專利名稱：耐用、吸震的運(yùn)動(dòng)球拍框的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球拍框，尤其是涉及一種耐用吸震的運(yùn)動(dòng)球拍框。
球拍用在諸如網(wǎng)球和羽毛球等的各類運(yùn)動(dòng)中，典型的球拍包括球拍框和拍弦，球拍框又分為拍首和拍柄。拍首是環(huán)形的，拍弦以二維張緊在拍首上，形成一個(gè)裝弦的表面。運(yùn)動(dòng)員握住拍柄，用裝了弦表面擊打網(wǎng)球或羽毛球。
球拍要求能抵抗住拍弦的張力和吸收擊球的震動(dòng)。美國專利4,176,841號(hào)，提出把拍首的外殼層和內(nèi)殼層做成不同的剛度。拍首具有殼狀結(jié)構(gòu)，由一外殼層做成不同的剛度。拍首具有殼狀結(jié)構(gòu)，由一外殼層和一內(nèi)殼層構(gòu)成。外殼層的剛度比內(nèi)殼層小，因而比內(nèi)殼層容易變形。拍弦穿過內(nèi)殼層固定在外殼層上。
當(dāng)運(yùn)動(dòng)員擊打網(wǎng)球或羽毛球時(shí)，拍弦的張力增大，外殼層通過變形承擔(dān)了張力增量。其結(jié)果是運(yùn)動(dòng)員感覺震動(dòng)緩和了。
為了使外殼層是可變形的，建議用比用作內(nèi)殼層的碳纖維增強(qiáng)塑料樹脂彈性模量小的玻璃纖維增強(qiáng)塑料樹脂做外殼層，外殼層的厚度做得比內(nèi)殼層薄，或者外殼層做得比內(nèi)殼層寬。
如果外殼層能產(chǎn)生很大的變形，球拍框就有效地承擔(dān)了擊球的震動(dòng)。不過，球拍框由于拍弦的張力卻容易碎裂而不耐用。因此，在網(wǎng)球球拍的耐用性和吸震上需要加以折衷。
因此，本發(fā)明的一個(gè)重要目的是提供一種能有效地承擔(dān)擊打網(wǎng)球或羽毛球的震動(dòng)而又耐用的珠拍框。
為達(dá)到這一目的，本發(fā)明建議采取由不同彈性模量的疊層來做拍框。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種裝弦表面球拍框，包含固定著把手的把手部分，和同把手部分連接的拍首。拍首具有由一外殼層和內(nèi)殼層構(gòu)成的殼狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)殼層比外殼層更靠近裝弦表面，殼狀結(jié)構(gòu)由第一種大彈性模量材料并環(huán)繞著裝弦表面的空心構(gòu)件和由第二種小彈性模量材料的埋入在至少是外殼層中并沿裝弦表面延伸的帶狀構(gòu)件組成，裝弦表面用的拍弦穿過內(nèi)殼層固定在外殼層上。
本發(fā)明球拍框的特征和優(yōu)點(diǎn)，從以下的說明并結(jié)合附圖就能更清楚地理解。


圖1是本發(fā)明網(wǎng)球拍的主視圖；圖2是網(wǎng)球拍拍首部分殼狀結(jié)構(gòu)的橫斷面圖；圖3A是用于分析一彈性構(gòu)件的撓度的片簧的主視圖；圖3B是該片簧的透視圖；圖3C是片簧在載荷W作用下的彎曲主視圖；圖4A是用于分析一彈性疊層構(gòu)件的撓度的疊層片簧的主視圖；圖4B是疊層片簧的透視圖；圖4C是疊層片簧在載荷W作用下彎曲的主視圖；圖5是球拍框?qū)娱g均分變形的橫斷面圖。
首先參閱圖1，實(shí)施本發(fā)明的喉部開口型網(wǎng)球拍，主要包括球拍框1，拍弦2和把手3。球拍框有拍首1a和柄部1b。拍弦2二維地張緊在拍首1a上形成擊打網(wǎng)球的裝弦表面。柄部1b為喉部開口式，把手3固定在柄部1b上。
從圖2可以看得更清楚，拍首1a具有一種殼狀結(jié)構(gòu)或中空結(jié)構(gòu)，由一內(nèi)殼層和一外殼層構(gòu)成這一殼狀結(jié)構(gòu)。外殼層部份地縮進(jìn)些，在內(nèi)/外殼層上做有一對(duì)對(duì)的小孔。成對(duì)的小孔分別用于板弦2穿過，圖2上示出的只有一對(duì)小孔1c/1d和同它們相連系的拍弦2。小孔1c在內(nèi)殼層上，小孔1d在外殼層上。拍弦2穿過這對(duì)小孔1c/1d，并固定在與縮進(jìn)的外殼層相連的墊層4上。當(dāng)拍弦張緊在拍首1a上時(shí)，拍弦給外殼層施加一個(gè)張力F1。
高彈性材料的內(nèi)層高強(qiáng)度中空構(gòu)件1e，高彈性材料的外層高強(qiáng)度中空構(gòu)件1f和超低彈性材料的帶狀構(gòu)件1g共同組成拍首1a。超低彈性材料的帶狀構(gòu)件1g共同組成拍首1a。超低彈性材料的彈性模量大大地小于高彈性材料的彈性模量。高彈性材料對(duì)彎矩的彈性模量在2000千克(力)/毫米2至12,000千克(力)/毫米2范圍內(nèi)。而超低彈性材料的彈性模量是高彈性材料彈性模量的千分之一，即在0.5千克(力)/毫米2，至12千克(力)/毫米2之間。此外，超低彈性材料對(duì)張力應(yīng)變系數(shù)至少是100％。
在這一情況下，高彈性材料從構(gòu)成合成樹脂，纖維增強(qiáng)塑料樹脂，例如碳纖維增強(qiáng)塑料樹脂或玻璃纖維增強(qiáng)塑料樹脂和金屬，例如鈦或鋁的群體中選取。另一方面，彈性材料適合作為超低彈性材料。最好采用聚氨基甲酸乙酯系列，尼龍系列，聚酯系列和烯族烴系列等的彈性體。另一類超低彈性材料是由拜耳集團(tuán)制造的“desmopan KU2-8600”。這種材料可膨脹并可隨其拉長(zhǎng)率而改變彈性模量。當(dāng)延長(zhǎng)率為10％時(shí)，彈性模量為1.12千克(力)/毫米2。假如延長(zhǎng)率提高到20％和100％彈性模量就變?yōu)?.14千克(力)/毫米2和0.52千克(力)/毫米2。這一材料是理想的，因?yàn)橹圃煺呖赏ㄟ^改延伸率來調(diào)整彈性模量。
帶狀構(gòu)件1g的優(yōu)選厚度雖然取決于超低彈性材料，但其厚度范圍可在50微米至200微米。如果厚度小于50微米，內(nèi)層高強(qiáng)度層中空構(gòu)件1e就會(huì)通過帶狀構(gòu)件1g固定在外層高強(qiáng)度中空構(gòu)件1f上，而以下說明的模型就不能應(yīng)用在該殼狀結(jié)構(gòu)上。另一方面，如果帶狀構(gòu)件1g的厚度大于200微米，該殼層構(gòu)件的強(qiáng)度就會(huì)過小。
帶狀構(gòu)件1g夾在一部分外層高強(qiáng)度中空構(gòu)件1f和一部分高內(nèi)層強(qiáng)度構(gòu)件1e之間，并從外殼層向內(nèi)殼層的兩側(cè)子部分延伸。不過，內(nèi)殼層的中間子部分A只由內(nèi)/外高強(qiáng)度中空構(gòu)件1e/1f組成。內(nèi)/外高強(qiáng)度中空構(gòu)件1e/1f互相呈整體，中間子部分A最終變成單一層。內(nèi)/外高強(qiáng)度中空構(gòu)件1e/1f最終彼此也是整體的，而外殼層及兩側(cè)的子部分是一雙層結(jié)構(gòu)。帶狀構(gòu)件1g沿著拍首1a延長(zhǎng)，墊層4由三層構(gòu)件支承。
雖然兩層結(jié)構(gòu)同殼狀結(jié)構(gòu)總周邊的長(zhǎng)度比取決于殼狀結(jié)構(gòu)的橫截面，不過希望是在50％至80％范圍之間。如果比例小于50％，部分外殼層同中間的子部分相似變成單一層。柔性也就不足。另一方面，如果比例超過80％，內(nèi)層高強(qiáng)度中空構(gòu)件1e幾乎就會(huì)同外層高強(qiáng)度中空構(gòu)件1f脫離開，拍首1a抵擋彎矩和扭矩的強(qiáng)度就會(huì)過小。
以下從經(jīng)典材料強(qiáng)度觀點(diǎn)對(duì)彈性材料的撓度進(jìn)行說明。首先，考慮一塊片簧5如圖3A和3B所示。其兩端由支點(diǎn)6a和6b支承住。兩支點(diǎn)6a和6b彼此隔開a距離。片簧5的寬度為b，厚度為h。
當(dāng)載荷W作用在支點(diǎn)6a和6b之間片簧中心時(shí)，片簧5如圖3C所示彎曲，最大彎曲應(yīng)力δmax和最大撓度δmax由式(1)和式(2)表示σmax＝3Wa/2bh2(1)δmax＝Wa3/4bEh3(2)式中E-片簧5的彈性系數(shù)如果片簧5的許用應(yīng)力為σ，則它的極限厚度h0由式(3)表示σ0＝3Wa/2bh02(3)從式(3)可得h0＝(3Wa/2bσ0)1/2(4)當(dāng)片簧5控制在極限厚度h0時(shí)，最大許用撓度δ0即為δ0＝Wa3/4bEh03＝(a3/2/6E)(2b/3W)1/2σ03/2(5)最大許用撓度δ0代表片簧5在尺寸為a×b×h0時(shí)撓度的極限值。
然而，如果如圖4A和4B所示，另一片簧7無粘合地疊置在片簧5上，疊置片簧5/7相當(dāng)于長(zhǎng)度為a，寬度為2b，厚度為h的單一層片簧。假定疊置片簧5/7的性能如同單一層片簧，式(3)也就適用于疊置片簧5/7。相當(dāng)于疊置片簧5/7的單一片簧也有許用應(yīng)力。其極限厚度h1由把式(4)中的b和用2b代替給出。
極限厚度h1由式(6)表示h1＝(3Wa/4bσ0)1/2(6)最大許用撓度δ1表示如下δ1＝Wa3/8bEh13＝(a3/2/6E)(4b/3W)1/2δ03/2(7)從式(5)及式(7)可得
δ1＝21/2δ0＝1.4δ0(8)因此，疊置結(jié)構(gòu)5/7的撓度約比片簧5大1.4倍，而并不犧牲許用應(yīng)力σ。
拍首1a的殼狀結(jié)構(gòu)是在前述分析的基礎(chǔ)上開發(fā)的。在中間子部分A上，外層高強(qiáng)度中空構(gòu)件1f同內(nèi)層高強(qiáng)度空構(gòu)件1e彼此是一體的，中間子部分A假定是一單層的中空構(gòu)件。雖然帶狀構(gòu)件1g與內(nèi)/外高強(qiáng)度中空構(gòu)件1e/1f結(jié)合。但假定它只是單純地疊置并不粘結(jié)在內(nèi)/外高強(qiáng)度中空構(gòu)件1e/1f上。因?yàn)閹顦?gòu)件1g是由超紙彈性材料構(gòu)成的。由于這一原因，本發(fā)明的球拍框的拍首1a的柔性得到改進(jìn)，而并不犧牲其強(qiáng)度或其耐用性。
假定現(xiàn)在有人用網(wǎng)球拍1打網(wǎng)球，對(duì)裝弦表面的沖擊使拍弦2的張力T增加。張力T被外殼層接納，如圖5所示，發(fā)生了主要在超低彈性材料的帶狀構(gòu)件1g上的層間均變形。然而，外殼層是一種參照?qǐng)D4A至4C分析的層疊結(jié)構(gòu)，有效地吸收了由于張力T迅速增加所引起的震動(dòng)。由于這一緣故，運(yùn)動(dòng)員感覺震動(dòng)緩和了。再者，球拍框的高柔性并不犧牲其許用應(yīng)力，由于這一原因，本發(fā)明的網(wǎng)球拍1是耐用的。
從前面的說明應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，超低彈性材料的帶狀構(gòu)件是埋在高彈性材料中空構(gòu)件的一部分中，而疊置結(jié)構(gòu)能提高拍首1a的柔度而不犧牲其強(qiáng)度。大的柔度能使球拍框有效地吸收球沖擊在裝弦表面上所引起的震動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)員感覺震動(dòng)緩和。提高柔度而不降低拍首的強(qiáng)度，也就延長(zhǎng)了球拍的使用壽命。
雖然本發(fā)明詳細(xì)的實(shí)施方案已經(jīng)披露和說明，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，顯然可做出各種不同的變化和改型；本發(fā)明的部分兩層殼層結(jié)構(gòu)，適用于羽毛球拍和網(wǎng)球拍。
權(quán)利要求
1.一種具有裝弦表面(2)的球拍框，包含一個(gè)固定有把手的把手部分(1b)；和一個(gè)同所述把手部分連接的拍首(1a)，拍首具有由一外殼層和內(nèi)殼層構(gòu)成的殼狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)殼層比外殼層更靠近裝弦表面，其特征在于所述殼狀結(jié)構(gòu)由第一種大彈性模量材料并環(huán)繞著裝弦表面的空心構(gòu)件(1e/1f)和由第二種小彈性模量材料的埋入在至少是外殼層中并沿裝弦表面延伸的帶狀構(gòu)件(1g)組成；用于所述裝弦表面的拍弦(2)穿過所述內(nèi)殼層固定在所述外殼層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的球拍框，其特征在于所述帶狀構(gòu)件(1g)沿所述殼狀結(jié)構(gòu)橫截面的周邊伸展，所述帶狀構(gòu)件(1g)同下所述橫截面周邊的長(zhǎng)度比在50％至80％的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的球拍框，其特征在于所述第一種大彈性模量材料的彈性模量在2000千克(力)/毫米2至12000千克(力)/毫米2的范圍內(nèi)，所述第二種小彈性模量材料的彈性模量等于或小于12千克(力)/毫米2，所述第二種材料對(duì)張力的應(yīng)變系數(shù)至少是100％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的球拍框，其特征在于所述的第一種大彈性模量材料，是從構(gòu)成合成樹脂，纖維增強(qiáng)塑料樹脂和金屬的群體中選取，所述第二種小彈性模量材料是彈性體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的球拍框，其特征在于所述帶狀構(gòu)件(1g)的厚度是在50微米至200微米的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的球拍框，其特征在于所述球拍框是一網(wǎng)球拍(1)的一部分。
全文摘要
一種用于做網(wǎng)球拍(1)的球拍框，一為殼狀結(jié)構(gòu)，由具有大彈性模量的高彈性材料做成的內(nèi)殼層和由該高彈性材料做成的外殼層(1e/1f)以及一種包在高彈性材料中的小彈性模量的超低彈性材料層(1g)組成，這種高彈性材料層(1e/1f)同超級(jí)彈性材料層(1g)的疊置結(jié)構(gòu)能提高外殼層的柔度而不犧牲其機(jī)械強(qiáng)度，因此不但能改善網(wǎng)球拍的耐用性而且也能提高網(wǎng)球拍的吸震特性。
文檔編號(hào)A63B49/10GK1157748SQ9611729
公開日1997年8月27日 申請(qǐng)日期1996年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月19日
發(fā)明者高塚正則 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社