(57)【要約】【課題】プランジャの位置検出精度の向上を図った駆動ユニットを安価に提供する。【解決手段】プランジャ４１に駆動方向に沿って濃淡が変化する反射板５１を固定する。このとき、反射板５１の板面に直交する直交方向Ｙ１と白鍵１０の前後方向Ｙ２との成す角度θが９０°になるように反射板５１をプランジャ４１に固定する。そして、光学センサ５２内に内蔵された発光素子が反射板５１に向かって光を出射し、光学センサ５２内に内蔵された受光素子が反射板５１で反射された発光素子からの光を受光して、その受光量に応じた電気信号をプランジャ４１の位置として出力する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点を中心として回動する演奏操作子と、前記演奏操作子を回動方向に駆動する可動子を含む駆動手段と、前記可動子の駆動方向に沿って光反射率が変化する前記可動子に固定された反射板と、前記反射板に向かって光を出射する発光素子と、前記反射板で反射された前記発光素子からの光を受光して、受光量に応じた電気信号を出力する受光素子と、を備えた駆動ユニットにおいて、
前記反射板の板面に直交する直交方向と前記演奏操作子の前後方向との成す角度が９０°±２０°の範囲になるように前記反射板を前記可動子に固定したことを特徴とする駆動ユニット。
【請求項２】
前記反射板の板面に直交する直交方向と前記演奏操作子の前後方向との成す角度が９０°となるように前記反射板を前記可動子に固定したことを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。
【請求項３】
前記演奏操作子が鍵盤楽器の鍵から成り、
前記可動子が、前記鍵の支点よりも前方に対して駆動力を与えるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動ユニット。
【請求項４】
前記演奏操作子が鍵盤楽器から成り、
前記可動子が、前記鍵の支点よりも後方に対して駆動力を与えるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動ユニットに係り、特に、演奏操作子を駆動する駆動ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アコースティックピアノ等の自然鍵盤楽器は、例えば押鍵に伴って回動するハンマーが弦を打つことにより生の音が発生するように構成されている。この種の自然鍵盤楽器には演奏操作子である鍵とハンマーとの間に所謂アクション機構が設けられており、演奏者はこのアクション機構によって鍵から独特の反力(鍵制動力)を受けるようになっている。すなわち、自然鍵盤楽器においては、アクション機構を設けることにより、これに特有の鍵のタッチ感が得られるようになっている。
【０００３】
一方、電子ピアノのように電子音を発生する従来の電子鍵盤楽器においては、アコースティックピアノ等の自然鍵盤楽器のタッチ感を模擬するために、鍵を初期位置に復帰させるスプリングや質量体（ハンマー）部材等の機械的な機構が設けられており、押鍵の際にスプリングや質量体部材の復帰力に抗して鍵を操作するようになっている。一般には電子鍵盤楽器の機械的機構は、自然鍵盤楽器のアクション機構と比べてコンパクトで複雑ではないため、電子鍵盤楽器における鍵のタッチ感は、厳密には自然鍵盤楽器におけるタッチ感とは異なっている。
【０００４】
そこで、従来では、この電子鍵盤楽器でも自然鍵盤楽器と同様のタッチ感が得られるように、ソレノイドなどの駆動手段により鍵を駆動して押鍵に対する反力を変化させる鍵盤装置が提案されている。このソレノイドによる駆動は、ソレノイドの可動子の位置を検出し、検出した位置に応じて行われる。上記ソレノイドの可動子の位置を検出するものとして、例えば図８に示された駆動ユニットが提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
上記駆動ユニット３０は、白鍵１０及び黒鍵１１の左右方向に沿って千鳥足状に複数並べて配置されていて、各白鍵１０及び黒鍵１１に対応して設けられている。また、同図に示すように、駆動ユニット３０は各々、電磁ソレノイドからなるアクチュエータ部４０と、アクチュエータ部４０のプランジャ４１（可動子）の位置を検出するための位置センサ部５０と、を備えている。上記位置センサ部５０は、プランジャ４１の駆動方向に沿って光反射率が変化するプランジャ４１に固定された反射板５１と、反射板５１に向かって光を出射する発光素子、及び、反射板５１で反射された発光素子からの光を受光する受光素子、から構成された光学センサ５２と、を有していて、受光素子の受光量に応じた電気信号をプランジャ４１の位置として出力する。
【０００６】
しかしながら、駆動ユニット３０においては、ボビン４２Ｃとプランジャ４１との間には機械的なガタ（微少クリアランス）がある。このため、白鍵１０、黒鍵１１の上下動（回動運動）によりプランジャ４１が前後方向Ｙ２にガタつく。従来の駆動ユニット３０においては、反射板５１の板面に直交する直交方向Ｙ１と白鍵１０、黒鍵１１の前後方向Ｙ２とが平行になるように反射板５１がプランジャ４１に固定されている。このため、プランジャ４１が前後方向Ｙ２にガタつくと、図４（Ｂ）に示すように、反射板５１も前後方向Ｙ２にガタついて、反射板５１と光学センサ５２との距離Ｌ１、Ｌ２が変動してしまう。
【０００７】
しかも、プランジャ４１は押鍵時と離鍵時とではガタつく方向が異なり、プランジャ４１が同じ位置でも押鍵時の距離Ｌ１と離鍵時のＬ２とが異なる。このため、図５（Ａ）に示すように、光学センサ５２から出力される電圧信号が押鍵時と離鍵時とで異なるヒステリシス特性を持ってしまう、という問題点が生じていた。このヒステリシスにより、同じ位置なのに、押鍵時と離鍵時とで光学センサ５２から出力される電圧信号が異なってしまうため、電圧信号からプランジャ４１の位置を特定することができない、という問題が生じる。このヒステリシスを補正する方法も考えられるが、複雑な処理が必要となってしまう。
【特許文献１】特開２００５−１９５６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、可動子の位置検出精度の向上を図った駆動ユニットを安価に提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、反射板の板面に直交する直交方向と演奏操作子の前後方向との成す角度が９０°±２０°の範囲になるように反射板を可動子に固定した。
【００１０】
請求項２記載の発明は、反射板の板面に直交する直交方向と演奏操作子の前後方向との成す角度が９０°となるように反射板を可動子に固定した。
【００１１】
請求項３記載の発明は、可動子が、鍵の支点よりも前方に対して駆動力を与えるように設けられている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、可動子が、鍵の支点よりも後方に対して駆動力を与えるように設けられている。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、演奏操作子の上下動に応じて可動子が前後方向にガタついても、反射板と発光素子及び受光素子との距離の変動を抑えることができ、受光素子から出力される受光量に応じた電気信号に生じるヒステリシスを抑えることができる。このため、可動子の位置検出精度の向上を図った駆動ユニットを安価に提供することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、演奏操作子の上下動に応じて可動子が前後方向にガタついても、反射板と発光素子及び受光素子との距離の変動をなくすことができ、受光素子から出力される電気信号に生じるヒステリシスが発生しなくなる。このため、より一層、可動子の位置検出精度の向上を図ることができる。
【００１５】
請求項３及び４記載の発明によれば、可動子が鍵に駆動力を与えることにより、自然楽器に近いタッチ感を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の鍵盤装置１００の一実施形態を示す概略断面図である。図２は、図１に示す鍵盤装置１００の上面図である。図３は、図１に示す反射板５１の正面図である。以下説明において、鍵盤装置１００の「上下左右前後」は演奏時の演奏者側から見た正立状態における「上下左右前後」を意味する。
【００１７】
鍵盤装置１００は、例えば電子鍵盤楽器に用いられるものである。同図に示すように、鍵盤装置１００は、演奏操作子、鍵としての複数の白鍵１０及び黒鍵１１と、フレーム２０と、駆動ユニット３０と、を備えている。上記白鍵１０及び黒鍵１１は、左右方向に複数並設されている。フレーム２０は、例えば板状、あるいは底面に開口が設けられた箱型に設けられていて、白鍵１０、黒鍵１１の下方やフレーム２０の内部に白鍵１０及び黒鍵１１の押鍵速度を検出する速度センサ（図示せず）などが収納されている。
【００１８】
上記フレーム２０の上面には、白鍵１０及び黒鍵１１の前端が上下方向に回動可能となるように白鍵１０及び黒鍵１１の中央部を支持する鍵支持部２１が設けられている。白鍵１０及び黒鍵１１は、鍵支持部２１に軸支されていて、支点Ｃ１を中心に回動する。
【００１９】
駆動ユニット３０は、電磁ソレノイドから成る駆動手段としてのアクチュエータ部４０と、アクチュエータ部４０の後述するプランジャ４１の位置を検出するための位置センサ部５０と、を備えている。上記アクチュエータ部４０は、可動子としてのプランジャ４１と、図示しないケーシングに固定された駆動部４２と、から構成されている。プランジャ４１は、強磁性体から構成されている。プランジャ４１は、その下端が白鍵１０の支点Ｃ１よりも後側の上面に接合されていて、白鍵１０の上側から反力を付与する。駆動部４２は、磁性フレーム４２Ａと、固定鉄心４２Ｂと、ボビン４２Ｃと、コイル４２Ｄと、から構成されている。
【００２０】
磁性フレーム４２Ａは、強磁性体から構成されていて、その内部にプランジャ４１、固定鉄心４２Ｂ、ボビン４２Ｃ及びコイル４２Ｄが収容されている。磁性フレーム４２Ａは、上下方向に並んだ上側開口部４２Ａ１及び下側開口部４２Ａ２が設けられている。上述したプランジャ４１は、下端部が下側開口部４２Ａ２から突出し、かつ、上下方向に移動可能となるように磁性フレーム４２Ａ内に収容されている。また、プランジャ４１は、その上端部が後述する固定鉄心４２Ｂに設けた貫通穴を通って上側開口部４２Ａ１から突出するように設けられている。固定鉄心４２Ｂは、上側開口部４２Ａ１を塞ぐように磁性フレーム４２Ａに取り付けられて固定されている。即ち、プランジャ４１と固定鉄心４２Ｂとは上下方向に並べられて磁性フレーム４２Ａ内に収容されている。
【００２１】
ボビン４２Ｃは、絶縁材料で設けられている。ボビン４２Ｃは、円筒状に設けられていて、その筒内にプランジャ４１及び固定鉄心４２Ｂが収容されている。コイル４２Ｄは、銅線などから構成されていて、上記ボビン４２Ｃに巻回されている。上記駆動部４２は、コイル４２Ｄに流れる電流を制御することによりプランジャ４１と固定鉄心４２Ｂとの間に働く吸引力を制御して、プランジャ４１を上下双方向に直線運動させて白鍵１０に外力を加える。コイル４２Ｄに流れる電流は、図示しないコンピュータにより制御されている。コンピュータは、白鍵１０の位置や速度などに応じて自然鍵盤楽器と同様のタッチ感が得られるようにコイル４２Ｄに流れる電流を制御して白鍵１０に加える外力を制御する。なお、図１では駆動ユニット３０は白鍵１０に設けられていたが、駆動ユニット３０は黒鍵１１に対しても同様に設けられ、外力を加える。
【００２２】
上記位置センサ部５０は、プランジャ４１に固定された反射板５１と、駆動部４２又は駆動部４２が固定されているケーシングに固定された光学センサ５２と、から構成されている。反射板５１は、図３に示すように、板状に形成されていて、その板面に白色部分と黒色部分とからなる所定の濃淡パターン（グレイスケール）が形成されている。上記濃淡パターンは、反射板５１の板面上に占める白色部分（又は黒色部分）の面積率がプランジャ４１の駆動方向に沿って増える（又は減る）ように設けられている。なお、図３に示す例では、反射板５１の白色部分（又は黒色部分）の面積率が段階的に増える（又は減る）ように濃淡パターンが形成されているが、反射板５１の白色部分（又は黒色部分）の面積率が連続的に増える（又は減る）ように濃淡パターンを形成してもよい。この濃淡パターンによって反射板５１はプランジャ４１の駆動方向に応じて光反射率が変化する。また、図２に示すように、反射板５１の板面に直交する直交方向Ｙ１と白鍵１０及び黒鍵１１の前後方向Ｙ２とのなす角度θが９０°±２０°の範囲になるように反射板５１はプランジャ４１に固定されている。
【００２３】
上記光学センサ５２は、反射板５１に向かって光を出射する図示しない発光素子と、反射板５１で反射された発光素子からの光を受光する図示しない受光素子と、から構成されていて、受光素子の受光量に応じた電気信号を図示しないマイクロコンピュータに出力する。光学センサ５２内の発光素子は、光の放射方向Ｙ３が反射板５１に対して９０°になるように設けられている。また、図示しないマイクロコンピュータでは、受光素子からの電気信号に基づいてプランジャ４１の位置（＝白鍵１０、黒鍵１１の位置）を検出する。
【００２４】
上述したプランジャ４１は、白鍵１０及び黒鍵１１の回動に伴って前後方向Ｙ２に力が加わり、前後方向Ｙ２にガタつく。これに対して、プランジャ４１の左右方向にはほとんどガタつきが生じることがない。このことに着目し、図２に示すように反射板５１の板面に直交する直交方向Ｙ１と白鍵１０及び黒鍵１１の前後方向Ｙ２との成す角度が９０°±２０°の範囲、即ち、略９０°となるように反射板５１をプランジャ４１に固定する。
【００２５】
これにより、プランジャ４１が前後方向Ｙ２にガタついても図４（Ａ）に示すように反射板５１がガタつくだけで、図４（Ｂ）に示す従来のように反射板５１と光学センサ５２との距離Ｌ１、Ｌ２が変動するようにガタつくことがない。このため、反射板５１と光学センサ５２との距離の変動を抑えることができ、受光素子から出力される電気信号に生じるヒステリシスを抑えることができる。それ故、受光素子から出力される電気信号のヒステリシスを除く処理などを必要とせずに、プランジャ４１の位置検出精度の向上を図った駆動ユニット３０を安価に提供することができる。
【００２６】
また、本発明者は、前述した本発明品において反射板５１の板面に直交する直交方向Ｙ１と白鍵１０及び黒鍵１１の前後方向Ｙ２との成す角度θを０°、２２．５°、４５°、６７．５°、９０°、１１２．５°、１３５°、１５７．５°、１８０°と変化させたときに、光学センサ５２から出力される電気信号を実験して確認した。実験結果を図５〜図７に示す。
【００２７】
図５及び図７に示すように、０°、２２．５°、４５°、１３５°、１５７．５°、１８０°では大きなヒステリシス特性が確認された。図６に示すように、６７．５°、１１２．５°でもヒステリシス特性は確認されたが、０°、２２．５°、４５°、１３５°、１５７．５°、１８０°に比べるとヒステリシスは極小さいことが分かった。また、９０°では、ヒステリシス特性が確認されなかった。以上の実験結果から９０°±２０°の範囲内ではヒステリシス特性がほとんど生じることがなく、プランジャ４１の位置を正確に検出することができることがわかった。また、以上の実験結果からθ＝９０°に設定したときにはヒステリシス特性が確認されず、最も正確にプランジャ４１の位置を検出できることがわかった。
【００２８】
なお、上述した鍵盤装置１００によれば、駆動ユニット３０は、白鍵１０及び黒鍵１１の支点Ｃ１よりも後側に駆動力を加えることにより自然楽器に近いタッチ感を得ていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、白鍵１０及び黒鍵１１の支点Ｃ１よりも前側の下面にプランジャ４１が接合されるように駆動ユニット３０を設けて、白鍵１０及び黒鍵１１の下側から反力を付与するようにしてもよい。
【００２９】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の鍵盤装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す鍵盤装置の上面図である。
【図３】図１に示す反射板の正面図である。
【図４】（Ａ）は図１に示す本発明の鍵盤装置の反射板に生じるガタを説明するために反射板を左右方向から見た図であり、（Ｂ）は、図８に示す従来の鍵盤装置の反射板に生じるガタを説明するために反射板を左右方向から見た図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、角度θ＝０°、２２．５°、４５°と変化させたときの光学センサから出力される電気信号とプランジャ位置との関係を示すグラフである。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、角度θ＝６７．５°、９０°、１１２．５°と変化させたときの光学センサから出力される電気信号とプランジャ位置との関係を示すグラフである。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、角度θ＝１３５°、１５７．５°、１８０°と変化させたときの光学センサから出力される電気信号とプランジャ位置との関係を示すグラフである。
【図８】（Ａ）は従来の鍵盤装置の一実施形態を示す概略断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す鍵盤装置の上面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…白鍵（鍵、演奏操作子）、１１…黒鍵（鍵、演奏操作子）、３０…駆動ユニット、４０…アクチュエータ部（駆動手段）、４１…プランジャ（可動子）、５１…反射板（濃淡パターン）、５２…光学センサ（発光素子、受光素子）、１００…鍵盤装置、θ…角度、Ｃ１…支点、Ｙ１…直交方向、Ｙ２…前後方向
【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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