JPH0192632A - 容量性圧力検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧力検出方法及び装置に係る。より詳細には、
本発明は新規の二次元的容量性センサとその技術、特に
二次元的表面に加えられるタッチや力の変化に応答する
楽器及びリズム楽器やその他の装置に使用されるセンサ
に係る。

但し用途はこれらに限定されるものではない。

〔従来の技術〕

本発明者の一人であるシェフ・トリップの米国特許第４
．４９８．３６５号の中に開示されている新規の容量性
圧力センサは、弾性・的に成形された曲線状又はテーパ
状の導電性電極を備え、この電極が楽器のキーの作動そ
の他の圧力によって変形されて、該電極とは電気的に分
離された固定電極と可変容量的な協働を行うように構成
されており、１つの限定された圧力の接触領域により作
動するのに最も有効なセンサである。このようなセンサ
は楽器で電子音調を発成する場合のように連続的に検出
を行う。また楽器のキーボードの使用を例にとれば、第
２音の発成又はピッチや音色の変更を行えるようにする
といった目的で、キー作動その他の圧力接触後の圧力変
動を可能にする。同様の応答を要するその他の用途にも
有効であることは明白である。

〔発明の解決しようとする問題点〕

ところが、二次元的表面全体に圧力を加えられるように
すると共に、打撃又は衝撃の変動に対する感受性及び／
又は二次元的表面全体での圧力の特定パターン又は動的
形状の変化に対する応答性を実現したい場合がある。例
えばドラムの皮膜の作動はスティックで打ったりドラム
ブラシで撫でて行う他にも、指や手で撫でて行うことも
あり、皮膜全体にいろいろな動的圧力パターン及び変動
が生じる。そのため、個々の微細な点又は領域の圧力を
二次元的に検出し、電気的信号に変換することにより、
このような圧力又は圧力パターンを特徴化した音声を生
成できるようにする必要がある。別の例としては、後述
するように多数の電極が共通の弾性電極と協働する構成
とし、手、指又は足の形跡及びその運動における変動を
可視パターンに再生することができる。この場合も連続
的、動的に二次元的検出を行う。

感覚フィードバックを生み出す触覚的センサに使用する
ものとして、触覚部アレーを備えたコンプライアンス形
導電性エラストマーパッドが開発された。このエラスト
マーパッドは、電圧励起されて、圧力に応じた抵抗の変
化によって動作されるものであり、列から行の順に走査
されてマルチビットデジタル信号出力を発生する（バリ
ー・ライト・コーポレーション（ａａｒｒｙ（すｒｉｇ
ｈｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）　１９８４年版社報「
センサフレックス／アステックＪ　（”５ｅｎｓｏｒｆ
ｌｅｘ／Ａｓｔｅｋ”）１７、１８頁等参照）。このよ
うなセンサは二次元的センサではあるが、経時的導電率
の安定性において問題がある上、複雑な電子装置を要し
、また実際にはパッドの抵抗から見てモニタできる大き
さ又は面積にも限界がある。

従って本発明の目的は、上記のような用途を初め二次元
的感圧応答を要する各種用途に使用される新規かつ改良
された二次元的感圧応答方法及びその装置を提供するこ
とである。

本発明の別の目的は、本発明の新規の感圧方法を使用す
る結果、ドラムのような楽器も含めて柔軟性に富む新規
の楽器及びリズム楽器を提供することである。

本発明のその他の目的については以下に説明すると共に
、特許請求の範囲により詳細に示す。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明についてその特徴の１つから簡単に述べると、本
発明の係る容量性感圧センサは、薄い弾性導電性プラス
チックシートにその片面から突出する複数の弾性導電性
突起を間隔を密に設け、該突起の隣接領域を該シートの
反対側の面に圧力を加えることにより圧力変形するよう
に構成してなる第１電極手段と、前記突起と向かい合っ
て同一空間にわたって延設され、かつ該突起との間に設
けた薄い誘電体層によって該突起と分離されている第２
電極手段とを組み合わせて具備する。ドラム楽器を含め
て好適な及び最適な実施態様と構成部品について以下に
詳細に説明する。

では次に添付図面を参照しながら本発明について説明す
ることにする。

第１図を参照すると、ここに示された好適形式の圧力セ
ンサは薄い導電性プラスチックゴム又はその他の弾性エ
ラストマーからなるパッド電極１を含む。パッド電極は
望ましくは後に詳述するようなマイラー（Ｍｙｌａｒ（
商品名）〉等の保護用被覆層Ｃを備え、その平面状表面
の片面（図では底面として示す）を曲面状に、即ち厚さ
を変化させて形成するか、或いは該表面から同じ導電性
弾性材料のテーパ状突起１′を突出させることにより、
間隔の狭い二次元的均等アレーを構成する。この時、望
ましくはいくらか弾性変形し得る薄い誘電体層２によっ
て突起１′から分離されながら前記アレーと同一空間に
わたって延びる二次元的導電性電極面３とアレーとが容
量的に密接な関係になるように該アレーを配設するのが
望ましい。図示の電極面３は硬質の固定板Ｂ上に固定さ
れているため、電極１を押して固定電極３と機械的力で
接触させることにより、測定すべき所望のキャパシタン
ス変化が生み出されると同時に、電極３が上側のエラス
トマーパッド電極の圧下を制限する働きをする。第３Ａ
図〜第３Ｄ図に突起１″のいろいろな曲面形状又はテー
パ形状を示す。詳細には、それぞれ実質的な半球形、切
頭半球に円錐状又はテーパ状の先端部を付けたもの、二
段円錐形、円錐形の先端部をやや丸めたものである。

本発明者の発見したところでは、第１図の指Ｆなどによ
って電極１の反対面（上面）が変形した場合、指先の描
くパターンの下にある曲面状又はテーパ状の突起１′も
それに従って押し下げられて変形し、そのテーパ部分の
高さが圧縮されることによって容量効果が大きくなる。

この時、突起の変形を実質的に個々に独立して選択して
、指の輪郭及び指先の各部がそのすぐ下にある個々の突
起に及ぼす力をシミュレートすることができる。後述す
るようにこの可変キャパシタ１−１”−２−３の出力端
子４．５に適当な電子装置を接続することにより、指先
の当接又は運動の生み出す容量差を容易に信号処理し、
この信号を用いて楽音又は音響の生成の制御を、聴覚効
果を圧力に比例させると共に指先の打撃又は衝撃及び指
先を電極パッド面１上で移動させて生じる表面領域の動
的圧力パターンに対応させるように行うことができる。

ドラムの被覆層又はヘッドＣをシリコーンゴムその他の
エラストマー製パッド電極１上に配置することにより、
パッドを摩擦や汚れ、及び静電気による埃の吸着から保
護する。被覆層Ｃはまた、電気的絶縁体及びアイソレー
タとしての働きもし、人体の容量がシステムに影響を与
えるのを防止し、ノイズの導入を抑制する。層Ｃは更に
「拡散装置」の役割も果たし、局部的に大きな力がかか
る場合に（ドラムスティック先端などによって）、パッ
ドの圧縮永久歪みを防止すると同時に衝撃を広範囲のキ
ャパシタに拡散することによって、信号を機械的に増幅
する働きをする。

次に第４Ａ図の実施態様を参照する。ドラムヘッドの皮
膜又は被覆層Ｃをドラムスティックやワイヤブラシで打
ったり、皮膜の上をスティック、ブラシ、指、手などで
撫でたりすることによって、二次元表面全体に個別の容
量差が生まれるという知見を得た。この容量差を望まし
くは前掲米国特許に記載の単一センサユニットのような
連続感圧方式により信号処理して、加えられた圧力に対
応し実質的に圧力に比例応答する音響パターンとするこ
とができる。前掲米国特許に記載のように、また第５図
にも示すように、圧下中に生じる第２打撃効果や音質変
動効果も含めた個々の音質効果又は音響効果に関して、
圧下の程度に対する信号闇値を設定することができる。

第２Ａ図〜第２Ｃ図はこの二次元的に成形された弾性容
量性電極構造を用いた場合に容量差＝１６− によって生成される出力信号を実験的に獲得してこれを
視覚的に表現したグラフであり、それぞれ皮膜に対して
軽度、中位度、強度のドラムスティックによる衝撃又は
打撃を与えた結果を電極に接続したプリンタで表示した
ものである。

信号の生成については第５図に関連して詳述することに
する。電極１−１′は厚さ２．５４ｍｍ　＜１／１０イ
ンチ）、硬度約６０ジユロメーク（硬さ試験機）のシリ
コーンに炭素を添加したエラストマー系プラスチックシ
ート材上に、成形突起を二次元アレー状に間隔を密にし
て配設した（　１　ｃｍ２あたり１５．５個の突起（１
平方インチあたり突起１００個）を配設）もので構成し
である。各突起は厚さ約０．８８９ｍｍ　（０，０３５
インチ）のウェブである弾性パッド電極１から約１．５
２４ｍｍ　（０，０６インチ）突出させた。他方の電極
３は１ミルのアルミ箔に厚さ約１ミルの「カプトンＪ　
（”Ｋａｐｔｏｎ”　、デュポン社製ポリイミドプラス
チック）からなる誘電体層２を設けたものとした。

表面圧力パターンの効果を第２Ｄ図と第２Ｅ図に示す。

第２Ｄ図は力が加えられた面積に対する検知面出力（任
意単位）を示し、第２Ｅ図は検出セクタに加えられる力
を関数とする出力を示す。

第４Ａ図のドラム形式の実施態様に戻ると、縁締め９に
よってこの組立体を装飾プレート７（第４Ａ、４Ｃ図）
と共に保持することができ、装飾プレートには研摩面を
含ませても良い。必要に応じて、後述するように信号処
理用の電子装置を基板Ｂの下側、第４０図Ｂ′に装着す
ることもできる。

ドラムヘッドＣに第４Ａ図の６．６°　のように個別の
セクタ又は領域を設けて各領域又はセクタ毎に異なる効
果が個別に得られるようにすると共に、各領域と領域の
間には成形金属の「スパイダー」セパレータ１０を設け
る。スパイダーセパレータは接着剤層８を用いてドラム
ヘッド被覆層Ｃに接着し、領域間の漏話を防止できる構
造とする。

従ってシステムの基本的構造は、（１）検出用下部電極
３、駆動信号をエラストマー上部電極１−１′に接続す
る手段、主電子装置に接続する手段を含むＰ、Ｃ，ボー
ド等（マイラー（Ｍｙｌａｒ）等のポリエステルフィル
ム上に被覆したもの）と；（２）Ｐ、Ｃ，ボード上に接
続又は被覆される、又はされない誘電体シート２と；（
３）上述のような表面組織を有する導電性エラストマー
製上部電極と；（４）上部被覆層又はドラムヘッドと；
（５）エラストマー電極１に駆動信号を与え、検出用キ
ャパシタの反対側に逆の駆動信号を供給し、センサ領域
のキャパシタンスの変化を監視し、キャパシタンスの変
化を有効電子信号に変換する電子装置とである。第４Ｂ
図に示すように、単一のエラストマーシート電極１−１
′の下に多数の電極３を設けて、後に詳述するように独
立区域の数も多数にしても良い。

現在構成されているシステムの総垂直撓みはほぼ１．５
８７５ｍｍ　（１／１６インチ）である。ある領域を偏
向させるのに必要な力は生成される信号に少なくともほ
ぼ比例し、力を「戻す」ことによって有効な圧力センサ
とする。上述のようなシステムは必要に応じて機械的電
子的に変更して、より広範囲の力を変換できるようにし
たり、使用する用途によって作動距離を深くしたりする
ことができる。

システムが平面的性質を持つということは、検出区域の
全面積に対する作動面積の比率が小さければ小さいほど
、その区域の「基本」キャパシタンス、即ち休止時キャ
パシタンスに対する作動信号が小さくなるということを
意味する。

大型の区域が使用されているため、この基本キャパシタ
ンスも大きくなっている。また、−旦ゴム製突起１°が
完全に押し下げられると、それ以上刃や圧力が加えられ
ても信号が増加することはない。垂直行程が制限されて
いるため、小面積に高速の打撃を与えた場合は直ちに上
限に達する。半剛性のマイラー製被覆材Ｃを機械的増幅
用に用いることによって、キャパシタの別の領域も小面
積における軽度、重度両方の打撃に対して作用させ、よ
り広範囲の弁別可能な一２〇− 「アタック」を生み出すことができる。作用するように
なる近接キャパシタの面積対作動部分面積の比率は作動
部分面積が大きくなるに従って減少し、作動部分が区域
と同じ大きさになるともはや増幅効果を示さなくなる。

換言すると、機械的増幅手段を使用することによって、
広範囲の力と面積の積（圧力又は衝撃）を、センサと電
子装置で変換する際には狭い範囲に圧縮して行えるとい
うことである。

導電性ゴム電極１−１°のウェブは、ウェブの厚さを調
節してシステムを個々の用途に適合させのると同じでは
ないにせよ、それと類似の働きをすることが注目に値す
る。

このような構成によって表面の局部領域の独立度が低下
するのも事実であるが、小面積を高速に打撃した場合（
ドラムスティック）と大面積を低速で打撃した場合（指
）に比較可能な信号が獲得できるようにもなる。ヘッド
の半剛性被覆層Ｃはさらに、ドラムの動的機能をも果た
す。層Ｃの打ち方が強いほどその瞬間的剛性が大きくな
り、影響を受けるキャパシタンス面積も大きくなる（こ
の場合も機械的増幅）。被覆層は全く存在しない場合か
ら薄いエラストマー製（保護用のみ）、薄い半剛性（薄
いマイラー製）、より厚い半剛性、剛性と変えることが
できる。

最後に挙げた剛性カバーは、秤量装置や個別衝撃センサ
のような高範囲、低分布の用途に使用すべくシステムを
面積不感性とするために用いたり、あるいは別のセンサ
と共に積み重ねて使用し、上部センサから面積検出情報
を誘導すると同時に底部センサから面積不感性情報を誘
導するのに使用される。或いはまた多数のセンサを積層
して長距離にわたって精密な力の測定を行う場合にも使
用される。

本発明を多区域形またはセクタ形の電子ドラムに応用し
た場合、その実際の構成例を第４Ａ図と第４Ｂ図に示し
たように、該ドラムはその上面の独立した５つの打撃区
域６”、６”、６”−・と５つのＣｖ（アナログ制御電
圧）出力を備える。

１２ボルトの電池又はその他の直流電源から給電され、
後述するように底部に備えた締付具を介して標準形トム
ポストに装着される。本システムは定常的な力と瞬間的
力の両方に応答し、応答速度が数１０マイクロ秒以内、
周波数応答はキロヘルツ範囲に十分に入る。

出力はパッドに対する打撃又は抑圧によるキャパシタン
スの変動に追従するアナログ電圧であり、これらを評価
して、殆どの場合使用されるＣＶ電子ドラムの「中枢部
」を駆動する。先にも述べたように、第１図、第４Ａ図
及び第４Ｂ図のセンサと共に動作させるのに好適な電子
回路を示したのが第５図であり、この電子回路は第４Ａ
図及び第４Ｂ図の両実施態様に共通して、第４Ｃ図のよ
うな底部分が使用される。実際の装置では、装置本体が
例えば厚さ２５．４ｍｍ（１インチ）のパーティクルボ
ードディスク７Ｂの裏面に電子回路用の空洞Ｂ′を設け
てなる。この上にマイラーの打ち抜きシートなどからな
るプリント基板１１を配設し、その上に導電性パターン
を形成して５つの区域６゛、６”、６”−用の５つの底
部電極面３を設ける。導電体４，５を用いて駆動信号を
エラストマー電極１−１”に接続する。

導体４．５はこれらの領域と電子装置Ｅを接続するため
のものでる。装置本体の周囲から電子回路用空洞Ｂ゛ま
でを包む皮膜の足部１１゛　に沿ってトレースが伝わる
。その後電極領域３上にウレタンを主成分とする材料を
被覆し、誘電体層２を形成する。この層を前記足部にも
設けて絶縁を行うのが望ましい。プリント基板上にエラ
ストマーを打ち抜いて形成した５つの電極片１−１’と
スパイダセパレータ１０が配置される。スパイダセパレ
ータはねじなどの固定具Ｆをい（つか用いて、プリント
基板を貫通させて本体の中に固定、される。これと同時
に電極１−１”も定位置に配置され、パターン４と５つ
の電極を連続的に接続して駆動信号が提供される。

打ち抜き粘着膜８をスパイダセパレータ１０の上に置い
た状態でスペーサリング１２をアセンブリの周囲に配置
し、ヘッドＣをアセンブリ上に配置した後、装飾リング
９を配置する。この時はまだ装飾リングを底部上で圧伸
成形しない。

アセンブリを逆向きにして装飾プレート７を設置し、装
飾リングを圧伸成形してその最終的形状とする。アクセ
スプレートＢ上に５つの出力ジャック及びパワージャッ
クＪと２つの電位差計Ｐを設ける。これらの端子につい
ては、後に第５図の回路において固定する。これらの端
子をアクセスプレートの底部Ｂ′に装着した電子装置Ｅ
に接続する。次に皮膜足部を電子回路に接続し、定位置
に固定されているトムクランプＩ４を用いてアクセスプ
レートを本体に固定し、アセンブリを完成する。

第４Ｂ図に示したようなエラストマーパッドを１つだけ
使用する変形例を使用した場合、打ち抜きエラストマー
電極とスパイダ及び粘着膜がなくなる代わりに単一の成
形パッドが用いられ、その上に固体導電性ゴムの部分１
″によって分離した５つの電極区域１−１′が形成され
る。これらの固定部分とプリント基板を貫通して本体内
に入るように固定具を締め、アセンブリを定位置に固定
すると同時に導電体４と電極１−１゛の接続も行う。

本発明を単一区域センサに応用した場合、本発明は次の
ような点で相当の新規性を提供する＝（１）表面上のい
ろいろな地点において、同様の入力からは同様の信号を
生成することができる。

（２）表面上のあらゆる地点において面積と圧力の合成
結果を同時に変換することができる。（３）表面状の静
的圧力パターン又は動的圧力パターンの何れにも比例す
る出力を連続して提供することができる。本システムが
弁別できないのは、（１）圧力入力が表面上のどこにあ
るか、（２）表面上の特定の地点に加えられている力、
（３）面積・圧力パターンが大面積で力の小さい型か小
面積で力の大きい型の何れか、ということである。この
ような情報を作り出すためには、後述するように多数の
第２電極を使用する必要がある。

出力はパッドに対する打撃又は押圧によるキャパシタン
スの変化に追従するアナログ電圧であり、これらを測定
して、殆どの場合に使用されるＣＶ電子ドラムの「中枢
部」を駆動する。

先にも示したように、第１図、第４Ａ図及び第４Ｂ図の
センサと共に動作させるのに好適な電子回路を示したの
が第５図であり、高周波数の交流電圧源を使用し、交流
電流の流れ度を測定する。■を単位アンペアの電流の流
れ、Ｅを印加される交流（正弦波と仮定する）電圧、Ｆ
をその周波数、Ｃをセンサ１−１°−２−３のキャパシ
タンス（単位ファラド）とする時、電流の流れは式：　
ｌ−２ＥＦＣによって与えられる。本発明をドラムに応
用した場合のこれらの変数の標準値は下記の通りとなる
。

Ｅ＝８ボルト Ｆ　＝１００ＫＨｚ Ｃ＝３００ｐＦ Ｉ＝ｌ、Ｑｍ八 従って電流の流れの大きさが瞬間的なキャパシタンス量
を表し、そのキャパシタンス量がセンサに加えられた瞬
間的力と面積の積を反映する。力が加えられていない時
の「基本キャパシタンス」を「引く」方法はいくつかあ
る。中でも好適な方法は、等しいが１８０度位相の異な
る電圧を基本キャパシタンスに等しい固定キャパシタに
印加し、その結合をセンサ出力に接続する方法である。

圧力がセンサを通る電力を増大させると、正味電流がゼ
ロから上昇して有効出力を与えるようになる。

第５図上部に示されているプッシュプル形正弦波電力発
振器は２つのトランジスタＴ、、Ｔ２　と、回路網抵抗
器Ｒ，−Ｒ５と、中央タップ付チョークコイルＣＴと、
並列キャパシタＣ°とで構成される。

コイルＣＴのインダクタンス（２５０マイクロヘンリー
）トキャバシタンスＣ″　（０，０１マイクロフアラド
）を結合して、共振周波数はぼ１００ＫＨｚの共振タン
ク回路が生ずる。ベース・コレクタ抵抗器り、Ｒｓ　（
２２にΩ）が発振の開始及び維持に必要なフィードバッ
クを与え、ベース・エミッタ抵抗器Ｒ２，Ｒ４（４，７
にΩ）がトランジスタベースのオーバドライブを抑制す
る。直列抵抗器Ｒ，（４７０Ω）が発振器の正弦波をほ
ぼ完全く歪み度約１％）にする電流源をシミュレートす
る。コイルＣＴの中央タップを接地しているため、コイ
ル両端部からは残りの回路部分と等しい振幅を有する厳
密に異相の正弦波が得られる。”ＤＲＩＶＥ　ＯＵＴ’
″と表示された方の発振器出力はセンサの共通プレート
　（例えば第４Ｂ図の導電性ゴムパッド１−１”）へ、
反対側の発振器出力は次に説明する信号処理回路機構へ
と進む。

残りの回路機構は、５つのセンサパッド又はセンサセク
タ用に設けられた５つの類似回路からなるが、ここでは
センサ（パッド）＃１（例えばセクタ６゛）用の回路を
例に挙げて説明することにする。圧力センサは”ＤＲＩ
ＶＥ　ＯＵＴ”　と表示された端子と”ＰＡＤ　Ｉ　Ｉ
Ｎ”と表示された端子との間に外部接続される。従って
センサのキャパシタンスに比例する容量性電流が’ＰＡ
Ｄ　Ｉ　ＩＮ”の端子に流入する。同時に、発振器反対
側から反対相の容量性電流が直列抵抗・キャパシタンス
回路網結合を介して’ＰＡＤ　Ｉ　ＩＮ”端子に流入す
る。この時抵抗値は固定されており、キャパシタ（Ｃ″
′）の値は一定範囲内で変化させることができる。

実際には、先に説明したようにキャパシタ値がセンサの
基本容量と等しくなるようにキャパシタを調整する。抵
抗器は導電性ゴムパッド１−１″の有限抵抗を補償する
ことにより、２つの電流の消去をより完全に行う。Ｃ″
′と抵抗の両方が整合している場合にのみ、完全な平衡
が達成される。実際の抵抗はインピーダンス全体の小部
分に過ぎないため、抵抗の整合は余り重要ではない（２
０％の抵抗不整合があっても殆ど効果はない）。

センサに対して圧力が加わると、”ＰＡＤ　Ｉ　ＩＮ”
端子に入る正味電流がゼロから増大する。この電流が抵
抗器Ｒ”　（４，７Ｋ）の両端に小さい交流電圧を生み
出す。このＡＣ電圧をダイオードＤ　（ＩＮ２７０ゲル
マニウム）によって整流し、その結果得た直流電圧を０
．１０μＦキヤパシタで保持する。

ゲルマニウムダイオードＤが使用されるのは、シリコン
ダイオードの場合正方向電圧降下が比較的高い（０，６
ボルト）ため閾値降下が生じるので、それを回避するた
めである。圧力が大きくなると、０．０１μＦキヤパシ
タの両端に生まれる正の直流電圧も大きくなる。圧力が
小さくなると、キャパシタの電荷が数ミリセカンドの時
間をかけてゆっくりとダイオードＤを通って漏出する。

こうして０．１０μＦキヤパシタは圧力ピーク値を暫時
保持する。キャパシタの比較的小さな電圧（普通は１ボ
ルト以下）が演算増幅器Ａ（ＬＭ３５８）　　とフィー
ドバック回路網Ｒｔ、　Ｒｔ’　（例えばそれぞれ１０
０にと２２Ｋ）とによって６倍にされる。

増幅器出力電圧は最終的にＩＫΩ保護用抵抗器Ｒ８を介
して”ＰＡＤ　１０ＵＴ”端子に印加される。その後こ
の電圧（及び他の４チヤネルの電圧も）は周知のような
電圧レベルの変化に所望の方法で応答するシンセサイザ
に送られる。

実際に使用する場合には、圧力に対する回路の感度及び
応答を調整できるようにするのが望ましい。センサの全
体的感度は、発振器Ｔ１〜Ｔ２の出力電圧を変えること
で変更することができ、発振器出力電圧の変更は、発振
器の出力電圧の変更によって達成される。これは、電位
差計Ｐ１（ＩＫΩ）を’５ｅｎｓ、旧”、”５ｅｎｓ、
Ｗｉｐｅ”　、”５ａｎｓ。

Ｌｏｉｖ″′の各端子に外部接続することによって達成
できることが証明されている。”５ｅｎｓ、’Ｌｏｗ”
端子に４７０Ω抵抗器を接続することで調整が３対１の
範囲に制限される。”Ｔｈｒｅｓｈ、Ｗｉｐｅ”端子の
直流電圧を変更することによって閾値効果ももたせるこ
とができる。この電圧がゼロの時、最終的出力電圧は０
．１０μＦの濾波キャパシタの両端に出現する整流交流
電圧を正確に６倍にしたものとなる。これは正となるた
め、出力電圧（負にならない）はゼロから、整流電圧が
”’ｌ’ｈｒｅｓｈ。

Ｗｉｐｅ”端子（第５図下部圧側）の電圧に関する閾値
を超して増大するまで大きくなることはない。ＩＫΩ電
位差計Ｐ２を３つの”Ｔｈｒｅｓｈ、　”端子に外部接
続することによってもこのことが達成される。”７’ｈ
ｒｅｓｈ、旧″端子に１５に抵抗器を接続することで、
閾値調整が有効範囲に制限される。

従って第５図の動作を要約すると、発振器信号（１００
ＫＩ（ｚ）が’Ｄｒｉｖｅ　Ｏｕｔ”端子を介して導電
性ゴム電極全部に接続される。「駆動」信号の振幅は、
”５ｅｎｓ、旧”　、”５ｅｎｓ、Ｌｏｗ”、”５ｅｎ
ｓ、　１ｌｌｉｐｅ”の３端子に接続した電位差計Ｐ、
によって制御される。５つの検出区域の各々の２番目の
電極を”ｐａｃｔ　ｌ″′〜”Ｐａｄ　５″″と表示さ
れた入力を介して５つの同様の回路の１つに接続する。

これらの回路は各センサを通る交流容量性電流を４．７
に抵抗器両端の交流電圧に変換することによって測定す
る。この交流電圧がダイオードＤによって直流電圧に変
換された後、増幅されて’Ｐａｄ　Ｏｕｔ”端子から出
力ジャックに送られる。これらの回路の各々が逆駆動信
号を受信する。２つの駆動信号が消去されるまで各可変
キャパシタを調整し、容量性電流（ひいては各休止シス
テムの電圧出力）をできるだけゼロに近付ける。応答を
出す最小信号の制御は「閾値」電位差計の調整によって
行うことができる。

センサ区域に圧力が加わると、キャパシタンスが変化し
、容量性電流が増加し、出力の直流電圧が上昇する。圧
力を除去すると出力はゼロに戻る。高速の打撃は第２Ａ
図、第２Ｃ図に示すような高速に上下するパルスを生ず
るが、ゆっくりと圧力を加えた場合は出力電圧をゆっく
りと比例増加させるだけである。このようなアナログ出
力は上述のように音楽業界でＣｖと呼ばれるものである
が、この出力を音響発生装置に接続され、音響発生装置
はＣＶ大入力受信する。この時、音響制御のレベルは総
て音響発生装置の能力にかかる。

音響発生装置はＣＶ電子ドラムの中枢部であるが、これ
らはその入力回路機構の特定に基づいて異なる応答の仕
方をする。例えば「中枢部」への入力が交流結合されて
いる場合、強い打撃（直流出力が交流をシミュレートす
る）のみが結果的に音響を生成させる。ところが「中枢
部」入力が直流結合されている場合は、特定の電圧閾値
を超える信号は総て音響を生成する。本発明のドラムが
特殊な効果をもたらすのは、このようなシステムにおい
てである。本発明のシステムは従来の圧電制御器と異な
り、電圧を圧力に比例させておくためである。パッドの
上に圧力をかけたままとすると、出力電圧が「中枢部」
の闇値電圧より上に保持され、連続音又は短い繰り返し
音を発生する。人力信号の電圧振幅によってピッチを変
更した場合、パッド上の圧力の揺らぎがそれに応じた音
響ピッチの変化を生み出す。

〔発明の効果〕

先にも述べたように、これまでの電子ドラム制御器（ド
ラムパッド）はトランスジューサとして圧電結晶を使用
している。本発明のトランスジューサが絶対的基本線に
関して連続信号を生成するのに対し、圧電トランスジュ
ーサは変化速度に比例した過渡信号を生成する。圧電ト
ランスジューサは物理的に歪曲された時に電圧を生成し
、「屈曲」が高速に又は大幅に行われるほど生成される
電圧が高くなる。ところが歪曲を止めると、たとえ屈曲
位置に保持されていても電圧の生成が停止され、出力は
ゼロに戻る。

このため圧電トランスジューサは本発明と異なり、最初
の打撃に続く圧力に基づいて連続的に制御を行うのに使
用することができるのである。

また、圧電トランスジューサは変化速度に基づいて動作
するため、ゆっくりと歪曲しても有効信号が生成されな
い。この理由により圧電トランスジューサはトリガ信号
のみを必要とされて、この信号を相当の衝撃によって生
成するような用途に用いるトランスジューサとしては特
に適するが、昔の連続的制御が望まれる場合の鍵盤式の
制御器には余り適さないと言える。

従って本発明の装置は、ドラムスティックで叩いた時に
はトランスジューサとして圧電結晶を使用している従来
の電子ドラム制御器の生む出力波形に類似した出力波形
を生ずるが、本発明のシステムは圧電システムと異なり
、残留圧力に比例した信号を引き続き生成するため、初
期打撃の後も音響生成装置の制御を引き続き行うことが
できる。また、圧電システムからは有効な信号を生成す
るに適さないような急激性に乏しい力も、本発明のシス
テムは有効に変換することができる。

本発明の制御器は、リズム音以外の音を生成し、ＣＶ（
制御電圧）入力を使用するように設定されているシンセ
サイザーと共にも動作させることができる。シンセサイ
ザーを用いると、入力電力をいろいろな音楽パラメータ
を制御するようにプログラムできるため、電位効果の範
囲が増大する。

第５図の回路は完全にアナログ式の回路である。これに
デジタル信号プロセッサを併合するためには、増幅前又
は増幅後の各出力をＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器
）に通す。マイクロプロセッサ（又はその他周知のデジ
タル信号処理用回路機構）がパッドキャパシタンスの経
時的変化のデジタル表示をモニタし、予めプログラムし
た論理規則（ソフトウェア）に従ってそれに対応するデ
ジタル制御信号を構成する。

上述のシステムを変更して、ＭＩＤＩ　　（楽器用デジ
タルインタフェース）又はその他の通信設備を通じてデ
ジタル制御信号を出力するようにすることも可能である
。これはＡＤＣを用いて個別回路出力の各々を処理して
センサキャパシタンスの経時的変動をデジタル表示する
ことで達成される。マイクロプロセッサその他のデジタ
ル信号処理回路機構がこれらのデジタル表示をモニタし
て、予めプログラムした論理規則により対応するデジタ
ル制御信号を構成する。

その他の制御装置（スイッチ、滑り電位差計、デイスプ
レィ等）や適当なハードウェア及びソフトウェアを併用
して、ユーザが上記の事前プログラムされた論理規則を
変更できるようにすることができる。その他の構成によ
りコンピュータやロボットと通信させることも可能であ
る。

このための技術は当業者に周知である。

外形の変更、構成方法の変更、打撃区域の形状の変更、
打撃区域の数の変更、厳密に平坦な構成から離れる変形
例、スティックや槌よりも手で演奏するために（コンゴ
等）最適化した変形例なども含めて上記以外の変更を行
うことも可能である。

楽器の分野での別の例として、上述のサンドイッチ形の
電極１−１’−２−３を２〜３個の小さな検出区域を有
するギターのピックガードに組み入れ、これを叩いたり
かき鳴らしてＣＶ倍信号生成し、ドラム装置又は駆動Ｍ
ＩＤＩ変換器の制御を行うことができる。電子装置はピ
ックガードの下の空洞に配置することができる。

この製品を別の構成とすると１つの又はそれ以上の移動
パッド１−１’−２−３を使用し、これをギター表面の
所定個所、例えば右腕の下や演奏者の手その他の身体部
位上に適当な固定機構を用いて取り付けることができ、
備え付けの電子装置を用いてピックガードの固定パッド
と同様の機能を果たすようにできる。また、電子装置を
変更してＭＩＤＩ信号又はその他デジタル式に符号化し
た情報の何れかを生成するようにして、次にそれを用い
てＭＩＤＩ音楽装置、ギター効果、舞台装置等の制御を
行うこともできる。

作動パッド１−１°の形状の変更、作動パッドの数の変
更、パッドの取り付は個所をギターの他の部分に変える
、機能的に同様のシステムを独立して又は他の楽器に装
着するといったことも可能であることは明らかである。

システムの感度を低くして絶対的な圧力又は＃ｒ撃を変
換したい場合、弾性パッド電極１−１’の上に剛性層を
設ければ良い。またドラム状の楽器を前掲米国特許に記
載されているような効果、即ちヘッドにかかる圧力を保
持することにより信号を保持し、圧力を動揺させること
でピッチ又は音質を制御するといった効果を有する鍵盤
として機能させることもできる。

先にも述べたように、本発明はプリンタ又は陰極線管上
に圧力の変動及びパターンを可視的に表示又は作画する
ことも含めて楽器以外の目的に使用することもできる。

特に遠隔分析用の入力センサ、弁の閉塞などを目的とす
る圧力モニタ、自動車用の接触モニタとして有効である
。

当業者であれば、以上に述べた以外の変更も考え付くで
あろうが、このような変更も特許請求の範囲に定義した
本発明の精神と範囲に該当するものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用するのに好適な二次元容量
性圧力センサの横断面図である。 第２Ａ図〜第２Ｃ図は第１図のセンサをドラムスティッ
クで衝撃を与えることにより実験的に獲得された変化を
示し、第２Ｄ図と第２Ｅ図は加えられる表面圧力パター
ンと出力の関係を示す。 第３Ａ図〜第３Ｄ図は第１図のセンサの電極として有効
な突起部形状を示す拡大横断面図である。 第４Ａ図は複数のセンサパッド又は検出区域を有効に用
いて選択的かつ比較的独立した効果をもたせた多区分形
ドラムを部分的に切除して示す等角図である。 第４Ｂ図も第４Ａ図と同様の図であるが、ここでは単一
のエラストマーパッドセンサ電極が使用されている。 第４Ｃ図は第４Ａ図及び第４Ｂ図の両実施態様に使用で
きるドラムの底部を示す斜視図である。 第５図は第４Ａ図及び第４Ｂ図の楽器のセンサの容量差
に応答して、例えば音響生成装置の制御を行って所望の
楽音、音響を生成するのに使用さ、れる信号を生成する
のに好適な信号処理装置の回路図である。 １・・・弾性パッド電極 １“・・・突起 ２・・・誘電体層 ３・・・第２電極 Ｃ・・・ドラム被覆層 出願人代理人　　古　谷　　　馨 同　　溝部単産 同　　古谷　聡 ｆ７　’（ｉ−”７Ｆ゛）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　薄い弾性導電性プラスチックシートにその片面から
   突出する複数の弾性導電性突起を間隔を密にして設け、
   該突起の隣接領域を該シートの反対側の面に圧力を加え
   ることにより圧力変形するように構成してなる第１電極
   手段と；前記突起と向かい合って同一空間にわたって延
   設されかつ該突起との間に設けた薄い誘電体層によって
   該突起と分離されている第２電極手段とを組み合わせて
   具備する容量性圧力検出センサ。 ２　前記複数の突起が突起間の間隔を密にした二次元ア
   レー状に配列されている、特許請求の範囲第１項に記載
   の容量性センサ。 ３　不動的に配置されている第２電極手段の存在により
   変形時の突起の圧下が制限されるように構成されている
   、特許請求の範囲第２項に記載の容量性センサ。 ４　前記突起が前記アレー全体に実質的に均等に配分さ
   れており、前記誘電体層を介在させて前記第２電極手段
   に対して押圧された時に変形可能な曲面を有している、
   特許請求の範囲第３項に記載の容量性センサ。 ５　前記センサの各電極手段が第１電極手段の圧力変形
   によって生ずる容量差を検出してそれに対応する信号を
   生成する電子装置に接続されている、特許請求の範囲第
   ４項に記載の装置。 ６　前記電子装置が、前記第１電極手段の前記反対側の
   面に衝撃が与えられることによって生じるセンサキャパ
   シタンスの変化に応じて信号を生成する、特許請求の範
   囲第５項に記載の装置。 ７　前記電子装置が、前記第１電極手段の前記反対側の
   面に加えられる圧力と面積のパターンに応じて信号を生
   成する、特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ８　生成された信号を圧力変形の可聴表示に変換するた
   めの手段が設けられている、特許請求の範囲第５項に記
   載の装置。 ９　前記可聴表示が第１電極手段の反対側の面にドラム
   の様に衝撃を与えたり撫でたりすることによって生成さ
   れる楽音及び音響である、特許請求の範囲第８項に記載
   の装置。 １０　前記反対側の面の上に装着されているドラムヘッ
   ド層を介して前記反対側の面に圧力が加えられる、特許
   請求の範囲第９項に記載の装置。 １１　前記第１センサに隣接して同様のセンサ領域がさ
   らに設けられており、多区域で別個のドラム式効果を生
   むように構成されている、特許請求の範囲第９項に記載
   の装置。 １２　生成された信号を圧力変形の可視表示に変換する
   ための手段が設けられている、特許請求の範囲第５項に
   記載の装置。 １３　前記突起がややテーパを持っているなどの可変厚
   さを有している、特許請求の範囲第２項に記載の装置。 １４　前記シートの厚さが２．５４ｍｍ程度であり、前
   記突起が１平方センチあたり約１５．５個の割合で配分
   されていて、その厚さが０．２５４ｍｍ程度であり、前
   記第２電極手段及び誘電体層の厚さがそれぞれ数ミル程
   度である、特許請求の範囲第１３項に記載の装置。 １５　前記第２電極手段が、単一の共通第１弾性電極手
   段と協働する複数の隣接扇形電極を含んでなる、特許請
   求の範囲第１項に記載の容量性センサ。 １６　前記第１弾性電極手段が複数の個別の扇形弾性電
   極を含んでなる、特許請求の範囲第１項に記載の容量性
   センサ。 １７　前記扇形弾性電極の間にセパレータ手段が配設さ
   れている、特許請求の範囲第１６項に記載の容量性セン
   サ。 １８　前記第１弾性電極手段上に半剛性の被覆層が配設
   されている、特許請求の範囲第１６項に記載の容量性セ
   ンサ。 １９　前記第１弾性電極手段上に半剛性の被覆層が配設
   されている、特許請求の範囲第１５項に記載の容量性セ
   ンサ。 ２０　前記単一弾性電極手段が導電性のエラストマー系
   ゴムのような材料で形成されており、導電性固体ゴム片
   によって扇形部分に分割されている、特許請求の範囲第
   １９項に記載の容量性センサ。 ２１　前記弾性電極手段が導電性のエラストマー系ゴム
   のような材料で形成されている、特許請求の範囲第１７
   項に記載の容量性センサ。 ２２　ドラム形式の楽器であって、薄い導電性プラスチ
   ック電極手段にその内側表面から突出する複数の弾性導
   電性突起を間隔を密にして設け、該突起の隣接領域が該
   電極手段の外側表面に圧力を加えることにより圧力変形
   するように構成されてなる第１電極手段と；前記弾性電
   極手段の外側表面上に配設されて圧力を受容し、その圧
   力を弾性電極手段に伝える半剛性のドラム被覆層と、前
   記突起と向かい合って同一空間にわたって延設され、か
   つ該突起との間に設けた薄い誘電体層によって該突起と
   分離されている第２電極手段と；該電極手段に接続され
   て該電極手段に交流電圧又は電流を印加し、圧力変形に
   よるキャパシタンスの変化を検出する手段とを組み合わ
   せて具備するドラム式楽器。 ２３　前記第２電極手段が、前記薄い弾性電極手段と協
   働する複数の隣接扇形電極を含んでなる、特許請求の範
   囲第２２項に記載のドラム式楽器。 ２４　前記薄い弾性電極手段が単一の弾性導電性シート
   を含んでなる、特許請求の範囲第２３項に記載のドラム
   式楽器。 ２５　前記薄い弾性電極手段が複数の個別扇形弾性シー
   ト電極を含んでなる、特許請求の範囲第２２項に記載の
   ドラム式楽器。 ２６　前記扇形弾性電極の間に漏話を防止するための手
   段が配設されている、特許請求の範囲第２５項に記載の
   ドラム式楽器。 ２７　ドラム形式の楽器であって、その外側表面に圧力
   を加えることにより隣接領域が圧力変形する薄い弾性導
   電性エラストマー電極手段を含んでなるセンサ手段と；
   前記外側表面上に配設されて圧力を受容し、その圧力を
   前記弾性電極手段に伝える半剛性のドラム被覆層と；前
   記電極手段に接続されて該電極手段に電圧又は電流を印
   加し、圧力変形によって生じるインピーダンスの変化を
   検出する手段と；検出されたインピーダンスの変化に対
   応する信号を生成し、前記信号に応答して前記ドラム被
   覆層に加えられた圧力を表す音を生成する手段とを組み
   合わせて具備するドラム式楽器。 ２８　前記第２電極手段が、前記薄い弾性電極手段と協
   働する複数の隣接扇形電極を含んでなる、特許請求の範
   囲第２７項に記載のドラム式楽器。 ２９　前記薄い弾性電極手段が単一の弾性導電性シート
   を含んでなる、特許請求の範囲第２８項に記載のドラム
   式楽器。 ３０　前記薄い弾性電極手段が複数の個別の扇形弾性シ
   ート電極を含んでなる、特許請求の範囲第２７項に記載
   のドラム式楽器。 ３１　前記扇形弾性電極の間にセパレータ手段が配設さ
   れている、特許請求の範囲第３０項に記載のドラム式楽
   器。 ３２　容量性圧力検出方法であって、間隔を密にして二
   次元アレー状に配列された導電性プラスチック突起に隣
   接する領域を所定の方向に、前記アレーの１つ又はそれ
   以上の領域に延びる所定の圧力パターンに対応する圧力
   分布において動的に変形せしめ；各突起がその上にかか
   る圧力によって変形することにより、前記アレーと同一
   空間にわたって延びて薄い誘電媒体により該アレーと分
   離されており該アレーと協働する容量性電極面によって
   該突起の輪郭変形を固定位置において制限し；圧力下で
   該突起が変形することによって生じる動的容量差を検出
   してそれに対応する電気信号を生成することを含んでな
   る方法。 ３３　変形中に前記信号を可聴楽音及び音響に変換する
   、特許請求の範囲第３２項に記載の方法。 ３４　変形中に前記信号を可視表示に変換する、特許請
   求の範囲第３２項に記載の方法。３５　ドラム形式の楽
   器であって、圧力を加えることによって圧力変形する隣
   接領域を有するセンサ手段と；圧力を受容してその圧力
   を前記センサ手段に伝えるべくセンサ手段上に配設され
   ている半剛性、圧力可撓性の平滑かつ連続的なドラム被
   覆面と；前記センサ手段に接続されており圧力変形によ
   って生じるインピーダンスの変化を検出する手段と；検
   出されたインピーダンスの変化に対応する信号を生成し
   、前記信号に応答して前記ドラム被覆面に加えられた圧
   力を表す音を生成する手段とを組み合わせて具備するド
   ラム式楽器。 ３６　前記センサ手段が、前記ドラム被覆面の対応する
   隣接区域と協働する複数の隣接センサを含んでなる、特
   許請求の範囲第３５項に記載のドラム式楽器。