JP6614098B2 - 木質音板材及び音板打楽器 - Google Patents

Description

本発明は、木質音板材及び音板打楽器に関する。

音板打楽器は、音板を叩いて振動させることによって音を発生させる楽器である。例えばマリンバ、シロフォン等の木琴は、複数の音階に対応する複数の音板を有する音板打楽器である。従来、木琴の音板は、例えばローズウッド等の天然木から形成される。しかしながら、近年、高品質の木材資源は枯渇状態にあり、良質な音板材を得ることが極めて難しくなっている。

そこで、比較的安価な木材に樹脂を含浸させることによって、音響特性を向上させた音板材が提案されている（特開平８−３１４４４８号公報参照）。この公報には、音板材として用いられる木材の細胞壁のみに熱硬化性樹脂を含浸することによって、表面硬度及び弾性率を向上しながら、音の立ちの悪化を抑制すると共に損失を低下できることが記載されている。

前記公報に記載の音板材は、溶媒で薄めた樹脂を用いることで樹脂を木材に含浸し易くしているが、天然木の個体差や個体内の部分的な組織の不均一さに起因して樹脂の含浸量がばらつきやすいという不都合がある。

特開平８−３１４４４８号公報

前記不都合に鑑みて、本発明は、音響特性に優れかつ品質が安定した木質音板材及び音板打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、木材の表層のうち少なくとも一部の領域に樹脂組成物を含浸した木質音板材であって、前記木材が、その表層のうち少なくとも前記一部の領域に前記木材の導管の平均径の１．２倍より小さい平均径を有する複数の細孔を有することを特徴とする木質音板材である。

前記複数の細孔の中心軸方向が前記木材の表面と略垂直であるとよい。

前記複数の細孔の平均径が１０μｍ以上５００μｍ以下、平均深さが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるとよい。

前記複数の細孔の平均ピッチが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるとよい。

前記複数の細孔の配設密度が１４孔／ｃｍ^２以上９００孔／ｃｍ^２以下であるとよい。

前記課題を解決するためになされた別の発明は、当該木質音板材を備える音板打楽器である。

ここで、「表層」とは外面近傍領域を意味し、木材の裏面や側面の近傍領域を含む概念である。また、「略垂直」とは、法線方向からの傾斜角度が１０°以下、好ましくは３°以下であることを意味する。また、「平均径」とは、光学顕微鏡により測定される円相当径の平均値を意味する。また、「平均深さ」とは、各細孔の最大深さの平均値を意味する。また、「平均ピッチ」とは、基準となる複数の細孔にそれぞれ最も近い２つの細孔の中心と基準となる細孔の中心との距離の平均値を意味する。

本発明の木質音板材及び音板打楽器は、表層のうち少なくとも一部の領域に樹脂組成物が含浸される木材の表層に前記木材の導管の平均径の１．２倍より小さい平均径を有する複数の細孔が形成されているので、この細孔に比較的容易に樹脂が含浸するため、木材の個体差及び内部組織のばらつきに左右されず比較的均一に所望量の樹脂を含浸することができる。このため、当該木質音板材及び当該音板打楽器は、音響特性に優れかつ品質が安定している。

本発明の一実施形態の木質音板材を示す模式的側面図である。 図１の木質音板材の模式的部分拡大断面図である。

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。

［木質音板材］
図１に示す本発明の一実施形態に係る木質音板材は、木材１の表層のうち少なくとも一部の領域（図示する例では上側面の表層全体）に、相対的にピッチの小さいハッチングで示す樹脂組成物２が含浸されている。また、当該木質音板材は、木材１の表層の樹脂組成物２が含浸される領域に、図２に詳しく示すように、木材１の導管３の平均径と同程度以下の平均径を有する複数の細孔４が形成されている。

当該木質音板材において、樹脂組成物２が含浸される領域としては、当該木質音板材から形成される打楽器用音板において打面となる領域とされることが好ましい。これにより、比較的安価な木材１の振動特性を改良して高級感のある音を発生することを可能にすると共に、打面の耐久性を向上することができる。

＜木材＞
木材１は、天然木から切り出されるものであって、通常は板材である。

木材１の気乾比重の下限としては、０．５が好ましく、０．６がより好ましい。一方、木材１の気乾比重の上限としては、１．２が好ましく、１．１がより好ましい。木材１の気乾比重が前記下限に満たない場合、樹脂組成物２の含浸によっても十分な音響特性が得られないおそれがある。逆に、木材１の気乾比重が前記上限を超える場合、加工性が不十分となるおそれや、当該木質音板材が不必要に高価となるおそれがある。

この木材１の樹種としては、例えばローズウッド、パドック、カリン、カエデ、ハードメープル、シデ、ブナ、ナラ、マトワ、マホガニー等を挙げることができ、中でも比較的安価で音響特性に優れる木質音板材が得られるパドック及びカリンが好適に用いられる。

（細孔）
複数の細孔４は、木材１の表層の少なくとも一部の領域に、略一定のピッチで均等に形成されることが好ましい。これにより、木材１の複数の最高４を形成した領域に均一に樹脂組成物２を含浸させることができる。つまり、樹脂組成物２は、細孔４の内部に迅速に浸入し、木材１の外表面及び細孔４の内壁面に隣接する領域に緩慢に浸透するが、細孔４から遠い木材１の深部には浸透できない。

また、複数の細孔４の中心軸方向は、木材１の表面（細孔４が開口する外表面）と略垂直であることが好ましい。これにより、細孔４を通して木材１に樹脂組成物２を含浸させることが比較的容易となる。

複数の細孔４の平均径の木材１の導管３の平均径に対する比の下限としては、０．０５が好ましく、０．１０がより好ましく、０．１５がさらに好ましい。一方、複数の細孔４の平均径の木材１の導管３の平均径に対する比の上限としては、１．２であり、１．０が好ましく、０．８がより好ましく、０．６がさらに好ましい。複数の細孔４の平均径の木材１の導管３の平均径に対する比が前記下限に満たない場合、樹脂組成物２が細孔４に浸入し難くなるおそれがある。逆に、複数の細孔４の平均径の木材１の導管３の平均径に対する比が前記上限を超える場合、当該木質音板材の強度が不十分となるおそれや外観が不自然となるおそれがある。

複数の細孔４の平均径の下限としては、５μｍが好ましく、１０μｍがより好ましく、１５μｍがさらに好ましく、５０μｍが特に好ましい。一方、複数の細孔４の平均径の上限としては、５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましく、１００μｍがさらに好ましい。複数の細孔４の平均径が前記下限に満たない場合、樹脂組成物２が細孔４に浸入し難くなるおそれがある。逆に、複数の細孔４の平均径が前記上限を超える場合、木材１の強度が低下するおそれや外観が不自然となるおそれがある。なお、細孔４の平均径が小さいほど形成する細孔４の数を多くする必要がある。このため、細孔４の平均径を５０μｍより小さくする場合、細孔４の平面配置パターンやピッチに工夫が必要となる場合がある。

複数の細孔４の平均深さの下限としては、０．１ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。一方、複数の細孔４の平均深さの上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。当該木質音板材では、細孔４の深さによって樹脂組成物２の含浸深さを調節することができる。複数の細孔４の平均深さが前記下限に満たない場合、木材１への樹脂組成物２の含浸を十分に促進できないおそれがある。逆に、複数の細孔４の平均深さが前記上限を超える場合、当該木質音板材の表層の衝撃に対する強度（靱性）が不十分となるおそれや自然な音を発生できなくなるおそれがある。

また、木材１には表裏に細孔４を設けてもよいが、木材１の表裏それぞれの細孔４の平均深さの合計（一方の面だけに細孔４を設ける場合はその面の細孔の平均深さ）の下限としては、木材１の平均厚さの１／５０が好ましく、１／４０がより好ましい。一方、前記細孔４の平均深さの合計の上限としては、木材１の平均厚さの１／２が好ましく、１／３がより好ましい。前記細孔４の平均深さの合計が前記下限に満たない場合、当該木質音板材の音響特性を十分に向上できないおそれがある。逆に、前記細孔４の平均深さの合計が前記上限を超える場合、当該木質音板材の表層の衝撃に対する強度（靱性）が不十分となるおそれや自然な音を発生できなくなるおそれがある。

細孔４の平均ピッチの下限としては、０．２ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましい。一方、細孔４の平均ピッチの上限としては、１０ｍｍが好ましく、５ｍｍがより好ましい。細孔４の平均ピッチが前記下限に満たない場合、当該木質音板材の靱性が不十分となるおそれや自然な音を発生できなくなるおそれがある。逆に、細孔４の平均ピッチが前記上限を超える場合、木材１に均一に樹脂組成物２を含浸することができないおそれがある。

細孔４の配設密度の下限としては、１４孔／ｃｍ^２が好ましく、２０．５孔／ｃｍ^２がより好ましい。一方、細孔４の配設密度の上限としては、９００孔／ｃｍ^２が好ましく、３５０孔／ｃｍ^２孔がより好ましい。細孔４の配設密度が前記下限に満たない場合、木材１への樹脂組成物２の含浸を十分に促進できないおそれがある。逆に、細孔４の配設密度が前記上限を超える場合、当該木質音板材の表層の靱性が不十分となるおそれがある。

＜樹脂組成物＞
樹脂組成物２の主成分としては、木材１に含浸させるときには低粘度で含浸が容易であり、含浸後に容易に硬化させて固定できる熱硬化性樹脂が好ましい。なお、主成分とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。

樹脂組成物２の主成分とされる熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、シリケート樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。中でもエポキシ樹脂、特にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好適に用いられる。

また、樹脂組成物２の主成分となる熱硬化性樹脂の木材１に含浸する時点での数平均分子量としては、２００以上５００以下が好ましい。樹脂組成物２の主成分となる熱硬化性樹脂の木材１に含浸する時点での数平均分子量が前記範囲内であることによって、木材１への樹脂組成物２の含浸が可能となり、かつ硬化後の樹脂組成物２に十分な強度を付与することができる。

また、木材１に含浸する時点での樹脂組成物２は、例えば硬化を促進する硬化剤、樹脂組成物２の物性を調整する他の樹脂、低粘度化により木材１への含浸を促進する溶媒等を含有してもよい。

［製造方法］
当該木質音板材は、例えば、木材１の表層に複数の細孔４を形成する工程＜細孔形成工程＞と、細孔４を形成した木材１に樹脂組成物２を含浸させる工程＜含浸工程＞と、木材１中に含浸した樹脂組成物２を硬化させる工程＜硬化工程＞とを備える方法によって製造することができる。

＜細孔形成工程＞
細孔４の形成方法としては、針を突き刺す方法、流体を吹き付ける方法等を採用してもよいが、レーザーを用いる方法、つまりレーザーインサイジング加工を採用することが、比較的正確に小径の細孔を形成できる点で好ましい。

インサイジング加工に用いるレーザー光としては、紫外レーザー光が好適に利用される。紫外レーザー光を用いることで、木材１を熱分解して細孔４を形成することができ、残渣（炭化物等）の少ない加工が可能であるため、細孔４の径及び深さを比較的自由に調整することができる。具体的には、インサイジング加工に用いるレーザー光の波長としては、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下が好ましく、例えばＵＶ−ＹＡＧレーザー（３倍波）を用いることができる。レーザー光の波長を前記範囲内とすることによって、形成される細孔４の径及び深さを比較的容易に適正化することができる。

また、インサイジング加工に用いるレーザー光の出力としては、１Ｗ以上１０Ｗ以下が好ましい。レーザー光の出力を前記範囲内とすることによって、形成される細孔４の径及び深さを比較的容易に適正化することができる。

＜含浸工程＞
含浸工程では、硬化前の樹脂組成物２を木材１に含浸させる。この含浸工程は、減圧により木材１を脱気しつつ樹脂組成物２を含浸させる減圧含浸工程と、常圧下で減圧含浸工程において木材１に生じた歪みを除去しつつさらに樹脂組成物２を含浸させる常圧含浸工程とを有することが好ましい。減圧含浸工程を有することで、樹脂組成物２の含浸を促進することができ、得られる当該木質音板材ひいては当該木質音板材から形成される音板及びこの音板を備える楽器の品質を安定化できる。

含浸工程における樹脂組成物２の粘度としては、１０ｍＰａ・ｓ以上１Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。樹脂組成物２の粘度を前記範囲内とすることによって、樹脂組成物２を木材１に比較的効率よく含浸することができる。

（減圧含浸工程）
減圧含浸工程を設けることにより、木材１の表層（細孔４に隣接する領域）に比較的均等かつ迅速に樹脂組成物２を含浸させることができる。

この減圧含浸工程における圧力としては、例えばゲージ圧で−０．２０ＭＰａ以上−０．０５ＭＰａ以下とすることができる。減圧含浸工程における圧力を前記範囲内とすることによって、不必要に製造コストを増大させることなく、樹脂組成物２の木材１への含浸を促進することができる。

また、減圧含浸工程における含浸時間としては、例えば３０分以上１８０分以下とすることができる。減圧含浸工程における含浸時間を前記範囲内とすることによって、樹脂組成物２を木材１の表層部に選択的にかつ比較的均一に含浸させられる。なお、減圧含浸工程における含浸時間は、樹脂組成物２の樹脂が硬化しない範囲でさらに長い時間としてもよい。

（常圧含浸工程）
常圧含浸工程を設けることにより、減圧含浸工程での減圧によって生じた木材１の歪みを除去し、得られる木質音板材の残留応力を小さくすることができる。この常圧含浸工程における温度としては、減圧含浸工程における温度と同様とすることができる。

また、常圧含浸工程における含浸時間としては、例えば３０分以上１８０分以下とすることができる。常圧含浸工程における含浸時間を前記範囲内とすることによって、樹脂組成物２を木材１に比較的均一に含浸させられる。なお、常圧含浸工程における含浸時間も、樹脂組成物２の樹脂が硬化しない範囲でさらに長い時間としてもよい。

＜硬化工程＞
硬化工程では、木材１中に含浸している樹脂組成物２の主成分である樹脂を重合させることにより、樹脂組成物２を硬化させる。硬化した樹脂組成物２は、木材１の振動特性を改善してより高級な材料の振動特性に近付ける。樹脂組成物２を硬化させる方法としては、樹脂組成物２の組成にもよるが、一般的には加熱が用いられる。

この硬化工程における加熱温度としては、硬化剤の種類に応じて選択されるものであるが、例えば１２０℃以上２００℃以下とすることができる。硬化工程における加熱温度を前記範囲内とすることによって、樹脂組成物２の硬化を促進することができる。

また、硬化工程における加熱時間としては、硬化剤の種類に応じて選択されるものであるが、例えば３０分以上１２０分以下とすることができる。硬化工程における加熱時間を前記範囲内とすることによって、比較的効率よく樹脂組成物２を硬化させられ、かつ木材１の含水率が低下して割れを生じることを防止できる。

＜利点＞
当該木質音板材は、木材１の樹脂組成物２が含浸される表層領域にインサイジング加工により木材１の導管３の平均径より小さい平均径を有する複数の細孔４が形成されて、樹脂組成物２の含浸が容易化されている。つまり、樹脂組成物２は、先ず、複数の細孔４並びに木材１の表面及び細孔４に開口する導管３に速やかに行き渡り、細孔４及び導管３から周囲に徐々に浸透する。このため、当該木質音板材は、木材１の個体差に左右されず比較的一定量の樹脂が比較的一定の深さまで含浸しており、音響特性が向上していると共に品質が安定している。

［木琴］
本発明の別の実施形態に係る木琴（音板打楽器）は、図１の木質音板材から形成される複数の音板を備える。つまり、当該木琴は、複数の音階を奏でる複数の音板が、それぞれ当該木質音板材から形成される。

具体的には、当該木琴の音板は、当該木質音板材の樹脂組成物２が含浸している上面を打面とし、この打面以外の面を切削することによって、各音階に対応する所定の固有振動数を有する形状に成形されている。

当該木琴は、各音板が当該木質音板材から形成されているので、価格に比して高級な音色を発することができる。

［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。

当該木質音板材は、木材の複数の面に細孔が形成されて樹脂が含浸されていてもよい。また、当該木質音板材は、木材の１つの面の一部の領域のみに細孔が形成されて樹脂が含浸されていてもよい。また、当該木質音板材は、樹脂が含浸される領域の一部分にのみ細孔が形成されていてもよい。

また、図示した実施形態では、木材の板目面に細孔が形成されて樹脂が含浸されているが、木材の正目面や木口面に細孔が形成されて樹脂が含浸されていてもよい。

当該木質音板材における樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を主成分とするものであってもよい。この場合、樹脂組成物は含浸後に重合して硬化されることが好ましい。

本発明に係る音板打楽器は、木琴に限定されず、例えばカスタネット、ウッドブロック、カホン、木魚等であってもよい。

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。

［木質音板材の試作］
以下の要領で、木質音板材の試作品１〜４を試作すると共に、加工を加えない無垢の板材である比較品１，２を用意して、打音を確認する試験を行った。

（試作品１）
木材として、幅約６０ｍｍ、長さ約３５０ｍｍ、厚さ約２５ｍｍの汎用品グレードのパドックを用い、一方の面全体にインサイジング加工を施してから樹脂組成物を含浸することにより試作品１を得た。

木材の導管の直径を光学顕微鏡の画像処理により測定し、算出した平均径は、２０６μｍであった。

インサイジング加工（細孔の形成）は、出力が４Ｗ（１００％）、波長が３５５ｎｍ、周波数が５０ｋＨｚの紫外レーザー装置を用い、照射時間を８ｍｓｅｃとして、レーザー光を木材の表面に垂直に照射することによって行った。細孔は、縦横に均等に配列する正方配置とし、そのピッチ（中心間隔）を２．５ｍｍとした。

このインサイジング加工により得られた細孔は、平均径が１１３μｍ（導管平均径の５５％）、平均深さが３ｍｍであった。

前記細孔を形成した木材にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を主成分とする樹脂組成物を含浸させた。

前記エポキシ樹脂としては、三菱化学社の「ｊＥＲ８２８」と反応性希釈剤１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルとイミダゾール系硬化剤２−エチル−４−メチルイミダゾールとを９５：５：３０の比で混合したものを木材に含浸する樹脂組成物とした。

樹脂組成物を減圧含浸してから常圧含浸した。減圧含浸は、ゲージ圧−０．１ＭＰａで１時間行った。また、常圧含浸は、大気圧で１時間行った。

このようにして樹脂組成物を含浸した木材を１８０℃で１時間加熱することによって、樹脂組成物を硬化させて試作品１とした。

（試作品２）
試作品２は、レーザー光の出力を３Ｗ（７５％）とした以外は、試作品１と同じ条件で試作した。この試作品２における細孔は、平均径が９１μｍ（導管平均径の４４％）、平均深さが３ｍｍであった。

（試作品３）
試作品３は、レーザー光の出力を２Ｗ（５０％）とした以外は、試作品１と同じ条件で試作した。この試作品２における細孔は、平均径が７３μｍ（導管平均径の３５％）、平均深さが３ｍｍであった。

（試作品４）
試作品４は、レーザー光の出力を１Ｗ（２５％）とした以外は、試作品１と同じ条件で試作した。この試作品２における細孔は、平均径が５３μｍ（導管平均径の２６％）、平均深さが３ｍｍであった。

（比較品１）
比較品１として、音板用高級材であるホンジュラス産ローズウッドの無垢材を試作品１〜４と同じ寸法に切り出した板材を用意した。

（比較品２）
比較品２として、試作品１〜４の原料とした木材と同じものを用意した。

＜評価試験＞
試作品１〜４及び比較品１，２について、マレットで打撃し、発生する音を１０人のパネルにより官能評価した。

この結果、安価な天然木そのままの比較品２は、比較的高級な天然木である比較品１と比べて音色の点で明らかに劣っていた。一方、インサイジング加工を施して樹脂組成物を含浸した試作品１〜４は、比較品１に近い音を発生することが確認された。

本発明に係る木質音板材は、中上級者向けの音板打楽器の音板を形成するために特に好適に利用することができる。

１ 木材
２ 樹脂組成物
３ 導管
４ 細孔

Claims (6)

1. 木材の表層のうち少なくとも一部の領域に樹脂組成物を含浸した木質音板材であって、
   前記木材が、その表層のうち少なくとも前記一部の領域に前記木材の導管の平均径の１．２倍より小さい平均径を有する複数の細孔を有し、
   前記複数の細孔の平均径が１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする木質音板材。
2. 前記複数の細孔の中心軸方向が前記木材の表面と略垂直である請求項１に記載の木質音板材。
3. 前記複数の細孔の平均深さが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の木質音板材。
4. 前記複数の細孔の平均ピッチが０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の木質音板材。
5. 前記複数の細孔の配設密度が１４孔／ｃｍ^２以上９００孔／ｃｍ^２以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の木質音板材。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の木質音板材を備える音板打楽器。

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