JP2600377B2 - ラケットフレーム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軽量で強度と剛性に優れたラケットフレー
ムに関する。

［従来の技術］ 昨今のテニス用ラケット、バドミントンラケットは、
その高機能化が進み、例えばスイートスポットを広くす
るため、ラケットフェース面積を従来より広くした、い
わゆる“デカラケ”、あるいはボール、シャトルコック
の反発機能を向上させるため、ラケットフレームの厚み
を厚くした、いわゆる“厚ラケ”等の商品が主流を占め
るようになってきている。

これらの高機能ラケットを得るためには、当然軽量か
つ高強度、高剛性という相反する特性を備えたラケット
フレームが必要である。

従来から、このようなラケットフレームの軽量化およ
び高強度、高剛性化に対応するため、ラケットフレーム
を炭素繊維、ガラス繊維等の強化繊維で強化した繊維強
化合成樹脂製のラケットフレームが知られている。

このような従来の繊維強化合成樹脂製ラケットフレー
ムとしては、例えば、特開昭55−108373号公報に開示さ
れた打球方向の両面に複数の繊維強化複合材を積層した
もの、特開昭59−37962号公報に開示された複数の管状
の繊維強化複合材を同心状に積層したものなどが知られ
ている。

これら従来のラケットフレームの構成を、例えば、第
10図に示した斜視図を用いて説明すると、従来のラケッ
トフレーム１は、発泡樹脂製の芯材２の外側に、プリプ
レグ３、強化用織物４、編組体５がこの順に積層された
繊維強化複合材により形成されたものである。そして、
このラケットフレーム１を図示しない成形用金型に入
れ、加熱加圧成形した後、フレームに孔６をあけ、これ
にガット７を通すようにしたラケットが知られていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のラケットフレームは、上記構成
で“デカラケ”、“厚ラケ”タイプのラケットに成形す
ると、これに伴って増加するラケットフレームの体積増
加分だけ、ラケット重量も重くなるので、一般プレーヤ
ーには到底満足できるものではなかった。

また、従来のフレームは、フレームを構成する繊維強
化複合材が前記のように積層構成であるため、層間剥離
が生じ易く、層間剥離強度、層間剪断強度、衝撃強度等
が劣るという致命的な欠点があり、プレー中に十分な強
度特性を発揮することができなかった。

このようなことから、従来のラケットフレームは、軽
量化のため繊維強化複合材の積層数を減らそうとして
も、一定の強度を得るには最低限の積層数が必要とな
り、軽量化および高強度化には限界があった。

更に、従来のラケットフレームは、ラケットフレーム
の中間体を成形金型に装着するに際して、装着前には真
直ぐであった中間体をラケットフェイス形状に応じて無
理に湾曲させるため、湾曲部に強化繊維束の乱れが生じ
たものであり、この部分で強度低下を招くという潜在的
な問題があった。

本発明は、上記従来のラケットフレームの問題点を解
消するためになされたもので、軽量で、かつ高強度、高
剛性を有するラケットフレームを提供することを目的と
する。

［課題を達成するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係るラケットフレ
ームは、少なくとも、強化繊維からなる三次元構造体
と、該構造体に含浸されたマトリクス樹脂とを含む繊維
強化合成樹脂製ラケットフレームにおいて、 前記三次元構造体は、前記強化繊維がラケットフレー
ムの軸方向および該軸方向と互いに直交する方向の三次
元方向に対して斜交、または直交しつつ前記ラケットフ
レームの外周において反転して三次元方向に製織され、
かつ、所定断面形状に製織されていることを要旨とす
る。

ここで、本発明で用いられる強化繊維としては、例え
ばガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊
維、アルミナ繊維、ステンレス繊維、アラミド繊維等の
公知のものが用いられる。

三次元繊維構造体の具体的製織構造としては、 強化繊維束がラケットフレームの軸方向および該フ
レーム軸と互いに直交する方向の合計三軸の方向に沿っ
て斜交しつつ、該三次元繊維構造体の外周において反転
する如く三次元方向に製織された態様のものと、 強化繊維束が、上記の態様のように斜交せず、互い
に直交しつつ該三次元繊維構造体の外周において反転す
る如く三次元方向に製織された態様のものとが含まれ
る。

このようなラケットフレームを構成する二態様の三次
元繊維構造体を図面を用いて、以下に具体的に説明す
る。

第６図は、ラケットフレーム軸Ｙに対する直交断面形
状が四角形状に製織された上記の製織態様の三次元繊
維構造体の斜視図である。

図において、三次元繊維構造体８は、複数の強化繊維
束９によって、フレーム軸方向Ｙおよび該フレーム軸と
互いに直交する方向であるＸ、Ｚ軸の三次元方向に斜交
し、かつ、相互に絡合しながら製織されている。そし
て、この強化繊維束９は、三次元繊維構造体内部を貫通
した後、構造体の外周において露出し、反転して再び内
部に進入するように製織されている。

次に、このような三次元繊維構造体８の製織方法とそ
の装置の一例を図面に基づいて具体的に説明する。

第11図は、三次元繊維構造体を製織する装置の要部を
示す平面図、第12図は、第11図の製織子であるキャリア
の動きを示す説明図である。

図において、50は被製織繊維（図面の表側から裏側の
方向へ繊維が供給される）、51はキャリア（図の◎の中
央部に被製織繊維50が図面の表側から裏側の方向に貫通
されている）、52はダミーキャリア、53はハウジング、
54はキャリア51の中の１個のキャリア、55〜58は駆動装
置、59は駆動機器、60はロッドである。

この装置は、被製織繊維50が貫通されたキャリア51を
縦、横方向に規則的に移動させることによって、キャリ
ア51の下側（図面の裏側）に被製織繊維50が互いに交織
し合って三次元の織繊構造体が作成される、いわゆる、
トーションレース方式を採るもので、第11図に示すよう
にキャリア51の縦方向への移動は、駆動装置55,57に接
続され摺動するロッド60が、ダミーキャリア52を介して
キャリア51を押圧することによつてなされる。また、キ
ャリア51の横方向への移動は、駆動装置56,58が同様に
作用することによつてなされる。

このようにキャリア51を交互に動かすことにより三次
元繊維構造体を形成するもので、これをより具体的に説
明すると第12図のようになる。

すなわち、縦横に設置された駆動装置55〜58によって
移動されるキャリア51の軌跡は第12図中の矢印のように
なる。つまり、キャリア51の駆動は以下の４工程からな
るもので、例えばキャリア51の中の１個のキャリア54は
下記４工程を繰り返すことによって図中の矢印で示す軌
跡をたどる。

第12図は、第11図のキャリアのみを示したもので、A,
B,C…は縦方向のキャリアの列を示し、a,b,c…は横方向
のキャリアの行を示すものである。ただし、 第１工程;B,D,F,H,J列が下方向へ、C,E,G,I,K列が上方
向へ１ステップずつ移動する。

第２工程;c,e,g行が右方向へ、b,d,f,h行が左方向へ１
ステップずつ移動する。

第３工程;B,D,F,H,J列が上方向へ、C,E,G,I,K列が下方
向へ１ステップずつ移動する。

第４工程;c,e,g行が左方向へ、b,d,f,h行が右方向へ１
ステップずつ移動する。

ここで、１ステップとは、キャリアの整数個分の長さ
を示す。

なお、上記ダミーキャリア52は、キャリア51と外形は
同一だが、被製織繊維を把持又は貫通するものではな
い。このダミーキャリア52は直接キャリア51を押圧し移
動させるためばかりではなく、第12図に示すＡ列やＬ
列、ａ行やｉ行のように１つ毎に配列されたキャリア51
の間に介在して列をなし、隣接のキャリア51の列の円滑
な移動を可能にするためや、Ａ列やＬ列、及びｉ行のよ
うに隣接上部のキャリア51を保持する役割も果たしてい
る。

前述の４工程を繰り返すに従って、被製織繊維50は互
いに交叉し合い、三次元繊維構造体に織り上げられる。
このようにして、織り上げられた三次元繊維構造体は、
上記の織り方では第６図のもの、すなわち、Ｘ、Ｙ両方
向の面が共に被製織繊維の交叉部を幅方向に複数個配列
されたものが得られる。

三次元繊維構造体の製織方法およびその装置として
は、上記したものの他、特開昭60−134044、特開昭61−
3258、特開昭61−207657、特開昭62−250258、特開昭63
−112749号公報、特願昭62−230635、特願平１−62836
号明細書等に開示されている製織方法および装置によっ
ても製織することができる。

このうち、特願平１−62836号明細書に記載されてい
る製織方法および装置を用いると、三次元構造体断面内
の所定ブロック毎に製織できるので、第７図に示す三次
元繊維構造体10の如く、内部に断面形状が矩形状の中空
部11を有する構造体が製織でき、また、特開昭63−6635
8号公報に開示された製織装置および方法を用いると、
第８図に示す三次元繊維構造体12の如く、Ｙ軸方向に沿
って更に別の強化繊維束13がほぼ平行に交織された三次
元繊維構造体を容易に製織することができる。従って、
このような断面形状に製織すると、第７図に示す三次元
繊維構造体10では、より軽量化が、また、第８図に示す
三次元繊維構造体12では、より高強度、高剛性を有する
三次元繊維構造体が得られる。更に、上述した製織方法
および装置を用いれば、ラケットフレームの断面形状
を、強化すべきフレームの断面形状や応力分布に合わせ
た、例えば中空円形、Ｉ字形、Ｃ字形、Ｌ字形、字形
のなどの任意の断面形状に容易に製織することもでき
る。

次に、第９図は、上記の製織態様の三次元繊維構造
体14の斜視図であり、三種の強化繊維束15、16、17が相
互に直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸の三次元方向（Ｙ軸は、ラケ
ットフレーム軸）に沿って製織され、三次元繊維構造体
14の外周において露出した後、反転して再び内部に進入
するように製織されている。

この態様の三次元繊維構造体14を製織する具体的方法
およびその装置は、例えば特開昭62−133170号公報等に
開示されている公知の製織方法および装置を用いること
ができる。

本発明で用いられるマトリクス樹脂としては、例え
ば、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、
ポリウレタン等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、
ポリアセタール等の熱可塑性樹脂等が用いられるが、こ
のうち熱硬化性樹脂が好ましく、特にエポキシ樹脂が好
ましい。また、本発明のラケットフレームを形成する繊
維強化複合材における繊維体積含有率Vfは、強化繊維束
と、含浸すべきマトリクス樹脂との組合わせにもよる
が、一般には30〜80％が好ましく、40〜70％がより好ま
しい。

このようなマトリクス樹脂の三次元繊維構造体からな
るフレーム中間体への充填、加圧加熱成形方法として
は、従来から多用されている公知の成形方法で充分であ
るが、その他、特開昭63−60711号公報に開示された成
形方法のように、まず、強化繊維束と熱可塑性繊維とを
三次元繊維構造体として製織し、次いでこの三次元繊維
構造体を加熱溶融することにより、溶融した熱可塑性繊
維を補強繊維束内に含浸せしめてマトリクスとする方法
や、特開昭63−60738号公報に開示された成形方法のよ
うに、強化繊維束の表面にマトリクス樹脂層をダイス引
抜き法、浸漬法、ノズル押出し法などによって形成させ
た後、次いでホットプレス法などの成形法によって加熱
加圧成形する方法を用いても良い。

［作 用］ 本発明に係るラケットフレームは、フレームを構成す
る強化繊維束がフレームの三次元方向に配向された三次
元繊維構造体で製織されているため、フレームの三次元
方向のどの方向にも、耐層間剥離、耐層間剪断、耐衝
撃、耐曲げ特性などの強度、剛性特性を発揮する。

また、本発明のラケットフレームは、フレームを構成
する強化繊維束が強化すべきフレームの断面形状や応力
分布に合わせた断面形状に一体に製織されているため、
従来の複数の積層材で積層されたフレームと異なって単
層で、かつ、構成繊維量も少なくできるため、ラケット
フレームがより軽量化される。

［実施例］ 次に、本発明に係るラケットフレームの一実施例を、
図面を参照して説明する。

第１図は、ラケットの全体斜視図、第２図は、第１図
のラケットに用いられている本発明に係るラケットフレ
ームの部分斜視図、第３図は、第９図に示した三次元繊
維構造体14を用いたラケットフレームの部分斜視図、第
４図および第５図は、それぞれ第２図のラケットフレー
ムの成形用金型の斜視図と、第４図のＡ−Ａ矢視の縦断
面図である。

第１図において、ラケット18は、ラケットフレーム19
と、ガット20と、握り部21とからなる。そして、本発明
に係るラケットフレーム19は、第２図に示すように、内
部に長方形状の中空部22を有する繊維強化複合材23と、
中空部に挿入された発泡樹脂製の芯材24とから構成され
ている。また、繊維強化複合材23の上部には、ガット装
着用の溝25とガット孔26とが設けられている。本実施例
における繊維強化複合材23は、第７図で説明した三次元
繊維構造体10を加工したものであり、このような三次元
繊維構造体10を、強化繊維束９として東レ株式会社製
“トレカ"T300を300本（合計単糸数6000本）用い、本出
願人が先に特願平１−62836号明細書で提案した製造方
法および製造装置を用いて、斜交角が10〜15度の製織条
件で連続した紐状のものを製織した。

そして、このような紐状の三次元繊維構造体10の中空
部11に発泡樹脂製芯材24を挿入し、手作業でラケットフ
レームとしての概略形状を呈するフレーム中間体34を製
作し、次いでこのフレーム中間体34を第４図と第５図に
示す、上型27、下型28、頂型29、側型30a、30bの各分割
金型からなるフレーム成形用金型31に装着した。そし
て、これらの金型31を図示しない締結装置で密着締結し
た後、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を金型内に注
入し、従来より公知の加熱加圧成形法を用いて成形し
た。

得られたラケットフレーム19は、複数の積層材を有す
る従来のものと異なり、中空内部に非常に軽量の芯材24
が挿入されているうえ、三次元繊維構造体に製織された
繊維強化複合材23に一体成形されているので、軽量で強
度の高いものであった。

なお、本実施例では、ラケットフレームとして第２図
のものを製作したが、第３図に示したラケットフレーム
32のように、フレーム内部が中実状であって構成繊維束
が互いに直交する製織態様である第９図で説明した三次
元繊維構造体14を用いた繊維強化複合材33を用いて製作
してもよい。

また、三次元繊維構造体８、10、12、14にマトリクス
樹脂を含浸させる方法は、本実施例のようにマトリクス
樹脂を成形金型に加圧注入するのではなく、予め強化繊
維束に合成樹脂を含浸、あるいは被覆させたプリプレグ
ヤーンを用いて製織した三次元繊維構造体からなるフレ
ーム中間体を成形金型に装着した加熱加圧成形してもよ
い。また、中空部内に耐熱ゴム管を挿入し、これにマト
リクス樹脂の注入圧以上の圧力を有する圧空を供給しつ
つ加圧成形してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明に係るラケットフレーム
は、フレームを構成する補強繊維束が複数の積層材で積
層されている従来のラケットフレームと異なり、強化繊
維束がフレームの三次元方向に沿って斜交または直交し
つつ外周において反転する如く配向された三次元繊維構
造体で製織され、しかも強化すべきフレームの断面形状
や応力分布に合わせた断面形状に一体に製織されている
ため、三次元方向どの方向にも強化繊維束の強度特性が
発揮され、層間剥離強度、層間せん断強度、衝撃強度等
に優れたものが得られる。

また、強化繊維束を三次元繊維構造体に一体に、また
別の強化繊維束をフレーム軸と平行に交織することによ
って強度特性が飛躍的に向上するため、フレームへの使
用繊維量が少なくて済み、ラケットフレームをより軽量
化することができる。

更に、従来のラケットフレームの湾曲部で多発した強
化繊維束の乱れも、フレームが所望の断面形状に三次元
繊維構造体で一体に構成されているため、フレームをラ
ケットフェイス形状に応じて湾曲しても、湾曲に対して
のフレキシビリティがあるため、強化繊維束の乱れが少
なくなり、湾曲部での強度、剛性が向上するという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るラケットフレームが用いられて
いるラケットの全体斜視図、第２図は、第１図に用いら
れている本発明に係るラケットフレームの一実施例を示
す部分斜視図、第３図は、第２図の態様とは異なる態様
の本発明に係るラケットフレームの部分斜視図、第４図
および第５図は、それぞれ第２図のラケットフレームの
成形用金型の斜視図および第４図のＡ−Ａ矢視の縦断面
図、第６図ないし第９図は、本発明のフレームを構成す
る三次元繊維構造体の一実施態様を示す斜視図で、第６
図ないし第８図は、斜交タイプ、第９図は、直交タイプ
のものである。 第10図は、従来のラケットフレームの部分斜視図、第11
図は、三次元繊維構造体を製織する装置の要部を示す正
面図、第12図は、第11図のキャリアの動きを示す説明図
である。 図面中の符号の説明 １、19、32:ラケットフレーム ２、24:芯材 ６、26:ガット孔 ７、20:ガット ８、10、12、14:三次元繊維構造体 ９、15、16、17:強化繊維束 11、22:中空部 13:別の強化繊維束 18:ラケット 25:溝 23、33:繊維強化複合材 31:フレーム成形用金型 34:フレーム中間体 50:被製織繊維 51:キャリア 52:ダミーキャリア 53:ハウジング 54:キャリア51の内の１個 55〜58:駆動装置 59:駆動機器 60:ロッド

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、強化繊維からなる三次元構造
   体と、該構造体に含浸されたマトリクス樹脂とを含む繊
   維強化合成樹脂製ラケットフレームにおいて、 前記三次元構造体は、前記強化繊維がラケットフレーム
   の軸方向および該軸方向と互いに直交する方向の三次元
   方向に対して斜交、または直交しつつ前記ラケットフレ
   ームの外周において反転して三次元方向に製織され、か
   つ、所定断面形状に製織されていることを特徴とするラ
   ケットフレーム。
2. 【請求項２】三次元繊維構造体が、内部に中空部を有す
   る構造体に製織されていることを特徴とする請求項
   （１）のラケットフレーム。
3. 【請求項３】三次元繊維構造体が、該構造体の軸方向と
   ほぼ平行に、更に別の強化繊維束が交織された構造体で
   あることを特徴とする請求項（１）のラケットフレー
   ム。
4. 【請求項４】三次元繊維構造体が、内部に中空部を有す
   る構造体に製織されていることを特徴とする請求項
   （３）のラケットフレーム。