弦乐器琴顶件的制作方法

专利名称：弦乐器琴顶件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有一个空心琴身和一个琴颈的弦乐器，如吉他。本发明特别涉及的是弦乐器琴身的琴顶件以及一种制造琴顶件的方法。
在这里公开的某些资料正是在以下命名为“弦乐器琴身和琴颈组件”的美国专利申请(美国代理机构案卷号M27-879)中所公开和主张的，在此与之结合以作参考和同时提交。
上文所大体描述的传统的高质量吉他的最重要的部件之一是琴顶件的声板部分。琴弦的振动通过琴马传递到声板。因此，声板的构造对于吉他的总体音响性能具有重要的影响。
在古典吉他中，有细密纹理的软木，如云衫、红松或红木，因其具有优美的音调和良好的外形而经常用作声板的材料。但是，木制的乐器在成分上天然具有脆弱性，尤其是怕潮、怕湿和怕热。木制声板的硬度随湿度的不同而变化。例如，木制声板在高湿度条件下的凹陷、内向横切、压弯、打滑或开裂并且在琴弦张力下的变形。在热和干燥条件下木头的破裂的趋势向我们提出了进一步的难题。由于木材的物理特点变化，制造具有统一发音品质的乐器是困难的。
同样，大体必须提供单独的构造上的加固(如支架和琴颈块)来补偿木制乐器中的琴弦张力。支架还用来将琴马收到的琴弦振动分配到琴顶件上并且对琴顶件声孔附近区域提供构造加固。这些加固相当大地增加了这种乐器的制造成本和重量，并且会对音调产生影响。
为解决许多与木制乐器相关的难题，过去曾提议用复合材料制造琴顶件和其他吉他部件。词语“复合材料”指的是主要由两种或多种防侵蚀非木制材料组成的材料。例如，嵌在环氧树脂基体中的碳纤维，该碳纤维中的纤维或随机单向排列或织成织物。但是，琴顶件复合材料制成的声板大体并不具有与木制声板相同的所需音调以及其他反应特征。
为解决这一难题，现有技术的一些复合琴顶件采用的是一个层压构造，该层压构造至少包括一对复合材料层，其中间有一个木材或者可能由其他材料如aramid材料制成的核心层粘结在一起(“aramid”在《玛利安姆·韦伯斯特学院字典》中有所解释，在本申请中是作为一种可制成纤维、细丝或薄片、特别是可制成纺织品或塑料制品的、重量轻但却十分耐热的合成芳香聚酰胺材料)。核心层越能够自由地振动，乐器的音调质量就越好并且声板部分越能接近木制声板的音响性能。但是，在现有的带有木材或其他核心层的层压声板中，核心层一直延伸到乐器琴身的侧壁以致于接近侧壁，从而复合材料层夹紧核心材料层，在很大程度上就如同振动铙钹的外边被夹住而受到限制一样限制了核心振动。
而且，为减少重量，现有的层压合成琴顶件经常以相对薄的材料制成。其结果是，琴顶件最初是易弯曲的并且要求有相当多的支架提供琴顶件的构造上的加固，尤其是在琴顶件声孔的附近区域的加固。
因此，这就需要一种可用于声弦乐器或声/电弦乐器琴身的、改进的琴顶件。
本发明提供一种空心琴身的弦乐器如吉他用的、有大体平坦的前向部分的琴顶件，它采用的是层压构造，这与现有技术相比是优点和改进方案。前向部分的里面部分(声板部分)是从乐器琴身的侧壁隔开的部分，包括中间粘合有核心层的一对复合材料层。无核心曲边部分将里面部分包围并且使得里面部分的振动能比现有技术的层压声板自由得多，从而提高了音响性能。此外，在琴顶件安装在琴身时，向后突出的侧缘和向后突出的声孔凸缘提供了构造上的加固。这也相对于现有技术明显地减少了琴顶件所需要的支架的数量。支架也使得琴顶件能够以一种单一、有效和外观吸引人的方式安装在乐器琴身的侧壁。
本发明中还在于，琴顶件用于一种乐器的琴身，所述琴身包括外表面大体垂直于前向部分的侧壁，前向部分的曲边部分有一个外边和一个内侧壁，其中，侧缘从曲边部分的内表面向后突出并且沿着曲边部分的边延伸。而且，侧缘有一个横向朝内的表面，它大体垂直于前向部分，适用于在琴顶件与侧壁的安装的过程中能与侧壁的外表面配合。因此，使得不再需要辅助性安装环、衬条或其他大体用于将琴顶件与侧壁连接的部件。
本发明的另一特征在于里面部分的核心层有至少一个开口来界定声孔边界，并且在于与声孔边界相邻，一对复合材料层彼此互相粘合接触并呈弯曲状以形成一个从里面部分的后表面向后突出的凸缘，从而加固了声孔附近的里面部分。附加性支架以独特的制造琴顶件的方式而用于一起固化到里面部分的内表面。
通过以下对本发明优选的实施方案以及附图及权利要求的具体描述将显示本发明的其它特征和优点。


图1是根据本发明构造的一个吉他的平面图；图2是图1吉他的侧视图；图3是从图1局部剖开的琴顶件的平面图；图4是图3琴顶件的侧视图；图5是沿着图1线5-5截取的琴顶件和琴身侧壁的横剖视图；图6是沿着图3线6-6截取的琴顶件的里面部分的声孔的横剖视图图7是沿着图4线7-7截取的琴顶件的底视图8是沿着图7线8-8截取的一个有代表性的支架的横剖视图。
参阅图1和2，实施本发明的吉他10包括一个空心琴身12，进一步包括一个包括碗状琴背件14和一个相对薄的琴顶件16，琴顶件16有由之穿过的四个声孔18。一个细长的琴颈件20从琴身12向上伸并在琴轴头22处终止，琴轴头22上有六根琴弦20用的栓头24，并且在其前面安装有档子板28。琴弦26延伸在琴顶件16的琴轴头22与琴弦马30之间。
如这里以及以下权利要求书之所述，所讨论的乐器中用到相关词语“上面”、“下面”、“前向”、“后面”和他们的派生词均是假设以图1为正向而阐述的，如琴轴头是在最上，琴颈大体是竖直的，而琴顶件则面对的是读者。
如图3和4所示，琴顶件包括一个平坦的前向部分32，并且侧缘34沿着前向部分32的外边35延伸并且从那里向后突出。前向部分32有一个里面部分36，如声板部分，和一个沿着里面部分的外围40伸展的曲边部分38。里面部分36还包括带有板块42的四个声孔18。
前向部分32的里面部分36包括一个外部复合材料层44和一个内部复合材料层46以及一个核心层48粘合在内部和外部层44与46之间。每一个复合材料层44与46都用各种嵌入在一个适当的树脂材料基体中的纤维加固材料制造，但是最好每一个都用嵌入在环氧树脂如EPON826中的碳纤维的编织纤维制造。核心层48最好是木制层，但是也可以由其他合适材料的制成，如aramid材料。
参阅图5，复合材料层44和46从里面部分36的外围50向外侧伸展并且互相粘结组成前向部分32的无核心曲边部分38。如下文中更为详细的描述的，里面部分36有一个内表面80，多个直的支架82(最好见图7和8)从内表面向后突出。曲边部分38有一个外边52和一个内表面54。琴顶件16的侧缘34是粘合的复合材料层44和46的进一步延伸，侧缘以预定的曲率半径47进行弯曲以便从内表面54向后突出，并且侧缘沿着曲边部分38的外边52延伸。预定曲率的半径47的范围最好是在3/8英寸到3/4英寸之间。侧缘34有一个横向朝内的表面56，它大体垂直于前向部分32。琴身12的凹处14有一个琴身侧壁58和外表面60，大体垂直于前向部分32。侧缘34的朝内的表面56在将琴顶件16安装到凹处14时能够与琴身侧壁58的外表面滑动配合。
琴身侧壁58包括一个前边62。前边62的附近，琴身侧壁58横向朝内地插入以提供一个朝内插入的壁部分64以及位于前边62往后的朝前肩66。侧缘34包括一个在琴顶件16安装在琴身侧壁58时靠在肩66上的后边68。此外，侧壁34包括一个横向朝外的侧壁，在琴顶件16安装在侧壁58之后，与肩66后面的侧壁58的外表面平齐。
侧壁34从曲边部分38的内表面54向后突出，其距离比肩66与侧壁58的前边62之间的距离大。这就使得侧壁34的后边在靠近肩66时，曲边部分38的内表面54与琴身侧壁58的前边62之间有一个间隙76。
在吉他10中，当弹奏琴弦26时，声音振动(如声波)就通过琴马30传递到琴顶件16的里面部分36。与现有吉他的声板相比，由于曲边部分38的天然伸缩性，里面部分36的外围50不能被刚性地保持因此较自由地振动。而且，曲边部分38的内表面54与琴身侧壁58的前边62之间的间隙76充分地减少了对其曲边部分38和里面部分36的振动的构造上的限制。由于里面部分36对琴弦剧烈振动的反应具有较不受限制的自由，故与现有的吉他相比，显著提高吉他10的整体音调、动态、持续性和其他听觉特点。
参阅图6，琴顶件16的里面部分36有一个声孔外围78，以及一对复合材料层44和46，向外围78的内侧伸展从而形成凸缘45。这就是，使得声孔外围78内侧的复合材料层44和46互相接触粘结在一起，并且从里面部分36的内表面80向后突出以提供凸缘45，凸缘45加固了位于声孔18的里面部分36。在工作中，通过声孔凸缘45进行构造加固减少了对支架的需求，并因此提高了音响性能。
参阅图7，多个直的支架82从里面部分36的内表面80向后突出。尽管在本实施方案中，以扇状样式示出支架82，还可以使用其他的支架样式，如垂直样式，或样式的组合还可以使用十字支架。此外，还可以使用其他形状(如圆形)的支架。支架82最好用树脂基体中的石墨纤维织物，或树脂基体中的单向石墨纤维，和/或树脂基体中的石墨织物与单向石墨纤维的组合制造。其他材料，如玻璃纤维或aramid材料也同样可以采用。
参阅图8，支架82每个最好包括多个互相层压的合成层或桩84并与琴顶件16的复合材料一起固化，以将柱82与里面部分36的内表面80粘合。桩84的数量与支架、织物和/或单向纤维的类型以及形状由所需要的吉他10的音调质量预先确定。
如以下更为详细的描述，可以采用几种生产工艺(如真空/烤炉，高压蒸锅和树脂转移模制)以便一起固化支架82和琴顶件16。生产数量、成本和进度决定工艺选择。低生产率的生产可能采用真空/烤炉处理方法以限制在重要设备上的投资和非循环工具的投资。大量生产可能采用真空/高压蒸锅工艺或树脂转移模制工艺以调整在重要设备上的投资非循环性工具上的投资。
在真空/高压蒸锅工艺或真空/烤炉工艺中，通过某一种设备或采用模板和剃须刀片类型的器具，手工地将各个的支架层84按规格预裁切成特定的几何形状。它们以特定的顺序事先堆叠，然后将它们安置到已放在准备好的母铸模中的未固化的内部合成层46的内表面上。安装心轴以便用于在固化过程中施加压力并保持支架最后的形状，将附加的弹性体心轴放置在搁置的组件里，然后在整个组件覆膜模层。组件在烤炉或高压蒸锅里真空膨胀并固化。
在树脂转移模制工艺中，所有织物和单向石墨纤维大体是干的(未预先注入树脂)，也可以把它们稠化以在预成型操作完成之后保持形状。在某些需要独特的声音衰减的特殊区域，把预浇注石墨纤维和/或单向预浇注石墨纤维插入干层压片里。最初，按照上述的类似方式将石墨材料按规格裁切，然后放在模具里真空加热压紧，产生预型。然后将该预型材料修整成最后的外形并将其装入包含有预先压紧的琴顶件组件的树脂转换模里。用真空把低粘底树脂注入预型中然后热油自含压力用于支架和琴顶件组件的共同固化。在树脂转换处理中，滚筒加压也用于抑制模制压力。
把共同固化过的支架/琴顶件组件从模具移开并去光。整修仅限于需要清理的区域，和随后的盆/琴颈组件操作通道。
尽管图示说明了优选的实施方案，在不背离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种修改和替代。因此，应当理解，通过图例说明而不是局限了本发明。
权利要求
1．一种声弦乐器琴身的琴顶件包括一个具有一里面部分的前向部分，当琴顶件安装到琴身之后里面部分从琴身侧壁往里隔开，里面部分具有一对复合材料层，将一个核心层粘合在两者之间；并且前向部分进一步包括一个无核心曲边部分围着里面部分的外周，曲边部分至少有所述复合材料层之一。
2．如权利要求1所述的琴顶件，其特征在于，一对复合材料层都出现在前向部分的曲边部分中，并且相互接触地粘合在一起。
3．如权利要求1所述的声弦乐器琴身用的琴顶件，其特征在于，琴身有一个侧壁，其外表面大体垂直于琴顶件的前向部分，其中曲边部分有一个外边和一个内表面，并且琴顶件进一步包括一个从前向部分的曲边部分的内表面向后突出并且沿着曲边部分的边延伸的侧缘，所述侧缘有一个横向朝内的表面，它大体垂直于前向部分；琴顶件安装到侧壁时，朝内的表面适用于与琴身侧壁的外表面滑动配合。
4．如权利要求1所述的琴顶件，其特征在于，里面部分有一个由无核心声孔边缘界定的声孔，所述声孔边缘有一对互相接触粘合的复合材料层，所述复合材料层从里面部分的内表面向后突出以加固声孔附近的里面部分。
5．如权利要求1所述的琴顶件，其特征在于，进一步包括多个加固支架从里面部分的内表面向后突出，支架每个包括多个复合材料层，它们层压在一起并且与琴顶件的复合材料一起固化，使得支架能粘合在里面部分的内表面。
6．如权利要求1所述的琴顶件，其特征在于，核心材料层进一步包括一个木制核心层。
7．如权利要求1所述的琴顶件，其特征在于，该对复合材料层进一步包括一种用环氧树脂灌注的石墨纤维。
8．如权利要求3所述的琴顶件，其特征在于，琴顶件弯曲成预定的曲率半径，从而把侧缘能从内表面向后突出。
9．如权利要求8所述的琴顶件，其特征在于，预定的曲率半径在3/8到3/4英寸范围之内。
10．如权利要求3所述的琴顶件，其特征在于，侧缘进一步包括一对无核心的复合材料层并互相接触粘合。
11．如权利要求3所述的琴身的琴顶件，其特征在于，琴身侧壁包括一个前向边，在前向边的附近琴身侧壁从侧面朝内做成阶梯形以提供一个朝内阶越的壁部分以及一个位于前边之后的朝前肩，其中侧缘包括一个后边，当琴顶件安装在琴身侧壁时，它靠近所述肩，和一个横向朝外的侧面，在琴顶件安装在侧壁之后，它基本上与肩后面的侧壁外表面平齐。
12．如权利要求10所述的琴身的琴顶件，其特征在于，侧壁从弯边的内表面向后突出一个距离，该距离大于肩与侧壁的前边之间的距离，这就使得侧壁的后边在靠近肩时，曲边部分的内表面与琴身侧壁的前边之间有一个间隙。
13．一种声弦乐器琴身的琴顶件，其中琴身有一个带一外表面的侧壁，琴顶件包括一个大体垂直于琴身侧壁的前向部分，前向部分至少包括一对中间粘合有一核心层的复合材料层，前向部分包括一个外边和一个内表面；和一个无核心侧缘，有一对互相接触粘合并从前向部分的内表面向后突出且沿着前向部分的边缘延伸的复合材料层，侧缘有一个横向朝内的表面大体垂直于前向部分，在琴顶件与侧壁的安装的过程中，所述内向表面适用于与侧壁的外表面滑动配合。
14．如权利要求10所述的琴身的琴顶件，其特征在于，琴身侧壁包括一个前向边，在前向边的附近琴身朝内做成阶梯形以提供一个朝内阶越壁部分以及一个位于前边之后的朝前肩，侧缘具有一个后边，当琴顶件安装在琴身侧壁时，它靠近肩上，和一个横向朝外的侧面，在琴顶件安装在侧壁之后，所述侧面与肩后面的侧壁的外表面平齐。
15．一种制造声弦乐器琴身的琴顶件的方法，该方法包括将具有第一层边界的复合材料的第一层放置在准备好的模具里；将具有一个外围的核心层放置在第一层上面；将具有第二层边界的第二层复合材料放置在核心层的上面；其中，第一和第二层边界向外伸出核心层外围，形成具有一个与核心层的外围邻界的无核心部分的搁置组件；用脱模膜层覆盖搁置组件；加热加压同时固化复合材料层和核心，并且提供琴顶件，所述琴顶件包括一个具有里面部分的前向部分，当琴顶件安装到琴身之后，里面部分从琴身侧壁往里隔开，里面部分具有一对复合材料层，核心层粘合在此对复合材料层之间；并且前向部分进一步包括一个无核心的曲边部分围绕着里面部分的外周，曲边部分有互相接触粘合的复合材料层。
16．如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括在搁置组件的无核心部分的外边部分形成一个大体上成90度的弯曲以提供一个侧缘；并且加热加压力把复合材料层与核一起固化并提供琴顶件，其中，外曲边部分有一个外边和一个内表面，且侧缘从曲边部分的内表面向后突出并沿着曲边部分的边延伸。
17．如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括切割声孔核心层以提供一个核心声孔外围；切割并把核心声孔外围内的复合材料层压在一起，以形成一个声孔凸缘；并且沿着声孔外围将声孔凸缘大体上弯曲成90度以便从里面部分向后突出。
18．如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括将复合材料的各个的支架层裁切成特定的几何形状；以特定的顺序将支架层事先堆叠在第二层上以形成多个从第二层突出的支架；将心轴放置在支架上，以形成搁置的组件；用脱模膜覆盖所述搁置组件；用真空膨化所述组件以提供压力。
19．如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括在烤炉里加热膨化了的组件。
20．如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括在高压蒸锅中加热膨化了的组件。
21．如权利要求18所述的方法，其特征在于，第一层、第二层和支架进一步包括预注环氧树脂的石墨纤维。
22．如权利要求18所述的方法，其特征在于，支架进一步包括单向石墨的预注纤维。
23．一种制造声弦乐器琴身的琴顶件的方法，该方法包括将具有第一层边界的第一层干石墨纤维放置在准备好的模具里；将具有一个外围的核心层放置在第一层上面；将具有第二层边界的第二层干石墨纤维放置在核心层的上面；其中第一和第二层边界沿核心层外围向外伸展形成一个具有无核心部分的搁置组件，与核心层的外围交界；加热加压力压紧第一层、第二层和核心以形成一个预先压紧的琴顶件组件；将预先压紧的琴顶件组件装入树脂转移模具中；将低粘度树脂注入到模具里；加热加压固化预先压紧的琴顶件组件以形成一个琴顶件组件；及给琴顶件组件去光，以便提供一个琴顶件组件，所述组件包括一个具有里面部分的前向部分，当琴顶件安装到琴身之后，里面部分从琴身侧壁往里隔开，里面部分具有一对复合材料层，核心层粘合在这对复合材料层之间；并且前向部分进一步具有一个无核心曲边部分，该部分与里面部分的外围相邻界，曲边部分有一个相互接触粘合的复合材料层。
24．如权利要求23所述的方法，其特征在于，进一步包括预先将干石墨的各个的支架层裁切成特定的几何形状；将层片叠在一起形成一个层压片；加热加压力在模具里将叠好的层片压紧以便形成一个支架预型；整治支架预型使其成为特定的几何形状；将支架预型装入包含有预先压紧的琴顶件组件的树脂转移模具中；加热加压固化支架预型和预先压紧的琴顶件组件以便形成一个共同固化的支架/琴顶件组件；并且给共同固化的支架/琴顶件组件去光以便提供琴顶件组件。
25．如权利要求24所述的方法，其特征在于，干石墨是从含有石墨纤维和单向石墨纤维的组中选取的。
26．如权利要求24所述的方法，其特征在于，分层进一步包括在层片间插入预浇注的石墨纤维和单向预浇注的石墨纤维。
27．如权利要求24所述的方法，其特征在于，加热和加压的固化步骤包括用热油加压共同固化支架预型和预先压紧的琴顶件组件。
28．如权利要求24所述的方法，其特征在于，加热和加压的固化步骤包括用滚筒加压共同固化支架预型和预先压紧的琴顶件组件。
全文摘要
一种声弦乐器琴身用的琴顶件,其前向部分包括一个里面部分。当琴顶件安装到琴身之后,里面部分从琴身侧壁往里隔开。里面部分具有一对复合材料层,核心层粘合在所述复合材料层之间;前向部分进一步包括一个无核心的曲边部分,后者与里面部分的外围相交界,并且由一对互相粘合在一起的复合材料层组成。一个侧缘从曲边部分的后表面向后突出并且沿着曲边部分的边延伸。在琴顶件安装到琴体上时,侧缘能够与琴身侧壁滑动配合。
文档编号G10D1/08GK1325101SQ0111817
公开日2001年12月5日 申请日期2001年5月18日 优先权日2000年5月19日
发明者罗伯特·H·小桑德斯, 尼古拉斯·拉德科, 唐纳德·M·约翰逊, 弗兰克·I·昂特迈尔, 威廉·P·瓦西洛波洛斯, 克利福德·冈索勒斯, 威廉·胡达克 申请人:卡门音乐公司