JP3997657B2

JP3997657B2 - 鍵盤楽器の自動演奏装置

Info

Publication number: JP3997657B2
Application number: JP20616399A
Authority: JP
Inventors: 繁村松; 忠晴加藤
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP2001034261A; US6420642B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プランジャを駆動して押鍵動作を行う鍵盤楽器の自動演奏装置、およびプランジャの状態を検出するプランジャ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、自動演奏ピアノは、通常のピアノと同様、回動自在に支持された複数の鍵と、これらの鍵の回動に応答して打弦を行うピアノアクションを有するとともに、フロッピーディスクなどの記憶媒体から再生される演奏データに従って各鍵の押鍵を行う自動演奏装置を備えている。この自動演奏装置は、一般に自動ピアノの各鍵に対応した複数のソレノイドユニットを有しており、各ソレノイドユニットは、ボビンにコイル巻線を巻回してなるソレノイドと、このソレノイドに挿入されたプランジャと、磁路の一部をなすヨークとにより構成されている。これらの各ソレノイドユニットは、自動演奏ピアノの各鍵の奥側の位置に、各々のプランジャを各鍵の回動端部に対向させて配置されている。
【０００３】
このような構成において、演奏データに従い、ある鍵に対応したソレノイドに駆動電流が流されると、この結果発生する磁界により、プランジャが当該鍵の回動端部に突き当てられ、押鍵動作が行われるのである。
【０００４】
ところで、上述したような自動演奏装置においては、ソレノイドユニットのプランジャの位置や速度を検出するセンサを配置したものもある。このような自動演奏装置では、センサの検出結果に基づいてフィードバック制御を行い、より正確に押鍵動作を制御することができるようになっている。
【０００５】
図１は、従来の位置センサを有するソレノイドユニットの一例を示す。同図に示すように、このソレノイドユニットは、プランジャ１と、プランジャ１を上下方向に駆動するソレノイド２とを有しており、プランジャ１の下部にはグレースケール３が取り付けられている。グレースケール３は、透明材料からなり、黒で着色され、その黒色の濃淡が上下方向に沿って変化するようになされている。そして、固定配置されたフォトインタラプタ４により、グレースケール３の濃淡が検出される。この検出結果から、プランジャ１の位置が検出されるようになっている。
【０００６】
また、プランジャの速度を検出するセンサとしては、プランジャの下部にマグネットを取り付け、このマグネットの周囲を覆うようにコイルを固定配置したものがある。このようなセンサでは、プランジャに伴うマグネットの移動によってコイルに生じる起電力から、プランジャの速度を検出するようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１に示したグレースケール３を用いるセンサでは、プランジャ１のストローク長さ分のグレースケール３をプランジャ１の下部に取り付ける必要があり、ソレノイドユニットの上下方向の長さが大きくなってしまうとともに、組立作業も繁雑である。また、経時変化等によりグレースケール３とフォトインタラプタ４の位置関係がずれてしまった場合には、プランジャ１の位置を正確に検出することができなくなる。また、グレースケール３は、透明部材に着色する黒白の比率を変化させることにより濃淡を変化させている。従って、このグレースケール３を透過した光を受光するフォトインタラプタ４の出力にリップルが発生することがある。これらのことに起因して正確なプランジャ駆動制御が行えなくなってしまうことがある。
【０００８】
また、上述したマグネットを用いたプランジャの速度センサにおいては、プランジャが低速度で移動しているときのコイルの出力値が小さく、つまりＳ／Ｎ比が小さく正確な検出が困難となる。従って、プランジャの低速度域での制御や停止制御が困難である。また、上述した位置センサと同様にプランジャのストローク長さ分のマグネットおよびコイルを設ける必要があり、ソレノイドユニットの上下方向の長さが大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、組立の容易化および小型化が可能でありながら、プランジャの状態をより正確に検出することができるプランジャ検出装置、およびより正確な押鍵動作を制御することが可能な鍵盤楽器の自動演奏装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明はプランジャと、ボビンにコイル巻線が巻回され、前記プランジャをほぼ垂直方向に移動させるソレノイドとを有し、前記プランジャにより複数の鍵に対してそれぞれ打鍵を行う複数のソレノイドユニットを具備する自動演奏装置において、上面及び下面を有する基板と、前記プランジャの移動方向線上における前記プランジャの下方側で、且つ、前記基板の上面に取り付けられ、前記プランジャの底面に光を照射し、その反射光を受光することにより前記プランジャの位置を検出する光センサと、
演奏情報および前記光センサの検出結果に基づいて、前記ソレノイドに供給する電力を制御する制御手段とを具備し、前記ボビンは、前記プランジャの移動範囲よりも下方側に延出する部材であって、前記基板を保持する保持部材を有し、当該保持部材の下端はフック状になされており、前記ボビンの前記保持部材の下端を前記基板の下面に引っかけて前記基板を前記保持部材が保持することで前記基板によって閉じられた前記ボビンの中空内に前記光センサを収めたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．実施形態の構成
まず、図２は、本発明の一実施形態に係る鍵盤楽器の自動演奏装置の構成を示す側断面図である。同図において、符号１０はピアノの鍵を示す。鍵１０は、棚板２０の上に図示せぬバランスピンを介して回動自在に支持されている。演奏者は、この鍵１０の前端部（図示略）を押鍵して演奏する。このような鍵１０が図の紙面垂直方向に複数並設され、鍵盤が構成されている。
【００１５】
鍵１０の後端部の上方には、鍵１０の動作に応じて弦を打撃する公知のハンマアクション機構（図示略）が各鍵に対応して設けられている。また、棚板２０における鍵１０の後端部の下方には、鍵１０の配列方向に伸びる収納孔が形成されており、この収納孔に各鍵に対応して設けられるソレノイドユニット３０を備えた自動演奏装置Ｐが収納されている。ここで、各ソレノイドユニット３０は、鍵１０の配列方向に沿って延在する固定ブラケット３００によって、鍵１０の配列方向に千鳥状に固定配置されている。
【００１６】
ソレノイドユニット３０は、ヨーク１００と、ソレノイド１０１と、プランジャ１０２と、光センサ１０３とを備えている。
【００１７】
ソレノイド１０１は、ボビン１０１ａに対してコイル巻線１０１ｂを巻回したものであり、コイル巻線１０１ｂの両端は、図示せぬ駆動回路と接続されている。これにより、コイル巻線１０１ｂに駆動電流が供給されるようになっている。
【００１８】
ヨーク１００は、上述したソレノイド１０１の主要部を覆うように配置されており、ソレノイド１０１によって形成される磁路の一部を構成する。
【００１９】
プランジャ１０２は、ボビン１０１ａの貫通穴に上下方向に移動可能に挿通される胴部１０２ａを有している。胴部１０２ａの上部には、シャフト１０２ｂが起立しており、ヨーク１００の上面から突出したシャフト１０２ｂの上端部にプランジャヘッド１０２ｃが取り付けられている。胴部１０２ａの下部には、ブラストまたはつや消し処理などの表面処理が施された底面部１０２ｄが設けられている。なお、底面部１０２ｄは、上述した表面処理を施した部材をプランジャヘッド１０２ｃの下面に取り付けるようにしてもよいし、胴部１０２ａの下面に上述した表面処理を施すようにして設けるようにしてもよい。
【００２０】
底面部１０２ｄの下方には、基板１０４の上面に取り付けられた光センサ１０３が配置されている。図３に示すように、光センサ１０３は、底面部１０２ｄ（図２参照）に向けて光を照射するＬＥＤ１０３ａと、底面部１０２ｄからの反射光を受光するフォトトランジスタ１０３ｂとを有しており、フォトトランジスタ１０３ｂの受光信号をコネクタ１０８を介して後述するコントローラに供給している。コントローラは、この受光信号に基づいてプランジャ１０２の位置および速度を検出しているが、これについては後述する。
【００２１】
ここで、図４は、ソレノイド１０１と光センサ１０３との組立部分を示す分解斜視図である。図２および図４に示すように、基板１０４には、ボビン１０１ａの下部から延出する２つの保持部材１０５ａ，１０５ｂをそれぞれ挿通させる引掛穴１０７ａ，１０７ｂが形成されている。保持部材１０５ａ，１０５ｂの先端部には、弾性材料からなるフック状の引掛部１０６ａ，１０６ｂが形成されており、この引掛部１０６ａ，１０６ｂが基板１０４の下面に引っかけられることにより、基板１０４が保持されている。ここで、保持部材１０５ａと引掛穴１０７ａとは、図５に示したような位置関係となっている。従って、この状態で保持部材１０５ａを引掛穴１０７ａに挿入した場合、保持部材１０５ａの弾性により、保持部材１０５ａの外側（図の左側）に付勢され、これにより基板１０４が保持部材に１０５ａに係止されるようになっている。なお、保持部材１０５ｂおよび引掛穴１０７ｂも同様の位置関係にある。このように光センサ１０３が取り付けられた基板１０４は、保持部材１０５ａ，１０５ｂによってボビン１０１ａに保持されているので、基板１０４および光センサ１０３を固定保持するブラケット等を個別に設ける必要がなく、構成を簡易とすることができる。また、基板１０４の引掛穴１０７ａ，１０７ｂに引掛部１０６ａ，１０６ｂを引っかけるだけで、光センサ１０３および基板１０４の保持構造を組み立てることができるので、組み立て作業が容易である。また、従来のグレースケールを用いたセンサのように、プランジャ１０２のストローク長さの部材を設ける必要がないため、装置の小型化も可能である。また、光センサ１０３を固定ブラケット３００の底面に配設することも考えられるが、この場合、ソレノイド１０１の高さ方向の取付位置によってプランジャ１０２の底面部１０２ｄと光センサ１０３との距離が変化してしまい、誤差が生じてしまうことがあるが、本実施形態では、プランジャ１０２の底面部１０２ｄと光センサ１０３との距離は固定であるため、ソレノイド１０１の高さ方向の取付位置によって検出誤差が生じることがない。
【００２２】
また、基板１０４の上面には、コネクタ１０８が設けられている。図２に示すように、このコネクタ１０８と、ソレノイドユニット３０の後方側に設けられる基板１０９とが信号線１１０によって接続されており、これにより光センサ１０３と基板１０９上の図示せぬコントローラとが接続されている。このようにコネクタ１０８を用いた接続構造とすることにより、コネクタ１０８の着脱で配線を分離することができ、メンテナンスを行う場合などにはソレノイドユニット３０の取り外し作業が容易となる。
【００２３】
次に、自動演奏装置Ｐの制御システムについて図６を用いて説明する。同図に示すように、この制御システムは、ソレノイド１０１に供給する電力を制御するコントローラ（制御手段）５０１と、コントローラ５０１からの指令に基づいてソレノイド１０１に電流を供給する駆動回路５０２とを備えている。
【００２４】
コントローラ５０１は、ＣＤ−ＲＯＭ（compact disk-read only memory）やフロッピーディスクなどの記録媒体に記録された演奏データを読み出し、読み出した演奏データに基づいて、押鍵すべき鍵に対応して設けられるソレノイド１０１を駆動させて押鍵動作を制御する。このとき、駆動する鍵に対応する光センサ１０３からの受光信号に基づいて、フィードバック制御を行い、演奏データに応じた正確な演奏が行われるようにソレノイド１０１に供給する電流値やタイミング等を制御している。
【００２５】
ところで、従来のグレースケールをフォトインタラプタで検出した場合には、上述したようにグレースケールの着色方法に起因するリップルが発生してしまうが、この光センサ１０３においてはそのような問題がなく、リップルをほとんど含まない出力値を得ることができる。フォトトランジスタ１０３ｂに得られる出力波形は、プランジャ１０２の位置検出用であるが、この波形がリップルを含む場合、この波形を微分して生成する速度検出用や加速度検出用の波形には、このリップルがノイズとして発生してしまう。しかし、本実施形態では、上述したように元の波形がリップルをほとんど含まないので、ノイズを抑制することができる。従って、プランジャ１０２の位置検出を高精度に行うだけでなく、速度検出や加速度検出も精度よく行うことができる。
【００２６】
ここで、図７は、底面部１０２ｄと光センサ１０３との距離Ｌと、光センサ１０３の受光信号の出力値との関係を示すグラフである。同図において、Ｌ₁はプランジャ１０２が最も下方に位置した時の底面部１０２ｄと光センサ１０３との距離であり、Ｌ₂はプランジャ１０２が最も上方に位置した時の底面部１０２ｄと光センサ１０３との距離を示す。同図に示すように、この光センサ１０３の受光信号からは、ほぼ線形出力を得ることができる。このため、検出された信号の既知の２点から容易に補間演算を行うことができ、直線化補正が容易である。従来の透過型光センサには、光量分布が均一でない等の理由により、本実施形態の光センサ１０３のような出力が得られず、直線化補正に複雑な補間演算を必要とするものあるが、光センサ１０３ではこのような問題がない。また、本実施形態において、初期状態（例えば、電源投入時）における光センサ１０３の出力を検出して、光センサ１０３の経年変化による特性の劣化を補償するようにすると、より正確な検出が可能となる。
【００２７】
また、上述したマグネットを使用した従来の速度検出センサでは、プランジャ１０２が低速で移動する時には、正確な速度検出が行えず、プランジャ１０２の低速領域での制御や停止制御に問題があったが、本実施形態に係る光センサ１０３では、プランジャ１０２の移動速度に関わらず、正確な速度検出が可能であるので、上述した問題が生じない。
【００２８】
Ｂ．実施形態の動作
次に、上記構成の鍵盤楽器の自動演奏装置Ｐの動作について説明する。まず、予め記録媒体に記録された演奏データが、コントローラ５０１によって順次読み出される。この演奏データに基づき、コントローラ５０１の制御により駆動回路５０２が駆動電流をソレノイド１０１のコイルに供給する。これにより、ソレノイド１０１の断面を巡回する磁場が発生する。その際、ヨーク１００が磁路として機能する。駆動電流によって発生した磁場により、プランジャ１０２に上方へ向かう力が作用し、プランジャヘッド１０２ｃは上動して鍵１の後端部を突き上げる。このとき、プランジャ１０２の動きが光センサ１０３によって検出され、コントローラ５０１はこの検出結果に基づいてフィードバック制御を行う。この際、上述したように本実施形態ではより正確なプランジャ１０２の状態検出を行えるので、プランジャ１０２の動きを演奏データに基づいた動きにより近づけることができる。つまり、演奏データに示される演奏すべき打鍵タイミング、押鍵速度などをより正確に制御することができる。このようにして押鍵動作が行われると、演奏者が押鍵動作を行った場合と全く同様にハンマアクション機構が作動して楽音が奏される。この押鍵動作が終了すると、ソレノイド１０１への駆動電流の供給が停止され、プランジャ１０２は下動して元の位置に戻る。
【００２９】
Ｃ．変形例
なお、上述した実施形態においては、基板１０４の引掛穴１０７ａ，１０７ｂに引掛部１０６ａ，１０６ｂを引っかけることにより基板１０４を保持するようにしていたが、これに限らず、保持部材１０５ａ，１０５ｂで基板１０４を挟持するようにしてもよい。このような場合にも、上述した実施形態と同様に基板１０４および光センサ１０３を固定保持するブラケット等を個別に設ける必要がなく、構成が簡易となるとともに組み立ても容易である。
【００３０】
また、上述した実施形態においては、プランジャ１０２の底面に光を照射し、その反射光からプランジャ１０２の状態を検出する光センサ１０３を備えたソレノイドユニット３０を鍵盤楽器の自動演奏装置に適用した場合について述べたが、本発明の適用範囲はこれに限るものではない。例えば、ソレノイドユニットにおいて、プランジャの移動方向線上に光センサを配置し、プランジャの光センサと対向する面に光を照射してその反射光からプランジャの状態を検出するプランジャ検出装置として、他のソレノイドユニットを有する機器に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組立の容易化および小型化が可能でありながら、プランジャの状態をより正確に検出することができる（請求項４）。また、組立の容易化および小型化が可能でありながら、より正確な押鍵動作を制御することができる（請求項１〜３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】プランジャの位置検出装置を備えたソレノイドユニットを示す側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鍵盤楽器の自動演奏装置を示す側断面図である。
【図３】前記自動演奏装置の構成要素である光センサが取り付けられた基板の回路図である。
【図４】前記自動演奏装置の構成要素であるボビンに前記基板を取り付ける方法を説明するための図である。
【図５】前記ボビンの保持部材と、前記基板に形成された引掛穴との位置関係を説明するための図である。
【図６】前記自動演奏装置の制御システムの構成を示すブロック図である。
【図７】前記光センサの受光信号の出力値と、前記自動演奏装置の構成要素であるプランジャと前記光センサとの距離との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０……鍵、２０……棚板、３０……ソレノイドユニット、１００……ヨーク、１０１……ソレノイド、１０２……プランジャ、１０２ｄ……底面部、１０３……光センサ、１０４……基板、１０５ａ，１０５ｂ……保持部材、１０６ａ，１０６ｂ……引掛部、１０７ａ，１０７ｂ……引掛穴、５０１……コントローラ（制御手段）、５０２……駆動回路、Ｐ……自動演奏装置

Claims

プランジャと、中空のボビンにコイル巻線が巻回され、前記プランジャをほぼ垂直方向に移動させるソレノイドとを有し、前記プランジャにより複数の鍵に対してそれぞれ打鍵を行う複数のソレノイドユニットが鍵の配列方向に延在するブラケットによって配置された自動演奏装置において、
上面及び下面を有する基板と、
前記プランジャの移動方向線上における前記プランジャの下方側で、且つ、前記基板の上面に取り付けられ、前記プランジャの底面に光を照射し、その反射光を受光することにより前記プランジャの位置を検出する光センサと、
演奏情報および前記光センサの検出結果に基づいて、前記ソレノイドに供給する電力を制御する制御手段と
を具備し、
前記ボビンは、前記プランジャの移動範囲よりも下方側に延出する部材であって、前記基板を保持する保持部材を有し、
当該保持部材の下端はフック状になされており、前記ボビンの前記保持部材の下端を前記基板の下面に引っかけて前記基板を前記保持部材が保持することで前記基板によって閉じられた前記ボビンの中空内に前記光センサを収めた
ことを特徴とする鍵盤楽器の自動演奏装置。