专利名称:用于球赛的球的制作方法
本发明涉及一种如排球和足球之类用于球类赛中的球，具体地说是关于具有纤维层的球，作为加强层的纤维层是通过把许多块织物缝合而成的。
至今为止，上述各类用于球赛的球的技术领域：
中，已知有一种球结构包括橡胶制的壳体，纤维层，橡胶薄层及皮制层(例如美国专利第2，091，455和2，244，503)。美国专利号为2，091，455和2，244，503公开了一种球的结构，它包括橡胶制的壳体，纤维层，薄橡胶层及表层。作为加强层的纤维层是通过把许多壳状的纤维块缝合而成。而且，已知还有一种纤维层是通过把许多纤维块一块一块地搭接并粘贴起来而成(例如，美国专利第2，653，818和4，239，568，及日本已审定的专利公告号8519/1956)。美国专利第2，653，818公开了一种如橄榄球之类非球形的°赛球(球为椭圆状)，其中加强层的纤维块粘在事先处于鼓凸状态的囊状软壳上，使该壳体在椭圆短轴方向的外形保持不变。美国专利4，239，568和日本审定的专利公告号8519/1956公开了一种球，其中纤维层是通过二层布条以这样的方式粘贴到球状体上，即每一块布条的边缘互相叠合。现在大部分生产的球类产品(如排球)所采用的加强层是把数千米线(如尼龙)缠绕到壳体上裹线层而成(例如美国专利4，333，648和日本审定专利31934/1983)。由缠绕线组成的加强层有缺陷，尽管其加强性能很好(即指球形度和耐用性)，但球撞击人体时让人感到不舒服。在美国专利4，333，648和对应的日本已审定专利31934/1983中，采用橡胶线与尼龙线混合来克服上述的缺点。
最近，在女子排球、少年足球及其它方面，人们有一个很强的愿望，即要求排球或足球撞击人体时能减少痛感，且碰到手或脚时有一个舒适的感觉。
然而，用缠绕线制成的加强层很难达到柔软的感觉。发明人经过广泛的调查研究，发现把众多的织物纤维块及类似物缝合起来形成容纳壳体的球面来代替由缠绕线组成的加强层后，给人以更舒适的感觉。为此发明人对各种具体的结构作了研究。
由于缝制的纤维层不仅要给人有良好的感觉，而且还要有很好的尺寸稳定性，球形度及耐用性，所以对材料的质量，形状，毗连的纤维块的缝合结构及其它有一个严格的规定。
在美国专利2，091，455和2，244，503中，所采用的结构包括橡胶制的空心壳体，一层纤维层，一层薄橡胶层及一层表层，由于缝合部分在球面上不是均匀分布的，所以几乎不可能保持球的球形度;缝合部分的强度与其它部分不一样，即缝合部分的强度比其它部分高;径线和纬线方向分别相同;还由于两极的存在，使应力分布不均匀。而且还有一个缺点，即本来在纤维织物偏斜方向可给人舒适的感觉的效果由于完全由缝合部分组成的圆周线的存在而丧失，因此，在目前还没有人制造过上述结构的球。
而且，在美国专利4，239，568和日本审定专利8519/1956中，球内的纤维层是通过把众多的纤维块粘合起来而成的，但由于纤维块仅仅是互相叠合，所以机械强度(如接合部分的抗拉强度)较差，还存在着球形度和耐用性差的问题。而且还有这样的缺点，即随着时间推移，球变形增大。此外还有一个问题，根据所述的具有这样结构的球，其纤维块接合部分比纤维块其它部分厚，因而在球面上产生了不平现象，即称作透镜现象。例如在传递排球时，该现象可使球传递出现差错，这是因为手碰到球上的不平处而造成的。当手击球时，该不平处给人以一种疼痛感。这样的球没有什么商业价值。
为了克服上述缺点，采用一种办法，例如通过把另外的纤维块粘结到球的凹形部使纤维层的厚度相同。结果，由于厚纤度层及夹在中间的粘胶，纤维固有的那给人良好的感觉大大地减弱了。可以推测，由粘结的纤维块组成的纤维层的球旨在改善碰撞人体时的感觉，同时牺牲了其它因素，例如球的球形度和耐用性。本发明的球不仅比这些球有更好的感觉，而且还满足诸如球形度和耐用性之类的其它因素。
可以想象，在上述由粘结的纤维块组成的球中，为改善球形度，尺寸稳定性和耐用性，把以上所述的纤维层粘结起来并用数层纤维层以达到加强效果。但是，这种由数层纤维层叠放起来的纤维层很难使球具有满意的特性，如球形度，尺寸稳定性和耐用性。
本发明是要解决上述的问题，且本发明的一个目的是提供一种具有良好的球形度，尺寸稳定性和耐用性的球。
本发明的球包括由许多相互缝合的纤维块而形成的纤维层球面。纤维层满足下列条件即在纤维层上可任意选定一条缝线作为周围线，其它缝线则以一定的间隔均分未缝部分。而且，球面上被许多包括所有缝线的圆周线所分割的小块具有同样的形状。
纤维层可通过这样的方式制成，即把一对对近似梯形的纤维块对称地缝合起来，该纤维块由两条向外弯曲且大致平行的长边A和B(其中A和B满足A＞B的关系式)及两长度相同的短边C(其中B和C满足B＝2C)组成，两纤维块形成等边四边形(在球面上形成的四边形，其四边不是直线)，然后把六个上述的等边四边形按下列的方式缝合起来，即邻接的等边四边形的中央缝线互相垂直，这样就形成一球面。
由一条任意选定的缝线延伸而成的假想圆周线上，任选的缝线和其它缝线均分未缝部分。因此，甚至在上述的圆周线上，在未缝部分的纤维织物偏斜方向上也不会削弱这种柔软感。
而且，若干个包括全部缝线在内的圆周线满足上面提到的条件，这些圆周均布在球面上，也就是说，球面上所有被圆周线分割成的小块具有相同的形状。
由于各缝线形成的圆周线并不密，且在球面上均布，纤维织物的伸长能力(即给人的舒适感)达到最大值。这种特性均布全球面。
图1是本发明纤维层第一个实施例的前视图;
图2是第一个实施例中的纤维块前视图;
图3是剖面图，表示第一个实施例的纤维层中的放置口，其中纤维层还没有受到张力的作用;
图4是沿图1中线Ⅰ-Ⅰ截取的剖面图;
图5是沿图1中线Ⅱ-Ⅱ截取的剖面图;
图6是表示第一个实施例纤维层上的圆周线位置的前视图;
图7是第一个实施例纤维块的拉伸特性曲线;
图8是表示按第一个实施例而做成的排球前视图;
图9是沿图8中的线Ⅲ-Ⅲ截的剖面图;
图10表示第一个实施例另一经过改进的纤维块的前视图;
图11是表示本发明第二个实施例气阀部分的剖面图;
图12是部分前视图，显示第二个实施例中在气阀部分周围的纤维层的表面状态;
图13是前视图，显示在第二个实施例中所形成的纤维层的状况;
图14是显示按第二实施例制成的球的前视图;
图15是表示第二个实施例中块件的另一改进形式的剖面图;
图16是表示第二个实施例中块件的又一改进形式的剖面图;
图17是本发明第三个实施例的主要部分透视图;
图18是表示第三个实施例中采用片状粘结剂的加强结构的剖面图;
图19是剖面图，表示第三个实施例中采用图18所示的片状粘结剂的加强结构的另一改进;
图20是表示第三个实施例中采用粘胶的加强结构的剖面图;
图21是球撞击波形曲线图;
图22(a)是显示两种不同的撞击波形的曲线图;
图22(b)是曲线图，根据图22(a)所示的波形，表示了与图22(a)所示波形对应的傅里叶变化的敏感频率(W)和能谱的关系;
图23是分贝-频率特性曲线图，表示通过快速傅氏变换来分析各种不同结构的球的波形;以及图24-26是表示球加压试验前后外形被放大了的图。
现在来详细介绍一下本发明的实施例，这里把本发明的特性应用于排球上。
图1～9表示本发明的第一个实施例。
在图1～3中，数字1表示壳体，里面可充压缩空气。该壳体是一个空心球，由具有低透气性的异丁烯-异戊间二烯橡胶制成。给壳体1打气的阀装在壳体上。通过阀，打入空气，使壳体的内压升高到大约0.4kg/cm2至0.5kg/cm2。数字2表示覆盖壳体1并用作加强层的纤维层。该纤维层是通过缝合十二块近似梯形的纤维块3来组成一球面而成。每组纤维块以这样的方式互相缝合，即它们的最长边被缝合起来，这样制成了对称于中央缝线的等边四边形(在球面上，故四边非直线)块5。六个等边四边形块5均按上述的方式制作。块5以这样的方式缝制成一球面，即每条等边形中央线4与邻接的中央线互相垂直。数字6是放置口，通过让等边四边形5的部分中央缝线4不缝合而得到的。具有放置口6的等边四边形5的中央缝线4分别在两端被缝合数厘米。也就说，中央缝线4的中间未缝合。在中央缝线4上形成一个放置口6的原因是这样的，比如在等边四边形5边上形成开口6，中央缝线4下的接缝7a余量在上述的边和中央缝线4相交处伸入纤维层的表面，由于接缝7a和7b余量的叠加，形成凸出物，产生“透镜”现象。
纤维块3的形状近似于梯形，该梯形由两条向外弯曲且大致平行的长边A和B(其中A和B满足A＞B)及两长度相同的短边C(其中B和C满足B＝2C)组成。这些纤维块3被切成稍大于如图2虚线表示的能覆盖壳体表面的尺寸，因此，纤维块3留有大约1厘米宽的余量。上述虚线是一条缝线8。如图2所示两长边A和B互相并不严格平行，这是因为它们以相反的方向弯曲，由于它们边的顶角连线互相平行，所以在本说明书中只说近似平行。还由于它们每边呈弯曲状，所以纤维块3能完全覆盖住整个球面。
纤维块3被叠合起来，通过机器在缝线8上用线9把它们缝合形成一个袋。为了改善缝合部分的强度，每一接缝7a的余量被折回180°并用粘结剂粘到纤维层2的内表面(无图示)。而且，接缝7a的余量也可被叠合起来并以一个方向折回，且在粘结剂中浸一下以加强缝合部分。当缝合步骤完成以后，袋状纤维层2在放置口6处翻过来。因此，纤维层2的接缝7a的余量位于纤维层的内侧2。
通过放置口6把壳体1装进纤维层2中，接着接缝7b的余量被叠合起来并缝合形成纤维层2。不象接缝7a的余量，接缝7b的余量是位于纤维层的外侧。
下一步把接缝7b的余量折回180°，如图3所示，用粘胶将接缝7b的余量粘到纤维层的表面。之后，压缩空气通入壳体1，使之鼓凸起来。因此，如图4所示，纤维层2伸长。对应于纤维层2的伸长，粘胶10和接缝7b的余量也伸长，使纤维层表面平缓，所以不会产生“透镜”现象。
在另一方面，位于纤维层2内侧的接缝7a的余量而引起的不平度被壳体1所缓和，见图5，因此保持了纤维层2的球形。
在图6中，各圆周线由缝线的延长线所组成。在图中，点划线表示缝线。用细实线表示的圆周线D对应于等边四边形块5每边的延长线的边，而用粗实线表示的圆周线E表示对应于中央缝线4的延长线的圆周线。在该实施例中，有六条圆周线D，其中在等边四边形5的每个顶角有三条相交，它们之间的夹角为60°，另外在中央缝线4的中间有二条相交，其夹角为90°。还有三条圆周线E，它们之间相交互成90°角。在圆周线D上，缝线与未缝线的长度比例为1∶1.5(实际长度为12cm比18cm)。圆周线D上有二条缝线和二条未缝线，间隔布置，比例是1∶1.5∶1∶1.5。在圆周线E上，缝线与未缝线之间的长度比例为1∶1(实际长度为15比15)，位于圆周线E上的两缝线和两条未缝线等距布置。
由上述九条圆周线D和E分割成的割块形状为三角形，其三个角的角度分别为60°，45°和90°(在球面上)。纤维层球面上有48块这样的三角形割块。上述的三角形是由向外弯曲的曲线组成。每个角的角度就是该点的切线所夹的角度。
缝线与未缝线的长度比例基本为1∶1.5或1∶1，它们均间隔布置。因此由缝线和未缝线所带来的结构上的差别对球形度影响减少到最小。
纤维块3在经线方向上的强度通常不同于纬线方向上的强度。也就是说，经线方向上的强度大于纬线方向。因此，当纤维层2由纤维块3缝合而成时，由于壳体1的内压，纤维层在纬线方向上的延伸率大于经线方向。由于这种不等的延伸率，缝线与包括缝线在内的圆周线不完全一致，有时相对于圆周线弯曲大约数毫米。即使在这种情况下，由于本发明中的每一纤维块3的经线方向互相有规则地排列，这样可互相抵消使球不变形。因为球的变形量最大允许达到2毫米，所以纤维块3和等边四边形块5的变形量也允许在上述的范围内。即使由于缝线有规则的排列而使变形互相抵消，但缝线并不与包括缝线在内的圆周线完全一致。在这种情况下，可以认为缝线与圆周线基本一致。这种情况完全落在本发明允许变形范围之内。
至于纤维3的材料，可用聚酯纱(65%)和棉纱(35%)的混纺纱、尼龙(100%)、聚酯(100%)和类似原料的短纤维平纹织物。可用一种纬纱数从30～30至150～150的纤维(每英寸的纱线数)。所用的缝纫线，包括缝纫机用芳族聚酰胺纤维线、尼龙和具有纱线支数30至40的聚酯，抗拉强度高。所用的缝纫机针距为1.5mm。
如图1～2所示，在每块等边四边形5中由短纤维组成的纤维块的径线方向a对称于中央缝线4，并与线4的倾斜角为45°。图2中的箭头b表示纬线的方向。倾斜度一般保持在20°～70°之间。如果倾斜度低或高于这个范围，球的球形度就变差。这就是;当倾斜度为45°时，球的变形限制在不超过0.5毫米左右。在另一方面，当倾斜角在大约20°或70°时，变形量大约为1毫米。这种1毫米的变形量对球的飞行路线并不起很大影响。
因为纤维块3是由短纤纱织物组成，所以从微观角度看，在纱线表面有大量包含短纤纱的绒毛。因此，当使用平纹织物结构时，径纱和纬纱之间能获得大的织造强度。因此，织物在偏斜方向的强度较大，如果中央缝线4的方向与织物偏斜方向相合时，织物的变形量较小。
由于壳体1上装有压缩空气，所以纤维层2总是处于一定的张紧状态。在上述张紧状态下，要合理选定材料的质量，厚度及纱的其它因素，使其处于复合状态，在此状态下，结构伸长大致达到最大值，而纱线本身将要拉长。如图7所示，在不到伸长率P和由壳体1所加的负荷时，纤维层2处于稳定状态。在图7中，O到P部分表示结构伸长，超过P值时表示纱线伸长。例如，由聚酯(65%)和棉(35%)纱线组成的短纤平纹织物的结构伸长率最大能达到5%左右，这时在径线方向加载3公斤，在纬线方向加载1.8公斤。把纤维层2的结构伸长保持在最大值的理由如下当纤维层2的伸长低于上述值时，就会出问题，即壳体1里的气压不能保持在预定的值，球的形状也不能保持在预定的尺寸，球使人的感觉变差。相反，当纤维层伸长超过上述的值时，由于球太硬，也会出现使人感觉不好的问题，而且由于影响缝线精度，很难保持球形度。
图8和图9显示了具有上述构造的排球成品，其中数字11是橡胶制的薄层11，称为覆盖纤维层2的中间层，数字12表示皮革块，它在整个圆周上都很薄，用粘胶之类的粘结层13把它粘在橡胶制的薄层11上。皮革是由十八条近似条状的真皮或人造革组成。
为了使球较轻一些，皮革块12也可直接用粘结剂粘到纤维层2上，不用橡胶制薄层。
图10表示了一种对第一个实施例的改进，其中径线a的方向平行于中央缝线4。在这种情况下，用由尼龙、聚酯及其它制成的连续长丝织成的织物来作为纤维3的材料。术语“连续长丝”意思是纱线只由一根连续的长丝线组成的单丝，或由几根连续长丝加捻而成的复丝。在上述的纤维块3中，纱线的表面较平滑，径纱和纬纱很容易在其接触表面相互滑动。因此径线a和纬线b方向上的张力很大，而织物的偏斜方向张力很小。当织物由连续的长丝组成时，同短纤维纱的织物比较，上述的张力差就显得很大。因此，通过让径线方向(该方向纤维的张力很大)与中央缝线方向(即纤维块3的纵向)相一致就能获得很高的球形度。
正如上面所说的，本发明中的纤维层由许多纤维块组成，它们被缝合起来，使球有良好的球形度，尺寸稳定性及耐用性。而且，在纤维层上有一条任意选定的缝线延长线作为圆周线，其它缝线以一定的间隔等分未缝部分。还有，包含所有缝线的圆周线把球面分成具有相同形状的小块。圆周线不完全由缝线组成，因此，在含缝线的圆周线上也能获得纤维织物那样柔软的感觉。
包含缝线的圆周线把球面分成很多具有同样形状的小块。即圆周线均布在球面上，因此缝线对球的球形度，尺寸稳定性和耐用性的不良影响也在球面上均匀分布。因而由于球面上位置不同而引起的感觉差别随时间推移产生的变形及其它减少至最小值。这样可以完全获得纤维织物固有的柔软感觉。
下面将解释本发明的第二个实施例。
在象排球这种普通的球其纤维层2上开有装阀橡皮的小孔，这就产生了问题，即由于不断地重复使用，在绕小孔的部分凸起来，引起整个球变形，这是因为绕小孔比周围其它部分强度要弱。为了解决这个问题，采用本发明的第二个实施例，下面来说明其结构，其中进气阀装在第一个实施例所说的排球上。
在图11中，数字1表示充有压缩气体的壳体，数字14是固定在壳体1上的气阀，及数字15是装在阀14内的阀橡皮。阀橡皮用来给壳体1充气。数字2是纤维层，及数字16是表示直径约2～4厘米的圆形块件，它由纤维块17和橡皮块18叠层组成。块件16有一个开在纤维层2上的小孔19相重合的小孔20。橡皮阀穿过小孔19。该块件放在纤维层2与壳体1之间，围在小孔19周围通过缝纫线21把它缝到纤维层2上。块件16用粘结剂(如粘胶)粘在壳体1上。数字11和12分别为橡胶制薄层和皮制层。
图12显示装有气阀的纤维层2的部分表面。数字19和20就是上面提到的小孔，数字16是位于纤维层2下面的块件。数字21是一根把块件16的纤维块17缝接到纤维层2的线。线21位于小孔19和20的周围。
图13表示包括纤维层的半成品球。小孔19(图13未示)大约做在纤维块3的中央。块件16以这样的方式放在纤维块3上，即小孔19和20相重合，并且块件缝接在纤维层2上。然后，通过放置口把纤维层2翻过来。下一步就是把没有气的壳体1通过放置口放进纤维层内。然后把放置口6缝合。壳体1上的阀14位于纤维层2的小孔19上。给壳体1打气，使纤维层2上的粘胶粘到壳体1上，所用的粘结剂跟以前用在块件16上的一样。
图14显示具有上述结构的排球成品，其中数字12是由十八块真皮或人造革组成的皮块。数字22是一个小孔，它使皮块12上的阀橡皮15穿进去。
图15显示了块件16的另一个实施例，其中橡胶块18整体地同纤维块17的一面相接合。
图16又是一个块件16的实施例，其中橡胶注入纤维中。当用这些块件16时，用缝纫线21把橡胶部分及纤维部分一起缝接到纤维层2上。块件16的形状并不一定要做成圆形，它也可以是诸如正方形之类的形状。根据上述的这些结构在装有阀橡皮的小孔周围放有块件16，以加强纤维层2，小孔周围的缝纫线用来进一步加强纤维层2。因此，在小孔18周围的纤维层2的纱线不会有断裂的危险，原先断裂部分不会扩展，这就解决了一直存在的球膨胀和由橡皮阀部分引起的变形问题。
下面来谈一下本发明的第三个实施例。
缝制的纤维层不仅使球有上述的柔软感觉，而且还使球有较高的尺寸稳定性，球形度及耐用性。但是，在这种情况下，纤维缝合部分会产生裂口。实际上，已公开的美国专利2，091，455有这样一种缝接结构，即缝接部分伸向壳体的缝接结构，压缩试验的最大值约为150，000次(试验中，直径方向重复压缩了33%)。上述的问题仅通过把在壳体1表面上构成纤维层的纤维块的接缝余量折回180°来解决。根据上述的结构，尽管缝合部分强度有了改善，但却使加工过程变得复杂，即需要把接缝余量折回180°，用粘结剂或其它类似物维持接缝余量的折回状态。
在本发明中，用下面描述的第三个实施例的结构就可克服上面存在的问题。
图17表示第三个实施例的缝接部分。如图17所示，当没有打气的壳体1放进由纤维块3拼合成的球袋状纤维层2时，放置口密合，然后缩空气打入壳体，壳体鼓起来，壳体同纤维层2的内表面弹性接触，给壳体1一个内压。接缝7a的余量通常向同一方向折回并缝合起来。但是，该接缝余量有时在中部的折回部分不太规则。例如，中部折回方向与两端折回方向相反，或中部的接缝余量各以相反方向折回。在图17中，接缝余量是向右侧折回。折回状态并不能人为决定，它由所用的壳体1的内压不同分别来决定。因为缝合部分23使用了或注入了加强剂，具体地说是一和粘结剂，使缝合部分23具有较高的强度，因此不会产生裂口从缝合部分23上扩展开来的的现象。
图17中，数字24是渗入缝合部分23的加强剂。加强剂填在缝合部分的径纱和纬纱之间的间隙，使它们牢固地连接起来。还把加强剂填入缝纫线9周围的孔上，以防止这些孔扩展。至于加强剂的材料，可用诸如尿烷粘结剂，例如由DAINIPPON INK & CHEMIC-ALS有限公司制造的CRISVON AH-420(注册商标)，或由TAKEDA CHEMICAL INDUSTRIES有限公司制造的，注册商标Takenate A-353(主要加强剂)及注册商标Takenate A-3(硬化剂);还可用尼龙粘结剂，例如用由DAINPPON INK & CHEMICALS有限公司制造的Luckamide5003(注册商标)。
纤维块3叠合以后，缝纫机上的线9沿缝线8把纤维块两两缝合起来。在缝合过程中，象粘结剂之类的加强剂很成功地从布置在缝纫针前或后的喷嘴(未示)流出来，喷到缝合部分23上。结果加强剂24注入以缝线8为中心线的纤维层约5毫米宽的范围。注入层的宽度从3毫米至10毫米不等。使用加强剂24部分可能会移到接缝7a的余量的一面。当用在接缝7余量上的缝纫线9压紧纤维纱所引起的张力时，接缝7a的余量的加强部分能防止纤维纱的断裂。上述具有加强纤维层2的球赛球的耐用性是由33%压缩试验机测定的。结果，经过250000次压缩循环后球并没有产生裂口。
图18和19表示对第三个实施例的改进，其中带状或片状热熔型粘结剂用作加强剂。在图18改进了的结构中，其中约10毫米宽的粘结片夹在位于缝合部分23处的两叠合的纤维块中，且粘结片25和两纤维块由线9缝合。图19改进结构中，两纤维块迭合，粘结片又折到被迭合的纤维块外边，然后用线9缝合纤维块及粘结片。在图19改进了的结构中，粘结片25放在具有较小折度的接缝7a的余量的一面，因为小折度的缝合部分23机械强度弱。当缝合两邻接的等边四边形块5时，该两片接缝7a的余量的折向由上面提到过的接缝7a的余量折回方向和缝合接缝的方式决定。这样，接缝7a的余量的两端均在一个方向折回。因此，接缝7a的余量的中间部分也几乎跟二端的折回方向相一致，在特殊情况下，中间部分的折回方向跟两端相反。因此，如果要求整个接缝7a的余量有一个可靠的渗入层，图18中的结构优于图19中的结构。
可用聚酰胺粘结剂来作为前面提到过的粘结片25，例如由日本VILENE有限公司制造的Sofset(注册商标);也可用聚酯粘结剂，例如由TORAY INDUSTRIES有限公司制造的Kemit(注册商标);或用其它的粘结剂。
当把球放在模子时以后进行固化橡胶制的中间薄层11时，或当把皮革块12粘到放在模子里的球表面上时，上述的粘结剂25加热熔化渗入到纤维层2的缝合部分23中。采用液体粘结剂来加强缝合部分时，用上述的方法，也能得到同样的结构。
图20显示了对第三实施例的另一个改进，其中粘胶26用作加强粘结剂。粘胶26加在壳体1表面的缝合部分23上。粘胶26并不渗入纤维层2中，但在纤维层2的表面形成一薄层。因为粘胶26干了并形成粘结层以后具有弹性，所以不会引起缝合部分23硬化的问题。因此该粘胶26用在这种类型的球中是比较好的。由压缩试验机试验结果表明，具有用天然橡胶粘质作为粘胶26来加强纤维层2的球被证明有很好的耐用性，即该球能经受住大约200000次循环的压缩试验。
根据第三实施例的结构，由于加强剂24渗入起加强层作用的纤维层2的缝合部分中，用来提高缝合部分23的强度，所以整个纤维层2的耐用性有了提高。此外，在第三实施例的结构，能够简化纤维层2的加工程序，这是因为缝合部分23由加强剂24得到加强，所以折向壳体1的接缝7a余量可以舍去(即不需要把接缝余量放在一起折回180°)。
下面谈一下本发明的具有上述结构的球的“感觉”。象排球和足球这类赛球撞击人体时人的感觉是一种大脑刺激过程。刺激作用有量和质二个方面，我们在日常生产中经常遇到，如果刺激量等同，那么所获得的不同感觉取决于不同的刺激特性。在考虑这个刺激特性时，这里使用一种基于频域的方法来评价人对球的感觉，即用傅里叶变换的数学方法来分析撞击波形的频谱。用这种方法得出的结果与传统的靠专家来感觉的办法得出的结果很相符。
一般人的感觉系统被认为是差别型的。即人对平稳的刺激不敏感，而敏感于不规则的刺激。例如，当把一个轻物体放在手上时，人对其重量的感觉是在刚放在手上时，但随着时间的推移，感觉也就变成不明显了。这种众所周知的现象不仅在触觉上存在，而且在视觉，嗅觉和其它感觉方面也有这种现象。基于这个事实，人们发现刺激随着时间的推移而变化对人的感觉很重要，因此，不仅要分析刺激的量，而且还要分析刺激的组成，这在检验人对球的感觉时很重要。
陡的撞击波形在单位时间内有很多梯级，即人能感觉的最小触觉梯级(Fechner′s可感觉的差值)，而平缓的撞击波形只有几个梯阶。这就是说，可以认为单位时间内的触觉梯阶数同人对球的感觉有关。单位时间内的触觉梯阶数对应一个频率。在本说明书中，这种频率是指“敏感频率”。在经傅氏变换的撞击波形中可以看到撞击波形中包括多少个和什么样的敏感频率。傅氏变换的撞击波形称为功率谱M。通过功率谱M的值可以评价人对球的感觉，即撞击感觉。
傅氏变换的数学处理方法如下。根据下面的公式进行傅氏变换F(W)(其中W是敏感频率)。
F(W)＝∫∞-∞F(t)e-jwt·dt (1)(其中F(t)是图21所示的撞击波形)在公式(1)中，F(W)一般是复数，由下面的公式表示F(W)＝A(W)ejφ(w)(2)(其中A(W)和φ(W)分别代表振幅和相位)功率谱M(W)由下面采用的共轭复数F＊(W)得到，其中假定人对球的撞击感觉与相位无关。
M(W)＝F(W)·F＊(W)＝A2(W) (3)
在实际运用时，通过计算机可以找出F(W)和A(W)。用于处理的FFT算法(快速傅氏变换)已经有了发展。用上述步骤可以找出功率谱M。各种类型的功率谱M的波形据原来波形而定，有各种形状。对应于图22(a)的波形A和B的功率谱M如图22(b)所示。区域不同所对应的曲线形状也不同。在时间区域里(图22(a))，A和B信号的差别由倾斜程度来表示，而在频率区域里(图22(b))，倾斜度的差别用垂直线来表示。此外，在图22(b)中，功率谱Ma或Mb所含的一定的敏感频率W是原来波形的总的W，这样有可能清楚地比较感觉的差别。在图22(a)和22(b)中，波形A和B相对尺寸的关系倒了过来，波形A的功率谱在W处的值比波形B的值大的原因是因为波形A比波形B陡。一般来说，在时间区域小的波形差别在功率谱区域就放大了。因此，如图22(a)中按时间区域的曲线的微小差别在图22(b)中按频率区域的曲线中可清楚地看出。实际中各种类型的球的撞击波形几乎一样，但如果用傅氏谱就能清楚地把它们区分开来。
通过人的感觉系统的特点同傅氏变换的特性相对应就能得到下面的结论。使人对球撞击感到柔软的撞击波形在高频区具有小功率谱，即单位时间内只有几个敏感梯阶。参看图22(a)和22(b)，可以得出波形B比波形A的感觉要柔软的结论。这个结论与专家得出的结论一致。根据球的撞击，感觉削弱是由于功率谱M的迅速减少。很容易区分出感觉削弱与柔软感觉。另外，给人硬感的撞击其特征为功率谱分布较宽，即该撞击具有很多梯阶。因此，也很容易区分出撞击给人是硬感还是柔软感。
图23显示了用快速傅氏变化来分析具有各种结构的球的撞击波形的波形图，其中纵坐标轴代表化成分贝的功率谱值，而横坐标代表频率。在图23中，曲线A至D表示下述结构的球的波形。
A根据本发明实施例的结构，其中纤维层材料采用短纤纱平纹织物，它由聚酯(65%)和棉(35%)的混纺纱织成。
B是由带涂胶的浸渍棉织物所构成的加强层的结构，把二层浸渍棉织物贴在壳体上。这种结构类似于公开在美国专利4，239，568和日本审定专利8519/1956中的先有技术。
C由数千米尼龙线缠绕在壳体表面而形成加强层的结构。该结构类似公开的美国专利4，333，648，已属于先有技术。
D由数千米尼龙线和棉纱线缠绕在壳体上而形成的加强层的结构。
在图23中，在高频区曲线A的dB(分贝)值最低，而曲线D的dB值最高，即在频率大约为120HZ至200HZ之间。从图3中可以发现，曲线A的球给人的感觉最好，而曲线D的球给人的感觉最差。实际上，曲线D的球给人有一个硬的感觉，这是因为采用了延伸率比较差的棉纱线。在图23中从A至D的感觉度变化顺序正好与专家测定的顺序一致。
下面谈一下球的球形度。下面表1显示了具有上述各种结构的排球A、B和C进行压缩试验所得的结果(进行500次33%的压缩)。在下表1中，“球形度”指最大半径和最小半径差。
表1半径(mm) 球形度(mm)球A 新球 99.0 0.83试验后的球 99.2 1.23B 新球 99.2 1.07试验后 99.7 2.37C 新球 99.3 0.83试验后 99.5 0.88图24至26分别是上述球A、B和C被夸大了的外形，其中虚线表示新球的外形，实线指这些经试验后的球外形。圆圈C指标准圆，圆d和C分别代表球变形的曲线的内接圆和外接圆。在图24至26中，波谷部分f是皮块接合处形成的谷。所以，在判断球形度时应忽略这部分f。
如图24所示，在按本发明一个实施例制作的球A中并不是单方面变形，其宽度比较小。从内接圆d;外接圆e和标准圆c的位置关系可以看出，球向内和向外的变形量一样，平均起来的球的尺寸保持在标准圆c的尺寸。
在图25中，压缩试验后的球B变形量达2.37毫米之大。这个变形量主要是由这样的原因造成的，即相邻纤维块的重叠部分的强度比其周围的强度要弱，以及，为了不产生显著的“透镜”现象，皮革块接合处位于重叠部分之上，这样在重叠部分皮块就起不了加强作用。上述这种变形是具有上面这种结构的球所存在的最根本问题。表1和图25所示的具有这种球形度的球不能直线飞行，即在球运行过程中会产生横向运动。所以这种球是不适合用在高水平的比赛上。而且在图25中还可看到在邻接波谷部分f有一凸出物g。这个突出物g是由纤维块重叠部分引起的。该突出物g产生一个“透镜”现象，且当球撞击人手时使人感到很不舒服的感觉。该“透镜”现象有显著的倾向，即随着球的重复使用，球表面能观察到纤维块的接合处，这种产品是不欢迎的。
图26所示的球C具有最小的变形量，其球形度非常令人满意。
权利要求
1.一种用于比赛的、包括一个橡胶制的空心壳体的球，一只装在壳体上用来给壳体打气用的阀，一附在阀上的阀橡皮；一层由若干块纤维块缝合起来形成一个球面来覆盖壳体表面的纤维层，该纤维层给了球以球形度，尺寸稳定性和耐用性，直接或通过橡胶制薄层粘到纤维层上的一层皮革，纤维层上圆周线的改进是这样的，即任选一条缝线作圆周线，其它缝线分别按规定的间隔等分未缝部分，若干条包含所有缝线的圆周线把球面分成相同形状的小块。
2.根据权利要求
1的球，其中纤维层是由形成一个球面的六个等边四边形块组成，等边四边形由两块近似梯形的纤维块所组成，该纤维块由二条向外弯曲且大致平行的长边A和B(其中A和B满足A＞B的并系式)及两长度相同的短边C(其中B和C满足B＝2C)组成，纤维块对称地缝合起来形成一个等边四边形，六个等边四边形以这样的方式缝合，即相邻的四边形的中央缝线互成直角。
3.根据权利要求
1的球，其中纤维层有一个穿过阀橡皮的小孔，由纤维叠片或纤维和橡胶混合物构成的块件，用来加强小孔周围纤维层部分，块件被放置在小孔周围的纤维层和壳体之间;缝纫线把块件固定在小孔周围的纤维层上;该部分纤维层通过块件粘接到壳体上。
4.根据权利要求
1的球，其中纤维块接缝余量位于壳体的一面，缝合部分涂有或渗入加强剂。
5.根据权利要求
4的球，其中加强剂为粘结剂。
6.根据权利要求
2的球，其中纤维块由短纤维织物组成，纤维块的径线对称于中央缝线，与中央缝线约倾斜20°～70°。
7.根据权利要求
2的球，其中纤维块由连续长丝的织物组成，纤维块的径线大约平行于纤维层的长边。
8.根据权利要求
2的球，其中纤维层有一个放置口，当壳体放进纤维层后被缝合，放置口的接缝余量位于纤维层的外面，并折回180°，纤维层的其它接缝余量位于壳体表面上。
9.根据权利要求
8，其中可任选一个等边四边形中央缝线作为放置口。
10.根据权利要求
8的球，其中放置口的接缝余量由粘胶粘接在纤维层的外表面，且当纤维层受壳体内压作用而伸长时，通过粘胶把施加在该层的张力传送到放置口的接缝余量上。
专利摘要
一种用于比赛的球包括橡胶制的空心球壳体；一只装在壳体上用来给壳体打气的阀；一附在阀上的阀橡皮；一层由若干块纤维块缝合起来形成一球面来覆盖壳体表面的纤维层，该纤维层给了球以良好的球形度，尺寸稳定性和耐用性；直接或通过橡胶制薄层粘到纤维层上的皮革块。纤维层上圆周线的改进是任选一条缝线作圆周线，其它缝线分别按一定的间隔等分未缝部分；若干条包含所有缝线的圆周线把球面分成相同形状的小块。这种结构的球撞击人体时给人以良好的感觉。
文档编号A63B41/08GK87100181SQ87100181
公开日1987年7月29日 申请日期1987年1月14日
发明者穴户英臣, 土井重夫, 住田秀贵, 田中政行 申请人:株式会社莫尔坦导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan