JP6683689B2 - 合成リード - Google Patents

Description

本発明は、管楽器用の合成リードに関する。

適用分野は、楽器演奏者が息を吹くことによって生じる空気の柱により、リードが振動する管楽器の分野である。ここに言う管楽器は、例えば、シングル・リードが用いられるクラリネットやサキソフォン、又は、ダブル・リードを用いるオーボエ、バスーン、ボンバール、及び、バグパイプ等である。

従来、シングル・リードは、適切な形状及び厚さに加工された葦のストリップによって作られている。リードは、リガチャー（一般的には金属製）によって、管楽器のマウスピースに保持されている。このようにリードは、天然素材によって作られており、その機械的特性は、使用される葦によって一定ではなく、時間的にも一定ではない。しかしながら、リードを装着した管楽器の音色は、リードによって左右される。リードはこのように、葦の物理化学的特性（この特性から機械的特性が生じる）に非常にセンシティブである。

そこで、天然素材によって作られたリードの機械的特性を再現するだけでなく、当たり外れなく特性を再現できる合成リードを工業的に製造することが考えられてきた。

このため、葦と類似した特性を得ることを期待して、ポリマー材料のマトリックスの中に短い繊維を挿入することが行われている。しかし、これらの天然繊維と合成繊維から得られた混合物は、音色の観点から満足できるものではなかった。

そこで、完全に合成樹脂製のリードを製造することが考えられた。こうして、エポキシ又はフェノール性の熱硬化性ポリマーによって形成されたマトリックスと補強繊維（例えば炭素繊維）を有する合成リードが製造されている。このような合成リードの製造について説明されている米国特許第５５４２３３１号が参照される。

米国特許第５５４２３３１号公報

このようにして製造されるリードにおいては、機械的特性をある程度再現することができ、また、経時的に一定である機械的特性を得ることができる一方で、音質は、葦製のリードから得ることができるものとは同等ではない。

本発明が解決しようとする課題は、機械的特性が一定で、管楽器の使用時において良好な音色を得ることを可能にする合成リードを提供することである。

この目的のため、また、第一の主題に従って、本発明は、ポリマー材料によって形成されたマトリックスと、他のポリマー材料によって形成され、前記マトリックスの内側に埋め込まれた多数の補強繊維とを有し、前記「他のポリマー材料」が熱可塑性ポリマー材料である管楽器用の合成リードを提供する。

本発明の特徴は、例えば、ポリオレフィン系から選ばれる熱可塑性ポリマーによって形成した補強繊維を用いているところにある。加えて、特に有利な本発明の一実施形態においては、前記多数の繊維を構成する繊維が長繊維であり、また、それらが前記マトリックスの内側において長手方向に沿って延在している。換言すれば、補強繊維は、リードの長手方向に沿って、また、その全長を超えて延在している。こうして、補強繊維は、マトリックスの内部において長手方向へ延在し、異方性の機械的特性をリードに与える。この補強繊維により、リードの長手方向について計測される弾性係数が、横断方向よりも大きくなる。

更に、特に有利な特徴によれば、マトリックスを構成するポリマー材料も、熱可塑性ポリマー材料である。これも、例えば、ポリオレフィン系に属する。

更に、マトリックスの前記ポリマー材料は、０．８０〜０．９２の相対密度を有している。これにより、機械的特性において天然葦製のストリップと非常に近い合成リードが得られる。これにより、このリードを装着した楽器において、葦製のリードが装着された同じ楽器の音色と同等な音色が得られる。更に、その機械的特性は、当たり外れなく再現可能である。

更に、熱可塑性ポリマー材料、特にポリオレフィンでは、密度が１よりも小さい（より具体的には０．８０〜０．９２、例えば、０．８０〜０．９０）材料を提供できる一方で、従来技術においてマトリックスの形成に使用されていた熱硬化性ポリマー材料は、相対密度が一般的に１よりも大きい。

相対密度は、基準となる物（この場合４℃の水）の体積あたりの質量に対する、その材料の体積あたりの質量の比であると定義される。

マトリックスの形成に用いられる熱可塑性ポリマー材料、より具体的には、ポリオレフィンは、このようなシンプルな密度を有している。実際に、例えば空気をバブルの状態で又は中空ビーズの形で内部に取り入れることにより、材料の密度を低下させることは常に可能である。しかし、これにより、機械的特性はかなりの影響を受けることになり、その材料は、もはやリードの製造には適合しないものとなってしまう。

優先的には、前記「他のポリマー材料」は、前記「ポリマー材料」よりも高い融点を有している。これにより、後述するように、補強繊維は、マトリックスを形成するポリマー材料よりも高い融点を有し、従って、それらの本来の特性を改変することなく、マトリックスの内部に繊維を埋め込むことが容易である。優先的には、前記多数の繊維からなる補強繊維は、長繊維である。

もう一つの主題により、本発明は、次のステップを含む合成リードの製造方法を提供する。
ａ）溶融状態のポリマー材料、及び、他のポリマー材料によって形成した多数の繊維が供給され；
ｂ）前記溶融状態のポリマー材料の内部に前記繊維が埋め込まれ；
ｃ）前記繊維をトラップするため、前記溶融状態のポリマー材料を硬化させ；
ｄ）前記硬化したポリマー材料において前記合成リードが形成され；
前記「他のポリマー材料」が、熱可塑性ポリマー材料である。
優先的には、マトリックスを形成する前記ポリマー材料は、熱可塑性ポリマー材料である。

本発明の特徴は、リードの製造のために、熱可塑性ポリマー材料によって形成した繊維を用いているところにある。

優先的な一実施形態においては、ステップｂ）において、前記多数の繊維からなる繊維は、前記多数の繊維を前記ポリマー材料の内部に埋め込むために、実質的に互いに平行に維持される。これにより、幅方向へ平行な繊維の方向について補強された機械的な特性を有するリードが得られる。こうして、製造するリードにおいて天然葦のストリップの特性を得ることができる。

更に、マトリックスについても熱可塑性ポリマー材料を使用することにより、製造工程が非常に簡単になる。実際に、熱可塑性材料は、硬い状態の周囲温度から軟化する融点まで、容易に移行させることが可能である。このように、熱可塑性材料は、繊維の埋め込みを可能とするために、融点まで容易に移行する。次に、繊維が内部にトラップされる間、マトリックスの熱可塑性材料は、元の硬さに戻るように、温度が低下させられる。この明細書において後述するように、様々な処理方法が可能である。

特に有利には、繊維の前記「他のポリマー材料」は、マトリックスの前記「ポリマー材料」よりも高い融点を有している。こうして、軟化したマトリックスのポリマー材料の中に繊維が埋め込まれるとき、繊維の熱可塑性ポリマー材料は、マトリックスの材料にもたらされる温度によっては、少しも影響を受けない。後者の温度が下がったとき、繊維は、それらの機械的特性が影響を受けることなく、マトリックスの内部にトラップされる。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の詳細な実施形態についての以下の説明（添付図面に関連した表示として与えられた非制限的な説明）を読むことで明らかになるだろう。

図１は、本発明に係る合成リードの概略上面図である。 図２は、図１に示す合成リードの部分概略図である。 図３は、図１に示す合成リードの概略背面図である。 図４は、本発明の第一実施形態に係る合成リードの製造方法を実施する装置のブロック図である。 図５は、本発明の第二実施形態に係る合成リードの製造方法を実施する装置のブロック図である。

本発明に係る合成リードのいくつかの製造方法を説明するために、図４及び図５が最初に参照される。本発明に係る方法の二つの実施形態においては、リードを形成するため、ストリップの形にトリミングできるように、断片に切り分けることができる合成ロッドが製造される。更に、この二つの実施形態では、多数のロービング又はストランドの形に組まれたポリマー材料製の補強繊維が用いられる。

これらのポリマー材料製の繊維は、熱可塑性ポリマー材料、より具体的には、ポリオレフィン又はポリアルケンのカテゴリーに属する材料によって形成されている。それらは、飽和脂肪族ポリマーである。より具体的には、使用されるポリマー材料は、オレフィン・コポリマーである。ここに提示される例では、補強繊維はポリプロピレンによって形成され、それらの融点は１６０℃付近である。理想的には、このポリマーは、０．５に近いポアソン比を有している。更に、そのガラス遷移温度は、−１５０℃〜０℃である。

融点が１６０℃付近のポリエチレン繊維を使用することも考えられる。

更に、図４及び図５に示される二つの製造方法においては、マトリックスを形成するための熱可塑性ポリマー材料が使用される。ここに提示される例によれば、このポリマー材料は、融点が、前記繊維を構成する熱可塑性ポリマー材料の融点より低いポリオレフィンである。この場合、プロピレン／エチレン／ポリプロピレン・ターポリマーである。それは、第一に、その融点が、前記繊維の融点、及び、約１３０℃（有利には１４０℃）よりも低くなるように、また、第二に、その密度が０．８０〜０．９２、例えば、０．８０〜０．９０となるように選択される。更に、マトリックスのポリマー材料が、−１００℃〜０℃、好ましくは、−６０℃〜−１０℃のガラス遷移温度を有する。

後述するように、同じ性質の熱可塑性ポリマーを選択することにより、それらの融点が実質的に相違していたとしても、繊維の良好な接着性、及び、マトリックスの良好な接着性が得られる。代替的な一実施形態によれば、マトリックスとして低密度ポリエチレンを使用し、高密度ポリエチレンによって形成した補強繊維を使用することも考えられる。

これらのオレフィン系の熱可塑性ポリマーは、食物に触れても無害であると認められていることも付記される。

図５に示されているのは、第一実施形態に従って、合成ロッドを直接的に製造することを可能にする装置１０である。それは、引抜成形の原理に従って動作する。即ち、第一繊維束１２が、第一押出機１４を通って引っ張られる。これらの繊維束は、実質的に平行かつ撚り無しの連続的なフィラメントの束に類似したものと考えることができる。第一繊維束１２は、ドライブロール２０によって、第一上流点１６から第一下流点１８まで引っ張られる。押出機１４は、概略的には、マトリックスを形成するための上記ターポリマーが装填された第一ホッパー２２、及び、ポリマーを軟化させ、押し出すための第一押出スクリュー２４を有している。ターポリマーは、粉末又は顆粒の状態で第一ホッパー２２に装填される。

上流点１６において、第一繊維束１２は、長繊維のロービングをそれぞれ受ける多数の第一ビームからなる第一ワインダー２６に装填される。繊維のロービング（又は、繊維束１２）は、押出機１４の第一インレット２８を通ってガイドされ、押出機１４の内部で互いに平行に引っ張られる。繊維ロービングは、いくつかの重畳層上で横断方向及び垂直方向に広がる。従ってそれらは、上述の溶けたターポリマーで埋め込まれるように、押出スクリュー２４のダイを通過する。繊維の融点は、マトリックスの融点よりも高いため、溶けたターポリマーが繊維に接触した際に、それらは決して損傷しない。このようにしてそれらは、冷却後、それらの機械的特性をマトリックス内で保持する。

ダイは、３．５〜５．５ｍｍの厚さと１５〜２５ｍｍの幅の矩形断面を有する。こうして、形成されたロッド３０は、押出スクリュー２４から引き出され、冷却装置３２に進入する。このようにして、上述のダイの断面と実質的に等しい断面を有する硬化ロッド３４が、アウトレットにおいて得られる。繊維ロービングは、硬化ロッド３４の内部において、長手方向及び互いに平行にトラップされる。更に、セクションにより、多数の繊維ロービングが、互いに等間隔となっている。有利には、得られたロッドの中の繊維のパーセンテージは、３５〜５０％、例えば４５％である。

そして硬化ロッド３４は、９０ｍｍに近い長さの断片にカットされる。これらの断片は、その後、加工でき、及び、リードに変換できるように扱われる。ロッドの断片を加工して得られるリードの形状は、以下の明細書において図１〜３に関する部分において詳細に説明される。

ストランド・トゥー・ストランド・タイプの装置３６は、図４において図式的に示される。この装置は、第二実施形態に従って、ロッドを形成するために重畳される複合層の生成を可能とする。

第二ワインダー３８は、上記繊維ロービング束と同じタイプの第二繊維ロービング束４０を備えることを可能にする。繊維ロービング束４０は、第二ホッパー４６及び第二押出スクリュー４８を備えた第二押出機４４のインレット４２に向かってガイドされる。第二ホッパー４６には、上記ターポリマーと同じターポリマーが装填される。繊維ロービングは、第二押出機４４を通って、第二押出スクリュー４８と平行に、同方向に並んで押し出される。第二押出スクリュー４８は、１５〜２５ｍｍ幅の接着繊維シート５０を生成するために、並んで引っ張られた繊維ロービングの上に、溶けたターポリマーを供給する。接着繊維シート５０は、スプール５４に巻回できるように、第二冷却装置５２を通過する。

次に、密着したロッドを形成するために、接着繊維シート５０は端から端まで重畳され、例えば１４５℃まで加熱されたカレンダー内に導入される。実際に、熱と圧力の作用の下で、内側に補強繊維の重畳層が延在する一つの連続マトリックスを形成するように、接着繊維シート５０は互いに接着し合う。このようにして得られたロッドは、従来のものと同様に、９０ｍｍに近い長さの断片に切断されることができる。

こうして、上述の二つの方法により、異方性の合成ロッドが得られる。実際に、長手方向に延在する繊維のロービングにより、ロッドの長手方向についての引張弾性率は、幅方向についての引張弾性率と比較して、はるかに大きい。優先的には、合成ロッドの長手方向についての引張弾性率は、５０００〜１５０００ＭＰａであり、幅方向についての引張弾性率は、長手方向についての引張弾性率の値の１／５〜１／１５の値よりも小さい。

更に、繊維の熱可塑性ポリマー材料の相対密度は、実質的に０．９よりも大きいが、マトリックスを構成するターポリマーの質量が優勢であるため、ロッド全体の相対密度は、０．８０〜０．９２、有利には、０．８０〜０．９０となる。

上述したいずれかの装置によって得られるロッドの断片は、その後、リードを形成するために加工される。まず最初に、Ｂフラットのクラリネットに適合したリード５５を製造するには、図１〜３に示すように、厚さが実質的に３．３ｍｍよりも大きく、幅が実質的に１６．４ｍｍよりも大きく、長さが実質的に６９ｍｍよりも大きいプリフォームが製造される。実際に繊維ロービングが、プリフォームを得るロッドの長手方向へ延びているため、補強繊維は、プリフォームの長さに沿って互いに平行して延在する。次に、一般にリードテーブルと呼ばれる平らな下面５９が加工され、続いて、リードの側部、及び、特にリードベベルと呼ばれる、斜角がつけられた上部５６が加工される。これを行うには、プリフォームを中間の高さでカットし、平らな下面５９にエッジ５８を形成する一方の自由端まで徐々に薄くする。リードエンドとも呼ばれるエッジ５８は、凸状となる丸い形６０に加工される。

リードの寸法は、それらが装着される楽器のタイプによって異なる。このため、ロッド断片の加工は、上述の寸法には限定されない。

更に、補強繊維は、プリフォームの長さに沿って互いに平行に延びているため、それらは、リードの長さに沿って互いに平行に延在する。

図示しない第三実施形態においては、熱可塑性材料製のマトリックスは、ストリップの形でプリフォームされ、その後、第二実施形態において得られるものと同じストリップの複合層を生成できるように、カレンダリングによって補強繊維と組み合わされる。一実施形態においては、変形可能な外面（例えば、ポリウレタン製の）で覆われたロールに対して接触可能な硬質の加熱ロールを有する加熱式カレンダーが用いられる。カレンダリング温度は、例えば、１５０℃付近である。こうして、プリフォームされたストリップと補強繊維の束が、二つのロールの間のカレンダーに向かって収束する。カレンダーの加熱により、プリフォームストリップは軟化し、繊維ロービングの繊維は、圧縮され、二つのロールの間でストリップの中に押し込まれる。

もう一つの代替的な実施形態では、複合ストリップを形成するために、二つのプリフォームストリップの間で、繊維束がカレンダー処理される。

複合ストリップは、その後、二つの反対のインプリントを有する加熱成形金型内で加熱成形するために、カットされ、重畳される。所定の長さの複数のストリップが使用される。例えば、２０〜４０の複合ストリップが重畳され、金型内に導入され、その後、ともに加熱圧縮される。この方法により、第二実施形態において得られるものと類似の、例えば２．５〜４．５ｍｍの厚さを有するロッドが得られる。

Claims (8)

1. ポリマー材料からなるマトリックス、及び、前記マトリックスの内部に埋め込まれた、他のポリマー材料からなる多数の補強繊維を有する管楽器用の合成リード（５５）であって、
   前記他のポリマー材料が熱可塑性ポリマー材料であり、
   多数の繊維からなる補強繊維が、前記マトリックスの内部で、互いに平行に、リードの長手方向に、リードの全長を超えて延在する長繊維であり、
   前記ポリマー材料が、熱可塑性ポリマー材料であり、前記ポリマー材料及び前記他のポリマー材料が、ポリオレフィン系に属していることを特徴とする合成リード。
2. 前記ポリマー材料が、プロピレンエチレンポリプロピレンターポリマーであることを特徴とする、請求項１に記載の合成リード。
3. 前記ポリマー材料が、０．８０〜０．９２の相対密度を有していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の合成リード。
4. 前記他のポリマー材料が、ポリプロピレンであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の合成リード。
5. 前記他のポリマー材料が、前記ポリマー材料の融点よりも高い融点を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の合成リード。
6. ａ）溶融状態のポリマー材料、及び、他のポリマー材料によって形成した多数の繊維が供給されるステップであって、前記他のポリマー材料が、熱可塑性ポリマー材料であるステップと、
   ｂ）前記溶融状態のポリマー材料の内部に前記繊維が埋め込まれるステップと、
   ｃ）前記繊維をトラップするため、前記溶融状態のポリマー材料を硬化させるステップと、
   ｄ）前記硬化したポリマー材料において前記合成リードが形成されるステップと、を含み、
   ステップａ）において、溶融状態の熱可塑性ポリマー材料、及び、多数の長繊維が供給され、前記ポリマー材料及び前記他のポリマー材料が、ポリオレフィン系に属し、
   ステップｂ）において、前記多数の繊維を前記ポリマー材料の内部に埋め込むために、また、リードの全長に沿って前記繊維が互いに平行に延在するリードを形成するために、前記多数の繊維からなる繊維が、実質的に互いに平行に維持されることを特徴とする合成リードの製造方法。
7. ステップａ）において供給される前記ポリマー材料が、プロピレンエチレンポリプロピレンターポリマーであることを特徴とする、請求項６に記載の合成リードの製造方法。
8. 前記他のポリマー材料が、前記ポリマー材料よりも高い融点を有していることを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の合成リードの製造方法。

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