JP4362743B2

JP4362743B2 - ラケットフレーム

Info

Publication number: JP4362743B2
Application number: JP18946998A
Authority: JP
Inventors: 貞彦佐々木; 邦夫丹羽
Original assignee: Ｓｒｉスポーツ株式会社
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: JP2000014833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テニス、バトミントン、スカッシュ等の球技用のラケットフレーム、特にテニス用に好適に用いられるラケットフレームに関し、詳しくは、強度、剛性を保持しながら、打球時に生じる振動の減衰性を高め、プレーヤーの肘に生じる衝撃力を減少させて、テニス肘（所謂テニスエルボー）の発生を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ラケットフレームは繊維強化樹脂製が、その軽量性、高剛性、高強度、耐久性等を有する点より主流となっている。通常、ラケットフレームは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。この熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とする繊維強化樹脂製品のラケットフレームは、剛性が高く優れたものであるが、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を発生しやすい問題があった。
【０００３】
また、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も提供されており、該ラケットフレームは、熱可塑性樹脂のもつ靭性の高さを反映して、従来の熱硬化性樹脂製のラケットフレームでは得られなかった耐衝撃性、振動減衰性等の特性を備えている。
【０００４】
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大きく、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欠点がある。そのため、環境依存性を想定して予め剛性、強度を高めに設定しなければならず、そのために、重量が増加する問題が発生していた。
【０００５】
また、従来、振動減衰性を高めるラケットフレームとして、特開平９−１２２２７４号公報において、面内方向の一次振動の腹の部分にあたるラケットフレームのヨーク部分の面内方向の厚さを他のガット張り部（フェース部）およびスロート部よりも大きくして、振動の減衰を図るラケットフレームが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ラケットフレームのヨーク部分の面内方向の厚さを、他のガット張り部の厚さよりも１．５〜４倍としても、面内方向の振動の減衰に寄与するだけで、面外方向の振動を減衰することは出来ない。さらに、この面内方向の厚さを増大すると、面内剛性が増加し、それに伴い面内固有振動数が増加する。その結果、面内固有振動数と面外固有振動数との差が大きくなり、ラケットの飛び性能が低下する欠点が発生する。さらに、ヨーク部分の重量密度を他のガット張り部およびスロート部よりも小さくすると、振動の腹の部分にあたるヨーク部分が振動しやすくなり、振幅が大きくなって、振動抑制効果が少ない。
【０００７】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたもので、面内方向および面外方向の振動のいずれも効果的に減衰できると共に、飛び性能を低下させずに両立でき、かつ、剛性、強度が安定したラケットフレームを提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１で、ガット張り部にＶ形状のスロート部が連続したラケットフレームにおいて、
上記スロート部の左右両側部に挟まれるガット張り部のヨーク部分に、繊維含有量を４０〜７０ｖｏｌ％とした繊維強化樹脂からなるフレームを備えると共に、ガット張り部のヨーク部分以外は熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とした繊維強化樹脂からなる筒状フレームを形成し、
上記ヨーク部分の単位長さ重量を、ガット張り部のヨーク部分以外の単位長さ当たりの重量より大きくし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。
【０００９】
上記ヨーク部分の重量を大きくする部分は、ヨーク部分の長さ方向の中央部から左右方向に少なくとも５０ｍｍ以上の範囲とし、上記重量分布は０．１８〜０．３８ｇ／ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００１０】
上記のようにヨーク部分の重量を大とするのは、ヨーク部分は、打球時にラケットフレームに発生する面内方向および面外方向の一次振動の腹（最も振幅の大きい部分）に当たるためである。振動が発生するには大きなエネルギーが必要となり、振動の腹の部分の重量を大とすると面内方向および面外方向の両方の振動が抑制されることとなる。このように、振動の腹の部分に当たるヨーク部分の重量を増加すると、ヨーク部分にはフレーム全体の振動とは異なる振動数の振動を励起して、フレーム全体の振動を抑制することができる。
なお、前記従来例の特開平９−１２２２７４号公報ではヨーク部分の重量密度をヨーク部分を除くガット張り部およびスロート部の重量密度より小さいくしており、本発明とは逆となっている。
また、上記ヨーク部分の単位当たりの重量を大きくする部分では断面周長を、該ヨーク部分以外のガット張り部および上記スロート部の断面周長より大きくしていることが好ましい。
【００１１】
なお、ガット張り部にＶ形状のスロート部が連続したラケットフレームにおいて、
上記スロート部の左右両側部に挟まれるガット張り部のヨーク部分は、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂とし、繊維含有量を４０〜７０ｖｏｌ％とした繊維強化樹脂からなるフレームで形成すると共に該フレームの外周枠に囲まれた中空部に、比重が０．３〜１．０ｇ／cm^３の樹脂、エラストマーあるいはゴムを充填している一方、
上記ガット張り部のヨーク部分以外は熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とした繊維強化樹脂からなる筒状フレームで形成し、
上記ヨーク部分の断面周長を、該ヨーク部分以外のガット張り部および上記スロート部の断面周長より大きくしてもよい。
【００１２】
上記のように、ヨーク部分の断面周長をガット張り部およびスロート部よりも大きくすると共に、該ヨーク部分の面外方向の厚みは２０ｍｍ以上とすることが好ましい。具体的には、ヨーク部分の断面周長は６４ｍｍ〜８０ｍｍで、面外方向の厚みは２０ｍｍ〜２８ｍｍ、面内方向の厚みを１３ｍｍ〜１６ｍｍとすることが好ましい。
【００１３】
上記のように、ヨーク部分の断面周長を大きくすると、面内方向および面外方向の両方の断面２次モーメントを大きくすることができる。このように、面内方向および面外方向のいずれでも振動の腹に当たるヨーク部分の面内方向の剛性および面外方向の剛性を上げることによりより、振動減衰性を高めることができる。
【００１４】
ヨーク部分の断面周長を６４ｍｍ〜８０ｍｍとするのは、６４ｍｍより小さいと振動減衰性に寄与できる程度まで剛性を高めることができず、また、８０ｍｍより大きいと重量が増加する問題がある。また、面外方向の厚みを２０ｍｍ以上とすると、２０ｍｍより小さいと面外方向の振動抑制に効果がないためである。この面外方向の厚みを２０ｍｍ〜２８ｍｍ、面内方向の厚みを１３ｍｍ〜１６ｍｍとしているのは、断面周長を１３ｍｍ〜１６ｍｍとする範囲内において、面外方向と面内方向の両方の振動を最も効果的に抑制できる寸法範囲であることに因る。
【００１５】
上記ヨーク部分に充填する充填材は、比重０．３〜１．０ｇ／cm^３としている。この比重を０．３〜１．０ｇ/cm^３の範囲としているのは、０．３ｇ／cm^３より小さくするとヨーク重量が小さくなり、上記の振動減衰効果がえられない。また、１．０ｇ／cｍ^３より大きいと減衰効果はあるが、ヨーク重量が大きくなり過ぎて重くなる問題が発生する。なお、０．４〜０．７ｇ／cm^３が最適範囲である。
【００１６】
さらに、上記充填材として、ｔａｎ δのピーク温度（ガラス転移点）が１０℃以下の樹脂、あるいはエラストマー、発泡ゴムを充填することが好ましい。具体的には、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリスチレン系、エチレン酢酸ビニル共重合休、エチレンエチルアクリレート系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、エポキシ系、フェノ一ル系、フッ素系及び尿素系等の合成樹脂、さらに合成ゴム、例えば、スチレンプタジエン系、ニトリル系、クロロプレン系、イソプレン系、ブタジエン系、ブチル系、エチレン・プロピレン系、アクリル系、シリコーン系、チオール系及び塩素化系のゴムなどを使用することが出来、特に、温度変化による弾性率の小さい材料が好ましい。このように、ヨーク部分の中空部に振動減衰性の良い部材を充填すると、ヨーク部材の重量を増加させることによる振動抑制作用との相乗効果により、振動をより効果的に減衰させることができる。かつ、ヨーク部分にストリングスを張架するため、ストリングスの振動を減衰させる作用もある。
【００１８】
熱可塑性樹脂は振動減衰性に優れているため、ヨーク部分のフレームを熱可塑性樹脂で成形すると、振動減衰性をさらに高めることができる。しかも、繊維含有率を４０〜７０ｖｏｌ％としているため、剛性を高めることができ、この点からも振動減衰性に寄与することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
本発明の実施形態のラケットフレームは、図１に示すテニス用のラケットフレームからなる。該ラケットフレームは、流線型断面のラケットで、フェイス面Ｓを囲むガット張り部１にスロート部２の左右両側部２ａ、２ｂが連続し、これら左右両側部が合体してシャフト部３、およびグリップ部４と連続する。上記スロート部２のＶ字状となる左右両側部２ａ、２ｂに挟まれた部分のガット張り部にヨーク部分５となる。このヨーク部分５を除いた部分は、長尺な連続した筒状フレームから成形され、ヨーク部分５が別フレームをガット張り部１に連結した構成となっている。
【００２１】
上記ラケットフレームはヨーク部分５も含めて、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂を用い、強化繊維として炭素繊維を用いたプリプレグシートを、加熱加圧して筒形状に成形している。
【００２２】
上記ヨーク部分５を除くガット張り部１およびスロート部２の左右両側部２ａ、２ｂの断面形状は同一で、八角形状とし、本実施形態では、面外方向の厚さＬ１を２２ｍｍ、面内方向の厚さＬ２を１３〜１４ｍｍとし、ヨーク部分５を除くガット張り部１の断面周長が最も大きい部分はガット張り部１のトップ部分１ａで、断面周長を５９ｍｍとしている。また、ヨーク部分５を除くガット張り部１の単位長さ重量は０．１４ｇ／ｍｍとしている。なお、ガット張り部１に囲まれたフエース面積は１０５ｉｎ²としている。
【００２３】
上記ヨーク部分５の断面四角形状とし、その断面周長を、他のガット張り部１およびスロート部２の左右両側部２ａ、２ｂの断面周長よりも大きく設定し、本実施形態では６７ｍｍとしている。かつ、該ヨーク部分５では、その面外方向の厚さＬ１’を２０ｍｍ以上で、本実施形態では２２ｍｍとし、面内方向の厚さＬ２’を１４ｍｍとしている。
【００２４】
また、ヨーク部分５は、他の部分と同様に、上記繊維強化熱硬化性樹脂で四角枠形状の外枠５ａを構成し、繊維含有量は４０〜７０ｖｏｌ％として剛性を高めている。また、該外枠５ａの内部に充填材５ｂを充填している。該充填材５ｂとしては、比重が０．３〜１．０ｇ／cm³で、ｔａｎ δのピーク温度（ガラス転移点）が１０℃以下の樹脂、エラストマーあるいはゴムを充填している。
【００２５】
上記ヨーク部分５は、外枠５ａのみからなる場合および外枠５ａに充填材５ｂを充填した場合のいずれの場合も、単位長さ当たりの重量は０．１８〜０．３８ｇ／ｍｍとしており、ヨーク部分５を除く他のガット張り部分およびスロート部の単位長さ当たりの重量を大きくしている。
【００２６】
本実施形態では、ヨーク部分５の充填材５ｂとして軟質発泡ウレタンを用いている。即ち、ナイロンチューブにポリスチリレンを充填したものを外枠５ａに挿入し、成形時に発泡させることで内圧を付加している。成形後に、外枠５ａにガット孔をあけ、該ガット孔からキシレンを注入してポリスチレンを溶解して取り出し、溶融したウレタンを注入し、その後、発泡させて充填材５ｂとして軟質発泡ウレタンを充填している。
【００２７】
他の実施形態では、図３に示すように、ヨーク部分５を中央部５−１と左右両側部５−２とに分割し、中央部５−１では、その外枠５ａを繊維強化熱可塑性樹脂で成形した後、中空部にエラストマーからなる充填材５ｂを充填している。この中央部５−１の両端に繊維強化熱硬化性樹脂のプリプレグシートの積層材を巻き付け、ヨーク部分以外のガット張り部１およびスロート部２等のフレームとなる繊維強化熱硬化性樹脂のプリプレグシートと一体成形して、両側部５−２を形成している。この場合、中央部５−１は５０ｍｍ以上とし、その単位長さ当たりの重量を他の部分よりも大きくして、０．１８〜０．３８ｇ／ｍｍの範囲に設定し、かつ、断面周長を他の部分よりも大きくして、この実施形態では６７ｍｍとしている。
【００２８】
（実施例１）
実施例１はヨーク部分５の外枠５ａ内に発泡ゴムからなる充填材５ｂを充填した。即ち、発泡ゴムからなる充填材５ｂをナイロンチューブ内に挿入した。炭素繊維を強化繊維とし、熱硬化性のエポキシ樹脂をマトリクス樹脂としたＣＦプリプレグシート（東レ製Ｔ８００、Ｐ２０５３−１２、レジンコンテント３０％）を積層したものを、上記ナイロンチューブの外周面に被覆し、加熱加圧して、ヨーク部分５を成形した。ヨーク部分５以外のフレームは、φ１４．５ｍｍのマンドレルに被せた６６ナイロンチューブの外周に、ＣＦプリプレグシート（東レ製Ｔ８００、Ｐ２０５３−１２、レジンコンテント３０％）の積層体を巻き付けた。上記プリプレグシートの強化繊維の繊維角度は、０度、２２度、３０度、９０度として積層した。積層後、マンドレルから抜き出して、レイアップを形成した。このレイアップの重量は１８０ｇであった。該レイアップと上記ヨーク部分以外のフレーム部分とを成形金型内のキヤビティ内に挿入し、加熱加圧して、ヨーク部分および他のフレーム部分とを一体化してラケットフレームを成形した。
【００２９】
成形したラケットフレームは２０８ｇで、ヨーク部分５は断面四角形状で、その面内方向の厚みは１４ｍｍ、面外方向の厚みは２２ｍｍ、断面周長は６７ｍｍ、単位長さ重量は０．２７ｇ／ｍｍであった。また、ガット張り部の最大断面周長のトップ部は断面周長が５９ｍｍ、面内方向の厚みは２２ｍｍ、面外方向の厚みは１３〜１５ｍｍ、単位長さ重量は０．１４ｇ／ｍｍであった。
【００３０】
（実施例２）
ヨーク部分５の外枠５ａを繊維強化ＲＩＭナイロンで成形した。他の構成は実施例１と同一とした。成形したラケットフレームの重量は１９７ｇであり、ヨーク部分の単位長さ重量は０．３６ｇ／ｍｍであった。ヨーク部分およびガット張り部のトップ部の断面周長は実施例１と同一であり、該トップ部の単位当たり重量も実施例１と同一であった。
【００３１】
（実施例３）
ヨーク部分５の充填材５ｂとして発泡ポリスチレンを高密度に充填した。それ以外の構成は実施例１と同一とした。なお、ポリスチレンはキシレンで溶解後、軟質の発泡ウレタンを充填した。発泡体の比重は０．３５ｇ／cm³であった。成形したラケットフレームの重量は１９５ｇであり、ヨーク部分の単位長さ重量は０．２５ｇ／ｍｍであった。ヨーク部分およびガット張り部のトップ部の断面周長は実施例１と同一であり、該トップ部の単位当たり重量も実施例１と同一であった。
【００３２】
(実施例４)
キシレンで発泡ポリスチレンを溶解後、軟質発泡ウレタンを充填していないこと以外は実施例３と同様とした。
【００３３】
（比較例１）
ヨーク部分５の充填材５ｂとして、は実施例３と同様に、発泡ポリスチレンを高密度に充填した。発泡体の比重は０．１９ｇ／cm³であった。しかしながら、断面形状を楕円形状とし、面内方向の厚みを２０ｍｍ、面外方向の厚みを１２ｍｍとし、断面周長を５２ｍｍとした。該ヨーク部分の単位長さ重量は０．１２ｇ／ｍｍであった。他の構成は実施例３と同様とした。成形したラケットフレームの重量は１９４ｇであり、トップ部の断面周長、及び単位長さ重量は実施例３と同一であった。
【００３４】
（実施例５）
比較例１と形状は同一で、ヨーク部の単位長さ重量が０．２３であること以外は比較例１と同様である。ただし、単位長さ重量を増加するため、ヨーク部のＣＦプリプレグシートを増加した。
【００３５】
上記実施例１〜５および比較例１のラケットフレームから形成したテニスラケットについて、面外固有振動数、面外振動減衰率、面内固有振動数、面内振動減衰率、反発係数について評価試験を行った。
【００３６】
ラケットの固有振動数及びその減衰比の測定方法を図４に示す。ヨーク部分の中央に加速度ビックアップ３０を取り付け、テニスラケットのトップ部を紐で吊るして、加速度ピックアップと反対面で、かつ、ヨーク部の付け根位置をインパクトハンマー３１で加振した。インパクトハンマー３１に取り付けたフォースピックアップ３２で計測した入力振動（Ｆ）と加速度ピックアップ３０で計測した応答振動（α）をアンプ３３を介して周波数解析装置３４( ヒューレットパッカード製ダイミックシグナルアナライザーＨＰ３５６２Ａ）により解析した。
【００３７】
上記解析で周波数領域での伝達関数を求めて、ラケットフレームの面外１次振動数，面内１次振動数を得た。減衰比 (ζ) は下記の式によって求めた。
【００３８】
ζ＝（１／２）× (Δω／ωｎ)
Ｔ０＝Ｔｎ／√2
【００３９】
上記評価試験はそれぞれ３回行った。その結果の平均値を下記の表１に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１より明らかなように、実施例１〜５では面外固有振動数は１４４〜１６０で、面外振動減衰率は０．５９〜０．９１％とであるのに対して、比較例１では面外固有振動数は１３６で、面外振動減衰率は０．３９％で、実施例の方が減衰性能が高いことが確認できた。また、面内固有振動数は実施例１〜５が３４８〜３９３で、面内振動減衰率は０．６９〜１．０４％であるのに対して、比較例１では面内固有振動数は３８９で面内振動減衰率は０．６２％で、実施例の方が減衰性能が高いことが確認できた。
【００４２】
反発係数の測定は、実施例１〜５および比較例１のテニスラケットにストリングスを縦糸５５１ｂ×横糸５０１ｂで張り、各ラケットのグリップ部を柔らかく固定し、そのフェイス部に打ち出し機から打ち出したボールを４０ｍ／ｓｅｃの入射速度で衝突させ、ボールの最大反発係数を測定した。
【００４３】
上記反発係数の測定結果を上記表１に示す。表１より明らかなように、実施例１〜５は０．４１〜０．４３であったのに対して、比較例１は０．３９で、本実施例の方が反発係数が大きく、ボールの飛び性能が良いことが確認できた。
【００４４】
【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、打球時にラケットフレームに発生する面内方向および面外方向の一次振動の腹にあたるヨーク部分の単位長さ当たりの重量を最大としているため、面内方向および面外方向の両方の振動を抑制することが出来る。かつ、この振動の腹の部分に当たるヨーク部分の重量を増加すると、ヨーク部分にはフレーム全体の振動とは異なる振動数の振動を励起して、フレーム全体の振動を抑制することができる。
【００４５】
また、ヨーク部分の断面周長を、該ヨーク部分以外のガット張り部および上記スロート部の断面周長より大きくすると、面内方向および面外方向の両方の断面２次モーメントを大きくなり、ヨーク部分の面内方向の剛性および面外方向の剛性が大となって、振動減衰性を高めることができる。
【００４６】
さらに、ヨーク部分は繊維強化樹脂からなる中空状の外周枠内部に、比重０．３〜１．０ｇ／cm³で、かつ、発泡ゴム、発泡ゴム等の振動減衰性の良い充填材を充填すると、ヨーク部材の重量あるいは断面周長を増加させることによる振動抑制作用との相乗効果により、振動をより効果的に減衰させることができ、かつ、ヨーク部分にストリングスが直接的に張架されるため、ストリングスの振動を減衰させることもできる。
【００４７】
さらにまた、ヨーク部分を、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として繊維含有率を４０〜７０ｖｏｌ％とした繊維強化樹脂でフレームを形成すると、熱可塑性樹脂は振動減衰性に優れているため、振動減衰性をさらに高めることができる。しかも、繊維含有率を４０〜７０ｖｏｌ％としているため、剛性を高めることができ、この点からも振動減衰性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のラケットフレームを示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】他の実施形態を示す断面図である。
【図４】振動測定装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１ガット張り部
２スロート部
３シャフト部
４グリップ部
５ヨーク部分
５ａ外枠
５ｂ充填材

Claims

ガット張り部にＶ形状のスロート部が連続したラケットフレームにおいて、
上記スロート部の左右両側部に挟まれるガット張り部のヨーク部分に、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂とし、繊維含有量を４０〜７０ｖｏｌ％とした繊維強化樹脂からなるフレームを備えると共に、ガット張り部のヨーク部分以外は熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とした繊維強化樹脂製からなる筒状フレームで形成し、
上記ヨーク部分の単位長さ重量を、ガット張り部のヨーク部分以外の単位長さ当たりの重量より大きくしていることを特徴とするラケットフレーム。
上記ヨーク部分の断面周長を、該ヨーク部分以外のガット張り部および上記スロート部の断面周長より大きくしている請求項１に記載のラケットフレーム。
上記ヨーク部分は上記フレームの外周枠部に囲まれた中空部に、比重が０．３〜１．０ｇ／cm^３の樹脂、エラストマーあるいはゴムを充填している請求項１または請求項２に記載のラケットフレーム。