JP3831039B2

JP3831039B2 - Racket frame and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP3831039B2
Application number: JP01056997A
Authority: JP
Inventors: 邦夫丹羽
Original assignee: Ｓｒｉスポーツ株式会社
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: JPH10201882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テニス等のラケットフレームに関し、詳しくは、繊維強化樹脂製の中空なラケットフレームで、軽量であるにも拘わらず、強度および打球面の安定性に優れ、かつ、振動減衰性の良いラケットフレームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ラケットフレームは、軽量性、高剛性、高強度、耐久性が優れている点より繊維強度樹脂製の中空ラケットフレームが主流となっている。この種のラケットフレームは、通常、炭素繊維のような高強度、高弾性率の繊維で強化された熱硬化性樹脂から一体的に成形されている。しかしながら、上記高強度、高弾性率の強化繊維と熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とするラケットフレームでは、剛性、強度の点では優れているが、衝撃を受けた時に振動が発生しやすく、プレーヤーにテニスエルボー等が発生しやすい問題がある。
【０００３】
上記問題に対して、マトリクス樹脂としては熱硬化性樹脂を用いながら、振動減衰性を良くするために、アラミド繊維、超高分子量ポリエステル繊維等の有機繊維を使用する例もあるが、有機繊維は剛性、強度が小さいため、これら有機繊維のみを補強繊維とすることは無理である。よって、炭素繊維等を併用せざるをえず、そのため、振動減衰率は０．６％以下と低くなり、振動減衰率を高めるに至っていない。
【０００４】
よって、振動減衰率を高めるため、近時、強化繊維として連続繊維を使用すると共に、マトリクス樹脂としてポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を用いたラケットフレームが提供されている。具体的には、第１に短繊維を含むポリアミド樹脂を射出成形したラケットフレーム、第２にマトリクス樹脂となる材料の繊維と強化繊維を繊維形状のままチューブ外周に積層して金型内に配置し、高温下で、チューブ内に圧力をかけて、マトリクス樹脂を溶融して成形したラケットフレーム、第３に金型内に強化繊維を予め配置し、ポリアミド樹脂モノマーを注入して反応射出成形したラケットフレームが提供されている。
【０００５】
上記第１のラケットフレームの振動減衰率は１．９％、第２のラケットフレームでは０．９２％、第３のラケットフレームでは１．１％である。このように、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を用いたラケットフレームでは、熱可塑性樹脂の持つ靭性の高さを反映して、従来の熱硬化性樹脂製ラケットフレームでは得られなかった耐衝撃性、振動減衰性を備えている。
【０００６】
しかしながら、一般に、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂と比較して、弾性率の環境依存性が高く、ラケットフレームの使用環境により剛性等の特性が変化しやすいという問題がある。特に、競技者向けには、打球面の安定性が要求されるため、所謂、面内剛性が重要な性能となり、該面内剛性が低い、あるいは、変化することは好ましくない。さらに、振動減衰率は大きすぎると、打球感の応答が鈍くなり、スイートエリアから外れた場合の応答が遅く、競技性に劣る問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、振動減衰性および剛性は大きすぎても、また、小さ過ぎても問題である。本発明者が実験した結果、具体的には、振動減衰性は、温度２５℃湿度６０％の平衡状態において面外方向の１次固有振動数の減衰率が０．６％〜０．９％の範囲、面内方向の剛性が１００〜１５０kgf/cm²の範囲が、テニスエルボー等を発生させず、かつ、打球感の応答性が鈍くならなず、しかも、打球面の安定性が良い範囲であることが判明した。しかしながら、現在、市販されているテニスラケットフレームにおいて、上記範囲の振動減衰率と面内方向の剛性を有するものは提供されていない。
【０００８】
さらに、近時、プレー時にスピンをかけたり、ライジング打法を用いたりする場合が多く、このプレースタイルに対応するために、ラケットの操作性が重要視され、その点から軽量化も強く要望されている。
【０００９】
なお、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを併用したラケットフレームが、特開平１−１２１０７４号および特開平７−４７１５２号で提案されているが、いずれも、下記の問題点を有していた。
【００１０】
まず、前記従来例の特開平１−１２１０７４号には、繊維強化熱硬化性樹脂と繊維強化熱可塑性樹脂とを混在させたことを特徴とするラケットフレームが提案されている。具体的には、芯材の外周に、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグと、繊維強化熱可塑性樹脂シートとを、いずれか一方を内層とし、他方を外層として被覆して成形している。この従来例では、使用する熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の成形温度が全く記載されておらず不明である。一般的に、熱硬化性樹脂の硬化温度は室温〜１８０℃で、熱可塑性樹脂の溶融温度は２２０℃〜２６０℃と高い。この従来例では、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との界面接着性について、熱硬化性樹脂が硬化する時、熱可塑性樹脂が溶融ないし軟化するため密着性が高くなると記載されているが、溶融、軟化しない場合もあり密着性の点で問題がある。また、逆に、熱可塑性樹脂の融点ないし軟化点が熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低い場合、耐熱性に劣るラケットフレームとなる。このように、当該従来例では、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂の種類および成形温度が特定されていないため、単にこれらシートを被覆積層して加熱したたけでは、種々の問題点を含むラケットフレームとなり、実現性のないものである。
【００１１】
また、後記従来例の特開平７−４７１５２号には、繊維強化熱硬化性樹脂と繊維強化熱可塑性樹脂との間に、これら熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを混在させた領域を備えたラケットフレームが提案されている。具体的には、ラケットフレームのフレーム部を繊維強化熱可塑性樹脂で成形し、グリップ部を繊維強化熱硬化性樹脂で成形した後、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とを混在させた接着剤で接合する方法が開示されている。しかしながら、フレーム部とグリップ部とを夫々別個に成形して接着剤で接合する場合、該接合部に応力集中が発生し、強度上問題となり、実用に適さないものである。さらに、前記従来例と同様に芯材の外周に繊維強化熱可塑性樹脂シートを被覆し、その外面に多孔性熱可塑性樹脂シートを被覆したのち、繊維強化熱硬化性樹脂シートを被覆し、この状態で、金型内にセットして加圧加熱して成形する場合が開示されているが、前記従来例と同様に、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との成形温度が問題となり、界面の接着性に問題があり、これも実用に適さないものである。
【００１２】
本発明は、上記した従来例の問題点に鑑みてなされたもので、実用性のある態様で、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を併用するもので、かつ、上記実験結果から求めた範囲の振動減衰率および面内剛性を与え、適度な振動減衰率を有すると共に、打球面が安定する面内剛性を備え、かつ、軽量で操作性のよいラケットフレームを提供することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、請求項１で、繊維強化樹脂製の中空のラケットフレームであって、マトリクス樹脂として、成形温度が同一範囲の熱硬化性のエポキシ樹脂と熱可塑性のＲＩＭナイロンを用い、繊維強化された上記熱硬化性樹脂からなる層を内層部とし、繊維強化された上記熱可塑性樹脂からなる層を外層部とし、該外層部のＲＩＭナイロンは反応射出成形していると共に、上記内層部と外層部との間に、熱可塑性のフィルムあるいはチューブを介在させていることを特徴とするラケットフレームを提供している。
【００１４】
上記ラケットフレームは請求項５に記載のように、繊維強化された熱硬化性のエポキシ樹脂製のプリプレグの積層体あるいは熱硬化性の繊維強化エポキシ樹脂成形品からなる内層部材の外周に、熱可塑性のフィルムあるいはチューブを介在させた状態で繊維強化材を巻き付けて金型内に配置し、該金型内にＲＩＭナイロンモノマーを注入し、所要温度で加熱して、上記内層部材の熱硬化樹脂を硬化させると共に、上記ＲＩＭナイロンモノマーに重合反応を発生させて硬化してＲＩＭナイロンをマトリクスとする外層部を成形して製造している。
【００１５】
上記熱硬化性のエポキシ樹脂の硬化温度（成形温度）は１２０℃〜１５０℃であり、一方、ＲＩＭナイロンの成形温度は１３０〜１５０℃で、略同一温度である。よって、エポキシ樹脂と強化繊維とのプリプレグあるいは繊維強化エポキシ樹脂成型品を内層部材とし、その外周に強化繊維を積層して金型内に配置し、ＲＩＭナイロンモノマーを、例えば１５０℃に加熱すると、内層部材のマトリクス樹脂である熱硬化性のエポキシ樹脂と外層部材のマトリクス樹脂であるＲＩＭナイロンの成形を同時に行うことができる。このように、成形温度が略同一範囲の熱硬化性のエポキシ樹脂と熱可塑性のＲＩＭナイロンとを用いることにより、１つの金型内で、同一温度により内層部と外層部とを一体成形することができ、内層部と外層部との界面接着性も確保することできる。さらに、熱可塑性樹脂の成形時に、熱硬化性樹脂が熱劣化したり、変形することが防止できる。
【００１６】
上記のように、上記内層部と外層部との間に、熱可塑性樹脂からなるフィルムあるいはチューブを介在させている。このような熱可塑性樹脂からなるフィルムあるいはチューブを使用する場合には、該フィルムあるいはチューブとなる熱可塑性樹脂の溶融点は、外層部の熱可塑性樹脂の溶融点より高いものを使用している。
【００１７】
即ち、金型内において、繊維強化熱硬化性のエポキシ樹脂に接触してＲＩＭナイロンモノマーが流れる時、理論的にはエポキシ樹脂が硬化すると、エポキシ基は残らないが、現実にはエポキシ基が残存しており、ＲＩＭナイロンモノマーの重合触媒がエポキシ基と反応し、ＲＩＭナイロン自身の重合阻害を引き起こす恐れがある。このため、上記したように、熱可塑性樹脂からなるフィルムあるいはチューブで熱硬化性のエポキシ樹脂を被覆しておくことが好ましい。この熱可塑性樹脂のフィルムあるいはチューブと熱硬化性樹脂との接着は、熱硬化性樹脂が接着性が良いため強固な接着が得られる。また、上記フィルムあるいはチューブの界面は、フィルムのような平滑面がＲＩＭナイロンモノマーの流れを促進し、さらに、ＲＩＭナイロンが成形されると、同質材料であるため、非常に接着性が良くなる。
【００１８】
上記熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との間に熱可塑性樹脂からなるフィルムあるいはチューブを介在させる代わりに、下記の手法によっても、ＲＩＭナイロンモノマーの重合阻害を引き起こさず、かつ、それら界面の接着性を高めることができる。即ち、予め繊維強化熱硬化性のエポキシ樹脂を加熱成形した後、再度、アフターキュア（再加熱）し、該アフターキュアにより架橋を進めてエポキシ基を減少させておく。あるいは、成形品の表面をブラスト加工あるいは研磨紙で研磨して、成形品の表面のエポキシ樹脂リッチ部を除去して、エポキシ樹脂量を低減しておく。このように、適度にエポキシ樹脂を除去しておくことで、ＲＩＭナイロンモノマーの触媒がエポキシ基と接着する機会を減少しておくことで、上記エポキシ樹脂成形品に熱可塑性樹脂のフィルムあるいはチューブを被覆せずに、ＲＩＭナイロンモノマーを注入しても、ＲＩＭナイロンモノマーが重合阻害を引き起こさないようにすることができ、かつ、界面接着性を高めることができる。
【００１９】
さらに、上記繊維強化熱硬化性のエポキシ樹脂成形品を金型内に配置する場合、該成型品の中空部を形状保持するため、ＲＩＭナイロンの成形時に中空部に内圧を加えることが好ましい。これは上記成形品の硬化が済んでいても、加熱により軟化し、ＲＩＭナイロンモノマーの注入圧で変形して、ＲＩＭナイロン部分の厚さを制御しにくくなるためである。上記のように、成型品に内圧をかけておくと、成形品の変形を抑制して、その外層のＲＩＭナイロン層の厚さを設計通りに制御することができる。
【００２０】
上記ラケットフレームでは、そのヘッド部の頂点からグリップ端までの全体において、あるいは、ヘッド部の頂点部分あるいは／およびガット面の中心を中心点として頂点より９０度間隔をあけた部分あるいは／およびヘッド部の上記頂点より１２０度からスロート部にかけたラケットフレームの長さ方向の中央部分において、上記外層部の熱可塑性樹脂量を内層部の熱硬化性樹脂量よりも多くすることが好ましい（請求項２）。
【００２１】
上記のように、繊維強化熱硬化性のエポキシ樹脂の外周に熱可塑性のＲＩＭナイロンからなる外層部を成形するため、該ＲＩＭナイロンの量をラケットフレームの各部において任意に設定することが可能となる。具体的には、繊維強化熱硬化性のエポキシ樹脂の外周の任意の位置に繊維強化材を任意の枚数で積層することで、その厚み応じて繊維強化熱可塑性樹脂層（繊維強化ＲＩＭナイロン層）を形成できる。これは、繊維強化熱硬化性樹脂の最内層にあるチューブに圧力をかけて成形すると、強化繊維の積層量に比例した成形肉厚となるためである。
【００２２】
前述したように、熱可塑性樹脂は熱硬化性樹脂と比較して振動減衰性に優れているため、ラケットフレームの全体にわたって熱可塑性樹脂量を多くしても良いが、特に、振動が発生しやすい部位において局部的に熱可塑性樹脂量を多くすることが好ましい。
【００２３】
即ち、ラケットフレームにおいては、面外方向の１次振動モードと２次振動モードは図１（Ａ）（Ｂ）に示す如く発生し、面内方向の１次振動モードと２次振動モードは図２（Ａ）（Ｂ）に示す如く発生する。よって、これら振動モードの振動幅が大きな腹の部分に該当するヘッド部の頂点部分Ｐ１、ガット面の中心を中心点として頂点より９０度間隔をあけた部分Ｐ２（ガット面を時計面と見て頂点を１２時とすると３時の位置）、上記ヘッド部の頂点より１２０度（ガット面を時計面と見て頂点を１２時とすると４時位置）からスロート部にかけたラケットフレームの長さ方向の中央部分Ｐ３では、熱可塑性樹脂量を多くしている。このように、振動モードを考慮して、有効な部分に局所的に熱可塑性樹脂量を多くすると、余計な重量増加を招くことなく、効率的に振動減衰性を改善することができる。
【００２４】
また、ヘッド部の頂点からグリップ端までのラケットフレームの全長の中央部分では、その強化繊維の繊維角度を長さ方向の軸線に対して３０゜〜４５゜に設定していることが好ましい（請求項３）。
【００２５】
プレー時における実際のラケットフレームの挙動は、面外方向、面内方向に分割されたものでなく、複合された変形挙動を示し、ラケットフレームの長さ方向の中心付近では、ねじれの変形挙動が発生する。曲げ挙動に対しては繊維角度を０゜とすると曲げ剛性が大となり、座屈挙動に対しては繊維角度を９０゜とすると座屈剛性が大となり、したがって、ねじれ挙動に対しては３０〜４５゜とするとねじれ剛性が大となる。よって、ねじれの変形挙動が発生するラケットフレームの長手方向の中央部の繊維角度を３０〜４５゜として、ねじれ剛性を高めておくと、より効果的に振動を抑制することができる。
【００２６】
上記構成とすることにより、温度２５℃湿度６０％の平衡状態での面外方向の１次固有振動数の減衰率を０．７〜０．９％の範囲としている（請求項４）。振動減衰率を上記範囲とすると、前述した実験結果より明らかなように、テニスエルボーを発生しない程度に振動減衰率を高めると共に、打球感の応答性が鈍くならず、適度な振動減衰率とすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
第１実施形態のテニスラケットフレームは、以下の工程で製造した。
まず、第１工程で、図３（Ａ）に示すように、φ１４のマンドレル芯材１に６６ナイロンチューブ２を被せ、この６６ナイロンチューブ２に、熱硬化性樹脂のエポシキ樹脂からなる繊維とカーボン繊維からなるプリプレグ（東レ（株）製Ｔ８００，Ｐ２０５３−１２，レジンコンテント３０％）３を積層し、鉛直状の積層体４を成形した。上記プリプレグは、その繊維角度は０゜、２２゜、３０゜、９０゜とした状態で積層した。この内層部材Ａとなるプリプレグ積層体４の重量は１８０ｇであった。
【００２９】
第２工程で、上記積層体４からなる内層部材Ａの外周面の全体に、図３（Ｂ）に示すように、熱可塑性樹脂製の６６ナイロンフイルム５を、重なり代を約８ｍｍとして巻き付けた。
【００３０】
第３工程で、上記フィルム５の外周面の全体に、ガラス繊維不織布（日本バイリーン（株）製ＥＰＭー４−２５）６を幅３０ｍｍにカットして、図３（Ｃ）に示すように、連続してスパイラルに巻き付けた。このスパイラルの層数は２〜３層とした。上記ガラス繊維不織布６の重量は６ｇであった。
【００３１】
第４工程で、図３（Ｄ）に示すように、カーボン繊維をスリーブ状に織ったブレイド（東邦レーヨン（株）製カーボンブレイドＢＣ７３６４−２４（２０）、ＢＣ７３９６−９（２０）、ＢＣ７３６４−４５（２０））７を、ラケットフレームのヘッド部の頂点部分（トップ部）Ｐ１、ヘッド部の３時部分Ｐ２、ヘッド部の４時からスロート部分となる部分Ｐ３の外周面に夫々２層積層した。
【００３２】
第５工程で、図３（Ｅ）に示すように、上記した積層体からマンドレル芯材１を引き抜き、金型８のラケットフレーム形状としたキャビティ８ａ内に湾曲させて配置した。ヨーク部分９は、芯材として硬質発泡ウレタンを使用し、該芯材に６６ナイロンチューブを被覆し、さらに、その外周面に上記カーボンブレイド７と同一のカーボンブレイドを被覆し、金型８内のキャビテイ８ａ内に配置した。
【００３３】
第６工程で、上記金型８を１５０℃に昇温すると共に、最内周層を構成する６６ナイロンチューブ２内に６kgf/cm²の圧力空気を供給して加圧保持した。上記１５０℃で３０分間保持して、内層部材Ａのプリプレグ３のエポキシ樹脂を硬化させた。
【００３４】
第７工程で、上記第６工程開始時から３０分経過後、キャビテイ８ａ内にナイロンモノマー（宇部興産（株）製ＵＸ−７５）を注入した。該ナイロンモノマーの溶融温度は９０℃で、触媒を含むＡ液と、開始剤を含むＢ液とを１：１で混合して注入した。注入圧は５kgf/cm²に制御した。３分間の保持後、離型した。
【００３５】
上記した工程で製造されたテニスラケットフレーム１１は、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、全体において、カーボン繊維で強化されたエポキシ樹脂層からなる内層部Ａと、ガラス繊維不織布で強化されたＲＩＭナイロン層からなる外層部Ｂとを、６６ナイロンフィルム５を介在させて積層した一体構造となっている。また、ヘッド部１２の頂点部Ｐ１、３時の部分Ｐ２、ヘッド部の４時からスロート部１３にかけた部分Ｐ３では、図４（Ｃ）に示すように、外層部Ｂには、ガラス繊維不織布６の外周部にカーボンブレイド７が積層されて、外層部Ｂの肉厚が大となっている。即ち、外層部の熱可塑性樹脂からなるＲＩＭナイロンの量が内層部の熱硬化性樹脂からなるエポキシ樹脂の量よりも多くなっている。このテニスラケットのローフレームの重量は２１３ｇであった。また、該ラケットフレームの断面形状は外形の厚さ２２ｍｍ、幅１２ｍｍとし、ガット面積は９５ｉｎ²としている。なお、カーボンブレイドで積層して肉厚を大とした部分は外形は同じで他の部分より肉厚が大となっている。
【００３６】
第２参考実施形態のテニスラケットフレームは、第１実施形態と同一構成とした内層部材Ａを、予め１５０℃で３０分加熱して硬化させて成形し、この成型品を再度、１６０℃で１時間アフターキュアした。さらに、この再加熱した内層部材Ａの成形品の外周面を耐水研磨紙で研磨した。この成型品とした内層部材Ａのラケットフレームでヘッド部の頂点部分と３時の部分に、ナイロン不織布をスパイラルに３〜４層巻き付けた。さらに、ラケットフレームで５時の部分からスロート部にかけてカーボン繊維平織クロスを２〜３層積層した。該繊維クロスは、その繊維角度が軸線方向に対して４５゜となるように設定した。その後、第１実施形態と同様で、金型のキャビテイ内に配置して、ナイロンモノマーを注入して製造した。なお、其の際、内層部材Ａの中空部には可撓性のシリコンチューブを挿入し、２kgf/cm²の加圧をおこなった。この方法で製造された第２参考実施形態のテニスラケットのローフレームは第１実施形態と同一形状で、その重量は２０８ｇであった。
【００３７】
第３実施形態のテニスラケットフレームは、第１実施形態と同一構成とした内層部材の外周面に、ガラス繊維不織布を全長に沿ってスパイラル状に３〜４層巻き付けた。なお、ラケットフレームでヘッド部の３時の部分、５時の部分からスロート部にかけて補強繊維は配置していない。それ以外は第１実施形態と同一として第３実施形態のテニスラケットフレームを製造した。この第３実施形態のテニスラケットのローフレームは第１実施形態と同一形状で、その重量は２１６ｇであった。
【００３８】
上記本発明の実施形態と、振動減衰率、頂圧剛性（面内剛性）、耐久性、重量を比較するため、上記実施形態のラケットフレームと同一形状（厚さ２２ｍｍ、幅１２ｍｍ，ガット面積９５ｉｎ²）の下記の第１乃至第３比較例のテニスラケットフレームを製造した。
【００３９】
第１比較例のテニスラケットフレームは、マトリクス樹脂としてＲＩＭナイロンからなる熱可塑性樹脂のみを用いた場合である。即ち、６６ナイロンチューブにカーボン繊維ブレイド（東邦レーヨン（株）製ＢＣ７３６４−２４（２０）、ＢＣ７３６４−４５（２０））を積層して、１１０ｇとした。また、ヨーク材は、芯材として５．０ｇの硬質発泡ウレタンを使用し、ナイロンチューブで被覆し、その外面に上記カーボン繊維ブレイドで被覆した。これら材料を金型内に配置し、第１実施形態と同様に、金型を１５０℃に昇温し、そのキャビテイ内に溶融したナイロンモノマー（宇部興産（株）製ＵＸ−７５）を注入した。注入圧は３kgf/cm²とし、かつ、上記６６ナイロンチューブ内に３kgf/cm²の内圧をかけた。３分間保持した後、離型した。該方法で製造した第１比較例のローフレームの重量は２２６ｇであった。
【００４０】
第２比較例のテニスラケットフレームは、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂のみを用いた場合である。６６ナイロンチューブにエポキシ樹脂を含浸させたカーボン繊維プリプレグを積層した。これらを金型内に配置し、空気圧を６kgf/cm²かけたまま、室温から１５０℃まで昇温し、この１５０℃で３０分間保持した。ヨーク部分は芯材としてポリスチレン樹脂を用い、この芯材にエポキシ樹脂を含浸させたカーボン繊維プリプレグを巻き付けて金型内に配置して、同時に成形した。この第２比較例のローフレームの重量は２２０ｇであった。
【００４１】
第３比較例のテニスラケットフレームは、上記第１実施形態と、内層部材のプリプレグと、その外周に巻き付けるガラス繊維不織布との間に、６６ナイロンフィルウを除去した点以外は、第１実施形態と同一である。即ち、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた内層部と、マトリクス樹脂として熱可塑性のＲＩＭナイロンを用いた外層部との間に熱可塑性フィルムを介在させなかった場合であり、該第３比較例のローフレームの重量は２１１ｇであった。
【００４２】
上記第１乃至第３実施形態および第１乃至第３比較例のローフレーム重量は前述した通りで、かつ、下記の表１にまとめて示している通りである。これら重量は、表１中において※で示しているように、成形後、温度２３℃湿度５５％の状態の下で９０時間保持したものである。これに対して、温度３２．５℃、湿度９０％の状態下で２００時間保持した場合（調質時）のローフレーム重量を測定した。其の結果は、表１に示す通りである。なお、表１においては、第１乃至第３実施形態および第１乃至第３比較例はいずれも、ラケットフレームを３本用意して、その平均値を出している。
【００４３】
【表１】

【００４４】
第１実施形態では２１３ｇが調湿時には２１４ｇとなっており、１ｇのみ増加した。第２参考実施形態でも１ｇ、第３実施形態では２ｇの増加となった。これに対して、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂のみを用いた第１比較例では２２６ｇが２３１ｇとなり７ｇ増加していた。このように、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂からなるＲＩＭナイロンのみを用いた場合、環境変化により重量が変化し、環境依存性が高くなるが、本発明のように、内層部のマトリクス樹脂を熱硬化性樹脂とすると、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂のみを用いた第２比較例と同様に、調質時の重量増加を１ｇ〜２ｇに低減でき、環境依存性を低減できることが確認できた。
【００４５】
さらに、第１乃至第３実施形態と第１乃至第３比較例のラケットフレームについて、※で示す成形後、温度２３℃湿度５５％の状態の下で９０時間保持した場合と、上記調質時とにわけて夫々振動減衰率を測定した。
【００４６】
上記振動減衰率の測定方法は、図５に示すように、ラケット１１のグリップ部の上部にアルミ板２０を介在させて加速度計２１を取り付け、グリップを両手でしっかりと握り、３５ｍ／ｓｅｃの速度でガット面にの中央にボールを当て、このボールを当てた時の振動減衰波形を加速度計２１で受信し、振動減衰波形から振動減衰率を計算して求めた。
【００４７】
表１に示すように、※の２３℃５５％の状態下に保持した場合、第１実施形態乃至第３実施形態のラケットフレームは、振動減衰率が０．８１〜０．７１で、本発明が目標とする０．７〜０．９％の範囲にあり、振動減衰率が小さすぎず、テニスエルボー等の発生を押さえることができ、かつ、大き過ぎず、打球感の応答性が鈍くならない。これに対して、マトリクス樹脂を熱硬化性樹脂のみとした第２比較例では振動減衰率は０．４３と小さすぎて、テニスエルボー等を発生させやすくなっており、また、マトリクス樹脂を熱可塑性樹脂のＲＩＭナイロンのみとした第１比較例では、振動減衰率が０．９２％とやや大きくなり過ぎている。
【００４８】
また、調質時の振動減衰率をみると、第１乃至第３実施形態では、それぞれ振動減衰率が高くなっているが、０．８６％〜０．７７％で、本発明が目標とする範囲に入っている。一方、第１比較例では０．９２→１．２５と大幅に上昇し、振動減衰率が高くなりすぎ、打球感の応答性が非常に鈍いものとなっている。また、第２比較例では、振動減衰率が０．４３→０．４５と僅かに高くなっているものの、適性な振動減衰率に比較すると遥かに低い。
【００４９】
さらに、第１乃至第３実施形態と第１乃至第３比較例のラケットフレームについて、※で示す成形後、温度２３℃湿度５５％の状態の下で９０時間保持した場合と、上記調質時とわけて夫々頂圧剛性を測定した。
【００５０】
上記頂圧剛性は面内方向の剛性に相当するもので、該頂圧剛性の測定方法は、図６に示すように、ラケット１１のガット面が水平となるように配置し、その状態でヘッド部のトップとグリップエンドとの間の中央点Ｐに上方から加圧具２５で８０kgf/cm²の荷重を加え、撓み量からバネ定数を求めた。
【００５１】
表１に示すように、※の２３℃５５％の状態下に保持した場合、第１実施形態の頂圧剛性は１４０kgf/cm²、第２参考実施形態では１４７kgf/cm²と大きくなっており、ヘッド部の頂点、３時、５時〜スロート部にかけて補強繊維を付加的に配置しなかった第３実施形態では、１２２kgf/cm²と若干小さくなっているが、本発明が目標とする１００〜１５０gf/cm²の範囲内となっている。これに対して、第１比較例のマトリクス樹脂を熱可塑性樹脂のＲＩＭナイロンのみとしている場合は１０２kgf/cm²と若干小さくなっている。また、第３比較例は１２４kgf/cm²で、マトリクス樹脂を熱硬化性樹脂とする内層部とマトリクス樹脂を熱可塑性樹脂とする外層部の間に熱可塑性フィルムを介在させない点だけを相違させた第１実施形態に対して、１６kgf/cm²も頂圧剛性が低くなっており、内外層の界面強度が弱いことが剛性低下に影響したと認められた。
【００５２】
一方、調質時には、実施形態および比較例のいずれも頂圧剛性が低下しているが、実施形態では低下幅が４〜７kgf/cm²と比較的小さいが、第１比較例では
１５kgf/cm²も低下して８７kgf/cm²となり、本発明が目標とする１００kgf/cm²よりも小さくなり、打球面の安定性が悪くなっている。また、第３比較例も１１kgf/cm²も低下し、第１実施形態より２６kgf/cm²も小さくなり、一段と差が開いていた。
【００５３】
さらにまた、第１乃至第３実施形態と第１乃至第３比較例のラケットフレームについて、インパクト耐久テストを行った。該インパクト耐久テストはラケットのグリップ部分を緩衝材で挟み込んでチャックした状態で、ガットを張った面のヨークの上部に４０ｍ／ｓｅｃのボールを衝突させた。該ボールの衝突によるラケットが破壊状態を測定した。
【００５４】
上記インパクト耐久テストの結果は表１に示す通りであり、第１実施形態、第２参考実施形態、第３実施形態ともボールを２００回衝突させても破壊されなかった。一方、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂のみを用いた第３比較例ではボールを１２回衝突させただけで破壊された。
【００５５】
また、繊維強化熱可塑性樹脂と繊維強化熱硬化性樹脂との界面の接着強度に関して、下記の第４参考実施形態と第４比較例とを作成して、接着強度を比較測定した。
【００５６】
第４参考実施形態は、エポキシ樹脂製繊維とカーボン繊維とのプリプレグを１０層、繊維角度０゜と９０゜とで交互に積層した。この積層体を、１５０℃の加熱下で、７kgf/cm²の圧力を４０分かけてプレス成形し、厚み１ｍｍの矩形状の板材を作成した。さらに、該板材を１８０℃で２時間焼鈍処理した。その後、上記試料の片面を研磨し、該研磨面にカーボン繊維クロスを積層した状態で金型のキャビテイ内に配置し、ＲＩＭナイロンモノマーを注入した。金型温度は１５０℃、注入圧を５kgf/cm²とし、５分間成形してサンプルを製造した。該サンプルの形状は図６に示す如くで、３０がエポキシ樹脂をマトリクス樹脂とする繊維強化熱硬化性樹脂からなる部分、３１がＲＩＭナイロンからなる熱可塑性樹脂部分、３２が接着面で、その長さは１０ｍｍとしている。このサンプルを１０ｍｍ幅の短冊状にカットしてテストピースを作成した。
【００５７】
第４比較例は、カーボン繊維平織りクロスを１０層積層し、該積層体を金型内に配置してＲＩＭナイロンモノマーを注入して、繊維強化熱可塑性樹脂からなる厚さ１ｍｍの板材を成形した。図６と同様に、該板材の一面の一端側を長さ１０ｍｍの接着面とし、該接着面を研磨した。この接着面に、エポキシ樹脂製繊維からなるプリプレグを積層し、７gf/cm²の圧力でプレス成形した。このテストピースを第４参考実施形態と同様に幅１０ｍｍの短冊状にカットしてテストピースを作成した。
【００５８】
上記第４参考実施形態および第４比較例のテストピースに対して、熱可塑性樹脂部分３０と熱硬化性樹脂部分３１の両端をチャックし、テストスピード１ｍｍ／分で反対方向に引っ張ることで接着試験を行った。
【００５９】
その結果は下記の表２に示す通りで、第４参考実施形態の接着強度は４１３kgf/cm²であるのに対して、第４比較例の接着強度は４９kgf/cm²で、第４参考実施形態の接着強度は、比較例よりも遥かに大きいことが確認できた。
【００６０】
【表２】

【００６１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、強度および剛性の点で優れた熱硬化性樹脂と、振動減衰性および耐衝撃性の点で優れた熱可塑性樹脂の両方をマトリクス樹脂として用いているため、余分に熱可塑性樹脂を用いて重量を増加させることなく、成形したラケットフレームに、テニスエルボーを発生させない程度で且つ打球感の応答が鈍くならない程度の適度の振動減衰率を与えることができ、さらに、適度の面内方向の剛性を与えて打球面を安定させることができる。即ち、本発明が目的とする軽量で、打球面の安定性および耐久性が高く、なおかつ、適度な振動減衰性を有するラケットフレームを提供することができる。
【００６２】
特に、本発明では、使用する熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との成形温度を略同一範囲としているため、熱可塑性樹脂の成形温度で、熱硬化性樹脂に熱劣化や変形を発生させず、同一金型内で同時に成形でき、かつ、界面の接着力が高い一体化したラケットフレームを成形することができる。
【００６３】
さらに、熱硬化性樹脂を内層とし、熱可塑性樹脂を外層としているため、熱可塑性樹脂量の調節が容易にできる。其の結果、振動幅が大きくなる部分に局所的に熱可塑性樹脂量を多くして、効率よく振動減衰性能を高めることが出来る。よって、上記したように、余分に熱可塑性樹脂を用いることなく振動減衰性を向上させることができ、ラケットフレームの軽量化を図ることができる。さらに、ラケットフレームの長さ方向の中央部の強化繊維の繊維角度をねじれ剛性が大きい軸線方向に対して４５゜としておくと、より効果的に振動を抑制することができ、この点からも熱可塑性樹脂量を低減して、軽量化を更に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）はラケットフレームにおける面外方向の振動モードを示す概略図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）はラケットフレームにおける面内方向の振動モードを示す概略図である。
【図３】（Ａ）乃至（Ｅ）は本発明の第１実施形態のラケットフレームの概略製造工程図である。
【図４】第１実施形態のラケットフレームを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】振動減衰率の測定方法を示す概略図である。
【図６】頂圧剛性の測定方法を示す概略図である。
【図７】接着強度の測定方法を示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ内層部材
Ｂ外層部材
１１ラケットフレーム
１２ヘッド部
１３スロート部
Ｐ１ヘッド部の頂点部分
Ｐ２ヘッド部の３時部分
Ｐ３ヘッド部の４時部分からスロート部にかけたラケットフレームの長さ方向中央部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a racket frame for tennis or the like, and more specifically, is a hollow racket frame made of fiber reinforced resin, which is lightweight and has excellent strength and stability of a hitting surface and good vibration damping. It relates to a racket frame.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hollow racket frames made of fiber strength resin have become mainstream because of their excellent lightness, high rigidity, high strength, and durability. This type of racket frame is usually integrally formed from a thermosetting resin reinforced with high strength and high modulus fibers such as carbon fibers. However, the racket frame that uses the above-mentioned high-strength, high-modulus reinforcing fiber and thermosetting resin as a matrix resin is excellent in rigidity and strength, but it is easy to generate vibration when subjected to an impact. There is a problem that tennis elbow is likely to occur.
[0003]
In order to improve the vibration damping property while using a thermosetting resin as the matrix resin, there are examples of using organic fibers such as aramid fibers and ultrahigh molecular weight polyester fibers, but the organic fibers are Since the rigidity and strength are small, it is impossible to use only these organic fibers as reinforcing fibers. Therefore, carbon fiber or the like must be used in combination, and therefore the vibration attenuation rate is as low as 0.6% or less, and the vibration attenuation rate has not been increased.
[0004]
Therefore, recently, a racket frame using a continuous fiber as a reinforcing fiber and a thermoplastic resin such as a polyamide resin as a matrix resin has been provided in order to increase the vibration damping rate. Specifically, the first is a racket frame in which polyamide resin containing short fibers is injection-molded, and the second is a fiber made of matrix resin and reinforcing fibers laminated in the outer periphery of the tube in the form of fibers and placed in the mold. Then, a racket frame formed by melting the matrix resin by applying pressure in the tube at a high temperature, and thirdly placing reinforcing fibers in the mold in advance, and injecting polyamide resin monomer to perform reaction injection molding A racket frame is provided.
[0005]
The vibration attenuation factor of the first racket frame is 1.9%, the second racket frame is 0.92%, and the third racket frame is 1.1%. In this way, the racket frame using a thermoplastic resin as a matrix resin reflects the high toughness of the thermoplastic resin, and impact resistance and vibration that cannot be obtained with a conventional thermoset resin racket frame. It has a damping property.
[0006]
However, in general, a thermoplastic resin has a higher dependency of the elastic modulus on the environment than a thermosetting resin, and there is a problem that characteristics such as rigidity easily change depending on the use environment of the racket frame. Particularly for athletes, the stability of the ball striking surface is required, and so-called in-plane rigidity is an important performance, and it is not preferable that the in-plane rigidity is low or changes. Furthermore, if the vibration damping rate is too large, the response of the shot feeling becomes dull, and there is a problem that the response is slow when deviating from the sweet area, resulting in poor competitiveness.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, it is a problem if the vibration damping property and rigidity are too large or too small. As a result of experiments conducted by the present inventor, specifically, the vibration damping property is such that the attenuation rate of the primary natural frequency in the out-of-plane direction is 0.6% to 0.9% in an equilibrium state at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 60%. Range, in-plane rigidity is 100-150kgf / cm ² It has been found that the range of (1) does not cause tennis elbows and the like, and the response of the shot feeling does not become dull, and the stability of the hitting surface is good. However, at present, commercially available tennis racket frames having no vibration damping rate and in-plane rigidity in the above range are not provided.
[0008]
In addition, recently, there are many cases where a spin is applied at the time of playing or a rising hitting method is used. In order to cope with this playing style, the operability of the racket is regarded as important, and from this point, weight reduction is also strongly demanded. ing.
[0009]
A racket frame using a thermosetting resin and a thermoplastic resin in combination as a matrix resin has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-121074 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-47152, both of which have the following problems. Was.
[0010]
First, Japanese Laid-Open Patent Application No. 1-121074 of the conventional example proposes a racket frame characterized by mixing a fiber reinforced thermosetting resin and a fiber reinforced thermoplastic resin. Specifically, on the outer periphery of the core material, a prepreg in which a reinforcing fiber is impregnated with a thermosetting resin and a fiber-reinforced thermoplastic resin sheet are coated with either one as an inner layer and the other as an outer layer. ing. In this conventional example, the molding temperatures of the thermosetting resin and the thermoplastic resin to be used are not described at all and are unknown. Generally, the curing temperature of the thermosetting resin is from room temperature to 180 ° C, and the melting temperature of the thermoplastic resin is as high as 220 ° C to 260 ° C. In this conventional example, regarding the interfacial adhesion between the thermoplastic resin and the thermosetting resin, it is described that when the thermosetting resin is cured, the thermoplastic resin is melted or softened, so that the adhesion is increased. In some cases, it does not soften and there is a problem in terms of adhesion. Conversely, when the melting point or softening point of the thermoplastic resin is lower than the curing temperature of the thermosetting resin, the racket frame is inferior in heat resistance. As described above, in the conventional example, the type and the molding temperature of the thermosetting resin and the thermoplastic resin are not specified. Therefore, if the sheets are simply laminated and heated, the racket frame includes various problems. It is not feasible.
[0011]
In addition, JP-A-7-47152, which is a conventional example described later, includes a region in which the thermoplastic resin and the thermosetting resin are mixed between the fiber reinforced thermosetting resin and the fiber reinforced thermoplastic resin. A racket frame has been proposed. Specifically, the frame part of the racket frame is molded with a fiber reinforced thermoplastic resin, the grip part is molded with a fiber reinforced thermosetting resin, and then an adhesive mixed with a thermosetting resin and a thermoplastic resin. A method of joining is disclosed. However, when the frame part and the grip part are separately formed and joined with an adhesive, stress concentration occurs in the joint part, which causes a problem in strength and is not suitable for practical use. Furthermore, after covering the outer periphery of the core material with a fiber reinforced thermoplastic resin sheet and covering the outer surface with a porous thermoplastic resin sheet as in the conventional example, the fiber reinforced thermosetting resin sheet is covered with this state. However, as in the conventional example, the molding temperature between the thermoplastic resin and the thermosetting resin becomes a problem, and the adhesion at the interface is disclosed. There is a problem with the nature, which is also not suitable for practical use.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the conventional example, and is a practical aspect in which a thermosetting resin and a thermoplastic resin are used in combination as a matrix resin, and obtained from the above experimental results. An object of the present invention is to provide a racket frame that provides a range of vibration damping rate and in-plane rigidity, has an appropriate vibration damping rate, has a stable in-plane rigidity for a ball striking surface, and is light and easy to operate. Yes.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a hollow racquet frame made of fiber-reinforced resin according to claim 1, wherein the matrix resin is a thermosetting epoxy resin having a molding temperature in the same range and a thermoplastic RIM. Using nylon, the fiber-reinforced layer made of the thermosetting resin is used as an inner layer portion, and the fiber-reinforced layer made of the thermoplastic resin is used as an outer layer portion. The RIM nylon of the outer layer portion is formed by reaction injection molding. In addition, a thermoplastic film or tube is interposed between the inner layer portion and the outer layer portion. A racket frame characterized by the above is provided.
[0014]
The racket frame is claimed 5 On the outer periphery of the inner layer member made of a fiber-reinforced thermosetting epoxy resin prepreg laminate or a thermosetting fiber-reinforced epoxy resin molded product Wrap the fiber reinforcement with a thermoplastic film or tube in between. Place in the mold, inject RIM nylon monomer into the mold and heat at the required temperature to cure the thermosetting resin of the inner layer member and generate a polymerization reaction in the RIM nylon monomer to cure Thus, the outer layer portion using RIM nylon as a matrix is molded.
[0015]
The curing temperature (molding temperature) of the thermosetting epoxy resin is 120 ° C. to 150 ° C., while the molding temperature of RIM nylon is 130 to 150 ° C., which is substantially the same temperature. Therefore, a prepreg of epoxy resin and reinforcing fiber or a fiber reinforced epoxy resin molded product is used as an inner layer member, and reinforcing fibers are laminated on the outer periphery thereof and placed in a mold, and when the RIM nylon monomer is heated to, for example, 150 ° C., The thermosetting epoxy resin that is the matrix resin of the inner layer member and the RIM nylon that is the matrix resin of the outer layer member can be simultaneously molded. In this way, by using a thermosetting epoxy resin and a thermoplastic RIM nylon having a molding temperature in substantially the same range, the inner layer portion and the outer layer portion are integrally molded at the same temperature in one mold. And interfacial adhesion between the inner layer portion and the outer layer portion can be ensured. Furthermore, it is possible to prevent the thermosetting resin from being thermally deteriorated or deformed during the molding of the thermoplastic resin.
[0016]
as mentioned above, A film or tube made of a thermoplastic resin is interposed between the inner layer portion and the outer layer portion. Yes. When a film or tube made of such a thermoplastic resin is used, the melting point of the thermoplastic resin that becomes the film or tube is higher than the melting point of the thermoplastic resin in the outer layer portion.
[0017]
That is, when the RIM nylon monomer flows in contact with the fiber reinforced thermosetting epoxy resin in the mold, theoretically, when the epoxy resin is cured, no epoxy group remains, but in reality the epoxy group remains. Therefore, there is a possibility that the polymerization catalyst of the RIM nylon monomer reacts with the epoxy group to cause polymerization inhibition of the RIM nylon itself. For this reason, as described above, it is preferable to coat a thermosetting epoxy resin with a film or tube made of a thermoplastic resin. The thermoplastic film or tube and the thermosetting resin can be adhered to each other because the thermosetting resin has good adhesiveness. In addition, a smooth surface such as a film promotes the flow of the RIM nylon monomer at the interface of the film or tube, and further, when RIM nylon is molded, it is a homogeneous material, so that the adhesion is very good.
[0018]
Instead of interposing a film or tube made of a thermoplastic resin between the thermosetting resin and the thermoplastic resin, the following method does not cause polymerization inhibition of the RIM nylon monomer, and adhesion at the interface. Can be increased. That is, after a fiber-reinforced thermosetting epoxy resin is preliminarily heat-molded, it is again aftercured (reheated), and crosslinking is advanced by the aftercuring to reduce epoxy groups. Alternatively, the surface of the molded product is blasted or polished with abrasive paper to remove the epoxy resin rich portion on the surface of the molded product, thereby reducing the amount of epoxy resin. In this way, by removing the epoxy resin appropriately, the opportunity for the RIM nylon monomer catalyst to adhere to the epoxy group is reduced, so that the thermoplastic resin film or tube is attached to the epoxy resin molded product. Even if RIM nylon monomer is injected without coating, the RIM nylon monomer can be prevented from causing polymerization inhibition, and the interfacial adhesion can be enhanced.
[0019]
Furthermore, when the fiber-reinforced thermosetting epoxy resin molded product is placed in a mold, it is preferable to apply an internal pressure to the hollow portion during molding of RIM nylon in order to maintain the shape of the hollow portion of the molded product. This is because even if the molded product has been cured, it is softened by heating and deformed by the injection pressure of the RIM nylon monomer, making it difficult to control the thickness of the RIM nylon portion. As described above, when an internal pressure is applied to the molded product, deformation of the molded product can be suppressed, and the thickness of the outer RIM nylon layer can be controlled as designed.
[0020]
In the above racket frame, the entire head part from the top to the grip end Leave Or , The apex of the head Or / and The part that is 90 degrees apart from the vertex with the center of the gut surface as the center point Share Or / and the central part of the racket frame in the length direction from 120 to the throat from the top of the head In The amount of the thermoplastic resin in the outer layer portion is preferably larger than the amount of the thermosetting resin in the inner layer portion. 2 ).
[0021]
As described above, since the outer layer portion made of thermoplastic RIM nylon is formed on the outer periphery of the fiber reinforced thermosetting epoxy resin, the amount of the RIM nylon can be arbitrarily set in each portion of the racket frame. . Specifically, a fiber reinforced thermoplastic resin layer (fiber reinforced RIM nylon layer) is laminated according to the thickness by laminating an arbitrary number of fiber reinforcing materials at arbitrary positions on the outer periphery of the fiber reinforced thermosetting epoxy resin. Can be formed. This is because when the tube in the innermost layer of the fiber reinforced thermosetting resin is molded by applying pressure, the molded wall thickness is proportional to the amount of the reinforced fibers laminated.
[0022]
As described above, since the thermoplastic resin is excellent in vibration damping compared to the thermosetting resin, the amount of the thermoplastic resin may be increased over the entire racket frame, but vibration is particularly likely to occur. It is preferable to increase the amount of the thermoplastic resin locally at the site.
[0023]
That is, in the racket frame, the primary vibration mode and the secondary vibration mode in the out-of-plane direction are generated as shown in FIGS. 1A and 1B, and the primary vibration mode and the secondary vibration mode in the in-plane direction are illustrated in FIG. It occurs as shown in 2 (A) and (B). Therefore, the apex portion P1 of the head portion corresponding to the belly portion where the vibration width of these vibration modes is large, the portion P2 spaced 90 degrees from the apex with the center of the gut surface as the center point The direction of the length of the racket frame from the top of the head to 120 degrees (4 o'clock when the top is 12 o'clock when the apex is 12 o'clock when the gut face is viewed as a clock face) In the central portion P3, the amount of the thermoplastic resin is increased. As described above, if the amount of the thermoplastic resin is locally increased in an effective portion in consideration of the vibration mode, vibration damping can be improved efficiently without causing an extra weight increase.
[0024]
Further, at the central portion of the entire length of the racket frame from the apex of the head portion to the grip end, the fiber angle of the reinforcing fiber is preferably set to 30 ° to 45 ° with respect to the longitudinal axis (claim). Term 3 ).
[0025]
The actual behavior of the racket frame at the time of play is not divided in the out-of-plane direction and in-plane direction, but shows a combined deformation behavior, and the torsional deformation behavior is near the center in the length direction of the racket frame. appear. For bending behavior, if the fiber angle is 0 °, the bending stiffness is large. For buckling behavior, if the fiber angle is 90 °, the buckling stiffness is large. When it is 45 °, the torsional rigidity becomes large. Therefore, vibration can be more effectively suppressed by increasing the torsional rigidity by setting the fiber angle of the central portion in the longitudinal direction of the racket frame where the deformation behavior of torsion occurs to 30 to 45 °.
[0026]
By setting it as the said structure, the attenuation factor of the primary natural frequency of an out-of-plane direction in the equilibrium state of temperature 25 degreeC humidity 60% is made into the range of 0.7-0.9%. 4 ). If the vibration attenuation rate is in the above range, as is clear from the above-described experimental results, the vibration attenuation rate is increased to the extent that tennis elbow is not generated, and the responsiveness of the shot feeling is not dull, and an appropriate vibration attenuation rate is obtained. be able to.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0028]
The tennis racket frame of the first embodiment was manufactured by the following process.
First, in the first step, as shown in FIG. 3A, a φ14 mandrel core material 1 is covered with a 66 nylon tube 2, and the 66 nylon tube 2 is made of a fiber and carbon made of a thermosetting resin epoxy resin. A prepreg made of fibers (T800, P2053-12, manufactured by Toray Industries, Inc., 30% resin content) 3 was laminated to form a vertical laminate 4. The prepreg was laminated with the fiber angles being 0 °, 22 °, 30 ° and 90 °. The weight of the prepreg laminate 4 serving as the inner layer member A was 180 g.
[0029]
In the second step, as shown in FIG. 3B, 66 nylon film 5 made of thermoplastic resin was wound around the entire outer peripheral surface of inner layer member A made of laminate 4 with an overlap margin of about 8 mm. .
[0030]
In the third step, a glass fiber nonwoven fabric (EPM-4-25 manufactured by Japan Vilene Co., Ltd.) 6 is cut to a width of 30 mm over the entire outer peripheral surface of the film 5, and as shown in FIG. Wrapped continuously in a spiral. The number of layers of this spiral was 2-3. The weight of the glass fiber nonwoven fabric 6 was 6 g.
[0031]
In the fourth step, as shown in FIG. 3D, a blade in which carbon fibers are woven into a sleeve shape (carbon blade BC7364-24 (20), BC7396-9 (20), BC7364-45 manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.) (20)) Two layers of 7 are laminated on the outer peripheral surface of the apex portion (top portion) P1 of the head portion of the racket frame, the 3 o'clock portion P2 of the head portion, and the portion P3 that becomes the throat portion from 4 o'clock of the head portion. .
[0032]
In the fifth step, as shown in FIG. 3 (E), the mandrel core material 1 was pulled out from the above-described laminated body and placed in a cavity 8 a having a racket frame shape of the mold 8. The yoke portion 9 uses hard foamed urethane as a core material, covers the core material with a 66 nylon tube, and further coats the outer peripheral surface with the same carbon blade as the carbon blade 7. It arrange | positioned in the cavity 8a.
[0033]
In the sixth step, the mold 8 is heated to 150 ° C., and 6 kgf / cm is placed in the 66 nylon tube 2 constituting the innermost peripheral layer. ² The pressure air was supplied and kept under pressure. The epoxy resin of the prepreg 3 of the inner layer member A was cured by holding at 150 ° C. for 30 minutes.
[0034]
In the seventh step, after 30 minutes from the start of the sixth step, nylon monomer (UX-75 manufactured by Ube Industries) was injected into the cavity 8a. The melt temperature of the nylon monomer was 90 ° C., and the liquid A containing the catalyst and the liquid B containing the initiator were mixed and injected at a ratio of 1: 1. Injection pressure is 5kgf / cm ² Controlled. After holding for 3 minutes, the mold was released.
[0035]
As shown in FIGS. 4 (A), (B), and (C), the tennis racket frame 11 manufactured in the above-described process has an inner layer portion A composed of an epoxy resin layer reinforced with carbon fibers and glass fibers as a whole. The outer layer part B which consists of a RIM nylon layer reinforced with a nonwoven fabric has an integral structure in which a 66 nylon film 5 is interposed. Further, in the apex portion P1, 3 o'clock portion P2 of the head portion 12, and the portion P3 of the head portion from 4 o'clock to the throat portion 13, as shown in FIG. 4C, the outer layer portion B has a glass fiber nonwoven fabric. The carbon blade 7 is laminated on the outer peripheral portion of the outer peripheral portion 6 so that the thickness of the outer layer portion B is large. That is, the amount of RIM nylon made of the thermoplastic resin in the outer layer portion is larger than the amount of epoxy resin made of the thermosetting resin in the inner layer portion. The weight of the low frame of this tennis racket was 213 g. The cross-sectional shape of the racket frame is an outer thickness of 22 mm, a width of 12 mm, and a gut area of 95 inches. ² It is said. In addition, the part which laminated | stacked with carbon braid | blade and made thickness thick has the same external shape, and thickness is larger than another part.
[0036]
Second reference In the tennis racket frame of the embodiment, the inner layer member A having the same configuration as that of the first embodiment is molded by heating in advance at 150 ° C. for 30 minutes, and the molded product is again cured at 160 ° C. for 1 hour. did. Further, the outer peripheral surface of the reheated molded product of the inner layer member A was polished with water-resistant abrasive paper. Nylon nonwoven fabric was spirally wound around the top portion of the head portion and the 3 o'clock portion with a racket frame of the inner layer member A formed as a molded product in a spiral manner. Further, two to three layers of carbon fiber plain weave cloth were laminated from the 5 o'clock portion to the throat portion with a racket frame. The fiber cloth has a fiber angle in the axial direction. versus The angle was set to 45 °. Thereafter, as in the first embodiment, it was placed in the cavity of the mold and manufactured by injecting nylon monomer. At that time, a flexible silicon tube is inserted into the hollow portion of the inner layer member A, and 2 kgf / cm. ² Was pressurized. The second manufactured by this method reference The low frame of the tennis racket of the embodiment had the same shape as that of the first embodiment, and its weight was 208 g.
[0037]
In the tennis racket frame of the third embodiment, 3 to 4 layers of a glass fiber nonwoven fabric are spirally wound along the entire length on the outer peripheral surface of the inner layer member having the same configuration as that of the first embodiment. In the racket frame, no reinforcing fiber is arranged from the 3 o'clock portion of the head portion, the 5 o'clock portion to the throat portion. Other than that, the tennis racket frame of the third embodiment was manufactured in the same manner as the first embodiment. The low frame of the tennis racket of the third embodiment has the same shape as the first embodiment, and its weight is 216 g.
[0038]
In order to compare the vibration damping rate, top pressure rigidity (in-plane rigidity), durability, and weight with the embodiment of the present invention, the same shape as the racket frame of the above embodiment (thickness 22 mm, width 12 mm, gut area 95 in) ² The following tennis racket frames of the first to third comparative examples were manufactured.
[0039]
The tennis racket frame of the first comparative example is a case where only a thermoplastic resin made of RIM nylon is used as a matrix resin. That is, carbon fiber braid (BC7364-24 (20), BC7364-45 (20) manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.) was laminated on a 66 nylon tube to make 110 g. Further, the yoke material used 5.0 g of hard foamed urethane as a core material, was covered with a nylon tube, and the outer surface was covered with the carbon fiber braid. These materials were placed in a mold, and the mold was heated to 150 ° C. as in the first embodiment, and molten nylon monomer (UX-75 manufactured by Ube Industries) was injected into the cavity. . Injection pressure is 3kgf / cm ² And 3 kgf / cm in the 66 nylon tube ² The internal pressure was applied. After holding for 3 minutes, the mold was released. The weight of the low frame of the first comparative example produced by this method was 226 g.
[0040]
The tennis racket frame of the second comparative example is a case where only a thermosetting resin made of an epoxy resin is used as a matrix resin. A carbon fiber prepreg impregnated with an epoxy resin was laminated on a 66 nylon tube. These are placed in the mold and the air pressure is 6kgf / cm. ² While being applied, the temperature was raised from room temperature to 150 ° C. and kept at 150 ° C. for 30 minutes. The yoke portion was made of polystyrene resin as a core material. A carbon fiber prepreg impregnated with an epoxy resin was wound around the core material, placed in a mold, and simultaneously molded. The weight of the low frame of this second comparative example was 220 g.
[0041]
The tennis racket frame of the third comparative example is the same as that of the first embodiment except that 66 nylon filler is removed between the first embodiment and the prepreg of the inner layer member and the glass fiber nonwoven fabric wound around the outer periphery thereof. Is the same. That is, a case where a thermoplastic film is not interposed between the inner layer portion using a thermosetting resin as the matrix resin and the outer layer portion using thermoplastic RIM nylon as the matrix resin, the third comparative example The weight of the low frame was 211 g.
[0042]
The low frame weights of the first to third embodiments and the first to third comparative examples are as described above and as summarized in Table 1 below. As shown by * in Table 1, these weights are held for 90 hours under the condition of temperature 23 ° C. and humidity 55% after molding. On the other hand, the low frame weight was measured when maintained for 200 hours under conditions of a temperature of 32.5 ° C. and a humidity of 90% (during tempering). The results are as shown in Table 1. In Table 1, in each of the first to third embodiments and the first to third comparative examples, three racket frames are prepared and the average value is obtained.
[0043]
[Table 1]

[0044]
In 1st Embodiment, 213g became 214g at the time of humidity control, and only 1g increased. Second reference In the embodiment, the increase was 1 g, and in the third embodiment, the increase was 2 g. In contrast, in the first comparative example in which only the thermoplastic resin was used as the matrix resin, 226 g was 231 g, an increase of 7 g. In this way, when only RIM nylon made of thermoplastic resin is used as the matrix resin, the weight changes due to environmental changes and the environmental dependency becomes high. However, as in the present invention, the matrix resin in the inner layer portion is thermoset. In the case of the curable resin, as in the second comparative example using only the thermosetting resin as the matrix resin, it was confirmed that the weight increase during tempering could be reduced to 1 to 2 g, and the environmental dependency could be reduced.
[0045]
Further, for the racket frames of the first to third embodiments and the first to third comparative examples, after molding as indicated by *, when held at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 55% for 90 hours, and during the above tempering The vibration damping rate was measured separately.
[0046]
As shown in FIG. 5, the vibration damping rate is measured by attaching an accelerometer 21 with an aluminum plate 20 interposed between the grip portion of the racket 11 and gripping the grip firmly with both hands, and a speed of 35 m / sec. Then, the ball was applied to the center of the gut surface, the vibration attenuation waveform when this ball was applied was received by the accelerometer 21, and the vibration attenuation rate was calculated from the vibration attenuation waveform.
[0047]
As shown in Table 1, when held under the condition of 23 ° C. and 55% of *, the racket frames of the first to third embodiments have vibration damping ratios of 0.81 to 0.71, and the present invention. Is within the target range of 0.7-0.9%, the vibration damping rate is not too small, the occurrence of tennis elbows etc. can be suppressed, and it is not too large, and the responsiveness of the shot feel does not become dull. . On the other hand, in the second comparative example in which the matrix resin is only the thermosetting resin, the vibration damping rate is too small as 0.43, and it is easy to generate tennis elbows and the matrix resin is thermoplastic. In the first comparative example in which only the resin RIM nylon is used, the vibration damping factor is 0.92% which is a little too large.
[0048]
Further, looking at the vibration attenuation rate during tempering, the vibration attenuation rate is high in each of the first to third embodiments, but the target of the present invention is 0.86% to 0.77%. Is in range. On the other hand, in the first comparative example, 0.92 → 1.25 is significantly increased, the vibration damping rate becomes too high, and the responsiveness of the shot feeling is very dull. In the second comparative example, although the vibration damping rate is slightly higher from 0.43 to 0.45, it is much lower than the appropriate vibration damping rate.
[0049]
Further, for the racket frames of the first to third embodiments and the first to third comparative examples, after molding as indicated by *, when held at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 55% for 90 hours, and during the above tempering The top pressure stiffness was measured separately.
[0050]
The top pressure rigidity is equivalent to the rigidity in the in-plane direction. As shown in FIG. 6, the top pressure rigidity is measured so that the gut surface of the racket 11 is horizontal and the head is in that state. 80kgf / cm with the pressurizing tool 25 from above at the center point P between the top of the part and the grip end ² The spring constant was calculated from the amount of deflection.
[0051]
As shown in Table 1, the top pressure rigidity of the first embodiment is 140 kgf / cm when held under the condition of 23 ° C. and 55% of *. ² The second reference In the embodiment, 147 kgf / cm ² In the third embodiment in which no reinforcing fiber is additionally arranged from the top of the head part, 3 o'clock, 5 o'clock to the throat part, 122 kgf / cm ² Although it is slightly smaller, the target of the present invention is 100 to 150 gf / cm. ² It is within the range. On the other hand, when the matrix resin of the first comparative example is only thermoplastic resin RIM nylon, it is 102 kgf / cm. ² And it is slightly smaller. The third comparative example is 124kgf / cm ² In contrast to the first embodiment in which the thermoplastic film is not interposed between the inner layer portion in which the matrix resin is a thermosetting resin and the outer layer portion in which the matrix resin is a thermoplastic resin, 16 kgf / cm is different. ² The top pressure stiffness was low, and the weak interface strength between the inner and outer layers was considered to have affected the stiffness reduction.
[0052]
On the other hand, at the time of tempering, the top pressure rigidity is reduced in both the embodiment and the comparative example, but in the embodiment, the reduction width is 4 to 7 kgf / cm. ² Although relatively small, in the first comparative example
15kgf / cm ² Decreased to 87kgf / cm ² The target of the present invention is 100 kgf / cm ² And the stability of the ball striking surface is poor. The third comparative example is also 11 kgf / cm. ² Lower than the first embodiment, 26kgf / cm ² Became smaller, and the difference was further widened.
[0053]
Furthermore, impact durability tests were performed on the racket frames of the first to third embodiments and the first to third comparative examples. In the impact endurance test, a 40 m / sec ball was made to collide with the upper part of the yoke on the gutted surface in a state where the grip portion of the racket was sandwiched between the cushioning materials and chucked. The racquet caused by the collision of the ball was measured for its breaking condition.
[0054]
The results of the impact durability test are as shown in Table 1. Embodiment, Second Reference Embodiment, Third Embodiment Both will be destroyed by hitting the ball 200 times Rena won. On the other hand, in the third comparative example using only the thermoplastic resin as the matrix resin, the ball was destroyed only by colliding 12 times.
[0055]
In addition, regarding the adhesive strength at the interface between the fiber reinforced thermoplastic resin and the fiber reinforced thermosetting resin, The first 4 reference Implementation State and A fourth comparative example was prepared and the adhesive strength was measured by comparison.
[0056]
4th reference In the embodiment, ten layers of prepregs of epoxy resin fibers and carbon fibers were laminated alternately at fiber angles of 0 ° and 90 °. This laminate was heated at 150 ° C. and 7 kgf / cm. ² Was pressed for 40 minutes to produce a rectangular plate having a thickness of 1 mm. Further, the plate material was annealed at 180 ° C. for 2 hours. Thereafter, one surface of the sample was polished, placed in the cavity of the mold with a carbon fiber cloth laminated on the polished surface, and RIM nylon monomer was injected. Mold temperature is 150 ° C, injection pressure is 5kgf / cm ² Then, a sample was manufactured by molding for 5 minutes. The shape of the sample is as shown in FIG. 6, where 30 is a portion made of a fiber reinforced thermosetting resin having an epoxy resin as a matrix resin, 31 is a thermoplastic resin portion made of RIM nylon, and 32 is an adhesive surface. The thickness is 10 mm. This sample was cut into a 10 mm wide strip to create a test piece.
[0057]
In the fourth comparative example, 10 layers of carbon fiber plain weave cloth were laminated, the laminate was placed in a mold, and RIM nylon monomer was injected to form a 1 mm thick plate made of fiber reinforced thermoplastic resin. . Similarly to FIG. 6, one end of one surface of the plate material was used as an adhesive surface having a length of 10 mm, and the adhesive surface was polished. A prepreg made of epoxy resin fiber is laminated on this adhesive surface, and 7 gf / cm. ² Press molding was performed at a pressure of This test piece is the fourth reference Similarly to the embodiment, a test piece was prepared by cutting into a strip having a width of 10 mm.
[0058]
4th above reference With respect to the test pieces of the embodiment and the fourth comparative example, the adhesion test was performed by chucking both ends of the thermoplastic resin portion 30 and the thermosetting resin portion 31 and pulling in opposite directions at a test speed of 1 mm / min.
[0059]
The results are shown in Table 2 below. The second 4 reference The adhesive strength of the embodiment is 413 kgf / cm ² In contrast, the adhesive strength of the fourth comparative example is 49 kgf / cm. ² so, 4th reference It was confirmed that the adhesive strength of the embodiment was much higher than that of the comparative example.
[0060]
[Table 2]

[0061]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, both the thermosetting resin excellent in strength and rigidity and the thermoplastic resin excellent in vibration damping and impact resistance are used as the matrix resin. Because it is used, it does not increase the weight by using an extra thermoplastic resin, and gives the molded racket frame a moderate vibration damping rate that does not cause tennis elbow and does not slow down the response of the shot feeling. In addition, it is possible to stabilize the ball striking surface by giving an appropriate in-plane rigidity. That is, it is possible to provide a racket frame that is lightweight and has a high stability and durability of the hitting surface and has an appropriate vibration damping property.
[0062]
In particular, in the present invention, since the molding temperature of the thermosetting resin and the thermoplastic resin to be used is in substantially the same range, at the molding temperature of the thermoplastic resin, the thermosetting resin does not undergo thermal deterioration or deformation, An integrated racket frame that can be simultaneously molded in the same mold and has high adhesion at the interface can be molded.
[0063]
Furthermore, since the thermosetting resin is used as the inner layer and the thermoplastic resin is used as the outer layer, the amount of the thermoplastic resin can be easily adjusted. As a result, the amount of the thermoplastic resin can be locally increased in the portion where the vibration width becomes large, and the vibration damping performance can be improved efficiently. Therefore, as described above, vibration damping can be improved without using an extra thermoplastic resin, and the weight of the racket frame can be reduced. Furthermore, if the fiber angle of the reinforcing fiber in the center of the racket frame in the longitudinal direction is set to 45 ° with respect to the axial direction where the torsional rigidity is large, vibration can be suppressed more effectively. It is possible to further reduce the weight by reducing the amount of the plastic resin.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are schematic views showing out-of-plane vibration modes in a racket frame.
FIGS. 2A and 2B are schematic views showing in-plane vibration modes in the racket frame.
FIGS. 3A to 3E are schematic manufacturing process diagrams of the racket frame according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
4A and 4B show a racket frame according to a first embodiment, in which FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. It is.
FIG. 5 is a schematic view showing a method for measuring a vibration damping rate.
FIG. 6 is a schematic view showing a method for measuring the top pressure stiffness.
FIG. 7 is a schematic view showing a method for measuring adhesive strength.
[Explanation of symbols]
A Inner layer member
B Outer layer member
11 Racket frame
12 Head
13 Throat
P1 The apex of the head
P2 3 o'clock part of the head
P3 The central part in the length direction of the racket frame from the 4 o'clock part of the head part to the throat part

Claims

繊維強化樹脂製の中空のラケットフレームであって、マトリクス樹脂として、成形温度が同一範囲の熱硬化性のエポキシ樹脂と熱可塑性のＲＩＭナイロンを用い、繊維強化された上記熱硬化性樹脂からなる層を内層部とし、繊維強化された上記熱可塑性樹脂からなる層を外層部とし、該外層部のＲＩＭナイロンは反応射出成形していると共に、上記内層部と外層部との間に、熱可塑性のフィルムあるいはチューブを介在させていることを特徴とするラケットフレーム。A hollow racquet frame made of fiber reinforced resin, comprising a layer made of the above thermosetting resin reinforced by using a thermosetting epoxy resin and a thermoplastic RIM nylon having the same molding temperature as a matrix resin. The inner layer portion, the fiber reinforced thermoplastic resin layer as the outer layer portion, the RIM nylon of the outer layer portion is formed by reaction injection molding, and the thermoplastic layer is formed between the inner layer portion and the outer layer portion. A racket frame characterized by interposing a film or a tube .

ヘッド部の頂点からグリップ端までの長さ方向の全体において、あるいは、ヘッド部の頂点部分あるいは／およびガット面の中心を中心点として頂点より９０度間隔をあけた部分あるいは／および上記ヘッド部の頂点より１２０度の位置からスロート部にかけたラケットフレームの長さ方向の中央部分において、上記外層部の熱可塑性樹脂量を内層部の熱硬化性樹脂量よりも多くしている請求項１に記載のラケットフレーム。 The entire length from the apex of the head portion to the grip end, or the portion of the head portion or / and the portion spaced 90 degrees from the apex with the center of the gut surface as the central point, and / or the head portion 2. The thermoplastic resin amount of the outer layer portion is made larger than the thermosetting resin amount of the inner layer portion at a central portion in the length direction of the racket frame applied from the position 120 degrees from the apex to the throat portion. Racket frame.

上記ヘッド部の頂点からグリップ端までのラケットフレームの全長の中央部分では、その強化繊維の繊維角度を長さ方向の軸線に対して３０゜〜４５゜に設定している請求項１または請求項２に記載のラケットフレーム。 The fiber angle of the reinforcing fiber is set to 30 ° to 45 ° with respect to the longitudinal axis at the central portion of the entire length of the racket frame from the apex of the head portion to the grip end. 2. The racket frame according to 2.

温度２５℃湿度６０％の平衡状態での面外方向の１次固有振動数の減衰率を０．７〜０．９％としている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のラケットフレーム。 4. The attenuation rate of the primary natural frequency in the out-of-plane direction in an equilibrium state at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 60% is set to 0.7 to 0.9%. 5. Racket frame.

繊維強化された熱硬化性のエポキシ樹脂からなるプリプレグの積層体あるいは熱硬化性のエポキシ樹脂成形品からなる内層部材の外周に、熱可塑性のフィルムあるいはチューブを介在させた状態で繊維強化材を巻き付けて金型内に配置し、該金型内にＲＩＭナイロンモノマーを注入し、所要温度で加熱して、上記内層部材の熱硬化樹脂を硬化させると共に、上記ナイロンモノマーに重合反応を発生させて硬化してＲＩＭナイロンをマトリクスとする外層部を成形していることを特徴とするラケットフレームの製造方法。A fiber reinforced material is wrapped around the outer periphery of a prepreg laminate made of a fiber-reinforced thermosetting epoxy resin or an inner layer member made of a thermosetting epoxy resin molding with a thermoplastic film or tube interposed Placed in the mold, injecting RIM nylon monomer into the mold and heating at the required temperature to cure the thermosetting resin of the inner layer member and generate a polymerization reaction in the nylon monomer to cure A method of manufacturing a racket frame, wherein an outer layer portion using RIM nylon as a matrix is molded.