专利名称：羽毛球专用仿真羽毛及羽毛球的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种羽毛球专用的仿真羽毛，本实用新型还涉及采用这种仿真羽毛制成的羽毛球。
背景技术：
采用人工材料代替天然鹅鸭羽毛来制作羽毛球是产业界和羽毛球运动界的一个理想。因为鹅鸭毛羽毛球的耐打性太差，导致运动员频频换球，并使打球成本大大提高；同时鹅鸭毛羽毛球生产工艺繁杂、材料本身的成本也较高。但是，这种材料替换所隐藏的技术困难决非一般人所能想象。产业界开展相关的研究工作已经超过20年，但到目前为止，还没有任何一种人工材料代替鹅鸭毛制成的羽毛球在综合性能上达到优质鹅鸭毛羽毛球的水平。现有塑料羽毛球的综合性能根本满足不了水平稍好的业余选手的技术要求，更是被专业运动员所遗弃。直到2007年，才开始出现具有实用价值的羽毛球专用仿真羽毛(或称人工羽毛)；到2009年底，才有采用仿真羽毛制成的羽毛球上市。但这种采用仿真羽毛制成的羽毛球仍然存在旋转速度不够、生产工艺复杂或者是超重的问题，还是没有完全达到优质鹅毛球的水准。羽毛球是一项对球品的技术细腻度要求非常高的产品。运动员在长期的练习和比赛中，已经培养出了非常细腻的击打体验。这种击打体验以优质的天然鹅毛球为基础，包括重量、球速、旋转、高远球飞行轨道、放小球的稳定性、搓球翻滚、击球手感、击球声音、落点准确度等等。人工材料羽毛球就是要在这些因素上尽最大可能的接近天然鹅毛球。影响羽毛球综合性能的，至少有以下七大要素重量、重量分布、重心位置、球体支撑强度、正面风阻力(或称轴向风阻力)、绕轴风阻力和抗击打耐力。相应地就产生三大技术难关材料关、结构关和工艺关。这七大要素和三大技术难关的任何一项不能达标，羽毛球就不能被运动员所接受，也就难以在商业上取得成功。因此在考核一种羽毛球新技术是否实用时，要从上述七大要素三大难关进行综合评判。换句话说小小的羽毛球实际上是一个系统工程，包含了多个子系统，各个子系统之间紧密关联，相互影响，任何一个子系统的微小调整都会带动全系统综合性能的改变。从检索到的跨度超过20年的专利说明书来看， 绝大部分是针对某一子系统的单独改造，而且大都是基于理论假想的设计，未经实际验证。 所以几乎全部都不具有实用性、或者无法实现。也正是这个原因，才历经20余年，截止到 2007年，除了鹅鸭羽毛球和性能有缺陷的塑料羽毛球之外没有任何具实用价值的新型羽毛球出现。其中重量、重量分布和旋转是目前球体材料人工化过程中最难解决的要素。羽毛球对重量的变化非常敏感，其敏感度达到0. 1克数量级，也就是说在一些关键部位，只要 0. 1克的重量改变就会引起羽毛球整体性能的重大变化。而对于单片羽毛来说，对重量的敏感度则达到了 0. 01克，也就是说，每片羽毛如果增加0. 01克，则整球裙部将至少增加0. 15 克，这样的重量改变将严重破坏羽毛球的飞行性能。现有的塑料羽毛球和仿真羽毛的球裙部分大都超重。羽毛球的重心最好落在球头和球体连接部附近。如果裙部太重，重心上移，羽毛球极易翻滚，而越靠近羽毛球裙部顶端位置，对超重的敏感度就越大，因为这个位置的力矩最大；如果裙部过轻，重心过于下移，则球头下坠，也影响性能。但从工程技术上来讲， 羽毛球裙部的重量越轻越好，因为在保证羽毛球球体有足够支撑强度的前提下把产品做得更轻是一个高难的技术问题，而掌握了超轻的裙部制造技术后，再进行配重则是很容易解决的。有些人工材料羽毛球为了减重，就把球裙支杆做得很细、球裙做得很薄。重量是达标了，但强度不够了，球也不旋转了。羽毛球是否能稳定旋转是非常关键的。绕轴风阻力就是用来推动羽毛球绕轴旋转的。羽毛球飞行时绕轴旋转不但可以稳定其飞行过程，而且能有效消耗部分飞行动能，在羽毛球被大力扣杀时，有一定的减速作用，使其飞行速度更符合运动的要求。归结到一点人工材料羽毛球的真正核心就是球裙部分的重量问题，只要球裙的重量问题解决了，其它问题就有了解决的基础。具体的仿真羽毛上就是解决羽片部分的重量问题。可以说，在保证强度的前提下，对羽片部分每一豪克的减重都是宝贵的。另外，影响羽毛球飞行性能还有一个不被人注意的、细微的、但又很关键的因素 风阻力突变现象——如果球裙支撑杆太软，则羽毛球裙部在被大力击打瞬间会出现剧烈变形，随即又恢复正常，在这一缩一张的过程，风阻力产生剧烈变化，使羽毛球飞行速度产生瞬间突变，运动员也许感觉不到这种速度的变化，但可以明显体会到羽毛球的飞行和标准羽毛球是有区别的——出球感觉会变得怪异、落点会不准确。所以说，人工材料羽毛球的开发永远面临七大要素、三大难关的互相制约，只考虑某一方面的性能是不行的。近年出现的仿真羽毛主要有两种，但实现产业化的只有一种——由两片发泡塑料片材贴合，并将羽梗包裹在里面而制成的仿真羽毛。但这种仿真羽毛制成的羽毛球在性能上离标准天然鹅毛还是有一定差距——其根本的原因就是对重量最为敏感的羽毛头部超重。但如果采用更薄的羽片材料以减轻重量时，又会出现羽片绕轴方向的支撑力不够的问题，从而使羽毛球转速减慢，甚至完全不旋转。而强度足够、重量更轻的羽片替代材料还没有出现。如果采用更细的羽梗来减轻重量，则羽梗的支撑力又不够了，从而出现上述所说的风阻力突变现象。实际测试表明，单根仿真羽毛的头部重量(包括羽毛片整体和大约半截羽梗的总重量)超过了 0. 07克，而单根标准羽毛球用鹅鸭羽毛的头部重量一般在0. 05克左右，极少超过0. 06克。就是这微乎其微的0. 01克的超重，使得球裙整体超重了 0. 15克以上，从而在一定程度上影响了羽毛球的飞行性能——主要表现在(1)击球手感偏重；(2) 羽毛球击球回头迟滞；(3)放小球时极易翻滚，或者用球拍颠小球时会翻滚。正是上述这些缺陷，使得羽毛球爱好者还是不大愿意采用这种仿真羽毛球，运动员更是拒绝使用这种仿真羽毛球来训练——尽管这种羽毛球的综合性能已经远远超越现有的整体球裙塑料羽毛球，并且，其使用寿命可以达到普通鹅鸭羽毛球的2倍以上。如果能在保证基本强度的前提下，找到新的替换材料或更好的结构来解决这0. 01 克的超重问题，无疑就可以制成性能更为优异的仿真羽毛球。解决方向至少有五个一是从羽梗材料着手；二是从羽片材料着手；三是从羽梗和羽片的连接结构着手；四是从羽片的粘结剂上着手(目前的方案中，粘结剂大约占了羽片总重量的20% 30%)；五是从羽片本身的结构上着手。那么，倒底是否真的存在可行的解决方案呢？或者倒底哪种技术方向是可行的呢？显然都没有现成的答案！从2007年5月份在2007100544123号专利说明书中提出这个技术方案并手工制成样品到现在已整整过去四年，本技术方案创始人一直没能解决该方案的超重缺陷；从2008年11月19日该专利公开到现在也已经快过去两年半，本领域技术人员也还没能解决这个缺陷——或许，大家还没发现这个缺陷；再从2009年底， 日本某公司正式向市场推出基于该技术方案的仿真羽毛球，到现在又过去了一年半，仍然还是没能解决这个缺陷。通过和业界人员的交流可以感受到，大家对仿真羽毛球的技术前景是持悲观态度的，自然对其商业前景也并不看好——换句话说，大家普遍认为仿真羽毛球要做到和标准鹅鸭羽毛球同等的性能是不可能的！本人从四年前提出该技术方案并制成样球起就一直偿试各种技术方案来解决这一难题，试验了很多种羽梗材料、羽片材料、羽梗和羽片的连接工艺，并且确实也找到了少数几种材料和工艺可以应用于仿真羽毛球，但羽毛球裙部的微量超重问题还是依旧。直到有一天刷牙时牙刷丝插入牙缝，才灵感一现一如此细小的牙刷丝，重量很轻，弹性刚性都不错，如果嵌进羽片中间，是否可以提高其支撑力，从而可以采用更轻薄的羽片材料？事实证明该方案是可行的！现在回过头来，进一步分解羽毛会发现，现有仿真羽毛的羽片总重量超过了 0. 03 克，而标准羽毛球用鹅鸭羽毛的羽片重量只有0. 01克左右。当采用更轻薄的发泡片材并配合弹性尼龙丝支撑时，15片羽片的总重量可以控制到0. 30克以下——相当于单片在0. 02 克以下——实际测试表明，这样的重量改变带来了羽毛球性能上非常明显的改善，上述的三大缺陷得到了根本的解决或明显的提升(1)放小球时不再无序翻滚，用球拍颠小球时也不再翻滚；(2)击球手感明显提升；(3)羽毛球击球回头趋于正常。更重要的是在调整好尼龙丝的数量和位置时，可以进一步采用更加轻薄的羽片材料，从而使羽片的材料有了更大的选择余地，并且可以进一步降低羽片的重量，直至制作出无限接近天然鹅鸭毛的仿真羽毛。在此，需要特别说明的是现有市售的仿真羽毛球的仿真羽毛中也有两根很软的嵌入线，处于羽毛顶端的三角区位置。但这种嵌入线和本实用新型方案是完全不同的，具体表现在第一，嵌入物的物理特性不同。本实用新型的嵌入丝是弹性丝，称作弹性增强丝， 具有一定的支撑刚性；而现有仿真羽毛的嵌入线是软性线，完全没有支撑刚性。第二，作用不同。本实用新型的嵌入丝起到支撑羽片的作用，从而可以使更薄更软的羽片也能提供足够的旋转风阻力；而现有仿真羽毛的嵌入线起不了这种作用，因为这种嵌入线非常细、非常软、也非常轻。这种嵌入线的作用是增强两片发泡片材间的结合力，因为羽片上部三角区是最易开裂的应力集中区；还有一个作用就是在生产时作为定位线—— 因为，目前生产仿真羽毛是采用人工方式排列羽梗的，排列放置羽时，就以此线为定位基准线。第三，位置不同。现有仿真羽毛的嵌入线出现在羽片的顶部三角区，这个区域是开裂应力集中区；而本实用新型嵌入丝设置在羽片的最宽处附近，并主要偏向仿真羽毛的中心点方向，这个区域是羽片横向支撑的主要需求区域。第四，两个方案的影响因素不同。现有仿真羽毛的嵌入线非常细、非常软、也非常轻，因此该嵌入线和其周边的其它部件互不影响；而本实用新型的嵌入丝对羽片和羽梗及两个部件间的连接都会产生正面或负面的影响——如前所述，嵌入丝对羽片起到了支撑作用，但同时，嵌入丝对羽梗和羽片间的连接具有负面影响，因为这种嵌入丝具有一定的弹性和刚性，而羽梗又具有一定的物理粗度，在羽梗和羽片结合时会形成一定的变形内应力，需要加以考虑并想办法克服。当然，通过选用合适的羽片材料或胶粘剂，这个问题是可以解决的。另外，这种弹性嵌入丝会产生一定的重量增量，需要和羽片材料的减重进行综合评估， 只有减重数量大大超过重量增量时才有正面意义。检索公开的专利资料发现，在2010年8月25日公开的专利2010101似9919 (及 2010年11月M日公开的2010201543356相同)说明书介绍了一种包括发泡羽片的人工羽毛。这种人工羽毛包括羽梗和发泡羽片。羽梗上设置有作为羽片支撑骨架的分支羽骨， 由尼龙塑料经注塑工艺一次性成型。再将这种连带有分支羽骨的羽梗置入注塑模具，一次性注塑出发泡羽片。采用这种技术方案得到的羽梗并不具有适用性，问题仍然是超重和强度的矛盾无法克服第一，现有市售仿真羽毛球的羽梗是经注塑工艺得到的杆件，上面不带有任何其它附属配件，就是这样的光杆也已经严重超重，其单根羽梗的重量就达到了 0. 12 克，加上羽片则超过0. 15克，而标准羽毛的总重量一般不超过0. 13克。不得已，这种仿真羽毛球只能采用15根羽毛制球(标准为16根)。如果强行降低其重量，则羽梗的强度就不够了。所以再在上边额外添加附属结构件，超重就更严重了。第二，注塑工艺无法可以注射出薄片体或0.5mm以上棒体，但无法注射出细丝。因此，其重量必然小不了，这又进一步加大了超重量问题。第三，注射工艺缺少拉伸过程，因此，超细注射件都是没有弹性的，即便注射出超薄片体，则会太软而没有支撑力，这一点只要看一下整体球裙的塑料球就知道了—— 塑料球完全依靠构成整体的环形和中心杆才得以支撑，如果剪成单片，就会很软，同时塑料球的网状球裙已经做到了注塑件的尺寸极限，但还是略有超重，这又进一步反证了该技术方案的超重问题没法解决。相反，本实用新型的塑料丝就不一样，塑料丝是经挤出拉伸工艺而得到，而拉伸工艺恰好就给予塑料丝较好的拉伸强度和弹性——当然和塑料品种也有关系。同时这种工艺可以拉制出非常细的纤维丝。在2010年3月四日申请的2010201似6456专利说明书中，也有涉及夹于羽片中间的加强线，起到羽片一和羽片二的复合加强作用(参见该说明书第0031段)，该加强线由纤维线组成(参见该说明书第0039段第4行)。这种加强线实际上和现有的仿真羽毛球的情形是一样的。因此和本实用新型是完全不同的技术方案。另外，需要说明的是，大家对现有仿真羽毛球的缺陷是“知其然，而不知其所以然”。也就是说，到目前为止，还没有人发现造成这种缺陷的真正原因并将其公开。比如就有很多人认为是羽毛的整体超重才造成了上述的缺陷，起初本人也是这样认为的；还有很多人认为仿真羽毛的的羽片表面缺少象天然羽毛一样的倾斜沟槽，造成不同的空气涡流， 从而影响其飞行性能，才形成了现有仿真羽毛球的一系列缺陷——当然，也不能完全无视这种不同所带来的性能影响；甚至还有人认为是因为只用15根羽毛制球才造成这些缺陷， 因为标准是16根；另外一些人认为是总体配重有问题，才出现各种缺陷——这一点倒没说错，但是如何配重才能解决，他们并不知道；还有的认为现有仿真羽毛球羽片位置的固定线圈是问题所在(人工材料羽梗较软，在羽片位置设置了一道线圈，用于固定羽片间的叠压次序，以停止被打乱，影响旋转)。在这种情况下，一些表面上类似的现有技术方案对本实用新型的解决方案并不具有直接的启示意义，更不具有显而易见的关联性。总而言之，真正决定羽毛球性能的往往是一些细微的、不被人关注的微妙因素，绝不能拿宏观的、粗放的、静态的日常生活认识来简单判断。
实用新型内容本实用新型说明书或权利要求书中，在涉及方向或方位描述时，统一遵循以下约定1、在涉及横竖方向时，和羽梗平行的方向为竖向，和羽梗垂直的方向为横向；2、涉及上下方位时球头方向为下，球裙方向为上；本实用新型要解决的技术问题之一是提供一种性能更优异的羽毛球专用仿真羽毛。本实用新型还要解决的技术问题是提供一种性能更优异的羽毛球。为解决上述技术问题，本实用新型的羽毛球专用仿真羽毛，包括羽片和羽梗，其中羽片又包含两片薄片材料，两片薄片材料相对结合，并把羽梗的全部或局部包裹在两片薄片材料之间，其特征在于在所述的两片薄片材料之间还包含有弹性增强丝，用来提升所述羽片的横向支撑刚性。考虑到重量因素，一般情况下，设置一条弹性增强丝就可以起到不错的增强作用。 在重量允许的前提下，为起到更好的横向支撑作用，所述仿真羽毛可以包含2条或2条以上横向的或倾斜的弹性增强丝。并且，至少一条横向的或倾斜的弹性增强丝设置于羽片的最宽处位置，或者，至少一条横向的或倾斜的弹性增强丝是设置在羽片最宽处和羽片中心点之间的位置上。综合考虑重量和支撑强度因素，横向的或倾斜的弹性增强丝的数量最好是 2到4条。在重量允许的前提下，为了进一步提升横向支撑刚性，还可以增加竖向的弹性增强丝。在制作工艺上，可以先将弹性增强丝编织成网格状的织物，再夹入构成羽片主体的两片薄片材料之间。另外，弹性增强丝的粗细对重量、支撑强度和变形内应力都有相应的影响，一般情况下，外径在0. 15mm(包括)至0. 30mm(包括)之间的尺寸都是可以应用的，最优选的尺寸范围是0. 18mm至0. ^mm之间。这里所述的外径并不意味着弹性增强丝必须是圆形的横截面，如果弹性增强丝的横截面是其它形状的，则所述外径是指该横截面的最大外轮廓尺寸。最适用于弹性增强丝的是各种弹性塑料丝，特别是以下几种塑料丝尼龙丝(PA 丝)、聚丙烯丝(PP丝)、聚乙烯丝(PE丝)或聚酯丝(PET丝)。也可以采用各种弹性不错的植物纤维丝来制作弹性增强丝，比如棕丝。采用上述羽毛球专用仿真羽毛就可以制成性能优异的羽毛球。相对于现有羽毛球专用仿真羽毛，本实用新型的仿真羽毛重量更符合标准、重量分布更合理，在性能上完全达到普通鹅鸭羽毛的水平，接近了优质鹅羽毛。由该仿真羽毛制成的羽毛球具有飞行性能好、击球手感更佳等优点，使人工材料羽毛球在综合性能达到了标准鹅鸭毛羽毛球，而在耐打性上则远远好于天然羽毛球。
以下结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
图1是一种本实用新型的羽毛球专用仿真羽毛示意图，包括3条横向弹性增强丝。图2是一种本实用新型的羽毛球专用仿真羽毛示意图，包括2条横向弹性增强丝和2条竖向弹性增强丝。
具体实施方式
实施例1如
图1所示，本实用新型的一种羽毛球专用仿真羽毛，包括羽片11和羽梗12。其中，羽片11又由两片基本同样大小的薄片材料相对粘合而成，并把羽梗12的上半截包裹在两片薄片材料之间。在两片薄片材料之间设置了 3根横向的弹性增强丝110，用来提升所述羽片11的横向支撑刚性。这种弹性增强丝110采用弹性尼龙丝制成。上述弹性增强丝110也可以设置成左右不等高的倾斜状态。实施例2如图2所示，本实用新型的一种羽毛球专用仿真羽毛，包括羽片11和羽梗12。其中，羽片11又由两片基本同样大小的薄片材料相对粘合而成，并把羽梗12的上半截包裹在两片薄片材料之间。在两片薄片材料之间设置了 2根横向的弹性增强丝110和2根竖向的弹性增强丝110，用来提升所述羽片11的横向支撑刚性。这种弹性增强丝110采用弹性尼龙丝制成。
权利要求1.一种羽毛球专用仿真羽毛，包括羽片(11)和羽梗(12)，其中羽片(11)又包含两片薄片材料，两片薄片材料相对结合，并把羽梗(12)的全部或局部包裹在两片薄片材料之间，其特征在于在所述的两片薄片材料之间还包含有弹性增强丝(110)，用来提升所述羽片(11)的横向支撑刚性。
2.如权利要求1所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述仿真羽毛包含2条或2 条以上横向的或倾斜的弹性增强丝(110)，并且，至少一条横向的或倾斜的弹性增强丝(110)设置于羽片(11)的最宽处位置，或者， 至少一条横向的或倾斜的弹性增强丝(110)是设置在羽片(11)最宽处和羽片(11)中心点之间的位置上。
3.如权利要求2所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述仿真羽毛包含有3条或者4条横向的或倾斜的弹性增强丝(110)。
4.如权利要求2所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述仿真羽毛还包含有竖向的弹性增强丝(110)。
5.如权利要求1、2、3或4所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述弹性增强丝 (110)的外径在0. 18mm至0. ^mm之间。
6.如权利要求1、2、3或4所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述弹性增强丝 (110)是一种弹性塑料丝。
7.如权利要求6所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述塑料丝是尼龙丝、聚丙烯丝、聚乙烯丝或聚酯丝。
8.如权利要求1、2、3或4所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述弹性增强丝 (110)是一种弹性植物纤维丝。
9.如权利要求8所述的羽毛球专用仿真羽毛，其特征在于所述植物纤维丝是棕丝。
10.采用如权利要求1、2、3、4、7或9中任一项所述的羽毛球专用仿真羽毛制成的羽毛球。
专利摘要本实用新型涉及羽毛球专用的仿真羽毛，包括羽片(11)和羽梗(12)，其中羽片(11)又包含两片薄片材料，两片薄片材料相对结合，并把羽梗(12)的全部或局部包裹在两片薄片材料之间，其特征在于在所述的两片薄片材料之间还包含有弹性增强(110)，用来提升所述羽片(11)的横向支撑刚性。制作这种弹性增强丝(110)的最优选材料是弹性尼龙丝。本实用新型还涉及由该仿真羽毛制成的羽毛球。
文档编号A63B67/18GK202015465SQ20112015868
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月8日 优先权日2011年5月8日
发明者张文广 申请人:张文广