JP4055408B2 - 磁性体検出器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界によって抵抗値が変化するＩｎＳｂ(インジウム・アンチモン)を感磁性材料として使用するＭＲ素子(半導体磁気抵抗素子)を用いて例えばパチンコ玉などの鋼球などの磁性体を検出対象として検出する磁性体検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２２を参照してこのようなＭＲ素子を用いた従来の磁性体検出器の回路構成を説明する。この磁性体検出器Ｂは、破線で囲む検出回路１を有する。電源供給部６と検出出力部７との間に、出力トランジスタ５のコレクタ・エミッタが接続される。出力トランジスタ５のコレクタ・ベース間に、ＭＲ素子２と、チャタリング防止抵抗９と、温度補正抵抗３と、ＦＥＴ４のソース・ドレインとが直列状態で挿入接続される。出力トランジスタ５のベース・エミッタ間にＭＲ素子２が接続される。検出出力部７と接地との間に出力抵抗８が接続される。出力トランジスタ５のコレクタ・ベース間にＦＥＴ４のゲート・ソース間に温度補正抵抗３が接続されてなる定電流回路が接続されている。ＭＲ素子２は、上記のように定電流回路からの電流供給ラインに接続されている一方、不図示のバイアス磁石により磁界が付与されていて、検出対象である磁性体が接近すると、その抵抗値が増大する。
【０００３】
このような磁性体検出器においては、ＭＲ素子２に磁性体が近付いていないか、近付いているかにより、ＭＲ素子２の抵抗値が変化し、これによって、出力トランジスタ５のオン・オフを介して検出出力部７の検出電圧Ｖｏｕｔをそれに対応して変化させることで、検出出力部７に接続されている不図示の制御回路での磁性体の検出を可能としているものである。
【０００４】
なお、定電流回路は、電源電圧Ｖｉｎが変動しても、ＭＲ素子２に対して定電流を供給し、ＭＲ素子２が電源電圧の変動の影響を受けにくくしている。また、温度補正抵抗３は、ＭＲ素子２の抵抗温度特性に対応した抵抗温度特性を有しており、ＭＲ素子２が温度変化の影響を受けにくくしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記磁性体検出器の場合、そのＭＲ素子２に対して検出対象でない外部磁界が印加されてもＭＲ素子２が抵抗値変化を起こして誤動作する可能性がある。例えば、磁性体検出器がパチンコ台における鋼球(パチンコ玉)を磁性体とし、この鋼球の通過を検出する用途に使用された場合、パチンコ台の正面ガラスの外側から磁石(外部磁石：非検出対象)などでＭＲ素子２に対して外部磁界を印加させると、鋼球が通過していないのに、鋼球通過と誤検出する。
【０００６】
そこで、本発明者らは、上記誤動作を防止するべく研究を重ね、前記温度補正抵抗３に代えてＭＲ素子を設けて両ＭＲ素子を互いに電流供給ラインに直列状態で接続した構成の磁性体検出器を考えた。この磁性体検出器では、鋼球の接近に対しては、一方のＭＲ素子を他方のＭＲ素子より強く反応させることで鋼球の検出を行うことができ、また、外部磁石に対しては両ＭＲ素子を同程度に反応させることにより、外部磁石を鋼球と誤検出することを防止している。
【０００７】
上記磁性体検出器は、外部磁石を検出対象として誤検出することを防止できるはずであるが、さらに鋭意研究を重ねたところ、次の課題が残されていることが判明した。すなわち、上記磁性体検出器の場合、その前提が、両ＭＲ素子に対して外部磁石が同程度に反応することであるから、パチンコ玉の正面ガラスに対する外部磁石の位置が、両ＭＲ素子が同程度に反応できない位置に置かれた場合、一方のＭＲ素子が他方のＭＲ素子よりも強く反応するようになり、外部磁石を鋼球と誤検出することがある。
【０００８】
したがって、本発明は、上記のような磁性体検出器において、ＭＲ素子に対する外部磁界の印加態様によらず当該外部磁界による誤検出を確実に防止できるようにすることを解決すべき課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
(１)本発明は、電流供給ラインに対して互いに直列状態で接続された少なくとも２つの第１および第２のＭＲ素子を含み、磁界強度に対する前記両ＭＲ素子それぞれの抵抗値変化を異ならせることを特徴とする。なお、前記直列状態とは、両ＭＲ素子が直接接続される場合のみならず、抵抗やその他を介して接続される接続態様も含む。上記構成においては、外部磁界が加わった場合、両ＭＲ素子の抵抗値は大きくなる方向に変動するものの抵抗値変化が異なる。そのため、第２のＭＲ素子の抵抗値が増加して第１のＭＲ素子に供給される電流は減少するが、第１のＭＲ素子の抵抗値変化が第２のＭＲ素子とは異なるから、検出電圧を外部磁界が印加されない状態にほぼ維持させることができ、外部磁界による誤検出を防止できるようになる。
【００１０】
(２) 本発明は、第１の抵抗ブロックと、ＦＥＴおよび該ＦＥＴのゲート・ソース間に接続された第２の抵抗ブロックを含む定電流回路と、第１の抵抗ブロックがベース・エミッタ間に、また、定電流回路がベース・コレクタ間に、それぞれ、接続されている出力トランジスタとを含み、前記両抵抗ブロックは、それぞれ、ＭＲ素子を含むとともに、磁界強度に対する前記両ＭＲ素子それぞれの抵抗値の変化が異なるよう構成されていることを特徴とする。上記構成においては、外部磁界が加わった場合、両抵抗ブロックの抵抗値は大きくなる方向に変動するものの抵抗値変化が異なる。そして、第２の抵抗ブロックの抵抗値が増加すると、定電流回路から第１の抵抗ブロックに供給される定電流は減少するが、第１の抵抗ブロックのＭＲ素子の抵抗値の変化が異なるから、出力トランジスタのベース・エミッタへの入力電圧の大きさを外部磁界が印加されない状態にほぼ維持させることができ、外部磁界による誤検出を防止できるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。
【００１２】
本実施形態では、検出対象としての磁性体をパチンコ玉(鋼球)に適用して説明する。
【００１３】
図１を参照して、この磁性体検出器Ａは、破線で囲まれている検出回路１を有する。この検出回路１は、第１の抵抗ブロック２、第２の抵抗ブロック３、定電流制御トランジスタ(ＦＥＴ)４およびｎｐｎ型出力トランジスタ５を含む。６は、電源供給部、７は、検出出力部である。検出出力部７は、出力抵抗８を介して接地されている。
【００１４】
第２の抵抗ブロック３およびＦＥＴ４は、定電流回路９を構成して、電源供給部６から供給される電源電圧Ｖｉｎの変動に対して第１の抵抗ブロック２に定電流を供給する。出力トランジスタ５のコレクタは、電源受給部６に接続され、そのエミッタは、検出出力部７に接続されている。第２の抵抗ブロック３は、出力トランジスタ５のベース・コレクタ間に、また、第１の抵抗ブロック２は、出力トランジスタ５のベース・エミッタ間に、それぞれ、接続されている。両抵抗ブロック２、３は、ＭＲ素子だけ、またはＭＲ素子と抵抗とで構成されている。なお、以降の説明では、第１の抵抗ブロック２および第２の抵抗ブロック３は、単にＭＲ素子だけで構成されているものとし、ＭＲ素子２およびＭＲ素子３と言うことにする。この構成で両ＭＲ素子２、３は、定電流供給ラインに対して互いに直列状態で接続されていることになる。なお、鋼球の検出はＭＲ素子３で行うとする。
【００１５】
ＭＲ素子２は、出力トランジスタ５のベース・エミッタ間に接続されていることにより、その両端間電圧ＶＭＲを出力トランジスタ５のベース・エミッタへの入力電圧として印加する。そして、出力トランジスタ５は、その入力電圧がしきい値を越えるときにオンし、しきい値を下回るときにオフする。したがって、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲが磁性体非検出状態で高くなって出力トランジスタ５がオンしていると、検出出力部７の検出電圧Ｖｏｕｔは、ハイレベル(電源電圧レベル)に、また、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲが磁性体検出状態で低くなって出力トランジスタ５がオフするとローレベル(接地レベル)になる。この検出出力部７に接続されている不図示の制御回路は、この検出出力部７の出力電圧がハイレベルであるときは磁性体である鋼球非通過状態として、また、ローレベルであるときは磁性体である鋼球通過状態として、それぞれ、検出できるようになっている。
【００１６】
図２および図３を参照して、この磁性体検出器は、収納ケース１０、モジュール基板１１、ＭＲ素子２、３、バイアス磁石(未着時の磁性体含む)１２、電源供給ピン１３および検出出力ピン１４を備えている。
【００１７】
収納ケース１０は、平面視長方形をなす凹部収納領域を有する。モジュール基板１１は、収納ケース１０の凹部収納領域における前半部に収納されている。収納ケース１０は、鋼球１５の通過が可能な鋼球通過孔１６を有しており、内部に図１で示される回路部品が内蔵されている。ＭＲ素子２、３は、互いに隣り合ってモジュール基板１１の端面とバイアス磁石１２との間に設置され、かつ、バイアス磁石１２から互いに均等に磁界がバイアスされている。電源供給ピン１３と検出出力ピン１４は、それぞれ、図１の電源供給部６および検出出力部７に対応し、モジュール基板１１から突出状態で設けられている。これらモジュール基板１１内蔵の回路部品、ＭＲ素子２、３、電源受給ピン１３および検出出力ピン１４それぞれの物理的接続関係は図示省略されている。
【００１８】
そして、モジュール基板１１に対してＭＲ素子３は、ＭＲ素子２よりも鋼球通過孔１６に近接した位置に配置されており、鋼球１５が鋼球通過孔１６を通過した場合、抵抗値が増加する一方、ＭＲ素子２はほとんど抵抗値が増加しない。このことにより、ＭＲ素子３を含む定電流回路９の定電流が減少し、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、低下する。これによって、出力トランジスタ５はオンからオフに転移し、検出出力部７の検出電圧はハイレベル(鋼球１５通過検出無し)からローレベル(鋼球１５通過検出有り)に低下する。
【００１９】
図４を参照して磁性体検出器のパチンコ台への取り付け状態を説明する。図４には正面ガラス１７、パチンコ台本体１８、鋼球１５および磁性体検出器Ａが示されている。正面ガラス１７は、所要の厚さを有する２枚張りのガラスであり、この正面ガラス１７より図中左側は、パチンコをする人が存在する表側となり、図中右側は、パチンコ台の裏側となる。正面ガラス１７とパチンコ台本体１８との空間を鋼球１５が通過し、磁性体検出器Ａは、パチンコ台本体１８に装着され、その収納ケース１０の鋼球通過孔１６が鋼球通過空間１９に臨む形態となっている。正面ガラス１７の表側には、外部磁界となる外部磁石２０が位置している様子が示されている。また、Ｇ１は、鋼球通過孔１６の通過位置にある鋼球１５と磁性体検出器ＡにおけるＭＲ素子２，３(正確には磁界に感応する表面(感磁部表面))との間のギャップ(ＭＲ素子／鋼球間ギャップ)を示し、Ｇ２は、外部磁石２０とＭＲ素子２，３(正確にはＭＲ素子端)との間のギャップ(ＭＲ素子／外部磁石間ギャップ)を示す。
【００２０】
図５を参照して上記磁性体検出器Ａの動作を簡単に説明する。図５で横軸は時間(秒)、縦軸は検出出力部７の検出電圧(Ｖ)を示す。
【００２１】
上記磁性体検出器Ａの場合、鋼球通過孔１６に鋼球１５が通過していないときは、定電流回路９からは大きな定電流がＭＲ素子２に流れている。そのため、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、出力トランジスタ５のしきい値電圧を越えていて出力トランジスタ５はオンして、検出出力部７からは、ハイレベルの鋼球待機状態とする検出出力が出されている。一方、鋼球通過孔１６に鋼球１５が通過すると、ＭＲ素子３がＭＲ素子２よりも鋼球通過孔１６に近接した位置に配置されているから、ＭＲ素子２の抵抗値はほとんど変化しないが、ＭＲ素子３の抵抗値は増大して定電流値が減少する結果、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲが低下して出力トランジスタ５がオフする。これによって、検出出力部７からはローレベルの鋼球検出出力が出される。
【００２２】
ところで、磁界強度に対する両ＭＲ素子２、３の抵抗値変化が同様であるとき、外部磁石２０により両ＭＲ素子２、３の抵抗値が同様に増大すると、両ＭＲ素子２、３の抵抗値変化率に比べて定電流回路９の定電流変化率が小さいので、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲが変動することになる。特に外部磁石２０が両ＭＲ素子２、３に対して同様な磁界を印加しない位置に配置された場合、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは一層変動する。
【００２３】
そこで、本実施形態では、図６以降を参照して説明するように、外部磁界の強度に対する両ＭＲ素子２、３の抵抗値変化を異ならすことにより、外部磁石２０によるＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲの変動を抑制し、誤検出を防止できるようにしている。
【００２４】
そもそも、本発明者らは、図２２の回路構成で出力トランジスタ５のベース・エミッタ間のＭＲ素子２だけでは外部磁界の印加により鋼球が通過していないのに、鋼球通過と誤検出するのを防止するため温度補正抵抗に代えてＭＲ素子３を設けることを考えた。
【００２５】
ところで、ＭＲ素子３の抵抗値が高く変動することにより定電流が減少するが、この場合のＭＲ素子３の抵抗値変化率より定電流変化率が小さいため、外部磁石２０による磁界が加わると、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲが変動することになる。この磁界の印加態様として次の３通りが考えられる。なお、両ＭＲ素子２、３それぞれの抵抗値を例えば５００Ωとする。
【００２６】
第１に、外部磁石２０による磁界が同様に印加(同一の磁束密度)されて両ＭＲ素子２、３の抵抗値が共に５００Ωから１０００Ωに変動するとともに、定電流が１．０７ｍＡから０．７３ｍＡに変動した場合、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、外部磁界印加前では５００Ω×１．０７ｍＡ＝５３５ｍＶであるが、外部磁界印加状態では、(１０００／５００)×(０．７３／１．０７)×５３５ｍＶ＝７３０ｍＶに変動する。上記式の左辺第１項は抵抗値変化率、第２項は定電流変化率である。
【００２７】
第２に、外部磁石２０による磁界がＭＲ素子２に弱く、ＭＲ素子３に強く印加されてＭＲ素子３の抵抗値が５００Ωから１５００Ωに変動するとともに、定電流が１．０７ｍＡから０．６０ｍＡに変動し、ＭＲ素子２の抵抗値が５００Ωから８００Ωに変動した場合、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、外部磁界印加前では５００Ω×１．０７ｍＡ＝５３５ｍＶであるが、外部磁界印加状態では、(８００／５００)×(０．６０／１．０７)×５３５ｍＶ＝４８０ｍＶに変動する。
【００２８】
第３に、外部磁石２０による磁界がＭＲ素子２に強く、ＭＲ素子３に弱く印加(磁束密度がＭＲ素子２の方が大きい)されてＭＲ素子３の抵抗値が５００Ωから７００Ωに変動するとともに、定電流が１．０７ｍＡから０．９０ｍＡに変動し、ＭＲ素子２の抵抗値が５００Ωから１０００Ωに変動した場合、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、外部磁界印加前では５００Ω×１．０７ｍＡ＝５３５ｍＶであるが、外部磁界印加状態では、(１０００／５００)×(０．９０／１．０７)×５３５ｍＶ＝９００ｍＶに変動する。
【００２９】
そうすると、第１および第３の場合は、鋼球待機状態でＭＲ素子２の両端間電圧ＶＲＭ＝５３５ｍＶでオンしている出力トランジスタ５に対しては、出力トランジスタ５をより強くオンにするだけであり、誤検出することにならない。しかし、第２の場合は、出力トランジスタ５をオンからオフにする方向つまり誤検出する方向に変動する。
【００３０】
これらは、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲを抵抗値と定電流との積でとった場合、その両端間電圧ＶＭＲは、抵抗値変化率のみならず定電流変化率も影響してくるからである。
【００３１】
そこで、本実施形態では、ＭＲ素子３に対して強い外部磁界が印加されその抵抗値変化が大きくなってもＭＲ素子２の抵抗値変化がＭＲ素子３と異ならせることにより、ＭＲ素子２に対しては定電流の変動に対してその抵抗値と定電流との積である両端間電圧ＶＭＲがしきい値以上となるようにしている。
【００３２】
具体的には、本実施形態では、両ＭＲ素子２、３のＩｎＳｂ長を同じとせず、例えば、ＭＲ素子３についてはその抵抗値変化率が広い磁界変動領域に対して大きくできるような構造(ＩｎＳｂ長やＩｎＳｂ幅)例えばＩｎＳｂ長を短く数値的には例えば２０μｍとする。
【００３３】
そして、ＭＲ素子２についてはその抵抗値と前記定電流との積が出力トランジスタ５のしきい値電圧以上となるように、磁束密度の広い範囲にわたり抵抗値変化を抑制できるようにその構造(ＩｎＳｂ長やＩｎＳｂ幅)例えばＩｎＳｂ長を数値的には例えば１００μｍとする。
【００３４】
これによって、外部磁石２０による磁界がＭＲ素子３に強く、ＭＲ素子２に対して弱く印加される態様でも、出力トランジスタ５がオンして鋼球待機状態にあるときに外部磁石２０によりオフして鋼球通過と誤検出することを防止ないしは抑制できるようにしている。
【００３５】
以下、順次、具体的に説明する。
【００３６】
(１)ＭＲ素子３と鋼球１５とのギャップ：
図６にＭＲ素子３と鋼球１５とのギャップＧ１に対するＭＲ素子３の抵抗値変化特性を示す。図６において、横軸は、前記ギャップＧ１(ｍｍ)、縦軸は、ＭＲ素子３の抵抗値変化率(鋼球１５の検出感度)Ｋ１(＝鋼球１５有りのときのＭＲ素子３の抵抗値ＲＢ／鋼球１５無しのときのＭＲ素子３の抵抗値Ｒ０)である。ＭＲ素子３はバイアス磁石１２で磁界がバイアスされており、そのバイアス磁界に対応した抵抗値Ｒ０を有する。図６の意味を説明すると、ＭＲ素子３の抵抗値は、鋼球１５が通過すると、その抵抗値がＲ０からＲＢに変化するが、その抵抗値変化は、前記ギャップＧ１が広くなるほど、鋼球１５の通過による抵抗値変化の影響が小さくなる。このことを数値的に示したのが図６である。なお、図６は、ギャップＧ１に対する抵抗値変化率Ｋ１の一例であり、本発明におけるＭＲ素子３を限定するものではない。図６からはＭＲ素子３と鋼球１５とのギャップＧ１を余り広くしすぎると、ＭＲ素子３の抵抗値変化が小さくなりすぎ、鋼球１５の検出感度が低下することになる。したがって、鋼球１５の検出感度を実験的に確認してそのギャップＧ１を設定する必要がある。
【００３７】
(２)両ＭＲ素子２、３と外部磁石２０とのギャップ：
図７に外部磁石２０と両ＭＲ素子２、３とのギャップＧ２に対する両ＭＲ素子２、３の抵抗値変化率を示す。図６の横軸は、前記ギャップＧ２(ｍｍ)、縦軸は、抵抗値変化率(感度)Ｋ２(＝外部磁石２０有りのときのＭＲ素子抵抗値ＲＢ／外部磁石２０無しのときのＭＲ素子抵抗値Ｒ０)を示す。外部磁石２０は、５０×５０×３２ｍｍの希土類系磁石である。抵抗値変化率Ｋ２は、ＭＲ素子／外部磁石間ギャップＧ２が広がると低下している。図７の意味を説明すると、両ＭＲ素子２、３は共に外部磁石２０によりその抵抗値がＲ０からＲＢに変化するが、その抵抗値変化は、前記ギャップＧ２が広くなるほど、外部磁界による抵抗値変化の影響が小さくなる。このことを数値的に示したのが図７である。なお、図７は、ギャップＧ２に対する抵抗値変化率Ｋ２の一例であり、本発明を限定するものではない。図７からはＭＲ素子２、３と外部磁石２０とのギャップＧ２(ただし、外部磁石２０が正面ガラス１７の表面に接触しているときのギャップ)を広くすると、外部磁石２０の影響が小さくなり誤検出しなくなる。また、ギャップＧ２を狭くしすぎると、ＭＲ素子２、３の抵抗値変化が大きくなりすぎ、外部磁石２０が鋼球１５であると誤検出するように影響してくる。なお、パチンコ台の薄型化を図る場合、ＭＲ素子３の位置を実験的から決めてギャップＧ２の最下限を設定する必要がある。
【００３８】
(３)ＭＲ素子３と定電流との関係：
図８にＭＲ素子３の抵抗値と定電流値との関係を示す。図８で横軸は、ＭＲ素子３の抵抗値(Ω)、横軸は定電流値(ｍＡ)である。図８から明らかであるように、ＭＲ素子３の抵抗値が大きくなると、定電流値は小さくなる。例えば、図８によるとＭＲ素子３の抵抗値が５００Ωから１０００Ω、つまり、ＭＲ素子３の抵抗値が２倍に変化(抵抗値変化率２)すると、定電流値は１．０７ｍＡから０．７３ｍＡに変化(定電流変化率０．６８)する。つまり、ＭＲ素子３の抵抗値変化率にくらべて定電流変化率が小さいことを示している。
【００３９】
ここで、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、ＭＲ素子２の抵抗値と定電流値との積であり、正面ガラス１７に対して表側の外部磁石２０が無い場合はＭＲ素子２、３にはバイアス磁石１２により図９で示すように磁力線が通過して均等に両ＭＲ素子２，３に磁界が加わっている。そして、正面ガラス１７に対して表側の外部磁石２０が図１０で示すように両ＭＲ素子２，３のほぼ中間に位置すると、両ＭＲ素子２、３には、より多くの磁力線が通過するようになり強い磁界が加わる。しかし、外部磁石２０が例えばＭＲ素子３側にずれて位置すると、図１１で示すようにＭＲ素子２に弱く、ＭＲ素子３に強く磁界が作用するようになる。
【００４０】
したがって、外部磁界に対する両ＭＲ素子２、３の抵抗値変化を同様にしているとき、図１０のように外部磁石２０が両ＭＲ素子２、３のほぼ中間に位置する場合、例えば両ＭＲ素子２、３の抵抗値が５００Ωから１０００Ωつまり２倍に変化すると、ＭＲ素子３の抵抗値変化で定電流値が１．０７ｍＡから０．７３ｍＡつまり約０．６８倍に小さくなるから、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲの変化は、２倍の抵抗値変化に０．６８倍の定電流値変化を掛けて１．３６倍となる。そのため、両ＭＲ素子２、３に対して外部磁石２０により同様な磁界が印加される限りは、出力トランジスタ５は鋼球１５の待機状態のままオン状態となり、外部磁石２０により鋼球１６の通過と誤検出するようなことがない。
【００４１】
しかしながら、外部磁界に対する両ＭＲ素子２、３の抵抗値変化を同様にしていると、図１１の場合では、ＭＲ素子３を通過する磁力線が増えてその抵抗値が大きく増加しても定電流値の減少率が小さい一方で、ＭＲ素子２の抵抗値の増加率が小さいため、第１のＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは大きく低下するようになり、出力トランジスタ５をオフする方向に変化し、外部磁石２０の存在で鋼球１６の通過と誤検出する可能性が高くなる。
【００４２】
(４)ＭＲ素子２、３：
上記(３)の結果から、外部磁石２０により両ＭＲ素子２、３に対して前記した誤検出を防止するため、本実施形態では以下に述べるように、両ＭＲ素子２、３それぞれの磁界強度に対する抵抗値変化を異ならせるように設計している。
【００４３】
(ａ)ＭＲ素子３の設計値：
図１２を参照してＭＲ素子３の設計値を説明する。図１２において、横軸はＭＲ素子３における磁束密度(磁界強度)Ｂ(ｍＴ)、縦軸は抵抗値変化率(感度)Ｋ３(＝ＲＢ／Ｒ０)を示す。ＲＢは磁界が存在するときのＭＲ素子３の抵抗値、Ｒ０は磁界が存在しないときのＭＲ素子３の抵抗値を示す。また、各特性線１〜５は、ＩｎＳｂ長がそれぞれ異なる各ＭＲ素子３を示す。特性線１はＩｎＳｂ長２０μｍ(図中黒丸●)、特性線２はＩｎＳｂ長４０μｍ(図中白抜き丸○)、特性線３はＩｎＳｂ長６０μｍ(図中黒三角▲)、特性線４はＩｎＳｂ長８０μｍ(図中白抜き三角△)、特性線５はＩｎＳｂ長１００μｍ(図中黒四角■)である。
【００４４】
図１２から明らかであるように、ＩｎＳｂ長が短くなるほど、広い磁束密度Ｂの範囲にわたり、ＭＲ素子３の抵抗値変化率Ｋ３が大きくなることが分かる。なお、ＩｎＳｂ長を変えるのは抵抗値変化率Ｋ３を変えることを目的とするが、この抵抗値変化率Ｋ３はＩｎＳｂ幅でも変えることが可能である。
【００４５】
図１２によれば、ＭＲ素子３の抵抗値変化率Ｋ３を広い磁束密度範囲にわたり大きくするには、ＩｎＳｂ長を短くするとよい。ＭＲ素子３の抵抗値変化率Ｋ３をこのように設定することにより外部磁石２０による磁界がＭＲ素子３に作用した場合、その抵抗値変化による定電流の減少を大きくすることができるようになる。これは、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲの低下を抑制できて好ましい。
【００４６】
なお、ＩｎＳｂ長およびＩｎＳｂ幅の説明と前記の特性線を得るための測定例とを図１３および図１４を参照して説明する。
【００４７】
図１３はＭＲ素子３の部分斜視図を示す。ＭＲ素子３は、半導体としてのＩｎＳｂ中にホール電場を短絡するためのメタル境界が挿入されたものであり、そのため、ＩｎＳｂ基板３０は所要厚みｄを有するとともに、そのＩｎＳｂ基板３０の表面に複数のメタル３１が設けられている。そして、各メタル３１の設置間隔がＩｎＳｂ長(Ｌ)となり、メタル３１の幅がＩｎＳｂ幅(Ｗ)となる。また、図１４に、磁束密度の測定例を示す。一対の鉄心３２にコイル３３が巻回されており、この鉄心３２間にＭＲ素子３が配置されている。そして、図１２の横軸の磁束密度は、前記コイル３３に通電してＭＲ素子３を通る磁束密度の測定値に対応している。
【００４８】
なお、本実施形態では、ＭＲ素子３のＩｎＳｂ長を特性線１で示される２０μｍとしている。
【００４９】
(ｂ)ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲ：
図１５にＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲの変化を示す。ただし、外部磁石２０と磁性体検出器ＡとのギャップＧ３＝１５ｍｍとする。また、図１５において、横軸はＭＲ素子２のＩｎＳｂ長(μｍ)、縦軸は両端間電圧ＶＭＲ(Ｖ)を示す。特性線１(図中白抜き丸○)は、バイアス磁石１２と外部磁石２０との対向極が同じの場合、特性線２(図中黒丸●)は、バイアス磁石１２と外部磁石２０との対向極が異なる場合を示す。図中上側の横太実線３は、外部磁石２０が無く、鋼球通過待機時における両端間電圧ＶＭＲのレベル(ハイレベル)を示し、図中下側の横太実線４は、出力Ｖｏｕｔのしきい値電圧を示す。この図１５では、ＭＲ素子３のＩｎＳｂ長を図１２の特性線１のＩｎＳｂ長２０μｍとしている。なお、図１５、図１７は、図１６に示す通り、ギャップＧ３を一定とし、外部磁石２０をＸ−Ｙ二次元平面で動かし、出力Ｖｏｕｔが最低となった場合である。このとき、磁界分布は均等になっていない。
【００５０】
なお、参考のため図１６(ａ)で特性線１のようにバイアス磁石１２と外部磁石２０とが同極で対向している状態を、また、図１６(ｂ)で、特性線２のようにバイアス磁石１２と外部磁石２０とが異極で対向している状態を示す。
【００５１】
図１５から明らかであるように、ＭＲ素子３のＩｎＳｂ長を２０μｍとしたとき、バイアス磁石１２と外部磁石２０とが異極で対向しているときは、ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長は、２０〜１００μｍにおいて検出電圧がしきい値電圧と待機時電圧との間にあり、誤検出しない。しかし、バイアス磁石１２と外部磁石２０とが同極で対向しているときは、ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長が４５μｍより小さくなると、検出電圧がしきい値電圧より小さくなり、誤検出する。したがって、ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長としては前記同極および異極のいずれにも誤検出しないようにするには、少なくとも４５μｍ以上である。ただし、ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長は４５μｍ以上であれば１００μｍでもよいのであるが、最適なＩｎＳｂ長としては、両特性線１、２が交わる領域を含めこれの近傍つまりＩｎＳｂ長が５０〜８０μｍ付近、好ましくは６０〜７５μｍ、より好ましくは６８〜７２μｍとなる。
【００５２】
ここで、ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長を４５μｍ以上の１００μｍ、ＭＲ素子３のＩｎＳｂ長を２０μｍとし、かつ、バイアス磁石１２と外部磁石２０とが同極対向している場合と異極対向している場合を説明する。なお、鋼球１５は通過していない状態で、かつ、外部磁石２０が無い状態で出力トランジスタ５はオンして検出出力部７の検出電圧は鋼球待機のハイレベルとなっているとする。
【００５３】
▲１▼ 同極対向：
そして、外部磁石２０がバイアス磁石１２と同極対向すると、両ＭＲ素子２、３に対する外部磁界は減少するが、ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長が１００μｍのため、外部磁界の減少の割合に比べて抵抗値の低下は小さい。一方、ＭＲ素子３のＩｎＳｂ長は２０μｍのため、外部磁界の減少の割合にくらべて抵抗値の低下が大きい。そのため、定電流回路からの定電流の増加の割合は大きい。したがって、ＭＲ素子２の抵抗値が減少するものの、定電流が大きく増加するから、結局、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、出力トランジスタ５をオフにするようには低下せず、同極対向では誤検出がない。
【００５４】
▲２▼ 異極対向：
次に、外部磁石２０がバイアス磁石１２と異極対向すると、両ＭＲ素子２、３に対する外部磁界は増加するが、ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長が１００μｍのため、外部磁界の増加の割合に比べて抵抗値の増加は小さい。一方、ＭＲ素子３のＩｎＳｂ長は２０μｍのため、外部磁界の増加の割合にくらべて抵抗値の増加が大きい。そのため、定電流回路からの定電流の減少の割合は大きい。しかし、ＭＲ素子２の抵抗値の増加は、定電流の減少の割合より大きいから、結局、ＭＲ素子２の両端間電圧ＶＭＲは、出力トランジスタ５をオフにするようには低下せず、異極対向でも、同極対向と同様に、誤検出がない。
【００５５】
(ｃ)ＭＲ素子２のＩｎＳｂ長とギャップＧ３との設定比較：
ここで、図１７にＩｎＳｂ長が異なる２つのＭＲ素子２に対して外部磁石２０とのギャップＧ３を変えた場合の両端間電圧ＶＲＭの変化を示す。図１７において、横軸はギャップＧ３(ｍｍ)、縦軸は両端間電圧ＶＭＲ(Ｖ)を示す。特性線１(図中黒丸●)は、ＩｎＳｂ長が２０μｍのＭＲ素子２であり、特性線２(図中白抜き丸○)は、ＩｎＳｂ長が６０μｍのＭＲ素子２である。
【００５６】
図１７から明らかであるように、ＩｎＳｂ長が２０μｍのＭＲ素子２の場合では、ギャップＧ３を例えば２５ｍｍのように広くして外部磁石２０の影響を小さくなるようにしても誤動作をするようになるが、ＩｎＳｂ長が６０μｍのＭＲ素子２の場合では、ギャップＧ３を狭くしても８ｍｍ付近まで誤動作しない。これは、パチンコ台を薄型にできることを意味する。このようなことからもＭＲ素子２のＩｎＳｂ長は、４５μｍ以上であるが、ギャップＧ３の関係からは、長くすることが好ましい。なお、図１７は、測定の一例にすぎず、本発明を限定するものでは何らない。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態では、ＭＲ素子３に対して広い磁束密度範囲に対してその抵抗値変化率の変化が大きくなるように設定する一方、ＭＲ素子２に対してその両端間電圧ＶＭＲが出力トランジスタ５のしきい値電圧以上となるように例えばＩｎＳｂ長を調整して抵抗値変化率を設定して、外部磁界に対して誤検出しにくくした。
【００５８】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる実施形態にも適用することができる。
【００５９】
(ａ)図１８にバイアス磁石１２の相違による磁束密度ＢとＭＲ素子の抵抗値変化率Ｋ(＝ＲＢ／Ｒ０)との関係を示す。図１８において、横軸は、バイアス磁石１２と外部磁石２０とによる磁束密度(ｍＴ)を示し、縦軸は、ＭＲ素子の抵抗値変化率Ｋを示している。図１２において、特性線１(図中白抜き○)は磁界が１．５ｋＧ(キロガウス)のバイアス磁石１２を用いた場合、特性線２(図中黒丸●)は、磁界が１ｋＧのバイアス磁石１２を用いた場合を示している。また、ＭＲ素子は、図１２の特性線１のＭＲ素子(ＩｎＳｂ長２０μｍ)である。横軸の「０」位置は、外部磁石２０無しでバイアス磁石１２のみの場合の磁束密度である。横軸の「０」位置での抵抗値変化率Ｋを縦軸の「１」に規格化している。
【００６０】
図１８で明らかであるように、バイアス磁石１２の磁界を変えることでも外部磁界に対応してＭＲ素子の抵抗値変化率Ｋに差があり、上述の実施形態と同様な作用効果がある。
【００６１】
なお、バイアス磁界を変える手段としては、図１９(ａ)で示すようにＭＲ素子２、３それぞれに対して異なる種類(寸法、材料)のバイアス磁石１２を用いたり、図１９(ｂ)で示すようにＭＲ素子２、３それぞれをバイアス磁石１２に対して異なる位置に偏らせて配置したり、図１９(ｃ)で示すようにＭＲ素子２をバイアス磁石１２に対してギャップを付けて配置し、ＭＲ素子３をバイアス磁石１２に接触させて配置する、などの手段や方法がある。
【００６２】
ＭＲ素子の抵抗値変化率は、一般的に、低磁場では磁束密度の２乗に比例し、高磁場では磁束密度に比例すると説明されているが、本発明者らの実験によると、高磁場でも僅かに増加していく傾向にあるため、両ＭＲ素子２、３のバイアス磁界を変えることで上述の実施形態と同様の作用効果を見込める。
【００６３】
なお、両ＭＲ素子２、３は、共に、外部磁界の印加に対して同じ抵抗値変化率を示すもので、かつ、異なるバイアス磁界で磁気バイアスされていてもよい。
【００６４】
なお、両ＭＲ素子２、３は、共に、外部磁界の印加に対して異なる抵抗値変化率を示すもので、かつ、異なるバイアス磁界で磁気バイアスされていてもよい。
【００６５】
(ｂ)図２０に搭載基板の相違による磁束密度と抵抗値変化率の関係を示す。図２０において、横軸は、磁束密度Ｂ(ｍＴ)、縦軸は、ＭＲ素子の抵抗値変化率Ｋを示す。特性線１(図中白抜き○)は、ＭＲ素子搭載基板が非磁性基板であり、特性線２(図中黒丸●)は、ＭＲ素子搭載基板が磁性基板であることを示す。ＭＲ素子搭載基板を磁性基板とするか非磁性基板とするかによってもＭＲ素子の抵抗値変化率に相違が得られるから、ＭＲ素子搭載基板を変えることでも上述の実施形態と同様の作用効果を見込める。図２１に、磁性基板４０に一方のＭＲ素子２、３を、また、非磁性基板４１に他方のＭＲ素子２、３を搭載した例を示す。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流供給ラインに対して互いに直列状態で接続された少なくとも２つの第１および第２のＭＲ素子を含み、第１のＭＲ素子が、出力トランジスタのベース・エミッタ間に接続され、その両端間電圧を前記出力トランジスタの入力電圧として発生させるように用いられ、第２のＭＲ素子が、ＦＥＴのゲート・ソース間に接続されて定電流回路を構成し、定電流を第１のＭＲ素子に供給するように用いられ、磁界強度の変化による第２のＭＲ素子の抵抗値の変化量と、磁界強度の変化による第１のＭＲ素子の抵抗値の変化量とを異ならせ、第１のＭＲ素子の抵抗値の変化量は、磁界強度の変化による第２のＭＲ素子の抵抗値の変化に伴なう定電流回路の電流の変化量に対して、前記入力電圧が誤動作しない電圧の変化量の範囲内になるように設定されているから、外部磁界による誤検出を確実に防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る磁性体検出器の電気的回路図
【図２】図１の磁性体検出器の構造を示す斜視図
【図３】図１の磁性体検出器の構造を示す平面図
【図４】図１の磁性体検出器をパチンコ台に設置した状態を示す断面図
【図５】図１の磁性体検出器の動作説明に用いる波形図
【図６】ＭＲ素子／鋼球間ギャップと抵抗値変化率との関係図
【図７】ＭＲ素子／外部磁石間ギャップと抵抗値変化率との関係図
【図８】ＭＲ素子と定電流値との関係図
【図９】磁性体検出器のバイアス磁石からの磁力線発生の様子を示す図
【図１０】図９に対応し外部磁界とバイアス磁石とからの磁力線発生の様子を示す図
【図１１】図９に対応し外部磁界とバイアス磁石とからの磁力線発生の様子を示す図
【図１２】磁束密度と抵抗値変化率との関係図
【図１３】ＩｎＳｂ長の説明に用いるＭＲ素子の部分斜視図
【図１４】ＩｎＳｂ長の測定の説明に用いる測定回路図
【図１５】ＩｎＳｂ長と検出電圧との関係図
【図１６】図１５においてバイアス磁石と外部磁界との磁極対向状態を示す図
【図１７】磁性体検出器端／外部磁石間ギャップと検出電圧との関係図
【図１８】本発明の他の実施形態に係りバイアス磁界と外部磁界とに対する抵抗値変化率の関係図
【図１９】図１８に対応しバイアス磁界の印加態様を示す図
【図２０】磁束密度と抵抗値変化率の関係図
【図２１】図２０に対応しＭＲ素子をそれぞれ磁性基板と非磁性基板とに搭載した状態を示す図
【図２２】従来の磁性体検出器の電気的回路図
【符号の説明】
２、３ ＭＲ素子
４ ＦＥＴ
５ 出力トランジスタ
１２ バイアス磁石
２０ 外部磁石

Claims (14)

1. 電流供給ラインに対して互いに直列状態で接続された少なくとも２つの第１および第２のＭＲ素子を含み、磁界強度に対する前記両ＭＲ素子それぞれの抵抗値変化を異ならせ、
   第１のＭＲ素子が、出力トランジスタのベース・エミッタ間に接続され、その両端間電圧を前記出力トランジスタの入力電圧として発生させるように用いられ、
   第２のＭＲ素子が、ＦＥＴのゲート・ソース間に接続されて定電流回路を構成し、定電流を第１のＭＲ素子に供給するように用いられる、
   ことを特徴とする磁性体検出器。
2. 請求項１に記載の磁性体検出器において、
   磁界強度の変化に対する第２のＭＲ素子の抵抗値変化を、磁界強度の変化に対する第１のＭＲ素子の抵抗値変化より大きく設定している、ことを特徴とする磁性体検出器。
3. 請求項１または２に記載の磁性体検出器において、
   各ＭＲ素子が、それぞれ、異なるバイアス磁界で磁気バイアスされている、ことを特徴とする磁性体検出器。
4. 請求項３に記載の磁性体検出器において、
   各ＭＲ素子が、磁界が異なるバイアス磁石で磁気バイアスされている、ことを特徴とする磁性体検出器。
5. 請求項３に記載の磁性体検出器において、
   各ＭＲ素子が、同一のバイアス磁石上に異なる位置に設けられている、ことを特徴とする磁性体検出器。
6. 請求項３に記載の磁性体検出器において、
   一方のＭＲ素子がバイアス磁石に対して非接触状態で、また、他方のＭＲ素子がバイアス磁石に対して接触状態で、それぞれ、配置されている、ことを特徴とする磁性体検出器。
7. 請求項３ないし６いずれかに記載の磁性体検出器において、
   前記バイアスが、希土類系の磁石を用いて付与されるものである、ことを特徴とする磁性体検出器。
8. 請求項１ないし７いずれかに記載の磁性体検出器において、
   少なくともいずれか一方のＭＲ素子が、磁性基板に搭載されている、ことを特徴とする磁性体検出器。
9. 第１の抵抗ブロックと、
   ＦＥＴおよび該ＦＥＴのゲート・ソース間に接続された第２の抵抗ブロックを含む定電流回路と、
   第１の抵抗ブロックがベース・エミッタ間に、また、定電流回路がベース・コレクタ間に、それぞれ、接続されている出力トランジスタと、
   を含み、
   前記第１および第２の両抵抗ブロックは、それぞれ、第１および第２のＭＲ素子を含むとともに、磁界強度に対する前記両ＭＲ素子それぞれの抵抗値変化を異ならせる、ことを特徴とする磁性体検出器。
10. 請求項１または９に記載の磁性体検出器において、
    第１のＭＲ素子の抵抗値の変化量は、磁界強度の変化による第２のＭＲ素子の抵抗値の変化に伴なう定電流回路の電流の変化量に対して、前記入力電圧が誤動作しない電圧の変化量の範囲内になるように設定されている、ことを特徴とする磁性体検出器。
11. 請求項９に記載の磁性体検出器において、
    磁界強度の変化に対する第２のＭＲ素子の抵抗値変化率変化特性が、磁界強度の変化に対する第１のＭＲ素子の抵抗値変化変化特性より大きく設定されている、ことを特徴とする磁性体検出器。
12. 請求項１１に記載の磁性体検出器において、
    各ＭＲ素子の抵抗値変化率変化特性が、ＩｎＳｂ長により設定されている、ことを特徴とする磁性体検出器。
13. 請求項１２に記載の磁性体検出器において、
    第１のＭＲ素子のＩｎＳｂ長が、少なくとも４５μｍより長く設定されている、ことを特徴とする磁性体検出器。
14. 鋼球通過孔を有するとともに所要の磁性体検出用回路が内蔵されたモジュール基板と、電流供給ラインに対して互いに直列状態で接続された少なくとも２つの第１および第２のＭＲ素子とを含み、前記第２のＭＲ素子が、第１のＭＲ素子よりも鋼球通過孔の近くに配置されているとともに、前記磁性体検出用回路が、ＦＥＴのゲート・ソース間に第２のＭＲ素子を接続してなる定電流回路と、第１のＭＲ素子がベース・エミッタ間に、また、定電流回路がベース・コレクタ間に、それぞれ、接続されている出力トランジスタとを含み、磁界強度に対する前記両ＭＲ素子それぞれの抵抗値変化を異ならせる、ことを特徴とする磁性体検出器。

Images