(57)【要約】【課題】環境温度の変化に影響されずに安定したセンサ出力を得ることができる紙葉類判別センサを提供する。【解決手段】センサユニットに埋設された各電極１１の端子部１２を固定して接続すると共に前記電極の端子部に加わる力の方向に対して変形し易い形状に成形された板状の材料２０を前記各電極の配線部材として備え、センサユニット１０側（電極を埋設する誘電体側）の熱膨張による膨張又は収縮を板状の材料２０の歪みにより吸収することで、対向配置したセンサ間距離が広くなったり狭くなったりすることを抑制する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の電極を埋設して成る２つのセンサユニットを対向配置し、その間を通過したときの対向電極間の静電容量の変化を検出して紙葉類の状態を判別する紙葉類判別センサであって、前記センサユニットに埋設された各電極の端子部を固定して接続すると共に前記電極の端子部に加わる力の方向に対して変形し易い形状に成形された板状の材料を前記各電極の配線部材として備えたことを特徴とする紙葉類判別センサ。
【請求項２】
前記板状の材料が金属板である請求項１に記載の紙葉類判別センサ。
【請求項３】
多数の電極を埋設して成る２つのセンサユニットを対向配置し、その間を通過したときの対向電極間の静電容量の変化を検出して紙葉類の状態を判別する紙葉類判別センサであって、前記センサユニットに埋設された各電極の端子部を個々に接触接続すると共に、個々の接続部が前記電極の端子部と接触を保ちながら前記電極の端子部に加わる力を逃す接合部材を備え、前記各電極の端子部と配線部材とを前記接合部材を介して接続するようにしたことを特徴とする紙葉類判別センサ。
【請求項４】
前記接合部材の接続部は、接触面を有するバネ状の導電材、又は接触面を有するピン状の導電材から成る請求項３に記載の紙葉類判別センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向電極間に紙幣等の紙葉類を搬送し、周囲の温度が変化しても電極間の静電容量の変化を精度よく検出して紙葉類の状態を判別する紙葉類判別センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙幣にテープやシールを貼付して破れを直したり、不正使用される場合があるため、テープやシールが貼付された紙幣を判別して貼付テープの大きさにより損券として処理したり、リジェクトする必要がある。テープやシールを紙幣に貼付すると厚さが変わるため、従来紙幣の厚さを検出することによりテープやシールの貼付された紙幣を判別するようにしている。厚さを検出する場合、搬送紙幣に接触する機械的な変位を検出する機構を用いるため、部品の精度が要求され、手作業による調整の必要がある。
【０００３】
そのため、紙幣の厚さを非接触の静電容量の変化で検出する方法やそれを用いた紙葉類判別装置が提案されている（特開２００１−２４０２７１：特許文献１）。かかる特許文献１の紙葉類判別装置は、紙葉類の搬送路に設けられた対向電極間の静電容量の変化により、搬送路を搬送される紙葉類の状態を判別する紙葉類判別装置であり、対向電極を構成する各電極の対向面の少なくとも縁部を斜面若しくは曲面状としたことを特徴とするものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４０２７１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、対向電極間の静電容量の変化を検出する上述のような紙葉類判別装置では、対向設置されるセンサ間の距離（紙幣搬送のための隙間：以下、「クリアランス」と言う）が変化すると、紙葉類が通過する対向電極間の距離の変化に応じてセンサの検出信号が変動するため、紙葉類の判別精度が低下することになる。このようなクリアランスの変化は、主に環境温度の変化によって生じる。例えば、図１２（Ａ）に示すように、複数の電極７１を配列して誘電体（樹脂）７２に埋設したセンサユニット７０を対向設置した構成の紙葉類判別センサでは、周囲の温度が高温になると、各電極７１を囲む誘電体７２と各電極７１の端子を接続するプリント基板７３との熱膨張係数の差により、センサ本体７０の面が反るような変形が発生する。
【０００６】
すなわちセンサを構成する誘電体樹脂７２は、熱膨張係数が、センサの電極端子を接続するプリント基板７３よりも大きいため、高温になると、図１２（Ｂ）に示すように、中央部ほどセンサ間の距離Ｌが近くなるような反りが生じ、低音時には逆の反りが生じる。このような反りが生じた状態で紙幣等の媒体が通過すると、センサの媒体検出波は、図１３（Ａ）に示す常温時（例えば２０℃）の波形ＳＳ１と比較して、高温時（例えば３０℃〜５５℃）には、図１３（Ｂ）示すような波形ＳＳ２となる（点線はテープ出力を示している）。すなわち、中央部は対向電極間の距離が近いため検出信号が大きくなり、両端部は逆に検出信号が小さくなるというように、環境温度の変化に伴うセンサの変形に応じて検出信号が変動し、誤動作の原因となる。
【０００７】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、環境温度の変化に影響されずに安定したセンサ出力を得ることができる紙葉類判別センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多数の電極を埋設して成る２つのセンサユニットを対向配置し、その間を通過したときの対向電極間の静電容量の変化を検出して紙葉類の状態を判別する紙葉類判別センサに関するものであり、本発明の上記目的は、前記センサユニットに埋設された各電極の端子部を固定して接続すると共に前記電極の端子部に加わる力の方向に対して変形し易い形状に成形された板状の材料を前記各電極の配線部材として備えることによって達成される。さらに、前記板状の材料が金属板であることによって、一層効果的に達成される。
【０００９】
あるいは、前記センサユニットに埋設された各電極の端子部を個々に接触接続すると共に、個々の接続部が前記電極の端子部と接触を保ちながら前記電極の端子部に加わる力を逃す接合部材を備え、前記各電極の端子部と配線部材とを前記接合部材を介して接続することによって達成される。さらに、前記接合部材の接続部は、接触面を有するバネ状の導電材、又は接触面を有するピン状の導電材から成ること；によって、一層効果的に達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる紙葉類判別センサは、多数の電極を埋設して成るセンサユニットを対向配置し、その間を紙幣等の紙葉類が通過したときの対向電極間の静電容量の変化を検出して紙葉類の状態を判別するようにしている。ここで判別される紙葉類の状態とは、例えばテープの貼付、スレッド内蔵紙葉類に埋設された偽造防止用の金属やプラスチックの有無などの状態を言い、対象となる紙葉類は、紙幣，有価証券，証明書等の任意の紙葉類である。上記のようなセンサユニットを有する紙葉類判別センサでは、発明が解決しようとする課題で説明したように、環境温度の変化などが起因して、センサユニット（以下、センサ本体と言う）が変形していると、センサ出力に変動が生じて誤動作の原因になる。そこで、本発明では、電極が埋設される誘電体樹脂等の部材が熱膨張しても、センサ本体に変形（反り）が生じないようなセンサ構造としている。後述する第１の実施の形態は、各電極を同電位で接続するセンサに適用しており、電極の端子部に加わる力の方向に対して変形し易い形状に成形された板状の材料（本例では伸縮機能を有するように所定形状で形成された薄板上の金属板等の導電材）で固定し、その板状の材料を、センサ本体とは異なる熱膨張係数を有するプリント基板等の配線部材の代わりに用いるようにしている。これにより、熱膨張による誘電体側の膨張又は収縮を電極の端子部（電極ピン）が固定接続される板状の材料が歪んで吸収し、センサ本体の反りを抑制することができ、環境温度の変化などに影響されずに安定したセンサ出力を得ることが可能となる。
【００１１】
また、第２の実施の形態は、センサ本体の個々の電極を異なる電位で接続して駆動制御することが可能なセンサにおいても適用できるようにしたもので、センサ本体に埋設された各電極の端子部を個々に接触接続すると共に、個々の接続部が電極の端子部と接触を保ちながら、電極の端子部に加わる力を逃す接合部材を備え、その接合部材を介して各電極の端子部と配線部材とを接続する構成としたものである。上記接合部材の接続部は、例えば電極の端子部（本例では、雄の電極ピン）の形状に係合する接触面を有するピン状の導電材（緩い堅さの接続となるピン接合によるソケット）、又は電極の端子部形状に係合する接触面を有する板バネ状の導電材（バネ状コネクタ）を使用するのが好ましい。このような接合部材を用いることにより、電極の端子部は緩い堅さの接続となり、熱膨張によるセンサ本体側の膨張（誘電体の膨張）を個々の接続部で吸収するため、電極を異なる電位で接続するセンサにおいても、センサ本体の反りを抑制することができ、環境温度の変化に影響されずに安定したセンサ出力を得ることが可能となる。
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
先ず、本発明に係わる紙葉類判別センサの本体部の構成について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る紙葉類判別センサのセンサ本体部の構造例を示す外観図であり、２つの直方体状のセンサ本体１０ａ，１０ｂには多数の電極が整列して誘電体に埋設されており、各センサ本体１０ａ，１０ｂに埋設された電極（１１ａ，１１ｂ）が対向するように配設されて対向電極を形成している。紙幣（紙葉類）１は搬送ローラ２に挟持されて対向電極（１１ａ，１１ｂ）の間を搬送され、対向電極（１１ａ，１１ｂ）間の静電容量の変化でテープ等の貼付を検出する。
【００１５】
電極１１（１１ａ，１１ｂ）は、図２に示すように長形の直方体構造であり、対向電極面を形成する面のコーナーは面取りがされ、他面側には、棒状の端子部（以下、電極ピンと言う）１２が形成されている。
【００１６】
図３はセンサ本体１０における電極１１の配置例を示しており、電極１１は紙幣搬送方向に対して２列以上の列（本例では２列）に配置されると共に、紙幣搬送方向に対して直角方向にスペースを生じないように列の交互に配置され、全体として千鳥足に配置されて誘電体１３に埋設されている。即ち、電極１１の１辺の長さをＤとしたとき、列の隣接電極中心距離（縦方向）をほぼＤの２倍にすると共に、横方向の隣接電極中心との距離もほぼＤの２倍にするように、千鳥足状に配置している。その結果、図３で示すような微小なテープ（縦横が２Ｄの大きさ）３が紙幣１に付着して搬送されたとしても、付着したテープがいずれかの電極１１（１１ａ，１１ｂ）の検出面を全て覆うため、安定して検出されることになる。これにより、検出精度を向上することができる。
【００１７】
上述のようなセンサ本体１０の周囲の温度変化等に伴う反りを抑制するため、本発明では、以下に示すようなセンサ構造としている。
【００１８】
図４は、第１の実施の形態における紙葉類判別センサの構成を側面構造図で示しており、図５は、図４中の板状の材料２０の形状の一例を平面図で示している。本実施の形態は、プリント基板等の配線部材の代わりに、電極の電極ピン１２に力（センサ本体を構成する誘電体等の膨張又は収縮に伴う膨張方向への力）が加わると変形し易い板状の材料２０を用い、この板状の材料２０により電極の電極ピン１２を固定すると共に、部材として金属板等の薄板上の導電材を用いて各電極を同電位で接続するようにしている。図５において、板状の材料２０には、センサ本体から突設している各電極ピンを嵌合して固定するための連結孔２１が形成されている。そして、図４に例示するように、センサ本体１０の紙葉類通過面と逆側の表面に層設され、連結孔を貫通した電極ピン１２の頭部が半田付けされることで、各電極１１の電極ピン１２と板状の材料２０とが固定接続されるようになっている。
【００１９】
各電極の配線部材として適用される上記の板状の材料２０は、図５の形状例に示すように、電極の電極ピンに加わる力の方向に対して追従して形状が変化するように、直方体上のセンサ本体の主に長手方向に対して伸縮機能を有する形状で成形されている。本例では、全ての電極ピンを同電位で結合するため、一枚の金属板を用いている。金属板の材料としては、比較的安価なアルミニウム、胴等の金属が好ましい。本実施例では、厚さ０．５ｍｍ程度の肉薄のアルミニウム板を水平面の方向の力に対して変形し易い形状に成形したものを用いている。
【００２０】
伸縮作用を持たせる板状の材料（以下、金属板とする）２０の形状としては、図５に例示したように、配列された各電極の電極ピンに係合する各連結孔２１の長手方向（センサ本体の伸縮が大きな方向）に対して、個々の連結孔２１を交互に覆うように成形された波状の形状（正弦波，方形波三角波，台形波等の波状の形状）の他に、図６に示すように、各列の複数の連結孔２１を交互に覆うように成形された波状又はパルス状の形状など、センサ本体の伸縮に追従して変形する構造を有する形状であれば良い。
【００２１】
このような変形し易い形状に成形された金属板２０を配線部材として用いることで、センサ本体の誘電体部の熱膨張又は収縮による応力が金属板２０の変形によって吸収されて、対向配置されるセンサ本体間のクリアランス（各対向電極間の距離）が常に一定の距離に保持されるようになる。
【００２２】
図７は、配線部材としてプリント基板を用いた場合のセンサ特性と、上記構造の金属板（本例ではアルミニウム板）を用いた場合のセンサ特性とを、常温時（２５℃、湿度３０％）及び高温時（５５℃、湿度３０％）でそれぞれ対比して示している。図７中の媒体検出波ＳＰ１，ＳＰ２は、プリント基板での検出波を示し、図７中の媒体検出波ＳＡ１，ＳＡ２は、上記構造のアルミニウム板での検出波を示している（点線はテープ出力を示しており、スレッドの出力は例示していないが、媒体検出波に対して負側への出力となる）。図７中の高温時におけるプリント基板での媒体検出波ＳＰ２と、上記構造の金属板での媒体検出波ＳＡ２とを比較して分かるように、本発明を適用した紙葉類判別センサでは、温度の影響を受けること無く且つ媒体（紙葉類）の領域内の位置によらずに、平坦な波形のセンサ出力が得られることがわかる。すなわち、本発明に係わる紙葉類判別センサでは、環境温度の変化の影響を受けることなく、微小なテープやシート等であっても確実に検出することができる。更に、プリント基板に比べて安価に製作することができるため、判別装置の低コスト化を図ることも可能となる。なお、板状の材料２０は、フレキシブル基板を上記構造に加工して作成すると、電極の電位が異なる場合にも適用できる。
【００２３】
次に、第２の実施の形態における紙葉類判別センサの構成について説明する。第１の実施の形態は、全電極を同電位で接続するセンサとして提供されるのが望ましいが、第２の実施の形態は、個々の電極を異なる電位で接続して駆動制御するこが可能なセンサとして提供される。第２の実施の形態では、センサ本体に埋設された各電極の電極ピンを個々に接触接続すると共に、個々の接続部が電極ピンと接触を保ちながら、センサ本体側の膨張によって電極ピンに加わる力を逃す接合部材を備え、この接合部材を介してセンサ本体と配線部材とを接続する構成としている。
【００２４】
図８は、第２の実施の形態における紙葉類判別センサの第１の構成例を斜視図で示している。本例では、センサ本体１０とプリント基板等の配線部材５０との間に、電極の電極ピン１２の形状に係合する環状の接触面を有するピン状の導電材３１を有する接合部材３０（ソケット状の部材）を設け、センサ本体１０と配線部材５０との熱膨張の差を上記接合部材３０を介して吸収するようにしている。図８の例は、センサ本体から突設している各電極ピン１２を緩い堅さでピン接合する雌のピン３１を有するソケットを接合部材３０として用いた例である。図９の模式図に示すように、雌のピン３１は、電極ピン１２を挿入する方向の反対側が半田付け用の部分となるように接続面が形成されており、電極１１の電極ピン１２は、雌のピン３１の穴に挿入されて嵌着される。この雌のピン３１は、穴の内部に板バネ状のツメ３１ａが設けられており、その板バネ状のツメの部分で電極ピン１２と接触するようになっている。そして、プリント基板５０の孔を貫通した雌のピン３１の頭部がプリント基板５０に半田付けされて固着される。このようにしてプリント基板５０にセンサ本体１０が取付けられた状態においても、プリント基板５０と電極ピン１２とは、雌のピン３１を介して緩い堅さの接合状態となっている。すなわち、本例では、電極ピンの環状の接触面での接触を保ちながら、雌のピン３１の内壁部分に設けた板バネ状のツメの弾性力によって電極に対する水平方向（導電材の熱膨張の方向）の力を逃す構造となっている。
【００２５】
このように、電極の電極ピンを緩い堅さのピン接合により接続するソケットを介在させて配線部材と接続することで、センサ本体とプリント基板等の配線部材との熱膨張の差がソケット（接合部の板バネ状のツメの弾性力）によって吸収されるため、各対向電極間の距離を常に一定に保持することが可能となる。また、ソケットの接合部分（本例では雌のピン）を配線部材側に予め設けておく構成としても良い。
【００２６】
図１０は、第２の実施の形態における紙葉類判別センサの第２の構成例を側面図で示している。本例では、センサ本体１０とプリント基板等の配線部材５０との間に、電極の電極ピン１２の形状に係合する接触面を有する板バネ状の導電材を接合部材（バネ状コネクタ）４０として設け、センサ本体１０とプリント基板５０との熱膨張の差を上記接合部材４０を介して吸収するようにしている。弾性力を有するバネ状の導電材は、嵌合時に湾曲して面接触する面状の接触部を有する。本実施の形態において、バネ状の導電材は、千鳥足状に前段，後段の２列（若しくは２列以上）に配列された各電極の電極ピン１２が嵌合するように、プリント基板５０側の下面（センサ本体１０側の面）に配設されている。なお、バネ状の導電材は、板バネの他、螺旋状のバネでも良い。
【００２７】
図１１は、紙葉類判別装置の筐体内部を上から見た平面図であり、センサ本体１０にプリント基板を取付けていない状態では、同図のようになっている。この図を参照して、センサ本体と、図１０に示したバネ状コネクタ４０を有する基板の装着形態の一例を説明する。図１１において、まず、センサ本体（本例では静電容量ラインセンサ）１０は、筐体６０に設けられている凹凸状に形成されたセンサ装着部６１に嵌入され、センサ本体の両端側に形成されている位置決めピン１４をセンサ固定部材６２で拘持して固定されることによって所定の位置に装着される。図１０のバネ状コネクタ４０が設けられたプリント基板５０は、図１１中の筐体６０の所定位置に設けられている識別台板６３にネジ止めする等により取着されることで、図１０中に示すプリント基板５０に設けた個々の板バネ４０と電極ピン１２とがそれぞれ接合される。
【００２８】
このように、バネ状コネクタ４０介在させることで、前述のピン接合による例と同様に、センサ本体と配線部材との熱膨張の差がコネクタ部分で吸収され、各対向電極間の距離が常に一定に保持され、紙葉類の通過時に検出した容量検出出力が安定し、正確なテープ等の検出が行えるようになる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態では、容量検出ブリッジ回路を構成する対向設置型の静電容量ラインセンサに適用した場合を例として説明したが、樹脂や基板に取付けているラインセンサや２次元エリアセンサ等にも適用することができる。また、電極の端子部は、ピン状のものを例として説明したが、端子部の形状に限定されることなく、本発明を適用することができる。また、温度の変化に限らず、温度に依存しないセンサの変形に対しても有効である。さらに、センサユニットを対向させず、片方のみのセンサユニット配置に対しても有効である。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、電極の端子部を固定する側の材料との熱膨張率の違いがあっても、センサが反ることが抑えられる。従って、対向配置したセンサ間距離が広くなったり狭くなったりすることが抑えられるので、紙幣通過時に検出した容量検出出力が安定し、正確なテープ検出が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る紙葉類判別センサのセンサ本体部の構造例を示す外観図である。
【図２】電極の一例を示す側面図である。
【図３】対向電極の電極配置例を示す構造図である。
【図４】第１の実施の形態における紙葉類判別センサの構成の一例を示す側面構造図である。
【図５】図４中の導電体部の形状の第１の例を示す平面図である。
【図６】図４中の導電体部の形状の第２の例を示す平面図である。
【図７】本発明に係る紙葉類判別センサの出力特性を従来のセンサと比較して示す図である。
【図８】第２の実施の形態における紙葉類判別センサの第１の構成例を示す斜視図である。
【図９】センサ本体とプリント基板とをソケットを介して結合する態様を示す模式図である。
【図１０】第２の実施の形態における紙葉類判別センサの第２の構成例を模式的に示す側面構造図である。
【図１１】紙葉類判別装置の筐体内部を模式的に示す平面図である。
【図１２】一般的な静電容量検出センサにおける温度環境の変化とセンサの形状変化との関係を示す模式図である。
【図１３】一般的な静電容量検出センサにおける温度環境の変化と媒体検出信号の波形との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１  紙幣
２  搬送ローラ
１０（１０ａ，１０ｂ）  センサ本体
１１（１１ａ，１１ｂ）  電極（対向電極）
１２  電極の端子（電極ピン）
１３  誘電体
２０  板状の材料（金属板）
２１  連結孔
３０  接合部材（ソケット）
３１  ピン状の導電材（雌のピン）
４０  接合部材（バネ状コネクタ）
５０  配線部材（プリント基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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