JPH09244658A - 電子楽器の鍵盤装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 押鍵過程，押鍵後および離鍵過程の押鍵力を
直接的に検出可能にし、且つ電気的および機械的なノイ
ズが強調して検出されないようにする。 【解決手段】 複数の鍵１１を、支持部材である鍵フレ
ームにそれぞれ揺動可能に支持し、その各鍵の前端部に
回転軸１１ｂによってぞそれ質量体であるハンマ１３を
回動可能に軸支し、そのアクチュエータ部１３ｄを支持
部２１によって回動可能に支持する。その支持部２１
は、各鍵ごとに独立してそれぞれ一端が梁支持部材１９
を介して鍵フレーム１２に固定された板バネによる梁２
０の自由端部上に設け、その梁２０の歪み又は変位をフ
ォトリフレクタ１８によって検出することにより、鍵操
作中に支持部２１に発生する力を各鍵毎に独立して検出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子ピアノ等の
電子楽器における鍵に連動して駆動される質量体（ハン
マ）を有する鍵盤装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ピアノの鍵盤装置は、支持部材であ
る鍵盤フレームに複数の鍵をそれぞれ揺動可能に支持す
ると共に、その各鍵の揺動に伴ってそれぞれ回動する質
量体（「ハンマ」と称す）を回動可能に設け、押鍵時に
アコースティックピアノに似たタッチ感触が得られるよ
うにしている。また、押鍵速度を検出して楽音制御をし
たり、押鍵時に発生する楽音のアタックレベルを制御し
たり各種効果を付与したりする楽音制御が行なわれるも
のがある。さらに、アフタタッチ制御としての押鍵力を
検出して楽音制御しようとするものもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】直接押鍵力を検出する
手段としては、いわゆるアフタタッチセンサがあるが、
これは押鍵後の力を検出するものであり、押鍵過程およ
び離鍵過程での押鍵力を検出することはできない。

【０００４】押鍵過程および離鍵過程の押鍵力を検知す
る方法としては、鍵の変位を検出し、時間軸上で２回微
分することによって押鍵力波形を検知することが考えら
れる。しかし、微分とは微小時間の変動量を表わすもの
であるため、電気的なノイズや機械的なノイズ（ガタや
スリップあるいはバックラッシュ等）をも検知してしま
う。さらに、２回微分においてはこの傾向が強調され、
現実的には信号として使い物にならない。

【０００５】この発明は、このような問題を解決するた
めになされたものであり、演奏者の鍵操作による押鍵過
程，押鍵後および離鍵過程の各押鍵力を直接的に検出可
能にし、且つ上述のようなノイズの問題もなくすことを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、複数の鍵と、その各鍵を揺動可能に支持
する支持部材と、各鍵の揺動に伴ってそれぞれ回動する
質量体と、その各質量体を回動可能に支持する支持部と
を備えた電子楽器の鍵盤装置において、上記支持部に発
生する力を検出する力検出手段を設けたものである。

【０００７】また、上記各鍵の各質量体に対して独立し
て、それぞれ一端又は両端が固定された梁を設け、その
各梁上に上記支持部を設け、その各梁の歪み又は変位を
検出することによって、上記支持部に発生する力を各鍵
毎に独立して検出する力検出手段を設けるとよい。ある
いは、一端又は両端が固定された複数の梁を設け、その
複数の梁で複数の鍵の各質量体に対して共通の取付部を
支持させ、その共通の取付部上に上記支持部を設けると
共に、上記複数の梁の歪み又は変位をそれぞれ検出し、
その各検出結果の和を求めることによって上記支持部に
発生する力を複数鍵に亘って検出する力検出手段を設け
るようにしてもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて具体的に説明する。図１は、この発明の第
１の実施形態を示す鍵盤装置の白鍵部の長手方向に沿う
断面図である。この図１において、支持部材である鍵フ
レーム１２は下側のメイン水平部１２ａと、その後端か
ら上方へ直角に折曲した垂直部１２ｂと、その上端から
折り返すように直角に折曲した上側のサブ水平部１２ｃ
とからなり、そのサブ水平部１２ｃの後端部付近に係止
孔１２ｄを設けている。

【０００９】そして、この鍵フレーム１２は、その係止
孔１２ｄに各鍵１１（白鍵と黒鍵があるが図では白鍵を
示している）の後端部下面に設けた係合突部１１ａを嵌
入させて、各鍵１１を当接点ａを支点として押離鍵方向
に揺動可能に支持している。なお、押離鍵動作をしても
鍵が係止孔１２ｄから離脱しないように、破線で示した
支点への圧接バネＳＰや、一点鎖線で示した弾性部材７
付き鍵脱落防止部材８、あるいはその両方を設けるよう
にするとよい。また、鍵１１の前端部付近の内側には、
内側に突出して鍵幅方向にハンマ回転軸１１ｂを設け、
そのハンマ回転軸１１ｂに、く字形アーム状の質量体で
あるハンマ１３の前端部１３ａを回転自在に枢着してい
る。

【００１０】そのハンマ１３の後端部１３ｂは鍵１１の
揺動支点付近まで延び、その内部に質量の大きい鉄，鉛
等からなる錘り１３ｃを埋設している。また、このハン
マ１３の折曲部付近の下側にアクチュエータ部１３ｄを
突設している。このハンマ１３は、鍵１１にアコーステ
ィックピアノの鍵に似た重みのあるタッチ感を与えるた
めと、上昇方向の復帰力を与える役目をなす。

【００１１】鍵フレーム１２のサブ水平部１２ｃの前端
部には、キーガイド１６を立設しており、このキーガイ
ド１６を鍵１１の両側壁１１ｃ間に挿入して、鍵１の押
離鍵方向をガイドしている。一方、鍵フレーム１２のメ
イン水平部１２ａの前端部には、鍵並び方向に延びる梁
支持部材１９とその後方にプリント基板１７が配設さ
れ、そのプリント基板１７上に各鍵毎のセンサとしてフ
ォトリフレクタ１８を配設している。

【００１２】このフォトリフレクタ１８は、合成ゴム等
によって成形されたドーム状弾性体１８ａの基部をプリ
ント基板１７上に固定し、上部に円柱状の押圧部１８ｂ
を突設して、その内面に平面状の反射面１８ｃを形成し
ている。そして、その反射面１８ｃに対向するプリント
基板１７上に、発光素子Ｐと受光素子Ｑを所定の間隔で
配設した反射型フォトセンサ１８ｄを設けている。

【００１３】そして、各鍵１１のハンマ１３ごとに、板
バネからなる梁２０の一端を梁支持部材１９上に固定
し、他端を自由端として鍵長手方向の後方へ延設してい
る。その梁２０の長手方向の中間部の下面をフォトリフ
レクタ１８の押圧部１８ｂの上面に当接させ、それより
自由端寄りの上面に、フエルトあるいは樹脂等の緩衝材
兼滑り部材を貼着した支持部２１を設け、その上面にハ
ンマ１３のアクチュエータ部１３ｄを当接させ、その当
接点ｄをハンマ１３の揺動支点とするように、これらの
支持部２１，梁２０，梁支持部材１９，及びフォトリフ
レクタ１８によって、鍵フレーム１２上に各鍵のハンマ
１３をそれぞれ揺動可能に支持している。

【００１４】そして、梁２０とフォトリフレクタ１８に
よって、支持部２１に発生する力を検出する力検出手段
を構成し、各梁２０の歪み又は変位を各フォトリフレク
タ１８によって検出することによって、支持部２１に発
生する力を各鍵ごとに独立して検出する。なお、梁２０
はその長手方向の両端を、一対の梁支持部材１９を介し
て鍵フレーム１２に固定するようにしてもよい。両端支
持の場合は、支持部２１を両端の支持点の中央に位置す
るようにすると変位対力の変換効率をよくすることがで
きる。

【００１５】鍵フレーム１２のメイン水平部１２ａの後
端部寄りの上面には、ハンマ１３の後端部１３ｂの下降
位置を規制するハンマ下限ストッパ１５を、サブ水平部
１２ｃの係止孔１２ｄの手前側の下面に、ハンマ１３の
後端部１３ｂの上昇位置を規制するハンマ上限トッパ１
４を、それぞれ鍵並び方向に沿って延びるフエルトある
いは軟質樹脂等の緩衝材により、各鍵のハンマ１３に共
通に配設している。

【００１６】次に、この鍵盤装置の作用を説明する。鍵
１１の前端部が演奏者の指２５によってＦ１の力で押下
されると、鍵１１がａ点を中心に矢視Ｇ方向に揺動し、
ハンマ回転軸１１ｂが下降するので、ハンマ１３が梁２
０上の支持部２１との当接点ｄを支点として矢視Ｈ方向
に揺動する。このとき、ハンマ１３の揺動に応じて当接
点ｄが若干後方へずれる。すなわち、支持部２１は摺動
支点となっており、ハンマ回転軸１１ｂの中心から当接
点ｄまでの水平距離をＬ３、錘り１３ｃの重心から当接
点ｄまでの水平距離をＬ４とすると、Ｌ３：Ｌ４＝１：
３ 程度になるように設定されている。

【００１７】ハンマ１３の後端部１３ｂに埋設されてい
る錘り１３ｃの質量が２０ｇであり、その他のプラスチ
ック１３製のアーム部分の質量を無視すると、ハンマ回
転軸１１ｂ上（押鍵力Ｆ１の作用位置）を静的に押下す
るのに必要な力は６０ｇｆとなる。そして、ハンマ回転
軸１１ｂ上における等価質量は１８０ｇとなり、極めて
ピアノに類似したタッチ感触を実現できる。

【００１８】図２，図３はこの鍵盤装置における押鍵過
程を示す図であり、図２は押鍵初期の状態を、図３は押
鍵後の状態をそれぞれ示している。なお、圧接バネＳＰ
や鍵脱落防止部材８は図示を省略している。ここで、錘
り１３ｃに対して加速を生じさせるような力Ｆ３を発生
させるためにＦ１なる押鍵力が必要であり、その結果、
押鍵過程において支持部２１に対する力Ｆ２が観測され
る。

【００１９】演奏者がＦ１（ｇｆ）の力で押鍵したと
き、支持部２１に発生する下向きの力Ｆ２（ｇｆ）は、
次式によって求められる。 Ｆ２＝（Ｌ１／Ｌ２）×Ｆ１ ここで、Ｌ１は鍵１１の揺動支点であるａ点から指２５
による押圧点までの距離、Ｌ２は同じくａ点からハンマ
１３の当接点ｄまでの距離である。

【００２０】この例においては、Ｌ１／Ｌ２＝１．２で
あり、Ｆ２＝１．２×Ｆ１となる。支持部２１は板バネ
の梁２０上に設置されており、板バネは力Ｆ２の大きさ
に比例して図１に仮想線で示すように変形する。この変
形をフォトリフレクタ１８で検出することにより、支持
部２１に発生する力Ｆ２の大きさを検出することができ
る。これから逆に押鍵力Ｆ１を、Ｆ１＝Ｆ２／１．２に
よって求めることができる。

【００２１】すなわち、押鍵によりハンマ１３のアクチ
ュエータ部１３ｄを支持する支持部２１に発生する力Ｆ
２によって、板バネによる梁２０が仮想線で示すように
弾性変形し、フォトリフレクタ１８の押圧部１８ｂを押
圧するので、その反射面１８ｃの位置が変化して、反射
型フォトセンサ１８ｄの受光素子Ｑによる受光量が変化
し、その出力信号が変わることによって、力Ｆ２を検出
することができる。この力Ｆ２から逆に押鍵力Ｆ１を、
Ｆ１＝Ｆ２／１．２の演算によって求めることもでき
る。また、Ｆ３は、Ｆ３＝（１／３）Ｆ１ と表わせ
る。したがつて、Ｆ３＝（１／３)(Ｆ２／１．２） で
ある。

【００２２】ここで、実際のピアノに類似した発音感覚
（発音タイミングおよび音量感）を得るために、仮想的
なハンマを考える。仮想的なハンマの質量をＭ（ｇ）と
すると、仮想的なハンマの加速度はＦ３／Ｍ（ｃｍ／ｓ
・ｓ）となる。この仮想的なハンマの加速度を積分する
ことによって仮想的なハンマの速度（Ｖとする）が判
り、仮想的なハンマの速度Ｖをさらに積分することによ
って仮想的なハンマの変位（Ｄとする）がわかる。この
仮想的なハンマが仮想的な弦に到達した時点で発音タイ
ミングを指示する。また、その仮想的な弦に到達した時
点における仮想的なハンマの速度でベロシティを決定す
る。

【００２３】以下具体的に説明する。フォトリフレクタ
１８の出力をＡ／Ｄ変換した後、演算処理を行ない、力
Ｆ２を検知することができる。検知した力Ｆ２に対して
ｆHzのサンプリングを行なう。Ｔ＝１／ｆ毎にフォトリ
フレクタ１８の出力を一時レジスタに取り込んで演算を
行なう。このタイミングは１００μＳec〜２ｍＳec毎程
度でよく、無駄なく適当な精度で行なわれるためには、
実験によると２５０μＳec即ちｆ＝４ＫHz前後がよい。
これを事象的に説明すると、押鍵力Ｆ１が６０ｇｆを越
えた時点、すにわちＦ３が２０ｇｆを越えた時点から、
鍵１１の移動すなわちハンマ１３の回動が開始する。し
たがって、 Ｆ２＝１．２×Ｆ１＝７２ｇｆ を検知した時点からハンマ１３の回動が開始する。

【００２４】仮想的なハンマの移動開始後得られる力を
Ｆ４とすると、Ｆ４＝Ｆ３−２０（ｇｆ）がハンマの回
動に寄与するから、このＦ４のサンプリング値を順次積
算していくことによって、仮想的なハンマの、力Ｆ４の
サンプリング時点における速度が得られる。また力Ｆ４
のサンプリング値を得た各時点で得られるハンマの各速
度を順次積算していくことによって仮想的なハンマの、
力Ｆ４のサンプリング時点における変位が得られる。

【００２５】時刻Ｔにおける仮想的なハンマの速度Ｖ
（ｃｍ／ｓ）は次のようになる。 Ｖ＝（ハンマの移動開始後、時刻Ｔまでに得られるＦ４
のサンプリング値の総和）／ｆ 時刻Ｔにおける仮想的なハンマの変位Ｄ（ｃｍ）は次の
ようになる。 Ｄ＝（ハンマの移動開始後Ｆ４のサンプリングごとに得
られるＶの値の総和）／ｆ

【００２６】Ｄの値がピアノにおけるハンマと弦間の距
離に達した時点でキーオン情報を、その時点のＶの値に
応じてベロシティを決定して楽音を制御する。離鍵過程
に関しても同様にして、キーオフタイミングを決めてや
ることができる。この仮想的なハンマと弦間の距離を３
ｃｍ（＝３０ｍｍ）とした場合の上記の例による処理の
フローチャートを図４に示す。この処理は、この鍵盤装
置に備える図示しないマイクロコンピュータを用いた信
号処理部によって実行される。

【００２７】そのマイクロコンピュータでは、音色合
成，音色設定等多数の仕事がメインルーチンにおいてな
されるが、これらの多数の仕事は、並行して行なわれて
いる。そして、その中の一つの仕事に着目して、その処
理を表わすと図４のような書き方になる。図４のフロー
チャートで見る限り、他の多数の仕事が全て省略された
書き方になっている。すなわち、メインルーチンの図示
しないステップでセンシング処理の開始指令（通常は電
子楽器の電源投入後、イニシャライズ処理が終了した
後）があると、図４の処理をスタートし、ステップＳ１
に移る。

【００２８】そのステップＳ１では、加速度＝力／質量
の式にあてはめるため、支持部２１に発生する力Ｆ２
（ｇｆ）を検出して、Ｆ３＝（１／３)(Ｆ２／１．２）
の式によってＦ３を求める。ついで、ステップＳ２で、
そのＦ３からハンマ１３が移動を開始するために要する
力２０（ｇｆ）を減じた力を錘りの質量２０（ｇ）で除
して得られる加速度を、１回積分して仮想的ハンマの速
度情報を求めて、それをレジスタＶにセトットする。さ
らに、その速度情報をもう１回積分して仮想的ハンマの
変位情報をもとめ、それをレジスタＤにセットする。

【００２９】そして、ステップＳ３で、そのレジスタＤ
の変位情報が「０」以下か否かを判断し、ドリフトなど
によって変位情報が「０」以下の場合には、ステップＳ
４へ進んで、レジスタＤおよびレジスタＶをリセット
し、経過時間ｔのカウント値もリセットする。

【００３０】レジスタＤの変位情報が「０」以下でない
ときは、ステップＳ５に進んで、レジスタＤの変位情報
が「３」以上か否かを判断する。これは、変位情報が仮
想的なハンマと弦間の距離（３ｃｍ）になったとき、す
なわちハンマ停止位置から３ｃｍ動いたときにそれを判
断するためであり、このステップＳ５の判断で「Ｎｏ」
の間はステップＳ１へ戻って、上述の処理を繰り返す。
ステップＳ５の判断で「Ｙｅｓ」になると、その時のレ
ジスタＶの速度情報に応じたベロシティで発音指示（楽
音発生タイミングを決定）し、その時およびその後の速
度情報に基づいて楽音情報の少なくとも一つを制御す
る。

【００３１】この実施形態の効果を、従来の押鍵により
鍵のアクチュエータ部に押圧されて時間差を持ってオン
する２つのスイッチを設けた２メーク方式と比較する
と、次のような利点がある。 ・ピアニシモを表現しやすく、ピアノライクである。す
なわち、接点方式ではないため、必ずしも所定の変位ま
で押し込まれなくても発音できるからである。 ・連打性がよく、ピアノライクである。接点方式ではな
いため、必ずしも所定の変位まで鍵が戻らなくても再発
音させることができる。 ・キーオン・キーオフのタイミングに対して仮想ハンマ
を使っているため、レガーテイブな表現がやりやすく、
ピアノライクである。

【００３２】このようにして、演奏者の鍵操作による押
鍵過程および離鍵過程の押鍵力を検出することによっ
て、きわめてピアノに近い発音感覚を実現することがで
きる。押鍵後の押鍵力検出に関しては、図３に示すよう
に押鍵後さらに押鍵力Ｆ１を加えると、ハンマ１３はハ
ンマ上限ストッパ１４によって回動が規制されており、
その結果支持部２１に力Ｆ２が発生する。この力Ｆ２を
フォトリフレクタ１８によって検出して、アフタタッチ
データとして使うことができる。この実施形態によれ
ば、各鍵ごとにその発音タイミングおよび発生楽音のパ
ラメータを制御することができる。

【００３３】次に、この発明の第２の実施形態を図５お
よび図６によって説明する。図５は、その鍵盤装置の白
鍵部の長手方向に沿う断面図であり、図１と対応する部
分には同一の符号を付している。図６は、その梁２４及
び梁支持部材２３と共通の取付部２２の平面図である。

【００３４】この鍵盤装置も、図１に示した第１の実施
形態の鍵盤装置とほぼ同様に構成されているが、各鍵１
１に連動して回動する質量体であるハンマ１３の支持部
２１は、複数の鍵１１の各ハンマ１３に対して共通の取
付部２２上に設けられている。その共通の取付部２２
は、一端が梁支持部材２３によって鍵フレーム１２に固
定された複数の板バネによる梁２４の自由端部上に図６
に示すように鍵配列方向に延びて配設されて支持されて
いる。

【００３５】その各梁２４の自由端部付近の下面と鍵フ
レーム１２のメイン水平部１２ａとの間に、フォトリフ
レクタ１８を設けており、これらによって力検出手段を
構成している。この力検出手段は、押鍵時における複数
（図示の例では一対）の梁２４の歪み又は変位を、各フ
ォトリフレクタ１８によつてそれぞれ検出し、その各検
出結果の和を求めることによって、支持部２１に発生す
る力を複数鍵に亘って検出する。

【００３６】この鍵盤装置によっても、前述の第１の実
施形態の電子楽器の鍵盤装置と同様な作用・効果を得る
ことができ、かつ構成を簡素化して安価に提供すること
ができる。なお、図６に仮想線で示すように、梁２４を
取付部２２を図で右側にも延設し、その先端部をもう１
本の梁支持部材２３を介して鍵フレーム１２に固定し、
梁２４の両端を固定するようにしてもよい。

【００３７】なお、いずれの実施形態においても、支持
部２１に発生する力Ｆ２を検出するためのセンサとして
フォトリフレクタを使用した例を示したが、これに限ら
ず、梁２０又は２４の歪みあるいは変位を検出できるセ
ンサであれば、種々のセンサを使用することができる。
例えば、歪みゲージ，ロードセル，磁気センサ，静電容
量センサ等を使用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
る電子楽器の鍵盤装置は、演奏者による鍵操作中の押鍵
過程，押鍵後，および離鍵過程での押鍵力を直接的に検
出可能であり、それを質量で除した加速度を１回積分す
ることによって仮想的なハンマの速度情報を、２回積分
することによって仮想的なハンマの変位情報をそれぞれ
得ることができるので、微分により電気的および機械的
ノイズを強調して検知してしまうという問題も発生しな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示す鍵盤装置の白
鍵部の長手方向に沿う断面図である。

【図２】図１に示した鍵盤装置の押鍵初期の状態を示す
説明図である。

【図３】図１に示した鍵盤装置の押鍵後の状態を示す説
明図である。

【図４】図１に示した鍵盤装置による具体的に動作例を
示すフロー図である。

【図５】この発明の第２の実施形態を示す鍵盤装置の白
鍵部の長手方向に沿う断面図である。

【図６】図５に示した鍵盤装置における梁及び梁支持部
材と共通の取付部の平面図である。

【符号の説明】

１１…鍵、１１ａ…係合突部、１１ｂ…ハンマ回転軸、
１１ｃ…側壁、１２…鍵フレーム（支持部材）、１２ｄ
…係止孔、１３…ハンマ（質量体）、１６…キーガイ
ド、１７…プリント基板、１８…フォトリフレクタ、１
８ａ…ドーム状弾性体、1８ｂ…押圧部、１８ｃ…反射
面、１８ｄ…反射型フォトセンサ、１９，２３…梁支持
部材、２０，２４…梁（板バネ）、２１…支持部、２２
…共通の取付部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の鍵と、その各鍵を揺動可能に支持
   する支持部材と、前記各鍵の揺動に伴ってそれぞれ回動
   する質量体と、その各質量体を回動可能に支持する支持
   部とを備えた電子楽器の鍵盤装置において、 前記支持部に発生する力を検出する力検出手段を設けた
   ことを特徴とする電子楽器の鍵盤装置。
2. 【請求項２】 複数の鍵と、その各鍵を揺動可能に支持
   する支持部材と、前記各鍵の揺動に伴ってそれぞれ回動
   する質量体と、その各質量体を回動可能に支持する支持
   部とを備えた電子楽器の鍵盤装置において、 前記各鍵の各質量体に対して独立して、それぞれ一端又
   は両端が固定された梁を設け、その各梁上に前記支持部
   を設けると共に、 前記各梁の歪み又は変位を検出することによって、前記
   支持部に発生する力を各鍵毎に独立して検出する力検出
   手段を設けたことを特徴とする電子楽器の鍵盤装置。
3. 【請求項３】 複数の鍵と、その各鍵を揺動可能に支持
   する支持部材と、前記各鍵の揺動に伴ってそれぞれ回動
   する質量体と、その各質量体を回動可能に支持する支持
   部とを備えた電子楽器の鍵盤装置において、 一端又は両端が固定された複数の梁を設け、前記複数の
   鍵の各質量体に対して共通の取付部を前記複数の梁で支
   持し、その共通の取付部上に前記支持部を設けると共
   に、 前記複数の梁の歪み又は変位をそれぞれ検出し、その各
   検出結果の和を求めることによって前記支持部に発生す
   る力を複数鍵に亘って検出する力検出手段を設けたこと
   を特徴とする電子楽器の鍵盤装置。