KR101331035B1 - 셀룰로이드를 사용하지 않은 탁구공 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한편으로 셀룰로이드를 함유하지 않으며, 직경이 38.5mm 내지 48mm이고, 중량이 2.0g 내지 4.5g이고, 두께가 0.2mm 내지 1.3mm인 껍질을 갖는 탁구공으로서, 상기 껍질은, 비가교(non-crosslinked) 유기 중합체가 주요성분인 합성수지로서, 주 원자고리에 탄소 원자와 헤테로 원자(heteroatoms)가 구비되는 중합체로 구성되며, 상기 주요성분은 a) 열가소성 재질이며, b) ISO 1183에 따른 1.22 g/cm³를 초과하는 밀도를 갖고, c) ISO 62에 따른 1.0% 미만의 물흡수력을 갖게 되는 탁구공에 관한 것이고, 또 다른 한편으로 상기와 같은 특징을 갖는 탁구공의 생산방법에 관한 것으로, 다시 말해 복수 개의 껍질 조각을 생산하는 단계; 상기 복수 개의 껍질 조각들을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법에 관한 것이다.

Description

셀룰로이드를 사용하지 않은 탁구공{CELLULOID-FREE TABLE-TENNIS BALL}

본 발명은 한편으로는 셀룰로이드를 사용하지 않고, 특히 직경이 38.5에서 48mm 사이, 중량이 2.0에서 4.5gram 사이, 그리고 껍질의 두께가 대략 0.20mm에서 1.30mm인, 다시 말해 껍질이 주요성분으로 비가교(non-crosslinked) 유기 중합체가 주요성분인 합성수지로 생산되는 탁구공에 관한 것이고, 또 다른 한편으로 그런 탁구공의 생산공정 절차에 관한 것이다.

대략 1930년부터 세계적으로 셀룰로이드는 탁구공의 재료로 사용되었다. 그러나 셀룰로이드에는 결정적인 단점들이 있다. 복잡한 생산공정에 따른 매우 많은 분해용제의 사용, 파생제품의 어려운 생산 그리고 폭파 위험 등이 있다. 이런 이유들로 인해 오늘날 셀룰로이드는 동아시아 국가에서만 거의 한정적으로 생산·가공되어지고 있고, 또한 사고도 심심치 않게 발생하고 있다. 탁구공의 경우, 이런 이유들로 인해 세계 시장이 중국, 일본 그리고 한국의 생산에 완전히 의존하고 있다. 또한 기술적인 셀룰로이드 특성으로 인해 생기는 생산의 오차를 선수들이 감당해야 하는 문제들도 증가하고 있다.

세계탁구연맹(International Table Tennis Federation - ITTF)에 탁구공에 관한 일련의 규정들이 있다. 이것은 Technical Leaflet T3에 적혀있다. 여기에 현 재 다음과 같은 것들이 규정되어 있다.:

1) 직경 : 39.5mm에서 40.5mm

2) 중량 : 2.67g에서 2.77g

3) 방향 전환 : 1m의 코스에서 굴러가는 속도가 대략 0.3m/sec일 때 175mm 이상 차이가 나면 안 된다.

4) 극의 경도 : 직경이 20mm인 피스톤으로 10mm/min의 속력으로, 그리고 50N의 압력으로 누를 경우, 공의 극은 0.71에서 0.84mm 사이가 눌려져야 한다.

5) 적도의 경도 : 극의 경도 측정과 마찬가지로 측정: 측정가치는 0.72에서 0.84mm 사이

6) 극과 적도 측정시의 경도 허용치 : 0.15mm 보다 작아야 한다.

7) 경도 표준편차 : 0.06mm 보다 작아야 한다.

8) 반동 : 305mm 높이에서 철판 위에 공을 떨어뜨릴 때, 공이 튀어오르는 반동의 높이가 240mm에서 260mm 사이여야 한다.

요구되어 지는 품질의 직경과 중량, 그리고 방향 전환은 위의 국제적인 규정에 의해 광범위하게 정의되어 있고, 4에서 8에 적혀있는 메카니칼 특성은 여태까지 사용되어 오던 셀룰로이드의 특성을 설명하고 있다.

시장성이 있는 공의 일반적인 메카니칼 특성은 다음과 같이 특징지어진다.

- 아주 짧은 시간 내에 완전히, 그리고 전혀 보이지 않게 변형의 회복

- 백좌굴이 없고, 압력에 의한 재료의 무변화

- 최고 250km/h까지의 상대적인 속도로 고무로 씌워진 표면과의 충돌시의 견 고성

- 최고 120km/h까지의 상대적인 속도로 단단하고 코팅이 되어진 표면과의 충돌시의 견고성

- 위에 설명된 접촉시나리오에 따라 5000번 거듭되는 충돌시 재료와 접합된 곳의 파괴 저항력

- 매초당 최고 180번 회전시 견고성

마찬가지로 경기시 공의 느낌, 주관적인 느낌에 따른 공의 경도, 그리고 공의 반동 정도 등 선수들의 의견 또한 공의 수락에 아주 중요하다. 당연히 오랫동안 사용되어온 셀룰로이드로 인해 어떤 아주 고정된 개념이 생겼고, 그것으로 인해 새로운 물질은 항상 비교·측정되어야 한다. 또한 결정적인 특성 중 하나는 소리인데 단단한 표면 (예를 들면 탁자 등) 위에서 부딪혔을 때 나는 소리이다.

1980년대에 Dunlop, UK 회사가, 그리고 1990년에 Double Fish, China 회사가 셀룰로이드를 대체할 물질의 개발을 시도했다. 하지만 이 시도들은 현재까지 모두 실패했다. 그 실패의 원인은 셀룰로이드에 있는 특유의 특성 프로필을 신물질이 적중하지 못했기 때문이었다.

Dunlop 회사의 GB 1 222 901에 의하면 탁구공의 재료로 styrene-acrylnitrile-acrylic elastomers가 쓰여 있다. 그 공은 1980년대에 실험적으로 경기에 투입되었다. 그러나 다시 되돌아가지 않는 물질 변형(좌굴)으로 인해 생산을 다시 접어야 했다. 그 이후로는 셀룰로이드를 대체할 수 있는 경기 특성을 가진 공이 나타나지 않았다.

DE 103 15 154 A1에는 합성수지를 사용한 탁구공의 껍질에 육안으로 보이는 구조 요소의 통합이 쓰여 있다. 이 특허는 공의 기본 합성수지만을 쓴 것이 아니고, 그것의 변형 가능성 또한 묘사하고 있다.

이것들은 지금까지 셀룰로이드와 거의 비슷한 경기특성을 대체할 재료를 찾는 데는 성공하지 못했다. 탁구공의 경기 특성에는 공이 튀어오르는 반동, 부딪힐 때 나는 소리, 공 표면 여러 부분의 경도, 표면의 마찰, 탁구채에 부딪혔을 때의 느낌, 회전력 등이 있다.

여태까지의 기술력의 불합리함으로부터 나오는 문제는 셀룰로이드가 아니지만 셀룰로이드와 상응한 메카니칼 특성을 갖는 기본 재료를, 그리고 경기 특성을 허락하는 공의 생산을 가능하게 하는 이 발명을 초래했다. 게다가 오늘날 보편적인 산업 생산 형태인 대규모 탁구공의 생산도 가능하게 한다.

이 문제의 해결은 원자고리로 탄소원자 뿐만 아니라 헤테로 원자를 갖는 유기체의 중합체로 인해 성취된다.

이런 합성수지 재료들의 투입을 통해 생산의 불편한 셀룰로이드 탁구공의 생산과 가능한 고유한 경기 특성을 유지하는 물질에 대한 대체 가능성을 보여주고 있다. 게다가 그것을 통해 환경 친화적이고 경제적인 생산도 가능하다.

주 연결고리를 제외한 곳에 질소원자가 없는 유기 중합체가 좋은 재료로 증명되었다. 주 연결고리 외부에 질소가 있을 경우 재료 특성에 부정적인 변화를 준다.

본 발명에 의해 무균질 재료보다 다루기 쉽고 균질의 구조를 갖는 충전제나 강화제를 사용하지 않은 열가소성 물질의 사용이 가능하게 된다.

본 발명에 의거한 재료의 주요성분은 가능한 작은 물흡수력을 가지고 있어야 하는데, 특히 DIN EN ISO 62에 의한 보통기후조건에서의 물흡수력이 1.0% 보다 작아야 한다. 이것에 의해 팽창의 가능성이 차단된다.

다른 한편으로 발명에 의거한 재료의 주요성분은 DIN EN ISO 2039-1에 의해 120MPa 또 그보다 더한 압력에 의해 눌려져야 한다. 그래야 요구에 상응하는 탁구공을 만들 수 있다.

더욱이 이 발명은 DIN EN ISO 1183에 의해 주요성분이 1.22g/㎤ 또는 그보다 높은 밀도를 갖는 재료를 사용하기를 권하고 있다. 이것을 통해 미리 껍질의 두께를 조절함으로써 탁구공의 중량을 최적화할 수 있다.

본 발명에 의한 재료의 주요성분은 지속적인 사용 온도로 80℃ 또는 그 이상의 온도에서 열 노출시 충분히 회귀할 수 있어야 한다.(기술적인 열가소성 물질, 고온 열가소성 물질) 더 좋은 것은 150℃ 또는 그 이상의 온도를 견딜 때이다.(고온온도 열가소성 물질)

만약 주요성분이 반결정체라면, 부분적으로 중합체의 평행 고리로 인해 아주 높은 견고성이 형성되고, 이것은 얇은 껍질에 아주 중요하다.

본 발명의 범위 내에서 껍질의 주요성분은 다음과 같은 물질들이다. : Polyoxymethylene(POM), polybutylene terephthalate(PBT), polyethylene terephthalate(PET), polysulphone(PSU), polyether imide(PEI), polyetherether ketone(PEEK), polyethylene naphthalate(PEN), Polzbutylene naphthalate(PBN), polytrimethylene terephthalate(PTT), 또는 하나 또는 그 이상 물질의 혼성중합체이다. 이 합성수지들은 여러 가지 주형 절차, 예를 들어 열성형법 또는 주입 주형법을 통해 쉽게 공정이 가능하고, 기본 주성분의 목적된 변경을 통해, 또는 상응하는 조제를 통해 계속 변경할 수 있고, 조절시킬 수 있다. 아주 많은 테스트 시리즈에서 여러 가지의 합성수지들이 그들의 메카니칼 정보를 통해 선택되어 졌고, 제정된 크기와 무게에 상응하는 탁구공들을 만들고 실험했다. 그 결과 부분적 방향성이 있는 Polyesterne와 POM이 특별히 좋은 것으로 나타났다.

만약 주형물질이 여기에서 설명한 합성수지들의 하나 또는 그 이상의 혼합 또는 조제에 의한 것이라면, 이것을 통해 아주 좋은 특성 프로필을 가진 재료를 창조할 수 있다.

또한 만약 필요하다면 특정하게 설정되어진 탁구공의 메카니칼 특성은 규산염, 층이 있는 규산염, 나노 튜브, 또는 구형의 나노 입자를 가지는 주형물의 변경을 통해 더 향상시킬 수 있다.

같은 이유로 다른 개발의 가능성으로 껍질의 내부 또는 외부에 구조성을 지닐 수 있다. 더 나아가 껍질의 두께를 원하는 대로 조절할 수 있는데, 이를 통해 생산 과정시 (예를 들어 두 개의 반구를 접착시) 생기는 불균등 또는 비등방석을 보완·보정할 수 있다.

또한 이것을 통해 여러 개의 또는 특히 2개의 껍질을 아주 효율적으로 붙일 수 있다.

최적의 특성을 가진 탁구공이란, 305mm 높이에서 공을 돌판 위에 떨어뜨렸을 때 반동의 높이가 220mm에서 280mm 사이이고, 공 외부를 20mm 직경의 피스톤으로, 50N 압력으로 누를 때 가역의 변형이 0.65mm에서 0.90mm 사이일 때 그리고 공의 여러 부분의 표준편차가 0.20mm 보다 작을 때이다.

본 발명에 의거한 탁구공의 생산공정 과정은 첫 번째 단계로 여러 개의 껍질 조각들을 생산하는 것이고, 그 다음 단계로 그것들을 서로 접합시키는 것이다.

새로 발견한 재료는 특히 접합에 용이한데, 신 성형기술의 적용을 통해 용접부분을 현저하게 또는 완전히 피할 수 있다. 필요 시 외부에 나온 접합 잔여 부분을 제거한다.

그 껍질들 또는 껍질 조각들은 예를 들면 열성형법(예를 들면 평평한 판모양)을 통해 제작할 수 있다. 이 절차는 경우에 따라 비슷하거나 그보다 낮은 공정가능 온도를 사용할 수 있는데, 이를 통해 재료를 쉽게 다룰 수 있다.

게다가 예를 들면 사출성형법을 통해 액체 또는 풀 같은 재료로 껍질들 또는 껍질 조각들을 변형 절차를 통해 만들 수 있다. 이런 경우 두께를 정확히 조절할 수 있고, 이를 통해 정확히 원하는 두께의 공을 지속적으로 생산할 수 있다.

본 발명은 껍질의 조각들을 접착, 용접 또는 끼우는 방법으로 접합시키기를 권하고 있다. 첫 번째 공정 과정을 통해서는 접합이 단단한 탁구공을 만들 수 있고, 나머지 공정 과정을 통해서는 껍질의 두께를 정확히 정의할 수 있다. 충분히 두껍고 강한 접합부분을 통해 두 껍질의 공은 공의 깨짐 없이는 두 개로 나뉘어질 수 없어야 한다.

더욱이 껍질 조각들을 직접 기계를 사용하여 접합함으로써 공정의 어려움을 감소할 수 있다. 이때 특히 좋은 것은 합성 사출성형법 또는 공동몸체 사출성형법이다.

현대적인 합성수지 가공 기술의 투입을 통해 특히 극과 적도 부분의 껍질 두께를 정확히 조절할 수 있다. 특히 사출성형 절차에서 접합시 생기는 비등방성을 보정할 수 있다.

마지막으로 발명의 가르침에 의하면 공의 한 단계 또는 여러 단계의 생산과정에서 사용하는 온도는 110℃ 또는 그보다 높아야 하고, 최적으로는 140℃ 이상일 때다. 이때 특히 열가소성 물질을 잘 다룰 수 있다.

본 발명에 기본 의거한 계속되는 특징, 특성 그리고 장점들은 계속되는 설명에 의해 우선 구체화할 수 있다.

예1)

탁구공은 사출성형법을 사용하여 플라스마 표면 처리 후 polyvinyl butyral 속건성 접착제로 접착시켜서 만든 두 PEI 반구들로 만들어졌다.

예2)

탁구공은 사출성형법을 사용하여 플라스마 표면 처리 후 에폭시 수지로 접착시켜서 만든 두 PEI 반구들로 만들어졌다.

예3)

탁구공은 에폭시 수지로 표면 처리한 열성형법으로 만들어진 두 POM 반구들 로 만들어졌다.

Claims (28)

1. 셀룰로이드를 함유하지 않으며, 직경이 38.5mm 내지 45mm이고, 중량이 2.0g 내지 4.5g이고, 두께가 0.2mm 내지 1.3mm인 껍질을 갖는 탁구공으로서,

   상기 껍질은, 비가교(non-crosslinked) 유기 중합체가 주요성분인 합성수지로서, 주 원자고리에 탄소 원자와 헤테로 원자(heteroatoms)가 구비되는 중합체로 구성되며,

   상기 주요성분은

   a) 열가소성 재질이며,

   b) ISO 1183에 따른 1.22 g/cm³를 초과하는 밀도를 갖고,

   c) ISO 62에 따른 1.0% 미만의 물흡수력을 갖게 되는 것

   을 특징으로 하는 탁구공.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   유기 중합체는 질산염 계열 화합물을 불포함하는 것을 특징으로 하는 탁구공.
4. 제1항에 있어서,

   상기 유기 중합체는 주 원자고리를 제외하고는 질산원자를 불포함하는 것을 특징으로 하는 탁구공.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열가소성 재질은 충전제나 강화제가 없는 균질의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 탁구공.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,

   상기 주요성분은 ISO 2039-1에 따라 120MPa 이상의 압력에 의해 눌려지는 볼 압입 경도(ball indentation hardness)를 갖는 것을 특징으로 하는 탁구공.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,

   상기 주요성분의 지속적인 사용 온도가 80℃ 이상인 것을 특징으로 하는 탁구공.
10. 제1항에 있어서,

    상기 주요성분은 반결정체인 것을 특징으로 하는 탁구공.
11. 제1항에 있어서,

    상기 주요성분의 지속적인 사용 온도가 150℃ 이상인 것을 특징으로 하는 탁구공.
12. 제1항에 있어서,

    상기 껍질의 주요성분은 폴리옥시메틸렌(Polyoxymethylene, POM), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate, PET), 폴리술폰(Polysulphone, PSU), 폴리에테르 이미드(Polyether imide, PEI), 폴리에테르에테르 케톤(Polyetherether ketone, PEEK), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리부틸렌 나프탈레이트(Polybutylene naphthalate, PBN), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene terephthalate, PTT) 또는 이들 의 공중합체로 이루어진 물질의 그룹으로부터 선택된 어느 하나가 되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
13. 제12항에 있어서,

    상기 주요성분은 상기 물질의 그룹 중에서 적어도 둘의 혼합물 또는 합성물이 되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
14. 제1항에 있어서,

    상기 주요성분은 규산염층 또는 구형의 나노미립자를 포함하는 나노충전제에 의해서 개질되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
15. 제1항에 있어서,

    상기 껍질의 내측면에 구조물이 구비되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
16. 제1항에 있어서,

    상기 껍질의 외측면에 구조물이 구비되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
17. 제1항에 있어서,

    상기 껍질의 두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
18. 제1항에 있어서, 상기 껍질은 회전 주형 방식으로 제조되는 단일체 껍질인 것을 특징으로 하는 탁구공.
19. 제1항에 있어서, 상기 탁구공은 복수 개의 껍질이 접합되어 생산되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
20. 제1항에 있어서,

    상기 탁구공은 305mm 높이에서 표준석판 위로 떨어뜨렸을 때 220mm 내지 280mm 높이로 튀어 오르고, 직경이 20mm가 되는 물체를 이용하여 50N 힘으로 외측면를 눌렀을 때 가역변형량이 0.65mm 내지 0.90mm로서, 표준편차는 0.20mm 미만이 되는 것을 특징으로 하는 탁구공.
21. 셀룰로이드를 함유하지 않으며, 직경이 38.5에서 45mm이고, 중량이 2.0에서 4.5g이고, 두께가 0.2mm에서 1.3mm인 껍질을 갖는 탁구공으로서, 상기 껍질은, 유기체의 비가교(non-crosslinked) 중합체가 주요성분인 합성수지로서, 주 원자고리에 탄소 원자와 헤테로 원자(heteroatoms)가 구비되는 중합체로 구성되며, 상기 주요성분은 a) 열가소성 재질이며, b) ISO 1183에 따른 1.22 g/cm³를 초과하는 밀도를 갖고, c) ISO 62에 따른 1.0% 미만의 물흡수력을 갖게 되는 탁구공의 생산방법으로서,

    복수 개의 껍질 조각을 생산하는 단계;

    상기 복수 개의 껍질 조각들을 접합하는 단계;

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.
22. 제21항에 있어서,

    상기 탁구공의 껍질 조각은 판상의 초기재료의 열변형을 통해 생산되는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.
23. 제21항에 있어서,

    상기 껍질 조각은 액체 또는 죽 상태의 몰딩 재료의 사출성형법을 통해 생산되는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.
24. 제21항에 있어서,

    상기 껍질 조각들은 접착제, 용접 또는 끼워맞춤방식 중에 선택된 적어도 어느 하나에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.
25. 제21항에 있어서,

    상기 껍질 조각들은 회전용접법, 초음파용접법, 유도용접법 또는 레이저용접법 중에서 선택된 적어도 어느 하나에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.
26. 제21항에 있어서,

    상기 껍질 조각들은 합성 사출성형법 또는 공동몸체 사출성형법을 통해 직접 사출기에서 접합되는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.
27. 제21항에 있어서,

    상기 껍질 조각들은 사출성형법을 통해 을 통해 생산되고, 상기 사출성형법에 의해서 상기 껍질 조각들의 의 두께가 조절되는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.
28. 제21항에 있어서,

    상기 탁구공의 생산시, 상기 복수 개의 껍질 조각들을 생산하는 단계 또는 상기 복수 개의 껍질 조각들을 접합하는 단계 중에서 적어도 하나의 단계는, 110℃ 이상의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 탁구공의 생산방법.