JP2008268827A

JP2008268827A - 電磁駆動オルゴール

Info

Publication number: JP2008268827A
Application number: JP2007138428A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Shibata; 清孝柴田; Eiji Nakada; 英次中田; Akira Komiyama; 曉児見山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】ひとつのアクチュエータでオルゴールの櫛歯を電気的に励振し、また、音作りの重要な要素であるダンピング効果も同時に生じせしめる。
【解決手段】平板鉄心を磁性を有する櫛歯に近接して配置し、励磁用コイルを振動弁の固有振動数に相当するパルス波、正弦波、もしくは、異なる周波数の正弦波を合成した波形で励磁することで、各振動弁、複数の振動弁を励振し、単音、和音を発生させる。また、振動弁の励振後にコイルを直流で励磁することでダンピング効果も同時に発生させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁性を有するオルゴールの櫛歯を電気的に励振する方法に関する。

従来の機械式オルゴールは、ドラム式、ディスク式が主である。一方、電気的な駆動方式には、モータでこれらのドラム、ディスクを回転させるものの他、歯車、爪車などのメカアクチュエータとソレノイド、プランジャなどを電気的に駆動して振動弁を駆動する方法がある（例えば、特許文献１〜４参照）。また、形状記憶合金を含むワイヤーを加熱してピック爪を駆動してリードを鳴らす方法もある（特許文献５参照）。これらは、いずれも振動弁を機械的に駆動し、振動させる方式である。一方、特許文献６では磁気アクチュエータを配置し非接触で共振的に振動弁を駆動する方式である。
特開２００３−１５０１５２号公報特開２００３−２４１７４６号公報特開２００４−３３３７７２号公報実開平６−３７８９４号公報特開２００５−３７６１９号公報特表２００６−５２２３７３号公報

しかしながら、以上の技術では櫛歯の各振動弁ごとに駆動機構が必要であり、また、振動の抑制には別に機能、機構を付加する必要があった。そこで、本発明では、平板鉄心を有したひとつのコイルでオルゴールの櫛歯を励振し、また、ダンピング効果も同時に発生させることの可能な磁気駆動オルゴールを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するために、平板鉄心を櫛歯の中央から自由端側に配置し、振動弁の固有振動数に相当する信号でコイルを励磁し、前記振動弁を励振することを特徴とする磁気駆動オルゴールである。また、前記コイルの励磁信号の波形が、パルス波、正弦波、異なる周波数の正弦波を合成した波形で、単音、和音の発生を可能とすることを特徴とする磁気駆動オルゴールである。さらに、前記振動弁を励振後に前記コイルを直流で励磁して定常引力を発生させ、前記振動弁の振動を抑制するダンピング効果を生じせしめることを特徴とする電磁駆動オルゴールである。

前記コイルの駆動信号は、マイクロコントローラで合成、発生させ、これをスイッチング、もしくは、電流増幅して前記コイルを励磁する。また、前記マイクロコントローラはコンピュータインターフェースを有しており、外部コンピュータからのリモートコントロール、リモート演奏、および、楽曲のダウンロードを可能とする電磁駆動オルゴールである。

上記のように、平板鉄心を櫛歯の駆動源に用いたことで、ひとつのコイルを励磁することで各振動弁、もしくは、複数の振動弁を同時に励振可能とした。また、楽音を発生させる上で重要なダンピング効果も同時に発生可能とした。

この発明の一実施形態を、図１に示す。台座７、および、櫛歯５は、市販の物を用いても、任意形状に製作してもよい。台座７に、櫛歯５、スペーサ４、および、平板鉄心２を取付ねじ１で固定する。コイル３は、平板鉄心２に取り付けてもよいし、スペーサ４に取り付けてもよい。これら、櫛歯５、スペーサ４、平板鉄心２でギャップを有する磁気回路を形成する。すなわち、これらは磁性材である必要があり、また、磁気抵抗を可能な限り低くするために密着させる必要がある。さらに、平板鉄心２は、櫛歯５の上面にも下面にも設置できる。図２に、これらの構成の一例を示した。図２（ａ）は図１を組立てた概略図であり、平板鉄心２を櫛歯５の上面に配置し、平板鉄心２にコイル３を巻いたもの、図２（ｂ）はスペーサ４にコイル３を巻いたもの、また、図２（ｃ）は平板鉄心２を櫛歯５の下面に配置しコイル３を巻いた場合の概略図である。さらに、平板鉄心２を櫛歯５の上面と下面に配置し、振動弁６に上面および下面から引力を加え、励振力を増大させることも可能である。本実施例によらず櫛歯の配置は、縦、横、鉛直、斜めとすることも考えられる。一方で、櫛歯自体が強力な磁石であるならば、引力、疎力での励振が可能となり駆動力、ダンピング力の性能向上が期待される。本実施形態では、櫛歯５には、大きさ１７ｘ２４ｍｍの１８弁、市販のものを使用した。また、コイル３は、直径０．４ｍｍの被覆銅線を２００回巻いて作成したが、コイルの大きさ、電源電圧、最大電流等を考慮し、巻線の太さ、巻数は適時調整する必要がある。このコイル３に１Ａの電流を流した場合のギャップ部の磁束密度は、約１４５ｍＴであった。

図３（ａ）に示すように、平板鉄心２と櫛歯の振動弁６との距離は、振動弁６の振動を妨げない間隔を取る。この距離はおおむね１ｍｍである。しかし、振動振幅が比較的小さい高音部の振動弁では音量を上げるために０．５ｍｍ程度まで接近させたほうが有利である。なぜなら、電磁力は距離の３乗に反比例する。図３（ｂ）は、平板鉄心２を傾斜して配置した例である。また、平板鉄心２は櫛歯５の固定端から自由端の距離の２分の１（中央）から自由端側に位置決めされる。自由端部に配置した場合、振動振幅が大きい低音部の振動弁では平板鉄心２を振動弁５からより離さなければならない。その場合電磁力の低下を招く。また、中央に配置した場合、振動振幅が自由端部の２分の１となり、平板鉄心２をより近づけることが可能となり、電磁力の増大が可能である。しかし、櫛歯の大きさ、形状、あるいは、本体のデザイン等により最適な配置、間隔を選定する必要がある。

マイクロコントローラは、パルス波形の発生にはデューティ比可変のＯＮ−ＯＦＦ信号（ＰＷＭ波）を作成し、正弦波の発生には正弦波テーブルを用いてＤＡ変換して作成したが、デジタル信号処理の技術を用いて積和演算で発生させることも可能である。図４に制御部のブロック図を示す。前記マイクロコントローラは、コイル３の駆動信号を作成し、また、コンピュータインターフェースにより外部コンピュータと通信し、データ、コマンド等を送受信可能とした。制御部の一回路例を図５に示す。本適応例では、シリアルインターフェース（ＲＳ−２３２Ｃ）を使用したが、ＵＳＢなどの他のインターフェースの利用も考えられる。一方で、オーディオ信号を直接入力することなども考えられる。前記マイクロコントローラからの駆動信号は、パワーＭＯＳトランジスタなどでスイッチング、もしくは、電流増幅して前記コイル３を励磁する。この電流増幅には、パワーＯＰアンプなどの使用も考えられる。

特許文献６においてはアクチュエータが複数必要であるが、本適応例では単一アクチュエータ構成とすることで構造の簡単化、単純化をはかった。また、当該文献の駆動信号はパルス波であるが、本例ではさらに、正弦波、複数の正弦波を合成した波形でコイルを励磁する。すなわち、振動弁を高調波成分を有しない正弦波で駆動することで、ひとつの振動弁のみを励振可能とし、雑音の発生を低減した。また、複数の振動弁を同時に励振するには、それぞれの振動弁の固有振動数に相当する正弦波を合成した波形でコイルを励磁する。このことで、ひとつのコイルを励磁するだけで和音の発生を可能とした。図６（ａ）は、周波数６８５Ｈｚの単一正弦波の信号波形である。また、同図６（ｂ）は、周波数１２１８、１３７０Ｈｚのふたつの正弦波を合成した信号波形である。発生する音の音量、音色を修飾するためには、パルス波ではデューティ比、励振時間を、正弦波では振幅、励振時間を変えることで可能である。また、励振を継続することで連続音を発生させることも可能である。

楽音を発生させるためにダンピングの効果は重要な要素である。本磁気駆動オルゴールでは、振動弁の励振後に、平板鉄心を有したコイルに直流電流を供給することで振動弁に定常引力を発生させ、振動を抑制することを可能とした。図７は、コイルを励磁するための信号波形と発生した音波形を示している。同図７（ｅ）は、通常駆動時の信号波形、図７（ｆ）はダンピング効果を持たせた場合の信号波形である。約半分の信号電圧（２．５Ｖ）を印加してダンピング効果を発生させている。このときのコイル電流は、約１．３Ａである。同図７（ａ）、図７（ｂ）は、７２０Ｈｚの振動弁を励振した場合の発生音波形である。図７（ａ）はダンピング効果のない場合、図７（ｂ）はダンピング効果を持たせた場合である。図７（ａ）での音の減衰時間（最大振幅が０．３７倍となるまでの時間）は約８００ｍｓであるが、ダンピング効果を有した図７（ｂ）では約３９０ｍｓと、減衰時間は２分の１程度になっている。同様に、図７（ｃ）、図７（ｄ）は２１８０Ｈｚの振動弁についての音波形である。減衰時間は図７（ｃ）で約２９０ｍｓであるが、ダンピング効果により約８０ｍｓと３分の１以下となっている。振動弁およびその固有振動数の違いによりダンピング効果に差異が認められる。このダンピング効果はコイルの電流値を変えることで調節可能である。

本発明により、既存オルゴールへの適応により磁気駆動化が可能となる。また、半音も含む全音階の櫛歯を用いることでオルゴール音を発生する自動演奏楽器を構成できる。

磁気駆動オルゴールの分解概略図である。磁気駆動オルゴールの構成例である。平板鉄心と櫛歯の配置例である。制御部のブロック図である。制御部の回路例である。制御部で発生させた信号波形である。信号波形および発生した音波形とダンピング効果を示した図である。

符号の説明

１取付ねじ、２平板鉄心、３コイル、４スペーサ、５櫛歯、６振動弁、７台座

Claims

平板状の鉄心とコイルを具備し、磁性を有するオルゴールの櫛歯を各振動弁の固有振動数に相当するパルス波、正弦波、または、異なる周波数の正弦波を合成した波形で前記コイルを駆動することで励振し、音を発生させることを特徴とする電磁駆動オルゴール。
前記櫛歯を励振した後に前記コイルを直流で励磁し定常引力を発生させ、音の減衰時間を早める（ダンピング）の効果を有する請求項１記載の磁気駆動オルゴール。
前記平板鉄心は、櫛歯の各弁の振動を妨げない距離おおむね１ｍｍ程度だけ離して配置する。その位置は、前記櫛歯の固定端と自由端の距離の１／２から自由端側に位置決めされ、前記櫛歯の上面、下面、もしくは、両面に置くことを特徴とする請求項１記載の電磁駆動オルゴール。
ひとつの前記コイルを励磁することで、前記櫛歯の各振動弁、複数の振動弁を励振することが可能な請求項１記載の磁気駆動オルゴール。
前記コイルの駆動信号はマイクロコントローラで発生させ、これをパワーＭＯＳトランジスタなどでスイッチング、もしくは、電流増幅して前記コイルを励磁する請求項１記載の磁気駆動オルゴール。
コンピュータインターフェースを有する前記マイクロコントローラは、接続されたコンピュータからリモートコントロール、リモート演奏、および、楽曲のダウンロードを可能とする請求項５記載の磁気駆動オルゴール。