(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棚板に回動自在に並設されて鍵盤を構成する複数の鍵と、
これら鍵に対向配置され、所定の演奏データに基づいて押鍵操作を行う鍵駆動ユニットと、
この鍵駆動ユニットの動作速度を検出する速度センサとを備えた鍵盤楽器の自動演奏装置であって、
前記鍵駆動ユニットは、ソレノイドと、このソレノイドに進退自在に嵌挿され、ソレノイドに駆動電流が供給されると進出して実際に押鍵動作を行うプランジャとを備え、
前記速度センサは、前記鍵駆動ユニットの前記プランジャの一端からこのプランジャと略同軸的に延出して固定された棒状の磁石と、この磁石を進退自在に収容し、前記プランジャとともに挙動する前記磁石によって自身に電圧が誘起されるコイルとを備え、
前記鍵駆動ユニットの前記ソレノイドと、前記速度センサの前記コイルとの間に、鍵駆動ユニットと速度センサとからそれぞれ漏洩する磁束を両方とも遮蔽する遮蔽部が設けられていることを特徴とする鍵盤楽器の自動演奏装置。
【請求項２】
前記速度センサの前記コイルを覆って速度センサから漏洩する磁束を遮蔽する速度センサ側遮蔽部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鍵盤楽器の自動演奏装置。
【請求項３】
前記鍵駆動ユニットの前記プランジャと、前記速度センサの前記磁石とを直結したことを特徴とする請求項１または２に記載の鍵盤楽器の自動演奏装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドとプランジャとの組み合わせからなるソレノイドユニットにより、所定の演奏データに基づいて押鍵操作を行う鍵盤楽器の自動演奏装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鍵盤を自動的に操作して無人演奏するいわゆる自動演奏ピアノが、近年多く市販されている。この自動演奏ピアノは、一般に、１つ１つの鍵の奥側の回動端部の下方に上記ソレノイドユニットが対向配置されており、フロッピディスク等の記録媒体に記録させた演奏データに基づく駆動電流がソレノイドユニットに供給され、プランジャが鍵の回動端部を突き上げることで押鍵操作する構成となっている。
【０００３】
ところで、自動演奏を演奏データに基づき正確に行うためには、プランジャの速度を高精度に制御する必要があり、それを実施する手段として、プランジャの速度を検出し、その検出値に応じてプランジャの速度を適正にフィードバック制御することが行われている。
【０００４】
従来、プランジャの速度を検出するにあたっては、磁気型速度センサが用いられている。これは、プランジャの端部から同軸的に延設された非磁性体（ステンレス鋼またはアルミニウムの丸棒など）に固定された棒（円柱）状の磁石をコイル内で往復動するように設け、磁石によってコイルに誘起される電圧の変位から磁石すなわちプランジャの速度を検出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この磁気型速度センサにおいては、コイルが十分な長さであればあるほど、速度に比例する電圧が誘起されて高品位な速度信号を得ることができるといった利点がある。ところが、プランジャを駆動するソレノイドユニットと速度センサ側のコイルとが近接していると、双方の磁気ノイズが影響し合い、速度センサのＳＮ比が悪化する。ＳＮ比を良好とするためには、プランジャ駆動側のソレノイドユニットと速度センサ側のコイルとの間の距離を十分にとればよいのだが、こうすると、自ずと前述のようなプランジャと棒状の磁石との間の距離も十分とり、両者の間に非磁性体を介在させなければならないと考えられていた。
また、センサにおいては、内部磁気変化／外乱磁気変化の比が、ＳＮ比と比例関係にあることから、センサコイルはできるだけ細く、かつセンサコイルの内周面と棒状の磁石との間隔が小さいほど、検出精度が向上することが多くの実験結果から確認された。しかしながら、プランジャと棒状の磁石との間の非磁性体を大幅に延長するとそれに伴って軸ずれが生じるおそれがあり、それを考慮するとコイル内径をある程度大きくすることを余儀なくされ、結果的に検出精度の低下を招くことになる。また、非磁性体を長くするということは、装置自体の大型化および構成の複雑化を招いてコスト的にも不利となり、その上、ピアノに実装するには不適当であった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、鍵駆動用ソレノイドユニットのプランジャの動作速度を磁気型速度センサで検出するにあたり、良好なＳＮ比が得られ、かつ小型で簡単な構成をもってコスト低減も実現できる鍵盤楽器の自動演奏装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため、請求項１に記載の発明は、棚板に回動自在に並設されて鍵盤を構成する複数の鍵と、これら鍵に対向配置され、所定の演奏データに基づいて押鍵操作を行う鍵駆動ユニットと、この鍵駆動ユニットの動作速度を検出する速度センサとを備えた鍵盤楽器の自動演奏装置であって、
前記鍵駆動ユニットは、ソレノイドと、このソレノイドに進退自在に嵌挿され、ソレノイドに駆動電流が供給されると進出して実際に押鍵動作を行うプランジャとを備え、
前記速度センサは、前記鍵駆動ユニットの前記プランジャの一端からこのプランジャと略同軸的に延出して固定された棒状の磁石と、この磁石を進退自在に収容し、前記プランジャとともに挙動する前記磁石によって自身に電圧が誘起されるコイルとを備え、
前記鍵駆動ユニットの前記ソレノイドと、前記速度センサの前記コイルとの間に、鍵駆動ユニットと速度センサとからそれぞれ漏洩する磁束を両方ともに遮蔽する遮蔽部を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、鍵駆動ユニットにおける駆動側ソレノイドおよびプランジャとにより発生する磁気が比較的強い場合でも、その磁気漏洩は遮蔽部で遮蔽され速度センサのコイルへの磁気影響が抑えられる。このため、速度センサのＳＮ比が良好となり、プランジャ速度の検出値が高い精度で得られる。
また、間に遮蔽部が介在するものの、従来よりは鍵駆動ユニットと速度センサとの距離を大幅に縮めることが可能なので、装置のコンパクト化並びにこれに伴うコスト低減が図られる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、上記構成において、前記速度センサの前記コイルを覆って速度センサから漏洩する磁束を遮蔽する速度センサ側遮蔽部を設けている。
この構成により、鍵駆動ユニットの磁界あるいはその他の外乱的な磁界が速度センサ側遮蔽部により遮蔽されるので、速度センサに対する磁気影響の抑制効果がさらに促進し、プランジャ速度の検出値の精度向上が図られる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、上記構成において、前記鍵駆動ユニットの前記プランジャと、前記速度センサの前記磁石とを直結している。
これにより、プランジャの動作時の磁石のがたつきが防止される。また、鍵駆動用のプランジャと速度センサの磁石との同軸度を向上することが可能であり、速度センサ側のコイルの内径を小さくして磁石との間隔を極力小さくすることができる。従って、さらに速度センサの検出精度を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
Ａ．一実施形態の構成
図１は、本実施形態に係るアコースティックピアノの自動演奏装置Ｐの部分を示している。図１の符号１は鍵であり、演奏者は、鍵１の、図における右側の前端部を押鍵して演奏する。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。このような状態で複数の鍵１は図面の表裏方向である左右方向に並設され、鍵盤が構成されている。
【００１１】
鍵１の後端部の上方には、左右方向に水平に延びる図示せぬ弦が鍵１に対応して張られている。この弦と鍵１との間に、鍵１の動作によって弦を打撃する公知のハンマアクション機構が設けられている。
【００１２】
棚板２における鍵１の後端部の下方部分には、左右方向に延びる収納孔２ａが形成されており、この収納孔２ａに、鍵１ごとに鍵駆動ユニット３を備えた自動演奏装置Ｐが収納されている。自動演奏装置Ｐは、直方体状のフレーム４に支持され、このフレーム４は、棚板２の下面にステー５ａ，５ｂを介してねじ止めされている。この状態で、鍵駆動ユニット３は、左右方向に向かって前後交互に千鳥状に配置されることにより、１つ１つの鍵１の後端部の下面に対向配置されている。
【００１３】
図２は、自動演奏装置Ｐの詳細を示しており、同図で符号１０はメインヨークである。このメインヨーク１０は断面矩形状で、後端下部の延出部１０ａがフレーム４にねじ止めされている。メインヨーク１０の下面には、断面コ字状のシールドカバー１１が開口をメインヨーク１０の下面で塞がれる状態で固定されている。このシールドカバー１１の内部には、当該内部を上下に仕切る仕切板１２が設けられている。メインヨーク１０およびシールドカバー１１内の仕切板１２により、上下にわたって都合３つの遮蔽部すなわち上部磁気遮蔽部１３，中間磁気遮蔽部１４、下部磁気遮蔽部（速度センサ側遮蔽部）１５が形成されている。なお、各遮蔽部１３，１４，１５を構成するメインヨーク１０、仕切板１２およびシールドカバー１１は、鉄等の軟磁性体でできている。
【００１４】
上部磁気遮蔽部１３、中間磁気遮蔽部１４および下部磁気遮蔽部１５にわたっては、鍵駆動ユニット３を構成するボビン２０が収容されている。このボビン２０は軸心が上下方向に沿った状態で、メインヨーク１０の底板部１０ａおよび仕切板１２に形成された上下の貫通孔２１ａ，２１ｂを貫通している。このボビン２０は、上部磁気遮蔽部１３から上側貫通孔２１ａを貫通して中間磁気遮蔽部１４に存する大径部２２と、この大径部２２の下端部に係合して下側貫通孔２１ｂを貫通し下部磁気遮蔽部１５に存する小径部２３とが分割可能に合体されたものである。小径部２３は、その上端鍔部２４に形成された弾性係合爪２５が、大径部２２の下端部に形成された係合孔２６に弾性的に着脱可能に、かつ同軸的に係合されている。
【００１５】
上部磁気遮蔽部１３内におけるボビン２０の大径部２２には、上下に形成された鍔部３０ａにより上側ボビン部３０が形成され、その胴部３０ｂにはコイル３１が巻かれ、上側ボビン部３０とコイル３１とによりソレノイド３２が構成されている。
【００１６】
ボビン２０の大径部２２内には、プランジャ４０が嵌挿されている。このプランジャ４０は、上部磁気遮蔽部１３から中間磁気遮蔽部１４にわたって大径部２２内に摺動自在に嵌挿された鉄製のプランジャ胴部４１と、このプランジャ胴部４１の上端にロッド４２を介して固定され外部に突出するプランジャヘッド４３とを有している。プランジャヘッド４３の下面には、メインヨーク１０の上面に緩衝的に当接するクッション４４が固着されている。このクッション４４はフェルト等の柔軟性を有する材質が用いられ、また、プランジャヘッド４３はゴム等の弾力を有する材質でできている。このプランジャ４０および前記ソレノイド３２により、鍵駆動ユニット３が構成されている。
【００１７】
この鍵駆動ユニット３によれば、コイル３１に駆動電流が供給されて電圧が印加されると、磁界発生の作用でプランジャ４０が上動し、プランジャヘッド４３が鍵１の後端部を突き上げて押鍵し、もって自動演奏がなされる。コイル３１への駆動電流の供給は、予め記録された演奏データに基づいてなされ、それは図示せぬマイコン等の制御手段から出力される。
【００１８】
さて、プランジャ胴部４１の下部軸心には、細い円柱状の磁石棒５０の上端部が同軸的にかしめ固定されている。この磁石棒５０は下方に延びてボビン２０の小径部２３内に挿入されており、磁石棒５０と小径部２３の内周面との間には、僅かな隙間が確保されている。下部磁気遮蔽部１５内におけるボビン２０の小径部２３には、上下に形成された鍔部６０ａにより下側ボビン部６０が形成され、その胴部６０ｂにはコイル６１が巻かれている。このコイル６１および磁石棒５０により、プランジャ４０の動作速度を検出する速度センサ６２が構成されている。
【００１９】
この速度センサ６２によれば、上述の如くプランジャ４０の動作で自動演奏がなされると、プランジャ４０と一体に磁石棒５０も上動し、このように磁石棒５０が動作するとコイル６１に誘起電圧が生じ、その電圧の変位から磁石棒５０すなわちプランジャ４０の動作速度が検出される。そして、この検出値に応じて、図示しない上記制御手段が、鍵駆動ユニット３のコイル３１に供給する駆動電流の電圧を制御し、プランジャ４０の動作速度を適正にする、すなわちフィードバック制御する。
【００２０】
Ｂ．一実施形態の作用
次いで、上記一実施形態に係る自動演奏装置の作用を説明する。
演奏データに基づく演奏信号が、押鍵する鍵に対応する鍵駆動ユニット３のコイル３１に駆動電流として供給されるとプランジャ４０が上動してプランジャヘッド４３が鍵１の後端部を突き上げ、押鍵がなされる。演奏信号の停止に伴い鍵駆動ユニット３の磁界は消え、プランジャ４０は自然下動して鍵１はレスト位置に復帰する。プランジャ４０の上動速度は速度センサ６２により検出され、その検出値に応じて、鍵駆動ユニット３のコイル３１に供給する駆動電流の電圧が適正にフィードバック制御される。
【００２１】
図３は鍵駆動ユニット３およびこれに連結された速度センサ６２の等価回路を示し、図５は図３に対応した模式図である。これらの図において、ループＡは上部磁気遮蔽部１３が磁路をなすことにより導かれる磁気ループ、ループＢは上記の中間磁気遮蔽部１４が磁路をなすことにより導かれる磁気ループである。また、ループＣは下部磁気遮蔽部１３が磁路をなすことにより導かれる磁気ループである。
【００２２】
また、鍵駆動ユニット３による自動演奏中において、鍵駆動ユニット３のソレノイド３２は強力な磁界を発生するため、上部磁気遮蔽部１３から磁束がプランジャ胴部４１を介して中間磁気遮蔽部１４側、さらには下部磁気遮蔽部１５側に漏れ出る。すなわち、鍵駆動ユニット３のソレノイド３２で発生した磁界は、ループＡだけではなく、ループＡに並列した磁気ループＤおよび磁気ループＥを形成する。これらの磁気ループのうち、磁気ループＥは速度センサ６２に対するノイズの理由となる。
【００２３】
しかし、ループＡ，Ｄ，Ｅのおのおのを通過する磁束数を比較すると、ループＡの磁束数が、ループＤの磁束数よりもはるかに大きく、ループＤの磁束数は、ループＥの磁束数よりもはるかに大きい。シールドカバー１１においては、上部磁気遮蔽部１３、中間磁気遮蔽部１４、下部磁気遮蔽部１５が磁気的に接続されており、上部磁気遮蔽部１３と中間磁気遮蔽部１４によって閉磁路が構成されるからである。つまり、ループＡが上部磁気遮蔽部１３を通過し、ループＤが上部磁気遮蔽部１３と中間磁気遮蔽部１４による磁路を通過することにより、ループＥの磁束が大幅に弱められ、ほとんどが遮蔽される。
【００２４】
図４は、速度センサ６２の速度検出原理を示す。図４において磁石棒５０が発生する磁束を二点鎖線で模式的に示す。鍵駆動ユニット３のソレノイド３２へ駆動電流が供給されて、プランジャ４０がこれと一体の磁石棒５０とともに、速度ｖ（ｍ／ｓ）で動作すると、コイル６１には、式１で与えられるように、ｖに比例した電圧Ｖｓ（Volt）が誘起される。
Ｖｓ＝α・ｖ・（ｄΦ／ｄｔ）・Ｎ    （式１）
ここで、αは比例定数である。Φは磁石棒５０が発生した磁束のうちコイル６１と錯交する磁束数である。ｄΦ／ｄｔは磁石棒５０の動作に伴う磁束数Φの変化率である。Ｎはコイル６１の巻数である。この誘起電圧Ｖｓが、本来、コイル６１で検出されるべき値である。
【００２５】
しかし、速度センサ６２には、磁石棒５０が発生する磁束だけではなく、鍵駆動ユニット３のソレノイド３２で発生した磁界による磁束（図３および図５に磁気ループＥで示す）も影響を与える。これが上述したノイズの理由である。ノイズ電圧Ｖｎ（Volt）は式２で与えられる。
Ｖｎ＝β・（ｄΦ’／ｄｔ）・Ｎ    （式２）
ここで、βは比例定数である。Φ’はソレノイド３２が発生した磁束のうちコイル６１と錯交する磁束数である。ｄΦ’／ｄｔはプランジャ４０の動作に伴う磁束数Φ’の変化率である。
【００２６】
かかるループＥで示す磁束によるノイズは、上記の遮蔽効果により、極めて低減される。また、速度センサ６２側から生じる漏洩磁束も中間磁気遮蔽部１４によって遮蔽されるので、この漏洩磁束が鍵駆動ユニット３側へ影響を与えることがない。このように、速度センサ６２と鍵駆動ユニット３はほぼ磁気的に独立しており、相互に磁気ノイズを与え合うことが極めて少ない。さらに、下部磁気遮蔽部１５は、鍵駆動ユニット３から漏洩する磁束以外にも外乱的な磁束を遮蔽するので、速度センサ６２に対する磁気影響の抑制効果がさらに促進する。その結果、速度センサ６２からの誘起電圧のＳＮ比が良好になり、プランジャ４０の動作速度の検出精度が向上する。
【００２７】
また、磁石棒５０は強磁性体で磁気インピーダンスが低いように思われるが、実際には内部インピーダンスが高いので、図３に示したループＣに流れる磁束は小さく、このループＣの磁束は鍵駆動ユニット３の動作に影響を及ぼすことはない。なお、磁石棒５０の内部インピーダンスを高くする上で、磁石棒５０とシールドカバー１１との距離を長くとることが好ましい。
加えて、磁石棒５０の内部インピーダンスが高く、またプランジャ４０の進行方向と反対側に磁石棒５０を配設するようにし、ループＥを通過する漏洩磁束を小さくしたので、従来、強磁性体であるプランジャ４０に磁石棒５０を直結したのでは、使用することが不可能とされていた一般常識をくつがえすことが可能である。
【００２８】
また、間に中間磁気遮蔽部１４が介在するものの、従来よりは鍵駆動ユニット３と速度センサ６２との距離を大幅に縮めることが可能なので、装置のコンパクト化並びにこれに伴うコスト低減が図られる。その上、磁石棒５０をプランジャ４０に直結することが可能であるから、取り付け誤差等による磁石棒５０の傾きを小さくでき高い精度で同軸的配置を実現できる。このため、動作時の磁石棒５０のがたつきをきわめて小さくできるとともに、コイル６１が巻かれた下側ボビン部６０の内周面との隙間を極小にでき、もって検出精度の大幅な向上が図られる。
【００２９】
Ｃ．変更例
上記の実施形態は、アコースティックピアノに本発明を適用したものであるが、これに限らず、鍵盤を有するものであれば、いかなる楽器にも本発明を適用可能であり、例えば、チェンバロ、オルガン等の自然楽器、あるいは電子的に楽音を発生する電子鍵盤楽器等に適用してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、鍵駆動ユニットのソレノイドと、鍵駆動ユニットのプランジャの速度センサのコイルとの間に、鍵駆動ユニットと速度センサとから漏洩する磁束を両方とも遮蔽する遮蔽部を設けたので、漏洩磁束が遮蔽部で遮蔽されて速度センサのコイルへの磁気影響が抑えられ、その結果、速度センサのＳＮ比が良好となってプランジャ速度の検出を高精度で行える。
また、速度センサのコイルを覆って速度センサから漏洩する磁束を遮蔽する速度センサ側遮蔽部を設けることにより、鍵駆動ユニットあるいはその他の外乱的な磁束が速度センサ側遮蔽部により遮蔽され、その結果、速度センサに対する磁気影響の抑制効果がさらに促進する。
さらに、鍵駆動ユニットのプランジャと、速度センサの磁石の直結により、両者の同軸度の向上と磁石のがたつきの抑制が図られる。これにより、さらに速度の検出精度の向上が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る自動演奏装置がピアノに組み込まれた状態を示す側面図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る自動演奏装置の断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る鍵駆動ユニットおよびこれに連結された速度センサの等価回路である。
【図４】  本発明の一実施形態に係る速度センサの速度検出原理を示す模式図である。
【図５】  本発明の一実施形態に係る鍵駆動ユニットおよびこれに連結された速度センサの漏洩磁束を示す模式図である。
【符号の説明】
１…鍵、２…棚板、３…鍵駆動ユニット、１４…中間磁気遮蔽部、１５…下部磁気遮蔽部（速度センサ側遮蔽部）、３２…ソレノイド、４０…プランジャ、
５０…磁石棒、６１…速度センサのコイル、６２…速度センサ、Ｐ…自動演奏装置。
【図１】
0003736090.tif 000002
【図２】
0003736090.tif 000003
【図３】
0003736090.tif 000004
【図４】
0003736090.tif 000005
【図５】
0003736090.tif 000006