ピンボールのスイッチマトリクスが動かない：列ごとの無反応とファントムスイッチ

ドロップターゲット3枚がまったく得点しない。左のアウトレーンは無反応。どれも偶然ではありません——それらのスイッチは目に見えないグリッドの中で隣り合っており、共有している何かが壊れているのです。

これがスイッチマトリクスです。ネット上の解説はほぼすべてが1990年代のWPC機を前提にしていて、手元のゲームが1979年のBallyや1983年のGottliebだとまったく役に立ちません。配線の考え方は同じでも、IC、コネクタ、テストモード、そして正しいダイオードの種類までが違います。

要点だけ：何かに手を付ける前に、症状のパターンを読むこと。1個だけ反応しないならスイッチ本体かそのスイッチ固有のダイオード。グループがまるごと死んでいるなら共有している配線、コネクタのピン、あるいはその線を駆動しているIC。閉じていないのに閉と読まれるなら、ほぼ必ずダイオードのショートか逆向き取り付けです。この3つのどれなのかを見極めれば、点検対象は40個のスイッチから3個程度まで縮みます。

目次

スイッチマトリクスとは何か

ピンボール機には数十個のスイッチがありますが、プロセッサにはそれだけの空き入力はまったくありません。1977年前後に業界が落ち着いた答えが、グリッド（格子）でした。

スイッチはストローブライン（列）とリターンライン（行）のマトリクスとして配線されます。CPUは1本のストローブを非常に高速に順番に励起し、どのリターンが返ってくるかを監視します。ストローブ3とリターン5が交差する位置のスイッチは、その組み合わせだけで一意に特定できます——ストローブ5本とリターン8本、つまり13本の配線で40個のスイッチ位置が扱えるわけです。

各スイッチにはダイオードを直列に入れる必要があります。一方向にしか流さない弁です。これがないと、2個のスイッチが閉じたときに3個目を経由する回り込み経路ができ、CPUは誰も触っていないスイッチを読んでしまいます。帯（バンド）のある側が、流れを止める向きを示します。この小さな部品が、システム全体で最も多い故障原因です。これが組み込まれている全体像については、ピンボール機の電子回路の解説をご覧ください。

まず症状のパターンを読む

ここは皆が飛ばす工程であり、午後をまるごと節約してくれる工程です。ゲームをスイッチテストに入れ、手で1個ずつすべてのスイッチを閉じ、何が登録されるかを書き出します。故障の「形」が、どこを見ればよいかを教えてくれます。

見えている症状 通常考えられる意味 点検すべき場所
1個のスイッチだけ反応しない 機械的な問題、またはそのダイオードの断線 接点、はんだ付け、そのダイオード
行または列がまるごと反応しない 共有している配線、コネクタのピン、ドライバ その線を端から端まで
1個押すと複数が閉じる ダイオードのショートまたは逆向き 押したスイッチのダイオード
閉じていないのに閉と読まれる スイッチの固着、ダイオードのショート、リード線の接触 そのスイッチ、次に隣接するスイッチ
プレイ中に症状が移動する コネクタ、またはアース バックボックスのコネクタ、次にアース

プレイフィールド上で物理的に遠く離れた2個のスイッチが同時に不調なら、それが決定的な手がかりです。キャビネットの配線図にあるマトリクス表で2個を探し、どのストローブまたはリターンを共有しているかを見てください。その線が故障箇所です。

スイッチテストへの入り方

これは機種ごとにやり方が違い、一般論のアドバイスが通用しない理由の一つです。

Bally と Stern、1977〜1985年。コインドア内側の赤いボタンでセルフテストに入ります。その前に、ボールを取り出し、ドロップターゲットをすべて上げて復帰させ、スピナーがまっすぐ下を向いているか確認してください——半開きで止まっているスピナーは閉として読まれ、自分で作った故障を追いかけることになります。プレイフィールドが静かな状態なら、ディスプレイはゼロを表示するはずです。数字が出るなら、ゲームが閉じていると考えているスイッチがあります。全員がはまる癖に注意：番号が最も小さい固着スイッチだけが表示されます。直して電源を入れ直すと2個目が出ることがありますが、新しい故障ではなく、隠れていただけです。

Williams System 3 から 7。診断シーケンスはランプ、ディスプレイ、ソレノイド、スイッチを順に進んでいきます。ゲームがそもそもテストモードにきれいに入れないなら、先にCPUのLEDを見てください——Williams System 7 の診断コードの解説で、LEDが何を伝えているのかを扱っています。

Gottlieb System 80、80A、80B。スイッチテストは接点閉をディスプレイにCx-yの形で表示し、ゲームのマニュアルにあるマトリクス表で読み替えます。多くの人の夜を無駄にしてきた注意点が一つ：後期のSystem 80Bのゲームから、Gottliebは一部のキャビネットスイッチをその表に印刷しなくなりました。advance、replay、play/test、コイン、チルトの各スイッチは実在するマトリクスの構成要素なのに、いくつかのタイトルでは単に記載がありません。表には存在しないはずの位置が反応する場合、たいていはこれらのどれかであって故障ではありません——キャビネットの配線図には今も載っています。

壊れるのはダイオードという部品

スイッチのダイオードの壊れ方は2通りで、症状は正反対になります。

  • 断線（オープン）。電流がまったく流れないので、接点がどれだけきちんと閉じてもスイッチは登録されません。見た目は完全に「死んだスイッチ」そのものです。
  • ショート、または逆向きに取り付け。弁が塞き止めなくなり、電流が逆方向に回り込み、1個のスイッチを閉じると同じライン上の他のスイッチまで点灯します。これが「ファントム」スイッチで、誰も当てていないものが得点するゲームの典型的な原因です。

ダイオードのリード線が折れ曲がって隣のラグに触れている場合もショートと同じ結果になり、過去に手を入れられたマシンではよくあります。はんだを外す前に、まず目で見てください。

Gottlieb のダイオードの罠

ここが慎重な人ほど引っかかる点です。一般に言われているアドバイスが、これらのマシンには当てはまらないからです。

Gottlieb はスイッチマトリクスにゲルマニウムダイオード——典型的には 1N270——を使用しました。順方向電圧が約0.2Vと非常に低く、関係するロジックレベルに適していたためです。メーターのダイオードレンジでは、シリコンの0.6〜0.7Vではなく、おおよそ0.2〜0.3Vと読めます。

結果は2つ。0.6Vを期待していると、良品のダイオードを不良と判断してしまいます。そして、どの部品箱にも入っている 1N4148 で置き換えると、そのスイッチの電圧降下がおよそ3倍になります——それでも動いてしまうことが多いのですが、あとから誰にも見つけられない間欠不良を生む、まさにぎりぎりの変更です。Gottlieb のマトリクス用ダイオードなら、BAT42、BAT43、BAT46、BAT85 といった小信号ショットキーが現代の妥当な代替で、設計が前提としていた低い順方向電圧を保てます。

Bally、Stern、Williams のマトリクスは通常のシリコンで、1N4148 で問題なく、旧型の 1N914 と互換です。部品箱に手を伸ばす前に、目の前のマシンがどれなのかを把握してください。

スイッチとそのダイオードを測る

ダイオードレンジのあるマルチメーターが必要です。マシンの電源は切り、該当するスイッチのコネクタを基板から抜いて、ゲーム全体ではなくスイッチ単体を測る状態にします。

  1. メーターをダイオードに設定します。読めるのは抵抗ではなく順方向電圧降下です——ここで多くの人がつまずきます。
  2. 黒のプローブを帯のある側、赤をもう一方に当て、スイッチを閉じたまま保持します。
  3. Gottlieb のゲルマニウムなら約0.2〜0.3V、シリコンなら0.6〜0.7Vを想定します。
  4. プローブを逆にします。今度は何も出ないはずです。両方向で数値が出るなら、ダイオードのショートです。
  5. スイッチが確実に閉じているのにどちらでも何も出ないなら、ダイオードの断線かスイッチの不導通です——クリップリードで接点を短絡させれば、どちらなのか切り分けられます。

行または列がまるごと死んでいる場合は、ダイオードは飛ばして導通チェックを行います。プレイフィールド上のスイッチのラグから、基板コネクタのピンまで測るのです。その経路の断は断線か圧着不良で、部品を1個も外さずに見つけられます。また、汚れて荒れた接点も、電気的な故障ではまったくない「死んだ」スイッチを数多く生みます——清掃についてはメンテナンスガイドで扱っています。

機種別：マトリクスはどこにあるのか

Bally と Stern の MPU、1977〜1985年

5列×8行のマトリクス——40ポジション——で、MPU基板上のU10 にある単一の 6820/6821 PIAを通ります。PA側がストローブを駆動し、PB側がリターンを読みます。コネクタJ2 では、ピン1〜5が列、ピン8〜15が行なので、死んでいる線をピンまで追いやすくなっています。

Bally 特有の癖が2つ。コインドアのスイッチにはダイオードがありません——Bally が省いたのです——ので、コインスイッチが潰れているとゲーム全体にエラーをばらまきます。もう一つ、ノイズ抑制のために一部のスイッチに小さなディスクコンデンサ（当時は0.050µF、現在は0.047µF）が並列に入っており、これがショートすると固着スイッチとまったく同じ挙動になります。これはEvel Knievel や Eight Ball 以降、シリーズ全体で共通です。そもそも基板がきれいに起動していないなら、まずBally MPU の LED の点滅が何を意味するかから始めてください。

Williams System 3 から 7

Williams は、人が予想しない場所に物を置きました。System 6 までのマシンは4個の PIA を使います。ディスプレイ用にMPU基板上に1個、そしてドライバ基板上に3個——ソレノイド、ランプ、そしてスイッチを読む1個です。つまりここでスイッチの列が死んでいる場合、CPUの故障ではなくドライバ基板の故障であることが多いのです。先にCPUを調べるのは自然な直感ですが、間違った直感です。

もう一つの Williams の事実はもっと率直です。これらのゲームの間欠不良の圧倒的多数は40ピンの基板間コネクタが原因で、40年もののはんだ付けに入った髪の毛ほどの亀裂によって起きます。何か高度な原因を疑う前に、基板を抜き差しして座り直させてください——その摩擦動作だけで驚くほど多くの不具合が治ります。再発するなら、ヘッダのピンを再はんだすべきです。コネクタ IJ2 とその1本の+12V線は、激しいプレイ中のリセットの既知の原因です。以上はすべてGorgar をはじめシリーズ全体に当てはまります。

Gottlieb System 80、80A、80B

System 80 の CPU は64のスイッチ位置を調べます。リターンはU4 の 6532 RIOTの入力ポートAに届き、U5 が、CPUが外部のプレイフィールドマトリクスを読むのか基板上のDIPスイッチを読むのかを決めます。ストローブはZ33 の 74154 デコーダから出ていきます——知っておく価値があります。74154 の出力が1本死ぬとストローブライン1本とその上の全スイッチが死に、まさに「スイッチのグループがまるごと一度に止まった」ように見えるからです。

System 80 にはさらに、アース以外のあらゆる原因に見える不具合を不合理なほど多く生むアース（接地）構成があります。スイッチの症状があちこち移動するなら、ICを交換する前にSystem 80 のグラウンド改修ガイドをお読みください。Black Hole のようなゲームで手強いターゲットスイッチ1個に悩んでいる場合は、System 80 で反応しないターゲットスイッチを診断する手順を1段ずつ解説しています。

Gottlieb System 1

System 1 は厄介な存在です。スイッチの入出力はU5、すなわち A1752CF を通ります。Gottlieb のカスタム部品で、事実上入手不可能、ドロップイン互換品もありません。しかも脆弱です。静電気放電やソレノイドバスからの迷走電圧で壊れることがあり、基板にはそれを防ぐクランプダイオードがスイッチ入力の抵抗に入っていません。ここに保護ダイオードを追加するのは、Cleopatra のように長く維持するつもりのマシンなら行う価値のある、よく知られた改造です。混同されやすい区別に注意してください。各スイッチの直列ダイオードと、CPU入力を保護するクランプダイオードは別の部品です。System 1 は前者を持ち、後者を欠いています。

本当に基板側が原因の場合

スイッチマトリクスの不具合の大半は基板上にはありません。ダイオード、断線した配線、曲がった接点、緑青の出たコネクタピン——数ユーロと一晩の作業です。必要のないものを売るより、そうはっきり言うほうを選びます。

話が変わるのは、基板がマトリクスを殺している場合です。主に電池の腐食で、漏れた電解液がパターンを這って進み、他と同じようにスイッチのリターンラインを食べていきます——基板は清掃できますが、腐食はビアの中やICの下、見ることも手を入れることもできない場所に潜みます（どこまで回復可能かは電池腐食の見つけ方と止め方の解説で扱っています）。あるいは買えないICの故障です。74154 が死んでいるなら2ユーロの部品ですが、A1752CF が死んでいるなら買い物では済みません。

1977〜1985年のBallyおよびStern製ピンボール機用 BallyFA 交換MPU基板。スイッチマトリクスのストローブラインとリターンラインがコネクタJ2で終端する基板
Bally や Stern のマシンでは、スイッチマトリクス全体が MPU 基板のコネクタ J2 で終端します——列がピン1〜5、行がピン8〜15です。BallyFA はその基板の現代的な交換品です。写真：Pinballs Store。

交換が妥当な場合、BallyFA がこの時代の Bally と Stern の MPU に対応し（選択肢はBally MPU 購入ガイドで整理しています）、WillFA7 は Williams System 3 から 7 の MPU とドライバ基板の両方を置き換えます——Williams のスイッチ用 PIA がドライバ基板にあるため、ここでは重要な点です。Gottlieb System 80 では、Lisy80 を使えば、ディスプレイを目を凝らして見る代わりに、ウェブインターフェースでスイッチの接点閉をリアルタイムに確認できます。これはLISY プロジェクト——独立した開発者による無償・非商用のDIYプロジェクト——の上に成り立っています。当店はそれをすぐ使える状態でお届けし、その後のサポートを行います。当店が作ったものではありません。

当店では出荷前に基板をテストしています。いずれにせよ、オリジナルは保管しておいてください。マトリクスの不具合が基板を完全に殺すことはまれで、マシンが再び動き出したあとの冬のよい課題になります。そして原因が曲がったスイッチブレードだったとしたら、それは無駄になった一晩ではなく、よい結末です。

よくある質問

ピンボールのスイッチが1列まるごと反応しないのはなぜですか？

それらのスイッチが1本の配線を共有しているからです。行または列がまるごと同時に死ぬ場合、原因はスイッチ自体よりも、共有しているリターンラインまたはストローブラインにあります。プレイフィールド上の断線、基板コネクタのピン不良、あるいはその線を駆動しているICです。基板を疑う前に、スイッチのラグから基板コネクタのピンまでの導通チェックを行ってください。

スイッチテストで、閉じていないスイッチが閉と表示されるのは何を意味しますか？

多くの場合、そのスイッチのダイオードがショートしているか逆向きに付いているか、ダイオードのリード線が別のラグに触れています。本当に固着していることもあります——スピナーが半開きでぶら下がっている、ドロップターゲットが完全に復帰していない、どちらも閉として読まれます。Bally機では番号が最も小さい固着スイッチだけが表示されるため、最初の1個を直すと2個目が現れることがあります。

ピンボールのスイッチマトリクス用ダイオードに1N4148を使えますか？

Bally、Stern、Williams なら問題ありません——1N4148 と旧型の 1N914 は互換で、正しい選択です。Gottlieb では理想的ではありません。Gottlieb は 1N270 のようなゲルマニウムダイオードを使い、順方向電圧がはるかに低いのです。1N4148 でも動くことは多いものの、そのスイッチの電圧降下がおよそ3倍になります。BAT42、BAT43、BAT85 のようなショットキーが、現代の代替としてはより適切です。

ピンボールのスイッチダイオードをマルチメーターでどう測定しますか？

マシンの電源を切り、スイッチのコネクタを基板から抜き、メーターは抵抗ではなくダイオードレンジに。スイッチを閉じた状態なら、片方向にだけ順方向電圧降下が読めるはずです——Gottlieb のゲルマニウムで約0.2〜0.3V、シリコンで0.6〜0.7V——そして逆方向では何も出ません。両方向で数値が出るならダイオードのショート、どちらでも出ないならダイオードの断線かスイッチの不導通です。

1個のスイッチを押すと2個同時に反応するのはなぜですか？

典型的な回り込み経路の症状です。一方向弁として働くダイオードがないと、押したスイッチからの電流が共有ライン上の他のスイッチを通って戻る経路を見つけ、CPUは実際には起きていない接点閉を読み取ります。押したスイッチのダイオードを点検してください。ショートか、逆向きか、リード線が触れてはいけない場所に接触しています。

Gottliebのスイッチテストでマニュアルに載っていない位置が表示されます。基板の故障ですか？

おそらく違います。後期の System 80B のゲームから、Gottlieb はマニュアルのマトリクス表にキャビネットスイッチのいくつかを印刷しなくなりました。advance、replay、play/test、コイン、チルトの各スイッチを含みます。これらは今も実在する位置です。マトリクス表に出ていなくても記載されている、キャビネットの配線図を確認してください。

参考資料

マトリクスの不具合で行き詰まっていますか？ 機種名、どのスイッチがおかしいか、ダイオード両端のメーターの読みをお知らせください。当店の技術サポートは購入前も購入後も無料です——答えが「スピナーが半開きでぶら下がっていただけ」だった場合も含めて。

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