ATMが札を1枚ずつ数えられる理由とは？—現金自動預け払い機の驚異の仕組みとテクノロジーの進化

ATM（現金自動預け払い機）は、どうして紙幣を1枚ずつ、しかも高速かつ正確に数えられるのか。 その答えは、紙幣を優しく分離する機械構造、重なりを見抜く分離機構、紙幣の通過・厚み・図柄・真偽を確かめる多種センサー、そして全体を気候や紙質に合わせて調整する制御技術が、緻密に連携しているからである。

本稿では、物理・電気・情報が溶け合ったATMのしくみを、やさしい言葉で徹底解説する。加えて、紙幣リサイクル機構・多通貨対応・防犯・現場運用まで範囲を広げ、日々目にする機械の「中の論理」を全方位で読み解く。

0．まず全体像：ATMの紙幣処理フロー

投入 → 分離 → 姿勢補正 → 検知・判定 → 仮預かり（エスクロー） → 計数結果の確定 → 収納/返却。この一連の流れの各所に機械的な安全柵と電子的な二重三重チェックが仕込まれている。

フロー早見表

1．「1枚だけ」を実現する仕組みの核心

1-1．ピックアップローラー：束から“優しく1枚”を取り出す

最初の関門は、札束から1枚だけを搬送路へ送り出すこと。ATMには弾力と摩擦のバランスを最適化したピックアップローラーがあり、紙幣の端を適切な押しつけ力と回転速度で引き出す。紙粉や湿度変化で滑りが変わっても、表面の材質とばね圧で安定した吸い上げを実現する。

1-2．セパレータ（分離板）：重なりは通さない

引き出された紙幣はセパレータ（分離板）を通過する。ここでは、2枚以上が重なっていると物理的に弾かれる角度や段差が設けられており、**重送（2枚同時）**を機械的に阻止。紙幣が薄い・折れている場合でも、ばね荷重や板の形状で過不足ない分離をかける。

1-3．搬送路：滑り・向き・姿勢を整える

カーブの半径やローラー配置、表面の低摩擦樹脂により、紙幣を波打たせずまっすぐ搬送。途中で傾き補正や反りの矯正を行い、後段のセンサーが読み取りやすい姿勢で通過させる。折れや反りが強い紙幣は、整流ローラーで一時的に押さえて平滑化する。

要素と役割の早見表

2．「数える・見分ける」を担う認識センサー

2-1．光学センサー：通過・位置・図柄を読む

搬送路の各所に発光・受光の対が並び、紙幣が通る瞬間の遮光パターンで通過を検知。さらに反射・透過の強さを測って、透かし・すき入れなどの特徴を確認する。これにより通過枚数と向き・表裏が素早く確定する。

2-2．超音波・静電容量：厚みと重なりを判定

超音波センサーは音の通り方の差から紙厚や重送を見抜き、静電容量センサーは紙幣の誘電率の違いで重なりを検出。1/100mm級の厚み変化でも反応し、2枚取り込みを電子的に二重確認する。

2-3．磁気・紫外線・赤外線：真偽とインクを確かめる

紙幣の磁気インク、紫外線で光る特定模様、赤外線での吸収差などを同時測定し、真贋判定を実施。国ごと・券種ごとに特性が異なるため、データは機内に券種テーブルとして保持され、必要に応じて更新される。

2-4．画像認識：細部の模様と損傷を読む

高解像度のラインセンサーで図柄の細線・余白・位置ズレを読み取り、しわ・破れ・汚れも数値化。学習型の判定（AI）と組み合わせ、券種識別・真贋判定・損傷度評価の精度を底上げする。

センサー別の働き（まとめ）

3．誤りを許さない制御と保守

3-1．冗長チェック：ずれたら即停止・再送

同じ紙幣に対し複数のセンサーが同時に観測し、タイミング・厚み・図柄が一致しない場合はエラー扱い。自動で逆回転や再搬送を行い、それでも改善しない紙幣はリジェクト口へ回す。

3-2．異常の早期発見：自己診断と履歴管理

取引ごとに通過時間・速度・厚みなどを記録し、詰まりや重送の前ぶれを検出。履歴は保守員が参照でき、故障箇所の切り分けを助ける。近年は摩耗度の推定や交換時期の予測も自動化されている。

3-3．定期メンテナンス：清掃・交換・調整

紙粉やほこりは滑りを悪化させるため、クリーニングシートや帯電防止ブラシで定期清掃。ローラー材の劣化やばねのへたりは早めに交換し、搬送圧・速度を再調整する。

3-4．センサー校正と環境補正

光量・音量・感度は温度・湿度・汚れで変わる。ATMは自動校正や環境センサーを併用し、しきい値をその都度最適化。これが四季の変化にも強い理由だ。

よくある異常と対処

4．使いやすさと安全性を両立する設計

4-1．操作の分かりやすさ：画面・音声・誘導灯

取引の流れに合わせ、画面表示・音声案内・ランプが連動。紙幣の入れ方・取り出しを迷わせないよう、差し込み口の形状や表示の向きも工夫されている。

4-2．安全対策：偽札・不正取引・情報保護

真贋判定で疑わしい紙幣や、短時間に不自然な操作が続いた場合は管理センターへ自動通報。通信は暗号化され、装置のふたも耐破壊構造で守られる。監視カメラやのぞき見防止の画面角度など、利用者の安心も配慮。

4-3．紙質のばらつきへの適応：季節・地域差を吸収

梅雨時の湿気、冬の乾燥、紙の新旧などは搬送に影響する。ATMは温度・湿度センサーと駆動条件の自動調整で安定動作を保つ。紙幣ガイドの幅や圧接力も、機種ごとに最適化されている。

操作と安全の要点表

5．未来のATM：学習する機械と環境配慮

5-1．自己学習：紙質・劣化・偽造の“新手”に追従

学習型の判定により、紙幣の汚れ・破損パターンや偽造の傾向を取り込み、真贋精度を高める。世界の券種データを定期更新し、出先でも最新状態を維持する。

5-2．遠隔保守・無人運用：止めないATMへ

遠隔監視でエラーを即座に把握、部品寿命の予測で計画交換。必要に応じリモート再起動や設定変更を行い、無人の時間帯でも安定運用を実現する。

5-3．省エネ・長寿命：持続可能な金融インフラ

待機電力の削減、部材の再利用、明細の電子化などで環境負荷を低減。搬送部の低摩耗材や潤滑の長寿命化も、稼働コストと資源消費の削減に寄与する。

将来像の整理表

6．紙幣の「リサイクル」とカセット設計

6-1．リサイクル機構とは

入金された紙幣を真贋・損傷で選別し、問題のない紙幣はそのまま出金用に回す仕組み。現金の搬送・補充の頻度を下げ、運用コストを抑える。

6-2．カセットとスタッカの役割

券種ごとに**カセット（収納箱）**を分け、整列・圧縮しながら収納。満杯や残量はセンサーで監視し、補充計画に反映される。

6-3．エスクロー（仮預かり）で安心

取引確定前に紙幣を一時保持し、取消やエラー時には全量返却。誤計数によるトラブルを防ぐ安全弁だ。

リサイクルの利点

7．多通貨・新券種への対応

7-1．券種テーブルの更新

国や券種ごとの特徴データ（図柄・インク・透かし・寸法）をテーブル化し、定期更新。新券発行時も学習と校正で素早く追従する。

7-2．寸法差・紙質差への設計

通貨によって縦横サイズ・紙質・厚みが異なる。ガイド幅や搬送圧を可変設計にし、多通貨モードで最適化する。

7-3．混在処理と換算

入金時に券種自動判定→金額換算→合計表示。誤混入はリジェクトし、利用者にわかりやすく通知する。

8．防犯と可用性：守る・止めないの両立

8-1．物理的防御

耐破壊筐体・特殊鍵・インク染色装置などで、物理的な不正開封を抑止。内側も二重扉で重要部を隔離する。

8-2．不正行為対策

スキミング（カード情報盗み見）や異物差し込みは、異常検知・警報・自動停止で対処。ソフト面では改ざん検出・二要素認証を導入。

8-3．可用性の確保

停電や通信断でも一時運転・安全停止できるよう、バッテリー・ログ保存を備える。重要取引はエスクローで整合を保つ。

9．現場事例：エラーの見分けと復旧フロー

代表的なエラーコード例（イメージ）

復旧の基本手順
停止→画面/ログ確認→該当部へアクセス→異物除去・清掃・部品点検→試運転→正常復帰ログ記録。再発時は部品交換と設定見直し。

10．ユーザーの使い方のコツとマナー

• 札は角をそろえて入れる（折れ・付箋・クリップは外す）。
• 投入口の矢印と向きに合わせる（多方向対応機でも安定度が上がる）。
• 濡れた札・のり付きの札は避ける（重送・詰まりの原因）。
• 返却札はその場で枚数確認。エラー時は案内に従って再投入。

11．やさしい物理：なぜ「挟む力」と「滑り」が肝心か

分離の要は、ローラーと紙の摩擦と押しつけ力（荷重）のつり合い。弱すぎると空回り、強すぎると2枚まとめて引き出してしまう。材質・表面粗さ・湿り具合で摩擦係数が変わるため、ATMはばね圧と速度を調整し、すべりやすさの変動を吸収する。これが「1枚だけ」を支える工学の直観だ。

12．Q＆A：素朴な疑問をさらに深掘り

Q1．本当に2枚同時に数えてしまうことはないの？
A： 物理分離＋複数センサーで二重に監視し、ずれがあれば停止→再送→排出の順で対処する。極めて稀な事象もログで追跡可能だ。

Q2．折れた札や汚れた札はどうなる？
A： 搬送前後で姿勢を矯正し、それでも不適ならリジェクト口へ。取引は不足分の再投入で続行できる。

Q3．偽札は見抜けるの？
A： 磁気・紫外線・赤外線・画像などの組合せで判定。疑いが強ければ取引を中断し、所定の手順に入る。

Q4．雨の日や湿気が多いとき、誤作動しない？
A： 湿度センサーと搬送圧の制御で安定化。紙粉が増える季節は清掃サイクルを短くして対応する。

Q5．もし紙幣が詰まったらどうする？
A： 装置は自動で逆回転して回復を試み、失敗時は安全に停止。画面の指示に従い、必要なら窓口やコールセンターへ。

Q6．紙幣の向きが逆でも受け付ける？
A： 多くの機種は向き・表裏を自動判別して処理できる。機種や設定により差はある。

Q7．新券と古い札が混ざっても大丈夫？
A： 厚み・色味・汚れの差はセンサーが吸収。極端な破損はリジェクトされる。

Q8．外国紙幣は扱える？
A： 多通貨対応機は券種テーブルを持ち、対応通貨のみ受け付ける。未対応は自動排出。

Q9．記録はどこまで残る？
A： 通過タイムスタンプ・エラー回数・部品状態まで保存。保守・監査に活用される。

用語辞典（やさしい言い換え）

• ピックアップローラー：札束の先頭をつまみ出すゴム製の回転部品。
• セパレータ（分離板）：2枚重なりをはじく仕切り板。
• 重送：紙幣が2枚以上同時に送られること。
• 整流ローラー：紙幣の傾きや反りを直して流れを整えるローラー。
• リジェクト口：不適合（破れ・汚れ・偽札疑い）を排出する口。
• 静電容量センサー：紙の電気的な性質の違いで重なり等を検知する装置。
• 冗長チェック：同じ内容を複数の方法で確認して安全度を上げる仕組み。
• 券種テーブル：各紙幣の特徴データの一覧。真贋判定に用いる。
• エスクロー：計数確定まで紙幣を仮に預かる部屋。
• スタッカ/カセット：判定済み紙幣を整列して入れる箱。
• リサイクル機構：入金紙幣を出金用に回すしくみ。

まとめ
ATMが紙幣を1枚ずつ、速く・正確に数えられるのは、分離機構（ピックアップローラー＋セパレータ）、姿勢制御された搬送路、多種センサーの組合せ、そして異常を逃さない制御と保守が緊密に連携しているからだ。

さらに、リサイクル機構・多通貨対応・防犯設計・遠隔保守・環境配慮が加わり、現代のATMは止まらない・迷わない・むだが少ない装置へ成熟しつつある。しくみを知れば、いつもの入出金がもっと安心で、ちょっと面白く感じられるはずだ。