JP2007065499A

JP2007065499A - 電子楽器

Info

Publication number: JP2007065499A
Application number: JP2005253915A
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

Abstract

【課題】燃料電池から排出された水を利用して複数の機器・回路を冷却する。
【解決手段】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際に、燃料電池で発生した水を蓄水部に導き、これを熱伝導部を介して伝えられた楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱により気化させる。このように、燃料電池で発生した水を、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱により気化させるようにすることにより、前記複数の機器・回路を水の気化熱を利用して冷却することができるようになる。また、燃料電池で発生した水を装置外部へ捨てるなどの水処理をユーザが行わなくてもよく、さらに燃料電池の発電中つまり電子楽器の使用中に該燃料電池で発生した水を随時に気化することから、電子楽器からの演奏音に悪い影響を及ぼす恐れもない。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池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、特に燃料電池の発電に伴い発生される水を有効利用しながら処理する技術に関する。

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、電気的に動作する例えば音源回路、アンプ、スピーカ、その他の電子機器などの各機器・回路（ＩＣ）等に対して電力（電圧／電流）が供給されることにより楽音を発生することのできるようになっているが、特にアンプや回路（ＩＣ）等はその動作に伴い熱を発する熱源となる発熱部材である。これら発熱部材から発せられる熱はそのものの動作不良や故障の原因となるので、発熱部材から発せられる熱を放熱するための技術が従来から知られている。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に記載の技術などがある。この特許文献１に記載の技術について簡単に説明すると、装置外部から装置内部へと取り入れた空気により発熱部材を冷却し、該発熱部材を冷却した後の熱せられた空気を装置内部から装置外部へと排出することにより、発熱部材から発せられる熱を放熱するようにしている。
特開2004-128305号公報

上述したような従来の技術は、空気による発熱部材の冷却（所謂空冷式）なので冷却効果があまり高くないだけでなく、装置外部から装置内部へと空気を送り込んだり、あるいは装置内部から装置外部へと空気を排出する空気ファンの音が騒がしく、特に電子楽器に用いるにはそのファン音が演奏音に影響を及ぼすことから適当でない。また、一般的な装置においては冷却水を循環させることで発熱部材を冷却するようにしたものもあるが（所謂水冷式）、そうしたものは規模が大きく装置が大型化してしまうだけでなく、冷却水を循環させるためのポンプ音が騒がしくて耳障りであることから、こうした水冷式のものについても電子楽器に用いるには適当でない。

ところで、最近では、所定の燃料の供給に応じて発電を行うことで電力を供給する燃料電池が開発され、こうした燃料電池を各種装置の電源として応用することがなされつつある。燃料電池は乾電池や蓄電池（二次電池）などと比べて長時間にわたって電力供給できることから、電子楽器においても該電子楽器を構成する各機器・回路（ＩＣ）に対して電力を供給する電源として燃料電池を用いることが考えられる。しかし、燃料電池を用いる場合には、発電に伴って燃料電池から排出される水の処理が問題となる。すなわち、燃料電池においては発電に伴って水が生成され、該生成された水を蓄えておきある程度の量が蓄えられたら適宜に装置外部へと排出しなければならないのであるが、電子楽器の場合には蓄えられた水の量に応じて演奏音に悪い影響を及ぼす恐れがあり、またユーザが蓄えられた水を装置外部へと適宜に捨てなければならないのは面倒である。そのため、従来の電子楽器では、電源として燃料電池を用いることが非常に困難であった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、発電の際に燃料電池から排出される水を利用して、動作に伴って熱を発する発熱部材を冷却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、動作時に発熱を伴う複数の機器・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電気的に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い、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燃料電池と、水を蓄える蓄水部と、前記燃料電池で発生した水を前記蓄水部に導出する導水部と、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱を前記蓄水部に伝える熱伝導部とを具え、前記燃料電池で発生した水を、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱により気化させることにより、前記複数の機器・回路を冷却するようにしたことを特徴とする。

この発明によると、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際に、燃料電池で発生した水を蓄水部に蓄えさせておき、これを熱伝導部を介して伝えられた楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱により気化させる。このように、燃料電池で発生した水を、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱により気化させるようにすることにより、前記複数の機器・回路を水の気化熱を利用して冷却することができるようになる。また、燃料電池で発生した水を装置外部へ捨てるなどの水処理をユーザが行わなくてもよく、さらに燃料電池の発電中つまり電子楽器の使用中に該燃料電池で発生した水を随時に気化することから、電子楽器からの演奏音に悪い影響を及ぼす恐れもない。

この発明によれば、燃料電池で発生した水を蓄水部へと導き、楽音発生部を構成する複数の機器・回路の動作に伴い発生した熱により前記蓄水部に導かれた水を気化させるようにしたので、燃料電池で発生した水を捨てる等の処理が不要なだけでなく、その水を利用して前記複数の機器・回路を気化熱により冷却することができるようになる、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（ＩＣ）等は、燃料電池ＥＤ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ＥＤを用いたバッテリー駆動により前記各機器・回路（ＩＣ）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。また、これらの各機器・回路（ＩＣ）等はその動作時に熱を発する。つまり、熱源となる発熱部材である。前記各機器・回路（ＩＣ）等に電力を供給する燃料電池ＥＤ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ＥＤ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。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である。ただし、燃料電池ＥＤを用いた場合には、燃料電池ＥＤの発電に伴って排出される水の処理が問題となる。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燃料電池ＥＤ及び水の排出機構について、図２を用いて簡単に説明する。図２は、燃料電池ＥＤ及び水の排出機構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ＥＤを用いた場合を例にして説明する。勿論、燃料電池ＥＤ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ＥＤ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）、燃料電池ＥＤの外部へと排出される。

上記のようにして燃料電池ＥＤで発生される水（Ｈ₂Ｏ）は、導水パイプＰ内を通ってある程度の量の水を蓄えることが可能な例えばスポンジ等からなる蓄水・放熱部Ｗへと導かれる。この蓄水・放熱部Ｗに接するようにして防水・熱伝導部Ｂが一体的に設けられており、これら一体的に形成された蓄水・放熱部Ｗ及び防水・熱伝導部Ｂは熱源Ｈ（当該電子楽器において動作時に熱を発生するアンプや回路（ＩＣ）等であり、燃料電池ＥＤから電力を供給される外部負荷Ｆに相当するが、ここでは説明を理解し易くするために外部負荷Ｆとは別に図示した）上に載置される。すなわち、熱源Ｈの上部に、防水・熱伝導部Ｂ及び蓄水・放熱部Ｗが積層状態に構成される。防水・熱伝導部Ｂは水などの液体を通さないが熱伝搬率が非常に高い、例えばアルミプレートのような部材からなるものであって、防水・熱伝導部Ｂの上部に設けられた蓄水・放熱部Ｗに蓄えられた水をその下部に配置されているアンプや回路（ＩＣ）等の熱源Ｈに通さない一方で、前記熱源Ｈからの熱を蓄水・放熱部Ｗに対して効率よく伝搬することのできるようになっている。したがって、アンプや回路（ＩＣ）等の動作に伴い熱が発生すると、発生した熱は蓄水・放熱部Ｗへと伝えられ、これにより蓄水・放熱部Ｗに蓄えられた水が熱せられる。すると、熱せられた水が蒸発するので、この際における水の気化熱により、アンプや回路（ＩＣ）等で発生した熱が奪われて熱源Ｈが冷却される。

以上のようにして、燃料電池ＥＤからの電力供給により電子楽器を駆動する際に、燃料電池ＥＤから排出された水を、当該電子楽器内部のアンプや回路（ＩＣ）等の発熱部材（熱源Ｈ）の熱が伝えられる蓄水・放熱部Ｗへと導くようにした。これにより、燃料電池ＥＤから排出された水を発熱部材で発生した熱により加熱して蒸発させることができるようになり、水を蓄えておき該蓄えた水を捨てる等の処理が不要となるだけでなく、水を有効利用して該蒸発に伴う気化熱により発熱部材を冷却することができるようになる。

なお、電子楽器内部における発熱部材（熱源Ｈ）としてはアンプや回路（ＩＣ）の例を示したがこれに限らない。
なお、蓄水・放熱部Ｗの部材としてスポンジを用いた例を示したが、これに限らない。水を蓄えることができ、かつ熱を効率よく伝えられるとともに熱に強い部材(例えば熱により変形等しない部材部材)であれば何でもよい。
なお、燃料電池ＥＤから排出される水を蓄水・放熱部Ｗへと導く導水部としては、内部に水が流れる導水パイプＰの例を示したがこれに限らない。例えば、水を導く仕組みとして、重力によるもの(この場合には、図示しない燃料電池ＥＤから排出される水の出口（排水部）よりも、蓄水・放熱部Ｗを垂直方向において下部の位置に配置する)、あるいは毛細管現象によるものなど、どのような仕組みで導くようにしてもよい。
なお、防水・熱伝導部Ｂ及び蓄水・放熱部Ｗとしては、アンプや回路（ＩＣ）等の個々の熱源Ｈに１つの防水・熱伝導部Ｂ及び蓄水・放熱部Ｗが対応する大きさに形成してあってもよいし、複数の熱源Ｈに１つの防水・熱伝導部Ｂ及び蓄水・放熱部Ｗが対応する大きさに形成してあってもよい。

なお、燃料電池ＥＤを単独で使用する場合に限らず、燃料電池ＥＤと図示しない蓄電池（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二次電池）とを組み合わせたハイブリッド構成とし、燃料電池ＥＤを蓄電池の充電用電源として利用するようにしてもよい。すなわち、燃料電池ＥＤだけを単独で用いることなく、前記燃料電池ＥＤと蓄電池とを組み合わせて用いるようにすると、燃料電池ＥＤ及び蓄電池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。例えば、蓄電池の残容量が所定値以下になった場合には燃料電池ＥＤの駆動を開始して蓄電池を充電するようにし、蓄電池の残容量が所定値より大きい場合には燃料電池ＥＤの駆動を停止しておくようにして、燃料電池ＥＤを蓄電池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の交換を行う手間が省け、また燃料電池ＥＤの燃料消費を少なくすることができるので燃料を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、燃料の交換を行えるようになり便利である。また、燃料電池ＥＤ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。

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。燃料電池及び水の排出機構の一実施例を示す概念図である。

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、ＥＤ…燃料電池、Ｆ…外部負荷、ＥＭ…電子楽器、Ｐ…導水パイプ、Ｗ…蓄水・放熱部、Ｂ…防水・熱伝導部、Ｈ…発熱部材（熱源）

Claims

演奏操作子と、
動作時に発熱を伴う複数の機器・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電気的に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い、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燃料電池と、
水を蓄える蓄水部と、
前記燃料電池で発生した水を前記蓄水部に導出する導水部と、
前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱を前記蓄水部に伝える熱伝導部と
を具え、
前記燃料電池で発生した水を、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路で発生した熱により気化させることにより、前記複数の機器・回路を冷却するようにしたことを特徴とする電子楽器。
前記蓄水部及び前記熱伝導部は、前記楽音発生部を構成する複数の機器・回路上に積層状態に載置され、前記複数の機器・回路で発生した熱を前記熱伝導部を介して前記蓄水部に伝えることで、前記蓄水部に蓄えられた水を加熱して気化させることを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。