JP6747578B2 - 締結構造及び鍵盤装置 - Google Patents

Description

本発明は、締結構造及び鍵盤装置に関する。
本願は、２０１７年３月２３日に、日本に出願された特願２０１７−５８０７７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来、被締結部品に貫通させたねじを、木材部品に締め付けることにより、被締結部品を木材部品に締結する構造がある。
特許文献１には、打ち込みにより木材に食い込む機能に加え、ドライバーで回転させることにより木材に食い込むねじ機能を有する釘を用い、二つの木材部品が固定された構造が開示されている。

特開２００２−２６６８２４号公報

木材部品は、吸湿により膨張し、乾燥により収縮する。このため、ねじにより被締結部品が締結された木材部品が吸湿すると、木材部品が膨張して、ねじには木材部品から引き抜かれる方向の力が作用する。その結果、ねじの雄ねじ部に噛み合う部分において、木材部品が塑性的に変形してボロボロになるおそれがある。

雄ねじ部に噛み合う部分が塑性的に変形した木材部品が乾燥すると、被締結部品と木材部品との間に隙間が生じ、被締結部品と木材部品との締結状態が緩むおそれがある。締結構造が各種の楽器（例えばアコースティックピアノ）に含まれている場合、締結構造の緩みは、楽器の演奏に悪影響を及ぼすため、特に好ましくない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、木材部品が膨張又は収縮しても、被締結部品と木材部品との締結状態の緩みを抑制することが可能な締結構造及び鍵盤装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提案している。
締結構造は、木材部品に対してねじにより被締結部品を締結する締結構造であって、前記木材部品は比重が０．８５ｇ／ｃｍ^３以下の木材からなり、前記ねじは呼び径が３．５ｍｍ以下であり、前記ねじの軸部に形成された雄ねじ部と前記木材部品とが噛み合う部分である有効ねじ部の長手方向における中間位置と、前記木材部品の前記被締結部品との当接面との距離が８ｍｍ以下である。

第１実施形態の締結構造の一例を示す断面図である。 第１実施形態の締結構造の改変例を示す断面図である。 第２実施形態の締結構造において、当接面を示す断面図である。 第２実施形態の締結構造を示し、ねじの長手方向に沿った断面図である。 第２実施形態の締結構造の改変例を示す分解斜視図である。 第３実施形態の締結構造の一例を示す断面図である。 第４実施形態の締結構造の一例を示す断面図である。 鍵盤装置の要部を示す斜視図である。

以下、好適な実施形態に基づいて、本発明を説明する。
図１は、第１実施形態の締結構造の一例を模式的に示す。
本実施形態の締結構造は、木材部品１０と、被締結部品２０と、ねじ３０と、を備えている。ねじ３０の軸部３２が被締結部品２０を通して木材部品１０に締結されることにより、被締結部品２０が木材部品１０に締結されている。
本実施形態においては、ねじ３０の長さは３０ｍｍ以下である。木材部品１０の厚さは、約３０ｍｍである。

木材部品１０を構成する木材は、比重が０．０８〜０．８５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。比重が０．０８ｇ／ｃｍ^３の木材には、例えばバルサ材が該当する。比重が０．８５ｇ／ｃｍ^３の木材には、例えばインディアンローズウッド材が該当する。
針葉樹等の軟質材は、比重が小さいが、木製キー等の楽器部品に適した長尺の部材を得やすい。木材部品１０の比重の例示としては、０．８５ｇ／ｃｍ^３程度、０．７ｇ／ｃｍ^３程度、０．６ｇ／ｃｍ^３程度、０．５ｇ／ｃｍ^３程度、０．４ｇ／ｃｍ^３程度、０．３ｇ／ｃｍ^３程度、などが挙げられる。

被締結部品２０は、特に限定されないが、樹脂、金属、基材等から構成することができる。ねじ３０は、頭部３１と軸部３２を有する。頭部３１は、軸部３２の一端に設けられている。ねじ３０の頭部３１としては、特に限定されないが、なべ頭、皿頭、丸皿頭、チーズ頭、トラス頭、バインド頭、低頭、などが例示される。頭部３１には、ドライバー等の工具でねじ３０を回すための駆動用凹部が設けられる。駆動用凹部としては、すりわり（溝）、十字穴、六角穴、四角穴等が挙げられる。
頭部３１は、軸部３２との境界部に、ねじ３０を締め付ける際に直接力を受ける部分として、座面を有する。座面の形状としては、平面、円錐面等が挙げられる。座面が非平面である場合には、座面全体が頭部３１に含まれる。

軸部３２には、雄ねじ部３３が形成されている。雄ねじ部３３は、頭部３１の座面の近傍まで形成されていてもよい。雄ねじ部３３の形状としては、三角ねじ、角ねじ、台形ねじ、電球ねじ等が挙げられる。頭部３１と雄ねじ部３３との間の軸部３２に、ねじ山及びねじ溝を有しない円筒部が設けられていてもよい。
木材部品１０に対する締結用のねじとしては、木ねじ、タッピングねじ等が挙げられる。ねじ３０としては、呼び径Ｄが０．８ｍｍ〜３．５ｍｍのねじが用いられる。ねじ３０の呼び径としては、１．６ｍｍ程度、１．８ｍｍ程度、２．１ｍｍ程度、２．４ｍｍ程度、２．７ｍｍ程度、３．１ｍｍ程度、３．５ｍｍ程度、などが挙げられる。

被締結部品２０のうち軸部３２の周囲の部分は、木材部品１０の表面１１とねじ３０の頭部３１との間に挟み込まれている。当接面１２は、木材部品１０の表面１１のうち、被締結部品２０側に当接する部分である。軸近傍部１３は、当接面１２からねじ３０の軸線Ａと平行に延長した範囲である。有効ねじ部３４は、雄ねじ部３３と木材部品１０とが噛み合う部分である。
木材部品１０と被締結部品２０との間に、詳しくは後述するように、高さや角度の微調整などのため、スペーサーが介在されてもよい。この場合、被締結部品２０及びスペーサーの２種以上を、木材部品１０に締結される被締結部品ということができる。

本実施形態の締結構造では、有効ねじ部３４の長手方向における中間位置３５と、木材部品１０の被締結部品２０との当接面１２との距離Ｌ１が、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、より好ましくは８ｍｍ以下である。距離Ｌ１が１ｍｍ未満になると、ねじ３０の実用強度が発生しなくなる。また、距離Ｌ１の上限である１５ｍｍは、木材部品１０の厚さ３０ｍｍの約１／２であり、１５ｍｍより長くなっても、ねじ３０の締結強度は変化しないと考えられる。距離Ｌ１を上記のとおりに設定することにより、温度又は湿度の変化により木材部品１０の膨張又は収縮が起こっても、有効ねじ部３４と当接面１２との距離Ｌ１が短いため、木材部品１０に当接する被締結部品２０の変位量が小さくなる。

吸湿時等において木材部品１０が膨張したときには、ねじ３０の長手方向に沿って頭部３１にねじ３０を引き抜く方向に、被締結部品２０が変位し得る。被締結部品２０の変位量が大きいと、ねじ３０を引き抜く方向の力がより強く作用する。その結果、雄ねじ部３３と木材部品１０との間の噛み合いに塑性的な永久変形が生じて、締結構造に劣化又は損傷が生じ、締結状態が緩むおそれがある。
ねじ３０にバネ座金を設けて被締結部品２０の変位を吸収させることも考えられる。しかし、別部品が追加されると、締結作業時に扱いが難しく、コスト増となり、外観上も品位を落とすおそれがある。
被締結部品２０の変位量が小さい場合には、雄ねじ部３３に対して噛み合う木材部品１０の組織が粘弾性的に変形し、変位を可逆的に吸収し得る締結構造が構成される。

木材部品１０の膨張時に、被締結部品２０の変位に影響を及ぼし得る対象範囲は、おおよそ当接面１２から有効ねじ部３４までの距離の範囲と見積もられる。雄ねじ部３３との噛み合い箇所の平均位置は、有効ねじ部３４の中間位置３５である。この中間位置３５と当接面１２との距離Ｌ１は、木材部品１０が膨張したときに、被締結部品２０を介してねじ３０の頭部３１を変位させる対象範囲の大きさを示す。すなわち、距離Ｌ１の大小は、木材部品１０の膨張時における中間位置３５に対する被締結部品２０の変位量の大小に反映される。

このため、被締結部品２０の変位量を低減するためには、中間位置３５と当接面１２との距離Ｌ１に上限を規定することで、基準を設定することができる。すなわち、木材部品１０の膨張時に被締結部品２０の変位に影響する対象範囲が短くすれば、有効ねじ部３４近傍でねじ３０が引き抜かれる量が小さくなる。その結果、ねじ３０が引き抜かれる量は、木材組織が可逆的に変形する範囲に収まりやすくなる。
距離Ｌ１の上限値は、例えば、針葉樹等の軟質材に対する締結構造について実験的に求めることもできる。距離Ｌ１が８ｍｍ以下であれば、締結構造の状態の緩みが効果的に防止される。距離Ｌ１の例示としては、特に限定されないが、８ｍｍ程度、７ｍｍ程度、６ｍｍ程度、５ｍｍ程度、４ｍｍ程度、３ｍｍ程度、などが挙げられる。

一般に、呼び径が細く、短いねじを針葉樹等の軟質材に用いることは、絶対的な強度不足を招き、締付条件が定まらないために信頼性が無く、避けられてきた。締結されたねじが適度に緩む状態は、用途によっては構造物の柔軟性に寄与し、又は複数のねじを用いて冗長性をもたらすことにより、適用範囲を拡張できる可能性がある。しかし、楽器に用いられる部品をねじで締結する場合、特に被締結部品が楽器の音や操作を制御する機能を有する場合等には、ねじの緩みに起因する僅かな雑音や操作感のガタツキが問題となることがある。

図１に示す例では、木材部品１０に対するねじ３０の締結を容易にするため、木材部品１０に下孔１４が設けられている。下孔１４の内径は、通常は下孔１４の内面に雄ねじ部３３が噛み合いやすくするため、ねじ３０の軸部３２よりも細くされている。

図２は、第１実施形態の締結構造の改変例を模式的に示す。ただし、図２では、被締結部品２０の図示が省略されている。図２に示す例では、木材部品１０に下孔を設けることなく、ねじ３０が木材部品１０に噛み合わされている。また、図２に示す例では、木材部品１０の当接面１２とは反対側に凹部１５が形成されている。雄ねじ部３３は凹部１５内において木材部品１０に噛み合わされない。このため、雄ねじ部３３が凹部１５内に露出されている範囲は、有効ねじ部３４から除外される。

図３は、第２実施形態の締結構造の一例を模式的に示す。図３Ａは当接面１２における横断面図、図３Ｂは、ねじ３０の長手方向に沿った縦断面図である。本実施形態の締結構造では、当接面１２の面積が、ねじ１本当たり１００ｍｍ^２以下である。第１実施形態と同様に、木材部品１０の比重は０．８５ｇ／ｃｍ^３以下であり、ねじ３０の呼び径が０．８ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることが好ましい。また、図１と同様に、有効ねじ部３４の中間位置３５と木材部品１０の当接面１２との距離Ｌ１が、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以下であることが好ましい。

ねじ３０の締結に伴い、木材部品１０と被締結部品２０との間で作用・反作用の荷重が当接面１２に集中する。そこで、本実施形態では、当接面１２の面積に上限を設けることにより、木材部品１０の当接面１２の近傍となる表面１１側の層を可逆に圧縮変形させることができる。距離Ｌ１に上限を設ける条件と、ねじ１本当たりの当接面１２の面積に上限を設ける条件とを併用することにより、有効ねじ部３４に噛み合う木材組織が可逆的に変形する効果と併せ、ねじ３０の緩みを防止する効果を拡大することができる。

ねじ１本当たりの当接面１２の面積の上限値は、例えば、針葉樹等の軟質材に対する締結構造について実験的に求めることもできる。ねじ１本当たりの当接面１２の面積が１００ｍｍ^２以下であれば、締結構造の状態の緩みが効果的に防止される。ねじ１本当たりの当接面１２の面積の例示としては、特に限定されないが、１００ｍｍ^２程度、９０ｍｍ^２程度、８０ｍｍ^２程度、７０ｍｍ^２程度、６０ｍｍ^２程度、５０ｍｍ^２程度、４０ｍｍ^２程度、３０ｍｍ^２程度、などが挙げられる。

ねじ１本当たりの当接面１２の面積を狭くするため、木材部品１０の表面１１又は被締結部品２０の裏面２１の少なくとも一方に、１又は２以上の突起が設けられてもよい。図４に、第２実施形態の締結構造の改変例を模式的に示す。図４に示す例では、被締結部品２０が木材部品１０と対向する側である裏面２１に、複数の突起２２が形成されている。
１本のねじ３０に対応する複数の突起２２が木材部品１０に当接する面積の合計が、ねじ１本当たりの当接面１２の面積となる。突起２２の形状は特に限定されないが、山切り状、ドット状、ボス状、リブ状等が挙げられる。木材部品１０と被締結部品２０とが対向する少なくとも一方の面に、突起２２を設けた場合、突起２２の先端面が、突起２２に対向する部品と当接する。

図５は、第３実施形態の締結構造の一例を模式的に示す。本実施形態においては、被締結部品２０の被押圧面２３と、木材部品１０の被締結部品２０との当接面１２との距離Ｌ２が、２ｍｍ以下である。ここで、被押圧面２３とは、被締結部品２０がねじ３０の頭部３１から押圧される部分である。
第１実施形態と同様に、本実施形態の木材部品１０の比重は０．８５ｇ／ｃｍ^３以下であり、ねじ３０の呼び径が０．８ｍｍ〜３．５ｍｍであることが好ましい。また、図１と同様に、有効ねじ部３４の中間位置３５と木材部品１０の当接面１２との距離Ｌ１が、１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以下であることが好ましい。第２実施形態と同様に、当接面１２の面積が、ねじ１本当たり１００ｍｍ^２以下であってもよい。

被締結部品２０が木材を含む場合は、被締結部品２０に含まれる木材が、吸湿により膨張し、乾燥により収縮する。また、被締結部品２０が金属、樹脂等の非木質材料である場合は、木材に比べて温度による膨張又は収縮が大きく、高温で膨張し、低温で収縮する。
被締結部品２０が膨張したときには、ねじ３０の長手方向に沿って頭部３１にねじ３０を引き抜く方向に、ねじ３０の頭部３１が変位し得る。頭部３１の変位量が大きいと、ねじ３０を引き抜く方向の力がより強く作用し、雄ねじ部３３と木材部品１０との間の噛み合いに塑性的な永久変形が生じて、締結構造に劣化又は損傷が生じ、締結状態が緩むおそれがある。

そこで、本実施形態では、被押圧面２３と当接面１２との距離Ｌ２に上限を設けることにより、被締結部品２０の膨張又は収縮の絶対量を小さくし、被締結部品２０の膨張又は収縮に起因するねじ３０の緩みを抑制することができる。距離Ｌ２の例示としては、特に限定されないが、２ｍｍ程度、１．５ｍｍ程度、１ｍｍ程度、０．５ｍｍ程度、などが挙げられる。

ねじ３０の頭部３１の座面が非平面である場合、被押圧面２３の位置は、頭部３１が被締結部品２０に接触する箇所のなかで、最も当接面１２に近い位置としてもよい。ねじ３０の頭部３１と被締結部品２０の被押圧面２３との間に不図示の座金を介在させる場合は、座金の厚さを距離Ｌ２から除外してもよい。
距離Ｌ１に上限を設ける条件と、距離Ｌ２に上限を設ける条件とを併用することにより、有効ねじ部３４に噛み合う木材組織が可逆的に変形する効果と併せ、ねじ３０の緩みを防止する効果を拡大することができる。

被締結部品２０が、木材部品１０と同様に、比重が０．８５ｇ／ｃｍ^３以下の木材から構成される場合は、距離Ｌ１と距離Ｌ２との合計量、すなわち、有効ねじ部３４の中間位置３５と、被締結部品２０の被押圧面２３との距離に上限が設けられてもよい。距離Ｌ１と距離Ｌ２との合計量をＬ３とする場合、距離Ｌ３が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
距離Ｌ３の例示としては、特に限定されないが、１０ｍｍ程度、９ｍｍ程度、８ｍｍ程度、７ｍｍ程度、６ｍｍ程度、５ｍｍ程度、４ｍｍ程度、３ｍｍ程度、などが挙げられる。

図６は、第４実施形態の締結構造の一例を模式的に示す。上述の締結構造において、有効ねじ部３４が、木材部品１０の冬目１６に絡んでいてもよい。温帯から寒帯で成長する木材は、通常、季節による細胞壁の成長速度の違いにより、冬目１６と夏目１７とが交互に形成されて年輪が生じる。夏目１７よりも冬目１６のほうが高い強度を有し、冬目１６と夏目１７との特性差によるバラツキが大きい。このため、雄ねじ部３３が冬目１６を含む部分に噛み合う場合には、粘弾性的な可逆変形特性を高めることができる。

例えば、有効ねじ部３４の近傍において、平均年輪間隔Ｒを、ねじ３０の軸線Ａと年輪面の法線Ｎとの成す角度θの余弦で除算した値（Ｒ／ｃｏｓθ）は、軸線Ａに沿う方向における冬目１６の平均距離となる。そこで、有効ねじ部３４の長さをＲ／ｃｏｓθより大きく設定することで、有効ねじ部３４が冬目１６に絡む締結構造をより確実に構成することができる。

ねじ３０による締結は、接着等に比べ管理項目が少なく作業性に優れる。また、ねじ３０は脱着可能なため、木材部品１０と被締結部品２０との間にスペーサーを介在させた場合には、高さや角度を試行しながら調節することが可能になる。接着等で被締結部品を固定した場合、その後で被締結部品の高さや角度を微調整しようと思っても着脱が困難である。このため、例えば鍵盤楽器における木製キー等の木材部品に機能部品を固定する際に、機能部品をねじにより木材部品に締結することで、品質の安定性や作業性の改善を図ることができる。機能部品が木材部品に対して着脱可能とすることにより、高さや角度の異なるスペーサーに交換することが可能になる。

楽器用の機能部品としては、動作力伝達部材（スイッチ駆動（ＳＷ）アクチュエータ、ハンマ駆動アクチュエータ、アフターセンサ押し子等）、動作検出手段（センサ、反射板、グレースケール、シャッター板等）、キーガイド機構、キー動作規制機構（レスト、アガキ、Ｌ足部等）、緩衝材（フェルト、ゴム、発泡材等）、質量体（カウンターウェート等）、保護板（グリスカバー等）等が挙げられる。楽器としては、特に限定されないが、ピアノ等の鍵盤楽器、ハープ等の弦楽器、打楽器、管楽器等が挙げられる。

図７は、鍵盤楽器における鍵盤装置の要部を模式的に示す。図７は、鍵盤装置４０のうち、白鍵４１Ｗと黒鍵４１Ｂを１つずつ示す。木製キー４１は、長尺部品である、このため、木理の直進性が高く、節などの除外部位が一定距離にわたって無い部材を得やすい針葉樹から木製キー４１を構成することが有利である。木製キー４１の一方の端部付近にはバックチェック部品４２が固定されている。バックチェック部品とは、鍵盤楽器のアクション機構（図示しない）に含まれるハンマを受ける機構部品である。木製キー４１が押鍵されたとき、その動作に連動してハンマが弦を叩きにいったのち、反発して戻ってくる。
その戻ってくるハンマをバックチェック部品が受けて制動する。

例えば、木製キー４１にバックチェック部品４２を固定する際に、ねじ３０による締結構造として、上述の各実施形態の締結構造を採用することができる。この場合、木製キー４１に対する被締結部品としては、バックチェック部品４２又はスペーサーが挙げられる。木製キー４１とバックチェック部品４２との間にスペーサーが介在される場合は、図１に示す木材部品１０の被締結部品２０との当接面１２の位置は、木製キーがスペーサーに当接する面の位置であってもよい。

鍵盤装置の木製キーには、ハンマなどのアクション部分とのバランスをとるための質量体としてカウンターウェートを固定することがある。木製キーにカウンターウェートを固定する場合は、木製キーに形成した凹部にカウンターウェートを収容し、木製キーに対してカウンターウェートをねじで締結することが可能である。木製キーとカウンターウェートとの締結構造として、上述の各実施形態の締結構造を採用することができる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
上述の実施形態では楽器を主として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上述の締結構造は、例えば長尺の木材部品に他の部品が締結され、緩みにくい締結状態が求められる用途に好適である。他の用途の例示として、例えば、工芸品、からくり等が挙げられる。
また、上述した実施形態において用いられたねじは、一般的な一条ねじに限らず、二条ねじを用いてもよい。一条ねじは、１回転で進む距離（リード）がピッチに等しく、１回転で１ピッチ移動する。二条ねじは、１ピッチ間に２条のらせんがあり、一条ねじに比べてリードが２倍となるねじである。

上述した本発明の実施形態によれば、木材部品が膨張又は収縮しても、被締結部品と木材部品との締結状態の緩みを抑制することが可能になる。

Ａ ねじの軸線
Ｄ ねじの呼び径
Ｌ１ 有効ねじ部の中間位置と当接面との距離
Ｌ２ 被押圧面と当接面との距離
Ｎ 年輪面の法線
Ｒ 平均年輪間隔
θ ねじの軸線と年輪面の法線との成す角度
１０ 木材部品
１１ 表面
１２ 当接面
１３ 軸近傍部
１４ 下孔
１５ 凹部
１６ 冬目
１７ 夏目
２０ 被締結部品
２１ 裏面
２２ 突起
２３ 被押圧面
３０ ねじ
３１ 頭部
３２ 軸部
３３ 雄ねじ部
３４ 有効ねじ部
３５ 中間位置
４０ 鍵盤装置
４１ 木製キー
４２ バックチェック部品。

Claims (7)

1. 木材部品に対してねじにより被締結部品を締結する締結構造であって、
   前記木材部品は比重が０．０８ｇ／ｃｍ^３以上０．８５ｇ／ｃｍ^３以下の木材からなり、
   前記ねじは呼び径が０．８ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であり、
   前記ねじの軸部に形成された雄ねじ部と前記木材部品とが噛み合う部分である有効ねじ部の長手方向における中間位置と、前記木材部品の前記被締結部品との当接面との距離が１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である締結構造。
2. 前記当接面の面積が、前記ねじ１本当たり１００ｍｍ^２以下である請求項１に記載の締結構造。
3. 前記木材部品と前記被締結部品とが対向する少なくとも一方の面に、複数の突起を有する請求項２に記載の締結構造。
4. 前記被締結部品が前記ねじの頭部から押圧される被押圧面と、前記当接面との距離が２ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の締結構造。
5. 前記有効ねじ部が、前記木材部品の冬目に絡んでいる請求項１〜４のいずれか１項に記載の締結構造。
6. 木製キーを有する鍵盤装置であって、前記木製キーが前記木材部品であり、請求項１〜５のいずれか１項に記載の締結構造を有する鍵盤装置。
7. 前記被締結部品がバックチェック部品である請求項６に記載の鍵盤装置。

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