JP6595347B2 - 音響材料及び楽器 - Google Patents

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Description

本発明は、音響材料及び楽器に関する。
例えば楽器用の振動材料等を構成するための音響材料として、多様な木材が使用されている。楽器用の振動材料、特に響板としては、より良好な音色を得るために、楽器の種類に応じて特定の種類の天然木の板材を用いることが好ましいとされている。例として、ギターの裏板としてはブラジリアンローズウッドが好適であり、ギター、ピアノ及びバイオリンの響板としてはドイツトウヒが特に好適であるとされている。ただし、このような天然木の板材は生産量が限られるために比較的高価であり、板材毎の品質のバラツキが大きいという不都合もある。
そこで、天然木を薄板状に切断した単板を接着剤で積層した単板積層材（ＬＶＬ：Ｌａｍｉｎａｔｅｄ Ｖｅｎｅｅｒ Ｌｕｍｂｅｒ）を音響材料として利用することが提案されている（例えば特開平６−２６２６０１号公報参照）。単板積層材は、天然木の節や割れの存在する部分を除く大半の部分を源材料として使用することができるため比較的安価である。また、単板積層材は、多数の単板を積層することで原木のバラツキが平均化されるので、品質が比較的安定しているという利点がある。
一般的に、楽器用響板としての音響特性に優れる木材は、比較的音速が大きく損失正接（ｔａｎδ）が小さい振動特性を有するものであると考えられている。しかしながら、従来の単板積層材は、接着剤の使用により損失正接が大きくなるため、比較的低価格帯の楽器等をさらに安価に提供するために用いることはできるが、音質にこだわる中上級者が満足するような楽器を製造することは難しい。
特開平６−２６２６０１号公報
前記不都合に鑑みて、本発明は、比較的安価で振動特性に優れる音響材料及び楽器を提供することを課題とする。
前記課題を解決するためになされた発明は、接着剤を介して積層される複数の木製単板から構成される音響材料であって、前記接着剤が単板に含侵し、隣接する前記単板同士が実質的に当接していることを特徴とする音響材料である。
当該音響材料は、接着剤が単板に含侵していることによって、音速の低下及び損失正接の増大を招く接着剤が分散し、隣接する前記単板同士が実質的に当接していることによって、単板の原料木の無垢材に比較的近い振動特性を有する。また、当該音響材料は、単板を原材料とするので、原木中の節や割れ等の好ましくない部分を効率よく除外して作成することができるので歩留まりが高く、原料木のバラツキや偏りが複数の単板間で平均化されるので、比較的安価で品質が安定している。これにより、当該音響材料は、比較的安価で振動特性に優れるものとできる。
前記隣接する単板間に存在する前記接着剤の単位面積当たりの量としては、１ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下が好ましい。このように、前記隣接する単板間に存在する前記接着剤の単位面積当たりの量を上記範囲内とすることによって、単板間の接着を確実にしながら、音速の低下及び損失正接の増大をより確実に抑制できる。なお、接着剤の「量」とは、固形分の質量（乾燥質量）を意味する。
前記接着剤が水溶性接着剤又は水性エマルジョン接着剤であるとよい。このように、前記接着剤が水溶性接着剤又は水性エマルジョン接着剤であることによって、接着剤の単板への含浸が比較的容易となり、当該音響材料の製造効率を向上できる。
前記単板がロータリー単板、ひき板又はつき板であるとよい。前記単板がロータリー単板であることによって、当該音響材料のサイズを比較的容易かつ安価に大きくすることができる。また、前記単板がひき板又はつき板であることによって、当該音響材料の振動特性を天然木の柾目板に近いものとすることができる。なお、「ロータリー単板」とは、丸太を皮むきするよう周方向に切り取って得られる単板であり、「ひき板」とは、原木を鋸で切断して得られる単板であり、「つき板」とは、原木を鋭利なカッターでスライスして得られる単板である。
また、前記課題を解決するためになされた別の発明は、響板を備える楽器であって、前記響板として当該音響材料が用いられることを特徴とする楽器である。
当該楽器は、比較的安価で振動特性に優れる当該音響材料を響板として備えるので、全体としても比較的安価で振動特性に優れ、比較的良好な音色を発することができる。
以上のように、本発明の音響材料及び楽器は、比較的安価で振動特性に優れる。
本発明の一実施形態の音響材料の断面写真である。 従来の単板積層材の断面写真である。 音響材料の試作品の繊維に沿う方向の損失正接の周波数特性を示すグラフである。 図３の音響材料の試作品の繊維に垂直な方向の損失正接の周波数特性を示すグラフである。 図３とは異なる音響材料の試作品の繊維に沿う方向の損失正接の周波数特性を示すグラフである。 図５の音響材料の試作品の繊維に垂直な方向の損失正接の周波数特性を示すグラフである。 図３及び図５とは異なる音響材料の試作品の繊維に沿う方向の損失正接と接着剤量との関係を示すグラフである。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
［音響材料］
本発明の一実施形態の音響材料は、接着剤を介して積層される複数の木製単板から構成される。当該音響材料は、全ての単板を繊維の向きが同一方向となるよう積層した単板積層材（ＬＶＬ）とされる。
当該音響材料は、接着剤が単板に含侵し、隣接する前記単板同士が実質的に当接している。つまり、当該音響材料は、接着剤の略全量が単板に含浸して、単板の対向面同士が密接し、単板の対向面の間に接着剤のみから形成される層が存在しない。
具体的には、当該音響材料は、図１に例示するように、断面を観察した場合に接着剤の層が確認できない程度に、接着剤が単板に含浸している。これに対して、図２に示す従来の構成からなる単板積層材では、単板同士の対向面の間に、部分的に単板に含浸していない接着剤の層が確認される。なお、図１の音響材料は、スプルースの単板（厚さ１ｍｍ）を単位面積当たりの接着剤量１０．４ｇ／ｍ２の水溶性フェノール樹脂系接着剤により積層したものであり、図２の単板積層材は、スプルースの単板（厚さ１ｍｍ）を単位面積当たりの接着剤量１０７．８ｇ／ｍ２の水溶性フェノール樹脂系接着剤により積層したものである。
このように、当該音響材料は、接着剤が単板に含侵し、隣接する単板同士が実質的に当接していることによって、音速の低下及び損失正接の増大を招く接着剤が分散し、単板の原料木の無垢材に比較的近い振動特性を有する。また、当該音響材料は、単板を原材料とするので、原木中の節等の好ましくない部分を効率よく除外して作成することができ、品質が安定している。これにより、当該音響材料は、比較的安価で振動特性に優れるものとできる。また、当該音響材料は、単板を積層する際に型押しすることとで切削によらず曲面を有する形状に成形できるので、例えばバイオリンの響板等として使用する場合に、楽器製造コストをより低減することができる。
当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける音速（振動伝播速度）の下限としては、３５００ｍ／ｓが好ましく、４０００ｍ／ｓがより好ましい。一方、当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける音速の上限としては、６５００ｍ／ｓが好ましく、６０００ｍ／ｓがより好ましい。当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける音速が上記下限に満たない場合、音を効率よく発生できないおそれがある。逆に、当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける音速が上記上限を超える場合、天然木の無垢材との差が大きくなり、音色が不自然になるおそれがある。
当該音響材料中での繊維の向きに垂直な方向の周波数１ｋＨｚにおける音速（振動伝播速度）の下限としては、８００ｍ／ｓが好ましく、９００ｍ／ｓがより好ましい。一方、当該音響材料中での繊維の向きに垂直な方向の周波数１ｋＨｚにおける音速の上限としては、１３００ｍ／ｓが好ましく、１２００ｍ／ｓがより好ましい。当該音響材料中での繊維の向きに垂直な方向の周波数１ｋＨｚにおける音速が上記下限に満たない場合、音を効率よく発生できないおそれがある。逆に、当該音響材料中での繊維の向きに垂直な方向の周波数１ｋＨｚにおける音速が上記上限を超える場合、天然木の無垢材との差が大きくなり、音色が不自然になるおそれがある。
当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接（ｔａｎδ）の下限としては、０．００２が好ましく、０．００５がより好ましい。一方、当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接の上限としては、０．０２０が好ましく、０．０１０がより好ましい。当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接が上記下限に満たない場合、音色が不自然となるおそれがある。逆に、当該音響材料中での繊維の向きに沿う方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接が上記上限を超える場合、音の発生効率が不十分となるおそれがある。なお、「損失正接」とは、貯蔵剪断弾性率に対する損失剪断弾性率の比であって、「損失係数」とも呼ばれる値である。
当該音響材料中での繊維の向きに垂直方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接の下限としては、０．０１５が好ましく、０．０２０がより好ましく、０．０２５がさらに好ましい。一方、当該音響材料中での繊維の向きに垂直な方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接の上限としては、０．０３５が好ましく、０．０３２がより好ましく、０．０３０がさらに好ましい。当該音響材料中での繊維の向きに垂直な方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接が上記下限に満たない場合、音色が不自然となるおそれがある。逆に、当該音響材料における繊維の向きに垂直な方向の周波数１ｋＨｚにおける損失正接が上記上限を超える場合、音の発生効率が不十分となるおそれがある。
＜単板＞
当該音響材料に用いられる単板の木の種類としては、その用途によっても異なるが、楽器用響板として用いる場合、例えばスプルース、エゾ松等の針葉樹が好ましい。ただし、用途によっては、単板の木の種類として、例えばカバ、メープル、ローズウッド等の広葉樹が好ましい場合もある。
また、楽器用響板として用いる場合の単板の気乾比重（大気中に放置した場合の平衡状態での比重）の下限としては、０．３ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．３５ｇ／ｃｍ３がより好ましい。一方、楽器用響板として用いる場合の単板の気乾比重の上限としては、０．５ｇ／ｃｍ３が好ましく、０．４５ｇ／ｃｍ３がより好ましい。単板の気乾比重が上記下限に満たない場合、当該音響材料における振動の伝達速度が不十分となるおそれがある。逆に、単板の気乾比重が上記上限を超える場合、当該音響材料の損失正接が大きくなり、音の発生効率が不十分となるおそれがある。
当該音響材料において、前記単板はロータリー単板、ひき板又はつき板であることが好ましい。ロータリー単板は、原木の太さを超える幅を有するものとすることができるので、比較的安価に大型のものを入手できる。このため、前記単板としてロータリー単板を用いることによって、当該音響材料のサイズを比較的容易かつ安価に大きくすることができる。また、前記単板としてロータリー単板を用いることで、湿度変化や継時変化による当該音響材料の歪を抑制することができる。前記単板としてロータリー単板を用いる場合、当該音響材料は、天然木の板目板に近く、品質が比較的安定したものとなる。一方、前記単板としてひき板又はつき板を用いることによって、当該音響材料の振動特性を楽器用響板として好適に使用される天然木の柾目板に近付けることができる。
当該音響材料に用いられる単板の平均厚さの下限としては、０．３ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。一方、当該音響材料に用いられる単板の平均厚さの上限としては、３ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。単板の平均厚さが上記下限に満たない場合、相対的に接着剤の使用量が多くなり、損失正接が増大することで音の発生効率が不十分となるおそれがある。逆に、単板の平均厚さが上記上限を超える場合、単板の歩留まりが低下して当該音響材料が高価となるおそれや、単板の品質のバラツキを吸収できずに当該音響材料の品質のバラツキが大きくなるおそれがある。
＜接着剤＞
当該音響材料に用いられる接着剤としては、単板に含浸する限り特に限定されず、例えばエポキシ系、ポリウレタン系、イソシアネート系、シリコン系、合成ゴム系等の木材接着に使用される種々の接着剤が使用可能であるが、水溶性接着剤又は水性エマルジョン接着剤が好ましい。このように、前記接着剤が水溶性接着剤又は水性エマルジョン接着剤であることによって、接着剤の粘度調整のために有機溶剤を用いることによる作業環境における人体への影響を排除し、乾燥時間を比較的長く取れるという利点から、接着剤の単板への含浸が比較的容易となり、当該音響材料の製造効率を向上できる。
前記水溶性接着剤としては、例えば水溶性フェノール樹脂系接着剤、水溶性メラミン樹脂系接着剤、ユリア樹脂系接着剤、レゾルシノール樹脂系接着剤等が挙げられる。また、前記水性エマルジョン接着剤としては、例えば酢酸ビニル樹脂系エマルジョン接着剤、ビニル共重合樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、水溶性高分子イソシアネート系接着剤等が挙げられる。
接着剤における固形分含有量の下限としては、５質量％が好ましく、１０質量％がより好ましく、１５質量％がさらに好ましい。一方、接着剤における固形分含有量の上限としては、７０質量％が好ましく、４０質量％がより好ましく、２０質量％がさらに好ましい。接着剤における固形分含有量が上記下限に満たない場合、十分な接着強度が得られないおそれがある。逆に、接着剤における固形分含有量が上記上限を超える場合、単位面積当たりの塗布量を小さくすることが困難となることや、接着剤が単板に含浸し難くなることにより、当該音響材料の損失正接が増大して音の発生効率が不十分となるおそれがある。
単板への塗布時の接着剤の粘度としては、塗布方法にもよるが、例えば２５℃でのＢ型粘度計を用いた測定値で０．１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下とすることができる。
また、当該音響材料に用いられる接着剤は、例えば充填剤等の添加剤を含んでもよい。充填剤は、接着剤を塗布するために適当な粘度を付与したり、接着剤が単板に過剰に含浸して接着強度が低下することを防止するために用いられる。このような充填剤としては、例えば小麦粉等を用いることができる。また、充填剤以外の添加剤としては、例えば溶剤、硬化剤（架橋剤）、触媒、希釈剤、可塑剤、粘着付与剤等が考えられる。
隣接する単板間に存在する接着剤の単位面積当たりの量、つまり、隣接する単板の厚さ方向中心間に存在する接着剤の単位面積当たりの量の下限としては、１ｇ／ｍ２が好ましく、２ｇ／ｍ２がより好ましく、４ｇ／ｍ２がさらに好ましい。一方、隣接する単板間に存在する接着剤の単位面積当たりの量の上限としては、５０ｇ／ｍ２が好ましく、３０ｇ／ｍ２がより好ましく、２５ｇ／ｍ２がさらに好ましく、２０ｇ／ｍ２が特に好ましい。隣接する単板間に存在する接着剤の単位面積当たりの量が上記下限に満たない場合、単板間の接着が不十分となるおそれがある。逆に、隣接する単板間に存在する接着剤の単位面積当たりの量が上記上限を超える場合、当該音響材料の損失正接が大きくなり、音の発生効率が不十分となるおそれがある。
単板に含浸せず単板の対向面の間に残留する接着剤の面積率の上限としては、３％が好ましく、１％がより好ましく、０．５％がさらに好ましい。単板に含浸せず単板の対向面の間に残留する接着剤の面積率が上記上限を超える場合、当該音響材料の損失正接が大きくなり、音の発生効率が不十分となるおそれがある。なお、「単板に含浸せず単板の対向面の間に残留する接着剤の面積率」は、音響材料の厚さ方向の断面を顕微鏡観察し、単板に含浸していない接着剤の存在する単板の表面に沿う方向の合計長さの断面全体の単板の表面に沿う方向の長さに対する比率を算出し、１０以上の断面についての観測値を平均した値とする。
＜音響材料の製造方法＞
当該音響材料は、単板の表面に接着剤を塗布する工程と、接着剤を塗布した単板を積層する工程と、単板の積層体を圧締する工程とを有する方法により製造することができる。また、当該音響材料の製造方法は、圧締工程後に当該音響材料の含水率を平衡状態とするための養生（エージング）を行う工程を備えることが好ましい。
（塗布工程）
塗布工程では、単板の一方の表面又は両方の表面に接着剤を塗布する。単板の一方の表面にのみ接着剤を塗布すれば、接着剤の塗布量を少なくすることが容易となる。逆に、単板の両方の表面に接着剤を塗布すれば、接着剤の塗布ムラを小さくすることができる。
単板への接着剤の塗布方法としては、例えばスプレー方式、インクジェット方式等を採用することができる。特に、インクジェット方式を採用する場合、Ｘ−Ｙ方向に位置決めされるインクジェットヘッドを用いることで、少量の接着剤を比較的均一に塗布することができる。
（積層工程）
積層工程では、接着剤を塗布した単板を積層する。このとき、各単板の繊維の向きが一定の方向となるよう積層する。
（圧締工程）
圧締工程では、単板の積層体を厚さ方向に圧締し、接着剤を単板に含浸させて単板同士を実質的に当接させる。
この圧締圧力の下限としては、０．３ＭＰａが好ましく、０．４ＭＰａがより好ましい。一方、圧締圧力の上限としては、２．０ＭＰａが好ましく、１．５ＭＰａがより好ましく、１．０ＭＰａがさらに好ましい。圧締圧力が上記下限に満たない場合、単板の対向面の間に単板に含浸していない接着剤の層が形成され、振動正接が増大して音の発生効率が不十分となるおそれがある。逆に、圧締圧力が上記上限を超える場合、単板が押し潰されるおそれがある。
また、積層体の圧締温度の下限としては、１５℃が好ましく、１００℃がより好ましい。一方、積層体の圧締温度の上限としては、２５０℃が好ましく、２００℃がより好ましい。圧締温度が上記下限に満たない場合、接着剤の乾燥（接着）時間が長くなり、製造効率が低くなるおそれがある。逆に、圧締温度が上記上限を超える場合、単板又は接着剤が劣化して、当該音響材料の品質が低下するおそれがある。
積層体の圧締時間としては、接着剤の種類や圧締温度にもよるが、例えば圧締温度１４０℃で３分以上１０分以下、圧締温度２０度（常温）で１２時間以上２０時間以下とすることができる。圧締時間が上記下限に満たない場合、単板間の接着が不十分となるおそれや、単板の対向面の間に単板に含浸していない接着剤が残されて損失正接が増大するおそれがある。逆に、圧締時間が上記上限を超える場合、当該音響材料の製造コストが不必要に増大するおそれがある。
（養生工程）
養生工程では、当該音響材料を含水率が平衡状態となるよう一定時間以上放置する。この養生は、少なくとも屋根のある場所で行われ、好ましくは空調設備を有する室内で行われる。当該音響材料の養生後の含水率、つまり平衡含水率（ＥＭＣ：Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ）としては、養生場所の温度及び湿度にもよるが、通常は５質量％以上１５質量％以下となる。
上記養生時間は、当該音響材料の厚さ等に応じて適宜設定されるが、例として厚さ１ｍｍの単板を１０枚積層する場合の養生時間の下限としては、３日が好ましく、５日がより好ましい。一方、上記養生時間の上限としては、１０週間が好ましく、３週間がより好ましい。養生時間が上記下限に満たない場合、当該音響材料を加工した後に歪を生じるおそれがある。逆に、養生時間が上記上限を超える場合、当該音響材料のコストが不必要に増大するおそれがある。
［楽器］
また、本発明の別の実施形態に係る楽器は、響板を備える楽器であって、前記響板として上述の当該音響材料が用いられる。
当該楽器としては、例えばチェロ、バイオリン、ギター等の弦楽器、ピアノ等の鍵盤楽器などが挙げられる。
当該楽器は、響板として、比較的安価でありながら、比較的好適な振動特性を有し、かつ比較的品質のバラツキが小さい当該音響材料を用いるので、比較的低価格でありながら、高級な天然木の無垢板を使用する楽器に近い音を発生することができる。このため、当該楽器は、比較的安価でありながら、中上級者を満足させる品質を備えるものとすることができる。
［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
＜試作品１，２＞
幅３３０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ１ｍｍの方形板状のカバ製ロータリー単板を接着剤により１０枚積層して音響材料（単板積層材）の複数の試作品１を作成した。試作品１は、隣接する単板間の単位面積当たりの接着剤量（固形分換算）が２０ｇ／ｍ２となるよう接着剤をインクジェットにより塗布した。接着剤としては、光洋産業社の水溶性高分子イソシアネート系接着剤「ＫＲ−１３４」１００質量部に光洋産業社の架橋剤「ＡＪ−１」を１５質量部添加したものを使用した。また、室温、圧力１．５ＭＰａで１６時間圧締した後、７日間養生して常態化（平衡含水率約１０％）した。各試作品１は、それぞれ同じ原木から切り出された単板を１０枚積層したものであり、試作品の番号の後に原木を区別する符号（Ａ〜Ｅ）を付して区別する。
隣接する単板間に存在する接着剤の単位面積当たりの固形分量が２００ｇ／ｍ２となるよう接着剤を塗布したことと、圧締時の圧力を０．５ＭＰａとしたこと以外は、前記試作品１と同じ条件で、複数の試作品２を作成した。なお、同じ原木から順番に切り出された単板を交互に抜き出して、一方を試作品１に使用し、他方を試作品２に使用した。試作品２の番号の後の符号（Ａ〜Ｅ）は、それぞれ番号の後に同一の符号を付した試作品１と同じ原木から切り出された単板を使用したことを意味する。
＜試験片＞
前記試作品１Ａ〜１Ｅを切断して、長さ２８０ｍｍ、幅３０ｍｍの方形板状の試験片１Ａ−Ｌ〜１Ｅ−Ｌ及び試験片１Ａ−Ｔ〜１Ｅ−Ｔをそれぞれ５つずつ得た。試験片１Ａ−Ｌ〜１Ｅ−Ｌは、長さ方向が試作品１Ａ〜１Ｅの繊維の方向と一致するよう切り出したものであり、試験片１Ａ−Ｔ〜１Ｅ−Ｔは、長さ方向が試作品１Ａ〜１Ｅの繊維の方向と直交するよう切り出したものである。同様に、試作品２Ａ〜２Ｅを切断して、長さ２８０ｍｍ、幅３０ｍｍの方形板状の試験片２Ａ−Ｌ〜２Ｅ−Ｌ及び試験片２Ａ−Ｔ〜２Ｅ−Ｔをそれぞれ５つずつ得た。
試験片の切断面を観察することにより試作品１，２の層構造を確認すると、試作品１は、接着剤が単板に含浸し、隣接する単板同士が実質的に当接していた。一方、試作品２は、隣接する単板の対向面間に接着剤が残留していた。
＜タッピング試験＞
各試験片について、タッピング試験装置を用いてその振動特性を確認した。タッピング試験装置は、平行に張架した一対の糸の上に試験片を載置して試験片の一端をハンマーにより打撃し、その振動をモニタリングすることで、振動の伝達を確認するものである。このタッピング試験装置を用いた測定したデータをモード解析することにより、試験片中での音速、試験片の損失正接（ｔａｎδ）等が導出されるが、振動現象のモード解析は公知の手法であるため、その詳細な手順の説明は省略する。
次の表１に、前記タッピング試験により測定した試験片１Ａ−Ｌ〜１Ｅ−Ｌ及び試験片２Ａ−Ｌ〜２Ｅ−Ｌの１次乃至４次共振周波数及び各共振周波数における音速及び損失正接の測定値（５つの試験片の平均値）を示す。また、表２には、試験片１Ａ−Ｔ〜１Ｅ−Ｔ及び試験片２Ａ−Ｔ〜２Ｅ−Ｔの１次乃至４次共振周波数及び各共振周波数における音速及び損失正接の測定値（５つの試験片の平均値）を示す。
このように、試験片１Ａ−Ｌ〜１Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での音速は約５０００ｍ／ｓであったのに対し、試験片２Ａ−Ｌ〜２Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での音速は約４７００ｍ／ｓであった。また、試験片１Ａ−Ｌ〜１Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での損失正接は７．３×１０−３〜８．２×１０−３であったのに対し、試験片２Ａ−Ｌ〜２Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での損失正接は１０．３×１０−３〜１０．６×１０−３であった。
一般に、音響材料としては、音速が大きく損失正接が小さいことが、より大きな音を長い時間持続して発生するために好ましいものとされている。従って単板間の接着剤量が少ないことにより単板同士が実質的に当接している試作品１Ａ〜１Ｅは、単板間の接着剤量が多いことにより単板の対向面間に接着剤が残留する試作品２Ａ〜２Ｅよりも繊維方向の楽器用響板としての振動特性が優れていると言える。
また、試験片１Ａ−Ｌ〜１Ｅ−Ｌ及び試験片２Ａ−Ｌ〜２Ｅ−Ｌと同じ寸法の天然のカバの柾目の無垢材の繊維方向の１次共振周波数での音速は約５１００ｍ／ｓであり、１次共振周波数での損失正接は約６×１０−３である。従って、試作品１Ａ〜１Ｅは、天然のカバの無垢材に比較的近似した振動特性を有すると言える。
一方、試験片１Ａ−Ｔ〜１Ｅ−Ｔにおける１次共振周波数での音速と試験片２Ａ−Ｔ〜２Ｅ−Ｔにおける１次共振周波数での音速とは、共に約１１００ｍ／ｓであり、有意な差は見られなかった。しかし、試験片１Ａ−Ｔ〜１Ｅ−Ｔにおける１次共振周波数での損失正接は２６．３×１０−３〜２９．９×１０−３であったのに対し、試験片２Ａ−Ｔ〜２Ｅ−Ｔにおける１次共振周波数での損失正接は４４．７×１０−３〜５１．０×１０−３であった。
従って、単板間の接着剤量が少ないことにより単板同士が実質的に当接している試作品１Ａ〜１Ｅは、単板間の接着剤量が多いことにより単板の対向面間に接着剤が残留する試作品２Ａ〜２Ｅよりも繊維方向に垂直な方向の楽器用響板としての振動特性も優れていると言える。
さらに、図３に、試験片１Ａ−Ｌ〜１Ｅ−Ｌ及び試験片２Ａ−Ｌ〜２Ｅ−Ｌの損失正接の周波数特性を示し、図４に、試験片１Ａ−Ｔ〜１Ｅ−Ｔ及び試験片２Ａ−Ｔ〜２Ｅ−Ｔの損失正接の周波数特性を示す。
図示するように、試作品１は、原料木の違いに起因すると思われるバラツキはあるものの、全体としては全周波数帯に亘って繊維方向の損失正接が試作品２よりも小さい傾向を有し、繊維方向に垂直な方向の損失正接が試作品２よりも明らかに小さい。このように、試作品１は、試作品２よりも全周波数帯に亘って楽器用響板として優れた振動特性を有していた。
＜試作品３，４＞
幅３３０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ１ｍｍの方形板状のスプルース製スライス単板（径方向に切り出した柾目部分の単板）を接着剤により１０枚積層して音響材料（単板積層材）の複数の試作品３を作成した。試作品３は、隣接する単板間の単位面積当たりの接着剤量が２５ｇ／ｍ２となるよう接着剤をインクジェットにより塗布した。接着剤としては、オーシカ社の水溶性フェノール樹脂系接着剤「Ｄ−１７Ｓ」１００質量部に対して充填剤として日清製粉社の工業用小麦粉１０質量部を添加し、水２４０質量部で希釈したものを使用した。また、温度１４０℃、圧力０．５ＭＰａで１０分間圧締した後、７日間養生して常態化（平衡含水率約１０％）した。各試作品３は、それぞれ同じ原木から切り出された単板を１０枚積層したものであり、試作品の番号の後に原木を区別する符号（Ａ〜Ｅ）を付して区別する。
隣接する単板間に存在する接着剤の単位面積当たりの固形分量が２５０ｇ／ｍ２となるよう接着剤を塗布したことと、接着剤に水を加えなかったことを除いて、前記試作品３と同じ条件で、試作品４を作成した。なお、同じ原木から順番に切り出された単板を交互に抜き出して、一方を試作品３に使用し、他方を試作品４に使用した。試作品４の番号の後の符号（Ａ〜Ｅ）は、それぞれ番号の後に同一の符号を付した試作品３と同じ原木から切り出された単板を使用したことを意味する。
＜試験片＞
前記試作品３Ａ〜３Ｅを切断して、長さ２８０ｍｍ、幅３０ｍｍの方形板状の試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌ及び試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒをそれぞれ５つずつ得た。試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌは、長さ方向が試作品３Ａ〜１Ｅの繊維の方向と一致するよう切り出したものであり、試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒは、長さ方向が試作品３Ａ〜３Ｅの繊維の方向と略直交するよう切り出したものである。同様に、試作品４Ａ〜４Ｅを切断して、長さ２８０ｍｍ、幅３０ｍｍの方形板状の試験片４Ａ−Ｌ〜４Ｅ−Ｌ及び試験片４Ａ−Ｒ〜４Ｅ−Ｒをそれぞれ５つずつ得た。
試験片の切断面を観察することにより試作品３，４の層構造を確認すると、試作品３は、接着剤が単板に含浸し、隣接する単板同士が実質的に当接していた。一方、試作品４は、隣接する単板の対向面間に接着剤が残留していた。
また、試作品３Ａ〜３Ｅ及び試作品４Ａ〜４Ｅと比較するために、試作品３Ａ〜３Ｅ及び試作品４Ａ〜４Ｅと同じ寸法で繊維方向が長さ方向に一致するスプルースの無垢材（柾目板）の試験片５Ａ−Ｌ〜５Ｅ−Ｌを用意した。
＜タッピング試験＞
各試験片について、上述の試作品１Ａ〜１Ｅ及び試作品２Ａ〜２Ｅの試験片の試験に用いたものと同じタッピング試験装置を用いてその振動特性を確認した。
次の表３に、前記タッピング試験により測定した試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌ、試験片４Ａ−Ｌ〜４Ｅ−Ｌ及び試験片５Ａ−Ｌ〜５Ｅ−Ｌの１次乃至４次共振周波数及び各共振周波数における音速及び損失正接の測定値（５つの試験片の平均値）を示す。また、表４には、試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒ及び試験片４Ａ−Ｒ〜４Ｅ−Ｒの１次乃至４次共振周波数及び各共振周波数における音速及び損失正接の測定値（５つの試験片の平均値）を示す。
表に示すように、試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での音速は約５５００ｍ／ｓ〜約５７００ｍ／ｓであったのに対し、試験片４Ａ−Ｌ〜４Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での音速は約４７００ｍ／ｓ〜約４９００ｍ／ｓであった。また、試験片５Ａ−Ｌ〜５Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での音速は約５２００ｍ／ｓ〜約５６００ｍ／ｓであった。
このように、接着剤量が少ないことにより単板同士が実質的に当接している試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌは、天然木の無垢材と略同じ音速を有し、かつそのバラツキが小さかったが、接着剤量が多いことにより単板の対向面間に接着剤が残留する試験片４Ａ−Ｌ〜４Ｅ−Ｌは、音速が小さく、楽器用響板としての振動特性に劣っていた。
また、試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での損失正接は６．６×１０−３〜６．９×１０−３であったのに対し、試験片４Ａ−Ｌ〜４Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での損失正接は９．４×１０−３〜９．６×１０−３であった。また、試験片５Ａ−Ｌ〜５Ｅ−Ｌにおける１次共振周波数での損失正接は５．１×１０−３〜６．５×１０−３であった。
このように、接着剤量が少ない試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌは、天然木の無垢材と大きく変わらない損失正接を有し、かつそのバラツキが小さかったが、接着剤量が多い試験片４Ａ−Ｌ〜４Ｅ−Ｌは、損失正接が大きく、振動特性に劣っていた。
一方、試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒにおける１次共振周波数での音速は約１１００ｍ／ｓで略一定であり、試験片４Ａ−Ｒ〜４Ｅ−Ｒにおける１次共振周波数での音速は約１１００ｍ／ｓ〜１３００ｍ／ｓであった。平均値では試験片４Ａ−Ｒ〜４Ｅ−Ｒの方が音速が僅かに大きいが誤差の範囲とも考えられ、試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒの方が音速のバラツキが小さい。
また、試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒにおける１次共振周波数での損失正接は２０．２×１０−３〜２２．４×１０−３であったのに対し、試験片４Ａ−Ｒ〜４Ｅ−Ｒにおける１次共振周波数での損失正接は３１．７×１０−３〜３６．２×１０−３であった。このように、試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒの方が損失正接が小さく、かつ損失正接のバラツキが小さいため、より好ましい振動特性を有していた。
従って、単板間の接着剤量が少ない試作品３Ａ〜３Ｅは、単板間の接着剤量が多い試作品４Ａ〜４Ｅよりも繊維方向に垂直な方向の振動特性も優れていると言える。
さらに、図５に、試験片３Ａ−Ｌ〜３Ｅ−Ｌ、試験片４Ａ−Ｌ〜４Ｅ−Ｌ及び試験片５Ａ−Ｌ〜５Ｅ−Ｌの損失正接の周波数特性を示し、図６に、試験片３Ａ−Ｒ〜３Ｅ−Ｒ及び試験片４Ａ−Ｒ〜４Ｅ−Ｒの損失正接の周波数特性を示す。
図示するように、接着剤量が少ないことにより単板同士が実質的に当接している試作品３Ａ〜３Ｅは、高周波数帯では無垢材よりも損失正接が大きくなる傾向を有するが、全体としては無垢材に比較的近似した振動特性を有していた。これに対し、接着剤量が多いことにより単板の対向面間に接着剤が残留する試作品４Ａ〜４Ｅは、振動特性が無垢材と異なり、かつ楽器用響板としては試作品３Ａ〜３Ｅよりも振動特性が劣っていた。
＜試作品６〜１０＞
上述の試作品４Ａ〜４Ｅとは隣接する単板間の単位面積当たりの接着剤量のみを異ならせた試作品６〜１０を作成した。この接着剤量は、実測の結果、試作品６が４．０ｇ／ｍ２、試作品７が６．８ｇ／ｍ２、試作品８が１７．６ｇ／ｍ２、試作品９が２７．５ｇ／ｍ２、試作品１０が８０．０ｇ／ｍ２であった。これら試作品６〜１０は、それぞれ異なる４つの原木から切り出した単板を用いて４つずつ作成した。なお、同一の原木から切り出した単板を用いる試作品の番号の後には、同一の符号（Ａ〜Ｄ）を付して区別する。
＜試験片＞
前記試作品６〜１０を切断して、長さ２８０ｍｍ、幅３０ｍｍの方形板状で、繊維の向きが長さ方向に一致する試験片を得、これらの試験片を上述の試作品１Ａ〜１Ｅ及び試作品２Ａ〜２Ｅの試験片の試験に用いたものと同じタッピング試験装置を用いてその振動特性を確認した。
次の表５に、前記タッピング試験により測定した試作品６〜１０の各試験片の１次乃至４次共振周波数及び各共振周波数における音速及び損失正接の測定値（４つの試験片の平均値）を示す。
また、図７に、試作品６〜１０の各試験片の１次共振周波数での損失正接と接着剤量との関係を示す。図示するように、各試作品の損失正接には、約１×１０−３のバラツキがあるが、各接着剤量において、原木の種類を確認すると、損失正接はＡ＜Ｄ＜Ｃ＜Ｂの順番に並んでいる。原木が同じである試作品６〜１０の損失正接をグラフ上で確認すると、損失正接の値は接着剤量に対して１次の相関関係を有すると考えられる。
このように、接着剤を介して積層される複数の木製単板から構成される単板積層材において、単板間の接着剤量を低減することによって、接着剤を単板に含侵させて隣接する単板同士を実質的に当接させることによって、音速が比較的大きく、損失正接が比較的小さく、かつ天然木の無垢材に比較的近い音響材料が得られることが確認された。
本発明の音響材料は、比較的高価な天然木の無垢材を用いた楽器等の代替品を比較的安価に提供するために好適に利用できる。

Claims (4)

  1. 接着剤を介して積層される複数の木製単板から構成される音響材料であって、
    前記接着剤が単板に含侵し、隣接する前記単板同士が実質的に当接し、
    前記隣接する単板間に存在する前記接着剤の単位面積当たりの量が１ｇ／ｍ ２ 以上５０ｇ／ｍ ２ 以下であることを特徴とする音響材料。
  2. 前記接着剤が水溶性接着剤又は水性エマルジョン接着剤である請求項１に記載の音響材料。
  3. 前記単板がロータリー単板、ひき板又はつき板である請求項１又は請求項２に記載の音響材料。
  4. 響板を備える楽器であって、
    前記響板として請求項１、請求項２又は請求項３に記載の音響材料が用いられることを特徴とする楽器。
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