鍵盤装置
【課題】 アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる鍵盤装置を提供する。
【解決手段】 ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３に鍵２の弾性部２３が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、鍵２に接触するハンマー部材３の弾性部２３における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、水平方向の距離（Ｌ）と慣性モーメント（Ｉ）と弾性率（Ｋ）とを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定した。従って、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを、鍵の押鍵操作の開始時から、１０ミリ秒乃至２０ミリ秒の間の時間だけ遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで最大のアクション荷重を付与することができる。
【解決手段】 ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３に鍵２の弾性部２３が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、鍵２に接触するハンマー部材３の弾性部２３における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、水平方向の距離（Ｌ）と慣性モーメント（Ｉ）と弾性率（Ｋ）とを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定した。従って、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを、鍵の押鍵操作の開始時から、１０ミリ秒乃至２０ミリ秒の間の時間だけ遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで最大のアクション荷重を付与することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子ピアノなどの鍵盤楽器に用いられる鍵盤装置に関し、更に詳しくは押鍵操作に応じて鍵にアクション荷重を付与する鍵盤装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鍵盤楽器においては、特許文献１に記載されているように、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近似した鍵タッチ感を得るために、鍵盤シャーシ上に鍵を上下方向に回動可能に設けると共に、この鍵盤シャーシにハンマー部材を上下方向に回動可能に設け、鍵を押鍵操作した際に、その鍵の押鍵操作に応じてハンマー部材が回動変位して鍵にアクション荷重を付与するように構成されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６６８７号公報
【０００４】
このような鍵盤楽器においては、鍵を押鍵操作した際に、その押鍵力をハンマー部材に確実に伝えるために、鍵にハンマー保持部を設け、このハンマー保持部でハンマー部材の先端部を摺動可能に保持して、鍵とハンマー部材とを連結することにより、鍵を押鍵操作した際に、速やかに鍵の押鍵力をハンマー部材に伝えるように構成されている。
【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、このような従来の鍵盤楽器では、鍵に設けられたハンマー保持部でハンマー部材の先端部を摺動可能に保持しているため、鍵を押鍵操作した際に、鍵の押鍵力がハンマー部材に速やかに伝わり、これに伴ってハンマー部材が鍵にアクション荷重である反力を速やかに伝えるので、アコ−スティックピアノのように、鍵を押鍵操作した際に、鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングが時間的に遅れて発生するという鍵タッチ感が得られず、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に比べて、異なった鍵タッチ感になるという問題がある。
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる鍵盤装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するために、次のような構成要素を備えている。
請求項１に記載の発明は、鍵盤シャーシと、この鍵盤シャーシ上に上下方向に回動可能に設けられた鍵と、この鍵の押鍵操作に応じて回動変位して前記鍵にアクション荷重を付与するハンマー部材と、このハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方に設けられ、且つ前記鍵の押鍵操作に応じて弾性変形する弾性部とを備えた鍵盤装置において、
前記鍵が押鍵操作されない初期状態で、前記ハンマー部材の回動支点から前記ハンマー部材に前記鍵が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、前記ハンマー部材の前記回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、前記ハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方の前記弾性部における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、前記水平方向の距離Ｌと前記慣性モーメントＩと前記弾性率Ｋとを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定し、
前記鍵を押鍵操作した際に、前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせたことを特徴とする鍵盤装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングの遅れ時間が、前記鍵の押鍵操作の開始時から、１０ミリ秒乃至２０ミリ秒の間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の鍵盤装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部が、前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部が、前記ハンマー部材の一部または全体に設けられ、前記鍵にアクション荷重を付与する際に前記ハンマー部材を撓み変形させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に弾性率がＫ１の第１弾性部を設け、前記ハンマー部材の一部または全体に弾性率がＫ２で撓み変形する第２弾性部を設けた構成である場合に、前記第１弾性部と前記第２弾性部との両者における鉛直方向の前記弾性率Ｋは、
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）
の関係に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ハンマー部材の回動支点からハンマー部材に鍵が接触する接触点までの水平方向の距離Ｌと、ハンマー部材の回動支点まわりの慣性モーメントＩと、ハンマー部材と鍵との少なくとも一方に設けられた弾性部における鉛直方向の弾性率Ｋとを最適な関係に設定して、鍵を押鍵操作した際にハンマー部材によって鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせることができる。このため、鍵を押鍵操作した際に、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明を適用した鍵盤装置の一実施形態を示した要部の断面図である。
【図２】図１の鍵盤装置においてハンマー部材が回動する際における各要部のパラメータを示した図である。
【図３】図２において鍵のハンマー保持部によって弾性部が弾性変形する状態を示し、（ａ）は鍵が押鍵操作されていない初期状態における弾性部の状態を示した要部の拡大断面図、（ｂ）は鍵が押鍵操作されて弾性部が弾性変形した状態を示した要部の拡大断面図である。
【図４】図２において鍵が押鍵操作されてハンマー部材が回動変位する際の変位量と時間との関係を示した特性図である。
【図５】図３の弾性部が押鍵操作に応じて弾性変形する原理を示し、（ａ）は鍵が押鍵操作されていない初期状態を示した模式図、（ｂ）は鍵が押鍵操作されて弾性部が最大に弾性変形した後にハンマー部材を押上げる状態を示した模式図である。
【図６】図５においてハンマー部材による反力のピークが現れる周期を示した図である。
【図７】図２の鍵盤装置において鍵を弱い力で押鍵操作した際の反力と時間との関係を示した特性図である。
【図８】図２の鍵盤装置において鍵を強い力で押鍵操作した際の反力と時間との関係を示した特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図８を参照して、この発明を適用した鍵盤装置の一実施形態について説明する。
この鍵盤装置は、図１に示すように、合成樹脂製の鍵盤シャーシ１と、この鍵盤シャーシ１上に上下方向に回動可能に配置された複数の鍵（白鍵と黒鍵、ただしここでは１つの白鍵について説明する。）２と、これら複数の鍵２にそれぞれアクション荷重を付与するハンマー部材３と、各鍵２の押鍵動作に応じてそれぞれオン信号を出力するゴムスイッチ４とを備えている。
【００１５】
鍵盤シャーシ１は、図１に示すように、楽器本体の下部ケース５上に配置されている。この鍵盤シャーシ１の前端部（図１では右端部）には、前脚部６が底部から上方に突出して形成されている。この前脚部６の前端部（図１では右端部）上には、鍵２の前側内部に挿入して鍵２の横振れを防ぐための鍵ガイド部７が設けられている。また、前脚部６の後部側（図１では左側部）には、ハンマー載置部８が前脚部６よりも低い高さで形成されている。
【００１６】
このハンマー載置部８の上部には、図１に示すように、ハンマー部材３を支持するためのハンマー支持部９が上方に突出して設けられている。このハンマー支持部９には、ハンマー部材３を回動可能に支持するための回動支点である支持軸９ａが設けられている。また、鍵盤シャーシ１の中間部つまりハンマー鍵載置部８の後部側（図１では左側）には、図１に示すように、基板載置部１０がハンマー載置部８よりも高く、且つ前脚部６よりも少し高い高さで形成されている。
【００１７】
この基板載置部１０の上面には、図１に示すように、ゴムスイッチ４を搭載するためのスイッチ基板１１が取り付けられている。この場合、基板載置部１０とハンマー載置部８との間には、立上り部１２が形成されており、この立上り部１２には、後述するハンマー部材３の前部側(図１では右側の端部)を挿入させてハンマー鍵載置部８の上方に配置させるためのハンマー挿入用の開口部１２ａが形成されている。
【００１８】
さらに、鍵盤シャーシ１の後部つまり基板載置部１０の後部側（図１では左側）には、図１に示すように、鍵載置部１３が基板載置部１０よりも少し高い高さで形成されている。この鍵載置部１３の上面には、鍵２の後端部を支持する鍵支持部１４が形成されている。この鍵支持部１４には、鍵２の後端部を上下方向に回動可能に支持する支持軸１４ａが設けられている。なお、鍵盤シャーシ１の鍵載置部１３の後端部には、図１に示すように、鍵盤シャーシ１の後端部を下部ケース５上に支持する後脚部１５が垂下されている。
【００１９】
一方、鍵２は、図１に示すように、その後端部（図１では左端部）が鍵盤シャーシ１の鍵載置部１３上に設けられた鍵支持部１４の支持軸１４ａに上下方向に回動可能に支持されている。この鍵２の中間部には、鍵盤シャーシ１の基板載置部１０上に取り付けられたスイッチ基板１１のゴムスイッチ４を押圧するためのスイッチ押圧部１６が下側に突出して形成されている。
【００２０】
この場合、ゴムスイッチ４は、図１に示すように、スイッチ基板１１上に配置されたゴムシートを備え、このゴムシートにドーム状の膨出部を鍵２のスイッチ押圧部１６に対応させて形成した構成になっている。これにより、ゴムスイッチ４は、ゴムシートの膨出部がスイッチ押圧部１６によって押圧された際に、膨出部が弾性変形して、その内部の可動接点がスイッチ基板１１上の固定接点に接触することにより、オン信号を出力するように構成されている。
【００２１】
また、この鍵２におけるスイッチ押圧部１６の前側（図１では右側）に位置する箇所には、図１に示すように、ハンマー保持部１７が鍵２の下側に向けて突出して形成されている。このハンマー保持部１７の下部は、ハンマー部材３の前端部(図１では右端部)に設けられた後述する弾性部２３が挿入する縦長の長方形の開口部１８が設けられている。この開口部１８は、ハンマー部材３の弾性部２３を摺動可能に保持して鍵２の押鍵操作に応じて弾性部２３を押し下げるように形成されている。
【００２２】
一方、ハンマー部材３は、図１に示すように、ハンマー本体２０と、このハンマー本体２０の後部（図１では左側部）に設けられた錘部２１と、ハンマー本体２０の前側下部（図１では右側下部）に設けられてハンマー本体２０を鍵盤シャーシ１のハンマー支持部９に設けられた回動支点である支持軸９ａに取り付けるための合成樹脂製の回動支持部２２と、ハンマー本体２０の前端部(図１では右端部)に設けられて押鍵操作時に弾性変形する弾性部２３とを備えている。
【００２３】
このハンマー部材３は、図１に示すように、ハンマー本体２０の弾性部２３を鍵盤シャーシ１の下側から立上り部１２の開口部１２ａに挿入させて、ハンマー載置部８の上側に配置し、この状態でハンマー本体２０の回動支持部２２をハンマー載置部８上に設けられたハンマー支持部９の支持軸９ａに回動可能に取り付けることにより、ハンマー本体２０がハンマー支持部９における回動支点である支持軸９ａを中心に上下方向に回動するように構成されている。
【００２４】
また、このハンマー部材３は、図１および図２に示すように、ハンマー本体２０の回動支持部２２がハンマー支持部９の支持軸９ａに回動可能に取り付けられた際に、ハンマー本体２０の前端部に設けられた弾性部２３が鍵２のハンマー保持部１７に形成された開口部１８内に摺動可能に挿入されるように構成されている。
【００２５】
これにより、ハンマー部材３は、図１および図２に示すように、鍵２が上方から押鍵操作されると、鍵２のハンマー保持部１７によってハンマー本体２０の弾性部２３が錘部２１の重量を含むハンマー本体２０の重心位置が回動支持部２２の回動中心であるハンマー支持部９の支持軸９ａから離れていることにより、そのハンマー本体２０の重心位置の重量に抗して押し下げられ、これに伴ってハンマー本体２０がハンマー支持部９の支持軸９ａを中心に時計回りに回動し、ハンマー本体２０の後部が鍵盤シャーシ１の鍵載置部１３の下面に設けられたフェルトなどの上限ストッパ２４に当接するように構成されている。
【００２６】
また、このハンマー部材３は、図１および図２に示すように、鍵２が押鍵操作されないときに、ハンマー本体２０が錘部２１の重量を含むハンマー本体２０の重心位置が回動支持部２２の回動中心であるハンマー支持部９の支持軸９ａから離れていることにより、そのハンマー本体２０の重心位置の重量によってハンマー支持部９の支持軸９ａを中心に反時計回りに回動し、ハンマー本体２０の後部が鍵盤シャーシ１の後側下部に設けられたフェルトなどの下限ストッパ２５に当接し、この状態で弾性部２３が鍵２のハンマー保持部１７を初期位置に押し上げるように構成されている。
【００２７】
この場合、ハンマー部材３の弾性部２３は、ウレタン樹脂などの弾性を有する合成樹脂によって形成されている。この弾性部２３は、図１に示すように、その上端面がハンマー保持部１７の開口部１８内における上部内面に弾性した状態で前後方向（図１では左右方向）に摺動すると共に、下端部がハンマー保持部１７の開口部１８内における下部内面に弾性した状態で前後方向（図１では左右方向）に摺動するように構成されている。
【００２８】
このため、ハンマー部材３は、図１および図２に示すように、鍵２が上方から押鍵操作されて、鍵２のハンマー保持部１７によってハンマー本体２０の弾性部２３が錘部２１の重量を含むハンマー本体２０の重心位置が回動支持部２２の回動中心であるハンマー支持部９の支持軸９ａから離れていることにより、そのハンマー本体２０の重心位置の重量に抗して押し下げられる際に、図３（ｂ）に示すように、弾性部２３が弾性変形し、その弾性変形が最大（δ０）になると、ハンマー部材３が回動支点である支持軸９ａを中心に回動を開始することにより、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重である反力のタイミングを遅らせるように構成されている。
【００２９】
すなわち、鍵２が押鍵操作されてハンマー部材３が回動する際には、弾性部２３が弾性変形するため、図４に示すように、弾性部２３が弾性変形している間は、ハンマー部材３の回動変位が小さく、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も小さいが、図３（ｂ)に示すように、弾性部２３の弾性変形が最大（δ０）になると、ハンマー部材３の回動変位が急に大きくなり、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も急に大きくなる。
【００３０】
このハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重の時間的な遅れは、弾性部２３が弾性変形することによって起こり、鍵２とハンマー部材３と弾性部２３との３者の相互関係によって決定される。このため、鍵２とハンマー部材３と弾性部２３との３者の相互関係について、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明する。この図５（ａ）および図５（ｂ）は、鍵２とハンマー部材３と弾性部２３との関係を原理的に示した模式図であり、説明の便宜上、鍵２とハンマー部材３とを上下反転させた状態で示している。
【００３１】
すなわち、鍵２が押鍵操作されない初期状態では、図５（ａ）に示すように、弾性部２３にハンマー部材３の重量（Ｈ）のみが加わっている。この状態で、鍵２が下側から上側に向けて押鍵操作されると、図５（ｂ）に示すように、弾性部２３は、鍵２の押鍵力によって圧縮された後、ハンマー部材３を弾力的に押上げる。このハンマー部材３を押上げる力は、鍵２に付与されるアクション荷重の反力であり、ハンマー部材３の慣性モーメント（Ｉ）とハンマー部材３の重力（重量Ｈ）との合成力である。
【００３２】
このため、弾性部２３は、鍵２の押鍵力、ハンマー部材３の慣性モーメント（Ｉ）、およびハンマー部材３の重量（Ｈ）によって圧縮変形する。このときの弾性部２３の弾性変形は、図４に示すように、ほぼ一定の振動周期をなし、この周期における最初の一部分であり、ハンマー部材３のアクション荷重である反力の加速度周期は、弾性部２３の弾性変形に基づくことにより、弾性部２３の振動周期を変えることで、ハンマー部材３による反力の周期を変えることが可能である。
【００３３】
このことから、ハンマー部材３による反力のピーク（最大値）が現れるタイミング（時間）は、図６に示すように、ほぼ一定の加速度周期であり、この加速度周期において加速度が正（＋）から負（−）に逆転する点（Ｐ）に設定する必要があり、これによりハンマー部材３による反力のピークが現れるタイミングを図６に示す加速度周期における前半の１／４の部分にする必要がある。
【００３４】
これに基づいて、ハンマー部材３による反力のピークが遅れて現れるタイミングを理論的な式で求める場合について述べる。
この理論的な式を求めるためには、まず、図２において、ハンマー部材３の回動支点である支持軸９ａからハンマー部材３の弾性部２３に鍵２のハンマー保持部１７が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３の重心Ｇまでの距離をＲとし、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、ハンマー部材３の全体の重量をＨとする。
【００３５】
この条件においてハンマー部材３が回動し始める瞬間では、弾性部２３の弾性変形（弾性変形量δ）が最大（δ０）になり、その反力（Ｓ）は、ハンマー部材３の自重（重量Ｈ）と釣り合うことにより、
Ｓ＝（Ｒ／Ｌ）・Ｈ ・・・・式１
が成立する。
【００３６】
また、このときの反力（Ｓ）は、弾性部２３の鉛直方向の弾性率をＫとすると、
Ｓ＝Ｋ・δ０ ・・・・式２
が成立する。
この式１、式２が等しいことにより、
Ｓ＝（Ｒ／Ｌ）・Ｈ＝Ｋ・δ０ ・・・・式３
が得られる。
【００３７】
また、鍵２を押鍵操作して鍵２が下側に変位して行く際に、弾性部２３の弾性変形がδだけ増加し、その反力（Ｓ）がＫ・δだけ増加すれば、ハンマー部材３の弾性部２３による反力（Ｓ）は、
Ｓ＝（Ｋ・δ０）＋（Ｋ・δ） ・・・・式４
となる。この場合、弾性部２３の弾性変形（δ）が増加するときに、ハンマー部材３が回動する角度をθ（ラジアン）とすれば、弾性部２３の弾性変形（δ）は、
δ＝Ｌ・ｓｉｎθ ・・・・式５
となる。
【００３８】
この場合、ハンマー部材３の回動角度（θ）は微小であるから、ｓｉｎθ＝θとすると、
δ＝Ｌ・θ ・・・・式６
となる。
そして、式３と式６とを式４に代入すると、
Ｓ＝｛（Ｒ／Ｌ）・Ｈ｝＋（Ｋ・Ｌ・θ） ・・・・式７
が得られる。
【００３９】
一方、ハンマー部材３の運動方程式を作るにあたり、ハンマー部材３の回動支点（支持軸９ａ）を中心として、ハンマー部材３の重心（Ｇ）側の力のモーメント（Ｈ・Ｒ）と、ハンマー部材３の弾性部２３側の力のモーメント（Ｓ・Ｌ）との差が、ハンマー部材３が回動する際の慣性モーメントＩと角加速度θ"との積（Ｉ・θ"）に等しいと考えると、（但し、θ"＝（ｄ２θ／ｄｔ２）である）
Ｉ・θ"＝（Ｈ・Ｒ）−（Ｓ・Ｌ） ・・・・式８
が成立し、この式８に式７を代入して整理すると、
（Ｉ・θ"）＋（Ｋ・Ｌ２・θ）＝０ ・・・・式９
が得られる。
【００４０】
ここで、ハンマー部材３の運動周期（Ｔ）は、図６に示すように、サインカーブであることにより、
Ｔ＝２π・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝ ・・・・式１０
が成立する。
この運動周期（Ｔ）において、ハンマー部材３の反力が最大になるまでの部分的な周期（Ｑ）は、運動周期（Ｔ）の１／４であることにより、
Ｑ＝（１／４）・２π・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝
＝（π／２）・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝ ・・・・式１１
となる。
【００４１】
この１／４周期（Ｑ）は、ハンマー部材３の反力（Ｓ）が最大になるまでの時間であり、この１／４周期（Ｑ）がアコ−スティックピアノの鍵タッチにおける反力の最大になるように、ハンマー部材３の回動支持部２２である回動支点まわりの慣性モーメント（Ｉ）、弾性部２３の鉛直方向の弾性率（Ｋ）、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３の弾性部２３に鍵２のハンマー保持部１７が接触する接触点までの水平方向の距離（Ｌ）を設定する必要がある。
【００４２】
すなわち、アコ−スティックピアノの鍵タッチにおいて反力が最大になるタイミングは、弱打における反力のピーク時間（図７に示すＴ１）と、強打における反力のピーク時間（図８に示すＴ２）とで大きな差はなく、概ね１０ミリ秒から２０ミリ秒（以降ではｍｓｅｃと称する。）の間であることにより、１／４周期（Ｑ）を１０ｍｓｅｃ以上で、２０ｍｓｅｃ以下に設定することが望ましい。
【００４３】
このことをハンマー部材３の慣性モーメント（Ｉ）と水平方向の距離（Ｌ）とで現す場合には、式１１の（Ｉ／Ｌ２）をＡに置き換えて整理すると、１／４周期（Ｑ）は、
Ｑ＝（π／２）・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝＝（π／２）・√（Ａ／Ｋ）
・・・・式１２
となる。
【００４４】
この式１２の両辺を２乗してＡを求めると、
Ａ＝Ｑ２・（２／π）２・Ｋ ・・・・式１３
が得られる。
この式１３において、１／４周期（Ｑ）が１０ｍｓｅｃであるときのＡは、
Ａ＝（Ｉ／Ｌ２）＝（２／π）２・Ｋ・１０−４ ・・・・式１４
である。
【００４５】
また、１／４周期（Ｑ）が２０ｍｓｅｃであるときのＡは、
Ａ＝（Ｉ／Ｌ２）＝４・（２／π）２・Ｋ・１０−４ ・・・・式１５
となる。
この式１４、式１５により部分周期（Ｑ）を１０ｍｓｅｃ以上で、２０ｍｓｅｃ以下に設定する式を求めると、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
・・・・式１６
が得られる。
【００４６】
次に、この鍵盤装置の作用について説明する。
この鍵盤装置では、鍵２を押鍵操作すると、鍵２が鍵盤シャーシ１の鍵支持部１４の支持軸１４ａを中心に図２において時計回りに回動し、鍵２のハンマー保持部１７がハンマー部材３の弾性部２３を押し下げる。すると、弾性部２３は弾性変形した後に、ハンマー部材３が鍵盤シャーシ１のハンマー支持部９における回動支点である支持軸９ａを中心に図２において時計回りに回動し、所定時間遅れて鍵２にアクション荷重を付与する。
【００４７】
すなわち、鍵２が押鍵操作されてハンマー部材３が回動する際には、弾性部２３が弾性変形するため、図４に示すように、弾性部２３が弾性変形している間は、ハンマー部材３の回動変位が小さく、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も小さい。
【００４８】
この後、弾性部２３の弾性変形が最大（δ０）になると、ハンマー部材３の回動変位が急に大きくなり、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も急に大きくなる。これにより、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重が最大（ピーク）になるタイミングが遅れる。
【００４９】
このハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重である反力が最大になるタイミングの遅れは、弾性部２３が弾性変形することにより起こり、その遅れ時間は、前述した式１６に基づいて、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３に鍵２の弾性部２３が接触する接触点までの水平方向の距離（Ｌ）、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメント（Ｉ）、鍵２が接触するハンマー部材３の弾性部２３における鉛直方向の弾性率（Ｋ）を設定したことにより、１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間にすることができる。
【００５０】
このため、この鍵盤装置では、鍵２を押鍵操作した際に、図７および図８に示すように、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを、鍵２の押鍵操作の開始時から、１０ｍｓｅｃ乃至２０ｍｓｅｃの間の時間だけ遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５１】
このように、この鍵盤装置によれば、鍵２が押鍵操作されない初期状態で、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３に鍵２の弾性部２３が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、鍵２に接触するハンマー部材３の弾性部２３における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、水平方向の距離（Ｌ）と慣性モーメント（Ｉ）と弾性率（Ｋ）とを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定したことにより、水平方向の距離（Ｌ）と慣性モーメント（Ｉ）と弾性率（Ｋ）とを最適な関係に設定することができる。
【００５２】
このため、鍵２を押鍵操作した際にハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせることができる。これにより、鍵２を押鍵した際に、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５３】
この場合、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングの遅れ時間は、鍵２の押鍵操作の開始時から、１０ｍｓｅｃ乃至２０ｍｓｅｃの間に設定されていることにより、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間の時間で、確実に遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５４】
なお、前述した一実施形態では、ハンマー部材３の先端部に弾性部２３を設け、この弾性部２３を鍵２のハンマー保持部１７の開口部１８内における下部内面に弾性した状態で摺動可能に保持し、鍵２を押鍵操作した際に弾性部２３が弾性変形するように構成した場合について述べたが、これに限らず、例えば鍵２のハンマー保持部１７に弾性部を設けても良く、またハンマー保持部１７自体が鉛直方向に弾性変形するように構成しても良い。この場合にも、ハンマー保持部１７の弾性部の弾性率（Ｋ）またはハンマー保持部１７自体が鉛直方向に弾性変形する弾性率（Ｋ）は、前記実施形態の式１６に適合するように設定すれば良い。
【００５５】
また、前記実施形態では、ハンマー部材３の先端部に弾性部２３を設けた場合について述べたが、これに限らず、例えばハンマー部材３の先端部を除くハンマー本体２０の一部を弾性部として形成しても良く、またはハンマー部材３のハンマー本体２０全体を撓み変形する弾性部として形成した構成にしても良い。この場合、ハンマー部材３の先端部を除く一部とは、例えばハンマー本体２０におけるハンマー保持部１７のことであり、このハンマー保持部１７を弾性材料で弾性部として形成して、押鍵操作に応じて鍵２にアクション荷重を付与する際にハンマー保持部１７が弾性変形するように構成しても良い。
【００５６】
また、ハンマー部材３のハンマー本体２０全体を弾性材料で撓み変形する弾性部として形成して、押鍵操作に応じて鍵２にアクション荷重を付与する際にハンマー本体２０の全体が撓み変形するように構成しても良い。この場合においても、ハンマー部材３の先端部を除く一部に設けられたハンマー保持部１７の弾性率（Ｋ）、またはハンマー本体２０全体が撓み変形する弾性率（Ｋ）は、前記実施形態の式１６に適合するように設定すれば良い。
【００５７】
このように構成しても、前述した一実施形態と同様、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間の時間で、確実に遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５８】
さらに、これに限らず、例えば、ハンマー部材３と鍵２との接触部分における少なくとも一方に弾性率がＫ１の弾性部を設け、ハンマー部材３のハンマー本体２０の一部または全体を弾性率がＫ２で弾性変形する弾性部として形成した構成にしても良い。この場合には、ハンマー部材３と鍵２との接触部分における少なくとも一方の弾性部の弾性率（Ｋ１）と、ハンマー本体２０の一部または全体の弾性率（Ｋ２）とは、その両者の合成弾性率（Ｋ）が、
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）
の関係に設定されていれば良い。
【００５９】
このように構成しても、前述した一実施形態と同様、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間の時間で、確実に遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００６０】
なお、前記した一実施形態およびその各変形例では、弾性部２３の弾性変形（δ）が増加するときに、ハンマー部材３が回動する角度をθ（ラジアン）とすると、弾性部２３の弾性変形（δ）は、
δ＝Ｌ・ｓｉｎθ ・・・・式５
となり、ハンマー部材３の回動角度（θ）が微小であるから、ｓｉｎθ＝θとすると、
δ＝Ｌ・θ ・・・・式６
として計算した場合について述べたが、必ずしもｓｉｎθ＝θとして計算する必要はなく、
δ＝Ｌ・ｓｉｎθ ・・・・式５
として計算しても良い。
【００６１】
また、前述した一実施形態では、ハンマー部材３の回動支持部２２を鍵盤シャーシ１のハンマー支持部９の支持軸９ａに回動可能に取り付けた場合について述べたが、これに限らず、例えば楽器本体の下部ケース５上にハンマー支持部９を独立させて設け、このハンマー支持部９の支持軸９ａにハンマー部材３の回動支持部２２を回動可能に取り付けた構成でも良い。このような構成であっても、前述した一実施形態と同様の作用効果がある。
【符号の説明】
【００６２】
１ 鍵盤シャーシ
２ 鍵
３ ハンマー部材
９ ハンマー支持部
９ａ 支持軸
１４ 鍵支持部
１７ ハンマー保持部
２０ ハンマー本体
２１ 錘部
２２ 回動支持部
２３ 弾性部
Ｋ 弾性率
Ｉ 慣性モーメント
Ｌ 水平方向の距離
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子ピアノなどの鍵盤楽器に用いられる鍵盤装置に関し、更に詳しくは押鍵操作に応じて鍵にアクション荷重を付与する鍵盤装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鍵盤楽器においては、特許文献１に記載されているように、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近似した鍵タッチ感を得るために、鍵盤シャーシ上に鍵を上下方向に回動可能に設けると共に、この鍵盤シャーシにハンマー部材を上下方向に回動可能に設け、鍵を押鍵操作した際に、その鍵の押鍵操作に応じてハンマー部材が回動変位して鍵にアクション荷重を付与するように構成されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６６８７号公報
【０００４】
このような鍵盤楽器においては、鍵を押鍵操作した際に、その押鍵力をハンマー部材に確実に伝えるために、鍵にハンマー保持部を設け、このハンマー保持部でハンマー部材の先端部を摺動可能に保持して、鍵とハンマー部材とを連結することにより、鍵を押鍵操作した際に、速やかに鍵の押鍵力をハンマー部材に伝えるように構成されている。
【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、このような従来の鍵盤楽器では、鍵に設けられたハンマー保持部でハンマー部材の先端部を摺動可能に保持しているため、鍵を押鍵操作した際に、鍵の押鍵力がハンマー部材に速やかに伝わり、これに伴ってハンマー部材が鍵にアクション荷重である反力を速やかに伝えるので、アコ−スティックピアノのように、鍵を押鍵操作した際に、鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングが時間的に遅れて発生するという鍵タッチ感が得られず、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に比べて、異なった鍵タッチ感になるという問題がある。
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる鍵盤装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記課題を解決するために、次のような構成要素を備えている。
請求項１に記載の発明は、鍵盤シャーシと、この鍵盤シャーシ上に上下方向に回動可能に設けられた鍵と、この鍵の押鍵操作に応じて回動変位して前記鍵にアクション荷重を付与するハンマー部材と、このハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方に設けられ、且つ前記鍵の押鍵操作に応じて弾性変形する弾性部とを備えた鍵盤装置において、
前記鍵が押鍵操作されない初期状態で、前記ハンマー部材の回動支点から前記ハンマー部材に前記鍵が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、前記ハンマー部材の前記回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、前記ハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方の前記弾性部における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、前記水平方向の距離Ｌと前記慣性モーメントＩと前記弾性率Ｋとを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定し、
前記鍵を押鍵操作した際に、前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせたことを特徴とする鍵盤装置である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングの遅れ時間が、前記鍵の押鍵操作の開始時から、１０ミリ秒乃至２０ミリ秒の間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の鍵盤装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部が、前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部が、前記ハンマー部材の一部または全体に設けられ、前記鍵にアクション荷重を付与する際に前記ハンマー部材を撓み変形させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置である。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に弾性率がＫ１の第１弾性部を設け、前記ハンマー部材の一部または全体に弾性率がＫ２で撓み変形する第２弾性部を設けた構成である場合に、前記第１弾性部と前記第２弾性部との両者における鉛直方向の前記弾性率Ｋは、
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）
の関係に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、ハンマー部材の回動支点からハンマー部材に鍵が接触する接触点までの水平方向の距離Ｌと、ハンマー部材の回動支点まわりの慣性モーメントＩと、ハンマー部材と鍵との少なくとも一方に設けられた弾性部における鉛直方向の弾性率Ｋとを最適な関係に設定して、鍵を押鍵操作した際にハンマー部材によって鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせることができる。このため、鍵を押鍵操作した際に、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明を適用した鍵盤装置の一実施形態を示した要部の断面図である。
【図２】図１の鍵盤装置においてハンマー部材が回動する際における各要部のパラメータを示した図である。
【図３】図２において鍵のハンマー保持部によって弾性部が弾性変形する状態を示し、（ａ）は鍵が押鍵操作されていない初期状態における弾性部の状態を示した要部の拡大断面図、（ｂ）は鍵が押鍵操作されて弾性部が弾性変形した状態を示した要部の拡大断面図である。
【図４】図２において鍵が押鍵操作されてハンマー部材が回動変位する際の変位量と時間との関係を示した特性図である。
【図５】図３の弾性部が押鍵操作に応じて弾性変形する原理を示し、（ａ）は鍵が押鍵操作されていない初期状態を示した模式図、（ｂ）は鍵が押鍵操作されて弾性部が最大に弾性変形した後にハンマー部材を押上げる状態を示した模式図である。
【図６】図５においてハンマー部材による反力のピークが現れる周期を示した図である。
【図７】図２の鍵盤装置において鍵を弱い力で押鍵操作した際の反力と時間との関係を示した特性図である。
【図８】図２の鍵盤装置において鍵を強い力で押鍵操作した際の反力と時間との関係を示した特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図８を参照して、この発明を適用した鍵盤装置の一実施形態について説明する。
この鍵盤装置は、図１に示すように、合成樹脂製の鍵盤シャーシ１と、この鍵盤シャーシ１上に上下方向に回動可能に配置された複数の鍵（白鍵と黒鍵、ただしここでは１つの白鍵について説明する。）２と、これら複数の鍵２にそれぞれアクション荷重を付与するハンマー部材３と、各鍵２の押鍵動作に応じてそれぞれオン信号を出力するゴムスイッチ４とを備えている。
【００１５】
鍵盤シャーシ１は、図１に示すように、楽器本体の下部ケース５上に配置されている。この鍵盤シャーシ１の前端部（図１では右端部）には、前脚部６が底部から上方に突出して形成されている。この前脚部６の前端部（図１では右端部）上には、鍵２の前側内部に挿入して鍵２の横振れを防ぐための鍵ガイド部７が設けられている。また、前脚部６の後部側（図１では左側部）には、ハンマー載置部８が前脚部６よりも低い高さで形成されている。
【００１６】
このハンマー載置部８の上部には、図１に示すように、ハンマー部材３を支持するためのハンマー支持部９が上方に突出して設けられている。このハンマー支持部９には、ハンマー部材３を回動可能に支持するための回動支点である支持軸９ａが設けられている。また、鍵盤シャーシ１の中間部つまりハンマー鍵載置部８の後部側（図１では左側）には、図１に示すように、基板載置部１０がハンマー載置部８よりも高く、且つ前脚部６よりも少し高い高さで形成されている。
【００１７】
この基板載置部１０の上面には、図１に示すように、ゴムスイッチ４を搭載するためのスイッチ基板１１が取り付けられている。この場合、基板載置部１０とハンマー載置部８との間には、立上り部１２が形成されており、この立上り部１２には、後述するハンマー部材３の前部側(図１では右側の端部)を挿入させてハンマー鍵載置部８の上方に配置させるためのハンマー挿入用の開口部１２ａが形成されている。
【００１８】
さらに、鍵盤シャーシ１の後部つまり基板載置部１０の後部側（図１では左側）には、図１に示すように、鍵載置部１３が基板載置部１０よりも少し高い高さで形成されている。この鍵載置部１３の上面には、鍵２の後端部を支持する鍵支持部１４が形成されている。この鍵支持部１４には、鍵２の後端部を上下方向に回動可能に支持する支持軸１４ａが設けられている。なお、鍵盤シャーシ１の鍵載置部１３の後端部には、図１に示すように、鍵盤シャーシ１の後端部を下部ケース５上に支持する後脚部１５が垂下されている。
【００１９】
一方、鍵２は、図１に示すように、その後端部（図１では左端部）が鍵盤シャーシ１の鍵載置部１３上に設けられた鍵支持部１４の支持軸１４ａに上下方向に回動可能に支持されている。この鍵２の中間部には、鍵盤シャーシ１の基板載置部１０上に取り付けられたスイッチ基板１１のゴムスイッチ４を押圧するためのスイッチ押圧部１６が下側に突出して形成されている。
【００２０】
この場合、ゴムスイッチ４は、図１に示すように、スイッチ基板１１上に配置されたゴムシートを備え、このゴムシートにドーム状の膨出部を鍵２のスイッチ押圧部１６に対応させて形成した構成になっている。これにより、ゴムスイッチ４は、ゴムシートの膨出部がスイッチ押圧部１６によって押圧された際に、膨出部が弾性変形して、その内部の可動接点がスイッチ基板１１上の固定接点に接触することにより、オン信号を出力するように構成されている。
【００２１】
また、この鍵２におけるスイッチ押圧部１６の前側（図１では右側）に位置する箇所には、図１に示すように、ハンマー保持部１７が鍵２の下側に向けて突出して形成されている。このハンマー保持部１７の下部は、ハンマー部材３の前端部(図１では右端部)に設けられた後述する弾性部２３が挿入する縦長の長方形の開口部１８が設けられている。この開口部１８は、ハンマー部材３の弾性部２３を摺動可能に保持して鍵２の押鍵操作に応じて弾性部２３を押し下げるように形成されている。
【００２２】
一方、ハンマー部材３は、図１に示すように、ハンマー本体２０と、このハンマー本体２０の後部（図１では左側部）に設けられた錘部２１と、ハンマー本体２０の前側下部（図１では右側下部）に設けられてハンマー本体２０を鍵盤シャーシ１のハンマー支持部９に設けられた回動支点である支持軸９ａに取り付けるための合成樹脂製の回動支持部２２と、ハンマー本体２０の前端部(図１では右端部)に設けられて押鍵操作時に弾性変形する弾性部２３とを備えている。
【００２３】
このハンマー部材３は、図１に示すように、ハンマー本体２０の弾性部２３を鍵盤シャーシ１の下側から立上り部１２の開口部１２ａに挿入させて、ハンマー載置部８の上側に配置し、この状態でハンマー本体２０の回動支持部２２をハンマー載置部８上に設けられたハンマー支持部９の支持軸９ａに回動可能に取り付けることにより、ハンマー本体２０がハンマー支持部９における回動支点である支持軸９ａを中心に上下方向に回動するように構成されている。
【００２４】
また、このハンマー部材３は、図１および図２に示すように、ハンマー本体２０の回動支持部２２がハンマー支持部９の支持軸９ａに回動可能に取り付けられた際に、ハンマー本体２０の前端部に設けられた弾性部２３が鍵２のハンマー保持部１７に形成された開口部１８内に摺動可能に挿入されるように構成されている。
【００２５】
これにより、ハンマー部材３は、図１および図２に示すように、鍵２が上方から押鍵操作されると、鍵２のハンマー保持部１７によってハンマー本体２０の弾性部２３が錘部２１の重量を含むハンマー本体２０の重心位置が回動支持部２２の回動中心であるハンマー支持部９の支持軸９ａから離れていることにより、そのハンマー本体２０の重心位置の重量に抗して押し下げられ、これに伴ってハンマー本体２０がハンマー支持部９の支持軸９ａを中心に時計回りに回動し、ハンマー本体２０の後部が鍵盤シャーシ１の鍵載置部１３の下面に設けられたフェルトなどの上限ストッパ２４に当接するように構成されている。
【００２６】
また、このハンマー部材３は、図１および図２に示すように、鍵２が押鍵操作されないときに、ハンマー本体２０が錘部２１の重量を含むハンマー本体２０の重心位置が回動支持部２２の回動中心であるハンマー支持部９の支持軸９ａから離れていることにより、そのハンマー本体２０の重心位置の重量によってハンマー支持部９の支持軸９ａを中心に反時計回りに回動し、ハンマー本体２０の後部が鍵盤シャーシ１の後側下部に設けられたフェルトなどの下限ストッパ２５に当接し、この状態で弾性部２３が鍵２のハンマー保持部１７を初期位置に押し上げるように構成されている。
【００２７】
この場合、ハンマー部材３の弾性部２３は、ウレタン樹脂などの弾性を有する合成樹脂によって形成されている。この弾性部２３は、図１に示すように、その上端面がハンマー保持部１７の開口部１８内における上部内面に弾性した状態で前後方向（図１では左右方向）に摺動すると共に、下端部がハンマー保持部１７の開口部１８内における下部内面に弾性した状態で前後方向（図１では左右方向）に摺動するように構成されている。
【００２８】
このため、ハンマー部材３は、図１および図２に示すように、鍵２が上方から押鍵操作されて、鍵２のハンマー保持部１７によってハンマー本体２０の弾性部２３が錘部２１の重量を含むハンマー本体２０の重心位置が回動支持部２２の回動中心であるハンマー支持部９の支持軸９ａから離れていることにより、そのハンマー本体２０の重心位置の重量に抗して押し下げられる際に、図３（ｂ）に示すように、弾性部２３が弾性変形し、その弾性変形が最大（δ０）になると、ハンマー部材３が回動支点である支持軸９ａを中心に回動を開始することにより、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重である反力のタイミングを遅らせるように構成されている。
【００２９】
すなわち、鍵２が押鍵操作されてハンマー部材３が回動する際には、弾性部２３が弾性変形するため、図４に示すように、弾性部２３が弾性変形している間は、ハンマー部材３の回動変位が小さく、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も小さいが、図３（ｂ)に示すように、弾性部２３の弾性変形が最大（δ０）になると、ハンマー部材３の回動変位が急に大きくなり、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も急に大きくなる。
【００３０】
このハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重の時間的な遅れは、弾性部２３が弾性変形することによって起こり、鍵２とハンマー部材３と弾性部２３との３者の相互関係によって決定される。このため、鍵２とハンマー部材３と弾性部２３との３者の相互関係について、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して説明する。この図５（ａ）および図５（ｂ）は、鍵２とハンマー部材３と弾性部２３との関係を原理的に示した模式図であり、説明の便宜上、鍵２とハンマー部材３とを上下反転させた状態で示している。
【００３１】
すなわち、鍵２が押鍵操作されない初期状態では、図５（ａ）に示すように、弾性部２３にハンマー部材３の重量（Ｈ）のみが加わっている。この状態で、鍵２が下側から上側に向けて押鍵操作されると、図５（ｂ）に示すように、弾性部２３は、鍵２の押鍵力によって圧縮された後、ハンマー部材３を弾力的に押上げる。このハンマー部材３を押上げる力は、鍵２に付与されるアクション荷重の反力であり、ハンマー部材３の慣性モーメント（Ｉ）とハンマー部材３の重力（重量Ｈ）との合成力である。
【００３２】
このため、弾性部２３は、鍵２の押鍵力、ハンマー部材３の慣性モーメント（Ｉ）、およびハンマー部材３の重量（Ｈ）によって圧縮変形する。このときの弾性部２３の弾性変形は、図４に示すように、ほぼ一定の振動周期をなし、この周期における最初の一部分であり、ハンマー部材３のアクション荷重である反力の加速度周期は、弾性部２３の弾性変形に基づくことにより、弾性部２３の振動周期を変えることで、ハンマー部材３による反力の周期を変えることが可能である。
【００３３】
このことから、ハンマー部材３による反力のピーク（最大値）が現れるタイミング（時間）は、図６に示すように、ほぼ一定の加速度周期であり、この加速度周期において加速度が正（＋）から負（−）に逆転する点（Ｐ）に設定する必要があり、これによりハンマー部材３による反力のピークが現れるタイミングを図６に示す加速度周期における前半の１／４の部分にする必要がある。
【００３４】
これに基づいて、ハンマー部材３による反力のピークが遅れて現れるタイミングを理論的な式で求める場合について述べる。
この理論的な式を求めるためには、まず、図２において、ハンマー部材３の回動支点である支持軸９ａからハンマー部材３の弾性部２３に鍵２のハンマー保持部１７が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３の重心Ｇまでの距離をＲとし、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、ハンマー部材３の全体の重量をＨとする。
【００３５】
この条件においてハンマー部材３が回動し始める瞬間では、弾性部２３の弾性変形（弾性変形量δ）が最大（δ０）になり、その反力（Ｓ）は、ハンマー部材３の自重（重量Ｈ）と釣り合うことにより、
Ｓ＝（Ｒ／Ｌ）・Ｈ ・・・・式１
が成立する。
【００３６】
また、このときの反力（Ｓ）は、弾性部２３の鉛直方向の弾性率をＫとすると、
Ｓ＝Ｋ・δ０ ・・・・式２
が成立する。
この式１、式２が等しいことにより、
Ｓ＝（Ｒ／Ｌ）・Ｈ＝Ｋ・δ０ ・・・・式３
が得られる。
【００３７】
また、鍵２を押鍵操作して鍵２が下側に変位して行く際に、弾性部２３の弾性変形がδだけ増加し、その反力（Ｓ）がＫ・δだけ増加すれば、ハンマー部材３の弾性部２３による反力（Ｓ）は、
Ｓ＝（Ｋ・δ０）＋（Ｋ・δ） ・・・・式４
となる。この場合、弾性部２３の弾性変形（δ）が増加するときに、ハンマー部材３が回動する角度をθ（ラジアン）とすれば、弾性部２３の弾性変形（δ）は、
δ＝Ｌ・ｓｉｎθ ・・・・式５
となる。
【００３８】
この場合、ハンマー部材３の回動角度（θ）は微小であるから、ｓｉｎθ＝θとすると、
δ＝Ｌ・θ ・・・・式６
となる。
そして、式３と式６とを式４に代入すると、
Ｓ＝｛（Ｒ／Ｌ）・Ｈ｝＋（Ｋ・Ｌ・θ） ・・・・式７
が得られる。
【００３９】
一方、ハンマー部材３の運動方程式を作るにあたり、ハンマー部材３の回動支点（支持軸９ａ）を中心として、ハンマー部材３の重心（Ｇ）側の力のモーメント（Ｈ・Ｒ）と、ハンマー部材３の弾性部２３側の力のモーメント（Ｓ・Ｌ）との差が、ハンマー部材３が回動する際の慣性モーメントＩと角加速度θ"との積（Ｉ・θ"）に等しいと考えると、（但し、θ"＝（ｄ２θ／ｄｔ２）である）
Ｉ・θ"＝（Ｈ・Ｒ）−（Ｓ・Ｌ） ・・・・式８
が成立し、この式８に式７を代入して整理すると、
（Ｉ・θ"）＋（Ｋ・Ｌ２・θ）＝０ ・・・・式９
が得られる。
【００４０】
ここで、ハンマー部材３の運動周期（Ｔ）は、図６に示すように、サインカーブであることにより、
Ｔ＝２π・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝ ・・・・式１０
が成立する。
この運動周期（Ｔ）において、ハンマー部材３の反力が最大になるまでの部分的な周期（Ｑ）は、運動周期（Ｔ）の１／４であることにより、
Ｑ＝（１／４）・２π・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝
＝（π／２）・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝ ・・・・式１１
となる。
【００４１】
この１／４周期（Ｑ）は、ハンマー部材３の反力（Ｓ）が最大になるまでの時間であり、この１／４周期（Ｑ）がアコ−スティックピアノの鍵タッチにおける反力の最大になるように、ハンマー部材３の回動支持部２２である回動支点まわりの慣性モーメント（Ｉ）、弾性部２３の鉛直方向の弾性率（Ｋ）、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３の弾性部２３に鍵２のハンマー保持部１７が接触する接触点までの水平方向の距離（Ｌ）を設定する必要がある。
【００４２】
すなわち、アコ−スティックピアノの鍵タッチにおいて反力が最大になるタイミングは、弱打における反力のピーク時間（図７に示すＴ１）と、強打における反力のピーク時間（図８に示すＴ２）とで大きな差はなく、概ね１０ミリ秒から２０ミリ秒（以降ではｍｓｅｃと称する。）の間であることにより、１／４周期（Ｑ）を１０ｍｓｅｃ以上で、２０ｍｓｅｃ以下に設定することが望ましい。
【００４３】
このことをハンマー部材３の慣性モーメント（Ｉ）と水平方向の距離（Ｌ）とで現す場合には、式１１の（Ｉ／Ｌ２）をＡに置き換えて整理すると、１／４周期（Ｑ）は、
Ｑ＝（π／２）・√｛Ｉ／（Ｋ・Ｌ２）｝＝（π／２）・√（Ａ／Ｋ）
・・・・式１２
となる。
【００４４】
この式１２の両辺を２乗してＡを求めると、
Ａ＝Ｑ２・（２／π）２・Ｋ ・・・・式１３
が得られる。
この式１３において、１／４周期（Ｑ）が１０ｍｓｅｃであるときのＡは、
Ａ＝（Ｉ／Ｌ２）＝（２／π）２・Ｋ・１０−４ ・・・・式１４
である。
【００４５】
また、１／４周期（Ｑ）が２０ｍｓｅｃであるときのＡは、
Ａ＝（Ｉ／Ｌ２）＝４・（２／π）２・Ｋ・１０−４ ・・・・式１５
となる。
この式１４、式１５により部分周期（Ｑ）を１０ｍｓｅｃ以上で、２０ｍｓｅｃ以下に設定する式を求めると、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
・・・・式１６
が得られる。
【００４６】
次に、この鍵盤装置の作用について説明する。
この鍵盤装置では、鍵２を押鍵操作すると、鍵２が鍵盤シャーシ１の鍵支持部１４の支持軸１４ａを中心に図２において時計回りに回動し、鍵２のハンマー保持部１７がハンマー部材３の弾性部２３を押し下げる。すると、弾性部２３は弾性変形した後に、ハンマー部材３が鍵盤シャーシ１のハンマー支持部９における回動支点である支持軸９ａを中心に図２において時計回りに回動し、所定時間遅れて鍵２にアクション荷重を付与する。
【００４７】
すなわち、鍵２が押鍵操作されてハンマー部材３が回動する際には、弾性部２３が弾性変形するため、図４に示すように、弾性部２３が弾性変形している間は、ハンマー部材３の回動変位が小さく、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も小さい。
【００４８】
この後、弾性部２３の弾性変形が最大（δ０）になると、ハンマー部材３の回動変位が急に大きくなり、これに伴ってハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重である反力も急に大きくなる。これにより、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重が最大（ピーク）になるタイミングが遅れる。
【００４９】
このハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重である反力が最大になるタイミングの遅れは、弾性部２３が弾性変形することにより起こり、その遅れ時間は、前述した式１６に基づいて、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３に鍵２の弾性部２３が接触する接触点までの水平方向の距離（Ｌ）、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメント（Ｉ）、鍵２が接触するハンマー部材３の弾性部２３における鉛直方向の弾性率（Ｋ）を設定したことにより、１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間にすることができる。
【００５０】
このため、この鍵盤装置では、鍵２を押鍵操作した際に、図７および図８に示すように、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを、鍵２の押鍵操作の開始時から、１０ｍｓｅｃ乃至２０ｍｓｅｃの間の時間だけ遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５１】
このように、この鍵盤装置によれば、鍵２が押鍵操作されない初期状態で、ハンマー部材３の回動支点からハンマー部材３に鍵２の弾性部２３が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、ハンマー部材３の回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、鍵２に接触するハンマー部材３の弾性部２３における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、水平方向の距離（Ｌ）と慣性モーメント（Ｉ）と弾性率（Ｋ）とを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定したことにより、水平方向の距離（Ｌ）と慣性モーメント（Ｉ）と弾性率（Ｋ）とを最適な関係に設定することができる。
【００５２】
このため、鍵２を押鍵操作した際にハンマー部材３が鍵２に付与するアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせることができる。これにより、鍵２を押鍵した際に、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５３】
この場合、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングの遅れ時間は、鍵２の押鍵操作の開始時から、１０ｍｓｅｃ乃至２０ｍｓｅｃの間に設定されていることにより、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間の時間で、確実に遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５４】
なお、前述した一実施形態では、ハンマー部材３の先端部に弾性部２３を設け、この弾性部２３を鍵２のハンマー保持部１７の開口部１８内における下部内面に弾性した状態で摺動可能に保持し、鍵２を押鍵操作した際に弾性部２３が弾性変形するように構成した場合について述べたが、これに限らず、例えば鍵２のハンマー保持部１７に弾性部を設けても良く、またハンマー保持部１７自体が鉛直方向に弾性変形するように構成しても良い。この場合にも、ハンマー保持部１７の弾性部の弾性率（Ｋ）またはハンマー保持部１７自体が鉛直方向に弾性変形する弾性率（Ｋ）は、前記実施形態の式１６に適合するように設定すれば良い。
【００５５】
また、前記実施形態では、ハンマー部材３の先端部に弾性部２３を設けた場合について述べたが、これに限らず、例えばハンマー部材３の先端部を除くハンマー本体２０の一部を弾性部として形成しても良く、またはハンマー部材３のハンマー本体２０全体を撓み変形する弾性部として形成した構成にしても良い。この場合、ハンマー部材３の先端部を除く一部とは、例えばハンマー本体２０におけるハンマー保持部１７のことであり、このハンマー保持部１７を弾性材料で弾性部として形成して、押鍵操作に応じて鍵２にアクション荷重を付与する際にハンマー保持部１７が弾性変形するように構成しても良い。
【００５６】
また、ハンマー部材３のハンマー本体２０全体を弾性材料で撓み変形する弾性部として形成して、押鍵操作に応じて鍵２にアクション荷重を付与する際にハンマー本体２０の全体が撓み変形するように構成しても良い。この場合においても、ハンマー部材３の先端部を除く一部に設けられたハンマー保持部１７の弾性率（Ｋ）、またはハンマー本体２０全体が撓み変形する弾性率（Ｋ）は、前記実施形態の式１６に適合するように設定すれば良い。
【００５７】
このように構成しても、前述した一実施形態と同様、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間の時間で、確実に遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００５８】
さらに、これに限らず、例えば、ハンマー部材３と鍵２との接触部分における少なくとも一方に弾性率がＫ１の弾性部を設け、ハンマー部材３のハンマー本体２０の一部または全体を弾性率がＫ２で弾性変形する弾性部として形成した構成にしても良い。この場合には、ハンマー部材３と鍵２との接触部分における少なくとも一方の弾性部の弾性率（Ｋ１）と、ハンマー本体２０の一部または全体の弾性率（Ｋ２）とは、その両者の合成弾性率（Ｋ）が、
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）
の関係に設定されていれば良い。
【００５９】
このように構成しても、前述した一実施形態と同様、鍵２を押鍵操作した際に、ハンマー部材３によって鍵２に付与されるアクション荷重がピークになるタイミングを１０ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃの間の時間で、確実に遅らせることができるので、アコ−スティックピアノの鍵タッチ感に近いタイミングで、最大のアクション荷重を付与することができ、これによりアコ−スティックピアノの鍵タッチ感に、より近似した鍵タッチ感を得ることができる。
【００６０】
なお、前記した一実施形態およびその各変形例では、弾性部２３の弾性変形（δ）が増加するときに、ハンマー部材３が回動する角度をθ（ラジアン）とすると、弾性部２３の弾性変形（δ）は、
δ＝Ｌ・ｓｉｎθ ・・・・式５
となり、ハンマー部材３の回動角度（θ）が微小であるから、ｓｉｎθ＝θとすると、
δ＝Ｌ・θ ・・・・式６
として計算した場合について述べたが、必ずしもｓｉｎθ＝θとして計算する必要はなく、
δ＝Ｌ・ｓｉｎθ ・・・・式５
として計算しても良い。
【００６１】
また、前述した一実施形態では、ハンマー部材３の回動支持部２２を鍵盤シャーシ１のハンマー支持部９の支持軸９ａに回動可能に取り付けた場合について述べたが、これに限らず、例えば楽器本体の下部ケース５上にハンマー支持部９を独立させて設け、このハンマー支持部９の支持軸９ａにハンマー部材３の回動支持部２２を回動可能に取り付けた構成でも良い。このような構成であっても、前述した一実施形態と同様の作用効果がある。
【符号の説明】
【００６２】
１ 鍵盤シャーシ
２ 鍵
３ ハンマー部材
９ ハンマー支持部
９ａ 支持軸
１４ 鍵支持部
１７ ハンマー保持部
２０ ハンマー本体
２１ 錘部
２２ 回動支持部
２３ 弾性部
Ｋ 弾性率
Ｉ 慣性モーメント
Ｌ 水平方向の距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍵盤シャーシと、この鍵盤シャーシ上に上下方向に回動可能に設けられた鍵と、この鍵の押鍵操作に応じて回動変位して前記鍵にアクション荷重を付与するハンマー部材と、このハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方に設けられ、且つ前記鍵の押鍵操作に応じて弾性変形する弾性部とを備えた鍵盤装置において、
前記鍵が押鍵操作されない初期状態で、前記ハンマー部材の回動支点から前記ハンマー部材に前記鍵が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、前記ハンマー部材の前記回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、前記ハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方の前記弾性部における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、前記水平方向の距離Ｌと前記慣性モーメントＩと前記弾性率Ｋとを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定し、
前記鍵を押鍵操作した際に、前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせたことを特徴とする鍵盤装置。
【請求項２】
前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングの遅れ時間は、前記鍵の押鍵操作の開始時から、１０ミリ秒乃至２０ミリ秒間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の鍵盤装置。
【請求項３】
前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部は、前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置。
【請求項４】
前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部は、前記ハンマー部材の一部または全体に設けられ、前記鍵にアクション荷重を付与する際に前記ハンマー部材を撓み変形させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置。
【請求項５】
前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に弾性率がＫ１の第１弾性部を設け、前記ハンマー部材の一部または全体に弾性率がＫ２で撓み変形する第２弾性部を設けた構成である場合に、前記第１弾性部と前記第２弾性部との両者における鉛直方向の前記弾性率Ｋは、
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）
の関係に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置。
【請求項１】
鍵盤シャーシと、この鍵盤シャーシ上に上下方向に回動可能に設けられた鍵と、この鍵の押鍵操作に応じて回動変位して前記鍵にアクション荷重を付与するハンマー部材と、このハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方に設けられ、且つ前記鍵の押鍵操作に応じて弾性変形する弾性部とを備えた鍵盤装置において、
前記鍵が押鍵操作されない初期状態で、前記ハンマー部材の回動支点から前記ハンマー部材に前記鍵が接触する接触点までの水平方向の距離をＬとし、前記ハンマー部材の前記回動支点まわりの慣性モーメントをＩとし、前記ハンマー部材と前記鍵との少なくとも一方の前記弾性部における鉛直方向の弾性率をＫとした際に、前記水平方向の距離Ｌと前記慣性モーメントＩと前記弾性率Ｋとを、
（２／π）２・Ｋ・１０−４≦（Ｉ／Ｌ２）≦４・（２／π）２・Ｋ・１０−４
の関係に設定し、
前記鍵を押鍵操作した際に、前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングを予め定められた時間遅らせたことを特徴とする鍵盤装置。
【請求項２】
前記ハンマー部材によって前記鍵に付与されるアクション荷重が最大になるタイミングの遅れ時間は、前記鍵の押鍵操作の開始時から、１０ミリ秒乃至２０ミリ秒間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の鍵盤装置。
【請求項３】
前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部は、前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置。
【請求項４】
前記弾性率Ｋで弾性変形する前記弾性部は、前記ハンマー部材の一部または全体に設けられ、前記鍵にアクション荷重を付与する際に前記ハンマー部材を撓み変形させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置。
【請求項５】
前記ハンマー部材と前記鍵との接触部分における少なくとも一方に弾性率がＫ１の第１弾性部を設け、前記ハンマー部材の一部または全体に弾性率がＫ２で撓み変形する第２弾性部を設けた構成である場合に、前記第１弾性部と前記第２弾性部との両者における鉛直方向の前記弾性率Ｋは、
Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２／（Ｋ１＋Ｋ２）
の関係に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鍵盤装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１７９６０（Ｐ２０１１−１７９６０Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６３５２６（Ｐ２００９−１６３５２６）
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１０日（２００９．７．１０）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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