(57)【要約】【課題】簡単な構成で、押離鍵時に係合関係となる部分のバネ定数及びダンパ定数を所望に設定する。【解決手段】被駆動部ユニット１７は、被駆動部１６に、シートゴム磁石２４、ギャップ材２３、封入体２０が順に積層配置されてなり、封入体２０は袋状のシール材２９の中にスポンジ部材２１とＭＲ流体２２を一緒に封入してなる。シートゴム磁石２４から印加される磁界によってＭＲ流体２２は常に適度の粘性を有した状態となっている。スポンジ部材２１はそれ自身でバネ特性を有し、アクチュエータ１３によって駆動される際に所定のバネ定数の弾性部材として機能する。一方、ＭＲ流体２２は、磁束を受けて自身が有している粘性によって、アクチュエータ１３によって駆動される際に所定のダンパ定数の粘性部材として機能する。その結果、封入体２０はバネ特性とダンパ特性の双方の特性を示す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押離操作により揺動する鍵と、
前記鍵の揺動により可動する部分または前記鍵自身である可動部と、
前記鍵の揺動により前記可動部と接触係合するかまたは前記可動部との接触係合状態が変化する係合部と、
磁界強さによって粘度が変化する磁気粘性流体が出入り可能な空隙を有すると共にバネ特性を有する多孔質部材を、前記磁気粘性流体と一緒にシール材に封入してなる封入体と、
前記封入体に併設され、前記磁気粘性流体に磁界を印加する磁界印加手段とを有し、
前記可動部及び前記係合部の少なくとも一方に、両者の係合関係に関与するように前記封入体及び前記磁界印加手段を配設したことを特徴とする鍵盤装置。
【請求項２】
前記磁界印加手段は電磁石であり、該電磁石に電流を供給する電流供給手段を有することを特徴とする請求項１記載の鍵盤装置。
【請求項３】
前記電流供給手段を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項２記載の鍵盤装置。
【請求項４】
前記磁界印加手段は永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の鍵盤装置。
【請求項５】
前記永久磁石の配置位置を変えることで印加する磁界を可変としたことを特徴とする請求項４記載の鍵盤装置。
【請求項６】
前記鍵に連動して揺動するハンマ体を有し、前記可動部は、前記鍵または前記ハンマ体のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の鍵盤装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押離鍵により可動する鍵等の可動部を有する鍵盤装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鍵盤装置には、押離鍵により可動する可動部として鍵やハンマ体が存在する。押鍵感触（タッチ感触）には通常、これら可動部と可動部に係合する係合部との係合状態が反映される。例えば、鍵とそれの揺動終了位置を規制するストッパとが当接して、押鍵終了時の感触に影響を与える。押鍵動作に慣性を与えるハンマ体を有した鍵盤装置においては、ハンマ体とそれの揺動終了位置を規制するストッパとが当接して、押鍵終了時の感触に影響を与える。また、鍵が有するアクチュエータがハンマ体を駆動し、その駆動状態が押鍵感触に影響を与える。
【０００３】
ところで、押鍵感触のうち特に押鍵反力を制御する技術として、特許文献１に示すように、ソレノイドを有するアクチュエータで鍵を突き上げ駆動するものが知られている。また、特許文献２に示すように、鍵と支持部材との間に磁気粘性流体を用いた干渉部を設け、電流制御によって粘性を変化させて押鍵反力を制御する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１７７３７８号公報
【特許文献２】特開２００９−２３６９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の技術では、システムが大掛かりとなり構成が複雑である。また、重量が重くなり扱いも簡単でない。また、押鍵感触に対しては、係合する部分の摩擦係数やバネ定数だけでなくダンパ定数も関与することになる。しかし、鍵盤装置において磁気粘性流体を利用し、バネ定数及びダンパ定数の組み合わせを適切に設定することについて深い取り組みがなされていない。
【０００６】
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成で、押離鍵時に係合関係となる部分のバネ定数及びダンパ定数を所望に設定することができる鍵盤装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の請求項１の鍵盤装置は、押離操作により揺動する鍵と、前記鍵の揺動により可動する部分または前記鍵自身である可動部（Ｋ、ＨＭ）と、前記鍵の揺動により前記可動部と接触係合するかまたは前記可動部との接触係合状態が変化する係合部（１６、１０ａ、１２、１５）と、磁界強さによって粘度が変化する磁気粘性流体（２２、３２、４２）が出入り可能な空隙を有すると共にバネ特性を有する多孔質部材を、前記磁気粘性流体と一緒にシール材（２９、３９、４９）に封入してなる封入体（２０、３０、４０）と、前記封入体に併設され、前記磁気粘性流体に磁界を印加する磁界印加手段（２４、３４、４４）とを有し、前記可動部及び前記係合部の少なくとも一方に、両者の係合関係に関与するように前記封入体及び前記磁界印加手段を配設したことを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記磁界印加手段は電磁石であり、該電磁石に電流を供給する電流供給手段（３７）を有する（請求項２）。好ましくは、前記電流供給手段を制御する制御手段（３８）を有する（請求項３）。
【０００９】
好ましくは、前記磁界印加手段は永久磁石である（請求項４）。好ましくは、前記永久磁石の配置位置を変えることで印加する磁界を可変とした（請求項５）。
【００１０】
好ましくは、前記鍵に連動して揺動するハンマ体（ＨＭ）を有し、前記可動部は、前記鍵または前記ハンマ体のいずれかである（請求項６）。
【００１１】
なお、上記括弧内の符号は例示である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１によれば、簡単な構成で、押離鍵時に係合関係となる部分のバネ定数及びダンパ定数を所望に設定することができる。
【００１３】
請求項２によれば、供給する電流量によってダンパ特性を設定することができる。
【００１４】
請求項３によれば、電流制御によってダンパ特性を可変にすることができる。
【００１５】
請求項４によれば、構成が簡単である。
【００１６】
請求項５によれば、永久磁石の位置変更によりダンパ特性を可変にすることができる。
【００１７】
請求項６によれば、ハンマ体を有する鍵盤装置において、押離鍵時に係合関係となる部分のバネ定数及びダンパ定数を所望に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る鍵盤装置の１つの鍵に着目した要部の模式図である。
【図２】感触発生ユニットとしての被駆動部ユニットの断面図（図（ａ）、（ｂ））、駆動部ユニットが配設されたアクチュエータの断面図（図（ｃ））である。
【図３】駆動部ユニットにおいてバネ定数とダンパ定数の組み合わせによる押鍵反力を示す図（図（ａ））、感触発生ユニットをハンマ上限ストッパに適用した場合のハンマ上限ストッパの断面図（図（ｂ）〜（ｄ））である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態に係る鍵盤装置の１つの鍵に着目した要部の模式図である。本鍵盤装置は複数の鍵Ｋとそれに対応するハンマ体ＨＭとを有し、電子鍵盤楽器に好適である。本発明に関し、鍵Ｋには白鍵及び黒鍵が該当するが、それらの構成、及びそれらに対応する構成要素の構成は基本的に同様である。
【００２１】
本鍵盤装置はシャーシ１０を有する。鍵Ｋは、押離操作により鍵支点１１を中心に揺動（回動）自在に配設される。鍵支点１１はシャーシ１０に対して鍵支点支持部１２によって軸支されている。鍵Ｋにはアクチュエータ１３が垂下突設されている。
【００２２】
ハンマ体ＨＭは対応する鍵Ｋの下方に配置され、ハンマ支点１４を中心に揺動（回動）自在に配設される。ハンマ支点１４は、シャーシ１０に対してハンマ支点支持部１５によって軸支されている。ハンマ体ＨＭは、質量集中部１８を自由端部に有し、その自重により図１の反時計方向に常に付勢されている。ハンマ体ＨＭの被駆動部１６には、鍵Ｋのアクチュエータ１３から駆動力を受ける被駆動部ユニット１７が固定されている。シャーシ１０の上部１０ａには、ハンマ上限ストッパ１９が固定され、シャーシ１０の下部１０ｂにはハンマ下限ストッパ９が固定されている。
【００２３】
非押鍵状態では、ハンマ体ＨＭはその自重によりハンマ下限ストッパ９に当接しており、鍵Ｋ及びハンマ体ＨＭは図１の仮想線で示される初期位置（レスト位置）に位置する。押鍵操作されると、鍵Ｋのアクチュエータ１３が被駆動部ユニット１７を介して被駆動部１６を駆動し、ハンマ体ＨＭが図１の時計方向に揺動して押鍵動作に慣性を与える。ハンマ体ＨＭがハンマ上限ストッパ１９に当接すると、鍵Ｋ及びハンマ体ＨＭの回動終了位置（エンド位置）が規制される。
【００２４】
このように、本鍵盤装置には、押離鍵により可動する「可動部」として鍵Ｋ及びハンマ体ＨＭが存在する。また、これら可動部に対して当接等の接触係合をする「係合部」も存在する。可動部と係合部との係合状態は、押鍵感触（タッチ感触）に反映される。係合状態には、摩擦係数、バネ定数、ダンパ定数が関与すると考えられるが、本実施の形態では、各所の係合部分においてバネ定数及びダンパ定数を適切に設定するために、係合部分に「感触発生ユニット」を介在させる。
【００２５】
いくつか例を挙げると、アクチュエータ１３が被駆動部１６を駆動するに当たってアクチュエータ１３は被駆動部ユニット１７に当接し、押圧駆動する。この場合、アクチュエータ１３が可動部、被駆動部１６が係合部に該当する。そこで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、被駆動部ユニット１７を感触発生ユニットとして構成する。あるいは、図２（ｃ）に示すように、感触発生ユニットとしての駆動部ユニット８をアクチュエータ１３に配設してもよい。あるいは、これら双方を採用してもよい。図２で感触発生ユニットとしての構成を説明する。
【００２６】
図２（ａ）、（ｂ）は、感触発生ユニットとしての被駆動部ユニット１７の断面図である。特に図２（ｂ）は、アクチュエータ１３から強い駆動力を受けている状態を示している。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、被駆動部ユニット１７は、被駆動部１６に、シートゴム磁石２４、ギャップ材２３、封入体２０が順に積層配置されてなり、アクチュエータ１３に対向する側に封入体２０が位置する。シートゴム磁石２４は磁界印加手段の一例であり、永久磁石が採用される。シートゴム磁石２４は、被駆動部１６に直接または間接的に固着され、ギャップ材２３を挟んで封入体２０が併設される。ギャップ材２３はシートゴム磁石２４と封入体２０との間隔を規定するための部材であり、シートゴム磁石２４が発生させる磁界の封入体２０への作用の強さがギャップ材２３の厚みで設定できる。
【００２８】
封入体２０は、袋状のシール材２９の中にスポンジ部材２１と磁気粘性流体（Magneto-Rheological fluid、以下、「ＭＲ流体」と記す）２２とを一緒に封入してなる。ＭＲ流体２２は、磁界強さ、すなわち、自身を通過する磁束に応じて粘度が変化する磁性流体である。スポンジ部材２１は、バネ特性を有すると共に、ＭＲ流体２２が出入り可能な空隙を有した多孔質部材の一例であって、例えばスポンジ状高分子材料でなる。
【００２９】
シール材２９は、弾性及び伸縮性を有し、ＭＲ流体２２を漏らさずに保持できる材料でなる。シール材２９は、スポンジ部材２１及びＭＲ流体２２を内蔵し、外力を受けていない状態においては、少し萎んだ状態とするのが望ましい。押鍵操作されると、アクチュエータ１３が被駆動部ユニット１７を強く押圧するよう係合し、図２（ｂ）に示すように封入体２０が凹む。
【００３０】
ここで、外力を受けていない状態においては、シール材２９の内部において、ＭＲ流体２２はほとんどがスポンジ部材２１に吸われている。また、シートゴム磁石２４から印加される磁界によって、ＭＲ流体２２は常に適度の粘性を有した状態となっている。スポンジ部材２１はそれ自身でバネ特性を有し、アクチュエータ１３によって駆動される際に所定のバネ定数の弾性部材として機能する。一方、ＭＲ流体２２は、磁束を受けて自身が有している粘性によって、アクチュエータ１３によって駆動される際に所定のダンパ定数の粘性部材として機能する。その結果、押鍵操作によりアクチュエータ１３が被駆動部ユニット１７を駆動する際、封入体２０はバネ特性とダンパ特性の双方の特性を示すことになる。
【００３１】
これらの特性は、スポンジ部材２１自身のバネ定数とＭＲ流体２２に作用する磁界の強さで決まるため、これらの特性を予め所望のものに設定しておくことで、適切な押鍵感触が実現される。なお、アクチュエータ１３と被駆動部ユニット１７との摩擦係数も適切に設定しておくのが一層望ましい。
【００３２】
図２（ｃ）は、感触発生ユニットとしての駆動部ユニット８が配設されたアクチュエータ１３の断面図である。
【００３３】
図２に示す駆動部ユニット８においては、被駆動部ユニット１７（図２（ａ））におけるシートゴム磁石２４、封入体２０に相当する構成要素として、円筒状の永久磁石３４、袋状の封入体３０を有する。封入体３０は、アクチュエータ１３の内部空間に内蔵され、適当な方法で固定される。
【００３４】
封入体３０は、封入体２０（図２（ａ））におけるシール材２９、スポンジ部材２１、ＭＲ流体２２に相当するものとして、シール材３９、スポンジ部材３１、ＭＲ流体３２を有する。さらに、複数のスポンジ部材２１に隣接してスペーサ３５を配置している。スペーサ３５は必須でなく、単一のスポンジ部材２１を配置してもよい。また、封入体３０の下端には緩衝材３６が固着されるが、緩衝材３６も必須でない。磁界印加手段である永久磁石３４は、ＭＲ流体３２に適当な磁界を印加できるような距離に配置され、何等かの方法でアクチュエータ１３に固定される。なお、永久磁石３４における極の位置は限定されるものではない。
【００３５】
図２（ａ）の被駆動部ユニット１７と同様に、駆動部ユニット８においては、永久磁石３４から印加される磁界によって、ＭＲ流体３２は常に適度の粘性を有すると共に、スポンジ部材３１はそれ自身でバネ特性を有している。押鍵操作によりアクチュエータ１３が被駆動部ユニット１７を駆動すると、緩衝材３６を介して封入体３０が上方に受ける反力によって封入体３０が圧縮力を受ける。封入体３０はバネ特性とダンパ特性の双方の特性を示すことになる。
【００３６】
上述したように、鍵Ｋとハンマ体ＨＭとの係合部分については、封入体を用いた構成は被駆動部ユニット１７及び駆動部ユニット８の少なくとも一方に採用すればよい。
【００３７】
本実施の形態によれば、鍵Ｋとハンマ体ＨＭとが係合する部分に、両者の係合関係に関与するように封入体２０、３０及び磁界印加手段（シートゴム磁石２４、永久磁石３４）を配設した。これにより、押離鍵時に係合関係となる部分のバネ定数及びダンパ定数を所望に設定することができる。特に、システムが大掛かりとならず構成が簡単である。さらに、重量が重くならず扱いも簡単である。
【００３８】
また、ＭＲ流体２２、３２に磁界を印加する磁界印加手段に永久磁石を採用したので、構成が簡単である。
【００３９】
ところで、磁界印加手段として、電磁石を採用してもよい。例えば、図２（ｃ）に示す永久磁石３４に代えて、ソレノイドコイルを巻回し、電流供給部３７から供給される電流量によって磁界を発生させる。そうすれば、供給する電流量によって封入体３０のダンパ特性を設定することができる。
【００４０】
さらには、図２（ｃ）に示すように、電流供給部３７を制御する制御部３８を設けるのが望ましい。例えば、予め不図示の記憶部に記憶しておいた制御テーブルに基づいて、電流供給部３７から電磁石に供給する電流量を制御部３８が制御する。そうすれば、電流制御によってダンパ特性を可変にすることができる。
【００４１】
前述したように、磁界印加手段がＭＲ流体に作用させる磁界の強さとスポンジ部材のバネ定数によって、バネ定数とダンパ定数は各種の組み合わせが可能である。以下に、これらの組み合わせの例を説明する。
【００４２】
図３（ａ）は、駆動部ユニット８においてバネ定数とダンパ定数の組み合わせによる押鍵反力を示す図である。図３（ａ）では、等加速度で押鍵したときの押鍵ストローク（単位：ｍ）を横軸に示し、押鍵反力（単位：Ｎ）を縦軸に示す。
【００４３】
例えば、バネ定数ｋｓ＝１５０００（Ｎ／ｍ）、ダンパ定数ｋｄ＝５（Ｎｓ／ｍ）に比べ、ダンパ定数ｋｄだけを大きくしてｋｄ＝５０（Ｎｓ／ｍ）にすると、押鍵反力の変化の度合いが小さくなる。また、バネ定数ｋｓ＝１５０００（Ｎ／ｍ）、ダンパ定数ｋｄ＝５（Ｎｓ／ｍ）に比べ、バネ定数ｋｓだけを小さくしてｋｓ＝８０００（Ｎ／ｍ）にすると、押鍵反力のピークがストロークにおける深い方向にずれる。
【００４４】
ところで、感触発生ユニットにおいて永久磁石を採用した場合においても、永久磁石の配置位置を可変とすることでダンパ定数を可変にすることができる。これを図３（ｃ）で例示する。
【００４５】
図３（ｂ）〜（ｄ）は、感触発生ユニットをハンマ上限ストッパ１９に適用した場合のハンマ上限ストッパ１９の断面図である。図３（ｂ）は側方視による断面を示し、図３（ｃ）、（ｄ）は、鍵並び方向に沿う断面を示している。
【００４６】
ハンマ上限ストッパ１９は、鍵Ｋごと（ハンマ体ＨＭごと）に設けられる。しかし、鍵並び方向に長く構成し、複数の鍵Ｋごと、あるいはすべての鍵Ｋに共通に１つ設けてもよい。
【００４７】
図３（ｂ）に示すように、シャーシ１０の上部１０ａにハンマ上限ストッパ１９が固着される。この例では、ハンマ体ＨＭが可動部に該当し、上部１０ａが係合部に該当することとなる。
【００４８】
ハンマ上限ストッパ１９は、被駆動部ユニット１７（図２（ａ））におけるシートゴム磁石２４、ギャップ材２３、封入体２０に相当する構成要素として、永久磁石４４、第１のギャップ材４３、袋状の封入体４０を有する。封入体４０は、封入体２０（図２（ａ））におけるシール材２９、スポンジ部材２１、ＭＲ流体２２に相当するものとして、シール材４９、スポンジ部材４１、ＭＲ流体４２を有する。上部１０ａに第２のギャップ材４５が固着され、第２のギャップ材４５の下部に封入体４０が固着される。
【００４９】
第１のギャップ材４３と永久磁石４４とが一体的に構成されて断面円形の円柱体となっている（図３（ｃ）、（ｄ））。そしてこれら第１のギャップ材４３及び永久磁石４４でなる円柱体が第２のギャップ材４５の中に回転可能に埋め込まれている。永久磁石４４は、円柱体において軸中心から偏って配置されており、図３（ｃ）では下半部、図３（ｄ）では上半部に位置している。第１のギャップ材４３及び永久磁石４４からなる円柱体を第２のギャップ材４５に対して回転させることで、永久磁石４４の回転方向における位置が可変となっている。
【００５０】
図３（ｃ）に示すように永久磁石４４が近くなると、永久磁石４４が発生させる磁界がＭＲ流体４２に強く作用し、粘性が高くなる。図３（ｄ）に示すように永久磁石４４が遠くなると、ＭＲ流体４２に作用する磁界が弱くなり、粘性が低くなる。円柱体の回転方向の位置を任意に変更可能であり、永久磁石４４の位置によってＭＲ流体４２の粘性を可変にすることができる。
【００５１】
これにより、ハンマ上限ストッパ１９のダンパ定数を可変とすることができる。ハンマ上限ストッパ１９のダンパ特性の可変制御により、特に押鍵終了時の感触を調節することが可能となる。
【００５２】
なお、永久磁石の位置を可変とする構成は、図３（ｂ）〜（ｄ）に示す構成に限られない。永久磁石とＭＲ流体との距離を可変とするためのスペーサを配設する領域を設け、装着するスペーサの厚みを変えることでも実現可能である。また、永久磁石の位置を可変制御する制御手段を設けてもよい。
【００５３】
感触発生ユニットは、以上説明したもの以外に、押鍵感触に大きな影響を与える部分に適用可能である。例えば、鍵支点支持部１２、ハンマ支点支持部１５に適用してもよい。この場合、鍵Ｋの鍵支点１１、ハンマ体ＨＭのハンマ支点１４が「可動部」に該当し、鍵支点支持部１２、ハンマ支点支持部１５が「係合部」に該当する。
【００５４】
また、感触発生ユニットをハンマ上限ストッパ１９として構成する場合、ハンマ上限ストッパ１９はシャーシ１０ではなくハンマ体ＨＭに設けてもよい。なお、ハンマ下限ストッパ９に適用してもよいが、押鍵感触への影響は小さい。
【００５５】
結局、鍵Ｋの揺動により可動する可動部、及び、鍵Ｋの揺動により可動部と接触係合するかまたは可動部との接触係合状態が変化する係合部の少なくとも一方に、両者の係合関係に関与するように封入体及び磁界印加手段を配設すればよい。磁界印加手段は、ＭＲ流体に適当な磁界が作用するように位置や姿勢を決めて配置する。
【００５６】
ここでいう「可動部」は、鍵Ｋ自身でもよいが、鍵Ｋに連動する部材ならばよく、鍵Ｋに固定されていて鍵とは呼ばれない部材であってもよい。また、ハンマ体ＨＭを有しない鍵盤装置にも本発明を適用可能である。
【００５７】
また、感触発生ユニットをいずれの場所に設ける場合においても、ＭＲ流体に磁界を印加する手段は永久磁石でもよいが電磁石でもよく、電磁石の場合にはさらに電流供給を制御する制御手段を設けてもよい。
【００５８】
なお、ＭＲ流体と共に封入体に封入される弾性部材をスポンジ部材であるとしたが、これに限られない。すなわち、スポンジ部材でなくても、ＭＲ流体が出入り可能な空隙を有すると共にバネ特性を有した多孔質部材であればよい。従って、ここでいう多孔質部材には、スポンジ以外にフェルト等も含まれ、また、多数の孔が形成されたゴムも含まれる。また、ＭＲ流体が出入り可能な空隙は、孔という概念でなくてもよい。封入体に封入される弾性部材としてバネを利用しても、圧縮方向が適切であれば類似する効果は得られる。
【００５９】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
Ｋ  鍵（可動部）、  ＨＭ  ハンマ体（可動部）、  １０ａ  上部（係合部）、  １２  鍵支点支持部（係合部）、  １５  ハンマ支点支持部（係合部）、  １６  被駆動部（係合部）、  ２０、３０、４０  封入体、  ２２、３２、４２  ＭＲ流体、  ２４  シートゴム磁石（磁界印加手段）、  ２９、３９、４９  シール材、  ３４、４４  永久磁石（磁界印加手段）、  ３７  電流供給部（電流供給手段）、  ３８  制御部（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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