KR100907145B1

KR100907145B1 - 키 구동 장치 및 키 구동 제어 시스템

Info

Publication number: KR100907145B1
Application number: KR1020070088950A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 하야시; 히데오 스즈끼
Original assignee: 야마하 가부시키가이샤
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-07-09
Also published as: KR20080022507A; JP2008064978A; EP1898393B1; CN101140755A; US7692078B2; EP1898393A3; JP4788533B2; ATE550753T1; US20080083314A1; EP1898393A2; CN100533545C

Abstract

본 발명의 과제는 프레임에 대해 요동 가능하게 지지된 키를 구동하는 키 구동 장치에 있어서, 그 소형화나 경량화를 용이하게 도모할 수 있도록 하는 것이다.

유전성을 갖고 탄성 변형 가능한 고분자 재료로 이루어지는 고분자 막(15)과, 상기 고분자 막(15)의 양면에 배치되는 한 쌍의 전극(17, 17)을 구비하여 대략 판 형상으로 형성되는 동시에, 상기 한 쌍의 전극(17, 17) 사이로의 전압 인가 상태의 절환에 따라서 생기는 상기 고분자 막(15)의 면 방향의 신장 수축을 기초로 하여 휨 변형이 생기는 고분자 트랜스듀서(9)로 이루어지고, 상기 고분자 트랜스듀서(9)의 휨 변형에 의해, 키(3)를 요동시키는 것을 특징으로 하는 키 구동 장치(7)를 제공한다.

키, 고분자 막, 전극, 트랜스듀서, 키 구동 장치

Description

키 구동 장치 및 키 구동 제어 시스템 {KEY ACTUATING APPARATUS AND KEY ACTUATING SYSTEM}

본 발명은 키 구동 장치 및 이것을 구비한 키 구동 제어 시스템에 관한 것이다.

어쿠스틱 피아노 등의 자연 건반 악기는, 예를 들어 키 누름에 수반하여 회전하는 해머가 현을 치는 것에 의해 생음이 발생하도록 구성되어 있다. 이 종류의 자연 건반 악기에는 키와 해머와의 사이에 소위 액션 기구가 설치되어 있고, 연주자는 이 액션 기구에 의해 키로부터 독특한 반력(키 제동력)을 받도록 되어 있다. 즉, 자연 건반 악기에 있어서는, 이것에 특유한 키의 터치감이 얻어지도록 되어 있다.

한편, 전자 키보드와 같이 전자음을 발생하는 종래의 전자 건반 악기에서는, 키를 초기 위치로 복귀시키는 스프링이 설치되어 있고, 키를 누를 때에 스프링의 복귀력에 대항하여 키를 조작하도록 되어 있다. 따라서, 전자 건반 악기에 있어서의 키의 터치감은, 단순한 스프링의 복귀력에 의해 결정되고 있어, 자연 건반 악기에 있어서의 터치감과는 크게 다르다.

종래에서는, 전자 건반 악기라도 액션 기구를 구비한 자연 건반 악기와 동일한 터치감을 얻을 수 있도록, 키를 구동하여 키 누름에 대한 반력을 부가하기 위한 키 구동 장치가 제안되어 있고(예를 들어, 특허 문헌 1, 2 참조), 키 구동 장치로서는, 솔레노이드형의 전자기 액츄에이터가 이용되고 있다. 이 키 구동 장치를 구비한 건반 악기에서는, 상술한 반력의 부가 외에, 악곡을 구성하는 일련의 악음에 대응하는 연주 정보에 따라서 키 구동 장치에 의해 각 키를 구동하여, 자동 연주도 행할 수 있도록 되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평4―204697호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공고 평7-111631호 공보

그러나, 특허 문헌 1, 2에 기재된 키 구동 장치에서는, 모두 솔레노이드형의 전자기 액츄에이터를 이용하고 있기 때문에, 키 구동 장치 자체가 대형화되는 동시에 중량이 무거워진다는 문제점 생긴다. 이 문제점은, 휴대성이 중요시되는 전자 키보드 등의 전자 건반 악기에서는 특히 큰 문제로 된다.

본 발명은, 상술한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 소형화나 경량화를 도모할 수 있는 키 구동 장치 및 이것을 구비한 키 구동 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제안하고 있다.

청구항 1에 관한 발명은, 프레임에 대해 요동 가능하게 지지된 키를 구동하는 키 구동 장치이며, 유전성을 갖고 탄성 변형 가능한 고분자 재료로 이루어지는 고분자 막과 상기 고분자 막의 양면에 배치되는 한 쌍의 전극을 구비하여 대략 판 형상으로 형성되는 동시에, 상기 한 쌍의 전극 사이로의 전압 인가 상태의 절환에 따라서 생기는 상기 고분자 막의 면 방향의 신장 수축을 기초로 하여 휨 변형이 생기는 고분자 트랜스듀서로 이루어지고, 상기 고분자 트랜스듀서의 휨 변형에 의해, 상기 키를 요동시키는 것을 특징으로 하는 키 구동 장치를 제안하고 있다.

본 발명에 관한 키 구동 장치에 있어서, 한 쌍의 전극 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태로부터 전압을 인가하면, 상기 전극 사이에 작용하는 정전 인력을 기초로 하여 고분자 막이 탄성 변형하여 그 면 방향으로 신장한다. 또한, 이 전압 인가 상태로부터 인가하지 않는 상태로 절환하면, 고분자 막의 탄성력을 기초로 하여 고분자 막이 그 면 방향으로 수축된다.

그리고, 고분자 트랜스듀서는, 상기 고분자 막의 신장 수축을 기초로 하여 휨 변형하고, 이 휨 변형에 의해 키를 요동시킨다. 즉, 이 키 구동 장치에 있어서는, 한 쌍의 전극 사이로의 전압 인가 상태의 절환에 따라서 키를 요동시킬 수 있다. 또한, 키를 요동시키는 구동력은, 한 쌍의 전극 사이에 작용하는 정전 인력이나 고분자 막의 탄성력 등으로 이루어진다.

청구항 2에 관한 발명은, 청구항 1에 기재된 키 구동 장치에 있어서, 상기 고분자 트랜스듀서가, 상기 고분자 막 및 상기 한 쌍의 전극을 구비한 적층체를, 상기 고분자 막보다도 탄성률이 높은 판 형상 부재의 표면 및 이면의 적어도 한쪽 에 고정하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 키 구동 장치를 제안하고 있다.

본 발명에 관한 키 구동 장치에 따르면, 적층체가 고분자 막보다도 탄성률이 높은 판 형상 부재에 고정되어 있기 때문에, 고분자 막의 탄성률이 낮아도 고분자 트랜스듀서의 형상을 유지할 수 있다.

그리고, 판 형상 부재의 표면 및 이면의 한쪽에 배치된 적층체의 전극 사이로의 전압 인가 상태를 절환한 경우에는, 고분자 막의 면 방향으로의 신장 수축에 수반하여, 판 형상 부재의 표면측만이 신장 수축하는 것이 되기 때문에, 판 형상 부재에 휨 변형이 생기는 것이 된다. 따라서, 고분자 트랜스듀서에 휨 변형을 확실하게 발생시킬 수 있다.

청구항 3에 관한 발명은, 청구항 1에 기재된 키 구동 장치에 있어서, 상기 고분자 트랜스듀서가, 상기 고분자 막을 원통 형상으로 형성하는 동시에, 상기 고분자 막을 사이에 끼워 넣도록, 상기 한 쌍의 전극을 상기 고분자 막의 내주면 및 외주면의 주위 방향의 일부에 배치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 키 구동 장치를 제안하고 있다.

본 발명에 관한 키 구동 장치에 따르면, 고분자 막의 주위 방향의 일부에 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 전극 사이에서 전압 인가 상태의 절환을 행하면, 고분자 막의 주위 방향의 일부만이 신장 수축하는 것이 되기 때문에, 원통 형상으로 형성된 고분자 트랜스듀서에 휨 변형을 확실하게 발생시킬 수 있다.

청구항 4에 관한 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 키 구동 장치와, 상기 키의 요동 위치를 검출하는 위치 검출 수단과, 상기 위치 검 출 수단이 수동에 의한 상기 키의 요동을 검출했을 때에, 상기 키의 요동 동작에 대항하는 반력을 상기 고분자 트랜스듀서에 발생시키도록, 상기 한 쌍의 전극 사이로의 인가 전압의 크기를 제어하여 상기 키를 구동시키는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 키 구동 제어 시스템을 제안하고 있다.

본 발명에 관한 키 구동 제어 시스템에 있어서, 수동에 의한 키의 요동 동작(키 누름 동작)이 검출되면, 고분자 트랜스듀서에 의해 키 누름 방향과는 역방향으로 키를 요동시키도록 키가 구동되어, 키 누름 동작에 대한 반력이 부가되기 때문에, 전자 건반 악기라도 액션 기구를 구비한 자연 건반 악기와 동일한 터치감을 얻는 것이 가능하게 된다.

그리고, 이 반력의 크기는, 한 쌍의 전극 사이에 인가하는 전압의 크기에 의해 제어되기 때문에, 이 반력을 고정밀도로 설정할 수 있다.

청구항 5에 관한 발명은, 청구항 4에 기재된 키 구동 제어 시스템에 있어서, 상기 위치 검출 수단이, 상기 고분자 트랜스듀서와, 상기 한 쌍의 전극 사이의 상기 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정부로 구성되고, 상기 제어 수단이, 상기 정전 용량의 측정치를 기초로 하여 상기 한 쌍의 전극 사이로의 인가 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 키 구동 제어 시스템을 제안하고 있다.

본 발명에 관한 키 구동 제어 시스템에 있어서, 키를 요동시키면 이것에 수반하여 고분자 트랜스듀서에 휨 변형이 생기고, 이때에는, 고분자 막이 면 방향으로 신장 신축하여 한 쌍의 전극 사이의 거리가 변화하는 것이 된다. 이와 같이, 키의 요동 위치와 전극 사이의 거리와의 사이에는 일정한 관계가 있기 때문에, 전 극 사이의 정전 용량을 측정함으로써 키의 요동 위치를 검출할 수 있다.

청구항 1에 관한 발명에 따르면, 고분자 막의 양면에 한 쌍의 전극을 배치한 간소한 구조의 고분자 트랜스듀서를 이용하여 키를 구동할 수 있기 때문에, 키 구동 장치를 구비하는 건반 악기의 경량화나 소형화를 용이하게 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한, 간소한 구조의 고분자 트랜스듀서에 의해 키 구동 장치를 구성함으로써, 종래의 것과 비교하여 구동하기 위한 구성을 간소화하여, 키 구동 장치의 제조 비용 삭감도 용이하게 도모할 수 있다.

청구항 2 및 청구항 3에 관한 발명에 따르면, 고분자 트랜스듀서에 휨 변형을 확실하게 발생시킬 수 있다.

청구항 4에 관한 발명에 따르면, 키 누름 동작의 반력의 크기가 한 쌍의 전극 사이에 인가하는 전압의 크기에 의해 제어되기 때문에, 이 반력을 고정밀도로 설정할 수 있어, 전자 건반 악기라도 자연 건반 악기와 동일한 터치감을 고정밀도로 재현하는 것이 가능하게 된다.

청구항 5에 관한 발명에 따르면, 동일한 고분자 트랜스듀서가 키 구동 장치 및 위치 검출 수단의 역할을 겸용하기 때문에, 키 구동 제어 시스템의 구성 부품 개수를 삭감하여, 제조 비용의 삭감을 더욱 도모할 수 있다.

이하, 도1 내지 도6을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 관한 키 구동 제 어 시스템에 대해 설명한다. 도1에 도시하는 바와 같이, 키 구동 제어 시스템(1)은, 건반 악기의 수동 연주시에 키 누름에 대해 반력을 부가하는 역할을 감당하는 것이고, 건반 악기의 각 키(3)에 부착하여 구성되어 있다.

건반 악기의 각 키(3)는, 그 후단부(3b)측이 후술하는 고분자 트랜스듀서(9)를 통해 프레임(5)에 부착되어 있고, 고분자 트랜스듀서(9)를 변형시킴으로써 프레임(5)에 대해 AB 방향으로 요동할 수 있게 되어 있다. 또한, 키(3)에는, 이것을 초기 위치로 복귀시키기 위한 스프링이 부착되어 있고, 키(3)를 A 방향으로 압박하도록 되어 있다. 또한, 고분자 트랜스듀서(9) 자체가 갖는 복원력을 이용하여 키(3)를 초기 위치로 복귀시켜도 좋다.

즉, 이 건반 악기에서는, 손가락에 의해 키(3)의 전단부(3a)측의 표면을 눌러 A 방향과는 역방향(B 방향)으로 요동시킴으로써 음이 발생하도록 되어 있다.

키 구동 제어 시스템(1)은, 키(3)를 그 요동 방향으로 구동하는 키 구동 장치(7)를 구비하고 있고, 키 구동 장치(7)는, 도2에 도시하는 바와 같이, 고분자 필름(적층체)(11, 11)을 판 형상 부재(13)의 표면(13a) 및 이면(13b)에 고정한 고분자 트랜스듀서(9)에 의해 구성되어 있다.

판 형상 부재(13)는, 예를 들어 스테인레스판으로 이루어지고, 탄성 변형에 의해 휘게 하여 만곡할 수 있도록 구성되어 있다. 이 판 형상 부재(13)는, 그 면 방향의 일단부(13c)가 건반 악기의 프레임(5)에 고정되는 동시에, 타단부(13d)가 키(3)에 고정되어 있다. 또한, 판 형상 부재(13)의 탄성률은, 후술하는 고분자 필름(11)을 구성하는 엘라스토머 막(고분자 막)(15)의 탄성률보다도 높게 설정되어 있다.

각 고분자 필름(11)은, 유전성을 갖고 탄성 변형 가능한 고분자 재료로 이루어지는 엘라스토머 막(고분자 막)(15)의 양면에 한 쌍의 전극(17, 17)이 배치되도록, 이들 엘라스토머 막(15) 및 전극(17)을 교대로 적층하여 대략 판 형상으로 형성되어 있다.

엘라스토머 막(15)은, 예를 들어, 실리콘 수지나 아크릴계 폴리머 등의 고분자 재료를 스핀 코터에 의해 두께 50 ㎛ 정도로 성형한 것으로 구성되어 있다. 또한, 전극(17)은, 예를 들어, 탄소 입자를 포함하는 용제를 엘라스토머 막(15)의 양면에 각각 분무하여 구성되어 있다.

이 고분자 필름(11)에는, 도3에 도시하는 바와 같이, 각 엘라스토머 막(15)을 사이에 끼워 넣는 한 쌍의 전극(17, 17) 사이에 전압을 인가하기 위한 구동 제어 회로(19)가 접속되어 있고, 이 구동 제어 회로(19)의 동작에 의해, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이로의 전압 인가가 절환되도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 고분자 필름(11)은, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에 있어서, 엘라스토머 막(15)이 그 면 방향으로 수축한 초기 상태로 되어 있다. 그리고, 이 상태로부터, 도4에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이에 전압을 인가하면, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이에 발생하는 정전(靜電) 인력에 의해 엘라스토머 막(15)이 두께 방향으로 압축되기 때문에 탄성 변형하여 면 방향으로 신장한다. 또한, 이 신장 상태로부터, 도3에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이로의 전압 인가를 해제한 경우에는, 엘라스 토머 막(15)이 면 방향으로 수축하여 초기 상태로 복귀되는 것이 된다.

또한, 이 엘라스토머 막(15)에 있어서는, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이에 인가되는 전압이 커질수록, 상술한 면 방향으로의 신장량이 늘어나는 것이 된다. 또한, 이 고분자 필름(11)은, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이로의 전압 인가의 절환에 대한 신장 수축의 응답 속도가 크다는 특성을 갖고 있다.

도2에 도시하는 바와 같이, 상기 구성의 고분자 필름(11)은, 전기적으로 절연된 상태에서 판 형상 부재(13)의 표면(13a)이나 이면(13b)에 고정되어 있다. 또한, 이 고분자 필름(11)은, 도시예와 같이 평판 형상으로 형성된 판 형상 부재(13)에 고정되는 것으로 해도 좋고, 미리 만곡한 형상으로 형성된 판 형상 부재에 고정되는 것으로 해도 상관없다. 또한, 표면(13a) 혹은 이면(13b)의 한쪽에는, 판 형상 부재(13)의 일단부(13c)로부터 타단부(13d)를 향하는 방향으로 엘라스토머 막(15)을 탄성적으로 신장시킨 상태의 고분자 필름(11)이 고정되는 것으로 해도 좋다.

이상과 같이 구성된 고분자 트랜스듀서(9)에 있어서, 예를 들어 판 형상 부재(13)의 이면(13b)에 배치된 고분자 필름(11)의 전극(17, 17) 사이에만 전압을 인가하면, 엘라스토머 막(15)의 면 방향으로의 신장에 수반하여 판 형상 부재(13)의 이면(13b)측만이 신장하는 것이 되기 때문에, 판 형상 부재(13)에 탄성적인 휨 변형이 생겨, 판 형상 부재(13)의 일단부(13c)에 대해 타단부(13d)가 A 방향으로 요동하는 것이 된다. 그리고, 전극(17, 17) 사이로의 전압 인가 상태를 해제하면, 엘라스토머 막(15)이나 판 형상 부재(13)의 탄성력을 기초로 하여 판 형상 부 재(13)의 타단부(13d)가 B 방향으로 요동하는 것이 된다.

또한, 예를 들어 판 형상 부재(13)의 표면(13a)에 배치된 고분자 필름(11)의 전극(17, 17) 사이에만 전압을 인가하면, 엘라스토머 막(15)의 면 방향으로의 신장에 수반하여 판 형상 부재(13)의 표면(13a)측만이 신장하는 것이 되기 때문에, 판 형상 부재(13)에 휨 변형이 생겨, 판 형상 부재(13)의 일단부(13c)에 대해 타단부(13d)가 B 방향으로 요동하는 것이 된다. 그리고, 전극(17, 17) 사이로의 전압 인가 상태를 해제하면, 엘라스토머 막(15)이나 판 형상 부재(13)의 탄성력을 기초로 하여 판 형상 부재(13)의 타단부(13d)가 A 방향으로 요동하는 것이 된다.

즉, 이 고분자 트랜스듀서(9)는, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이로의 전압 인가 상태의 절환에 따라서 생기는 엘라스토머 막(15)의 면 방향의 신장 수축을 기초로 하여 휨 변형이 생기도록 구성되어 있고, 이 휨 변형에 의해 키(3)를 AB 방향으로 요동시킬 수 있다. 또한, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이로의 인가 전압이 클수록 키(3)를 요동시키는 구동력은 커지고, 인가 전압이 작을수록 구동력은 작아진다.

또한, 도1, 도3에 도시하는 바와 같이, 키 구동 제어 시스템(1)은, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이의 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정부(21)를 구비하고 있다.

이 정전 용량 측정부(21)는, 예를 들어 도5에 도시하는 바와 같이, 100 ㎑의 교류 전류를 발신하는 발신기(23), 100 ㎑의 교류 전류만을 통과시키는 대역 통과 필터(25), 및 전기 저항(27)을 한 쌍의 전극(17, 17)에 대해 직렬로 접속하는 동시에, 전기 저항(27)에 교류 전류가 흐른 상태에서 전기 저항(27)에 발생하는 전압을 측정하는 전압 측정부(29)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 상기 한 쌍의 전극(17, 17)에는 전압 인가용의 구동 제어 회로(19)도 접속되어 있기 때문에, 발신기(23)의 교류 전류가 구동 제어 회로(19)의 동작에 영향을 미치지 않도록, 한 쌍의 전극(17, 17)과 구동 제어 회로(19)와의 사이에는, 100 ㎑의 교류 전류를 상쇄하는 코일(31)이 설치되어 있다. 또한, 구동 제어 회로(19)의 전류는, 대역 통과 필터(25)에 의해 정전 용량 측정부(21) 내의 회로에 유입되지 않도록 되어 있다.

즉, 이 정전 용량 측정부(21)에서는, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이의 정전 용량을 전압치로 측정하도록 구성되어 있다.

그런데, 전술한 바와 같이, 고분자 트랜스듀서(9)에는 키(3)의 요동에 연동하여 휨 변형이 생기기 때문에, 이때에는, 엘라스토머 막(15)이 면 방향으로 신장 혹은 수축하여 한 쌍의 전극(17, 17) 사이의 거리가 변화하는 것이 된다. 이와 같이, 키(3)의 요동 위치와 전극(17, 17) 사이의 거리와의 사이에는 일정한 관계가 있기 때문에, 정전 용량 측정부(21)에 의해 전극(17, 17) 사이의 정전 용량을 측정함으로써 키(3)의 요동 위치를 검출할 수 있다. 즉, 고분자 트랜스듀서(9) 및 정전 용량 측정부(21)에 의해, 키(3)의 요동 위치를 검출하는 위치 검출 수단(33)이 구성되어 있다.

또한, 도1에 도시하는 바와 같이, 이 키 구동 제어 시스템(1)은, 상기 위치 검출 수단(33)의 검출 결과가 입력되는 동시에 키(3)의 터치감을 패턴화한 터치 테이블을 복수 기억한 메모리(35)와, 메모리(35) 내의 터치 테이블을 선택하기 위한 터치 셀렉터(37)를 구비하고 있다.

각 터치 테이블에서는, 키(3)의 요동 동작과 키(3)에 부가하는 반력이 대응되어 있고, 이것에 기억되어 있는 반력은, 고분자 트랜스듀서(9)나 스프링의 탄성력도 고려하여 설정되어 있다. 여기서, 키(3)의 요동 동작은, 키(3)의 요동 위치를 기초로 하여 산출되는 키(3)의 속도나 가속도 등이고, 이 산출은 구동 제어 회로(19)에 있어서 행해진다.

또한, 상술한 터치 테이블에는, 어쿠스틱 피아노나 파이프 오르간 등의 자연 건반 악기의 터치감을 재현하도록 반력을 설정한 것 외에, 부가하는 반력을 조금 작게 설정한 것 등 다양한 종류의 것이 있다.

또한, 터치 셀렉터(37)에 있어서는, 건반 악기의 각 키(3)에 대해 개별의 터치 테이블을 선택할 수 있도록 되어 있다. 즉, 예를 들어, 연탄(連彈)과 같이 동일한 건반 악기에 있어서 2명 이상이 동시에 연주하는 경우라도, 터치 셀렉터(37)에 있어서 각 연주자의 기호에 맞춘 터치 테이블을 선택할 수 있다.

또한, 전술한 구동 제어 회로(19)는, 위치 검출 수단(33)이 수동에 의한 키(3)의 요동을 검출했을 때에, 키(3)의 요동 동작을 산출하는 동시에, 키(3)의 요동 동작에 대응하는 소정 터치 테이블의 반력을 기초로 하여 고분자 트랜스듀서(9)의 전극(17, 17) 사이에 전압을 인가하고, 또한, 키(3)의 구동력이 상기 반력으로 되도록 인가 전압의 크기를 제어하도록 구성되어 있다.

즉, 상술한 구동 제어 회로(19) 및 메모리는, 위치 검출 수단(33)이 수동에 의한 키(3)의 요동을 검출했을 때에, 키(3)의 요동 위치를 기초로 하여 키(3)의 요동 동작에 대항하는 반력을 고분자 트랜스듀서(9)에 발생시키도록, 전극(17, 17) 사이로의 인가 전압의 크기를 제어하는 제어 수단(39)을 구성하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 정전 용량 측정부(21)에 있어서 측정되는 정전 용량의 측정치를 기초로 하여, 제어 수단(39)이 상기 인가 전압의 크기를 제어하고 있다.

다음에, 이상과 같이 구성된 키 구동 제어 시스템(1)의 작용을 설명한다.

처음에, 연주자가 터치 셀렉터(37)를 조작하여 원하는 터치감이 패턴화된 터치 테이블을 선택해 둔다. 이 상태에 있어서 제어 수단(39)은, 도6에 도시하는 바와 같이, 위치 검출 수단(33)의 검출 결과를 기초로 하여, 수동에 의한 키(3)의 B 방향으로의 요동 동작(키 누름 동작)이 행해졌는지 여부를 판정한다(스텝 S1).

그리고, 스텝 S1에 있어서 상기 키 누름 동작이 행해졌다고 판정되었을 때에는, 제어 수단(39)이 키(3)의 요동 위치를 기초로 하여 속도나 가속도 등의 키(3)의 요동 동작을 산출한다(스텝 S2). 계속해서, 제어 수단(39)은, 터치 테이블을 참조하여 키(3)의 요동 동작에 대응하는 반력을 설정한다(스텝 S3). 그 후, 구동 제어 회로(19)의 동작에 의한 키(3)의 구동력이 상기 반력으로 되도록, 고분자 트랜스듀서(9)의 전극(17, 17) 사이에 인가하는 전압의 크기를 제어하고(스텝 S4), 이 전압 인가를 기초로 하여 키(3)를 A 방향으로 구동한다.

스텝 S4의 완료 후에는, 위치 검출 수단(33)의 검출 결과를 기초로 하여, 수동에 의한 키 누름 동작이 종료했는지 여부를 판정한다(스텝 S5). 여기서, 키 누름 동작의 종료는, 키(3)가 키 누름 동작 전의 초기 위치로 복귀하고 있는지 여부로 판정된다. 이 스텝 S5에 있어서, 키 누름 동작이 종료하고 있지 않다고 판정된 경우에는, 스텝 S2로 복귀하여, 키(3)의 구동 제어를 속행한다. 또한, 스텝 S5에 있어서, 상기 키 누름 동작이 종료했다고 판정된 경우에는, 키 구동 제어 시스템(1)에 의한 키(3)의 구동 제어가 종료한다.

상기 키 구동 제어 시스템(1)에 구비하는 키 구동 장치(7)에 따르면, 엘라스토머 막(15)의 양면에 한 쌍의 전극(17, 17)을 배치한 간소한 구조의 고분자 트랜스듀서(9)를 이용하여 키(3)를 구동할 수 있기 때문에, 키 구동 장치(7)의 경량화나 소형화를 용이하게 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한, 간소한 구조의 고분자 트랜스듀서(9)에 의해 키 구동 장치(7)를 구성함으로써, 종래의 것과 비교하여 구동하기 위한 구성을 간소화하여, 키 구동 장치(7)의 제조 비용 삭감도 용이하게 도모할 수 있다.

또한, 고분자 트랜스듀서(9)는, 고분자 필름(11)을 엘라스토머 막(15)보다도 탄성률이 높은 판 형상 부재(13)에 고정하여 구성되어 있기 때문에, 엘라스토머 막(15)의 탄성률이 낮아도 고분자 트랜스듀서(9)의 형상을 유지할 수 있다.

또한, 고분자 트랜스듀서(9)를 고분자 필름(11) 및 판 형상 부재(13)에 의해 구성함으로써, 고분자 트랜스듀서(9)에 휨 변형을 확실하게 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 키 구동 제어 시스템(1)에 따르면, 키 누름 동작이 검출되면 고분자 트랜스듀서(9)에 의해 키 누름 방향(B 방향)과는 역방향(A 방향)으로 키를 요동시키도록 키(3)가 구동되어, 키 누름 동작에 대한 반력이 부가되기 때문에, 전자 건반 악기라도 액션 기구를 구비한 자연 건반 악기와 동일한 터치감을 얻는 것이 가능하게 된다.

또한, 키 누름 동작의 반력의 크기가 전극(17, 17) 사이에 인가하는 전압의 크기에 의해 제어되기 때문에, 이 반력을 고정밀도로 설정할 수 있어, 전자 건반 악기라도 자연 건반 악기와 동일한 터치감을 고정밀도로 재현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 동일한 고분자 트랜스듀서(9)가, 키 구동 장치(7) 및 위치 검출 수단(33)의 역할을 겸용하고 있기 때문에, 키 구동 제어 시스템(1)의 구성 부품 개수를 삭감하여, 제조 비용의 삭감을 더욱 도모할 수도 있다.

또한, 키 구동 제어 시스템(1)에 따르면, 터치 셀렉터(37)에 있어서 다양한 종류의 터치 테이블을 선택할 수 있기 때문에, 힘이 약한 아이나 초보자부터 숙련자까지 각 연주자의 기호에 맞춘 터치감으로 건반 악기를 연주하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 실시 형태의 키 구동 제어 시스템(1)은, 수동 연주에 있어서의 반력 부가에 이용되는 것에 한정되지 않고, 예를 들어, 자동 연주에 사용해도 좋다. 이 경우에는, 예를 들어, 메모리(35)에 미리 자동 연주용의 악곡 데이터를 기억시켜 둔다. 여기서, 상기 악곡 데이터라 함은, 악곡을 구성하는 일련의 악음을 포함하는 연주 정보를 나타내고 있다. 그리고, 자동 연주를 행할 때에는, 악곡 데이터의 각 악음을 메모리(35)로부터 구동 제어 회로(19)에 출력하고, 악음에 대응하여 키 구동 장치(7)에 의해 키를 구동시키면 좋다. 또한, 이 경우, 키 구동 장치(7)에 의한 키(3)의 구동 방향은 키 누름 방향(B 방향)과 동일해진다.

또한, 고분자 트랜스듀서(9)를 구성하는 고분자 필름(11)은, 판 형상 부재(13)의 표면(13a) 및 이면(13b)의 양방에 고정되는 것으로 했지만, 이것에 한정 되는 것은 아니고, 키 구동 장치(7)에 의해 키(3)를 요동시키는 방향에 맞추어, 적어도 판 형상 부재(13)의 표면(13a) 및 이면(13b)의 한쪽에 고정되어 있으면 좋다.

또한, 판 형상 부재(13)의 표면(13a)이나 이면(13b)에 고정되는 고분자 필름(11)은, 복수의 엘라스토머 막(15) 및 전극(17)을 교대로 적층하여 구성되는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도7에 도시하는 바와 같이, 고분자 필름(적층체)(41)은, 1개의 엘라스토머 막(15)의 양면에 한 쌍의 전극(17, 17)을 배치하여 이루어지는 유닛(43)의 사이에 전기적인 절연 재료로 이루어지는 절연막(45)을 배치하여 구성되는 것으로 해도 상관없다.

또한, 고분자 필름(11, 41)은, 복수의 엘라스토머 막(15) 및 전극(17)을 이용하여 구성되는 것에 한정되지 않고, 적어도 1개의 엘라스토머 막(15)의 양면에 한 쌍의 전극(17, 17)을 배치하여 구성되어 있으면 좋다. 단, 판 형상 부재(13)를 휘게 하는 힘이나 키(3)를 요동시키는 힘을 충분히 얻기 위해서는, 상기 실시 형태나 상기 구성과 같이, 복수의 엘라스토머 막(15) 및 전극(17)을 이용하여 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 엘라스토머 막(15)을 30 내지 40층 정도 적층하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 고분자 필름(11) 및 판 형상 부재(13)에 의해 고분자 트랜스듀서(9)가 구성되는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도8에 도시하는 바와 같이, 고분자 필름(53)만에 의해 고분자 트랜스듀서(51)가 구성되는 것으로 해도 상관없다. 이 고분자 필름(53)은, 엘라스토머 막(고분자 막)(55)을 원통 형상으로 형성하는 동시에, 엘라스토머 막(55)의 내주 면(55a) 전체에 한쪽의 전극(57)을 배치하고, 또한, 외주면(55b)에 다른 쪽의 전극(59A 내지 59C)을 복수(도시예에서는 3개) 배치하여 구성되어 있다.

즉, 한쪽의 전극(57) 및 다른 쪽의 전극(59A 내지 59C)은, 엘라스토머 막(55)을 그 두께 방향으로부터 사이에 끼워 넣도록 서로 대향하여 배치되어 있다. 또한, 다른 쪽의 전극(59A 내지 59C)은, 외주면(55b)의 주위 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.

이와 같이 구성된 고분자 트랜스듀서(51)에 있어서, 예를 들어, 엘라스토머 막(55)의 주위 방향의 일부에 서로 대향하여 배치된 한쪽의 전극(57)과 다른 쪽의 전극(59A)과의 사이에서 전압 인가 상태의 절환을 행하면, 엘라스토머 막(55)의 주위 방향의 일분만이 신장 수축하는 것이 되기 때문에, 원통 형상으로 형성된 고분자 트랜스듀서에 C 방향으로의 휨 변형을 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 구성의 고분자 트랜스듀서(51)에 있어서, 외주면(55b)에 배치되는 다른 쪽의 전극(59A 내지 59C)은, 주위 방향으로 간격을 두고 3개 배치되는 것에 한정될 필요는 없고, 예를 들어, 엘라스토머 막(55)을 사이에 끼워 넣도록 2개 배치되는 것으로 해도 좋고, 엘라스토머 막(55)의 주위 방향의 일부에 1개만 배치되는 것으로 해도 상관없다.

또한, 정전 용량 측정부(21)는, 발신기(23), 대역 통과 필터(25), 전기 저항(27) 및 전압 측정부(29)를 구비하여 구성되는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 적어도 고분자 트랜스듀서(9)를 구성하는 한 쌍의 전극(17, 17) 사이의 정전 용량을 측정하도록 구성되어 있으면 좋다.

예를 들어 도9에 도시하는 바와 같이, 정전 용량 측정부(61)는, 한 쌍의 전극(17, 17)에 접속된 LC 발진기(63)와, LC 발진기(63)에 있어서 발진되는 주파수를 측정하는 주파수 카운터(65)를 구비하여 구성되는 것으로 해도 좋다. 여기서, LC 발진기(63)는, 그 내부에 설치된 코일의 인덕턴스 및 한 쌍의 전극(17, 17) 사이의 정전 용량에 의해 정해지는 공진 주파수를 발진하도록 구성되어 있다. 이 구성의 경우라도, 한 쌍의 전극(17, 17) 사이의 정전 용량은 키(3)의 요동 위치에 따라서 변화되기 때문에, 주파수 카운터(65)에 있어서 상술한 공진 주파수를 측정함으로써 키(3)의 요동 위치를 검출할 수 있다.

또한, 고분자 트랜스듀서(9)는, 키(3)를 프레임에 연결하도록 키(3)와 프레임(5)과의 사이에 설치되는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 적어도 그 휨 변형을 기초로 하여 키(3)를 요동시키는 위치에 설치되어 있으면 좋다. 따라서, 예를 들어 도10에 도시하는 바와 같이, 고분자 트랜스듀서(71)는, 그 면 방향의 일단부(71a)를 프레임(5)에 고정하는 동시에, 타단부(71b)를 키(3)의 이면에 접촉시켜 배치되는 것으로 해도 상관없다. 상기 구성에 있어서는, 도시예와 같이, 키(3)가 그 후단부(3b)를 지지점(F1)으로 하여 프레임(5)에 대해 요동 가능하게 부착되는 것으로 해도 좋고, 키(3)의 후단부(3b)의 휨 변형을 기초로 하여 키(3)를 요동시키도록, 키(3)의 후단부(3b)를 프레임(5)에 직접 고정하는 것으로 해도 상관없다.

또한, 이 구성에 있어서 자동 연주를 실시하는 경우에는, 고분자 트랜스듀서(71)에 의해 키(3)를 B 방향으로 끌어당길 필요가 있기 때문에, 고분자 트랜스듀 서(71)의 타단부(71b)는 키(3)의 이면에 고정해 두는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서, 키 구동 장치(7) 및 위치 검출 수단(33)은 동일한 고분자 트랜스듀서(9)로 구성되는 것으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 도11에 도시하는 바와 같이, 키 구동 장치(75) 및 위치 검출 수단(77)이 각각 별개의 고분자 트랜스듀서(9, 71)에 의해 구성되는 것으로 해도 상관없다.

즉, 도시 예와 같이, 키(3)를 프레임(5)에 연결하는 한쪽의 고분자 트랜스듀서(9)에 의해 키(3)의 요동 위치를 검출하는 동시에 키(3)의 이면에 접촉하는 다른 쪽의 고분자 트랜스듀서(71)에 의해 키(3)를 구동시켜도 좋고, 반대로, 한쪽의 고분자 트랜스듀서(9)에 의해 키(3)를 구동시키는 동시에 다른 쪽의 고분자 트랜스듀서(71)에 의해 키(3)의 요동 위치를 검출하는 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서, 위치 검출 수단(33)은 고분자 트랜스듀서(9) 및 정전 용량 측정부(21)에 의해 구성되는 것으로 했지만, 적어도 키(3)의 요동 위치를 측정할 수 있는 구성이면 좋고, 광학식 센서나 자기 센서, 왜곡 게이지 등에 의해 구성되는 것으로 해도 상관없다.

왜곡 게이지를 이용하는 경우에는, 예를 들어 도12에 도시하는 바와 같이, 키(3)를 프레임(5)에 연결하는 고분자 트랜스듀서(9) 상에, 왜곡 게이지(위치 검출 수단)(81)를 고정해도 좋다.

또한, 예를 들어 도13에 도시하는 바와 같이, 키(3)의 후단부(3b)의 휨 변형을 기초로 하여 키(3)를 요동시키도록, 키(3)의 후단부(3b)가 프레임(5)에 직접 고 정되어 있는 경우에는, 키(3)의 후단부(3b)에 왜곡 게이지(81)를 고정해도 좋다.

이상, 본 발명 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 서술했지만, 구체적인 구성은 본 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.

도1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 키 구동 제어 시스템의 구성을 도시하는 개략 구성도.

도2는 도1에 도시하는 키 구동 제어 시스템을 구성하는 고분자 트랜스듀서를 도시하는 개략 단면도.

도3은 도2에 도시하는 고분자 트랜스듀서를 구성하는 고분자 필름, 구동 제어 회로 및 정전 용량 측정부를 도시하는 개략 단면도.

도4는 도3의 고분자 필름에 전압을 인가한 상태를 도시하는 개략 단면도.

도5는 도1에 도시하는 키 구동 제어 시스템을 구성하는 정전 용량 측정부의 구체예를 나타내는 개략 구성도.

도6은 도1에 도시하는 키 구동 제어 시스템에 있어서, 키의 구동 제어를 나타내는 흐름도.

도7은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 키 구동 시스템의 고분자 필름을 도시하는 개략 단면도.

도8은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 키 구동 시스템의 고분자 트랜스듀서를 도시하는 개략 사시도.

도9는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 키 구동 시스템의 정전 용량 측정부의 구체예를 나타내는 개략 구성도.

도10은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 키 구동 시스템의 구성을 도시하는 개략 구성도.

도11은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 키 구동 시스템의 구성을 도시하는 개략 구성도.

도12는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 키 구동 시스템의 구성을 도시하는 개략 구성도.

도13은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 키 구동 시스템의 구성을 도시하는 개략 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 키 구동 제어 시스템

3 : 키

5 : 프레임

7, 75 : 키 구동 장치

9, 51, 71 : 고분자 트랜스듀서

11, 41 : 고분자 필름(적층체)

13 : 판 형상 부재

13a : 표면

13b : 이면

15, 55 : 엘라스토머 막(고분자 막)

17, 57, 59A 내지 59C : 전극

21, 61 : 정전 용량 측정부

33, 77 : 위치 검출 수단

39 : 제어 수단

55a : 내주면

55b : 외주면

81 : 왜곡 게이지(위치 검출 수단)

Claims

프레임에 대해 요동 가능하게 지지된 키를 구동하는 키 구동 장치이며,

유전성을 갖고 탄성 변형 가능한 고분자 재료로 이루어지는 고분자 막과 상기 고분자 막의 양면에 배치되는 한 쌍의 전극을 구비하여 판 형상으로 형성되는 동시에, 상기 한 쌍의 전극 사이로의 전압 인가 상태의 절환에 따라서 생기는 상기 고분자 막의 면 방향의 신장 수축을 기초로 하여 휨 변형이 생기는 고분자 트랜스듀서로 이루어지고,

상기 고분자 트랜스듀서의 일단부는 프레임에 대해 고정되고 타단부는 키와 접하여, 상기 고분자 트랜스듀서의 휨 변형에 의해 상기 키를 요동시키는 것을 특징으로 하는 키 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 고분자 트랜스듀서가, 상기 고분자 막 및 상기 한 쌍의 전극을 구비한 적층체를, 상기 고분자 막보다도 탄성률이 높은 판 형상 부재의 표면 및 이면의 적어도 한쪽에 고정하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 키 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 고분자 트랜스듀서가, 상기 고분자 막을 원통 형상으로 형성하는 동시에, 상기 고분자 막을 사이에 끼워 넣도록, 상기 한 쌍의 전극을 상기 고분자 막의 내주면 및 외주면의 주위 방향의 일부에 배치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 키 구동 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 키 구동 장치와,

상기 키의 요동 위치를 검출하는 위치 검출 수단과,

상기 위치 검출 수단이 수동에 의한 상기 키의 요동을 검출했을 때에, 상기 키의 요동 동작에 대항하는 반력을 상기 고분자 트랜스듀서에 발생시키도록, 상기 한 쌍의 전극 사이로의 인가 전압의 크기를 제어하여 상기 키를 구동시키는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 키 구동 제어 시스템.
제4항에 있어서, 상기 위치 검출 수단이, 상기 고분자 트랜스듀서와, 상기 한 쌍의 전극 사이의 상기 정전 용량을 측정하는 정전 용량 측정부로 구성되고,

상기 제어 수단이, 상기 정전 용량의 측정치를 기초로 하여 상기 한 쌍의 전극 사이로의 인가 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 키 구동 제어 시스템.