超聲傳感器及製造方法、包括超聲傳感器的紙幣處理裝置的製作方法

2023-08-06 18:29:06

專利名稱：超聲傳感器及製造方法、包括超聲傳感器的紙幣處理裝置的製作方法
技術領域：
此處描述的示例性實施方式涉及用於檢測超聲波的超聲傳感器的製造方法、超聲傳感器和包括超聲傳感器的紙幣處理裝置。
背景技術：
常規而言，用於對各種類型的片材進行計數和鑑別的片材處理裝置(紙幣處理裝置)已經被實際應用。片材處理裝置逐張地收取插入到插入埠中的片材，並將這些片材傳送到檢查設備。檢查設備對這些片材進行各種處理，並鑑別片材的狀態。例如，片材處理裝置可以基於檢查設備的檢查結果判定片材類型並判定紙幣的真偽。而且，片材處理裝置例如可以判定粘附有異物(例如膠帶)的片材不適於再流通。 例如，檢查設備可以向片材輻射超聲波，並通過檢測透射波或反射波來檢測是否存在異物， 例如粘附在片材上的膠帶。還已知一種使用超聲探針的技術，在該技術中，通過向物體輻射超聲波並接收反射回波來檢測物體的聲阻抗。片材處理裝置以預定的傳送速度來傳輸片材，並檢測所傳送的片材的特定特徵。 這樣，片材處理裝置執行對片材的檢查。因此，如果在片材處理裝置中使用上述超聲探針等，則必須使超聲探針的傳感器適合於該片材處理裝置。也就是說，必須製造具有解析度與片材處理裝置的規格相對應的傳感器的超聲探針。然而，如果所製造的超聲探針具有不同的解析度，則必須個別地組合壓電元件、聲匹配層和聲襯墊層(acoustic backing layer)。因此，當製造片材處理裝置中使用的超聲傳感器時，存在成本增加的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種製造超聲傳感器的方法、一種超聲傳感器和一種包括超聲傳感器的紙幣處理裝置，其中能夠容易地改變傳感器的解析度。根據一個實施方式，提供了一種超聲傳感器製造方法，該方法包括在具有相對側的壓電體的一側上形成第一導電層；在所述壓電體的另一側上形成第二導電層；在所述第一導電層上形成襯墊層(backing layer)；在所述第二導電層上形成大小與待檢測的所傳送物體的大小相對應的匹配層；以及設置穿過所述第一導電層、所述壓電體、所述第二導電層和所述匹配層的切口以形成多個通道，所述切口的深度從所述匹配層至少延伸至所述第一導電層。根據另一個實施方式，提供了一種超聲傳感器，包括具有相對側的壓電體；形成在所述壓電體的一側上的第一導電層；形成在所述壓電體的另一側上的第二導電層；形成在所述第一導電層上的襯墊層；形成在所述第二導電層上的預定大小的匹配層；和通過利用至少一個切口切割穿過所述匹配層、所述第一導電層、所述壓電體和所述第二導電層而形成的多個通道，該至少一個切口的深度從所述匹配層至少延伸到所述第一導電層。
根據另一個實施方式，提供了一種片材處理裝置，包括用於傳送片材的傳送部； 用於向所述片材發出超聲波的發射部，該發射部在與傳送方向垂直的方向上比所述片材的寬度更長；用於接收透射通過所述片材的超聲波的接收部，該接收部布置在與所述發射部相對的位置處，使得所述傳送部布置在所述發射部與所述接收部之間，所述接收部包括具有相對側的壓電體；形成在所述壓電體的一側上的第一導電層；形成在所述壓電體的另一側上的第二導電層；形成在所述第一導電層上的襯墊層；形成在所述第二導電層上的預定大小的匹配層；以及通過利用至少一個切口切割穿過所述匹配層、所述第一導電層、所述壓電體和所述第二導電層而形成的多個通道，該至少一個切口的深度從所述匹配層至少延伸到所述第一導電層；確定部，用於將所述接收部的所述多個通道檢測到的檢測信號與預先存儲的參考值進行比較，並基於該比較的結果確定所述片材是否附著有異物；以及分類處理部，基於所述確定部的確定結果對所述片材進行分類。


圖1是示出根據一個實施方式的片材處理裝置的外觀的立體圖。圖2是示出圖1中所示的片材處理裝置的配置示例的示意性正視圖。圖3是示出圖1和圖2中所示的片材處理裝置的控制系統的配置示例的框圖。圖4是示出圖2和圖3中所示的異物檢測設備的立體圖。圖5是示出圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的局部截面圖。圖6是示出圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的局部截面圖。圖7是例示圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的操作的平面圖。圖8是例示圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的製造方法的局部截面圖。圖9是例示圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的製造方法的局部截面圖。圖10是例示圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的製造方法的局部截面圖。圖11是例示圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的製造方法的局部截面圖。圖12是例示圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的製造方法的局部截面圖。圖13是例示圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的製造方法的局部截面圖。圖14是例示圖4中所示的異物檢測設備的配置示例的框圖。圖15是示出圖4中所示的異物檢測設備檢測到的信號的示例和曲線圖的示意圖。圖16是示出圖4中所示的異物檢測設備的傳感器的另一個切割示例的圖。圖17是示出圖4中所示的異物檢測設備的發射傳感器和接收傳感器之間的位置關係的圖。圖18是示出圖4中所示的異物檢測設備的發射傳感器的另一種配置示例的圖。
具體實施例方式參照附圖，以下詳細說明根據本發明的實施方式的超聲傳感器製造方法、超聲傳感器和包括超聲傳感器的紙幣處理裝置。圖1是示出根據一個實施方式的片材處理裝置(紙幣處理裝置)100的外觀的立體圖。如圖1所示，片材處理裝置100包括位於該裝置外部的插入埠 112、操作部136、操作/顯示部137、門138、取出埠 139和鍵盤140。
插入埠 112被配置為能夠在其中插入片材7，例如紙幣。插入埠 112接收成批的堆疊片材7。操作部136從操作者接收各種操作輸入。操作/顯示部137向操作者顯示各種操作指南和處理結果。應當注意的是，操作/顯示部137也可以被配置為觸摸板。在該情況下，片材處理裝置100基於在操作/顯示部137上顯示的按鈕和操作者在操作/顯示部137上的操作， 來感測各種操作輸入。門138用於打開和關閉插入埠 112的插入口。取出埠 139被配置為從收集部取得片材7，其中在收集部處堆疊有被片材處理裝置100判定為不適於再流通的片材7。鍵盤140用作從操作者接收各種操作輸入的輸入部件。圖2是例示圖1中所示的片材處理裝置100的配置示例的示意圖。片材處理裝置100包括位於該裝置內部的插入埠 112、取出埠 113、吸輥114、傳送路徑115、檢查部 116、閘120至125、排除(rejection)片材傳送路徑126、排除片材堆疊器127、堆疊/綑紮部1 至131、切割部133和堆疊器134。此外，片材處理裝置100包括主控制器151。主控制器151執行對片材處理裝置100的各部分的操作的綜合控制。取出埠 113布置在插入埠上方。取出埠 113包括吸輥114。吸輥114被設置成使得它在沿堆疊方向的上端與放置在插入埠 112中的片材7接觸。亦即，吸輥114 通過旋轉從堆疊方向的上端逐張地將放置在插入埠 112中的片材7收取到該裝置中。吸輥114的作用是例如每旋轉一次取出一張紙7。因此，吸輥114以恆定間距(pitch)取出片材7。吸輥114取出的片材被引入到傳送路徑115。傳送路徑115是用於將片材7傳送到片材處理裝置100內部的各個部分的傳送單元。傳送路徑115設置有傳送帶和驅動輪(圖中未示出)。傳送路徑115使傳送帶與驅動馬達和驅動輪一起工作(圖中未示出)。傳送路徑115利用傳送帶以恆定速度傳送吸輥114 取出的片材7。應當注意的是，在以下說明中，傳送路徑115離取出埠 113較近的一側被視為「上遊側」，而傳送路徑115離堆疊器134較近的一側被視為「下遊側」。檢查部116設置在從取出埠 113延伸出來的傳送路徑115上。檢查部116包括圖像讀取器117、圖像讀取器118、異物檢測設備135和厚度檢查部119。檢查部116檢測片材7的光學特徵信息、機械特徵和磁性特徵信息。由此，片材處理裝置100對片材7的類型、損壞和汙物、前後表面及真實性進行檢查。圖像讀取器117和118布置在位於傳送路徑115側面的相對側上。圖像讀取器 117和118讀取沿傳送路徑115傳送的片材7兩側的圖像。圖像讀取器117和118均包括電荷耦合器件(CXD)照相機。片材處理裝置100基於利用圖像讀取器117和118得到的圖像，獲得片材7前表面和後表面的圖案圖像。圖像讀取器117和118在檢查部116內的存儲器(圖中未示出)中臨時存儲讀取的圖像。片材處理裝置100根據操作輸入，在操作/顯示部137上顯示存儲在該存儲器中的圖像。異物檢測設備135向傳送的片材7輻射超聲波，並檢測透射通過片材7的透射波。由此，例如，異物檢測設備135檢測是否存在附著於片材7上的異物。例如，異物檢測設備135將粘附在片材上的一條膠帶等檢測為異物。
厚度檢查部119對在傳送路徑115上傳送的片材7的厚度進行檢查。例如，如果檢測到的厚度至少為預定值，則片材處理裝置100檢測到同時取出了兩張紙7。此外，檢查部116包括圖中未示出的磁傳感器。該磁傳感器檢測與片材7有關的磁特徵信息。基於來自圖像讀取器117和118、異物檢測設備135、厚度檢查部119、磁傳感器等的檢測結果，主控制器151判定片材7是完整的鈔票、破損的鈔票或排除鈔票。片材處理裝置100將被判定為完整鈔票的片材7傳送到堆疊/綑紮部1 至131。 此外，片材處理裝置100將被判定為破損鈔票的片材7傳送到切割部133。切割部133對傳送來的破損鈔票進行切割。應當注意的是，片材處理裝置100還可以將破損鈔票傳送到堆疊器Π4並將它們堆疊於此。例如，每當100張堆疊的破損鈔票到來時，堆疊器134對其進行包裝。排除鈔票是既非完整鈔票又非破損鈔票的片材7。片材處理裝置100將被判定為排除鈔票的片材7傳送到排除片材堆疊器127。例如，排除鈔票是被不恰當傳送的鈔票(例如一次取出兩張)、有缺陷的鈔票(例如摺疊的或有皺褶的鈔票)、以及不能被鑑別的鈔票 (例如錯誤的鈔票類型或偽造鈔票)。閘120至125在檢查部116的下遊側沿傳送路徑115順序地布置。閘120至125 均由主控制器151控制。主控制器151基於來自檢查部116的檢查結果，控制閘120至125 的操作。由此，主控制器151執行控制，使得在傳送路徑115上傳送的片材7被傳送到預定的處理部。緊接在檢查部116後面布置的閘120使傳送路徑115分支到排除片材傳送路徑 126。換言之，作為檢查部116的檢查結果，將閘120切換成，使得被判定為非合法鈔票的排除鈔票、不能被檢查部116檢查的鈔票等被傳送到排除片材傳送路徑126。排除片材堆疊器(排除部)127設置在排除片材傳送路徑126的後端。排除片材堆疊器127將上述排除鈔票、上述不能被檢查的鈔票等以它們從取出埠 113取出的方位堆疊。可以從取出埠 139取出在排除片材堆疊器127中堆疊的片材7。此外，堆疊/綑紮部128至131 (統稱為「堆疊及綑紮部132」)分別設置在閘121 至124的分支後面。被判定為適於再流通的片材7堆疊在該堆疊及綑紮部132中，並根據類型和前/後面分類。堆疊及綑紮部132按預定數量成包地綑紮並存放堆疊的片材7。此外，每當達到預定包數，片材處理裝置100就利用大包綑紮部(圖中未示出)來堆疊並綑紮多包片材7。切割部133布置在閘125的分支後面。切割部133切割並存放片材7。閘125傳送的片材7是被判定為不適於再流通的合法片材7 (破損的鈔票)。堆疊器134置於閘125分出的另一傳送路徑的末端。如果選擇了破損鈔票切割模式，則主控制器151控制閘125，使得片材7被傳送到切割部133。而如果未選擇破損鈔票切割模式，則主控制器151控制閘125，使得片材7被傳送到堆疊器134。主控制器151接連地存儲由堆疊及綑紮部132堆疊的片材7的數量、切割部133 切割的片材7的數量、以及識別信息。圖3是例示圖1和圖2中所示的片材處理裝置100的控制系統的配置示例的框圖。
片材處理裝置100包括主控制器151、檢查部116、傳送器控制器152、堆疊/綑紮控制器153、切割器控制器156、操作/顯示部137和鍵盤140。主控制器151執行對片材處理裝置100的總體控制。主控制器151基於輸入操作 /顯示部137的命令和來自檢查部116的檢查結果，控制傳送器控制器152和堆疊/綑紮控制器153。例如，操作員可以利用操作/顯示部137或鍵盤140輸入鈔票類型和數量、完整性鑑別水平、供應方名稱和所處理片材7的處理方法。檢查部116包括圖像讀取器117和118、厚度檢查部119、異物檢測設備135、其他傳感器巧4和CPU 155。圖像讀取器117和118從在傳送路徑115上傳送的片材7兩側讀取圖像。圖像讀取器117和118包括例如CXD的光接收元件以及光學系統。圖像讀取器117和118利用光學系統將光投射到所傳送的片材7上，並接收反射的光或透射的光。圖像讀取器117和118 將利用光學系統接收的光成像到CCD上，並獲得電子信號(圖像)。主控制器151在存儲器151a中預先存儲作為片材7的參考的圖像(參考圖像)。 主控制器151通過將從片材7獲得的圖像與存儲在存儲器151a中的參考圖像進行比較，對片材進行完整性判定和偽造鈔票判定。如上所述，異物檢測設備135將超聲波輻射到所傳送的片材7上。異物檢測設備 135對透射通過片材7的聲波進行檢測。而且，異物檢測設備135存儲預設的參考值。如果異物粘附在片材7上，則透射通過片材7的超聲波(透射波)的強度衰減。異物檢測設備135將檢測到的聲波的強度與預先存儲的參考值進行比較。基於該比較結果， 異物檢測設備135確定片材7是否附著有異物。厚度檢查部119對在傳送路徑115上傳送的片材7的厚度進行檢查。其他傳感器 154例如是磁傳感器等。磁傳感器從傳送路徑115上傳送的片材7對與磁特徵有關的信息進行檢測。基於圖像讀取器117和118、厚度檢查部119、異物檢測設備135和其他傳感器IM 的檢查結果，CPU 155對在傳送路徑115上傳送的片材7的類型、完整性、前後表面及真實性進行鑑別。基於主控制器151的控制，傳送器控制器152控制取出埠 113、傳送路徑115、排除片材傳送路徑1 和閘120至125。因而，傳送器控制器152控制片材7的取出和傳送。 此外，傳送器控制器152執行分類處理，在該分類處理中，對經判定的片材7按類型分類。亦即，傳送器控制器152充當分類處理器。例如，如果異物檢測設備135檢測到片材7附著有異物，則傳送器控制器152控制閘120至125，使得片材7被傳送到排除片材堆疊器127、切割部133或堆疊器134。堆疊/綑紮控制器153基於主控制器151的控制，對排除片材堆疊器127和堆疊 /綑紮部1 至131進行控制。由此，堆疊/綑紮控制器153控制片材7的堆疊和綑紮。切割器控制器156基於主控制器151的控制，對切割部133的操作進行控制。由此，切割部133執行對所傳送的片材7的切割。圖4是示出了圖2和圖3中所示異物檢測設備135的立體圖。異物檢測設備135 執行檢測處理以檢測異物，例如片材7上附著的膠帶。由此，異物檢測設備135檢測片材7
8上是否附著了異物。例如，異物檢測設備135放置在片材處理裝置100的傳送路徑115附近。如圖4所示，異物檢測設備135包括發射傳感器50和接收傳感器60。注意，圖4中的箭頭A表示片材7的傳送方向。箭頭B表示所傳送的片材7的橫向方向(寬度方向)。箭頭C表示垂直方向。發射傳感器50是向沿傳送方向A以恆定速度傳送的片材7輻射超聲波的發射部。 發射傳感器50布置在與接收傳感器60相對的位置，使得傳送路徑115布置在發射傳感器 50與接收傳感器60之間。發射傳感器50包括壓電元件。該壓電元件包括壓電體及一對電極，該對電極被布置成在其間夾持該壓電體。通過向壓電元件的電極施加電壓，發射傳感器50改變壓電體的形狀。由此，發射傳感器50的壓電元件在垂直方向C上膨脹和收縮。通過向壓電元件的電極施加脈衝信號， 發射傳感器50使得壓電體振蕩。結果，發射傳感器50產生超聲波。接收傳感器60是對從發射傳感器50發出並透射通過片材7的透射波進行檢測的接收部。接收傳感器60布置在與發射傳感器50相對的位置處，使得傳送路徑115布置在發射傳感器50與接收傳感器60之間。與發射傳感器50類似，接收傳感器60包括壓電元件。接收傳感器60生成與其壓電體的形狀改變相對應的信號。如果向接收傳感器60 上輻射了超聲波，則壓電體根據超聲波的強度和周期長度改變其形狀。亦即，接收傳感器60 根據超聲波的強度和周期長度生成信號。由此，接收傳感器60檢測透射通過片材7的透射波。圖5是示出圖4中所示的異物檢測設備135的發射傳感器50和接收傳感器60的配置示例的局部截面圖。圖5是從傳送方向A觀看異物檢測設備135的圖。圖5在截面上分別示出了發射傳感器50、接收傳感器60、片材7和在片材7上附著的異物8。發射傳感器50和接收傳感器60在寬度方向B上都具有預定大小(傳感器寬度)。 只要發射傳感器50和接收傳感器60的配置是其傳感器寬度至少為在上面傳送片材7的寬度，則它們可以為任意大小。發射傳感器50包括匹配層510、柔性印刷電路板(FPC) 520、壓電元件530和襯墊層 540。此外，接收傳感器60包括匹配層610、FPC 620、壓電元件630和襯墊層640。應當注意的是，發射傳感器50的配置與接收傳感器60的配置相同，因此以接收傳感器60的配置為例進行說明。匹配層610被配置為使得超聲波在接收傳感器60與空氣之間有效地傳播。通常， 壓電體的聲阻抗與空氣的聲阻抗之間有很大差異。因此，在其交界面處超聲波振蕩的傳輸損耗較大。匹配層610被配置為其聲阻抗介於壓電體的聲阻抗與空氣的聲阻抗之間。通過在壓電元件630與空氣之間設置匹配層610，接收傳感器60能夠有效地檢測通過空氣傳播的超聲波。應當注意的是，匹配層610通過FPC 620之一接合至壓電元件630。因此，匹配層 610與壓電元件630 —起振蕩。FPC 620是其中利用柔性電絕緣膜上的銅箔形成電路等的部件。FPC 620可以彎曲、堆疊、摺疊、捲起和扭曲。FPC 620將壓電元件630夾在中間。FPC 620的其上印有銅箔的側面電連接至壓電元件630的電極。應當注意的是，FPC 620並不是必要元件，也可以採用其中至少在壓電體的兩側設置有可從外部連接的電極的構造。亦即，也可以用其他元件來代替FPC 620，或者省略 FPC 620。壓電元件630包括壓電體(其可以是石英晶體或陶瓷等)和布置在該壓電體兩側的電極。當施加脈衝信號時，壓電體表現出根據所施加的脈衝信號的循環周期和強度而振蕩的壓電效應。因此，壓電體能夠將電信號轉換為超聲波。此外，壓電體能夠將超聲波轉換為電信號。襯墊層640吸收從壓電元件630輻射到匹配層610相反側(背側)的聲能(振蕩)。此外，襯墊層640抑制壓電元件630的自由振蕩。應當注意的是，利用切割工藝將接收傳感器60的匹配層610、FPC620和壓電元件 630切割成多個通道C，稍後將加以說明。因此，接收傳感器60能夠檢測來自與該各個通道 C相對應的不同區域的超聲波。圖6是示出圖4中所示的異物檢測設備135的發射傳感器50和接收傳感器60的配置示例的局部截面圖。圖6是從寬度方向B觀看異物檢測設備135的圖。如圖6所示，發射傳感器50連接至同軸電纜550。亦即，在連接部560中，發射傳感器50的FPC 520的印有銅箔的側面連接至同軸電纜550的正極端子或負極端子。由此， 例如發射傳感器50電連接至產生脈衝信號的發射脈衝發生器等。亦即，當脈衝信號通過同軸電纜550進入發射傳感器50時，與該脈衝信號相對應的電壓被施加至壓電元件530的壓電體。類似地，接收傳感器60同樣連接至同軸電纜650。亦即，在連接部660中，接收傳感器60的FPC 620的印有銅箔的側面連接至同軸電纜650的正極端子或負極端子。由此， 例如接收傳感器60電連接至讀入壓電元件630產生的檢測信號的讀取電路等。亦即，如果超聲波被輻射到接收傳感器60上，則壓電元件630產生的信號經由同軸電纜650進入讀取電路。應當注意的是，同軸電纜650針對壓電元件被切割成的通道中的每一個通道而連接至接收傳感器60。因此，接收傳感器60能夠向讀取電路發射在相應通道中檢測到的信號。圖7是例示圖4中所示的異物檢測設備135的傳感器的配置示例的示意圖。如圖7所示，接收傳感器60具有沿寬度方向B的傳感器寬度Wa。接收傳感器60 的通道60a、60b*"60n在寬度方向B上被切割成寬度Ws，如上所述，通過將接收傳感器60切割成多個通道60a、60b··· 60η,通道60a、60b··· 60η中的每一個能夠檢測來自一個不同區域的超聲波。例如，接收傳感器60以預定間隔連續地檢測超聲波。因此，接收傳感器60能夠在每一個預定區域中檢測透射通過所傳送的片材7的超聲波。應當注意，優選的是，接收傳感器60的匹配層610在傳送方向A上的長度(傳感器長度Ls)小於檢測到的異物(膠帶)8在傳送方向A上的長度(膠帶長度Lt)的一半。
此外，優選的是，接收傳感器60的匹配層610在寬度方向B上的長度(傳感器寬度Ws)小於檢測到的異物(膠帶)8在寬度方向B上的長度(膠帶寬度Wt)的一半。如果傳感器長度Ls是膠帶長度Lt的一半或更大，或者傳感器寬度Ws是膠帶寬度 Wt的一半或更大，則接收傳感器60的通道60a、60b··· 60η的檢測範圍有可能與片材7上的膠帶8的附著範圍的邊緣重疊。在該情況下，接收傳感器60可能無法檢測到足以鑑別出是否粘附有膠帶8的超聲波衰減。如果傳感器長度Ls小於膠帶長度Lt的一半，且傳感器寬度Ws小於膠帶寬度Wt的一半，則在兩個連續定時中的一個，這些通道中的至少一個通道的檢測範圍位於膠帶8粘附至片材的粘附範圍之內。因此，接收傳感器60能夠檢測足以鑑別片材上是否粘附有膠帶 8的超聲波衰減。應當注意，雖然已經說明了傳感器長度Ls小於膠帶長度Lt的一半，且傳感器寬度 Ws小於膠帶寬度Wt的一半，但對此並無限制。只要能夠檢測到足以鑑別出片材上是否粘附了膠帶8的超聲波衰減，匹配層610就可以是任意大小。以下說明製造發射傳感器50和接收傳感器60的步驟。圖8至12是例示製造圖 4中所示的異物檢測設備135的發射傳感器50和接收傳感器60的方法的局部截面圖。應當注意，製造發射傳感器50的步驟與製造接收傳感器60的步驟相同，下面以製造接收傳感器60的步驟為例進行說明。圖8是示出壓電元件630的上面、前面和側面的圖。如果將壓電元件630布置為接收傳感器60，則頂視圖對應於從垂直方向C觀看的視圖。此外，前視圖對應於從傳送方向A觀看的視圖。側視圖對應於從寬度方向B觀看的視圖。這裡，頂視圖和側視圖被示出為截面圖。如圖8所示，壓電元件630包括壓電體631和布置在壓電體631的表面上並由導電層製成的銅箔層63 和632b。壓電體631例如由石英晶體或陶瓷製成。第一銅箔層63 例如由塗敷在壓電體631的一側的銅箔等製成，第二銅箔層632b例如由塗敷在壓電體631 的另一側的銅箔等製成。亦即，壓電體631夾在第一銅箔層63 與第二銅箔層632b之間。接著，如圖9所示，對銅箔層63 和632b的表面稀薄地塗敷環氧樹脂。因此，形成了粘結層633。環氧樹脂是導電樹脂粘結劑。接著，如圖10所示，將FPC 620以粘結方式接合於粘結層633上。以適當壓力將 FPC 620與壓電元件630壓在一起同時將粘結層633夾在中間。由此，環氧樹脂被硬化。應當注意的是，為了連接同軸電纜650，將FPC 620形成為在傳送方向A上比壓電元件630更長。FPC 620包括基礎板621和銅箔層622。對FPC 620進行粘結，使得形成有銅箔層 622的一側面對粘結層633。由此，FPC 620的銅箔層622經由導電粘結層633電連接至壓電元件630的銅箔層63 和632b。結果，形成了中間夾有壓電體631的第一導電層和第二導電層。第一導電層和第二導電層用作對壓電體631進行驅動的電極。接著，如圖11所示，對FPC 620的基礎板621的表面稀薄地塗敷環氧樹脂。因此， 形成粘結層623和粘結層624。應當注意的是，粘結層623和6M被形成為在傳送方向A上對應於接合的匹配層610和襯墊層的大小。接著，如圖12所示，將匹配層610粘結至粘結層623。此外，將襯墊層640粘結至粘結層624。亦即，以適當壓力將匹配層610和FPC 620壓在一起同時將粘結層623夾在中間。此外，以適當壓力將襯墊層640和FPC 620壓在一起同時將粘結層擬4夾在中間。由此，環氧樹脂被硬化。如上所述，根據檢測到的異物在傳送方向A上的長度，確定匹配層610在傳送方向 A上的長度(傳感器長度Ls)。為了製造匹配層610，首先攪拌液態的環氧樹脂並消去其泡沫。將液態環氧樹脂倒入模具。由此，液態環氧樹脂硬化成板狀。硬化的環氧樹脂被研磨(其厚度被磨掉)至預定厚度D，並被處理成襯底。基於由上述方法確定的傳感器長度Ls和傳感器寬度Wa，對襯底進行切割。由此，形成寬度為Wa、長度為Ls和厚度為D的匹配層610。如上所述，將普通的工業用環氧樹脂用於匹配層610，因此材料並不昂貴，並且也能夠以低成本製造接收傳感器。利用上述步驟，能夠形成匹配層610、FPC 620、壓電層630和襯墊層640在彼此之上層疊的傳感器(層狀體)。應當注意，該配置與發射傳感器50的配置相同。接著描述切割處理。圖13是例示圖4中所示的異物檢測設備135的傳感器的製造方法的局部截面圖。圖8至12中所示的步驟製造的厚度為Da的傳感器(層狀體)在平行於傳感器長度方向(當安裝傳感器時的傳送方向A)上被切割刀片700切入預定深度Dc的切口。在該情況下，以圖7中所示傳感器寬度Ws為間距從匹配層610側執行切入。深度Dc小於傳感器的厚度Da，並等於或大於從襯墊層640側上的FPC 620的銅箔層622到匹配層610的厚度Db。按照這種方式利用切口形成的通道彼此電隔離。雖然已經描述了上述處理，但可以製造包括多個通道的接收傳感器60。圖14是例示圖4中所示的異物檢測設備135的控制系統的配置示例的框圖。如圖14所示，異物檢測設備135包括控制器10、發射傳感器50、接收傳感器60、脈衝發射器70、讀取電路80和確定電路90。控制器10、發射傳感器50、接收傳感器60、脈衝發射器70、讀取電路80和確定電路90經由總線彼此連接。控制器10執行對異物檢測設備135的總體控制。控制器10例如包括CPU、緩衝存儲器、程序存儲器和非易失存儲器。CPU執行各種算術處理。緩衝存儲器臨時存儲CPU的計算結果。程序存儲器和非易失存儲器存儲由CPU執行的各種程序以及控制數據。控制器10可以通過由CPU執行存儲在程序存儲器中的程序，來執行各種處理。例如，控制器10對發射傳感器50和接收傳感器60的操作定時進行控制。控制器10連接至圖3中所示的檢查部116的CPU 155和主控制器151。例如控制器10可以向主控制器151或CPU 155通知處理結果。此外，控制器10可以基於從主控制器151或CPU 155發送的控制信號，控制異物檢測設備135的操作。脈衝發射器70基於控制器10的控制，生成脈衝信號。脈衝發射器70將所生成的脈衝信號輸入發射傳感器50。發射傳感器50向壓電元件530施加基於所輸入的脈衝信號的電壓。因此，發射傳感器50發出超聲波。接收傳感器60基於壓電元件630的操作，生成超聲波檢測信號，其中該壓電元件630的操作跟隨匹配層610的振蕩。接收傳感器60包括該多個通道60a至60h。接收傳感器60檢測來自這些通道中每一個的超聲波，並生成相應的檢測信號。應注意的是，該通道的數量僅作為示例，並且可以根據接收傳感器60的解析度確定通道數量和每個通道的大如果在發射傳感器50與接收傳感器60之間存在片材7，則接收傳感器60檢測到從發射傳感器50發出並透射通過片材7的透射波。而且，如果在片材7上存在異物8，則接收傳感器60檢測到從發射傳感器50發出並透射通過片材7和異物8的透射波。讀取電路80讀取由多個通道60a至60h檢測到的檢測信號。讀取電路80以預定間隔讀取從接收傳感器60接收的檢測信號。因此，讀取電路80能夠從整個傳送片材7獲得檢測信號。例如，讀取電路80可以獲得如圖15所示的檢測信號。圖15是示出圖4中所示的異物檢測設備135檢測到的信號和曲線的示意圖。在圖15的曲線中，縱軸表示每個通道檢測到的信號(傳感器輸出)的強度，而橫軸表示片材 7的傳送距離(片材7上的檢測範圍)。異物檢測設備135利用發射傳感器50向在傳送路徑115上傳送的片材7輻射超聲波。接收傳感器60的各個通道從預定範圍處檢測透射通過片材7的透射波。因此，接收傳感器60的通道中的每一個向讀取電路80輸出傳感器輸出。波形A表示對位於片材7的傳送範圍以外的範圍進行掃描的通道A檢測到的檢測信號。波形B表示對位於片材7的傳送範圍以內的未粘附有膠帶8的範圍進行掃描的通道 B檢測到的檢測信號。波形C表示對位於片材7的傳送範圍內的包含在附著有膠帶8的區域內的範圍進行掃描的通道C檢測到的檢測信號。波形D表示對位於片材7的傳送範圍以內的包含膠帶8的邊緣部分的範圍進行掃描的通道D檢測到的檢測信號。如波形A所示，如果在片材7的傳送範圍以外檢測超聲波，則通道A直接檢測從發射傳感器50輸出的超聲波。在該情況下，不存在對超聲波造成衰減的物質。因此，通道A 檢測到的超聲波總是處於高電平。如波形B所示，在片材7的傳送範圍內，如果從未粘附有膠帶8的區域檢測超聲波，則通道B檢測透射通過片材7的透射波。亦即，從發射傳感器50輸出的超聲波透射通過片材7並輻射到通道B上。在該情況下，通道B檢測到的超聲波的電平對應於由於片材 7而導致的超聲波的衰減率。如波形C所示，如果檢測位於片材7的傳送範圍內並位於膠帶8的粘附範圍內的超聲波，則通道C檢測透射通過片材7和膠帶8的透射波。亦即，從發射傳感器50輸出的超聲波透射通過片材7和膠帶8並輻射到通道C上。在該情況下，通道C檢測到的超聲波的電平對應於由於片材7和膠帶8而導致的超聲波的衰減率。如波形D所示，如果檢測位於片材7的傳送範圍內並位於包括膠帶8的邊緣的範圍內的超聲波，則通道D檢測到透射通過片材7的透射波與透射通過片材7及膠帶8的透射波的組合波。亦即，向通道D輻射從發射傳感器50輸出並透射通過片材7的透射波和透射通過片材7以及膠帶8這兩者的透射波。在該情況下，通道D檢測到的超聲波的電平介於曲線B與曲線C的電平之間。確定電路90包括預先存儲有參考值的參考值存儲器90a。確定電路90將利用讀取電路80獲得的信號與存儲在參考值存儲器90a中的參考值進行比較。基於該比較結果，
13確定電路90確定片材7是否粘附有異物8。亦即，如果利用讀取電路80從通道獲得的檢測信號等於或大於存儲在參考值存儲器90a中的參考值，則確定電路90確定不存在異物8。如果利用讀取電路80從通道獲得的檢測信號小於存儲在參考值存儲器90a中的參考值，則確定電路90確定存在異物8。此外，基於檢測到用於該確定的檢測信號的位置，確定電路90可以指定片材7上附著異物8的範圍。如上所述，在根據本實施方式的超聲傳感器製造方法中，一對FPC 620接合至壓電元件630的兩側。因此，壓電元件630的第一銅箔層63 和第二銅箔層632b電連接至 FPC 620的相應銅箔層622，由此形成電極。此外，襯墊層640接合至FPC 620中的一個。並且，基於與所希望的檢測範圍相對應的傳感器長度和傳感器寬度形成匹配層610。亦即，基於該傳感器長度和傳感器寬度對用於匹配層610的襯底進行切割。切下的匹配層610接合至另一 FPC 620。通過該處理，能夠製造發射傳感器50。此外，切口 G與傳送方向A平行地切入通過上述處理製造的層狀體，切入的深度從匹配層610至少延伸至襯底層640側的FPC 620的銅箔層622。由此，能夠在公共的襯墊層 640上形成包括壓電元件630和匹配層610的多個通道C。結果，能夠製造具有多個通道C 的接收傳感器60。利用上述方法，能夠通過改變從襯底切割的匹配層610的大小來改變接收傳感器 60的傳感器長度。因此，能製造檢測範圍符合所希望的解析度的接收傳感器。結果，提供了製造超聲傳感器的方法、超聲傳感器、包括超聲傳感器的紙幣處理裝置，利用其能夠容易地改變傳感器的解析度。利用上述方法，能夠使除了匹配層610以外的部件標準化。亦即，不再需要根據規格提供具有不同大小的FPC 620、壓電元件630和襯墊層640。因此，能夠減少製造具有不同解析度的多個超聲傳感器的成本。 在上述實施方式中，已經說明了切口 G平行於傳送方向A切入層狀體所達到的深度是從匹配層610到襯墊層60側上的FPC 620的銅箔層622，然而，本方法不限於此方法。 例如，也可以將切口 G設置為與平行於傳送方向A的方向成一定角度。圖16A至16C是例示異物檢測設備135的接收傳感器60的另一個切割示例的圖。 圖16A是示出從匹配層610側觀看時在切割之前的階段的接收傳感器60的圖。圖16B和圖16C是示出從匹配層610側觀看時在切割後的階段的接收傳感器60的圖。圖16B示出了沿著與傳送方向A平行的方向切割的示例。當執行切割處理時，由於切割刀片700的厚度而導致存在特定的切割容限(dicing allowance).結果，在寬度方向B上存在位於以寬度Ws形成的通道之間的不能被感測到的切割容限寬度Wg的區域。因而，如圖16C所示，以與平行於傳送方向A的方向成角度Gw地執行該切割。優選的是，切割角度θ w是如下角度，即至少使得在寬度B方向上不能被感測到的區域消失，並且相鄰通道60a和60b的掃描範圍不重疊。在該情況下，能夠防止在寬度方向B上出現不能被感測到的區域，並防止通道60a、60lr"60n的檢測結果受到影響。在上述實施方式中，從發射傳感器50輸出的超聲波的衍射量根據發射傳感器50 的匹配層510在傳送方向A上的長度(傳感器長度)而變化。亦即，如果傳感器長度較小， 則從發射傳感器50輸出的超聲波容易發生衍射。因此，從發射傳感器50輸出的超聲波容易發生擴散。結果，發射傳感器50和接收傳感器60所在位置的錯誤可能會導致接收傳感器60 檢測到的超聲波的損失。因此，這種布置錯誤可能會影響接收傳感器60的檢測結果。為了解決該問題，例如，通過調節發射傳感器50的匹配層510在傳送方向A上的長度與接收傳感器60的匹配層610的長度之間的關係，能夠防止發射傳感器50和接收傳感器60的布置位置的錯誤影響接收傳感器60的檢測結果。圖17是示出圖4中所示的異物檢測設備135的發射傳感器50和接收傳感器60 的另一示例的局部截面圖。圖17是沿寬度方向B截取的異物檢測設備135的圖。圖17在截面圖中示出了發射傳感器50和接收傳感器60。如圖17所示，發射傳感器50的匹配層510在傳送方向A上比接收傳感器60的匹配層610更長。在該情況下，即使發射傳感器50的布置位置與接收傳感器50的布置位置之間在傳送方向A上存在偏差，也能夠防止該偏差影響接收傳感器60的檢測結果。亦即，發射傳感器50的匹配層510在傳送方向A上具有裕量。通過以此方式製造發射傳感器50和接收傳感器60，容易布置發射傳感器50和接收傳感器60。此外，在上述實施方式中，說明了發射傳感器50被構造成使用未分隔開的匹配層 510和壓電元件530來生成超聲波。然而，在該情況下，需要具有較大尺寸的大容量放大器 A來使脈衝發射器70驅動壓電元件。因此，成本可能較高。然而，異物檢測設備135還可以具有如下配置，在該配置中，通過進行切割使得發射傳感器50的匹配層510和壓電元件530分隔開，並且由多個放大器A驅動這些分隔開的壓電元件530。圖18A和圖18B是例示圖4中所示的異物檢測設備135的發射傳感器50的另一配置示例的圖。圖18A和圖18B是從匹配層510側觀看發射傳感器50的圖。圖18A中所示的脈衝發射器70的用於驅動發射傳感器50所必需的放大器A的容量大致等於用來驅動圖18B中所示的分隔開的發射傳感器50的通道50a、50b、50c和50d 所必需的放大器A的容量之和。亦即，利用該配置，能夠根據發射傳感器50的分隔數量，減小用於通道驅動的放大器的容量。結果，能夠減小異物檢測設備135的成本。雖然已經描述了某些實施方式，但這些實施方式僅作為示例給出，而不是旨在限制本發明的範圍。實際上，此處描述的新方法和裝置可以按多種其他形式來具體實施。並且，在不脫離本發明的精神的情況下，可以在此處描述的方法和裝置的形式上做出各種省略、替換和改變。所附權利要求書及其等同物旨在涵蓋落入本發明的範圍和精神內的這種形式或修改。
權利要求
1.一種製造超聲傳感器的方法，該方法包括在具有相對側的壓電體(631)的一側上形成第一導電層(632a)； 在所述壓電體(631)的另一側上形成第二導電層(632b)； 在所述第一導電層(632a)上形成襯墊層(640)； 在所述第二導電層(632b)上形成預定大小的匹配層(610)；設置穿過所述第一導電層(63 )、所述壓電體(631)、所述第二導電層(632b)和所述匹配層(610)的至少一個切口(G)以形成多個通道(C)，所述切口(G)的深度從所述匹配層 (610)至少延伸到所述第一導電層(632a)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，基於待檢測物體在該待檢測物體的傳送方向上的大小，設定所述匹配層(610)在該待檢測物體的傳送方向上的長度。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述匹配層(610)在該待檢測物體的傳送方向上的長度小於該待檢測物體在該待檢測物體的傳送方向上的長度的一半。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，在與待檢測物體的傳送方向成預定切割角度 (0w)的方向上，在從所述匹配層(610)延伸到所述第一導電層(632a)的深度上設置所述切口(G)。
5.一種超聲傳感器，包括 具有相對側的壓電體(631)；形成在所述壓電體(631)的一側上的第一導電層(632a)； 形成在所述壓電體(631)的另一側上的第二導電層(632b)； 形成在所述第一導電層(632a)上的襯墊層(640)； 形成在所述第二導電層0532b)上的預定大小的匹配層(610)；和通過利用至少一個切口(G)切割穿過所述匹配層(610)、所述第一導電層(63 )、所述壓電體(631)和所述第二導電層(632b)而形成的多個通道(C)，該至少一個切口(G)的深度從所述匹配層(610)至少延伸到所述第一導電層(632a)。
6.一種片材處理裝置，包括 用於傳送片材(7)的傳送部(115)；用於向所述片材(7)發出超聲波的發射部(50)，該發射部(50)在與傳送方向垂直的方向上比所述片材(7)的寬度更長；用於接收透射通過所述片材(7)的超聲波的接收部(60)，該接收部(60)布置在與所述發射部(50)相對的位置處，使得所述傳送部(11 布置在所述發射部(50)與所述接收部 (60)之間，所述接收部(60)包括 具有相對側的壓電體(631)；形成在所述壓電體(631)的一側上的第一導電層(632a)； 形成在所述壓電體(631)的另一側上的第二導電層(632b)； 形成在所述第一導電層(632a)上的襯墊層(640)； 形成在所述第二導電層(632b)上的預定大小的匹配層(610)；以及通過利用至少一個切口(G)切割穿過所述匹配層(610)、所述第一導電層(63 )、所述壓電體(631)和所述第二導電層(632b)而形成的多個通道(C)，該至少一個切口(G)的深度從所述匹配層(610)至少延伸到所述第一導電層(632a)；確定部(151)，用於將所述接收部(60)的所述多個通道(C)檢測到的檢測信號與預先存儲的參考值進行比較，並基於該比較的結果確定所述片材(7)是否附著有異物；以及分類處理部(152)，基於所述確定部(151)的確定結果對所述片材(7)進行分類。
7.根據權利要求6所述的片材處理裝置，其中，所述發射部(50)包括具有相對側的壓電體(631)；形成在所述壓電體(631)的一側上的第一導電層(632a)；形成在所述壓電體(631)的另一側上的第二導電層(632b)；形成在所述第一導電層(632a)上的襯墊層(640)；以及形成在所述第二導電層(632b)上的預定大小的匹配層(610)。
8.根據權利要求7所述的片材處理裝置，其中，所述發射部(50)的匹配層(610)在所述片材(7)的傳送方向上的長度至少為所述接收部(60)的匹配層(610)在所述片材(7) 的傳送方向上的長度。
9.根據權利要求6所述的片材處理裝置，其中，所述發射部(50)包括通過利用至少一個切口(G)切割穿過所述第一導電層(63 )、所述壓電體(631)、所述第二導電層(632b) 和所述匹配層(610)而形成的多個通道(C)，該至少一個切口(G)的深度從所述匹配層 (610)至少延伸到所述第一導電層(632a)；並且所述裝置進一步包括分別驅動所述發射部(50)的通道(C)的多個放大器(A)。
10.根據權利要求6所述的片材處理裝置，其中，基於待檢測物體在該待檢測物體的傳送方向上的大小，設定所述匹配層(610)在所述傳送方向上的長度。
全文摘要
根據一個實施方式，本發明提供了一種超聲傳感器製造方法，該方法包括在具有相對側的壓電體的一側上形成第一導電層；在所述壓電體的另一側上形成第二導電層；在所述第一導電層上形成襯墊層；在所述第二導電層上形成大小與待檢測的傳送物體的大小相對應的匹配層；以及設置切割穿過所述第一導電層、所述壓電體、所述第二導電層和所述匹配層的至少一個切口以形成多個通道，所述切口的深度從所述匹配層至少延伸至所述第一導電層。
文檔編號G01V1/00GK102194274SQ20101059321
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年3月18日
發明者山本幸洋, 逸見和弘 申請人:株式會社東芝