。そして、ＬＥＤ４１から照射された光はスリット３５２、シリンドリカルレンズ４３を経て硬貨５０のギザ部分に照射され、ギザ部分からの反射光線はレンズ付きフォトダイオード４４に受光されて信号にされるようになっている。
【００６５】
かかるギザ検知の原理は、実開平３−４４７７０号公報に記述されている手法と同一であってもよい。他の例として以下に説明する。
【００６６】
このギザ検知センサ４０は、例えば、日本国旧５００円硬貨と韓国５００ウォン等の同材質、若しくは類似材質でできている硬貨の判別をするために使用する。ギザの山の総数と周期性のある山の有効数と一定以上の電圧レベルで変化の無い山のサンプル数を無効数として、３種類の特徴量として組み合わせて使用する。ギザが異常か否かの判定は、総ギザ数、有効ギザ数、無効ギザ数の３つの判定因子のいずれか一つでも基準値から外れている場合に異常と判定する。
【００６７】
図２１にギザセンサが取得したギザセンサの出力波形を示して説明をする。図２１の波形を左端から走査していったとき、待機レベルから初めて５Ａ／Ｄ値以上上昇後、極大点を過ぎて５Ａ／Ｄ値以上の下降を検知したときの頂上の検出ポイントをトップデータとし（図２１ではアルファベットの大文字で表示）、更に、走査を進め５Ａ／Ｄ値以上上昇した後、５Ａ／Ｄ値以上の下降を検知したときにトップデータとしてデータ取込開始から終了までのトップデータの数を計数しこれを総ギザ数とする。
【００６８】
トップデータから次のトップデータまでのサンプリング数（ギャップ）（図２１ではアルファベットの小文字で表示されたサンプリング数）をカウントし、隣り合うギャップ同士のサンプリング数の差が一定値以下になるサンプリング数（サンプリング間隔）を有効ギザ数とする。
【００６９】
図２１では、（ａ−ｂ）−（ｂ−ｃ）≦５、（ｂ−ｃ）−（ｃ−ｄ）≦５、（ｃ−ｄ）−（ｄ−ｅ）≦５、・・・と順次比較して行き、成り立てば、有効ギザ数に１をカウントアップする。ここでアルファベットの小文字は初めてトップデータが得られた地点からのデータ数（サンプリング数）で本例では、硬貨５０が搬送されるとき９０μＳＥＣ毎に行うサンプリング数を示している。
【００７０】
次にデータの出力レベルが２５０Ａ／Ｄ値を越えている時に、上昇から下降へ、下降から上昇へと言った変化量で連続３回の変化量の和が５０Ａ／Ｄ値以下の場合のサンプリング数を無効ギザ数とする。このとき、Ｘ回連続していれば無効数をＸ−２とする。硬貨１枚としては、Ｘ回連続ならば、無効ギザ数にＸ−２を加算し総合計を求め判定に用いる。
【００７１】
次に所定のサンプル数を１ゾーンとした場合で、出力レベルが｛（飽和レベル１０２３−待機レベル）／２｝Ａ／Ｄ値以上のサンプリング数をギザレベル数とする。
【００７２】
こうして得られた、総ギザ数、有効ギザ数、及び総ギザ数−無効ギザ数をそれぞれ評価値として、金種毎に別途設けてある判定枠内に入っているかどうかで判定を行う。
【００７３】
なお、１Ａ／Ｄ値とは５Ｖレンジを１０２４分割している。待機時レベルを３ＦＦＨ値、正常ギザ無し硬貨の出力ピーク値を１０２３Ｈとする様に設定されている。そして、読み取り値のＭＡＸは１０２３Ｈである。
【００７４】
図２２には本発明に係る硬貨識別用センサ１０が搭載された硬貨包装装置３００が示されている。図２２に示す硬貨包装装置３００は、その上面に、硬貨を投入するためのホッパＨと、包装する硬貨の種類を設定するための金種設定ダイヤルＶとを備えている。また、この硬貨包装装置３００は、下部前面側に、包装済みの硬貨を蓄積するための包装硬貨箱Ｂを備えている。また、同じく前面側には、硬貨を包装するための包装紙Ｐが、ロール状に巻かれた状態で取り付けられている。
【００７５】
次に、図２３及び図２４には、図２２に示す硬貨包装装置３００の内部構造が簡略化して示されている。図２３及び図２４に示すように、硬貨包装装置３００の内部には、上記ホッパＨに対応した第１回転盤Ｄ１と、この第１回転盤Ｄ１に隣接した第２回転円盤Ｄ２とが設けられている。また、後者の第２回転円盤Ｄ２から略接線方向に延びるように、略水平な硬貨通路３０１が設けられている。この硬貨通路３０１は回転円盤Ｄ２から順次供給された複数の硬貨を、直径方向で１列に案内するように構成されている。
【００７６】
また、図２３に示すように、硬貨通路３０１に沿って硬貨を搬送するための搬送機構３０２と、硬貨通路３０１の終端部に対応した硬貨重積部３０３とが設けられている。後者の硬貨重積部３０３は、搬送機構３０２によって搬送されてきた硬貨を厚さ方向に（この場合、略垂直上方へ）１列に重積するためのものである。
【００７７】
この硬貨重積部３０３は、硬貨包装装置の包装部Ｗ内に形成されている。具体的には、当該包装部Ｗ内に配置された３本の包装ローラー３５１、３５２、３５３同士の間に硬貨重積部３０３が形成されている。なお、図２３には示さないが、包装部Ｗには、重積部３０３内に重積される硬貨を下方向に押圧するための図示しない硬貨押さえ機構が設けられている。
【００７８】
硬貨重積部３０３の下方には、一対の硬貨送入ローラ（硬貨送入部材）３０４（図２３参照）と、これらの送入ローラ３０４を回転駆動するための駆動装置３０５とが設けられている。硬貨送入ローラ３０４は、硬貨通路３０１の終端部まで搬送されてきた搬送硬貨を順次、重積部３０３内に重積させるためのものである。なお、硬貨重積部３０３の下方に（送入ローラ３０４及び駆動装置３０５の下方に）包装硬貨箱Ｂが配置されている。
【００７９】
また、図２４に示すように、通路幅調整機構３０８、送入ローラ位置調整機構３０９及び退避機構３４０が、それぞれ略水平面上での並進運動機構として設けられている。このうち、通路幅調節機構３０８は、硬貨の直径に対応して硬貨通路３０１の通路幅を調節するためのものである。また、送入ローラ位置調節機構３０９は、硬貨５０の直径に対応して、硬貨通路３０１に対する送入ローラ３０４の位置を調節するたものものである。そして、退避機構３４０は、包装済みの硬貨を重積部３０３から包装硬貨箱Ｂへ落下させる際に、送入ローラ３０４及び駆動装置３０５等を重積部３０３の下方から退避させるためのものである。
【００８０】
図２４に示すように、上記硬貨通路３０１は、通路底板３１０，固定通路部材３１２及び稼働通路部材３１４によって形成されている。このうち、通路底板３１０は、略平板状をなし、中央部に矩形の硬貨落下孔３１０ａが形成されている。この落下孔３１０ａは通路幅に対応した硬貨よりも小径の硬貨を選択的に落下させるためのものである。
【００８１】
また、固定通路部材３１２は、通路底板３１０の一側縁に固定されている。一方、可動通路部材３１４は、通路底板３１０上における固定通路部材３１２に対して通路幅方向に移動することで硬貨通路３０１の通路幅を変化させることができるように構成されている。具体的には、可動通路部材３１４は、通路幅方向外側に突出した突出部３１４ａを有し、この突出部３１４ａに形成された２列の長孔３１４ｂを介して、通路幅方向に摺動自在に案内されている。
【００８２】
そして、硬貨通路３０１の終端部側において固定通路部材３１２に、硬貨識別用センサ３１５（１０）、ストッパ３１６及び計数センサ３１２が順次設けられている。このうち、計数センサ３１７は近接センサ等で構成され硬貨通路３０１から送り出される硬貨の通過を検知し、所定枚数の硬貨を計数した際に後続の硬貨を停止させるべく通路３０１内にストッパ３１６を進出させるためのものである。
【００８３】
硬貨重積部及び包装部についての詳細の説明及び符号の説明は本件明細書では省略する。
【００８４】
図２５は、図２４に示した、硬貨識別用センサ３１５（１０）の周辺を拡大して示した図である。可動通路部材３１４によって、搬送される硬貨５０は固定通路部材３１２側に片寄せされる。
【００８５】
図２６は、図２４に示した硬貨処理の様子を説明する為のブロック図である。
【００８６】
図２６では硬貨識別センサ１０は３１５で示している。４１０は制御部が搭載された基板を示し、ギザ検知センサ４０のＬＥＤの駆動回路である発光ドライバ４１１とフォトダイオード４４の出力信号を処理する増幅器４１２、図３にて説明をした２種類の磁気センサの励磁ドライバ４１３、信号処理部である周波数分離部４１４、整流部４１５、入力信号をＣＰＵ４１６で処理できるようにデジタル化するＡＤコンバータ４１７、信号を処理するためのメモリであるＳＲＡＭ４１８、ＣＰＵ４１６のプログラム及び判定枠を含む識別用データを記憶している書き換え可能なＲＯＭであるＦＬＡＳＨ ＲＯＭ４２０で構成されている。そして、硬貨包装装置３００本体側は制御部３６０、１枚づつ硬貨を繰出搬送する搬送手段３６１、所定枚数に達するかどうかを確認する為の計数手段３６２、指定枚数の硬貨を計数したときにストッパにより硬貨の進行を阻止する停止手段３６３等で構成される。特に、包装に関する部分については図からは省略している。
【００８７】
次に添付の図２７に示すフローチャートに基づいて、本発明に係る硬貨識別用センサを用いた硬貨識別動作を説明する。なお、符号は図１に記載のものである。
【００８８】
まず、硬貨識別センサ制御部にセンスコマンドが入力されると（ステップＳ１）、センサの動作チェックを行う（ステップＳ１）。センサチェックで、各センサ要素の待機レベルが許容範囲内に無いこと、オフセットコントロール可能なセンサ要素のコントロールができないこと、基準電圧の値が許容範囲内にないことなどでセンサチェックＮＧの場合には、エラーレスポンスが返信される（ステップＳ３）。
【００８９】
一方、センサチェックがＯＫならばスタートコマンドが本体制御部から送られて来るのでこれを受信し、（ステップＳ４）、次いで、いまから繰り出されようとする指定金種の情報を本体制御部から受信し（ステップＳ５）、被検査硬貨が繰り出され且つ指定された径の硬貨が硬貨識別用センサ１０に送られる。ここで、硬貨が搬送される一方で、データ取り込みが開始され（ステップＳ６）、このとき、透過２５０ＫＨｚ信号が待機レベルから所定レベルの減衰を検知したときに硬貨がセンサ部に来たと判断する。そして、その後にサンプリングした透過２５０ＫＨｚ信号のデータに基づきピーク検知を行う（ステップＳ７）。ピークとは透過の減衰量最大値から１／１６増加したポイントをいい、このピークの検知又は硬貨が抜けたことの検知が１秒以上たってもなされなければ、ジャムエラーとみなされる。
【００９０】
次に、透過磁気センサ２０にて、透過4KHz、透過250KHzに対する出力（２次コイル出力）が所定の基準以内であればＯＫと判定される（ステップＳ８）。透過4KHz信号からは、硬貨の材質に依存した出力が得られ、透過250KHz信号からは、通過した硬貨の体積と若干の材質に依存した出力が得られる。
【００９１】
次に、反射型磁気センサ３０にて、反射4KHz、反射16KHz、反射250KHzに対する出力（２次コイル出力）が指定された金種に予め設定されている判定枠値内であればＯＫと判定される（ステップＳ９）。反射4KHz信号は、強磁性体の検知を行い、反射16KHz信号は、透過4KHz信号と同様に硬貨の材質に依存した出力が得られ、又、クラッド硬貨の特徴もよく検知できる。反射250KHz信号は硬貨の形状の特徴がよく検知できるので、穴検知に使用され、又、反射16KHz出力と併せて、バイカラー硬貨を検知する。
【００９２】
次に、ギザ検知センサで、硬貨のギザが正常であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。ギザ検知センサは、前述の様に主に旧５００円硬貨と韓国の５００ウォン硬貨の判別に使用する。５０円硬貨、１００円硬貨についても利用される。
【００９３】
受信した金種情報の金種のギザの状態を確認したあと、正常硬貨として出力をし（ステップＳ１１）、ストップコマンドを受信しているかどうかを判断し（ステップ１２）、ストップコマンドを受信している場合には判定動作を終了する。他方、受信していない場合には、ステップＳ６に戻り、次の硬貨の判定を行う。一方、ステップＳ８、Ｓ９において各種ピーク値が判定枠外、或いは、ステップＳ１０においてギザセンサの判定結果がＮＧの場合にはリジェクト貨の出力をする。リジェクト貨の出力があった場合には本体側の処理を速やかに停止させる（ステップＳ１３）。
【００９４】
次に図２８から図３２の波形図を参考に本発明に即した反射250KHzを用いた硬貨判別の例を示す。尚これらの説明図は本件発明の特徴である各種センサが硬貨の搬送方向横に一列に並んで設けられているということより、各センサの出力は同一硬貨の同一位置でのサンプリング出力である。
【００９５】
図２８は透過250KHz、透過4KHz、反射4KHz、反射16KHz、反射250KHz、ギザ検知センサ４０の各出力及び、制御部４１０からの出力のタイミングを示している。透過250KHzの信号に基づいて、硬貨のセンサ部への進入及び、出力ピークのタイミングを示している。金種信号は出力ピークから所定時間以内に出力される様になっている。透過センサ、反射センサ及びギザセンサが硬貨の搬送方向と略直角に並んでいるので、全てのセンサのピーク値が揃う様になっている。
【００９６】
図２９は均一な材料でできた硬貨の反射250KHz波形を示しており、硬貨がセンサ部を通過するときの反射250KHzの波形は鍋底型をしている。
【００９７】
図３０は５円、５０円硬貨等の例であって中央に穴が開いた硬貨の場合の反射250KHz波形を示しており、反射250KHzの波形は穴部の影響を受けて中央部分で減衰量が減り鍋底の中央部が盛り上がった形状となっている。尚、破線で示す様に、穴の縁の影響が大きい場合には、反射250KHzの波形は中央部分で減衰量が大きくなり、鍋底の中央部の盛り上がりが凹むといった波形を呈する場合もある。
【００９８】
図３１は、ポーランド国のある金種の硬貨の例であって、外周リングと内側との金属の種類が異なるバイカラー貨の波形で、異種金属の接合部で減衰量が減り反射250KHzの波形はその特徴をよく表している。
【００９９】
図３２は、イタリア国のある金種の硬貨の例であって、図３１と同じくバイカラー貨の波形であるが、外周リング部が強磁性体であるので反射250KHzは増幅され、中央部の金属部では減衰されている。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように、本発明の硬貨識別用センサは、従来の硬貨識別方式で用いられた硬貨全体と硬貨表面材質による特徴信号が得られる励磁周波数に加え、硬貨表面乃至中心近辺の材質による特徴を抽出できる様に複数の周波数を用いて検知しているので、クラッド硬貨の特徴である硬貨断面構造を推定することができる。また、バイカラー硬貨接合部での電気的な断続を表面電流の増減信号として捉えることで、バイカラー硬貨を判別できる。国内で流通している非磁性硬貨の場合、信号は減衰のみであるが、磁性硬貨の場合、信号は増加する。センサ信号処理において増加信号に対応することで、磁性貨、磁性を持つクラッド構造貨の材質判別が可能となる。
【０１０１】
更に、ギザセンサを備えているので、ギザが存在している硬貨の真偽判定を容易に行うことができる。
【０１０２】
上述の通り、本発明に係る硬貨識別用センサによれば、単一材料の硬貨、クラッド硬貨、バイカラー貨、穴あき硬貨も識別することができるので、硬貨の種類ごとにセンサを取り替える必要がなくなる。
【０１０３】
また、各要素センサが硬貨搬送通路に対して横断する方向にならんでいるので、同時に３つ（材質、穴開きの有無、ギザ）のデータ採取ができ、後ろの位置にある要素センサのデータ採取が終わるのを待つこと無く識別判定処理を開始するとができ、各要素センサを搬送通路に沿って並べた場合と比較すると、搬送通路長を長く取らなくて済むため、硬貨識別装置全体をコンパクトにすることができるという効果がある。
【０１０４】
さらには、硬貨識別用センサを成形樹脂で周囲を覆った一体ものとし、硬貨を通路の片側に寄せた状態で使用する限定条件を付けて使用することにより、センサの小型化、交換の容易さを図ることができ、製造時の取り付け作業、メンテ時の交換作業が容易となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る硬貨識別用センサの一例を示す外観斜視図である。
【図２】本発明に係る硬貨識別用センサの断面構造図である。
【図３】硬貨識別用センサのうちの磁気センサの励磁及び検出信号の処理系を示すブロック図である。
【図４】本発明の動作原理を説明するための図である。
【図５】本発明の動作原理を模式的に示す図である。
【図６】硬貨識別用センサの検出信号の一例を示す特性図である。
【図７】硬貨の磁性／非磁性の特徴を示す特性図である。
【図８】 Al均一硬貨の特性を示す図である。
【図９】 Al/CuZnNi/Alクラッド硬貨の特性を示す図である。
【図１０】 CuZnNi均一硬貨の特性を示す図である。
【図１１】 CuZnNi/Al/CuZnNiクラッド硬貨の特性を示す図である。
【図１２】反射型磁気センサ上で各種硬貨サンプルを静止させた状態での反射周波数特性例を示す図である。
【図１３】バイカラー硬貨の判定を説明するための図である。
【図１４】反射型磁気センサ上でバイカラー硬貨を静止させた状態での反射信号周波数特性例を示す図である。
【図１５】バイカラー硬貨の判定に利用する特性例（左側バイカラー硬貨サンプル、右側均一硬貨サンプル）を示す図である。
【図１６】バイカラー硬貨の判定に利用する特性例（左側バイカラー硬貨サンプル、右側均一硬貨サンプル）を示す図である。
【図１７】バイカラー硬貨の判定に利用する特性例（左側バイカラー硬貨サンプル、右側均一硬貨サンプル）を示す図である。
【図１８】クラッド硬貨の構造を示す外観図である。
【図１９】バイカラー硬貨の構造を示す外観図である。
【図２０】ギザ検知センサの構成例を示す図である。
【図２１】ギザ検知の例を示す図である。
【図２２】本発明に係る硬貨識別用センサを搭載した硬貨包装装置の構成例を示す図である。
【図２３】図２２に示す硬貨識別用センサを搭載した硬貨包装装置の簡略化した縦断面図である。
【図２４】図２２に示す硬貨包装装置での片寄せ機構、硬貨識別用センサの取り付け状況を説明する図である。
【図２５】図２４に示す硬貨包装装置において、硬貨識別用センサの取り付け状況の詳細を説明する図である。
【図２６】図２４に示す硬貨包装装置において、硬貨識別用センサ周辺の構成を示すブロック図である。
【図２７】本発明に係る硬貨識別用センサを用いて硬貨の識別を行う場合のフローチャートの一例である。
【図２８】図２６に示したフローチャートの説明に利用するタイミングチャートである。
【図２９】穴無し硬貨の場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【図３０】穴有り硬貨の場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【図３１】バイカラー硬貨の場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【図３２】図３１に示したバイカラー硬貨とは別の種類のもので外周リングの部材が強磁性体でできている場合の透過250KHz信号と反射250KHz信号を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 発振器
２ 分周器
４ 加算器
５ 電流増幅器
１０、３１５ 硬貨識別用センサ
１１ 通路
２０ 透過型磁気センサ
２１ａ、２１ｂ コア
２２ １次コイル
２３ ２次コイル
３０ 反射型磁気センサ
３１ ポットコア
３２ １次コイル
３３ ２次コイル
４０ ギザセンサ
４１ ＬＥＤ
４４ フォトダイオード
３１６ ストップ板
３１７ カウントセンサ
Claims (4)
- 識別される硬貨が通路の片側に寄せて（以下、「片寄せ」という。）搬送される硬貨搬送通路と、前記片寄せされた前記硬貨を搬送する搬送手段と、前記硬貨搬送通路の片寄せ側に着脱可能に設けられ前記硬貨を識別する硬貨識別用センサとを備えた硬貨識別装置において、
前記硬貨識別用センサは、
複数周波数の励磁信号が１次側コイルに供給され２次側コイルから出力が取り出される反射型磁気センサと、
前記硬貨識別用センサを通過する前記硬貨を上下から挟むように一次側と二次側とに分かれて設けられた一対の透過型磁気センサと、
通過する前記硬貨の端面に光を照射する投光手段と該硬貨の端面から反射されてくる光を受光する受光手段とから構成されるギザ検出センサとが、前記硬貨の搬送方向に対して横断する方向にほぼ直線状に並べられ、樹脂により一体成形された略 J 字形状を成すものであり、
さらに、
前記反射型磁気センサは、前記硬貨が片寄せで搬送されたときに、該硬貨のほぼ中央部分が通過する位置に配置され、
前記透過型磁気センサ及び前記ギザ検出センサは、前記硬貨搬送通路の片寄せ側に配置されていることを特徴とする硬貨識別装置。 - 前記反射型磁気センサはポット型コアからなり、１次コイルは前記ポット型コアの中心部或いは外周部に位置し、硬貨全体の材質により磁束の減衰量が決定される低周波、硬貨の表面から中間層までの材質により磁束の減衰量が決定される中周波、硬貨の表面の材質により磁束の減衰量が決定される高周波の正弦波を重畳させた信号波が供給され、
前記反射型磁気センサの２次コイルは前記１次コイルのとは異なる中心部或いは外周部の何れかの位置のコイルであり、磁気結合による前記１次コイルからの信号を受信し、
前記透過型磁気センサは一次側が励磁用コイルであり、該励磁用コイルには硬貨の材質及び厚さにより磁束の減衰量が決定される低周波、並びに、材質、厚さ及び径により磁束の減衰量が決定される高周波の正弦波を重畳させた励磁信号が供給され、前記硬貨が通過する通路を隔てた二次側が前記励磁信号の受信用コイルであることを特徴とする請求項１に記載の硬貨識装置。 - 前記低周波が４ＫＨｚ、前記中周波が１６ＫＨｚ、前記高周波が２５０ＫＨｚである請求項２に記載の硬貨識別装置。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の硬貨識別装置に用いられる前記硬貨識別用センサ。
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