(57)【要約】【課題】巨大静電気によるタッチセンサ回路部品の破壊、及びタッチセンサに接続される制御回路、電源回路などの部品破壊を防止する。【解決手段】発振コイルＬを有する発振回路１０と、発振回路１０に抵抗Ｒ１を介して接続した電極１５とからなり、電極１５への人体の接近又は接触で発振回路１０の発振条件が変化することにより人体を検出するものにおいて、抵抗Ｒ１の発振回路１０側とフレームグランドＦＧとの間に、電源グランドＧＮＤと独立して、ギャップＧを設けた。【選択図】  図１
2006203406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振回路と、この発振回路に接続した電極とからなり、前記電極への人体の接触あるいは、接近で前記発振回路の発振条件が変化することにより、人体の接触あるいは接近を検出するタッチセンサにおいて、
回路基板上に、前記電極とフレームグランド間に、回路パターンで静電気放電用ギャップを少なくとも１箇所以上形成したことを特徴とするタッチセンサ。
【請求項２】
前記ギャップの前記フレームグランド側回路パターンは、前記発振回路を含む回路部の電源ＯＶ接地グランドと絶縁して形成されることを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人体の接近又は接触を検出するタッチセンサに関し、特にパチンコ機などの球を発射するに際して、遊戯者が発射ハンドルに設けられた電極に触れないと球の発射ができないようにし、遊戯者が複数のパチンコ機を使用することを防止するのに好適なタッチセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パチンコ機の好適なタッチセンサとして、図６に示すように、発振コイルＬを有する発振回路１０と、この発振回路１０に抵抗Ｒ１を介して接続した電極１５とからなり、電極１５への人体の接近又は接触で発振回路１０の発振条件が変化することにより人体を検出するタッチセンサにおいて、前記抵抗の発振回路１０側と電源グランドＧＮＤとの間に静電気放電用のギャップＧを設け、このギャップＧを、発振回路１０を含む回路が設けられた基板上に少なくとも１箇所パターン形成されたものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３２０２６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１記載のタッチセンサでは、人体が持っている静電気がタッチ電極へ人体の接触により入力されると、全ての電荷は、図７に示すように電極６よりギャップＧのＧＮＤ側を経てからＧＮＤラインを通り、ＤＣ電源回路の０Ｖに至り、そして電源の電圧ドロップトランスＤＴの２次側から１次側に放電を行い、商用電源ＡＣのアースから大地Ｅに戻り消滅する。図６の電圧ドロップトランスＤＴの代わりに図８に示すようにスイッチングレギュレータＳＷＲのスイッチングトランスＳＷＴの２次側から１次側に放電を行い、商用電源ＡＣのアースから大地に戻り、消滅する場合もある。
【０００４】
ところで、一般的に静電気量が、容量が１００ＰＦ、靜電圧が２〜３万ボルト、インピーダンスが数１００Ωの場合は、検出回路や制御部品あるいは電源用部品の破損は少ないが、静電気量が巨大、例えば容量が数１０００ＰＦになったり、静電圧が５万ボルト以上になったり、インピーダンスが０Ω近くになる等の場合、その静電気量によって、
電源回路部はもちろん検出回路や制御回路の回路部品も破損させる。
【０００５】
このような破損を生じる理由は、巨大な静電気がギャップＧで放電を行いＤＣ  ＧＮＤにそのままの量で移動するが、この移動した電荷は、単位時間当たりの電流の変化ｄｉ／ｄｔが非常に大きいことと電荷量が巨大なためである。すなわち、電流変化率が非常に大きいということは、配線の誘導が少し有れば、その線に巨大な残電圧が残ることを、又短いプリントパターンでも大きな残電圧が発生することを意味する。また、電荷量が大きいことは配線のリード線の抵抗分やプリント基板のわずかな抵抗においても大きな残電圧が発生することである。
【０００６】
しかも、この静電気は、特定の極性でもない。プラスの極性もあればマイナスの極性もある。この種静電気にプラスあるいはマイナスの極性があり、一方に定まらないのは、人が着用している衣類の材質や、その周囲の環境によるためである。全ての電子部品は、定められた電圧や電流の極性を持っている。又大半の電子部品はその定められた逆の極性を印加するとその機能を果たさないばかりか破損する。これは、上記の巨大静電気による回路破損の原因となる。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するために、本願の発明者は種々の検討をおこない、フレームグランドを用いたものを創出し、すでに出願した（特願２００３−１５６１５４号）。この出願の発明により、巨大静電気によるタッチセンサそのものの部品破損は上記説明、すなわち回路パターンの引き回し等によって多くは改善できたが、なお、場合によって、完全に防ぐことができないという問題がある。その上、タッチセンサ以後の制御回路の関係でＧＮＤ（ＤＣ０Ｖ）をフレームグランドに落とせないという問題がある。
【０００８】
また、さらに、タッチセンサに用いられるＤＣ電源とフレームグランド間に耐電圧の必要がある場合は、コンデンサＣｏは高耐圧仕様のコンデンサが必要となる。そのため価格が高価となり、また形状も大きくなり実使用ができないという問題がある。
【０００９】
この発明は、上記問題点に着目してなされたもので、
ａ．巨大静電気によるタッチセンサ回路部品の破壊を防止する。
【００１０】
ｂ．タッチセンサに接続される制御回路部品や電源回路部品の破壊を防止する。
【００１１】
ｃ．小型なタッチセンサの実現を可能とする。
【００１２】
タッチセンサを提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明のタッチセンサは、発振回路と、この発振回路に接続した電極とからなり、前記電極への人体の接触あるいは、接近で前記発振回路の発振条件が変化することにより、人体の接触あるいは接近を検出するタッチセンサにおいて、
回路基板上に、前記電極とフレームグランド間に、回路パターンで静電気放電用ギャップを少なくとも１箇所以上形成したことを特徴とする。
【００１４】
このタッチセンサによれば、電極に印加された如何に巨大な静電気でも、放電ギャップを介し、回路用電源とは絶縁されたフレームグランドに流れ、フレームグランドが接地されている場合は直接大地に、また非接地の場合は大地とフレームグランド間の浮遊容量を介して大地にもどるため、いかなる極性の静電気でも、タッチセンサ回路や、それに接続される制御回路電源回路にも、何ら影響を受けることがない。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、
（１）サージ保護用素子が不要であるにもかかわらず静電気による半導体等の破壊を防止できる。
・  サージ保護用素子であるバリスタ、ツエナダイオード、クリッピングダイオード等の高価な電子部品が不要であるため、大幅なコストの低下が図れる。
・  サージ保護用素子が不要であるため、サージ保護用素子の回路への影響もなくなり、特に温度特性が飛躍的に改善されると共に、製品の動作感度のバラツキも少なくすることができる。
・  サージ保護用素子が不要となるため、サージ保護用素子そのものの破損もなくなり高寿命、高信頼性が確保される。
・  巨大な静電気が印加されても電源回路の０Ｖ  ＧＮＤに電荷が流れることも無く、回路部品の破壊をすることもない。
・  巨大な静電気が印加されても電源回路の０Ｖ  ＧＮＤに電荷が流れることも無く、回路部品の破壊をすることもないので、タッチセンサの回路パターンの配線に注意を要しなくなる。
・  ０Ｖ  ＧＮＤとフレームグランドＦＧが絶縁されているため制御回路などの対地、耐電圧の問題が発生しない。
・  タッチセンサに接続される制御回路や電源回路あるいは、それに用いられるトランス等の静電気放電による絶縁劣化の問題が無くなる。
・  電荷放出のための高電圧コンデンサも不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。
その一実施形態に係るタッチセンサの回路構成を図１及び図２に示す。図１の回路は発振回路１０にコルピッツ回路を使用したものであり、図２の回路は、発振回路１０にハートレー回路を用いたものである。
【００１７】
まず、図１の回路について説明する。電源Ｖｃｃ端子に印加された電源電圧は、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴＲ１にバイアス電流を流し、発振コイルＬとコンデンサＣ２，Ｃ３の定数により定まる一定の周波数Ｆ≒１／｛２π（ＬＣ）1／２｝で、発振回路１０が発振する。この発振回路１０の発振強度は、トランジスタＴＲ１のエミッタに接続される抵抗Ｒ２の値によって、制御される。ここに、トランジスタＴＲ２は、トランジスタＴＲ１のパラメータが温度などにより変化するのを補正するため、ベースーエミッタ間を利用する補正トランジスタである。発振回路１０が発振すると、発振回路１０の見掛け上のインピーダンスは極めて小さくなり、トランジスタＴＲ１に流れる高周波発振電流は大きくなる。この高周波発振電流はコンデンサＣ４により平滑されるため、電流Ｉｓは大きな直流電流となる。この電流Ｉｓの値をレベル弁別回路１１で弁別し、その結果で出力回路１２を駆動するように構成されている。
【００１８】
発振回路１０には、抵抗Ｒ１を介して電極１５が接続されている。その電極１５の発振回路１０側とフレームグランドＦＧとの間には，数十〜数百μｍの静電気放電用のギャップＧが設けられ、ギャップＧは発振回路１０を含み、さらにレベル弁別回路１１、出力回路12等が設けられた同一のプリント基板上に少なくとも１箇所パターン形成されている。ここで、フレームグランドは、回路の電源ＯＶ  ＧＮＤとは、相違し、一般電気機器における機器本体の箱体を形成するフレームを大地に直接あるいは浮遊容量を介して接地するためのグランドラインである。
【００１９】
発振回路１０が発振し、大きな電流Ｉｓが流れているとき、人が電極１５に接触すると、人体容量Ｃｏが発生する。すると、今まで浮いていた抵抗Ｒ１が人体容量Ｃｏと直列になり、人体容量Ｃｏが大地と回路配線間の浮遊容量を介して発振コイルＬの両端に接続されるため、発振回路１０の選択度Ｑは大きく低下し、その結果，発振は停止する。
【００２０】
発振が停止すると、発振回路１０のインピーダンスは大きくなり、電流Ｉｓは極めて小さくなる。この小さくなった電流Ｉｓがレベル弁別回路１１で弁別され、出力回路１２が駆動される。つまり、電流Ｉｓが一定値以上である場合を人体の非検出時、電流Ｉｓが一定値よりも小さい場合を人体の検出時として、出力回路１２より出力信号が出力される。
【００２１】
この場合、レベル弁別回路１１に波形整形回路（シュミット回路）等を用いると、立ち上がり・立下りの鋭い出力を売ることができるのは勿論である。また、抵抗Ｒ２により検出感度を高くしておけば、人体の電極１５への接触だけでなく、人体の電極１５への接近も検出することが可能となる。
【００２２】
次に、このタッチセンサの実使用について説明する。パチンコ台においては、球は長いプラスチック製の通路を通過する。このとき、球と球、或いは球とプラスチックは摩擦を繰り返しながら運ばれるため、球は数万Ｖの静電気を帯びる。この静電気を帯びた球に触れた人が電極１５に接触するのであるから、タッチセンサには当然人体を介して数万Ｖの静電気が印加され、静電気は瞬時にギャップＧで放電を行い、フレームグランドＦＧに流れ、フレームグランドＦＧが接地されている場合は直接大地に、非接地の場合はフレームグランドと大地との浮遊容量を介して急激に減少して消滅する。また、最近の化学繊維の着用や絨毯上での移動機会の多い今日、特に冬場は人体には数万Ｖの静電気が発生する。タッチセンサを他の用途に使用した場合でも。同様にその静電気がタッチセンサに印加され、前記のように消滅を繰り返す。
【００２３】
この数万Ｖの静電気がタッチセンサに印加されると、発振回路１０、定電圧回路、レベル弁別回路11等を構成する半導体は瞬間に破壊される。従って、これらの保護がタッチセンサの基本条件であることはいうまでもない。
【００２４】
この実施形態のタッチセンサにおいて、電極１５に印加された静電気について説明する。まず、数千Ｖと比較的低い電圧の静電気が印加された場合、発振回路１０に印加される静電圧は、入力部と回路配線の大地との浮遊容量を介して電源グランドＧＮＤ、即ち発振コイルＬの両端の電圧となる。一般的に、発振コイルＬの抵抗ＲＬは数Ωの低抵抗であり、また電極１５を介する抵抗Ｒ１として数〜数ｋΩの抵抗値のものを用いる。静電圧をＶｓとし、Ｖｓ＝２０００Ｖが抵抗Ｒ１＝５．１ｋΩ，ＲＬ＝５．１Ωに印加された場合、発振コイルＬに印加される静電圧をＶＬとすると、
ＶＬ＝（ＲＬ×Ｖｓ）／（Ｒ１＋ＲＬ）
＝（５．１×２０００）／（５１００＋５．１）
≒２Ｖ
となり、約２Ｖの電圧しか発振コイルＬに印加されない。印加される静電気の極性は（＋）時や（−）時があるが、いずれの場合でも、静電圧ＶＬは回路部品、特に半導体を破壊することはない。
【００２５】
次に、静電圧が極めて高い場合について説明する。静電圧Ｖｓ＝３万Ｖとすると、電極１５トフレームグランドＦＧとの間には極めて狭いギャップＧが設けられているため、約２０００Ｖ以上になると、ギャップＧ間で放電が開始し、印加電圧は２０００Ｖから０Ｖとなり、上記したように２０００Ｖ以上の電圧が発振コイルＬに印加されることはない。
【００２６】
しかし、この放電の瞬間は、静電圧の変化率が極めて大きく、発振コイルＬに流れていた電流が急に無くなるため、エネルギー量は極めて小さいが大変大きな電圧の高周波パルス状起電力が発振コイルＬから発生する。この起電力は他の半導体を破壊するのに十分な電圧であるが、発振コイルＬと並列に設けられているコンデンサＣ２、Ｃ３によりバイパスされるため、高圧の起電力が発振トランジスタＴＲ１，ＴＲ２やその他の電子部品に印加されることはなく、電子部品の破壊を防止できる。
【００２７】
また、帯電している人の手が電極１５に接触した瞬間も、急激な電圧の変化が印加される。コンデンサＣ２，Ｃ３の合計容量をＣｘとすると
Ｃｘ＝（Ｃ２×Ｃ３）／（Ｃ２＋Ｃ３）
となり、この合計容量Ｃｘと抵抗Ｒ１は積分回路を形成する。発振コイルＬは数μＨと非常に小さい誘導分しかないが、高周波時は高いインピーダンスとなるため、前記積分回路で高周波分は消されることになる結果、抵抗成分のみが機能することになり、発振コイルＬに印加される電圧は高くならない。
【００２８】
一方、ギャップＧは、図５の（ａ）に示すように、発振回路１０を含む回路等が設けられた同一プリント基板ＣＢ上にプリントパターンＣＰで数十〜数百μｍのギャップで少なくとも１箇所、しかも先端が鋭利に形成されているため、極めて小さなスペースであり、コストが掛からず、低コストでＨＩＣとしての小型化の目的も達成できる。なお、図５の(ａ）では、ギャップは１個であるが、図５の（ｂ）に示すように、先端が鋭利に形成されて相体面するギャップを複数個設けてもよい。
【００２９】
図１〜図３に示し、また図５でも明らかなように、これらの実施形態では、電源０Ｖ  ＧＮＤ用の端子と、ギャップＧの接地側であってフレームグランドＦＧへ接続するための端子は、互いに独立し電気的に絶縁して形成されている。
【００３０】
また、図面には示されていないが、ギャップＧは、防護被膜（シール、剥離性被膜等）で覆われることも可能で、ゴミ等の付着により放電機能が停止したり、或いは樹脂による回路基板のモールデイング等によって起こる封止部材等の高絶縁体の付着により放電機能が失われたりすることがなく、安定した信頼性や品質が確保される。
【００３１】
勿論、図１の回路について説明した上記論理は、図２の回路においても全く同様に当て嵌まる。
【００３２】
なお、図１、図２の回路によると、僅かではあるが、直流電圧が常時印加されているため、電極１５には電蝕作用が働いている。このため。図３の（ａ）〔図１に対応〕、（ｂ）〔図２に対応〕に示すように、直流分をカットするため検出容量やコンデンサＣ２，Ｃ３より十分大きな容量のコンデンサＣ１を抵抗Ｒ１と直列接続し、前記電蝕作用を防止することもできる。
【００３３】
図１や図２のような回路構成を有するタッチセンサによれば、図４において、発振回路１０の発振ゲインと電極１５に係る静電容量Ｃｏとの関係は、検出容量付近では急な傾斜の（実施形態の特性）になり、静電容量のバラツキや温度変化等の環境変化に対して動作が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係るタッチセンサの回路構成を示す回路図である。
【図２】本発明の別実施形態に係るタッチセンサの回路構成を示す回路図である。
【図３】図１の回路における電極側の変更例を示す部分回路（ａ）、及び図２の回路における電極側の変更例を示す部分回路図（ｂ）である。
【図４】電極に係る静電容量（人体容量）Ｃｏと発振回路の発振ゲインとの関係を示すグラフである。
【図５】上記実施形態タッチセンサで使用されるギャップの一例を示す図である。
【図６】従来例に係るタッチセンサの回路構成を示す回路図である。
【図７】従来のタッチセンサにおける放電電流の経路を説明する回路図である。
【図８】従来の他のタッチセンサにおける放電電流の経路を説明する回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０                  発振回路
１１                  レベル弁別回路
１２                  出力回路
１５                  電極
Ｃｏ                  人体容量
Ｌ                    発振コイル
Ｃ１，Ｃ２．Ｃ３      コンデンサ
Ｇ                    静電気放電用ギャップ
ＴＲ１，ＴＲ２        トランジスタ
ＧＮＤ                ０ボルト  グランド
ＦＧ                  フレームグランド
ＣＢ                  回路基板
ＣＰ                  回路パターン
【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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