專利名稱：一種復合材料的關節(jié)式羽毛球拍的制作方法
技術領域：
本實用新型設及到一種羽毛球拍，尤其是一種復合材料的關節(jié)式羽毛球拍。
羽毛球拍是屬于一種高爆發(fā)力的運動器具，其使用情形完全異于網(wǎng)球拍，其特點為材料使用量少，拍框所承受的網(wǎng)壓張力比較高，擊球時框體的變形量比較大，所以在高性能羽毛球拍的發(fā)展上無不朝如何能滿足以上的特點方向上發(fā)展，并且期待在生產工藝與結構設計上能有所突破。
傳統(tǒng)羽毛球拍、握把有以木頭作為材料，成本低、易加工是其被長期使用的主要原因，大凡追求性能提高的運動器材，其原始材料都是來自天然材料，然后引進人工合成材料逐步取代，并外加設計實用新型，達到追求器材最大功能發(fā)揮目的。
本申請人的在臺灣的第86220195號《力，控型碳纖維羽毛球拍》的新型專利案(公告號347715)，如附件所示；主要是可兼頗威力(POWER)與控球性(CONTROL)的碳纖維羽毛球拍，其構造采用100％碳纖維復合材料作為球拍框體的主體結構，在球拍中管形狀中點為自然彈性點，在此自然彈性點外加一個以上的可視彈性點(MULTI FLEXPOINTS)設計，以達到人體工程學要求，追求最大威力與最佳控球性能的球拍。
本申請人的上述專利的確能達到羽毛球拍的第二個彈性點WFP功能，并能同時兼顧威力與控球性具佳的碳纖維羽毛球拍，由于該先前專利僅將預期產生彈性點處，利用外徑頸縮的設計原理，造成彈性點的形成，此一設計雖可達其預期的功效，但適用范圍仍有改進的必要，因為羽毛球拍在“扣殺球SMASH”一擊的動作中不但激烈，而且加速力及瞬時擊球力可謂非常之大，經實驗證明現(xiàn)有技術僅能適用于一般選手，若逢職業(yè)級選手或臂力大的球員，則無法通過測試。
即在外徑變小的彈力區(qū)，正好是瞬時應力的集中點，因外徑頸縮處的慣性矩(1)值突然變小，造成應力集中，強度次平方反比的承受能力下降，自然產生斷裂現(xiàn)象，已不敷原設計基礎的完美性；本實用新型的目的乃提供一種復合材料的關節(jié)式羽毛球拍，通過采用復合材料的不同材質構成羽毛球拍握把和設置不同的材料，或不同的纖維走向，而外徑截面一樣的中管，使之能有不同彈性特性和優(yōu)異的運動特性。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種復合材料的關節(jié)式羽毛球拍，其特征在于在頭框下方設有一不同于原中管材料的其彈性模數(shù)值遠低于原碳纖維材質彈性體裝置，其低彈性模數(shù)的彈性材料的材質厚度不高于原碳纖維材料壁厚，外直徑與中管同管外徑相同，一握把為中空狀，其內部設有結合槽，在其內緣壁面則設有加強肋。
所述的彈性體裝置為不同的纖維走向的彈性體裝置。
本實用新型具有以下的優(yōu)點(1)本實用新型的復合材料的關節(jié)式羽毛球拍強調中管有兩個彈性點，外加頭框一個彈性點，該設計特別適合使用羽毛球拍的前排球員特殊功能的球拍需要。
(2)中管的第二彈性點，位于管中央點，與中管及頭結合的以使發(fā)揮扣球瞬間的擊球功效，保留纏繞痕跡，狀似彈簧效果是本實用新型的最大特色之一。
(3)握把是以注塑成型，尤以在握把上下兩面增加肋骨設計以提高受力方向剛性，配合碳纖維多彈力點的拍框設計，形成全面協(xié)調配合的高功能羽毛球拍。


如下圖1為本實用新型復合材料的關節(jié)式羽毛球拍的示意圖；圖2為本實用新型復合材料的關節(jié)式羽毛球拍的握把立體圖；圖3為本實用新型復合材料的關節(jié)式羽毛球拍的結構剖視圖；圖4為本實用新型復合材料的關節(jié)式羽毛球拍的動作圖；圖5為本實用新型復合材料的關節(jié)式復材關節(jié)羽毛球拍在球場上揮打角度動作示意圖；圖6為本實用新型復合材料的關節(jié)式復材關節(jié)羽毛球拍的彈性體裝置截面圖。
請參閱圖1及圖2，本實用新型的頭框10及中管20是一體成型的碳纖維預浸材料所作成，一握把30是成中空狀，其內部設有結合槽32，在其內緣壁面則設有加強肋31，用以加強握把30的結構剛性及承受力，中管20其中央位自然形成第一彈性點21，再者于頭框10與第一彈性點21間設有一不同于中管20材質的彈性體裝置221，該彈性體裝置221的彈性模數(shù)值遠低于原中管20碳纖維材質，其范圍長度以不超過3公分為限，其低彈性模數(shù)的彈性體裝置221的材質厚度以不高于原碳纖維材料壁厚的40％為上限者，而在外觀直徑是與中管20同管外徑，由于上述的特征形成第二彈性點22，至于頭框10部分，在其二側外形成較低的兩中間位置上為第三彈性點11，此一部分屬于公知部分，用于增加頭框10的彈性。
下面說明其工作原理首先我們定義運動器材運動器材是人的手足延長的一部分，藉著器材的使用達到運動/玩的目的，器材是“人”與“運動/玩”之間的介面(INTERFACE)。
運動器材設計要點是1、器材需按人體工程學進行，求取最舒適的使用。
2、追求器材最大功能的發(fā)揮。
基于以上運動器材的定義和設計要點，本實用新型乃針對所謂高性能羽毛球拍，所追求的威力與控球性最大功能的發(fā)揮；本實用新型利用人體工程學，比照人手骨骼、關節(jié)特色，將碳纖維羽毛球拍設計出多彈性點，并加長拍框，增長力臂功能，達到擬人性化手掌的功能。
請參閱圖1，本實用新型是將球拍視同人手的放大延伸物，握把部位是屬高強度、高剛性的力量爆發(fā)點，傳統(tǒng)木質握把只是提供質輕、易加工及價廉的特色，并沒有大幅改進其強度與剛性，尤其與中管接合的孔徑與中心位置都會影響一支球拍的水準，本實用新型的握把選擇揮工程樹脂增強材注塑成型，外加上、下受力方向肋骨設計。本實用新型的中管處利用不同材質的彈性模數(shù)區(qū)分彈性點及提高剛性處的差異，達到人體工程學上最舒適的應用。
針對具有多彈性點拍框的設計原理如下1、一支碳纖維中管是整支拍框彈力的來源，更是整支拍框特性的靈魂，從材料的演進史初期羽毛球拍中管是采用木質，然后采用金屬線而進入碳纖維復合材料(等內外徑碳纖維直管)，其彈性點自然發(fā)生在中間點，為擊球時的彈性點，茲命名為EFP(1)，管中央自然彈力點。
參見圖1，本實用新型參照腕關節(jié)設計出第二彈力點，命名為WFP(2)增見彈力點。
同樣在頸框部位，本實用新型根據(jù)球員持拍擊球扣壓動作的特點，增加拍框的第三彈性點，命名為微控彈性點FFP(3)。
2、第一彈性點[如圖1中EFP(1)]，在直管相同結構下，彈力點自然會發(fā)生在中點處。
3、第二彈性點[如圖1中WFP(2)]， 本實用新型于該處內設有一不同于原中管材質的彈性體裝置，其模數(shù)值遠低于碳纖維材質，而在外觀直徑是以同等外徑，其主要是因運動器材的設計中器材所顯現(xiàn)的剛性(STIFFNESG)性能的最主要表現(xiàn)，一個結構體所展示的剛性S，其定義為來自材料本身的模數(shù)(MODULUS)值E與該材料因造型設計所產生的轉動慣量(MOMENT OF INERTIA)I的乘數(shù)；即，STIFFNESS＝E×I；不同的材質有不同E值，如彈性系數(shù)(10kg/m2) NOTE碳纖維(CARBON FIBER)20-25 HT TYPE玻璃纖維(GLASS FIBER) 7.4-8.7 E-S TYPE聚酰胺纖維(ARAMID FIBER)6.0-13(俗稱克拉纖維)不同的造型有不同I值，見圖6，如圓管將結構因管徑大小，或管壁厚度大小不同，而有不同的I；
I＝π(r14-r24)/4→ 半徑改變量的四次方比＝π(d3t)/8 → 壁厚大的一次方比皆以改變I值大小，同時亦改變剛性(STIFFNESS)(S)，因為S＝EI自然有分別。
4、第三彈性點[如圖1中FFP(3)]，本實用新型是采變化側框高度以求取彈力點，I值降低，增加柔軟性，是為微控彈力點的設計依據(jù)。
本實用新型傳統(tǒng)球拍在高功能特色上的區(qū)別1、在傳統(tǒng)球拍的演進過程中，部分有涉及本實用新型某一單項的構想，但都止于近似，而并無整支球拍功能統(tǒng)籌設計考量。
(1)例如EFP(1)中央彈力點，傳統(tǒng)球拍本來就有。
(2)WFP(2)增見彈力點，傳統(tǒng)球拍曾發(fā)展過程似原理，但只是上、下兩面肩平，左、右仍保持圓弧，本實用新型是由頭框下方設有一不同于原中管材料的彈性體裝置，其彈性模數(shù)值遠低于原碳纖維材質，其范圍長度以不超過3公分為限，其低彈性模數(shù)的彈性材料的材質厚度以不高于原碳纖維材料壁厚的40％為上限者，而在外觀直徑是與中管同管外徑，將產品結構利用復合材料的不同材質系數(shù)的高低分別特性，在需要不同特性之處設置不同的材料，或不的纖維走向，以達外徑截面一樣，但內部結構因材質或角度而異，能有不同特性的展現(xiàn)。
而本實用新型與附件先前的專利案兩者之差異是在于，先前設計的力控型碳纖維羽毛球拍的專利案，是以固定不變E值，即材料都是一樣的碳纖維中管，但縮小了半徑與壁面，由S＝EI的公式可看出截面積的頸縮對整體剛性的影響很大，因此在高強力選手拍擊扣球時，會使頸縮部位成為應力集中點而承受不了產生斷裂；而本實用新型是采用I值不變，即由外徑截面積一致，但將所需的彈性點以不同材質，即E值不相同，來達到彈性點設計的目的，且可以確保強度品質達到高性能的功用。
(3)微控彈力點FFP(3)，在球拍發(fā)展史上，曾經出過側框有變化高度的設計，但是止于單項的特別訴求，本實用新型是配合全拍框，多項特色的組合，即形成的是高功能性球拍設計。
(4)EPI握把的設計如圖2所示，球拍史上曾有人嘗試利用塑膠材料(PP、PVC)，或工程樹脂(NYLON，ABS)注塑成型握把(HANDLE)，很不幸全失敗，主要原因為重量的限制，一般塑膠強度剛性都無法滿足握把的需求，增加材料但超重。
國際市場上除有部分采用一體成型碳纖維柄或碳纖維柄或碳纖維球拍用PU發(fā)泡柄外，其余乃全部采用木質握把；本實用新型解決了材料配方，且在握把增加了肋管設計使剛性提高應在需要使用的方向上，具有新穎性。
2、號稱高功能性碳纖維羽毛球拍，必須具有如下的幾個基本要件(1)輕量化(不穿網(wǎng))拍框完成品85mg以內。
(2)威力(POWER)傳統(tǒng)中管285mm長，但本實用新型增長至300mm長；傳統(tǒng)球拍總長665mm長，本實用新型增長至675-686mm，故本實用新型力臂加長且威力增加。
(3)控球性(CONTROL)傳統(tǒng)球拍，邊框一般為鋁制框體或與一體成型的碳拍框拍體，中管為直管式碳纖維管或部分有錐度(TAPER)中管或非圓形狀管，握柄只延續(xù)了傳統(tǒng)手持目的，不求增加剛性，達到握把剛性遠高于中管部分，以便造成相對彈性區(qū)發(fā)生于碳纖維拍框體上。
本實用新型主要特點有二其一是中管20上設置不同材料的彈性體裝置221，并使其外徑與原中管20相同，第二是為握把30內部的加強肋31，羽毛球之比賽致勝關鍵乃在于殺球部分，而殺球除了以手壁揮動使羽毛球加速，必須再加上腕扣球，以使球以更大的角度落于網(wǎng)前，然因手腕其力臂小，故力矩相對變小將不足影響球的落點，此時球可能因該角度太小落于界外，此一部分請?zhí)貏e參看圖5所示，因殺球威力取決于手腕扣球的力道，此一部分正是本實用新型的精神所在，本實用新型的第二彈性點22于使用者扣球時，其會增加整支球拍的下仰角度，如第3圖所示，此一圖示是特別表示本實用新型與習用球拍下仰角度明顯不同，向下仰角度及力量大大增加，亦即使得殺成功機會提高，在提高殺球威力的同時，相對的握把30受力量亦增加，故本實用新型于握把30內部設有加強肋31，以提高握把30的剛性與承受力，由上設有加強肋31，以提高握把30的剛性與承受力，由上述說明針對圖5再加強說明，前排正擊球員揮拍時，其角度如果太小，小于θ2角時將會出界，當殺球角度愈大時其速度愈快，對手相對就會失手，使用本實用新型將會使得球的落下角度更大如θ1角，角度愈大其落地時間愈快，當然對手反應時間亦會縮短，其接不到球的機率亦相對增加。
權利要求1.一種復合材料的關節(jié)式羽毛球拍，其特征在于在頭框下方設有一不同于原中管材料的其彈性模數(shù)值遠低于原碳纖維材質彈性體裝置，其低彈性模數(shù)的彈性材料的材質厚度不高于原碳纖維材料壁厚，外直徑與中管同管外徑相同，一握把為中空狀，其內部設有結合槽，在其內緣壁面則設有加強肋。
2.根據(jù)權利要求1的復合材料的關節(jié)式羽毛球拍，其特征在于所述的彈性體裝置為不同的纖維走向的彈性體裝置。
專利摘要一種復合材料的關節(jié)式羽毛球拍,在頭框下方設有一不同于原中管材料的其彈性模數(shù)值遠低于原碳纖維材質彈性體裝置,一握把為中空狀,其內部設有結合槽,在其內緣壁面則設有加強肋。使之能有不同的彈性特性和優(yōu)異的運動特性。
文檔編號A63B49/00GK2368557SQ99211868
公開日2000年3月15日 申請日期1999年5月25日 優(yōu)先權日1999年5月25日
發(fā)明者蔡科然 申請人:環(huán)航復合材料股份有限公司