JP4752562B2 - 鍵駆動装置及び鍵盤楽器 - Google Patents

Description

本発明は、鍵駆動装置及び鍵盤楽器に関する。

従来の電子キーボードやアコースティックピアノ等の鍵盤楽器には、各鍵を個々に駆動する鍵駆動装置を設けたものがある（例えば、特許文献１〜３参照。）。この種の鍵盤楽器では、楽曲を構成する一連の楽音に対応する演奏情報に応じて鍵駆動装置により各鍵を駆動できるようになっている。
従来の鍵駆動装置では、例えば、特許文献１のようにソレノイドを用いたものや、特許文献２のようにステッピングモータとギア機構とを組み合わせたもの、また、特許文献３のように形状記憶合金をアクチュエータとして使用している。したがって、上記演奏情報に応じてソレノイドやステッピングモータ、形状記憶合金に駆動電圧や駆動信号を供給することで、各鍵が駆動されることになる。
特開昭５９−３７５９４号公報 特開２００４−２９４７６９号公報 特開平６−２２２７５２号公報

しかしながら、従来の鍵駆動装置では、ソレノイドやステッピングモータとギア機構とを組み合わせたものをアクチュエータとして用いているため、鍵駆動装置自体が大型化すると共に重量が重くなるという不具合が生じる。この不具合は、特に携行性が重要視される電子キーボードに適用することができないという問題がある。
また、従来の鍵駆動装置では上述したアクチュエータを用いているため、鍵を駆動しはじめる鍵駆動の初期段階において十分な駆動力を得るためには大きな消費電力が必要になるという不具合も生じる。この不具合は、特に電池仕様の電子キーボードに適用することが困難になるという問題がある。
なお、アクチュエータとして形状記憶合金を用いた場合には、上述したアクチュエータよりも小型化や軽量化を図ることができるが、形状記憶合金の伸縮は加熱冷却によって行われるため、鍵駆動の初期段階において十分な駆動力や駆動スピードを得ることができないという問題がある。

本発明は、上記事情を鑑み、小型化や軽量化を図ることができると共に省電力でも鍵を十分な力やスピードで駆動することができる鍵駆動装置、及びこれを備える鍵盤楽器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、フレームに対して揺動可能に支持された鍵を駆動する鍵駆動装置であって、誘電性を有して弾性変形可能な高分子材料からなる高分子膜と、該高分子膜の両面に配される一対の電極とを備える高分子フィルムのうち、その面方向の一端が前記フレームに固定されると共に他端が前記鍵の揺動に連動して移動するように固定され、前記一対の電極間への電圧印加状態の切換に応じて生じる前記高分子フィルムの面方向の伸長収縮に基づいて、前記鍵を揺動させ、前記電圧印加状態を切り換えて前記高分子フィルムを収縮させた際に前記鍵が揺動する方向が、手動で押された前記鍵の揺動方向と一致し、前記鍵の一方の揺動方向への揺動を規制する第１の規制手段、及び、前記鍵の他方の揺動方向への揺動を規制する第２の規制手段が設けられると共に、これら２つの規制手段により前記鍵の揺動範囲が規定され、前記鍵が前記第１の規制手段により規制される前記揺動範囲の一端に配された状態で、前記一対の電極間への電圧印加状態を切換に応じた前記高分子フィルムの他端の移動に基づいて、前記鍵を前記揺動範囲の一端から途中まで揺動させることを特徴とする鍵駆動装置を提案している。

この発明に係る鍵駆動装置によれば、一対の電極間に電圧が印加されていない状態においては、高分子膜がその面方向に収縮した初期状態となっている。そして、この状態から一対の電極間に電圧を印加した状態に切り換えると、上記電極間の静電引力により高分子膜がその厚さ方向に圧縮されるため弾性変形して面方向に伸長する。さらに、一対の電極間に電圧を印加した状態から印加しない状態に切り換えると、上記電極間の静電引力に基づく圧縮力が解除されるため、高分子膜がその面方向に収縮して上記初期状態に戻ることになる。なお、この高分子フィルムにおいては、一対の電極間への電圧印加の切換に対する高分子フィルムの伸長収縮の応答速度が大きい。

ここで、高分子フィルムの面方向の一端はフレーム側に固定されているため、上記電圧印加状態の切換が行われた際には、高分子フィルムの他端がフレームに対して移動することになる。そして、高分子フィルムの他端は鍵の揺動に連動して移動するように構成されているため、高分子フィルムの他端の移動に応じて鍵を揺動させることができる。
また、この高分子フィルムにおいては、上記電圧印加状態の切換に対する高分子フィルムの伸長収縮の応答速度が大きいため、鍵を駆動しはじめる初期段階において鍵を駆動する初期駆動力及び駆動スピードを十分な大きさで得ることができる。

この発明に係る鍵駆動装置によれば、高分子フィルムが収縮する際には高分子フィルムの他端が一端側に近づくことになる。また、手動で鍵を押して揺動させた際にも高分子フィルムの他端が一端側に近づくことになるが、この際には高分子フィルムを撓ませることができる。すなわち、高分子フィルムの両端がそれぞれフレーム及び鍵の揺動に連動して移動する位置に固定されていても、高分子フィルムが手動による鍵の揺動を阻害することを容易に防止できる。

請求項２に係る発明は、フレームに対して揺動可能に支持された鍵を駆動する鍵駆動装置であって、前記鍵が、付勢手段によって前記フレームに対して前記鍵の揺動方向の一方に付勢され、前記鍵の揺動に連動して前記フレームに対して支点を中心に揺動する棒状部材が設けられ、誘電性を有して弾性変形可能な高分子材料からなる高分子膜と、該高分子膜の両面に配される一対の電極とを備える高分子フィルムのうち、その面方向の一端が前記フレームに固定され、前記高分子フィルムの他端が、前記一対の電極間に電圧を印加した際に前記高分子フィルムの前記面方向への伸長に応じて前記鍵を他方の揺動方向に揺動させるように、前記棒状部材の端部に当接し、前記鍵の一方の揺動方向への揺動を規制する第１の規制手段、及び、前記鍵の他方の揺動方向への揺動を規制する第２の規制手段が設けられると共に、これら２つの規制手段により前記鍵の揺動範囲が規定され、前記鍵が前記第１の規制手段により規制される前記揺動範囲の一端に配された状態で、前記一対の電極間への電圧印加状態を切換に応じた前記高分子フィルムの他端の移動に基づいて、前記鍵を前記揺動範囲の一端から途中まで揺動させることを特徴とする鍵駆動装置を提案している。

この発明に係る鍵駆動装置によれば、一対の電極間に電圧が印加されていない状態においては、鍵が付勢手段によって付勢された初期位置に配置されている。この状態において一対の電極間に電圧を印加した際には、高分子フィルムの伸長に基づいて高分子フィルムの他端が棒状部材の端部に当接すると共に棒状部材が揺動し、この棒状部材の揺動に連動して鍵が他方の揺動方向に揺動することになる。
この高分子フィルムにおいては、上記電圧印加状態の切換に対する高分子フィルムの伸長収縮の応答速度が大きく、電圧を印加して高分子フィルムが伸長する場合には応答速度は特に大きいため、鍵を駆動しはじめる初期段階において鍵を駆動する初期駆動力及び駆動スピードを十分な大きさで得ることができる。
なお、この鍵駆動装置においては、高分子フィルムを利用して鍵を他方の揺動方向に揺動させる場合にのみ棒状部材に当接していればよいため、一対の電極間に電圧を印加しない状態においては高分子フィルムの他端を棒状部材の端部から離間させることができる。したがって、上記初期位置において手動で鍵を押して他方の揺動方向に揺動させる際には、鍵の他方の揺動方向への揺動が高分子フィルムによって妨げられることも防止できる。

さらに、これら二つの発明に係る鍵駆動装置によれば、一対の電極間への電圧印加状態を切り換えることで揺動範囲の一端から途中まで鍵が駆動されることになる。
そして、鍵が揺動範囲の途中に配置された状態においては、手指により鍵を押すことで、第２の規制手段により規制される揺動範囲の他端まで鍵をさらに揺動させることができる。したがって、この発明に係る鍵駆動装置を複数の鍵を並べて配置した鍵盤楽器に搭載した場合には、所定の鍵を揺動範囲の途中まで揺動させる動きで、手指で押すべき鍵を鍵盤楽器の演奏者に報知することが可能となる。すなわち、手指で押すべき鍵を演奏者に報知するガイド機能として鍵駆動装置を役立たせることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の鍵駆動装置において、前記高分子フィルムが、狭持ユニットによりその厚さ方向から挟み込まれていることを特徴とする鍵駆動装置を提案している。

この発明に係る鍵駆動装置によれば、一対の電極間に電圧を印加して高分子フィルムを伸長させた際には、鍵が付勢手段の付勢力に抗して他方の揺動方向に揺動することになる。この状態においては、高分子フィルムが狭持ユニットにより挟み込まれているため、付勢手段の付勢力に基づく高分子フィルムの座屈を防止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鍵駆動装置において、前記高分子フィルムが、前記高分子膜と前記電極とを交互に複数積層して構成されていることを特徴とする鍵駆動装置を提案している。
また、請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鍵駆動装置において、前記高分子フィルムが、電気的な絶縁材料からなる絶縁膜を介して複数積層されていることを特徴とする鍵駆動装置を提案している。

請求項６に係る発明は、フレームに対して揺動可能に支持された鍵を複数並べて配置した鍵盤楽器であって、各鍵を駆動する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鍵駆動装置と、自動演奏用の楽曲データを発生する演奏情報発生装置と、前記楽曲データに基づいて選択された前記鍵に対応する前記一対の電極間への電圧印加状態を切り換える信号を出力する鍵駆動制御装置とを備えることを特徴とする鍵盤楽器を提案している。

この発明に係る鍵盤楽器によれば、各鍵に対応する高分子フィルムを伸長収縮させることで楽曲データに対応づけて鍵盤楽器の各鍵を揺動させることができる。したがって、各鍵の動きにより手指で押さえるべき鍵を鍵盤楽器の演奏者に報知することができるため、楽曲データに応じた各鍵の動きを手指で直接感じ取ることが可能となる。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の鍵盤楽器において、前記楽曲データに基づいて前記鍵の駆動に同期するように楽音を発生する発音手段を備えることを特徴とする鍵盤楽器を提案している。

請求項１及び請求項２に係る発明によれば、電圧印加状態の切換に対する伸長収縮の応答速度が大きい高分子フィルムを使用することで、省電力でも鍵を駆動する初期駆動力及び駆動スピードを十分な大きさで得ることができる。
また、高分子フィルムは高分子膜の両面に一対の電極を配置するだけの簡素な構造であるため、鍵駆動装置や鍵盤楽器の軽量化及び小型化を図ることができる。
さらに、簡素な構造の高分子フィルムにより鍵を駆動することで、従来のものと比較して鍵を駆動するための構成を簡素化でき、鍵駆動装置の製造コスト削減も図ることができる。

また、請求項１及び請求項２に係る発明によれば、高分子フィルムによって妨げられることなく、手動で鍵を押して他方の揺動方向に揺動させることができる。

さらに、請求項１及び請求項２に係る発明によれば、手指で押すべき鍵を鍵盤楽器の演奏者に報知するガイド機能として鍵駆動装置を役立たせることができる。

請求項３に係る発明によれば、狭持ユニットによって付勢手段の付勢力に基づく高分子フィルムの座屈を防止することができる。

請求項４及び請求項５に係る発明によれば、各高分子膜を挟み込む一対の電極間に印加する電圧を増加しなくても、高分子フィルムを面方向に伸長させる力を大きくすることができるため、省電力でも確実に鍵を駆動することが可能となる。

請求項６に係る発明によれば、楽曲データに応じた各鍵の動きを実際に鍵を押す手指で直接感じ取ることができるため、鍵盤楽器の練習を効率よく行うことが可能となる。

請求項７に係る発明によれば、楽曲データに基づく鍵の駆動に同期させて楽曲データの楽音を発音手段から発生させることで、鍵盤楽器の自動演奏を行うことができる。

以下、図１から図１３を参照し、本発明の一実施形態に係る鍵盤楽器について説明する。本実施形態の鍵盤楽器は、その筐体を構成するフレームに対して揺動可能に支持された鍵を複数並べて構成されるものであり、図１に示すように、鍵盤の鍵を個々に駆動する鍵駆動装置１、自動演奏用の楽曲データを出力する演奏情報発生装置３、及び、楽曲データに基づいて選択された鍵を駆動するように鍵駆動装置１を制御する鍵駆動制御装置５を備えている。なお、楽曲データは鍵盤楽器において演奏可能な楽曲の情報であり、例えばＭＩＤＩ形式のものがある。

演奏情報発生装置３は、鍵盤楽器に内蔵されるＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置（不図示）や各種記憶媒体（不図示）から楽曲データを読み出すと共に、楽曲データの各楽音を鍵駆動制御装置５に出力するものである。なお、この楽曲データには、楽曲の速度に応じて各楽音を発音するタイミングの情報（以下、発音タイミング情報と呼ぶ。）、楽曲の各楽音のノート（音高）の情報（以下、ノート情報と呼ぶ。）やその他の情報が含まれている。また、演奏情報発生装置３から楽曲データの各楽音を鍵駆動制御装置５に出力するタイミングは、上述した発音タイミング情報に基づいて行われる。

図２に示すように、鍵盤楽器の各鍵７は、その後端７ｂ側を支点としてフレーム（不図示）に対して揺動できるようになっている。鍵駆動装置１は、鍵盤楽器の各鍵７に対応して１つずつ設けられており、鍵７をその揺動方向に駆動するように構成されている。
鍵駆動装置１は、鍵７の下方側に配置されると共にフレームに対して揺動可能に取り付けられた揺動レバー（棒状部材）９及び揺動レバー９の後端（端部）９ｂ側に配置された高分子フィルム１１とを備えている。

揺動レバー９は、その長手方向が鍵７の前後方向となるように配置されており、その中途部を支点Ｆ１として揺動できるようにフレームに支持されている。この揺動レバー９は、その前端９ａが鍵７の前端７ａに係合しているため、鍵７の揺動に連動して支点Ｆ１を中心に揺動することになる。なお、揺動レバー９の重心は上記支点Ｆ１よりも後端９ｂ側にずれているため、揺動レバー９の自重によって鍵７が揺動方向の一方（Ａ方向）に付勢されることになる。すなわち、揺動レバー９は、鍵７をＡ方向に付勢する付勢手段１３を構成している。また、揺動レバー９は錘としての役割を果たしているため、アコースティックピアノに似た打鍵感覚を鍵７に持たせることができる。

なお、揺動レバー９の後端９ｂには、Ａ方向への揺動を規制する第１の規制部材（第１の規制手段）１５、及び、Ａ方向とは逆の揺動方向（Ｂ方向）への揺動を規制する第２の規制部材（第２の規制手段）１７が配置されている。これら２つの規制部材１５，１７はフレームに固定されており、これら２つの規制部材１５，１７によって鍵７及び揺動レバー９の揺動範囲が規定されている。
なお、揺動レバー９がその自重によって規制部材１５に当接した状態においては、鍵７が静止した初期位置に配されることになり、例えば、初期位置に配された鍵７を手動で押した際には、鍵７及び揺動レバー９がＢ方向に揺動することになる。

高分子フィルム１１は、図３に示すように、誘電性を有して弾性変形可能な高分子材料からなるエラストマ膜（高分子膜）２１と、エラストマ膜２１の両面に配される一対の電極２３，２３とを備えている。エラストマ膜２１は、例えば、シリコーン樹脂やアクリル系ポリマー等の高分子材料をスピンコータにより厚さ５０μｍ程度に成形したものから構成されている。また、一対の電極２３，２３は、例えば、炭素粒子を含む溶剤をエラストマ膜２１の両面にそれぞれ吹きつけて構成されている。
この高分子フィルム１１には、一対の電極２３，２３間に電圧を印加する電源２５、及び、電源２５による電圧の印加を切り換えるスイッチ回路２７が接続されている。ここで、スイッチ回路２７は鍵駆動制御装置５から出力される信号に応じて開閉するように構成されている。

このように構成された高分子フィルム１１は、スイッチ回路２７が開いて一対の電極２３，２３間に電源２５の電圧が印加されていない状態において、エラストマ膜２１がその面方向に収縮した初期状態となっている。そして、この状態からスイッチ回路２７を切り換えて、図４に示すように、一対の電極２３，２３間に電源２５の電圧が印加されると、一対の電極２３，２３間に発生する静電引力によってエラストマ膜２１が厚さ方向に圧縮されるため弾性変形して面方向に伸長する。さらに、この伸長状態からスイッチ回路２７を切り換えて、図３に示すように、一対の電極２３，２３間への電圧印加が解除された場合には、エラストマ膜２１が面方向に収縮して初期状態に戻ることになる。
なお、このエラストマ膜２１においては、一対の電極２３，２３間に印加される電源２５の電圧が大きくなる程、上述した面方向への伸長量が延びることになる。また、この高分子フィルム１１は、一対の電極２３，２３間への電圧印加の切換に対する伸長収縮の応答速度が大きいという特性を有している。

この高分子フィルム１１を上述のように伸長収縮させるためには、２ｋＶ程度の大きな電圧を一対の電極２３，２３間に印加する必要がある。そこで実際には、例えば図５に示すように、スイッチ回路２７を構成する。このスイッチ回路２７は、２ｋＶの高い電圧を供給する電源２５とグランドとの間に、抵抗Ｒ１と、複数のトランジスタＴ１〜Ｔ４（図示例では４つ）のエミッタ−コレクタ間の各電流経路とを直列に接続して構成されている。また、各トランジスタＴ１〜Ｔ４のベースは、抵抗Ｒ２〜Ｒ８を介して入力端子２９に接続されている。この入力端子２９には、鍵駆動制御装置５からの信号が入力されるようになっている。

このスイッチ回路２７においては、各トランジスタＴ１〜Ｔ４の許容耐圧の範囲内で、入力端子２９に入力される信号に基づいて各トランジスタＴ１〜Ｔ４のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うことによって、抵抗Ｒ１とトランジスタＴ１との間に接続された出力端子３１に、上記入力信号に対応する電源２５の高い電圧の信号が出力されることになる。なお、この出力端子３１に高分子フィルム１１が接続されている。

ここで、入力端子２９に入力される信号は、例えば図６に示すように、０Ｖ−５Ｖの振幅の小さい信号であり、出力端子３１に出力される信号は０Ｖ−２ｋＶの振幅の大きい信号となる。なお、このスイッチ回路２７においては、例えば、０Ｖの信号が入力端子２９に入力された際に２ｋＶの信号が出力端子３１に出力され、５Ｖの信号が入力端子２９に入力された際に０Ｖの信号が出力端子３１に出力されるようになっている。
したがって、このスイッチ回路２７により振幅の小さい入力信号に基づいて高分子フィルム１１に印加される高い電圧の切換が行うことができる。

以上のように電気接続された高分子フィルム１１は、図２に示すように、揺動レバー９の後端９ｂの上方側に配置され、その面方向の一端１１ａがフレームと一体の固定部３３に固定されると共に他端１１ｂが揺動レバー９の後端９ｂに固定されている。すなわち、高分子フィルム１１の他端１１ｂは、鍵７及び揺動レバー９の揺動に連動して移動できるようになっている。すなわち、高分子フィルム１１は、その伸長伸縮によって鍵７及び揺動レバー９を揺動させる役割を果たしている。

ここで、高分子フィルム１１の伸長収縮により揺動レバー９を揺動させる力を十分に得るためには、例えば、図７に示すように、エラストマ膜２１と電極２３とを交互に複数積層して高分子フィルム１１を構成する、若しくは、図８に示すように、電気的な絶縁材料からなる絶縁膜３５を介して高分子フィルム１１を複数積層すればよい。具体的には、エラストマ膜２１を３０〜４０層程度積層することが好ましい。
なお、高分子フィルム１１は、電源２５の電圧印加状態をスイッチ回路２７により切り換えて高分子フィルム１１を収縮させた際に鍵７及び揺動レバー９がＢ方向に揺動するように配置されている。つまり、高分子フィルム１１を収縮させた際に鍵７及び揺動レバー９が揺動する方向が、手動で押された鍵７の揺動方向と一致している。

以上のように構成された鍵駆動装置１の動作について以下に説明する。
図２に示すように、高分子フィルム１１に電圧が印加されている状態においては、高分子フィルム１１の伸長及び揺動レバー９の自重により揺動レバー９の後端９ｂが第１の規制部材１５に当接して、鍵７が初期位置に配される。
この状態からスイッチ回路２７を切り換えて、図９に示すように、電源２５の電圧印加が解除された際には、高分子フィルム１１の収縮に基づいて揺動レバー９の後端９ｂに固定された高分子フィルム１１の他端１１ｂが一端１１ａ側に近づくため、鍵７及び揺動レバー９が付勢手段１３の付勢力に抗してＢ方向に揺動するように駆動される。この際、鍵７及び揺動レバー９の後端９ｂはその揺動範囲の一端から途中まで揺動する、すなわち、揺動レバー９の後端９ｂが第２の規制部材１７に当接することはない。
ここで、高分子フィルム１１は、電圧印加状態の切換に対する伸長収縮の応答速度が大きい特性を有するため、鍵７を駆動しはじめる初期段階において鍵７を駆動する初期駆動力及び駆動スピードを十分な大きさで得ることができる。

そして、高分子フィルム１１が収縮した状態において、スイッチ回路２７を切り換えて電源２５により高分子フィルム１１に電圧を印加した際には、高分子フィルム１１の伸長に基づいて高分子フィルム１１の他端１１ｂが一端１１ａから離れるため、鍵７及び揺動レバー９がＡ方向に揺動し、揺動レバー９の後端９ｂが第１の規制部材１５に当接することになる。
以上のようにして、この鍵駆動装置１においては、上記電圧印加状態の切換に応じた高分子フィルム１１の他端１１ｂの移動に基づいて鍵７を揺動させることができる。

なお、この鍵駆動装置１においては、高分子フィルム１１が収縮する際に、揺動レバー９がＢ方向に揺動して高分子フィルム１１の他端１１ｂが一端１１ａ側に近づくことになるが、図１０，１１に示すように、手動で鍵７を押して揺動させた際にも揺動レバー９がＢ方向に揺動して上記他端１１ｂが一端１１ａに近づく。すなわち、手動で鍵７を押す際には、高分子フィルム１１を撓ませることができ、高分子フィルム１１が手動による鍵７の揺動を阻害することを容易に防止できる。
上述のように、高分子フィルム１１を撓ませることは、図示のように、電圧を印加して伸長した高分子フィルム１１に対して行うことができ、また、電圧印加を解除して収縮した高分子フィルム１１に対しても行うことができる。そして、高分子フィルム１１を撓ませるように鍵７及び揺動レバー９をＢ方向に揺動させる際には、鍵７及び揺動レバー９を第２の規制部材１７により規制される揺動範囲の他端まで揺動させることができる。

なお、上述した鍵駆動装置１を備える鍵盤楽器は、図１２に示すように、各鍵７が第２の規制部材１７によって規制される位置までＢ方向に揺動したことを個々に検出する押鍵検出装置４１と、押鍵検出装置４１から出力された検出結果に基づいて揺動した鍵７に対応する楽音を発生する発音手段４３とを備えている。この発音手段４３は、各鍵７に対応する音程や種々の音色等を有する実際の波形データを記憶した音源４５と、波形データを出力する発音装置４７と、押鍵検出装置４１の検出結果に基づいて音源４５から所定の波形データを読み出すと共に、この波形データを発音装置４７から出力させる発音制御装置４９とから構成されている。ここで発音装置４７は、例えばオーディオ機器のアンプやスピーカに相当するものである。

以上の構成により、手指により鍵７を押して第２の規制部材１７によって規制される位置まで揺動させた際には、鍵７に対応する波形データが発音装置４７から出力されることになる。
なお、発音制御装置４９は、演奏情報発生装置３から出力される楽曲データの各楽音に対応する所定の波形データを音源４５から読み出し、この波形データを上記楽曲データの発音タイミング情報、ノート情報やその他の情報に基づいて制御して発音装置４７から出力させるようにも構成されている。すなわち、発音手段４３においては、上記の押鍵検出装置４１からの入力に代えて、演奏情報発生装置３から出力される楽曲データに基づいて楽音を発生することもできるようになっている。

以上のように構成された鍵盤楽器の動作について以下に説明する。
この鍵盤楽器においては、予め各鍵７に取り付けられた鍵駆動装置１のスイッチ回路２７を制御して高分子フィルム１１に電源２５の電圧を印加し、高分子フィルム１１を伸長させておく。この状態において、図１３に示すように、演奏情報発生装置３が、発音タイミング情報やノート情報等を含む楽曲データを読み込み（ステップＳ１）、楽曲データの各楽音を鍵駆動制御装置５に出力する（ステップＳ２）。具体的には、楽曲データの発音タイミング情報に基づいて楽曲データの各楽音を鍵駆動制御装置５に出力する。次いで、鍵駆動制御装置５が、楽曲データのノート情報に基づいて上記各楽音の音高に対応する鍵７に取り付けられた鍵駆動装置１のスイッチ回路２７を制御し、高分子フィルム１１への電圧印加を解除する（ステップＳ３）。この際には、高分子フィルム１１の収縮に基づいて、上記楽音に対応する鍵７がその初期位置から付勢手段１３の付勢力に抗してＢ方向に揺動する。

なお、この際には、発音タイミング情報がＯＮとなっている間、すなわち楽曲データの楽音の長さに応じて高分子フィルム１１を収縮させておく。すなわち、上記楽曲データの楽音の終了にあわせて、鍵駆動制御装置５がスイッチ回路２７を制御して、高分子フィルム１１に電圧を印加して高分子フィルム１１を伸長させる。これにより、鍵７がＡ方向に揺動して初期位置に戻ることになる。
そして、鍵駆動制御装置５に出力すべき楽曲データの楽音が残っているかどうかを判定し（ステップＳ４）、出力すべき楽曲データが残っていると判定された場合には、再度ステップＳ２に戻り、演奏情報発生装置３が楽曲データの次の楽音を鍵駆動制御装置５に出力する。また、ステップＳ４において、楽曲データに出力すべき楽音が残っていないと判定された場合には、楽曲データに基づく鍵７の駆動を終了する。

上述のように鍵盤楽器を動作させる場合には、各鍵７が鍵駆動装置１によって駆動されても、鍵７はその揺動範囲の途中に位置して第２の規制部材１７により規制される位置には到達せず、楽曲データの各楽音、すなわち、これに対応する発音タイミングやノート（音高）のままで波形データが発音装置４７から出力されることはない。
したがって、演奏者が揺動範囲の途中に位置する鍵７を探して手指でさらに押し込むことで、はじめて押鍵検出装置４１が動作し、この検出結果に基づいて発音装置４７から鍵７に対応する波形データを出力されるため、楽曲の練習として用いることができる。すなわち、楽曲データにあわせて各鍵７をその揺動範囲の途中まで揺動させる動きを、楽曲データにあわせて手指で押すべき鍵７を鍵盤楽器の演奏者に報知するガイド機能として役立たせることができる。

上述したように、この実施形態に係る鍵駆動装置１及びこれを備えた鍵盤楽器によれば、電圧印加状態の切換に対する伸長収縮の応答速度が大きい高分子フィルム１１を使用することで、省電力でも鍵７を駆動する初期駆動力及び駆動スピードを十分な大きさで得ることができる。
また、高分子フィルム１１の他端１１ｂを揺動レバー９の後端９ｂに固定することで、高分子フィルム１１を伸長収縮させる力が大きくなくても、鍵７及び揺動レバー９を揺動させるためのトルクを十分に得ることができる。

さらに、高分子フィルム１１はエラストマ膜２１の両面に一対の電極２３，２３を配置するだけの簡素な構造であるため、軽量化及び小型化を図ることができる。
また、簡素な構造の高分子フィルム１１により鍵を駆動することで、従来のものと比較して鍵７を駆動するための構成を簡素化でき、製造コスト削減も図ることができる。

さらに、エラストマ膜２１と電極２３とを交互に複数積層して高分子フィルム１１を構成したり、絶縁膜３５を介して高分子フィルム１１を複数積層したりすることで、エラストマ膜２１を挟み込む一対の電極２３，２３間に印加する電圧を増加しなくても、高分子フィルム１１を面方向に伸長させる力を大きくすることができるため、さらに省電力でも確実に鍵７を駆動することが可能となる。
また、高分子フィルム１１への電圧印加状態に関わらず、高分子フィルム１１によって妨げられることなく、手動で鍵７を押してＢ方向に揺動させることができる。

さらに、この鍵盤楽器によれば、楽曲データに対応づけて鍵盤楽器の各鍵７を揺動させることができるため、各鍵７の動きにより手指で押さえるべき鍵７を鍵盤楽器の演奏者に報知することができる。したがって、楽曲データに応じた各鍵７の動きを視覚だけではなく手指で直接感じ取ることも可能となり、楽曲の練習を効率よく行うことができる。また、演奏者は揺動範囲の途中に位置する鍵７を手指でさらに押し込むことができるため、鍵盤楽器を手指で弾く感覚を損なうことなく楽曲の練習を行うことができる。
さらに、演奏者は楽曲データに応じた各鍵７の動きを手指で直接感じ取ることができるため、押すべき鍵７を視認してから手指で対応する鍵７を押す場合と比べて、鍵７を押す手指の反応速度を向上させることができる。また、視覚に頼らずに楽曲の練習が可能となるため、視力の弱い演奏者でも効率的に練習することができる。

なお、鍵駆動制御装置５が楽曲データの各楽音に対応する鍵駆動装置１のスイッチ回路２７を制御する際には、例えば、楽曲データに含まれる各楽音の音量に応じて高分子フィルム１１に印加する電圧の大きさを調整しても構わない。すなわち、高分子フィルム１１においては、一対の電極２３，２３間に印加する電圧の大きさに応じてエラストマ膜２１の面方向への伸長量を調整することができるため、一対の電極２３，２３間に印加する電圧の変化量に応じて鍵７及び揺動レバー９の揺動位置を規定することができる。

例えば、上記実施形態の構成の場合には、鍵７を初期位置に配置する際に高分子フィルム１１に印加する電圧の大きさを基準として、この基準電圧から高分子フィルム１１に印加される電圧を減少させればよい。具体的には、楽音の音量が大きい程、上記基準電圧からの減少量を大きくすればよい。この場合には、高分子フィルム１１に印加される電圧の減少量に応じて鍵７の揺動ストロークが変化するため、楽曲データにおける楽音の強弱も手指で直接感じ取ることができる。

また、上記実施形態においては、楽曲データの各楽音に基づいて鍵駆動装置１により各鍵７が駆動されても、各楽音に対応する波形データが発音装置４７から出力されることはないとしたが、これに限ることはなく、例えば、楽曲データの各楽音に基づく鍵７の駆動に同期するように、発音装置４７から各楽音に対応する波形データを出力しても構わない。この場合には、例えば図１４に示すように、楽曲データの各楽音を演奏情報発生装置３から鍵駆動制御装置５及び発音制御装置４９の両方に出力する。この際には、発音制御装置４９が、楽曲データの各楽音に対応する所定の波形データを音源４５から読み出し、これを演奏情報発生装置３からの発音タイミング情報、ノート情報やその他の情報に基づいて制御して発音装置４７から出力させればよい。
このような動作を行う場合には、例えば、楽曲データに基づく鍵盤楽器での自動演奏が可能となる。なお、この自動演奏でも高分子フィルム１１の伸長収縮を利用しているため、省電力での自動演奏が可能となる。

ここで、楽曲データに基づいて発音装置４７から出力される波形データは、押鍵検出装置４１の検出結果に基づいて発音装置４７から出力される波形データと同じ音程や音色等を有するとしてもよいし、異なる音程や音色等を有するとしても構わない。この波形データの音程や音色等の選択は、発音制御装置４９で行えばよい。そして、楽曲データに基づく波形データと押鍵検出装置４１の検出結果に基づく波形データとが異なる場合には、鍵盤楽器の演奏者が、楽曲データの楽音と自らの手指で弾いている楽音とを容易に比較することができるため、楽曲の練習を効率よく行うことができる。
また、波形データは、楽曲データや押鍵検出装置４１の検出結果に基づいて発音装置４７から出力されるとしたが、これに限ることはなく、出力しないようにしても構わない。この場合には、周囲に迷惑をかけることなく楽曲の練習を行うことができる。

また、演奏情報発生装置３は、楽曲データに含まれる発音タイミング情報に基づいて楽曲データの各楽音を鍵駆動制御装置５に出力したり、各楽音に対応する波形データを発音装置４７から出力させるとしたが、これに限ることはなく、例えば、楽曲データの楽音に対応する鍵７が手指によって押し込まれることを検出した後に、次の楽音を演奏情報発生装置３から鍵駆動制御装置５に出力したり、上記次の楽音に対応する波形データを発音装置４７から出力させるとしてもよい。このような動作を行うためには、例えば、押鍵検出装置４１の検出結果を演奏情報発生装置３に出力し、演奏情報発生装置３において楽曲データの楽音に対応する鍵７が押し込まれたかどうかを判定すればよい。そして、この判定結果に基づいて次の楽音を演奏情報発生装置３から鍵駆動制御装置５に出力したり、上記次の楽音に対応する波形データを発音制御装置４９から出力させればよい。
この場合には、演奏者が楽曲において押鍵するべき鍵７を１つずつ確認しながら楽曲の練習を行うことができるため、楽曲の演奏に不慣れな演奏者の練習に役立てることができる。

また、例えば、楽曲の速度と鍵７を押し込む演奏者の演奏速度とのズレに応じて、楽曲データの各楽音を鍵駆動制御装置５に出力するタイミング、及び、各楽音に対応する波形データを発音装置４７から出力させるタイミングを変化させても良い。このような動作を行うためには、例えば、押鍵検出装置４１の検出結果を演奏情報発生装置３に出力し、演奏情報発生装置３において楽曲の速度と演奏者の演奏速度とのズレを計算し、この計算結果に基づいて次の楽音を鍵駆動制御装置５に出力するタイミング、及び、上記次の楽音に対応する波形データを発音装置４７から出力させるタイミングを計算すればよい。
この場合には、演奏者の演奏速度にあわせて各楽音に対応する鍵７が揺動されるため、演奏者の演奏速度にばらつきがあっても効率よく楽曲の練習を行うことができる。

なお、上記実施形態の鍵盤楽器では、高分子フィルム１１の一端１１ａが固定部３３に固定されると共に他端１１ｂが揺動レバー９の後端９ｂに固定されるため、鍵盤楽器の電源がＯＦＦとなる場合には、高分子フィルム１１にも電圧が印加されないため、各鍵７が揺動範囲の途中に配置されることになる。
そこで、鍵盤楽器の電源をＯＦＦとしても各鍵７が初期位置に配置されるように、例えば、高分子フィルム１１の一端１１ａを固定する固定部３３を揺動レバー９の後端９ｂに対して接近及び離間させるモータを別途設けても構わない。このモータは、鍵盤楽器の電源がＯＮからＯＦＦに切り換えられた際に固定部３３を揺動レバー９の後端９ｂに接近させる方向に移動させ、また、鍵盤楽器の電源がＯＦＦからＯＮに切り換えられた際に固定部３３を揺動レバー９の後端９ｂに接近させる方向に移動させる役割を果たす。

また、揺動レバー９の後端９ｂの上方側に高分子フィルム１１が配置されるとしたが、これに限ることはなく、例えば、図１５，１６に示すように、揺動レバー（棒状部材）９の後端（端部）９ｂの下方側に上記実施形態と同様の高分子フィルム５３が配置されるとしても構わない。この高分子フィルム５３は、その面方向の一端５３ａがフレームと一体の固定部５５に固定され、他端５３ｂが揺動レバー９の後端９ｂに接触可能となっている。すなわち、高分子フィルム５３の他端５３ｂは、揺動レバー９に固定されておらず、高分子フィルム５３に電圧を印加して伸長させることで揺動レバー９の後端９ｂに当接するようになっている。

この構成の鍵駆動装置５１においては、図１５に示すように、高分子フィルム５３に電圧が印加されていない状態で高分子フィルム５３が収縮しており、揺動レバー９の自重により揺動レバー９の後端９ｂが第１の規制部材１５に当接して、鍵７が初期位置に配される。なお、この状態においては、高分子フィルム５３の他端５３ｂが揺動レバー９の後端９ｂに接触していてもよいし、揺動レバー９の後端９ｂから離間していても良い。
この状態からスイッチ回路２７を切り換えて、図１６に示すように、高分子フィルム５３に電圧が印加された際には、高分子フィルム５３の伸長に基づいて高分子フィルム５３の他端５３ｂが揺動レバー９の後端９ｂに当接すると共に揺動レバー９を付勢手段１３の付勢力に抗してＢ方向に揺動させるため、この揺動に連動して鍵７がＢ方向に揺動することになる。この際、鍵７及び揺動レバー９の後端９ｂはその揺動範囲の一端から途中まで揺動する、すなわち、揺動レバー９の後端９ｂが第２の規制部材１７に当接することはない。

ここで、高分子フィルム５３は、電圧の印加によって伸長する際にその応答速度が特に大きいため、鍵７を駆動しはじめる初期段階において鍵７を駆動する初期駆動力及び駆動スピードを十分な大きさで得ることができる。
そして、高分子フィルム５３が伸長した状態において、スイッチ回路２７を切り換えて高分子フィルム５３への電圧印加を解除した際には、高分子フィルム５３の他端５３ｂが揺動レバー９の後端９ｂから離間する方向に移動するため、付勢手段１３の付勢力によって鍵７及び揺動レバー９がＡ方向に揺動し、揺動レバー９の後端９ｂが第１の規制部材１５に当接することになる。

また、鍵７が初期位置若しくは揺動範囲の途中に配された状態において、手動で鍵７を押す際には、揺動レバー９の後端９ｂが高分子フィルム５３の他端５３ｂから離間してＢ方向に移動することになる。したがって、手動による鍵７のＢ方向への揺動が高分子フィルム５３によって妨げられることを防止できる。
なお、上述のように高分子フィルム５３を配置する場合には、図示のように、高分子フィルム５３を狭持ユニット５７によりその厚さ方向から挟み込むことが好ましい。この狭持ユニット５７は、例えば、一対の板状部材５７ａ，５７ｂを固定部５５に固定して構成すればよい。この狭持ユニット５７を設けることで付勢手段１３の付勢力に基づく高分子フィルム５３の座屈を防止することができる。
この構成の鍵駆動装置５１では、上記実施形態と同様の効果を奏する。

また、例えば、図１７，１８に示すように、上述した２種類の高分子フィルム１１，５３が揺動レバー９の後端９ｂの上方側及び下方側の両方にそれぞれ配置されるとしても構わない。
この構成の鍵駆動装置６１においては鍵７が初期位置に配された状態で、図１７に示すように、揺動レバー９の上方側に配される一方の高分子フィルム１１が伸長しており、揺動レバー９の下方側に配される他方の高分子フィルム５３が収縮している。すなわち、この状態においては、一方の高分子フィルム１１に電圧が印加され、他方の高分子フィルム５３には電圧が印加されていない。

この状態において鍵７及び揺動レバー９をＢ方向に揺動させる際には、図１８に示すように、各スイッチ回路２７を切り換えて一方の高分子フィルム１１への電圧印加を解除すると共に他方の高分子フィルム５３に電圧を印加すればよい。この状態においては、鍵７及び揺動レバー９がその揺動範囲の途中に配されることになる。
また、揺動範囲の途中に配された鍵７及び揺動レバー９をＡ方向に揺動させる際には、図１７に示すように、各スイッチ回路２７を切り換えて一方の高分子フィルム１１に電圧を印加すると共に他方の高分子フィルム５３への電圧印加を解除すればよい。

すなわち、この構成の鍵駆動装置６１においては、鍵駆動制御装置５から２つの高分子フィルム１１，５３に各々接続されたスイッチ回路２７，２７に互いに逆位相の信号を入力することで、鍵７及び揺動レバー９を揺動させるようになっている。
この構成の鍵駆動装置６１でも上記実施形態と同様の効果を奏する。また、高分子フィルム１１，５３は、上述したように電圧の印加によって伸長する際にその応答速度が特に大きいため、鍵７及び揺動レバー９のＡ方向及びＢ方向の揺動動作をさらに高速で行うことができる。

なお、鍵７が初期位置に配された状態において高分子フィルム１１，５３への電圧印加状態を切り換えた際には、鍵７及び揺動レバー９がその揺動範囲の途中に配置されるとしたが、これに限ることはなく、例えば、第２の規制部材１７により規制される揺動範囲の他端に配置されるとしても構わない。この構成において、鍵７及び揺動レバー９をその揺動範囲の途中に配置させるためには、高分子フィルム１１，５３に印加する電圧の大きさを調整すればよい。

さらに、２つの規制部材１５，１７は、揺動レバー９に当接する位置に配されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも鍵７及び揺動レバー９の揺動範囲を規定する位置に配されていればよい。すなわち、２つの規制部材１５，１７は、例えば、鍵７に当接する位置に配されるとしても構わない。

また、高分子フィルム１１，５３は、揺動レバー９の後端９ｂ側に配置されることに限らず、少なくとも一対の電極２３，２３間への電圧印加状態の切換に応じた高分子フィルム１１，５３の伸長収縮に基づいて鍵７及び揺動レバー９を揺動できる位置に配置されていればよい。
したがって、高分子フィルム１１，５３は、例えば、鍵７の前端７ａ側に配置されるとしても構わない。また、例えば、棒状部材を鍵７の後端７ｂからその長手方向に一体に形成し、この棒状部材の先端側に高分子フィルム１１，５３を配置するとしてもよい。

さらに、付勢手段１３は、揺動レバー９により構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも鍵７をＡ方向に付勢するように構成されていればよい。すなわち、付勢手段は、例えば、コイルばねや板バネ等の弾性部材により構成されるとしても構わない。
さらに、鍵駆動装置１は、電子音を発音する発音手段４３を備える鍵盤楽器に搭載されるとしたが、これに限ることはなく、ハンマーで弦を打つグランドピアノやアップライトピアノに搭載されるとしても構わない。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係る鍵盤楽器において、楽曲データに基づいて鍵を駆動させるための構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る鍵盤楽器に取り付けられた鍵駆動装置を示す概略側面図である。 図２の鍵駆動装置を構成する高分子フィルムを示す概略断面図である。 図３の高分子フィルムに電圧を印加した状態を示す概略断面図である。 図２の鍵駆動装置を構成するスイッチ回路の具体例を示す回路図である。 図５のスイッチ回路の入力端子に入力される信号と出力端子に出力される信号との関係を示すグラフである。 図２の鍵駆動装置を構成する高分子フィルムの具体例を示す概略断面図である。 図２の鍵駆動装置を構成する高分子フィルムの具体例を示す概略断面図である。 図２の鍵駆動装置において、高分子フィルムへの電圧印加を解除した状態を示す概略側面図である。 図２の鍵駆動装置において、鍵を手動で押した状態を示す概略側面図である。 図１０の鍵駆動装置において、高分子フィルムが撓む様子を示す概略正面図である。 本発明の一実施形態に係る鍵盤楽器において、各鍵に対応する楽音を発生するための構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る鍵盤楽器において、楽曲データに基づいて鍵を駆動させるフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る鍵盤楽器において、楽曲データに基づいて鍵の駆動及び楽音の発生を同期させるための構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る鍵駆動装置を示す概略側面図である。 図１５の鍵駆動装置において、高分子フィルムに電圧を印加した状態を示す概略側面図である。 本発明の他の実施形態に係る鍵駆動装置を示す概略側面図である。 図１７の鍵駆動装置において、一方の高分子フィルムの電圧印加を解除すると共に他方の高分子フィルムに電圧を印加した状態を示す概略側面図である。

符号の説明

１，５１，６１・・・鍵駆動装置、３・・・演奏情報発生装置、５・・・鍵駆動制御装置、７・・・鍵、９・・・揺動レバー（棒状部材）、９ｂ・・・後端（端部）、１１，５３・・・高分子フィルム、１１ａ，５３ａ・・・一端、１１ｂ，５３ｂ・・・他端、１３・・・付勢手段、１５・・・第１の規制部材（第１の規制手段）、１７・・・第２の規制部材（第２の規制手段）、２１・・・エラストマ膜（高分子膜）、２３・・・電極、３５・・・絶縁膜、４３・・・発音手段、５７・・・狭持ユニット、Ｆ１・・・支点

Claims (7)

1. フレームに対して揺動可能に支持された鍵を駆動する鍵駆動装置であって、
   誘電性を有して弾性変形可能な高分子材料からなる高分子膜と、該高分子膜の両面に配される一対の電極とを備える高分子フィルムのうち、その面方向の一端が前記フレームに固定されると共に他端が前記鍵の揺動に連動して移動するように固定され、
   前記一対の電極間への電圧印加状態の切換に応じて生じる前記高分子フィルムの面方向の伸長収縮に基づいて、前記鍵を揺動させ、
   前記電圧印加状態を切り換えて前記高分子フィルムを収縮させた際に前記鍵が揺動する方向が、手動で押された前記鍵の揺動方向と一致し、
   前記鍵の一方の揺動方向への揺動を規制する第１の規制手段、及び、前記鍵の他方の揺動方向への揺動を規制する第２の規制手段が設けられると共に、これら２つの規制手段により前記鍵の揺動範囲が規定され、
   前記鍵が前記第１の規制手段により規制される前記揺動範囲の一端に配された状態で、前記一対の電極間への電圧印加状態を切換に応じた前記高分子フィルムの他端の移動に基づいて、前記鍵を前記揺動範囲の一端から途中まで揺動させることを特徴とする鍵駆動装置。
2. フレームに対して揺動可能に支持された鍵を駆動する鍵駆動装置であって、
   前記鍵が、付勢手段によって前記フレームに対して前記鍵の揺動方向の一方に付勢され、
   前記鍵の揺動に連動して前記フレームに対して支点を中心に揺動する棒状部材が設けられ、誘電性を有して弾性変形可能な高分子材料からなる高分子膜と、該高分子膜の両面に配される一対の電極とを備える高分子フィルムのうち、その面方向の一端が前記フレームに固定され、
   前記高分子フィルムの他端が、前記一対の電極間に電圧を印加した際に前記高分子フィルムの前記面方向への伸長に応じて前記鍵を他方の揺動方向に揺動させるように、前記棒状部材の端部に当接し、
   前記鍵の一方の揺動方向への揺動を規制する第１の規制手段、及び、前記鍵の他方の揺動方向への揺動を規制する第２の規制手段が設けられると共に、これら２つの規制手段により前記鍵の揺動範囲が規定され、
   前記鍵が前記第１の規制手段により規制される前記揺動範囲の一端に配された状態で、前記一対の電極間への電圧印加状態を切換に応じた前記高分子フィルムの他端の移動に基づいて、前記鍵を前記揺動範囲の一端から途中まで揺動させることを特徴とする鍵駆動装置。
3. 前記高分子フィルムが、狭持ユニットによりその厚さ方向から挟み込まれていることを特徴とする請求項２に記載の鍵駆動装置。
4. 前記高分子フィルムが、前記高分子膜と前記電極とを交互に複数積層して構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鍵駆動装置。
5. 前記高分子フィルムが、電気的な絶縁材料からなる絶縁膜を介して複数積層されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の鍵駆動装置。
6. フレームに対して揺動可能に支持された鍵を複数並べて配置した鍵盤楽器であって、
   各鍵を駆動する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鍵駆動装置と、
   自動演奏用の楽曲データを発生する演奏情報発生装置と、
   前記楽曲データに基づいて選択された前記鍵に対応する前記一対の電極間への電圧印加状態を切り換える信号を出力する鍵駆動制御装置とを備えることを特徴とする鍵盤楽器。
7. 前記楽曲データに基づいて前記鍵の駆動に同期するように楽音を発生する発音手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の鍵盤楽器。

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