JP7219186B2

JP7219186B2 - 電子機器内蔵型球技用ボール

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Publication number: JP7219186B2
Application number: JP2019137669A
Authority: JP
Inventors: 恵一谷井
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: JP2021019791A

Description

本発明は、例えば球速や回転数などを計測可能な野球用ボール等の形態の電子機器内蔵型球技用ボールに関する。

本願出願人らは、中心部に専用センサーを内蔵した野球用ボールの形態の計測装置の開発を行っている。このボール状の計測装置は、ボールを投げることで、投げたボールの回転数や回転軸、球速などを計測することができるものであり、計測されたデータの分析によって、「ストレートの伸び」や「変化球の切れ」と言われるような投手の球質を可視化し、精度を高めた練習をサポートすることができるものである。

投げたボールの挙動や投球感を本物の硬式用野球ボールと同等のものとするために、硬式用野球ボールの芯部に埋め込まれるカプセル内に計測装置構成部品のすべてを内蔵し、芯部以外の部分は本物の硬式用野球ボールと同じ構造とすることが好ましい。

すなわち、本物の硬式用野球ボールのゴム芯を上記カプセルで置換し、このカプセルの外周に本物の硬式用野球ボールと同様に毛糸や木綿糸を巻き付けて、これを白色の馬皮または牛皮からなる表皮２片で包み、２つの表皮の接合部を頑丈に縫い合わせることが好ましい。

このように本物の硬式用野球ボールと同様の外周部構造とした場合、内蔵電池の充電端子を外周面に設けることができないため、本願出願人らは、ボール状計測装置の電源として小型のコイン形乃至ボタン型の二次電池を上記カプセルに内蔵するとともに、カプセル内にワイヤレス給電用の受電コイル及び充電回路をも内蔵して、ワイヤレス給電により二次電池を繰り返し充電可能にしている。

さらに、カプセルの内部には、下記の特許文献１に開示されているように、ゲル状又はゴム状の充填材を充填して、制御基板、受電コイル及び二次電池からなる電子ユニットを、カプセル内の所定位置に保持するように構成している。

特開２０１９－４２５０２号公報

上記のボール状計測装置（電子機器内蔵型球技用ボール）は、その使用時、例えば投球時、捕手による捕球時、または打撃時等に、瞬間的に大きな加速度、すなわち衝撃が加わり、かかる衝撃によって充電不能になるという故障が生じる場合があった。

本発明は、衝撃が加わっても充電不能になるという故障が生じにくい電子機器内蔵型球技用ボールを提供することを目的とする。

故障の原因を本願発明者が究明したところ、受電コイルのリード線が制御基板から外れていることが判明した。リード線並びに受電コイル自体は非常に軽量なものであるため、これらリード線及び受電コイル自体に作用する加速度によりリード線が引っ張られて断線するとは考えがたい。

通常、受電コイルのリード線の端部は制御基板上に設けられた接続端子に半田付けされるが、このリード線も上記充填材内に埋め込まれた状態となっている。したがって、衝撃が加わった際に、比較的比重の大きい二次電池を保持する制御基板が充填材内で瞬間的に僅かに移動する一方、充填材に埋め込まれたリード線は制御基板の移動量に追従できず、半田付け部分に大きな引き抜き力が作用して、断線しているものと考えられる。

本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。

本発明は、受電コイルと、二次電池と、前記受電コイルが受電する電力を用いて前記二次電池を充電する充電制御回路を有する制御基板とを含む電子機器が内蔵された電子機器内蔵型球技用ボールであって、前記受電コイル、前記二次電池及び前記制御基板はボールの芯部に内蔵されたカプセル内に収容されており、前記カプセル内の空洞部には樹脂充填材が充填されており、前記受電コイルはリード線を有し、前記リード線の端部は前記制御基板の接続端子に固着されている。

本発明に係る電子機器内蔵型球技用ボールは、前記接続端子近傍を覆う保護部材をさらに備え、前記保護部材は、前記保護部材と前記制御基板との間で前記リード線の端部近傍（リード線の端部からある程度の長さの部位）を弛みを持たせた状態で前記樹脂充填材から隔離しており、これにより、前記リード線は、弛みを持った状態の端部近傍を除いて前記樹脂充填材内に埋め込まれている。

本発明によれば、受電コイルのリード線の端部近傍が、弛みを持った状態で保護部材によって接続端子近傍に保持されることとなるとともに、保護部材によって樹脂充填材から隔離されているので、カプセル内の空洞部に樹脂充填材で充填していても、衝撃が加わった際に、リード線の端部近傍は制御基板の瞬間的な移動に追従可能であり、リード線が制御基板から断線してしまうことが防止される。さらに、リード線のその他の部位（端部近傍を除く部位）は樹脂充填材に埋め込まれる構成とすることで、リード線がカプセル内で自由に動くことを防止し、端部近傍の弛みを持った状態を維持できる。

前記樹脂充填材は、硬化した状態でゲル状乃至ゴム状の充填材であることが好ましい。これにより、衝撃を緩和して、受電コイルや制御基板が物理的に破損することを防止できる。なお、ゲル状であっても、ボールの捕球時や打撃時等、きわめて短い時間内で大きな加速度が生じる場合の挙動は、上述の通りであって、ゲル状の充填材内でリード線が自由に動けるものではない。

前記リード線の端部近傍は、少なくとも半周ループさせることによって弛みを持たせた状態とされていることが好ましく、より好ましくは１周以上ループさせることができる。これによれば、リード線の断線をより確実に防止できる。

前記保護部材は、前記リード線の端部近傍を覆うように前記制御基板表面に貼り付けられる保護テープであってよい。これによれば、構造の簡素化、コスト低減を図りつつも、リード線の断線を防止できる。

保護テープは、制御基板に対する接着性を有することが好ましい。この場合、リード線の端部近傍が保護テープに強固に接着してしまい、リード線の端部近傍の弛みが実質的に無くなってしまうことを回避するために、保護テープのリード線に対する接着力が大きくなり過ぎないようにすることが好ましい。リード線表面に対する接着力が制御基板表面に対する接着力よりも小さくなるように、リード線表面及び制御基板表面の材質を選定することもできる。

なお、保護部材は、制御基板上に設けられた隔壁やボックスなどの形態であってもよく、これら隔壁やボックスの内部空間にリード線の端部近傍を弛みを持たせた状態で収容することもできる。この場合、隔壁やボックスの内部空間に充填材が流入しないように、リード線引き出し口にシールを設けることができる。

本発明の電子機器内蔵型球技用ボールは、硬式野球用ボール又はソフトボール用ボールとして好適に実施できる。

本発明によれば、受電コイルのリード線が制御基板から断線し難く、耐久性が良好な電子機器内蔵型球技用ボールを提供できる。

本発明の一実施形態に係る電子機器内蔵型球技用ボールの縦断面図である。同電子機器内蔵型球技用ボール及びその充電装置の回路図である。受電コイルのリード線の配線の一例を示す断面正面図である。受電コイルのリード線の配線の他の例を示す断面正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器内蔵型球技用ボールとしてのボール状計測装置２を示している。この計測装置２は、野球の硬式用野球ボールの芯部に替えて、計測装置を構成する電子機器を内蔵する球状のカプセル２０がボールの芯部に埋め込まれる。このカプセル２０の外周には、本物の硬式用野球ボールと同様に、毛糸２１（ウール）及び木綿糸２２を巻き付け、外表面を白色の馬皮または牛皮からなる２つの表皮２３で包み、２つの表皮２３の接合部を頑丈に縫い合わせることで、外見上は本物の硬式野球用ボールと区別が付かないようにボール状計測装置２が構成されている。

カプセル２０は、例えばポリカーボネート製であってよい。カプセル２０内には、受電コイル２４、コイン形リチウム二次電池２５、制御基板２６、及び、受電コイル２４の内周側に貼り付けられた磁気シート２７が内蔵されている。本実施形態では、二次電池２５は制御基板２６に一体的に保持されている。二次電池２５は制御基板２６に半田付けされていてよい。

受電コイル２４は二次電池２５の厚みと同等若しくは若干大きな軸長を有するソレノイドコイルであり、軸方向から見て円形に巻回されている。受電コイル２４は所定の軸長を有することから、二次電池２５の外周を覆うように筒状とした磁気シート２７を安定的に貼り付けることができる。受電コイル２４及び磁気シート２７の直径は、カプセル２０の内径よりも小さく、二次電池２５の外径よりも大きい。制御基板２６は、軸方向からみて円形状であってよく、二次電池２５の直径と同等の直径を有する。

カプセル２０内の空洞部にはシリコーンゲルなどの樹脂充填剤２８が実質的に隙間無く充填され、これにより受電コイル２４、二次電池２５及び制御基板２６をカプセル２０内の所定位置に保持している。充填材２８としては、上記特許文献１に開示されたものを好適に用いることができる。すなわち、充填材２８をシリコーンゲルとし、好ましくは針入度が６０以上７０以下のシリコーンゲルを使用することができる。これに代えて、充填材２８は、ショアＡ硬度っが５０以上７５以下のシリコーンゴムとすることもできる。

受電コイル２４は、コイル巻線の両端部に設けられたリード線２４ａを有している。これらリード線２４ａの端部は、制御基板２６上のパターンによって構成される接続端子に半田付けにより固着されている。なお、リード線２４ａの端部を接続端子に固着する手段は適宜のものであってよく、例えば、接続端子をクリップ型のものとして、この接続端子にリード線２４ａの端部を挟み込むことにより固着することも可能である。

受電コイル２４のリード線２４ａの制御基板２６への半田付け部には保護テープ３（保護部材）が貼り付けられている。すなわち、保護テープ３は、上記接続端子の近傍を覆っている。保護テープ３は、保護テープ３と制御基板２６との間でリード線２４ａの端部近傍を弛みを持たせた状態で制御基板２６に対して保持する。さらに、保護テープ３は、リード線２４ａの端部近傍を、弛みを持たせた状態で充填材２８から隔離する。充填材２８は、保護テープ３により覆われていないリード線２４ａの部位（端部近傍を除く部位）が充填材２８内に埋め込まれた状態でゲル状乃至ゴム状に硬化している。

本明細書において、リード線２４ａの端部近傍に弛みを持たせた状態とは、充填材２８に埋め込まれた部分でリード線２４ａに制御基板２６に対する相対的な引張力が作用しても、その引張力が半田付け部分に直接作用せず、端部近傍の移動や変形等によって引張力を吸収できることを意味する。具体的には、例えば図３に示すように、リード線２４ａの端部近傍を半周ループさせることによって弛みを持たせた状態とすることができる。また、図４に示すように、リード線２４ａの端部近傍を一周ループさせることによって弛みを持たせた状態とすることができる。リード線２４ａの端部近傍の弛みの量は、樹脂充填材の弾性や、衝撃が加わったときの制御基板２６に対する樹脂充填材２８の瞬間的なずれの量などに応じて適宜設定できる。

なお、図３及び図４に示す例においては、受電コイル２４の両端部の２本のリード線２４ａの端部近傍を一つの保護テープ３で制御基板２６表面に止めているが、各リード線２４ａ毎に別の保護テープを用いて制御基板２６ａにテープ止めすることもできる。

制御基板２６の回路構成や機能は適宜設計できるが、本実施形態では、制御基板２６上には、図２に示すように、受電コイル２４で受電した電力を用いて二次電池２５を充電するための充電ＩＣ２６１（充電回路）と、受電コイル２４とともに並列共振回路を構成するコンデンサ２６２と、当該共振回路のインピーダンスを変化させるための負荷回路２６３（無線データ送信手段）と、二次電池２５から供給される電力により動作するマイクロプロセッサなどからなる制御部２６４と、外部のスマートフォンなどの携帯電子機器との間で双方向無線通信を行うための無線ＩＣ２６５（無線通信回路）と、ボール状計測装置２を投げたときのボールの回転数や回転軸や球速などを検出するためのセンサー２６６とが実装されている。なお、コンデンサ２６２を受電コイル２４に直列に接続して直列共振回路を構成してもよい。

充電ＩＣ２６１は、受電コイル２４で受電した電力で動作し、電力供給が開始されると予め定められた充電プロファイルに従って二次電池２５の充電動作制御を開始する。充電プロファイルとしてＣＣＣＶ方式を採用することが好ましく、充電初期は定電流充電を行い、その後定電圧充電を行うことで、二次電池２５の劣化を抑えつつ充電速度を速くすることができる。

また、充電動作制御中、充電ＩＣ２６１は、所定の情報を含むパケットデータを定期的に充電器１へ送信すべく、負荷回路２６３に２値信号を出力する。送信するパケットデータには、受電コイル２４への給電状況（受電中の電力など）、二次電池２５の充電状態（充電率など）、充電プロファイルに従う二次電池２５の充電に現時点で必要な必要電力（若しくは現在の受電電力に対する必要電力の差分）、二次電池２５の温度、充電ＩＣ２６１が検出するエラー情報、並びに、送電停止要求などの各種情報乃至指令を含むことができる。このパケットデータは、例えば８０～１００ビット程度であってよい。充電ＩＣ２６１が負荷回路２６３に２値信号を出力すると受電コイル２４を流れる電流波形に２値ＡＳＫ変調信号が重畳され、当該変調信号が電磁的相互作用によって送電コイル１１に送信される。而して、充電ＩＣ２６１及び負荷回路２６３によって、充電器１に対し単方向無線データ通信を行う。

なお、送電コイル１１及び受電コイル２４とは別のアンテナコイルを充電器１及び計測装置２に内蔵させて、該アンテナコイルを介して上記パケットデータを送受信するよう構成することも可能である。

制御部２６４は、二次電池２５の電力によって動作し、センサー２６の検出信号に基づいて、ボール状計測装置２が投げられたときの回転数、回転軸及び球速を計測乃至分析し、その結果をメモリに記憶する。また、外部機器から無線ＩＣ２６５を介して通信要求があると、該要求にしたがって記憶した計測結果乃至分析結果を外部機器に対して無線ＩＣ２６５を介して送信する。

上記充電器１は適宜の構成であってよいが、ボール状計測装置２を保持する保持部を有し、この保持部に保持されたボール状計測装置２の受電コイルに対して効率的にワイヤレス給電可能な送電コイル１１を有することが好ましい。また、充電器１は、図２に示すように、受電コイル２４に対してワイヤレス給電するための磁束を生じさせるように送電コイル１１に高周波電流を供給するドライバ回路１３と、高周波電流の電源電圧（ドライバ回路１３に供給される電圧）を主電源電圧（例えば５Ｖ）に基づいて生成出力する電圧変換回路１４と、送電コイル１１を流れる高周波電流に重畳する計測装置２からの変調信号を検波する検波回路１５（無線データ受信手段）と、検波回路１５により受信したデータに基づいて各種制御を行うマイクロプロセッサなどからなる制御部１６と、複数のＬＥＤ１７ａ，１７ｂなどからなる報知部とを備えることができる。

ドライバ回路１３は、本実施形態では電圧形ハーフブリッジインバータにより構成されており、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２により構成されるアームと、制御部１６からの制御信号に基づいて各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に駆動信号を出力するＰＷＭ回路１３ａとによって主構成されている。

電圧変換回路１４は、本実施形態ではアップ／ダウンレギュレータにより構成されており、主電源電圧より低い最低電圧（例えば１Ｖ）から、主電源電圧より高い最高電圧（例えば７Ｖ）まで、制御部１６に実装された制御プログラム等により構成される電圧制御部からの指令に基づいて出力電圧を調整可能に構成されている。而して、制御部１６の電圧制御部及びアップ／ダウンレギュレータ１４により、送電コイル１１に供給する高周波電流の電源電圧を調整する電源電圧調整制御手段が構成されている。なお、電圧変換回路１４の出力側には電源電圧を安定化させるために、図２に示されるようにデカップリングコンデンサを設けておくことが好ましい。

検波回路１５は、計測装置２の無線データ送信手段の負荷変調動作によって送電コイル１１に発生する負荷変調成分を検波して、その検出信号を制御部１６に出力する。なお、制御部１６のアナログ入力ポートに検波信号を入力させ、制御部１６が検波信号からパケットデータを抽出するよう構成してもよいし、また、検波回路１５内にＡ／Ｄコンバータを設けて、検波回路１５において二値シリアルデータを生成して、制御部１６のシリアル入力ポートに入力させることも可能である。而して、検波回路１５及び制御部１６によって、計測装置２側から送信されるパケットデータを受信する。

制御部１６には、アップ／ダウンレギュレータ１４の出力電圧制御を行う電圧制御部と、ＬＥＤ１７ａ，１７ｂの駆動制御を行う報知制御部とが、制御プログラム等によって実装されている。

電圧制御部は、計測装置２から受信するパケットデータに含まれる必要電力に関する情報に基づいて、計測装置２側が要求する電力の送電を行うように電圧変換回路１４の出力電圧制御を行う。

以上説明した本実施形態に係るボール状計測装置２によれば、受電コイル２４の両端部のリード線２４ａがいずれも、制御基板２６の接続端子に対して、端部近傍に弛みを持たせた状態で半田付けにより固着されており、弛みを持った状態のリード線２４ａの端部近傍は保護テープ３によって樹脂充填材２８から隔離されているので、捕球時や打撃時等の大きな衝撃が加わることによって重量物である二次電池とともに制御基板２６が瞬間的にわずかに移動しても、リード線２４ａが制御基板２６の瞬間的な移動に追従することができ、リード線２４ａが断線しにくい。さらに、端部近傍以外ではリード線２４ａは充填材２８に埋め込まれた状態であるため、リード線２４ａがカプセル２０内で自由に動きまわることを防止でき、これによりリード線２４ａが緊張状態となることを防止できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更できる。例えば、本発明に係る電子機器内蔵型球技用ボールは、二次電池、受電コイル、充電回路及び無線データ送信手段が内蔵されていてよく、また、中心部に専用センサーを内蔵した野球用ボールの形態の計測装置であってよい。本発明の電子機器内蔵型球技用ボールは、野球の硬式用野球ボールの芯部にカプセルを埋め込み、このカプセル内に計測装置を構成する電子機器を内蔵した構成とすることができる。電子機器として、好適には、所定の軸長を有するソレノイドコイルからなる受電コイルと、該受電コイルの内周側に配置されるコイン形乃至ボタン型の二次電池と、受電コイルに受電した電力を用いて二次電池を充電する充電回路と、受電コイルへの給電状況や二次電池の充電状態などに関する各種情報を含むデータを送信するための無線データ送信手段と、ボールの回転数や回転軸や球速などを検出するためのセンサーと、該センサーによって検出されたデータを記録・計測及び／又は分析するための各種演算を行う演算部と、演算部による演算結果をスマートフォンなどの外部機器にｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などの適宜のプロトコルで無線送信するための無線通信回路とを含むことができる。好ましくは、ボールを投げたときに本物の硬式用野球ボールと同様の挙動を示し、同様の投球感が得られるよう、ボールの芯部以外の部分は本物の硬式用野球ボールと同じ構造とすることができる。

好ましくは、本発明の電子機器内蔵型球技用ボールの表面には、受電コイルに対して所定の位置、例えば受電コイルの軸心と表面との交差部分に、所定のマークを付しておくことができる。野球用ボール状の計測装置の場合、このマークは、表皮の表面に印刷や刺繍などの適宜の方法によって付されたロゴマークなどであってよい。また、マークは表面との交差部分を推定できる位置にあっても良い。また、上記マークはワイヤレス給電装置に付けられたマークと合わせるようにしても良い。また、上記マークは表皮の縫い目で代用しても良い。

また、無線データ送信手段は、受電コイルから電気的に切り離された別個の通信回路により構成することもできるが、回路構成の簡素化及び小型化のため、受電コイルを含む共振回路のインピーダンスを変動させることによる２値ＡＳＫ変調により、受電装置側からワイヤレス給電装置側への単方向通信を行う回路構成とすることが好ましい。無線データ送信手段は、受電コイルが受電する電力によって動作するものであってよく、受電コイルが電力を受電している間、所定の情報を含むパケットを定期的に送信するよう構成できる。送信する情報は適宜設計できるが、例えば、受電中の電力（給電状況に関する情報）、必要電力乃至現在の受電電力に対する必要電力の差分、送電停止要求、二次電池の充電率（充電状態に関する情報）などを含むことができ、また、受電装置の種別情報や機器固有の情報などを含むこともできる。

２電子機器内蔵型球技用ボール
２０カプセル
２４受電コイル
２４ａリード線
２５二次電池
２６制御基板
２８樹脂充填材

Claims

受電コイルと、二次電池と、前記受電コイルが受電する電力を用いて前記二次電池を充電する充電制御回路を有する制御基板とを含む電子機器が内蔵された電子機器内蔵型球技用ボールであって、
前記受電コイル、前記二次電池及び前記制御基板はボールの芯部に内蔵されたカプセル内に収容されており、
前記カプセル内の空洞部には樹脂充填材が充填されており、
前記受電コイルはリード線を有し、前記リード線の端部は前記制御基板の接続端子に固着されており、
前記接続端子近傍を覆う保護部材をさらに備え、前記保護部材は、前記保護部材と前記制御基板との間で前記リード線の端部近傍を弛みを持たせた状態で前記樹脂充填材から隔離しており、これにより、前記リード線は、弛みを持った状態の端部近傍を除いて前記樹脂充填材内に埋め込まれている、電子機器内蔵型球技用ボール。
前記樹脂充填材は、硬化した状態でゲル状乃至ゴム状の充填材である、請求項１に記載の電子機器内蔵型球技用ボール。
前記リード線の端部近傍は、少なくとも半周ループさせることによって弛みを持たせた状態とされている、請求項１又は２に記載の電子機器内蔵型球技用ボール。
前記保護部材は、前記リード線の端部近傍を覆うように前記制御基板表面に貼り付けられる保護テープである、請求項１，２又は３に記載の電子機器内蔵型球技用ボール。
硬式野球用ボール又はソフトボール用ボールである、請求項１～４のいずれかに記載の電子機器内蔵型球技用ボール。