鍵盤装置
【課題】鍵の力覚制御で、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感を創生する。
【解決手段】鍵２０に連動して該鍵２０に演奏操作に対する反力を与える質量体３０と、発生した駆動力を鍵２０に与えることで、鍵２０の操作に対する力覚を調節する双方向駆動型の電磁アクチュエータ４０と、電磁アクチュエータ４０の駆動力を制御する制御手段５０と、鍵２０の押離鍵方向の位置情報を取得する位置センサ４７と、を備え、制御手段５０は、位置センサ４７で取得した鍵２０の位置及び速度情報に基づいて、電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与すべき荷重の指示値を算出し、電磁アクチュエータ４０は、この指示値に対応する駆動力として、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を助長する向きの駆動力と、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生する。
【解決手段】鍵２０に連動して該鍵２０に演奏操作に対する反力を与える質量体３０と、発生した駆動力を鍵２０に与えることで、鍵２０の操作に対する力覚を調節する双方向駆動型の電磁アクチュエータ４０と、電磁アクチュエータ４０の駆動力を制御する制御手段５０と、鍵２０の押離鍵方向の位置情報を取得する位置センサ４７と、を備え、制御手段５０は、位置センサ４７で取得した鍵２０の位置及び速度情報に基づいて、電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与すべき荷重の指示値を算出し、電磁アクチュエータ４０は、この指示値に対応する駆動力として、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を助長する向きの駆動力と、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子鍵盤楽器などが備える鍵盤装置に関し、特に、鍵の操作感覚及び動作を制御するための力覚制御及び動作制御の機能を備えた鍵盤装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アコースティックピアノなど生音を発生する自然鍵盤楽器の鍵盤ユニットは、押鍵により回動するハンマーが打弦して発音するように構成されており、鍵とハンマーの間には、ジャックやウィッペンを有してなるアクション機構が設けられている。このアクション機構によって、演奏者の指に鍵から独特の反力が掛かるようになっており、自然鍵盤楽器の鍵盤ユニットでは、各楽器に特有の鍵タッチ感が得られる。
【０００３】
一方、電子音を発生する電子鍵盤楽器の鍵盤ユニットは、押鍵時に鍵を初期位置に復帰させるスプリングや質量体（擬似ハンマー）などを備えており、それらの反力によって自然鍵盤楽器の鍵タッチ感を模擬している。しかしながら、電子鍵盤楽器は、押鍵により電子音を発生させる装置であり、実際に打弦して発音する機構を有しないので、自然鍵盤楽器のような複雑なアクション機構がない。そのため、自然鍵盤楽器のアクション機構で生じる鍵タッチ感を忠実には再現しきれず、電子鍵盤楽器の鍵タッチ感は、厳密には自然鍵盤楽器の鍵タッチ感とは異なるものとなっている。
【０００４】
そこで、電子鍵盤楽器では、自然鍵盤楽器に近い鍵動作あるいは鍵タッチ感を得ることを目的として、押鍵に対する反力を変化させる鍵駆動装置や制御装置（力覚制御手段）が提案されている。これに関して、特許文献１に記載の鍵盤ユニットは、鍵を駆動するためのアクチュエータ（ソレノイド）と、該アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、鍵タッチ感を任意に調節して自然鍵盤楽器の演奏感覚を模擬するようになっている。
【０００５】
特許文献２の鍵盤装置は、押鍵方向バネと離鍵方向バネとにより、鍵が押鍵方向と離鍵方向の双方向に付勢されてレスト位置にバランスされている。この鍵を双方向アクチュエータで駆動するように構成したことで、押鍵操作に対する力覚制御と自動演奏の両方を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２９５６１８０号公報
【特許文献２】特許３６４４１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２の鍵盤装置では、鍵に反力を付与するアクチュエータの駆動を制御することで、アコースティックピアノの鍵タッチ感を模擬するようになっている。しかしながら、複雑なアクション機構を有するアコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器の鍵動作では、押鍵時及び離鍵時のそれぞれにおいて、鍵の位置（押鍵量）や速度などに応じて反力の大きさが刻々と変化する独特の鍵タッチ感が生じる。このような自然鍵盤楽器の鍵タッチ感をより忠実に再現するためには、従来から行われているアクチュエータの駆動制御に対して、更なる改良を加えることが必要である。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、アクチュエータの駆動制御による鍵の力覚制御で、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感の創生が可能な鍵盤装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明にかかる鍵盤装置は、支点（１２）を中心に回動可能に支持された鍵（２０）と、鍵（２０）に連動して該鍵（２０）にその押離鍵操作に対する反力を与える質量体（３０）と、発生した駆動力を鍵（２０）に対して与えることで、鍵（２０）の押離鍵操作に対する力覚を制御する双方向駆動型のアクチュエータ（４０）と、アクチュエータ（４０）で発生する駆動力を制御する制御手段（５０）と、鍵（２０）の押離鍵方向の位置及び動作に関する情報を取得する鍵動作情報取得手段（４７）と、を備え、制御手段（５０）は、鍵動作情報取得手段（４７）が取得した鍵（２０）の位置及び動作に関する情報に基づいて、アクチュエータ（４０）で鍵（２０）に付与すべき駆動力の指示値を決定し、アクチュエータ（４０）は、指示値に対応する駆動力として、鍵（２０）の押離鍵操作に対して質量体（３０）から加わる反力を助長する向きの駆動力と、鍵（２０）の押鍵操作に対して質量体（３０）から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生することを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる鍵盤装置では、制御手段は、鍵動作情報取得手段が取得した鍵の位置及び動作に関する情報に基づいて、鍵に付与すべき駆動力の指示値を決定し、双方向駆動型のアクチュエータは、この指示値に対応する駆動力として、鍵の押離鍵操作に対して質量体から加わる反力を助長する向きの駆動力と、鍵の押離鍵操作に対して質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生するようにした。このようなアクチュエータの駆動による鍵の力覚制御で、演奏操作に対して生じる鍵タッチ感をリアルタイムで適切に調節できるようになり、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感が得られるようになる。したがって、複雑なアクション機構を有するアコースティックピアノなど自然鍵盤楽器の演奏操作で生じる鍵タッチ感を忠実に再現することができるようになる。
【００１１】
すなわち、アクチュエータで補助的な駆動力を発生することで自然鍵盤楽器のタッチ感を模擬する本発明のような鍵盤装置では、鍵や質量体などの機械的な構造のみに基づく押鍵操作に対する反力（アクチュエータの駆動力が発生していない状態での反力）は、アコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器の反力と異なるものになっている。したがって、例えば、押鍵操作により鍵が移動を開始したときから所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階では、質量体などの機械的構造から鍵にかかる慣性負荷が自然鍵盤楽器よりも大きくなることがある。その場合、従来のアクチュエータを備えた鍵盤装置では、鍵に対して質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力を発生するものが無かったので、自然鍵盤楽器よりも重くなる押鍵初期段階の鍵タッチ感を的確に補正できなかった。
【００１２】
あるいは、質量体を相当程度に軽くしておき、電磁アクチュエータで質量体の反力を助長する向きの駆動力の大部分を補うように調節する方法も考えられるが、当該構成で質量体の反力が最大値となる駆動力を付与し得るためには、電磁アクチュエータの出力を非常に大きくする必要がある。そうすると、電磁アクチュエータへの過大な電力付与が必要となる。これにより、楽音制御に利用可能な電力が不足し、楽音が歪んだり、制御が不十分になったりするおそれがある。また、鍵の幅寸法及び電磁アクチュエータの配設スペースには制限があるため、電磁アクチュエータの出力を大きくするには、限界がある。
【００１３】
これに対して、本発明の鍵盤装置では、双方向駆動型のアクチュエータで、鍵操作に対して質量体から加わる反力を助長する向きの駆動力だけでなく、鍵操作に対して質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力も付与することができるので、上記のような問題を生じることなく、押鍵初期段階での自然鍵盤楽器の鍵タッチ感との差分を効果的に補正できるようになる。また、鍵の駆動効率の点においても優れたものとなる。
【００１４】
つまり、本発明にかかる鍵盤装置では、アクチュエータ（４０）は、押鍵操作により鍵（２０）が移動を開始したときから所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階において、鍵（２０）の押鍵操作に対して質量体（３０）から加わる反力を軽減する向きの駆動力を発生するようにするとよい。これにより、押鍵初期段階における機械的構造に基づく静荷重の違いで生じる自然鍵盤楽器との鍵タッチ感の差分を効果的に補正できるようになる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態の説明において対応する構成要素に付した符号を本発明の一例として示したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる鍵盤装置によれば、アクチュエータの駆動制御による鍵の力覚制御で、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感の創生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる鍵盤装置を備えた電子鍵盤楽器の全体構成例を示すブロック図である。
【図２】鍵盤装置を示す図であり、鍵及びその周辺の構成部品を示す概略側面図である。
【図３】電磁アクチュエータ及びその周辺の詳細構成を示す部分拡大側面図である。
【図４】鍵及び質量体の動作を説明するための図で、（ａ）は、鍵が非押鍵位置にある状態、（ｂ）は、鍵が押鍵位置にある状態を示す図である。
【図５】（ａ）は、駆動制御回路を含む鍵盤装置の概略構成を示す図、（ｂ）は、力覚付与テーブルを示す図である。
【図６】アコースティックピアノのアクション機構を示す図である。
【図７】アコースティックピアノにおける鍵操作に対する反力（静的反力）の特性を示すグラフである。
【図８】力覚付与テーブルの具体的内容の一例を示す図で、（ａ）は、押鍵用指示値テーブル、（ｂ）は、離鍵用指示値テーブルである。
【図９】指示値テーブルによる反力プロファイルを示すグラフであり、（ａ）は、押鍵用反力プロファイル、（ｂ）は、離鍵用反力プロファイルである。
【図１０】鍵の速度に対する反力プロファイルの分布の一例を示すグラフである。
【図１１】鍵操作に対する力覚制御の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本実施形態の鍵盤装置による鍵の変位（押鍵量）と押鍵操作をする指にかかる反力との関係を示すグラフであり、（ａ）は、押鍵時の反力分布、（ｂ）は、離鍵時の反力分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる鍵盤装置を備えた電子鍵盤楽器の全体構成を示すブロック図である。同図に示す電子鍵盤楽器１は、後述する複数の鍵２０を有してなる鍵盤装置１０と、ペダル装置５２と、鍵盤装置１０やペダル装置５２を含む電子鍵盤楽器１の全体を制御するための主制御部５０とを備えている。鍵盤装置１０とペダル装置５２及び主制御部５０など電子鍵盤楽器１の各部は、バス５１を介して互いに接続されている。
【００１８】
図２は、鍵盤装置１０を示す図であり、鍵２０及びその周辺の概略側面図である。また、図３は、鍵盤装置１０が備える後述する電磁アクチュエータ４０及びその周辺の詳細構成を示す部分拡大側面図である。また、図４は、鍵盤装置１０の動作を説明するための図で、（ａ）は、鍵２０が非押鍵位置にある状態を示し、（ｂ）は、鍵２０が押鍵位置にある状態を示している。鍵盤装置１０は、電子鍵盤楽器１の一部である平板状のフレーム１１と、それぞれがフレーム１１に対して回動可能に支持された鍵２０及び質量体（擬似ハンマー）３０と、鍵２０と質量体３０の間に設置した電磁アクチュエータ（駆動力付与手段）４０とを備えて構成されている。なお、以下の説明では、鍵２０の長手方向における両側のうち、電子鍵盤楽器１の演奏者の側を手前あるいは前といい、その反対側を奥あるいは後という。なお、図２では、鍵盤装置１０が備える並設された複数の鍵２０のうち、１個の鍵２０及びその周辺の構成部品を示している。また、同図では、鍵２０が白鍵である場合を示しているが、黒鍵の場合も同様の構成になっている。なお、図示は省略するが、鍵盤装置１０には、鍵２０の動作に応じた楽音を発生させるように、鍵２０の動作を電気的な出力に変換するためのスイッチ接点機構も設けられている。
【００１９】
鍵２０は、前後方向の中間の位置がフレーム１１上の鍵支点部材１２に支持されている。鍵支点部材１２は、フレーム１１上で鍵２０の配列方向に沿って延びるバランスレール１２ａの上に立設した支点ピン１２ｂを備えており、鍵２０は、支点ピン１２ｂに支持されている。鍵２０は、前端２０ａ及び後端２０ｂが支点ピン１２ｂを中心に上下方向へ回動可能であり、演奏者による押鍵部２０ｃへの押鍵操作に応じて回動するようになっている。また、鍵２０の前端２０ａの下方には、フロントピン１３が立設されている。フロントピン１３は、その上端が鍵２０の裏面側に挿入されており、回動する鍵２０の前端２０ａの横方向の振れを規制するものである。
【００２０】
鍵２０の後端２０ｂの下方には、鍵上限ストッパー２１が設置されており、前端２０ａの下方には、鍵下限ストッパー２２が設置されている。鍵上限ストッパー２１及び鍵下限ストッパー２２は、いずれもフレーム１１の上面に固定されたフェルトなどの緩衝材を備えて構成されている。鍵上限ストッパー２１は、図４（ａ）に示す非押鍵位置にある鍵２０の後端２０ｂの下面に当接し、鍵２０の回動を非押鍵位置で規制する。一方、鍵下限ストッパー２２は、図４（ｂ）に示す押鍵位置にある鍵２０の前端２０ａの下面に当接し、鍵２０の回動を押鍵位置で規制する。
【００２１】
また、鍵支点部材１２より後方のフレーム１１上には、質量体３０を支持するための柱状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、フレーム１１上で隣接する鍵２０の間から各鍵２０の真上に張り出している。この支持部１４は、所定間隔で前後に配置された前壁１４ａと後壁１４ｂを備えている。前壁１４ａと後壁１４ｂは、いずれも垂直に立設されて、鍵２０よりも高い位置まで延びている。
【００２２】
支持部１４に支持された質量体３０は、各鍵２０に対応して設置されており、鍵支点部材１２よりも後側の真上位置に設置されている。質量体３０は、支持部１４の前壁１４ａの上端に設けた質量体支点３１から後方に延びる直線棒状のシャンク部３２と、該シャンク部３２の先端に取り付けた所定の質量を有する質量部（錘）３３とを備えて構成されている。シャンク部３２は、質量体支点３１に回動自在に支持されており、鍵２０の長手方向に沿う垂直面内で上下に回動するようになっている。質量部３３は、シャンク部３２の先端においてその回動方向に沿って延びる棒状に形成されている。この質量体３０は、質量体支点３１を中心にシャンク部３２を腕として質量部３３が鍵２０の後端近傍の上方で上下方向に回動するようになっている。
【００２３】
支持部１４の後壁１４ｂには、質量体３０の回動を規制するための質量体上限ストッパー３４及び質量体下限ストッパー３５が設けられている。質量体下限ストッパー３５は、下限位置に回動した質量体３０のシャンク部３２を当接させるものであり、質量体上限ストッパー３４は、上限位置に回動した質量体３０のシャンク部３２を当接させるものである。これら質量体下限ストッパー３５及び質量体上限ストッパー３４によって、質量体３０は、図４（ａ）に示すように、シャンク部３２が質量体支点３１から後側の斜め下方向に延びる下限位置と、図４（ｂ）に示すように、シャンク部３２が質量体支点３１から後側の略水平方向に延びる上限位置との間で回動するように規制される。質量体３０は、後述する伝達部材４６を介して鍵２０の動作に連動するようになっており、電磁アクチュエータ４０との協働によって、鍵２０にその演奏操作に対する反力を与えるものである。
【００２４】
鍵２０及び質量体３０に所定の駆動力を付与するための電磁アクチュエータ（駆動力付与手段）４０は、鍵支点部材１２より後側の鍵２０の上面と、質量体３０のシャンク部３２との間に設置されている。電磁アクチュエータ４０は、双方向駆動型のアクチュエータであり、上下に同軸状に並べて設置した往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの二個のソレノイドコイルと、往動コイル（上ソレノイド）４１ａ及び復動コイル（下ソレノイド）４１ｂの内側に嵌挿された１本のプランジャ４２とを備えて構成されている。また、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの外周には、それらを囲むヨーク４０ａ，４０ｂが設置されている。
【００２５】
ヨーク４０ａ，４０ｂは、その後側面が平板状のプレート１５を介して支持部１４の後壁１４ｂの前面に固定されている。したがって、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂは、固定側である支持部１４及びフレーム１１に対して固定されている。プランジャ４２は、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの内側で上下方向に摺動（往復動）自在に設置された柱状の強磁性体からなる胴部４２ａと、胴部４２ａの上端に連結した第１ロッド４２ｂ及び下端に連結した第２ロッド４２ｃを備えている。胴部４２ａと第１ロッド４２ｂ及び第２ロッド４２ｃの軸芯は、垂直方向に向かって一直線状に配列されている。第１ロッド４２ｂの上端には、後述する位置センサ４７を取り付けるための平板状の板部材４３が固定されている。板部材４３は、合成樹脂材などからなる比較的軽量な部材で、第１ロッド４２ｂの上端に固定された水平面状の本体部４３ａと、該本体部４３ａの前端から垂直下方に延びる前辺４３ｂとを有し、横断面が略Ｌ字型に形成されている。板部材４３の本体部４３ａの上面には、水平面状の上面を有する台部材４４が固定されている。一方、質量体３０のシャンク部３２における台部材４４に対向する位置には、円筒状のローラ３６が取り付けられている。ローラ３６は、軸方向が鍵２０の配列方向に沿う水平向きで、下側面（円筒面）が台部材４４の上面に当接している。一方、プランジャ４２の第２ロッド４２ｃの下端には、緩衝及び摺動作用を有するキャップ状のカバー部材４５が取り付けられており、カバー部材４５の下端が対向する鍵２０の上面に設けたスクリュー（ネジ）２５の頭部に当接して載置される。
【００２６】
上記のプランジャ４２（胴部４２ａ、第１ロッド４２ｂ、第２ロッド４２ｃ）及び板部材４３と台部材４４とで、鍵２０と質量体３０のいずれか一方からの負荷（質量による荷重負荷あるいは回動動作に伴う慣性負荷）を他方に伝達するための伝達部材４６が構成されている。伝達部材４６は、質量体３０の自重による負荷で、質量体３０と鍵２０の間に挟まれた状態で配置されている。
【００２７】
電磁アクチュエータ４０は、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂに駆動電流が供給されることで、伝達部材４６（プランジャ４２）を双方向へ駆動するようになっている。すなわち、復動コイル４１ｂに駆動電流が供給されると、伝達部材４６は下側へ移動する。これにより、伝達部材４６から鍵２０の鍵支点部材１２よりも後側に対して下向きの荷重が付与されるので、鍵２０の離鍵方向へかかる荷重が増加する。一方、往動コイル４１ａに駆動電流が供給されると、プランジャ４２は上側へ移動する。これにより、プランジャ４２から鍵２０の支点ピン１２ｂよりも後側に対して下向きにかかる荷重が軽減されるので、鍵２０の離鍵方向へかかる荷重が減少する。
【００２８】
すなわち、鍵２０は、伝達部材４６を介して質量体３０からかかる荷重（質量体３０の質量による荷重）で離鍵方向へ付勢されており、該鍵２０は、電磁アクチュエータ４０の駆動による質量体３０からの荷重の低減に伴い、押鍵方向に回動するように構成されている。この場合、鍵２０は、非押鍵時には、自重による押鍵方向への付勢力よりも質量体３０からの離鍵方向への荷重の方が大きいため、押鍵方向への付勢力が打ち消された状態で離鍵位置に停止している。そして、電磁アクチュエータ４０の駆動力による質量体３０からの荷重の低減に伴い、鍵２０の自重による押鍵方向への付勢力が次第に質量体３０からの離鍵方向への荷重よりも大きくなることで、押鍵位置へ回動するようになっている。
【００２９】
ここで、鍵２０と質量体３０はそれぞれ、支点ピン１２ｂと質量体支点３１を中心とした回動動作を行う一方、伝達部材４６（プランジャ４２）は、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの内側で軸方向に直動動作を行う。したがって、鍵２０、質量体３０、伝達部材４６が一体的に動作する際には、伝達部材４６の上端（台部材４４の上面）と質量体３０のローラ３６が当接する第１当接部４８では、上下に直動する伝達部材４６の上端が、質量体３０の動作に伴って回動するローラ３６の側面に対して摺接移動する。また、同様に、伝達部材４６の下端と鍵２０のスクリュー２５が当接する第２当接部４９では、上下に直動する伝達部材４６の下端が鍵２０の動作に伴って回動するスクリュー２５の上面に対して摺接移動する。
【００３０】
また、本実施形態の鍵盤装置１０では、伝達部材４６は、鍵２０または質量体３０に対してそれらの動作に応じて分離可能な状態で当接しているとよい。ここでいう分離可能な状態での当接とは、通常の鍵２０及び質量体３０の動作のときは、伝達部材４６は、その両端が鍵２０及び質量体３０に常に当接してそれらと一体に動作するようになっているが、鍵２０が強い力で急激に押鍵されたり、非常に早い速度で押鍵あるいは離鍵された場合、伝達部材４６に生じる加速度と鍵２０あるいは質量体３０に生じる加速度との方向が異なると、瞬間的に伝達部材４６と鍵２０との間、又は伝達部材４６と質量体３０との間が離れることがあることを示す。なお、伝達部材４６と鍵２０または質量体３０とは必ずしも分離可能である必要はなく、伝達部材４６から鍵２０または質量体３０への動力伝達が可能な構成でさえあれば、伝達部材４６と鍵２０または質量体３０とが分離不能な状態で連結（リンク接合など）されていてもよい。
【００３１】
また、鍵盤装置１０には、伝達部材４６（プランジャ４２）の位置を検出するための位置センサ（動作検出手段）４７が設置されている。位置センサ４７は、図３に示すように、ヨーク４０ａ，４０ｂの前側面に設けた発光部と受光部とが交互に隣接配置された光センサ４７ａと、板部材４３の前辺４３ｂにおける光センサ４７ａに対向する位置に設けた反射面４７ｂとを備え、反射面４７ｂで反射した光を光センサ４７ａで受光するように構成した反射式センサである。反射面４７ｂは、上下方向の各位置の反射光量が連続的に変化するように構成されている。したがって、光センサ４７ａの出力信号に基づいて伝達部材４６の位置を一義的に特定できる。
【００３２】
なお、位置センサ４７は、伝達部材４６（プランジャ４２）の位置を検出できるものであれば、上記のような反射式センサ以外にも、図示は省略するが、他の構成の光学式センサや、光学式以外のセンサでもよい。また、位置センサ４７に代えて、位置検出用のスイッチなどを設置してもよい。またここでは、伝達部材４６の動作を検出する動作検出手段の一例として、位置を検出する位置センサ４７を設置しているが、それ以外にも、伝達部材４６の速度、加速度などを検出する速度センサ、加速度センサのいずれか、あるいはこれらの複数を設置することも可能である。
【００３３】
またここでは、伝達部材４６の動作（変位や速度など）を検出し、当該検出結果にもとづいて鍵２０の位置（押鍵量）や速度の情報を取得して、電磁アクチュエータ４０の駆動制御を行うように構成している。しかしながら、これ以外にも、鍵２０あるいは質量体３０の動作（位置、速度、加速度など）を検出する動作検出手段を備え、当該動作検出手段で検出した鍵２０あるいは質量体３０の動作に基づいて、電磁アクチュエータ４０の駆動制御を行うようにしてもよい。さらに、伝達部材４６、鍵２０、質量体３０の少なくともいずれかの動作を検出する一又は複数の動作検出手段を備え、当該一又は複数の動作検出手段のいずれかを電磁アクチュエータ４０の駆動制御用とし、他の動作検出手段を電子音源の発音制御用として使用することも可能である。もちろん、一の動作検出手段を駆動制御用と発音制御用の両方に兼用することも可能である。
【００３４】
次に、図１に示す主制御部５０について説明する。主制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、フラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）５４を備えている。また、ＣＰＵ５１にはタイマ５５が接続されている。ＣＰＵ５１は、鍵盤装置１０を含む電子鍵盤楽器１全体の制御を司る。ＲＯＭ５２やフラッシュメモリ５４には、ＣＰＵ５１が実行する制御プログラムや各種テーブルデータのほか、後述する力覚付与テーブル８０及び自動演奏データ８５が記憶されている。ＲＡＭ５３は、演奏データ、テキストデータなどの各種入力情報、各種フラグやバッファデータ及び演算処理結果などを一時的に記憶する。タイマ５５は、タイマ割り込み処理における割り込み時間などの各種時間を計時する。
【００３５】
また、電子鍵盤楽器１には、主制御部５０のほか、設定操作部６１、表示装置６３、音声出力部６５、外部記憶装置６６、ＨＤＤ６７、通信インターフェイス６８、ＭＩＤＩインターフェイス６９などが設けられている。通信インターフェイス６８には、外部装置７１を接続でき、ＭＩＤＩインターフェイス６９には、ＭＩＤＩ機器７２を接続できる。また、通信インターフェイス６８は、インターネットなどの通信ネットワーク７３を介して外部のサーバ装置７４との間で通信を行えるようになっている。設定操作部６１には、演奏者が設定操作情報を入力するために用いる不図示の各種スイッチなどが含まれ、スイッチの操作による信号がＣＰＵ５１に供給されるようになっている。外部記憶装置６６やＨＤＤ６７は、上記の制御プログラムを含む各種アプリケーションプログラムや各種楽曲データなどを記憶するものである。表示装置６３は、表示制御回路６２を介してバス５１に接続されており、音声出力部６５は、音源回路６４を介してバス５１に接続されている。
【００３６】
図５（ａ）は、鍵２０の駆動を制御するための駆動制御回路を含む鍵盤装置１０の概略構成を示す図であり、（ｂ）は、後述する力覚付与テーブル８０を示す図である。図５（ａ）に示すように、鍵盤装置１０の駆動制御回路は、主制御部５０と、主制御部５０の指令に応じて電磁アクチュエータ４０の往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂに駆動用のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力する制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９を備えている。主制御部５０は、図１に示す構成であって、力覚付与テーブル８０及び自動演奏データ８５を記憶したＲＯＭ５２を備えている。ＲＯＭ５２に格納された力覚付与テーブル８０は、電磁アクチュエータ４０が発生すべき駆動力のパターンを格納したテーブルである。この力覚付与テーブル８０には、押鍵用テーブル８１と離鍵用テーブル８２が用意されており、さらに押鍵用テーブル８１と離鍵用テーブル８２はそれぞれ、発生すべき駆動力のパターンを記憶した駆動力パターンテーブル８１ａ，８２ａと、当該駆動力を発生させるための指示値を記憶した指示値テーブル８１ｂ，８２ｂとからなる。
【００３７】
位置センサ４７によって検出された鍵２０の位置及び動作に関する情報は、主制御部５０に出力されるようになっている。主制御部５０からの制御信号は、制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９に入力される。制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９は、主制御部５０からの制御信号に基づいて、電磁アクチュエータ４０の往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂに駆動電流を供給する。この駆動電流は、グランド（G）と所定電圧（＋）とが交互に切り換わるＰＷＭ信号によって発生する電流で、デューティ比を変更制御することにより任意の駆動力を発生することができるようになっている。
【００３８】
次に、上記構成の鍵盤装置１０の動作について説明する。鍵２０は、鍵支点部材１２の前後の質量（自重）バランスによって生じる押鍵方向への付勢力と、伝達部材４６を介してかかる質量体３０からの荷重との大小関係によって、押鍵力が作用していない状態では、後端２０ｂの下面が鍵上限ストッパー２１に当接し、前端２０ａの押鍵部２０ｃが最上位置に上昇しており、図４（ａ）に示す非押鍵位置にある。このとき、質量体３０は、シャンク部３２が質量体下限ストッパー３５に当接した下限位置にある。一方、非押鍵位置にある鍵２０が押鍵操作されると、鍵２０は、伝達部材４６を介して質量体３０を押し上げながら支点ピン１２ｂを中心に押鍵方向へ回動する。こうして、前端２０ａの下面が鍵下限ストッパー２２に当接する位置まで回動し、図４（ｂ）に示す押鍵位置となる。鍵２０が押鍵位置のとき、伝達部材４６を介して鍵２０によって押し上げられた質量体３０は、シャンク部３２が質量体上限ストッパー３４に当接する上限位置にある。そして、鍵２０に対する押鍵力が解除されると、鍵２０には、自重で下方へ回動する質量体３０から伝達部材４６を介して荷重が加わる。鍵２０は、この荷重と自重バランスとの両方によって非押鍵位置へ復帰する。
【００３９】
このような質量体３０の慣性質量を利用した鍵２０の動作が行われる際に、電磁アクチュエータ４０で伝達部材４６を双方向へ駆動することで、鍵２０の演奏操作に対してかかる反力をアシストあるいは軽減することができる。したがって、主制御部５０により電磁アクチュエータ４０の駆動を制御することで、押鍵操作に対する力覚制御を行うことができる。以下、この押鍵操作に対する力覚制御について詳細に説明する。
【００４０】
ここで、鍵２０の力覚制御を説明するにあたって、アコースティックピアノのアクション機構の動作について簡単に説明する。図６は、アコースティックピアノのアクション機構の外観図である。同図に示すアクション機構１００では、鍵１０２が押鍵されると、まず、キャプスタン１０３によるアクション１０４の持ち上げが開始される。続いて、鍵１０２の後端がダンパー１０５を押し上げてゆく。アクション１０４が持ち上げられると、ジャック１０６がハンマーローラー１０７を突き上げ、これにより、ハンマー１０８が弦１０９に向けて回動を開始する。さらに、鍵１０２を押し下げてゆくと、ジャック１０６がハンマーローラー１０７をさらに突き上げてからハンマーローラー１０７から外れ（脱進）、これによりハンマー１０８が弦１０９を打弦する。打弦を終えたハンマー１０８は、弦１０９の反力および自重で落下する。次に、鍵１０２を戻して離鍵行程に入ると、鍵１０２の後端がダンパー１０５を徐々に下げてから離れ、次いで、鍵１０２がレスト位置に戻り、一連の動作が終了する。
【００４１】
図７は、上記構成のアクション機構１００を備えるアコースティックピアノにおいて、鍵１０２を静かに押し下げ、押し切った後に静かに元の位置（レスト位置）に戻した場合の反力（静的反力）の特性を示すグラフであり、横軸が押鍵量、縦軸が荷重（反力）である。なお、ここでは、ダンパーペダル（図示せず）を踏んでダンパー１０５を持ち上げた状態（ダンパー１０５の反力が鍵１０２にかからないようにした状態）での静的反力は考慮していない。
【００４２】
図７のグラフに示すように、押鍵工程では、鍵１０２を押し始めた直後のＡ点は、鍵１０２やアクション１０４などの静荷重が加わった状態であり、Ｂ点は、ダンパー１０５の荷重が加わった状態である。また、Ｃ点は、アクション機構１００の各部の摩擦などによるアクション荷重がかかり始めた状態である。Ｄ点は、ジャック１０６の嵌合が抜け始める状態であり、Ｆ点は、ジャック１０６が完全に抜けた状態である。また、ＢＣ間とＦ点との間の所定位置、例えばＥ点に打弦点が位置する。なお、中程度以上の打鍵の場合、ハンマー１０８が打弦に向かうＦ点では、反力が急激に小さくなり、その後、鍵１０２がエンド位置に達すると棚板に当接するために大きな反力が生じる。
【００４３】
一方、離鍵行程では、ジャック１０６が戻る際にかかる荷重（戻りジャック荷重）が付与されるＨ点、アクション機構１００の各部の摩擦などによるアクション荷重がかかるＩ点、ダンパー１０５の荷重が加わるＪ点、鍵１０２やアクション機構１００などの静荷重が加わった状態のＫ点を経由して初期位置に戻る。このように、アコースティックピアノの鍵１０２は、アクション機構１００の動きや各部品の自重によって、鍵１０２の位置に応じて多様に変化する反力を演奏者の指に与えるようになっている。
【００４４】
本実施形態の鍵盤装置１０では、上記のアクション機構１００の作用に基づいて指に感じられるアコースティックピアノに独特の鍵タッチ感（抵抗感）を再現すべく、電子鍵盤楽器１の演奏時に電磁アクチュエータ４０でプランジャ４２を駆動することで、アコースティックピアノの鍵タッチ感に相当する反力特性を鍵２０に付与するようになっている。この反力特性は、鍵２０の押離鍵方向の位置及び速度に応じて刻々と変化するものである。したがって、上記の力覚制御を行う際には、位置センサ４７の検出値に基づく鍵２０の位置情報に応じた駆動力の付与が行われる。
【００４５】
すなわち、図５（ａ）に示すように、位置センサ４７による検出データが主制御部５０に出力される。主制御部５０は、位置センサ４７の検出データに基づく鍵２０の位置情報と、ＲＯＭ５２に記憶された力覚付与テーブル８０とを参照することにより、制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９に対する指令を出す。制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９は、主制御部５０の指令に基づいて、往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂに駆動電流を供給する。こうして、往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂの駆動で、伝達部材４６に質量体３０側又は鍵２０側への駆動力が付与される。
【００４６】
図８は、図５に示す力覚付与テーブル８０に含まれる指示値テーブル８１ｂ，８２ｂの具体的内容の一例を示す表であり、（ａ）は、押鍵用テーブル８１の指示値テーブル８１ｂを示す表、（ｂ）は、離鍵用テーブル８２の指示値テーブル８２ｂを示す表である。また、図９は、指示値テーブル８１ｂ，８２ｂに基づく反力プロファイルを示すグラフであり、（ａ）は、指示値テーブル８１ｂに基づく押鍵用反力プロファイル、（ｂ）は、指示値テーブル８２ｂに基づく離鍵用反力プロファイルである。図９のグラフでは、押鍵量（非押鍵位置からの鍵２０の移動量）を横軸に取り、電磁アクチュエータ４０から鍵２０にかかる荷重の合計値を縦軸に取っている。また、図１０は、鍵２０の押鍵量及び速度に対する反力プロファイルの分布の一例を示すグラフであり、Ｘ軸に鍵２０の押鍵量（位置）を取り、Ｙ軸に鍵２０の速度を取り、Ｚ軸に電磁アクチュエータ４０で発生する荷重の合計値を取っている。図９及び図１０の各グラフでは、電磁アクチュエータ４０で発生する荷重の合計値が正の値であれば、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を助長する向きの駆動力（鍵操作に対する反力）が作用することを意味し、負の値であれば、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）が作用することを意味する。
【００４７】
図８（ａ），（ｂ）の指示値テーブル８１ｂ，８２ｂ、及びそれらに基づいて生成する図９（ａ）、（ｂ）の反力プロファイルについて詳細に説明する。まず、図８（ａ）の押鍵用指示値テーブル８１ｂ及び図９（ａ）の押鍵用反力プロファイルについて説明すると、押鍵時に電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重の内訳は、押鍵開始直後の押鍵初期段階から付与される押鍵第１荷重Ｐ１、押鍵の途中で順次に付与される押鍵第２荷重Ｐ２及び押鍵第３荷重Ｐ３、さらに、押鍵の終期近くで付与が開始される押鍵第４荷重Ｐ４の四種類になっている。したがって、押鍵時に電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重は、これら四種類の荷重の中から鍵１０の位置に応じて発生している荷重を合計したものとなる。以下、上記の四種類の荷重について説明する。
【００４８】
押鍵第１荷重Ｐ１は、図６のアクション機構１００を備えたアコースティックピアノの反力特性において、押鍵の初期段階で静止状態の鍵１０２及びハンマー１０８の持ち上げに要する静荷重を再現するための荷重であり、質量体３０による慣性力を調整するための荷重である。この押鍵第１荷重Ｐ１の指示値は、押鍵速度に依存しない一定の値であり、本実施形態の例では、開始位置が押鍵量０．５ｍｍ、指示値が−０．２Ｎになっている。すなわちここでは、押鍵第１荷重Ｐ１の指示値が負の値になっている。したがって、押鍵第１荷重Ｐ１の付与が開始された押鍵量０．５ｍｍの位置から押鍵第２荷重Ｐ２の付与が開始される押鍵量３．０ｍｍまで領域では、電磁アクチュエータ４０によって、鍵２０に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）が加わるようになっている。
【００４９】
本実施形態の鍵盤装置１０は、鍵２０を駆動する機械的な構造がアコースティックピアノのアクション機構１００とは大きく異なっているため、電磁アクチュエータ４０の駆動力が発生していない状態での反力（鍵２０や質量体３０などの機械的な構造のみに基づく押離鍵操作に対する反力）は、アコースティックピアノの反力とは異なるものになっている。これにより、押鍵操作により鍵２０が移動を開始する押鍵開始時から所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階では、質量体３０などから鍵２０にかかる慣性負荷の値がアコースティックピアノよりも大きな値になっている。そこで、本実施形態の鍵盤装置１０では、押鍵初期段階に、押鍵第１荷重Ｐ１によって、鍵２０に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力を付与することで、鍵２０の動作がより軽い力で行われるようにして、自然鍵盤楽器とのタッチ感の差分を補正するようにしている。
【００５０】
押鍵第２荷重Ｐ２は、アコースティックピアノのアクション機構１００で鍵１０２によるダンパー１０５の持ち上げが開始される際に鍵１０２にかかる荷重を再現するための荷重である。ここでは、押鍵第２荷重Ｐ２の指示値は、押鍵速度に依存しない一定の値であり、本実施形態の例では、開始位置が押鍵量３．０ｍｍで、指示値が＋０．５Ｎである。
【００５１】
押鍵第３荷重Ｐ３は、アコースティックピアノでの押鍵途中にアクション機構１００の各部が動作することで鍵１０２に付与される荷重を再現するためのものである。この押鍵第３荷重Ｐ３の指示値は、押鍵速度に依存しない一定値であり、本実施形態の例では、開始位置が押鍵量５．２ｍｍで、指示値が+０．３Ｎである。
【００５２】
押鍵第４荷重Ｐ４は、アコースティックピアノのアクション機構１００において、ジャック嵌合状態からのジャック抜けに伴う鍵１０２にかかる負荷の急激な変化を再現するための荷重である。この押鍵第４荷重Ｐ４は、押鍵速度に依存する反力分布を有しており、図９（ａ）に示す具体例では、荷重の急激かつ大きな増加及び減少を伴う山型の分布になっている。この押鍵第４荷重Ｐ４の指示値は、開始位置が押鍵量６ｍｍ、最大値が１．５Ｎになっている。以上の内容の押鍵用指示値テーブル８１ｂによって、図９（ａ）に示す押鍵用反力プロファイルが生じるようになっている。
【００５３】
次に、図８（ｂ）に示す離鍵用指示値テーブル８２ｂ及び図９（ｂ）の反力プロファイルについて説明する。離鍵時に電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重の内訳は、離鍵の開始から終了まで付与される離鍵第１荷重Ｐ５と、離鍵の途中で順次に付与が終了する離鍵第２荷重Ｐ６、離鍵第３荷重Ｐ７、離鍵第４荷重Ｐ８の四種類になっている。したがって、離鍵時においても、電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重は、これら四種類の荷重の中から鍵１０の位置に応じて発生している荷重を合計したものとなる。以下、上記の四種類の荷重について説明する。
【００５４】
離鍵第１荷重Ｐ５は、離鍵時の鍵２０にかかる静荷重を調整するための荷重であって、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量０ｍｍ、指示値が０Ｎになっている。すなわち、この例では、離鍵時には、電磁アクチュエータ４０から静荷重を調整するための荷重が実質的には付与されず、離鍵の終期に近付くと、鍵２０にかかる反力が質量体３０の荷重のみで賄われるようになっている。また、離鍵第２荷重Ｐ６は、アコースティックピアノにおける離鍵時のダンパー１０５の持ち上げによる荷重を再現するためのもので、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量３．０ｍｍで、指示値が０．５Ｎである。離鍵第３荷重Ｐ７は、離鍵時のアクション機構１００の動作による荷重を再現するためのもので、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量５．２ｍｍで、指示値が０．３Ｎである。
【００５５】
離鍵第４荷重Ｐ８は、鍵２０を初期位置に戻すために必要な荷重であるが、アコースティックピアノのアクション機構１００で生じる荷重としては、いずれにも分類されない荷重である。この離鍵第４荷重Ｐ８は、離鍵速度に依存した反力分布を有しており、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量１ｍｍ、指示値の最大値が１Ｎであり、図９（ｂ）に示す具体例では、押鍵量に正比例して荷重が変化（減少）する線形の分布になっている。以上の内容の離鍵用指示値テーブル８２ｂによって、図９（ｂ）に示す離鍵用反力プロファイルが生じるようになっている。
【００５６】
なお、図８（ａ）、（ｂ）に示す指示値テーブル８１ｂ，８２ｂと、図９（ａ）、（ｂ）に示す押鍵用反力プロファイル及び離鍵用反力プロファイルとはいずれも一例であり、実際には、図１０に示すように、鍵２０の速度に応じて変化する指示値テーブルに応じて、異なる複数種類の押鍵用反力プロファイル及び離鍵用反力プロファイルが生成する。すなわち、鍵２０の速度が正であるときは、鍵２０が押鍵されてゆく向きに移動しているときであり、その場合の反力プロファイルとして、図１０のグラフに示すように、鍵２０の速度が正の領域で当該速度の大きさ（絶対値）に応じた複数種類の押鍵用反力プロファイルが生成する。一方、鍵２０の速度が負であるときは、鍵２０が離鍵されてゆく向きに移動しているときであり、その場合の反力プロファイルとして、図１０のグラフに示すように、鍵２０の速度が負の領域で当該速度の大きさ（絶対値）に応じた複数種類の離鍵用反力プロファイルが生成する。また、図８（ａ），（ｂ）の指示値テーブル８１ｂ，８２ｂに含まれる具体的な数値は一例であり、これらの数値は、例えば、鍵２０や質量体３０の質量などの要素に応じて異なった値となる。
【００５７】
次に、上記内容で行われる押離鍵操作に対する力覚制御手順について説明する。図１１は、力覚制御の手順を説明するためのフローチャートである。ここでは、まず、位置センサ４７の検出に基づいて、鍵２０に関する位置データ及び速度データを取得する（ステップＳＴ１）。なお、ここでの速度データは、位置センサ４７で検出した位置データの変化量から計算で求めたものの他、速度センサを備えている場合には、当該速度センサで検出した速度データでもよい。そして、取得した速度データが正の値か否かを判断する（ステップＳＴ２）。その結果、取得した速度データが正の値であれば（ＹＥＳ）、図８（ａ）に示す押鍵用指示値テーブル８１ｂを参照する（ステップＳＴ３）。そして、この押鍵用指示値テーブル８１ｂに基づいて、取得した位置での押鍵第１荷重Ｐ１の指示値（ステップＳＴ４）、押鍵第２荷重Ｐ２の指示値（ステップＳＴ５）、押鍵第３荷重Ｐ３の指示値（ステップＳＴ６）、押鍵第４荷重Ｐ４の指示値（ステップＳＴ７）をそれぞれ参照する。なお、上記の各指示値は、取得した位置によってはいずれかの値のみが存在する場合があり、すべての値が常に存在する訳ではない。その後、これら押鍵第１乃至第４荷重Ｐ１〜Ｐ４の指示値（取得した位置で値が存在するもの）を合算して、当該取得した位置での合計荷重値（図９（ａ）に示す反力プロファイル上の反力）を算出する（ステップＳＴ８）。そして、この算出した合計荷重値が正の値であるか否かを判断する（ステップＳＴ９）。その結果、合計荷重値が正の値であれば（ＹＥＳ）、当該合計荷重値に基づいて下ソレノイド（復動コイル）４１ｂの駆動量を算出し（ステップＳＴ１０）、算出した駆動量で下ソレノイド４１ｂを駆動する（ステップＳＴ１１）。一方、合計荷重値が負の値であれば（ＮＯ）、当該合計荷重値に基づいて上ソレノイド（往動コイル）４１ａの駆動量を算出し（ステップＳＴ１２）、算出した駆動量で上ソレノイド４１ａを駆動する（ステップＳＴ１３）。
【００５８】
一方、先のステップＳＴ２で、取得した速度データが負の値であれば（ＮＯ）、図８（ｂ）に示す離鍵用指示値テーブル８２ｂを参照する（ステップＳＴ１４）。そして、この離鍵用指示値テーブル８２ｂに基づいて、取得した位置での離鍵第１荷重Ｐ５の指示値（ステップＳＴ１５）、離鍵第２荷重Ｐ６の指示値（ステップＳＴ１６）、離鍵第３荷重Ｐ７の指示値（ステップＳＴ１７）、離鍵第４荷重Ｐ８の指示値（ステップＳＴ１８）をそれぞれ参照する。その後、これら離鍵第１乃至第４荷重Ｐ５〜Ｐ８の指示値を合算して、当該取得した位置での合計荷重値（図９（ｂ）に示す反力プロファイル上の反力）を算出する（ステップＳＴ８）。そして、この算出した合計荷重値が正の値であるか否かを判断する（ステップＳＴ９）。その結果、合計荷重値が正の値であれば（ＹＥＳ）、当該合計荷重値に基づいて下ソレノイド（復動コイル）４１ｂの駆動量を算出し（ステップＳＴ１０）、算出した駆動量で下ソレノイド４１ｂを駆動する（ステップＳＴ１１）。一方、合計荷重値が負の値であれば（ＮＯ）、当該合計荷重値に基づいて上ソレノイド（往動コイル）４１ａの駆動量を算出し（ステップＳＴ１２）、算出した駆動量で上ソレノイド４１ａを駆動する（ステップＳＴ１３）。
【００５９】
図１２は、上記内容で力覚制御を行った場合の鍵２０の変位（押鍵量）と鍵２０から押鍵操作をする指にかかる反力との関係を示すグラフであり、（ａ）は、鍵２０を比較的ゆっくりと押鍵したときの反力分布、（ｂ）は、鍵２０を比較的ゆっくりと離鍵したときの反力分布である。同図に示すように、本実施形態の鍵盤装置１０における鍵２０の力覚制御では、鍵２０にかかる質量体３０の質量あるいは慣性負荷による反力Ｌ１と、電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与される反力（駆動力）Ｌ２とを合わせたもの（一点鎖線）が、押鍵操作を行う演奏者の指にかかる反力となる。この反力は、アコースティックピアノの反力分布を再現したものになっている。
【００６０】
鍵２０の操作に対する反力の分布について詳細に説明する。まず、図１２（ａ）に示す押鍵時について説明する。この場合、押鍵時に演奏者の指にかかる反力は、押鍵量がゼロのときの初期値（荷重ゼロ）から、次に説明する領域Ａ，領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄの四箇所の変化を含む分布になっている。
【００６１】
領域Ａは、押鍵初期において、静止状態にある鍵２０及び質量体３０の持ち上げが開始される際の静荷重による反力分布である。アクション機構１００を有するアコースティックピアノの反力特性でも、押鍵初期には、鍵１０２及びハンマー１０８の持ち上げによって同様の分布が現れる。領域Ｂでは、電磁アクチュエータ４０によるプランジャ４２の駆動で、アコースティックピアノのアクション機構１００での鍵１０２によるダンパー１０５の持ち上げが開始される際に鍵１０２にかかる反力が再現されている。
【００６２】
領域Ｃは、領域Ｂよりも若干小さい反力の増加量であり、電磁アクチュエータ４０の駆動で創生される反力分布である。この領域Ｃでは、アコースティックピアノで押鍵途中にアクション１０４の各部が動作することで鍵１０２に付与されるアクションバネ荷重が再現されている。領域Ｄは、電磁アクチュエータ４０の駆動で創生される反力の急激かつ大きな増加及び減少を伴う山型の分布である。この領域Ｄでは、アコースティックピアノのアクション機構１００における、いわゆるジャック嵌合状態からのジャック抜けに伴い鍵１０２にかかる負荷の急激な変化が再現されている。なお、領域Ｄの後、質量体３０から鍵２０にかかる反力Ｌ１が再度急激に上昇しているが、これは、質量体３０が質量体上限ストッパー３４から受ける反力、あるいは鍵２０が鍵下限ストッパー２２から受ける反力によるものである。
【００６３】
そしてここでは、押鍵第１荷重Ｐ１が負の値であることにより、押鍵初期段階に電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与される反力Ｌ２は負の値になっている（図１２（ａ）参照）。したがって、押鍵初期段階で演奏者の指にかかる反力（一点鎖線）は、質量体３０から鍵２０にかかる反力Ｌ１よりも小さな値となっている。すなわち、本実施形態の鍵盤装置１０では、押鍵初期段階に質量体３０から鍵２０にかかる反力Ｌ１を軽減する向きの駆動力が付与されることにより、質量体３０の慣性負荷による反力Ｌ１を軽減する補正が行われる。これにより、押鍵初期段階における自然鍵盤楽器との鍵タッチ感の差分を効果的に補正できるようになる。
【００６４】
一方、図１２（ｂ）に示す離鍵時は、領域Ｄのジャック抜けに対応する反力が無いが、それ以外は、概ね図１２（ａ）の押鍵時と同様の反力分布になっている。この場合も、アコースティックピアノの反力分布が再現されている。このように、本実施形態の鍵盤装置１０では、質量体３０による反力Ｌ１と電磁アクチュエータ４０で創生された反力Ｌ２とが合成された反力によって、図６に示すような、複雑なアクション機構１００を有するアコースティックピアノの鍵操作に対して指にかかる反力の分布が忠実に再現されている。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の鍵盤装置１０では、位置センサ４７で取得した鍵２０の位置及び該位置の変化から算出した鍵２０の速度に関する情報に基づいて、双方向駆動型の電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与すべき荷重の指示値を決定し、当該電磁アクチュエータ４０は、この指示値に対応する駆動力として、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を助長する向きの駆動力（鍵操作に対する反力）と、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）とのいずれかを選択的に発生するようになっている。このような電磁アクチュエータ４０の駆動による鍵２０の力覚制御で、鍵２０の演奏操作に対する反力を適切に調節できるようになり、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感が得られるようになる。したがって、複雑なアクション機構を有するアコースティックピアノなど自然鍵盤楽器の演奏操作に対する反力を忠実に再現することができる。
【００６６】
すなわち、電磁アクチュエータ４０で補助的な駆動力を発生することで自然鍵盤楽器のタッチ感を模擬する本実施形態の鍵盤装置１０では、鍵２０や質量体３０などの機械的な構造のみに基づく押鍵操作に対する反力（電磁アクチュエータ４０の駆動力が発生していない状態での反力）は、アコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器の反力と異なるものになっている。そのため、上記のように、押鍵操作により鍵２０が移動を開始する押鍵開始位置から所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階で、質量体３０から鍵２０にかかる慣性負荷（Ｌ１）の値は、自然鍵盤楽器と比べて大きな値となっている。これに対して、本実施形態の鍵盤装置１０では、双方向駆動型の電磁アクチュエータ４０で、伝達部材４６を上側（鍵２０と反対側）に駆動することで、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）を付与することができるので、押鍵初期段階での自然鍵盤楽器の鍵タッチ感との差分を効果的に補正できる。
【００６７】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【００６８】
上記実施形態では、本発明の鍵盤装置を鍵２０の動作に伴い発音する電子音源を有する電子鍵盤楽器１に適用した構成例を示している。したがって、質量体３０は、単に鍵２０に慣性質量を付与して鍵タッチ感をアコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器に近付ける機能のみを有し、実際に弦を叩いて発音させる機能を有するものではない。しかしながら、本発明の鍵盤装置はこの構成に限るものではなく、アコースティックピアノのハンマー体のように、質量体が実際に弦を叩いて発音させる機能を備えていてもよい。なお、その場合は、鍵の動作に応じて電子音を発生させる機構は省略することも可能である。
【００６９】
また、上記各実施形態では、質量体３０は、質量体支点３１を中心に回動するように構成しているが、本発明の鍵盤装置が備える質量体の動作は、回動には限定されず、直動あるいはそれ以外の動作をする構成であってもよい。また、鍵と伝達部材と質量体の配置関係は、上記実施形態に示すように上下方向に配列したものには限定されない。したがって、例えば、詳細な図示は省略するが、鍵と質量体を横方向に並べて配置し、それらの間に伝達部材を配置して、鍵の動作が伝達部材を介して質量体に向けて横方向に伝達されるように構成することも可能である。この場合は、質量体は、回動するように構成してもよいし、直動するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ 電子鍵盤楽器
１０ 鍵盤装置
１２ 鍵支点
２０ 鍵
３０ 質量体
３１ 質量体支点
４０ 電磁アクチュエータ
４１ コイル
４１ａ 往動コイル（上ソレノイド）
４１ｂ 復動コイル（下ソレノイド）
４２ プランジャ
４６ 伝達部材
４７ 位置センサ（位置情報取得手段）
５０ 主制御部（制御手段）
５８ 制御ドライバ
５９ ＰＷＭスイッチング回路
８０ 力覚付与テーブル
８１ 押鍵用テーブル
８２ 離鍵用テーブル
８１ａ，８２ａ 駆動力パターンテーブル
８１ｂ，８２ｂ 指示値テーブル
Ｌ１ 反力（質量体による反力）
Ｌ２ 反力（電磁アクチュエータの駆動力による反力）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子鍵盤楽器などが備える鍵盤装置に関し、特に、鍵の操作感覚及び動作を制御するための力覚制御及び動作制御の機能を備えた鍵盤装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アコースティックピアノなど生音を発生する自然鍵盤楽器の鍵盤ユニットは、押鍵により回動するハンマーが打弦して発音するように構成されており、鍵とハンマーの間には、ジャックやウィッペンを有してなるアクション機構が設けられている。このアクション機構によって、演奏者の指に鍵から独特の反力が掛かるようになっており、自然鍵盤楽器の鍵盤ユニットでは、各楽器に特有の鍵タッチ感が得られる。
【０００３】
一方、電子音を発生する電子鍵盤楽器の鍵盤ユニットは、押鍵時に鍵を初期位置に復帰させるスプリングや質量体（擬似ハンマー）などを備えており、それらの反力によって自然鍵盤楽器の鍵タッチ感を模擬している。しかしながら、電子鍵盤楽器は、押鍵により電子音を発生させる装置であり、実際に打弦して発音する機構を有しないので、自然鍵盤楽器のような複雑なアクション機構がない。そのため、自然鍵盤楽器のアクション機構で生じる鍵タッチ感を忠実には再現しきれず、電子鍵盤楽器の鍵タッチ感は、厳密には自然鍵盤楽器の鍵タッチ感とは異なるものとなっている。
【０００４】
そこで、電子鍵盤楽器では、自然鍵盤楽器に近い鍵動作あるいは鍵タッチ感を得ることを目的として、押鍵に対する反力を変化させる鍵駆動装置や制御装置（力覚制御手段）が提案されている。これに関して、特許文献１に記載の鍵盤ユニットは、鍵を駆動するためのアクチュエータ（ソレノイド）と、該アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、鍵タッチ感を任意に調節して自然鍵盤楽器の演奏感覚を模擬するようになっている。
【０００５】
特許文献２の鍵盤装置は、押鍵方向バネと離鍵方向バネとにより、鍵が押鍵方向と離鍵方向の双方向に付勢されてレスト位置にバランスされている。この鍵を双方向アクチュエータで駆動するように構成したことで、押鍵操作に対する力覚制御と自動演奏の両方を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２９５６１８０号公報
【特許文献２】特許３６４４１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２の鍵盤装置では、鍵に反力を付与するアクチュエータの駆動を制御することで、アコースティックピアノの鍵タッチ感を模擬するようになっている。しかしながら、複雑なアクション機構を有するアコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器の鍵動作では、押鍵時及び離鍵時のそれぞれにおいて、鍵の位置（押鍵量）や速度などに応じて反力の大きさが刻々と変化する独特の鍵タッチ感が生じる。このような自然鍵盤楽器の鍵タッチ感をより忠実に再現するためには、従来から行われているアクチュエータの駆動制御に対して、更なる改良を加えることが必要である。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、アクチュエータの駆動制御による鍵の力覚制御で、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感の創生が可能な鍵盤装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明にかかる鍵盤装置は、支点（１２）を中心に回動可能に支持された鍵（２０）と、鍵（２０）に連動して該鍵（２０）にその押離鍵操作に対する反力を与える質量体（３０）と、発生した駆動力を鍵（２０）に対して与えることで、鍵（２０）の押離鍵操作に対する力覚を制御する双方向駆動型のアクチュエータ（４０）と、アクチュエータ（４０）で発生する駆動力を制御する制御手段（５０）と、鍵（２０）の押離鍵方向の位置及び動作に関する情報を取得する鍵動作情報取得手段（４７）と、を備え、制御手段（５０）は、鍵動作情報取得手段（４７）が取得した鍵（２０）の位置及び動作に関する情報に基づいて、アクチュエータ（４０）で鍵（２０）に付与すべき駆動力の指示値を決定し、アクチュエータ（４０）は、指示値に対応する駆動力として、鍵（２０）の押離鍵操作に対して質量体（３０）から加わる反力を助長する向きの駆動力と、鍵（２０）の押鍵操作に対して質量体（３０）から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生することを特徴とする。
【００１０】
本発明にかかる鍵盤装置では、制御手段は、鍵動作情報取得手段が取得した鍵の位置及び動作に関する情報に基づいて、鍵に付与すべき駆動力の指示値を決定し、双方向駆動型のアクチュエータは、この指示値に対応する駆動力として、鍵の押離鍵操作に対して質量体から加わる反力を助長する向きの駆動力と、鍵の押離鍵操作に対して質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生するようにした。このようなアクチュエータの駆動による鍵の力覚制御で、演奏操作に対して生じる鍵タッチ感をリアルタイムで適切に調節できるようになり、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感が得られるようになる。したがって、複雑なアクション機構を有するアコースティックピアノなど自然鍵盤楽器の演奏操作で生じる鍵タッチ感を忠実に再現することができるようになる。
【００１１】
すなわち、アクチュエータで補助的な駆動力を発生することで自然鍵盤楽器のタッチ感を模擬する本発明のような鍵盤装置では、鍵や質量体などの機械的な構造のみに基づく押鍵操作に対する反力（アクチュエータの駆動力が発生していない状態での反力）は、アコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器の反力と異なるものになっている。したがって、例えば、押鍵操作により鍵が移動を開始したときから所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階では、質量体などの機械的構造から鍵にかかる慣性負荷が自然鍵盤楽器よりも大きくなることがある。その場合、従来のアクチュエータを備えた鍵盤装置では、鍵に対して質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力を発生するものが無かったので、自然鍵盤楽器よりも重くなる押鍵初期段階の鍵タッチ感を的確に補正できなかった。
【００１２】
あるいは、質量体を相当程度に軽くしておき、電磁アクチュエータで質量体の反力を助長する向きの駆動力の大部分を補うように調節する方法も考えられるが、当該構成で質量体の反力が最大値となる駆動力を付与し得るためには、電磁アクチュエータの出力を非常に大きくする必要がある。そうすると、電磁アクチュエータへの過大な電力付与が必要となる。これにより、楽音制御に利用可能な電力が不足し、楽音が歪んだり、制御が不十分になったりするおそれがある。また、鍵の幅寸法及び電磁アクチュエータの配設スペースには制限があるため、電磁アクチュエータの出力を大きくするには、限界がある。
【００１３】
これに対して、本発明の鍵盤装置では、双方向駆動型のアクチュエータで、鍵操作に対して質量体から加わる反力を助長する向きの駆動力だけでなく、鍵操作に対して質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力も付与することができるので、上記のような問題を生じることなく、押鍵初期段階での自然鍵盤楽器の鍵タッチ感との差分を効果的に補正できるようになる。また、鍵の駆動効率の点においても優れたものとなる。
【００１４】
つまり、本発明にかかる鍵盤装置では、アクチュエータ（４０）は、押鍵操作により鍵（２０）が移動を開始したときから所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階において、鍵（２０）の押鍵操作に対して質量体（３０）から加わる反力を軽減する向きの駆動力を発生するようにするとよい。これにより、押鍵初期段階における機械的構造に基づく静荷重の違いで生じる自然鍵盤楽器との鍵タッチ感の差分を効果的に補正できるようになる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態の説明において対応する構成要素に付した符号を本発明の一例として示したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかる鍵盤装置によれば、アクチュエータの駆動制御による鍵の力覚制御で、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感の創生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる鍵盤装置を備えた電子鍵盤楽器の全体構成例を示すブロック図である。
【図２】鍵盤装置を示す図であり、鍵及びその周辺の構成部品を示す概略側面図である。
【図３】電磁アクチュエータ及びその周辺の詳細構成を示す部分拡大側面図である。
【図４】鍵及び質量体の動作を説明するための図で、（ａ）は、鍵が非押鍵位置にある状態、（ｂ）は、鍵が押鍵位置にある状態を示す図である。
【図５】（ａ）は、駆動制御回路を含む鍵盤装置の概略構成を示す図、（ｂ）は、力覚付与テーブルを示す図である。
【図６】アコースティックピアノのアクション機構を示す図である。
【図７】アコースティックピアノにおける鍵操作に対する反力（静的反力）の特性を示すグラフである。
【図８】力覚付与テーブルの具体的内容の一例を示す図で、（ａ）は、押鍵用指示値テーブル、（ｂ）は、離鍵用指示値テーブルである。
【図９】指示値テーブルによる反力プロファイルを示すグラフであり、（ａ）は、押鍵用反力プロファイル、（ｂ）は、離鍵用反力プロファイルである。
【図１０】鍵の速度に対する反力プロファイルの分布の一例を示すグラフである。
【図１１】鍵操作に対する力覚制御の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本実施形態の鍵盤装置による鍵の変位（押鍵量）と押鍵操作をする指にかかる反力との関係を示すグラフであり、（ａ）は、押鍵時の反力分布、（ｂ）は、離鍵時の反力分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる鍵盤装置を備えた電子鍵盤楽器の全体構成を示すブロック図である。同図に示す電子鍵盤楽器１は、後述する複数の鍵２０を有してなる鍵盤装置１０と、ペダル装置５２と、鍵盤装置１０やペダル装置５２を含む電子鍵盤楽器１の全体を制御するための主制御部５０とを備えている。鍵盤装置１０とペダル装置５２及び主制御部５０など電子鍵盤楽器１の各部は、バス５１を介して互いに接続されている。
【００１８】
図２は、鍵盤装置１０を示す図であり、鍵２０及びその周辺の概略側面図である。また、図３は、鍵盤装置１０が備える後述する電磁アクチュエータ４０及びその周辺の詳細構成を示す部分拡大側面図である。また、図４は、鍵盤装置１０の動作を説明するための図で、（ａ）は、鍵２０が非押鍵位置にある状態を示し、（ｂ）は、鍵２０が押鍵位置にある状態を示している。鍵盤装置１０は、電子鍵盤楽器１の一部である平板状のフレーム１１と、それぞれがフレーム１１に対して回動可能に支持された鍵２０及び質量体（擬似ハンマー）３０と、鍵２０と質量体３０の間に設置した電磁アクチュエータ（駆動力付与手段）４０とを備えて構成されている。なお、以下の説明では、鍵２０の長手方向における両側のうち、電子鍵盤楽器１の演奏者の側を手前あるいは前といい、その反対側を奥あるいは後という。なお、図２では、鍵盤装置１０が備える並設された複数の鍵２０のうち、１個の鍵２０及びその周辺の構成部品を示している。また、同図では、鍵２０が白鍵である場合を示しているが、黒鍵の場合も同様の構成になっている。なお、図示は省略するが、鍵盤装置１０には、鍵２０の動作に応じた楽音を発生させるように、鍵２０の動作を電気的な出力に変換するためのスイッチ接点機構も設けられている。
【００１９】
鍵２０は、前後方向の中間の位置がフレーム１１上の鍵支点部材１２に支持されている。鍵支点部材１２は、フレーム１１上で鍵２０の配列方向に沿って延びるバランスレール１２ａの上に立設した支点ピン１２ｂを備えており、鍵２０は、支点ピン１２ｂに支持されている。鍵２０は、前端２０ａ及び後端２０ｂが支点ピン１２ｂを中心に上下方向へ回動可能であり、演奏者による押鍵部２０ｃへの押鍵操作に応じて回動するようになっている。また、鍵２０の前端２０ａの下方には、フロントピン１３が立設されている。フロントピン１３は、その上端が鍵２０の裏面側に挿入されており、回動する鍵２０の前端２０ａの横方向の振れを規制するものである。
【００２０】
鍵２０の後端２０ｂの下方には、鍵上限ストッパー２１が設置されており、前端２０ａの下方には、鍵下限ストッパー２２が設置されている。鍵上限ストッパー２１及び鍵下限ストッパー２２は、いずれもフレーム１１の上面に固定されたフェルトなどの緩衝材を備えて構成されている。鍵上限ストッパー２１は、図４（ａ）に示す非押鍵位置にある鍵２０の後端２０ｂの下面に当接し、鍵２０の回動を非押鍵位置で規制する。一方、鍵下限ストッパー２２は、図４（ｂ）に示す押鍵位置にある鍵２０の前端２０ａの下面に当接し、鍵２０の回動を押鍵位置で規制する。
【００２１】
また、鍵支点部材１２より後方のフレーム１１上には、質量体３０を支持するための柱状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、フレーム１１上で隣接する鍵２０の間から各鍵２０の真上に張り出している。この支持部１４は、所定間隔で前後に配置された前壁１４ａと後壁１４ｂを備えている。前壁１４ａと後壁１４ｂは、いずれも垂直に立設されて、鍵２０よりも高い位置まで延びている。
【００２２】
支持部１４に支持された質量体３０は、各鍵２０に対応して設置されており、鍵支点部材１２よりも後側の真上位置に設置されている。質量体３０は、支持部１４の前壁１４ａの上端に設けた質量体支点３１から後方に延びる直線棒状のシャンク部３２と、該シャンク部３２の先端に取り付けた所定の質量を有する質量部（錘）３３とを備えて構成されている。シャンク部３２は、質量体支点３１に回動自在に支持されており、鍵２０の長手方向に沿う垂直面内で上下に回動するようになっている。質量部３３は、シャンク部３２の先端においてその回動方向に沿って延びる棒状に形成されている。この質量体３０は、質量体支点３１を中心にシャンク部３２を腕として質量部３３が鍵２０の後端近傍の上方で上下方向に回動するようになっている。
【００２３】
支持部１４の後壁１４ｂには、質量体３０の回動を規制するための質量体上限ストッパー３４及び質量体下限ストッパー３５が設けられている。質量体下限ストッパー３５は、下限位置に回動した質量体３０のシャンク部３２を当接させるものであり、質量体上限ストッパー３４は、上限位置に回動した質量体３０のシャンク部３２を当接させるものである。これら質量体下限ストッパー３５及び質量体上限ストッパー３４によって、質量体３０は、図４（ａ）に示すように、シャンク部３２が質量体支点３１から後側の斜め下方向に延びる下限位置と、図４（ｂ）に示すように、シャンク部３２が質量体支点３１から後側の略水平方向に延びる上限位置との間で回動するように規制される。質量体３０は、後述する伝達部材４６を介して鍵２０の動作に連動するようになっており、電磁アクチュエータ４０との協働によって、鍵２０にその演奏操作に対する反力を与えるものである。
【００２４】
鍵２０及び質量体３０に所定の駆動力を付与するための電磁アクチュエータ（駆動力付与手段）４０は、鍵支点部材１２より後側の鍵２０の上面と、質量体３０のシャンク部３２との間に設置されている。電磁アクチュエータ４０は、双方向駆動型のアクチュエータであり、上下に同軸状に並べて設置した往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの二個のソレノイドコイルと、往動コイル（上ソレノイド）４１ａ及び復動コイル（下ソレノイド）４１ｂの内側に嵌挿された１本のプランジャ４２とを備えて構成されている。また、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの外周には、それらを囲むヨーク４０ａ，４０ｂが設置されている。
【００２５】
ヨーク４０ａ，４０ｂは、その後側面が平板状のプレート１５を介して支持部１４の後壁１４ｂの前面に固定されている。したがって、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂは、固定側である支持部１４及びフレーム１１に対して固定されている。プランジャ４２は、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの内側で上下方向に摺動（往復動）自在に設置された柱状の強磁性体からなる胴部４２ａと、胴部４２ａの上端に連結した第１ロッド４２ｂ及び下端に連結した第２ロッド４２ｃを備えている。胴部４２ａと第１ロッド４２ｂ及び第２ロッド４２ｃの軸芯は、垂直方向に向かって一直線状に配列されている。第１ロッド４２ｂの上端には、後述する位置センサ４７を取り付けるための平板状の板部材４３が固定されている。板部材４３は、合成樹脂材などからなる比較的軽量な部材で、第１ロッド４２ｂの上端に固定された水平面状の本体部４３ａと、該本体部４３ａの前端から垂直下方に延びる前辺４３ｂとを有し、横断面が略Ｌ字型に形成されている。板部材４３の本体部４３ａの上面には、水平面状の上面を有する台部材４４が固定されている。一方、質量体３０のシャンク部３２における台部材４４に対向する位置には、円筒状のローラ３６が取り付けられている。ローラ３６は、軸方向が鍵２０の配列方向に沿う水平向きで、下側面（円筒面）が台部材４４の上面に当接している。一方、プランジャ４２の第２ロッド４２ｃの下端には、緩衝及び摺動作用を有するキャップ状のカバー部材４５が取り付けられており、カバー部材４５の下端が対向する鍵２０の上面に設けたスクリュー（ネジ）２５の頭部に当接して載置される。
【００２６】
上記のプランジャ４２（胴部４２ａ、第１ロッド４２ｂ、第２ロッド４２ｃ）及び板部材４３と台部材４４とで、鍵２０と質量体３０のいずれか一方からの負荷（質量による荷重負荷あるいは回動動作に伴う慣性負荷）を他方に伝達するための伝達部材４６が構成されている。伝達部材４６は、質量体３０の自重による負荷で、質量体３０と鍵２０の間に挟まれた状態で配置されている。
【００２７】
電磁アクチュエータ４０は、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂに駆動電流が供給されることで、伝達部材４６（プランジャ４２）を双方向へ駆動するようになっている。すなわち、復動コイル４１ｂに駆動電流が供給されると、伝達部材４６は下側へ移動する。これにより、伝達部材４６から鍵２０の鍵支点部材１２よりも後側に対して下向きの荷重が付与されるので、鍵２０の離鍵方向へかかる荷重が増加する。一方、往動コイル４１ａに駆動電流が供給されると、プランジャ４２は上側へ移動する。これにより、プランジャ４２から鍵２０の支点ピン１２ｂよりも後側に対して下向きにかかる荷重が軽減されるので、鍵２０の離鍵方向へかかる荷重が減少する。
【００２８】
すなわち、鍵２０は、伝達部材４６を介して質量体３０からかかる荷重（質量体３０の質量による荷重）で離鍵方向へ付勢されており、該鍵２０は、電磁アクチュエータ４０の駆動による質量体３０からの荷重の低減に伴い、押鍵方向に回動するように構成されている。この場合、鍵２０は、非押鍵時には、自重による押鍵方向への付勢力よりも質量体３０からの離鍵方向への荷重の方が大きいため、押鍵方向への付勢力が打ち消された状態で離鍵位置に停止している。そして、電磁アクチュエータ４０の駆動力による質量体３０からの荷重の低減に伴い、鍵２０の自重による押鍵方向への付勢力が次第に質量体３０からの離鍵方向への荷重よりも大きくなることで、押鍵位置へ回動するようになっている。
【００２９】
ここで、鍵２０と質量体３０はそれぞれ、支点ピン１２ｂと質量体支点３１を中心とした回動動作を行う一方、伝達部材４６（プランジャ４２）は、往動コイル４１ａ及び復動コイル４１ｂの内側で軸方向に直動動作を行う。したがって、鍵２０、質量体３０、伝達部材４６が一体的に動作する際には、伝達部材４６の上端（台部材４４の上面）と質量体３０のローラ３６が当接する第１当接部４８では、上下に直動する伝達部材４６の上端が、質量体３０の動作に伴って回動するローラ３６の側面に対して摺接移動する。また、同様に、伝達部材４６の下端と鍵２０のスクリュー２５が当接する第２当接部４９では、上下に直動する伝達部材４６の下端が鍵２０の動作に伴って回動するスクリュー２５の上面に対して摺接移動する。
【００３０】
また、本実施形態の鍵盤装置１０では、伝達部材４６は、鍵２０または質量体３０に対してそれらの動作に応じて分離可能な状態で当接しているとよい。ここでいう分離可能な状態での当接とは、通常の鍵２０及び質量体３０の動作のときは、伝達部材４６は、その両端が鍵２０及び質量体３０に常に当接してそれらと一体に動作するようになっているが、鍵２０が強い力で急激に押鍵されたり、非常に早い速度で押鍵あるいは離鍵された場合、伝達部材４６に生じる加速度と鍵２０あるいは質量体３０に生じる加速度との方向が異なると、瞬間的に伝達部材４６と鍵２０との間、又は伝達部材４６と質量体３０との間が離れることがあることを示す。なお、伝達部材４６と鍵２０または質量体３０とは必ずしも分離可能である必要はなく、伝達部材４６から鍵２０または質量体３０への動力伝達が可能な構成でさえあれば、伝達部材４６と鍵２０または質量体３０とが分離不能な状態で連結（リンク接合など）されていてもよい。
【００３１】
また、鍵盤装置１０には、伝達部材４６（プランジャ４２）の位置を検出するための位置センサ（動作検出手段）４７が設置されている。位置センサ４７は、図３に示すように、ヨーク４０ａ，４０ｂの前側面に設けた発光部と受光部とが交互に隣接配置された光センサ４７ａと、板部材４３の前辺４３ｂにおける光センサ４７ａに対向する位置に設けた反射面４７ｂとを備え、反射面４７ｂで反射した光を光センサ４７ａで受光するように構成した反射式センサである。反射面４７ｂは、上下方向の各位置の反射光量が連続的に変化するように構成されている。したがって、光センサ４７ａの出力信号に基づいて伝達部材４６の位置を一義的に特定できる。
【００３２】
なお、位置センサ４７は、伝達部材４６（プランジャ４２）の位置を検出できるものであれば、上記のような反射式センサ以外にも、図示は省略するが、他の構成の光学式センサや、光学式以外のセンサでもよい。また、位置センサ４７に代えて、位置検出用のスイッチなどを設置してもよい。またここでは、伝達部材４６の動作を検出する動作検出手段の一例として、位置を検出する位置センサ４７を設置しているが、それ以外にも、伝達部材４６の速度、加速度などを検出する速度センサ、加速度センサのいずれか、あるいはこれらの複数を設置することも可能である。
【００３３】
またここでは、伝達部材４６の動作（変位や速度など）を検出し、当該検出結果にもとづいて鍵２０の位置（押鍵量）や速度の情報を取得して、電磁アクチュエータ４０の駆動制御を行うように構成している。しかしながら、これ以外にも、鍵２０あるいは質量体３０の動作（位置、速度、加速度など）を検出する動作検出手段を備え、当該動作検出手段で検出した鍵２０あるいは質量体３０の動作に基づいて、電磁アクチュエータ４０の駆動制御を行うようにしてもよい。さらに、伝達部材４６、鍵２０、質量体３０の少なくともいずれかの動作を検出する一又は複数の動作検出手段を備え、当該一又は複数の動作検出手段のいずれかを電磁アクチュエータ４０の駆動制御用とし、他の動作検出手段を電子音源の発音制御用として使用することも可能である。もちろん、一の動作検出手段を駆動制御用と発音制御用の両方に兼用することも可能である。
【００３４】
次に、図１に示す主制御部５０について説明する。主制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、フラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）５４を備えている。また、ＣＰＵ５１にはタイマ５５が接続されている。ＣＰＵ５１は、鍵盤装置１０を含む電子鍵盤楽器１全体の制御を司る。ＲＯＭ５２やフラッシュメモリ５４には、ＣＰＵ５１が実行する制御プログラムや各種テーブルデータのほか、後述する力覚付与テーブル８０及び自動演奏データ８５が記憶されている。ＲＡＭ５３は、演奏データ、テキストデータなどの各種入力情報、各種フラグやバッファデータ及び演算処理結果などを一時的に記憶する。タイマ５５は、タイマ割り込み処理における割り込み時間などの各種時間を計時する。
【００３５】
また、電子鍵盤楽器１には、主制御部５０のほか、設定操作部６１、表示装置６３、音声出力部６５、外部記憶装置６６、ＨＤＤ６７、通信インターフェイス６８、ＭＩＤＩインターフェイス６９などが設けられている。通信インターフェイス６８には、外部装置７１を接続でき、ＭＩＤＩインターフェイス６９には、ＭＩＤＩ機器７２を接続できる。また、通信インターフェイス６８は、インターネットなどの通信ネットワーク７３を介して外部のサーバ装置７４との間で通信を行えるようになっている。設定操作部６１には、演奏者が設定操作情報を入力するために用いる不図示の各種スイッチなどが含まれ、スイッチの操作による信号がＣＰＵ５１に供給されるようになっている。外部記憶装置６６やＨＤＤ６７は、上記の制御プログラムを含む各種アプリケーションプログラムや各種楽曲データなどを記憶するものである。表示装置６３は、表示制御回路６２を介してバス５１に接続されており、音声出力部６５は、音源回路６４を介してバス５１に接続されている。
【００３６】
図５（ａ）は、鍵２０の駆動を制御するための駆動制御回路を含む鍵盤装置１０の概略構成を示す図であり、（ｂ）は、後述する力覚付与テーブル８０を示す図である。図５（ａ）に示すように、鍵盤装置１０の駆動制御回路は、主制御部５０と、主制御部５０の指令に応じて電磁アクチュエータ４０の往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂに駆動用のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を出力する制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９を備えている。主制御部５０は、図１に示す構成であって、力覚付与テーブル８０及び自動演奏データ８５を記憶したＲＯＭ５２を備えている。ＲＯＭ５２に格納された力覚付与テーブル８０は、電磁アクチュエータ４０が発生すべき駆動力のパターンを格納したテーブルである。この力覚付与テーブル８０には、押鍵用テーブル８１と離鍵用テーブル８２が用意されており、さらに押鍵用テーブル８１と離鍵用テーブル８２はそれぞれ、発生すべき駆動力のパターンを記憶した駆動力パターンテーブル８１ａ，８２ａと、当該駆動力を発生させるための指示値を記憶した指示値テーブル８１ｂ，８２ｂとからなる。
【００３７】
位置センサ４７によって検出された鍵２０の位置及び動作に関する情報は、主制御部５０に出力されるようになっている。主制御部５０からの制御信号は、制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９に入力される。制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９は、主制御部５０からの制御信号に基づいて、電磁アクチュエータ４０の往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂに駆動電流を供給する。この駆動電流は、グランド（G）と所定電圧（＋）とが交互に切り換わるＰＷＭ信号によって発生する電流で、デューティ比を変更制御することにより任意の駆動力を発生することができるようになっている。
【００３８】
次に、上記構成の鍵盤装置１０の動作について説明する。鍵２０は、鍵支点部材１２の前後の質量（自重）バランスによって生じる押鍵方向への付勢力と、伝達部材４６を介してかかる質量体３０からの荷重との大小関係によって、押鍵力が作用していない状態では、後端２０ｂの下面が鍵上限ストッパー２１に当接し、前端２０ａの押鍵部２０ｃが最上位置に上昇しており、図４（ａ）に示す非押鍵位置にある。このとき、質量体３０は、シャンク部３２が質量体下限ストッパー３５に当接した下限位置にある。一方、非押鍵位置にある鍵２０が押鍵操作されると、鍵２０は、伝達部材４６を介して質量体３０を押し上げながら支点ピン１２ｂを中心に押鍵方向へ回動する。こうして、前端２０ａの下面が鍵下限ストッパー２２に当接する位置まで回動し、図４（ｂ）に示す押鍵位置となる。鍵２０が押鍵位置のとき、伝達部材４６を介して鍵２０によって押し上げられた質量体３０は、シャンク部３２が質量体上限ストッパー３４に当接する上限位置にある。そして、鍵２０に対する押鍵力が解除されると、鍵２０には、自重で下方へ回動する質量体３０から伝達部材４６を介して荷重が加わる。鍵２０は、この荷重と自重バランスとの両方によって非押鍵位置へ復帰する。
【００３９】
このような質量体３０の慣性質量を利用した鍵２０の動作が行われる際に、電磁アクチュエータ４０で伝達部材４６を双方向へ駆動することで、鍵２０の演奏操作に対してかかる反力をアシストあるいは軽減することができる。したがって、主制御部５０により電磁アクチュエータ４０の駆動を制御することで、押鍵操作に対する力覚制御を行うことができる。以下、この押鍵操作に対する力覚制御について詳細に説明する。
【００４０】
ここで、鍵２０の力覚制御を説明するにあたって、アコースティックピアノのアクション機構の動作について簡単に説明する。図６は、アコースティックピアノのアクション機構の外観図である。同図に示すアクション機構１００では、鍵１０２が押鍵されると、まず、キャプスタン１０３によるアクション１０４の持ち上げが開始される。続いて、鍵１０２の後端がダンパー１０５を押し上げてゆく。アクション１０４が持ち上げられると、ジャック１０６がハンマーローラー１０７を突き上げ、これにより、ハンマー１０８が弦１０９に向けて回動を開始する。さらに、鍵１０２を押し下げてゆくと、ジャック１０６がハンマーローラー１０７をさらに突き上げてからハンマーローラー１０７から外れ（脱進）、これによりハンマー１０８が弦１０９を打弦する。打弦を終えたハンマー１０８は、弦１０９の反力および自重で落下する。次に、鍵１０２を戻して離鍵行程に入ると、鍵１０２の後端がダンパー１０５を徐々に下げてから離れ、次いで、鍵１０２がレスト位置に戻り、一連の動作が終了する。
【００４１】
図７は、上記構成のアクション機構１００を備えるアコースティックピアノにおいて、鍵１０２を静かに押し下げ、押し切った後に静かに元の位置（レスト位置）に戻した場合の反力（静的反力）の特性を示すグラフであり、横軸が押鍵量、縦軸が荷重（反力）である。なお、ここでは、ダンパーペダル（図示せず）を踏んでダンパー１０５を持ち上げた状態（ダンパー１０５の反力が鍵１０２にかからないようにした状態）での静的反力は考慮していない。
【００４２】
図７のグラフに示すように、押鍵工程では、鍵１０２を押し始めた直後のＡ点は、鍵１０２やアクション１０４などの静荷重が加わった状態であり、Ｂ点は、ダンパー１０５の荷重が加わった状態である。また、Ｃ点は、アクション機構１００の各部の摩擦などによるアクション荷重がかかり始めた状態である。Ｄ点は、ジャック１０６の嵌合が抜け始める状態であり、Ｆ点は、ジャック１０６が完全に抜けた状態である。また、ＢＣ間とＦ点との間の所定位置、例えばＥ点に打弦点が位置する。なお、中程度以上の打鍵の場合、ハンマー１０８が打弦に向かうＦ点では、反力が急激に小さくなり、その後、鍵１０２がエンド位置に達すると棚板に当接するために大きな反力が生じる。
【００４３】
一方、離鍵行程では、ジャック１０６が戻る際にかかる荷重（戻りジャック荷重）が付与されるＨ点、アクション機構１００の各部の摩擦などによるアクション荷重がかかるＩ点、ダンパー１０５の荷重が加わるＪ点、鍵１０２やアクション機構１００などの静荷重が加わった状態のＫ点を経由して初期位置に戻る。このように、アコースティックピアノの鍵１０２は、アクション機構１００の動きや各部品の自重によって、鍵１０２の位置に応じて多様に変化する反力を演奏者の指に与えるようになっている。
【００４４】
本実施形態の鍵盤装置１０では、上記のアクション機構１００の作用に基づいて指に感じられるアコースティックピアノに独特の鍵タッチ感（抵抗感）を再現すべく、電子鍵盤楽器１の演奏時に電磁アクチュエータ４０でプランジャ４２を駆動することで、アコースティックピアノの鍵タッチ感に相当する反力特性を鍵２０に付与するようになっている。この反力特性は、鍵２０の押離鍵方向の位置及び速度に応じて刻々と変化するものである。したがって、上記の力覚制御を行う際には、位置センサ４７の検出値に基づく鍵２０の位置情報に応じた駆動力の付与が行われる。
【００４５】
すなわち、図５（ａ）に示すように、位置センサ４７による検出データが主制御部５０に出力される。主制御部５０は、位置センサ４７の検出データに基づく鍵２０の位置情報と、ＲＯＭ５２に記憶された力覚付与テーブル８０とを参照することにより、制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９に対する指令を出す。制御ドライバ５８及びＰＷＭスイッチング回路５９は、主制御部５０の指令に基づいて、往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂに駆動電流を供給する。こうして、往動コイル４１ａ又は復動コイル４１ｂの駆動で、伝達部材４６に質量体３０側又は鍵２０側への駆動力が付与される。
【００４６】
図８は、図５に示す力覚付与テーブル８０に含まれる指示値テーブル８１ｂ，８２ｂの具体的内容の一例を示す表であり、（ａ）は、押鍵用テーブル８１の指示値テーブル８１ｂを示す表、（ｂ）は、離鍵用テーブル８２の指示値テーブル８２ｂを示す表である。また、図９は、指示値テーブル８１ｂ，８２ｂに基づく反力プロファイルを示すグラフであり、（ａ）は、指示値テーブル８１ｂに基づく押鍵用反力プロファイル、（ｂ）は、指示値テーブル８２ｂに基づく離鍵用反力プロファイルである。図９のグラフでは、押鍵量（非押鍵位置からの鍵２０の移動量）を横軸に取り、電磁アクチュエータ４０から鍵２０にかかる荷重の合計値を縦軸に取っている。また、図１０は、鍵２０の押鍵量及び速度に対する反力プロファイルの分布の一例を示すグラフであり、Ｘ軸に鍵２０の押鍵量（位置）を取り、Ｙ軸に鍵２０の速度を取り、Ｚ軸に電磁アクチュエータ４０で発生する荷重の合計値を取っている。図９及び図１０の各グラフでは、電磁アクチュエータ４０で発生する荷重の合計値が正の値であれば、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を助長する向きの駆動力（鍵操作に対する反力）が作用することを意味し、負の値であれば、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）が作用することを意味する。
【００４７】
図８（ａ），（ｂ）の指示値テーブル８１ｂ，８２ｂ、及びそれらに基づいて生成する図９（ａ）、（ｂ）の反力プロファイルについて詳細に説明する。まず、図８（ａ）の押鍵用指示値テーブル８１ｂ及び図９（ａ）の押鍵用反力プロファイルについて説明すると、押鍵時に電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重の内訳は、押鍵開始直後の押鍵初期段階から付与される押鍵第１荷重Ｐ１、押鍵の途中で順次に付与される押鍵第２荷重Ｐ２及び押鍵第３荷重Ｐ３、さらに、押鍵の終期近くで付与が開始される押鍵第４荷重Ｐ４の四種類になっている。したがって、押鍵時に電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重は、これら四種類の荷重の中から鍵１０の位置に応じて発生している荷重を合計したものとなる。以下、上記の四種類の荷重について説明する。
【００４８】
押鍵第１荷重Ｐ１は、図６のアクション機構１００を備えたアコースティックピアノの反力特性において、押鍵の初期段階で静止状態の鍵１０２及びハンマー１０８の持ち上げに要する静荷重を再現するための荷重であり、質量体３０による慣性力を調整するための荷重である。この押鍵第１荷重Ｐ１の指示値は、押鍵速度に依存しない一定の値であり、本実施形態の例では、開始位置が押鍵量０．５ｍｍ、指示値が−０．２Ｎになっている。すなわちここでは、押鍵第１荷重Ｐ１の指示値が負の値になっている。したがって、押鍵第１荷重Ｐ１の付与が開始された押鍵量０．５ｍｍの位置から押鍵第２荷重Ｐ２の付与が開始される押鍵量３．０ｍｍまで領域では、電磁アクチュエータ４０によって、鍵２０に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）が加わるようになっている。
【００４９】
本実施形態の鍵盤装置１０は、鍵２０を駆動する機械的な構造がアコースティックピアノのアクション機構１００とは大きく異なっているため、電磁アクチュエータ４０の駆動力が発生していない状態での反力（鍵２０や質量体３０などの機械的な構造のみに基づく押離鍵操作に対する反力）は、アコースティックピアノの反力とは異なるものになっている。これにより、押鍵操作により鍵２０が移動を開始する押鍵開始時から所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階では、質量体３０などから鍵２０にかかる慣性負荷の値がアコースティックピアノよりも大きな値になっている。そこで、本実施形態の鍵盤装置１０では、押鍵初期段階に、押鍵第１荷重Ｐ１によって、鍵２０に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力を付与することで、鍵２０の動作がより軽い力で行われるようにして、自然鍵盤楽器とのタッチ感の差分を補正するようにしている。
【００５０】
押鍵第２荷重Ｐ２は、アコースティックピアノのアクション機構１００で鍵１０２によるダンパー１０５の持ち上げが開始される際に鍵１０２にかかる荷重を再現するための荷重である。ここでは、押鍵第２荷重Ｐ２の指示値は、押鍵速度に依存しない一定の値であり、本実施形態の例では、開始位置が押鍵量３．０ｍｍで、指示値が＋０．５Ｎである。
【００５１】
押鍵第３荷重Ｐ３は、アコースティックピアノでの押鍵途中にアクション機構１００の各部が動作することで鍵１０２に付与される荷重を再現するためのものである。この押鍵第３荷重Ｐ３の指示値は、押鍵速度に依存しない一定値であり、本実施形態の例では、開始位置が押鍵量５．２ｍｍで、指示値が+０．３Ｎである。
【００５２】
押鍵第４荷重Ｐ４は、アコースティックピアノのアクション機構１００において、ジャック嵌合状態からのジャック抜けに伴う鍵１０２にかかる負荷の急激な変化を再現するための荷重である。この押鍵第４荷重Ｐ４は、押鍵速度に依存する反力分布を有しており、図９（ａ）に示す具体例では、荷重の急激かつ大きな増加及び減少を伴う山型の分布になっている。この押鍵第４荷重Ｐ４の指示値は、開始位置が押鍵量６ｍｍ、最大値が１．５Ｎになっている。以上の内容の押鍵用指示値テーブル８１ｂによって、図９（ａ）に示す押鍵用反力プロファイルが生じるようになっている。
【００５３】
次に、図８（ｂ）に示す離鍵用指示値テーブル８２ｂ及び図９（ｂ）の反力プロファイルについて説明する。離鍵時に電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重の内訳は、離鍵の開始から終了まで付与される離鍵第１荷重Ｐ５と、離鍵の途中で順次に付与が終了する離鍵第２荷重Ｐ６、離鍵第３荷重Ｐ７、離鍵第４荷重Ｐ８の四種類になっている。したがって、離鍵時においても、電磁アクチュエータ４０から鍵２０に付与される荷重は、これら四種類の荷重の中から鍵１０の位置に応じて発生している荷重を合計したものとなる。以下、上記の四種類の荷重について説明する。
【００５４】
離鍵第１荷重Ｐ５は、離鍵時の鍵２０にかかる静荷重を調整するための荷重であって、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量０ｍｍ、指示値が０Ｎになっている。すなわち、この例では、離鍵時には、電磁アクチュエータ４０から静荷重を調整するための荷重が実質的には付与されず、離鍵の終期に近付くと、鍵２０にかかる反力が質量体３０の荷重のみで賄われるようになっている。また、離鍵第２荷重Ｐ６は、アコースティックピアノにおける離鍵時のダンパー１０５の持ち上げによる荷重を再現するためのもので、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量３．０ｍｍで、指示値が０．５Ｎである。離鍵第３荷重Ｐ７は、離鍵時のアクション機構１００の動作による荷重を再現するためのもので、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量５．２ｍｍで、指示値が０．３Ｎである。
【００５５】
離鍵第４荷重Ｐ８は、鍵２０を初期位置に戻すために必要な荷重であるが、アコースティックピアノのアクション機構１００で生じる荷重としては、いずれにも分類されない荷重である。この離鍵第４荷重Ｐ８は、離鍵速度に依存した反力分布を有しており、本実施形態の例では、終了位置が押鍵量１ｍｍ、指示値の最大値が１Ｎであり、図９（ｂ）に示す具体例では、押鍵量に正比例して荷重が変化（減少）する線形の分布になっている。以上の内容の離鍵用指示値テーブル８２ｂによって、図９（ｂ）に示す離鍵用反力プロファイルが生じるようになっている。
【００５６】
なお、図８（ａ）、（ｂ）に示す指示値テーブル８１ｂ，８２ｂと、図９（ａ）、（ｂ）に示す押鍵用反力プロファイル及び離鍵用反力プロファイルとはいずれも一例であり、実際には、図１０に示すように、鍵２０の速度に応じて変化する指示値テーブルに応じて、異なる複数種類の押鍵用反力プロファイル及び離鍵用反力プロファイルが生成する。すなわち、鍵２０の速度が正であるときは、鍵２０が押鍵されてゆく向きに移動しているときであり、その場合の反力プロファイルとして、図１０のグラフに示すように、鍵２０の速度が正の領域で当該速度の大きさ（絶対値）に応じた複数種類の押鍵用反力プロファイルが生成する。一方、鍵２０の速度が負であるときは、鍵２０が離鍵されてゆく向きに移動しているときであり、その場合の反力プロファイルとして、図１０のグラフに示すように、鍵２０の速度が負の領域で当該速度の大きさ（絶対値）に応じた複数種類の離鍵用反力プロファイルが生成する。また、図８（ａ），（ｂ）の指示値テーブル８１ｂ，８２ｂに含まれる具体的な数値は一例であり、これらの数値は、例えば、鍵２０や質量体３０の質量などの要素に応じて異なった値となる。
【００５７】
次に、上記内容で行われる押離鍵操作に対する力覚制御手順について説明する。図１１は、力覚制御の手順を説明するためのフローチャートである。ここでは、まず、位置センサ４７の検出に基づいて、鍵２０に関する位置データ及び速度データを取得する（ステップＳＴ１）。なお、ここでの速度データは、位置センサ４７で検出した位置データの変化量から計算で求めたものの他、速度センサを備えている場合には、当該速度センサで検出した速度データでもよい。そして、取得した速度データが正の値か否かを判断する（ステップＳＴ２）。その結果、取得した速度データが正の値であれば（ＹＥＳ）、図８（ａ）に示す押鍵用指示値テーブル８１ｂを参照する（ステップＳＴ３）。そして、この押鍵用指示値テーブル８１ｂに基づいて、取得した位置での押鍵第１荷重Ｐ１の指示値（ステップＳＴ４）、押鍵第２荷重Ｐ２の指示値（ステップＳＴ５）、押鍵第３荷重Ｐ３の指示値（ステップＳＴ６）、押鍵第４荷重Ｐ４の指示値（ステップＳＴ７）をそれぞれ参照する。なお、上記の各指示値は、取得した位置によってはいずれかの値のみが存在する場合があり、すべての値が常に存在する訳ではない。その後、これら押鍵第１乃至第４荷重Ｐ１〜Ｐ４の指示値（取得した位置で値が存在するもの）を合算して、当該取得した位置での合計荷重値（図９（ａ）に示す反力プロファイル上の反力）を算出する（ステップＳＴ８）。そして、この算出した合計荷重値が正の値であるか否かを判断する（ステップＳＴ９）。その結果、合計荷重値が正の値であれば（ＹＥＳ）、当該合計荷重値に基づいて下ソレノイド（復動コイル）４１ｂの駆動量を算出し（ステップＳＴ１０）、算出した駆動量で下ソレノイド４１ｂを駆動する（ステップＳＴ１１）。一方、合計荷重値が負の値であれば（ＮＯ）、当該合計荷重値に基づいて上ソレノイド（往動コイル）４１ａの駆動量を算出し（ステップＳＴ１２）、算出した駆動量で上ソレノイド４１ａを駆動する（ステップＳＴ１３）。
【００５８】
一方、先のステップＳＴ２で、取得した速度データが負の値であれば（ＮＯ）、図８（ｂ）に示す離鍵用指示値テーブル８２ｂを参照する（ステップＳＴ１４）。そして、この離鍵用指示値テーブル８２ｂに基づいて、取得した位置での離鍵第１荷重Ｐ５の指示値（ステップＳＴ１５）、離鍵第２荷重Ｐ６の指示値（ステップＳＴ１６）、離鍵第３荷重Ｐ７の指示値（ステップＳＴ１７）、離鍵第４荷重Ｐ８の指示値（ステップＳＴ１８）をそれぞれ参照する。その後、これら離鍵第１乃至第４荷重Ｐ５〜Ｐ８の指示値を合算して、当該取得した位置での合計荷重値（図９（ｂ）に示す反力プロファイル上の反力）を算出する（ステップＳＴ８）。そして、この算出した合計荷重値が正の値であるか否かを判断する（ステップＳＴ９）。その結果、合計荷重値が正の値であれば（ＹＥＳ）、当該合計荷重値に基づいて下ソレノイド（復動コイル）４１ｂの駆動量を算出し（ステップＳＴ１０）、算出した駆動量で下ソレノイド４１ｂを駆動する（ステップＳＴ１１）。一方、合計荷重値が負の値であれば（ＮＯ）、当該合計荷重値に基づいて上ソレノイド（往動コイル）４１ａの駆動量を算出し（ステップＳＴ１２）、算出した駆動量で上ソレノイド４１ａを駆動する（ステップＳＴ１３）。
【００５９】
図１２は、上記内容で力覚制御を行った場合の鍵２０の変位（押鍵量）と鍵２０から押鍵操作をする指にかかる反力との関係を示すグラフであり、（ａ）は、鍵２０を比較的ゆっくりと押鍵したときの反力分布、（ｂ）は、鍵２０を比較的ゆっくりと離鍵したときの反力分布である。同図に示すように、本実施形態の鍵盤装置１０における鍵２０の力覚制御では、鍵２０にかかる質量体３０の質量あるいは慣性負荷による反力Ｌ１と、電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与される反力（駆動力）Ｌ２とを合わせたもの（一点鎖線）が、押鍵操作を行う演奏者の指にかかる反力となる。この反力は、アコースティックピアノの反力分布を再現したものになっている。
【００６０】
鍵２０の操作に対する反力の分布について詳細に説明する。まず、図１２（ａ）に示す押鍵時について説明する。この場合、押鍵時に演奏者の指にかかる反力は、押鍵量がゼロのときの初期値（荷重ゼロ）から、次に説明する領域Ａ，領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄの四箇所の変化を含む分布になっている。
【００６１】
領域Ａは、押鍵初期において、静止状態にある鍵２０及び質量体３０の持ち上げが開始される際の静荷重による反力分布である。アクション機構１００を有するアコースティックピアノの反力特性でも、押鍵初期には、鍵１０２及びハンマー１０８の持ち上げによって同様の分布が現れる。領域Ｂでは、電磁アクチュエータ４０によるプランジャ４２の駆動で、アコースティックピアノのアクション機構１００での鍵１０２によるダンパー１０５の持ち上げが開始される際に鍵１０２にかかる反力が再現されている。
【００６２】
領域Ｃは、領域Ｂよりも若干小さい反力の増加量であり、電磁アクチュエータ４０の駆動で創生される反力分布である。この領域Ｃでは、アコースティックピアノで押鍵途中にアクション１０４の各部が動作することで鍵１０２に付与されるアクションバネ荷重が再現されている。領域Ｄは、電磁アクチュエータ４０の駆動で創生される反力の急激かつ大きな増加及び減少を伴う山型の分布である。この領域Ｄでは、アコースティックピアノのアクション機構１００における、いわゆるジャック嵌合状態からのジャック抜けに伴い鍵１０２にかかる負荷の急激な変化が再現されている。なお、領域Ｄの後、質量体３０から鍵２０にかかる反力Ｌ１が再度急激に上昇しているが、これは、質量体３０が質量体上限ストッパー３４から受ける反力、あるいは鍵２０が鍵下限ストッパー２２から受ける反力によるものである。
【００６３】
そしてここでは、押鍵第１荷重Ｐ１が負の値であることにより、押鍵初期段階に電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与される反力Ｌ２は負の値になっている（図１２（ａ）参照）。したがって、押鍵初期段階で演奏者の指にかかる反力（一点鎖線）は、質量体３０から鍵２０にかかる反力Ｌ１よりも小さな値となっている。すなわち、本実施形態の鍵盤装置１０では、押鍵初期段階に質量体３０から鍵２０にかかる反力Ｌ１を軽減する向きの駆動力が付与されることにより、質量体３０の慣性負荷による反力Ｌ１を軽減する補正が行われる。これにより、押鍵初期段階における自然鍵盤楽器との鍵タッチ感の差分を効果的に補正できるようになる。
【００６４】
一方、図１２（ｂ）に示す離鍵時は、領域Ｄのジャック抜けに対応する反力が無いが、それ以外は、概ね図１２（ａ）の押鍵時と同様の反力分布になっている。この場合も、アコースティックピアノの反力分布が再現されている。このように、本実施形態の鍵盤装置１０では、質量体３０による反力Ｌ１と電磁アクチュエータ４０で創生された反力Ｌ２とが合成された反力によって、図６に示すような、複雑なアクション機構１００を有するアコースティックピアノの鍵操作に対して指にかかる反力の分布が忠実に再現されている。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態の鍵盤装置１０では、位置センサ４７で取得した鍵２０の位置及び該位置の変化から算出した鍵２０の速度に関する情報に基づいて、双方向駆動型の電磁アクチュエータ４０で鍵２０に付与すべき荷重の指示値を決定し、当該電磁アクチュエータ４０は、この指示値に対応する駆動力として、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を助長する向きの駆動力（鍵操作に対する反力）と、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）とのいずれかを選択的に発生するようになっている。このような電磁アクチュエータ４０の駆動による鍵２０の力覚制御で、鍵２０の演奏操作に対する反力を適切に調節できるようになり、自然鍵盤楽器により近い鍵タッチ感が得られるようになる。したがって、複雑なアクション機構を有するアコースティックピアノなど自然鍵盤楽器の演奏操作に対する反力を忠実に再現することができる。
【００６６】
すなわち、電磁アクチュエータ４０で補助的な駆動力を発生することで自然鍵盤楽器のタッチ感を模擬する本実施形態の鍵盤装置１０では、鍵２０や質量体３０などの機械的な構造のみに基づく押鍵操作に対する反力（電磁アクチュエータ４０の駆動力が発生していない状態での反力）は、アコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器の反力と異なるものになっている。そのため、上記のように、押鍵操作により鍵２０が移動を開始する押鍵開始位置から所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階で、質量体３０から鍵２０にかかる慣性負荷（Ｌ１）の値は、自然鍵盤楽器と比べて大きな値となっている。これに対して、本実施形態の鍵盤装置１０では、双方向駆動型の電磁アクチュエータ４０で、伝達部材４６を上側（鍵２０と反対側）に駆動することで、鍵２０の押鍵操作に対して質量体３０から加わる反力を軽減する向きの駆動力（鍵操作に対する助力）を付与することができるので、押鍵初期段階での自然鍵盤楽器の鍵タッチ感との差分を効果的に補正できる。
【００６７】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【００６８】
上記実施形態では、本発明の鍵盤装置を鍵２０の動作に伴い発音する電子音源を有する電子鍵盤楽器１に適用した構成例を示している。したがって、質量体３０は、単に鍵２０に慣性質量を付与して鍵タッチ感をアコースティックピアノなどの自然鍵盤楽器に近付ける機能のみを有し、実際に弦を叩いて発音させる機能を有するものではない。しかしながら、本発明の鍵盤装置はこの構成に限るものではなく、アコースティックピアノのハンマー体のように、質量体が実際に弦を叩いて発音させる機能を備えていてもよい。なお、その場合は、鍵の動作に応じて電子音を発生させる機構は省略することも可能である。
【００６９】
また、上記各実施形態では、質量体３０は、質量体支点３１を中心に回動するように構成しているが、本発明の鍵盤装置が備える質量体の動作は、回動には限定されず、直動あるいはそれ以外の動作をする構成であってもよい。また、鍵と伝達部材と質量体の配置関係は、上記実施形態に示すように上下方向に配列したものには限定されない。したがって、例えば、詳細な図示は省略するが、鍵と質量体を横方向に並べて配置し、それらの間に伝達部材を配置して、鍵の動作が伝達部材を介して質量体に向けて横方向に伝達されるように構成することも可能である。この場合は、質量体は、回動するように構成してもよいし、直動するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ 電子鍵盤楽器
１０ 鍵盤装置
１２ 鍵支点
２０ 鍵
３０ 質量体
３１ 質量体支点
４０ 電磁アクチュエータ
４１ コイル
４１ａ 往動コイル（上ソレノイド）
４１ｂ 復動コイル（下ソレノイド）
４２ プランジャ
４６ 伝達部材
４７ 位置センサ（位置情報取得手段）
５０ 主制御部（制御手段）
５８ 制御ドライバ
５９ ＰＷＭスイッチング回路
８０ 力覚付与テーブル
８１ 押鍵用テーブル
８２ 離鍵用テーブル
８１ａ，８２ａ 駆動力パターンテーブル
８１ｂ，８２ｂ 指示値テーブル
Ｌ１ 反力（質量体による反力）
Ｌ２ 反力（電磁アクチュエータの駆動力による反力）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点を中心に回動可能に支持された鍵と、
前記鍵に連動して該鍵にその押離鍵操作に対する反力を与える質量体と、
発生した駆動力を前記鍵に対して与えることで、前記鍵の押離鍵操作に対する力覚を制御する双方向駆動型のアクチュエータと、
前記アクチュエータで発生する駆動力を制御する制御手段と、
前記鍵の押離鍵方向の位置及び動作に関する情報を取得する鍵動作情報取得手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記鍵動作情報取得手段が取得した前記鍵の位置及び動作に関する情報に基づいて、前記アクチュエータで前記鍵に付与すべき駆動力の指示値を決定し、
前記アクチュエータは、前記指示値に対応する駆動力として、前記鍵の押離鍵操作に対して前記質量体から加わる反力を助長する向きの駆動力と、前記鍵の押鍵操作に対して前記質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生する
ことを特徴とする鍵盤装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、押鍵操作により前記鍵が移動を開始したときから所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階において、前記指示値に対応する駆動力として、前記鍵の押鍵操作に対して前記質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力を発生する
ことを特徴とする請求項１に記載の鍵盤装置。
【請求項１】
支点を中心に回動可能に支持された鍵と、
前記鍵に連動して該鍵にその押離鍵操作に対する反力を与える質量体と、
発生した駆動力を前記鍵に対して与えることで、前記鍵の押離鍵操作に対する力覚を制御する双方向駆動型のアクチュエータと、
前記アクチュエータで発生する駆動力を制御する制御手段と、
前記鍵の押離鍵方向の位置及び動作に関する情報を取得する鍵動作情報取得手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記鍵動作情報取得手段が取得した前記鍵の位置及び動作に関する情報に基づいて、前記アクチュエータで前記鍵に付与すべき駆動力の指示値を決定し、
前記アクチュエータは、前記指示値に対応する駆動力として、前記鍵の押離鍵操作に対して前記質量体から加わる反力を助長する向きの駆動力と、前記鍵の押鍵操作に対して前記質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力とのいずれかを選択的に発生する
ことを特徴とする鍵盤装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、押鍵操作により前記鍵が移動を開始したときから所定の押鍵量に達するまでの押鍵初期段階において、前記指示値に対応する駆動力として、前記鍵の押鍵操作に対して前記質量体から加わる反力を軽減する向きの駆動力を発生する
ことを特徴とする請求項１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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−４８０２９（Ｐ２０１１−４８０２９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９４６７５（Ｐ２００９−１９４６７５）
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２５日（２００９．８．２５）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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