JP7494557B2 - 鍵盤装置の鍵の操作検出装置および方法、鍵盤装置 - Google Patents

Description

本発明は、鍵盤装置の鍵の操作検出装置および方法、並びに、操作検出装置を備える鍵盤装置に関する。

従来、非接触式のセンサとして、コイルを有する共振回路を鍵と基板とに設け、基板の共振回路から出力される信号から鍵の位置や速度を検出するようにした鍵盤装置が知られている（特許文献１）。特許文献１は、コイルを有する信号出力部（共振回路）を用いて、押離方向における鍵の位置や速度を検出できる。しかし、鍵は前後方向に変位できない。

一方、特許文献２、３は、前後方向に変位可能な鍵を有する鍵盤装置を開示する。特許文献２、３は、鍵の前後方向における変位を検出することができる。

国際公開特許公報「ＷＯ２０１９／１２２８６７Ａ１」 ＵＳ７７２３５９７号 実全昭４９－００４６２１号公報

しかしながら、特許文献２、３では、鍵の押離方向の変位と前後方向の変位とを異なる位置で検出している。そのため、信号出力部を、押離方向の変位検出用と前後方向の変位検出用とで別々に設ける必要がある。

本発明の一つの目的は、同じ信号出力部の出力から鍵の押離方向の位置だけでなく前後方向の変位も検出することができる鍵盤装置の鍵の操作検出装置を提供することである。

本発明の一形態によれば、複数の鍵の各々に設けられた導電部と、前記鍵の押離方向において前記鍵に対向する基板と、各々がコイルを有し、前記各鍵に対応して前記基板に設けられ、対応する鍵に設けられた前記導電部からの距離に応じた信号を出力する少なくとも一対の信号出力部と、前記一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号の和に基づいて、対応する鍵の押離方向の位置を検出し、且つ、前記それぞれ出力された信号の差に基づいて、前記対応する鍵の前後方向の変位を検出する検出部と、を有する、鍵盤装置の鍵の操作検出装置が提供される。

本発明の一形態によれば、同じ信号出力部の出力から鍵の押離方向の位置だけでなく前後方向の変位も検出することができる。

鍵盤装置の模式的側面図である。 操作検出装置の要部の模式図である。 鍵側導電部およびセンサ部の構成例を示す模式的平面図である。 上面視による第１の導電部の拡大図である。 上面視による第１の信号出力部の拡大図である。 第１の導電部の回路図である。 第１の信号出力部の回路図である。 １つの鍵とそれに対応するセンサ部の模式的正面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の構成例を示す模式的平面図である。 第２の実施の形態における鍵側導電部およびセンサ部の第１構成例を示す模式的平面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第２構成例を示す模式的平面図である。 １つの鍵とそれに対応するセンサ部の模式的正面図である。 １つの鍵とそれに対応するセンサ部の模式的正面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第１の変形例の構成例を示す模式的平面図である。 鍵側導電部およびセンサ部の第２の変形例の構成例を示す模式的平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る鍵の操作検出装置が適用される鍵盤装置の模式的側面図である。図１は、鍵盤装置１００における１つの鍵１３に着目した図である。図１において、鍵１３の長手方向における先端側が前方、押鍵面（表面）側が上方である。左右方向については、演奏者が位置する鍵１３の正面側から見た方向で呼称する。従って、鍵並び方向は左右方向と同じである。鍵１３の長手方向は前後方向でもある。鍵盤装置１００は電子鍵盤楽器への適用に適しているが、音響を発生させずに音信号を出力する装置としても適している。

フレーム１１に板バネ１９が設けられている。板バネ１９の上端に支点１２が固定されている。板バネ１９は前後方向（Ｙ方向）に撓むことができる。板バネ１９は、鍵１３が操作されない非操作状態においては、撓むことなく真っ直ぐ起立している。板バネ１９の撓みに伴い支点１２は前後方向に変位する。支点１２が前後方向に変位するのに従って、鍵１３の全体も前後方向に変位する。鍵１３の先端部は、支点１２を中心に上下方向に（Ｚ方向）回動可能である。よって、操作によって、鍵１３には、前後方向の変位と支点１２を中心とする回動とが並行して生じ得る。

鍵１３は、突出部１６および突出部１７を有する。突出部１６の先端（下端）には、後述する鍵側導電部２０が設けられている。フレーム１１上には回路基板１５が設けられている。回路基板１５は、複数の鍵１３の押離方向において各鍵１３に対向している。回路基板１５上には、鍵側導電部２０に対応して、後述するセンサ部３０が配置されている。

鍵１３とフレーム１１との間に、コイルバネ１４が圧縮状態で取り付けられている。コイルバネ１４は鍵１３を常に上方に押している。フレーム１１上には、突出部１７に対向して下限ストッパ１８が設けられている。非操作状態の鍵１３は、不図示の上限ストッパに当たることで、図１に示す初期位置（非押鍵位置）に規制されている。演奏者によって鍵１３が押鍵されると、コイルバネ１４が圧縮されると共に、突出部１７が下限ストッパ１８に当たる。突出部１７の押鍵ストロークの下限位置は下限ストッパ１８によって規制される。下限ストッパ１８は、所定の範囲で弾性変形が可能であり、突出部１７に押されて弾性変形する。下限ストッパ１８が所定の範囲だけ弾性変形した位置が、突出部１７の押鍵ストロークの最下限位置となる。最下限位置を規定するためのストッパを、下限ストッパ１８とは別に設けてもよい。突出部１７が下限ストッパ１８を押した押鍵終了状態から、演奏者が鍵１３の離操作をすると、コイルバネ１４の力によって鍵１３が初期位置に戻る。

押鍵行程においては、鍵側導電部２０がセンサ部３０に近づき、離鍵行程においては、鍵側導電部２０がセンサ部３０から離れる。ここで、突出部１７が最下限位置に至っても、鍵側導電部２０はセンサ部３０と接触しない。従って、鍵側導電部２０とセンサ部３０とは常に非接触の関係となっている。詳細は後述するが、鍵側導電部２０は、一対の導電部２１、２２から成る（図３）。センサ部３０は、対応する鍵１３の鍵側導電部２０からの距離に応じた信号を出力する複数の信号出力部として、２つの（一対の）信号出力部３１、３２を有する（図３）。

複数の鍵１３には、複数の白鍵と複数の黒鍵とがある。複数の鍵１３は、演奏者から見て左右方向（鍵並び方向）に配列される。各鍵１３とそれに対応する鍵側導電部２０やセンサ部３０の構成は共通である。鍵１３の先端部は、押下操作、離操作されることにより、ストローク方向（押離方向）であるピッチ方向に揺動する。また、演奏者が鍵１３を押下している最中、あるいは押下状態で、鍵１３に対して前後に力を加えると、板バネ１９が変形して支点１２と共に鍵１３は前後方向に変位する。

従来、押鍵終了段階でのさらなる鍵操作によりアフタタッチを検出して音の制御に利用し、音の表現を広げることが行われている。代表的には、アフタタッチとして、押鍵終了段階でストローク方向への力の増減が検出される。しかし、これだけでなく、押鍵終了段階で、演奏者が意図的に前後方向に鍵を変位させることで、アフタタッチを生じさせることができれば、表現力が向上する。詳細は後述するように、本実施の形態では、鍵側導電部２０とセンサ部３０との組み合わせにより、非接触式で、鍵１３のストローク位置だけでなく前後方向の変位も検出することができる。しかも、これらは、押鍵終了段階だけでなく押鍵途中や離鍵途中においても検出可能である。

図２は、操作検出装置１０１の要部の模式図である。操作検出装置１０１は、鍵側導電部２０とセンサ部３０のほか、加算部５１、減算部５２および制御部５０を含む。本発明における検出部は、主に加算部５１、減算部５２および制御部５０を含む。制御部５０は、図示しないが、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、タイマ等を含む。音発生部５３は、音源回路および効果回路を含む。制御部５０は、操作検出装置１０１によって検出された各鍵１３の操作の検出結果に基づいて、音発生部５３による音発生を制御する。例えば、制御部５０は、ピッチ方向の検出結果に基づいて、音の発生と消音を制御し、前後方向の変位に関する検出結果に基づいて、発生する音の効果を制御する。効果付与の詳細については後述する。

図３は、鍵側導電部２０およびセンサ部３０の構成例を示す模式的平面図である。図３において、鍵側導電部２０は、上面視（平面視）による投影図として示されている。図３の左方が支点１２のある後方である。なお、図３では、コンデンサや抵抗の図示を省略している。鍵側導電部２０は、一対の導電部（第１の導電部２１、第２の導電部２２）を含む。第１の導電部２１と第２の導電部２２とは、前後方向に並んで配置されている。第１の導電部２１は、２つの渦巻き状の部分（巻線部２３、２４）が繋がったコイルを有する回路である。第２の導電部２２も、２つの渦巻き状の部分（巻線部２５、２６）が繋がったコイルを有する回路である。

センサ部３０は、各鍵１３に対応して設けられ、一対の信号出力部（第１の信号出力部３１、第２の信号出力部３２）を含む。第１の信号出力部３１と第２の信号出力部３２とは、前後方向に並んで配置されている。第１の信号出力部３１は、２つの渦巻き状の部分（巻線部３３、３４）が繋がったコイルを有する回路である。第２の信号出力部３２も、２つの渦巻き状の部分（巻線部３５、３６）が繋がったコイルを有する回路である。第１の導電部２１と第２の導電部２２の構成は共通である。第１の信号出力部３１と第２の信号出力部３２の構成は共通である。図４～図７を用いて、代表して第１の導電部２１、第１の信号出力部３１の詳細な構成を説明する。

図４は、上面視による第１の導電部２１の拡大図である。第１の導電部２１は、全体として８の字形状のコイルＣ２１を有する。コイルＣ２１は、突出部１６の先端に平面状に配置されている。コイルＣ２１は、コンデンサ２９を介してビア２７からビア２８まで連続する。さらに、ビア２７とビア２８とは基板裏面で直結されている。巻線部２３と巻線部２４とが互いに隣接する。巻線部２３、２４のそれぞれの重心位置を重心Ｇ１、Ｇ２とする。なお、重心Ｇ１、Ｇ２は、巻線部２３、２４の略円形の外郭形状を有する図形の重心位置として定義される。あるいは、重心Ｇ１、Ｇ２は、巻線部２３、２４のそれぞれの、質量に着目した重心位置として定義されてもよい。重心Ｇ１、Ｇ２を通る直線Ｌ１は、鍵並び方向と略平行である。第２の導電部２２の巻線部２５、２６の重心Ｇ１、Ｇ２を通る直線Ｌ２（図３）も鍵並び方向と略平行である。従って、第１の導電部２１と第２の導電部２２とは、直線Ｌ１、Ｌ２が略平行となるように配置される。

図５は、上面視による第１の信号出力部３１の拡大図である。第１の信号出力部３１は、全体として８の字形状のコイルＣ３１を有する。コイルＣ３１は、回路基板１５上に平面状に配置されている。コイルＣ３１は、コンデンサ３９、４０を介してビア３７からビア３８まで連続する。さらに、ビア３７とビア３８とは基板裏面で直結されている。コンデンサ３９には抵抗４１が接続され、コンデンサ４０には抵抗４２が接続されている。抵抗４１、４２を設けることは必須でない。巻線部３３と巻線部３４とが互いに隣接する。巻線部３３、３４のそれぞれの重心位置を重心Ｇ３、Ｇ４とする。なお、重心Ｇ３、Ｇ４の定義は重心Ｇ１、Ｇ２と同様である。重心Ｇ３、Ｇ４を通る直線Ｌ３は、鍵並び方向と略平行である。第２の信号出力部３２の巻線部３５、３６の重心Ｇ１、Ｇ２を通る直線Ｌ４（図３）も鍵並び方向と略平行である。従って、第１の信号出力部３１と第２の信号出力部３２とは、直線Ｌ３、Ｌ４が略平行となるように配置される。また、図３に示すように、直線Ｌ１、Ｌ２の間隔よりも直線Ｌ３、Ｌ４の間隔の方が広くなっている。

図４に示すように、巻線部２３、２４のそれぞれの、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである。すなわち、重心Ｇ１に近いビア２８を始点と見なした場合の巻線部２３の渦巻き方向は右回り（時計回り）方向である。重心Ｇ２に近いビア２７を始点と見なした場合の巻線部２４の渦巻き方向も右回り方向である。このような関係より、コイルＣ２１に、ある方向の電流が流れた場合の磁束の方向は、巻線部２３と巻線部２４とで逆になる。これと同様に、図５に示すように、巻線部３３、３４のそれぞれの、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである。コイルＣ３１に、ある方向の電流が流れた場合の磁束の方向は、巻線部３３と巻線部３４とで逆になる。

図６は、第１の導電部２１の回路図である。図７は、第１の信号出力部３１の回路図である。第１の導電部２１は、パッシブ側の共振回路として構成される。第１の導電部２１は閉回路である。第１の信号出力部３１は、アクティブ側の共振回路として構成される。これらの共振回路は、ＷＯ２０１９／１２２８６７Ａ１に開示される構成と基本的に同様である。

第１の信号出力部３１において、入力側の端子４４は、不図示の駆動回路に接続される。出力側の端子４３から、検出信号が取り出される。図２に示すように、第２の信号出力部３２からの検出信号は、加算部５１の＋端子と減算部５２の＋端子とに入力される。第１の信号出力部３１からの検出信号は、加算部５１のもう一方の＋端子と減算部５２の－端子とに入力される。なお、第１の信号出力部３１からの検出信号と第２の信号出力部３２からの検出信号との位相ずれを是正するために、それぞれの出力は平滑回路（不図示）を介して加算部５１、減算部５２に入力されるようにしてもよい。加算部５１は、第１の信号出力部３１および第２の信号出力部３２からの検出信号の和を制御部５０へ出力する。減算部５２は、第１の信号出力部３１からの検出信号と第２の信号出力部３２からの検出信号との差を制御部５０へ出力する。これらの検出信号は連続量である。

信号出力部３１、３２の出力は、例えば、電圧値である。信号出力部３１、３２が、所定の共振周波数で駆動された状態で、第１の導電部２１が第１の信号出力部３１に近づくと、第１の導電部２１では、第１の信号出力部３１で発生した磁束を打ち消す方向に電流が流れる。その結果、第１の信号出力部３１の磁束が変化し、電圧が変化する。従って、検出信号を電圧値として取り出すことができる。第１の導電部２１が第１の信号出力部３１に近づくのに応じて第１の信号出力部３１の出力が小さくなる。同様に、第２の導電部２２が第２の信号出力部３２に近づくと、それに応じて第２の信号出力部３２の出力が小さくなる。すなわち、信号出力部３１、３２の出力（電圧）は、対応する導電部２１、２２との距離に応じて変化し、距離が短くなるほど小さくなる。なお、信号出力部３１、３２の出力として、共振信号の変化や電流値を採用してもよい。

特に、上述のように、コイルＣ２１とコイルＣ３１は共に８の字形状である。従って、第１の信号出力部３１と第１の導電部２１との関係は次のようになる。まず、第１の信号出力部３１の巻線部３３から上向きの磁束が発生し、巻線部３４から下向きの磁束が発生した状態で、第１の導電部２１が第１の信号出力部３１に近づいたとする。すると、第１の導電部２１の巻線部２３には、巻線部３３からの上向きの磁束を打ち消す方向の電流が流れる。その結果、第１の導電部２１の巻線部２４には、上向きの磁束が発生し、そのため、第１の信号出力部３１の巻線部３４の下向きの磁束が弱まる。従って、巻線部３３と巻線部３４との巻き方向が逆である構成に比し、第１の信号出力部３１の出力の変化が大きくなる。その結果、センサとしての感度が高くなる。

なお、クロストーク抑制の観点からは、第１の信号出力部３１と第２の信号出力部３２とで、共振周波数を異ならせても良い。また、ＷＯ２０１９／１２２８６７Ａ１に開示されるように、複数のセンサ部３０間で、共振周波数を異ならせても良い。特に、隣接する鍵１３に対応するセンサ部３０間で、共振周波数を異ならせても良い。また、ＷＯ２０１９／１２２８６７Ａ１や特許第４３７５３０２号公報に開示されるように、各々のセンサ部３０を駆動する際、マルチプレクサおよびデマルチプレクサを利用して、時分割処理を実行してもよい。例えば、複数のセンサ部３０を鍵域でグループ分けし、物理的に隣接するセンサ部３０同士が同時に駆動されないようにする。例えば、各グループで低域のセンサ部３０から順に、各グループで１つずつを同時に駆動してもよい。

図８は、１つの鍵１３とそれに対応するセンサ部３０の模式的正面図である。鍵１３のストローク位置（押離方向の位置）、および前後方向の変位は、次のようにして検出される。

まず、押鍵操作により、鍵側導電部２０がセンサ部３０に対して近づいた場合に、図２に示すように、信号出力部３１、３２の検出信号が加算部５１および減算部５２に入力される。制御部５０は、加算部５１から入力される信号出力部３１、３２の検出信号の和に基づいて、鍵１３のストローク位置を検出する。その際、例えば和が小さいほど、ストローク位置は深い位置として検出される。

これと並行して、制御部５０は、減算部５２から入力される信号出力部３１、３２の検出信号の差に基づいて、鍵１３の前後方向の変位の大きさを検出する。その際、差が大きいほど、前後方向の変位は大きい値として検出される。図８に示すように、鍵１３が押鍵されつつ前方への力を受けると、鍵１３は前方へ変位する。この場合、第１の導電部２１と第１の信号出力部３１との重なり面積が、第２の導電部２２と第２の信号出力部３２との重なり面積より大きくなる。従って、第１の信号出力部３１の方が第２の信号出力部３２よりも小さい検出信号を出力するから、検出信号の差が大きくなる。

上述のように、図３に示すように、直線Ｌ１、Ｌ２の間隔よりも直線Ｌ３、Ｌ４の間隔の方が広い。つまり、第１の信号出力部３１は第１の導電部２１に対して前側にシフトして配置され、第２の信号出力部３２は第２の導電部２２に対して後側（第１の信号出力部３１とは逆方向）にシフトして配置されている。例えば、図８に示すように、鍵１３が前方に力を受け、鍵１３が水平方向前側に変位した場合を考える。この場合、平面視による投影上、第１の導電部２１と第１の信号出力部３１との重なり面積が、第２の導電部２２と第２の信号出力部３２との重なり面積より大きくなる。従って、第１の導電部２１が第１の信号出力部３１に作用させる磁束の方が、第２の導電部２２が第２の信号出力部３２に作用させる磁束よりも強くなる。すると、第１の信号出力部３１の方が第２の信号出力部３２よりも小さい検出信号を出力するから、検出信号の差が大きくなる。その結果、制御部５０は、鍵１３が前方へ変位したこと、および鍵１３の前方への変位の大きさを検出することができる。鍵１３が後方へ変位した場合は、上記検出信号の差が反転する。

このようなシフト配置により、鍵１３が前後方向に変位したときの信号出力部３１、３２間の差が大きくなるので、前後方向に関する検出の感度が高くなる。制御部５０は、検出された前後方向の変位に基づいて、音の効果を制御する。

なお、シフトの方向は、例示したものと反対にしてもよい。また、シフト配置は必須でなく、直線Ｌ１、Ｌ２の間隔と直線Ｌ３、Ｌ４の間隔とを同じにし、直線Ｌ１、Ｌ２と直線Ｌ３、Ｌ４とがそれぞれ重なるようにしてもよい。その場合、クロストーク抑制の観点からは、重心Ｇ１と重心Ｇ３とが一致し、重心Ｇ２と重心Ｇ４とが一致するように、鍵側導電部２０とセンサ部３０とを配置するのが望ましい。

制御部５０は、押鍵途中や離鍵途中においても、随時、鍵１３のストローク位置を検出する。制御部５０は、鍵１３のストローク位置が第１の所定位置より深くなったときにノートオンイベントを発生させ、音発生部５３に発音を開始させる。発音開始後、制御部５０は、検出した前後方向の変位の大きさに基づいて、ビブラート等の効果を付与するアフタ制御を実施する。例えば、制御部５０は、前後方向の変位が大きいほど、付与する効果の程度を大きくしたり、周期を短くしたりする。なお、押鍵終了段階だけでなく押鍵途中や離鍵途中においても検出結果を効果付与の制御に利用してもよい。

また、制御部５０は、発音中に、鍵１３のストローク位置が第２の所定位置（第１の所定位置より浅い）より浅くなったときに、音発生部５３に消音を開始させる。なお、制御部５０は、鍵１３が第３の所定位置（第１の所定位置より浅い）から第１の所定位置に達するまでの所要時間から、押鍵速度を検出し、音量等の音制御に利用してもよい。同様に、離鍵操作時に離鍵速度を検出し、音制御に利用してもよい。なお、制御する効果パラメータに限定はない。

上述した図３に示す配置は、白鍵、黒鍵のいずれにも適用してもよいが、鍵幅が狭いと実現が困難である。図３に示す配置は、白鍵に適している。鍵幅の狭い黒鍵に適した配置について、図９で説明する。

図９は、鍵側導電部２０およびセンサ部３０の構成例を示す模式的平面図である。図９において、鍵側導電部２０は、上面視による投影図として示されている。なお、図９では、コンデンサや抵抗の図示を省略している。第１の導電部２１、第２の導電部２２、第１の信号出力部３１、第２の信号出力部３２の個々の構成は、図３で説明した構成と同様である。

図９に示すように、導電部２１、２２は、鍵長手方向（前後方向）に並んで一直線上に配置されている。信号出力部３１、３２も鍵長手方向に並んで配置される。前後方向（Ｙ方向）において、導電部２１、３１よりも導電部２２、３２の方が支点１２に近い。一方、前後方向における第１の導電部２１と第２の導電部２２との間隔Ｌ５よりも、第１の信号出力部３１と第２の信号出力部３２との間隔Ｌ６の方が大きい。すなわち、第１の信号出力部３１は第１の導電部２１に対して前側にシフトして配置され、第２の信号出力部３２は第２の導電部２２に対して後側にシフトして配置されている。なお、間隔Ｌ５、Ｌ６は、各導電部の重心同士の間隔、各信号出力部の重心同士の間隔として定義されてもよい。なお、白鍵においても、図９に示す配置を採用してもよい。

本実施の形態によれば、複数の鍵１３の各々に一対の導電部として鍵側導電部２０が設けられる。回路基板１５上には、各鍵１３に対応してセンサ部３０（一対の信号出力部３１、３２）が設けられる。センサ部３０は、対応する鍵１３の鍵側導電部２０からの距離に応じた信号を出力する。制御部５０は、センサ部３０から出力された信号を取得し、取得した信号に基づいて、対応する鍵１３の押離方向の位置と対応する鍵１３の前後方向の変位とを検出する。例えば、制御部５０は、信号出力部３１、３２からそれぞれ出力された信号の和に基づいて鍵１３のストロークを検出し、それぞれ出力された信号の差に基づいて鍵１３の前後方向の変位を検出する。よって、同じ（共通の）信号出力部３１、３２の出力から鍵１３の押離方向の位置だけでなく前後方向の変位も検出することができる。

特に、図３や図９に示したシフト配置により、鍵１３の前後方向の変位を精度よく検出することができる。

また、鍵側導電部２０、センサ部３０のそれぞれにおいて、互いに隣接する２つの渦巻き状の部分の、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じであるので、クロストークを抑制することができる。

なお、ストローク位置の検出については、信号の和を用いることは必須でなく、一対の信号出力部３１、３２のいずれか一方だけからストローク位置を検出してもよい。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、センサ部３０から出力された信号に基づいて、鍵１３の押離方向の位置と前後方向の変位とが検出された。本発明の第２の実施の形態では、これらに加えて、鍵１３のヨー方向またはロール方向の変位も検出可能にする。

まず、鍵１３は、主としてピッチ方向に変位するが、厳密にはヨー方向およびロール方向にも変位する。つまり、鍵１３は、左右方向への力を受けることで、ヨー方向にも変位し得る。さらに、鍵１３が左右方向への力を受けたり、あるいは、幅方向における端位置付近を押下されたりすることにより、鍵１３は長手方向に沿う軸を中心に回転する方向（ロール方向）に変位し得る。なお、鍵１３は、主としてピッチ方向に変位するが、特許第４３７５３０２号公報等に開示されるように、鍵１３の構造を、設計上、ロール方向やヨー方向にも変位する構造としてもよい。

図１０、図１１は、第２の実施の形態における鍵側導電部２０およびセンサ部３０の第１、第２構成例を示す模式的平面図である。図１２、図１３は、第１構成例における１つの鍵１３とそれに対応するセンサ部３０の模式的正面図である。

図１０～図１３において、導電部Ａ１、Ａ２は、図９に示す導電部２１、２２と同様に構成される。導電部Ａ３、Ａ４も、図９に示す導電部２１、２２と同様に構成される。信号出力部Ｂ１、Ｂ２は、図９に示す信号出力部３１、３２と同様に構成される。信号出力部Ｂ３、Ｂ４も、図９に示す信号出力部３１、３２と同様に構成される。図１０、図１１においては、導電部Ａ１～Ａ４は、上面視（平面視）による投影図として示されている。第１、第２構成例のいずれにおいても、前後方向（Ｙ方向）において、導電部Ａ１、信号出力部Ｂ１よりも、導電部Ａ２、信号出力部Ｂ２の方が支点１２に近い。

第１、第２構成例（図１０、図１１）では、信号出力部Ｂ１～Ｂ４に対して、導電部Ａ１～Ａ４は、前後方向および鍵並び方向の双方にシフトしている。第１構成例（図１０）では、鍵並び方向において、導電部Ａ１、Ａ３の間隔よりも信号出力部Ｂ１、Ｂ３の間隔が大きく、導電部Ａ２、Ａ４の間隔よりも信号出力部Ｂ２、Ｂ４の間隔が大きい。前後方向において、導電部Ａ１、Ａ２の間隔よりも信号出力部Ｂ１、Ｂ２の間隔が大きく、導電部Ａ３、Ａ４の間隔よりも信号出力部Ｂ３、Ｂ４の間隔が大きい。

第２構成例（図１１）では、信号出力部Ｂ１～Ｂ４は、前後方向に一直線上に並ぶ。鍵並び方向において、導電部Ａ１、Ａ３は、信号出力部Ｂ１、Ｂ３を挟んで互いに反対側にシフトし、導電部Ａ２、Ａ４は、信号出力部Ｂ２、Ｂ４を挟んで互いに反対側にシフトしている。前後方向において、導電部Ａ１、Ａ２の間隔よりも信号出力部Ｂ１、Ｂ２の間隔が大きく、導電部Ａ３、Ａ４の間隔よりも信号出力部Ｂ３、Ｂ４の間隔が大きい。

第１構成例（図１０）を例にとり、鍵１３のストローク位置、前後方向の変位、および横揺れ（ヨー方向またはロール方向の変位）の検出方法を説明する。

まず、鍵１３のストローク位置、前後方向の変位の検出については、「導電部Ａ１と信号出力部Ｂ１」および「導電部Ａ２と信号出力部Ｂ２」の組み合わせを利用する。すなわち、制御部５０は、信号出力部Ｂ１、Ｂ２の検出信号の和に基づいて、鍵１３のストローク位置を検出する。また、制御部５０は、信号出力部Ｂ１、Ｂ２の検出信号の差に基づいて、鍵１３の前後方向の変位の大きさを検出する。なお、鍵１３のストローク位置、前後方向の変位の検出については、「導電部Ａ３と信号出力部Ｂ３」および「導電部Ａ４と信号出力部Ｂ４」の組み合わせを利用してもよい。

次に、横揺れの検出については、「導電部Ａ１と信号出力部Ｂ１」および「導電部Ａ３と信号出力部Ｂ３」の組み合わせを利用する。すなわち、制御部５０は、減算部５２から入力される信号出力部Ｂ１、Ｂ３の検出信号の差に基づいて、鍵１３の横揺れの大きさを検出する。その際、差が大きいほど、横揺れは大きい値として検出される。信号出力部Ｂ１、Ｂ２が、ストローク位置、前後方向の変位を検出するための一対の信号出力部であるとすると、信号出力部Ｂ１、Ｂ３は、横揺れを検出するための他の一対の信号出力部に該当する。

図１２に示すように、鍵１３の押鍵面のうち右部が押下されると、鍵１３は右方にロールする。この場合、導電部Ａ１と信号出力部Ｂ１との距離が、導電部Ａ３と信号出力部Ｂ３との距離より短くなる。従って、信号出力部Ｂ１の方が信号出力部Ｂ３よりも小さい検出信号を出力するから、検出信号の差が大きくなる。その結果、制御部５０は、鍵１３のロール方向およびロール変位の大きさを検出することができる。

また、上述のように、導電部Ａ１、Ａ３の間隔よりも信号出力部Ｂ１、Ｂ３の間隔の方が広い。図１３に示すように、鍵１３が右方に力を受けると、鍵１３が水平方向右側に変位する。この場合、平面視による投影上、導電部Ａ１と信号出力部Ｂ１の重なり面積が、導電部Ａ３と信号出力部Ｂ３との重なり面積より大きくなる。従って、導電部Ａ１が信号出力部Ｂ１に作用させる磁束の方が、導電部Ａ３が信号出力部Ｂ３に作用させる磁束よりも強くなる。すると、信号出力部Ｂ１の方が信号出力部Ｂ２よりも小さい検出信号を出力するから、検出信号の差が大きくなる。その結果、制御部５０は、鍵１３のヨー方向の変位の大きさを検出することができる。このようなシフト配置により、鍵１３が水平方向に変位したときの信号出力部Ｂ１、Ｂ３間の差が大きくなるので、ヨー方向に関する検出の感度が高くなる。

なお、ヨー方向およびロール方向への変位（いわゆる横揺れ）は複合的に生じるものであり、演奏者も両者を意識して演奏することは困難であるから、検出においても両者を区別することに大きな意義はない。従って、制御部５０は、両者を複合的に捉えて横揺れとして検出し、効果制御に役立ててもよい。しかも、横揺れを、押鍵終了段階だけでなく押鍵途中や離鍵途中においても検出可能にしてもよい。

なお、横揺れを検出する場合において、信号出力部Ｂ１、Ｂ３間の差と、信号出力部Ｂ２、Ｂ４間の差との差分から、横揺れが、主としてロール変位に起因するのかヨー変位に起因するのかを判定してもよい。例えば、鍵並び方向には、鍵後端よりも鍵先端の方が大きく変位するので、差分が大きければ、横揺れが、主としてヨー変位に起因すると判定することができる。なお、横揺れの検出については、「導電部Ａ２と信号出力部Ｂ２」および「導電部Ａ４と信号出力部Ｂ４」の組み合わせを利用してもよい。

第２構成例（図１１）を採用した場合も、鍵１３のストローク位置、前後方向の変位、横振れを検出することができる。例えば、鍵１３のストローク位置、前後方向の変位の検出については、「導電部Ａ１と信号出力部Ｂ１」および「導電部Ａ２と信号出力部Ｂ２」の組み合わせを利用する。あるいは、「導電部Ａ３と信号出力部Ｂ３」および「導電部Ａ４と信号出力部Ｂ４」の組み合わせを利用してもよい。また、横揺れの検出については、「導電部Ａ１と信号出力部Ｂ１」および「導電部Ａ３と信号出力部Ｂ３」の組み合わせを利用する。あるいは、「導電部Ａ２と信号出力部Ｂ２」および「導電部Ａ４と信号出力部Ｂ４」の組み合わせを利用してもよい。

本実施の形態によれば、同じ（共通の）信号出力部の出力から鍵１３の押離方向の位置だけでなく前後方向の変位も検出することに関し、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。それだけでなく、同じ（共通の）信号出力部の出力から、押鍵途中においても、鍵のヨー方向またはロール方向の変位を検出することができる。

なお、第１構成例（図１０）、第２構成例（図１１）のいずれにおいても、導電部Ａ１～Ａ４、信号出力部Ｂ１～Ｂ４の各々の２つの渦巻き状の部分は前後方向に並んで配置された。しかし、導電部Ａ１～Ａ４、信号出力部Ｂ１～Ｂ４の各々の２つの渦巻き状の部分は鍵並び方向に並んで配置されてもよい。

なお、本実施の形態では、ストローク位置の検出と前後方向の変位と横振れの検出とで、用いるセンサ部を共通化できるので、構成が簡単であり、光学センサを設ける必要もない。しかし、ストローク位置や押鍵速度を検出するために、光学式や接触式の位置センサや速度センサを別途設けてもよい。なお、一対の信号出力部から、ストローク位置を検出することは必須でない。

以下、図１４、図１５で、上記各実施の形態における変形例を説明する。図１４は、鍵側導電部２０およびセンサ部３０の第１の変形例の構成例を示す模式的平面図である。図１４に示す例では、図３に示す例に対して、第１の導電部２１の巻線部２３、２４の巻き方向が逆になっている。従って、前後方向に互いに隣接する巻線部同士、すなわち、第１の導電部２１の巻線部２３と第２の導電部２２の巻線部２５とは、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。同様に、前後方向に互いに隣接する巻線部２４と巻線部２６とも、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。

また、同様に、図１４に示す例では、図３に示す例に対して、前後方向に互いに隣接する巻線部同士である、第１の信号出力部３１の巻線部３３、３４の巻き方向が逆になっている。従って、前後方向に互いに隣接する巻線部３３と巻線部３５とは、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。同様に、前後方向に互いに隣接する巻線部３４と巻線部３６とも、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆となっている。このように、鍵側導電部２０およびセンサ部３０のそれぞれにおいて、前後方向に互いに隣接する巻線部の間で、中心を基点とする渦巻き方向が互いに逆である。この構成により、鍵並び方向だけでなく、鍵長手方向に互いに隣接する巻線部の間でも、発生する磁束の方向が逆となるので、クロストークの抑制にさらに寄与する。

なお、上記各実施の形態において、導電部２１、２２、信号出力部３１、３２は、いずれも鍵並び方向または鍵長手方向と略平行であることは必須でない。導電部と、対応する信号出力部とは、同じ方向に傾斜してもよいが、同じ方向に傾斜することは必須でない。

図１５は、鍵側導電部２０およびセンサ部３０の第２の変形例の構成例を示す模式的平面図である。上記各実施の形態において、図１５に示すように、導電部２１、２２（あるいは導電部Ａ１～Ａ４）、信号出力部３１、３２（あるいは信号出力部Ｂ１～Ｂ４）のそれぞれを、２つの渦巻きでなく単一の渦巻きで成るコイルで構成してもよい。また、導電部２１と信号出力部３１の組、または導電部２２と信号出力部３２の組、のいずれかだけ、単一の渦巻きで成るコイルの組として構成してもよい。

なお、鍵側導電部はリアクタンス素子であることが好ましいが、誘導コイルに限定されず、鍵側導電部に導電部材を用いてもよい。例えば、鍵側導電部に関しては、鍵側導電部２０－２として示すように、導電部２１、２２に代えて、導電性の金属板５４、５５を設けてもよい。金属板５４、５５は鉄等で構成される。金属板５４、５５は、押鍵面と略平行な板部材である。信号出力部３１、３２に対する金属板５４、５５の距離が変化すると、信号出力部３１、３２における静電容量が変化することで、距離に応じた大きさの信号を取り出すことができる。

あるいは、鍵側導電部２０－３として示すように、導電部２１、２２に代えて、金属板５４、５５と同様の導電性の１つの金属板５６を設けてもよい。なお、鍵側導電部２０－２または鍵側導電部２０－３を採用した場合でも、信号出力部３１、３２のコイル形状は、２つの渦巻きでもよいし単一の渦巻きでもよい。

なお、同じ（共通の）信号出力部の出力から、鍵の水平方向または上下方向の平行移動を検出してもよい。例えば、鍵全体を鍵並び方向に平行に変位可能に構成した鍵盤において、鍵並び方向における鍵の平行移動を検出できるように構成してもよい。あるいは、鍵全体を上下方向に平行に変位可能に構成した鍵盤において、上下方向における鍵の平行移動を検出できるように構成してもよい。その際、上記各実施の形態において例示した検出対象に加えて、あるいは例示した検出対象に代えて、鍵の水平方向または上下方向の平行移動を検出可能にしてもよい。

なお、上記変形例を含む各例において、対応する鍵側導電部２０からの距離に応じた信号を出力する信号出力部は、複数の各鍵１３に２つ以上の信号出力部が対応するように設けられればよく、２つに限定されない。例えば、信号出力部を２対以上設け、それぞれの対からの信号を用いて変位を検出してもよい。あるいは、信号出力部を３つ配列し、真ん中の信号出力部はストローク位置の検出専用にしてもよい。

なお、本発明の鍵の操作検出装置は、鍵盤装置１００の全ての鍵１３の操作を検出できることは必須でなく、一部の鍵１３だけを検出対象としてもよい。

なお、導電部２１、２２、信号出力部３１、３２を構成するコイルＣ２１、Ｃ３１の渦巻き形状部分の各々の外郭形状は、円形に限らず、長円や矩形であってもよい。なお、コイルＣ２１、Ｃ３１は、平面型であったが、配置スペースが許容されるならば、平面型に限定する必要はない。

なお、本発明は、鍵盤装置１００に限らず、ペダルや、パソコン用のキーボード等にも適用可能である。

なお、本実施の形態において、「略」を付したものは完全を除外する趣旨ではない。例えば、「略平行」、「略円形」は、それぞれ平行、円形を含む趣旨である。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。

１３ 鍵、 １５ 回路基板、 ２０ 鍵側導電部、 ２１、２２ 導電部、 ３１、３２ 信号出力部、 ３０ センサ部、 ５０ 制御部、 １０１ 操作検出装置

Claims (9)

1. 複数の鍵の各々に設けられた導電部と、
   前記鍵の押離方向において前記鍵に対向する基板と、
   各々がコイルを有し、前記各鍵に対応して前記基板に設けられ、対応する鍵に設けられた前記導電部からの距離に応じた信号を出力する少なくとも一対の信号出力部と、
   前記一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号の和に基づいて、対応する鍵の押離方向の位置を検出し、且つ、前記それぞれ出力された信号の差に基づいて、前記対応する鍵の前後方向の変位を検出する検出部と、を有する、鍵盤装置の鍵の操作検出装置。
2. 前記一対の信号出力部は、前後方向に並んで配置された、請求項１に記載の鍵盤装置の鍵の操作検出装置。
3. 前記一対の信号出力部のうち第１の信号出力部は前記導電部に対して前後方向においてシフトして配置され、前記一対の信号出力部のうち第２の信号出力部は前記導電部に対して前後方向において前記第１の信号出力部とは逆方向にシフトして配置されている、請求項２に記載の鍵盤装置の鍵の操作検出装置。
4. 前記信号出力部の各々が有するコイルは、２つの渦巻き状の部分が繋がって互いに隣接する形状であり、
   前記２つの渦巻き状の部分の、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鍵盤装置の鍵の操作検出装置。
5. 前記導電部は、前記対応する鍵の表面と略平行な金属板である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鍵盤装置の鍵の操作検出装置。
6. 前記導電部は、２つの渦巻き状の部分が繋がったコイルを有する回路であり、
   前記導電部における前記２つの渦巻き状の部分の、中心を基点とする渦巻き方向は互いに同じである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鍵盤装置の鍵の操作検出装置。
7. 前記信号出力部は、各鍵に対応して鍵並び方向に並んで配置された他の一対の信号出力部を含み、
   前記検出部は、前記他の一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号の差に基づいて、前記対応する鍵のヨー方向またはロール方向の少なくとも一方の変位を検出する、請求項２に記載の鍵盤装置の鍵の操作検出装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の鍵の操作検出装置と、
   前記複数の鍵と、を有する、鍵盤装置。
9. 複数の鍵の各々に設けられた導電部と、前記鍵の押離方向において前記鍵に対向する基板と、各々がコイルを有し、前記各鍵に対応して前記基板に設けられ、対応する鍵に設けられた前記導電部からの距離に応じた信号を出力する少なくとも一対の信号出力部と、を有する鍵盤装置の鍵の操作検出方法であって、
   前記一対の信号出力部からそれぞれ出力された信号を取得し、
   取得した前記信号の和に基づいて、対応する鍵の押離方向の位置を検出し、且つ、取得した前記信号の差に基づいて、前記対応する鍵の前後方向の変位を検出する、鍵盤装置の鍵の操作検出方法。

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