JP2007011062A

JP2007011062A - 管楽器

Info

Publication number: JP2007011062A
Application number: JP2005192647A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Sato; 貴康佐藤; Noboru Takayanagi; 登高柳
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】メンテナンスの頻度が低下できる管楽器を提供すること。
【解決手段】各種管（２、６、７、８、１０）、ピストンバルブ機構（３、４、５、９）及びマウスピース１が相互に連結されて形成される管楽器であって、内外面及び摺動面の少なくとも一部にＤＬＣ被膜が形成されていることを特徴とする。更に、形成された前記ＤＬＣ被膜の表面がラップ仕上げされていることで、更なる高耐久性が実現できる。つまり、摺動面の耐久性が特に問題になるピストンバルブ機構（３、４、５、９）などにＤＬＣ被膜を形成することで高い耐久性が実現できる。また、ＤＬＣ被膜が高い音の伝達特性を有することから、管楽器の内外面の一部乃至全部にＤＬＣ被膜を形成することで管楽器の音色を改善することができる効果がある。また、ＤＬＣ被膜をマウスピース１の表面に形成することで、使用者に対する使用感を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、メンテナンスの頻度が低下できるなどの利点をもつ管楽器に関する。

トランペットなどの管楽器に採用されるピストンバルブ機構などの摺動面をもつ部材は、その摺動性を維持するために定期的なメンテナンスを行う必要がある。メンテナンスを怠ると、ピストンバルブ機構を構成するピストン管とバルブケーシングとの間での動きが滑らかでなくなり、ひどい場合には固着などが発生し、楽器を演奏することができなくなることもある。

そこで、管楽器の性能を維持するために定期的にピストンバルブ機構内に潤滑油（バルブオイル）を塗布するなどのメンテナンスを行っていた。
特開平６−２２２７５１号公報

ところで、近年、ロボット研究の一環として、ロボットによる管楽器の自動演奏を行わせているが、人間の手を模倣して演奏を行う際には、管楽器、指及び腕の三次元的な位置関係を認識（ティーチング）させる必要がある。ここで、ピストンバルブ機構への潤滑油の塗布はロボットから取り外して行う必要があるが、管楽器の演奏は微妙なバランスの基に成り立っているので、潤滑油を塗布するたびに再度のティーチングを行う必要がある。ティーチングの操作は煩雑であるので、潤滑油を塗布しなくても長期間潤滑性が低下しないことが望まれた。

本発明は上記実情に鑑み為されたものであり、メンテナンスの頻度が低下できる管楽器を提供することを解決すべき課題とする。

本発明者らは上記課題を解決する目的で鋭意研究を行った結果、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜を採用することで高い耐久性が実現できることを見いだし以下の発明を完成した。すなわち、本発明の管楽器は、各種管、ピストンバルブ機構及びマウスピースが相互に連結されて形成される管楽器であって、
内外面及び摺動面の少なくとも一部にＤＬＣ被膜が形成されていることを特徴とする。更に、形成された前記ＤＬＣ被膜の表面がラップ仕上げされていることで、更なる高耐久性が実現できる。

つまり、摺動面の耐久性が特に問題になるピストンバルブ機構などにＤＬＣ被膜を形成することで高い耐久性が実現できる。また、ＤＬＣ被膜が高い音の伝達特性を有することから、管楽器の内外面の一部乃至全部にＤＬＣ被膜を形成することで管楽器の音色を改善することができる効果がある。また、ＤＬＣ被膜をマウスピースの表面に形成することで、使用者に対する使用感を向上することができる。

特に、前記ピストンバルブ機構はバルブケーシングと該バルブケーシング内を摺動自在に嵌挿されるピストン管とを備え、前記ＤＬＣ被膜は該バルブケーシング及び該ピストン管の摺動面の少なくとも一方に形成されていることが望ましい。特にピストン管の外周面にＤＬＣ被膜が形成されていることが望ましい。

バルブケーシング及びピストン管の間は極めて精巧に組み立てられているので、その間の摺動面に潤滑油を塗布するためには分解する必要がある。従って、ＤＬＣ被膜形成によるメンテナンス頻度の低下は、潤滑油の塗布により必然的に必要であったロボットの再ティーチングの回数を減少する効果を発揮する。

なお、管楽器の耐久性を向上するための従来技術としては、チタンコーティングを行った管楽器が開示されている（特許文献１）。しかしながら、チタンコーティングにはＤＬＣ被膜のような潤滑性向上の効果は期待できず、メンテナンス頻度を低下させる効果は発揮しない。特許文献１に記載の技術は管楽器の意匠性低下などを抑制するための耐久性向上を目的としている。

本発明の管楽器は上記構成を有することから以下の効果を発揮する。すなわち、耐摩耗性に優れたＤＬＣ被膜を形成することで、ピストンバルブ機構の動作不良の発生を長期間抑制することが可能になった。また、ＤＬＣ被膜を形成する部位によっては、音の伝達特性に優れたＤＬＣ被膜が形成されていることによる音色の改善、滑らかなＤＬＣ被膜による好ましい触感の実現、ＤＬＣ被膜による外観など意匠性の耐久性向上などが付随的な効果として得られた。

本発明の管楽器について実施形態に基づき以下詳細に説明する。なお、本実施形態では管楽器としてトランペットを用いて説明を行う。本発明が適用できる管楽器としては、トランペット以外にも、チューバ、ホルン、コルネット、ユーフォニウムなどのピストンバルブ機構を有する管楽器が挙げられる。

本実施形態のトランペットは、図１に示すように、マウスピース１と、ピストンバルブ機構としての第１〜３ピストン管３〜５及びバルブケーシング９と、各種管としての、マウスピースレシーバ２、第１〜３抜差管６〜８及びベル１０とを有する。トランペットは、マウスピース１から吹き込まれた息がマウスピースレシーバ２、バルブケーシング９、そして、ベル１０の順に送られることで音が鳴る。途中、第１〜３ピストン管３〜５の操作によってバルブケーシング９内での通路が変化して第１〜３抜き差し管６〜８に連結され、共鳴する周波数が変化して音程などが変化する。従って、第１〜３ピストン管３〜５が滑らかに作動できないと、トランペットの演奏は困難になる。

そこで、本実施形態の管楽器では、バルブケーシング９との間での摺動面となる、第１〜３ピストン管３〜５の外周面にＤＬＣ被膜を形成することで、第１〜３ピストン管３〜５が滑らかに作動するようにされている。ここで、バルブケーシング９内にもＤＬＣ被膜を形成することが望ましいが、バルブケーシング９内部の構造は複雑であり、ＤＬＣ被膜の形成が困難である場合も考えられる。その場合には第１〜３ピストン管３〜５の外周面のみにＤＬＣ被膜を形成することでも充分な摺動特性を得ることができる。ＤＬＣ被膜は金属元素（例えば低摩擦係数化を図る目的を達成するためには遷移金属及びシリコンから選択される元素を含有させることが好ましい）を２０質量％以下程度含有することが望ましい。また、ピストン管との密着性・被着性向上などの目的で組成を傾斜させること（例えば、ピストン管の表面組成から炭素元素にまで傾斜させるなど）もできる。

形成されるＤＬＣ被膜の膜厚は特に限定しないが、３０ｎｍから５０μｍ程度にすることが望ましい。また、形成されたＤＬＣ被膜は表面の面粗度Ｒｚとして０．０５μｍ以下であることが望ましい。

更に、ＤＬＣ被膜を形成すると共に、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ等の軟質潤滑金属膜、ポリテトラフルオロエチレン含有被膜、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂などの自己潤滑被膜などのＤＬＣ被膜以外の潤滑性を有する被膜を、ＤＬＣ被膜を形成した面や、その面と摺動する面に形成することができる。そして、バルブオイルを共存させることもできる。

ＤＬＣ被膜の形成方法は特に限定しない。例えば、物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学蒸着法（ＣＶＤ）などの真空蒸着法や、液相にて反応を行う方法などの一般的な方法が挙げられる。特に緻密で密着性が高いＤＬＣ被膜を形成する方法として、ＰＶＤの一種であるアンバランスド・マグネトロン・スパッタ装置（ＵＢＭＳ装置）を用いた被膜形成法が好ましい方法として挙げられる。ＵＢＭＳ装置は被膜材料を蒸発させるスパッタリング蒸発源部分の磁場バランスを意図的にアンバランスにして、蒸発源部分で発生したプラズマが被膜を形成する管楽器（又はＤＬＣ被膜を形成する管楽器の構成要素）にまで到達する構造が採用されることで、高品質なＤＬＣ被膜を形成することができる。

また、ＣＶＤとしては、原料ガスとしてメタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレンやベンゼン等の炭素化合物ガスを採用し、グロー放電を利用するプラズマＣＶＤが汎用される。一般的にＤＬＣ被膜は面粗度が小さく、非常に平滑な表面をもつが、更に低い面粗度を実現する場合には表面処理を行うことが望ましい。例えば、ラップ仕上げなどを適用し、必要な面粗度が得られるようにすることが望ましい。

更に、ＤＬＣ被膜はピストン管以外にトランペットを構成する管（マウスピース１、マウスピースレシーバ２、第１〜３抜き差し管６〜８、ベル１０）の内外面に形成することができる。ＤＬＣ被膜はその滑らかな表面によりマウスピース表面に形成することで、口当たりが良くなる。また、ＤＬＣ被膜はダイヤモンドと同様に音の伝達特性に優れており、マウスピースレシーバ２、第１〜３抜き差し管６〜８、ベル１０などの表面にＤＬＣ被膜を形成することで優れた音響特性が実現できる。特に、ベル１０の朝顔部などの音響特性に大きな影響を与える部位にＤＬＣ被膜を形成することが望ましい。また、ＤＬＣ被膜は耐食性にも優れており、金属から構成され耐食性が問題になるトランペットの表面における保護膜としての作用も期待できる。

・ＤＬＣ被膜の形成：トランペットのピストン管にＤＬＣ被膜を形成して耐久性を評価した。トランペットのピストン管は母材としてのモネルメタルの表面にニッケルめっき及びクロムめっきからなる下地を形成した後、ＤＬＣ被膜を形成した。ＤＬＣ被膜はクロム層側からクロム：炭素＝１００：０からＣｒＣ_x、ＤＬＣ被膜（Ｃｒ含有）となるような傾斜した組成とした。ＤＬＣ被膜は神戸製鋼製ＵＢＭＳ５０４型の製膜装置を用いて形成した。膜厚は１．９３μｍ（カロテスト法により計測。下地からの厚み）、摩擦係数は０．１０（ピンオンディスク法にて測定）、膜硬度はＤＨ７２２（島津製作所製ダイナミック超微小硬度計を用い、押し込み荷重５ｍＮで負荷除荷試験）、密着性は充分でＨＲＣスケールにて剥離がない（１５０ｋｇｆ荷重で圧痕周辺に金属顕微鏡１００倍で剥離が観察されないこと）ものであった。

・評価：ピストン管をバルブケーシング内に使用状態で納め、耐久性を評価した。ピストン管は３秒間に１回の頻度で作動させ、動作不能になるまでの回数を測定した。そして、ＤＬＣ被膜を形成していないピストン管についても同様の評価試験を行った。なお、オイルはピストン管に対して、組み立て前に塗布を行った。また、ピストン管に対するＤＬＣ被膜の有無による音の変化をブラインドテスト（被験者１８人）にて確認した。結果を表１に示す。

表１より明らかなように、ＤＬＣ被膜を形成したピストン管は無給油で６０００回以上正常動作が可能であった。それに対して、ＤＬＣ被膜を形成していないピストン管は使用するオイルの性能にもよるが１０００回程度又は２９００回程度と、ＤＬＣ被膜を形成したピストン管と比べて、同じオイルを使用した場合には６分の１以下、より性能が高いオイルを使用した場合でも半分以下の回数のピストン管の動作で動作不良になった。従って、ＤＬＣ被膜の形成により非常に高い潤滑性能が得られることが判った。特に、ＤＬＣ被膜は人体に対して何らの好ましくない影響を与えることがなく、シリコーン入りバルブオイルのように人体に対してあまり好ましくないオイルの使用を避けることができるという利点も発揮した。なお、ニッケルめっきは耐食性向上の目的で形成しているが、ＤＬＣ被膜の耐食性が高いのでニッケルめっきを省略することも充分に可能であると推測される。

また、ＤＬＣ被膜を形成したピストン管を採用したトランペットの音色の方が好ましい（優）と答えた人数が、その他のトランペットの音色の方が優れていると答えた人数よりも大きく勝っていた。なお、ここには詳細を示さないが、ピストン管以外にもベルなどのの他の部位にＤＬＣ被膜を形成した場合にも同様の音色向上効果が認められた。そして、マウスピースに対してＤＬＣ被膜を形成した場合もＤＬＣ被膜を形成しない場合よりも好ましいと答えた人数が大きく勝っていた。

実施形態にて説明に用いたトランペットの概略構成図である。

符号の説明

１…マウスピース２…マウスピースレシーバ３、４、５…第１〜３ピストン管６、７、８…第１〜３抜き差し管９…バルブケーシング１０…ベル

Claims

各種管、ピストンバルブ機構及びマウスピースが相互に連結されて形成される管楽器であって、
内外面及び摺動面の少なくとも一部にＤＬＣ被膜が形成されていることを特徴とする管楽器。
形成された前記ＤＬＣ被膜の表面がラップ仕上げされている請求項１に記載の管楽器。
前記ピストンバルブ機構はバルブケーシングと該バルブケーシング内を摺動自在に嵌挿されるピストン管とを備え、
前記ＤＬＣ被膜は該バルブケーシング及び該ピストン管の摺動面の少なくとも一方に形成されている請求項１又は２に記載の管楽器。
前記ＤＬＣ被膜は前記ピストン管の外周面に形成されている請求項３に記載の管楽器。