JP3609294B2

JP3609294B2 - ラケットフレーム

Info

Publication number: JP3609294B2
Application number: JP24123099A
Authority: JP
Inventors: 宏幸竹内
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: JP2001061997A

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、スカシュ等のスポーツ用のラケットフレームに関し、特に硬式テニスに好適なラケットフレームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のカーボン繊維の高強度化、高弾性率化の発展により、カーボン繊維を主体とした強化繊維を用いた繊維強化樹脂製のラケットが主流となっている。この種のラケットフレームにおいて、打球面の面外方向に厚みを持たせた所謂『厚ラケ』が提供されている。この厚ラケを必要とするユーザーは、女性やシニア層といった少ない力で飛び性能を要求する層で、軽量で飛び性能の良いラケットが求められている。
【０００３】
ところが、ラケットフレームとボールとの二物体が衝突する観点からみると、エネルギー保存則からはラケットフレームが軽くなると、ボールの反発係数が低下する。よって、軽量化は反発係数の低下を招くことになる。
【０００４】
従来、この種の繊維強化樹脂製のラケットフレームにおいて、反発性能を高めるために強化繊維に関連して改善をはかったものとして、特開平１０−３３７３４２号のテニスラケットが提案されている。該テニスラケットは、略方形状とした打球面（ガット張袈面）を囲むフェイス部の応力が集中されるコーナー部分に、他の部分よりも引張強度の大きい強化繊維を配置し、よって、コーナー部の強度を高めることによりスイートスポットを広げ、反発性能を高めるようにされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記テニスラケットフレームは、打球面が特殊な方形状としているために、フェイス部のコーナー部に他の部分よりも高強度の強化繊維を配置することにより、スイートスポットを広げる効果を有するが、部分的な補強であるため、ラケットフレーム全体を軽量化を図りながら高強度化を実現し、反発性能を改善することは望めない。テニスラッケトフレーム、特に、非力な女性やシニア層にとって好評な厚ラケでは、軽さと飛びとは重要なファクターであり、特殊な打球面を有するテニスラケットに限らず、一般的な形状の打球面を有するテニスラケットフレームにおいても、軽量化を図りながら、強度を高め反発性能を向上させることが必須である。
【０００６】
上記した点に鑑み、本発明者は主として、重量が２６０ｇ未満の軽量ラケットにおいて、軽量化しながら強度および反発性を向上させる手段を鋭意研究および実験を重ねた。まず、剛性値を変化させることで強度・反発性能を向上させることを試みた。剛性値を高めるために、繊維強化樹脂製のプリプレグの積層構造（強化繊維の繊維角度、プリプレグの積層枚数、幅）を変化させることや、フレームの断面の厚みや幅を変化させることが考えられる。しかしながら、強度を高めるために、プリプレグの積層構造を変化させても重量増加を招きやすく、ラケットフレームの振り抜きが悪く打球フィーリングが悪化させることとなった。また、フレームの断面形状を変化させる場合、剛性値を高めるためには、周長の増加を招きやすく、周長の増加に応じて積層プリプレグの増加ならびに重量増加を伴う結果となった。
【０００７】
上記のように、軽量化のために、単にプリプレグの積層枚数を減らすと剛性・強度の低下を招き反発性能が低下する一方、プリプレグの積層構造を変化させて剛性・強度を高めて反発性能を改善しようとすると重量増加を招くこととなる。よって、本発明者は強化繊維に注目して、軽量化を図りながら強度を向上させ、よって反発性能が優れたラケットフレームの開発を行い、本発明を達成するに至った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のラケットフレームは、汎用のカーボン繊維よりも軽量で高強度且つ高弾性のカーボン繊維を用い、該カーボン繊維を汎用されているカーボン繊維と組み合わせることにより、軽量で強度が高く、反発性能が良いラケットを提供するものである。
【０００９】
具体的には、本発明は、繊維強化樹脂製のテニス用のラケットフレームであって、強化繊維の少なくとも一部に、引張強度が４４０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上６００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下、引張弾性率が２８０００ｋｆｇ／ｍｍ^２以上４００００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下で、引張強度と引張弾性率の比（引張強度／引張弾性率）が０．０１１以上０．０２１未満、単位体積当たりの重量が１．８０ｇ／ｃｍ^３未満１．５０ｇ／ｃｍ^３以上である高強度軽量のカーボン繊維を用いており、フレーム重量を１５０ｇ以上２６０ｇ未満としていることを特徴とするラケットフレームを提供するものである。
【００１０】
上記高強度軽量のカーボン繊維は、汎用されているカーボン繊維と組み合わせて用いている。ラケットフレーム全体の強化繊維に対して、上記高強度軽量のカーボン繊維の割合は１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下とすることが好ましい。上記割合としているのは、１０ｗｔ％未満であると、高強度軽量カーボン繊維による補強効果が少なく所期の反発係数が出ないためである。一方、１００％にしても高強度化と軽量化の効果が得られるが、作業上扱いにくく、かつ、該強化繊維が高価であり従来のプリプレグと共用することでコスト低下が図れるため、９０％以下とすることが好ましい。
【００１１】
上記高強度カーボン繊維の引張強度を４４０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上６００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下としているのは、６００ｋｇｆ／ｍｍ^２を超えるように極端に大きくしようとすると繊維密度が大きくなり、フィラメント数より薄手のプリプレグにすることが難しく、軽量化を図れないことに因る。また、４４０ｋｇｆ／ｍｍ^２未満であると、補強効果が乏しく、軽量化したラケットフレームの強度を十分に高めることができないことに因る。なお、引張強度は、４５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上６５０ｋｇｆ／ｍｍ^２以下とすることがより好ましい。
【００１２】
上記高強度カーボン繊維の引張弾性率を２０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上４３０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下とすれば好適であり、４３０００ｋｇｆ／ｍｍ^２を超えるように極端に大きくしようとすると引張強度と同様に、繊維密度が大きくなり、フィラメント数より薄手のプリプレグにすることが難しく、軽量化を図れず、かつ、高弾性になると強度が低下することによる。また、２５０００ｋｇｆ／ｍｍ^２未満になると、剛性が低くなって反発性が低下する問題が生ずることによる。なお、高強度カーボン繊維の引張弾性率は、２８０００ｋｆｇ／ｍｍ^２以上４００００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下とすることがより好ましい。
【００１３】
上記範囲の引張強度と引張弾性率を有する高強度カーボン繊維は、引張強度とと引張弾性率の比（引張強度／引張弾性率）を０．０１１以上０．０２２未満としている。この範囲は、０．０１１未満であると、引張強度が低くなりすぎ、強度が低下する問題があり、０．０２２を越えると、引張弾性率が引くなって反発性が低下したり、引張強度が大きいものを使用した場合には繊維密度が大きくなってラケット重量が増加する問題あることに因る。なお、上記比（引張強度／引張弾性率）は０．０１１以上０．０１９以下が好ましく、さらに、０．０１２以上０．０１７以下が最も好ましい。
【００１４】
また、上記高強度のカーボン繊維は、単位体積当たりの重量が１．８０ｇ／ｃｍ^３未満、より好ましくは１．７８ｇ／ｃｍ^３以下、最も好ましくは１．７７ｇ／ｃｍ^３以下で、かつ、１．５０ｇ／ｃｍ^３以上のものが好ましい。この密度の小さい高強度カーボン繊維を強化繊維として用いると、強度向上を図りながら、より軽量化を進めることができる。
【００１５】
高強度軽量カーボン繊維は、その単位体積当たりの重量（密度）が小さい程、軽量化実現のためには有効であるが、上記した引張強度と引張弾性率を有するカーボン繊維で入手可能なカーボン繊維のうち、密度が最も小さいものは１．７７ｇ／ｃｍ^３である。なお、実験的により小さい密度のカーボン繊維を作成したが、上記した引張強度を保つことが困難で、所要の引張強度を保持できる密度の下限は１．５０ｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは１．６０ｇ／ｃｍ^３であることが判明した。
【００１６】
上記した範囲の引張強度、引張弾性率、引張強度／引張弾性率の比を有すると共に密度を有するカーボン繊維としては、東レ（株）製のＭ３０ＧとＭ４０Ｊがある。該高強度カーボン繊維に対して、繊維強化樹脂製のテニスラケットフレームを形成するために汎用されているカーボン繊維は東レ（株）製のＴ−７００である。
【００１７】
なお、東レ（株）製が提供しているカーボン繊維のうち、密度が１．８４ｇ／ｃｍ^３以下と小さく、軽量化がはかれるカーボン繊維について、東レ（株）が呈示されている各カーボン繊維の引張強度、引張弾性率、引張強度／引張弾性率を下記の表１に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
上記表１に示すように、汎用されているカーボン繊維Ｔ−７００の密度は１．８０ｇ／ｃｍ^３であり、Ｍ３０Ｇ、Ｍ４０ＪがＴ−７００よりも密度が小さい。また、Ｔ−７００の引張強度は５００ｋｇｆ／ｍｍ^２、引張弾性率は２３５００ｋｇｆ／ｍｍ^２であり、Ｍ３０Ｇ、Ｍ４０Ｊとも引張強度および引張弾性率がＴ−７００よりも大きい。このように、汎用されているカーボン繊維Ｔ−７００より、密度が小さいく高強度、高弾性のＭ３０Ｇ、Ｍ４０ＪをＴ−７００と組み合わせて用いることで、樹脂量および繊維量を削減でき、高弾性であることにより反発性能を向上させることが出来る。
【００２０】
上記した高強度軽量のカーボン繊維のうちＭ４０Ｊは、弾性率が高いため、プリプレグとして実際積層されるときは、該カーボン繊維をラケットフレームの長手方向に並行（０度）に積層することが好ましい。それ以外のカーボン繊維Ｍ３０ＧやＴ−７００を強化繊維とするプリプレグは、繊維角度を０〜９０度の間で０、１０、２２、３０、４５、９０度として積層することができる。
【００２１】
本発明のラケットフレームをテニスラケットフレームとした場合、その重量を１５０ｇ以上２６０ｇ未満として軽量テニスラケットフレームとしている。該重量はグリップエンド、グリップレザー、グロメット、バンパ−等の一般的に取り付けられている付属品を備えているが、ガットは張袈していない状態の重量である。重量範囲を上記数値範囲としているのは、２６０ｇを越えると、非力な女性やシニア層にとって振り抜きぬくいラケットとなり、１５０ｇ未満となると、軽すぎて強度が低下するためである。なお、２５０ｇ以下１６０ｇ以上が好ましく、さらに２４０ｇ以下１７０ｇ以上が最適重量である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態のテニスラケットフレーム１を示す。該テニスラケット１のフレームは、繊維強化樹脂製の中空状で、打球面（ガット面）２を囲むフェイス部３と、スロート部４、シャフト部５とグリップ部６を連続して構成している。上記フェイス部３は別部材からなるヨーク部７をスロート側で連続して打球面２を囲む環状としている。打球面２の形状は一般的な卵形であっても、長い楕円形状（長円形状）であっても、略方形状であってもよく、限定されない。
【００２３】
図示の実施形態のラケットフレームは、図２で示すように、強化繊維を汎用されている第一カーボン繊維１０とし、マトリクス樹脂を熱硬化性のエポキシとした繊維強化樹脂からなる第一プリプレグ１１と、強化繊維を高強度軽量の第二カーボン繊維１２とし、マトリクス樹脂を熱硬化性のエポキシとした繊維強化樹脂からなる第二プリプレグ１３とを積層して形成している。
【００２４】
上記第二カーボン繊維１２は、引張強度が４４０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上６００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下、引張弾性率が２５０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上４３０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下で、引張強度と引張弾性率の比（引張強度／引張弾性率）が０．０１１以上０．０２１未満、単位体積当たりの重量が１．８０ｇ／ｃｍ^３未満１．５０ｇ／ｃｍ^３以上である高強度軽量のカーボン繊維からなる。一方、第一カーボン繊維１０は第二カーボン繊維１２よりも密度が大きく、引張強度および引張弾性率が小さいものである。本実施形態では、第一カーボン繊維１０として東レ（株）製のＴ−７００を用い、第二カーボン繊維１２として東レ（株）製のＭ３０Ｇ、Ｍ４０Ｊを用いている。
【００２５】
上記第二カーボン繊維１２の割合は、ラケットフレーム全体の強化繊維（第一カーボン１０の総量と第二カーボン繊維１２の総量）の１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下の範囲内とし、本実施形態では１２〜８０ｗｔ％としている。
【００２６】
上記第一プリプレグ１１と第二プリプレグ１３とは、順次交互に積層しても良いが、第二カーボン繊維１２の引張強度および引張弾性率が大きいことより、本実施形態では、第二プリプレグ１３をフレーム断面において最内周に配置している。また、第二プリプレグ１３の積層枚数を多くして、第二カーボン繊維１２が全繊維量の５０ｗｔ％を越える場合は、フレーム全体にわたって第二プリプレグ１３を配置しても良いが、５０ｗｔ％未満であると、フェイス部３に第二プリプレグ１３を配置してフェイス部３の強度を高めることが好ましい。
【００２７】
上記のようにプリプレグを積層して、レイアップを形成した後、金型を用いて加圧加熱成形して、ローフレームを形成している。金型から取り出したローフレームはバリ取り、ガット孔加工を施し、さらに、パテ塗り、ペイント塗装を行った後、グロメット、グリップ等の一般的な部品を取り付けてラケットフレーム１を完成させている。
【００２８】
上記ラケットフレーム１、その重量を２６０ｇ未満１５０ｇ以上とし、フレーム全長を７１０ｍｍ、フェイス部３における最大厚みを２９ｍｍ、打球面２の面積を１１５平方インチとした。
【００２９】
下記の表２に示すように、本発明の実施例１〜５と比較例１のテニスラケットフレームを作製し、フレームの面外方向の剛性（平圧剛性）および強度（平圧強度）、打球面の面内方向の剛性（側圧剛性）および強度（側圧強度）、反発係数を測定し、かつ、実打による飛び性能の評価テストを行った。
【００３０】
【表２】

【００３１】
比較例１のテニスラケットフレームは上記実施形態に記載の全長、フェイス部最大厚さ、打球面積を有し、強化繊維として汎用のカーボン繊維Ｔ−７００のみを使用して作製した。すなわち、プリプレグは第一プリプレグのみで、第二プリプレグを用いずに作製した。
【００３２】
実施例１〜５のテニスラケットフレームは、比較例の最内周から優先的に第一プリプレグを、高強度軽量カーボン繊維１２からなるＭ３０Ｇ、Ｍ４０Ｊのプリプレグに置き換え、第二カーボン繊維１２の全繊維量に対する比率（ｗｔ％）を、実施例１では１２％、実施例２では２４％、実施例３では４６％、実施例４では６８％、実施例５では９０％とした。他の構成は比較例１と同様とした。
【００３３】
（反発係数の測定）
反発係数は、図３に示すように、実施例および比較例のテニスラケットにガットを張袈し、各テニスラケットを垂直状態でフリーとなるようにグリップ部を柔らかく固定し、その打球面にボール打出機から一定速度Ｖ_１（３０ｍ／ｓ）でボールをフェイス面に衝突させ、跳ね返えたボールの速度Ｖ_２を測定し、最大反発係数にて評価した。反発係数は発射速度Ｖ_１、反発速度Ｖ_２の比（Ｖ_２／Ｖ_１）であり、反発係数が大きい程、ボールの飛びが良いことを示している。
【００３４】
（平圧剛性の測定）
図４に示すように、テニスラケットフレームを水平に配置し、そのフェイス部３を受け治具２１で支持すると共に、グリップ部６を受け治具２２で支持した。この状態で受け治具２１と２２の間の中央点（受け治具２１、２２よりそれぞれ３００ｍｍの位置）に対して加圧具２３により上方より８０ｋｇｆの力を加えて測定した。
【００３５】
（平圧強度の測定）
図４に示す状態としたテニスラケットフレームに加圧具２３でフレームが破壊するまで荷重をかけ、その時の最大荷重値を測定した。
【００３６】
（側圧剛性の測定）
図５に示すように、支持台１８にテニスラケットフレームを横向きで打球面２を垂直方向として、サイド垂直押さえ板２５の間に挿入して保持し、かつ、フェイス部３のトップ３ａを位置決めスペーサ２６で位置決めさせると共に、グリップ６を位置決めスペーサ２７に搭載している。この状態で上方のフェイス部３のサイドに対して加圧具２８により８０ｋｇｆの力を加えて測定した。
【００３７】
（側圧強度の測定）
図５の示す状態で、加圧具２８によりフレームが破断するまで荷重をかけ、その時の最大荷重値を測定した。
【００３８】
（実打による飛び評価方法）
実施例および比較例のテニスラケットを用い、テニス歴１０年以上、現在も週３日以上プレーする条件を満たす女性５４名のプレーヤが実打して、アンケート調査をした。アンケート調査は、５点満点（多い程良い）で採点し、平均値をとった。
【００３９】
表２に示すように、平圧剛性、平圧強度、側圧剛性、側圧強度のいずれも、比較例１より実施例１〜５は全て大きく、実施例では高強度化が図られていることが確認できた。また、反発係数においても、比較例１より実施例１〜５は全て大きく反発性能が高められたことが確認できた。さらに、実打による試打テストにおいても、比較例の飛び評価は２．９であったが、実施例は全て３以上で良い評価が得られた。
【００４０】
上記測定結果および試打評価より、カーボン繊維をＴ−７００からＭ３０Ｇ、Ｍ４０Ｊに１２〜９０ｗｔ％置き換えた実施例１〜５は、高強度且つ高弾性のカーボン繊維を用いることにより、かつ、その使用量を増やすことにより、大幅な軽量化が出来、かつ、剛性・強度・反発性能においても比較例と比べて良好であることが確認できた。
【００４１】
【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、高強度・高弾性のカーボン繊維を汎用されているカーボン繊維と組み合わせることにより、重量を軽減させても、強度を向上させ、反発性能を飛躍的に向上させることができる。
【００４２】
具体的には、引張強度および引張弾性率が大きく、かつ、その比が０．０１１以上０．０２１未満で、繊維の単位体積あたりの重量（密度）が１．８０ｇ／ｃｍ^３未満以下の軽量なカーボン繊維を使用することにより、効率よく軽量化が出来、剛性・強度・反発性能を向上させることができる。言い換えれば、フレーム重量を２６０ｇ未満と軽量化しても所望の強度と反発性能を得ることができる。また、上記した軽量化したラケットフレームに限らず、通常重量のラケットフレームにおいても、高強度軽量のカーボン繊維を用いることにより、強度を高め、反発性能を向上させて飛び優れたラケットフレームとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のテニスラケットの平面図である。
【図２】第２実施形態の要部拡大断面図である。
【図３】反発係数の測定方法を示す概略図である。
【図４】平圧剛性の測定方法を示す概略図である。
【図５】側圧剛性の測定方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１テニスラケット
２フェイス面（ガット面）
３フェイス部
４スロート部
５シャフト部
６グリップ部
７ヨーク部
１０汎用の第一カーボン繊維
１１第一プリプレグ
１２高強度軽量の第二カーボン繊維
１３第二プリプレグ

Claims

繊維強化樹脂製のテニス用のラケットフレームであって、強化繊維の少なくとも一部に、引張強度が４４０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上６００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下、引張弾性率が２８０００ｋｆｇ／ｍｍ^２以上４００００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下で、引張強度と引張弾性率の比（引張強度／引張弾性率）が０．０１１以上０．０２１未満、単位体積当たりの重量が１．８０ｇ／ｃｍ^３未満１．５０ｇ／ｃｍ^３以上である高強度軽量のカーボン繊維を用いており、フレーム重量を１７０ｇ以上２４０ｇ以下としていることを特徴とするラケットフレーム。
上記高強度軽量のカーボン繊維は、ラケットフレーム全体の強化繊維に対して１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下としている請求項１に記載のラケットフレーム。
上記高強度軽量のカーボン繊維をラケットフレームの長手方向と並行に配置している請求項１または請求項２に記載のラケットフレーム。
上記高強度軽量のカーボン繊維をフレーム断面において最内周に配置している請求項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。