CN110637338B - 弦乐器调音器 - Google Patents

Abstract

一种弦乐器调音器，其包括一输入轴，所述输入轴具有一第一端及一相对的第二端，所述第二端具有一偏心轮，所述输入轴可响应于使用者的输入而旋转；一齿轮构件，其具有一中心轴孔以容置所述偏心轮，以随着所述输入轴旋转而使得所述齿轮构件通过圆周运动而移动，且齿轮构件具有外齿；一环齿轮，其具有围绕所述齿轮构件的外齿设置的内齿，所述环齿轮大于所述齿轮构件以容纳所述齿轮构件于所述环齿轮内的圆周运动，使得所述外齿中的至少一者与所述内齿中的至少一者相啮合并于所述齿轮构件通过其圆周运动而移动时驱动所述内齿中的至少一者，以使所述环齿轮围绕其中心轴旋转；以及一弦轴，其受所述环齿轮的驱动，使其由于所述输入轴在一方向上旋转而缠绕所述乐器的弦，并由于所述输入轴在一相反方向上旋转而退绕所述乐器的弦。

Description

弦乐器调音器

技术领域

本发明是有关一种用于弦乐器调音的弦钮或调音器，尤指一种用于乌克丽丽、吉他、班卓琴或类似弦乐器者。

背景技术

弦乐器通常在每一根弦的一端上提供固定的锚点，并且在另一端上提供允许使用者在弦中建立选择量的张力的机构。弦振荡的频率在几个其他的参数中，很大程度上取决于弦的振动长度及其张力。用来调整弦的张力的齿轮机械机构通常被称为「调音器」或「弦钮(machine head)」。调音器在本领域中是众所周知的，且使用于吉他、班卓琴等的典型调音器包括一调音柄，所述调音柄固定于一个延伸通过一壳体的蜗杆的一端。一蜗轮与所述壳体内的蜗杆相啮合，且一圆柱连接所述蜗轮并对齐所述蜗轮的旋转轴。所述圆柱延伸通过弦乐器琴头中的一个孔而延伸至与琴弦相同的一侧，且经对齐而使得所述圆柱的轴线大致垂直于琴弦。在操作中，当所述调音柄(且因此蜗杆)被转动，其转动所述蜗杆且因此使所述圆柱转动。通过这种方式，穿过所述圆柱中所界定的吉他弦插入孔而插入的吉他弦缠绕所述圆柱或从所述圆柱退绕，藉此增加或减少琴弦张力以产生琴弦调音的效果。

有许多各式各样设计的市售调音器，但大多数具有上述共同的特征及功能，且大部分主要是由金属制成。尽管如此，仍需要一种简单、重量轻且符合成本效益的调音器，使其可在不对琴头增加很多重量的情形下而使用于诸如(例如)乌克丽丽琴的小型弦乐器上，并在经济上可以低成本大量生产。

发明内容

因此，于一些实施例中，本发明提供一种弦乐器调音器，其包括：一输入轴，所述输入轴具有一第一端及一相对的第二端，所述第二端具有一偏心轮，所述输入轴可响应于使用者的输入而旋转；一齿轮构件，其具有一中心轴孔以容置所述偏心轮，以随着所述输入轴旋转而使得所述齿轮构件通过圆周运动而移动，且齿轮构件具有外齿；一环齿轮，其具有围绕所述齿轮构件的外齿设置的内齿，所述环齿轮大于所述齿轮构件以容纳所述齿轮构件于所述环齿轮内的圆周运动，使得所述外齿中的至少一者与所述内齿中的至少一者相啮合并于所述齿轮构件通过其圆周运动而移动时驱动所述内齿中的至少一者，以使所述环齿轮围绕其中心轴旋转；以及一弦轴，其受所述环齿轮的驱动，使其由于所述输入轴在一方向上旋转而缠绕所述乐器的弦，并由于所述输入轴在一相反方向上旋转而退绕所述乐器的弦。

于一些实施例中，所述弦乐器调音器可更包括一限制机构，其干扰所述齿轮构件以限制所述齿轮构件围绕其中心轴旋转。

于一些实施例中，所述外齿呈凸形且能够与所述内齿之间的互补凹槽相啮合。

于一些实施例中，所述齿轮构件可比所述环齿轮的内齿少至少一个外齿。

于一些实施例中，所述齿轮构件可比所述环齿轮的内齿少一或二个外齿。

于一些实施例中，所述弦轴可以所述环齿轮的中心轴同轴连接所述环齿轮。

于一些实施例中，所述弦乐器调音器可更包括一供装设于所述弦乐器上的壳体，所述壳体界定一内孔且所述输入轴轴颈连接于其上以在所述内孔中旋转，且所述壳体更界定一用于容纳所述齿轮构件及所述环齿轮的空腔。

于一些实施例中，所述壳体可包括一基座部分，其具有一供装设于所述弦乐器上的底面，其中所述空腔界定于所述基座部分中且朝向底面开放，所述壳体可更包括一与所述底面相对而划定所述空腔界限的顶壁，且其中所述内孔界定于所述顶壁中。

于一些实施例中，所述限制机构可包括一界定于所述顶壁中的孔洞，及一设于所述齿轮构件上并于所述孔洞内行进的突起，所述孔洞将所述突起的行程限制在一个允许所述齿轮构件偏心圆周运动、但不允许所述齿轮构件围绕其中心轴旋转的运动范围内。

于一些实施例中，所述限制机构可包括数个界定于所述顶壁中且配置在所述内孔周围的孔洞，及数个设于所述齿轮构件上的突起，其中每一突起在相邻的孔洞内行进，且所述等孔洞将所述等突起的行程限制在一个允许所述齿轮构件偏心圆周运动、但不允许所述齿轮构件围绕其中心轴旋转的运动范围内。

于一些实施例中，所述弦乐器调音器可更包括一连接所述输入轴第一端的手柄，以便使用者将旋转传递给输入轴。

于一些实施例中，本发明提供一种弦乐器调音器，其包括一连接至输入轴的手柄，所述输入轴在与所述手柄相对的端处具有一偏心轮，所述偏心以偏心圆的方式驱动一齿盘，并于所述齿盘行进通过其偏心圆时，其驱动一内环齿轮。所述内环齿轮连接一输出轴，所述输出轴连接一弦轴，并于所述输出轴旋转时将琴弦缠绕于弦轴上或从弦轴上退绕。

本发明的其他态样与特征对于本领域中具有通常知识者而言，可参照本发明下列实施例的说明并结合附图及权利要求而更为明显。

附图说明

在图式中，其仅藉由实例方式显示本发明的实施例：

图1为一调音器或根据本发明一实施例的调音器的外观示意图；

图2为图1的调音器的上视图；

图3为图1的调音器的侧视图；

图4为图1的调音器的正面视图；

图5为从图1的调音器的顶部查看时的分解示意图；

图6为从图1的调音器的底部查看时的分解示意图；

图7为图1的调音器的内齿轮部内的齿盘的一系列俯视图；以及

图8为图1的调音器的壳体内的齿盘的一系列俯视图。

具体实施方式

出于促进对本发明的原理的理解的目的，现在将参考附图中展示的例示性实施例，并且将使用特定的语言来描述它们。然而，应理解的是，此并不意欲在限制本发明的范畴。本披露所涉及领域内的普通技术人员通常将完全能够想到对于所描述的系统、装置、和方法的任何改变和进一步修改、以及对于本披露的原理的任何进一步应用。任何相关领域技术人员基于本说明书能够想到的，对本文所描述的本发明特征的任何改变及进一步的修饰，以及本文所描述的本发明原理的任何其它应用，皆应认为落入本发明的范畴内。

请参阅图1-8，其显示一调音器或一根据本发明第一实施例的调音器100，其可装设在弦乐器，诸如(例如)吉他、班卓琴、乌克丽丽等的琴头上。调音器100包括壳体102、输入轴104、手柄106、齿轮构件或齿盘108、以及内环齿轮构件110。

壳体102包含一具有平坦面116的基座部分114，所述平坦面116适以抵顶所述弦乐器琴头上的一个平坦面。基座部分114包含一或多个安装孔118，供容置诸如螺丝的紧固件以将所述壳体102附加在琴头上。壳体102更包含一凸起部120，所述凸起部120具有环状侧壁122及顶壁124，其一起界定一诸如圆形空腔126的内部空腔。所述顶壁124包含中心孔128及一或多个梯形开口130。

输入轴104具有一第一端138及一相对的第二端136，所述第二端136具有一偏心轮134。读者应理解到，偏心轮是固定在旋转轴上的圆盘或销钉，且其中心与轴的中心偏移。于所述第一端138处，所述输入轴104可藉由塑形为容置在一个大致呈矩形且穿过所述手柄106的轴孔140内而连接所述手柄106，使得所述手柄106与所述输入轴104的第一端138可称为键合。所述输入轴104的第一端138轴颈连接于其上，进而以所述偏心轮134延伸入所述空腔126内的方式在所述壳体102的中心孔128中旋转。因此，调音手柄106于所述空腔126内转动所述偏心轮134。以这样的方式，所述输入轴104可响应于使用者的输入而旋转；然而，其它用于转动所述输入轴的使用者输入机构对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

调音器100进一步包含一环齿轮。在所示实施例中，所述环齿轮为环齿轮构件110的一部分，所述环齿轮构件110包括齿盘部150及一输出轴152，所述齿盘部150经塑形且配置为容置于所述壳体102的内部空腔126之内，而所述输出轴152垂直于所述齿盘部150，所述齿盘部150用做为弦轴并包含一绕弦部154，弦乐器的弦的一端缠绕在所述绕弦部154上。因此，所述弦轴受所述环齿轮的驱动：在所示实施例中藉由直接连接所述环齿轮。然而，在一些实施例中所述弦轴可间接地与所述环齿轮耦接，诸如(例如)藉由中间齿轮，以受到所述环齿轮的驱动。

齿盘部150于上表面中界定出一齿轮腔158，其包含内环状齿轮部160及一内平坦面162。所述内齿轮部160包括复数个围绕一中心166而径向设置的半圆形凹槽164，所述中心166与所述输出轴152的纵向轴重合。相邻的半圆形凹槽164之间的过渡区域或轮齿168是圆形的。因此，具有齿轮腔158的齿盘部150、具有凹槽164及轮齿168的内齿轮部160为具有内齿的环齿轮的实施例。

于调音器100装设在弦乐器的琴头上时，所述环齿轮构件110的输出轴152穿过本领域中常见在琴头中的开口，所述齿盘部150容置并扣锁于所述壳体102的内部空腔126内，且所述壳体102固定于琴头上，使得齿盘部150可在所述内部空腔126内以平面运动旋转。

齿轮构件(诸如齿盘108)界定一具有一外环状齿轮部170的边缘，所述外环状齿轮部170包括复数个围绕中心轴孔174径向设置的半圆形轮齿172。相邻轮齿之间的过渡区域176呈凹形。所述齿盘108经配置以契合在所述环齿轮构件110的齿盘部150的内齿轮部160之内。所述齿盘的轮齿172的尺寸及形状设置成与所述内齿轮部160的半圆形凹槽164相啮合，如图7所示。因此，所述环齿轮比所述齿轮构件更大以容纳所述齿轮构件于所述环齿轮内的偏心圆周运动，使得所述齿轮构件的内齿中的至少一者与所述环齿轮的内齿中的至少一者相啮合，并于所述齿轮构件通过其偏心圆周运动而移动时驱动所述内齿，以使所述环齿轮围绕其中心轴旋转。

齿盘108上的轮齿172数目比所述齿盘部150上的半圆形凹槽164数目少至少一个，且可少两个。如本文中将阐释的，所述半圆形凹槽164的数目决定了所述调音器100的齿轮比。在所示实施例中，所述环齿轮构件110具有六个半圆形凹槽，而所述齿盘108具有五个半圆形轮齿172。因此，所述齿轮构件比所述环形齿轮的内齿少至少一个外齿。较佳地，所述齿轮构件比所述环形齿轮的内齿少一或二个外齿。所述齿轮构件比所述环形齿轮的内齿少一个外齿。

在经组装的调音器100中，所述齿盘108容置于所述环齿轮构件110的齿盘部150的齿轮腔158之内，而所述齿盘部150容置于所述壳体102的内部空腔126之内，且所述壳体102装设在所述弦乐器的琴头上。所述齿盘108的中心孔174容置所述输入轴104的偏心轮134，所述偏心轮134轴颈连接于其上以在第二端136处于所述中心孔128内旋转，并在第一端138处连接所述手柄106。因此，在经组装的调音器100中，经由手柄106转动所述输入轴104会致使所述齿盘108于所述齿轮腔158内以平面偏心圆形的方式移动。

调音器100可进一步包含一限制机构，供干扰所述齿轮构件以限制所述齿轮构件围绕其中心轴旋转。在所示实施例中，所述限制机构包括一或多个设在所述齿盘108的表面180上且面向所述壳体102上的顶壁124内侧的突起或销钉178，所述等销钉178经配置而容置在所述等孔洞或开口130内，并且所述等销钉178以在所述等开口内横向自由移动至由所述齿盘108的偏心运动界定出运动的圆的范围的方式配置，但所述等销钉178受到所述等开口130侧壁的限制而使得齿盘108不能够完全围绕其中心轴旋转(如图8中最能显示出的)。所述齿盘108因而在经受相对于所述齿盘部分的圆形平面运动的同时，可保持其与所述壳体齿盘部分的角度关系。所述内环齿轮构件、且因此所述输出轴被迫旋转，从而改变其与所述齿盘的角度关系。最好有一个限制机构来阻止所述齿盘108旋转，这导致所述环齿轮、且因此所述弦轴以与所述输入轴相同的方向转动，以便为使用者提供更自然的调音体验。

请参阅图7，其显示所述齿轮腔158内的齿盘108在所述齿盘受输入轴104上的偏心轮134驱动时，在其整个偏心圆周运动的多个位置的示意图。为简单起见，仅显示出了容置在所述齿轮腔158内的环齿轮构件110的齿盘部分150的顶部与所述齿盘108。齿盘108经由所述齿盘的中心孔174而受到偏心轮134的驱动，使得所述齿盘的中心以圆形运动，但齿盘本身不会以很大的角度转动，因为其转动受到行进于所述壳体开口130内的销钉178的移动范围所限制，如上所述。这通过用符号*标示出在一个齿172上的一个销钉178来显示，而显示出其保持在相同的区域且不会旋转。于所述齿盘行进通过其圆形运动范围时，一或多个半圆形齿172接合所述内齿轮部160的一个相邻的半圆形凹槽164，致使所述内齿轮部(且因此所述输出轴152)在所述齿盘的圆周运动的方向上通过弧形旋转而转动。于齿盘108继续通过其圆周运动而移动时，不同的齿172与相邻的半圆形凹槽164接合和脱离，致使所述内齿轮部160随着所述齿盘上的半圆形齿与所述内齿轮部上的半圆形凹槽之间的每个相继的接合动作，通过弧形旋转而转动。反转所述输入轴的旋转会反转所述环齿轮的旋转，因此也反转了所述弦轴的旋转。因此，弦轴由所述环齿轮驱动，使其能够因所述输入轴在一方向上旋转而缠绕所述乐器的弦，并因所述输入轴在一相反方向上旋转而退绕所述乐器的弦。

所述齿盘108通过一整个圆的运动的移动致使所述内齿轮部160通过弧形旋转而转动，转动值取决于齿轮比并且由所述内齿轮上的凹槽164数量所决定。例如，在所示内齿轮具有六个凹槽164的实施例中，由所述齿盘的完整圆形运动所导致的内齿轮160转动会是所述内齿轮完全旋转的六分之一。因此在这样的实施例中所述齿轮比为6:1，表示需要所述高速输入轴完全旋转六次，以产生一次完全旋转的内齿轮部160，且因此让乐器的弦所缠绕的输出轴152完全旋转一次。调音器100的齿轮比可藉由改变内齿轮上的凹槽164数目来选择。例如，可藉由在所述内齿轮部160上设置八个半圆形凹槽164以及在所述齿盘上设置七个半圆形齿172而获得8:1的齿轮比。同样的，于所述齿轮部上设置12个半圆形凹槽以及在所述齿盘上设置11个半圆形齿可获得12:1的齿轮比。因此，于所述齿轮部上设置n个半圆形凹槽以及在所述齿盘上设置n-1个半圆形齿可获得n:1的齿轮比。齿盘上的齿172数量最好不比所述内齿轮构件上的凹槽164数量多出两个，也不比其少于两个。在齿盘上比所述内齿轮的凹槽少两个齿的影响会导致齿轮比减少。这样内环齿轮160不是在每个齿盘循环推进一个凹槽，而是内环齿轮将推进两个齿。齿的交互作用影响会导致所述齿盘与所述环齿轮之间有更大的滑移运动，这往往会降低驱动效率，因齿盘与环齿轮之间增加的摩擦而引起损耗。实际上在小齿轮比的驱动上要设计出少两个齿的齿盘是困难的，因为直径的巨大差异，以及每次齿接合时输出驱动的角位移较大，而存在有齿的啮合问题。

一般而言，本发明的调音器100的齿轮机构类似于摆线驱动机构，但其中所述齿盘108被阻止旋转并且内齿轮160或环齿轮自由旋转。藉此，所述齿盘108的偏心圆周运动致使所述内齿轮部160转动并驱动所述输出轴或弦轴。在齿盘可旋转且环齿轮固定的典型摆线驱动机构中，所得的输出轴转动与输入轴的转动相反。尽管这在本发明的调音器的一些实施例中是可以作用的，但对于许多习惯现有技术的调音器将弦轴与手柄以相同方向旋转的弦乐器音乐家而言这会是不方便。因此，在本发明的调音器的所示实施例中，其藉由使用所述具有于壳体10中的所述等开口130中的所述等销钉172的限制机构来防止齿盘108围绕其中心轴转动，所得的输出轴以与所述手柄106相同的转动方向而转动，让使用者不需重新适应所述调音器的弦张紧方向或额外的校正传动装置。在任何一种齿轮配置中，形成齿盘齿及内齿轮齿(及凹槽)轮廓的方法遵循本领域中已知的摆线轮齿设计的原理。

本发明的调音器的有利方面在于，这些部件的简单性使其非常适合藉由诸如铸造、射出成形、3D列印技术或简单机械加工等方法而由塑料、金属或其二者经济地大量生产。本发明中的齿轮部件可具有较大的尺寸变化性，使得其可以制造成较不精确的尺寸而不损害功能，这使得其可以使用经济的大规模生产方法而将其制造成较不严格的尺寸规格。例如，本发明的调音器的部件可藉射出成形塑料来制造，这导致轻量且有成本效益的调音器，而可使用于小型弦乐器(诸如乌克丽丽)或通常用大型调音器(诸如低音吉他)的弦乐器之上，并且在与相当的现有技术金属调音器相比时可达到显著的重量减轻。在一些实施例中，所述调音器可包含金属部件以供结构补强，诸如(例如)输出轴/弦轴中的金属杆芯，且这些可容易并入到在塑胶射出成形的过程中。此外，本发明的齿轮机构不能被输出轴驱动是有利的。因此，因输出轴上的弦张力所引起的旋转力不会使齿轮机构反转而导致弦的退绕。所述齿轮机构只能通过手柄或其他方式转动所述输入轴来驱动。本发明的其它优点为可以减小齿轮机构中的齿隙，并因为齿轮结构的简单性，相当简单设计出具有高到低比例的各种齿轮比的调音器，包含用于这些齿轮比相当低(诸如3:1)的类型的弦乐器的调音器。

尽管以上描述及图示构成了本发明的较佳或替代实施例，但应理解，在不脱离本发明范畴的情况下可做出多种变化。因此，在本文中描述并显示的实施例不应被认为是限制如根据所附权利要求所建构的本发明。

Claims (15)

1.一种弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器包括：

一输入轴，其具有一第一端及一相对的第二端，所述第二端具有一偏心轮，所述偏心轮与所述输入轴的一中心具有一中心偏移，所述输入轴可响应于使用者的输入而旋转；

一齿轮构件，其具有一中心轴孔以容置所述偏心轮，以随着所述输入轴旋转而使得所述齿轮构件通过偏心圆周运动而移动，且齿轮构件具有外齿；

一环齿轮，其具有围绕所述齿轮构件的外齿设置的内齿，所述环齿轮大于所述齿轮构件以容纳所述齿轮构件于所述环齿轮内的偏心圆周运动，使得所述外齿中的至少一者与所述内齿中的至少一者相啮合并于所述齿轮构件通过其偏心圆周运动而移动时驱动所述内齿中的至少一者，以使所述环齿轮围绕其中心轴旋转；以及

一弦轴，其受所述环齿轮的驱动，使其由于所述输入轴在一方向上旋转而缠绕所述乐器的弦，并由于所述输入轴在一相反方向上旋转而退绕所述乐器的弦。

2.如权利要求1所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一限制机构，其干扰所述齿轮构件以限制所述齿轮构件围绕其中心轴旋转。

3.如权利要求2所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述外齿呈凸形且能够与所述内齿之间的互补凹槽相啮合。

4.如权利要求1至3任一项所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述齿轮构件比所述环齿轮的内齿少至少一个外齿。

5.如权利要求4所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述齿轮构件比所述环齿轮的内齿少一或二个外齿。

6.如权利要求5所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦轴以所述环齿轮的中心轴同轴连接所述环齿轮。

7.如权利要求6所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一供装设于所述弦乐器上的壳体，所述壳体界定一内孔且所述输入轴轴颈连接于其上以在所述内孔中旋转，且所述壳体更界定一用于容纳所述齿轮构件及所述环齿轮的空腔。

8.如权利要求7所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述壳体包括一基座部分，其具有一供装设于所述弦乐器上的底面，其中所述空腔界定于所述基座部分中且朝向底面开放，所述壳体更包括一与所述底面相对而划定所述空腔界限的顶壁，且其中所述内孔界定于所述顶壁中。

9.如权利要求8所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一限制机构，所述限制机构包括一界定于所述顶壁中的孔洞，及一设于所述齿轮构件上并于所述孔洞内行进的突起，所述孔洞将所述突起的行程限制在一个允许所述齿轮构件偏心圆周运动、但不允许所述齿轮构件围绕其中心轴旋转的运动范围内。

10.如权利要求8所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一限制机构，所述限制机构包括数个界定于所述顶壁中且配置在所述内孔周围的孔洞，及数个设于所述齿轮构件上的突起，其中每一突起在相邻的孔洞内行进，且所述孔洞将所述突起的行程限制在一个允许所述齿轮构件偏心圆周运动、但不允许所述齿轮构件围绕其中心轴旋转的运动范围内。

11.如权利要求9所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一连接所述输入轴第一端的手柄，以便使用者将旋转传递给输入轴。

12.如权利要求4所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一供装设于所述弦乐器上的壳体，所述壳体界定一内孔且所述输入轴轴颈连接于其上以在所述内孔中旋转，且所述壳体更界定一用于容纳所述齿轮构件及所述环齿轮的空腔。

13.如权利要求12所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述壳体包括一基座部分，其具有一供装设于所述弦乐器上的底面，其中所述空腔界定于所述基座部分中且朝向底面开放，所述壳体更包括一与所述底面相对而划定所述空腔界限的顶壁，且其中所述内孔界定于所述顶壁中。

14.如权利要求13所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一限制机构，所述限制机构包括一界定于所述顶壁中的孔洞，及一设于所述齿轮构件上并于所述孔洞内行进的突起，所述孔洞将所述突起的行程限制在一个允许所述齿轮构件偏心圆周运动、但不允许所述齿轮构件围绕其中心轴旋转的运动范围内。

15.如权利要求13所述的弦乐器调音器，其特征在于：所述弦乐器调音器更包括一限制机构，所述限制机构包括数个界定于所述顶壁中且配置在所述内孔周围的孔洞，及数个设于所述齿轮构件上的突起，其中每一突起在相邻的孔洞内行进，且所述孔洞将所述突起的行程限制在一个允许所述齿轮构件偏心圆周运动、但不允许所述齿轮构件围绕其中心轴旋转的运动范围内。