专利名称：体育用支柱的制作方法
技术领域：
本发明涉及轻且强韧、易于设置或撤除、外观美观的网柱、标杆、及运动场用支柱等体育用支柱。
现有技术现有排球与网球用网柱以及足球、橄榄球、美式足球、运动场等的体育用支柱，都是由铁或不锈钢等金属制成。特别是在网柱上，为了承受网线上施加拉力时产生的弯曲力矩，考虑到强度问题，都要由壁厚相当厚的金属制成主要结构部分；另外，这些支柱的伸缩机构一般是将多根中空管成望远镜筒式相配合连接、由螺纹机构升降内管。本伸缩机构是将操作手柄插入外管侧面设置的插入孔，通过伞形齿轮转动内藏的螺杆，升降固定着螺母的内管，以此可以调节出各比赛项目的适当网高。这里在转动螺杆时，必须限制着螺母部分的随转；而在现有的钢制品上，在固定有螺母的内管表面上、沿管的轴向加工出导入沟，在该导入沟中啮合着外管上设置的键。因此，内管可以实现不随螺杆转动而转动的升降。
现有厚壁金属制体育用支柱非常重，设置与撤去时劳动量太大。比如搬拿体育用支柱之一种的网柱，在体育馆等多用途场所使用与专用运动场等不同，设置与撤去频繁；另外，排球用等的网柱很长，所以也很重，使设置与撤去人员的工作非常劳苦。
发明目的本发明的体育用支柱的特征是，多根纤维强化塑料制中空管相配合连接，且内藏螺纹伸缩机构。其中最好是使用权利要求1所记述的一中空管上固定的棒状物贯穿另一中空管上固定的构件上的贯穿孔的结构。
另外，本发明的另一形式是，构成中空管的该强化纤维层主要是由该纤维的片状物的叠层结构形成的体育用支柱。最好是这种纤维为碳纤维，并主要由其纤维丝朝一个方向并丝形成的片状物形成；再就是最好由与从外部可目视的线束构造层的叠层结构形成的体育用支柱。作为线束结构物，可使用织物、线束卷绕物等。
本发明的特征还在于，以轻而强韧的纤维强化塑料制成体育用支柱的主要结构部分，这样可以在维持承受大的弯曲力矩时的强度的同时，大幅度减轻重量，对于需要频繁设置与撤去的体育用支柱，特别是对于排球用与网球用网柱的设置与撤去，可以大大减小工作者的劳苦。
另外，在使多根纤维强化塑料制中空管相配合连接并伸缩的情况下，如象现有的钢制件那样，切削加工管表面并设置防止随转的键导入槽，则纤维强化塑料的强化纤维会断裂，引起本质性的强度降低；但在本发明中，由于采用了一中空管上固定棒状物、并使该棒状物贯穿固定于另一中空管上的构件上的贯穿孔的特定防随转机构，因此，强化纤维不会断裂，管子本身强度不会降低，并具有伸缩机能，也可避免不必要的成本提高。
图面简单说明
图1是本发明的体育用支柱之一种的排球用伸缩式网柱的侧面图；图2是本发明体育用支柱内部升降机构断面图；图3是作为防随转用棒状物之一例的L型棒的侧面图；图4是图2的A-A断面图；图5是图2的B-B断面图；图6是本发明体育用支柱之表面的一例，表示了以织物状的线束构造层构成最表层部分时的装饰状态的部分放大图。
实施发明的最佳实施例本发明中所说的纤维强化塑料，只要是通过使纤维承担强度，使实现轻量化的纤维与树脂一体化而成的材料，不管怎样的纤维强化树脂都可使用；而本发明的目的，是要求实现重量轻、而且强度高。作为实现这种目的的强化纤维，最好是其拉伸强度至少为20g/d以上的高强度纤维。另外，作为支柱的弯曲，有必要抑制在铁或钢的水平，为此，使用具有高拉伸弹性系数的高强度纤维。为达到此目的所使用的高强度纤维的拉伸弹性系数最好至少为5000kgf/mm2，如能达到20000kgf/mm2以上更好。还有，在将多根中空管配合连接起来的情况下，在弯曲应力集中的外管侧，若能使用比如经石墨化处理、拉伸弹性系数高达30000kgf/mm2水平的碳纤维(石墨化纤维)等就更好。
这种纤维是依材料、制线方法、以及后加工等要素制造而成。作为材料要素的纤维可以使用芳香族聚酰胺系纤维、碳纤维、玻璃纤维、轻金属纤维等；作为制线方法要素的纤维可以使用以高分子量聚合物为原料、纺线后经高倍延伸制成的纤维；作为后加工要素的纤维可以使用暴露在包含等离子放电射线下延伸成的纤维等。作为后两种方法制作的纤维可以使用聚脂系纤维、聚酰胺系纤维、聚烯系纤维、聚乙酸乙烯脂系纤维、聚丙烯腈系纤维等。在这些纤维中为达到本发明的目的，从加工成形为复合材料时的热性能等方面考虑，最好是使用具有高强度、高弹性，同时具有良好耐热性能的纤维。从这个意义来说，碳纤维(含有石墨化纤维)最适合。
这种纤维，以加强支柱为主要目的，从而以尽可能充分发挥该纤维的特性的形状、构造与树脂相结合为最好。作为该纤维的形状、构造，该支柱最好是由这种纤维形成的片状物，即并丝片、编织物、不织布中至少一种卷绕起来形成中空状的结构；具体来说，最好使用比如将该纤维的线束形成并丝的片状物、或纺织物，再将其卷绕成片状绕制结构。另外，如不使线束片状化，而直接多重卷绕于芯体上，也可形成中空卷绕结构，可将其叫作线绕制结构，使用这种结构也是很好的，当然了，如将上述两种结构并用，构成纤维强化层也是非常好的。
在这类支柱中，为利用高强度纤维的强力来强化这类支柱的强度，最好是采用在上述这些片状物或线束中至少一种成分在这类支柱圆周方向成平行并丝的结构，具体来说就像钓鱼竿上应用的那种结构。另外，再进一步说，为改善与树脂的粘结性，这些片状物或线束最好是进行放电处理或亲和基体树脂处理。
进而，把最表层的强化纤维层作为从外部可目视的线束结构层，而且，基体树脂用的是透明树脂的话，线束结构层的花纹可以作为装饰原样利用，因此从图案设计上来看是很好的。这里所说线束结构是指织物或线束的卷绕结构，而且为从外部可目视这些结构，平面上可见的线束宽度至少1mm以上，最好是2mm以上。而作为织物的具体组织，平纹组织、斜纹组织、锻纹组织为基本结构形式，为适应装饰之目的，可灵活运用由这些基本组织演变出来的组织。比如，在斜纹组织情况下，由于尽可能将组织做大，以便得到大的可见花纹，而在锻纹组织的情况下，由平纹组织、斜纹组织组成尽可能小的组织点，可以得到非常平滑而有光泽的花纹。
其次，作为用于纤维强化复合材料的基体，为达到重量轻的目的，其比重越小越好，从这个意义上来说最好使用树脂。这种树脂可以使用天然树脂，但最好是使用高分子合成树脂。在合成树脂中也是最好使用热性能与机械性能优良的热硬化树脂。而在热硬化树脂中最好使用苯酚系树脂、环氧树脂、不饱和聚脂系树脂，以求其韧性强、加工性能良好。
如上所述，由纤维强化复合材料成型的体育用支柱的中空管，特别是在减轻重量方面，比现有的金属制支柱有很大的改善。而在弯曲强度、弯曲刚性方面也具有与金属制支柱同样的性能。但是，在当过大的载荷加于支柱时引起的破坏特性方面，金属与纤维强化复合材料间很可能产生差异。即，载荷与弯曲的关系，对于纤维强化复合材料，直至破坏都显示为弹性特性，而对于金属，在达到某一载荷之前，显示为弹性特性；而一旦超过了屈服点，刚性大大降低，则显示为塑性变形特性。即在二者承载能力相同水平下，金属显示韧性断裂，而纤维强化复合材料显示脆性破坏特性。从而，在实用上，当有不可预料的过大载荷加于支柱上时，金属管的破坏可以及早得知，这一点是金属优于纤维强化复合材料的地方。
因此，若把构成体育用支柱的中空管做成纤维强化塑料与金属的混合结构，可以弥补两者的缺点，从这个意义上来说，要比仅用纤维强化塑料做成支柱更好。这里所说的混合结构以纤维复合材料与金属成层状粘合起来为好。关于层状结构，没有什么特别的限制，但在加工工艺上最好是中空管内层一侧粘合以金属层的结构。即一般由纤维强化复合材料成型中空管时，按前述办法将由该纤维形成的片状物或线束卷绕于叫做铁心的金属棒芯上。如果使用金属制中空管来代替这种铁心的话，可以省去通常需要做的铁心拉制工序；同时，可以得到混合结构之目的。关于这种金属制中空管的材质也没有什么特别限制，但为减轻重量以选择铝等比重小的金属为好。另外，关于其壁厚，必须综合考虑重轻与防止脆性破坏两种因素来决定；并依中空管的直径与使用的金属种类而变化；但在卷绕强化纤维片状物的工序中，其最低限度必须是具有能够耐受滚床(ロ-リニグテ-ブル)以及3根滚子等的轧压以上的厚度。
其次，在本发明中，在将多根纤维强化塑料制中空管配合连接，并赋予伸缩机能时，采用新型螺旋式伸缩机构。即在赋予螺旋式内藏伸缩机构以防随转机能时，鉴于现有钢制品中切削内管、做成导入沟等进行的切削加工不仅招致了管本身强度的降低，而且不可避免的成本提高的事实，不采用这种办法，而使用棒状物、采用特定的防随转机构。
关于本发明的伸缩机构借图加以说明。本发明的伸缩机构是，一方内管中设有螺母部，而另一方之外管内部设有螺杆回转机构，将该螺杆配合于前述螺母部；再通过伞形齿轮使该螺杆回转机构的螺杆回转，以此使前述内管升降，这种方式的特征在于，前述一方中空管上固定的棒状物贯穿了另一方中空管上固定的贯穿孔，以此起到防随转作用。
图1示出了应用本发明的排球用网柱的整体构成图；图2是表示其内部升降机构的断面图。下边借这些图来说明本专利的网柱升降机构。1是外管，2是内管，两管像望远镜筒或天线那样配合连接，由内管的升降来调整支柱的高度。在升降网柱时，首先将升降用手柄4插入外管侧面上设置的手柄插入孔3中，转动螺杆转动机构，该转动机构能将转动传递给伞形齿轮5。由伞形齿轮将回转轴换向到与管轴方向一致；同时使内藏固定于外管内的升降用螺杆6转动；随着螺杆6的转动内管2升降。到此为止，是与现有的内藏式螺纹伸缩机构一样的。
本发明的特征是在于升降用螺母7的防随转机构。即，内藏式螺纹伸缩通过抑制螺母的转动而成为可能，当然，这种抑制转动不能妨碍内管的升降运动。因而，在现有钢制网柱上，在内管2的表面，加工出轴向导入沟，在该导入沟中配入外管1上设置的键，由该键在导入沟内的移动，不妨碍伸缩，又起到防随转作用。
本发明即是依靠这种与现有机构完全不同的方法而保证了升降用螺母的防随转作用。即采用了固定于一方中空管上的棒状物贯穿固定于另一方中空管上的构件的贯穿孔的机构。具体例子，由图2所示，将棒状物8平行而不接触螺杆6地固定于升降用螺母7上，再将该棒状物8贯穿设置于固定在外管内部的升降用螺杆固定台9上的导入孔10。图3上示出了本发明中使用的棒状物的一例(L型棒)；而图4是图2的A-A断面图，示出了将图3的L型棒以螺钉固定于升降用螺母7上的情形。图5是图2的B-B断面图，它示出了从升降用螺母7垂下来的L型棒贯穿设置于升降用螺杆固定台9上的导入孔10的情形。
由于棒状物的长度至少要比实用伸缩长度长，故棒状物8可沿导入孔10自由上下(升降)，可防止螺母的随转。棒状物的形状，不管是圆柱形、角柱形都行，但必须成直线形，而且必须没有阻碍沿长度方向移动的台阶、沟槽、突起等。棒状物的材质必须具有在防止随转时不会产生破坏与大的变形的强度与刚度，其他并无特别的要求。
另外，依本发明这样所构成的网柱的强度特性之改善效果依管的材质而有很大不同。即，为了达到减轻重量的目的，管的材质取用纤维强化塑料的话，其改善效果比之于钢制品显著增大。在要设置与现有钢制品同样的导入沟的情况下，就要进行从管表面深3mm、宽约5mm的切削加工，但为发挥由强化纤维的拉伸强度与拉伸刚性而形成的管子的弯曲强度与弯曲刚性，而由于切削加工后相当于沟深的纤维强化复合材料层的强化纤维的断裂，纤维强化塑料的强度几乎为零。强化纤维如果使用高强度纤维，会将中空管的壁厚尽量做薄，进行现有这种切削加工会招致致命的强度下降。因此，在由强化纤维复合材料成型网柱的情况下，必须采用不需进行切削加工的本发明之构成。
再者，本发明的体育用支柱，也可用于高尔夫球练习场以及棒球场等支承球网的支柱，具有一定强度而且重量轻当然也很重要，但其最大的特点是易于设置和撤去。本发明所说的体育用支柱，包括排球、网球、羽毛球、高尔夫球、棒球、或乒乓球等用的网柱，以及(英式)足球、橄榄球、美式足球、手球、或曲棍球等的门柱，乃至运动场上使用的各种支柱与栏架等各种框架。本发明的体育用支柱，若使用于设置与撤去比较频繁的体育馆等多用途场所之球类比赛的各种支柱，可以大大发挥其减轻设置与撤去时体力劳动的作用。如上所述，本发明的体育用网柱，由于广泛用于室内外进行的体育比赛，包括有棒状、框架，同时管的断面形状成中空形，不仅有圆形，而且有椭圆形、多角形等，可以适应各种使用目的而变化，可构成用于体育比赛的各种用具。
实施例实施例1作为排球用网柱制成了图1所示的伸缩式网柱。首先是由以碳化纤维丝作为强化纤维的纤维强化塑料做成网柱主要结构件的中空管。碳化纤维丝选择强度40g/d、拉伸弹性系数为30000kgf/mm2的高弹性型的，将环氧树脂为基体的片状预浸树脂布，以片状绕制法制成壁厚6mm的管状。作为片状绕制法的具体方法选用滚压法；作为层状型式，将一个方向的预浸树脂布相对周向成0°与±45°方向配置，以求强度上的均衡。在本网柱中，0°方向与±45°方向的均衡比设计为4∶1，以此来决定各个方向的层数。另外，在最表层使用了作为装饰用的5张锻纹组织片。将这些层状预浸树脂布首先在滚床上加以3kgf/cm2的压力，同时多层绕到铁芯上，卷成缠绕带后，在硬化炉中于130℃下硬化，最后抽出铁芯。将依本成型法得到的2根不同直径的中空管成望远镜筒式的配合，再安装主结构件以外的部分，即滑轮部分、绕线部分、升降用螺杆、螺母等，组装成排球用网柱。但在本实施例的网柱中，还要将图3所示的钢制L型棒固定在图2所示的升降用螺母7上，再将此L型棒贯穿升降用螺杆固定台9上设置的导入孔10。同时还要将L型棒的长度设计得足够长，以保证在螺杆伸展到最大限度时它也不会从导入孔中拔出来。再在所得到的网柱表面浸透透明环氧树脂，由纤维层可见的最表层组织，装饰成图6所示的样子。
比较例1在本比较例中，做成与现有钢制件同样的螺旋式升降机构。即，首先以与实施例1同样的方法以碳纤维为强化纤维制成壁厚6mm的中空管，对内管外表面进行切削加工，形成沿长度方向连续的深3mm、宽5mm的沟槽。将均配于该沟槽中的键设于外管顶端的内壁上，并使其配合于内管外壁的沟槽中，即组装起网柱。
比较例2是现有钢制排球用网柱的市售品，与比较例1同样，在内管外面切槽；在外管顶端内壁设键；而管的壁厚为5.2mm。
实施例2和实施例一样，以碳纤维丝作为强化纤维，由片状绕制法成型中空管，但是以壁厚1.0mm的铝管代替原用铁心作芯棒使用，从而得到铝与碳纤维强化树脂层的层状结构。铝与纤维强化树脂层成粘合状态，在实用上是足够的，不需要再专门用底涂料等。另外，所制得的中空管的总壁厚与实施例1一样，为6mm，内部升降机构也相同。
关于这些网柱的升降装置的操作性能与中空管的弯曲特性的评价结果如表1所示。所谓升降装置的操作性能主要是以不对网线施加拉伸的情况下、手动升降手柄使其转动的阻力来判断的。关于弯曲特性，可参考制品安全协会制定的排球器具安全性品质认定基准的确认方法。首先在保持支柱高度为2430mm的状态下，施加50kgf的初始拉力、展开网、稳定1分钟以上。而后，以此状态为基准，再加上200kgf的载荷，保持稳定1分钟以上之后，以量器测定其挠度。按照制品安全协会的认定标准，在钢制支柱上加上250kgf的载荷时，其挠度量必须在130mm以下。
如上所述，依本发明制作的排球用网柱由于是用碳纤维强化塑料制成，与现有的使用钢制网柱的比较例2相比，重量低于其1/3，不仅设置、撤去时的搬运工作性能，而且升降装置的操作性能也变得轻便、优良。另外，以相同的碳纤维强化塑料制成，仅是升降机构与现有钢制品相同的比较例1，就其操作性能来说，与实施例1无什么差别，但就施加上拉力时支柱的挠度而言，与施加拉力时之实施例1和比较例2相比挠度增大，以至于在挠度量超过200mm时，为防止出现危险而中止测定。这样，对于在内管实施切削加工的比较例1的支柱，很明显，呈现出了使比赛者心理不安的挠度，同时，强度上也大大降低，因而确认若不大幅度增加壁厚在实用上将是不可能的。在实施例2中，与实施例1比较，重量与挠度略有增加；升降装置的操作性能没有明显差异；而且在实际使用上，重量与挠度的差异几乎是感觉不到。根据以上结果，在将纤维强化塑料使用于网柱主要结构件的情况下，依照不进行切削加工的本专利的构成被判定为第一次全部满足了重量轻、升降操作性能、与弯曲特性(挠度)良好的要求。
表1
注重量中包括滑轮部分、绕线部分、升降用螺杆、螺母等。
权利要求
1.一种体育用支柱，其特征在于，多根纤维强化塑料制中空管配合连接起来，且内藏有螺旋式伸缩机构。
2.按权利要求1所记述的体育用支柱，其特征在于，固定于一中空管上的棒状物贯穿固定于另一中空管的构件上的贯穿孔。
3.一种体育用支柱，其特征在于，构成纤维强化塑料制中空管的强化纤维层，主要由纤维的片状物的叠层构造所形成。
4.按权利要求3所记述的体育用支柱，其特征在于，该纤维的片状物是将纤维丝朝一个方向并丝形成的片状物、编织物、无纺布中的至少一种。
5.按权利要求3所记述的体育用支柱，其特征在于，该强化纤维层是由将纤维丝朝一个方向并丝形成的片状物与从外部可目视的线束构造层的叠层构造所形成。
6.按权利要求5所记述的体育用支柱，其特征在于，长丝束构造层是织物。
7.按权利要求5所记述的体育用支柱，其特征在于，线束构造层是线束卷绕层。
8.一种体育用支柱，其特征在于，构成纤维强化塑料制中空管的强化纤维层是线束的卷绕层。
9.按权利要求5或8所记述的体育用支柱，其特征在于，平面上看的线束宽度在1mm以上。
10.按权利要求5或8所记述的体育用支柱，其特征在于，平面上看线束宽度在2mm以上。
11.按权利要求1或3或8所记述的体育用支柱，其特征在于，强化纤维的强度在20g/d以上。
12.按权利要求1或3或8所记述的体育用支柱，其特征在于，强化纤维的拉伸弹性系数在5000kgf/mm2以上。
13.按权利要求1或3或8所记述的体育用支柱，其特征在于，强化纤维的拉伸弹性系数在20000kgf/mm2以上。
14.按权利要求1或3或8所记述的体育用支柱，其特征在于，强化纤维是从聚酯系纤维、聚酰胺系纤维、聚烯系纤维、聚乙酸乙烯酯系纤维、聚丙烯腈系纤维、轻金属纤维、碳纤维、玻璃纤维中选出的至少一种。
15.按权利要求1或3或8所记述的体育用支柱，其特征在于，强化纤维是碳纤维。
16.按权利要求1所记述的体育用支柱，其特征在于，靠外管侧用高弹性纤维。
17.按权利要求1或3或8所记述的体育用支柱，其特征在于，金属层配置于最内层。
18.按权利要求1或3或8所记述的体育用支柱，其特征在于，基体树脂是透明热硬化树脂。
全文摘要
本发明涉及轻、强韧、易于设置和撤除、外观优美的网柱、标杆及其他运动场用支柱。本发明的运动用支柱的特征是,多根纤维强化塑料制中空管,使其相互配合连接,且内藏螺纹伸缩机构,在这样的体育用支柱中,固定于一中空管的棒状物(8)贯穿固定于另一中空管(1)的构件(9)的贯穿孔(10)。这样做成的支柱,具有耐很大弯矩的强度,重量大大减轻;由于采用了特殊的防随转机构,强化纤维不会断裂,管子强度不会降低,而且具有伸缩机能。
文档编号A63B61/02GK1188421SQ9619480
公开日1998年7月22日 申请日期1996年10月4日 优先权日1996年10月4日
发明者浅田康裕, 山本英行 申请人:东丽株式会社