피아노 건반 _ 인조상아 건반의 제작에 대한 궁금증 해소
피아노를 판매하는 입장에서 이젠 천연상아를 사용 할 수 없게된 이후, 일반 플라스틱 건반과 인조상아 건반의 차이가 무었인지 항상 궁금했었습니다.
정확히 알려주는 루트가 너무나 없어서...
인조상아도 어차피 합성된 플라스틱일텐데, 뭐가 더 특별한걸까...궁금했습니다.
한참을 자료를 찾다가 이 자료를 찾았는데, 이 파일이 특허관련 파일인것 같아서 함부로 사용하면 않될 것 같지만,
나와 같은 궁금증을 갖는 분들도 많을 것 같아 일단은 공개를 해봅니다.
만약 공개되면 않되는 자료라면 언제든 바로 내리겠습니다.
본 발명은 천연 재료와 같도록 모사 할수 있는 합성재료의 성형 제품에 관한 것으로, 특히 피아노 건반 커버를 합성 상아 재료로 대체 형성할 수 있도록 한 것이다. 수세기 동안 피아노 건반 커버들은 천연 상아로 만들어져 왔다.
근래에 와서는 근본적인 원가의 개념과, 최근에는 야생동물의 보호운동에 따라, 천연상아와 같이 느껴지는 대체적인 합성 플라스틱 재료의 사용이 고려되었다.
이에 대한 관련 자료는 예를들면 아시다(I Shids)의 미국 특허번호 4,840,104와, 베기아(Vagia)의 미국 특허 번호 제4,346,639호의 것이 있다.
그러나, 이와같은 것들은 피이니스트 들이 연주를 실시해본 결과 합성재료로 형성된 건반 커버들이 천연 상아로 만들어진 건반 커버들과 같은 감촉을 발휘할 수 없었으며, 이것은 피아노의 연주 능력에 많은 차이를 주게되었다.
본 발명은 이와 같은 점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 형태에 따르면 피아노 건반 커버를 천연상아 형태로 착색되는 합성재료로서 형성하고, 이 커버는 연주면에 천연 상아와 대체될 수 있는 불규칙한 정점-계곡결(Peak-to-valley texture)과 다수의 세밀 기공(Fine Pores)을 갖는다.
본 발명의 형태에 따른 여러 가지의 바람직한 실시예들로서 다음과 같은 것들을 포함한다. 다수 기공의 직경은 대략 0.0002-0.0012인치(0.005-0.30mm)의 크기를 갖는다. 합성재료로는 폴리우레탄, 아세테이트 폴리머, 에폭시 그리고 이와 유사한 재료들의 그룹으로부터 선정하여 사용한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 합성재료로서 형성되는 피아노 건반커바가 천연상아의 특성을 복제하도록 장점-계곡 결 패턴이 불규칙 하게 형성된 피아노 건반 커버용 몰드를 구비하고, 천연상아의 복제를 위한 채색 가능한 합성재료와 후처리에 의하여 몰드된 제품을 분리해주는 특성을 갖는 충진재로 구성된 합성물을 몰드내에 위치시키고, 몰드내에 피아노 건반 커바를 형성하고, 피아노 건반 커버의 충진제를 제거하여, 피아노 건반 커버의 연주면이 다수의 세밀한 기공을 갖고서 천연 상아면을 대체할 수 있도록 한 것이다.
본 형태에 따른 부수적인 여러 가지 실시예로서, 몰드는 실리콘 고무와 같은 탄성재료를 갖는다.
충진재는 폴리에칠렌 글리콜(PEG)로서, 바람직하게는 대략 1마이크론의 입자 크기를 갖는다.
또한, 다수의 기공은 그 직경 크기의 대략 0.0002-0.0012인치(0.005-0.030mm)크기로 형성된다.
합성재료는 폴리우레탄, 아세테이트 폴리머, 에폭시 그리고 이와 유사한 재료의 그룹으로부터 선택한다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 피아노가 전술한 바와 같은 피아노 건반 커버를 갖고, 또한 전술한 바와같은 피아노 건반 커버의 제작을 위한 공정에 따라 형성된 피아노 건반커버를 건반 보오드 베이스에 설치하고, 이를 피아노에 조립하는 추가공정에 의하여 피아노를 제작하도록 된 것이다.
또한 본 발명의 또다른 현태로서, 합성 재료로된 몸체를 갖는 그립 부재이다. 이 몸체는 접촉을 위한 입체적인 표면을 갖는다. 표면을 기설정된 세밀 기공의 일정 범위와 일정 레벨의 정점-계곡 결을 갖는다. 따라서, 본 발명의 합성상에 피아노 건반 커버는 표면의 거칠기, 표면의 질, 기공도 색깔, 텃치감, 감촉등에 있어서 천연상아와 거의 유사하다.
이밖에도 본 발명의 목적은 합성재료의 피아노 건반 커바가 피아니스트의 경험에 의해서도 천연상아와 거의 동일한 느낌을 가지면서, 마모 저항성이 크고 세척이 용이하도록 한 것이다.
이와같은 본 발명을 실시예로서 나타낸 첨부도면과 함께 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 도는 본 발명의 피아노 건반 커버(14)를 갖는 피아노 건반(12)이 설치된 그랜드피아노(10)를 나타낸 것이다.
또한 피아노 건반커버(14)가 상면(16), 정면(18)을 포함하고, 커버는 건반 보오드베이스(도시는 생략함)에 고정될 수 있도록 적당한 크기와 구조로서 형성된 상태를 제 2 도에 도시하였다.
본 발명의 피아노 건반 커버(14)들은 적합한 합성재료로서 천연 상아와 대체될 수 있는 가정해진 평탄도, 결상태도, 기공도 등을 갖는 표면생성에 의하여, 천연 상아와 같이 보이거나 느낄 수 있도록 몰드 형성된다.
제 3 도는 본 발명의 건반 커버(14)의 상면(16)이 정점-계곡의 불규칙한 결을 갖고있는 상태를 나타낸 것으로, 이것은 마치 천연상아의 샘플 표면곁을 3차원으로 도시한 바와같은 특성을 나타낸다.
건반커버(4)의 기공도는, 천연상아와 마찬가지로 연주자의 손가락에서 발생하는 땀이나 습기의 통로수단으로서, 천연상아의 중요한 특성중의 하나인 연주하는 동안 마찰계수의 변화를 가져오지 않도록 해주는 역할을 한다.
또한 본 발명의 합성 건반커버(14)는 내마모성을 향상시켜, 건반 커버의 수명을 연장시켜준다.
본 발명에 따르면, 건반 커버(14)들은 합성 재료들, 예를들면, 아크릴 수지, 폴리우레탄, 에폭시 혹은 이와 비슷한 재료로서 형성된다. 바람직하게는 천연상아와 동일한 색상과 형태를 갖도록, 예를들면, 티타니늄디옥 사이드(TiO2), 칼시움 디옥사이드(CaO), 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 혹은 이들의 조합에 따라 착색을 실시한다.
건반 커버(14)들은 실제 피아노의 천연상아 건반 커버의 표면과 같이 형성될 수 있는 몰딩표면을 갖는 몰드에서, 예를들면 몰딩, 캐스팅, 혹은 인젝숀 몰딩 제작 공정에 따라 제작된다.
천연 상아 건반커버는 저밀도 탄력제(Elastomer), 예를들면 실리콘 고무(RTV)와 같은 적당한 재료를 사용하여 만들어지는 복수 몰딩 캐비티들의 마스터(Master)로서 사용되거나, 혹은 천연상아 건반의 완전한 복제를 위한 메탈모드로서 사용된다. 따라서, 몰드 캐비티는 몰드내로 합성 건반 커버(14)의 형성을 위한 재료를 공급하여 피아노 건반 커버(14)를 만들어 주기 위해 사용되는 것이다.
건반커버 재료는 희생적인 역할만을 수행하는 고체 충진재와 함께 섞어진다(몰드에 주입시키기 전에 실시하는 것이 바람직하다).
고체 충진재는 소형의 입자 크기를 가지며, 열이나 솔벤토의 작용에 의하여 건반 커버의 몰드 작업중에 제거된다.
적절한 충진재로서, 예를들면 폴리에칠렌 글리콘(PEG)들은 약 1마이크론의 입자크기를 갖는다.
몰딩을 실시한 후, 예를들면 열 또는 솔벤르 처리에 의하여 피아노 건반 커버에 부착된 충진재들의 입자를 제거시켜 주게 된다.
이에따라 건반 커버(14)의 표면에 존재하는 극히 미세한 기공은 제거되고, 대략 0.0022-0.0012인치(0.005-0.030mm)의 직경 크기를 갖는 세밀한 기공들만이 존재하게 된다.
본 발명에 따라 몰드 형성된 피아노 건반 커버(14)는 피아노(10)의 조립을 위해 건반 보오드베이스에 설치된다.
본 발명의 피아노 건반 커버(14)를 형성해 주기위하여, 하나의 실험실 정도의 설비로서 이를 실시할 수 있는 적합한 방법을 실시예로서 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
: 캐스팅 기술
연마된 천연 상아 건반이 몰드중 그 표먼특성을 재생시켜 주기 위하여 공정중에 사용된다. 이때, 몰드는 경화제(제너랄 일렉트릭 회사에서 구입 가능한 GE RTV21 경화제)와, 저밀도 실리콘 고무 컴파운드(뉴욕, 워터포드이 제너랄 일렉트릭 회사로부터 구입가능한 GE RTV21)를 사용하여 실내온도 화황(和黃)공정에 의하여 형성된다. 마스터로서 사용되기 위한 천연상아의 피아노 건반 커버는 부드러운 세제(예를들면 '아이보리'비누)나 따뜻한 물을 사용하여 세척한다. 그리고, 견본은 독일의 멘제르나-베르케(Menzerna-Werke)사로부터 구입 가능한 표준 연마제를 사용하여 연마시켜 준다.
제 4 도 및 제 5 도에 도시한 알루미늄 캐스팅 몰드는 천연 상아 건반 커버의 표먼을 복제 하기 위한 캐스트와 피아노 건반 커버(14)의 몰드를 갖는다.
몰드(30)는 계단면(31)과 공간면(32)를 갖고서, 천연상아 피아노건반 커버(34)의 형태에 따라 이를 적절하게 적용시킨다.
몰드는 측면으로 형성된 환기홀(36)(38)들과 주입홀(40)을 갖는다. 이들 홀들은 천연 상아면 캐스팅 공정 중에는 플러그로서 채워진다.
몰드는 커버(42)로서 걸림턱(44)을 통하여 복제 인젝숀 몰딩 공정내의 고무 몰드를 지지하도록 덮어진다.
이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실리콘 고무 컴파운드(GE-RTV21)를 준비한다.
저울에 혼합컵을 얹고, 그 자체무게를 측정한다.
실리콘 고무 컴파운드를 컵에 붓고 무게를 측정한다.
실리콘 경화제를 실리콘 고무 컴파운드로 첨가하여(무게의 0.5%)2분간 혼입한다. 혼합물을 이미 어느 일정 장소와 위치가 설정되어 있는 투명한 진공 챔버내의 캐스팅 몰드내로 주입한다. 진공펌프(적어도 28.0인치(71.1cm의 용량)를 20분간 작동시킨다.
캐스팅 몰드를 진공 챔버로부터 꺼내어, 압력챕버(적어도 30psi(2.1kg/cm2)용량)내로 옮긴다.
캐스팅 몰드는 다시 레벨링 되어, 게이지압력 20psi(1.4kg/cm2)하에서 24시간 저장된다.
그리고, 건반커버 고무몰드르르 조심스럽게 캐스팅 몰드로부터 떼어내고, 작업을 마친 캐스트된 상아건반의 표면으로 오염이 침두되는 것을 예방하기 위하여 커버를 씌운다, 이때, 표면에 먼지가 전혀 묻지 않도록 주의를 해야 한다.
본 발명의 피아노 건반 커버(14)는 습도의 영향과 수명제한을 파하기 위하여 새로운 원료들을 사용하에 제조하였다.
혼합공정시에 발생하는 유해가스를 배출시켜 주도록 하기 위하여, 제조공정을 배출시설이 잘 구비된 조건하에서 실시하도록 하였다.
본 실시예에서, 피아노 건반 커버는 에폭시 레진을 개선한 부틸 글리시딜 에테르(Butyle glycidl Ether(B.E.E))(HYSOL RE 2038, 캘리포니아, 덱스터 코오포레이숀(Dexter Eorporation)의 텍스터 일레트로니가, 머트리안스 디바존으로부터 구입가능)와, 아민 경화제(HD 3404, 텍스터 코오포레이숀의 히솔 디바존(Hysol Division)으로부터 구입가능)와, 티타늄 디옥사이드(TI-PURE R960 루틸 티타늄 디옥사이드(TiO 최저 중량비 8906, Al2O최대 중량비 3.5%, SiO2최고 중량비 6.5%), 델라웨어, 윌밍톤에 있는 E.I. du pont de Nemours ＆ Co. (INC)사로부터 구입가능)를 갖는 색소, 용융되는 충진재료인 평균입자크기가 약 1마이크론인 폴리에칠렌 글리콜 파우더(CARBOWAX Brand SENTRY 폴리에칠렌 글리콜 3350, Union Carblde Corporation의 Special-ties Chemical Divion에서 구입가능)들을 사용하여 형성한다.
상기와 같은 공정에 따라 탄력성을 갖는 건반 커버 몰드가 얻어지고, 이 몰드는 정밀 소제가에 의하여 청소를 실시한 후, 알루미늄 캐스팅 몰드내로 위치한다. 건반 커버몰드는 고무 재료가 진공 상태에서 밖으로 빠져나오지 않도록 공간면으로 둘러싸인 계단면(31)내로 위치한다.
주입홀(40)과 환기롤(36)(38)에는 제 5 도와 같이 계단면(31)과 접촉하는 돌출편(48)을 갖는 플러그(46)가 삽입된다.
합성재료를 섞어 건반 커버를 형성해 주기 위해, 혼합컵의 중량은 측정하고, 여기에 RE2038 레진을 순중량 20그램을 얻을 때까지 측정 피펫을 사용하여 혼합컵에 공급시켜 준다. 건조상태의 R 960티타늄 디옥사이드의 10%(예를들면 2그램)를 레진에 혼합한다. 그리고, 혼합물에 건조된 PEG 3350 카보왁스(Garbowax) 충진재의 1%(예를들면 1그램)를 첨가한다.
혼합컵을 저울로부터 내려놓은후, 전기 믹서기를 사용하여 대략 30분정도 혼합물을 섞어준다. 그리고, 혼합컵을 저울로 다시 옮겨 저울의 눈금을 다시 리셋트 시킨다. 혼합물에 HD3404 경화제를 10%(예를들면 2그램)혼합하여 준후, 시간을 기록한다. 마지막으로 혼합컵을 저울로부터 내려놓은 후, 강하게 30초 정도 휘저어 준다. 점차적으로 레진을 경화되기 시작하고, 경화제가 첨가된 때로부터 2시간 내에 유체 상태는 없어지게 된다.
공기 거품을 제거해 주기 위하여, 혼합컴파운드를 갖는 컵의 개방부를 완전 밀봉 시킨 상태에서 진공펌프를 작동한다. 시간을 기록하고, 20분정도 공기의 제거 상태를 측정한다. 진공 펌프가 작동하기 시작하면, 미세한 공기 기포가 표면에 형성된다. 이 작은 기포들은 점차적으로 표면하에서 큰 기포에 섞어지면서 어느 일정 최대 높이로 도달했다가 빠르게 표면상에 흩어진다. 20분정도의 진공 시간후에, 표면상의 기포들은 급격히 감소한다. 진공펌프를 정지하고, 공기를 천천히 진공 챔버내로 공급하여, 용기내의 급격한 공기압 변화에 따라 표면의 변형이 발생하지 않도록 해준다. 혼합물을 캐스팅 몰드의 주입홀을 통해 천천히 주입시켜 준다.
몰드를 가압하기 위하여, 몰드를 압력 챔버내에 넣고, 몰드의 표면이 형성되도록 혼합물을 상호 밀착시켜 주도록 한다.
압력공기를 천천히 공급하며, 몰드내의 실내압이 대략 20psi(1.4kg/㎠)갖도록 해준다.
경화제가 공급된 때로부터 24시간후에, 알루미늄 하우징과 시편을 갖는 캐스팅 몰드를 압력 챔버로부터 빼낸다.
시편을 90도 날각도를 갖는 칼로서 떼어준다. 시편 무게를 측정하고, 세척한 후, 표면의 원하는 세밀 기공을 얻기 위한 카보왁스충진재의 제거를 위해서 이를 중류수에 24시간 담가놓는다.
일반적으로 1차 피아노 건반 커버(14)는 주어진 합성 몰드로부터 생성된다. 피아노 건반 커버의 표면 점도는 습도조절하에 아민 경화제에 의한 몰드 흡수에 따른 것이라고 생각된다.
이와같은 건반커버(14)는 나무 건반 베이스에 적절한 접착제를 통해 부착된다. 천연 상아 건반 커버, 상업적으로 구입이 가능한 합성건반, 커버, 그리고 실시예 1에 따라 생산한 본 발명의 합성 건반 커버에 대한 마모성과 청결성을 상호 비교시험 하여 보았다.
[마모의 마찰 특성들]
다양하게 선택된 건반 커버 재료들에 대한 마모 특성과 천연 상아를 상호 비교하기 위한 테스트 장치를 제작하였다.
장치는 전형적인 사람 손가락의 경도를 나타내 주는 손가락 형상 장치와, 피아노 건반 커버를 때리기 위한 모터와 변속기어 어셈블리와 함께 커버에 연결되어 일정 베이스의 로우드를 측정하여 변환기를 갖는다.
또한, 3축 변환기가 주기적인 베이스의 마찰력을 측정하고, 계속적인 정상 로우드를 측정하기 위하여 설치된다.
이 장치는 "Some Darameters Afecting Tactile Frictoon", Transctions of the ASME(Volum 7-10, Octorber 1990 at Toronto, American Society Mechanica Engineeri-ng, Tribolog Confernce Paper NO.. Trib.)에 상세히 기술되어 있다.
이 장치는 3개의 테스트 재료에 대하여 복합적으로 다양한 속도와 로우드 측정이 가능하다. 이 테스트 로우드는 1초마다 1사이클에서 6파운드로 실시되었다. 하기에 기술된 제품에 대하여 155,000사이클을 실시한 후, 표면 마모의 상태를 3차원 형태로서 나타냈다.
1) 본 발명에 따라 형성된 피아노 건반 커버.
2) 상업적으로 구입가능한 플라스틱 커버(예를들면 야마하 악기(Yamaha Instruments)사로 부터 구입가능).
3) 천연 상아 건반 커바.
이들 각각에 대한 도면이 제 6 도, 제 7 도, 제 8 도로서 나타나 있다.
천연 상아 건반 커바의 경우, 마모 부분의 마모 깊이가 광학측정기(모델 TOP 03D, WyKo로부터 구입가능)의 능력보다 큰 것을 알 수 있다.
접촉 측정메타를 사용하는 라인 측정기(모델 Form Rally-Surf, Rank-Taylor-Hobson으로부터 구입가능)는 대략 1400μ-인치(3.56×10-2mm)에서 마모 자국 깊이를 측정하는데 사용된다.
본 발명에 따른 건반 커버의 정점-계곡 데이터는 마모자국 길이가 22μ-인치(5.6×10-÷mm)상업적으로 구입가능한 건반 커버는 84μ-인치(21.3×10-÷mm)를 나타낸다. 따라서, 본 발명에 의하여 형성된 피아노 건반 커버의 마모 자국 깊이는 상업적으로 구입 가능한 재료에 비하여 작고, 천연 상아의 성능과도 충분히 비교가 된다.
본 발명(도면상의 "RP Ivory"참조)에 따른 제료의 샘플을 포함하여 다양한 재료들로서 형성된 피아노 건반의 마찰특성이 제 9 도에 나타나 있다.
제 10 도와 제 10a 도에는 천연상아와 본 발명의 합성 상아와의 마찰 상태를 중량 조건들(아이보리 : 1550gr, 합성 : 1300gr, 속도 0.6cm/sec)하에서 비교하여 나타냈다. 검사 조건과 장치는 이미 전술한 "Tansactions of the ASME"에 기술되어 있다.
본 발명에 따라 형성된 샘플의 마찰 측정값과 천연 상아에 대한 비교값의 결과가 도면 제 11 도에 나타나 있다.
제 11 도의 도표에 따르면, 상업적인 합성상아, 천연상아, 그리고 RPIvory의 마찰 결과들이 건조 상태(500 스트로크), 베이비오일8500에서 800.000 스트로크), 그리고 스타인웨이 왁스(Steinway Wax)하에서의 마찰 결과로서 나타나 있으며, 900,000스트로크 후의 마모 크기도 나타나 있다.
이와같은 테스트에는 건반을 쳐주기 위하여 가죽손가락이 사용되었고, 습도조건은 40%이었다. 그 결과로서, 본 발명에 따른 합성 상아는 천연 상아와 비교될 만한 마모 특성을 나타내었고, 마모 크기도 천연 상아나 상업적인 재료에 비하여 현저히 작은 것을 알 수 있었다.
[청결도]
여러 가지 타입의 세척제로서 천연상아, IVOplast(합성 상아 재료), 본 발명에 따른 건반 커버를 실험하여 이를 비교하였다.
비교 검토는 광센서(모델 KD 238, MTI Inc.로부터 구입가능)로서 실시하였다. 이 결과는 제 9 도에 나타나 있다.
제 9 도의 각 컬럼은 반사도를 나타낸 것이다.
또한, 괄호내의 숫자는 표면의 시각 조건을 나타낸다. 최종적인 세척은 Steinway ＆ Sons(Long IsIand City. New York)에서 공급된 왁스재로서 실시하여본바, 천연 상아 표면상의 모든 얼룩들은 제거되지 않았으나, 합성 상아 건반 커버의 얼룩들은 거의 제거되었다.
Bon Ami로 세척해본 결과, 천연상아와 본 발명의 피아노 건반 커버(14)의 표면은 세척제의 연마 성질에 의하여 광택이 흐려졌으나, 모든 얼룩은 제거되었다. 이와같은 표면의 세척 검토 결과로서, 본 발명의 피아노 건반 커버(14)는 천연상아에 비하여 세척이 어렵지 않다는 것을 알 수 있다.
모든 샘플들이 세척후에는 광택도가 떨어졌다.
그 이유는 연마세척재(Bon Ami)를 사용하여 얼룩등을 완전히 제거할 수 있었으나, 연마 성질에 의하여 표면이 흐려지기 때문이다. 다른 모든 세척제들로서도 얼룩을 거의 제거할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 건반커버는 적어도 천연 상아보다 쉽게 세척을 실시할 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 다른 여러 가지의 실시예를 생각할 수 있다.
예를들면, 건반커버(14)의 형성을 위한 합성 재료는 천연 상아에 비하여 여러 가지 색소로서 채색이 가능한 것이다. 또한, 본 발명의 재료는 기설정된 다공성과 거칠기를 갖도록 형성하여, 예를들면, 컴퓨터/타자기의 건반톱(TOP), 스티어링휠, 테니스 라켓 핸들과 같은 스포츠 관련 그립, 권총과 같은 총기 그립에 필요한 그립 재료로서 사용될 뿐만 아니라, 다른 입체감 있는 표면으로도 사용할 수 있다.
또한, 다양한 몰딩 기술과 재료들이 적용 가능하고, 예를들면 니켈 몰드로서 천연상아나 다른 표면들을 복제할 수 있게 되는 것이다.
출처 <Data provided by IFI CLAIMS Patent Services> <https://patents.google.com/patent/KR940010404B1/ko>
