JPH0684040A - 金属体弁別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属体の材質、形状、大きさ等を磁気的な原
理によって弁別する簡素な構造で検出精度の優れた金属
体弁別装置を提供することを目的とする。 【構成】 環状に巻装したコイルと共に共振作用によっ
て発振動作する発振回路を備えることにより、コイルに
磁力線を発生せ、該コイルの中空内に金属体を相対的に
移動させることにより、該磁力線によって金属体に発生
するうず電流の作用で該コイルのインピーダンス及びイ
ンダクタンスの変化に伴う発振信号の周波数及び振幅の
変化を該金属体の特徴パラメータとして検出する。又、
同様の発振回路を構成する２以上のコイルを所定間隔で
配置し、金属体が時間ずれを伴ってこれらのコイルを通
過することによる位相差を有する各発振信号から金属体
の大きさを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属製品、金属部品や
硬貨等の金属体の材質、形状、大きさ等を磁気的な原理
によって弁別する金属体弁別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような金属体弁別センサは、
例えば電子検銭装置の硬貨判別に使用される場合が知ら
れており、特開昭５９−１７８５９２号、特開昭５７−
９８０８９号、特公平１−２５０３０号、国際公開ＷＯ
８６／００４１０、ＵＳＰ４４６２５１３、ＵＳＰ４４
９３４１１、ＵＳＰ４８４５９９４、ＵＳＰ４６０１３
８０等に開示されている。

【０００３】これら従来の電子検銭装置の一典型例を図
１５〜図１９と共に説明する。まず、図１５において、
硬貨投入口から投入された硬貨１は、前方Ａに傾斜した
ガイドレール２に沿って電子検銭装置内を転がり移動す
る。このガイドレール２は検銭対象の硬貨の厚さを考慮
した幅に形成され、又、硬貨が滑らかに転動するように
前方の傾斜角を調整したり、転動面を平坦にする等の処
置がなされている。又、ガイドレール２の面に対して立
設する側壁３とこの側壁３に対向する側板（点線にて示
す）４によって硬貨１の横方向への移動を規制して、硬
貨１をガイドレール２から脱落しないように転動させて
いる。

【０００４】更に、硬貨１がガイドレール２に沿って転
動する際に、硬貨１が自重によって常に側壁３の面を摺
動するように、側壁３が背面側へ若干傾斜している。側
壁３の途中には検出コイル５，６が埋設され、側板４に
は検出コイル５に対向する位置に検出コイル７が埋設さ
れている。尚、検出コイル５，７は硬貨１が通過すると
その略中心部に相対向するような位置関係で設けられ、
検出コイル６は硬貨１の周縁部分に対向する位置関係で
設けられている。

【０００５】ここで、検出コイル５〜７が従来の金属体
弁別センサに該当し、夫々が図１６に示すように、キャ
ップ状のフェライトコア（ポットコア）８の内側の突起
部９に銅線１０を惓装した構造をしており、突起部９を
硬貨１の通路側に向けて側壁３と側板４に埋設されてい
る。更に、各検出コイル５，６，７は、例えば図１７に
示すようなブリッジ回路と組み合わせた検出回路で硬貨
１を検出する。即ち、所定周波数の発振回路１１に対し
て予め決められた値の抵抗ｒ１，ｒ２と、適宜の値に設
定した調整用抵抗Ｒ１と調整用コイルＬ１が接続すると
共に、ブリッジ回路の一辺に検出コイルＬ０（検出コイ
ル５，６，７に相当する）が接続され、所定の出力接点
から検出信号Ｓを出力させる。

【０００６】したがって、図１８に示すように発振回路
１１によって駆動された検出コイル５，６，７は、硬貨
１の通路側に所定の磁束密度の磁力線（図中、点線で示
す）を発生し、これらの磁力線中を硬貨１が横切るとき
に硬貨１中に生じるうず電流の影響によって生じる検出
コイル５，６，７のインダクタンス及びインピーダスの
変化で、ブリッジ回路が平衡状態となることにより、硬
貨１の特徴を示す検出信号Ｓを発生する。尚、検出コイ
ル５と７は相対向することによって一組の磁気回路（図
１７のインダクタンスＬ０に相当する）を構成して、硬
貨１の通路を垂直に横切る磁力線を発生させ、この磁力
線内を硬貨１が通過することによって検出する。一方、
検出コイル６は図１８に示すように、硬貨１の通路の一
方側に磁力線を発生し、硬貨１は一側から磁力線の影響
を受けるようになっている。

【０００７】次に、この装置の検銭動作を図１９に基づ
いて説明する。尚、図１９はガイドレール２に対して所
定位置に配置された一対の検出センサ５，７に対して硬
貨１がガイドレール２に沿って前方向Ａに向けて転動し
たときに、検出回路から出力される検出信号Ｓが硬貨１
と検出センサ５，７との相対位置の変化に応じて変化す
ることを示している。

【０００８】ある時点ｔ１のように、硬貨１がこれらの
検出センサから離れているときは、図１７のブリッジ回
路は平衡状態にないので、発振器１１の出力信号と等し
い周波数ｆ且つ等しい振幅Ｈの検出信号Ｓ〔図１９
（ａ）参照〕が発生する。次に、時点ｔ２に示すよう
に、硬貨１の先端部分が検出コイル５，７の間に進入す
ると、磁力線の影響によってその進入部分にうず電流が
発生することによるブリッジ回路のインダクタンスＬ０
の変化に伴って、検出信号Ｓの振幅が変化する〔同図
（ｂ）参照〕。そして、硬貨１が更に検出コイル５，７
の間に進入していくと、うず電流の発生も次第に大きく
なり、その変化に応じて検出信号Ｓの振幅も変化してい
く。

【０００９】次に、時点ｔ３に示すように、硬貨１の中
心部分が検出コイル５，７の中心部分に一致すると、硬
貨１中に発生するうず電流が最大となり、調整用抵抗Ｒ
１とコイルＬ１に一致して検出信号Ｓの振幅は最小にな
る〔同図（ｃ）参照〕。そして、逆に硬貨１が検出コイ
ル５，７から外れていくと、同図（ｂ）に示すのと同様
に、検出信号Ｓの振幅が大きくなっていき、更に、硬貨
１が検出コイル５，７から完全に離れた時点ｔ４の以後
は、検出コイル５，７による磁力線が硬貨１による影響
を徐々に受けなくなって、最終的には検出信号Ｓの振幅
は同図（ａ）に示すのと同様に、発振回路１１の出力信
号に近づく。

【００１０】一方、検出コイル６に係わる検出回路もこ
れと同様に、検出コイル６と硬貨１のオーバーラップす
る面積に応じて変化する検出信号ｓを出力する。そし
て、これらの検出信号Ｓ，ｓを信号解析して、検出信号
Ｓ，ｓの変化パターンや最小振幅の値から、貨幣の直
径、厚さ、材質及び変形状態等を判断して、金種や疑似
硬貨等を判定する。

【００１１】尚、検出コイル５，７に係わる検出回路か
ら出力される検出信号Ｓは硬貨の大きさや材質、厚さを
判断するのに有効な信号であり、検出コイル６に係わる
検出回路から出力される検出信号ｓは硬貨の厚さや直径
を判断するのに有効である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな検出コイルから成る金属体弁別センサ及びそれを使
用した検銭装置等の金属体弁別装置にあっては、次のよ
うな問題点があった。硬貨等の金属体は、ガイドレール
を転がりながら検出コイルの前面を移動する構造となっ
ているが、装置の設置環境や時間経過に伴ってガイドレ
ールに塵や埃が付着し、金属体がガイドレール上を滑ら
かに転動せず、飛び跳ねながら移動した場合には、金属
体と検出コイルの対向位置関係が正規の状態からずれ、
検出信号が歪むこととなり、判定に誤差を生ずる問題が
あった。即ち、ガイドレールは、硬貨等の金属体を移動
させるための基準面であり、この基準面から金属体が位
置ずれを起こすと、精度の良い測定を行う事ができない
という原理的な欠点があった。

【００１３】したがって、例えば定期的に装置内を清掃
する等の保守管理が煩雑となり、又、清浄装置等を別途
設ける必要があった。更に、硬貨等をガイドレールに沿
って滑らかに移動させ且つ、硬貨等が検出コイルを通過
するときにその通過ラインを一定にして両者間の距離に
ついて一定の条件で安定させるために側壁３に摺動させ
る必要あるが、このためには、ガイドレール２の前方へ
の傾斜角と側壁３の背面側への傾斜角を微妙に調整する
必要があり、又、ガイドレール２や側壁３の材質の違い
によっても硬貨等の移動特性が変化するので、調整が必
要となる。

【００１４】又、各検出コイルが発生する磁力線の強度
は、図１８に示す相対向する検出コイル５，７では対向
間隔の違いで差が出るので、側壁３と側板４の組み付け
精度を一定に保つ必要があり、又、側壁３と側板４への
検出コイル５，７の埋設精度を向上させるという機械的
精度の向上が要求される。しかし、このような機械的精
度を一定に保つことは困難であり、頻繁に調整を行う必
要があった。特に、変形硬貨等が途中で詰まりを生じた
場合には、側板４を外してからその貨幣等を除去する等
の処置を行う構造となっているので、側壁３と側板４の
組み付け精度は次第に低下する傾向を示し、このような
機械的精度の低下が検出信号の特性に直接影響すること
から絶対的な測定精度が低かった。又、例えば日本の硬
貨を弁別する検銭装置では一般的に４種類程度に止まっ
ている。これは、特開昭６１−２６２９９０号広報の第
８図に明らかなように、各金種毎に調整素子、差動増幅
器、比較器を必要とするからである。

【００１５】このように、従来の金属体弁別センサを使
用して検銭装置等の金属体弁別装置を実現した場合、検
出精度を向上するためには、装置の機械的精度の向上が
極めて重要となり、各装置について個々に調整したり、
保守管理が煩雑である等の解決すべき問題点が数多くあ
った。本発明はこのような従来の課題に鑑みて成された
ものであり、このような金属体弁別装置に適用すると、
飛躍的な検出精度の向上を図ることができ、且つ構造が
簡素で安価、しかも機械的な保守を殆ど不要にすること
ができる新規な金属体弁別装置を提供することを目的と
する。

【００１６】更に、本発明は、簡単な回路構成で多金種
に対応することができる硬貨判別用の金属体弁別装置を
提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、測定すべき金属体を磁気的に弁別す
る金属体弁別装置を対象とする。そして、この金属体弁
別装置は、環状に巻装したコイルと共に共振作用によっ
て発振動作する発振回路と、該発振回路に発生する交流
信号の周波数を検出する周波数検出回路と、該交流信号
の包絡線検波を行う検波回路を備え、該コイルの中空内
に金属体を相対的に移動させることにより、該磁力線に
よって金属体に発生するうず電流の作用でコイルのイン
ピーダンス及びインダクタンスが変化するのに伴う上記
交流信号の周波数及び振幅の変化を上記周波数検出回路
と検波回路で検出し、周波数の変化から金属体の材質、
包絡線振幅の変化から金属体の形状を判定するようにし
た。

【００１８】又、環状に巻装した少なくとも２以上のコ
イルを、相互に隣合うコイル同士が所定間隔で平行とな
るように配置し、夫々のコイルに共に共振作用によって
発振動作する発振回路と、該発振回路に発生する交流信
号の周波数を検出する周波数検出回路と、該交流信号の
包絡線検波を行う検波回路を備え、これらのコイルの中
空内に金属体を相対的に移動させることにより、夫々の
コイルに発生する磁力線によって金属体に発生するうず
電流の作用で各コイルのインピーダンス及びインダクタ
ンスが変化するのに伴う上記交流信号の周波数及び振幅
の変化を上記夫々の周波数検出回路と検波回路で検出
し、各コイルの配置をずらしたことにより各周波数検出
回路と検波回路から位相のずれを伴って出力される上記
夫々の信号を複合的に解析することにより、金属体の材
質、形状を判定するようにした。

【００１９】

【作用】このような構造を有する金属体弁別装置は、前
記コイルの中空内に発生する磁力線の磁束密度は均一と
なり、その均一な磁力線中に被測定物である金属体を挿
入或いは貫通等により移動させるので、コイルと金属体
の相対的な位置ずれがあっても測定精度に影響を与え
ず、安定的に高い測定精度が得られる。

【００２０】したがって、従来の検出コイルを使用した
場合のように、金属体と該検出用のコイルの相対的な位
置関係が測定精度に直接影響するような欠点がなく、単
に、本発明の金属体弁別センサの前記コイルの中空内に
測定すべき金属体を移動するだけで高い測定精度が得ら
れる。例えば、コイルの中空内に測定すべき金属体を落
下させるだけで高い測定精度が得られる。

【００２１】即ち、従来例で述べた検銭装置のガイドレ
ール等のような、金属体とコイルの相対位置関係を一定
にするための手段や、金属体を安定に移動させるために
ガイドレールの傾斜を微妙に調整する等の手段は全く不
要となる。そして、この金属体センサとしてのコイルは
構造が極めて簡素且つ安価で、更に機械的調整部分が殆
ど無く、環境の相違等にも影響されないのでメインテナ
ンスフリーを実現できる。

【００２２】又、コイルのインピーダンスおよびインダ
クタンスの変化として金属体の特徴パラメータを抽出す
るための回路が極めて簡素であり、金属体センサと併せ
ても極めて簡素且つ小型・軽量化を実現することができ
る。更に、２以上のコイルを金属体の通過経路に沿って
所定間隔で配置した場合には、前記相互に隣合うコイル
同士の間隔を被測定物である金属体の直径等の大きさに
対して所定の間隔に設定して測定を行うと、夫々のコイ
ル内を金属体が通過するとき、夫々のコイルのインダク
タンス及びインピーダンスの変化による検出信号の変化
が時間的に位相のずれをもって発生することとなり、こ
れらの検出信号のずれから金属体の直径等の大きさを識
別することができる。

【００２３】尚、コイルの巻装によって該コイルの中空
内にできる中空部分の形状は、被測定物である金属体の
形状等によって必要に応じて適宜に変更されるものであ
り、この中空部分の全ての形状については本発明に含ま
れるものである。但し、中空部分は、金属体がその中空
部分を通過するのに必要な最小限の面積且つ形状にする
ことが、測定精度の向上を図る上で好ましい。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。まず、図１に基づいて、一実施例の金属体弁別セン
サの構造を説明する。２０は硬貨等の金属体２１を貫通
させる中空孔２２を有し、プラスチック等で成型された
筒体である。筒体２０の外側壁には、一対のフランジ部
２３，２４が所定間隔Ｗ１で略平行に一体形成されてい
る。

【００２５】２５はコイルであり、フランジ部２３，２
４に挟まれた筒体２０の外側壁に、絶縁被覆された比較
的細い銅線を所定の巻数Ｔだけ巻装することによって形
成され、銅線の両端２６，２７が外部に延びている。２
８はフェライト等で形成されたコ字状のコアであり、凹
部がフランジ部２３，２４の外側壁に嵌合することによ
って組み付けられている。又、同図には、分解した状態
で示してあるが、コア２８と同一材質且つ形状のコア２
９が、コア２８と同様にフランジ部２３，２４の外側壁
に嵌合することによって、コア２８，２９が相互に対向
して組み付けられている。

【００２６】ここで、中空孔２２の形状は、被測定物で
ある金属体２１の径方向の断面ＡＲ（図中、斜線で示
す）より若干大きい相似形に設計されている。したがっ
て、図２に示すように、金属体２１は若干の隙間を開け
て中空孔２２を通過することができるようになってい
る。但し、この中空孔２２は、金属体２１をコイル２５
の内側に通過させるために設けられたものであり、金属
体２１が中空孔２２内を通過する際に、コイル２５に対
する金属体２１の通過位置を高い機械精度で規定するた
めに設けられたものではなく、単に金属体２１を案内す
るために設けられている。

【００２７】そして、この金属体弁別センサは、コイル
２５の巻線の両端２６，２７間に後述する交流信号を供
給し、図３の原理図に示すように、コイル２５に予め所
定の磁束密度の磁力線２５ａを発生させ、金属体２１を
中空孔２２内に通過させることで磁力線２５ａの作用を
受けるように使用する。このように使用するための検出
回路を図４と共に説明する。図４において、コイル２５
の両端２６，２７間にコンデンサＣ１，Ｃ２が直列に接
続し、更に、端子２６が比較器３０の非反転入力接点に
接続している。比較器３０は所定電圧の電源で作動し、
反転入力接点はアース接点に接続し、比較器３０の出力
接点は帰還抵抗Ｒｆを介してコンデンサＣ１，Ｃ２の共
通接続接点Ｐに接続している。

【００２８】尚、コイル２５のインダクタンス及びイン
ピーダンスは、金属体２１が通過するとその金属体２１
に発生するうず電流の影響によって変化するので、図
中、このインピーダンスの変化を符号Ｒで等価的に示し
ている。又、コイル２５のインダクタンス（Ｌ）は理論
的に次式の関係に従って変化する。

【００２９】

【数１】

【００３０】これらの比較器３０、コンデンサＣ１，Ｃ
２、抵抗Ｒｆ及びコイル２５ら成る回路はコルピッツ型
の発振回路を構成しており、コンデンサＣ１，Ｃ２及び
コイル２５から成る同調回路の回路定数で決まる周波数
及び振幅の交流信号Ｓ１が発生することとなる。そし
て、コイル２５が発生する磁力線中を金属体２１が通過
するときのインダクタンス及びインピーダンスＲの変化
に応じて、交流信号Ｓ１の周波数が変化する。尚、信号
Ｓ１の周波数は、金属体２１の透磁率に応じて変化する
の特性がある。

【００３１】３２は周波数検出回路であり、端子２６に
現れる信号Ｓ１の周波数を検出して信号Ｓ１と等しい周
波数の矩形信号Ｄｆを出力端子３３に出力する。３４は
包絡線検波回路であり、信号Ｓ１の正の振幅を包絡線を
検波して、その包絡線信号ＳＬを出力端子３５に出力す
る。次に、図４に示す回路を適用した場合の動作を図５
に基づいて説明する。尚、図５は、図５（ａ）に示すよ
うに弁別センサのコイル２５の中空部２２内を硬貨等の
金属体２１が矢印Ａに沿って貫通する場合に、同調回路
に発生する信号Ｓ１と、出力端子３３に出力される信号
Ｄｆ、出力端子３５に出力される信号ＳＬが変化するこ
とを示す。

【００３２】ある時点ｔ１以前のように、金属体２１が
コイル２５から離れているときは、磁力線の影響を受け
ないので、コイル２５にインダクタンス及びインピーダ
ンスＲの変化の無い状態での一定周波数及び振幅の信号
Ｓ１が発生する。したがって、検波回路３４から出力さ
れる信号ＳＬは一定振幅Ｈ２のままとなり、同様に、周
波数検出回路３２の出力信号Ｄｆは一定周波数の矩形信
号となって現れる。

【００３３】そして、ある時点ｔ２に示すように、金属
体２１の先端部分がコイル２５の中空部分に挿入する
と、磁力線の影響によってその先端部分にうず電流が発
生し、同時にコイル２５のインダクタンス及びインピー
ダスＲが変化して、信号Ｓ１の周波数及び振幅が変化す
る。特に、周波数の変化は金属体２１の透磁率に影響さ
れ、振幅は金属体２１の先端部分とコイル２５の重なり
部分の断面積に影響される特性がある。

【００３４】更に、金属体２１がコイル２５の中空部内
に進入していくと、うず電流の発生も次第に大きくな
り、その変化に応じて信号Ｓ１の周波数及び振幅の変化
も大きくなっていく。そして、この信号Ｓ１の変化に応
じて、出力信号ＳＬの振幅も減少していき、出力信号Ｄ
ｆの周波数も変化していく。尚、この実施例では、透磁
率が空気よりも高い材質の金属体２１で実験した場合を
示し、このような場合には、金属体２１とコイル２５の
重なり合う面積が大きくなるほど信号Ｓ１の周波数が低
くなる。（逆に透磁率が空気よりも低い材質の金属体２
１で実験した場合には、金属体２１とコイル２５の重な
り合う面積が大きくなるほど信号Ｓ１の周波数が高くな
る。）次に、時点ｔ３に示すように、金属体２１の中心
部分がコイル２５の中心部分に一致すると、金属体２１
は空気よりも透磁率の高い材質であるので、金属体２１
中に発生するうず電流が最大となり、信号Ｓ１，ＳＬの
振幅は最小になり、出力信号Ｄｆの周波数は最低とな
る。

【００３５】そして、時点ｔ３ないしｔ５に示すよう
に、逆に金属体２１がコイル２５から外れていくと、信
号Ｓ１の周波数及び振幅も次第に元に戻るように変化
し、金属体２１がコイル２５から完全に離れると、信号
Ｓ１は元の周波数及び振幅（例えば、時点ｔ１の周波数
及び振幅）に復帰する。このように、出力信号ＳＬの振
幅の変化と出力信号Ｄｆの周波数の変化は、金属体２１
の材質、及び断面積に応じて変化し、これらの信号を所
定の信号処理回路（図示せず）で解析することにより、
金属媒体２１の大きさや厚さ等の形状面での特定と、透
磁率等の材質面での特定を行うことができ、検銭装置な
どに適用することができる。

【００３６】即ち、出力信号ＳＬの振幅は、図６に示す
ように、金属体２１の断面積が大きいほど小さくなり、
又、金属体２１の透磁率が大きい程周波数が下降する特
性を示す。したがって、図５（ｃ）に示すように、信号
ＳＬの最小振幅Ｈ１と最大振幅Ｈ２の差は、硬貨の直径
や厚さに対して高い精度で比例しており、信号ＳＬの振
幅の変化から硬貨の選別を形状の面から実現することが
できる。又、図５（ｄ）に示す信号Ｄｆの周波数の変化
は、硬貨の透磁率に対して高い相関関係があるので、こ
の周波数の変化を調べることにより、材質面から硬貨を
選別することができる。又、これらの検出データを複合
的に処理することにより、更に精度の高い弁別処理を実
現することができる。

【００３７】このように、この実施例による金属体弁別
装置は、極めて簡素な構成であるが、交流信号によって
発生する磁力線の磁束密度が最も安定化しているコイル
の中空部分内に測定すべき金属体を通過させ、金属体に
発生するうず電流の変化に起因するコイルのインダクン
ス及びインピーダスの変化から金属体の形状及び材質を
識別するようにしたので、従来の検出センサによって金
属体を識別するよりも飛躍的に測定精度が向上する。

【００３８】又、この磁束密度が均一なコイルの中空部
分に金属体を通過させる場合に、中空部分におけるコイ
ルと金属体の位置関係の機械的精度は、測定精度に影響
を与えない。単に、コイルの中空部分内に金属体を通過
させるだけでよく、従来のようなガイドレールを基準面
として設ける等の必要が無い。そして、この実施例の弁
別センサのコイルと共に共振作用する発振器と、周波数
検出回路及び検波回路という簡素な構成の検出回路によ
って、金属体を特定するのに必要な複数の特徴パラメー
タを検出するので、検銭装置その他の金属体弁別装置を
構成する場合に、装置全体を簡素化して軽量化や小型化
を実現することができ、更に、調整箇所が無いので、修
理や調整等を大幅に低減することができる。

【００３９】更に、図８（ａ）に示すように、日本で使
用される５円、５０円硬貨のように、中央部分に穴を有
する金属体を弁別する場合、ある時点ｔａでコイル２５
の中心がこの穴と重なり合うと、図８（ｂ）に示すよう
に、出力信号ＳＬの振幅が低下した谷状の部分に山状の
振幅が現れ、この山状の振幅の大きさと時間幅から上記
の穴の有無や大きさを判定することができる。このよう
に、単に金属体の外形だけを測定するのではなく、内側
に加工された形状をも測定することができ、形状の異な
る多種類の金属体を弁別することが可能である。

【００４０】尚、この実施例では、図１に示すように、
コイル２５にコア２８，２９を設けたが、これらのコア
２８，２９は、外部磁界の影響を受けないようにするた
めに設けられたものであり、外部からの磁界の影響を受
けない装置に使用する場合にはこれらのコアを省略して
もよい。次に、他の実施例を説明する。この実施例は、
図９に示すように、上記実施例で示した構成の検出回路
を２回路組み合わせた構成を有している。即ち、図９に
おいて、４０は硬貨等の金属体４１を貫通させる中空孔
４２を有し、プラスチック等で成型された筒体である。

【００４１】筒体４０の外側壁には、一対のフランジ部
４３，４４が所定間隔Ｗ１で対向するように一体形成さ
れ、これらフランジ部４３，４４に挟まれた筒体４０の
外側壁に、絶縁被覆された比較的細い銅線を所定の巻数
Ｔだけ巻装することによって第１のコイル４５が形成さ
れ、その銅線の両端４６，４７が外部に延びている。更
に、第１のコイル４５と等しい構造を有する第２のコイ
ル５０が所定の間隔を隔てて筒体４０に設けられてい
る。即ち、フランジ部４４から所定の間隔Ｗ２を隔てて
フランジ部４８が設けられ、更に、所定間隔Ｗ１隔てて
フランジ部４９が形成され、これら一対のフランジ部４
８，４９に挟まれた筒体４０の外側壁に、絶縁被覆され
た比較的細い銅線を所定の巻数Ｔだけ巻装することによ
って第２のコイル５０が形成され、そして銅線の両端５
１，５２が外部に延びている。

【００４２】５３，５４は夫々別体であるが同一形状を
したはフェライト等で形成されたコ字状のコアであり、
コア５３の凹部がフランジ部４３，４４の外側壁に嵌合
することによって組み付けられ、コア５４の凹部がフラ
ンジ部４８，４９の外側壁に嵌合することによって組み
付けられている。又、同図には、分解した状態で示して
あるが、コア５３と同一材質且つ形状のコア５５が、コ
ア５３と同様にフランジ部４３，４４の外側壁に嵌合
し、コア５４と同一材質且つ形状のコア５６が、コア５
４と同様にフランジ部４８，４９の外側壁に嵌合してい
る。

【００４３】ここで、間隔Ｗ２は、検銭装置のように直
径の異なる各種の金属体を弁別するための装置に使用す
る場合には、最も直径の小さな金属体のその直径とほぼ
等しい間隔に設定する。例えば日本向けの検銭装置で
は、日本国内で使用される１円玉、５円玉、１０円玉、
５０円玉、１００円玉そして５００円玉の内、最も直径
の小さな１円玉の直径とほぼ等しい間隔に設定する。

【００４４】又、中空孔４２の形状は、被測定物である
金属体４１の径方向の断面ＡＲ（図中、斜線で示す）よ
り若干大きい相似形に設計されている。したがって、図
１０に示すように、金属体４１は若干の隙間を開けて中
空孔４２を通過することができるようになっている。但
し、この中空孔４２は、金属体４１をコイル４５，５０
の内側に通過させるために設けられたものであり、金属
体４１が中空孔４２内を通過する際に、コイル４５，５
０に対する金属体４１の通過位置を高い機械精度で規定
するために設けられたものではなく、単に金属体４１を
案内するために設けられている。

【００４５】そして、この金属体弁別装置は、図４に示
したのと同じ構成の検出回路がコイル４５と５０に夫々
接続することによって２系統の検出回路を具備し、図１
１の原理図に示すように、各コイル４５，５０に磁力線
４５ａ，５０ａを発生させ、これらの磁力線４５ａ，５
０ａ中に金属体４１を通過させる。尚、図１２は、コイ
ル４５，５０に接続される回路を示し、符号Ｒ１はコイ
ル５０が発生する磁力線中を金属体４１が通過するとき
に金属体４１に発生するうず電流の影響によってコイル
５０のインピーダンスが変化する変化分を等価的に示
し、符号Ｒ２はコイル４５が発生する磁力線中を金属体
４１が通過するときに金属体４１に発生するうず電流の
影響によってコイル４５のインピーダンスが変化する変
化分を等価的に示している。又、夫々のコイル４５，５
０のインダクタンスは前記式（１）に示す如く変化す
る。又、第１の検出回路と図４の検出回路の対応関係に
ある構成要素を添字ｘを付した同一符号で示し、第２の
検出回路と図４の検出回路の対応関係にある構成要素を
添字ｙを付した同一符号で示す。

【００４６】次に、かかる金属体弁別装置の動作を説明
する。尚、図１３は、図１３（ａ）に示すように弁別セ
ンサのコイル４５，５０の中空部内を硬貨等の金属体４
１が矢印Ａに沿って貫通する場合に、図１２の第１の検
出回路中に発生する交流信号Ｓ１ｘ，ＳＬx ，Ｄｆx
と、第２の検出回路中に発生する交流信号Ｓ１y ，ＳＬ
y ，Ｄｆy の変化を示す。

【００４７】ある時点ｔ１以前のように、金属体４１が
コイル５０，４５のいずれからも離れているときは、金
属体４１はいずれの磁力線の影響も受けない状態での各
コイル５０，４５のインダクタンスによって決まる周波
数及び振幅の信号Ｓ１ｘ，Ｓ１ｙが各検出回路に発生す
る〔図１３（ｂ）（ｃ）参照〕。それに伴って、検波回
路３４ｘ，３４ｙから出力される信号ＳＬｘ，ＳＬｙの
振幅も一定値となり、周波数検出回路３２ｘ，３２ｙか
ら出力される信号Ｄｆｘ，Ｄｆｙの周波数も一定とな
る。

【００４８】そして、ある時点ｔ２に示すように、金属
体４１の先端部分がコイル５０の中空部分に挿入する
と、磁力線の影響によってその先端部分にうず電流が発
生し、同時にコイル５０のインダクタンス及びインピー
ダスＲ１が変化して、信号Ｓ１ｘの周波数及び振幅が変
化し始め、同時に信号ＳＬｘの振幅が減少し、信号Ｄｆ
ｘの周波数も変化し始める。尚、透磁率が空気よりも高
い材質の金属体４１の場合には、図示するように、金属
体４１とコイル５０の重なり合う面積が大きくなるほど
信号Ｓ１ｘの周波数が低くなる。（逆に透磁率が空気よ
りも低い材質の金属体４１の場合には、金属体４１とコ
イル５０の重なり合う面積が大きくなるほど信号Ｓ１ｘ
の周波数が高くなる。） 更に、金属体４１がコイル５０の中空部内に進行してい
くと、うず電流の発生も次第に大きくなり、その変化に
応じて信号Ｓ１ｘの周波数及び振幅、信号ＳＬｘの包絡
線振幅、及び信号Ｄｆｘの周波数も変化していく。

【００４９】次に、時点ｔ３に示すように、金属体４１
の中心部分がコイル５０の中心部分に一致すると、金属
体４１中に発生するうず電流が最大となり、信号Ｓ１ｘ
とＤｆｘの振幅は最小に成ると同時に、信号Ｄｆｘの周
波数が最小となる。そして、時点ｔ３以後は、金属体４
１が次第にコイル５０から外れることにより、逆にこれ
らの信号Ｓ１ｘ，ＳＬｘ，Ｄｆｘの振幅と周波数は次第
に時点ｔ１の時のように復帰していく。

【００５０】次に、金属体４１が移動して、金属体４１
の先端部分がコイル４５に重なり合うと、コイル４５に
係わる第２の検出回路の信号Ｓ１ｙ，ＳＬｘ，Ｄｆｙの
振幅と周波数が変化し始める。そして、時点ｔ５に示す
ように、金属体４１の先端部分とコイル４５の重なり部
分と、その後端部分とコイル５０の重なり部分の面積が
等しくなると、信号ＳＬｘとＳＬｙの包絡線振幅（ΔＨ
で示す）が等しくなる。この実施例では、これらの信号
ＳＬｘとＳＬｙが丁度交差するようにして包絡線振幅が
等しくなったことを検知し、その時点での振幅ΔＨを検
出する。そして、図１４に示すように、この振幅ΔＨが
金属体４１の直径に反比例するという相関特性を有する
ので、予め参照テーブル等のメモリ回路（図示せず）に
この相関特性のデータを記憶しておき、このデータを振
幅ΔＨに対応して読出すことにより、金属体４１の直径
を判定している。

【００５１】更に、時点ｔ６のように、金属体４１がコ
イル５０から完全に離れた時点から以後は、第１の検出
回路の信号Ｓ１ｘ，ＳＬｘ，Ｄｆｘの振幅と周波数は時
点ｔ１の時と同じ状態に復帰する。一方、金属体４１が
コイル４５内に次第に進行していき、時点ｔ７に示すよ
うに、金属体４１とコイル４５の重なる部分が最大とな
ると、信号Ｓ１ｙの振幅が最小値となり、同時に周波数
も最低となる。これに伴って、第２の検出回路の信号Ｓ
Ｌｙの振幅が最小値Ｈ１となり、信号Ｄｆｙの周波数が
最低となる。

【００５２】そして、時点ｔ７以後は、金属体４１がコ
イル４５から次第に外れていくので、信号Ｓ１ｙ，ＳＬ
ｙの振幅が伸長していき、信号Ｄｆｙの周波数も時点ｔ
１のときの状態に復帰していき、時点ｔ８で金属体４１
がコイル４５から完全に外れた後は、信号Ｓ１ｙ，ＳＬ
ｆ，Ｄｆｙは時点ｔ１のときの状態に復帰する。このよ
うに、これらの信号Ｓ１ｘ，ＳＬｘ，Ｄｆｘ，Ｓ１ｙ，
ＳＬｙ，Ｄｆｙの振幅の変化や周波数の変化は金属体４
１の特徴を示しており、これらの信号を解析することに
よって、検銭装置その他の金属体弁別装置にに適用する
ことができる。

【００５３】特に、これらの信号Ｓ１ｘ，ＳＬｘの振幅
は、金属体４１の断面積ＡＲが大きいほど小さくなり、
又、信号Ｄｆｘ，Ｄｆｙの周波数は、金属体４１の透磁
率が大きい程上昇する特性を示す。したがって、図１３
（ｄ）に示すように、信号ＳＬｘ又はＳＬｙの最小振幅
Ｈ１と最大振幅Ｈ２の差は、金属体４１の断面積に対し
て高い精度で比例しており、金属体４１の選別を形状の
面から実現することができる。

【００５４】更に、図１３（ａ）（ｄ）の時点ｔ５に示
すように、金属体４１の両端がコイル５０と４５の間に
等しく重り合った時に、信号ＳＬｘ又はＳＬｙが交差す
るので、これの交差時点の振幅ΔＨから金属体４１の直
径を正確に検出することができる。又、図１３（ｅ）又
は図１３（ｆ）に示すように、信号ＳＬｘ又はＳＬｙが
最小振幅となったときの信号Ｄｆｘ又はＤｆｙの周波数
を検出することにより、金属体４１の透磁率を知ること
ができ、この周波数を調べることにより、材質面から金
属体４１を選別することができる。又、これらの検出デ
ータを複合的に処理することにより、更に精度の高い弁
別処理を実現することができる。

【００５５】この実施例によれば、図１ないし図８に示
した第１の実施例で得られる効果に加えて、更に、一対
のコイルの配置間隔Ｗ２を、弁別すべき複数種類の金属
体の内の最小直径のものと等しく設定し、これらのコイ
ルに接続する夫々の検出回路からの検波信号ＳＬｘ，Ｓ
Ｌｙの交差するときの振幅ΔＨを検出するようにしたこ
とにより、金属体の直径を高い精度で検出することがで
きる。このことは、種類の多い硬貨を選別するための検
銭装置に適用することにより、極めて精度の良い検銭装
置を実現する事ができる。

【００５６】尚、この実施例では、図９に示すように、
コア５３，５４，５５，５６を設けたが、これらのコア
は、外部磁界の影響や、コイル４５，５０相互間の磁力
線の影響を受けないようにするために設けられたもので
あり、外部からの磁界及びコイル４５，５０相互間の磁
力線の影響を受けない装置に使用する場合には、これら
のコアを省略してもよい。

【００５７】又、この実施例では、一対のコイル４５，
５０で構成した場合を示したが、２個に限定するもので
はなく、複数個のコイルを金属体の大きさとの関係で所
定間隔に設け、夫々のコイルを金属体が通過するときの
検出信号の変化を複合的に処理することにより、更に複
雑で精度の高い弁別センサを実現することができる。よ
って、本発明の技術は２以上のコイルを備える場合を全
て包含する。

【００５８】

【発明の効果】このように本発明の金属体弁別装置にあ
っては、環状に巻装したコイルに交流電流を印加するこ
とによって磁力線を発生させ、該コイルの中空内に金属
体を相対的に移動させることにより、該磁力線によって
金属体に発生するうず電流の作用でコイルのインピーダ
ンス及びインダクタンスを変化させ、これらのインピー
ダンス及びインダクタンスの変化に対応する交流信号の
変化を金属体の特徴パラメータとして検出するようにし
たので、構造が極めて簡素且つ安価、更に機械的調整部
分が無く、環境の相違等にも影響されないのでメインテ
ナンスフリーであることから、極めて広範囲の金属体弁
別装置への利用が可能である。

【００５９】更に、本発明によれば、コイル中心部の極
めて均一且つ安定した磁束密度の領域を利用して高度な
測定精度を維持することが可能であるため、その取付け
方向や金属体の流動速度に関して自由度が高く、縦・横
・斜面等の様々な角度で適宜に取付け可能な金属体弁別
装置等を実現することができる。又、２以上のコイルを
設け、相互に隣合うコイル同士の間隔を被測定物である
金属体の直径等の大きさに対して所定の間隔に設定して
測定を行うことで、夫々のコイル内を時間的なずれを持
って金属体が通過するときの夫々のコイルのインダクタ
ンス及びインピーダンスの変化が、検出信号には位相の
ずれとして発生することとなり、この位相のずれた検出
信号の周波数又は振幅の変化から金属体の直径等の大き
さを高い精度で識別することができる。

【００６０】尚、これらの実施例の説明中で、日本国の
硬貨を検銭する場合について述べたが、これらに限定さ
れるものではなく、他国の硬貨にも適用することができ
る。又、複数国の種類の異なる硬貨が混在する場合にも
高い精度で検銭することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の金属体弁別装置に使用される金属体
センサの構造を示す斜視図である。

【図２】一実施例の金属体弁別センサのコイルと金属体
との位置関係を示す説明図である。

【図３】一実施例の金属体弁別装置の測定原理を示す説
明図である。

【図４】一実施例の金属体弁別装置に適用される検出回
路を示す回路図である。

【図５】一実施例の金属体弁別装置の動作を説明するた
めの説明図である。

【図６】金属体弁別装置で検出した検出信号の特性を示
す説明図である。

【図７】金属体弁別装置で検出した検出信号の他の特性
を示す説明図である。

【図８】特殊形状の金属体を判別することを説明した説
明図である。

【図９】他の実施例の金属体弁別装置に使用される金属
体センサの構造を示す斜視図である。

【図１０】他の実施例の金属体弁別センサのコイルと金
属体の位置関係を示す説明図である。

【図１１】他の実施例の金属体弁別装置の測定原理を示
す説明図である。

【図１２】他の実施例の金属体弁別装置に適用される検
出回路を示す回路図である。

【図１３】他の実施例の金属体弁別装置の動作を説明す
るための説明図である。

【図１４】他の実施例の金属体弁別装置で検出した検出
信号の特性を示す説明図である。

【図１５】従来の検銭装置の構造を概略的に示す図であ
る。

【図１６】従来の検出センサの構造を示す斜視図であ
る。

【図１７】従来の検出センサを使用した検出回路を示す
回路図である。

【図１８】図１５の検銭装置の構造を上側から示した構
成説明図である。

【図１９】従来の検銭装置の動作を説明するための説明
図である。

【符号の説明】

２０，４０；筒体 ２１，４１；金属体 ２２、４２；中空孔 ２３，２４，４３，４４，４８，４９；フランジ部 ２５，４５，５０；コイル ２５ａ，４５ａ，５０ａ；磁力線 ２６，２７，４６，４７，５１，５２；コイルの巻線の
端部 ２８，２９，５３，５４，５５，５６；コア ３０，３０ｘ，３０ｙ；比較器 ３２，３２ｘ，３２ｙ；周波数検出回路 ３４，３４ｘ，３４ｙ；検波回路 Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１ｘ，Ｃ２ｘ，Ｃ１ｙ，Ｃ２ｙ；コンデ
ンサ Ｒｆ，Ｒｆｘ，Ｒｆｙ；帰還抵抗

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属体を磁気的に弁別する金属体弁別装
   置において、 環状に巻装したコイルと共に共振作用によって発振動作
   する発振回路と、 該発振回路に発生する交流信号の周波数を検出する周波
   数検出回路と、 該交流信号の包絡線検波を行う検波回路を備え、 該コイルの中空内に前記金属体を相対的に移動させるこ
   とにより、該コイルに発生する磁力線によって該金属体
   に発生するうず電流の作用でコイルのインピーダンス及
   びインダクタンスが変化するのに伴う上記交流信号の周
   波数及び振幅の変化を上記周波数検出回路と検波回路で
   検出し、周波数の変化から金属体の材質、包絡線振幅の
   変化から金属体の形状を判定することを特徴とする金属
   体弁別装置。
2. 【請求項２】 金属体を磁気的に弁別する金属体弁別装
   置において、 環状に巻装した少なくとも２以上のコイルを、相互に隣
   合うコイル同士が所定間隔で平行に配置し、 夫々のコイルに共に共振作用によって発振動作する発振
   回路と、 該発振回路に発生する交流信号の周波数を検出する周波
   数検出回路と、該交流信号の包絡線検波を行う検波回路
   を備え、 これらのコイルの中空内に前記金属体を相対的に移動さ
   せることにより、夫々のコイルに発生する磁力線によっ
   て該金属体に発生するうず電流の作用で各コイルのイン
   ピーダンス及びインダクタンスが変化するのに伴う上記
   交流信号の周波数及び振幅の変化を上記夫々の周波数検
   出回路と検波回路で検出し、 各コイルの配置をずらしたことにより各周波数検出回路
   と検波回路から位相のずれを伴って出力される上記夫々
   の信号の変化を解析することにより、金属体の材質、形
   状を判定することを特徴とする金属体弁別装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２の金属体弁別装置
   において、 前記金属体は硬貨であることを特徴とする検銭用の金属
   体弁別装置。