(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状板バネを屈曲させて形成した、両翼部板バネからなるＶ字状の板バネを有するバネ機構であって、
前記両翼部板バネのうち一方の翼部板バネの外側面の一部が支持され、
前記両翼部板バネのうち他方の翼部板バネの外側面の一部に、当該Ｖ字状の板バネに作用する力に応じて生じる撓み量を検出するための検出手段が接続され、
当該Ｖ字状の板バネに力が作用することにより形成される撓み区間の初期に前記他方の翼部板バネの外側面の一部に接する接線と、前記撓み区間の終期に該外側面の一部に接する接線との交点である仮想回動中心が、前記他方の翼部板バネの外側面上前記検出手段が接続された位置からＶ字状に屈曲された位置までの距離より遠くに配置されるようにし、
前記他方の翼部板バネが操作されることにより、該他方の翼部板バネが前記仮想回動中心を中心にして回動し、前記検出手段は、該回動によって生じる撓み量を検出する
ことを特徴とするバネ機構。
【請求項２】
前記両翼部板バネの各外側面の一部は、当該Ｖ字状の板バネの開口部近傍に位置することを特徴とする請求項１に記載のバネ機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バネの反発力を利用したバネ機構に関し、特に取り付けるべき場所にスペース上の制限がある場合でも取り付け可能なバネ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バネの反発力を利用したバネ機構として、たとえばコイルバネや直線上の板バネを用いたものは、従来からよく用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のバネ機構のうち前者のもの、すなわちコイルバネを用いたものは、設計者の意図する反発力を精度よく生じさせることは難しく、また、使用期間が長くなるに従って変形が進み、さらに、使用時におけるバネの作用軸を安定させることが難しかった。
【０００４】
また、上記従来のバネ機構のうち後者のもの、すなわち直線上の板バネを用いたものは、設計者の意図する特性を持たせるようにした場合、取り付け位置を考慮しなければならないほど大きなものになってしまうことがあり、特に取り付けるべき場所にスペース上の制限がある場合には、簡単に取り付けることができなかった。
【０００５】
本発明は、この点に着目してなされたものであり、設計者の意図する特性を持たせつつ、スペース制限のある場所にも取り付けることが可能なバネ機構を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載のバネ機構は、平面状板バネを屈曲させて形成した、両翼部板バネからなるＶ字状の板バネを有するバネ機構であって、前記両翼部板バネのうち一方の翼部板バネの外側面の一部が支持され、前記両翼部板バネのうち他方の翼部板バネの外側面の一部に、当該Ｖ字状の板バネに作用する力に応じて生じる撓み量を検出するための検出手段が接続され、当該Ｖ字状の板バネに力が作用することにより形成される撓み区間の初期に前記他方の翼部板バネの外側面の一部に接する接線と、前記撓み区間の終期に該外側面の一部に接する接線との交点である仮想回動中心が、前記他方の翼部板バネの外側面上前記検出手段が接続された位置からＶ字状に屈曲された位置までの距離より遠くに配置されるようにし、前記他方の翼部板バネが操作されることにより、該他方の翼部板バネが前記仮想回動中心を中心にして回動し、前記検出手段は、該回動によって生じる撓み量を検出することを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記両翼部板バネの各外側面の一部は、当該Ｖ字状の板バネの開口部近傍に位置することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図３は、それぞれ、本発明の第１の実施の形態に係るバネ機構を適用した電子ピアノ用鍵盤装置の平面図、右側面図および左側面図である。以下、鍵盤装置の演奏者側を前方、その反対側を後方という。
【００１２】
同図に示すように、本実施の形態の鍵盤装置は、鍵全体が、鍵盤フレーム１００に支持され、鍵盤フレーム１００は、棚板１０１に支持されている。鍵４０は、白鍵および黒鍵からなっており、各鍵は、鍵盤フレーム１００の中央よりやや後方で間口方向に延びる支持部４１により、該支持部４１との接触点付近の回動中心Ｒ４０の回りに上下方向に回動可能に支持されている。鍵４０の下側では、質量体５０が鍵盤フレーム１００により支持されている。この質量体５０は、全体として前後方向にほぼ水平に延びており、鍵盤フレーム１００の前寄りの位置に立設された支持片１０２およびこれを受け入れる凹部５１により、該支持片１０２の先端部を回動中心Ｒ５０として回動する。
【００１３】
これら支持片１０２の先端部および凹部５１の係合状態を保持するために、Ｓ字状バネ４２の一端部が質量体５０における凹部５１の背面側に設けられた凹部５２を押圧している。この凹部５２は、質量体５０の厚さ方向に一定幅を有したリブで形成され、凹部５２内における該リブの幅方向中央部に薄板部が鉛直に延びている。該凹部５２に係合するＳ字状バネ４２の端部は中央にスリットを有した二股になっており、そのスリットに前記薄板部を挿入させて係合している。
【００１４】
Ｓ字状バネ４２の中間部は鍵盤フレーム１００上部の前後方向ほぼ中央のバネ通し孔１０３の縁部を押圧して接しており、Ｓ字状バネ４２の他端部は、鍵後方下部のバネ受け部４３を押圧するように構成されている。これにより、Ｓ字状バネ４２は、凹部５２の位置で、質量体５０を支持片１０２の先端部に押しつけるとともに質量体５０における回動中心Ｒ５０より後方部分を押し下げるように作用している。
【００１５】
質量体５０は、前端部が鍵４０の垂下片４４の下端部に接しており、鍵４０の押鍵により該鍵と連動して回動する。質量体５０の前端下方付近には、スイッチ基板６０が鍵盤フレーム１００により支持され、該スイッチ基板６０上にはドーム型のゴムで形成された鍵スイッチ６１が固定されている。質量体５０の前部下面には、この鍵スイッチ６１に対応する位置で下方に延びる一対の脚部を備えたスイッチ駆動部５３が設けられている。これらスイッチ駆動部５３、スイッチ基板６０および鍵スイッチ６１は、鍵スイッチ６１内の２つの接点距離の相違による押鍵時の導通開始時間差を利用して押鍵速度を感知する押鍵スイッチを構成している。
【００１６】
質量体５０は、鍵盤フレーム１００の後方部まで延び、休止位置（非押鍵状態）において、鍵盤フレーム１００上に固定されたフェルト製ストッパ部材１０４により、後端部付近を支持されている。鍵４０が押鍵されたとき、質量体５０は、図２，３に実線で示す休止位置から一点鎖線で示す押鍵位置に移動する。鍵盤フレーム１００における鍵４０の直ぐ後方には、ストッパ部材１０５が保持されており、押鍵位置に至った質量体５０をストップさせる役割を果たす。このストッパ部材１０５は、緩衝用フェルト１０５ａを保護シート１０５ｂで覆い、質量体５０の後端部の当接部５４が、保護シート１０５ｂを介して緩衝用フェルト１０５ａを押圧するようにされている。緩衝用フェルト１０５ａは、質量体５０後端部の衝突に対する緩衝作用と、奏者の手指に対する確実な停止感とを与えるように、通常は堅さの異なるフェルトを重ねて構成される。質量体５０は、前部から回動中心Ｒ５０付近までをプラスチック製とされ、その後部から金属棒が延びるように形成されており、後方へ長く延びた金属棒の質量により、押鍵時の慣性抵抗を生じさせる。
【００１７】
鍵盤フレーム１００の後部には、センサ装置７０が装着されている。このセンサ装置７０は、全体的には、２本の張設部材を鍵盤の両端で支持した構造となっている。２本の張設部材中、一方の張設部材７１は、センシング用のものであり、ストッパ部材１０５の緩衝用フェルト１０５ａと保護シート１０５ｂとの間に保持されて鍵盤装置の間口方向に延びている。他方の張設部材７２は、外乱要因によるセンシング用張設部材７１の感度低下を防止するために設けられた補償用のものである。この補償用張設部材７２は、質量体５０に接しないように、ストッパ部材１０５から僅かに離れた位置で、センシング用張設部材７１と平行に延びている。
【００１８】
鍵盤列の左端外側には、鍵盤フレーム１００に支持された張設部７０Ａが設けられている。張設部７０Ａは、鍵盤フレーム１００に固定された保持部材７３と、該保持部材７３に取り付けられた張設用板バネ７４とを備えている。この板バネ７４は、保持部材７３から後方に延びた後、折り返されてＶ字状をなし、その自由端に小溝が形成され、センシング用張設部材７１および補償用張設部材７２の各一端部を引っ張るように支持している。
【００１９】
鍵盤列の右端外側には、鍵盤フレーム１００に支持された検出部８０が設けられている。検出部８０には、検出用回路基板８１から検出用板バネ８２が延びた構造を有している。検出用板バネ８２は、板バネの形態をなし、基端部を検出用回路基板８１にネジ８８，８８で固定され、先端部は小溝が形成されてセンシング用張設部材７１の端部を引っ張るように支持している。検出用板バネ８２の基端部寄りには歪みセンサ８３が貼着されている。この例では、歪みセンサ８３は、ピエゾ素子を用いて構成されている。検出用回路基板８１には、歪みセンサ８３からの出力信号を検出する回路（図示せず）およびその微調整のための調整素子８４が設けられている。また、鍵盤列右側における補償用張設部材７２の端部は、鍵盤フレーム１００に固定的に支持されている。
【００２０】
センサ装置７０においては、さらに以下のような設定がなされている。張設用板バネ７４は、検出用板バネ８２よりバネ力を強くされている。また、補償用張設部材７２は、センシング用張設部材７１より引張り剛性を高くされている。すなわち、補償用張設部材７２は、右端を鍵盤フレーム１００に固定的に支持され、左端を張設用板バネ７４により引っ張られて、所定の延び状態となる。これに対し、センシング用張設部材７１は、図１において左端の位置が補償用張設部材７２とともに張設用板バネ７４を共同保持部として保持される。さらにその右端は検出用板バネ８２を撓ませるように該検出用板バネ８２の自由端に保持される。したがって、補償用張設部材７２を引っ張った状態で左端の位置を安定にするために、張設用板バネ７４のバネ力を強くし、検出用板バネ８２が大きく撓まないように、補償用張設部材７２の引っ張り剛性が高くされる。
【００２１】
張設用板バネ７４は、上述のように、Ｖ字状に形成されている。このように、張設用板バネ７４をＶ字状に形成すると、この板バネ７４の自由端は、仮想的に中心ＶＲ（図１，３参照）を中心に回動していることになる。すなわち、板バネ７４を平面状のもので形成し、その自由端を同じ位置に形成したとすると、その固定端を仮想中心ＶＲの位置に形成したものと等しくなる。つまり、板バネ７４を平面状のもので形成すると、Ｖ字状のもので形成したときより、そのサイズが大きくなる。この結果、板バネ７４を取り付ける場所にスペース上の制限がある場合には、取り付けに苦慮し、簡単に取り付けられないことになる。また、直線状の板バネでは、その固定端は２つの端部のいずれかに固定されてしまうが、Ｖ字状の板バネでは、その固定部（保持部）は端部に限らず、その中間部に形成してもよいため、この点でも、取り付け位置の自由度が増大する。
【００２２】
次に、この鍵盤装置の作動について説明する。図２，３は、押鍵前の休止状態を示している。この状態から押鍵をすると、鍵４０が回動中心Ｒ４０を中心として下方へ回動し、垂下片４４が質量体５０を押し下げる。これにより、質量体５０は、回動中心Ｒ５０を中心に回動し、スイッチ駆動部５３は、鍵スイッチ６１に向かって下降して行く。そして、質量体５０のスイッチ駆動部５３は、鍵スイッチ６１と接し、押鍵スイッチをオンにし、発音機構を動作させて発音がなされる。この間、質量体５０は、回動中心Ｒ５０より後方部分を上昇させる。そして、スイッチ駆動部５３が鍵スイッチ６１に接した直後に質量体５０の後端部の当接部５４がストッパ部材１０５に当接し、これにより質量体５０および鍵４０の回動が停止される。
【００２３】
センサ装置７０は、次のように作用する。押鍵状態で鍵の押圧力を増減させると、質量体５０の後端部の当接部５４はストッパ部材１０５、特にその緩衝用フェルト１０５ａの撓み量を変化させる、センシング用張設部材７１は、ストッパ部材１０５の緩衝用フェルト１０５ａと保護シート１０５ｂとの間に保持されている。したがって、緩衝用フェルト１０５ａの撓み量が変化すると、その撓みに伴うセンシング用張設部材７１の蛇行量も変化する。蛇行量が増加すると、センシング用張設部材７１の端部間の距離は縮まり、これに伴って、検出用板バネ８２の撓みが増す。したがって、歪みセンサ８３の出力が増加する。この出力変化をピックアップすることにより、押鍵後の鍵への押圧力の変化を検出することができ、これに応じて音量、音質等を変化させれば、アフタタッチコントロールを行うことができる。ストッパ部材１０５の緩衝用フェルト１０５ａおよび保護シート１０５ｂの撓み性を適度に選択することにより、複数の鍵が押された状態であっても、各押鍵によるストッパ部材１０５の撓みをセンシング用張設部材７１の蛇行に反映させて、正確なアフタタッチコントロールを行うことができる。
【００２４】
ところが、センサ装置７０に用いられる張設部材７１は、鍵盤列の両側に跨る長いものとなっている。したがって、鍵盤装置への取り付け後の温度や湿度等の外乱要因による長さの変化も大きくなる。センシング用の張設部材の端部を鍵盤フレームに固定してしまうと、外乱要因によって、張設部材それ自身の線膨張率と鍵盤フレームそのものの膨張率とが歪みセンサの歪み量を乱してしまう。したがって、精度のよいアフタタッチコントロールのためには、これらの外乱要因への対処が必要である。
【００２５】
本実施の形態のセンサ装置７０は、２本の張設部材を用い、補償用張設部材７２に平行してセンシング用張設部材７１を設けている。そして、補償用張設部材７２に張設用板バネ７４のバネ力を作用させて張設し、センシング用張設部材７１は、張設用板バネ７４上で補償用張設部材７２と同一の位置に一端を支持された状態で、センシング用張設部材７１自体は検出用板バネ８２のバネ力を受ける。したがって、外乱要因が作用しても、その影響は、補償用張設部材７２が吸収し、センシング用張設部材７１への波及が防止される。すなわち、鍵盤装置への取り付け後に温度上昇による膨張熱が生じても、張設部材が延びた分だけ、張設用板バネ７４による支持点が移動する。熱膨張量は、補償用張設部材７２とセンシング用張設部材７１と同じであるので、補償用張設部材７２の伸びにより移動した張設用板バネ７４の位置で一端を支持されるセンシング用張設部材７１は、他端に熱膨張の影響を与えない。これの補償作用は、湿度による伸び率を揃えた補償用張設部材７２とセンシング用張設部材７１との間で、湿度の影響に対して同様に行われる。取り付け時の外力によって、張設部材の張設長さが変化することがある。これに対しては、補償用張設部材７２の引張り剛性を高くしておくことにより、その影響を減少させることができる。
【００２６】
また、センシング用張設部材７１は、鍵の操作により該鍵に対応する部位が張設方向（複数鍵の並び方向）と直角な方向に偏倚するので、該センシング用張設部材７１の端部は（張力により）張設方向に移動する。この端部の移動量すなわち検出用板バネ８２の撓み量は、上記鍵に対応する部位の偏倚量に比べて微少量となるので、歪みセンサ８３としてピエゾ素子を用いるのに適している。すなわち、センシング用張設部材７１の鍵に対応する部位の偏倚量を検出用板バネ８２の微少な撓み量で検出できるので、広いダイナミックレンジが得られ、検出精度も高くなる。さらに、検出用板バネ８２の撓み量が微少なので省スペースとなる。
【００２７】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るバネ機構を適用した電子ピアノ用鍵盤装置の側面図である。
【００２８】
同図において、鍵盤フレーム２００は、棚板２０１にネジ２０２，２０３により固定されている。鍵盤フレーム２００には、鍵３００を押下したときに、その水平方向の動きを規制するためのガイド２０４が立設され、その垂直下方向の動きを規制するためのストッパ２０５が載置されている。
【００２９】
鍵３００と鍵盤フレーム２００とは、Ｖ字状板バネ４００を介して回動自在に取り付けられている。Ｖ字状板バネ４００の開口部の内側対向面の所定位置には、それぞれ円筒形のボス部４０１，４０２が設けられている。ボス部４０１，４０２には、それぞれ、Ｖ字状板バネ４００の開口部の外側表面に向かってネジ孔が貫通形成されている。このボス部４０１，４０２に形成されたネジ孔に、それぞれネジ４０３，４０４を螺着させることにより、鍵３００と鍵盤フレーム２００とが、Ｖ字状板バネ４００を介して回動自在に取り付けられる。
【００３０】
以上のように構成された鍵盤装置において、演奏者が鍵３００を最大位置まで押下すると、鍵３００は、図中一点鎖線で示すように移動する。このとき、Ｖ字状板バネ４００が撓むことにより、鍵３００がストッパ部材２０５の位置まで移動するのであるが、仮想的には、鍵３００は中心ＶＲ′を中心に回動していることになる。すなわち、従来の鍵の回動構造を用いた場合には、中心ＶＲ′が回動中心となるように、鍵を構成する必要があり、このように構成すると、通常、鍵の長さは、図４の鍵３００の長さより長くしなければならない。このため、装置全体のサイズは、図４の鍵盤装置より大きくしなければならない。逆に、本実施の形態の鍵盤装置によれば、従来の鍵盤装置より装置全体のサイズを縮小することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、平面状板バネを屈曲させて形成した、両翼部板バネからなるＶ字状の板バネを有するバネ機構であって、前記両翼部板バネのうち一方の翼部板バネの外側面の一部が支持され、前記両翼部板バネのうち他方の翼部板バネの外側面の一部に、当該Ｖ字状の板バネに作用する力に応じて生じる撓み量を検出するための検出手段が接続され、当該Ｖ字状の板バネに力が作用することにより形成される撓み区間の初期に前記他方の翼部板バネの外側面の一部に接する接線と、前記撓み区間の終期に該外側面の一部に接する接線との交点である仮想回動中心が、前記他方の翼部板バネの外側面上前記検出手段が接続された位置からＶ字状に屈曲された位置までの距離より遠くに配置されるようにしたので、設計者の意図する特性を持たせつつ、スペース制限のある場所にも取り付けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係るバネ機構を適用した電子ピアノ用鍵盤装置の平面図である。
【図２】  本発明の第１の実施の形態に係るバネ機構を適用した電子ピアノ用鍵盤装置の右側面図である。
【図３】  本発明の第１の実施の形態に係るバネ機構を適用した電子ピアノ用鍵盤装置の左側面図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態に係るバネ機構を適用した電子ピアノ用鍵盤装置の側面図である。
【符号の説明】
７０  センサ装置
７０Ａ  張設部
７１  センシング用張設部材
７２  補償用張設部材
７３  保持部材
７４  張設用板バネ
８０  検出部
８１  検出用回路基板
８２  検出用板バネ
８３  歪みセンサ
３００  鍵
２００  鍵盤フレーム
４００  Ｖ字状板バネ
【図１】
0003700622.tif 000002
【図２】
0003700622.tif 000003
【図３】
0003700622.tif 000004
【図４】
0003700622.tif 000005