可锁定的可动盒子 【技术领域】
本发明涉及一种可锁定的可动盒子或钱箱的结构的改进方法，此盒子可用于保护自动处理设备例如赌博机、自动售货机、自动取款机及类似装置中的钞票。背景技术
现有的钱箱产品具有一些缺点，包括不够坚固以承受一般的操作处理，而且成本较高。另外，如果不用钥匙打开货币通道门的话，那么就无法将装满现金的钱箱与空钱箱区分开来。传统的钱箱在移动前要求先操作锁定件，而且，这种钱箱不能给出明确的或易于识别的指示来显示钱箱未能正确地放置于主机内。发明内容
本发明涉及一种可锁定的可动盒子，其中包括了对所有上述缺点进行的下述改进。
在本发明中还介绍了用于堆叠钞票的改进机构。这些改进包括可在紧凑的结构内获得较大行程的装置，以及可调节推板机构上所获得的力的装置，这个力是推板延伸长度的函数。因此，可以达到最优地紧凑性和效率。
从下面的详细介绍并结合附图可以清楚本发明的其它特征和优点。这些附图的重点在于阐述本发明的原理，因而不必按比例绘制。附图说明
图1是安装有本发明盒子的钞票处理机的等轴视图。
图2是从接受器上取下的可锁定的盒子的等轴视图，显示了处于打开位置的现金通道门。
图3是盒子组件的分解图，显示了本发明的盒子是如何由两个半壳和一个安全锁定门形成的。
图4是在焊接前的焊接接合的局部放大剖视图。
图5是正要连接前的图4所示焊接接合的局部放大剖视图。
图6是在连接后的焊接接合的局部放大剖视图。
图7是钞票接受器的剖视图，显示了钞票路径的一般设置。
图8是盒子的局部放大视图，显示了安装导向槽和锁定斜面。
图9是底座的局部放大视图，显示了盒子安装导轨和弹簧。
图10是显示了使盒子处于锁定位置的弹簧的简化视图。
图11是处于未锁定位置的盒子和保持弹簧的简化视图。
图12是钞票接受器的侧视图，显示了处于锁定和未锁定位置的盒子。
图13是堆叠机构中的钞票路径的剖视图。
图14是处于收回位置的堆叠机构的运动学视图。
图15是处于展开位置的图14所示堆叠机构的运动学视图。
图16A和16B是处于完全收回位置的堆叠机构的等轴视图和局部放大视图。
图17是堆叠器的另一视图，显示了非圆形的齿轮如何通过曲柄销与剪式机构相连。
图18A和18B是处于完全展开位置的堆叠机构的等轴视图和局部放大视图。
图19是堆叠组件的等轴视图，其中可看到传送滚子和相关的传动齿轮。
图20是将轮齿和整体模制的轮箍组合在一起的传动轮的构成。
图21显示了图20所示的传动轮组件的组成部件的形状，其中轮箍形成于齿轮毂上但没有与其装配在一起。
图22是盒子的铰链设计的局部放大视图。
图23是显示了盒子铰链的剖开视图，显示了通道门如何与盒子外壳形成互锁。
图24表示了采用轨迹铆接(orbital riveting)来固定铰链的另一方法。
图25表示组合在一起的盒子和堆叠器的内部传感器的结构的应用示例。
在各图中，相同的标号表示所有不同视图中相同的部件。具体实施方式
图1显示了一个钞票处理机(1)，其包括底座(2)、可动安全钞盒(3)和可动钞票确认器(validator)(6)。底座(2)一般通过固定螺钉固定在主机上，因此在正常操作或日常维修时通常不会脱开。盒子(3)和确认器(6)可相互独立地从底座(2)上取下。
在正常操作中，可动安全钞盒(3)可在操作者要求取出所存储的支付媒介如钞票时而移动。应该注意到，用语如钞票、支票、纸币、证券、息票和类似物是指可插入确认器中并被传送且存储在盒子内的物品。
图1大致显示了在操作者或服务人员进行操作时可动安全钞盒(3)的前部。如图所示，在人体工效学上的方便位置处设有柔性的盒子手柄(4)，以允许操作者的手腕在移动盒子时保持在垂直的平面内。该手柄(4)的主体可由合成橡胶材料模制而成。这具有两个重要优点。它可使操作者感觉舒适，这在频繁操作盒子的情况下是很重要的。它还使手柄具有可偏转或平放在盒子上的能力，以避免与钱箱门和可能是主机的一部分的任何锁定组件发生碰撞。现有的钱箱产品采用折叠机构来得到紧凑的盒子手柄，但这种机构非常复杂且难于制造，导致成本较高且降低了人体工效上的优点。尽管具有上述设置，但仍然存在甚至不能接受带有柔性手柄的盒子的自动交易主机。对于这种自动交易机来说，没有或几乎没有间隙可让盒子手柄(4)移动。可以在盒子主体的任一侧设置整体模制的盒子把手(5)，采用此把手来抓住盒子。整体式盒子把手(5)包括在注射模制件内容易地形成的凹陷部分，凹陷部分无须额外费用，而且能够被操作者的手指和手方便地抓住。另外，整体把手非常耐用，即使在主要的盒子手柄(4)损坏或取下时仍然可以使用。
通过在盒子手柄(4)或盒子把手(5)上施加足够大的拉力以克服保持力，可使安全钞盒(3)移动。参考图8和9，保持力由锁定斜面(19)上的盒子锁定弹簧(23)提供(锁定斜面详见图8，盒子弹出弹簧的位置如图9所示)。参考图8，10和12，一旦操作者施加了足以克服保持力的作用力，位于弹出凸台(21)上的弹出弹簧(20)的动作就使可动安全钞盒(3)在该操作中朝向操作者移动大约两英寸。因此，图12显示了安装好的盒子(27)的位置和弹出的盒子(28)的位置。一旦弹出，可动安全钞盒(3)就可以滑出底座而不会受到另外的阻碍。图10是盒子弹簧处于锁定位置的安装好的盒子的局部剖视图，而图11显示了处于非锁定位置的盒子弹簧。
在典型的操作过程中，用一个空盒替代已移开的盒子。也可以简单的方式插入另一盒子。参考图9，10和11，可动安全钞盒(3)首先与底座导轨(26)大致对齐，然后用足以克服弹出弹簧(20)和锁定斜面(19)上的弹簧件(16)的阻力的作用力和冲击将其推入原位。
在本发明的应用示例中，如果插入操作不成功，弹出弹簧(20)会将可动安全钞盒(3)朝向操作者推回大约两英寸，如图12中弹出的盒子(28)所示。这就给了操作者清楚的视觉指示和触觉反馈，表明操作成功或不成功。另外，在许多使用各种自动交易机的应用中，在可动安全钞盒(3)处于弹出位置的情况下，不可能关闭自动交易机的外部面板通道门。图12显示了锁定或安装好的盒子(27)与未锁定或弹出的盒子(28)之间相对于底座(2)和钞票确认器(6)的位置差异。
现在详细介绍可动安全钞盒(3)的结构。盒子(3)可由模制塑料制成，并且具有单一壁的结构。图3是盒子外壳组件的一个应用示例的分解视图。参考图3，外壳包括盒子左半壳(10)、盒子右半壳(11)以及现金通道门(7)。盒子的两个半壳可设有舌状物和凹槽结构，以方便装配对准和焊接。合适的连接工艺可采用从Ashland Chemical公司的分部EmaBond公司购买的塑料焊接工艺。这种已知的工艺在支付系统领域的应用中具有新颖的特征。在图4至图6中显示了该焊接工艺的简单介绍，在此处出于提供信息目的而给出。
在一个应用示例中，可锁定的可动盒子(3)的塑料半壳可模制成带有嵌件，嵌件由增强材料制成。还可以在外壳上再模制一层弹性材料或软材料。例如，盒子左半壳(10)和盒子右半壳(11)可以这样来制造，首先将钢件(用于加固)插入模具中，然后在钢件上模制塑料，形成盒子的外壳件。另外，或者作为另一种选择，可以在外壳的一部分或整体上再模制一层软的弹性材料，例如柔性橡胶等，使盒子(3)能更好地吸收冲击。本领域的技术人员可以认识到，可使用各种材料来增加强度或增强对冲击的吸收，并且这样的材料可用在盒子的一部分或整体结构上。
图4是在装配前将要连接的盒子两半壳的一部分的分解图。在焊接前，将焊珠或焊接材料(12)插入并嵌在如图5所示的接合处。焊接材料(12)包含有可熔性载体，其通常由与盒子左半壳(10)和右半壳(11)相同的热塑性材料制成。另外，它还包含分散开的铁素体加热材料。接下来，将图5所示的预装配的接合处置于高强度的射频场中。加热剂对该射频场的吸收使得焊接材料熔化，并在两个半壳之间形成热焊接。然后在接合处施加轻微的压力使接合完全闭合，直到其冷却至如图6所示的刚硬状态为止。在这种方式下，可得到如图3所示的耐用的单一壁结构的盒子(3)。
图2表示通道门(7)处于打开位置的已装配盒子(3)的各个部件。特别是可以看见，堆叠机构(29)的一部分设在与钞票隔室(9)相邻的盒子内。通道门(7)包括锁定装置(8)，其一般需要使用钥匙(未示出)来打开。在可动安全钞盒(3)的外壳底部设有一对观察窗(38)，在安装好后此观察窗朝向操作者。这些开口(38)以及在开口板(31)和堆叠机构(29)的钞票通道壳体(49)(见图13，其表示了堆叠器的横截面)上使用透明材料，使得在安装好盒子后可以看见最后插入的钞票或纸币(46)的一部分。这为操作者提供了两个有用的优点。首先，操作者可以很容易地判断可动安全钞盒(3)是否装有任何票据或是空的。其次，可以解决和顾客之间关于最后插入的钞票(46)面额的纠纷，而无须将盒子(3)从底座(2)上取出。在用于打开可动安全钞盒(3)的现金通道门(7)的锁(8)的钥匙被严格控制的情况下，上述的两个功能都很有用。
一般来说，包括有钞票推板和用于将钞票存储在钱箱内的剪式设置的堆叠机构是众所周知的。但是，如图16，17和18所示，此堆叠机构(29)通过与曲柄销(45)相连的中央连接臂(36)来促动剪臂(35)。这种连接的基本运动学原理如图14和图15所示。
参考图14和15，曲轴绕着固定中心(A)旋转。剪式机构的一端可枢轴转动地围绕固定点(B)安装。剪式机构的另一端通过只具有一个方向的滑动自由度的支点与框架在(F)处相连。连接臂(C)在支点(G)处将曲轴与剪式机构连在一起。在现有技术的系统中，点(G)和点(F)通常相重合。然而，本应用示例可在较小高度内获得最大的剪式机构行程，其中高度主要由曲柄机构的半径所限制。特别地，使点(G)和点(F)偏移可使剪式机构的行程得到一定程度的扩大，从而降低堆叠机构(29)的厚度或使其更紧凑。参考图15，当曲轴旋转而向图中的左边拉动连接臂(C)时，剪臂展开，使得剪式机构之间的角度(D)减小，交叉点(E)朝着钞票隔室移动，从而驱动推板以存储钞票。使用推板和开口板来堆叠钞票的技术是众所周知的，在此不进行详细介绍。
紧凑的堆叠器(29)设置的简单性(见图16A)使得系统的机械效率降低。当机构接近如图16A和16B所示的收回位置时，必须对中央连接臂(36)施加很大的力才能触发运动。如图13中的剖视图所示，这个力要求通过剪臂(35)对钞票推板(32)施加压力，以从钞票通道(30)中将钞票(46)推出，并通过开口板(31)而进入如图7所示的钞票隔室(9)内。相反地，当剪式机构(29)接近如图18A和18B所示的完全展开的位置时，就存在一个有利得多的力比。
如果采用原动器来施加的力矩在行程开始时足够大，那么在完全展开的位置处可能产生过大的力，尤其是在可动安全钞盒(3)装满现金时更是如此。为改善这种状况，最后的齿轮对(如图18中的局部视图H所示)应由特制的配件制成，包括非圆形的主动齿轮(33)和非圆形的从动齿轮(34)。这些齿轮的外形使得当齿轮旋转时，其作用半径随角度而变化。这些齿轮设计成为互补的齿轮对，因此对于任何给定的进入角，齿轮对的作用半径和总计为常数。这些齿轮的外形选择成在要求最大的扭矩点处可达到最大的减速比。相应地，在接近可能产生过大推力的问题的如图18A和18B所示的完全展开位置处会产生最大的增速比。在这种情况下，外形选择成能使齿轮进行连续的旋转。如果整个循环的一部分为机构的输入驱动发生反转时，也可以使用其它的齿轮外形。
现有的钞票接受器采用传送带在堆叠机构内传送钞票。另一种设置采用传动轮系统，其通常采用简单的正齿轮而方便地连接在一起。
图19显示了堆叠机构的局部剖面。传动轮组件(39)与中间传动齿轮(40)啮合，形成了无带驱动系统。参考图7和19，钞票从钞票确认器(6)沿通常向下的方向传送到堆叠器(29)，在堆叠器中钞票由传动轮组件(39)所夹持。由于与带式传送相比，无带驱动系统要求具有更小的材料偏差，因此也提高了机械效率和耐用性。同时还消除了由于较小的轴未对准偏差导致传送带脱离其导轮的传送带脱轨的问题。
图20和21分别显示了齿轮和轮箍组件，以及齿轮和轮箍组件的分解视图。为降低成本，在齿轮和轮毂上模制了柔性轮箍材料，而轮毂是采用相对较硬的塑料树脂例如乙缩醛或尼龙制成的注射模制件。这种设置的优点是，去除了将轮箍装配到轮上的步骤，并且部件的形状也可以容易地包含有可防止轮箍滑动或脱离的特征。
图19是堆叠器的局部剖面以及显示了正齿轮系是如何与多个传动滚子相连的剖开视图。图20显示了已完成的传动轮。图21显示了注射模制齿轮基体和轮毂的形式，以及围绕其形成的“二次注射”的轮箍部件的形状。因此，传送轮箍和齿轮通过“二次注射”模制工艺而组合在一起。“二次注射”模制工艺是已知的技术，在例如“现代塑料百科全书”第63卷10A中第252-265和340-346页(1986年10月)中已有介绍。
如图3所示的现金通道门(7)通过将其与焊接组件对齐并插入压配铰接销(未示出)而装配在盒子上。安全性是通过保证将压配铰接销压入端部封闭的凹槽中并使销的外表面处于凹槽中来实现的，这样还使暗地里的损害难以进行。
参考图22，现金通道门(7)的设计还包括了新颖的特征，即使在铰接销完全取出时也可防止门打开。从图22中可以看出，门的形式包含了锁定肋(43)。门的另一侧(在图22中无法看到)也具有这一特征。锁定肋(43)的形状与铰接凸台(44)相接合，使得如果门不先旋转大约90度，那么就无法将门从盒子主体上移开。图23是表示了部件(43)和(44)如何形成互锁的剖开视图。在盒子的正常操作过程中，如图2所示的通道锁(8)在处于锁定位置时可防止门的转动。
在另一实施例中使用了一对铰接销。从盒子的每一侧各插入一个销。在如图24所示的另一应用示例中，铰接销的一端或两端由轨迹铆接形成。例如，将一端已预成形的销(48)插入铰链组件中，然后通过如轨迹铆接来使材料发生永久变形，从而形成头部。在各种情况下的结果是，即使在铰接销被移开时，门仍能保持安全。
图25表示组合在一起的盒子和堆叠器内部传感器的结构(60)的应用示例。该应用示例将堆叠器的内部传感器和盒子现有传感器的功能集成在一个系统中，这样的结构可节约成本。图中显示了光学感应设置，其通过去除了电连接来增加可靠性。
参考图25，在作为可动钞票确认器(6)(见图7)的一部分的印制电路板(PCB)(52)上安装了光源(48)。光束被引导成沿着一系列的光管模制件(49a和49b)。这些模制件的上方对(49a)安装在可动钞票确认器(6)上。下方对(49b)安装在可动安全钞盒(3)上(见图7)。从光源(48)到光接受器(51)的光通路通过安装在可动钞票推板(32)上的棱镜(50)来完成。在这样的结构中，只有当可动安全钞盒(3)在位以及钞票推板(32)位于如图25、图16a和图16b所示的静止位置或“原位”时，光接受器(51)才收到信号。
在正常的操作过程中，与参考图16，17和18所进行的上述讨论一样，控制系统发送信号以驱动堆叠机构。当堆叠机构的剪臂(35)从原位展开时，光接受器(51)的信号输出迅速下降到零。当堆叠机构完成了一个完整的操作循环时，可动钞票推板(32)回到其原始位置或原位(如图16a和16b所示)，在光接受器(51)处又可接收到有效信号。在感应到此信号时，控制系统使堆叠器马达停止操作，装置等待下一票据。如果在堆叠操作开始后光接受器(51)没有在指定的时窗内接受到信号，控制系统将停止堆叠器马达，并且发送“盒子已满”的信息给主机。
如果光接受器(51)的信号电平下降到低电平，没能发出指令来驱动堆叠机构，那么控制系统将假设可动安全钞盒(3)已被移开，并发送与此有关的信息给主机。当在底座(2)上重新安装同一个(或另一个)可动安全钞盒(3)时，光接受器(51)恢复有信号，钞票处理机(1)恢复正常服务。
控制系统可通过对堆叠机构进行试运行来进行额外的检查，以确认合法的可动安全钱箱(3)已经安装好。如果光接受器(51)的信号显示代表了完整的堆叠顺序或循环的特征顺序信号转变，则认为已安装了可动安全钞盒(3)。
在上文中已经介绍了本发明的多个实施例。然而应该理解，在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下可对其进行各种修改。因此在下述权利要求的范围内还包括其它实施例。