JP2004202001A

JP2004202001A - Racket frame

Info

Publication number: JP2004202001A
Application number: JP2002375718A
Authority: JP
Inventors: Yoji Honda; 洋二本多; Akihiro Kozuka; 晃弘小塚
Original assignee: Mizuno Corp
Current assignee: Mizuno Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a racket frame which is strong enough for actual use and excellent in repulsion performance and which generates good ball-hitting feel. <P>SOLUTION: Epoxy resin of 100 cpc viscosity is prepared as matrix resin, a carbon nanofiber 3 which has a 150 nm average fiber diameter and whose thermal conductivity shows characteristic of 1,500 W/(m K) at ≤15 °C is mixed as micro-carbon fiber 9 to this by the rate of 3 mass %. In addition, a PAN-based carbon fiber is prepared as reinforcing fiber to obtain a prepreg sheet of 50% fiber volume (Vf). The prepreg sheet is properly cut off for molding the racket frame, and wound and laminated on a tube for forming inner pressure. After arranging this in a cavity in the frame shape of a die, compressed air is injected into a tube for heating and hardening this to form the racket frame. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テニス、バドミントン、スカッシュ等に使用されるラケットフレーム（以下、単にラケットフレームと称する）に関するものであり、特に繊維強化樹脂から成形されるラケットフレームに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化樹脂製のラケットフレームは、軽量で、強度、剛性、耐衝撃性に優れ、しかも、必要な形状を得やすいといった設計上の自由度が大きいことから現在ではラケットフレームの主流を占めるようになっている。
【０００３】
通常、この種のラケットフレームは、図５に示すように、中空或いは、中実の芯材２１と、その周囲に配置される繊維強化樹脂製の外殻２２とから構成されている。又一般に、前記外殻２２は、炭素繊維やガラス繊維を主体とする補強繊維を適宜積層し、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等のマトリックス樹脂で硬化成形されている。
【０００４】
ところで、このような繊維強化樹脂製のラケットフレームは、所定の応力、あるいは歪が発生すると補強繊維の層間に介在するマトリックス樹脂の層が剪断破壊し、特に、圧縮方向の歪みが発生する箇所で破損が起き易いという問題がある。
例えば、ラケットフレームの打球部においては、ガットの張設或いは、ボール打撃時の衝撃によって作用する面内方向の力により、応力が集中するトップ部や左右両サイド部の位置（ラケットフレームの打球部を時計面とし、トップ部を１２時として見た場合、１２時と３時（９時）付近の位置）が破損し易い。具体的には、トップ部におけるフレームの外周面側やサイド部におけるフレームの内周面側に応力が集中する。
そのため、従来では、ラケットフレームとして必要な設計強度、特に、圧縮強度を得るために、圧縮方向の歪みが発生し易い箇所を構成する補強繊維の使用量を増加させ、外殻の肉厚を厚く設計する手段が一般に講じられている。
【０００５】
しかし、このような従来のラケットフレームでは、必要な圧縮強度を発現させることに伴って、必然的に引張り強度や曲げ強度をも向上させてしまい、この結果、ラケットフレーム自体の剛性が一段と高まり、ラケットの剛さが非常に剛くなる傾向にある。このような剛いラケットフレームは、プロや上級プレーヤー等のハードヒッターには適するものの、一般のプレーヤーには不向きで扱い難いものであった。
【０００６】
又、必要な圧縮強度を得るために、使用する補強繊維の量を増加し、外殻の肉厚を厚く構成している分、ラケットフレーム自体の質量が増加してしまうという欠点もある。特に、近年では、ラケットフレームの軽量化の流れが一段と加速されてきていることもあり、より一層のラケットフレームの軽量化が望まれるが、ラケットフレームの軽量化を更に図りつつ、実用上十分な圧縮強度を発現させることは難しい問題となっている。
【０００７】
従来、このような問題を解決する提案として、例えば、特許文献１では、ＦＲＰ製ラケットフレームを構成するＦＲＰ外殻層を形成している補強繊維とマトリックス樹脂において、該マトリックス樹脂に直径０．１〜０．３μｍで長さが１０〜２０μｍの任意のウイスカを強化素材として添加し、補強繊維に含浸硬化させて成るＦＲＰ製ラケットフレームが提案されている。又、使用するウイスカとしては、窒化ケイ素ウイスカをはじめ、炭化ケイ素ウイスカ、チタン酸カリウムウイスカ、アルミナウイスカ、カーボンファイバーウイスカ等が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
実公平３−１４２０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
かかる提案によれば、ＦＲＰ外殻層において、補強繊維の層間に介在するマトリックス樹脂の層が前記ウイスカにより補強されるようになるため、補強繊維の層間剪断強度を大幅に向上させることができる。この結果、ラケットフレーム自体の剛性（剛さ）をあまり変えることなく、実用上十分な圧縮強度を発現させることができた。
【００１０】
しかし、前記提案において使用されるウイスカは、熱伝導率が低く放熱性に劣るという特性を有する。例えば、その代表例として、窒化ケイ素ウイスカの熱伝導率は、５〜３０℃（実際にラケットフレームが使用に供される温度）の状態下で２０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、炭化ケイ素ウイスカは、１．２〜１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、チタン酸カリウムウイスカは、５〜６Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と低く、これらのウイスカをマトリックス樹脂中に添加してラケットフレームを形成すると、ラケットフレーム自体の熱伝導率が低下し、ボール打撃時に生起する振動が熱エネルギーとして消費され難くなる。この結果、ラケットフレームの振動減衰性が劣ってしまい、良好な打球感が得られ難くなるという問題があった。
【００１１】
又、通常、前記ウイスカは剛直な結晶体であり、これをマトリックス樹脂中に添加して用いると、硬化成形される樹脂の靭性が乏しくなり衝撃強度が劣ってしまうと共に、樹脂の弾力性が乏しくなる為、ラケットフレームの反発性能が大幅に低下してしまうことが予測される。
【００１２】
そこで本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ラケットフレームとして実用上十分な強度を有し、且つ、反発性能に優れ、しかも、良好な打球感が発現できるラケットフレームを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のような構成とした。
即ち、本発明の請求項１に係るラケットフレームは、補強繊維とマトリックス樹脂とで形成される繊維強化樹脂製のラケットフレームにおいて、前記マトリックス樹脂に、炭素六角網面の結晶が円筒形に巻かれる単層構造或いは、多層構造を成し、その中心部に微細な中空部を有する結晶素材であって、平均繊維径が１０〜３００ｎｍの範囲内に設定される微細炭素繊維が混入されていることを特徴とするものである。
【００１４】
又、請求項２は、前記請求項１に係るラケットフレームであって、前記マトリックス樹脂の常温における粘度が、５０〜１０００ｃｐｓの範囲内に設定されると共に、該マトリックス樹脂に前記微細炭素繊維が１質量％以上、１０質量％以下の割合で混入されていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施例のラケットフレーム１の外観説明図、図２は、図１のａ部領域における構成説明図を示す。
【００１６】
即ち、本実施例のラケットフレーム１は、図１に示すように、ガット２が張設されて打球面３が形成される打球部４と、該打球部４とグリップ部５とを連結する左右２本のシャフト部６とから成っている。そして、その構成としては、図２に示すように、芯材７の周囲に、補強繊維とマトリックス樹脂とで形成される繊維強化樹脂製の外殻８を備えた管状構造を有している。
そして、本実施例のラケットフレーム１では、前記外殻８を構成するマトリックス樹脂に、以下に説明する微細炭素繊維９を強化素材として混入している。
【００１７】
前記微細炭素繊維９は、例えば、気相成長法、アーク放電法、レーザーアブレーション法、プラズマ合成法等の方法によって生成され、炭素六角網面の結晶が円筒形に巻かれる単層構造或いは、多層構造を成し、その中心部に微細な中空部を有する結晶素材であって、ナノメートルオーダーの繊維径を有する非常に微細な炭素繊維素材から成る。かかる微細炭素繊維９としては、カーボンナノファイバー或いは、カーボンナノチューブ等が使用される。
【００１８】
この種の微細炭素繊維９は、軽量で比強度に優れる微細な繊維であり、これをマトリックス樹脂中に混入させた場合、前記微細炭素繊維９が前記マトリックス樹脂を補強するフィラーとしての役目を果たす。特に、補強繊維の層間に介在するマトリックス樹脂の層を効果的に補強できるため、補強繊維の層間剪断強度を著しく向上でき、この結果、圧縮強度を大幅に高めることができる。
【００１９】
又、前記微細炭素繊維９は、熱伝導率が他の公知素材と比較して極めて高く、ラケットフレーム１自体の熱伝導率を高めることができる。この結果、ボール打撃時にラケットフレーム１に生起する振動が素早く熱エネルギーとして消費されるようになるため、振動減衰性が高まり、良好な打球感を得ることが可能となる。
【００２０】
更に、前記微細炭素繊維９は、優れた反発特性を有し、硬化成形される樹脂に適度な弾力性を与えるため、ラケットフレーム１自体の反発性能を大幅に向上させることができる。これは、前記微細炭素繊維９が、その中心部に微細な中空部を備えた結晶構造を有するためと推測される。
【００２１】
前記微細炭素繊維９は、その繊維径が小さいもの程、優れた補強効果を発現し、且つ熱伝導率が高くなる傾向にある。又、前記中空部の孔径が大きい程、優れた反発性能を発揮し、且つ衝撃強度を高めることができる。本実施例では、ラケットフレーム１に適したものとして、その平均繊維径は、１０〜３００ｎｍの範囲内、とりわけ２０〜２００ｎｍの範囲内に設定し、平均繊維長が２〜３０μｍ、とりわけ５〜２０μｍの範囲内にあるものが使用される。又、熱伝導率は、５〜３０℃（実際にラケットフレームが使用に供される温度）の状態下で１０００〜３０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内、とりわけ１５００〜２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内にあるものが使用される。更に、前記中空部の孔径は、前記平均繊維径の１０〜６０％の範囲内、とりわけ３０〜５０％の範囲内にあるものが好適に使用される。
【００２２】
上記において、前記微細炭素繊維９の平均繊維径の上限値を３００ｎｍに設定したのは、前記繊維径がこれよりも大きくなると、マトリックス樹脂の層の補強効果を十分に発現できず、ラケットフレーム１として満足のできる圧縮強度を得ることができなくなると共に、熱伝導率が低くなり良好な振動減衰性を発現できなくなるからである。又、下限値を１０ｎｍに設定したのは、前記繊維径がこれよりも小さくなると、取扱い性が難しくなり、マトリックス樹脂中に斑なく均等に含有させることができず、ラケットフレーム１の品質にバラツキが生じる恐れがあるからである。
【００２３】
又、前記平均繊維長の上限値を３０μｍに設定したのは、前記平均繊維長がこれよりも大きくなると、マトリックス樹脂中に均等に含有させることが難しくなるからであり、又、下限値を２μｍに設定したのは、前記平均繊維長がこれよりも小さくなると、取扱いが難しくなるからである。
【００２４】
前記熱伝導率の上限値を３０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）に設定したのは、現在知り得る微細炭素繊維９において、前記平均繊維径の設定範囲の中で得ることのできる上限値がこの値であるからであり、又、下限値を１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）に設定したのは、熱伝導率がこれより小さくなると、ラケットフレーム１の振動減衰性が劣ってしまい、良好な打球感が発現できなくなるからである。
【００２５】
又、前記中空部の孔径の上限値を、上記のように前記平均繊維径の６０％に設定したのは、現在知り得る微細炭素繊維９の中で良好な品質を確保して生成し得ることのできる上限値がこの値であるからであり、又、下限値を１０％に設定したのは、これよりも小さいと良好な反発性能及び、衝撃強度を発現し難くなるからである。
【００２６】
更に、前記微細炭素繊維９は、常温での粘度が５０〜１０００ｃｐｓの範囲内に設定されたマトリックス樹脂中に１質量％以上、１０質量％以下、とりわけ３質量％以上、７質量％以下の割合で混入されることが好ましい。
前記微細炭素繊維９の使用量が１質量％よりも少ないと、マトリックス樹脂の層の補強効果が十分に発現できず、ラケットフレーム１として満足のできる圧縮強度を得ることができなくなると共に、振動減衰性及び、反発特性を十分に高めることができない。又、１０質量％よりも多いと、マトリックス樹脂中に均等に混入させ難くなるという問題が生じると共に、前記１０質量％を境として、これよりも多く微細炭素繊維を使用してもラケットフレーム１の圧縮強度、振動減衰性、反発特性等において良好な評価は得られなかった。
【００２７】
又、前記微細炭素繊維９をマトリックス樹脂中に混入すると、ラケットフレーム１の加熱硬化成形時に、前記マトリックス樹脂が金型の外に流れ出す量を抑制することができる。即ち、樹脂のフロー制御が行えるため、補強繊維への浸透性に優れた５０〜１０００ｃｐｓといった比較的低粘度のマトリックス樹脂を用いてラケットフレームを成形することができる。これにより、補強繊維への樹脂の含浸性を高め、しかも、成形時に樹脂の流出が抑えられることから、成形後のラケットフレーム１にボイドやピンホール等が生じ難く、後工程で手直しを要しない成形品質に優れたラケットフレーム１を得ることができる。種々実験を行った結果、前記マトリックス樹脂の粘度が、１０００ｃｐｓより高いと、補強繊維へマトリックス樹脂が含浸し難くなり、十分な設計強度が得られ難くなるという問題があり、又、５０ｃｐｓより低いと、フロー制御を十分に行うことが難しくなり、マトリックス樹脂が金型の外に多く流出し、成形後の後工程で手直しが必要となる。前記マトリックス樹脂の粘度は、とりわけ１００〜３００ｃｐｓが好ましい。
【００２８】
又更に、前記微細炭素繊維９は、その生成温度により繊維の表面状態が種々異なる。本実施例では、前記マトリックス樹脂とのぬれ性を考慮して、その比表面積が１１〜１５ｍ^２／ｇの範囲内にあるものが好適に使用される。
前記比表面積が１５ｍ^２／ｇよりも大きいと、マトリックス樹脂中に均等に混入させ難くなるという問題が生じ、又、前記比表面積が１１ｍ^２／ｇよりも小さいと、マトリックス樹脂とのぬれ性が悪くなり、補強効果が乏しくなる問題が生じる。
【００２９】
このような本実施例のラケットフレーム１を製造するには、例えば、内圧成形用のチューブの周囲に、ラケットフレーム成形用の複数のプリプレグシートを積層し、これを金型のフレーム形状としたキャビティ内に配置した後に、前記チューブ内に圧縮空気を注入し加熱するといった繊維強化樹脂製ラケットフレームの通常の製造法において、前記プリプレグシートを構成するマトリックス樹脂中に前記した微細炭素繊維９を混入させて成形する手段が講じられる。
【００３０】
本実施例の繊維強化樹脂製のラケットフレーム１を構成する主たる補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、芳香族ポリアミド繊維等種々のものが使用できるが、強度や剛性、質量、コストの面からも炭素繊維が好適である。補強繊維の形態としては、一方向引き揃えの他、ロービング、マット、織物、編物、ブレード等種々の形態としたものが使用できる。又、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂等が使用できるが、強度、耐久性の点でエポキシ樹脂が好適である。
【００３１】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、以下の実施例１と、比較例１〜２のラケットフレームを用意した。
【００３２】
（実施例１）
マトリックス樹脂として、粘度が１００ｃｐｓのエポキシ樹脂を準備し、これに微細炭素繊維として、平均繊維径が１５０ｎｍ、平均繊維長が１５μｍ、アスペクト比（平均繊維長さ／平均繊維径）が１００であり、その比表面積が１３ｍ^２／ｇ、熱伝導率が１５℃の温度状態下で１５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の特性を示すカーボンナノファイバー（昭和電工株式会社製：ＶＧＣＦ−焼成タイプ）を３質量％の割合で混入せしめたマトリックス樹脂素材を得た。又、補強繊維として繊維径７μｍのＰＡＮ系炭素繊維（東レ株式会社製：トレカＴ３００）を準備し、繊維量（Ｖｆ）が５０％のプリプレグシートを得た。
前記プリプレグシートをラケットフレーム成形用に適宜裁断して、内圧成形用のチューブの周囲に巻回積層し、これを金型のフレーム形状としたキャビティ内に配置させた後に、前記チューブ内に圧縮空気を注入し加熱硬化させてラケットフレームを形成した。
【００３３】
上記のように硬化成形されたラケットフレームは、ボイドやピンホール等が生じることがなく、成形品質に優れ、後工程での手直しを要することがなかった。
【００３４】
（比較例１）
前記微細炭素繊維を省いたプリプレグシートを準備し、このプリプレグシートを使用して実施例１と同様な方法でラケットフレームを形成した。
【００３５】
尚、このラケットフレームの成形時、マトリックス樹脂が金型の外へ多く流出し、硬化成形されたラケットフレームには、ボイドやピンホールが多く発生し、後工程でパテ込み等の多くの手直しを要した。
【００３６】
（比較例２）
実施例１で使用した微細炭素繊維に替え、平均繊維径が１．０μｍ、平均繊維長が５０μｍ、アスペクト比（平均繊維長さ／平均繊維径）が５０であり、熱伝導率が１５℃の温度状態下で５．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）の特性を示すチタン酸カリウムウイスカ（大塚化学株式会社製：ティスモＤ）を混入させたプリプレグシートを用いてラケットフレームを形成した。
【００３７】
これらの実施例１と、比較例１〜２のラケットフレームについて、打球部における面内方向への圧縮強度を測定した。この結果を以下の表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
前記圧縮強度に関しては、打球部の長軸方向における縦圧縮強度と、短軸方向における横圧縮強度をそれぞれ測定した。前記縦圧縮強度の測定は、図３に示すように、ラケットフレーム１を支持具１０上に垂直に固定し、加圧くさび１１を用いて破損に要する荷重を求めた。又、横圧縮強度の測定は、図４に示すように、ラケットフレーム１を横向きとして打球部４のサイド部を支持台１２に置いて垂直に保持し、この状態で上側のサイド部に加圧くさび１１を用いて破損に要する荷重を求めた。
【００４０】
又、上記試験に加え、シャルピー衝撃強度試験を行ったところ、前記微細炭素繊維を混入した実施例１のラケットフレームは、前記微細炭素繊維を混入しない比較例１のラケットフレームに比し、約４０％高い衝撃強度が得られた。
【００４１】
次に、実施例１と、比較例１〜２のラケットフレームの反発特性及び、振動減衰性を確認するために実打試験を行った。この実打試験では、一般のアマチュアプレーヤーを対象にして、実際に、実施例１と、比較例１〜２のラケットフレームでボールを打撃し、その際、プレーヤーが体感した打撃時のフィーリング（手に伝播される振動）や、反発性（飛び）等の評価を行った。この時の結果を以下の表２に示す。
【００４２】
【表２】

【００４３】
このような試験結果より、本実施例１のラケットフレームでは、比較例１〜２のラケットフレームに比し、十分な圧縮強度が得られると共に、ボール打撃時の振動減衰性が高く、しかも、反発特性に優れたラケットフレームであることが確認できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、補強繊維とマトリックス樹脂とで形成される繊維強化樹脂製のラケットフレームにおいて、前記マトリックス樹脂に、炭素六角網面の結晶が円筒形に巻かれる単層構造或いは、多層構造を成し、その中心部に微細な中空部を有する結晶素材であって、平均繊維径が１０〜３００ｎｍの範囲内に設定される微細炭素繊維が混入されていることにより、補強繊維の層間に介在するマトリックス樹脂の層を効果的に補強できるため、補強繊維の層間剪断強度を著しく向上でき、この結果、圧縮強度を大幅に高めることができる。
【００４５】
そして、前記微細炭素繊維は、熱伝導率が極めて高く、ラケットフレーム自体の熱伝導率を高めることができる。この結果、ボール打撃時にラケットフレームに生起する振動が素早く熱エネルギーとして消費されるようになるため、振動減衰性が高まり、良好な打球感を得ることができる。
【００４６】
更に、前記微細炭素繊維は、優れた反発特性を有し、硬化成形される樹脂に適度な弾力性を与えるため、ラケットフレーム自体の反発性能を大幅に向上できる。
【００４７】
又、前記微細炭素繊維をマトリックス樹脂中に混入すると、ラケットフレームの加熱硬化成形時に、前記マトリックス樹脂が金型の外に流れ出す量を抑制することができる。即ち、樹脂のフロー制御が行えるため、補強繊維への浸透性に優れた５０〜１０００ｃｐｓといった比較的低粘度のマトリックス樹脂を用いてラケットフレームを成形することができる。これにより、補強繊維への樹脂の含浸性を高め、しかも、成形時に樹脂の流出が抑えられることから、成形後のラケットフレームにボイドやピンホール等が生じ難く、後工程で手直しを要しない成形品質に優れたラケットフレームを得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のラケットフレームの外観説明図。
【図２】図１のａ部における構成説明図。
【図３】圧縮強度の試験方法を表す説明図。
【図４】圧縮強度の試験方法を表す説明図。
【図５】従来のラケットフレームの構成説明図。
【符号の説明】
１ラケットフレーム
２ガット
３打球面
４打球部
５グリップ部
６シャフト部
７芯材
８外殻
９微細炭素繊維
１０支持具
１１加圧くさび
１２支持台
２１芯材
２２外殻[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a racket frame (hereinafter simply referred to as a racket frame) used for tennis, badminton, squash, and the like, and particularly relates to a racket frame formed from a fiber reinforced resin.
[0002]
[Prior art]
The racket frame made of fiber reinforced resin is lightweight, excellent in strength, rigidity, impact resistance, and has a high degree of design freedom such as easy to obtain the required shape, so that it now occupies the mainstream of racket frames It has become.
[0003]
Normally, as shown in FIG. 5, this type of racket frame is composed of a hollow or solid core member 21 and a fiber reinforced resin outer shell 22 arranged around the core member 21. In general, the outer shell 22 is formed by suitably laminating reinforcing fibers mainly composed of carbon fibers and glass fibers, and is formed by curing with a matrix resin such as an epoxy resin or a polyester resin.
[0004]
By the way, in such a racket frame made of fiber reinforced resin, when a predetermined stress or strain occurs, the matrix resin layer interposed between the layers of the reinforcing fibers shears and breaks, particularly in a portion where strain in the compression direction occurs. There is a problem that damage is likely to occur.
For example, in the hitting part of the racket frame, the positions of the top part and the left and right side parts where the stress is concentrated (the hitting part of the racket frame) due to the tension in the gut or the in-plane force acting by the impact when hitting the ball Is a clock face and the top portion is 12:00, the positions near 12:00 and 3 o'clock (9 o'clock) are likely to be damaged. Specifically, stress concentrates on the outer peripheral surface side of the frame in the top portion and on the inner peripheral surface side of the frame in the side portion.
Therefore, conventionally, in order to obtain the design strength required as a racket frame, in particular, the compressive strength, the amount of reinforcing fibers constituting the portion where distortion in the compression direction is likely to occur is increased, and the thickness of the outer shell is increased. Means to design are generally taken.
[0005]
However, in such a conventional racket frame, accompanying the development of the necessary compressive strength, the tensile strength and bending strength are inevitably improved, as a result, the rigidity of the racket frame itself further increases, The racket tends to be very stiff. Such a rigid racket frame is suitable for hard hitters such as professionals and advanced players, but is unsuitable for general players and difficult to handle.
[0006]
In addition, in order to obtain the necessary compressive strength, the amount of reinforcing fiber to be used is increased, and the thickness of the outer shell is increased, so that the mass of the racket frame itself is increased. In particular, in recent years, the trend of weight reduction of the racket frame has been accelerated further, and further weight reduction of the racket frame is desired. However, it is practically sufficient while further reducing the weight of the racket frame. It is a difficult problem to develop the compressive strength.
[0007]
Conventionally, as a proposal for solving such a problem, for example, in Patent Document 1, in the reinforcing fiber and matrix resin forming the FRP outer shell layer constituting the FRP racket frame, the matrix resin has a diameter of 0.1. An FRP racket frame is proposed in which an arbitrary whisker having a length of ˜0.3 μm and a length of 10 to 20 μm is added as a reinforcing material and impregnated and cured into a reinforcing fiber. Moreover, as a whisker to be used, silicon nitride whisker, silicon carbide whisker, potassium titanate whisker, alumina whisker, carbon fiber whisker and the like are disclosed.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 3-14205 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
According to this proposal, since the matrix resin layer interposed between the reinforcing fiber layers is reinforced by the whisker in the FRP outer shell layer, the interlayer shear strength of the reinforcing fibers can be greatly improved. As a result, practically sufficient compressive strength could be expressed without changing the rigidity (rigidity) of the racket frame itself.
[0010]
However, the whisker used in the proposal has a characteristic of low thermal conductivity and inferior heat dissipation. For example, as a typical example, the thermal conductivity of silicon nitride whisker is 20-30 W / (m · K) under the condition of 5-30 ° C. (temperature at which the racket frame is actually used). Is 1.2-1.4W / (m · K), potassium titanate whiskers are as low as 5-6W / (m · K), and these whiskers are added to the matrix resin to form a racket frame. Then, the thermal conductivity of the racket frame itself is lowered, and the vibration that occurs when the ball is hit is hardly consumed as thermal energy. As a result, the vibration attenuation of the racket frame is inferior, and there is a problem that it is difficult to obtain a good shot feeling.
[0011]
In addition, the whisker is usually a rigid crystal, and when added to a matrix resin, the whisker is used and the toughness of the resin to be cured and molded becomes poor and the impact strength is inferior, and the elasticity of the resin is poor. Therefore, it is predicted that the resilience performance of the racket frame will be significantly reduced.
[0012]
Therefore, in view of such conventional problems, the present invention provides a racket frame that has a practically sufficient strength as a racket frame, has excellent resilience performance, and can express a good shot feeling. Objective.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the racket frame according to claim 1 of the present invention is a fiber reinforced resin racket frame formed of reinforcing fibers and a matrix resin, and a crystal of a carbon hexagonal mesh surface is wound around the matrix resin in a cylindrical shape. A crystal material having a single layer structure or a multilayer structure and having a fine hollow portion at the center thereof, and containing fine carbon fibers having an average fiber diameter set within a range of 10 to 300 nm. It is characterized by.
[0014]
Moreover, Claim 2 is the racket frame according to Claim 1, wherein the viscosity of the matrix resin at room temperature is set in a range of 50 to 1000 cps, and the fine carbon fiber is 1 in the matrix resin. It is mixed at a ratio of not less than 10% by mass and not more than 10% by mass.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an external explanatory diagram of the racket frame 1 of the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the configuration in the area a of FIG.
[0016]
That is, the racket frame 1 according to the present embodiment includes, as shown in FIG. 1, a hitting ball portion 4 on which a gut 2 is stretched to form a hitting ball surface 3, and a right and left connecting the hitting ball portion 4 and the grip portion 5. It consists of two shaft portions 6. And as the structure, as shown in FIG. 2, it has the tubular structure provided with the outer shell 8 made from the fiber reinforced resin formed with a reinforcement fiber and matrix resin around the core material 7. As shown in FIG.
In the racket frame 1 of the present embodiment, the fine carbon fibers 9 described below are mixed as a reinforcing material in the matrix resin constituting the outer shell 8.
[0017]
The fine carbon fiber 9 is produced by a method such as a vapor deposition method, an arc discharge method, a laser ablation method, a plasma synthesis method, and the like, and a single layer structure in which a crystal of a carbon hexagonal mesh surface is wound in a cylindrical shape or a multilayer structure. It is a crystalline material having a structure and a fine hollow portion at the center thereof, and is made of a very fine carbon fiber material having a fiber diameter of nanometer order. As such fine carbon fibers 9, carbon nanofibers or carbon nanotubes are used.
[0018]
This kind of fine carbon fiber 9 is a fine fiber that is lightweight and excellent in specific strength, and when mixed into the matrix resin, the fine carbon fiber 9 serves as a filler for reinforcing the matrix resin. . In particular, since the matrix resin layer interposed between the layers of the reinforcing fibers can be effectively reinforced, the interlayer shear strength of the reinforcing fibers can be remarkably improved, and as a result, the compressive strength can be greatly increased.
[0019]
The fine carbon fiber 9 has an extremely high thermal conductivity compared to other known materials, and can increase the thermal conductivity of the racket frame 1 itself. As a result, the vibration generated in the racket frame 1 at the time of hitting the ball is quickly consumed as thermal energy, so that the vibration damping property is improved and a good shot feeling can be obtained.
[0020]
Furthermore, since the fine carbon fiber 9 has excellent resilience characteristics and gives appropriate elasticity to the resin to be cured and molded, the resilience performance of the racket frame 1 itself can be greatly improved. This is presumed to be because the fine carbon fiber 9 has a crystal structure having a fine hollow portion at the center thereof.
[0021]
The fine carbon fiber 9 tends to exhibit an excellent reinforcing effect and to have a higher thermal conductivity as the fiber diameter is smaller. Moreover, the larger the hole diameter of the hollow part, the better the resilience performance and the higher the impact strength. In the present embodiment, as suitable for the racket frame 1, the average fiber diameter is set within the range of 10 to 300 nm, particularly within the range of 20 to 200 nm, and the average fiber length is 2 to 30 μm, especially 5 to 20 μm. Those within the range are used. The thermal conductivity is in the range of 1000 to 3000 W / (m · K), particularly 1500 to 2000 W / (m · K) under the condition of 5 to 30 ° C. (temperature at which the racket frame is actually used). ) Is used. Furthermore, the pore diameter of the hollow portion is preferably within the range of 10 to 60% of the average fiber diameter, particularly 30 to 50%.
[0022]
In the above, the upper limit value of the average fiber diameter of the fine carbon fibers 9 is set to 300 nm because when the fiber diameter is larger than this, the reinforcing effect of the matrix resin layer cannot be sufficiently exhibited, and the racket frame 1 As a result, it becomes impossible to obtain a satisfactory compressive strength, and the thermal conductivity becomes low, so that it is impossible to express good vibration damping. In addition, the lower limit is set to 10 nm because when the fiber diameter is smaller than this, the handling becomes difficult, and the matrix resin cannot be uniformly contained without any unevenness, and the quality of the racket frame 1 varies. This is because there is a risk of occurrence.
[0023]
The upper limit of the average fiber length is set to 30 μm because if the average fiber length is larger than this, it becomes difficult to uniformly contain it in the matrix resin, and the lower limit is set to 2 μm. The reason is that if the average fiber length is smaller than this, handling becomes difficult.
[0024]
The upper limit value of the thermal conductivity is set to 3000 W / (m · K). In the fine carbon fiber 9 that can be known at present, this value is the upper limit value that can be obtained within the setting range of the average fiber diameter. This is because the lower limit is set to 1000 W / (m · K). When the thermal conductivity is smaller than this, the vibration damping property of the racket frame 1 is inferior, and a good shot feeling is exhibited. Because it becomes impossible.
[0025]
Moreover, the upper limit value of the hole diameter of the hollow portion is set to 60% of the average fiber diameter as described above, so that it can be produced while ensuring good quality among the fine carbon fibers 9 that can be known at present. This is because the upper limit value that can be obtained is this value, and the lower limit value is set to 10% because if it is smaller than this value, it will be difficult to develop good resilience performance and impact strength.
[0026]
Further, the fine carbon fiber 9 has a ratio of 1% by mass or more and 10% by mass or less, particularly 3% by mass or more and 7% by mass or less in a matrix resin having a viscosity at room temperature in the range of 50 to 1000 cps. It is preferable to be mixed in.
If the amount of the fine carbon fiber 9 used is less than 1% by mass, the effect of reinforcing the matrix resin layer cannot be sufficiently exhibited, and a satisfactory compressive strength cannot be obtained as the racket frame 1, and vibration damping is performed. And rebound characteristics cannot be sufficiently improved. Further, if the amount is more than 10% by mass, there is a problem that it is difficult to mix evenly in the matrix resin, and even if the fine carbon fiber is used more than 10% by mass, the racket frame 1 can be used. Good evaluation was not obtained in terms of compressive strength, vibration damping, rebound characteristics, and the like.
[0027]
Further, when the fine carbon fibers 9 are mixed in the matrix resin, the amount of the matrix resin flowing out of the mold can be suppressed during the thermosetting molding of the racket frame 1. That is, since the flow control of the resin can be performed, the racket frame can be formed using a matrix resin having a relatively low viscosity of 50 to 1000 cps, which has excellent permeability to the reinforcing fibers. As a result, the resin impregnation into the reinforcing fiber is enhanced, and the resin outflow is suppressed during molding, so that voids and pinholes are hardly generated in the molded racket frame 1 and no rework is required in the subsequent process. A racket frame 1 excellent in molding quality can be obtained. As a result of various experiments, when the viscosity of the matrix resin is higher than 1000 cps, there is a problem that it is difficult to impregnate the reinforcing resin with the matrix resin, and it is difficult to obtain sufficient design strength, and when the viscosity is lower than 50 cps. Therefore, it becomes difficult to sufficiently perform flow control, and a large amount of matrix resin flows out of the mold, and reworking is necessary in a post-process after molding. The viscosity of the matrix resin is particularly preferably 100 to 300 cps.
[0028]
Furthermore, the fine carbon fiber 9 has various fiber surface states depending on the generation temperature. In the present embodiment, in consideration of wettability with the matrix resin, those having a specific surface area in the range of 11 to 15 m ² / g are preferably used.
When the specific surface area is larger than 15 m ² / g, there arises a problem that it is difficult to mix evenly into the matrix resin, and when the specific surface area is smaller than 11 m ² / g, the wettability with the matrix resin is caused. The problem becomes worse and the reinforcing effect becomes poor.
[0029]
In order to manufacture such a racket frame 1 of this embodiment, for example, a plurality of prepreg sheets for racket frame molding are stacked around a tube for internal pressure molding, and this is used as a mold frame shape cavity. In a normal manufacturing method of a fiber reinforced resin racket frame in which compressed air is injected into the tube and heated after being placed inside, the fine carbon fibers 9 are mixed into the matrix resin constituting the prepreg sheet. A means for molding is taken.
[0030]
As the main reinforcing fibers constituting the racket frame 1 made of the fiber reinforced resin of the present embodiment, various fibers such as carbon fibers, glass fibers, boron fibers, aromatic polyamide fibers can be used, but the strength, rigidity, mass, cost From this point of view, carbon fiber is preferable. As the form of the reinforcing fiber, various forms such as roving, mat, woven fabric, knitted fabric, and blade can be used in addition to one-way alignment. As the matrix resin, an epoxy resin, a nylon resin, a polyester resin, or the like can be used, but an epoxy resin is preferable from the viewpoint of strength and durability.
[0031]
【Example】
In order to confirm the effect of the present invention, the following racket frames of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared.
[0032]
(Example 1)
An epoxy resin having a viscosity of 100 cps is prepared as a matrix resin, and an average fiber diameter is 150 nm, an average fiber length is 15 μm, and an aspect ratio (average fiber length / average fiber diameter) is 100 as fine carbon fibers. 3% by mass of carbon nanofiber (Showa Denko Co., Ltd .: VGCF-fired type) having a specific surface area of 13 m ² / g and a thermal conductivity of 1500 W / (m · K) under a temperature state of 15 ° C. A matrix resin material mixed in the ratio was obtained. Further, PAN-based carbon fiber (Toray Industries, Inc .: Torayca T300) having a fiber diameter of 7 μm was prepared as a reinforcing fiber, and a prepreg sheet having a fiber amount (Vf) of 50% was obtained.
The prepreg sheet is appropriately cut to form a racket frame, wound around the inner pressure forming tube, placed in a cavity having a frame shape of a mold, and then compressed air is introduced into the tube. Was injected and cured by heating to form a racket frame.
[0033]
The racquet frame cured and molded as described above has no voids or pinholes, is excellent in molding quality, and does not require reworking in a subsequent process.
[0034]
(Comparative Example 1)
A prepreg sheet from which the fine carbon fibers were omitted was prepared, and a racket frame was formed by the same method as in Example 1 using this prepreg sheet.
[0035]
When molding this racket frame, a large amount of matrix resin flows out of the mold, and the cured racket frame has a lot of voids and pinholes. It cost.
[0036]
(Comparative Example 2)
Instead of the fine carbon fiber used in Example 1, the average fiber diameter is 1.0 μm, the average fiber length is 50 μm, the aspect ratio (average fiber length / average fiber diameter) is 50, and the thermal conductivity is 15 ° C. A racket frame was formed using a prepreg sheet mixed with potassium titanate whisker (manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd .: Tismo D) having a characteristic of 5.3 W / (m · K) under temperature conditions.
[0037]
For the racket frames of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the compressive strength in the in-plane direction at the hit ball portion was measured. The results are shown in Table 1 below.
[0038]
[Table 1]

[0039]
Regarding the compressive strength, the longitudinal compressive strength in the major axis direction and the lateral compressive strength in the minor axis direction of the hit ball portion were measured, respectively. As shown in FIG. 3, the longitudinal compressive strength was measured by fixing the racket frame 1 vertically on the support 10 and using a pressure wedge 11 to determine the load required for breakage. Further, as shown in FIG. 4, the lateral compression strength is measured by placing the racket frame 1 sideways and holding the side portion of the hitting ball portion 4 on the support base 12 and holding it vertically, and pressurizing the upper side portion in this state. The load required for breakage was determined using the wedge 11.
[0040]
In addition to the above test, a Charpy impact strength test was conducted. As a result, the racket frame of Example 1 in which the fine carbon fibers were mixed was about 40 in comparison with the racket frame of Comparative Example 1 in which the fine carbon fibers were not mixed. % Impact strength was obtained.
[0041]
Next, in order to confirm the resilience characteristics and vibration damping properties of the racket frames of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, an actual hit test was performed. In this actual hitting test, a general amateur player was actually hit with a ball with the racket frame of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and the feeling at the time of hitting experienced by the player ( Evaluation was made on vibrations transmitted to the hand and resilience (flying). The results at this time are shown in Table 2 below.
[0042]
[Table 2]

[0043]
From such a test result, the racket frame of the first embodiment has sufficient compressive strength as compared with the racket frames of Comparative Examples 1 and 2, and has high vibration damping at the time of hitting the ball. It was confirmed that the racket frame had excellent characteristics.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in a fiber reinforced resin racket frame formed of reinforcing fibers and a matrix resin, the matrix resin has a single layer structure in which a crystal of a carbon hexagonal mesh surface is wound in a cylindrical shape, or It is a crystal material having a multilayer structure and a fine hollow portion at the center, and fine carbon fibers having an average fiber diameter set within a range of 10 to 300 nm are mixed, thereby Since the matrix resin layer interposed between the layers can be effectively reinforced, the interlayer shear strength of the reinforcing fiber can be remarkably improved, and as a result, the compressive strength can be greatly increased.
[0045]
The fine carbon fiber has an extremely high thermal conductivity, and can increase the thermal conductivity of the racket frame itself. As a result, the vibration generated in the racket frame at the time of hitting the ball is quickly consumed as thermal energy, so that the vibration damping property is improved and a good shot feeling can be obtained.
[0046]
Furthermore, since the fine carbon fiber has excellent resilience characteristics and gives appropriate elasticity to the resin to be cured and molded, the resilience performance of the racket frame itself can be greatly improved.
[0047]
Further, when the fine carbon fibers are mixed in the matrix resin, it is possible to suppress the amount of the matrix resin flowing out of the mold at the time of thermosetting molding of the racket frame. That is, since the flow control of the resin can be performed, the racket frame can be formed using a matrix resin having a relatively low viscosity of 50 to 1000 cps, which has excellent permeability to the reinforcing fibers. This enhances the resin impregnation into the reinforcing fibers and suppresses resin outflow during molding, making it difficult for voids and pinholes to form in the molded racket frame, requiring no rework in the subsequent process. A racket frame excellent in quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the appearance of a racket frame according to an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration in part a of FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a compressive strength test method.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a compressive strength test method.
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of a conventional racket frame.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Racket frame 2 Gut 3 Hitting surface 4 Hitting ball part 5 Grip part 6 Shaft part 7 Core material 8 Outer shell 9 Fine carbon fiber 10 Support tool 11 Pressing wedge 12 Support stand 21 Core material 22 Outer shell

Claims

In a fiber reinforced resin racket frame formed of reinforcing fibers and a matrix resin, the matrix resin has a single layer structure or a multilayer structure in which a crystal of a carbon hexagonal mesh surface is wound in a cylindrical shape, and its central portion A racket frame characterized in that a fine carbon fiber having an average fiber diameter in the range of 10 to 300 nm is mixed.

The viscosity of the matrix resin at normal temperature is set in a range of 50 to 1000 cps, and the fine carbon fibers are mixed in the matrix resin at a ratio of 1% by mass or more and 10% by mass or less. The racket frame according to claim 1.