(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、
該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴に接して検出穴の内壁面を構成する回路基板と、
該回路基板の検出穴側とは反対側の面に実装された磁気抵抗素子と、
前記回路基板の検出穴側の面に設けられた、鋼球の衝撃に対して前記回路基板を保護する耐衝撃部材と、
を備えたことを特徴とする鋼球検出センサ。
【請求項２】
鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、
該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴の側壁を構成する回路基板と、
該回路基板に実装された磁気抵抗素子とを備え、
前記検出穴の内壁面に、鋼球と回路基板との衝突を阻止する衝突阻止部を設けたこと、
を特徴とする鋼球検出センサ。
【請求項３】
前記非磁性保護ケースの検出穴の軸方向において、前記回路基板の端部が前記検出穴の開口面から後退していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼球検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼球検出センサに関し、特に、パチンコ玉等の鋼球検出センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の鋼球検出センサの一例を、図１１及び図１２にそれぞれ示す。該鋼球検出センサ１は、磁気抵抗素子２、該磁気抵抗素子２にバイアス磁界を印加するための磁石３、これら磁気抵抗素子２及び磁石３を搭載するための回路基板５及び非磁性保護ケース７にて構成されている。非磁性保護ケース７には、鋼球２０の通過が可能な径を有する検出穴１０が設けられている。
【０００３】
磁気抵抗素子２及び磁石３を搭載した回路基板５は、非磁性保護ケース７の部品収容部１１内に収納されている。回路基板５は検出穴１０の軸方向、すなわち鋼球２０が通過する方向に対して垂直に配置されている。一方、磁気抵抗素子２は、回路基板５に対して垂直に搭載されており、その検知面２ａは鋼球２０の通過方向に対して平行である。これは鋼球２０と磁石３の間に発生する集中磁界が、検知面に対して垂直に加わるようにするためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の鋼球検出センサ１は、非磁性保護ケース７がたとえば樹脂材で製作されているときには検出穴１０の縁部には所定の肉厚が必要であり、非磁性保護ケース７の検出穴１０と磁気抵抗素子２の検知面２ａとのギャップ寸法が大きかった。このため、磁気抵抗素子２の検知面２ａと鋼球２０との間隔が大きくなり、鋼球検出センサ１では感度が小さくなるという問題があった。
【０００５】
また、従来の鋼球検出センサ１では、磁気抵抗素子２を回路基板５に対して垂直に搭載しているので、磁気抵抗素子２の検知面２ａに設けた外部電極と回路基板５の表面に設けた回路パターン６ａ，６ｂとを半田付けして実装する等の方法が採用されている。しかしながら、磁気抵抗素子２の厚みは特性上の関係から１ｍｍ以下と薄く、磁気抵抗素子２を回路基板５に垂直に立てて実装する作業は非常に手間がかかり、鋼球検出センサ１の製造コストをアップさせる一つの要因となっていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、鋼球の検出感度が高く、磁気抵抗素子の実装作業が容易でしかも優れた耐久性を有する鋼球検出センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
前記目的を達成するため、本発明に係る鋼球検出センサは、鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴に接して検出穴の内壁面を構成する回路基板と、該回路基板の検出穴側とは反対側の面に実装された磁気抵抗素子と、前記回路基板の検出穴側の面上に設けられた、鋼球の衝撃に対して前記回路基板を保護する耐衝撃部材とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
磁気抵抗素子を実装した回路基板を、検出穴の内壁面の一部として兼用したことにより、検出穴の磁気抵抗素子配置側縁部の肉厚が、非磁性保護ケースの製作上の制約から解放される。また、磁気抵抗素子の検知面を実装面としたことにより、磁気抵抗素子の検知面と鋼球とのギャップ寸法が小さくなる。これにより、鋼球検出センサの感度が大きくなる。
【０００９】
さらに、磁気抵抗素子は、回路基板に対して水平に実装され、磁気抵抗素子の検知面は、検出穴の軸方向つまり鋼球の通過方向に対して平行になる。これにより、磁気抵抗素子を回路基板に対して垂直に実装していた従来の構造と比較して、実装作業が容易になり、しかも、回路基板上における磁気抵抗素子の位置決め精度も高くなる。
【００１０】
加えて、回路基板の検出穴側の面に設けられた耐衝撃部材により、回路基板は検出穴を通過する鋼球の衝突から保護され、回路基板が摩耗したり、実装部品が外れる等の不具合が防止される。
【００１１】
また、本発明に係る鋼球検出センサは、鋼球が通過する検出穴を備えてなる非磁性保護ケースと、該非磁性保護ケース内に前記検出穴の軸方向に対して略平行に配置されるとともに、前記検出穴の側壁を構成する回路基板と、該回路基板に実装された磁気抵抗素子とを備え、前記検出穴の内壁面に、鋼球と回路基板との衝突を阻止する衝突阻止部を設けたことを特徴とする。
【００１２】
磁気抵抗素子を実装した回路基板を、検出穴の側壁の一部として兼用し、また、磁気抵抗素子の検知面を実装面としたことにより、磁気抵抗素子の検知面と鋼球とのギャップ寸法が小さくなり、鋼球検出センサの感度が大きくなる。また、磁気抵抗素子は回路基板に対して水平に実装されるので、磁気抵抗素子の実装作業が容易になり、磁気抵抗素子の位置決め精度も高くなる。
【００１３】
加えて、検出穴の内壁面に衝突阻止部を設けているため、検出穴を通過する鋼球はこの衝突阻止部に衝突し、検出穴に対向している回路基板に鋼球が衝突するのが防止される。これにより、回路基板の摩耗や実装部品が外れる等の不具合が防止される。
【００１４】
さらに、非磁性保護ケースの検出穴の軸方向において、回路基板の端部は、検出穴の開口面から後退している。これにより、鋼球が検出穴に出入りする際に検出穴の開口のエッジに衝突しても、鋼球は回路基板の端部に衝突せず、回路基板の損傷が確実に防止される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋼球検出センサの実施の形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１実施形態、図１〜図５］
図１及び図２に示すように、鋼球検出センサ２１は、磁気抵抗素子２２、増幅用トランジスタ２３、抵抗素子２４、これら電子部品２２〜２４を搭載するための回路基板２５、磁気抵抗素子２２にバイアス磁界を印加する磁石３４及び非磁性保護ケース２８にて構成されている。
【００１７】
磁気抵抗素子２２は、図３に示すように、基板３５と該基板３５の上面、すなわち検知面３５ａに設けられた磁気抵抗パターン３６及び端子電極３７ａ，３７ｂとからなる。端子電極３７ａ，３７ｂは基板３５の上面３５ａ及び基板側面（図示せず）に形成するようにすれば、回路基板２５への半田付けの強度を向上させることができる。基板３５は、Ｓｉ等の基板上に蒸着等でＩｎＳｂ膜等を形成したものや、ＩｎＳｂ等の単結晶半導体基板、あるいは別に成膜した半導体薄膜や単結晶基板を絶縁基板上に接着剤で貼り付けた複合基板としたもの等が用いられる。検知面３５ａは磁気抵抗素子２２の実装面とされる。磁気抵抗素子２２は、磁界が強くなるにつれて抵抗値が大きくなる。磁気抵抗パターン３６は所定の磁気抵抗値を得るため蛇行形状とされ、磁気抵抗パターン３６のセグメントの幅Ｗと長さＬの比Ｗ／Ｌを大きくして高感度なものとしている。
【００１８】
磁気抵抗素子２２は、その端子電極３７ａ，３７ｂと回路基板２５の回路パターン（図示せず）とを、直接半田付けしたり、導電性接着剤等で接合することによって、回路基板２５上に水平に実装される。従って、磁気抵抗素子を回路基板に対して垂直に実装していた従来の鋼球検出センサの構造と比較して、磁気抵抗素子２２の実装作業がきわめて容易になる。しかも、回路基板２５上における磁気抵抗素子２２の位置決め精度も高い。
【００１９】
回路基板２５としては、ガラス繊維を含んだエポキシやポリイミド樹脂基板、紙エポキシ基板、紙フェノール基板、アルミナ基板等が用いられる。同様に、増幅用トランジスタ２３や抵抗素子２４も、半田付けや導電性接着剤等によって回路基板２５に実装される。こうして、回路基板２５上に磁気抵抗素子２２のほかに、増幅用トランジスタ２３や抵抗素子２４を実装することにより、鋼球検出センサ２１の小型化を図ることができる。
【００２０】
非磁性保護ケース２８は、鋼球４０の通過が可能な径を有する検出穴２９と、部品収容部３１とを有している。検出穴２９は多角形のほかに、円形、楕円形等任意である。検出穴２９の磁気抵抗素子２２配置側には、検出穴２９の軸方向に延在した開口部２９ａが設けられている。該開口部２９ａには、両サイドに回路基板２５を挿入するためのガイド用凹部３２が設けられている。
【００２１】
部品収容部３１の検出穴２９側とは反対の側には段差部３３が形成され、この段差部３３に設けた凹部３３ａに磁石３４が嵌め込まれている。この磁石３４は永久磁石であってもよいし、電磁石であってもよい。また、磁気抵抗素子２２に所定の磁界が印加されれば、磁気抵抗素子２２と磁石３４との間のギャップは無くてもよいし、任意の間隔をあけてもよい。
【００２２】
電子部品２２〜２４を搭載した回路基板２５は、その両端部をガイド用凹部３２に挿入することにより、検出穴２９の軸方向、すなわち鋼球４０の通過方向に対して平行になるように、検出穴２９に接して配置される。回路基板２５の実装面２５ａとは反対側の面２５ｂは検出穴２９の開口部２９ａに露出し、検出穴２９の内壁面の一部として兼用される。そして、回路基板２５の面２５ｂの開口部２９ａに露出した部分を覆うように、耐衝撃板４１を接着している。耐衝撃板４１は、検出穴２９を通過する鋼球４０の衝突に対し回路基板２５を保護する。耐衝撃板４１としては、たとえば厚みが０．１ｍｍのＳＵＳ板や銅板や鉄板などの金属材料やテフロン、エポキシ等の樹脂材料を使用することができるが、耐摩耗性の高い材料（例えばＴｉＮ板等）が好ましい。
【００２３】
磁気抵抗素子２２は回路基板２５と磁石３４の間に配置され、磁気抵抗素子２２の検知面３５ａは検出穴２９の軸方向に対して平行になる。磁石３４は、磁気抵抗素子２２に対向している。回路基板２５の回路パターン（図示せず）には、電気信号取出し用リード線２６ａ，２６ｂが電気的に接続されている。
【００２４】
以上に説明した鋼球検出センサ２１の電気回路図を図４に示す。磁気抵抗素子２２には、直列に抵抗素子２４が接続されている。磁気抵抗素子２２と抵抗素子２４の中継線は、増幅用トランジスタ２３のベースに接続され、磁気抵抗素子２２の他端はトランジスタ２３のエミッタに接続され、抵抗素子２４の他端はトランジスタ２３のコレクタに接続されている。この回路は、抵抗素子２４の一端とトランジスタ２３のコレクタがリード線２６ａに接続され、磁気抵抗素子２２の一端とトランジスタ２３のエミッタがリード線２６ｂに接続されている、２線式出力結線回路となっている。
【００２５】
次に、以上の構成からなる鋼球検出センサ２１の作用効果について説明する。予め、リード線２６ａ，２６ｂ間に、図示しないセンサ電源によって直流電圧Ｖｃを印加し、磁気抵抗素子２２及び抵抗素子２４に直流電流を流しておく。鋼球４０が検出穴２９を通過する前には、磁石３４によるバイアス磁場は磁気抵抗素子２２へ集中していないので磁気抵抗素子２２の抵抗に変化はなく、その抵抗値は低い。従って、磁気抵抗素子２２と抵抗素子２４の中継線の電位は、トランジスタ２３のベース・エミッタ間電圧ＶBEよりも小さい。このときは、トランジスタ２３は遮断領域にあり、トランジスタ２３はＯＦＦ状態のままであり、鋼球検出センサ２１に流れる電流Ｉは零に近い値まで降下している。
【００２６】
この状態で鋼球４０が検出穴２９を通過すると、磁石３４によるバイアス磁場は磁気抵抗素子２２へ集中するので、磁気抵抗素子２２の抵抗値は高くなる。これにより、磁気抵抗素子２２と抵抗素子２４の中継線の電位はトランジスタ２３のベース・エミッタ間電圧ＶBEを越え、トランジスタ２３は能動領域に移行してトランジスタ２３はＯＮ状態となる。これにより、トランジスタ２３のコレクタ電流Ｉｃが増大し、鋼球検出センサ２１に流れる電流Ｉが上昇する。
【００２７】
鋼球４０が検出穴２９を通過して磁気抵抗素子２２から離反すると、磁石３４によるバイアス磁場は磁気抵抗素子２２への集中がなくなり、磁気抵抗素子２２の抵抗値は元の低い値となる。従って、磁気抵抗素子２２と抵抗素子２４の中継線の電位は再び、トランジスタ２３のベース・エミッタ間電圧ＶBEよりも低くなるので、トランジスタ２３はＯＦＦ状態となる。
【００２８】
これにより、鋼球４０が検出穴２９を通過する毎に、鋼球検出センサ２１に流れる電流Ｉは、パルス状に変化する。従って、この電流波形のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球４０の通過数を検出することができる。
【００２９】
また、鋼球検出センサ２１の出力端子２６ｂに負荷抵抗ＲＬを接続して、鋼球検出センサ２１の端子２６ａと負荷抵抗ＲＬに直流電圧Ｖｃを印加すれば、負荷抵抗ＲＬの両端からパルス状の出力電圧を取り出すことができ、この出力電圧の波形のパルス数をカウントすることによって、無接触で鋼球４０の通過数を検出することができる。
【００３０】
以上の構成の鋼球検出センサ２１は、回路基板２５を検出穴２９の内壁部の一部として兼用しているので、検出穴２９の磁気抵抗素子２２配置側縁部の肉厚が、非磁性保護ケース２８の製作上の制約から解放される。加えて、磁気抵抗素子２２はその検知面３５ａを回路基板２５の実装面２５ａに当接している。これにより、検知面３５ａと鋼球４０とのギャップ寸法を小さくすることができ、検出感度の優れた鋼球検出センサ２１を得ることができる。
【００３１】
また、回路基板２５が検出穴２９の軸方向に対して平行になるように非磁性保護ケース２８に取り付けられるので、磁気抵抗素子２２の検知面３５ａを鋼球４０の通過方向に対して平行に配置することができる。このとき、回路基板２５は磁気抵抗素子２２よりサイズが大きいため取り扱い易くなり、従来の磁気抵抗素子を回路基板に対して垂直に実装する作業と比較して容易である。
【００３２】
さらに、回路基板２５に耐衝撃板４１が装着されているので、回路基板２５は検出穴２９を通過する鋼球４０の衝突から保護される。つまり、回路基板２５の機械的強度がアップし、鋼球４０の衝突による電子部品２２〜２４へのダメージが緩和される。これにより、回路基板２５に鋼球４０が直接衝突して、回路基板２５が摩耗したり、あるいは、電子部品２２〜２４が回路基板２５から外れる等の不具合が防止され、耐久性及び信頼性の高い鋼球検出センサ２１を得ることができる。
【００３３】
なお、本第１実施形態において、回路基板２５に代えて、たとえば図５に示すように、表裏面に銅箔からなる導体膜５１ａ，５１ｂが形成された両面プリント基板５１を使用し、検出穴２９側の導体膜５１ｂを耐衝撃部材として機能させるようにしてもよい。磁気抵抗素子２２側の導体膜５１ａは回路パターンとして使用される。さらに、必要に応じて導体膜５１ａ，５１ｂにはそれぞれ、半田レベラやソルダレジスト５２が付与される。このようにすれば、耐衝撃板４１を回路基板２５に接着する等の作業が不要になり、鋼球検出センサの製造効率がさらに向上する。また、基板５１の表裏面に導体膜５１ａ，５１ｂを形成して、表裏面を同じ構成にすることにより、基板５１の反りやねじれが小さくなる。従って、電子部品２２〜２４の実装の信頼性を増大させると共に、基板５１の平面度向上によりセンサ出力のばらつきを小さくすることができる。ソルダレジスト５２は滑りが良いため、鋼球４０が検出穴２９をスムースに通過し、摩耗をさらに防止する。
【００３４】
［第２実施形態、図６〜図８］
本発明に係る鋼球検出センサのいま一つの実施形態を図６及び図７に示す。該鋼球検出センサ２１ａは、前記第１実施形態の鋼球検出センサ２１の耐衝撃板４１に代えて、検出穴２９の回路基板２５側に、鋼球４０と検出穴２９の内壁面（本第２実施形態の場合は、回路基板２５の面２５ｂ）との衝突を阻止する一対の衝突阻止部６１ａ，６１ｂを形成したものである。なお、図６及び図７において、図１及び図２に対応する部分には同じ符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００３５】
衝突阻止部６１ａ，６１ｂは、図８に示すように、鋼球４０が回路基板２５に最も近接したときでも、鋼球４０が回路基板２５に接触しないで、衝突阻止部６１ａ，６１ｂにそれぞれ接触するように設定される。具体的には、衝突阻止部６１ａ，６１ｂと回路基板２５の面２５ｂとがそれぞれなす角度をθ１，θ２とすると、鋼球４０の中心Ｏから回路基板２５の面２５ｂまでの最小距離Ｄｍｉｎが常に鋼球４０の半径ｒよりも大きい、すなわちＤｍｉｎ＞ｒの関係を満足するように、角度θ１，θ２が設定される。角度θ１とθ２は異なる値であってもよい。なお、Ｄｍｉｎが大きくなりすぎると、センサの感度が低下するため、磁気抵抗素子２２の磁気抵抗パターン３６と、鋼球４０の外周部との間隔Ｄｇａｐは１ｍｍ以下とするほうが好ましい。
【００３６】
以上の構成の鋼球検出センサ２１ａは、衝突阻止部６１ａ，６１ｂによって、検出穴２９に入ってきた鋼球４０と回路基板２５との衝突が阻止される。これにより、回路基板２５に鋼球４０が直接衝突して、回路基板２５が摩耗したり、電子部品２２〜２４が回路基板２５から外れる等の不具合が防止され、耐久性及び信頼性の高い鋼球検出センサ２１ａを得ることができる。また、鋼球４０が回路基板２５に衝突すると、その衝撃力で磁気抵抗素子２２にノイズが発生することがあるが、そのようなノイズの発生の心配もなくなる。さらに、本第２実施形態では、第１実施形態の耐衝撃板４１が不要であるので、その接着作業が不要となって工数がさらに削減される。
【００３７】
また、図７に示すように、非磁性保護ケース２８の検出穴２９の軸方向において、回路基板２５の端部が検出穴２９の開口面から後退していることが好ましい。図７に示した寸法ａ，ｂをａ，ｂ＞０に設定することにより、鋼球４０が検出穴２９に出入りする際に検出穴２９の開口のエッジに衝突しても、鋼球４０は回路基板２５の端部に衝突せず、回路基板２５の損傷をより確実に防止することができる。なお、この構成は、前記第１実施形態の鋼球検出センサ２１にも適用できる。
【００３８】
［他の実施形態］
本発明は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。たとえば、第２実施形態の鋼球検出センサ２１ａにおいて、衝突阻止部６１ａ，６１ｂは平面状のものであるが、曲面状のものであってもよい。また、図９に示すように、検出穴２９の回路基板２５側に、突条７１ａ，７１ｂを形成した鋼球検出センサ２１ｂであってもよい。このようにすれば、鋼球４０が回路基板２５に接近したときに、突条７１ａ，７１ｂの稜線が鋼球４０に当接して鋼球４０が回路基板２５に衝突するのを阻止することができる。
【００３９】
また、鋼球検出センサ２１ａ，２１ｂのように、衝突阻止部６１ａ，６１ｂや突条７１ａ，７１ｂを検出穴２９に設ける場合には、回路基板２５の面２５ｂは、必らずしも検出穴２９の内壁面の一部として兼用されていなくてもよい。例えば、図１０に示す鋼球検出センサ２１ｃは、回路基板２５を検出穴２９の側壁の一部としているが、検出穴２９には露出させていない。このような構成の鋼球検出センサ２１ｃにおいても、衝突阻止部６１ａ，６１ｂによって、検出穴２９の回路基板２５側の内壁面に鋼球４０が衝突するのが阻止される。これにより、電子部品２２〜２４が回路基板２５から外れる等の不具合を防止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、磁気抵抗素子を実装した回路基板が検出穴の内壁面の一部として兼用され、しかも磁気抵抗素子の検知面が回路基板の実装面となっているので、磁気抵抗素子の検知面と鋼球とのギャップ寸法が小さくなり、感度の高い鋼球検出センサを得ることができる。また、磁気抵抗素子は回路基板に対して水平に実装されるので、磁気抵抗素子の実装作業が容易になるばかりでなく、磁気抵抗素子の位置決め精度も高くなる。
【００４１】
さらに、本発明によれば、鋼球が通過する非磁性保護ケースの検出穴の内壁面を構成している回路基板の面を覆って耐衝撃部材が設けられているので、回路基板は耐衝撃部材により、検出穴を通過する鋼球の衝突から保護され、回路基板が摩耗したり、実装部品が外れる等の不具合が防止され、信頼性の高い鋼球検出センサを得ることができる。
【００４２】
さらにまた、検出穴の回路基板側に衝突阻止部を形成することにより、検出穴の回路基板側の内壁面に鋼球が衝突するのが阻止され、回路基板の摩耗や実装部品が外れる等の不具合が防止され、信頼性の高い鋼球検出センサを得ることができる。
【００４３】
さらにまた、非磁性保護ケースの検出穴の軸方向において、回路基板の端部を検出穴の開口面から後退させることにより、鋼球が検出穴に出入りする際に検出穴の開口のエッジに衝突しても、鋼球は回路基板の端部に衝突せず、回路基板の損傷を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋼球検出センサの第１実施形態を示す平面図。
【図２】図１の垂直断面図。
【図３】図１に示した磁気抵抗素子の斜視図。
【図４】図１に示した鋼球検出センサの電気回路図。
【図５】第１実施形態の変形例を示す水平断面図。
【図６】本発明に係る鋼球検出センサの第２実施形態を示す平面図。
【図７】図６の垂直断面図。
【図８】図６に示した鋼球検出センサの要部の説明図。
【図９】本発明に係る鋼球検出センサの他の実施形態を示す平面図。
【図１０】本発明に係る鋼球検出センサのさらに他の実施形態を示す平面図。
【図１１】従来の鋼球検出センサを示す平面図。
【図１２】図１１に示した鋼球検出センサの一部切欠き正面図。
【符号の説明】
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…鋼球検出センサ
２２…磁気抵抗素子
２５…回路基板
２５ａ…実装面
２５ｂ…検出穴側の面
２８…非磁性保護ケース
２９…検出穴
４１…耐衝撃板
５１ａ，５１ｂ…導体膜（耐衝撃部材）
６１ａ，６１ｂ…衝突阻止部
７１ａ，７１ｂ…突条（衝突阻止部）
【図１】
0004399916.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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