JPH0339999A - オルゴールのピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オルゴールのピックアップ装置に関するもの
で、オルゴールの鳴奏振動を、より忠実に電気信号に変
換するものである。

〔従来の技術〕

従来のオルゴールの鳴奏機構は、第５図に示すように、
シリンダー１を矢印方向に回転させることにより、該シ
リンダーの外周に突起として形成されたピン２が弁３の
先端を弾くことにより該弁の振動がオルゴールの台座４
に伝達され、さらに共鳴板５を振動させ音に変換するよ
うになってＬ・た。

以上のような従来のオルゴールの鳴奏音は、オルゴール
固有の音色を持っており色々な音源として利用され親し
まれてきたが、その用途によっては欠点もあった。

その欠点の主なものは次の３点である。

■　外部環境に合わせて音量調節をすることができない
。

■　共鳴板の大きさを小さくすることができない。

（音量が小さくなってしまうため） ■　オルゴールの寿命が短い。

（約６千回の鳴奏回数） 上記欠点の内容について説明すると ■については、オルゴールの設置される環境が静かな所
とうるさい所、昼間と夜１人による音量感覚の相違等、
音量調節についての要望があるが。

従来のオルゴールは機械的に一定音を発するのみで任意
に音量調節はできなかった。

■については、用途によってオルゴール全体を小型にし
たいと言う要望があるが、共鳴板部分を小さくできない
と言う欠点があった。その理由は振動を効率よく音に変
換し、ある一定収上の音量を確保するためには、空気振
動に変換するための共鳴板面積をある程度必要とするか
らである。

■については、使用回数の多（・用途においてオルゴー
ルの寿命が足らないと言う欠点があった。

オルゴールの寿命を決定する主な要素としてオルゴール
の弁折れがある。オルゴールの鳴奏前をできるだけ太き
（したいと言う要望により、弁は材料の応力限界ぎりぎ
りで使用されているため、材料疲労により弁が折れてし
まう問題があった。−般的なオルゴールの寿命補償は２
５時間連続駆動した場合の弁折れ不良率が合格品質水準
（ＡＱＬ　）で６．５％程度である。上記２５時間を鳴
奏回数に換算すると約６千回になる。例えば時計への利
用を考えた場合、毎時−回づつ鳴奏させたとすると１年
で８７６０回に々す、前記６千回は約８カ月の寿命とな
り１時計としての最低寿命５〜６年を満足できない状態
にある。

以上のように従来のオルゴールはその用途によっては欠
点も持合わせていたため、その欠点を改善するために他
の電気楽器用ビックアンプと同様にオルゴールの振動を
電気信号として取出しアンプしてスピーカーを鳴らす方
法が考案されている。

この方法によると上記欠点はほぼ解決できる。

■の欠点はアンプ率を変えることによって音量を自由に
変えることができ、 ■の欠点は共鳴板をスピーカーに代替できることによっ
て小型化ができ。

■の欠点は弁の撓み量を小さくし最大応力を小さくする
ことによって解決できる。その結果として音量は小さく
フヨるが、前記アンプ率を変えることによってカバーす
ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のようにオルゴールに電気的なピックアップ装置を
付加することによって、従来のオルゴールの欠点は改善
できるが、オルゴール音を忠実にピックアップするため
には色々と問題が生じた。

そのピックアップ用素子としては圧電素子が一般的であ
るが、その使用方法は、振動体に直接圧電素子を貼付し
、振動による歪み応力を電気信号として取出すのが一般
的である。

この方法をオルゴールに適用すると、その−例は第６図
に示すようになる。オルゴールの台座４の一面に圧電素
子６を接着し、台座４の振動を電気信号として検出する
ものであるが、この方法での検出はオルゴール音を忠実
に再現できず、音質としては高音側にかたより、弁の弾
き雑音が強調され、低音側の響きがなくなる傾向にあっ
た。いわゆる悪い音としてしか聞こえず、実用レベルま
でには至らなかった。

それは、オルゴールには特有の振動モードがあり、その
振動がピックアップされていないために元音に忠実な再
生音が得られないことにある。

その振動状態を検討してみると、振動の経路は第７図に
示すように、弁３の先端の震源点から台座４に伝わり、
さらに圧電素子６に振動が到達し電気信号に変換される
。この圧電素子６に影響を与える振動は、台座４内を伝
わる縦波２１と横波２２および前記両波が影響しあって
台座表面に生じる弾性表面波２６である。この３波とそ
の反射波は圧電素子によって検出されるが、それ以外に
この方式では圧電素子によって検出されない台座の振動
がある。

次にその圧電素子に検出されない振動について。

第８図において説明する。図はオルゴールの振動と等価
である状態を示している。板バネ７の先端に質量ｍを有
する振動体７ａ（弁に等価）を質量Ｍの支持体７ｂ（台
座に等価）が支持している状態を示している。

いま仮に質量Ｍが質量ｍに比べて無限に大きいとすると
振動体７ａの矢印８ａで示される振動による支持体７ｂ
の矢印８ｂで示される変位（揺動）は生じないので、支
持体７ｂに接する共鳴板５の変位による音波の発生はな
い。（前記第７図に示す３波の振動による音波の発生は
多少ある）実際のオルゴールは前記質量Ｍを調節し、振
動体７ａの振動によって、適度に支持体７ｂの変位（揺
動）を起こさせ共鳴板を振動させ音波を発生させている
。支持体７ｂの影響は、質量Ｍを比較的大きい値に選定
すると音量は小さいが発音時間は長くなり、一方質量Ｍ
を比較的小さい値に選定すると音量は大きくなるが、発
音時間は短くなるので適度々質量Ｍを選定する必要があ
る。

以上のようにオルゴールの発音には前記支持体７ｂの変
位（揺動）振動が大きく影響しており、忠実なオルゴー
ル音の再生にはこの変位振動も検出できなげればならな
い。

例えば第９図に示すように支持体７ｂに直接圧電素子を
貼付した場合を見ると、支持体７ｂと圧電素子６は一体
として変位するので、圧電素子には矢印８ｂで示される
変位による歪み応力が生じないため出力はなく、支持体
７ｂの変位振動は検出できない。言うまでもなくこの例
は第６図に示す列と等価になっており１台座に圧電素子
を貼付した構造では前記変位振動は検出されないことに
なる。

本発明は上記問題点を解決し、オルゴールの台座の変位
振動をも検出して１亢奮に忠実な再生音が得られるピッ
クアップ装置を提供する事を目的とする。

〔課題を解決するた゛めの手段〕

上記目的を達成するために１本発明は基板上に防振機構
を介してオルゴールの台座を支持し、ビックアクプ用の
圧電素子を基板側に設置するとともに、台座と圧電素子
の間を振動伝達部材又は台座側に設けた突起状の振動伝
達部で連結して、台座の変位振動をピックアップできる
ようにした事を特徴としている。

〔作用〕

第１０図は本発明の振動をピックアップする部分の動作
原理を示す図で、基板８上に支持体７ｂを支持バネ９に
よって防振支持し、支持体７ｂの矢印８ｂで示される変
位振動が基板８側に伝わらないようにし、基板８の変位
量を支持体７ｂの変位量よりも十分小さくし、両者間の
変位量の差を圧電素子の歪み応力に変換し電気信号とし
て検出するものである。

圧電素子６に歪み応力を生じさせるための構造は、板状
の圧電素子（丸形または矩形）の外周のみを基板８に固
定し、中央部は上下に自由に撓み振動ができるように支
持すると共に、前記圧電素子の中心を振動伝達部材１０
を介して支持体７ｂと連結したものであり、圧電素子６
は支持体７ｂの変位振動も検出できる。

第１１図は本発明の構成要素である台座の防振機構を説
明した図であり、基板８上に台座に相当する支持体７ｂ
が防振支持されている。

図において、Ｋは復元係数、Ｃは粘性減衰係数を示す。

ここで支持体７ｂの変位振動の振幅Ｆと振動時に基板８
に伝わる力の振幅ｆとの比 τ＝ｆ／Ｆを伝達率とすると で表わされる。

ここでω：円振動数 ω。＝〆に７Ｍ　　：固有円振動数。

Ｃ０−２／又Ｖ：限界粘性減衰係数値（Ｃ＞Ｃｃとなる
と、この系の振 動はもはや振動的でなくな る値） である。

上記の関係は第１２図に示したようになる。

ω／ω。＝ωＶ／信う石で〉７丁の範囲ではτく１とな
り、更にω／ω。を大きくすれば・・・すなわち支持バ
ネのこわさＫを小さくすれば・・・伝達率τはいくらで
も小さくなり、基板の防振効果を上げることができる。

しかし実際にはバネをあまり弱くすると。

外部衝撃などによる支持体７ｂの変位量が増加するので
、適当な値を選定する必要があり、基板への振動漏れは
多少がまんしなげればならない。

方粘性抵抗の影響は、ω／ω。〉７丁の範囲では。

かえってτを増大させるから、振動の伝達を阻止する目
的には反する。しかし偶発的な衝撃などによる自由振動
の持続をおさえるために、適始な減衰を与えた方がよい
。

以上のように支持体７ｂを防振支持することによって、
支持体７ｂの変位振動に対して基板の変位振動を小さく
することができる。よって両者間の変位間の変位量の差
を検出すれば、相対的に支持体７ｂの変位を検出できる
ことになる。

〔実施例〕

第１図に示すように、オルゴールの台座４の下面中央部
を防振支持部１１を介して基板８上に固定し、該台座４
の下面と基板８の上面との間に隙間を形成する。以上の
構成によって台座４は基板８上で、防振支持部１１を中
心として両端が上下にシーソーのような動きができるよ
うになる。その台座下面の一方端の一部を振動伝達部材
１０を介して基板側に固定した圧電素子６に結合すると
共に、その結合部は台座の他端に設けたスプリング１２
によって与圧（圧接）されている。ここでシリンダー１
に設げられたピン２が弁６を弾くと。

圧電素子６は台座の変位振動を含むオルゴールの鳴奏振
動をピックアップすることができる。

以上が全体構成の概略であるが細部構成につ（・て説明
すると、第２図は防振支持部の一実施例を示し１台座４
と基板８との間をゴムブツシュ１６を介り、てネジ１４
で両者間を結合したもので、ゴムの弾性によるバネ作用
とゴムの内部損失による減衰作用を兼ねさせて防振支持
している。ゴム硬度は軟らかい方がよくスポンジゴム程
度でも十分である。ゴム以外の支持方法としては、板バ
ネやコイルバネによって支持する方法もあるが、支持し
た台座の動きを、特定方向のみの動きに規制するのに難
があり、またバネ材内部を直接伝導する振動が基板に伝
わり、前記振動伝達部材１０から圧電素子６．に伝わる
振動と合成されて、音質が変化してしまう欠点があるの
で実際の使用には難かしそうである。

次に圧電素子部の構造について説明すると、第３図に示
すように、薄い金属板１５０片面に同じく薄い圧電素子
６を接着したもので、圧電素子の両面に電極１８を形成
して電気信号の出力端子としている。金属板１５の形状
は円形か又は矩形で厚さはｏ、　ｉ〜０．３１ｍで、直
径で約３０ｍｘ程度以下である。圧電素子６の直径は金
属板の直径より小さくし、圧電素子の外側の金属板部分
を基板に溶接又は接着し、中央部分は自由に撓み振動が
できるように構成する。その圧電素子の中心には振動伝
達部材１０を配設し、圧電素子と台座とを結合し１台座
の振動を圧電素子に伝達する。振動伝達部材１０の材質
はゴムで形成した場合に比較的よい音質が得られる。ゴ
ムは高周波振動の伝達率がわるいため、弁の弾きによる
高周波雑音がカットされ雑音の少ない音質が得られる。

振動伝達部材の形状は第３図に示すように比較的細い円
柱状でもよいが、振動伝達部材にゴムを使用した場合に
は、第４図に示すように圧電素子側の面積を円錐状に広
げて圧電素子の振動の減衰率をやや大きくすることによ
り音質が改善できる。尚振動、伝達部材の両接触面は、
振動時に接触が離れないように接着をするか又は与圧を
かげておく。第４図に示す本実施例の場合は、圧電素子
側は接着し台座側は圧接になっている。

圧電素子に対する振動伝達部材の設置位置は、圧電素子
の中心にある場合が一番低音が検出でき。

外周方向にずれるに従って高音側に移って行くので、好
みに応じて適当な位置を選択する必要がある。一方台座
側は、弁を台座にネジ止めした位置の直下が比較的亢奮
に忠実な振動になっているので、その位置に振動伝達部
材を配設するのが好ましい。

また、振動伝達部材の代りに１台座側に突起状の振動伝
達部を設け、この振動伝達部の先端を圧電素子に圧接す
る構成でも変位振動をピックアップできる。

第１図に戻って、その他の点について説明すると調節ネ
ジ１６は前記振動伝達部材１０に与える与圧力を調節す
るものである。又突起１７は外部衝撃による台座の変位
を規制するもので、通常は台座と僅かな隙間を保って対
峙している。また基板８の材質は金属のように質量のあ
るものがよく。

オルゴールの重量よりも大きくした方がよい。

第１３図は本実施例で弁に用いた材料の疲労曲線を示し
たもので、横軸が繰返し数、縦軸が最大応力である。尚
材料は熱間加工したＮｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼である。

この図において、例えば破線で示すように最大応力を７
８ｋｙｆ／−から６２．４ｋｇｆ／−まで２０％程度応
力を下げると、繰返し数は１０倍強伸びることになる。

応力を下げるということは、弁の撓み量を減らすことに
なり、その分音量エネルギーも応力の低下率の２乗に比
例して小さくなるが。

本発明のように圧電素子で弁の振動をピックアップすれ
ばアンプで増幅できるので、結局弁の寿命を伸ばせるこ
とになる。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように１本発明によればオルゴー
ルの台座の変位振動が１をできるため、亢奮に忠実な電
気信号のピックアップが可能になった。その結果、前記
電気信号を増幅してスピーカーからオルゴール音をだせ
るようになり、従来は上記音質の点がネックとなり実用
化には至っていなかったが、本発明により実用化が可能
となると、その副産物的効果として次の特徴もでてきた
。

■　オルゴールの音量調節ができるようになった。

■　共鳴板をスピーカーに代替できるので、小形化が可
能になった。

■　オルゴールの弁折れ寿命を数倍以上伸ばせるように
なった。

以上のように本発明によれば、従来のオルゴールでは利
用できなかった分野まで利用範囲が広がった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す側面図、第２図は第１図
に示す防振支持部の断面図、第３図および第４図は圧電
素子部の側面図、第５図は従来のオルゴールを示す側面
図、第６図は従来のオルゴールに圧電素子を適用した例
を示す側面図、第７図は振動伝達経路を示す説明図、第
８図は従来のオルゴールの振動状態を示す等価説明図、
第９図は第８図において圧電素子を適用した例を示す説
明図、第１０図は本発明の詳細な説明図、第１１図は防
振原理の説明図、第１２図は第１１図における防振特性
を示すグラフ、第１３図は材料の疲労曲線を示すグラフ
である。 １・・・・・・シリンダー ６・・・・・・弁、 ６・・・・・・圧電素子、 １０・・・・・・振動伝達部材、 １２・・・・・・スプリング。 １３・・・・・・ゴムブツシュ、 １４・・・・・・ネジ、 １６・・・・・・調節ネジ、 １８・・・・・・電極。 ２・・・・・・ピン。 ４・・・・・・台座。 ８・・・・・・基板。 １１・・・・・・防振支持部、 １５・・・・・・金属板。 １７・・・・・・突起。 第２図 第３図 第４図 ０ 第５図 第７図 第８図 第９図 第１０閃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. オルゴールの鳴奏振動を振動を伝える台座を通して圧電
   素子により電気信号に変換するオルゴールのピックアッ
   プ装置において、基板上に前記オルゴールの台座を防振
   支持すると共に、該台座と前記基板側に設置した圧電素
   子の間を振動伝達部材又は台座側に設けた突起状の振動
   伝達部で連結し、前記台座の変位振動をピックアップで
   きるようにしたことを特徴とするオルゴールのピックア
   ップ装置。