JP5941633B2 - シャトルコック用人工羽根、シャトルコック及びシャトルコック用人工羽根の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、シャトルコック用人工羽根、シャトルコック及びシャトルコック用人工羽根の製造方法に関する。

バドミントン用シャトルコックには、羽根（はね）に水鳥の羽毛（天然羽毛）を用いたもの（天然シャトルコック）と、ナイロン樹脂などにより人工的に製造された人工羽根を用いたもの（人工シャトルコック）とがある。

周知のごとく、天然シャトルコックは、ガチョウやアヒルなどの天然羽毛を１６本程度使用し、各羽毛の羽軸の末端を、皮で覆ったコルクなどからなる半球状の台（ベース部）に植設した構造である。そして、天然シャトルコックに使用されている羽根は、比重が小さく、極めて軽量であることが特徴である。例えば、比重は、羽軸の部分が０．４程度で、羽弁の部分が０．１５程度である。また、羽毛は、剛性が高く、天然シャトルコックは、独特の飛行性能と心地よい打球感が得られる。

しかしながら、天然シャトルコックの原材料となる羽毛は、上記の水鳥から採取され、しかも、水鳥のどの部位の羽毛でもよい、というわけではなく、シャトルコック用に適した所定の部位があり、１羽の水鳥からシャトルコック用として採取できる羽毛は僅かである。すなわち、天然シャトルコック用の羽根の生産量には限りがある。また、近年では、鳥インフルエンザの流行により、羽毛の主要な調達源であった食用ガチョウが大量に処分される、という事態も発生し、天然シャトルコックは、今後、さらに、原料調達が難しく、より高価になることが予想される。

一方、人工シャトルコックとして、環状に一体成形された樹脂製の羽根を備えたものがよく知られているが、この人工シャトルコックは、天然シャトルコックのように羽根が１本ずつ独立して動かないため、天然シャトルコックと同様の飛行性能を得ることが難しい。そこで、以下の特許文献１や２に記載されているように、羽毛を模した人工羽根が提案されている。

特開２００８−２０６９７０号公報 特開昭５９−６９０８６号公報

シャトルコックの打球感は、シャトルコックがガット（ストリング）に食い込む量が少ないほど、軽く感じられて良い評価となる。逆に、シャトルコックがガットに食い込む量が多くなると、打球感は重く感じられて悪い評価となる。

同じ重量のシャトルコックの場合、打撃時（シャトルコックがガットから力を受けるとき）は、ベース部だけでなく羽弁及び羽軸がガットに接触するため、羽軸の剛性・反発性が高い事でシャトルコックがガットに食い込む量が少なくなり、打球感が軽くなる。仮に羽軸の剛性・反発性が低いと、ガットに食い込む量が多くなり打球感が重くなる。

天然シャトルコックの優れた打球感は、天然の羽根が軽量であるだけでなく、羽根の羽軸が高剛性・高反発であることにも起因している。このため、人工シャトルコックに用いられる人工羽根においても、軽量であるだけでなく、天然羽根の羽軸に相当する羽軸部の剛性・反発性が高いことが求められる。

特許文献１、２では、人工シャトルコックの羽軸部の材料に、繊維強化樹脂が採用されている。しかし、繊維強化樹脂としてガラス強化樹脂を採用した場合、十分な反発性が得られないため、その打球感は、天然シャトルコックに遠く及ばない性能になる。一方、炭素繊維を用いた強化樹脂を採用した場合、十分な打球感が得られる程度（十分な剛性が得られる程度）まで炭素繊維を配合すると、脆く折れ易くなってしまい、耐久性に問題が生じてしまう。

なお、耐久性を向上させるために人工シャトルコックを柔らかく構成すると、剛性・反発性が低くなるため、十分な打球感が得られなくなる。このように、耐久性と打球感は相反する課題であり、両立させることが困難であった。

本発明は、耐久性を損なわずに打球感を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、シート状の羽部と、前記羽部を支持する羽軸部とを備えたシャトルコック用人工羽根であって、前記羽軸部は、ガラス繊維と、官能基を備えるカーボンナノチューブとを含む樹脂によって形成されていることを特徴とするシャトルコック用人工羽根である。

本発明のシャトルコック用人工羽根によれば、耐久性を損なわずに、打球感を向上させることができる。
本発明の他の特徴については、本明細書及び図面の記載により明らかにする。

図１は、ベース部の側から見た人工シャトルコックの斜視図である。 図２は、人工羽根の側から見た人工シャトルコックの斜視図である。 図３は、人工羽根の斜視図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、人工羽根１０の改良例の説明図である。図４Ａは、改良例の人工羽根１０をおもて側から見た平面図である。図４Ｂは、改良例の人工羽根１０を裏側から見た平面図である。図４Ｃは、改良例の人工羽根１０を上側から見た図である。 改良例の人工羽根１０から構成されたスカート部４の一部を上から見た図である。 図６は、各サンプルの材料と評価結果を示す表である。 図７Ａは、比較サンプルＡを撮影した写真である。図７Ｂは、サンプルＣを撮影した写真である。 図８Ａ及び図８Ｂは、サンプルＢの羽軸部の断面の顕微鏡写真である。図８Ａは、切断面の顕微鏡写真であり、図８Ｂは、切断面を溶剤で一部溶かした後の表面の顕微鏡写真である。

＝＝＝概要＝＝＝
本明細書及び図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

シート状の羽部と、前記羽部を支持する羽軸部とを備えたシャトルコック用人工羽根であって、前記羽軸部は、ガラス繊維とカーボンナノチューブを含む樹脂によって形成されていることを特徴とするシャトルコック用人工羽根が明らかとなる。
このようなシャトルコック用人工羽根によれば、耐久性を損なわずに、打球感を向上させる人工羽根を実現できる。

前記羽部を含む少なくとも２枚のシート状の部材の間に前記羽軸部を挟持させることが望ましい。これにより、黒く視認される部分を減らすことができ、人工シャトルコックの視認性が向上する。

前記カーボンナノチューブは、官能基を備えることが望ましい。また、前記カーボンナノチューブは、前記官能基としてカルボキシル基及び水酸基の少なくとも一方を備えることが望ましい。このようなシャトルコック用人工羽根によれば、打球感の更なる向上を図ることができる。

前記ガラス繊維と前記カーボンナノチューブを含む樹脂における前記カーボンナノチューブの含有量が、０．４重量％以下であることが望ましい。このようなシャトルコック用人工羽根によれば、耐久性を損なわずに、打球感を向上させる人工羽根を実現できる。

ベース部と、前記ベース部に円環状に配置した複数の人工羽根とを備えたシャトルコックであって、前記人工羽根は、シート状の羽部と、前記羽部を支持する羽軸部とを備え、
前記羽軸部は、ガラス繊維とカーボンナノチューブを含む樹脂によって形成されている
ことを特徴とするシャトルコックも明らかとなる。
このようなシャトルコックによれば、耐久性を損なわずに、打球感を向上させることができる。

シート状の羽部と、前記羽部を支持する羽軸部とを備えたシャトルコック用人工羽根の製造方法であって、前記羽軸部を、ガラス繊維とカーボンナノチューブを含む樹脂によって形成することを特徴とするシャトルコック用人工羽根の製造方法が明らかとなる。
このような製造方法によれば、耐久性を損なわずに打球感の良い人工羽根を製造することができる。

前記ガラス繊維を配合した第１マスターバッチを用意し、前記カーボンナノチューブを配合した第２マスターバッチを用意し、前記第１マスターバッチと、前記第２マスターバッチと、前記ガラス繊維も前記カーボンナノチューブも含まれていない樹脂とを練り込むことによって、前記ガラス繊維と前記カーボンナノチューブを含む樹脂を生成することが望ましい。これにより、カーボンナノチューブをガラス繊維と共に樹脂に良く分散させることができる。

＝＝＝人工シャトルコックの構造＝＝＝
＜人工シャトルコックの基本構造＞
図１及び図２は、人工羽根１０を備えた人工シャトルコック１の外観図である。図１は、ベース部２の側から見た人工シャトルコック１の斜視図である。図２は、人工羽根１０の側から見た人工シャトルコック１の斜視図である。

人工シャトルコック１は、ベース部２と、天然羽根を模した複数の人工羽根１０と、人工羽根１０を互いに固定するための紐状部材３とを備えている。ベース部２は、例えばコルクの台に薄い皮を覆うことによって構成されている。ベース部２の形状は、直径が２５ｍｍから２８ｍｍの半球状であり、平坦面を有する。この平坦面の円周に沿って円環状に複数の人工羽根１０の根元が埋め込まれている。複数の人工羽根１０は、ベース部２から離れるにしたがって互いの間隔が広くなるように配置される。これにより、複数の人工羽根１０によってスカート部４が形成される。複数の人工羽根１０は、紐状部材３（例えば木綿の糸）によって、互いに固定されている。

図３は、人工羽根１０の外観図である。

人工羽根１０は、羽部１２と、羽軸部１４を備えている。羽部１２は、天然羽根の羽弁に相当する部分であり、羽軸部１４は、天然羽根の羽軸に相当する部分である。図中では、羽軸部１４に沿って上下方向が定義されており、羽部１２のある側を上、反対側を下として定義している。また、図中では、羽軸部１４から羽部１２の延びる方向に沿って左右方向が定義されている。また、図中では、人工羽根１０をベース部２に取り付けられた状態に基づいて、おもてと裏が定義されている。以下では、図中で定義された上下・左右・おもて裏に従って、各構成要素を説明することがある。

羽部１２は、天然羽根の羽弁の形状を模したシート状の部材である。羽部１２は、例えば不織布や樹脂などによって構成することができる。本実施形態では、裁断することによって天然羽根の外形形状を再現できる不織布を採用している。また、本実施形態では、打球時に不織布の繊維がほぐれることを防止するために、羽部１２の表面に強化皮膜が形成されている。強化皮膜は、樹脂を塗布することによって形成することができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ロールコート法などの種々の塗布方法を採用することができる。強化皮膜は、羽部１２の片面に形成しても良いし、両面に形成しても良い。また、強化皮膜は、羽部１２の全面に形成しても良いし、一部分に形成しても良い。

羽軸部１４は、天然羽根の羽軸の形状を模した細長い部材であり、羽部１２を支持する部材である。羽軸部１４は、羽部１２の上端から下端までの領域を支持する羽支持部１４Ａと、羽部１２から突出した羽柄部１４Ｂとを有する。羽柄部１４Ｂは、天然羽根の羽柄（うへい：なお、この部位は羽根（うこん）と称されることもある）に相当する部分である。羽柄部１４Ｂの下端は、ベース部２に埋め込まれ、ベース部２に固定されることになる。羽軸部１４の材料については、後述する。

図中の羽軸部１４は、断面形状が四角形状に描かれている。但し、羽軸部１４の断面形状は、菱形形状でも良いし、円形状や楕円形状であっても良い。また、羽軸部１４の強度を高めるために、羽軸部１４の断面形状は、Ｔ字形状や十字形状のように一部が突出した形状になっていても良い。また、羽軸部１４の断面形状は、例えば上側が円形状で下側が四角形状になるように、上下方向に異なっても良い。

また、図中の羽軸部１４は、下側ほど断面形状が大きくなるように形成されている。但し、上下方向に断面形状の大きさが変化せずに一定であっても良いし、断面形状の大きさが滑らかに変化しても良い。

また、図中では、羽支持部１４Ａの裏側で羽部１２が支持されている。但し、羽支持部１４Ａのおもて側で羽部１２が支持されても良い。また、羽部１２を２枚のシートで構成し、２枚の羽部１２が羽支持部１４Ａを挟み込むように構成しても良い。また、羽支持部１４Ａの内部に羽部１２が埋設されても良い。

＜人工羽根の改良構造＞
後述するように、ガラス繊維とカーボンナノチューブを含有した樹脂は、黒色になる（図７Ｂ参照：カーボンナノチューブが極めて少量でも黒色になる）。このような黒色の樹脂を用いて羽軸部１４を形成した場合、図３のように羽部１２を羽支持部１４Ａの裏側で支持すると、黒色の羽軸部１４の全体（羽支持部１４Ａ及び羽柄部１４Ｂの両方）が視認されてしまい、この結果、人工シャトルコックの視認性が低下するおそれがある。

そこで、以下に説明するように人工羽根を構成することによって、羽支持部１４Ａの黒色が視認され難い構成にする。

図４Ａ〜図４Ｃは、人工羽根１０の改良例の説明図である。図４Ａは、改良例の人工羽根１０をおもて側から見た平面図である。図４Ｂは、改良例の人工羽根１０を裏側から見た平面図である。図４Ｃは、改良例の人工羽根１０を上側から見た図である。なお、既に説明した部材については、同じ符号を付している。

改良例の人工羽根１０は、羽部１２と羽軸部１４を備えていると共に、補強材１５を備えている。補強材１５は、人工羽根１０のおもて側に設けられたシート状の部材であり、発泡体（発泡ポリエチレンなど）から構成されている。補強材１５は、羽部１２に積層された状態で接着剤や両面接着テープなどにより接着されている。なお、人工羽根１０における表裏関係については、表側に羽部１２を配置しても良いし、補強材１５を表側に配置しても良い。改良例では、羽部１２と発泡体からなる補強材１５との積層構造により、軽量化を損なわず、打球時に羽部１２を強打した場合でも、その衝撃を補強材１５が吸収し、羽部１２が破損するのを防止することができる。いずれにしても、人工羽根１０における表裏関係については、美観や耐久性など、製品としてのシャトルコックに対する要求に従って適宜決定すればよい。

この改良例では、羽軸部１４の羽支持部１４Ａが、シート状の羽部１２と、シート状の補強材１５との間で挟持されている。これにより、羽軸部１４が黒色の材料で形成されたとしても、羽軸部１４の羽支持部１４Ａは、羽部１２と補強材１５の間に隠れて、外部から視認され難くなる。

つまり、この改良例では、黒色に視認される部分が羽柄部１４Ｂのみになり、前述の図３の人工羽根と比べて黒く見える部分を減らすことができる。これにより、改良例の人工羽根１０を用いた人工シャトルコックは、前述の図１の人工シャトルコックと比べて、視認性が向上する。

ここでは、羽部１２と補強材１５との間に羽軸部１４の羽支持部１４を挟持させることによって、羽軸部１４の黒く見える部分を減らしている。但し、２枚の羽部１２の間に羽軸部１４を挟持させることによって、羽軸部１４の黒く見える部分を減らしても良い。このように、羽部１２を含む少なくとも２枚のシート状の部材の間に羽軸部１４を挟持させれば、羽軸部１４の黒く見える部分を減らすことができる。

ところで、改良例の人工羽根１０では、補強材は、隣接する人工羽根１０の羽部１２と重なり合う部分では縁が欠けた平面形状を有している。この理由は、図５に示すように、重複領域３０と単独領域４０との厚さの差を小さくし、スカート部４の厚さをできるだけ均一にさせるためである。スカート部４の厚さをできるだけ均一にさせることによって、天然シャトルコックにおける飛行性能や飛行軌跡に近似させることが期待できる。

＜羽軸部に求められる機能＞
羽軸部１４の材料については後述するが、羽軸部１４は軽量である必要がある。羽軸部１４が重くなり、シャトルコックの重量バランスが悪くなることから、天然シャトルコックと異なる飛翔特性になるだけでなく、人工シャトルコック１が重たくなることで人工シャトルコック１がガットに食い込む量が多くなり、打球感が重くなる（打球感が悪くなる）ためである。

また、羽軸部１４は、剛性・反発力が高いことが望まれる。打撃時（シャトルコックがガットから力を受けるとき）は、ベース部２だけでなく羽部１２及び羽軸部１４がガットに接触するため、羽軸部１４の剛性・反発性が高い事で人工シャトルコック１がガットに食い込む量が少なくなり、打球感が軽くなる（打球感が良くなる）ためである。仮に羽軸部１４の剛性・反発性が低いと、ガットに食い込む量が多くなり打球感が重たく（打球感が悪く）なってしまう。

また、羽軸部１４には、耐久性も必要である。羽軸部１４の耐久性が低いと、スマッシュ時のように人工シャトルコック１がガット（ストリング）から強い衝撃力を受けたときに、羽軸部１４の根元（ベース部２の平坦面の近傍の羽柄部１４Ｂ）が折れ易くなるためである。羽軸部１４の根元が折れてしまうと、人工シャトルコック１は、当初の飛翔特性を維持することができなくなる。

したがって、羽軸部１４は、軽量であるだけでなく、高剛性・高反発力を備えながら、耐久性も維持する必要がある。

＝＝＝羽軸部１４の材料＝＝＝
羽軸部１４の材料として、繊維強化樹脂を使用することは知られている。しかし、繊維強化樹脂としてガラス強化樹脂を採用した場合、十分な反発性が得られないため、その打球感は、天然シャトルコックに遠く及ばない性能になる。一方、炭素繊維を用いた強化樹脂を採用した場合、十分な打球感が得られる程度（十分な剛性が得られる程度）まで炭素繊維を配合すると、脆く折れ易くなってしまい、耐久性に問題が生じてしまう。

そこで、本実施形態では、羽軸部１４の材料として、ガラス繊維とともにカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴと呼ぶこともある）を用いて強化した樹脂を採用する。

ガラス繊維とカーボンナノチューブを含む樹脂によって羽軸部１４が形成されることにより、人工羽根１０は、耐久性を維持しながら、高剛性・高反発力なものになる。この結果、この人工羽根１０を備えた人工シャトルコック１は、耐久性があると共に、打球感の良いものになる。

炭素繊維をガラス繊維と共に樹脂に配合する場合、炭素繊維は一般的に直径５−１０μｍ程の太さであるため、一定量が配合されないと全体に均一に分散させることができない。市販のガラス繊維と炭素繊維の複合グレードでは、炭素繊維が１０％程度含有している。
これに対し、ガラス繊維と共にカーボンナノチューブを配合する場合、後述する耐久性の面で多量に使用する事は耐久性を低下させるため、少量で分散させる必要がある。その方法として、ガラス繊維を配合したマスターバッチ（最終品よりもガラス繊維を高濃度に含有した樹脂）と、カーボンナノチューブの分散性を良好としたマスターバッチ（最終品よりもカーボンナノチューブを高濃度に含有した樹脂）を用意した上で、更に非強化樹脂（ガラス繊維もカーボンナノチューブも含まれていない樹脂）を練り込むことでカーボンナノチューブをガラス繊維と共に樹脂に良く分散させることができた。

これにより、樹脂中に分散したカーボンナノチューブは、樹脂の反発性の向上に寄与する。また、十分な打球感が得られる程度まで炭素繊維を配合する場合と比べて極めて少量のカーボンナノチューブの配合であっても、カーボンナノチューブを樹脂中によく分散させることができたため、打球感の向上効果が得られる。

ガラス繊維とカーボンナノチューブを配合した樹脂の母材（マトリックス）には、熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリアミド系エラストマー、ポリオリフィン系エラストマーなどを用いることができる。具体的には、ポリアミド１２（ナイロン１２、ＰＡ１２）などを採用することができる。

ガラス繊維と共に樹脂に含有させるカーボンナノチューブは、カップスタック型カーボンナノチューブ（ＣＳ−ＣＮＴ）、多層型カーボンナノチューブ（ＭＷ−ＣＮＴ）、単層型カーボンナノチューブ（ＳＷ−ＣＮＴ）などを用いることができる。

また、ガラス繊維と共に樹脂に含有するカーボンナノチューブは、官能基を備えていることが望ましい。官能基付きカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブに官能基を修飾することによって得られる。官能基付きカーボンナノチューブを樹脂に配合することによって、樹脂とカーボンナノチューブとの結合力が強まり、樹脂の反発性が向上し、打球感が向上する。

更に、官能基付きカーボンナノチューブをガラス繊維とともに樹脂に含有させることによって、カーボンナノチューブがガラス繊維の周辺に接触（吸着）するような現象が生じる。これは、カーボンナノチューブの官能基とガラス表面との間で結合力（弱い結合力を含む）が働いた結果、カーボンナノチューブとガラス繊維とが接触しているものと考えられる。これにより、カーボンナノチューブの持つ反発性がガラス繊維に付与されると考えられ、官能基の無いカーボンナノチューブをガラス繊維と共に樹脂に配合する場合と比べて、官能基付きカーボンナノチューブをガラス繊維と共に樹脂に配合すると、更なる打球感の向上効果が得られる。

このため、官能基付きカーボンナノチューブの官能基は、ガラスとの親和性のある極性の高い官能基が望ましい。つまり、官能基付きカーボンナノチューブの官能基は、親水性を示す官能基が望ましい。例えば、カーボンナノチューブは、官能基としてカルボキシル基及び水酸基の少なくとも一方を備えると良い。また、ガラスとの親和性のある官能基であれば他の官能基（例えばアミノ基など）であっても良い。

また、樹脂に含有させるカーボンナノチューブは、カップスタック型のカーボンナノチューブ（ＣＳ−ＣＮＴ）であることが望ましい。カップスタック型のカーボンナノチューブは、多数のカップを重ねたような構造をしており、高い強度を有しつつ柔軟性も備えているため、樹脂に含有するカーボンナノチューブに特にカップスタック型のカーボンナノチューブを採用すれば、反発性が向上し、打球感が向上する。

カーボンナノチューブの含有量は、０．４重量％以下であることが望ましい。この範囲でカーボンナノチューブを含有させれば、耐久性を損なうことなく、打球感を向上させることができる。なお、この範囲でカーボンナノチューブを含有させることが望ましいことは、後述する実施例で確認されている。

＝＝＝実施例＝＝＝
＜サンプル＞
人工シャトルコック１の耐久性と打球感を評価するため、羽軸部１４の材料の異なる人工シャトルコック１のサンプル（参考サンプル、基準サンプル、サンプルＡ〜Ｅ、比較サンプル１、２）を作成した。図６は、各サンプルの材料（及び評価結果）を示す表である。

各サンプルの人工シャトルコック１の形状は、図１、２、４、５に示す通りであり、共通である（人工シャトルコックの未説明の形状・大きさ・重さなどは、日本バドミントン協会競技規則の規定に従っている）。また、各サンプルの材料は、羽軸部１４の材料を除き、共通している。

羽軸部１４の材料となる樹脂の母材（マトリックス）は、いずれのサンプルにおいても共通であり、１２ナイロン（ＰＡ１２）である。

表中の「ＧＦ」は、ガラス繊維の意味である。表中の「ＧＦｎ％」は、ガラス繊維の含有量がｎ重量％であることを意味する。

参考サンプルの強化繊維（ガラス繊維）の配合比は２０．０重量％であり、他のサンプル（基準サンプル、サンプルＡ〜Ｅ、比較サンプル１、２）の強化繊維（ガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ）は２２．５重量％である。

表中の「ＣＮＴ」は、カーボンナノチューブの意味である。表中の「ＣＮＴ（１）」は、官能基付きＣＳ−ＣＮＴ（カップスタック型カーボンナノチューブ、直径５０〜８０ｎｍ、長さ０．８２〜１．０８μｍ）である。表中の「ＣＮＴ（２）」は、官能基付きＭＷ−ＣＮＴ（多層型カーボンナノチューブ、直径８〜１５ｎｍ、長さ２μｍ以下）である。表中の「ＣＮＴ（３）」は、ＭＷ−ＣＮＴ（直径１０〜１５ｎｍ、長さ０．１〜１０μｍ）である。なお、官能基は少なくともカルボキシル基及び水酸基を含み、その量は１〜１０重量％である。

参考サンプル：２０．０重量％のガラス繊維を含むガラス強化樹脂を準備し、この材料で成型した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１を参考サンプルとした。参考サンプルには、ガラス繊維以外の強化繊維（炭素繊維など）は含まれていない。なお、参考サンプルは、基準サンプルのガラス繊維の含有量（２２．５重量％）と比べて、ガラス繊維の含有量が少ない（２０．０重量％）。

基準サンプル：２２．５重量％のガラス繊維を含むガラス強化樹脂を準備し、この材料で成型した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１を基準サンプルとした。この基準サンプルが、耐久性や打球感の評価の基準となる。

サンプルＡ：２２．３重量％のガラス繊維と０．２重量％のＣＳ−ＣＮＴ（官能基付き）を含む樹脂を準備し、この材料で成形した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１をサンプルＡとした。

サンプルＢ：２２．３重量％のガラス繊維と０．２重量％のＭＷ−ＣＮＴ（官能基付き）を含む樹脂を準備し、この材料で成形した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１をサンプルＢとした。

サンプルＣ：２２．３重量％のガラス繊維と０．２重量％のＭＷ−ＣＮＴを含む樹脂を準備し、この材料で成型した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１をサンプルＣとした。

なお、サンプルＡ〜Ｃは、いずれも２２．３重量％のガラス繊維と０．２重量％のＣＮＴを含む樹脂を、羽軸部１４の材料としている。サンプルＡ〜Ｃの間で異なる点は、カーボンナノチューブの種類である。

サンプルＤ：２２．１重量％のガラス繊維と０．４重量％のＭＷ−ＣＮＴを含む樹脂を準備し、この材料で成型した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１をサンプルＤとした。

サンプルＥ：２１．９重量％のガラス繊維と０．６重量％のＭＷ−ＣＮＴを含む樹脂を準備し、この材料で成型した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１をサンプルＥとした。

なお、サンプルＣ〜Ｅは、いずれもガラス繊維とＭＷ−ＣＮＴを含む樹脂を、羽軸部１４の材料としている。サンプルＣ〜Ｅの間で異なる点は、ＭＷ−ＣＮＴの含有率である。

比較サンプルＡ：２２．０重量％のガラス繊維と０．５重量％の炭素繊維を含む樹脂を準備し、この材料で成型した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１を比較サンプルＡとした。

比較サンプルＢ：１７．５重量％のガラス繊維と５．０重量％の炭素繊維を含む樹脂を準備し、この材料で成型した羽軸部１４を備えた人工羽根１０を製造し、この人工羽根１０を用いて製造した人工シャトルコック１を比較サンプルＢとした。

＜分散の様子＞
図７Ａは、比較サンプルＡを撮影した写真である。図７Ｂは、サンプルＣを撮影した写真である。（但し、図７Ａ及び図７Ｂは、写真から羽軸部１４の色を把握できるようにするために、スカート部４（円環状に配置された複数の人工羽根１０）の内側に白色の紙が入っている。）
図７Ａ（炭素繊維を０．５重量％含有した比較サンプルＡ）では、羽軸部１４が灰色であることが確認された。これは、炭素繊維が樹脂全体に十分に分散しておらず、樹脂に対する炭素繊維の量が足りない状態である。（このため、後述するように、比較サンプルＡでは、炭素繊維が含有されているにも関わらず、羽軸部１４の剛性・反発性が向上せず、打球感が向上していない。）
これに対し、図７Ｂ（ＭＷ−ＣＮＴを０．２重量％含有したサンプルＣ）では、羽軸部１４が黒色になっていることが確認された。（なお、サンプルＡ及びサンプルＢにおいても、羽軸部１４は黒色であった。）羽軸部１４が黒色なのは、黒色のカーボンナノチューブが樹脂全体に分散している結果である。

なお、図７Ｂに示すように、羽軸部１４の羽支持部１４Ａが、シート状の羽部１２と、シート状の補強材１５との間で挟持されている。これにより、羽軸部１４の羽支持部１４Ａの黒色は外部から視認され難くなり、羽軸部１４の黒く見える部分を減らすことができることも確認された。

図８Ａ及び図８Ｂは、サンプルＢの羽軸部１４の断面の顕微鏡写真である。図８Ａは、切断面の顕微鏡写真であり、図８Ｂは、切断面を溶剤で一部溶かした後の表面の顕微鏡写真である。図８Ｂは、図８Ａの内部の状態を示しているともいえるが、この写真からも、黒色のカーボンナノチューブが樹脂の中で分散している様子が分かる。

このように、カーボンナノチューブを樹脂に含有させた場合、比較サンプルの炭素繊維と比べて極めて少量（０．２重量％）であっても、カーボンナノチューブが樹脂全体に分散することが確認された。

＜ガラス繊維とＣＮＴとの接触現象＞
図８Ａの顕微鏡写真（官能基付きＭＷ−ＣＮＴを０．２重量％含有したサンプルＢ）によれば、カーボンナノチューブ（写真の黒色の部分）がガラス繊維（写真の細長い透明な部材）の周囲に接触（吸着）している様子が分かる。このように、官能基付きカーボンナノチューブを含有させると、カーボンナノチューブとガラス繊維とが接触する現象が生じることが確認された。

＜耐久性と打球感の評価結果＞
図３には、各サンプルの耐久性と打球感の評価結果が示されている。

耐久試験は、初速が300Km/hを超えるスマッシュを所定回数繰り返すことにより行われた。
耐久性の評価は、スマッシュ打撃毎にシャトルの状態を確認して、初期破損(軸が最初に折れた状態)の発生時期により数値化する事で行われた。所定回数を終えた段階で破損が無い状態を「１００」として、所定回数より速く破損が出た場合は破損が生じたスマッシュ回数の割合で示す方法を採用した。今回は、破損の無い状態が基準となったために、基準サンプルを超える評価のサンプルは存在しない。
また、評価したシャトルに用いたベース部２には天然コルクを用いている。天然コルクは軽さと良好な反発性を両立する半面、天然素材であるがゆえにばらつきが多い特徴を有する。その結果、同じ種類の羽軸部を使用した場合でも個体差が生じている。よって、５％程度は誤差の範囲であり、耐久性の評価が９６以上のものは実用上問題の無い範囲である。

打球感の評価は、基準サンプルを基準として、５名のモニターがプラス側（良い評価）若しくはマイナス側（悪い評価）にそれぞれ５段階で評価することにより行われた。また、５名の評価結果の平均値から総括を実施している。総括では、平均値が−５以上−４未満の範囲を「すごく悪い」、平均値が−４以上−２．５未満の範囲を「悪い」、平均値が−２．５以上−１未満の範囲を「やや悪い」、−１以上１未満の範囲を「普通」、１以上２．５未満の範囲を「やや良い」、２．５以上４未満の範囲を「良い」、４以上５以下の範囲を「すごく良い」と設定した。但し、５つの評価結果の平均値から打球感を評価することも可能である。

参考サンプルでは、打球感が悪い（やや悪い）ことが確認された。これは、樹脂を強化する強化繊維（ガラス繊維）の量が少ないため、羽軸部１４の剛性・反発性が低くなったためと考えられる。

また、比較サンプルＡでは、基準サンプルと比べて、耐久性及び打球感にほとんど変化が無いことが確認された。これは、図７Ａの写真からも確認された通り、樹脂に対する炭素繊維の量が不足しているためだと考えられる。

また、比較サンプルＢでは、打球感が良くなることが確認された。これは、炭素繊維が十分に配合された結果、羽軸部１４の剛性・反発性が高くなったためと考えられる。但し、比較サンプルＢでは、耐久性が低くなることが確認された。これは、炭素繊維の含有量が多くなった結果、羽軸部１４が脆く折れやすくなったためと考えられる。

次に、カーボンナノチューブを含有したサンプルＡ〜Ｅについて説明する。

サンプルＡ〜サンプルＣのいずれにおいても、打球感の向上が確認された。これにより、サンプルＡ〜サンプルＣでは、比較サンプルＢの炭素繊維の含有量（５．０重量％）に対して、ごく少量（０．２重量％）のカーボンナノチューブの含有によって、打球感の向上効果が得られることが確認された。

更に、サンプルＡ〜サンプルＣでは、カーボンナノチューブの含有による耐久性の低下は確認されなかった。つまり、サンプルＡ〜サンプルＣでは、比較サンプルＢのように耐久性を損なうことなく、打球感が向上した。

特に、サンプルＡとサンプルＢでは、サンプルＣと比べて、打球感の向上が顕著であった。サンプルＢとサンプルＣが、いずれもＭＷ−ＣＮＴであり、いずれもカーボンナノチューブが樹脂によく分散しており（いずれも羽軸部１４が黒色であるため、図７Ｂ参照）、官能基の有無が相違する点を考慮すると、カーボンナノチューブが官能基を備えていることが打球感の更なる向上に寄与していると推測される。

官能基付きＭＷ−ＣＮＴを含有したサンプルＢでは、カーボンナノチューブとガラス強化樹脂のガラス繊維とが接触する現象が確認されているので、この現象が打球感の更なる向上に寄与していると推測される。つまり、カーボンナノチューブが官能基としてカルボキシル基及び水酸基を備えていることが、打球感の更なる向上に寄与していると推測される。

また、ＣＳ−ＣＮＴを含有したサンプルＡは、他のタイプのカーボンナノチューブを含有したサンプルと比べて、打球感が良いことが確認された。

サンプルＣ〜サンプルＥのいずれにおいても、打球感の向上が確認された。また、サンプルＣ〜サンプルＥでは、比較サンプルＢほどの耐久性の低下はなかった。つまり、サンプルＡ〜サンプルＥでは、比較サンプルＢと比べて、耐久性を損なわずに打球感が向上することが確認された。

また、サンプルＣとサンプルＤでは、耐久性がほとんど低下していないのに対し、サンプルＥでは、耐久性の若干の低下が確認された。このため、耐久性の低下を考慮すると、材料（ガラス繊維とカーボンナノチューブを含む樹脂）の中のカーボンナノチューブの含有量は、０．４重量％以下（但し、０重量％より多い含有量である）であることが望ましいと推測される。

また、サンプルＣ〜サンプルＥの打球感の平均値は、いずれも基準サンプルと比べて高い値であると共に、サンプルＤが最も高い値であった。このため、カーボンナノチューブを０．４重量％に達するまで含有させれば、耐久性を損なうことなく、カーボンナノチューブの含有量に応じて打球感を向上させることができると推測される。また、カーボンナノチューブを０．４重量％より多く含有させると、耐久性だけでなく打球感も低下することがあると推測される。これらの理由から、材料（ガラス繊維とカーボンナノチューブを含む樹脂）の中のカーボンナノチューブの含有量は、０．４重量％以下であることが望ましいと推測される。また、材料（ガラス繊維とカーボンナノチューブを含む樹脂）の中のカーボンナノチューブが０．２重量％以上、０．４重量％以下の範囲で含有されていれば、耐久性を損なわずに、高い打球感を実現できることが確認された。

＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

１ 人工シャトルコック、
２ ベース部、
３ 紐状部材、
４ スカート部、
１０ 人工羽根、
１２ 羽部、
１４ 羽軸部、
１４Ａ 羽支持部、
１４Ｂ 羽柄部、
１５ 補強材、
３０ 重複領域、
４０ 単独領域

Claims (8)

1. シート状の羽部と、前記羽部を支持する羽軸部とを備えたシャトルコック用人工羽根であって、
   前記羽軸部は、ガラス繊維と、官能基を備えるカーボンナノチューブとを含む樹脂によって形成されている
   ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
2. 請求項１に記載のシャトルコック用人工羽根であって、
   前記羽部を含む少なくとも２枚のシート状の部材の間に前記羽軸部を挟持させる
   ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
3. 請求項１に記載のシャトルコック用人工羽根であって、
   前記カーボンナノチューブは、前記官能基としてカルボキシル基及び水酸基の少なくとも一方を備える
   ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のシャトルコック用人工羽根であって、
   前記ガラス繊維と前記カーボンナノチューブを含む樹脂における前記カーボンナノチューブの含有量が、０．４重量％以下である
   ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
5. 請求項４に記載のシャトルコック用人工羽根であって、
   前記ガラス繊維と前記カーボンナノチューブを含む樹脂における前記カーボンナノチューブの含有量が、０．２重量％以上、０．４重量％以下である
   ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
6. ベース部と、前記ベース部に円環状に配置した複数の人工羽根とを備えたシャトルコックであって、
   前記人工羽根は、シート状の羽部と、前記羽部を支持する羽軸部とを備え、
   前記羽軸部は、ガラス繊維と、官能基を備えるカーボンナノチューブとを含む樹脂によって形成されている
   ことを特徴とするシャトルコック。
7. シート状の羽部と、前記羽部を支持する羽軸部とを備えたシャトルコック用人工羽根の製造方法であって、
   前記羽軸部を、ガラス繊維と、官能基を備えるカーボンナノチューブとを含む樹脂によって形成する
   ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根の製造方法。
8. 請求項７に記載の製造方法であって、
   前記ガラス繊維を配合した第１マスターバッチを用意し、
   前記カーボンナノチューブを配合した第２マスターバッチを用意し、
   前記第１マスターバッチと、前記第２マスターバッチと、前記ガラス繊維も前記カーボンナノチューブも含まれていない樹脂とを練り込むことによって、前記ガラス繊維と前記カーボンナノチューブを含む樹脂を生成する
   ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根の製造方法。