(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔率が２２％であり、ヤング率が５．３×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材、又は気孔率が３６％であり、ヤング率が３．２×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材と、弾性率が０．０５又は３ＧＰａであるアクリル樹脂の流体とを用意し、該セラミックス材に該流体を含浸させた後に該流体を硬化させ、ヤング率が１０〜１００ＧＰａであり、内部摩擦の自然対数が１×１０-3以上のセラミックス製品を製造することを特徴とするセラミックス製品の製造方法。
【請求項２】
気孔率が２２％であり、ヤング率が５．３×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材、又は気孔率が３６％であり、ヤング率が３．２×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材と、該セラミックス材に含浸された弾性率が０．０５又は３ＧＰａであるアクリル樹脂の固化体とからなり、ヤング率が１０〜１００ＧＰａであり、内部摩擦の自然対数が１×１０-3以上であることを特徴とするセラミックス製品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はセラミックス製品の製造方法とセラミックス製品とに関する。本発明は楽器、建材等及びそれらの製造方法に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、切削加工性を有するセラミックス材に合成樹脂を含浸して素材を得、この素材を所望の形状の楽器に仕上げる製造方法が知られている（特開平２−１８１７８７号公報）。
【０００３】
この製造方法により製造される楽器では、従来のような木材から製造された楽器に比し、セラミックス材及び合成樹脂に起因する優れた耐久性と、非吸水性及び非通気性の楽器に必要な音響特性とを発揮できる。また、かかる製造方法では、天然の木材を使用しないことから、環境問題でも優れた効果を発揮できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本来、製造しようとするセラミックス製品は、その用途に応じ、種々の特性を必要とする。こうであるにもかかわらず、上記従来のセラミックス製品の製造方法では、耐久性、非吸水性及び非通気性以外、必要な特性を何ら考慮せずにその楽器を単に製造するだけである。
【０００５】
つまり、従来の製造方法では、製造しようとするセラミックス製品の用途に応じ、そのセラミックス製品がいかなる特性を必要とし、そのセラミックス製品がその特性を有するようにするためにはどうすべきかについて、何ら考慮していなかった。このため、従来の製造方法では、外観上及びある程度の機能上のセラミックス製品は得られるものの、そのセラミックス製品はその用途において本当に満足し得る特性を有するか否かが明らかでなかった。
【０００６】
本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、ある用途において満足し得る特性を有するセラミックス製品を確実に製造可能とすることを解決すべき課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックス製品の製造方法は、気孔率が２２％であり、ヤング率が５．３×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材、又は気孔率が３６％であり、ヤング率が３．２×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材と、弾性率が０．０５又は３ＧＰａであるアクリル樹脂の流体とを用意し、該セラミックス材に該流体を含浸させた後に該流体を硬化させ、ヤング率が１０〜１００ＧＰａであり、内部摩擦の自然対数が１×１０-3以上のセラミックス製品を製造することを特徴とする。
【０００８】
本発明の製造方法では、まず、製造しようとするセラミックス製品の用途に応じた所望特性を把握する。
【０００９】
例えば、製造しようとするセラミックス製品が木琴、マリンバ、拍子木、カスタネット、木魚等の打楽器の発音体であれば、高密度であること、高硬度であること、内部摩擦（Ｑ-1）が小さいこと等の特性を必要とすると考えられる。
【００１０】
また、製造しようとするセラミックス製品がピアノ、バイオリン、ギター、琵琶、琴等の弦楽器の響板であれば、これらは特定範囲の密度であること、高比弾性であること、低減衰率であること等の特性を必要とすると考えられる。
【００１１】
さらに、製造しようとするセラミックス製品がクラリネット、リコーダ、尺八等の木管楽器の共鳴管であれば、これらは特定範囲の減衰率、特定範囲の弾性率（ヤング率）であること、弾性率の異方度等の特性を必要とすると考えられる。
【００１２】
また、これら楽器には、振動特性、音響放射特性、振動伝播特性等の特性の検討も必要であると考えられ、かつ製造時に切削等を必要とするのであれば、切削容易性等の機械的特性も必要である。このため、これらの音響特性及び機械的特性を把握する。
【００１３】
ここで、楽器の振動特性は、打音の場合、打撃表面が変形しやすく、接触時間が長い材質のものであるほど、高周波までの成分が得られにくく、低周波側が中心の柔らかい音色となる。
【００１４】
また、楽器の音響放射特性は、平坦な周波数特性を有する振動（ホワイトノイズ）でその材質の棒状の試料を強制的に振らせた時に生じる音に明確に反映される（強制振動下での音響スペクトル）。硬質の材質からなる楽器では共振点前後で音圧レベルの変化が激しいのに対し、軟質の材質からなる楽器ではその差が小さい。これは、硬質の材質からなる楽器の方が軟質の材質からなる楽器に対して、内部摩擦が１／１０〜１／３０であることによる。また、硬質の材質からなる楽器では、高い周波数まで、共振点のピークが高いほど振動の音への変換効率（音響変換率）が高い。このため、軟質の材質からなる楽器には、低い周波数成分を相対的に強め、人間にとって耳障りな高周波成分を抑えるフィルター効果があることがわかる。このようなフィルター効果は、結晶方向が均一なセラミックス材を採用する場合、その結晶方向のたわみ変形による内部摩擦が高周波側で大きくなる場合において、自由減衰下で顕著となり、音の柔らかさを特徴づける。曲げたわみによる内部摩擦とせん断たわみによる内部摩擦との違いによっても音響スペクトルがみられる。
【００１５】
さらに、振動は材質の固有音響抵抗値（音響インピーダンス）（Ｅρ）1/2が小さいほど伝わりやすく、音の伝播や振動応答は比ヤング率（弾性率／比重）が大きいほど速い。軟質の材質からなる楽器は、密度、弾性率ともに低く、音響抵抗は小さい。しかし、軟質の材質からなる楽器でも、結晶方向が均一なセラミックス材を採用する場合、その結晶方向の比ヤング率は、硬質の材質からなる楽器並となり、振れやすく、振動変化に対する応答性がよい。また、軟質の材質からなる楽器は、比ヤング率の割に内部摩擦が大きいことで、硬質の材質からなる楽器に比して周波数特性が平坦であり、一つ一つの音の減衰が速く重ならない特徴を有し、響板材料に適していると考えられる。
【００１６】
さらに具体的には、製造しようとするセラミックス製品が葦からなるリードと呼ばれる共振板を一体的にもつクラリネットのマウスピース本体であれば、このマウスピース本体には弾性率、内部摩擦等の音響特性が必要であるとともに、切削容易性等の機械的特性も必要であるため、これらの音響特性及び機械的特性を把握する。
【００１７】
また、製造しようとするセラミックス製品が建材や機械等の構造部品であれば、これら建材や構造部品には引張強度、曲げ強度、弾性率、切削容易性等の機械的特性が必要であるため、これらの機械的特性を把握する。
【００１８】
そして、セラミックス材と流体とを用意する。ここで、セラミックス材は多孔質のものであり、その第１特性は把握されている必要がある。セラミックス材としては、特公平４−２１６３２号公報記載の切削加工性に優れたセラミックス焼結体を採用することができる。セラミックス材の第１特性は、気孔率、ヤング率である。他方、流体としては、熱硬化性樹脂のアクリル樹脂を採用する。流体の第２特性は、アクリル樹脂の弾性率である。
【００１９】
この後、セラミックス材に流体を含浸させ、第１特性、第２特性及び含浸割合の少なくとも一つを調整することにより、セラミックス製品を製造する。この際、含浸割合を調整すれば、セラミックス製品に空気が充填された気孔を残存させることができるため、セラミックス製品がセラミックス材と熱硬化性樹脂の固化体と空気とで複合化し、より所望特性の実現が可能となる。セラミックス材に熱硬化性樹脂を含浸させた後、熱硬化性樹脂を硬化させてセラミックス製品を得ることができる。なお、減圧・加圧の程度、時間及び処理温度を含めた含浸方法は適宜選択する。
【００２０】
得られたセラミックス製品は、気孔率が２２％であり、ヤング率が５．３×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材、又は気孔率が３６％であり、ヤング率が３．２×１０5Ｋｇｆ／ｃｍ2である多孔質のセラミックス材と、該セラミックス材に含浸された弾性率が０．０５又は３ＧＰａであるアクリル樹脂の固化体とからなり、ヤング率が１０〜１００ＧＰａであり、内部摩擦の自然対数が１×１０-3以上であるものとなる。なお、この後、意匠性、質感、安全性、感触等の観点から、塗装、研磨等の表面処理を行なうこともできる。
【００２１】
したがって、本発明の製造方法では、その用途において本当に満足し得る特性を有するセラミックス製品を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
実施形態では、クラリネットのマウスピース本体をセラミックス製品として製造する。このマウスピース本体では、その振動特性がリードの自由振動に影響を与えると考えられる。その際、リードが振動すると、その支点及びリードの開閉に伴い、マウスピース本体に周期的振動が与えられる。そして、マウスピース本体の振動が再度リードに振動を与え、リードの自由振動に位相の異なる振動が合成され、音源であるリードの純振動に影響を及ぼし、これが音色として表れる。
【００２４】
このため、従来のエボナイト材以上、ひいてはグラナディラ材並の音を期待するためには、マウスピース本体に弾性率（ヤング率（Ｅ））が１０〜１００（ＧＰａ）、内部摩擦の自然対数（ｌｏｇＱ-1）が１×１０-3以上の音響特性が望まれる。弾性率が大きいほど、リードを固定する支点が剛体となり、加工精度も高く、変形しにくいからである。また、内部摩擦が大きいほど、振動の減衰が速く、リードに振動を伝播しにくくなるからである。
【００２５】
発明者らの試験結果によれば、マウスピース本体としては、比ヤング率（弾性率（Ｅ）／比重（ρ））が１０（ＧＰａ）以上、かつ内部摩擦の自然対数が１×１０-3以上であることが好ましいと考えられる。特に、比ヤング率が１５（ＧＰａ）以上であったり、内部摩擦の自然対数が２×１０-3以上であったりすることが好ましいと考えられる。
【００２６】
そして、セラミックス材と流体とを用意する。セラミックス材は特公平４−２１６３２号公報記載の切削加工性に優れた丸棒形状のセラミックス焼結体である。このセラミックス材は第１特性としての気孔率が３６％、弾性率が２７．９（ＧＰａ）、内部摩擦の自然対数が４．６０×１０-4である。
【００２７】
なお、同様のセラミックス材は、高密度タイプのものと低密度タイプのものとで以下の表１に示すより詳細なみかけ気孔率等を有している。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
また、同様のセラミックス材は、高密度タイプのものと低密度タイプのものとで以下の表２に示す切削容易性を有している。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
他方、流体として、軟質及び硬質のアクリル樹脂を用意する。軟質のアクリル樹脂の第２特性としての弾性率は０．０５（ＧＰａ）であり、硬質のアクリル樹脂の第２特性としての弾性率は３（ＧＰａ）である。
【００３２】
この後、セラミックス材に軟質又は硬質のアクリル樹脂を含浸させる。この際、セラミックス材の気孔に対して１００％の含浸割合とする。硬質のアクリル樹脂を含浸させたものを実施例１とし、軟質のアクリル樹脂を含浸させたものを実施例２とする。この後、これらのアクリル樹脂を硬化させる。こうして、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す素材１を得る。
【００３３】
これらの素材１に対し、切削加工を行い、セラミックス製品として、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すマウスピース本体２を得る。これらのマウスピース本体２は、上記第１特性を有する多孔質のセラミックス材と、このセラミックス材に含浸・固化された第２特性を有するアクリル樹脂とからなる。この後、所望により、塗装等の表面処理が行われる。
【００３４】
これらのマウスピース本体２には、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、取付金具３により葦からなるリード４が取り付けられるとともに、挿入部にコルク５を取り付け、マウスピース６とされる。そして、既存のＡＢＳ製又は木材製の残部にこのマウスピース６を取り付け、図４に示すように、クラリネットとされる。
【００３５】
（評価１）
比較例１としてセラミックス材単体でマウスピース本体を製作し、実施例１、２及び比較例１のマウスピース本体について弾性率及び内部摩擦を比較した。結果を図５に示す。
【００３６】
図５より実施例１、２のマウスピース本体は所望特性を有することがわかる。奏者もそれらのマウスピース本体をもつクラリネットの音色に満足していた。
【００３７】
（評価２）
エボナイトで製作したマウスピースを比較例２とし、真鍮で製作したマウスピースを比較例３とし、黒檀で製作したマウスピースを比較例４とし、ガラスで製作したマウスピースを比較例５とする。実施例２及び比較例２〜５のマウスピースについて振動特性を評価した。ここでは、各マウスピースのリードに発振器により図６に示す入力振動を２ｍｓｅｃ与え、各マウスピースの挿入部側の側面に設けたレシーバにより図６に示す出力振動を得た。この際の応答性及び振動減衰性を表３に示す。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
図６及び表３より、剛性の高い材料である金属としての真鍮やガラスで製作した比較例３、５のマウスピースは、立ち上がり振動が大きいことから応答性が速い一方、長期に振動が継続していることから振動減衰性が低いことがわかる。
【００４０】
他方、剛性の低い材料であるエボナイトで製作した比較例２のマウスピースは、立ち上がり振動が小さいことから応答性が遅い一方、長期に振動が継続しないことから振動減衰性が高いことがわかる。
【００４１】
これらに対し、実施例２のマウスピースは、立ち上がり振動が大きいことから応答性が速く、長期に振動が継続しないことから振動減衰性が高いことがわかる。この点、実施例２のマウスピースは、黒檀で製作した比較例４のマウスピースと同様であるが、比較例４のマウスピースのような振動減衰性のばらつきも無く、安定した音色を奏し得るものであることがわかる。
【００４２】
（評価３）
また、実施例２及び比較例１のマウスピース本体について、吸水率（％）、比重、弾性率（ＧＰａ）、熱伝導率（Ｗ／ｍｋ）及び室温から１００°Ｃまでの線熱膨張係数（ｃｍ／°Ｃ）を比較した。結果を表４に示す。
【００４３】
【表４】
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【００４４】
表４から、実施例２のマウスピース本体は比較例１のそれよりも吸水率が大幅に低下していることがわかる。このため、実施例２のマウスピース本体は唾液による音色の不安定さを解消し得ることがわかる。
【００４５】
（評価４）
さらに、実施例２及び比較例２〜４のマウスピース本体について、比重、ヤング率（ＧＰａ）及び内部摩擦の自然対数を比較した。結果を表５に示す。
【００４６】
【表５】
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【００４７】
また、ＡＢＳ、アクリル又はアルミニウムからなる素材を用意し、これらＡＢＳ、アクリル又はアルミニウムで作製したマウスピース本体を比較例６〜８とする。そして、実施例２及び比較例１〜４、６〜８のマウスピース本体について、比ヤング率及び内部摩擦を比較した。結果を表６及び図７に示す。
【００４８】
【表６】
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【００４９】
表５、表６及び図７から、実施例２のマウスピース本体は黒檀からなる比較例４のマウスピース本体に近いことがわかる。
【００５０】
（評価５）
比較例２のマウスピース本体及び実施例２のマウスピース本体について、縦方向及び横方向のひずみ（μｍ）を比較した。結果を表７に示す。
【００５１】
【表７】
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【００５２】
表７から、比較例２のマウスピース本体では横方向のひずみが大きいのに対し、実施例２のマウスピース本体ではどちらの方向にもひずみが無いことがわかる。
【００５３】
また、取付金具としてプレート＃１〜３の取付金具Ｎｏ．１と取付金具Ｎｏ．２とを用意し、比較例２及び実施例２のマウスピース本体にこれらの取付金具でリードを取り付けてマウスピースとする。これらのマウスピースの縦方向及び横方向のひずみを比較した。結果を表８に示す。
【００５４】
【表８】
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【００５５】
表８から、実施例２のマウスピースは、比較例２のマウスピースに比して、縦方向及び横方向のひずみがかなり小さいことがわかる。
【００５６】
（評価６）
実施例２及び比較例２のマウスピースについて、息圧（ｋＰａ）に対する相対音圧（ｄＢ）を測定した。高音部の測定結果を図８に示し、低音部の測定結果を図９に示す。
【００５７】
図８及び図９より、実施例２のマウスピースは、比較例２のマウスピースに比して、広いダイナミックレンジを示すことがわかる。
【００５８】
以上の評価より、実施例２のマウスピースは、優れた音色を奏し得るものであることがわかる。
【００５９】
したがって、実施形態の製造方法によれば、その用途において本当に満足し得る特性を有するクラリネットのマウスピース本体２を製造できることがわかる。
【００６０】
なお、本発明は、楽器ばかりでなく、建材や機械等の構造部品を製造する場合にも適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係り、セラミックス材にアクリル樹脂を含浸・固化させた素材の断面図である。
【図２】実施形態に係り、素材を切削加工したマウスピース本体の断面図である。
【図３】実施形態に係り、マウスピース本体にリード等を取り付けたマウスピースの断面図である。
【図４】実施形態に係り、クラリネットの正面図である。
【図５】評価１に係り、実施例１、２及び比較例のマウスピース本体についての弾性率と内部摩擦とを示すグラフである。
【図６】評価２に係り、実施例２及び比較例２〜５のマウスピースについての入力振動及び出力振動の相関図である。
【図７】評価４に係り、実施例２及び比較例１〜４、６〜８のマウスピース本体についての比ヤング率及び内部摩擦のグラフである。
【図８】評価６に係り、実施例２及び比較例２のマウスピースについての高音部における息圧と相対音圧との関係を示すグラフである。
【図９】評価６に係り、実施例２及び比較例２のマウスピースについての低音部における息圧と相対音圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２…セラミックス製品（マウスピース本体）
【図１】
0003957955.tif 000010
【図２】
0003957955.tif 000011
【図３】
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【図４】
0003957955.tif 000013
【図５】
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【図６】
0003957955.tif 000015
【図７】
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【図８】
0003957955.tif 000017
【図９】
0003957955.tif 000018