JP4858137B2 - 鍵駆動装置及び鍵盤装置 - Google Patents

Description

本発明は、鍵駆動装置及びこの鍵駆動装置を用いた鍵盤装置に関する。

従来の電子キーボードやアコースティックピアノ等の鍵盤楽器には、各鍵を個々に駆動する鍵駆動装置を設け、楽曲を構成する一連の楽音に対応する演奏情報に応じて鍵駆動装置により各鍵を駆動するものがある。一方、鍵盤楽器の鍵には、演奏時の鍵の感触を重視することを考慮して、例えば特許文献１のように、ハンマー等の錘部材を設けて押鍵の反力を付与する反力機構が取り付けられている。

この場合、鍵駆動装置には、錘部材に基づく反力に抗する大きな駆動力と反復スピードが要求されるため、例えば、電磁石を内蔵したヨークとヨーク内に移動自在に挿通されると共に錘部材の下側に当接したプランジャとを有するソレノイドが使用されている。
この構成では、鍵が押し下げられていない初期状態においてプランジャが錘部材に当接しているため、この状態から手動で押鍵すると、錘部材が持ち上げられてプランジャから離間することになる。
特開２００１−１８４０５４号公報

しかしながら、上記構成において鍵駆動装置により鍵を駆動する場合には、電磁石において発生する磁力により、手動での押鍵で反力を付与する錘部材に加えてプランジャも持ち上げる必要があるため、鍵の駆動に要する消費電力が余分に大きくなるという問題がある。

本発明は、上記事情を鑑み、省電力で鍵を駆動することができる鍵駆動装置、及びこれを備える鍵盤楽器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明の鍵駆動装置は、フレームに対して揺動可能に支持された鍵を駆動する鍵駆動装置であって、前記鍵に連結されて前記鍵の揺動に連動するように揺動可能に支持され、かつ、自重により前記鍵をその揺動方向の一方に付勢する錘部材と、該錘部材の自重に抗して前記鍵及び前記錘部材を他方の揺動方向に駆動するソレノイドとを備え、前記ソレノイドが、前記錘部材に取り付けられた略棒状のプランジャと、前記フレームに取り付けられて前記プランジャを挿通させる略筒状の電磁石とから構成されていることを特徴とする。

この発明に係る鍵駆動装置によれば、手動で押鍵する場合には、錘部材及びプランジャの合計質量が押鍵の反力となるため、プランジャが錘部材の一部として機能することになる。そして、ソレノイドにより鍵を駆動する際には、手動で押鍵する場合と同様に、錘部材及びプランジャの合計質量を電磁石において発生する磁力によって持ち上げればよいため、鍵の駆動に要する消費電力を小さくすることが可能となる。
また、プランジャが錘部材と共に反力を付与する機能及び鍵を駆動する機能の両方を兼用することになるため、鍵駆動装置や鍵盤装置の軽量化を図ることもできる。

また、本発明の鍵駆動装置は、前記錘部材の揺動運動を前記プランジャと前記電磁石との相対直線運動に変換するためのヒンジ機構を備えることを特徴とする。
この場合には、電磁石の孔の内周面と孔に挿通されたプランジャの外周面とのクリアランスを小さくしても、電磁石内でプランジャを容易に移動させることができる。したがって、鍵の駆動に要する消費電力をさらに小さくできると共に、電磁石を構成するコイル線の長さを短くして鍵駆動装置の製造コスト削減をさらに図ることもできる。

さらに、本発明の鍵駆動装置は、前記ヒンジ機構が、前記フレームと前記電磁石との間に設けられて、前記フレームに対して前記電磁石を揺動可能に連結することを特徴とする。
この場合、プランジャが錘部材に固定されていても、錘部材が揺動した際にヒンジ機構により電磁石の向きをプランジャの揺動運動に追従させることができるため、プランジャと電磁石との相対直線運動を容易に実現することができる。また、この場合には、プランジャを錘部材と一体に形成することができるため、構成部品点数を削減して鍵駆動装置や鍵盤装置のコスト削減も図ることができる。

さらに、本発明の鍵駆動装置は、前記ヒンジ機構が、前記錘部材と前記プランジャとの間に設けられて、前記錘部材に対して前記プランジャを揺動可能に連結することを特徴とする。
この場合、電磁石がフレームに固定されていても、錘部材が揺動した際にヒンジ機構によりプランジャを錘部材に対して揺動させることで、錘部材の揺動運動をプランジャの直線運動に変換することができるため、プランジャと電磁石との相対直線運動を容易に実現することができる。

そして、その鍵盤装置は、前記鍵が複数並べて配置されると共に、これら鍵を個々に駆動可能ないずれかの鍵駆動装置を備えている。

本発明によれば、省電力で鍵を駆動することができると共に、鍵駆動装置や鍵盤装置の軽量化を図ることもできる。

以下、図１及び図２を参照しながら、本発明の一実施形態に係る鍵駆動装置について説明する。
図１に示すように、鍵駆動装置１によって駆動される鍵３は、電子ピアノ等の鍵盤装置の筐体を構成するフレーム（不図示）に複数並べて配置されるものであり、その長手方向の後端３ｂ側を支点軸Ｆ１としてフレームに対して上下に揺動できるように支持されている。
鍵駆動装置１は、各鍵３に対応して一つずつ設けられるものであり、鍵３の下方側に配置されると共にフレームに対して揺動可能に取り付けられた略棒状の揺動レバー（錘部材）５と、これら鍵３及び揺動レバー５を駆動するソレノイド７とを備えている。

揺動レバー５は、その長手方向が鍵３の前後方向となるように配置されており、その中途部を支点軸Ｆ２として揺動できるようにフレームに支持されている。そして、揺動レバー５は、その前端５ａが鍵３の前端３ａに連結されているため、鍵３の揺動に連動して支点軸Ｆ２を中心に揺動することになる。
ここで、揺動レバー５の重心は上記支点軸Ｆ２よりも後端５ｂ側にずれているため、揺動レバー５の自重によって鍵３が揺動方向の一方（Ａ方向）に付勢されることになる。すなわち、揺動レバー５は錘としての役割を果たしており、これによってアコースティックピアノに似た打鍵感覚を鍵３に持たせることができる。

そして、揺動レバー５のうち支点軸Ｆ２よりも後端５ｂ側の部分は、鉄等の磁性材料によって形成されており、支点軸Ｆ２側から後端５ｂまで延びる直線部９と、揺動レバー５の後端５ｂから直線部９に対して揺動レバー５の他方の揺動方向（Ｂ方向）に直角に屈曲する棒状の屈曲部１１とから構成されている。この屈曲部１１は直線部９と一体に形成されている。

ソレノイド７は、揺動レバー５の自重に抗して鍵３及び揺動レバー５をＢ方向に駆動するものであり、前述した略棒状の屈曲部１１と、屈曲部１１を挿通させる略筒状の電磁石１３とから構成されている。すなわち、このソレノイド７においては、揺動レバー５の屈曲部１１がプランジャとしての役割を果たしている。ここで、屈曲部１１の外径寸法とこれを挿通させる電磁石１３の孔の内径寸法は略等しくなっているが、実際には、屈曲部１１の外周面と電磁石１３の孔の内周面との間に小さなクリアランスが形成されるようになっている。

電磁石１３は、揺動レバー５の後端５ｂの上方側に配置されており、揺動レバー５の支点軸Ｆ２と平行な支点軸をなすピン１５によってフレームに対して揺動可能に連結されている。これにより、電磁石１３の向きを揺動レバー５の揺動運動に伴う屈曲部１１の揺動運動に追従させることができ、結果として、揺動レバー５が揺動した際には屈曲部１１が電磁石１３に対して直線運動することになる。したがって、上述したピン１５は、揺動レバー５の揺動運動を屈曲部１１と電磁石１３との相対直線運動に変換するためのヒンジ機構の役割を果たしている。
このソレノイド７においては、電磁石１３に通電することで揺動レバー５の屈曲部１１を電磁石１３内に引き込む磁力が発生するようになっている。すなわち、揺動レバー５の後端５ｂ側を持ち上げて鍵３及び揺動レバー５をＢ方向に揺動させる力を発生できるようになっている。

なお、揺動レバー５の後端５ｂの下方側には、フレームに固定されて鍵３や揺動レバー５のＡ方向への揺動を規制する規制部材１７が配置されており、揺動レバー５は自重によってこの規制部材１７に当接することになる。そして、この当接状態においては、鍵３が静止した初期位置に配されることになる。また、揺動レバー５の後端５ｂが規制部材１７に当接した状態からＢ方向に揺動した位置にも、フレームに固定されて鍵３や揺動レバー５のＢ方向への揺動を規制する規制部材１９が配置されている。すなわち、これら２つの規制部材１７，１９によって鍵３や揺動レバー５の揺動範囲が規定されている。

以上のように構成された鍵駆動装置１において、図１に示す初期位置から図２に示すように鍵３を指で押下操作すると、鍵３及び揺動レバー５がＢ方向に揺動してその後端５ｂが持ち上げられ、その慣性による操作反力が指に伝えられることにより、アコースティックピアノのような打鍵感覚が付与されることになる。なお、この操作反力は、屈曲部１１を含む揺動レバー５の質量によってなされる。
また、この際には、電磁石１３がフレームに対して揺動して、揺動レバー５の屈曲部１１が電磁石１３内に入り込むように電磁石１３に対して直線運動することになる。

また、図１の状態から図２に示すようにソレノイド７によって鍵３をＢ方向に揺動駆動する場合には、電磁石１３に通電して屈曲部１１を上方に引き込むことで、揺動レバー５を引き上げればよい。ここで、電磁石１３において発生させる磁力は、屈曲部１１を含む揺動レバー５の質量を持ち上げる程度の大きさとなっていればよい、すなわち、手動で押鍵する力と同等の大きさとすればよい。
また、ソレノイド７によって鍵３を揺動させた際には、手動の場合と同様に、電磁石１３が屈曲部１１を引き込みながらフレームに対して揺動するため、屈曲部１１が電磁石１３に対して直線運動することになる。

なお、この鍵駆動装置１においては、押鍵の際に指に伝わる操作反力の大きさを制御することもできるようになっている。
すなわち、鍵駆動装置１においては、不図示の制御部により電磁石１３に流す電流の大きさを制御することができるようになっている。そして、電磁石１３において発生する磁力が揺動レバー５の持ち上げに要する力よりも小さくなるように、電磁石１３に流す電流の大きさを制御部において設定しておくと、鍵３はＢ方向に揺動することなく、初期位置に配されることになる。
この状態から鍵３を指で押下操作した場合には、押鍵に要する力が揺動レバー５の持ち上げに要する力から電磁石１３において発生する磁力を差し引いた大きさとなるため、指に伝わる操作反力が小さくなる。

上述したように、この実施形態に係る鍵駆動装置１及びこれを備えた鍵盤装置によれば、鍵３をソレノイド７により駆動する場合には、鍵３を指で押鍵する場合と同様に、プランジャをなす屈曲部１１を含む揺動レバー５の質量を電磁石１３において発生する磁力によって持ち上げればよいため、鍵３の駆動に要する消費電力を小さくすることができる。すなわち、省電力で鍵３を駆動することが可能となる。

また、屈曲部１１は、押鍵の反力を付与する機能及び鍵３を駆動する機能の両方を兼用するため、鍵駆動装置１や鍵盤装置の軽量化を図ることもできる。
さらに、プランジャをなす屈曲部１１は、揺動レバー５の直線部９に一体に形成されているため、鍵駆動装置１の構成部品点数を削減して鍵駆動装置１や鍵盤装置の製造コスト削減も図ることができる。

また、屈曲部１１が直線部９に一体に形成されていても、揺動レバー５が揺動した際に電磁石１３を揺動させることで、電磁石１３の向きを屈曲部１１の揺動運動に追従させることができるため、プランジャと電磁石との相対直線運動を容易に実現することができる。したがって、電磁石１３の孔の内周面と屈曲部１１の外周面とのクリアランスを小さくしても、電磁石１３内において屈曲部１１を容易に移動させることができる。
そして、上記クリアランスを小さくすることで、鍵３の駆動に要する消費電力を特に小さくできると共に、電磁石１３を構成するコイル線の長さを短くして鍵駆動装置１の製造コスト削減をさらに図ることもできる。

なお、上記実施形態において、揺動レバー５の屈曲部１１は、直線部９に対して直角に屈曲するとしたが、これに限ることはなく、例えば直線部９に対して折り返すように鋭角に屈曲するとしても構わない。この場合でも、ピン１５により電磁石１３をフレームに対して揺動可能に連結しておくことで、電磁石１３の向きを屈曲部１１の揺動運動に追従させることができる。

また、電磁石１３は、揺動レバー５の上方側に配置されるとしたが、例えば下方側に配置されるとしてもよい。この場合には、揺動レバー５の屈曲部１１を直線部９に対してＡ方向に向けて屈曲させておけばよい。そして、この構成においては、鍵３が初期位置に配した状態で屈曲部１１を電磁石１３内に引き込んでおき、ソレノイド７により鍵３をＢ方向に揺動させる際に屈曲部１１を電磁石１３から上方に押し出すようにすればよい。

さらに、ソレノイド７のプランジャは、揺動レバー５の屈曲部１１によって構成されるとしたが、少なくとも揺動レバー５に取り付けられて自重で鍵３をＡ方向に付勢する揺動レバー５の一部として機能すればよい。したがって、プランジャは、例えば磁性材料からなる別個の棒状部材により構成し、この棒状部材を揺動レバー５のうち支点軸Ｆ２よりも後端５ｂ側に固定するとしても構わない。

また、プランジャを上述した別個の棒状部材により構成する場合には、例えば図３に示すように、揺動レバー５と棒状部材２１との間にピン（ヒンジ機構）２３を設け、このピン２３によって棒状部材２１が揺動レバー５に対して揺動可能に連結されるとしても構わない。
この場合、電磁石１３がフレームに対して揺動不能に固定されたとしても、揺動レバー５が揺動した際に棒状部材２１を揺動レバー５に対して揺動させることで、揺動レバー５の揺動運動を棒状部材２１の直線運動に変換することができるため、棒状部材２１と電磁石１３との相対直線運動を容易に実現することができる。したがって、上記実施形態と同様に、電磁石１３の孔の内周面と棒状部材２１の外周面とのクリアランスを小さくしても、電磁石１３内において棒状部材２１を容易に移動させることができる。

なお、電磁石１３や棒状部材２１を揺動させるヒンジ機構としてのピン１５，２３は必ずしも設ける必要はなく、例えば電磁石１３をフレームに固定すると共に、プランジャを屈曲部１１により構成する若しくは棒状部材２１を揺動レバー５に固定するとしても構わない。この場合には、揺動レバー５の揺動に伴う屈曲部１１や棒状部材２１の向きの変更を許容するように、屈曲部１１や棒状部材２１を挿通する電磁石１３の孔を、例えば揺動レバー５の長手方向に延びる楕円状に形成しておけばよい。

この構成の場合でも、上記実施形態と同様に、鍵３を押鍵する際、及び、鍵３をソレノイド７により駆動する際の両方で、屈曲部１１や棒状部材２１が揺動レバー５の一部として機能するため、鍵３の駆動に要する消費電力を小さくすることができると共に鍵駆動装置１や鍵盤装置の軽量化を図ることができる。ただし、この構成を上記実施形態と比較すると、屈曲部１１や棒状部材２１を挿通させる電磁石１３の孔が大きくなることで大きな消費電力が必要となると共に、電磁石１３を構成するコイル線の長さを長くする必要があるため、ヒンジ機構を設けることがより好ましい。

なお、上述した鍵駆動装置１は、電子ピアノに限らず、ハンマーで弦を打つグランドピアノやアップライトピアノに搭載されるとしても構わない。この場合には、例えばソレノイド７のプランジャをハンマー（錘部材）に取り付ければよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る鍵駆動装置を示す側面図である。 図１の鍵駆動装置において鍵を初期位置から揺動させた状態を示す側面図である。 本発明の他の実施形態に係る鍵駆動装置を示す側面図である。

符号の説明

１・・・鍵駆動装置、３・・・鍵、５・・・揺動レバー（錘部材）、７・・・ソレノイド、１１・・・屈曲部（プランジャ）、１３・・・電磁石、１５・・・ピン（ヒンジ機構）、２１・・・棒状部材（プランジャ）、２３・・・ピン（ヒンジ機構）

Claims (5)

1. フレームに対して揺動可能に支持された鍵を駆動する鍵駆動装置であって、
   前記鍵に連結されて前記鍵の揺動に連動するように揺動可能に支持され、かつ、自重により前記鍵をその揺動方向の一方に付勢する錘部材と、該錘部材の自重に抗して前記鍵及び前記錘部材を他方の揺動方向に駆動するソレノイドとを備え、
   前記ソレノイドが、前記錘部材に取り付けられた略棒状のプランジャと、前記フレームに取り付けられて前記プランジャを挿通させる略筒状の電磁石とから構成されていることを特徴とする鍵駆動装置。
2. 前記錘部材の揺動運動を前記プランジャと前記電磁石との相対直線運動に変換するためのヒンジ機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の鍵駆動装置。
3. 前記ヒンジ機構が、前記フレームと前記電磁石との間に設けられて、前記フレームに対して前記電磁石を揺動可能に連結することを特徴とする請求項２に記載の鍵駆動装置。
4. 前記ヒンジ機構が、前記錘部材と前記プランジャとの間に設けられて、前記錘部材に対して前記プランジャを揺動可能に連結することを特徴とする請求項２に記載の鍵駆動装置。
5. 前記鍵が複数並べて配置されると共に、これら鍵を個々に駆動可能な請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の鍵駆動装置を備えた鍵盤装置。

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