(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料によって形成された大径なプランジャ部と、このプランジャ部の一方に芯合わせをした状態で設けられた小径な突出軸部と、前記プランジャ部と前記突出軸部との間に形成された段部となる環状平面部と、を有するプランジャと、
前記プランジャを挿嵌するように当該プランジャの外周側に設けられ、前記プランジャを軸方向に移動させるための磁路を発生するソレノイドであって、前記プランジャが挿通されるコイルボビンとこのコイルボビンに巻回されたコイルとを有し、前記コイルボビンが、前記コイルが巻回される巻回部、この巻回部の端部に形成される鍔部、一方の前記鍔部から外側に向けて突出された係合筒部を有する形状となるソレノイドと、
前記ソレノイドを外側から覆うように組込み、前記プランジャと共に前記磁路の一部をなし、前記プランジャの突出軸部を挿通して外部に突出させるプランジャ挿通孔が穿設されたヨークであって、前記プランジャ挿通孔の周囲に形成され、前記プランジャの環状平面部と対向する対向平面部と、この対向平面部の外側に形成され、前記コイルボビンの係合筒部が係合される環状段部と、を有するヨークと、を具備し、
前記プランジャは、その一方においては、環状平面図が前記ヨークの対向平面部と対向し、他方においては、前記プランジャ部が前記ヨークおよび前記ソレノイドに対して貫通するように設けられ、
前記ヨークのうち、前記環状段部の先端の位置を環状の端部Ｐ、前記プランジャのうち、前記環状平面部の端部が前記ヨークに対する位置を端部Ｑとし、
前記プランジャが前記ヨークに対する位置を、前記ソレノイドに電流を供給するスタート時のプランジャ部の端部Ｑの位置をａ点、プランジャの端部Ｑがヨークに衝突する最大ストロークの位置をｂ点、ヨークの端部Ｐとプランジャの端部Ｑとが最も接近する位置をｃ点とした場合、
前記プランジャの端部Ｑがａ点からｃ点に移動する間、前記ソレノイドから発生する磁気が、前記プランジャの端部Ｑに集中して当該プランジャに推力を発生させる貫通型のソレノイドユニットとして機能し、前記プランジャの端部Ｑがｃ点からｂ点に移動する間、前記ソレノイドから発生する磁気が、前記対向平面部と対向する環状平面部に集中して当該プランジャに推力を発生させる衝突型のソレノイドユニットとして機能する
ことを特徴とするソレノイドユニット。
【請求項２】
請求項１記載のソレノイドユニットにおいて、
前記ヨークは、小径な孔を穿設した平面部を有する一の部材と、大径な孔を穿設した平面部を有する他の部材とによって構成し、前記他の部材がソレノイド側に位置するように、各孔を連通させて各部材を重ね合わせることにより、前記プランジャ挿通孔、対向平面部および環状段部を有する
ことを特徴とするソレノイドユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載のソレノイドユニットにおいて、
前記プランジャの端部に集磁アーマチャを設けた
ことを特徴とするソレノイドユニット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載のソレノイドユニットにおいて、
前記プランジャによって打鍵を行う鍵盤楽器の自動演奏装置に用いた
ことを特徴とするソレノイドユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プランジャを軸方向に移動させるソレノイドユニットに関し、例えば、ピアノなどの鍵盤楽器の自動演奏装置のアクチュエータに用いて好適なソレノイドユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鍵盤楽器の自動演奏装置は、鍵に対してソレノイドユニットを対向配置し、このソレノイドユニットのプランジャを、鍵の回動端部に突出させることにより、押鍵動作を行うような構成となっている。
ここで、ソレノイドユニットは、プランジャと、このプランジャを軸方向に移動させるソレノイドと、このソレノイドの磁路をなすヨークとによって大略構成されている。
【０００３】
一般に、ソレノイドユニットには、その構造から、衝突型、貫通型、テーパ型の３種類がある。そして、これらのソレノイドユニットは、種類毎にプランジャのストロークに対する発生推力の特性が異なっている。
【０００４】
そこで、各ソレノイドユニットの構成およびその特性について以下に説明する。
まず、図１５および図１６に基づいて衝突型のソレノイドユニットについて説明する。図１５はこの衝突型のソレノイドユニットの縦断面図であり、図１６はプランジャのストロークＬに対する推力Ｆを示した特性図である。
この衝突型のソレノイドユニット５００は、ヨーク５１０と、ソレノイド５２０と、プランジャ５３０とによって大略構成されている。
ヨーク５１０は、板状の磁性体によって箱状に形成され、底部に当たる部分にはコイルボビン５２１の突出筒部５２１Ｃが嵌合されるコイルボビン嵌合孔５１１が穿設され、蓋部に当たる部分には突出軸部５３２が挿通される軸部挿通孔５１２が、コイルボビン嵌合孔５１１に対向するように穿設されている。そして、ヨーク５１０は、ソレノイド５２０から発生する磁路の主部を形成している。
ソレノイド５２０は、樹脂材料によって形成されたコイルボビン５２１と、このコイルボビン５２１に巻回されたコイル５２２とからなる。また、コイルボビン５２１は、円筒状の巻回部５２１Ａと、この巻回部５２１Ａの両端に形成された円板状の鍔部５２１Ｂ，５２１Ｂと、図１４中で下側に位置した鍔部５２１Ｂから外側に向けて突出形成された突出筒部５２１Ｃとからなる。そして、ソレノイド５２０はヨーク５１０内に組み込まれている。
プランジャ５３０は、磁性材料によって形成された大径なプランジャ部５３１と、このプランジャ部５３１に芯合わせした状態で設けられた小径な突出軸部５３２とからなる。
また、プランジャ５３０のプランジャ部５３１と突出軸部５３２との段部には衝撃吸収部材５４０が配設されている。この衝撃吸収部材５４０は、プランジャ５３０をヨーク５１０の蓋部側に移動させたとき、この衝撃吸収部材５４０をヨーク５１０の軸部挿通孔５１２の周囲下面に当接させることにより、プランジャ５３０の位置決めを行うと共に、衝突時の衝撃を吸収するものである。
【０００５】
この衝突型のソレノイドユニット５００においては、プランジャ部５３１の端部と対向する対向平面部５１３との間に磁界が発生する。このため、プランジャ５３０には、この間の距離の２乗に反比例し、この対向面積に比例した推力Ｆが発生することになる。
このように、このソレノイドユニット５００では、プランジャ５３０のストロークＬに対する推力Ｆの特性が、図１６に示す特性線５５０のようになる。即ち、推力Ｆは、ソレノイド５２０に電流を供給したスタート時（ａ点）には小さく、プランジャ５３０が最大ストローク近辺となるエンド時（ｂ点）には大きくなっていることが分かる。なお、エンド時の推力Ｆを特にプランジャ５３０の保持力とも呼ぶ。なお、ａ点はソレノイド５２０への電流供給を停止したときにプランジャ５３０が自動的に復帰する位置である。
【０００６】
次に、図１７および図１８に基づいて貫通型のソレノイドユニットについて説明する。図１７はこの貫通型のソレノイドユニットの縦断面図であり、図１８はプランジャのストロークＬに対する推力Ｆを示した特性図である。
この貫通型のソレノイドユニット６００は、ヨーク６１０と、ソレノイド６２０と、プランジャ６３０とによって大略構成されている。
そして、このソレノイドユニット６００は、軸部挿通孔６１２が大径に形成されているため、プランジャ６３０はヨーク６１０によって規制されずに軸部挿通孔６１２内に挿通されるものである。
ヨーク６１０は、板状の磁性体によって箱状に形成され、底部に当たる部分にはコイルボビン６２０の突出筒部６２１Ｃが嵌合されるコイルボビン嵌合孔６１１が穿設され、蓋部に当たる部分にはプランジャ６３０が挿通されるプランジャ挿通孔６１２が、コイルボビン嵌合孔６１１に対向するように穿設されている。そして、ヨーク６１０は、ソレノイド６２０から発生する磁路の主部を形成している。
ソレノイド６２０は、樹脂材料によって形成されたコイルボビン６２１と、このコイルボビン６２１に巻回されたコイル６２２とによって構成されている。また、コイルボビン６２１は、円筒状の巻回部６２１Ａと、この巻回部６２１Ａの両端に形成された円板状の鍔部６２１Ｂ，６２１Ｂと、一方の鍔部６２１Ｂから外側に向けて突出された突出筒部６２１Ｃとからなる。そして、ソレノイド６２０はヨーク６１０に組み込まれている。
プランジャ６３０は、磁性材料によって形成された大径なプランジャ部６３１と、このプランジャ部６３１に芯合わせした状態で設けられた小径な突出軸部６３２とからなる。
【０００７】
この貫通型のソレノイドユニット６００においては、プランジャ挿通孔６１２のエッジから集中した磁気がプランジャ６３０のプランジャ部６３１に向けて発生する。このため、プランジャ５３０には、このエッジから発生した磁界によって引き寄せられる推力Ｆが発生することになる。
このように、この貫通型のソレノイドユニット６００では、プランジャ６３０のストロークＬに対する推力Ｆの特性が、図１８に示す特性線６５０のようになる。即ち、ソレノイド６２０に電流を供給したスタート時（ａ点）からプランジャ６３０が最大ストロークとなるエンド時（ｂ点）まで、比較的安定した推力Ｆが得られることが分かる。
【０００８】
次に、図１９および図２０に基づいてテーパ型のソレノイドユニットについて説明する。図１９はこのテーパ型のソレノイドユニットの縦断面図であり、図２０はプランジャのストロークＬに対する推力Ｆを示した特性図である。
このテーパ型のソレノイドユニット７００は、ヨーク７１０と、ソレノイド７２０と、プランジャ７３０とによって大略構成されている。
そして、このソレノイドユニット７００においては、軸部挿通孔７１２の周囲が底部に向けて外形がテーパ状となった突出筒部７１３が形成され、その受側となるプランジャ７３０の段部には同じく外側がテーパ状となった凹部７３３が形成されている。この突出筒部７１３のテーパ面と凹部７３３のテーパ面とは平行な状態となっている。なお、軸部挿通孔７１２の内周側には、プランジャ７３０の傾きを抑制するためにスラスト軸受７１４を設けてもよい。
ヨーク７１０は、板状の磁性体によって箱状に形成され、底部に当たる部分にはコイルボビン７２１の突出筒部７２１Ｃが嵌合されるコイルボビン嵌合孔７１１が穿設され、蓋部に当たる部分には突出軸部７３２が挿通される軸部挿通孔７１２が、コイルボビン嵌合孔７１１に対向するように穿設されている。
さらに、ヨーク７１０のうち、軸部挿通孔７１２の周囲下面には、外形がテーパ状となった突出筒部７１３が形成されている。そして、ヨーク７１０は、ソレノイド７２０から発生する磁路の主部を形成している。
ソレノイド７２０は、樹脂材料によって形成されたコイルボビン７２１と、このコイルボビン７２１に巻回されたコイル７２２とによって構成されている。また、コイルボビン７２１は、円筒状の巻回部７２１Ａと、この巻回部７２１Ａの両端に形成された円板状の鍔部７２１Ｂ，７２１Ｂと、一方の鍔部７２１Ｂから外側に向けて突出された突出筒部７２１Ｃとからなる。そして、ソレノイド７２０はヨーク７１０に組み込まれている。
プランジャ７３０は、磁性材料によって形成された大径なプランジャ部７３１と、このプランジャ部７３１に設けられた小径な突出軸部７３２と、このプランジャ部７３１と突出軸部７３２との間の段部に凹設され、外側がテーパ状になった凹部７３３とからなる。
【０００９】
このテーパ型のソレノイドユニット７００においては、ヨーク７１０のうち突出筒部７１３とプランジャ７３１の凹部７３３との間に磁界が発生する。このため、プランジャ７３０には、この磁界によって引き寄せられるときに推力Ｆが発生することになる。
このように、このテーパ型のソレノイドユニット７００では、プランジャ７３０のストロークＬに対する推力Ｆの特性が、図２０に示す特性線７５０のようになる。即ち、ソレノイド７２０に電流を供給したスタート時（ａ点）からプランジャ７３０が最大ストローク（ｂ点）となるエンド時まで、比較的フラットな推力Ｆが得られることが分かる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ピアノなどの鍵盤楽器の自動演奏装置に用いられるアクチュエータは、ソレノイドに対して電流の供給を開始するスタート時からプランジャが最大ストロークとなるエンド時まである程度高い推力が必要とされる。そこで、現行のアクチュエータには貫通型のソレノイドユニット６００が使用されている。
しかし、この貫通型のソレノイドユニット６００は、前述した如く、スタート時にはある程度の推力Ｆをプランジャに持たせることができるものの、エンド時の保持力が小さくなっている。
一方、衝突型のソレノイドユニット５００は、スタート時には推力Ｆが極めて小さいものの、エンド時には比較的高い保持力を発生する。また、テーパ型のソレノイドユニット７００は、プランジャ７３０のストロークＬに拘わらず比較的フラットな推力Ｆが得られるものの、仕事量（スタート時ａからエンド時ｂまでプランジャ７３０から発生する推力Ｆを積分したもの、即ち特性線７５０によって形成される面積）が他の２種類のソレノイドユニットに比べて小さいため、総合的に大きな推力を発生させるためには大電力が必要となっていた。
【００１１】
このように、これらのソレノイドユニットでは、エンド時の保持力を高めようとすると、スタート時の推力が低下し（例えば、衝突型のソレノイドユニット５００）、スタート時の推力を高めようとすると、エンド時の保持力が低下し（例えば、貫通型のソレノイドユニット６００）、両者を満足させようとすると、プランジャの全ストロークにおける推力の仕事量が低下してしまう（例えば、テーパ型のソレノイドユニット７００）。
このため、これらのソレノイドユニットでは、プランジャのスタート時からエンド時まで高い推力を発生させることができない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、小電力でしかもプランジャの全ストロークにおいて比較的高い推力を発生させることのできる磁気集中型のソレノイドユニットを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、磁性材料によって形成された大径なプランジャ部と、このプランジャ部の一方に芯合わせをした状態で設けられた小径な突出軸部と、前記プランジャ部と前記突出軸部との間に形成された段部となる環状平面部と、を有するプランジャと、前記プランジャを挿嵌するように当該プランジャの外周側に設けられ、前記プランジャを軸方向に移動させるための磁路を発生するソレノイドであって、前記プランジャが挿通されるコイルボビンとこのコイルボビンに巻回されたコイルとを有し、前記コイルボビンが、前記コイルが巻回される巻回部、この巻回部の端部に形成される鍔部、一方の前記鍔部から外側に向けて突出された係合筒部を有する形状となるソレノイドと、前記ソレノイドを外側から覆うように組込み、前記プランジャと共に前記磁路の一部をなし、前記プランジャの突出軸部を挿通して外部に突出させるプランジャ挿通孔が穿設されたヨークであって、前記プランジャ挿通孔の周囲に形成され、前記プランジャの環状平面部と対向する対向平面部と、この対向平面部の外側に形成され、前記コイルボビンの係合筒部が係合される環状段部と、を有するヨークと、を具備し、前記プランジャは、その一方においては、環状平面図が前記ヨークの対向平面部と対向し、他方においては、前記プランジャ部が前記ヨークおよび前記ソレノイドに対して貫通するように設けられ、前記ヨークのうち、前記環状段部の先端の位置を環状の端部Ｐ、前記プランジャのうち、前記環状平面部の端部が前記ヨークに対する位置を端部Ｑとし、前記プランジャが前記ヨークに対する位置を、前記ソレノイドに電流を供給するスタート時のプランジャ部の端部Ｑの位置をａ点、プランジャの端部Ｑがヨークに衝突する最大ストロークの位置をｂ点、ヨークの端部Ｐとプランジャの端部Ｑとが最も接近する位置をｃ点とした場合、前記プランジャの端部Ｑがａ点からｃ点に移動する間、前記ソレノイドから発生する磁気が、前記プランジャの端部Ｑに集中して当該プランジャに推力を発生させる貫通型のソレノイドユニットとして機能し、前記プランジャの端部Ｑがｃ点からｂ点に移動する間、前記ソレノイドから発生する磁気が、前記対向平面部と対向する環状平面部に集中して当該プランジャに推力を発生させる衝突型のソレノイドユニットとして機能することを特徴としている。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のソレノイドユニットにおいて、前記ヨークは、小径な孔を穿設した平面部を有する一の部材と、大径な孔を穿設した平面部を有する他の部材とによって構成し、前記他の部材がソレノイド側に位置するように、各孔を連通させて各部材を重ね合わせることにより、前記プランジャ挿通孔、対向平面部および環状段部を有することを特徴としている。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のソレノイドユニットにおいて、前記プランジャの端部に集磁アーマチャを設けたことを特徴としている。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１に記載のソレノイドユニットにおいて、前記プランジャによって打鍵を行う鍵盤楽器の自動演奏装置に用いたことを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。
【００２０】
１．第１の実施形態
まず、図１は、本発明による第１の実施形態に係るソレノイドユニットが組み込まれた鍵盤楽器（例えば、グランドピアノ）の自動演奏装置の要部構成を示す断面図である。
【００２１】
１−１．全体構成
図１において、鍵１は、棚板２の上に図示せぬバランスピンを介して回動自在に支持されている。演奏者は、この鍵１の前端部（図示せず）を押鍵して演奏する。このような鍵１が図の紙面垂直方向に複数並設されている。
【００２２】
鍵１の後端部の上方には、鍵１の動作に応じて弦を打撃する公知のハンマアクション機構（図示せず）が各鍵１に対応して設けられている。また、棚板２における鍵１の後端部の下方には、鍵１の配列方向に伸びる収納孔３が形成されており、この収納孔３に各鍵１に対応して設けられるソレノイドユニット１００を有するソレノイド装置１０が収納されている。
このソレノイド装置１０は、鍵１の配列方向に沿って延在する固定ブラケット４および底板５によって、収納孔３内に収納されている。また、このソレノイド装置１０の各ソレノイドユニット１００は、鍵１の配列方向に対応した千鳥状に固定配置される。
また、棚板２にはブラケット６を介して基板７が固定され、この基板７に実装された給電回路８には、リード線９を介してソレノイドユニット１００がそれぞれ接続されている。
【００２３】
１−２．ソレノイド装置
続いて、本実施形態によるソレノイドユニットをアクチュエータとして使用したソレノイド装置１０について説明する。図１に示すように、棚板２における鍵１の後端部に対向する部分には、鍵盤の全長にわたって延びる長い長方形状の収納孔３が形成されており、この収納孔３には底板５を介して固定ブラケット４が設けられている。
【００２４】
このソレノイド装置１０は、鍵１の後端部を押し上げることにより鍵１に押鍵動作を与えるもので、棚板２に着脱自在に取付けられた固定ブラケット４と、この固定ブラケット４に鍵１に対応して装着された複数のソレノイドユニット１００とによって構成されている。なお、ソレノイドユニット１００の構成については後に述べるものとする。
【００２５】
このように構成される自動演奏装置においては、記録手段に記録された演奏データが、時間経過にしたがって順次読み出される。この演奏データに基づき、駆動回路（図示せず）から駆動電流がソレノイドユニット１００に供給されると、このソレノイドユニット１００内で磁場が発生する。その際、発生した磁場により、プランジャヘッド１３２Ａを上方へ向かわせる力が作用し、プランジャヘッド１３２Ａは上動して鍵１の後端部を突き上げる。これによって、押鍵動作した際と全く同様に鍵１を作動させて楽音が演奏される。この押鍵動作が終了すると、ソレノイドユニット１００への駆動電流の供給が停止され、プランジャヘッド１３２Ａは下動して元の位置に戻る。このように、自動演奏装置では、ソレノイドユニット１００の動作により、演奏データに基づいた押鍵動作がなされて自動演奏が行われる。
【００２６】
１−３．ソレノイドユニット
１−３−１．ソレノイドユニットの構成
次に、ソレノイドユニット１００の構成について説明する。
ソレノイドユニット１００は、図２の断面図に示すように、磁性材料からなり磁路の主部を形成するヨーク１１０と、このヨーク１１０に組み込まれたソレノイド１２０と、このソレノイド１２０に嵌挿されたプランジャ１３０とから構成されている。
【００２７】
ヨーク１１０は、図３の斜視図に示すように、板体からなる第１ヨーク１１０Ａの端面に形成された係合凹部１１０Ａ１と、断面コ字状の第２ヨーク１１０Ｂの端面に形成された係合突起１１０Ｂ１とを嵌め合わせて互いに結合したもので、対向する側面が開口した箱形状に形成されている。このヨーク１１０は、ソレノイド１２０から発生する磁路の主部を形成する。
また、図２に示すように、第２ヨーク１１０Ｂには、コイルボビン１２１の突出筒部１２１Ｃが嵌合されるコイルボビン嵌合孔１１１が穿設され、第１ヨーク１１０Ａには、突出軸部１３２が挿通される軸部挿通孔１１２が穿設されている。この軸部挿通孔１１２はコイルボビン嵌合孔１１１と対向している。
また、第１ヨーク１１０Ａの軸部挿通孔１１２周囲には、ハーフパンチングによって外側に向けて突出する凸部１１３が形成されている。このハーフパンチングとは、第１ヨーク１１０Ａの下面から、プランジャ１３０よりも若干大径な円柱状のダイスを当てて押圧することによって凸部１１３を形成する方法である。この際、第１ヨーク１１０Ａのうち軸部挿通孔１１２の周囲には、プランジャ１３０に対向する対向平面部１１４および環状段部１１５が形成され、この環状段部１１５にはコイルボビン１２１の係合筒部１２１Ｄが係合される。
【００２８】
ソレノイド１２０は、樹脂材料によって形成されたコイルボビン１２１と、このコイルボビン１２１に巻回されたコイル１２２とからなる。また、コイルボビン１２１は、円筒状の巻回部１２１Ａと、この巻回部１２１Ａの両端に形成された円板状の鍔部１２１Ｂと、一方の鍔部１２１Ｂから外側に向けて突出された突出筒部１２１Ｃと、他方の鍔部１２１Ｂから外側に向けて突出された係合筒部１２１Ｄとからなる。そして、ソレノイド１２０はヨーク１１０内に組み込まれる。
【００２９】
プランジャ１３０は、磁性材料によって形成された大径なプランジャ部１３１と、このプランジャ部１３１に芯合わせをした状態で設けられた小径な突出軸部１３２とからなる。また、突出軸部１３２の先端には、このプランジャ１３０が下側に移動するのを規制すると共に、鍵１を上側に押動する有蓋筒状のプランジャヘッド１３２Ａが固着されている。また、プランジャ部１３１と突出軸部１３２との段部となる環状平面部１３３は、ヨーク１１０の対向平面部１１４に対向している。さらに、この環状平面部１３３には衝撃吸収部材１４０が配設されている。この衝撃吸収部材１４０は、プランジャ１３０が第１ヨーク１１０Ａ側に移動し、この環状平面部１３３がヨーク１１０の軸部挿通孔１１２の周囲下面（即ち、対向平面部１１４）に当接するときの衝撃を吸収するものである。
【００３０】
１−３−２．ソレノイドユニットの動作
次に、図４および図５を参照しつつ、本実施形態によるソレノイドユニット１００の動作について説明する。
【００３１】
ここで、本実施形態によるソレノイドユニット１００では、ヨーク１１０に形成された環状段部１１５によってその先端の角度が略９０°の先端部の尖った環状の端部Ｐとなっている。
ソレノイド１２０から発生する磁気は、ヨーク１１０を介してプランジャ１３０に作用する。この際、ヨーク１１０とプランジャ１３０との間には２系統の磁路が形成されることになる。即ち、一つはプランジャ１３０の環状平面部１３３とヨーク１１０の対向平面部１１４との間に形成される磁路であり、二つはヨーク１１０の端部Ｐからプランジャ１３０に向けて発生する集中した磁気による磁路である。ここで、端部から磁気が集中して発生することを、一般にエッジ効果と呼ぶ。
また、プランジャ１３０のうち、前述した２系統の磁路を受ける部分、即ち環状平面部１３３の位置を端部Ｑとする。この端部Ｑは、ヨーク１１０の環状の端部Ｐおよび対向平面部１１４に対向することになる。
また、図４中のａ点はソレノイド１２０に電流を供給するスタート時のプランジャ部１３１の端部Ｑの位置、ｂ点はプランジャ１３０の端部Ｑがヨーク１１０に衝突する最大ストロークの位置、ｃ点はヨーク１１０の端部Ｐとプランジャ１３０の端部Ｑとが最も接近する位置をそれぞれ示している。
【００３２】
次に、コイル１２２に電流を供給したときの動作を、順次説明する。
まず、プランジャ１３０の端部Ｑがスタート時のａ点にあるときに、コイル１２２に電流を供給する。ソレノイド１２０から発生する磁気は、ヨーク１１０を介して前述した２系統の磁路でプランジャ１３０に作用する。この場合、対向平面部１１４と環状平面部１３３との距離が離れているため、この間に発生するプランジャ１３０を吸引する力は弱い。そこで、前述した端部Ｐから発生するエッジ効果による磁気がプランジャ１３０に作用し、このプランジャ１３０を引き上げることになる。
このように、プランジャ１３０は、端部Ｑがａ点からｃ点に向けて移動する間、端部Ｐから発生する集中した磁気によって、引き上げられることになる。このため、ソレノイドユニット１００は、従来技術で述べた貫通型のソレノイドユニット６００の特性線６５０とほぼ同様に、端部Ｐから発生する集中した磁気を受けて吸引されるため、スタート時から比較的高い推力Ｆをプランジャ１３０に発生させる。その後、ヨーク１１０の端部Ｐにプランジャ１３０の端部Ｑが接近するｃ点付近では、端部Ｐにおけるエッジ効果に代わり、平面部１１４，１３３間に発生する磁路によってプランジャ１３０が引き上げられることになる。
【００３３】
その後、プランジャ１３０の端部Ｑがｃ点からｂ点を移動する間は、プランジャ１３０の環状平面部１３３とヨーク１１０の対向平面部１１４との間に発生する磁路によってプランジャ１３０は引き上げられることになる。このため、ソレノイドユニット１００は、従来技術で述べた衝突型のソレノイドユニット５００の特性線５５０とほぼ同様に、環状平面部１３３とヨーク１１０の対向平面部１１４との対向面積に比例し、距離の２乗に反比例する推力Ｆを、プランジャ１３０に発生させる。
【００３４】
このように、本実施形態によるソレノイドユニット１００においては、図５の特性線１５０のように、プランジャ１３０の端部Ｑがａ点からｃ点に移動する間、貫通型のソレノイドユニット６００とほぼ同様に比較的高い推力Ｆをプランジャ１３０に発生させる。また、プランジャ１３０の端部Ｑがｃ点からｂ点に移動する間、衝突型のソレノイドユニット５００の特徴である高い推力Ｆをプランジャ１３０に発生させることができる。
【００３５】
１−４．第１の実施形態の効果
本実施形態によるソレノイドユニット１００においては、プランジャ１３０のスタート時における推力Ｆを比較的高くした上で、エンド時における保持力も確保することができるアクチュエータを実現することが可能となる。
この結果、このソレノイドユニット１００を自動演奏装置６１のアクチュエータに用いた場合には、鍵１の動きを忠実に再生することが可能となる。
【００３６】
しかも、ソレノイドユニット１００では、ヨーク１１０に形成した端部Ｐのエッジから集中した磁気を発生させているから、ソレノイド１２０に供給する電流値を上げることなく、プランジャ１３０に比較的高い推力Ｆを発生させることが可能となる。
【００３７】
１−５．第１の実施形態の変形例
前記第１の実施形態では、ソレノイド装置１０に用いられる複数のソレノイドユニット１００を、別個のヨーク１１０によってそれぞれ形成するようにしている。しかし、本発明はこれに限らず、図６に示すソレノイドユニット１７０のように、複数個のソレノイドユニットのヨークを共通のヨーク１８０としてもよい。この場合、ヨーク１８０には凸部１８１（環状段部）を千鳥状に形成すればよい。なお、図６では、第１ヨークと第２ヨークとを反対にして使用した場合を例示している。
【００３８】
２．第２の実施形態
次に、図７ないし図９に基づいて第２の実施形態によるソレノイドユニットについて説明する。なお、本実施形態の特徴は、ヨークを、小径な孔を穿設した平面部を有する一の部材と、大径な孔を穿設した平面部を有する他の部材とによって構成し、これらの孔が連通するように各部材を重ね合わせることにより、プランジャ挿通孔、対向平面部および環状段部を形成した点にある。なお、本実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３９】
２−１．ソレノイドユニットの構成
ソレノイドユニット２００は、図７の断面図に示すように、磁性材料からなり磁路の主部を形成するヨーク２１０と、このヨーク２１０に組み込まれたソレノイド１２０と、このソレノイド１２０に嵌挿されたプランジャ１３０とによって大略構成されている。
【００４０】
ここで、ヨーク２１０は、図８の斜視図に示すように、第１ヨーク板２２０および第２ヨーク板２３０を重ね合わせることにより形成された第１ヨーク２１１と、断面略コ字状の第２ヨーク２４０とからなる。また、第１ヨーク板２２０，第２ヨーク板２３０の端面にはそれぞれ係合凹部２２０Ａ，２３０Ａが形成され、第２ヨーク２４０の端面には係合突起２４０Ａが形成されている。そして、ヨーク２１０は、これらの係合凹部２２０Ａ，２３０Ａと係合突起２４０Ａとを嵌め合わせることによって、対向する側面が開口した箱形状に形成されている。このヨーク２１０は、ソレノイド１２０から発生する磁路の主部を形成する。
【００４１】
また、第１ヨーク２１１を構成する第１ヨーク板２２０には小径な孔が穿設され、第２ヨーク板２３０には大径な孔が穿設されている。
図７に示すように、プランジャ１３０に対向するヨーク２１０の部分は、第１ヨーク板２２０の小径な孔が突出軸部１３２が挿通される軸部挿通孔２２１となる。この軸部挿通孔２２１の周囲で大径孔を介してプランジャ部１３１側に露出する部分は、プランジャ１３０の環状平面部１３３に対向する対向平面部２２２となる。また、第１ヨーク板２２０の小径な孔と、第２ヨーク板２３０の大径な孔との段差は、コイルボビン１２１の係合筒部１２１Ｄが係合される環状段部２３１となる。
第２ヨーク２４０には、コイルボビン１２１の突出筒部１２１Ｃが嵌合されるコイルボビン嵌合孔２４１が穿設されている。
【００４２】
２−２．ソレノイドユニットの動作
このように構成されるソレノイドユニット２００においても、第１の実施形態によるソレノイドユニット１００とほぼ同様に、対向平面部２２２と環状平面部１３３との間に磁路が形成されると共に、環状段部２３１の端部からは集中した磁気がプランジャ１３０に向けて発生することになる。このため、本実施形態によるソレノイドユニット２００では、図９に示す特性線２５０のように、ソレノイド１２０のコイル１２２に電流を供給し始めるスタート時（ａ点）から平面部２２２，１３３が近づく間、貫通型のソレノイドユニット６００の特性線６５０とほぼ同様に比較的高い推力Ｆをプランジャ１３０に発生させる。また、プランジャ１３０の環状平面部１３３が対向平面部１４に近づく間、衝突型のソレノイドユニット５００の特性線５５０に近い高い保持力を、プランジャ１３０に発生させることができる。
【００４３】
２−３．第２の実施形態の効果
本実施形態によるソレノイドユニット２００においては、プランジャ１３０のスタート時における推力Ｆを比較的高くした上で、エンド時における保持力も確保することができるアクチュエータを実現することができる。
この結果、このソレノイドユニット２００を自動演奏装置６１のアクチュエータに用いた場合には、鍵１の動きを忠実に再生することが可能となる。
【００４４】
２−４．ソレノイドユニットの変形例
２−４−１．変形例１
第２の実施形態では、ヨーク２１０を、第１ヨーク板２２０，第２ヨーク板２３０からなる第１ヨーク２１１と、断面コ字状の第２ヨーク２４０とによって構成している。しかし、本発明はこれに限らず、図１０に示すソレノイドユニット３００のように、ヨーク３１０を、断面略コ字状の第１ヨーク３２０と、この第１ヨーク３２０の蓋の内側に配設された追加ヨーク板３３０と、第１ヨーク３２０の底部を施底する板状の第２ヨーク３４０とによって構成してもよい。第１ヨーク３２０の蓋部には、突出軸部１３２が挿通する小径な軸部挿通孔３２１を穿設する。追加ヨーク板３３０には、軸部挿通孔３２１よりも大径な孔を穿設する。そして、この追加ヨーク板３３０を第１ヨーク３１０の蓋に取付けることにより、軸部挿通孔３２１の周囲で、追加プレート３３０の大径な孔を介してプランジャ部１３１側に露出する部分は、プランジャ１３０の環状平面部１３３に対向する。また、軸部挿通孔３２１と、追加プレート３３０の大径な孔との段差は、コイルボビン１２１の係合筒部１２１Ｄが係合される環状段部３３１となる。
【００４５】
２−４−２．変形例２
また、図１１に示すソレノイドユニット４００のように、ヨーク４１０を、断面略コ字状の第１ヨーク４２０と、この第１ヨーク４２０の蓋の外側に配設された追加ヨーク板４３０と、第１ヨーク４２０の底部を施底する板状の第２ヨーク４４０とによって構成してもよい。
追加ヨーク板４３０には、突出軸部１３２が挿通する小径な軸部挿通孔４３１を穿設する。第１ヨーク４２０の蓋には、軸部挿通孔４３１よりも大径な孔を穿設する。そして、第１ヨーク４２０の蓋部外側に追加ヨーク板４３０を取付けることにより、第１ヨーク４２０の大径な孔が環状段部４２１となり、この環状段部４２１を介して追加ヨーク４３０がプランジャ部１３１側に露出する部分が対向平面部４３２となる。
【００４６】
３．第３の実施形態
次に、図１２および図１３に基づいて第３の実施形態によるソレノイドユニットについて説明する。なお、本実施形態の特徴は、ヨークのうちプランジャと対向する面が対向平面部となった断面が階段状となる環状段部を形成すると共に、プランジャの端部に環状平面部に対向する環状平面部を形成した点にある。
【００４７】
図１２（ａ）は、本実施形態による一の実施例の要部断面図を示している。ヨーク１１０´には、ハーフパンチによって断面が階段状となる３個の環状段部１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃが形成され、これらの環状段部１１５Ａ〜１１５Ｃのうち、プランジャ部１３１´に対向する面が３個の対向平面部１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃとなる。プランジャ１３０´のプランジャ部１３１´には、同じく階段状の環状段部が形成され、ヨーク１１０´の対向平１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃに対向する面が環状平面部１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃとなる。このように構成されるソレノイドユニットにおいては、対向平面部と環状平面部との間の磁路を確保した上で、環状段部１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃの端部からプランジャ１３０に向けて集中した磁気を発生させる。これにより、図１３に示すように、前述した第１の実施形態によるソレノイドユニット１００の特性線１５０に比べ、スタート時の推力Ｆを増やすと共に、保持力を低く抑えることが可能となる。
【００４８】
図１２（ｂ）は、本実施形態による他の実施形態の要部断面図を示している。ヨーク３１０´には、孔径の異なった挿通孔を有する追加ヨーク板３３０Ａ、３３０Ｂ、３３０Ｃを合わせることによって３個の環状段部３３１Ａ、３３１Ｂ、３３１Ｃが形成される。また、これらの環状段部３３１Ａ〜３３１Ｃのうち、プランジャ部１３１´に対向する面は、３個の対向平面部３３２Ａ、３３２Ｂ、３３２Ｃとなる。このように構成される他の実施形態においても、図１３に示す特性線１６０のような推力Ｆを得ることができる。なお、この実施形態では３個の環状段部を形成した場合を例示したが、２個、４個以上でもよいことは勿論である。また、プランジャは、環状平面部１３３Ａ〜１３３Ｃを有するプランジャ１３０´に限らず、他の実施形態で用いたプランジャ１３０を用いてもよい。
【００４９】
４．本発明による変形例
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のような種々の変形が可能である。
【００５０】
（１）本発明では、例えば、図２に一点鎖線で示すように、円板状の集磁アーマチャ１６０をプランジャ部１３１の端部に設けることにより、ヨーク１１０の底部から発生する磁気がこの集磁アーマチャ１６０に作用して磁路を形成する。これにより、このソレノイドユニットでは、図５の一点鎖線で示す特性線１５０´のように、全体的に高めの推力Ｆを発生させることができる。
【００５１】
（２）前記第１の実施形態において、図１４に示すように、環状段部１１５の径寸法をφｄ、環状段部１１５の深さ寸法をｔ、軸部挿通孔１１２の径寸法をφＤ、第１ヨーク１１０Ａの厚さ寸法をＴとする。
そこで、このソレノイドユニットでは、これらの寸法を適宜変更することにより、平面部１１４、１３３間の対向面積、平面部１１４、１３３間の離間寸法、および環状段部１１５の端部Ｐとプランジャ部１３１の端部Ｑとの離間寸法を可変にできる。これにより、ヨーク１１０からプランジャ１３０に作用する磁路の強度は、適宜変更可能となり、プランジャ１３０の推力Ｆの特性を調整することが可能となる。
【００５２】
（３）前記各実施形態は、本発明によるソレノイドユニットを自動演奏装置のアクチュエータとして使用した場合について述べたが、その適用としては、グランドピアノに限るものではなく、アップライトピアノ、チェンバロ、チェレスタ、オルガンなど、あらゆる鍵盤楽器に適用することができる。
【００５３】
（４）さらには、鍵盤楽器に限らず、プランジャを軸方向に移動させる推力を利用して駆動されるものであれば、あらゆるアクチュエータに適用することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
上述したように本発明によるソレノイドユニットは、小電力でしかもプランジャの全ストロークにおいて比較的高い推力を発生させることができる。例えば鍵盤楽器の自動演奏装置のアクチュエータに特に有効的に使用す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の実施形態によるソレノイドユニットが組込まれた自動演奏装置の主要部を示す断面図である。
【図２】  同実施形態によるソレノイドユニットの縦断面図である。
【図３】  同実施形態によるソレノイドユニットの斜視図である。
【図４】  同実施形態によるソレノイドユニットの要部を示す拡大断面図である。
【図５】  同実施形態によるソレノイドユニットのプランジャのストロークに対するプランジャの推力を示す特性図である。
【図６】  同実施形態の変形例によるソレノイドユニットを示す斜視図である。
【図７】  本発明の第２の実施形態によるソレノイドユニットの縦断面図である。
【図８】  同実施形態によるソレノイドユニットの斜視図である。
【図９】  同実施形態によるソレノイドユニットのプランジャのストロークに対するプランジャの推力を示す特性図である。
【図１０】  第２の実施形態の変形例１によるソレノイドユニットを示す縦断面図である。
【図１１】  第２の実施形態の変形例２によるソレノイドユニットを示す縦断面図である。
【図１２】  本発明の第３の実施形態によるソレノイドユニットの要部を示す縦断面図である。
【図１３】  同実施形態によるソレノイドユニットのプランジャのストロークに対するプランジャの推力を示す特性図である。
【図１４】  本発明の変形例によるソレノイドユニットを示す要部拡大断面図である。
【図１５】  従来技術による衝突型のソレノイドユニットを示すたて断面図である。
【図１６】  同従来技術によるソレノイドユニットのプランジャのストロークに対するプランジャの推力を示す特性図である。
【図１７】  従来技術による貫通型のソレノイドユニットを示すたて断面図である。
【図１８】  同従来技術によるソレノイドユニットのプランジャのストロークに対するプランジャの推力を示す特性図である。
【図１９】  従来技術によるテーパ型のソレノイドユニットを示すたて断面図である。
【図２０】  同従来技術によるソレノイドユニットのプランジャのストロークに対するプランジャの推力を示す特性図である。
【符号の説明】
１・・・鍵
１０・・・ソレノイド装置
１００、１７０、２００、３００、４００・・・ソレノイドユニット
１１０、１８０、２１０、３１０、４１０、１１０´、３１０´・・・ヨーク
１１２、２２１、３２１、４３１・・・軸部挿通孔
１１４、２２２、３２２、４３２、１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、３３２Ａ、３３２Ｂ、３３２Ｃ・・・対向平面部
１１５、２３１、３３１、４２１、１１５Ａ、１１５Ｂ、１１５Ｃ、３３１Ａ、３３１Ｂ、３３１Ｃ・・・環状段部
１２０・・・ソレノイド
１２１・・・コイルボビン
１２２・・・コイル
１３０・・・プランジャ
１３１・・・プランジャ部
１３２・・・突出軸部
１３２Ａ・・・プランジャヘッド
１３３、１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ・・・環状平面部
２３０、３３０、４３０、３３０Ａ、３３０Ｂ、３３０Ｃ・・・追加ヨーク板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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