JP3629974B2 - 鍵盤装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然楽器のピアノ、電子ピアノ等の楽器用鍵盤装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自然楽器のピアノ、電子ピアノ等の鍵盤楽器においては、押鍵の強弱が発音の強弱に反映する。したがって、奏者が演奏時の音の強弱を手応えとして感じるように、押鍵時のタッチ感が重要視される。すなわち、強音のための強い押鍵には奏者に重い手応えを与え、弱音のための弱い押鍵には軽い鍵の動きが要求される。そのような押鍵の強弱に応じた抵抗力の変化は、ばね等による弾性抵抗では得難く、動作部分の適切な質量に基づく慣性抵抗によって実現される。
【０００３】
したがって、各鍵の動作部分が或る程度の質量を有するのが良好なタッチ感を得る上で望ましい。そのため、各鍵に鉛等の錘を埋設したり、鍵の動作部分を２以上の回動部材で構成して連動させ、各部材に質量を持たせることにより、コンパクト化をも図った鍵盤が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自然楽器のピアノの鍵盤は、押鍵時の良好なタッチ感を備えているが、その機構が複雑であり、また重量も大きい。一方電子楽器等に多用されている従来の簡易構造の鍵盤は、例えば特公昭６３−５６５５４号公報に見られるように、タッチ感を得るために、鍵の動作部分に質量を付与することのみを配慮しており、慣性抵抗を効率よく得ることは考慮されていなかった。特許第２５０８０２８号公報に記載された鍵盤装置は、鍵に連動するハンマ状の質量体を設けて慣性抵抗を増大させることを提案しているが、質量体の重量が大きいため鍵盤装置全体が重くなり、質量に関して効率的なタッチ感の改良を図ることはできなかった。このように、付与される質量が大きい割に良好なタッチ感が得られていないのが現状である。また、数十鍵から８８鍵等という多数の鍵の全てにその質量が付与されるので、鍵盤全体が重くなりがちであった。
【０００５】
そこで、本発明の第１の目的は、簡単な構造で、必要な慣性力を効率よく得ることにより、押鍵の強弱に応じた押鍵時の良好なタッチ感を与えることができる鍵盤装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、上記鍵盤装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第３の目的は、押鍵時の良好なタッチ感を得ることができ、且つ全体として軽量である鍵盤装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記第１の目的は、支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動して回動る中間移動部材と、該中間移動部材と連動して回動する高質量移動部材と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを備えた楽器用鍵盤装置において、非押鍵状態における前記中間移動部材及び高質量移動部材は、重力により各質量中心が前記軸回りに下降した位置をとり、前記高質量移動部材は、前記軸についての慣性モーメントの回転半径該当部分の移動距離が前記鍵及び中間移動部材の各回転軸についての各々の回転半径該当部分の移動距離よりも長く且つ質量が大きいことを特徴とする鍵盤装置により達成される（第１発明の１）。
本発明の前記第１の目的はまた、支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動して所定範囲を往復動する中間移動部材と、該中間移動部材と連動して所定範囲を往復動する高質量移動部材と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを備えた楽器用鍵盤装置において、前記高質量移動部材の移動が案内部に案内された直線運動により行なわれ、前記高質量移動部材は、その質量中心の移動距離が前記鍵及び中間移動部材の質量中心の移動距離よりも長く且つ質量が大きいことを特徴とする鍵盤装置により達成される（第１発明の２）。
【０００９】
本発明の前記第２の目的は、支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動する動作速度拡大機構と、該拡大機構の出力部に連動して往復動する質量体と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを有した楽器用鍵盤装置の製造方法であって、
押鍵力Ｆ、鍵の押鍵位置での最大移動距離Ｄ、該距離Ｄの押鍵に要する時間Ｔを各々一定値に設定し、前記質量体の質量ｍ及び前記拡大機構の動作速度の拡大率ｋを
ｋ^２ｍ＝（ＦＴ^２）／（２Ｄ）
の関係式に基づいて決定することを特徴とする楽器用鍵盤装置の製造方法により達成される（第２発明）。
【００１０】
本発明の前記第３の目的は、支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動して所定範囲を往復動する中間移動部材と、該中間移動部材と連動して回動する高質量移動部材と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを備えた楽器用鍵盤装置において、押鍵時に回動する前記高質量移動部材に当接して該回動方向への移動をストップさせる当接部が配置され、前記高質量移動部材は、押鍵時に質量中心が該高質量移動部材の回動中心に対し水平に近い休止位置から鉛直に近い回動位置に上方へ移動し、該回動位置において、前記回動中心より後方で前記当接部に当接し且つ前記回動中心より前方に前記質量中心が位置するように配置されていることを特徴とする楽器用鍵盤装置により達成される（第３発明）。
【００１１】
【作用】
鍵盤装置における押鍵時のタッチ感は、押鍵に対する抵抗感、即ち、押鍵時に鍵及びこれと連動する部材が手指に与える抵抗力として捉えることができる。その押鍵力（押鍵時の抵抗力）と各鍵の連動機構の動作との関係を以下に説明する。
【００１２】
まず、入力部（鍵）、該入力部からの入力を拡大又は縮小して伝える伝達機構、及び該伝達機構からの出力が行なわれる出力部を有する一般的な運動系として、図１１に示す以下のものを想定する。
【００１３】
入力部１：部材（鍵）に力Ｆを加えその入力部位を加速度αで移動させる。
【００１４】
伝達機構２：入力部からの入力の力Ｆを１／ｋ倍（したがって速度をｋ倍）して出力部に伝達する。簡単のため入力部及び伝達機構の質量は無視し得るものとする。
【００１５】
出力部３：伝達機構からの伝達により質量ｍの移動部材が加速度α’で移動する。
【００１６】
出力に伝えられる力をＦ’とすると、伝達機構の上記特性から、
Ｆ’＝（１／ｋ）Ｆ ［式１］
となる。ある時間ｔ後における入力部及び出力部の各部材の速度をｖ、ｖ’とすると、
ｖ’＝ｋｖ
である。ここで、ｖ＝αｔ、ｖ’＝α’ｔ であるから、上式から、
α’＝ｋα ［式２］
と表せる。出力部における力と加速度の関係は、
Ｆ’＝ｍα’
であるから、式１及び式２を上式に代入すると、
（１／ｋ）Ｆ＝ｍｋα
これを変形すると、
Ｆ／α＝ｋ^２ｍ ［式３］
ここで、入力部として鍵盤装置の鍵を考え、押鍵力及びフルストロークの押鍵に要する時間を各々一定とすると、式３におけるＦ及びαは一定である。そうすると、式３の左辺は一定であるから、右辺のｋ^２とｍとは反比例することになる。
【００１７】
これは、伝達機構の係数ｋを大きく、すなわち速度の拡大率を大きくすると、ｋの２乗に反比例して出力部の質量は小さくて済むことを意味する。出力部の速度はその移動距離に比例するので、出力部の移動距離が大きくなるような伝達機構を採用すれば、小さな質量で効率よく入力部の入力抵抗を得ることができることになる。
【００１８】
さらに、鍵及び移動部材の動作の観点から説明する。図１２のような鍵１、伝達機構２、移動部材３からなる２種類のモデルＡ，Ｂを想定する。各モデルにおいて、鍵１は力Ｆで押鍵され距離Ｄ降下して止まる。この動きはレバーなどを有した伝達機構２により移動部材３に伝えられる。
【００１９】
モデルＡ，Ｂにおいて、移動部材３は以下の形態をとる。
【００２０】
モデルＡ：移動部材３は、ガイドＧに沿って直線運動し、質量ｍの錘３０を有する。
【００２１】
モデルＢ：移動部材３は、支点Ｏを中心に回転運動をし、支点Ｏについての慣性モーメントの回転半径ｒに該当する位置に質量ｍの錘３０を有する。
【００２２】
簡単のため、押鍵は一定の力Ｆで行なわれ、鍵１、伝達機構２及び移動部材のアームの質量は無視し得るものとする。
【００２３】
手指が押鍵により行なう仕事、すなわち押鍵エネルギＥ_１は、
Ｅ_１＝ＦＤ ［式０１］
である。移動部材は、伝達機構２によって移動させられ、典型的には錘３０が初速０から最終速度に至って伝達機構から離れ、その後発音体や支持板等に当接する。したがって、伝達機構から与えられるエネルギは、伝達機構から離れる直前の速度で表される錘３０の運動エネルギに等しい。詳細には、錘３０が上方への動きを伴う場合は位置エネルギの増加もあるが、錘３０の速度エネルギに対し、上昇による位置エネルギは僅かであるので、無視し得る。ところで、伝達機構が移動部材に与えるエネルギは、手指が鍵に与えるエネルギに等しい。したがって、押鍵エネルギは、移動部材の運動エネルギに変換されるといえる。
【００２４】
次に、移動部材の運動エネルギを、モデルＡ，Ｂについて求める。
【００２５】
(1) モデルＡ直進系の移動部材のエネルギＥ₂は、
Ｅ ₂ ＝（１／２）ｍｖ² ［式Ａ１］
と表される。ここで、錘３０が初速０から加速度αで等加速度運動をすると仮定すると、時間ｔ後の錘３０の移動距離ｓは、
ｓ＝（１／２）αｔ² ［式Ａ２］
である。錘３０の速度をｖとすると、α＝ｖ／ｔ であるから、
これを式Ａ２に代入すると、
ｓ＝（１／２）ｖｔ となり、これを変形すると、
ｖ＝２ｓ／ｔ
これを式Ａ１に代入すると、
Ｅ₂＝（１／２）ｍ・（２ｓ／ｔ）²
＝２ｍｓ²／ｔ² ［式Ａ３］
となる。ここで、Ｅ₁＝Ｅ₂であるから、式０１，式Ａ３より
ＦＤ＝２ｍｓ²／ｔ²
である。時間ｔは、押鍵に要する時間であり（錘３０が移動する時間でもある）、一定（Ｔ）とすることができるので、
ＦＤ＝２ｍｓ²／Ｔ²
と表せる。この式は、押鍵エネルギが一定の場合、錘３０の移動距離ｓを長くすると、錘３０の質量ｍは移動距離ｓの２乗に反比例して小さくて済むことを示している。
【００２６】
（２） モデルＢ
回転系の移動部材のエネルギＥ_３は、移動部材の角速度をωとすると、
Ｅ_３＝（１／２）Ｉω^２ ［式Ｂ１］
と表される。錘３０は、回転半径ｒ、質量ｍであるからその慣性モーメントＩは、
Ｉ＝ｒ^２ｍ
である。したがって、式Ｂ１は、
Ｅ_３＝（１／２）ｒ^２ｍω^２ ［式Ｂ２］
と表される。ここで、錘３０が初速０から加速度μで等加速度円運動をすると仮定すると、時間ｔ後の錘３０の移動距離δは、
δ＝（１／２）ｒμｔ^２ ［式Ｂ３］
ここで、μ＝ω／ｔ であるから、
これを式Ｂ３に代入すると、
δ＝（１／２）ｒωｔ となり、これを変形すると、
ω＝２δ／ｒｔ
これを式Ｂ２に代入すると、

となる。ここで、Ｅ_１＝Ｅ_３であるから、式０１，式Ｂ４より
ＦＤ＝２ｍδ^２／ｔ^２
である。時間ｔは、押鍵に要する時間であり（錘３０が移動する時間でもある）、一定（Ｔ）とすることができるので、
ＦＤ＝２ｍδ^２／Ｔ^２
と表せる。この式は、押鍵エネルギが一定の場合、錘３０の移動距離δを長くすると、錘３０の質量ｍは移動距離δの２乗に反比例して小さくて済むことを示している。
【００２７】
このように、回転系、直進系のいずれにおいても、押鍵エネルギが一定の場合、移動部材の錘の移動距離を長くすると、錘の質量は移動距離の２乗に反比例して小さくて済むといえる。
【００２８】
本発明（第１発明）においては、押鍵操作時に鍵と連動する中間移動部材及び高質量移動部材について、高質量移動部材は、鍵及び中間移動部材よりも移動距離が長く且つ質量が大きくされている。すなわち、移動距離が大きい部材の質量が大きくなっている。これにより、大きな慣性力（押鍵時の抵抗力）が効率的に得られることになる。すなわち、比較的小さな質量の付与により大きな慣性抵抗を得ることができるのである。このことは全ての鍵について適用されるので、鍵盤装置全体の重量を大きく軽減することができる。
【００２９】
前記鍵、中間移動部材及び高質量移動部材の移動が軸まわりの回転により行なわれる場合は、前記高質量移動部材は、前記軸についての慣性モーメントの回転半径該当部分の移動距離が前記鍵及び中間移動部材の各回転軸についての各々の回転半径該当部分の移動距離よりも長くされる。上記回転半径ｒは、慣性モーメントＩ、質量ｍから、ｒ＝（Ｉ／ｍ）^１／２として求められる。但し、上記回転半径を前記軸から該高質量移動部材の質量中心までの距離として近似的に捉えてもよい。これは、高質量移動部材においては、金属などの高比重の部材を集中的な位置に設けるのが一般的であり、高質量の部材が集中的に配置される程、移動部材の回転半径は、その回動軸から質量中心までの距離に近づくからである。
【００３０】
また、前記高質量移動部材の移動が案内部に案内された直線運動により行なわれる場合は、前記高質量移動部材は、その質量中心の移動距離が前記鍵及び中間移動部材の質量中心の移動距離よりも長くされる。
【００３１】
本発明（第２発明）に係る鍵盤装置の製造方法によれば、押鍵力Ｆ、鍵の押鍵位置での最大移動距離Ｄ、該距離Ｄの押鍵に要する時間Ｔを各々一定値に設定し、前記質量体の質量ｍ及び前記拡大機構の動作速度の拡大率ｋを
ｋ^２ｍ＝（ＦＴ^２）／（２Ｄ） ［式４］
の関係式に基づいて決定する。これは、以下の知見に基づいている。すなわち、前述の式３ Ｆ／α＝ｋ^２ｍ
における鍵の加速度αと、鍵の最大移動距離Ｄとの関係は、
Ｄ＝（１／２）αｔ^２
である。これを変形すると、
α＝２Ｄ／ｔ^２
である。これを式３に代入し、変形すると、
ｋ^２ｍ＝（ＦＴ^２）／（２Ｄ）
となり、これが上記式４である。すなわち、式４は式３のαをＤ及びＴで表したものに相当する。したがって、押鍵力Ｆ、鍵の押鍵位置での最大移動距離Ｄ、該距離Ｄの押鍵に要する時間Ｔを各々一定値に設定し、上記式４に従って決定すれば、上記式３を成り立たせるｋ及びｍを容易に求めることができるのである。これにより、大きな慣性力（押鍵時の抵抗力）が効率的に得られる鍵盤装置を、容易に製造することができる。
【００３２】
本発明（第３発明）によれば、高質量移動部材は、押鍵時に質量中心が、該高質量移動部材の回動中心に対し水平に近い休止位置から鉛直に近い回動位置に上方へ回動するように構成されている。このように、休止位置において高質量移動部材が回動中心に対し水平に近いので、押鍵動作の初期には、鍵及びこれに連動する部材の質量に起因する慣性抵抗に加えて、高質量移動部材の重力も抵抗力となり、押鍵時の抵抗感に寄与する。一方、押鍵動作が進むと高質量移動部材は回動中心に対して鉛直に近い位置に至るので、高質量移動部材の重量による抵抗力は減少する。すわなち、押鍵初期は重く、押鍵が進むと軽くなるタッチ感が得られる。特に弱い力で押鍵する場合は、慣性抵抗に対し重量による抵抗が占める割合が増加するので、この効果が大きい。すなわち、前記タッチ感の変化は、弱音演奏の際の繊細なタッチを演奏に反映させる上で重要な機能であり、自然楽器のピアノのタッチ感に近いものである。さらに、本発明（第３発明）においては、高質量移動部材の回動位置において質量中心は、該高質量移動部材の回動中心を通る鉛直線よりも休止位置側となるように設けられている。したがって、押鍵を解除すれば、回動位置から自重により休止位置に復帰することになり、戻し用のばね等を設けなくても復帰動作が可能であり、構造を簡素化できる。尤も、戻し用のばねを付加して戻りをより迅速にすることも可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、添付図面を参照しつつ説明する。以下の図においては、鍵盤装置の演奏者側を前方、その反対側（自然楽器のアップライトピアノでは弦がある側）を後方と称する。
【００３４】
図１は、本発明の１実施形態に係る電子ピアノ用鍵盤装置の縦断面図である。この鍵盤装置は、鍵全体が、鍵盤フレーム１０に支持され、鍵盤フレーム１０は、棚板１１及び口棒１２を有し楽器全体を覆うケースＡに支持されている。鍵２０は、白鍵及び黒鍵からなっており、各鍵は、鍵盤フレーム１０の中央よりやや後方で間口方向に延びる支持部１３により、該支持部との接触点付近の回動中心Ｒ２０の回りに上下方向に回動可能に支持されている。鍵２０の下側では、中間移動部材を構成する第１移動部材３０が鍵盤フレーム１０により支持されている。この第１移動部材３０は、全体として前後方向にほぼ水平に延びており、鍵盤フレーム１０の前寄りの位置に立設された支持片１４及びこれを受け入れる凹部３１により、該支持片の先端部を回動中心Ｒ３０として回動する。これら支持片１４先端部及び凹部３１の係合状態を保持するために、Ｓ字状ばね４１の一端部が凹部３２を押しつけている。この凹部３２は、第１移動部材における凹部３１の直ぐ後方の凹部３２であって、水平方向に一定幅を有したリブで形成され、該リブの幅方向中央部に薄板部が鉛直に延びている。該凹部３２に係合するＳ字状ばね４１の端部は中央にスリットを有した二股になっており、そのスリットに前記薄板部を挿入させて係合している。ばね４１の中間部は鍵盤フレーム１０上部の前後方向ほぼ中央孔４１１を押圧して接しており、ばね４１の他端部は、鍵後方下部のばね受け部を押圧するように構成されている。これにより、Ｓ字状ばね４１は、凹部３２の位置で、第１移動部材３０を支持片１４先端部に押しつけている。
【００３５】
第１移動部材３０は、前端部が鍵２０の垂下片２１の下端に接しており、鍵２０の押鍵により該鍵と連動して回動する。押鍵による鍵２０及び第１移動部材３０の下降位置を図１の図中の左寄り部分に一点鎖線で示す。
【００３６】
第１移動部材３０前端下方付近には、スイッチ基板４２が鍵盤フレーム１０により支持され、該基板上には導電性ゴムからなる水平断面めがね型をした１対の導通用部材４３が固定されている。第１移動部材３０の前部下面には、これら導通用部材４２に対応する位置で下方に延びる一対の脚部を備えたアクチュエータ３３が設けられている。これら１対のアクチュエータ３３，スイッチ基板４２及び１対の導通用部材４３は、接点距離の相違による押鍵時の導通開始時間差を利用して押鍵速度を感知する押鍵スイッチを構成している。
【００３７】
第１移動部材３０は、鍵盤フレーム１０後部まで延び、休止位置（非押鍵状態）において、鍵盤フレーム１０の棚板１１の底壁１０Ｂ上に固定されたフェルト製ストッパ部材１５により、後端部付近を支持されている。第１移動部材３０の後端部は、上面を丸くされて、第２移動部材（後述）の回動のバックチェックをする支承部３５となっている。さらに、第１移動部材３０における支承部３５の手前の位置には、第１移動部材上面から上方へ突出した押上げ部３６が形成されている。押上げ部３６の後部は、後方へ向かって円弧状に且つ先端側へ細くなるように延びる爪３７となっている。爪３７の先端は、支承部３５近くに達している。鍵２０が押鍵されたとき、第１移動部材３０は、図１に実線で示す休止位置から一点鎖線で示す押鍵位置に移動する。鍵盤フレーム１０における鍵２０対応部の直ぐ後方には、フェルト製ストッパ部材１６が保持部１０Ｃにより保持されており、押鍵位置に至った第１移動部材３０をストップさせる役割を果たす。
【００３８】
鍵盤フレーム１０の後部には、高質量移動部材を構成する第２移動部材５０が装着されている。第２移動部材５０は、休止位置において、基端部５１を鍵盤フレーム１０の支持部１０Ｄに支持された軸１７により、その軸を回動中心Ｒ５０として質量中心Ｍ５０が押鍵時に上下方向に移動するように、回動可能に支持取り付けられている。第２移動部材５０は、全体が休止位置においてほぼ逆Ｗ字状をなしており、その中央の突部（中央突部）５２は下端を第１移動部材３０の押上げ部の上面に接している。前記逆Ｗ字状における回動中心Ｒ５０とは反対側の端部（先端部）５３は、鍵２０の後端部側へ大きく湾曲している。鍵２０には、この先端部５３を受け入れるための凹部２２が形成され、押鍵時に第２移動部材５０が移動する距離を大きくするようにされている。鍵盤フレーム１０における鍵２０の直ぐ後ろの位置においてフェルト製ストッパ部材１８が保持部１０Ｅにより保持され、第２移動部材５０は、休止位置においてストッパ部材１８により、前方へ倒れた位置に保持されている。押鍵時に第２移動部材５０は、図の実線で示す位置から一点鎖線で示す位置に移動する。鍵盤フレーム１０の後端部近くには、底壁１０Ｂから立ち上がった支持板１９にフェルト製ストッパ部材の当接片１９ａが支持されており、押鍵時に移動した第２移動部材５０をストップさせる役割をなす。
【００３９】
次に、鍵２０、第１移動部材３０、第２移動部材５０の質量中心の位置について説明する。この例では、前記第１発明における回転半径該当部分の代わりに、回転軸から部材の質量中心までの距離を用いて近似している。鍵２０は、白鍵、黒鍵共、ほぼ全体がプラスチック製であり、その質量中心は
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に示すように、鍵前後方向のほぼ中央とされている。第１移動部材３０は、全体がプラスチック製であり、後端寄りの部分は耐久性及び強度を付与するためやや厚くされ、他の部分は薄くしてリブ補強されている。その結果、第１移動部材分の質量中心Ｍ３０は、全長の中央からやや後方に位置している。第２移動部材５０は、先ず全体をプラスチックで製造し、先端部５３に錘として鉛等を埋め込み固着してある。したがって、第２移動部材５０は、質量が大きくその質量中心Ｍ５０は、先端部５３の方へ偏って位置している。これは、移動距離の大きな第２移動部材の先端部５３に大きな質量を持たせ、第２移動部材が回動位置から自重で復帰するように回動位置における質量中心Ｍ５０の位置を第２移動部材の回動中心Ｒ５０よりも前方にするためである。図示の例では前述の凹部２２を設けているが、第１移動部材を後方へ長くして第２移動部材の設置位置を後方へずらせるか、或いは鍵盤フレーム１０の当接部１９を前寄りに設けて先端部５３が大きく湾曲していなくても回動時に質量中心Ｍ５０が第２移動部材の回動中心Ｒ５０より前方に位置するようにすることにより、鍵２０の凹部２２を省略することができる。
【００４０】
次に、この実施形態に係る鍵盤装置の作動について説明する。図１は、押鍵前の休止状態を示している。この状態から押鍵をすると、鍵２０が回動中心Ｒ２０を中心として下方へ回動し、垂下片２１が第１移動部材３０を押し下げる。これにより、第１移動部材３０は、回動中心Ｒ３０を中心に回動し、アクチュエータ３３は、１対の導電用部材４２に向かって下降して行く。この鍵２０の下降と並行して、第１移動部材３０及び第２移動部材５０に以下の動作が生じる。
【００４１】
第１移動部材３０の後部は、回動中心Ｒ３０を中心に上方へ回動し、押上げ部３６が第２移動部材５０の中央突部５２を押上げる。これにより、第２移動部材５０は、回動中心Ｒ５０を中心に後方へ回動する。この回動と共に、第１移動部材５０の押上げ部３６は、第２移動部材５０の中央突部５２との接点を後方へ移動させ、最後は爪３７の先端に至り、その後は第２移動部材５０の慣性で爪３７から離れて当接片１９ａに当接する。但し、押鍵態様によっては、第２移動部材５０は、爪３７から離れず当接片１９ａに当接することもある。この当接時又はこれに近い状態の時（当接時より少し手前に位置する時）に、鍵２０のアクチュエータ３３は、一対の導電用部材４３と接し、押鍵スイッチをオンにし、発音機構を動作させて発音がなされる。
【００４２】
当接片１９ａに当接した第２移動部材５０は、当接時の反発で前方へ戻され、中央突部５２が第１移動部材３０の支承部３５に接し、当接片１９ａから少し離れた位置で保持される。すなわち、支承部３５により、第２移動部材５０が反発後のバックチェック（押鍵状態で当接片［自然楽器では発音体である弦又は金属片］への当接直後に第２移動部材の戻りを止めること）をされる。第２移動部材５０の質量中心Ｍ５０は、第２移動部材が当接片１９ａに当接した位置にあるときに、回動中心Ｒ５０よりも前方に位置している。また、鍵２０の質量中心Ｍ２０は回動中心Ｒ２０よりも前方に位置し、第１移動部材３０の質量中心Ｍ３０は回動中心Ｒ３０よりも後方に位置している。したがって、押鍵を解除すると、鍵２０、第１移動部材３０、第２移動部材５０は、各々質量中心のある側が重力により下降して休止位置に戻る。
【００４３】
この実施形態に係る鍵盤装置は、前述の通り、押鍵操作時に鍵と連動する第２移動部材５０は、鍵２０及び第１移動部材３０よりも質量中心の移動距離が長く且つ質量が大きくされている。したがって、大きな慣性力（押鍵時の抵抗力）が効率的に得られることになり、比較的小さな質量の付与により大きな慣性抵抗を得ることができる。
【００４４】
なお、前述の第２移動部材５０のバックチェックを確実にするために、本実施形態においては、以下の構造を採用している。すなわち、図２にバックチェック時の状態を示すように、第２移動部材５０の中央突部５２の下面は、弧状の凹面５４となっており、その凹形状は第２移動部材５０の回動中心Ｒ５０からの距離が中央突部の先端側から基端側へ僅かに小さくなるように決められている。図２では、一点鎖線で示す円弧５５が回動中心Ｒ５０から等距離の線であり、この円弧５５と中央突部５２下面５４との間の寸法増加部分が戻り回動方向に先端を向けた一種の楔を構成する。したがって、押鍵により上昇位置に保持されている第１移動部材３０の支承部３５に対し、当接部１９ａで反発して戻ってきた第２移動部材５０が接するときに、中央突部５２下面５４と支承部３５上面とは楔効果により接触過程で漸増的に強い圧力を生じることになる。これにより、第２移動部材５０は、戻り止めが不十分になったり、支承部３５との当接後に再び後方へ押し戻されたりすること（リバウンド）がない。
【００４５】
これに関し、バックチェック時の前記楔効果を適切に得るためには、図４に示すように、中央突部５２下面が支承部３５上面に接しようとする点５４０の進行方向５４０ｓ（回動中心Ｒ５０回りの回動の接線方向）とその点における中央突部下面５４の接平面５４０ｔとのなす角αは、小さい方がよく、好ましくは４５度以下とされる。
【００４６】
一方、バックチェック後に中央突部５２から支承部３５が離れるには、前記楔効果に影響されない動作をするのが好ましい。押鍵を解除することにより第１移動部材３０は戻り回動し、支承部３５は下降する。図５に示すように、支承部３５が中央突部下面５４と接している点５４１からの支承部３５の移動方向５４１ｓは、中央突部下面５４から垂直に近い方向であるのが望ましい。好ましくは、支承部３５の移動方向５４１ｓは、点５４１における中央突部下面の５４接平面５４１ｔに対して、通常は４５度以上の角度の方向とされる。
【００４７】
さらに、この実施形態においては、第１移動部材３０の押上げ部３６は後部に、先へ細くなった爪３７を備えている。これにより、強い打鍵後のバックチェックの際、勢いよく戻ってきた第２移動部材５０は、図３に示すように、中央突部５２を押上げ部３６に当接させててからも、ある程度摺動し基端部寄りの位置で停止する。このとき、中央突部５２の先端部は、第１移動部材３０の押上げ部３６に接する位置に至る。押上げ部３６の後部は、前述の通り先の方へ細くなった爪３７となっているので、中央突部３６先端部は爪３７を押して変形させながら停止位置に至る。このように、強い打鍵後のバックチェックは、中央突部下面の凹面及び押上げ部３６の爪３７により、確実に行なわれるのである。このように、押鍵の際に第２移動部材５０を駆動する押上げ部３６と、バックチェックの作用をなす支承部３５との接近した配置は、鍵盤装置全体のコンパクト化に寄与している。
【００４８】
確実なバックチェックにより得られるさらなる効果について、以下に説明する。演奏時の通常の押鍵は、手指を鍵２０に接触させて鍵を最下位置まで押し下げ、その後、押鍵を解除して鍵を元の位置に戻すというようにして行なわれる。この場合は、鍵盤装置の第１移動部材３０及び第２移動部材５０も元の位置に戻り、押上げ部３６が中央突部５２に接して、次の押鍵の待機状態となる。しかし、１つの鍵に対して非常に速い連打を行なう場合があり、このときは、鍵２０を最下位置から僅かに戻した位置で次の押鍵動作に入る。この２回目以後の押鍵動作の際、鍵盤装置においては、第１移動部材３０も第２移動部材５０も元の位置に戻っていない。しかし、第２移動部材５０は、第１移動部材３０によりバックチェックの状態で保持されているので、第１移動部材の支承部３５が第２移動部材の中央突部５２を押上げて第２移動部材５０を回動させることができる。こうして、速い連打においても、第２移動部材の回動を伴った押鍵が確実に行なわれるので、タッチ感が失われない。また、自然楽器の場合には、第２移動部材による連続した発音体の打撃が得られる。
【００４９】
なお、第２移動部材の戻りを迅速にし、或いは連打性をより向上させるために、第２移動部材５０の回動軸１７の回りに捩りコイルばねを設けてもよい。
【００５０】
以上は、電子ピアノ用鍵盤装置を中心にした説明であるが、本発明鍵盤装置は、自然楽器のピアノ又はチェレスタ等に適用することもできる。これらの自然楽器においては、発音体が弦又は金属片である。これらの発音体は、図１における当接片１９の位置に置かれる。図６は、発音体として金属片１９’を用いたチェレスタの例を示している。この場合、第２移動部材５０には、発音体を打撃するためのフェルト製等の打撃用突片５６が固着される。これら自然楽器の場合は、図１の実施形態におけるアクチュエータ３３，スイッチ基板４２，導通用部材４３は省略される。
【００５１】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図７は、電子ピアノの鍵盤装置の例を示している。この実施形態においては、図１に示した実施形態と同様の部材には同じ番号を付してその説明を省略する。また、図１に示した実施形態の部材に対応し、機能が近似する部材には添え字ａを付す。
【００５２】
図７に示す鍵盤装置が、図１に示した鍵盤装置と異なる主要点は、第２移動部材５０ａが、鍵２０の面より下方に納まっている点である。これにより、図１のものより鍵盤装置がコンパクトとなっている。
【００５３】
図７の鍵盤装置においても、図１の鍵盤装置と同様に、鍵２０が後端部を支持部１３に支持され、回動中心Ｒ２０ａを中心に上下方向に回動可能とされている。鍵２０の下側に第１移動部材３０ａが配置されている。この第１移動部材３０ａは、全体として前後方向にほぼ水平に延びており、鍵盤フレーム１０の支持片１４及びこれを受け入れる凹部により、回動中心Ｒ３０ａを中心として回動する。 第１移動部材３０は、前端部上面が鍵２０の垂下片２１に接し、後方へは鍵盤フレーム１０後部まで延び、休止位置において、後端部のフェルト製接触片３８を第２移動部材５０ａの上面に接することにより、位置を保持されている。第１移動部材３０ａの後部には上下方向に貫通する空所３９が形成されている。空所の後方には第２移動部材を押上げるための爪３７ａ及び接触部３５ａが設けられている。
【００５４】
第２移動部材５０ａは、第１移動部材３０ａの空所３９の下方に位置する軸１７ａを中心に上下方向に回動可能であり、軸支部から斜め上後方へ延びる小アーム５２ａと、軸支部から後方へほぼ水平に延びる大アーム５３ａとを備えて、全体はほぼＬ字状をなしている。小アーム５２ａの先端部は、第１移動部材３０ａの爪３７ａ及び接触部３５ａに各々接するように後方及び鍵幅方向に拡張した係止部５２０を備えている。支持部１３の後部には、第２移動部材５０ａが回動した際に当接する当接片１９ａが設けられている。
【００５５】
図７の鍵盤装置は、次のように作動する。図７は、押鍵前の休止状態を示している。この状態から押鍵をすると、図８に示すように、鍵２０が回動中心Ｒ２０ａを中心として回動し、垂下片２１が第１移動部材３０ａを押し下げる。これに伴って、第１移動部材３０ａの後部は、回動中心Ｒ３０ａを中心に上方へ回動し、爪３７ａが第２移動部材５０ａの係止部５２０を押上げる。これにより、第２移動部材５０ａは、回動中心Ｒ５０ａを中心に前上方へ回動する。回動が進むと、図９に示すように、第２移動部材５０ａの接触部３５ａが係止部５２０を押上げ、その後は第２移動部材５０ａの慣性で接触部３５ａから離れて当接片１９ａに当接する。この当接時又はこれに近い状態の時に、鍵２０のアクチュエータ３３は、一対の導電用部材４３と接し、押鍵スイッチをオンにし、発音機構を動作させて発音がなされる。
【００５６】
当接片１９ａに当接した第２移動部材５０ａは、当接時の反発で後下方へ戻され、係止部５２０が第１移動部材３０ａの接触部３５ａに接し、当接片１９ａから少し離れた位置で保持され、図１０に示すようなバックチェック状態となる。図１０に示す状態は、押鍵が強く、係止部５２０が接触部３５ａ上を僅かに滑って爪３７ａに受け止められた場合であるが、押鍵が或る程度弱い場合は、係止部５２０は爪３７ａに至る前に接触部３５ａで保持される。
【００５７】
この状態で、第２移動部材５０ａの質量中心Ｍ５０ａは、回動中心Ｒ５０ａよりも後方に位置している。また、鍵２０の質量中心Ｍ２０ａは回動中心Ｒ２０ａよりも前方に位置し、第１移動部材３０ａの質量中心Ｍ３０ａは回動中心Ｒ３０ａよりも後方に位置している。したがって、押鍵を解除すると、鍵２０、第１移動部材３０ａ、第２移動部材５０ａは、各々質量中心のある側が重力により下降して休止位置に戻る。なお、戻りをより迅速にするために、第２移動部材５０ａの回動軸の回りに捩りコイルばねを設けてもよい。
【００５８】
この実施形態に係る鍵盤装置も、前述の通り、押鍵操作時に鍵と連動する第２移動部材５０ａは、鍵２０及び第１移動部材３０ａよりも質量中心の移動距離が長く且つ質量が大きくされている。したがって、大きな慣性力（押鍵時の抵抗力）が効率的に得られることになり、比較的小さな質量の付与により大きな慣性抵抗を得ることができる。
【００５９】
次に、図１３に示す本発明のさらに他の実施形態について説明する。図１及び図７に示した実施形態は、移動部材中の高質量の部分（錘）が、移動部材と共に回動する回転系のものであったが、図１３の鍵盤装置は、高質量部分（錘）が直線運動をする直進系のものである。図１３は、鍵、鍵盤フレーム、移動部材等の錘の直線運動に関連する部材のみを示しており、他の部材は前述の例と同様であるので、省略している。この例では、鍵２０の下方で鍵盤フレーム１０に支持された移動部材が配置されている。鍵２０は、下方に開いた中空部を有し、フレーム１０により後端部を回動中心Ｒ２０ｂとして回動可能に支持されている。移動部材は、フレーム１０に固定された支持部１００に各一端を回動可能に支持された１対のレバー状の第１移動部材３０ｂと、該第１移動部材の各他端に軸部５１ｂを介して回動可能に連結されたもう１対のレバー状の第２移動部材５０ｂと、第２移動部材の先端に回動可能に装着された１対のローラ状の第３移動部材６０と、第１移動部材及び第２移動部材を互いに接近するように引っ張るコイルばね７０とを備え、全体として逆Ｗ字形をなしている。質量は移動部材の内、第３移動部材が最も大きくされている。非押鍵状態では、第３移動部材６０はフレーム１０の上面に接しており、軸部５１ｂは鍵２０の天面に接してコイルばね７０の作用により鍵２０を上方に押上げており、鍵２０は図外ストッパに当接して位置を保持している。
【００６０】
図示はしないが、第１移動部材３０ｂ及び第２移動部材５０ｂの質量中心は各レバー状部材の長手方向中心部にあり、第３移動部材の質量中心はローラ状部材の中心部にある。
【００６１】
この鍵盤装置は、押鍵により第１移動部材３０ｂ及び第２移動部材５０ｂが相互間の角度を広げるように回動し、これに伴って第３移動部材６０はフレーム１０の上面に沿って直進する。この運動により、第２移動部材５０ｂは第１移動部材３０ｂのほぼ２倍の角速度で回動し、第３移動部材６０は第２移動部材５０ｂの先端に配置されているので、移動部材中、最も移動距離が長い。したがって、この実施形態に係る鍵盤装置においても、大きな慣性力（押鍵時の抵抗力）が効率的に得られることになり、比較的小さな質量の付与により大きな慣性抵抗を得ることができる。
【００６２】
また図７、図１３の鍵盤装置についも、図１のものと同様、電子ピアノ以外に、自然楽器のピアノ又はチェレスタ等に適用することもできる。
【００６３】
以上の両実施形態において、中間移動部材を１つの移動部材で構成したが、これを連動する２以上の移動部材で構成することも可能である。
【００６４】
次に、本発明中、上記第２発明の実施形態について説明する。第２発明は、以上に示したような鍵盤装置を製造するにあたって、鍵及び鍵と連動する移動部材の間に成り立つべき動作の拡大率ｋ及び移動部材の好適な質量ｍを容易に求めるための方法であり、前述の式４、すなわち、
ｋ^２ｍ＝（ＦＴ^２）／（２Ｄ）
に基づいて質量体の質量ｍ及び拡大機構の動作速度の拡大率ｋを決定するというものである。１例として、図１に示した鍵盤装置を対象にして説明する。
【００６５】
鍵２０への押鍵力Ｆを２００ｇとし、鍵の押鍵位置での最大移動距離Ｄを１ｃｍ、該距離Ｄの押鍵に要する時間Ｔを０．１５秒に設定する。力の単位をＮ（ニュートン）として単位換算をした値を前述の式４に当てはめると、

となる。
【００６６】
ここで、第１移動部材３０及び第２移動部材５０による拡大機構の拡大率を８倍と設定すると、上記式４’から
ｍ＝２．２１／８^２＝０．０３４（ｋｇ）
したがって、第２移動部材５０の錘の質量は、約３４ｇが適切であることが分かる。
【００６７】
また、第１移動部材３０及び第２移動部材５０による拡大機構の拡大率を１０倍と設定すると、上記式４’から
ｍ＝２．２１／１０^２＝０．０２２（ｋｇ）
したがって、第２移動部材５０の錘の質量は、約２２ｇが適切であることが分かる。
【００６８】
実際には、上式では無視した質量、すなわち、上記錘以外の部分である鍵２０、第１移動部材３０、第２移動部材の錘以外の質量が関係してくるので、上記錘の質量の最終的な決定にはこれらの影響が考慮される。
【００６９】
また、式４に従う仕様決定において、拡大機構による拡大率ｋを大きくとる、すなわち質量体の移動距離を大きくすることにより、質量体の質量ｍをｋ^２に反比例して小さくできる結果、ｍはかなり小さくできる。したがって、拡大率によっては必ずしも他の移動部材や鍵より質量体の質量が大きくなくても、効率的な慣性力（押鍵時の抵抗力）の付与を行なうことができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明（第１発明）においては、押鍵操作時に鍵と連動する中間移動部材及び高質量移動部材について、高質量移動部材は、鍵及び中間移動部材よりも、各回転軸についての慣性モーメントの回転半径該当部分の移動距離、又は質量中心の移動距離が長く、且つ質量が大きくされている。したがって、大きな慣性力（押鍵時の抵抗力）が効率的に得られ、比較的小さな質量の付与により大きな慣性抵抗を得ることができる。これにより、簡単な構造で押鍵時の良好なタッチ感を得ることができる。また、効率的な質量付与は、は全ての鍵について適用されるので、鍵盤装置全体の重量を大きく軽減することができる。
【００７１】
本発明（第２発明）によれば、押鍵力Ｆ、鍵の押鍵位置での最大移動距離Ｄ、該距離Ｄの押鍵に要する時間Ｔを各々一定値に設定し、上記式４に従って決定すれば、上記式３を成り立たせるｋ及びｍを容易に求めることができ、大きな慣性力（押鍵時の抵抗力）が効率的に得られる鍵盤装置を容易に製造することができる。
【００７２】
本発明（第３発明）によれば、高質量移動部材は、押鍵時に質量中心が、該高質量移動部材の回動中心に対し水平に近い休止位置から鉛直に近い回動位置に上方へ移動する。特に、高質量移動部材は、該回動位置において、前記回動中心より後方で当接部に当接し且つ前記回動中心より前方に前記質量中心が位置するように配置されている。したがって、鍵及びこれに連動する部材の質量に起因する慣性抵抗に加えて、押鍵動作の初期には高質量移動部材の重力も抵抗力となり押鍵時の抵抗感に寄与する。一方、押鍵動作が進むと、高質量移動部材は、質量中心が回動中心に対し鉛直に近い回動位置にまで達し、前記回動中心より後方で前記当接部に当接し且つ前記回動中心より前方に前記質量中心が位置することとなる。このように、鉛直に近い回動位置へと移動するにつれて、高質量移動部材の重量による抵抗力は減少する。すわなち、押鍵初期は重く、押鍵が進むと軽くなるタッチ感が得られ、弱音演奏の際の繊細なタッチを演奏に反映させることができる。さらに、本発明（第３発明）においては、高質量移動部材の回動位置において質量中心は、該高質量移動部材の回動中心より前方に位置するように設けられているので、戻し用のばね等を設けなくても自重により復帰動作が可能である。特に、水平に近い休止位置から鉛直に近い回動位置に上方へ回動する移動部材が高質量であるので、その大きな質量を利用して、休止位置への迅速な復帰作用を簡単な構造で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態に係る鍵盤装置の縦断側面図である。
【図２】図１の鍵盤装置の作動を示す説明図である。
【図３】図１の鍵盤装置の作動を示す説明図である。
【図４】図１の鍵盤装置の作動を示す説明図である。
【図５】図１の鍵盤装置の作動を示す説明図である。
【図６】図１の鍵盤装置の自然楽器への適用例を部分的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る鍵盤装置の一部の斜視図である。
【図８】図７の鍵盤装置の作動を説明するための縦断側面図である。
【図９】図７の鍵盤装置の作動を説明するための縦断側面図である。
【図１０】図７の鍵盤装置の作動を説明するための縦断側面図である。
【図１１】本発明の作動原理の説明図である。
【図１２】本発明の作動原理の他の説明図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る鍵盤装置の一部の縦断側面図である。
【符号の説明】
１０…鍵盤フレーム（支持部材）、２０…鍵、３０，３０ａ，３０ｂ…第１移動部材（中間移動部材）、３３…アクチュエータ、４２…スイッチ基板、４３…導電用部材、５０，５０ａ、５０ｂ…第２移動部材（高質量移動部材）、６０…第３移動部材、Ｍ２０，Ｍ２０ａ…鍵の質量中心、Ｍ３０，Ｍ３０ａ…第１移動部材（中間移動部材）の質量中心、Ｍ５０，Ｍ５０ａ…第２移動部材（高質量移動部材）の質量中心、Ｒ２０，Ｒ２０ａ，２０ｂ…鍵の回動中心、Ｒ３０，Ｒ３０ａ…第１移動部材（中間移動部材）の回動中心、Ｒ５０，Ｒ５０ａ…第２移動部材（高質量移動部材）の回動中心

Claims (6)

1. 支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動して回動する中間移動部材と、該中間移動部材と連動して回動する高質量移動部材と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを備えた楽器用鍵盤装置において、
   非押鍵状態における前記中間移動部材及び高質量移動部材は、重力により各質量中心が各々の回動軸回りに下降した位置をとり、
   前記高質量移動部材は、その回動軸についての慣性モーメントの回転半径該当部分の移動距離が前記鍵及び中間移動部材の各回動軸についての各々の回転半径該当部分の移動距離よりも長く且つ質量が大きいことを特徴とする鍵盤装置。
2. 支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動して所定範囲を往復動する中間移動部材と、該中間移動部材と連動して所定範囲を往復動する高質量移動部材と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを備えた楽器用鍵盤装置において、
   前記高質量移動部材の移動が案内部に案内された直線運動により行なわれ、前記高質量移動部材は、その質量中心の移動距離が前記鍵及び中間移動部材の質量中心の移動距離よりも長く且つ質量が大きいことを特徴とする鍵盤装置。
3. 支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動する動作速度拡大機構と、該拡大機構の出力部に連動して往復動する質量体と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを有した楽器用鍵盤装置の製造方法であって、
   押鍵力Ｆ、鍵の押鍵位置での最大移動距離Ｄ、該距離Ｄの押鍵に要する時間Ｔを各々一定値に設定し、前記質量体の質量ｍ及び前記拡大機構の動作速度の拡大率ｋを
   ｋ²ｍ＝（ＦＴ²）／（２Ｄ）
   の関係式に基づいて決定することを特徴とする楽器用鍵盤装置の製造方法。
4. 支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動して所定範囲を往復動する中間移動部材と、該中間移動部材と連動して回動する高質量移動部材と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを備えた楽器用鍵盤装置において、
   押鍵時に回動する前記高質量移動部材に当接して該回動方向への移動をストップさせる当接部が配置され、前記高質量移動部材は、押鍵時に質量中心が該高質量移動部材の回動中心に対し水平に近い休止位置から鉛直に近い回動位置に上方へ移動し、該回動位置において、前記回動中心より後方で前記当接部に当接し且つ前記回動中心より前方に前記質量中心が位置するように配置されていることを特徴とする楽器用鍵盤装置。
5. 支持部材により往復動自在に設けられた鍵と、押鍵操作時に該鍵と連動して所定範囲を往復動する中間移動部材と、該中間移動部材と連動して回動する高質量移動部材と、前記鍵の押鍵操作によって発音が制御される発音被制御手段とを備えた楽器用鍵盤装置において、
   押鍵時に回動する前記高質量移動部材に当接して該回動方向への移動をストップさせる当接部が配置されており、前記高質量移動部材が該当接部に接触し反発した後の戻り回動の際に前記中間移動部材と接する前記高質量移動部材の接触面が、該戻り回動に沿う方向に延び、該接触面は、前記高質量移動部材の回動中心からの距離が該戻り回動に伴って変化する中間移動部材との接触位置の方へ僅かに小さくされていることを特徴とする鍵盤装置。
6. 前記中間移動部材は、戻り回動をする前記高質量移動部材が前記接触面に接してさらに戻り回動をしたときに接触する位置に、変形しつつ前記高質量移動部材を停止させる爪を 備えていることを特徴とする請求項５に記載の鍵盤装置。

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