JP6461156B2 - 定張力装置 - Google Patents

Description

[関連出願のクロスリファレンス]
この出願は、２０１３年９月３日に出願された米国特許出願第６１／８７３，２９５号及び２０１３年９月９日に出願された米国特許出願第６１／８７５，５９３号に基づいており、これらの利益を主張する。これらの出願は、全体を参照することによってここに組み込まれている。

本開示は、ワイヤ又は弦に張力を掛ける装置の分野に関し、特に、ワイヤが制限範囲を超えて伸びる又は縮んだ時に、この張力を一定に又はほぼ一定に保つ装置に関する。

様々な製品やアプリケーションで、ワイヤ又は弦を長時間、様々な環境状態において、ほぼ一定の予測可能な張力に保つことで利益を享受できる。特に、弦楽器は、張力を維持した弦を振動させることで音を作る。所定の楽器について正しい張力に弦があれば、所望の音に対応する所望の周波数で弦が振動するであろう。しかしながら、時間の経過により、及び／又は、温度、湿度、その他といった環境因子により、楽器の弦は伸びたり縮んだりする傾向にある。このような伸縮により、通常、弦の張力が変わってしまい、従って、弦が所望の周波数と異なる周波数で振動することになる。この結果、弦が調和しなくなり、聴覚的に所望の音と異なる音を発することになる。典型的な弦楽器は、短期間で調和しなくなる傾向にあり、音楽家は時には、演奏の最中であっても、かなりの時間を楽器のチューニングに使わなくてはならない。

音楽家の楽器の外観は、時に、その芸術家の表現のように見え、従って、音楽家は自分の楽器の構成部品は目立たず、外観を支配しないことを望む傾向にある。また、ある種の楽器、特に、アコースティック楽器は、楽器の所定の部分に配置された構成部品に敏感である。更に、構成部品は、演奏中に演奏者を邪魔する可能性を回避しなくてはならない。

弦が時間の経過により及び／又は環境的要因によって伸縮する場合でも、弦がほぼ一定の張力に維持されるような方法で弦楽器の弦を装填する方法及び装置がこの分野で求められている。

また、このような方法及び装置が、比較的小さく、舷の音を実質的に変えることなく、楽器の外観を変えることなく、あるいは演奏能力を邪魔することなく、ある種の弦楽器に装着が容易であることがこの分野で求められている。

一実施例によれば、本発明は定張力装置を提供する。この装置は、一次ばね力をかけるようにキャリアに取り付けた一次ばねを具える。キャリアにかかるこの一次ばね力は、軸に沿って一次ばねに対してキャリアが移動するときの第１の作用に応じて変化する。ワイヤ又は弦がキャリアに取り付けられて、軸に沿って延在しており、キャリアにかかる軸方向の力がワイヤ又は弦にかかる。二次ばねは、第１の端部がキャリアに取り付けられており、キャリアに二次ばね力をかける。二次ばね力は、軸を横切る方向にかかり、軸に沿った方向にキャリアにかかる軸方向の成分を有する。二次ばね力は、二次ばね力の軸方向の成分が、キャリアが軸に沿って一次ばねに対して移動するときの第２の作用に応じて変化するように構成されている。キャリアにかかる正味の軸方向の力は、一次ばね力と二次ばね力の軸方向の成分との和を含む。

このような一実施例では、弦楽器が定張力装置を具えており、ワイヤ又は弦が、キャリアに取りつけた第１の端部と、キャリアに対して固定されている第２の端部を有する音楽弦である。二次ばねは、キャリアが軸に沿って縦方向に移動すると、二次ばね力の軸方向成分が、二次ばねのばね定数関数に応じて変化するように選択され、二次ばねのばね定数関数は、一次ばねのばね定数関数に近く、一次ばねのばね定数とは逆に、キャリアにかかる正味軸方向の力が、縦方向の一ミリの動きにつき、好ましい張力の約１．２％以内にとどまるように選択される。別の実施例では、キャリアが軸に沿って縦方向に移動するときに、二次ばね力の軸方向成分が、キャリアにかかる一次ばね力の変化に近い大きさを有して、キャリアにかかる正味軸方向の力が、縦方向の動き一ミリ当たり、所望の張力の約０．６％内にとどまるように、二次ばねが選択される。

別の実施例では、二位ばねの第２の端部がキャリアに対して固定されており、二次ばねの角度が、軸に直交するラインと二次ばねの動くラインとの間で規定されている。キャリアは、対向する第１及び第２の軸位置の間の軸に沿った距離として規定される動作範囲を有し、第１及び第２の軸位置間にある。幾つかの実施例は、更に、この動作範囲の第１の軸位置に第１のストップを具え、この第１のストップによって、キャリアが第１の方向で第１の軸位置を過ぎて動かないようにしている。このような実施例は、更に、動作範囲の第２の軸位置に第２のストップを有しており、この第２のストップによって、キャリアが第２の軸位置を超えて第２の方向に動かないようにしている。

その他の実施例では、動作範囲が、最大１０°までの二次ばねの角度変化に対応している。

一実施例では、二次ばね力が動作範囲内のある点において、軸に直交する方向にある。追加の実施例では、動作範囲が、二次ばね角が±５°である範囲内で規定される。

いくつかの実施例では、ギターが、ギターのヘッドストック又はブリッジの内の一方に装着した定張力装置を具えている。ギターの弦は、キャリアに取り付けた第１の端部と、ギターのヘッドストックとブリッジの一方に取り付けた第２の端部を有する。ギターの弦の張力は、キャリアに係る軸方向の力と同じである。

いくつかの実施例では、キャリアはギターの弦が完全に調整した張力に保持される位置に移動可能であり、ギターの弦は伸びるので、一次ばねによってキャリアにかかる軸方向の力が減少し、二次ばねによってキャリアにかかる力の軸方向成分は、ギターの弦が延びるときにキャリアが移動する方向において、増える。

ギターの更なる実施例では、二次ばねの第２の端部が、キャリアに対して固定されており、二次ばねの角度が、軸に直交するラインと二次ばねが動くラインとの間に規定される。キャリアは、二次ばねの角度の最大１０°の変化に対応する軸に沿った距離として規定される。一次ばねは、一次ばねのばね定数を有し、二次ばねは、一次ばねのばね定数に対向する軸ばね定数の成分を有し、動作範囲内のギターの弦における張力の変化は、１０セント又はそれ以下の周波数に対応する動作範囲にある。

更なる実施例では、二次ばねが、キャリアの対向する側部で動作する一対のばねを具え、二次ばねの第２の端部がキャリアに対して固定されている。幾つかの実施例では、二次ばねが、キャリア及び固定した二次ばねマウントにしっかり連結することができる。

いくつかの実施例では、二次ばねが圧縮方向に偏向したフラットシートを具える。幾つかの実施例では、このフラットシートは、コネクタと固定した二次ばねマウントにしっかり連結されている。更なる実施例では、複数のフラットシートが互いにスペースを開けて、配置されている。

更なる実施例では、この一対のばねが、偏向バーを具えている。

これらの実施例の幾つかは、更に、各偏向バーとキャリアの間にコネクタを具えている。幾つかの実施例では、このコネクタが、細長バーを具えている。その他の実施例では、コネクタがボールベアリングを具える。

更なる実施例によれば、定張力装置が提供されている。この装置は、軸に沿って移動可能に構成したキャリアと、このキャリアに取り付けられており、軸に沿って延在するワイヤ又は弦を具え、キャリアにかかる軸方向の力がワイヤ又は弦に伝わる。目標の張力は、ワイヤ又は弦の所望の張力として規定される。ばねは、キャリアに取り付けた第１の端部と、キャリアに対して固定されているばねマウントに取り付けた第２の端部を具え、このばねが、キャリアにばね力を与える。ばねの角度は、軸に直交するラインと、ばねの動きのラインとの間で規定される。ばね力は、軸を横切る方向にかかり、軸方向の力成分と軸に沿った方向にキャリアと伝達される軸ばね定数を具える。ばねは、軸方向の力成分が、ばねの軸方向のばね定数がゼロでありゼロ定数角度であるときに、目標張力と同じになるように選択される。

別の実施例では、ばね角度がゼロのレート角より大きい場合、軸方向のばね定数が、負か正であり、ばね角度がゼロのレート角より小さい場合、軸方向のばね定数が逆の負又は正のいずれかである。

図１Ａは、ばねの構成を示す図である。図１Ｂは、弦が伸びている状態における図１Ａのばねの構成を示す図である。 図２Ａは、一の実施例に係るばねの構成を示す図である。図２Ｂは、舷が伸びている状態における図２Ａのばねの構成を示す図である。 図３は、別の実施例のばねの構成を、３つの位置で示す図である。 図４は、別の実施例のばねの構成を、３つの位置で示す図である。 図５は、別の実施例のばねの構成を、３つの位置で示す図である。 図６は、更なる実施例による更に別のばねの構成を示す図である。 図７は、更なる実施例による更に別のばねの構成を示す図である。 図８Ａ及び８Ｂは、更に別の実施例によるばねの構成を、２つの位置で示す図である。 図９Ａ及び９Ｂは、更に別の実施例によるばねの構成を、２つの位置で示す図である。 図１０は、ここに述べた実施例の少なくともいくつかに用いることができる特徴を示す図である。 図１１は、一の実施例によるストップの特徴を詳細に示す図であり、図９に示す実施例の一部として示されている。 図１２は、さらに別の実施例によって構成したばねの構成を示す図である。 図１３は、さらに別の実施例によって構成したばねの構成を示す図である。 図１４は、図１２に示す実施例にある特徴を用いた張力装置の実施例を示す図である。 図１５は、ギターのヘッドストックの上に張力装置を用いたバスギターを示す図である。 図１６は、更なる実施例によって構成したばねの構成を示す図である。 図１７は、図１６に示す実施例の特徴を用いた張力装置の実施例の斜視図である。

以下の説明は、複数の実施例で用いられている発明の特徴を示す実施例に関する。ここで明確に議論されてはいないが、ここに述べる一またはそれ以上の原理を使用できる実施例があると解するべきである。これらの原理は主に、弦楽器について述べられている。しかしながら、ここに述べた原理は、スポーツ用品、工業的及び／又は建築学的アプリケーションなどその他のアプリケーションもあると解するべきである。これらのアプリケーションは、ある動作範囲を超えて動き、及び／又は、正のばね定数を示すばね構造を用いることができるアイテムにほぼ一定の力を掛けることが望ましい。

本開示は、弦、ワイヤ、その他が、ある距離範囲を超えて長さが変化するような場合でも、この弦、ワイヤ、などにほぼ一定の張力をかける装置の実施例について述べている。特に、出願人の米国特許第７，８５５，４４０号は、ワイヤ又は弦が伸びる及び／又縮んだ時に、ワイヤ又は弦にほぼ一定の張力を達成する、同様の、しかし別の原理を教示している。この特許は、全体が参照によりここに組み込まれている。

図１Ａを参照すると、ばねベースの張力装置３０は、固定端３４と可動端３６を有するワイヤ３２と、固定端４２と可動端４４を有する一次ばね４０を具える。ワイヤ３２の固定端３４は、固定したワイヤマウント３８に装着されており、一次ばね４０の固定端４２は、固定したばねマウント４８に装着されている。一次ばね４０は、ばね定数ｋである。ワイヤ３２と一次ばね４０の可動端は、両方ともキャリア５０（又は取付けポイント）に取り付けられており、一次ばね４０とワイヤ３２は同軸となっている。一次ばね４０はワイヤ３２を、一次ばね４０の力Ｆｐがワイヤの張力Ｔｗと同じになるように引っ張っている。この実施例では、好ましい張力はＴｐである。図１Ａでは、Ｆｐ＝Ｔｗ＝Ｔｐである。

時間が経過すると、ワイヤ３２は伸びるあるいは縮む。図１Ｂは、このような状態を示しており、ワイヤ３２は軸方向の距離ｘだけ伸びている。ばね４０は、フックの法則に従うため、ばね４０の力は、−ｋｘ低減し、ワイヤＴｗの張力に対応する変化をもたらす。従って、Ｆｐ＝Ｔｗ＝Ｔｐ−ｋｘとなる。このように、ワイヤ３２の張力は、もはや好ましい張力Ｔｐではない。特に、フックの法則（Ｆ＝−ｋｘ）は線形関数である。

図２Ａ−Ｂは、好ましい又はほぼ好ましい張力Ｔｐでワイヤ３２の張力を維持するばねベースの張力装置３０の別の実施例を示す図である。二次ばね６０は、固定端６２と上述の可動端を具える。固定端６２は、二次ばねマウント６８に取り付けられている。二次ばね６０の可動端６４は、キャリア５０の一次ばね４０とワイヤ３２の可動端３６、４４に取り付けらえている。図２Ａに示すように、二次ばね６０は、図２Ａに示す初期位置において、ワイヤに一次ばね６０によって与えられる力Ｆｐに対して直交する方向にある力Ｆｓを与える。Ｔｗｏ．好ましくは、キャリア５０は抑制されており、一次ばね４０とワイヤ３２に同軸の経路に沿ってのみ移動する。Ｆｓは図２Ａに示す取り付けポイントに対して直交しているので、Ｆｓは軸に沿って０のベクトル力成分を有する。このように、二次ばねＦｓはＴｗに影響しない。

図２Ｂを参照すると、図１Ｂに関して上述したように、時間が経つとワイヤ３２は伸びてしまい、一次ばね４０によってワイヤ３２にかかる一次力Ｆｐに低減（ｋｘ）が生じる。しかしながら、キャリア５０は軸に沿って距離ｘ移動するので、二次ばね６０は、固定端６２の周りを角度α回転する。二次力Ｆｓは、もはや軸に対して直交しないが、式Ｆｓ（ｓｉｎα）で決まる軸方向ベクトル成分（Ｆｓａ）を有する。このように、ワイヤの張力は、Ｔｗ＝Ｔｐ−ｋｘ＋Ｆｓ（ｓｉｎα）として計算される。Ｆｓａも、Ｆｓ（ｃｏｓθ）で決定することができ、従って、Ｔｗ＝Ｔｐ−ｋｘ＋Ｆｓ（ｃｏｓθ）となる。

角度αが、約０−２０°、より好ましくは０−１５°、より好ましくは０−１０°、最も好ましくは０−５°と比較的小さい場合、ｓｉｎαは、ほぼ線形関数である。上述した通り、−ｋｘは完全に線形関数であり、一次ばね定数ｋは一定であるとともに、関数は負である。従って、このように比較的小さい角度αを超えると、二次ばね力Ｆｓは、偏向作用範囲（ｘ）を超えて選択することができ、関数ｋ（ｓ）ｘの値はＦｓ（ｓｉｎα）で概算される。また、二次軸方向ばね定数ｋ（ｓ）はαによって変化し、ばね定数の関数は正である。このように、図２Ｂに示す作用範囲を超えると、ワイヤ３２が伸長すると、一次ばね４０によって与えられる力Ｆｐが小さくなるが、二次ばねによって与えられる力Ｆｓの軸方向の力成分Ｆｓａは、これに対応して増え、一次力と同じ軸方向に向けられる。この結果、ワイヤＴｗの総張力は、好ましい張力Ｔｐまたはその近くにとどまる。特に、これらの範囲αにおける二次軸方向ばね定数ｋ（ｓ）は、負の一次ばね定数と反対に、正である。従って、図２Ｂに示すワイヤの長さが縮んで、αが負になっても、一次ばねによって与えられる張力Ｆｐは増えるが、二次ばねによって与えられる力Ｆｓの圧縮軸方向の力成分Ｆｓａは、Ｆｐと反対の方向となり、同じ値を持つ。この結果、ワイヤＴｗの総張力は、好ましい張力Ｔｐに、あるいはその近傍にとどまる。

下記の表１は、図２Ａ−２Ｂに示す構造を有する一実施例のパフォーマンスの実際のライフシナリオを示すスプレッドシートである。表１に示すシナリオでは、図２Ａ−２Ｂに示す、一次ばね４０（ばね１）、二次ばね６０（ばね２）、及び、弦３２が示されている。一次ばね（ばね１）は、一インチ当たり６４ポンドのばね定数（ｋ１）を有する。二次ばね（ばね２）は、圧縮されており、一インチ当たり１０ポンドのばね定数を有する。取り付けポイント（キャリア５０）の移動レンジは０．０６２５インチである。この実施例では、二次ばね（ばね２）の初期長さｙが０．３インチであり、圧縮されて初期張力（Ｆｓ）が１９．７ポンドである。このシナリオでは、二次ばね６０の初期位置が、一次ばね４０に垂直である。

表１に示すシナリオでは、一次ばね（ばね１）の初期張力Ｆｐ、（したがって、ワイヤの好ましい張力Ｔｐ）が１０ポンドであり、一次ばね４０の初期長さＬ１は１．４インチである。このスプレッドシートは、ばねがギターの弦に張力をかけているギターのアプリケーションをシュミレートしており、時間が経つと、ギターの弦が伸びる（ここでは、移動レンジである０．０６２５インチを超える）。スプレッドシートは、ばねの状態と０．０６２５インチの移動レンジに沿った様々なポイントにおけるワイヤ／ギターの弦の張力を示している。

図２Ａ−２Ｂ及び表１に示すように、弦３２は伸びると、キャリア５０及び付属アタッチメントポイントが移動する。この結果、一次ばね４０（ばね１）の長さが距離ｘ短くなり、一次力Ｆｐが対応して小さくなる。しかしながら、二次ばね６０（ばね２）が回転して、Ｆｓｃｏｓθ又はＦｓｓｉｎαで計算される軸方向成分力Ｆｓａが増える。すなわち、ばね２の長さＬ２がこの回転と共に若干変化し（（ｙ^∧２＋Ｘ^∧２）^∧１／２）で計算される）、Ｆｓがばね２のばね定数によって若干変化する。

表１に示すシナリオでは、０．０６２５インチの弦の伸びを超えて、二次ばね６０（ばね２）が約１２°回転し、ワイヤの総張力（Ｔｗ）が好ましい（初期）張力Ｔｐから最大で約０．４％変化する。このような変化によって、あるとすれば、ギターの弦の高さに最小の可聴変化が生じる。

様々な長さ、ばね定数、その他は、一次ばね及び二次ばねに対して選択することができ、特定の結果を変化させるが、一次ばねは直線的に移動し、二次ばね（あるいは、少なくとも二次ばねの動きのライン）は軸方向の成分力の変化率が一次ばねの力の変化率をなくすように変化するので、二次ばねを選択して一次ばねによってかかる張力のリニアな変化を近似するという原理は残る。

次いで、図３を参照すると、別の実施例において、対向するばねマウント６８が互いに対して固定されており、互いから幅ｗだけスペースが空いている。同一のばね対６０が設けられており、軸ａに沿って直線的に移動するように構成されたキャリア５０に取り付けられる前に、固定端６２が固定ばねマウント６８の一方に取り付けられている固定端と可動端がある。図に示すように、ばね６０は、好ましくは軸に対して対称に配置されている。ワイヤ３２あるいはそのようなものをキャリア５０に取り付けることができる。

図３に示す実施例では、各ばね６０が軸ａに直交するラインに対して角度αを成している。図３では、α＝６０°である。更に、図４および５、及び下記の表２を参照すると、キャリア５０が軸に沿って移動するので、角度αは、ばねが圧縮されると、ばね６０の長さと各ばねの軸方向の力成分Ｆｓａと同様に小さくなる。更に、表２に示すように、軸に沿った各ばねの有効ばね定数ＸＰもα分変化する。

下記の表２では、ばね６０が初期に、α＝６０°に、ばねの静止長が２．０インチになるように配置されている。この例示であるばねは、ばね定数ｋが１インチ当たり９０ポンドであり、固定したばねマウント６８間の幅ｗが２．０インチである。従って、各固定ばねマウントは軸から１．０インチのところにある。表２は、この構成の様々な態様が、図３−５に示すようにキャリア５０が軸に沿って直線的に移動したときにどのように変化するかを示す。特に、αが小さくなると、各ばねの長さＬが小さくなり、各ばねが圧縮されてばね力Ｆｓがかかる。このばね力は、力の軸方向成分Ｆｓａを含む成分に分けることができる。αの１度の減少で、キャリア５０によって移動する軸方向の距離における対応する漸増変化がある。漸増する軸方向の距離で割った軸方向の力Ｆｓａは、ばねの移動に沿ったそのポイントにおける軸方向のばね定数ｋａを示している。従って、表２に示すように、軸方向のばね定数は、αと共に変化する

次いで、図４及び表２を参照すると、αが約３７°のときに、漸増する軸方向ばね定数が負のばね定数から正のばね定数へと移行する。また、図５及び表２を参照すると、角度がα＝０°に近づくと漸増するばね定数はほぼ一定であり、図に示す実施例では正である。特に、約α＝５°から約α＝−５°のα＝０°付近のゾーンでは、ばね定数はほぼ一定である。

次いで、図６を参照すると、別の実施例において、一次の軸方向ばね４０がキャリア５０に取り付けられており、ワイヤ３２に一次ばね力Ｆｐを供給するように構成されている。このばねは、また、キャリア５０に図２と同様の態様で取り付けられている。図６においては、対向する同一の二次ばね６０が、図３乃至５に示すばね６０と同じように配置されている。この実施例では、一次ばね４０は、フックの法則に従って、定ばね定数ｋを有する。図に示すように、二次ばね６０は、α＝０±５°の範囲に配置されており、二次ばね６０の力Ｆｓａの軸方向成分は、ｓｉｎαの関数である。これは、α＝０±５°といった小さい角度においてはほぼ線形関数である。このように、好ましい実施例では、二次ばね６０を選択して、ワイヤ３２（又はいくつかの実施例では楽器の弦）が時間が経って伸びる又は縮んだときに、キャリア５０が軸方向に移動するときの一次軸方向ばね力Ｆｐの線形減少を概ね追従する又はこれを補償するようなばね定数を有するようにする。このように、ワイヤ３２の張力Ｔｗは、伸縮する間にほぼ同じに維持される。好ましい実施例では、このような力の補償がα＝０±５°といった動作範囲内で作用する。アプリケーションの要求によって、この動作範囲はα＝０±３°など、より小さくてもよく、あるいは、α＝０±１０°、α＝０±１５°、またはα＝０±２０°でも、といったより大きくてもよい。

図６及び表２を参照すると、好ましい実施例では、α＝０°又はα＝０°付近で各二次ばね６０のばね定数が１インチ当たり９０ポンドにちかづく。このような実施例の一つでは、一次ばね４０は、１インチ当たり１８０ポンドのばね定数を有するように選択されている。このように、冒頭に対して約α＝０°の動作範囲では、一次ばね４０は１インチ当たり約−１８０ポンドの張力のばね定数を有しているが、二次ばねは、１インチ当たり約１８０ポンドの圧縮した軸方向のばね定数を提供するよう組み合わせている。この組み合わせたばね定数は、次いで、ゼロに近づき、約α＝０°の動作範囲でゼロに近づいている張力装置３０によってかかる力に変化をもたらす。

より詳細には、図６及び表２に記載の実施例において、キャリア５０がα＝０°からα＝１°に移動すると、キャリアは軸方向に０．０１７４５５インチ移動する。従って、一次ばね４０によってかかる張力Ｆｓａは、（１８０ポンド／インチ）（０．０１７４５５インチ）だけ小さくなる。しかしながら、二つの二次ばね６０によって提供される力の軸方向成分Ｆｓａは、２（１．５７０４８ポンド）＝３．１４１０ポンドである。このように、キャリア５０がα＝０°からα＝１°に移動するときの張力の正味の変化は、０．０００９ポンドに過ぎない。更に、表３を参照すると、α＝０±５°に対する正味軸方向ばね定数ｋａは、二次ばね６０の組み合わせた軸方向ばね定数に、一次ばね定数（ここでは、１８０ポンド／インチ）を加えることによって計算できる。

表３を見ると、α＝−４°から４°の範囲を超えると、正味軸方向ばね定数ｋａは、平均約−１．１５ポンド／インチである。α＝−５°から４°の範囲を超えると、正味軸方向ばね定数ｋａは、平均約−１．３７ポンド／インチである。α＝−５°から５°の範囲を超えると、正味軸方向ばね定数ｋａは、平均約−１．６９ポンド／インチである。

次に、図７を参照すると、別の実施例において、ばねベースの張力装置３０の動作範囲を、ゼロのばね定数のゾーンにまたがって配置することができ、このゾーンではばね定数が負のばね定数から正のばね定数に移行する。ばね定数の大きさは、この範囲で反転するので、正味平均ばね定数は所望の範囲内にとどまる。このように、ゼロのばね定数の転移に亘る動作範囲における二次ばねの正味軸方向成分の変化は、このゾーンを通ってキャリアが移動するときの一ばねの力の変化に近づけることができる。このような動作範囲は、ゼロばね定数のポイントに対応するおよその角度に規定できる。表に記載の実施例では、約α＝３７°でばね定数がゼロに近くなる。幾つかの実施例では、動作範囲は、ゼロばね定数の角度について、±１°、±２°、±４°、α＝±５−７°、あるいは±１０°に規定される。ゼロばね定数の位置では、軸方向の位置における漸増変化によって、かかった力に変化を招かない。しがたがって、この実施例では、ばね６０のみが必要である。

図８Ａを参照すると、一実施例によって構成したばね張力構造７０の別の実施例は、図６に線図的に示す構造に類似する論理的挙動を追従している。

図８Ａに示すように、一次ばね４０は固定端において固定マウント３８に取り付けられている。一次ばね４０の可動端４４は、好ましくは軸方向に移動するように制約されたキャリア５０に取り付けられている。キャリア５０は、ワイヤ又は弦３２に取り付けられており、一次ばね４０は弦３２と同軸に整列して弦３２に張力をかけており、一次ばね４０によって提供される張力の変化は、関数−ｋｘに従って変化する。この実施例では、二次ばねアッセンブリが一対の対向して配置した片持ちバー（板バネ）７２を具えており、これは、線形可撓性ばねとして作用する。各板バネ７２は、キャリア５０にコネクタバーを介して連結しており、それまでは、キャリア５０と板バネ７２に形成された対応するナイフエッジ状受け部２８で受ける対向するナイフエッジ状端部７６を有する。このナイフエッジ状端部７６及び受け部７８は、互いの端部でジョイント８０を形成しており、キャリア５０が板バネ７２に対して移動し、コネクタバー７４が対応して回転するときの回転摩擦を最小限にしている。

図８Ａは、α＝０°に構成した装置７０を示している。動作中は、ワイヤ又は弦３２が伸びる（図８Ｂ参照）ので、キャリア５０は軸方向に移動して（距離ｘ）、従って、コネクタ７４が回転する。また、上述した態様で、板バネ７２によって提供された二次ばねの力Ｆｓが、この力の半分を提供している各板バネによって非ゼロ軸方向成分Ｆｓａとなり、力Ｆｓａがコネクタバー７４を通ってキャリアに伝わる。好ましくは、板バネ７２は、Ｆｓａが動作範囲のαを超えてｋｘあたりになるように選択される。

図９Ａ−Ｂは、別の実施例９０を示しており、ここでは板バネ９２が二次力を供給している。図９Ａ−Ｂでは、板バネ９２がジョイント１００において曲面９６を有し（半円形面）、キャリア５０もキャリアジョイント１００において曲面９８を有する（半円形面）。球面ボールベアリングなどのベアリング１０２が、各板バネとキャリアの曲面９６、９８の中間に配置されている。この実施例は、図６及び８の実施例と同様に動作する。しかしながら、キャリア５０が軸方向に移動すると、ボールベアリング１０２がジョイント面９６、９８の上で非常に小さい摩擦で回転する。このように、キャリア５０上の板バネ９２の動作ラインが、その他の実施例と同様に、角度αに沿って変化する。

いくつかの実施例では、曲面９６、９８が固定の曲率半径でアーチ形状であってもよい。その他の実施例では、この局面がその長さに沿って変化する曲率半径を有し、カム効果を生成するようにしてもよい。このカム効果は、関連する二次ばねが、例えば、カム表面を用いて、レバーアームを作って特定の値αでの軸方向ばね定数における漸増変形を補償する機械的アドバンテージを作るように、一次ばねの線形−ｋｘ関数により近くなるのを支援するように選択することができる。

本明細書に開示されておりこの実施例であるいはその他の実施例で使用しているキャリア５０は、所望の態様で支持されている。幾つかの好ましい実施例では、表面上につるされており、一次ばねによって供給される張力で適所に保持され、取り付けたワイヤ又は弦によって支えられている。その他の実施例では、キャリアは表面上を摺動する。更に他の実施例では、線形ベアリングによって表面上に支持されている。

好ましい実施例では、図１０を参照すると、一次ばね４０の固定端が選択的に移動して、初期張力／初期一次ばね長さを変えることが好ましい。図に示す実施例では、調音ペグ又はノブ１０６がペグフレーム１０８によって支持されており、一次ばねを固定したマウント４８を担持するマウントキャリア１１０に螺合におって取り付けられている。調音ペグ１０６が回転すると、一次ばねの固定端サポート４８が移動する。キャリア１１０も軸方向に移動することが好ましく、一次ばねが伸びて、より多くの張力を提供する。好ましくは、ワイヤ又は弦も張力がかかりキャリアがその張力が一次ばねによって完全に提供される位置に移動する。

図１１をさらに参照すると、ストップ機構１２０が第１及び第２の移動リミッタ１２２（又はストップ）を具えており、これは、所望の動作範囲を超えてキャリア５０が軸方向に移動することを防止するよう配置することができる。幾つかの実施例では、ストップ機構は、関連する張力装置を支持しているフレーム又はその他のサポートに取り付けられている。

いくつかのギターベースの実施例では、調音ペグ１０６を介して現に、キャリア５０が第２ストップ１２２（キャリアの弦側にある）の直近にあるのに十分な張力をかける。このように、ユーザが演奏中に「ベンドした」音を望むのであれば、キャリア５０は第２ストップに係合して、キャリアが弦３２を引っ張っているユーザを補償するように更に移動することを防止して、ユーザが弦の張力を上げて「ベンドした」音となるようにする。

次いで図１２を参照すると、別の実施例が線図で画かれており、ここでは弦３２と同軸の一次ばね４０が、緊張して保持されており、軸方向に直線的に動くように構成されたキャリア５０を介して弦３２に連結されているコイルばねを具える。二次ばね１３０は、板バネ１３０が取り付けられているばねマウント６８間の幅ｗより長い、ばねスチールのフラットピースを具えるように構成されている。また、板バネ１３０の中央は、キャリア５０にも取り付けられており、装置の幅の中に納まるように板バネ１３０は圧縮されている。図に示すように、このような圧縮によって、フラットシート１３０は、軸の各側部の２つの対称曲面内に偏向される。図１２に示すように、各曲面、圧縮した二次ばね力Ｆｓを提供しており、軸を横断する方向にある。図に示す実施例では、二次ばね力がα＝０°である方向に向けられている。弦が伸びたり縮んだりすると、キャリア５０軸方向に移動し、二次ばね力が、上述した一次版４０によって生じる軸方向の力の変化を少なくとも部分的に補償する軸方向成分Ｆｓａとなる。

次いで、図１３を参照すると、別の実施例において、ばねスチールの板バネシート１４０を用いて、張力装置を構成しており、この装置では、二次ばね力がゼロばね定数位置に対応する偏向角度にほぼ対応する方向を向いている。図７に関して上述した通り、一実施例では、一次ばねはゼロばね定数位置付近では動作する必要がない。

次いで、図１４を参照すると、別の実施例が記載されており、この実施例では張力装置１６０は、複数の偏向フラットシート１３０が設けられており、全部で、所望の二次ばね力Ｆｓを提供していることを除いて、図１２の装置に似た構成を有する。図に示す実施例では、固定弦マウント６８が、スペーサ１６２を具え、互いに間隔を明けて配置しているが、マウント６８のクランプ１６４内に固定されているばねスチールの隣り合うシート１３０を保持するスペーサ１６２を具える。同様に、この実施例では、キャリア５０が細長であり、ばねスチールの隣り合うシート１３０間にスペースを維持するいくつかのスペーサ１６２具える。キャリア５０上に配置したクランプも、ばね１３０とスペーサ１６２を適所に保持できる。幾つかの実施例では、スペーサ１６２は、必要に応じてあるいは所望の場合に交換できるばねスチールでできたフラットピースを具える。別の実施例では、ばねスチールでできた層が互いに係合している。

図１４に示す実施例では、ばねスチールでできた複数の偏向シート１３０を組み合わせて、所望の二次ばね力Ｆｓを提供している。図に示す実施例では、一次コイルばね４０が９１１ポンド／インチのばね定数を有し、二次ばねは、１０個の３ミリの厚いばねスチールでできた幅ハーフインチのストリップ１３０を具える。各シートの長さのハーフインチは、キャリア５０とマウント６８との間の約０．３インチのスペース内で変更する。マウントは、好ましくは、フレーム１６６に組み込まれている。このフレームは、図に示す実施例では、トータルで幅約０．６６インチ、長さ訳２．３インチ、高さ約０．６６５インチである。

図１４に示す実施例においてフレーム幅は０．６６インチであり、選択したばね定数は、典型的な電子バスギターの弦間のスペースと一例のバスギターの弦の所望の力に近い。従って、図１５をさらに参照すると、好ましい実施例では、複数の張力装置１６０がバスギター１７０のヘッドストック１６８に並べて装着されており、対応する音楽弦３２に張力を掛ける専用の各張力装置１６０を有する。弦３２の一端は、ギター１７０の本体１７４上の支持されているブリッジ１７２に固定されている。弦３２の他端は、対応する一の張力装置１６０に取り付けられている。

図１２乃至１４を参照して上述した実施例では、ばねシートがマウントとキャリアにしっかり固定されているので、部品が他方に対して移動できない、固相システムであると考えられる。このように、外部摩擦はわずかであるか、あるいは全くない。または、張力装置が汚れやすすなどの外部要素にさらされた場合でも、この要素はばね機能に実質的に影響しない。コイルばね、板バネ、その他といったその他のタイプのばねを用いた実施例は、ばねがマウントとキャリアにしっかり連結されるよう構成できると考えられる。

次いで、図１６を参照すると、張力装置１８０の別の実施例において、ばねスチールでできたシート１９０が、シートの中央でキャリア５０に固定されている。このばねスチールシート１９０は、シートの外側端部が張力装置１８０のマウント壁１９２にほぼ平行に配置されており、マウント６８によって適所に固定的に保持されている。別の実施例では、シート１９０の重なった外側端部が、マウントによって適所に保持されていない。

更に、図１７を参照すると、図１６に示す実施例と同様の張力装置１８０が、キャリア５０に装着したばねスチールでできた複数のシート１９０を用いており、各ばねシート１９０の間にスペースがある。各シートは、キャリア５０の両側に偏向しており、各ばねスチールシート１９０の端部は、フレーム１９４のマウント壁１９２に対向して配置されており、隣り合うシート１９０は少なくとも部分的に互いに重なり合っている。マウント６８は、シート１９０をマウント壁１９２に固定できる。各偏向したシートは、横方向に向けた力をキャリア５０の各側部に掛けて、シートによってかかるちからは、二次力Ｆｓと合わさる。各シート１９０は、対応するシート１９０の上に横方向に延びて、螺合したボルト１９６の下に配置することによって、キャリア５０に固定することができ、関連するシートの中央を偏向させる。追加の実施例では、各シートは対応する締結具にしっかり取り付けることができる。

上述した通り、上述の特徴を有する張力装置の実施例は、ギターなどの弦楽器に組み入れることができる。実施例は、ギター又はその他の弦楽器のブリッジとして機能でき、配置することができる。別の実施例では、本明細書で述べたような定張力装置を、ギター（電子ギター又はアコースティックギター）、バイオリン、チェロ、又はその他の弦楽器のヘッドストックに配置することができ、従って、楽器の本体からスペースを開けて構成部品を保持している。本明細書に記載した張力装置を組み込むのに適した弦楽器には、ピアノ、マンドリン、スチールギター、その他が含まれる。

「セント」は、音程の測定に用いる対数単位である。より詳しくは、１セントは、１２音半音階における一つの音から次の音への周波数差の１／１００である。この音階では、各オクターブに１２音があり、各オクターブは、１２００セントが周波数を２倍にするように、周波数を倍にしている。従って、１セントは、所定の周波数の２^∧（１／１２００）倍に正確に等しい。周波数は、張力の二乗に比例するので、１セントは、一の張力値から１セント離れたある張力値へ２^∧（１／１２００）^＊２）＝２^∧（１／６００）の張力変化と同じでもある。２^∧（１／６００）−１＝１／８６５（０．００１１５６）。従って、張力の１／８６５（０．００１１５６）分の変化ごとに、周波数が１セント異なる。同様に、張力の１／８６（０．０１１５６）分の変化ごとに、周波数が１０セント異なり、張力の１／１７３（０．０５７８）分の変化ごとに、周波数が５セント異なる。

一の実施例では、弦楽器に使用するように構成した張力装置の動作範囲は、１ｍｍの動きにつき、１０セント又はそれより小さい周波数の変化に対応するように選択される。別の実施例では、張力装置の動作範囲は、１ｍｍの動きに付き５セントまたはそれより小さい周波数の変化に対応するように選択される。動作範囲の実際の長さは変えることができるが、幾つかの実施例では、最大で約１ｍｍの動きである。別の実施例では、動作範囲は最大で約１−１．５ｍｍの動きである。さらに別の実施例では、動作範囲が最大で２ｍｍの動きである。

図６と表３を再度参照すると、一の実施例において、α＝−５°からα＝４°の１０°の範囲は、総変異距離０．１７５インチと、平均ばね定数１．３７ポンド／インチに相当する。したがって、この範囲の一方の側部から他方の側部への張力の変化は、０．２４ｌｂ．であり、これは０．２４ポンド／１８０ポンド＝０．００１３３２の張力の変化である。これは、役１．１５セントに相当し、所望の範囲内であるとともに、人の耳では聴覚的に検出されない範囲内である。

例えば１０セントといった、所望の動作範囲を規定する張力の所望の最大変化を決定するには、弦の張力に周波数の１０セントの変化の値を乗算する。例えば、約１０ポンドの張力に設計されたギターの弦では、１０セントの周波数に対応する張力の変化は、１０ポンド^＊（０１１５６）＝０．１２ポンドで計算される。

上記で詳しく述べていないが、ここに述べた原理を用いるそのほかの実施例を形成するよう組み合わせた特徴を含む実施例も含めて、上述したいずれの実施例の構成要素も、弦楽器に適した動作範囲を有する張力装置を構成するように選択できる。

上述した実施例は、実質的な選択性を有する構造を開示している。このことは、発明の主題を開示し説明するのに適したコンテキストを提供している。しかしながら、その他の実施例は異なる特別な構造形状および相互作用を使用することができると理解される。

発明の主題は、好ましいあるいは図に示す実施例と実験例のコンテキストで開示されているが、発明の主題が、特に開示した実施例を超えてその他の代替の実施例、及び／又は、発明の使用、及び明らかな変形例および均等物にまで及ぶことは当業者には自明である。さらに、開示した実施例のいくつもの変形例が示され詳細に説明されているが、発明の主題の範囲内にあるその他の変形例も、この開示に基づいて当業者には明らかである。また、開示した実施例の特別な特徴および態様の様々な組み合わせまたはサブコンビネーションを行うことができ、これも発明の主題の範囲内にあることを意図している。したがって、開示した実施例の様々な特徴および態様は、互いに組み合わせてあるいは交換して、開示した発明の主題の変形モードを形成できると解するべきである。このように、ここに開示した発明の主題の範囲は、上述した特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲のフェアな読みによってのみ決定されると意図している。

Claims (21)

1. 定張力装置において：
   軸に沿って一次ばね力を与えるようにキャリアに取り付けられた一次ばねであって、前記キャリアに与えられた一次ばね力が、前記キャリアが前記軸に沿って前記一次ばねに対して移動するときに、一次ばね定数の関数に応じて変化する、一次ばねと；
   前記キャリアに取り付けられ前記軸に沿って延在するワイヤ又は弦であって、前記キャリアに与えられた正味の軸方向力が前記ワイヤ又は弦にかかるようにした、ワイヤ又は弦と；
   前記キャリアに取り付けられ当該キャリアに二次ばね力を与える第１の端部を有する二次ばねであって、前記二次ばね力が前記軸に対して横方向にかかり、前記軸に沿った方向において前記キャリアに与えられる軸方向成分を有し、前記二次ばね力が、前記二次ばね力の軸方向成分が前記キャリアが前記軸に沿って前記一次ばねに対して移動するときに二次ばね定数関数に応じて変化するように構成されている二次ばねと；
   を具え、
   前記キャリアにかかる正味の軸方向力が、前記一次ばね力と、前記二次ばね力の軸方向成分との和であることを特徴とする定張力装置。
2. 請求項１に記載の定張力装置を具える弦楽器において、
   前記ワイヤ又は弦が、前記キャリアに取り付けた第１の端部と、前記キャリアに対して固定した第２の端部を有する弦楽器の弦を具え、前記二次ばねが、前記キャリアが前記軸に沿って縦方向に移動するにつれて、前記二次ばね力の軸方向成分が、前記二次ばね定数関数に応じて変化し、前記二次ばね定数関数が、前記一次ばね定数関数に類似しているとともに、前記一次ばね定数関数と正負が反対であり、前記キャリアにかかる正味の軸方向力が、縦方向の移動量一ミリ当たり好ましい張力の約１．２％の範囲にとどまるようにしている、ことを特徴とする弦楽器。
3. 請求項２に記載の弦楽器において、前記二次ばねが、前記キャリアが前記軸に沿って縦方向に移動するときに、前記二次ばね力の軸方向成分が、前記二次ばね定数関数に応じて変化するように選択され、前記二次ばね定数関数が、前記一次ばね定数関数に類似しているとともに、前記一次ばね定数関数と正負が反対であり、前記キャリアにかかる正味の軸方向力が、縦方向の移動量一ミリ当たり好ましい張力の約０．６％の範囲にとどまるようにしている、ことを特徴とする弦楽器。
4. 請求項１に記載の定張力装置において、前記二次ばねの第２の端部が前記キャリアに対して固定されており、二次ばねの角度が、前記軸に直交するラインと前記二次ばねが動くラインとの間に規定されており、前記キャリアが、前記軸に沿った第１の軸位置及び第２の軸位置の間の距離として規定された動作範囲を有し、前記キャリアが前記第１及び第２の軸位置の間にあることを特徴とする定張力装置。
5. 請求項４に記載の定張力装置が、さらに、前記動作範囲の第１の軸位置に第１のストッパを具え、当該第１のストッパで、前記キャリアが前記第１の軸位置を通って第１の方向に移動することを防止していることを特徴とする装置。
6. 請求項５に記載の定張力装置がさらに、前記動作範囲の第２の軸位置に第２のストッパを具え、当該第２のストッパで、前記キャリアが前記第２の軸位置を通って第２の方向に移動することを防止していることを特徴とする装置。
7. 請求項４に記載の定張力装置において、前記動作範囲が最大１０°の前記二次ばね角度における変化に対応することを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の定張力装置において、前記動作範囲が、前記二次ばね角度が±５°の変化に対応することを特徴とする装置。
9. ギターのヘッドストックとブリッジのうちの一方に装着した請求項１に記載の定張力装置を具えるギターにおいて、ギターの弦が、キャリアに取り付けた第１端部と、ギターのヘッドストックとブリッジの他方に取り付けた第２端部とを具え、ギターの弦の張力が、キャリアにかかる軸方向の力と同じであることを特徴とするギター。
10. 請求項９に記載のギターにおいて、前記キャリアが、前記ギターの弦が完全に調整された張力で保持されている位置に移動可能であり、前記ギターの弦が伸びると、前記二次ばねによって前記キャリアにかけられた力の軸方向成分が小さくなり、前記キャリアが移動する方向に前記二次ばねによって前記キャリアにかけられた力の軸方向成分が大きくなることを特徴とするギター。
11. 請求項９に記載のギターにおいて、前記二次ばねの第２の端部が前記キャリアに対して固定されており、二次ばね角度が前記軸に直交するラインと、前記二次ばねが移動するラインとの間に規定されており、前記キャリアが、最大１０°の二次ばね角度における変化に対応する軸に沿った距離として規定される動作範囲を有し、前記一次ばねが一次ばね定数を有し、前記二次ばねが当該一次ばね定数と逆の軸方向ばね定数成分を有し、前記動作範囲内の前記ギターの弦の張力の変化が、１０セント又はそれより少ない周波数の範囲に対応することを特徴とするギター。
12. 請求項１に記載の定張力装置において、前記二次ばねが前記キャリアの対向する側部で動作する一対のばねを具え、前記二次ばねの第２の端部が前記キャリアに対して固定されていることを特徴とする定張力装置。
13. 請求項１２に記載の定張力装置において、前記二次ばねが前記キャリアと固定二次ばねマウントにしっかり連結されていることを特徴とする定張力装置。
14. 請求項１３に記載の定張力装置において、前記二次ばねが圧縮時に偏向した平坦シートを具えることを特徴とする定張力装置。
15. 請求項１４に記載の定張力装置が、互いにスペースを空けて配置された複数の平坦シートを具えることを特徴とする定張力装置。
16. 請求項１２に記載の定張力装置において、前記一対のばねが偏向したバーを具えることを特徴とする定張力装置。
17. 請求項１６に記載の定張力装置がさらに、各偏向バーと前記キャリアとの間にコネクタを具えることを特徴とする定張力装置。
18. 請求項１７に記載の定張力装置において、前記コネクタが細長いバーを具えることを特徴とする定張力装置。
19. 請求項１７に記載の定張力装置において、前記コネクタがボールベアリングを具えることを特徴とする定張力装置。
20. 定張力装置において、
    軸に沿って移動可能に構成したキャリアと；
    前記キャリアに取り付けられたワイヤ又は弦であって、前記キャリアにかかる軸方向力が前記ワイヤ又は弦に伝わるように前記軸に沿って延在するワイヤ又は弦と；
    前記ワイヤ又は弦についての所望の張力として規定される目標張力と；
    前記キャリアに取り付けた第１の端部と、前記キャリアに対して固定されたばねマウントに取り付けた第２の端部とを具え、前記キャリアにばね力をかけるばねであって、ばね角度が前記軸に直交するラインと前記ばねの動作ラインとの間に規定され、前記ばね力が、前記軸を横切る方向にあり、軸方向の力成分と、前記軸に沿った方向において前記キャリアに伝わる軸方向のばね定数とを有する、ばねと；
    を具え、
    前記ばねは、前記ばねの軸方向のばね定数がゼロとなるゼロ定数角度に前記ばね角度があるときに、前記軸方向の力成分が目標張力となるように選択されることを特徴とする定張力装置。
21. 請求項２０に記載の定張力装置において、前記ばね角度が前記ゼロ定数角度より大きいとき、前記軸方向のばね定数が正又は負の一方であり、前記ばね角度が前記ゼロ定数角度より小さいとき、前記軸方向のばね定数が正又は負の他方であることを特徴とする定張力装置。

Images