JPH1026984A - 操作子の力覚制御装置 - Google Patents

操作子の力覚制御装置

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JPH1026984A
JPH1026984A JP8182365A JP18236596A JPH1026984A JP H1026984 A JPH1026984 A JP H1026984A JP 8182365 A JP8182365 A JP 8182365A JP 18236596 A JP18236596 A JP 18236596A JP H1026984 A JPH1026984 A JP H1026984A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で小型化およびコストダウンが図
れるとともに実用性の高い操作子の力覚制御装置を提供
する。 【解決手段】 鍵10の回動を電磁アクチュエータ20
で制動することで鍵10に反力を与えてタッチ感が生じ
るようにする。一方、位置センサ46で検出された鍵1
0の位置情報がメモリ50に供給され、その位置にある
鍵10の反力をどの程度にするかが、メモリ50内のタ
ッチテーブルに基づき決定され、その反力に見合った制
動力が鍵10に与えられるように、駆動回路52から電
磁アクチュエータ20のソレノイドコイル21に駆動電
流が供給されると、励磁されたステータヨーク21に鍵
10のロータ部13が吸着・圧接して鍵10が制動さ
れ、これによって鍵10の位置に応じたタッチ感が連続
的に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作子を変位させ
た際に操作者が操作子から受ける反力を適宜に制御する
操作子の力覚制御装置に係り、例えば、電子鍵盤楽器を
弾いた際にも、あたかもアコースティックピアノの鍵盤
を押しているような感覚を演奏者に与えるなどのバーチ
ャル効果を実現できる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】アコースティックピアノ等の自然鍵盤楽
器は、一般に、押鍵に伴って回動するハンマが弦を打つ
ことにより音が発生する構造であるが、鍵とハンマとの
間に介装されたいわゆるアクションと呼ばれる機構によ
って、演奏者は鍵から独特の反力すなわちタッチ感を指
に感じるようになっている。一方、多種多様な音色の楽
音を電気的に合成して発音する電子鍵盤楽器において
は、鍵は、一般にスプリングにより復帰力を与えられて
おり、押鍵時にはその復帰力に抗して鍵を操作させるよ
うになっている。したがって、鍵のタッチ感は単純で、
かつスプリングの力によって決定し、自然鍵盤楽器とは
大いに異なるものである。
【0003】そこで、電子鍵盤楽器でも、アクションを
備えた自然鍵盤楽器のタッチ感が得られる力覚制御装置
が、種々提案されている。例えば、特開平4−2046
97号公報には、押鍵されるに伴って変位する鍵の位置
に応じて、予め設定されている反力を、電磁アクチュエ
ータにより鍵を駆動することで付与する技術が開示され
ている。また、特公平7−111631号公報に示され
るように、鍵の位置に加え、鍵の速度、加速度および操
作力といった押鍵時にかかわる複数の動的要素のうちの
少なくとも2つの要素を変数とし、それら変数に基づく
反力を、電磁アクチュエータにより鍵を駆動することで
付与し、自然鍵盤楽器のタッチ感を得るものがある。さ
らに、特開平7−99475号公報には、鍵と、鍵を回
動自在に支持する鍵支持部材のうちの一方に磁界発生部
材を、他方に導電体を設けて、1組の誘電電磁型制動手
段を構成し、この制動手段で、予め設定されている反力
が与えられるよう鍵を制動する技術が示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記電磁アクチュエー
タを用いた構成では、鍵の往復動すなわちレストポジシ
ョンからストロークエンド、ストロークエンドからレス
トポジションの2方向の駆動力を鍵に与えれば、タッチ
感の再現を高精度で達成できる。ところが、特開平4−
204697号公報の場合は、押鍵時に反力を与える1
方向ソレノイド型の電磁アクチュエータであるから2方
向の駆動制御が行えず、2方向の駆動制御を行うために
は、作動方向を互いに逆向きにした2つの電磁アクチュ
エータを用いる必要が生じる。この点、特公平7−11
1631号公報のものは、電磁アクチュエータは、2方
向ソレノイド型であるため1つでよい構成である。しか
しながら、いずれの場合も2方向の駆動制御を行う故、
電磁アクチュエータの駆動回路が複雑化し、コストアッ
プを招くといった問題があった。また、電磁アクチュエ
ータを2つ用いる場合には、それだけ装置が大型化し、
組み込む上でスペース的な制約が生じてしまう。
【0005】一方、上記特開平7−99475号公報に
示される誘導電磁型制動手段は、鍵を磁力で制動するも
のであり、直接鍵を制動しないので、大きな制動力およ
び高い応答性を得ることができず、実用的でないといっ
た欠点があった。
【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、構造が簡単で小型化およびコストダウンが図れる
とともに実用性の高い操作子の力覚制御装置を提供する
ことを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の操作子の力覚制御装置は、支持体に変位可能に支持さ
れた操作子と、この操作子の操作態様を検出し、この操
作態様を出力する情報検出手段と、前記操作子を制動す
る制動手段と、この制動手段の前記操作子に対する制動
力を、前記情報検出手段によって出力される情報に応じ
て制御する制動制御手段とを備え、前記制動手段は、前
記操作子に設けられた被摩擦部と、この被摩擦部に対向
して設けられた摩擦部とからなり、摩擦部は、前記被摩
擦部に対して相対的に進退自在で、かつ進出時に被摩擦
部に接触することで前記制動力を発生させる構成とされ
ることを特徴としている。
【0008】本発明の請求項2に記載の操作子の力覚制
御装置は、前記情報が、前記操作子の位置、速度、加速
度、加加速度および操作力のうちの少なくとも1つであ
ることを特徴としている。
【0009】本発明の請求項3に記載の操作子の力覚制
御装置は、前記制動手段の前記摩擦部が、磁界の発生に
より前記被摩擦部に対して吸着する磁気吸着部材である
ことを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。(1)第1の実施形態(電子鍵盤楽器) 第1の実施形態は、本発明を電子鍵盤楽器に適用したも
のであり、まずその構成から説明する。図1ないし図3
は、電子鍵盤楽器の鍵盤を構成する鍵ユニット1を示
し、図4は本実施形態の力覚制御装置の構成を示すブロ
ック図である。
【0011】鍵ユニット1は、鍵盤フレーム2に多数並
べて固定され、鍵盤を構成する。図3は鍵ユニット1の
組立分解図であり、この図に示すように、鍵ユニット1
は、鍵(操作子)10と、鍵10を回動自在に支持する
電磁アクチュエータ(制動手段)20と、鍵10と電磁
アクチュエータ20の間に介装される保護シート30
と、電磁アクチュエータ20を支持するブラケット40
との組み合わせで構成されている。この鍵ユニット1
は、図1に示すように、ブラケット40が鍵盤フレーム
2にビス41で固定されることにより鍵盤フレーム2に
セットされる。この状態で、鍵10は前方すなわち演奏
者側に延びており、以下の説明で前後左右あるいは上下
といった方向は、鍵盤フレーム2にセットされた状態に
おける方向と定義する。
【0012】鍵10は、前端部に操作部12が形成され
た細長い板状のレバー部11が主体で、レバー部11の
後端部に、回動支点部となる円盤状のロータ部13が形
成されている。この場合、少なくともロータ部13の左
側の面が磁性体でできていればよい。したがって、レバ
ー部11を樹脂等の非磁性体で形成し、このレバー部1
1に磁性体で形成したロータ部13を接合したり、ロー
タ部13の左側の面に磁性体を固着するなどの構成が採
られる。ロータ部13の一側面(この場合左側の面)の
中央には、挿通孔14aを有するボス14が突出してい
る。その一側面における外周部には、所定の摩擦力を生
じせしめる被摩擦面(被摩擦部)15が形成されてい
る。ロータ部13の近傍における下側には、斜め下向き
後方(ロータ部13側)に延びる突起16が形成されて
いる。また、ロータ部13の周面であってレバー部11
の延長上にあたる部分には、シャッタ片17が設けられ
ている。このシャッタ片17は、下端から上端に向かう
にしたがって幅が大きくなり、かつ端縁がロータ部13
よりも曲率の小さい変形扇状に形成されたものである。
保護シート30は、中央に挿通孔30aを有する環状の
ものである。
【0013】電磁アクチュエータ20は、磁性体からな
るステータヨーク(支持体,吸着部材)21と、ステー
タヨーク21にはめ込まれるソレノイドコイル22とか
ら構成されている。ステータヨーク21は、有底筒状
で、内部底面の中心に、軸方向に延びるピン23が突設
され、外周部には、接線方向に突出する一対の取付片2
4が形成されている。ソレノイドコイル22は、ボビン
25にコイル26が巻かれたもので、ボビン25中央の
挿通孔25aにステータヨーク21のピン23が挿入さ
れてステータヨーク21内に収められる。
【0014】ブラケット40は、図1に示すように、底
板部42と背板部43とを有する断面略L字状のもの
で、底板部42の表面には、ステータヨーク21の取付
片24がはめ込まれるホルダ42aが形成され、さらに
前端部には、コイル状のスプリング44が装着されてい
る。背板部43の内側(前側)には、背板部43と平行
にセンサシート45が取り付けられ、このセンサシート
45の前面には、回動する鍵10の位置を検出する位置
センサ(情報検出手段)46が設けられている。この位
置センサ46は、フォトインタラプタ等が用いられる。
【0015】上記鍵10、電磁アクチュエータ20、保
護シート30およびブラケット40は、次のように組み
立てられて鍵ユニット1となる。まず、ステータヨーク
21の取付片24をホルダ42aにはめ込む。これで、
ステータヨーク21はブラケット40に固定される。一
方、保護シート30の挿通孔30aに鍵10のロータ部
13のボス14を通し、さらに、このボス14をソレノ
イドコイル22のボビン25の挿通孔25aに通す。次
いで、ボス14の挿通孔14aをステータヨーク21の
ピン23にはめてソレノイドコイル22をステータヨー
ク21内に収めるとともに、ソレノイドコイル22のボ
ビン25をステータヨーク21に固定する。この後、突
起16をスプリング44の先端部に挿入する。保護シー
ト30は、回動自在なロータ部13がソレノイドコイル
22に直接接触することでソレノイドコイル22を損傷
させることを防ぐために設けられたもので、外径が、ソ
レノイドコイル22のそれとほぼ同等もしくは若干小さ
く設定されており、ソレノイドコイル22とともにステ
ータヨーク21内に収められる。この状態で、ロータ部
13の被摩擦面15は、きわめて小さい磁気ギャップを
挟んでステータヨーク21の外周端面(摩擦部)21a
に対向し、磁気ギャップの分、ロータ部13はピン23
に沿って移動可能となっている。したがって、鍵10全
体が横方向に動くようになってはいるが、その動きは、
鍵10を操作しているときの指にガタなどとは感じない
程度の僅少なものである。
【0016】このように組み立てられた鍵ユニット1
は、ブラケット40の底板部42がビス41で鍵盤フレ
ーム2に固定されることにより、鍵盤フレーム2にセッ
トされる。このセット状態で、鍵10は、ステータヨー
ク21のピン23を軸に回動するが、その回動範囲は、
鍵盤外装材4に固定されたキーレストフェルト5と、ブ
ラケット40の底板部42に固定されたキーエンドフェ
ルト6とで規制される。キーエンドフェルト6には、レ
バー部11に設けられたストッパ7が当たるようになっ
ている。そして、スプリング44とキーレストフェルト
5によって、前方に水平に延びるレスト位置が決定され
る。このレスト位置から鍵10の操作部12を押す、す
なわち押鍵すると、スプリング44の反力を受けながら
鍵10はストロークエンドまで(ストッパ7がキーエン
ドフェルト6に当たるまで)下向きに回動し、押す力を
弱めてスプリング44の力が勝るか、あるいは鍵10を
離すかすると、鍵10は上向きに回動し、最終的にレス
ト位置に戻る。
【0017】また、鍵10の回動に伴って前記シャッタ
片17が位置センサ46を通過することにより、鍵10
の位置がどこにあるかが常に検出されるようになってい
る。位置センサ46は、前述のようにフォトインタラプ
タ等が用いられ、光源からのビームが発光部から受光部
に出射されており、回動する鍵10に伴って移動するシ
ャッタ片17が、ビームの光軸を横断するようになって
いる。シャッタ片17がビームを横断する面積すなわち
受光部の受光量は、鍵10の回動に伴って刻々変化す
る。受光部には、フォトトランジスタ等の図示せぬ光電
変換器が接続されており、この光電変換器は、受光部の
受光量に対応する電流を出力する。その出力電流の変化
が、押鍵された鍵10の位置を示す位置情報として出力
される。この位置情報は、押された鍵10の検出、押鍵
/離鍵の判別、鍵速度の検出などにも利用され、鍵10
が押されると、出力された位置情報に基づきそれに応じ
た楽音が音源より発生される。なお、楽音の音色は、各
種選択できるようになっている。
【0018】前記電磁アクチュエータ20は、ソレノイ
ドコイル22に駆動電流が供給されると、ソレノイドコ
イル22の断面を巡回する磁場が発生し、その磁場によ
り、ステータヨーク21とロータ部13は、軸方向に沿
って互いに吸引される。ところが、この場合、ステータ
ヨーク21はブラケット40に固定されているので、ロ
ータ部13がステータヨーク21に吸引され、ステータ
ヨーク21の外周端面21aに、ロータ部13の被摩擦
面15が吸着して圧接する。これによって、鍵10の回
動が規制される、すなわち鍵10が制動されることにな
る。なお、ロータ部13がステータヨーク21に吸引さ
れることにより鍵10全体がステータヨーク21側に移
動するが、その動きは、前述のように鍵10を操作する
指に感じない程度の僅少なものである。鍵10に対する
制動力は、ソレノイドコイル22に供給される駆動電流
によって変化し、その駆動電流は、回動する鍵10の位
置に応じて変化するように制御される。このように、電
磁アクチュエータ20により鍵10が制動されると、鍵
10を操作している指は制動力に応じた抵抗感すなわち
反力を感じ、この反力が、タッチ感として演奏者の指に
認識されることになる。
【0019】本実施形態の力覚制御装置は、図4に示す
ように、位置センサ46と、位置センサ46による鍵1
0の位置情報が供給されるとともに、複数のタッチ感が
パターン化されたタッチテーブルが記憶されたメモリ
(記憶手段,制動制御手段)50と、メモリ50内の1
つのタッチテーブルを選択するためのタッチセレクタ5
1と、選択されたタッチテーブルに応じた駆動電流を電
磁アクチュエータ20のソレノイドコイル22に供給す
る駆動回路(制動制御手段)52とを有している。メモ
リ50内に記憶される複数のタッチテーブルのうちの少
なくとも1つは、アコースティックピアノのアクション
によって生じる反力に基づいて形成されており、その反
力が、電磁アクチュエータ20で鍵10が制動されるこ
とにより再現されるわけである。なお、タッチテーブル
は、スプリング44によって発生する反力も考慮して作
成される。
【0020】次いで、上記力覚制御装置による鍵10の
力覚駆動作用を説明する。演奏者は、タッチセレクタ5
1で好みのタッチ感がパターン化された1つのタッチテ
ーブルを選択する。演奏により鍵10が押されると、鍵
10の位置が位置センサ46により検出され、鍵10の
位置情報が、メモリ50に供給される。次に、鍵10の
位置によって、その位置にある鍵10の反力をどの程度
にするかが、選択されたタッチテーブルに基づき決定さ
れ、その反力に見合った制動力が鍵10に与えられるよ
うに、駆動回路52からソレノイドコイル22に駆動電
流が供給される。すると、その駆動電流に応じた強さで
ロータ部13がステータヨーク21の外周端面21aに
吸着・圧接し、鍵10が制動される。このように鍵10
が制動されると、相応の反力が鍵10に生じ、演奏者は
鍵10の位置に応じたタッチ感を得る。そして、このタ
ッチ感は、鍵10の回動に伴い、その位置ごとにタッチ
テーブルに従って連続的に得られる。
【0021】上記力覚制御装置によれば、電磁アクチュ
エータ20により鍵10を制動して鍵10に反力を与え
る構成であり、その制動力は、押鍵時と離鍵時の双方向
とも、電磁アクチュエータ20により1方向に作用する
磁気吸引力を制御することで発生する。したがって、従
来のように電磁アクチュエータを2方向制御する場合と
比べると、駆動回路52が単純化するので、コストダウ
ンおよび装置のコンパクト化が図られるとともに、デザ
インの自由度が向上する。また、きわめて小さな磁気ギ
ャップを挟んでステータヨーク21により鍵10を直接
制動するので、鍵10に対する制動力が大きい。このた
め、電磁アクチュエータ20は比較的小さいものであっ
ても鍵10を制動することができ、よって、コンパクト
化が促進されるとともに、高い応答性が得られて実用性
に富むものとなる。
【0022】なお、上記第1の実施形態の各タッチテー
ブルにおいて、各鍵ごとあるいは複数の鍵ごとに、鍵の
位置に応じた反力を記憶するとともに、押された鍵によ
ってタッチテーブルを参照するようにすれば、各鍵ごと
あるいは複数の鍵ごとに異なるタッチ感が得られる。
【0023】(2)第2の実施形態(電子鍵盤楽器) 次に、上記第1の実施形態における鍵10に、前記電磁
アクチュエータ20によって鍵10に作用する制動力を
検出する歪みゲージを設けた第2の実施形態を説明す
る。図5に示すように、上記と同様の鍵10の下面に
は、鍵10の操作によって弾性変形する弾性片60が設
けられている。この弾性片60は、鍵10の表面に固着
され、その表面に、歪みゲージ(情報検出手段)61が
取り付けられている。この歪みゲージ61は、弾性片6
0に生じる歪みの程度によって、電磁アクチュエータ2
0によって鍵10に作用する反力を検出する。その反力
信号は、サーボアンプ(制動制御手段)62に入力され
る。
【0024】第2の実施形態の力覚制御装置は、図6に
示すように、第1の実施形態の力覚制御装置に、前記歪
みゲージ61およびサーボアンプ62が付加された構成
である。サーボアンプ62には、メモリ50からタッチ
テーブルのデータが供給され、そのデータに基づく鍵1
0の位置情報と、歪みゲージ61で検出された鍵10に
作用する反力信号とが供給される。そして、反力信号
が、位置情報に見合ったものであるかがサーボアンプ6
2により比較され、双方の信号が符合する場合は、その
ままの位置情報が駆動回路52に供給される。また、符
合しない場合には、サーボアンプ62により反力信号が
位置情報に見合ったものになるように位置情報が補正さ
れ、その補正された位置情報が駆動回路52に供給され
る。すなわち、本実施形態では、電磁アクチュエータ2
0によって鍵10に作用する制動力が、常にタッチテー
ブルに基づくものになるようにフィードバック制御され
る。したがって、鍵10のタッチ感がより高い精度で再
現される。
【0025】図7は、上記鍵盤を応用して構成された電
子ピアノである。この電子ピアノは、コ字状に形成され
たフレーム70の上側の前面に、複数の鍵ユニット1か
らなる鍵盤が組み込まれ、フレーム70の下側には、楽
音に効果を与える2つのペダル71が取り付けられてい
る。各ペダル71は、上記鍵10と同様の構造で所望の
タッチ感が得られるようになっている。上記第1実施形
態もしくは第2実施形態を応用することにより、このよ
うな斬新なイメージの電子ピアノをデザインすることも
可能である。
【0026】(3)第3の実施形態(ダイアル) 次に、本発明をダイアルに適用した第3の実施形態を、
図8を参照して説明する。図8は、ダイアル(操作子)
80およびこのダイアル80に反力を与える力覚制御装
置の構成を示している。図中符号90は、実際にダイア
ル80に反力を与える電磁アクチュエータ(制動手段)
である。この電磁アクチュエータ90は、固定状態のス
テータヨーク(支持体,吸着部材)91内にソレノイド
コイル92が固定されて収められたものである。ダイア
ル80は、笠状のフランジ部81の表側につまみ部82
が一体成形されたものである。フランジ部81の裏側に
は、磁性体からなる円盤状のロータベース83が固定さ
れている。このロータベース83の両面の中心からは、
突起84と、磁性体からなる回動軸85とがそれぞれ延
びており、突起84がダイアル80の裏側の中心に埋め
込まれ、ねじ止めあるいは接着等の手段でダイアル80
に固定されている。ダイアル80は、ロータベース83
をソレノイドコイル92に対向させて、回動軸85をス
テータヨーク91のピン93に形成されている挿通孔9
3aに通すことにより、ステータヨーク91に回動自在
にかつピン93に沿って移動自在に組み込まれている。
なお、ロータベース83におけるソレノイドコイル92
の外周端面(摩擦部)92aへの対向面には、被摩擦面
(被摩擦部)83aが形成されている。ロータベース8
3の回動軸85は、ステータヨーク91の挿通孔93a
を貫通し、さらにエンコーダ94を貫通して巻きバネ9
5に係合されており、ダイアル80は、巻きバネ95に
より常に左回動方向に付勢されている。この状態で、ロ
ータベース83の被摩擦面83aは、きわめて小さい磁
気ギャップを挟んでステータヨーク21の外周端面92
aに対向し、ロータベース83およびダイアル80は、
磁気ギャップの分、ピン93に沿って移動可能となって
いる。磁気ギャップによって生じる軸方向へのダイアル
80の移動は、ダイアル80を操作しているときの指に
ガタなどとは感じない程度の僅少なものである。
【0027】ダイアル80は、右方向に回動させること
で所定の作用をなし、ダイアル80を離すと巻きバネ9
5の力で元の位置に復帰する。そして、電磁アクチュエ
ータ90のソレノイドコイル92に駆動回路(制動制御
手段)100から駆動電流が供給されると、ロータベー
ス83がステータヨーク91側に吸着・圧接する。これ
によって、ダイアル80が制動される。
【0028】エンコーダ94内におけるロータベース8
3の回動軸85には、軸方向に沿って延びる多数の溝8
5aが周方向に等間隔に形成されている。エンコーダ9
4は、溝85aの数を数え、かつその回動方向(右回り
か左回りか)を認識することにより、回動するダイアル
80の位置を検出する。エンコーダ94で検出されたダ
イアル80の位置情報は、メモリ(記憶手段,制動制御
手段)101に供給される。
【0029】メモリ101内には、ダイアル80を回動
させるときに得たい複数のタッチ感がパターン化された
タッチテーブルが記憶され、それらタッチテーブルのう
ちの1つが、タッチセレクタ102で選択される。メモ
リ101に記憶されるタッチテーブルは、例えば、ダイ
アル80を回すに従って抵抗が強くなったり、あるい
は、細かい周期で抵抗感が断続するいわゆるクリックを
感じたりといったような、様々なパターンが用いられ
る。
【0030】次いで、上記力覚制御装置によるダイアル
80の力覚駆動作用を説明する。操作者は、タッチセレ
クタ102で好みのタッチテーブルを選択する。ダイア
ル80が右に回されると、ダイアル80の位置がエンコ
ーダ95により検出され、ダイアル80の位置情報が、
メモリ101に供給される。次に、ダイアル80の位置
によって、その位置にあるダイアル80の反力をどの程
度にするかが、選択されたタッチテーブルに基づき決定
され、その反力に見合った制動力がダイアル80に与え
られるように、駆動回路100からソレノイドコイル9
2に駆動電流が供給される。すると、その駆動電流に応
じた強さで、ロータベース83がステータヨーク91の
外周端面21aに吸着・圧接し、これによってダイアル
80が制動される。このようにダイアル80が電磁アク
チュエータ90で制動されると、相応の反力がダイアル
80に生じ、操作者はダイアル80の位置に応じたタッ
チ感を得る。そして、このタッチ感は、ダイアル80の
回動に伴い、その位置ごとにタッチテーブルに従って連
続的に得られる。
【0031】(4)第4の実施形態(パイプオルガンの
ストップレバー) 次に、本発明をパイプオルガンのストップレバーに適用
した第4の実施形態を、図9ないし図11を参照して説
明する。図9の符号110は、パイプオルガンのエンク
ロージャ(支持体)111に対し前後方向にスライド自
在に支持されたストップレバー(操作子)である。この
ストップレバー110は、パイプオルガンのパイプを発
音させる気流の流路を開閉し、かつ気流の流量を調節す
るもので、後方に押すと流路が閉じ、手前に引くと開く
ようになっている。
【0032】ストップレバー110は断面正方形状で、
エンクロージャ111内におけるその下方には、電磁ア
クチュエータ(制動手段)120が配置されている。電
磁アクチュエータ120は、断面が、コ字状の両端に鍔
を有するような形状の固定ヨーク(吸着部材)121
と、この固定ヨーク121に巻かれたソレノイドコイル
122とから構成されている。固定ヨーク121は、例
えば、図10および図11に示すように、一対のヨーク
片121A、121Bからなり、これらヨーク片121
A、121Bを、ソレノイドコイル122の内部に重ね
合わせて挿入することにより、電磁アクチュエータ12
0が構成される。電磁アクチュエータ120は、図11
に示すように、固定ヨーク121の開放側の上面がスト
ップレバー110に向けられ、図示せぬフレーム等に固
定されている。ストップレバー110に対向する固定ヨ
ーク121の両端面121a、121bは、摩擦面(摩
擦部)となっている。一方、ストップレバー110の下
面には、摩擦面121a、121bとごく僅かな隙間
(磁気ギャップ)をあけて磁性体からなる可動ヨーク1
23が固定されている。可動ヨーク123の下面には、
前記摩擦面121a、121bに摺接する被摩擦面(被
摩擦部)123aが形成されている。ストップレバー1
10においては、ストローク範囲内においての位置が、
位置センサ(情報検出手段)124によって検出される
ようになっている。
【0033】前記ソレノイドコイル122に駆動電流が
供給されると、励磁された固定ヨーク121に可動ヨー
ク123が吸引され、固定ヨーク121の摩擦面121
a、121bに可動ヨークの被摩擦面123aが吸着・
圧接する。これによって、ストップレバー110に制動
がかかるようになっている。その制動力は、駆動回路
(制動制御手段)125からソレノイドコイル122に
給電される駆動電流によって変化し、かつその駆動電流
は、位置センサ124で検出されるストップレバー11
0の位置情報に応じて変化するように設定されている。
【0034】位置センサ124によって検出されるスト
ップレバー110の位置情報は、メモリ(記憶手段,制
動制御手段)126に供給される。メモリ126内に
は、ストップレバー110をスライドさせるときに得た
い複数のタッチ感がパターン化されたタッチテーブルが
記憶され、それらタッチテーブルのうちの1つが、タッ
チセレクタ127で選択される。メモリ126に記憶さ
れるタッチテーブルは、例えば、ストップレバー110
を押すに従って抵抗が強くなったり、あるいは、段階的
に抵抗感が発生したりといったような、様々なパターン
が用いられる。
【0035】次いで、第4の実施形態による鍵の力覚駆
動作用を説明する。パイプオルガンの演奏者は、タッチ
セレクタ127で好みのタッチテーブルを選択する。ス
トップレバー110が操作されると、その位置が位置セ
ンサ124により検出され、ストップレバー110の位
置情報が、メモリ126に供給される。次に、ストップ
レバー110の位置によって、その位置にあるストップ
レバー110の反力をどの程度にするかが、選択された
タッチテーブルに基づき決定され、その反力に見合った
制動力がストップレバー110に与えられるように、駆
動回路125からソレノイドコイル122に駆動電流が
供給される。すると、励磁された固定ヨーク121に可
動ヨーク123が吸引され、固定ヨーク121の摩擦面
121a、121bに可動ヨーク123の被摩擦面12
3aが吸着・圧接する。これによって、ストップレバー
110が制動される。このようにストップレバー110
が固定ヨーク121で制動されると、相応の反力がスト
ップレバー110に生じ、操作者はストップレバー11
0の位置に応じたタッチ感を得る。
【0036】(5)第5の実施形態(ディスクブレーキ
装置) 次に、本発明をディスクブレーキ装置に適用した第5の
実施形態を、図12および図13を参照して説明する。
これら図の符号130、140は、それぞれディスクブ
レーキ装置のロータおよびキャリパである。ロータ13
0は、軸心に固定された回動軸131がハンドル(操作
子)132を介して操作者の手で回動させられ、その回
動がキャリパ140で制動されるようになっている。ロ
ータ130においては、その回動位置が位置センサ15
1で検出されるようになっている。キャリパ140は、
磁性体からなる固定アーム141と、この固定アーム1
41に形成された支持片142の先端部にピン149を
介して回動するよう取り付けられた磁性体からなる可動
アーム(吸着部材)143とから構成されている。可動
アーム143は、僅かな回動角度で回動し、図示せぬね
じりバネにより、常にロータ130から離れる開方向に
付勢されている。可動アーム143が固定アーム141
側に回動すると、両アーム141,143がロータ13
0を挟み、これによってロータ130が制動されるよう
になっている。両アーム141,143のロータ130
への対向面141a,143aは摩擦面(摩擦部)とし
て形成され、これら摩擦面141a,143aが摺接す
るロータ130の両面外周部が、被摩擦面(被摩擦部)
130aとなっている。
【0037】固定アーム141は磁性体からなり、その
支持片142には、ソレノイドコイル160が巻かれて
いる。そして、固定アーム141、可動アーム143お
よびソレノイドコイル160により、電磁アクチュエー
タ(制動手段)161が構成されている。この電磁アク
チュエータ161のソレノイドコイル160に、駆動回
路(制動制御手段)159から駆動電流が供給される
と、可動アーム143がねじりバネに抗して固定アーム
141に吸引されて回動し、その結果として、両アーム
141,143の摩擦面141a,143aがロータ1
30の被摩擦面130aに吸着・圧接する。すなわち、
両アーム141,143がロータ130を挟み、これに
よって、ロータ130の回動が制動されるようになって
いる。その制動力は、ソレノイドコイル160に給電さ
れる駆動電流によって変化し、その駆動電流は、ロータ
130の回動位置に応じて変化するように設定されてい
る。このように、電磁アクチュエータ161によりロー
タ130が制動されると、ロータ130に対する制動力
に応じた抵抗感すなわち反力を感じ、これがタッチ感と
してハンドル132を回している操作者の手に認識され
ることになる。
【0038】位置センサ151によって検出されるロー
タ130の回動位置情報は、メモリ(記憶手段,制動制
御手段)162に供給される。メモリ162内には、ハ
ンドル132を回すときに得たい複数のタッチ感がパタ
ーン化されたタッチテーブルが記憶され、それらタッチ
テーブルのうちの1つが、タッチセレクタ163で選択
される。メモリ162に記憶されるタッチテーブルは、
例えば、ハンドル132を回すに従って抵抗がリニアに
強くなったり、あるいは、その抵抗感が二次元的に上昇
したりといったような、様々なパターンが用いられる。
【0039】固定アーム141には、一対のコ字状の板
バネ145が、互いに対向するようにして一体に固定さ
れており、これら板バネ145が、図13に示すよう
に、フレーム等の取付部170に、この取付部170を
挟む状態で固定されている。板バネ145は、各アーム
141、143がロータ130を挟んで制動すると、ロ
ータ130の回転方向に若干たわむようになっている。
そして、一方の板バネ145には、そのたわみを検出す
る歪みゲージ(情報検出手段)165が取り付けられて
いる。電磁アクチュエータ161によってロータ130
に作用する反力は歪みゲージ165で検出され、その検
出信号である反力信号が、サーボアンプ(制動制御手
段)166に供給される。
【0040】上記第5の実施形態によると、まず、操作
者は、タッチセレクタ163で好みのタッチテーブルを
選択する。操作者がハンドル132を手で回すと、ロー
タ130の回動位置が位置センサ151により検出さ
れ、その位置情報が、メモリ162に供給される。次
に、ロータ130の回動位置によって、ハンドル132
の反力をどの程度にするかが、選択されたタッチテーブ
ルに基づき決定され、その反力に見合った制動力がロー
タ130に与えられるように、駆動回路159からソレ
ノイドコイル160に駆動電流が供給される。可動アー
ム143は、その駆動電流に応じた強さで固定アーム1
41に吸引され、その結果、両アーム141,143に
挟まれてロータ130が制動される。このようにロータ
130が制動されると、相応の反力がハンドル132に
生じ、操作者はハンドル132の位置に応じたタッチ感
を得る。そして、このタッチ感は、ハンドル132の回
転に伴い、その位置ごとにタッチテーブルに従って連続
的に得られる。
【0041】ここで、サーボアンプ166には、メモリ
162からタッチテーブルのデータが供給され、そのデ
ータに基づくロータ130の回動位置情報と、歪みゲー
ジ165で検出されたロータ130に作用する反力信号
とが供給される。そして、反力信号が、位置情報に見合
ったものであるかがサーボアンプ166により比較さ
れ、双方の信号が符合する場合は、そのままの位置情報
が駆動回路159に供給される。また、符合しない場合
には、サーボアンプ166により反力信号が位置情報に
見合ったものになるように位置情報が補正され、その補
正された位置情報が駆動回路159に供給される。すな
わち、電磁アクチュエータ161によってロータ130
に作用する反力が常にタッチテーブルに基づくものにな
るように、フィードバック制御される。したがって、ハ
ンドル132のタッチ感がより高い精度で再現される。
【0042】(6)本発明の変更例 上記各実施形態は、本発明に基づく様々な実施形態であ
り、本発明はこれらに限定されるものではなく、例え
ば、次のような変更が可能である。 各操作子に付与する制動力を、変位する操作子の位置
情報のみに基づいて変化させる他に、操作子の速度、加
速度、加加速度および操作力のうちの少なくとも1つを
位置情報と組み合わせて変位情報とし、この変位情報に
基づいて制動力を変化させる。また、位置情報を用いず
に、速度、加速度、加加速度および操作力のうちのいず
れか1つ、あるいは、いずれか複数の組み合わせを変位
情報とするようにしてもよい。 制動手段として、電磁アクチュエータに代えて機械式
制動手段を採用する。 上記各操作子に限定されることなく、変位範囲内にお
いて反力特性が与えられるあらゆる操作子に適用でき
る。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、制
動手段で操作子を直接制動することにより操作子に反力
特性を与えるので、タッチ感の再現性すなわち力覚制御
が確実に、かつ高い応答性で実行され、また、制動手段
の制御方向は1方向でよいことから、構造の単純化およ
びコンパクト化に伴うコストダウンが図られる(請求項
1)。操作子の変位情報を、位置の他、速度、加速度、
加加速度および操作力のうちの少なくとも1つ加えたの
で、タッチ感が高精度で再現される(請求項2)。制動
手段の摩擦部を、磁界の発生により被摩擦部に吸着する
磁気吸着部材としたので、その駆動方向が1方向である
ことから駆動回路が単純化する(請求項3)。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係る電子鍵盤楽器
の鍵ユニットの側面図である。
【図2】 同一部断面平面図である。
【図3】 同組立分解図である。
【図4】 第1の実施形態の力覚制御装置の構成を示す
ブロック図である。
【図5】 本発明の第2の実施形態に係る鍵および歪み
ゲージを示す斜視図である。
【図6】 第2の実施形態の力覚制御装置の構成を示す
ブロック図である。
【図7】 第1あるいは第2の実施形態が応用されて作
成された電子ピアノの斜視図である。
【図8】 本発明をダイアルに適用した第3の実施形態
の構成を示す図である。
【図9】 本発明をパイプオルガンのストップレバーに
適用した第4の実施形態の構成を示す図である。
【図10】 第4の実施形態の電磁アクチュエータの分
解斜視図である。
【図11】 第4の実施形態の側面図である。
【図12】 本発明をハンドルに付加したディスクブレ
ーキ装置に適用した第5の実施形態の構成を示す図であ
る。
【図13】 ハンドルに付加したディスクブレーキ装置
の斜視図である。
【符号の説明】
10 鍵(操作子) 15,83a,123a,130a 被摩擦面(被摩擦
部) 21,91 ステータヨーク(支持体,吸着部材) 20,90,120,161 電磁アクチュエータ(制
動手段) 21a、92a 外周端面(摩擦部) 46,124,151 位置センサ(情報検出手段) 50,101,126,162 メモリ(制動制御手
段) 52,100,125,159 駆動回路(制動制御手
段) 61,165 歪みゲージ(情報検出手段) 62,166 サーボアンプ(制動制御手段) 80 ダイアル(操作子) 94 エンコーダ(情報検出手段) 110 ストップレバー(操作子) 111 エンクロージャ(支持体) 121 固定ヨーク(吸着部材) 121a,121b 摩擦面(摩擦部) 123a 被摩擦面(被摩擦部) 130a 被摩擦面(被摩擦部) 132 ハンドル(操作子) 143 可動アーム(吸着部材) 141a,143a 摩擦面(摩擦部)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持体に変位可能に支持された操作子
    と、 この操作子の操作態様を検出し、この操作態様を示す情
    報を出力する情報検出手段と、 前記操作子を制動する制動手段と、 この制動手段の前記操作子に対する制動力を、前記情報
    検出手段によって出力される情報に応じて制御する制動
    制御手段とを備え、 前記制動手段は、前記操作子に設けられた被摩擦部と、
    この被摩擦部に対向して設けられた摩擦部とからなり、
    摩擦部は、前記被摩擦部に対して相対的に進退自在で、
    かつ進出時に被摩擦部に接触することで前記制動力を発
    生させる構成とされることを特徴とする操作子の力覚制
    御装置。
  2. 【請求項2】 前記情報は、前記操作子の位置、速度、
    加速度、加加速度および操作力のうちの少なくとも1つ
    であることを特徴とする請求項1に記載の操作子の力覚
    制御装置。
  3. 【請求項3】 前記制動手段の前記摩擦部は、磁界の発
    生により前記被摩擦部に対して吸着する磁気吸着部材で
    あることを特徴とする請求項1または2に記載の操作子
    の力覚制御装置。
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