JP2007065498A

JP2007065498A - 電子楽器

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Publication number: JP2007065498A
Application number: JP2005253914A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Sugimoto; 龍太郎杉本; Takeshi Yasuto; 武志安渡; Seiji Abe; 征治阿部; Shinya Sakurada; 信弥櫻田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: JP4595755B2; US7507895B2; US20070051223A1

Abstract

【課題】長時間にわたって使用が可能なバッテリー駆動される電子楽器の提供。
【解決手段】所定の燃料を用いて発電を行うと共に、前記燃料の供給有無に応じて発電の駆動及び停止を制御することが可能な燃料電池を用いて、楽音発生部を構成する複数の機器・回路のそれぞれに対して電力を供給する。前記複数の機器・回路のそれぞれに対して電力を供給することで、演奏操作子の操作に応じて前記複数の機器・回路が適宜に動作して楽音を発生することができる。燃料電池による電力供給では、前記複数の機器・回路を長時間にわたって電気的に動作させることができるようになる。これにより、バッテリー駆動される電子楽器において、従来の乾電池や蓄電池（二次電池）を用いた電子楽器に比べて、燃料電池を用いた電子楽器では長時間の使用が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源から供給される電力により各機器・回路等を動作して電気的に楽音を発生する電子楽器に関し、特に各機器・回路等をバッテリー駆動する電子楽器に関する。

最近では、ピアノ、オルガン、トランペット、ギター等の自然楽器（所謂アコースティックな楽器）にかわって、それぞれの自然楽器の演奏態様を模しながらも電気的に楽音を発生するようにした、所謂電子楽器が広く普及してきている。こうした電子楽器においては楽音発生制御のために、電気的に動作する例えば音源回路、アンプ、スピーカ、その他の電子機器等の各機器・回路等に対して電力（電圧／電流）を供給して動作させるための電源が必要とされ、特にポータブルな小型・軽量の電子楽器では電源として電池を用いることのできるようにしたものが従来から知られている。通常、電池としてはマンガン型の乾電池が用いられるが、近頃ではこうした乾電池に代えて充電により再利用することが可能である例えばニッケル・カドミウム（ニカド）型、ニッケル水素型、あるいはリチウムイオン型等の蓄電池（二次電池）を使用することのできるようにもなっている。これに関連するものとして、例えば下記に示す特許文献１に記載の電子楽器などがある。
特開2002-207480号公報

上述したように、従来の電子楽器では、当該電子楽器を構成する各機器・回路等に対してそれぞれ電力を供給して動作させるための電源として、乾電池又は蓄電池（二次電池）を使用することのできるようになっている。しかし、乾電池を用いる場合、乾電池では長時間にわたって電子楽器を使用するには容量が足りないことから、ユーザは予め多数の乾電池を用意しておき、これを頻繁に交換しなければならず面倒である、という問題点がある。他方、蓄電池（二次電池）を用いる場合、蓄電池は乾電池に比べると容量が大きくより長い時間にわたって電子楽器を使用できるようになる点で有利であるが、蓄電池は充電するための別の電源（例えば、１００ボルト電源など）を必要とし、また充電には時間がかかることから、こうした充電用の電源を簡単には確保することのできない例えば野外や屋外などの場所では充電して再利用することがすぐにはできない。そのために、蓄電池を用いる場合には電子楽器の使用場所が限られてしまうこととなり、電子楽器の使い勝手が悪くなる、という問題がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、乾電池や蓄電池などに比べてより長時間の使用を可能とするために、燃料電池により電力を供給するようにした電子楽器を提供しようとするものである。

本発明に係る電子楽器は、演奏操作子と、電気的に動作する複数の機器・回路を含んでなり、前記演奏操作子の操作に応じて前記複数の機器・回路が適宜に動作することで楽音を発生する楽音発生部と、所定の燃料を用いて発電を行うと共に、前記燃料の供給有無に応じて発電の駆動及び停止を制御することが可能な燃料電池とを具え、前記燃料電池は、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路のそれぞれに対して電力を供給することで、前記複数の機器・回路を電気的に動作させることのできるようにしたことを特徴とする。

この発明によると、所定の燃料を用いて発電を行うと共に、前記燃料の供給有無に応じて発電の駆動及び停止を制御することが可能な燃料電池を用いて、楽音発生部を構成する複数の機器・回路のそれぞれに対して電力を供給する。前記複数の機器・回路のそれぞれに対して電力を供給することで、演奏操作子の操作に応じて前記複数の機器・回路が適宜に動作して楽音を発生することができる。燃料電池による電力供給では、前記複数の機器・回路を長時間にわたって電気的に動作させることができるようになる。これにより、バッテリー駆動される電子楽器において、従来の乾電池や蓄電池（二次電池）を用いた電子楽器に比べて、燃料電池を用いた電子楽器では長時間の使用が可能となる。

この発明によれば、燃料電池から供給される電力を用いて電子楽器を構成する各機器・回路等を動作させて電気的に楽音を発生するようにしたので、乾電池や蓄電池を用いる従来の電子楽器に比べるとより長時間の使用が可能になる、という優れた効果が得られる。

以下、添付図面を参照しながらこの発明を詳細に説明する。

図１は、この発明に係る電子楽器の全体構成を示したハード構成ブロック図である。本実施例に示す電子楽器ＥＭは、マイクロプロセッサユニット（ＣＰＵ）１、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３からなるマイクロコンピュータによって制御される。ＣＰＵ１は、この電子楽器ＥＭ全体の動作を制御するものである。このＣＰＵ１に対して、データ及びアドレスバス１Ｄを介してＲＯＭ２、ＲＡＭ３、検出回路４，５、表示回路６、音源回路７、効果回路８、外部記憶装置１０、MIDIインタフェース（Ｉ／Ｆ）１１および通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２がそれぞれ接続されている。更に、ＣＰＵ１には、タイマ割込み処理（インタラプト処理）における割込み時間や各種時間を計時するタイマ１Ａが接続されている。例えば、タイマ１Ａはクロックパルスを発生し、発生したクロックパルスをＣＰＵ１に対して処理タイミング命令として与えたり、あるいはＣＰＵ１に対してインタラプト命令として与える。ＣＰＵ１は、これらの命令に従って演奏者によるマニュアル演奏や演奏データに基づく自動演奏、さらには演奏ガイドなどの、公知の電子楽器として作動するための各種処理を実行する。

上記したＣＰＵ１及び該ＣＰＵ１に接続されている当該電子楽器ＥＭを構成する各機器・回路等は、燃料電池ＥＤ１（又は／及び蓄電池ＥＤ２）からの電力（電圧／電流）供給に応じてそれぞれ動作可能な状態となる。すなわち、本電子楽器ＥＭでは燃料電池ＥＤ１（後述するようなハイブリッド構成である場合には、燃料電池ＥＤ１又は／及び蓄電池ＥＤ２）を用いたバッテリー駆動により前記各機器・回路等を適宜に動作させることによって、電気的に楽音を発生させることのできるようにしている。前記各機器・回路等に電力を供給する燃料電池ＥＤ１の構成及び駆動制御については後述することから、ここでは説明を省略する（後述する図２〜図４参照）。

ＲＯＭ２は、ＣＰＵ１により実行される各種プログラムや各種データを格納するものである。ＲＡＭ３は、ＣＰＵ１が所定のプログラムを実行する際に発生する各種データを一時的に記憶するワーキングメモリとして、あるいは現在実行中のプログラムやそれに関連するデータを記憶するメモリ等として使用される。ＲＡＭ３の所定のアドレス領域がそれぞれの機能に割り当てられ、レジスタやフラグ、テーブル、メモリなどとして利用される。演奏操作子４Ａは楽音の音高を選択するための複数の鍵を具えた例えば鍵盤等のようなものであり、各鍵に対応してキースイッチを有しており、この演奏操作子４Ａ（鍵盤等）は演奏者によるマニュアル（手弾き）演奏のために使用できるのは勿論のこと、当該電子楽器ＥＭで使用する音色・効果などの各種演奏パラメータを設定する手段などとして使用することもできる。検出回路４は、演奏操作子４Ａの各鍵の押圧及び離鍵を検出することによって検出出力を生じる。設定操作子（スイッチ等）５Ａは、例えばマニュアル演奏に使用する各種演奏パラメータを設定するスイッチや、自動演奏させる伴奏用の演奏データを選択するスイッチなどである。勿論、これら以外にも、音高、音色、効果等を選択・設定・制御するために用いる数値データ入力用のテンキーや文字データ入力用のキーボード、あるいはディスプレイ６Ａに表示される所定のポインタを操作するために用いるマウスなどの各種操作子を含んでいてよい。検出回路５は、上記各スイッチの操作状態を検出し、その操作状態に応じたスイッチ情報をデータ及びアドレスバス１Ｄを介してＣＰＵ１に出力する。

表示回路６は例えば液晶表示パネル（ＬＣＤ）やＣＲＴ等から構成されるディスプレイ６Ａに、演奏パラメータの種類や設定状態、曲の楽譜、演奏データの一覧、あるいはＣＰＵ１の制御状態などを表示する。音源回路７は複数のチャンネルで楽音信号の同時発生が可能であり、データ及びアドレスバス１Ｄを経由して与えられた、演奏者による演奏操作子４Ａの操作に応じて発生される（あるいは演奏データの再生に応じて発生される）演奏情報を入力し、これらの演奏情報に基づいて楽音信号を発生する。音源回路７から発生された楽音信号は、効果回路８を介して効果付与されてアンプやスピーカなどを含むサウンドシステム９から発音される。

外部記憶装置１０は、演奏データなどの各種データ、ＣＰＵ１が実行する各種制御プログラム等の制御に関するデータなどを記憶する。なお、外部記憶装置１０はハードディスク（HD）に限られず、フレキシブルディスク（FD）、コンパクトディスク（CD‐ROM・CD‐RAM）、光磁気ディスク（MO）、あるいはDVD（Digital Versatile Disk）等の着脱自在な様々な形態の外部記憶媒体を利用する記憶装置であればどのようなものであってもよい。あるいは、フラッシュメモリなどの半導体メモリのようなものであってもよい。

MIDIインタフェース（Ｉ／Ｆ）１１は、外部接続された他のMIDI機器１１Ａ等からMIDI形式の演奏データ（MIDIデータ）を当該電子楽器ＥＭへ入力したり、あるいは当該電子楽器ＥＭからMIDI形式の演奏データ（MIDIデータ）を他のMIDI機器１１Ａ等へ出力するためのインタフェースである。他のMIDI機器１１Ａは演奏者による操作に応じてMIDIデータを発生する機器であればよく、鍵盤型、弦楽器型、管楽器型、打楽器型、身体装着型等どのようなタイプの操作子を具えた（若しくは、操作形態からなる）機器であってもよい。

通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２は、例えばLANやインターネット、電話回線等の有線あるいは無線の通信ネットワークＸに接続されており、該通信ネットワークＸを介してサーバコンピュータ１２Ａと接続され、当該サーバコンピュータ１２Ａから制御プログラムあるいは各種データなどを電子楽器ＥＭ側に取り込むためのインタフェースである。

なお、上述した電子楽器ＥＭは演奏操作子４Ａやディスプレイ６Ａあるいは音源回路７などを１つの装置本体に内蔵したものに限らず、それぞれが別々に構成され、MIDIインタフェースや各種ネットワーク等の通信手段を用いて各装置を接続するように構成されたものであってもよいことは言うまでもない。

図１に示すように、本発明に係る電子楽器ＥＭにおいては、当該電子楽器ＥＭを構成する上記したような各機器・回路等がそれぞれの動作を行うことのできるように、燃料電池ＥＤ１（又は／及び蓄電池ＥＤ２）から電力を供給する所謂バッテリー駆動を行うようにしている。そこで、当該電子楽器ＥＭを構成する各機器・回路等に対して電力を供給する（又は後述するようなハイブリッド構成である場合には蓄電池ＥＤ２に対して電力を供給する）燃料電池ＥＤ１について、図２を用いて簡単に説明する。図２は、燃料電池ＥＤ１の一実施例を示す概念図である。ただし、ここでは従来から知られている直接メタノール方式（Direct Methanol Fuel Cell：DMFC）を採用した燃料電池ＥＤ１を用いた場合を例にして説明する。勿論、燃料電池ＥＤ1としては直接メタノール方式(DMFC)に限らず、例えば固体高分子方式（Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC）などの、各種方式を採用した小型の燃料電池を用いてよいことは言うまでもない。ただし、直接メタノール方式（DMFC）を採用した燃料電池の特徴として、作動温度が室温〜80℃程度であって他の方式に比べて低温動作が可能であること、出力密度が高いので小型化・軽量化に向いていることなどの点が挙げられることから、特にポータブルな小型・軽量の電子楽器ＥＭにおいては電源として直接メタノール方式の燃料電池を用いるようにするとよい。

従来知られているように、直接メタノール方式（DMFC）の燃料電池ＥＤ１は、燃料カートリッジＣＴと、スタックＳとに大きく分けることができる。スタックＳは、白金や白金−テルニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなるカソードＫ（所謂空気極（＋））と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなるアノードＡ（所謂燃料極（−））とが、フイルム状の電解質膜Ｄを挟み込んだサンドイッチ構造となるように構成されている単一のセルを、複数（数十枚〜数百枚）重ねたものである。ただし、ここに示した図２では、説明を理解し易くするために、便宜的に単一のセルの構造のみを示している。燃料カートリッジＣＴは前記スタックＳを含む燃料電池本体に対して着脱可能なカートリッジ式の燃料補給器であって、その内部には例えば数％〜１００％のメタノールを６％ｗｔメタノールに希釈した液体（つまりメタノール水溶液）を充填することのできるようになっている。燃料電池本体に取付けられた燃料カートリッジＣＴからはスタックＳのアノードＡ（燃料極（−））に対して、内部に充填されているメタノール水溶液を図示しない燃料ポンプにより送り込むことのできるようになっている。他方、燃料カートリッジＣＴからメタノール水溶液が供給されるアノードＡとは反対側のスタックＳのカソードＫ（空気極（＋））に対しては、図示しない空気ポンプにより空気（大気）を送り込むことのできるようになっている。

スタックＳにおいて、アノードＡに対してメタノール水溶液が供給されると、アノードＡでは送り込まれたメタノール水溶液中のメタノールと水とが反応して、炭酸ガス（二酸化炭素ＣＯ２）と水素イオン（Ｈ⁺）と電子（ｅ^-）とになる（化学反応式：ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-）。炭酸ガス（ＣＯ₂）については外部に排出される一方で、水素イオン（Ｈ⁺）については電解質膜Ｄを、電子（ｅ^-）については当該電子楽器ＥＭを構成する各機器・回路等の外部負荷Ｆ（又は、後述するようなハイブリッド構成である場合には蓄電池ＥＤ２）をそれぞれ通ってカソードＫに到達する。すなわち、この際に外部負荷Ｆに対して電力（電圧／電流）が供給される。カソードＫでは、水素イオン（Ｈ⁺）と送り込まれた大気中の酸素とが反応し、電極表面から電子（ｅ^-）を奪って反応することで水（Ｈ₂Ｏ）となり（化学反応式：３／２Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ）、外部へ排出される。なお、カソードＫから排出される水を、メタノールを希釈する溶媒として再利用できるようにしてあってもよい（所謂循環型の燃料電池）。

本発明に係る電子楽器ＥＭでは、バッテリー駆動用の電池として上述したような燃料電池ＥＤ１を用い、該燃料電池ＥＤ１から供給される電力により当該電子楽器ＥＭを構成する各機器・回路等を駆動するようにしている。これにより、従来のように乾電池や蓄電池を用いた場合に比べると、電子楽器ＥＭを長時間にわたって使用することが可能となる。ところで、上記のように燃料電池ＥＤ１だけを単独で用いることなく、前記燃料電池ＥＤ１と蓄電池ＥＤ２とを組み合わせて用いるようにすると（所謂ハイブリッド構成であり、図１において点線で示す蓄電池ＥＤ２を燃料電池ＥＤ１と組み合わせて用いる）、燃料電池ＥＤ１及び蓄電池ＥＤ２を共に効率的に使用できるようになるので、それに伴い電子楽器ＥＭをより長い時間にわたって使用することができるようになる。すなわち、蓄電池ＥＤ２の残容量が所定値以下になった場合には燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して蓄電池ＥＤ２を充電するようにし、蓄電池ＥＤ２の残容量が所定値より大きい場合には燃料電池ＥＤ１の駆動を停止しておくようにして、燃料電池ＥＤ１を蓄電池ＥＤ２を充電するための充電用電源として利用するようにすると、ユーザは充電のための蓄電池ＥＤ２の交換を行う手間が省け、また燃料電池ＥＤ１の燃料消費を少なくすることができるので燃料カートリッジＣＴについても頻繁に交換しなくてもよくなる。さらに、電子楽器の演奏中に演奏を停止することなく、燃料カートリッジＣＴの交換を行えるようになり便利である。また、燃料電池ＥＤ１を単独で用いた場合、出力がほぼ一定であるので、一時的に電子楽器側で高出力が必要になってもそれに応じることができないが、蓄電池ＥＤ２とのハイブリッド構成とすることにより高出力に応じることができ、負荷変動に強いシステムとなる。

そこで、次にこうしたハイブリッド構成における燃料電池ＥＤ１の駆動を制御する処理について、図３を用いて説明する。図３は、「燃料電池の制御処理」の一実施例を示すフローチャートである。ただし、以下の説明において、蓄電池ＥＤ２の残容量比較の際に用いる予め決められた３つの所定値（閾値）は、蓄電池ＥＤ２の残容量が多い順に第３所定値（例えば９０％充電状態）＞第２所定値（例えば３０％充電状態）＞第１所定値（例えば１０％充電状態）である（後述する図４参照）。

ステップＳ１では、燃料電池ＥＤ１の駆動が停止中であるか否かを判定する。燃料電池ＥＤ１の駆動が停止中でない場合、つまり燃料電池ＥＤ１が駆動しており蓄電池ＥＤ２の充電中である場合には（ステップＳ１のＮＯ）、蓄電池ＥＤ２の残容量が第３所定値（停止値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。第３所定値以上である場合には（ステップＳ４のＹＥＳ）燃料供給を停止することによって燃料電池ＥＤ１の駆動を停止して蓄電池ＥＤ２の充電を止める一方（ステップＳ５）、第３所定値以上でない場合には（ステップＳ４のＮＯ）燃料電池ＥＤ１の駆動を継続させて蓄電池ＥＤ２の充電をそのまま続ける。上記ステップＳ１において、燃料電池ＥＤ１の駆動が停止中である場合、つまり蓄電池ＥＤ２への充電がなされていない場合には（ステップＳ１のＹＥＳ）、蓄電池ＥＤ２の残容量が第１所定値（開始値）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。第１所定値以下である場合には（ステップＳ２のＹＥＳ）、燃料供給を開始することによって燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して蓄電池ＥＤ２の充電を開始する（ステップＳ３）。一方、第１所定値以下でない場合には（ステップＳ２のＮＯ）、さらに蓄電池ＥＤ２の残容量は第２所定値（開始値）以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。蓄電池ＥＤ２の残量が第２所定値以下である場合には（ステップＳ６のＹＥＳ）、外部負荷Ｆに対する電力供給量が多い状態（高負荷状態）であるか否かを判定する（ステップＳ７）。高負荷状態である場合には（ステップＳ７のＹＥＳ）、燃料供給を開始することによって燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して蓄電池ＥＤ２の充電を開始する（ステップＳ８）。

上述した「燃料電池の制御処理」（図３参照）では、蓄電池ＥＤ２の放電に基づいて外部負荷Ｆ(ここでは電子楽器ＥＭの各機器・回路等)を駆動している状態において、外部負荷Ｆの駆動に伴い蓄電池ＥＤ２の残容量が所定値（開始値）以下になると、燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して蓄電池ＥＤ２を充電する。このとき、外部負荷Ｆの状態により、燃料電池ＥＤ１を駆動する閾値とする所定値（開始値）を変えるようにしている。すなわち、小数の各機器・回路等を駆動している負荷の小さな低負荷状態では第１所定値を、多数の各機器・回路等を駆動している負荷の大きな高負荷状態では第１所定値よりも値の大きい第２所定値(＞第1所定値)を、燃料電池ＥＤ１の駆動を開始する閾値（開始値）とする。ここで、上記した「燃料電池の制御処理」（図３参照）に基づく燃料電池ＥＤ１の駆動の開始と停止について、具体例を参照しながら説明する。図４は、蓄電池ＥＤ２の残容量と燃料電池ＥＤ１の出力電力の変化との関係の一例を示す図である。図４（ａ）は外部負荷Ｆに対する電力供給量が少ない低負荷状態である場合、図４（ｂ）は外部負荷Ｆに対する電力供給量が多い高負荷状態である場合をそれぞれ示す。図４において、上下段ともに横軸は時間を表し、上段の縦軸は蓄電池ＥＤ２の残容量（％）を、下段の縦軸は燃料電池の出力電力（Ｗ：ワット）を表す。

まず、図４（ａ）を用いて、蓄電池ＥＤ２が低負荷状態にある場合について説明する。時刻ｔ０において、蓄電池ＥＤ２の電源が投入されることに伴い、蓄電池ＥＤ２から電子楽器を構成する各機器・回路等に対して電力が供給される。時刻ｔ０〜ｔ１間において燃料電池ＥＤ１は停止状態にあり、蓄電池ＥＤ２への電力供給が行われていないことから、上記各機器・回路等による電力消費に従って蓄電池ＥＤ２の残容量は減っていく。時刻ｔ１において、蓄電池ＥＤ２の残容量が第１所定値を下回ると燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して（図中の発電開始）、燃料電池ＥＤ１から蓄電池ＥＤ２に対して電力供給を行う（ステップＳ３）。一般的に、燃料電池ＥＤ１の駆動を開始(つまり、燃料を供給し始める)してから出力が安定するまでには、ある程度の時間がかかる。そのために、燃料電池ＥＤ１の駆動を開始してからしばらくは、蓄電池ＥＤ２が充電されずに残容量が減っていく状態が続く（時刻ｔ１〜ｔ２）。この際に、低負荷状態では残容量の減り具合も緩やかなので、燃料電池ＥＤ１の駆動を開始してから充電が始まるまでの残容量の減りは後述する高負荷状態のときに比べると小さくてすむ。したがって、低負荷状態である場合には、時刻ｔ１´において蓄電池ＥＤ２の残容量が第２所定値を下回っても燃料電池ＥＤ１の駆動を開始することなく（ステップＳ７）、残容量がかなり少ない状態（第１所定値）となってから燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して充電するようにしても、燃料電池ＥＤ１の起動のために必要な所定時間内に蓄電池ＥＤ２の残容量が０になってしまうことがなく、各機器・回路等の駆動に何らの支障もない。

時刻ｔ２において、燃料電池ＥＤ１の出力が安定すると（図中の安定）、低負荷状態の場合には燃料電池ＥＤ１からの出力電力が外部負荷全体の消費電力を上回ることがないから、蓄電池ＥＤ２は徐々に充電されていき残容量が増加する（時刻ｔ２〜ｔ３）。そして、時刻ｔ３において蓄電池ＥＤ２の残容量が第３所定値以上となると、燃料電池ＥＤ１の駆動を停止して、蓄電池ＥＤ２に対する電力供給を止める（図中の発電停止：ステップＳ５）。時刻ｔ３以降については、蓄電池ＥＤ２の残容量に応じて時刻ｔ０以降と同様の制御が燃料電池ＥＤ１に対して繰り返し行われる。

次に、図４（ｂ）を用いて、蓄電池ＥＤ２が高負荷状態にある場合について説明する。時刻ｔ０において、蓄電池ＥＤ２の電源が投入されることに伴い、蓄電池ＥＤ２から電子楽器を構成する各機器・回路等に対して電力が供給される。時刻ｔ０〜ｔ１間において燃料電池ＥＤ１は停止状態にあり、蓄電池ＥＤ２への電力供給が行われていないことから、上記各機器・回路等による電力消費に従って蓄電池ＥＤ２の残容量は減っていく。ただし、上述した低負荷状態の場合と異なり、高負荷状態の場合には蓄電池ＥＤ２の残容量の減り方は急である。時刻ｔ１において、蓄電池ＥＤ２の残容量が第２所定値を下回ると燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して（図中の発電開始）、燃料電池ＥＤ１から蓄電池ＥＤ２に対して電力供給を行う（ステップＳ７）。既に説明したように、燃料電池ＥＤ１の駆動を開始してから出力が安定するまでにはある程度の時間がかかる。そのため、燃料電池の駆動を開始してからしばらくは蓄電池ＥＤ２が充電されずに残容量が減っていく状態がしばらく続くが（時刻ｔ１〜ｔ２）、低負荷状態ではこの残容量の減り具合も緩やかなので燃料電池ＥＤ１の駆動を開始してから充電が始まるまでの残容量の減りは小さくてすむ。しかし、こうした低負荷状態に比べて、高負荷状態では急激に残容量が減るために充電が始まるまでの残容量の減りが大きい。よって、高負荷状態では第1所定値よりも値が大きい第２所定値を下回った時点で燃料電池ＥＤ１の駆動を開始して、上記各機器・回路等による電力消費に伴い蓄電池ＥＤ２の残容量が０になってしまい、上記各機器・回路等の駆動が停止する、つまり電子楽器による演奏がストップしてしまうことを防止するようにしている。また、高負荷状態である場合には、その外部負荷Ｆの負荷の大きさによっては、燃料電池ＥＤ１の出力が安定した状態でも蓄電池ＥＤ２への電力供給が追いつかず充電されない(つまり、燃料電池ＥＤ１の出力電力＜負荷の消費電力)ことも考えられ、そのような場合でもなるべく残容量が０になってしまうまでの時間を稼ぎ、その間に負荷が小さくなるのを待つという観点からも、高負荷状態では低負荷状態よりも早めの時点である第２所定値を下回った時点で、燃料電池ＥＤ１の駆動を開始することに意味がある。さらに、一般的に蓄電池ＥＤ２では充放電の回数が多くなるほど劣化が早まるという特性があることから、なるべく充放電の回数を減らすことが望ましい。しかも、蓄電池ＥＤ２の種類によっては残容量がある状態で充電を開始してしまうとメモリ効果により蓄電池ＥＤ２の容量自体が減ってしまうこともある。これらの点からも、低負荷状態ではなるべく残容量が少なくなった状態になるまで放電させるようにしている。

時刻ｔ２において、燃料電池ＥＤ１の出力が安定すると（図中の安定）、燃料電池ＥＤ１からの出力電力が外部負荷全体の消費電力を上回る場合には、蓄電池ＥＤ２は徐々に充電されていき残容量が増加する（時刻ｔ２〜ｔ３）。ただし、上述した低負荷状態の場合と異なり、高負荷状態の場合には蓄電池ＥＤ２の残容量の増え方はゆっくりである。そして、時刻ｔ３において蓄電池ＥＤ２の残容量が第３所定値以上となると、燃料電池ＥＤ１の駆動を停止して、蓄電池ＥＤ２に対する電力供給を止める（図中の発電停止：ステップＳ５）。時刻ｔ３以降については、蓄電池ＥＤ２の残容量に応じて時刻ｔ０以降と同様の制御が燃料電池ＥＤ１に対して繰り返し行われる。

以上のように、燃料電池ＥＤ１からの電力供給により蓄電池ＥＤ２を充電し、該充電される蓄電池ＥＤ２によって電子楽器ＥＭを駆動する。この際に、前記３つの所定値（閾値）と蓄電池ＥＤ２の残容量とを比較して、それぞれの比較結果に応じて燃料電池ＥＤ１の駆動の開始又は停止を制御するようにした。これにより、音量を大きくしたり、同時発音数を増やしたり(同時に多くの演奏操作子を操作したり、自動演奏したり、外部記憶装置１０を駆動したりする)等により、急激に外部負荷Ｆの消費電力が変化したとしても対応できるようになる。また、蓄電池ＥＤ２の残容量が所定以下になったら燃料電池ＥＤ１へ燃料を供給して発電し充電し、蓄電池ＥＤ２の残容量が所定以上になったら燃料電池ＥＤ１への燃料供給をカットして発電を停止して充電から放電に切り替えるようにした。これにより、燃料電池ＥＤ１の燃料消費を極力抑えるとともに、蓄電池ＥＤ２の劣化を極力防止することができる。さらに、外部負荷Ｆの状況（低負荷状態又は高負荷状態）に応じて、燃料電池ＥＤ１の発電を開始する閾値とする上記所定値を変化させるようにした。具体的には、外部負荷Ｆの負荷が大きい高負荷状態である場合には負荷の小さい低負荷状態よりも所定値（閾値）を大きくする。こうすることにより、燃料電池ＥＤ１の発電開始から発電が安定するまでの間に、蓄電池ＥＤ２の残容量がなくなってしまうことを防止することができる。

なお、ハイブリッド構成の際に燃料電池ＥＤ１と共に用いる蓄電池ＥＤ２（二次電池）としては、ニッケル・カドミウム（ニカド）型、ニッケル水素型、リチウムイオン型等どのような種類の電池であってもよい。
なお、外部負荷Ｆの状態（高負荷状態又は低負荷状態）を検出する方法としては、蓄電池ＥＤ２の残容量の減り度合いに基づき検出する方法、電子楽器ＥＭの音量設定値や同時発音数などに基づき検出する方法などが考えられ、これらのいずれの方法を採用してもよいし、複数の方法から総合的に外部負荷Ｆの状態を検出するようにしてもよい。
なお、燃料電池ＥＤ１の駆動制御を、燃料を供給する／燃料を供給しないの２状態のいずれかとするものに限らず、３状態以上(例えば、燃料を多く供給する／燃料を少し供給する／燃料を供給しない等)で制御するようにしてもよく、例えば低負荷状態では少し供給する、高負荷状態では多く供給するなどして燃料電池ＥＤ１の駆動制御（出力電力値が変わる）を行うようにしてもよい。
なお、上述した実施例のように燃料電池ＥＤ１からの出力を蓄電池ＥＤ２のみ供給して蓄電池ＥＤ２の充電のみに使用することに限らず、燃料電池ＥＤ１からの出力を外部負荷Ｆの駆動にも用いて、あまった分の出力を蓄電池ＥＤ２の充電に使うようにしてもよい。

この発明に係る電子楽器の全体構成を示したハード構成ブロック図である。従来から知られている燃料電池の一実施例を示す概念図である。燃料電池の制御処理の一実施例を示すフローチャートである。蓄電池の残容量と燃料電池の出力電力の変化との関係の一例を示す図であり、図４（ａ）は低負荷状態である場合、図４（ｂ）は高負荷状態である場合を示す。

符号の説明

１…ＣＰＵ、２…ＲＯＭ、３…ＲＡＭ、４、５…検出回路、４Ａ…演奏操作子、５Ａ…設定操作子、６…表示回路、６Ａ…ディスプレイ、７…音源回路、８…効果回路、９…サウンドシステム、１０…外部記憶装置、１１…MIDIインタフェース、１１Ａ…MIDI機器、１２…通信インタフェース、１２Ａ…サーバコンピュータ、Ｘ…通信ネットワーク、１Ｄ…通信バス（データ及びアドレスバス）、ＣＴ…燃料カートリッジ、Ａ…アノード（燃料極）、Ｄ…電解質膜、Ｋ…カソード（空気極）、Ｓ…スタック、ＥＤ１…燃料電池、ＥＤ２…蓄電池（二次電池）、Ｆ…外部負荷、ＥＭ…電子楽器

Claims

演奏操作子と、
電気的に動作する複数の機器・回路を含んでなり、前記演奏操作子の操作に応じて前記複数の機器・回路が適宜に動作することで楽音を発生する楽音発生部と、
所定の燃料を用いて発電を行うと共に、前記燃料の供給有無に応じて発電の駆動及び停止を制御することが可能な燃料電池と
を具え、
前記燃料電池は、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路のそれぞれに対して電力を供給することで、前記複数の機器・回路を電気的に動作させることのできるようにしたことを特徴とする電子楽器。
前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路のそれぞれに対して電力を供給する、充電可能な二次電池を具えてなり、前記燃料電池は充電のための電力を前記二次電池に対して供給することを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。
前記二次電池の残容量が予め決められた所定の開始値以下になった場合には、前記燃料電池に対して燃料を供給して発電を開始することにより前記二次電池を充電する一方で、前記二次電池の残容量が予め決められた所定の停止値以上になった場合には、前記燃料電池に対して燃料を供給せずに発電を停止することにより前記二次電池の充電を停止するよう、前記燃料電池への燃料供給を制御する制御手段を具えることを特徴とする請求項２に記載の電子楽器。
前記制御手段は、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路による前記二次電池にかかる負荷の状況に応じて、異なる前記開始値を用いて前記燃料電池への燃料供給の有無を制御するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電子楽器。