基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘的制作方法

1.本发明主要涉及键盘弹奏乐器、电子技术及机械技术，具体涉及一种基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘。

背景技术：

2.机械钢琴，是一种键盘乐器，演奏时按下琴键，通过乐器内的机械装置来产生声音。机械钢琴琴键的按键手感自然，是因为有20多个传动装置，其中有联动器、转击器、勺钉、缩条等。琴键按下后，经过一系列的杠杆，最终会由一根木棍将琴锤顶起，由于杠杆的牵引，这个木棍最终会偏离琴锤下方的软垫，使得琴锤完全脱离琴键的控制，凭惯性完成击弦，发出声音。在木棍脱离软垫的一瞬，琴锤会给琴键一个较大的反作用，从而使得按键的这个过程中会有阻力突然增大的现象，不会有悬空弹奏的感觉。
3.电钢琴，由于价格便宜，厂家没有刻意追求按键手感，通常采用琴键直接连着一个带配重的杠杆。或者进一步，会在配重上加一个钩子去钩一个软橡胶来达到阻力突增的效果。这种杠杆结构，似跷跷板，在按键过程中有段时间是杠杆两端悬空，没有接触其他装置。因此，在整个按键过程中由接触到非接触、中间悬空、非接触到接触，直到按键这一端的杠杆撞击下面的缓冲装置，整个过程触感速度是逐渐增速到急刹，导致力度不均匀；另外，在键不同位置按下，力矩不一样，差距比较大。为了加速回弹，电钢琴传统方法采用弹簧等装置，依靠弹簧的形变力来回弹，当弹簧不起作用了，这种方法就失效了。
4.另外，目前电钢琴都是芯壳一体的，生产不同键数的键盘需要不同的芯壳，不利于扩展。本发明设计一种芯壳分离的模块化电钢琴，方便拆装。利用齿轮装置和滑动装置联动来提升按键手感，在按键过程中全程有齿轮装置和滑动装置配合接触，模仿钢琴弹奏触感，没有按杠杆式琴键的悬空感，触感均匀。滑动装置提供可变力矩，使得在不同按键处的力感相当。

技术实现要素：

5.针对目前低端电钢琴键盘手感差，使用寿命短，组装不方便等问题，本发明利用齿轮装置和滑动装置联动来提升按键手感和延长使用寿命，内芯和外壳完全独立设计，以便灵活配置为不同琴键数目的键盘，按需应用于不同的场景。本发明通过如下技术方案实现：
6.基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于装置包括机芯和若干键盘壳。机芯是整个装置内在的键盘骨架，键盘壳卡扣在机芯相应的位置，即可以构成完整的电钢琴键盘。机芯和键盘壳是分离的，利于模块化设计；在按键过程中，被按琴键利用齿轮装置和滑动装置联动来提升按键手感和延长使用寿命。所述机芯包括键盘支架和若干键盘单元。键盘支架主要由三根固定轴和支架板组成，三根固定轴包括2根上固定轴和1根下固定轴。上固定轴包括1根上前固定轴和1根上后固定轴。固定轴为一长条圆柱型的空心铝棒，两端固定于整个键盘的两侧，主要用于固定和支撑支架板。支架板用于放置键盘单元，键盘支架用于放置和固定键盘单元。
7.所述键盘单元主要由键盘单元支架、键杆、下齿轮杆和连接滑动杆组成，用abs制作。
8.其中键盘单元支架为双l形，长l端下面有圆孔用于上后固定轴穿过，长l端上面有旋转轴圆孔，通过旋转轴与键杆连接。键盘单元支架中间横杆上面放置电路板和两个导电橡胶键，电路板和导电橡胶键共同实现检测有无按键以及按键的力度、时长。键盘单元支架短l端上面有旋转轴圆孔，通过旋转轴与下齿轮杆连接。键盘单元通过键盘单元支架固定于支架板上。
9.其中键杆为按键的受力体，主要为一横杆结构，末端通过圆孔放置旋转轴，与键盘单元支架的长l端连接；键杆下面有凸起的接触点、上齿条和一个旋转轴圆孔。凸起的接触点在按键的时候和导电橡胶键接触，表示有按键动作；上齿条和下齿轮杆上的齿轮呈一定松紧的咬合。键杆下面的旋转轴圆孔是为了键杆与连接滑动杆连接。键杆横杆上表面有两种，一种有凸起，为黑键的琴键形状，为黑键所用；一种是没有凸起，为白键所用。
10.其中下齿轮杆提供下齿轮和滑轨，为z字形，一端为下齿轮，是为了和上齿条交错咬合，另外一端开一个滑轨；另外一端的下面设置凹槽，放置配重块。下齿轮端有旋转轴圆孔，和键盘单元支架的短l端通过此孔套在旋转轴上，从而连接在一起。
11.其中连接滑动杆连接键杆和下齿轮杆，一端通过旋转轴圆孔连接键杆底部，一端呈u型，中间开孔放置旋转轴，旋转轴穿过下齿轮的滑轨。按键的时候，连接滑动杆的u型端上的旋转轴在滑轨里面从一端滑动到另外一端，松开键的时候，u型端自动反向滑动归位。连接滑动杆的u型端上面设置配重块盒，配重块盒里面放置不同重量的配重块；配重块盒上方位置处粘贴垫块，降低按键时键杆接触连接滑动杆的撞击，缓冲撞击力以保证运动过渡顺畅，使用无杂音。
12.键盘单元中键杆的上齿条和下齿轮杆上的齿轮呈一定松紧的咬合，这个齿轮装置在触键过程，包括按键和抬起过程中，全程咬合，给予键杆按压一定的阻力，从而解决现有工程塑料质量较轻，键盘演奏触感不佳的情况。
13.键盘单元中连接滑动杆的u型端上的旋转轴，可以在下齿轮的滑轨里面从一端滑动到另外一端，这个齿轮装置在触键过程，包括按键和抬起过程中，全程接触，克服了按杠杆式琴键的悬空感。
14.为了和当前的黑白钢琴键盘匹配，键盘单元有黑键和白键之分，主要区别是键杆的上表面不一样，白键键杆的上表面没有凸起；另外由于白键和黑键按键力矩不一样，其配置的配重块也不一样，其他结构一样。
15.键盘壳由光滑的abs材料制作，放置于键盘单元上面的键杆上，其数量和键盘单元对应。键盘壳根据需要制作为不同形状和配置不同颜，以显示个性化和适应某一类人；
16.若与当前的黑白钢琴键盘匹配，键盘壳也有黑键和白键之分，黑键键壳短，白键键壳长；键盘壳直接卡扣到键杆上去即可。黑键键壳只有一种，而白键键壳有很多种形状，根据实际键盘配置来定。若制作88琴键的键盘，则先按照黑白键的排列规律装配88个键盘单元和相应的键盘壳即可。
17.若制作个性化的键盘，黑键键壳形状可以改变为两端都是有斜度的坡型结构，加上一些颜点缀，以示区分不同的音高组。当使用对象是小孩时，还可以制作为彩键壳，增加趣味性。
18.针对本发明模块化的结构，采用分组的组装方法，n个键盘单元为一组，先装好若干个组，再组与组之间拼接成为完整的键盘，具体方法如下：
19.1)按照黑键和白键的排列规则，挑选好一组里面的每个键盘单元；
20.2)组装一组里每个键盘单元的键杆、下齿轮杆和连接滑动杆，使之成为一个半整体：通过键杆下面的旋转轴圆孔连接键杆与连接滑动杆，键杆的上齿条和下齿轮杆上的齿轮呈一定松紧的咬合组装。组装完成n个半整体；
21.3)一组里n个键盘单元的键盘单元支架卡扣于支架板上，并固定好；
22.4)键盘单元支架中间横杆上面放置本组对应的电路板和导电橡胶键，并固定好；
23.5)把n个步骤2)组装好的键杆、下齿轮杆和连接滑动杆组成的半整体，放置于键盘单元支架上，用2个旋转轴串在一起，并固定好：其中一个旋转轴穿过键盘单元支架长l端上面的旋转轴圆孔，使得键盘单元支架与键杆连接；另外一个旋转轴穿过键盘单元支架短l端上面的旋转轴圆孔，使得键盘单元支架与连接下齿轮杆连接；
24.6)步骤1)——5)完成的每组依次拼接起来即是完成了机芯的组装，通过三根固定轴把机芯装在机身上；
25.7)在每一个键盘单元上卡扣上相应的键盘壳。
26.本发明某个琴键的按键全程滚滑联动过程如下：
27.1)手弹奏按下某个琴键，手接触的是键盘单元的键杆；
28.2)键杆下面凸起的接触点和两个导电橡胶键接触，被检测到按键动作和按键时间t1，以及通过两个导电橡胶键的导电时间差检测按键的力度；上齿条和下齿轮杆上的齿轮呈一定松紧的咬合；连接滑动杆的u型端上的旋转轴在下齿轮杆的滑轨里面从初始这端滑动到另外一端；
29.3)按琴键的手抬起，连接滑动杆的u型端上的旋转轴在下齿轮杆的滑轨里面从另外一端滑动到初始这端；上齿条和下齿轮杆上的齿轮仍然呈一定松紧的咬合；
30.键杆下面凸起的接触点和两个导电橡胶键松开的时间差，检测按键松开的快慢以及松开时间t2，从而检测出按键的时长为t2-t1。本发明所提出的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，具有以下优点：
31.1)本发明芯壳分离，键盘机芯和键盘壳是分离元件，各自独立的，这样制造方便，也便于拆装。
32.2)本发明利用齿轮装置和滑动装置联动来提升按键手感。在触键过程中，包括按键和抬起过程中，键杆全程与齿轮装置和滑动装置配合接触，模仿钢琴弹奏触感，没有按杠杆式琴键的悬空感。
33.3)本发明利用齿轮装置的在触键过程中的全程咬合，给予键杆按压一定的阻力，从而解决现有工程塑料质量较轻，键盘演奏触感不佳的情况。
34.4)本发明利用滑动装置的按键全程接触滑动以及滑动装置下面的重块来使得按键回弹和控制回弹速度，重块重量可以调整，而不是传统方法依靠弹簧的形变力，可以延长使用寿命和方便调整回弹参数。
35.5)本发明的键盘单元为一个个独立的小模块，方便按需配置和拆装。若要88琴键的键盘，则按照黑白键的排列规律装配88个键盘单元和相应的键盘壳即可，也容易调整为76琴键单元的键盘等。
36.6)本发明结构简单，安装拆卸简单快速，组装成本低。
附图说明
37.图1是本实施例电钢琴键盘的结构示意图；
38.图2是本实施例键盘机芯的结构示意图；
39.图3是本实施例键盘单元的总结构示意图；
40.图4是本实施例键盘单元中键盘单元支架的结构示意图；
41.图5是本实施例键盘单元中白键键杆的结构示意图；
42.图6是本实施例键盘单元中黑键键杆的结构示意图；
43.图7是本实施例键盘单元中下齿轮杆的结构示意图；
44.图8是本实施例键盘单元中连接滑动杆的结构示意图；
45.图9是本实施例白键键盘单元加盖白键盘壳的结构示意图；
46.图10是本实施例黑键键盘单元加盖黑键盘壳的结构示意图；
47.图11是本实施例键盘单元支架上面放置电路板的结构示意图。
具体实施方式
48.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
49.图1所示，是本实施例电钢琴键盘的结构示意。装置包括机芯1和若干键盘壳2。机芯1是整个装置内在的键盘骨架，键盘壳2卡扣在机芯相应的位置，即可以构成完整的电钢琴键盘。
50.图2所示，是本实施例键盘机芯的结构示意。所述机芯包括键盘支架21和若干键盘单元22。键盘支架主要由三根固定轴：2根上固定轴和1根下固定轴213，以及支架板214组成。上固定轴包括1根上前固定轴211、1根上后固定轴212，固定轴为一长条圆柱型的空心铝棒，两端固定于整个键盘的两侧，和机身相连接固定在一起，主要用于固定和支撑支架板。支架板用于放置键盘单元，键盘支架用于放置和固定键盘单元。键盘支架作为承载和支撑键盘单元，有多种实现方式，本实施例支架还可以是其他形式，不再详细说明。
51.图3所示，是本实施例键盘单元的总结构示意。键盘单元主要由键盘单元支架31、键杆32、下齿轮杆33和连接滑动杆34组成，用abs制作。
52.图4所示，是本实施例键盘单元中键盘单元支架的结构示意。键盘单元支架31为双l形，长l端下面有圆孔311用于上后固定轴穿过，长l端上面有旋转轴圆孔312，通过旋转轴与键杆32连接。键盘单元支架中间横杆上面有电路板支架313，用于放置电路板和导电橡胶键，电路板和导电橡胶键共同实现检测有无按键以及按键的力度、时长。键盘单元支架短l端上面有旋转轴圆孔314，通过旋转轴与下齿轮杆33连接。键盘单元通过键盘单元支架固定于支架板上。
53.图5和图6所示，是本实施例键盘单元中键杆的结构示意。其中键杆32为按键的受力体，主要为一横杆结构，末端通过旋转轴圆孔321里面放置旋转轴与键盘单元支架的长l端连接；键杆下面有凸起的接触点322、上齿条323和一个旋转轴圆孔324。凸起的接触点322在按键的时候和导电橡胶键接触，表示有按键动作；上齿条323和下齿轮杆上的齿轮呈一定
松紧的咬合。旋转轴圆孔324里面放置旋转轴，使得键杆与连接滑动杆34连接。键杆横杆上表面有两种，一种是没有凸起，为白键所用，如图5所示。一种有凸起，为黑键所用，如图6所示的凸起325。
54.图7所示，是本实施例键盘单元中下齿轮杆的结构示意。下齿轮杆33提供下齿轮和滑轨，为z字形，一端为下齿轮331，是为了和上齿条323交错咬合，另外一端开一个滑轨332；另外一端的下面设置凹槽333，放置配重块。下齿轮端有旋转轴圆孔334，和键盘单元支架31的短l端通过此孔套在旋转轴上，从而连接在一起。
55.图8所示，是本实施例键盘单元中连接滑动杆的结构示意。连接滑动杆34连接键杆32和下齿轮杆33，一端通过旋转轴圆孔341连接键杆底部，一端呈u型，中间开圆孔342放置旋转轴，旋转轴穿过下齿轮的滑轨。连接滑动杆34连接了键杆和下齿轮杆，按键的时候，连接滑动杆的u型端上的旋转轴在滑轨里面从一端滑动到另外一端，松开键的时候，u型端自动反向滑动归位。连接滑动杆的u型端上面设置配重块盒343，里面放置不同重量的配重块；配重块盒343的上方位置344处粘贴垫块，降低按键时键杆接触连接滑动杆的撞击，缓冲撞击力以保证运动过渡顺畅，使用无杂音。
56.键盘单元有黑键和白键之分，主要是键杆的上表面和长度不一样，如图5所示的白键和图6所示的黑键，白键键杆的上表面没有凸起；另外由于白键和黑键按键力矩不一样，其配置的配重块也不一样，其他结构一样。
57.图9、图10所示，是本实施例键盘单元加盖键盘壳的示意图。键盘壳由光滑的abs材料制作，放置于键盘单元上面的键杆上，其数量和键盘单元对应，也有黑键和白键之分，键盘壳直接卡扣到键杆上去即可。图9所示，是本实施例白键键盘单元加盖白键盘壳41的示意，构成了白键，图10所示，是本实施例黑键键盘单元加盖黑键盘壳41的结构示意，构成了黑键。黑键只有一种，而白键有很多种，根据实际键盘配置来定。若要制作88琴键的键盘，则先按照黑白键的排列规律装配88个键盘单元和相应的键盘壳即可。
58.图11所示，是本实施例键盘单元支架上面放置电路板的示意图。键盘单元支架中间横杆上面放置电路板51和两个导电橡胶键52，电路板周围用螺丝来固定在中间横杆上。图5和图6所示键盘单元中键杆32凸起的接触点322在按键的时候和导电橡胶键接触，表示有按键动作。
59.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。

技术特征：

1.基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，装置包括机芯和若干键盘壳；机芯是整个装置内在的键盘骨架，键盘壳卡扣在机芯相应的位置，即可构成完整的电钢琴键盘；机芯和键盘壳是分离的，利于模块化设计；键盘壳根据需要制作为不同形状和装配不同颜，以显示个性化和适应某一类人；在按键过程中，被按琴键利用齿轮装置和滑动装置联动来提升按键手感和延长使用寿命。2.根据权利要求1所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，机芯包括键盘支架和若干键盘单元；键盘支架主要由三根固定轴和支架板组成，三根固定轴包括2根上固定轴和1根下固定轴；上固定轴包括1根上前固定轴和1根上后固定轴；固定轴为一长条圆柱型的空心铝棒，两端固定于整个键盘的两侧，主要用于固定和支撑支架板；支架板用于放置键盘单元，键盘支架用于放置和固定键盘单元。3.根据权利要求2所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，键盘单元主要由键盘单元支架、键杆、下齿轮杆和连接滑动杆组成，用abs制作。4.根据权利要求3所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，键盘单元的键盘单元支架为双l形，长l端下面有圆孔用于上后固定轴穿过，长l端上面有旋转轴圆孔，通过旋转轴与键杆连接；键盘单元支架中间横杆上面放置电路板和两个导电橡胶键，电路板和导电橡胶键共同实现检测有无按键以及按键的力度、时长；键盘单元支架短l端上面有旋转轴圆孔，通过旋转轴与下齿轮杆连接；键盘单元通过键盘单元支架固定于支架板上。5.根据权利要求3所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，键杆为按键的受力体，主要为一横杆结构，末端通过圆孔放置旋转轴，与键盘单元支架的长l端连接；键杆下面有凸起的接触点、上齿条和一个旋转轴圆孔；凸起的接触点在按键的时候和导电橡胶键接触，表示有按键动作；上齿条和下齿轮杆上的齿轮呈一定松紧的咬合；键杆下面的旋转轴圆孔是为了键杆与连接滑动杆连接；键杆横杆上表面有两种，一种有凸起，为黑键的琴键形状，为黑键所用；一种是没有凸起，为白键所用。6.根据权利要求3所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，下齿轮杆提供下齿轮和滑轨，为z字形，一端为下齿轮，是为了和上齿条交错咬合，另外一端开一个滑轨；另外一端的下面设置凹槽，放置配重块；下齿轮端有旋转轴圆孔，和键盘单元支架的短l端通过此孔套在上旋转轴轴上，从而连接在一起。7.根据权利要求3所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，连接滑动杆连接键杆和下齿轮杆，一端通过旋转轴开孔连接键杆底部，一端呈u型，中间开孔放置旋转轴，旋转轴穿过下齿轮的滑轨；按键的时候，连接滑动杆的u型端上的旋转轴在滑轨里面从一端滑动到另外一端，松开键的时候，u型端自动反向滑动归位；连接滑动杆的u型端上面设置配重块盒，配重块盒里面放置不同重量的配重块；配重块盒上方位置处粘贴垫块，降低按键时键杆接触连接滑动杆时的撞击，缓冲撞击力以保证运动过渡顺畅，使用无杂音。8.根据权利要求3所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，为了和当前的黑白钢琴键盘匹配，键盘单元有黑键和白键之分，主要区别是键杆的上表面不一样，白键键杆的上表面没有凸起；另外由于白键和黑键按键力矩不一样，其配置的配重块也不一样，其他结构一样；
键盘壳由光滑的abs材料制作，放置于键盘单元上面的键杆上，其数量和键盘单元对应。键盘壳根据需要制作为不同形状和配置不同颜，以显示个性化和适应某一类人；若与当前的黑白钢琴键盘匹配，键盘壳也有黑键和白键之分，黑键键壳短，白键键壳长；键盘壳直接卡扣到键杆上去即可。黑键键壳只有一种，而白键键壳有很多种形状，根据实际键盘配置来定。若制作88琴键的键盘，则先按照黑白键的排列规律装配88个键盘单元和相应的键盘壳即可；若制作个性化的键盘，黑键键壳形状可以改变为两端都是有斜度的坡型结构，加上一些颜点缀，以示区分不同的音高组；当使用对象是小孩时，可以制作为彩键壳，增加趣味性。9.根据权利要求1所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，利用模块化结构，采用分组的组装方法，n个键盘单元为一组，先装好若干个组，再组与组之间拼接成为完整的键盘，具体方法如下：1)按照黑键和白键的排列规则，挑选好一组里面的每个键盘单元；2)组装一组里每个键盘单元的键杆、下齿轮杆和连接滑动杆，使之成为一个半整体：通过键杆下面的旋转轴圆孔连接键杆与连接滑动杆，键杆的上齿条和下齿轮杆上的齿轮呈一定松紧的咬合组装；组装完成n个半整体；3)一组里n个键盘单元的键盘单元支架卡扣于支架板上，并固定好；4)键盘单元支架中间横杆上面放置本组对应的电路板和导电橡胶键，并固定好；5)把n个步骤2)组装好的键杆、下齿轮杆和连接滑动杆组成的半整体，放置于键盘单元支架上，用2个旋转轴串在一起，并固定好：其中一个旋转轴穿过键盘单元支架长l端上面的旋转轴圆孔，使得键盘单元支架与键杆连接；另外一个旋转轴穿过键盘单元支架短l端上面的旋转轴圆孔，使得键盘单元支架与连接下齿轮杆连接；6)步骤1)——5)完成的每组依次拼接起来即是完成了机芯的组装，通过三根固定轴把机芯装在机身上；7)在每一个键盘单元上卡扣上相应的键盘壳。10.根据权利要求1所述的基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，其特征在于，某个琴键的按键全程滚滑联动过程如下：1)手弹奏按下某个琴键，手接触的是键盘单元的键杆；2)键杆下面凸起的接触点和两个导电橡胶键接触，被检测到按键动作和按键时间t1，以及通过两个导电橡胶键的导电时间差检测按键的力度；上齿条和下齿轮杆上的齿轮呈一定松紧的咬合；连接滑动杆的u型端上的旋转轴在下齿轮杆的滑轨里面从初始这端滑动到另外一端；3)按琴键的手抬起，连接滑动杆的u型端上的旋转轴在下齿轮杆的滑轨里面从另外一端滑动到初始这端；上齿条和下齿轮杆上的齿轮仍然呈一定松紧的咬合；4)键杆下面凸起的接触点和两个导电橡胶键松开的时间差，检测按键松开的快慢以及松开时间t2，从而检测出按键的时长为t2-t1。

技术总结

基于芯壳分离及按键全程滚滑联动的模块化电钢琴键盘，装置包括机芯和若干键盘壳。机芯是整个装置内在的键盘骨架，键盘壳卡扣在机芯相应的位置，即可以构成完整的电钢琴键盘。机芯包括键盘支架和若干键盘单元。键盘单元主要由键盘单元支架、键杆、下齿轮杆和连接滑动杆组成，利用齿轮装置和滑动装置联动来提升按键手感和延长使用寿命。键盘机芯和外壳完全独立设计，以便灵活配置为不同琴键数目的键盘，方便组装，按需应用于不同的场景。按需应用于不同的场景。按需应用于不同的场景。