JP5078894B2 - セルロイドを含まない卓球ボール及びその製造工程 - Google Patents

Description

本発明は、望ましくは３８．５ｍｍから４８ｍｍの直径であり、２．０ｇから４．５ｇの重さであり、殻（シェル）の厚さが（約）０．２０ｍｍから１．３０ｍｍであり、その殻（シェル）が有機無架橋ポリマーを主成分とするプラスチックで構成された、セルロイドを含まない卓球ボール及びそうした卓球ボールの製造工程に関するものである。

1930年頃からセルロイドが卓球ボールの原料として使われてきた。しかしながらセルロイドにはいくつかの本質的な欠点が挙げられる。それらの欠点とは多数の溶剤を使用しての大規模な製造、二次製品の製造が困難であること、爆発の危険である。これらの事実によりセルロイドは今日、東南アジア諸国でのみ製造及び加工され、そこでは事故が多発している。卓球ボールに関しては、このような観点から世界市場は中国、日本、韓国での製造に頼らざるを得ない現実となっている。更に金型製造公差が競技者の許容範囲を逸脱している点からもセルロイドの技術的な原料特性はますます問題となってきている。

卓球ボールには国際卓球連盟（ＩＴＴＦ）が定めた規格があり、これらはＩＴＴＦのテクニカルリーフレットＴ３に記されている。現在以下の特徴が定められている。
１．直径：３９．５ｍｍから４０．５ｍｍ
２．重さ：２．６７ｇから２．７７ｇ
３．曲がり：１ｍの長さの転がり走行路において約０．３ｍ/秒の速度で転がるボールは １７５ｍｍ以上逸れてはならない
４．垂直方向の硬度：５０Nの圧縮力及び毎分１０ｍｍ速度の直径２０ｍｍのピストンの 場合、ボールの極部分に０．７１ｍｍから０．８４ｍｍの圧痕は許される
５．水平方向の硬度：垂直方向と同じ条件で０．７２ｍｍから０．８４ｍｍの圧痕は許さ れる
６．垂直及び水平方向の硬度測定における個体差異：０．１５ｍｍ未満
７．硬度の標準的偏差：０．０６ｍｍ未満
８．弾力：３０５ｍｍの高さから標準的な鉄製ブロック上への落下時の跳躍高度が２４０ ｍｍから２６０ｍｍであること

直径及び重さは国際規格によって大筋定められた特性であり、曲がりについては望ましいとされる特性が定められているが、一方４〜８の定義に於いては使用されているセルロイド製ボールの特性が力学的特性として述べられているのである。

一般的な力学的性質で市場性のあるボールの特徴とは以下の通りである。
・変形時に１０００分の数秒以内に完全にまた目立たないように回復すること
・応力白化や荷重下で不可逆的変質を起さない
・ゴム皮膜の表面に対して最速２５０ｋｍ/ｈの相対速度での衝突時の安定性
・硬い被覆表面に対して最速１２０ｋｍ/ｈの相対速度での衝突時の安定性
・前記の接触設定で５０００回以上の繰り返し衝撃により素材が破壊され、すじ傷ができる可能性がある
・１秒あたり１８０回転までの回転時の安定性

実際にプレイした感覚、硬度や弾みによってボールを主観的に判断する競技者の意見もまた卓球ボールが受け入れられるかどうかを決定するのである。長年セルロイド製のボールを使用してきたがために標準規格が確立されているが一方、新素材も評価されるべきである。そこで決定要因となるのは例えばデスクのような固い表面で跳躍したときの卓球ボールの音である。

英国のダンロップ社は１９８０年代に、また中国のダブルフィッシュ社も１９９０年代にセルロイド素材を代替しようと試みた。しかしながら、このような試みは未だ成功していない。失敗の理由は実際のところセルロイドの特性は新しい素材では達成不可能なことにある。

ダンロップ社のGB１２２２９０１に於いてスチレンアクリルニトリルアクリルエラストマーを殻（シェル）素材として使用することが記載されている。そのボールは実験的に１９８０年代に試合で使われたが素材の不可逆的変形（ゆがみ）により撤収された。更にそのボールにはセルロイドと同等の競技特性はなかった。

DE１０３１５１５４A1に於いてはプラスチック卓球ボールの殻（シェル）への巨視的構造成分の融合について記述している。この特許はボールの基本的なプラスチックについてではなくその改良の可能性について記述しているにすぎない。

それによるとセルロイドの競技特性をほぼ忠実に再現する素材はこれまで見つかっていない。弾み、弾み時の音、様々な表面との接触点での固さ、表面上の摩擦、打球感や回転作用などがボールの競技特性である。
GB１２２２９０１ DE１０３１５１５４A1

以上のような先例の最先端技術における欠点を問題点として本発明は端を発し、セルロイドではないがセルロイドと同じような競技特性のあるボールを製造できる基本素材を見つけることが目的である。さらにその素材を使用する卓球ボールを通常の産業工程に於いて大規模製造可能にする。

前記問題点は主鎖に炭素原子のみならずヘテロ原子も有する有機ポリマーによって解決される。

そのようなプラスチック素材を使用すると卓球ボール製造に於いて短所のあるセルロイド素材に取って替わることが可能であり、主にその工程に於いて競技特性を保持することも可能である。さらにその製造は環境にやさしく経済的にもなる。

有機ポリマーは主鎖の外に窒素原子を持たない点が好都合であると判明した。なぜならそのようなニトロ化は素材の特性をやや否定的に変えるからである。

本発明においては充填剤及びまたは補強剤を含まない等質構造に於いて熱可塑性プラスチックを使用するため、不均質素材より加工しやすい。

この発明の材料の主成分は吸水性が最低限に抑えられ、特にＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ６２による吸水性は標準環境下で１．０％未満である。従って制御できない膨張が起こることは避けられている。

また本発明の材料のＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ２０３９−１によるボール圧入硬度は１２０ＭＰａ以上であるので一般的な要望に合った卓球ボールができる。

さらにはＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１８３による密度が１．２２ｇ／ｃｍ³ 以上の主成分の材料を使用することが本発明では推奨される。これによって殻（シェル）の横断面があらかじめ決定され、卓球ボールの重さは最適に調整されるのである。

熱暴露に対する十分な耐性を持たせるため、本発明の材料の主成分は長時間使用温度が８０°C以上（エンジニアリング熱可塑性プラスチック、高温熱可塑性プラスチック）であることを特徴とする。主成分の長時間使用温度が１５０°C以上（高温熱可塑性プラスチック）の物質であれば尚よい。

もし主成分が半結晶性であればポリマー鎖に一部平行調整して高度な安定性を持たせることが比較的薄い殻（シェル）には重要なことである。

本発明においては殻（シェル）の主成分は以下のどれかである：ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）あるいはこれら一つ以上の共重合体。

これらのプラスチックは熱成形、射出成形等の様々な成形技術に於いて加工しやすく、さらに基本成分を限定的に改良することやあるいは適切な溶合によっても更に改良し適合させることが可能である。広範な試験に於いてこれらの個々のプラスチック素材はそれぞれの機械特性に基づいて予め選択され、その後標準サイズで標準重量の卓球ボールを製造してテストした。芳香族ポリエステル及びＰＯＭを含む素材に於いて、特によい結果が得られた。

成形素材が一種類あるいは数種のプラスチックの混合あるいは溶合物であるなら特に望ましい特性の材料を作ることが可能である。

超微粒子（ナノフィラー）、望ましくは層状シリケイト、ナノチューブあるいは球状ナノ粒子により成形材料を改良することで、必要に応じて卓球ボールのいくつかの主な力学的特性を改善することが可能である。

同じような方向性に於いて更なる開発を進めると、殻（シェル）は組織化された内表面及びあるいは組織化された外表面を持つ。

また製造工程（例えば２つの半球殻の溶接）における不均一性あるいは異方性を補正するために必要に応じて殻（シェル）の壁厚を変えることも可能である。

このことで卓球ボールは望ましくは二個の、複数パーツの殻（シェル）を接着して作ることが可能となり非常に経済的である。

この卓球ボールは３０５ｍｍの高さから標準的な石版への衝撃時に２２０ｍｍから２８０ｍｍの間で跳躍し、ボールの直径２０ｍｍのエリアに５０Nの圧縮力をかけた場合０．６５ｍｍから０．９０ｍｍの間の凹みができ、その標準的偏差は表面のどこからでも０．２０ｍｍ未満であるというのが最適特性である。

本発明の卓球ボールの製造方法は第一段階で数個の殻（シェル）パーツを製造し、以下のような方法で接合することを特徴としている。

新規に発見された材料は接合に特に適していて、また最近の技術を応用することにより溶接の継ぎ目はほとんどあるいは完全に回避できる。必要であれば表面を滑らかにして継ぎ目の残渣を完全に取り除くことも可能である。

殻（シェル）はそれぞれフラットボディ等のブランクから例えば熱成形によって成形される。この工程は軟化温度近くあるいは軟化温度以下で実施されるので材料挙動は非常にコントロールしやすい。

さらに殻（シェル）即ちそれぞれの殻（シェル）パーツは液体あるいはペースト状の成形材料から、例えば射出成形等の成形工程によって成形することも可能である。この成形により断面は正確な影響を受けるため、一定した殻（シェル）の厚みが保障される。

本願では殻（シェル）パーツは接着、溶接、及び／あるいはクリップで接合することが推奨される。最初の工程による接合によって非常に安定した卓球ボールとなり、最後の工程によって接合の継ぎ目でもボールの断面の精度が保障される。強いアンダーカットによってボールが破壊されない限り二つの殻（シェル）パーツが分離することはない。

望ましくは組立射出成形あるいは中空体射出成形の成形において直接、殻（シェル）パーツを接合することにより製造経費はさらに削減される。

現代のプラスチック処理技術を使うことによって殻（シェル）の壁厚を特に中央緯度方向から極方向において特異的に変化させることが可能である。これは接合による異方性を補正するために射出成形時が望ましい。

最後に、本発明の知識によるとボールの製造時、最低でも１１０°C、望ましくは１４０°C以上の温度で一つ以上の工程を行うと熱可塑性プラスチック素材は特に延性がよい。

本発明の実施例に関する以下の記述から更なる特徴、特性、利点がわかる。

実施例１
卓球ボールは２つの射出成形ＰＥＩの半球殻（シェル）をプラズマ表面処理後に熱溶解したポリビニルブチラール接着剤で接合してできている。

実施例２
卓球ボールは２つの射出成形ＰＥＴの半球殻（シェル）をプラズマ表面処理後にエポキシ樹脂ベースの反応により接合してできている。

実施例３
卓球ボールは２つの熱成形ＰＯＭの半球殻（シェル）を表面処理後にエポキシ樹脂ベースの反応により接合してできている。

Claims (22)

1. ３８．５ｍｍから４８ｍｍの直径であり、２．０ｇから４．５ｇの重さであり、殻（シェル）の厚みが０．２０ｍｍから１．３０ｍｍであり、その殻（シェル）が主鎖中に炭素原子のみならずヘテロ原子も有する有機無架橋ポリマーを主成分とするプラスチックで構成され、主成分は
   ａ） 熱可塑性プラスチック素材であり、さらに
   ｂ） ＤＥＮ ＥＮ ＩＳＯ １１８３による密度が１．２２ｇ／ｃｍ^３以上であり、かつ
   ｃ） ＤＥＮ ＥＮ ＩＳＯ ６２による吸水性は１．０％未満であり、
   ｄ） 主成分はＤＥＮ ＥＮ ＩＳＯ ２０３９−１によるボール圧入硬度が１２０MＰa以上であり、
   ｅ） ナノ材料以外の充填剤及びナノ材料以外の補強剤の少なくとも一方を含まないことを特徴とするセルロイドを含まない卓球ボール。
2. ３８．５ｍｍから４８ｍｍの直径であり、２．０ｇから４．５ｇの重さであり、殻（シェル）の厚みが０．２０ｍｍから１．３０ｍｍであり、その殻（シェル）が主鎖に炭素原子のみならずヘテロ原子も有する有機無架橋ポリマーを主成分とするプラスチックで構成され、主成分は
   ａ） 熱可塑性プラスチック素材であって、半結晶性、あるいは長時間使用温度は１５０℃以上の高温熱可塑性プラスチック、または、半結晶性でかつ長時間使用温度は１５０℃以上の高温熱可塑性プラスチックであり、さらに
   ｂ） ＤＥＮ ＥＮ ＩＳＯ １１８３による密度が１．２２ｇ／ｃｍ^３以上であり、
   ｃ） ＤＥＮ ＥＮ ＩＳＯ ６２による吸水性は１．０％未満であり、かつ
   ｄ） 主成分はＤＥＮ ＥＮ ＩＳＯ ２０３９−１によるボール圧入硬度が１２０MＰa以上であることを特徴とするセルロイドを含まない卓球ボール。
3. 有機ポリマーが硝酸エステル基を含まないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
4. 有機ポリマーが主鎖の外に窒素原子を含まないことを特徴とする前記請求項１から請求項３のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
5. 熱可塑性プラスチック素材が充填剤または補強剤を含まない等質構造であることを特徴とする前記請求項１から請求項４のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
6. 殻（シェル）の主成分は以下のどれかであることを特徴とする前記請求項１から請求項５のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール：ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）あるいはこれら一つ以上の共重合体。
7. 成形成分が一種類あるいは数種類の前記プラスチックの混合あるいは溶合物であることを特徴とする請求項６に記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
8. 超微粒子（ナノフィラー）により成形材料を改良することを特徴とする前記請求項１から請求項７のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
9. 殻（シェル）は組織化された内表面を持つことを特徴とする前記請求項１から請求項８のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
10. 殻（シェル）は組織化された外表面を持つことを特徴とする前記請求項１から請求項９のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
11. 殻（シェル）の壁厚を必要に応じて変えることを特徴とする前記請求項１から請求項１０のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
12. 望ましくは回転成形により製造された一体の殻（シェル）で作られていることを特徴とする前記請求項１から請求項１１のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
13. 複数体の殻（シェル）が接合されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
14. ３０５ｍｍの高さから標準的な石版への衝撃時に２２０ｍｍから２８０ｍｍの間で跳躍し、ボールの直径２０ｍｍのエリアに５０Ｎの圧力をかけた場合０．６５ｍｍから０．９０ｍｍの間の凹みができ、その標準的偏差は表面のどこからでも０．２０ｍｍ未満であることを特徴とする前記請求項１から請求項１３のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボール。
15. まず第一段階で数個の殻（シェル）パーツを製造し、次の段階で殻（シェル）パーツを接合することを特徴とする前記請求項１から請求項１４のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。
16. 殻（シェル）はブランクを変形させて製造することを特徴とする請求項１５に記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。
17. 殻（シェル）は液体あるいはペースト状の成形材料から、成形により製造することを特徴とする請求項１６に記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。
18. 殻（シェル）パーツは接着、溶接、あるいはクリップで接合されることを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。
19. 殻（シェル）パーツは回転溶接、超音波溶接、誘導溶接あるいはレーザー溶接によって接合されることを特徴とする請求項１５から請求項１８のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。
20. 殻（シェル）は成形時に於いて直接接合されることを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。
21. 殻（シェル）は成形時に、殻（シェル）の壁厚を必要に応じて変える成形措置が取られることを特徴とする請求項１５から請求項２０のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。
22. ボールの製造時、１１０℃以上の温度で一つ以上の段階が行われることを特徴とする請求項１５から請求項２１のいずれかに記載のセルロイドを含まない卓球ボールの製造工程。