JP5498467B2

JP5498467B2 - 球技装置用の磁界検知装置およびこれを使用した球技装置

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Publication number: JP5498467B2
Application number: JP2011240827A
Authority: JP
Inventors: 幸光山田; 雅洋五十嵐; 孝志小野寺
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-05-07
Also published as: JP2012058251A

Description

本発明は、球技装置に違法な磁界発生源が接近しまたは設置されているかを識別する球技装置用の磁界検知装置およびこれを使用した球技装置に関する。

球技装置は、鉄製の玉が打ち出される。そのために、表示盤の前方に違法な磁界発生源を設置して打ち出された玉の起動を磁界により変化させて入賞に導くという違法行為が行われる可能性がある。

上記違法行為への対策として、以下の特許文献１の球技装置は、磁界を検知するＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサを備えて３軸方向の磁界を検知する磁気センサを備えている。前記磁気センサは、球技装置に４個以上搭載され、それぞれの磁気センサで、磁石からの磁界を検知して、磁界発生源を用いた違法行為を検知しようとしている。

特開２００９−２７９２４７号公報

特許文献１に記載の磁気センサは、４個以上の多くの磁気センサを搭載しているため、磁気センサの数が多くなる。

また、球技装置には入賞機構を動作させるソレノイドが備えられているために、それぞれの磁気センサが、ソレノイドからの磁界を検知する可能性がある。この場合に、違法行為による磁界であるかソレノイドからの磁界であるのかを識別できなくなる。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、共通の磁気検知部を使用して、違法行為による磁界か、球技装置に備えられているソレノイドなどの磁気機構部から発生した磁界であるかを識別できるようにした球技装置用の磁界検知装置を提供することを目的としている。

また本発明は、前記磁界検知装置を使用して、違法な磁石の接近を高い精度で検知することができる球技装置を提供することを目的としている。

本発明は、球技装置に設けられた磁気検知部と、前記磁気検知部からの検知出力を演算する演算部とが設けられた磁界検知装置において、
前記演算部では、前記検知出力が立ち上がる変化を示したときに、その検知出力の時間に対する変化量が分析されて、球技装置に装備されている磁気機構部が停止状態から動作状態に切り替わったときの磁界の変化を示す検知出力か、表示盤の前方に違法な磁界発生源が接近するときの磁界の変化を示す検知出力かが識別されることを特徴とするものである。

本発明は、前記検知出力が立ち上がる変化を示したときに、検知出力の変化の周波数を分析し、その周波数が予め決められた基準よりも高いときに、球技装置に装備されている磁気機構部が停止状態から動作状態に切り替わったときの磁界の変化を示す検知出力であると識別され、前記周波数が予め決められた基準よりも低いときに、表示盤の前方に違法な磁界発生源が接近するときの磁界の変化を示す検知出力であると識別される。

本発明は、周波数分析は、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）によって行われる。
例えば、本発明は、前記検知出力が立ち上がる変化を示したときに、前記検知出力の時間に対する変化量の比が予め決められた基準より大きいときに、球技装置に装備されている磁気機構部が停止状態から動作状態に切り替わったときの磁界の変化を示す検知出力であると識別され、前記比が予め決められた基準より小さいときに、表示盤の前方に違法な磁界発生源が接近するときの磁界の変化を示す検知出力であると識別される。

本発明は、磁気検知部は、互いに直交する３方向の磁界成分を検知できるものであり、３方向の磁界成分の合成値が前記検知出力であることが好ましい。
本発明の球技装置は、前記いずれかの磁界検知装置が搭載されているものである。

本発明は、球技装置に入賞機構などを動作させる磁気機構部が備えられている場合に、前記磁気機構部から発せられた磁界の検知出力であるのか、違法な磁界発生源からの磁界であるのかを、検知出力の変化を分析することで識別できるようにしている。そのため、少ない数の磁気検知部で、違法な磁界発生源から磁界が与えられているか否かを、高い精度で検知できる。

本発明の実施の形態の磁界検知装置の回路ブロック図、磁気検知部に設けられたＸ軸センサとＹ軸センサおよびＺ軸センサの説明図、磁気ベクトルと、磁気検知部の検知出力との関係を示す三次元座標の説明図、（Ａ）は、磁界検知装置が搭載された球技装置の正面図、（Ｂ）は断面図、磁気機構部が動作したときのＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力の変化を示す線図、違法な磁界発生源が接近するときのＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力の変化を示す線図、Ｘ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力の合成出力を示す線図、

図４（Ａ）（Ｂ）に示す球技装置２０は、鉄の玉を打ち出して、複数の入賞穴に入れるゲームである。球技装置２０はケース２１に表示盤２２が設けられ、表示盤２２の前方に離れた位置にガラス板などの透明板２３が設置されている。表示盤２２と透明板２３とで挟まれた領域が玉の移動空間２４である。移動空間２４の下部には、玉を打ち出す射出機構が設けられており、球技装置２０の前方の下部に設けられた操作体２５を操作することで、玉の打ち出し速度の制御操作が行われる。

移動空間２４の内部では、表示盤２２の前面２２ａに、打ち出された玉を案内する案内部材２５が設けられている。また表示盤２２の前面２２ａに複数の釘が打たれており、前面２２ａに複数の入賞穴が設けられている。

表示盤２２の背面２２ｂの後方に、入賞穴に設けられた機構を動作させるソレノイドなどを備えた磁気機構部２６が設けられている。磁気機構部２６は複数設けられているが、図４では１つのみが示されている。

表示盤２２のほぼ中央部の背面２２ｂに、磁界検知装置１が取り付けられている。図４に示すように、表示盤２２の前方の透明板２３に違法な磁界発生源である磁石２７が設置されたときに、磁気検知装置１により磁石２７から発せられる磁界が検知される。磁気検知装置１は、磁石２７からの磁界と、磁気機構部２６から発せられる磁界を識別する機能を有している。

磁界検知装置１で検知する磁界の方向を規定するために、表示盤２２と平行な平面に沿う横方向をＸ方向とし、右側を＋Ｘ方向、左側を−Ｘ方向とする。前記平面に沿う縦方向をＹ方向とし、下側を＋Ｙ方向、上側を−Ｙ方向とする。表示盤２２と垂直な方向をＺ方向とし、前方を＋Ｚ方向、後方を−Ｚ方向とする。

図１に示すように、磁界検知装置１は、磁気検知部２を有している。磁界検知装置１のうちの少なくとも磁気検知部２が、球技装置２０の表示盤２２の背面２２ｂに取り付けられる。

図２に示すように、磁気検知部２には、Ｘ軸に沿って固定されたＸ軸センサ３と、Ｙ軸に沿って固定されたＹ軸センサ４と、Ｚ軸に沿って固定されたＺ軸センサ５を有している。Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５は、いずれも巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）で構成されている。ＧＭＲ素子は、Ｎｉ−Ｃｏ合金やＮｉ−Ｆｅ合金などの軟磁性材料で形成された固定磁性層および自由磁性層と、固定磁性層と自由磁性層との間に挟まれた銅などの非磁性導電層とを有している。固定磁性層の下に反強磁性層が積層され、反強磁性層と固定磁性層との交換結合により、固定磁性層の磁化が固定されている。

Ｘ軸センサ３は、磁気のＸ方向に向く成分を検知するものであり、固定磁性層の磁化の向きがＸ軸に沿うＰＸ方向に固定されている。自由磁性層の磁化の向きは外部から与えられる磁界の向きに反応する。自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と平行になるとＸ軸センサ３の抵抗値が極小になり、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と逆向きになるとＸ軸センサ３の抵抗値が極大になる。また、自由磁性層の磁化の向きがＰＸ方向と直交すると、抵抗値が前記極大値と極小値との平均値となる。

図１に示す磁場データ検知部６では、Ｘ軸センサ３と固定抵抗とが直列に接続され、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、Ｘ軸センサ３と固定抵抗との間の電位がＸ軸の検知出力として取り出される。Ｘ軸センサ３にＸ方向に向く磁界が与えられていないとき、またはＰＸに対して直交する磁界が与えられているときに、Ｘ軸の検知出力が中点電位となる。

外部から与えられる磁界の磁気ベクトルＶが、Ｘ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸに向けられると、Ｘ軸の検知出力が、前記中点電位に対してプラス側の極大値となる。逆に、磁気ベクトルＶがＸ軸センサ３の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＸと反対に向けられると、Ｘ軸センサ３に与えられる逆向きの磁界成分が極大値となる。このときのＸ軸の検知出力は、前記中点電位に対してマイナス側の極大値となる。

磁場データ検知部６において、Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５も、それぞれが固定抵抗と直列に接続され、Ｙ軸センサ４またはＺ軸センサ５と固定抵抗との直列回路に電圧が与えられており、各センサと固定抵抗との間の電位がＹ軸またはＺ軸の検知出力として取り出される。

磁気ベクトルＶがＹ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹに向けられると、Ｙ軸の検知出力が、中点電位に対してプラス側の極大値になる。磁気ベクトルＶがＹ軸センサ４の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＹと反対に向けられると、Ｙ軸の検知出力が、中点電位に対してマイナス側の極大値となる。同様に、磁気ベクトルＶがＺ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺと同じ方向に向けられると、Ｚ軸の検知出力が、中点電位に対してプラス側の極大値になる。磁気ベクトルＶがＺ軸センサ５の固定磁性層の磁化の固定方向ＰＺと逆向きになると、Ｚ軸の検知出力が、中点電位に対してマイナス側の極大値となる。

磁気ベクトルＶの大きさが一定であれば、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５からの検知出力は、いずれもプラス側の極大値の絶対値と、マイナス側の極大値の絶対値とが同じである。

Ｘ軸センサ３としては、磁気ベクトルの向きによってプラス側の検知出力とマイナス側の検知出力が得られ、プラス側の検知出力の極大値とマイナス側の検知出力の極大値とで絶対値が同じになれば、ＧＭＲ素子以外の磁気センサで構成することもできる。例えば、Ｘ軸に沿ってプラス側の磁界強度のみを検知できるホール素子または磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）と、マイナス側の磁界強度のみを検知できるホール素子またはＭＲ素子を組み合わせて、Ｘ軸センサ３として使用してもよい。これは、Ｙ軸センサ４とＺ軸センサ５においても同じである。

図１に示すように、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力は、演算部１０に与えられる。演算部１０は、Ａ／Ｄ変換部とＣＰＵおよびクロック回路などから構成されている。演算部１０のクロック回路の計測時間に応じて、磁場データ検知部６で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力が、短いサイクルで間欠的にサンプリングされて演算部１０に読み出される。それぞれの検知出力は、演算部１０内に設けられた前記Ａ／Ｄ変換部によってディジタル値に変換され、バッファメモリに順に格納される。

演算部１０を構成するＣＰＵにはメモリ７が接続されている。メモリ７には、演算処理のためのソフトウエアがプログラミングされて格納されている。演算部１０の演算処理は前記ソフトウエアによって実行される。

図３は、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５で検知されたＸ軸とＹ軸およびＺ軸の検知出力を説明するための三次元座標図である。

図３に示すように、磁気検知部２に磁気ベクトルＶが与えられると、Ｘ軸の検知出力「ｘ」とＹ軸の検知出力「ｙ」およびＺ軸の検知出力「ｚ」が得られる。Ｘ軸方向とＹ軸方向およびＺ軸方向の感度係数が同じときは、３軸の検知出力の合成値は、｛√（ｘ²＋ｙ²＋ｚ²）｝で得られる。この合成値は、磁気ベクトルＶの絶対値である。

なお、Ｘ軸センサ３とＹ軸センサ４およびＺ軸センサ５を含む磁場データ検知部６において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の検知出力の感度が互いに相違することがある。この場合に、Ｘ軸の検知出力の感度係数を「Ａ」、Ｙ軸の検知出力の感度係数を「Ｂ」、Ｚ軸の検知出力の感度係数を「Ｃ」とすると、３軸の検知出力の合成値は、（Ｖの絶対値）＝√[（ｘ／Ａ）²＋（ｙ／Ｂ）²＋（ｚ／Ｃ）²]となる。

図４に示す球技装置２０は、磁気機構部２６が、磁界検知装置１よりも下側に位置している。

図５は、磁気機構部２６が停止から始動に切り替わったとき（例えば、ソレノイドのコイルへの非通電から通電に切り替わったとき）に、磁気機構部２６から発生した磁界が磁気検知部２で検知されたときの、Ｘ軸の検知出力「ｘ」とＹ軸の検知出力「ｙ」およびＺ軸の検知出力「ｚ」の変化を示している。図５は、磁気検知部２に磁気機構部２６からの磁界のみが与えられたときの検知出力を示している。

図４は、手で保持された違法な磁石２７が、磁界検知装置１よりも左側の位置で、表示盤２２に接近して透明板２３の表面に設置された状態を示している。図６は、このときのＸ軸の検知出力「ｘ」とＹ軸の検知出力「ｙ」およびＺ軸の検知出力「ｚ」の変化を示している。図６は、磁気検知部２に磁石２７の磁界のみが与えられているときの検知出力を示している。

図７には、図５に示している磁気機構部２６に起因するＸ，Ｙ，Ｚの３軸の検知出力の合成値の変化を線図αで示し、図６に示している磁石２７に起因するＸ，Ｙ，Ｚの３軸の検知出力の合成値の変化を線図βで示している。

磁界検知装置１は、磁場データ検知部６から得られるＸ軸の検知出力「ｘ」とＹ軸の検知出力「ｙ」およびＺ軸の検知出力「ｚ」が、一定のサンプリング周期でサンプリングされてディジタル値に変換され、バッファメモリに順番に格納されていく。図５と図６は、サンプリングされてバッファメモリに順番に格納されるＸ，Ｙ，Ｚの各出力の時間的な変化を示している。

図７に示す線図αとβに現れるデータは、サンプリングされてディジタル値に変換されたＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の検知出力から演算された３軸の合成値であり、この合成値もバッファメモリに順番に格納される。図７は、バッファメモリに順番に格納される合成値の時間的な変化を示している。

演算部１０では、図５、図６および図７に示す出力変化の特性を分析することで、磁気機構部２６から発せられた磁界の検知出力であるか、違法な磁石２７からの磁界であるかを識別する。その分析方法は以下の通りである。

（分析方法１）
図７に示す３軸の検知出力の合成値では、線図αで示すように、磁気機構部２６が停止から動作状態に切り替わったとき、磁界の検知出力が急激に変化する。これはソレノイドのコイルなどにスイッチングにより電流が流されたときに発生する磁界が急激に大きくなるからである。

線図βで示すように、磁石２７が表示盤２２に設置されるときの検知出力の変化は、線図αと比較して緩やかである。これは、人の手で磁石２７を保持して表示盤２２に接近させるときに磁気検知部２で検知される磁界が徐々に大きくなり、磁石２７が透明板２３の前面に設置されたときに検知される時間が最大となるように変化するからである。

そこで、演算部１０では、図７に示す３軸の合成値の検知出力の変化の周波数を分析し、その周波数によって、磁気機構部２６が動作したときに発生した磁界の検知出力であるか、磁石２７からの磁界の検知出力であるかを識別する。

なお、図５と図６に示すように、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の個別の検知出力では、磁界検知装置１を基準とする磁気機構部２６の配置方位および磁石２７が設置される方位によって、どの軸の検知出力が大きく変化するか、またプラス側に変化するかマイナス側に変化するかが相違する。

これに対し、図７に示す３軸の合成値を使用すると、磁気機構部２６と磁石２７の配置方位に影響を受けることなく、磁気機構部２６から発せられる磁界の強度の変化と、磁石２７から発せられる磁界の強度の変化とを、同じ基準に基づいて比較することが可能になる。

演算部１０は、３軸の合成値の出力変化の周波数が予め決められた基準よりも高いときに、磁気機構部２６が動作したときに発生した磁界の検知出力であると識別し、前記周波数が予め決められた基準よりも低いときに、違法な磁石２７からの磁界の検知出力であると識別する。

例えば、３軸の合成値の出力変化の周波数の大小は、メモリに予め基準となる周波数の波形を記憶しておき、バッファメモリに格納されている複数の３軸の合成値と基準と成る周波数の波形との距離を演算することで求めることができる。

あるいは、バッファメモリに格納されている複数の３軸の合成値を高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）することによって、出力変化の周波数を分析することができる。

磁気機構部２６が始動して磁界を発生する時間と、違法な磁石２７が設置された時間とが重複すると、３軸の合成値は、図７に示す線図αと線図βとが合成された値として検出される。ＦＦＴ処理を行うと、合成された出力から異なる周波数成分を区分して取り出すことができる。よって、磁気機構部２６が始動して磁界を発生する時間と、違法な磁石２７が設置された時間とが重複しても、違法な磁石２７が設置されたことによる周波数成分が含まれているか否かを分析することで、違法行為が行われているか否かを検知することができる。

違法な磁石２７が検知されると、球技装置２０の動作を停止させたり、ホストコンピュータに警報を発するなどの処理がとられる。

（分析方法２）
図７に示すように、線図αは３軸の合成値の変化が急激であり、線図βは３軸の合成値の変化が緩やかである。

そこで、演算部１０では、３軸の合成値の時間に対する変化量（時間に対する変化量の比）が予め決められた基準よりも急なとき、磁気機構部２６が動作したときに発生した磁界の検知出力であると識別し、３軸の合成値の時間に対する変化が予め決められた基準よりも緩やかなとき、違法な磁石２７からの磁界の検知出力であると識別する。

（分析方法３）
図７に示すように、線図αの合成出力は、所定の値以上大きくなってピークに達した後に出力が安定し、線図βの合成出力は、所定の値以上大きくなってピークに達した後に不安定であり変動する。これは、磁気機構部２６はスイッチングにより通電された後の電流量が一定となり発生する磁界が安定するのに対し、手で磁石２７保持しているときは、磁気検知部２に届く磁界が変化しやすいからである。

そこで、演算部１０では、３軸の合成値が所定値まで立ち上がった後（あるいは所定幅立ち上がった後の）の合成値の変動量が予め決められた基準よりも小さいとき、磁気機構部２６が動作したときに発生した磁界の検知出力であると識別し、前記変動量が予め決められた基準よりも大きいとき、違法な磁石２７からの磁界の検知出力であると識別する。

（分析方法４）
図５と図６に示すように、Ｘ軸の検知出力「ｘ」とＹ軸の検知出力「ｙ」およびＺ軸の検知出力「ｚ」は、磁気検知部２が検知する磁気ベクトルＶの表示盤２２と平行な面内での方位に応じて変化する。よって、Ｘ軸の出力「ｘ」に対するＹ軸の出力「ｙ」の比を求めることで、検知された磁気ベクトルＶの方位を知ることができる。Ｘ軸とＹ軸とで感度係数が相違するときは、「ｘ／Ａ」に対する「ｙ／Ｂ」の比を求めることで、検知された磁気ベクトルＶの方位を知ることができる。

磁気検知部２に対する磁気機構部２６の方位は予め決められているため、Ｘ軸の検知出力とＹ軸の検知出力の比を求めることで、磁気機構部２６が設けられている方位からの磁界であるか、それ以外の方位からの磁界であるかを分析できる。磁気機構部２６の方位以外からの磁界を検知したときに、違法な磁石２７が接近したと判断することができる。

なお、前記分析方法１，２，３，４は、全て個別に行われてもよいし、複数の分析方法を併用し、複数の分析方法の全てにおいて違法行為が行われていると判断されたときに警告などを発してもよい。

特に分析方法４を、分析方法１，２，３に対する補助的な手段として使用し、例えば分析方法４で、磁気機構部２６の方位以外の向きの磁界を検知したときに、さらに分析方法１，２，３で違法な磁界が検知されたら、違法行為が行われていると判断してもよい。

１磁界検知装置
２磁気検知部
３Ｘ軸センサ
４Ｙ軸センサ
５Ｚ軸センサ
６磁場データ検知部
７メモリ
１０演算部
２０球技装置
２２表示盤
２３透明板
２６磁気機構部
２７違法な磁界発生源である磁石

Claims

球技装置に設けられた磁気検知部と、前記磁気検知部からの検知出力を演算する演算部とが設けられた磁界検知装置において、
前記演算部では、前記検知出力が立ち上がる変化を示したときに、その検知出力の時間に対する変化量が分析されて、球技装置に装備されている磁気機構部が停止状態から動作状態に切り替わったときの磁界の変化を示す検知出力か、表示盤の前方に違法な磁界発生源が接近するときの磁界の変化を示す検知出力かが識別されることを特徴とする球技装置用の磁界検知装置。
前記検知出力が立ち上がる変化を示したときに、検知出力の変化の周波数を分析し、その周波数が予め決められた基準よりも高いときに、球技装置に装備されている磁気機構部が停止状態から動作状態に切り替わったときの磁界の変化を示す検知出力であると識別され、前記周波数が予め決められた基準よりも低いときに、表示盤の前方に違法な磁界発生源が接近するときの磁界の変化を示す検知出力であると識別される請求項１記載の球技装置用の磁界検知装置。
周波数分析は、高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）によって行われる請求項２記載の球技装置用の磁界検知装置。
前記検知出力が立ち上がる変化を示したときに、前記検知出力の時間に対する変化量の比が予め決められた基準より大きいときに、球技装置に装備されている磁気機構部が停止状態から動作状態に切り替わったときの磁界の変化を示す検知出力であると識別され、前記比が予め決められた基準より小さいときに、表示盤の前方に違法な磁界発生源が接近するときの磁界の変化を示す検知出力であると識別される請求項１記載の球技装置用の磁界検知装置。
磁気検知部は、互いに直交する３方向の磁界成分を検知できるものであり、３方向の磁界成分の合成値が前記検知出力である請求項１ないし５のいずれかに記載の球技装置用の磁界検知装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の磁界検知装置が搭載された球技装置。