专利名称：一种复合材料的关节式羽毛球拍的制作方法
技术领域：
本实用新型设及到一种羽毛球拍，尤其是一种复合材料的关节式羽毛球拍。
羽毛球拍是属于一种高爆发力的运动器具，其使用情形完全异于网球拍，其特点为材料使用量少，拍框所承受的网压张力比较高，击球时框体的变形量比较大，所以在高性能羽毛球拍的发展上无不朝如何能满足以上的特点方向上发展，并且期待在生产工艺与结构设计上能有所突破。
传统羽毛球拍、握把有以木头作为材料，成本低、易加工是其被长期使用的主要原因，大凡追求性能提高的运动器材，其原始材料都是来自天然材料，然后引进人工合成材料逐步取代，并外加设计实用新型，达到追求器材最大功能发挥目的。
本申请人的在台湾的第86220195号《力，控型碳纤维羽毛球拍》的新型专利案(公告号347715)，如附件所示；主要是可兼颇威力(POWER)与控球性(CONTROL)的碳纤维羽毛球拍，其构造采用100％碳纤维复合材料作为球拍框体的主体结构，在球拍中管形状中点为自然弹性点，在此自然弹性点外加一个以上的可视弹性点(MULTI FLEXPOINTS)设计，以达到人体工程学要求，追求最大威力与最佳控球性能的球拍。
本申请人的上述专利的确能达到羽毛球拍的第二个弹性点WFP功能，并能同时兼顾威力与控球性具佳的碳纤维羽毛球拍，由于该先前专利仅将预期产生弹性点处，利用外径颈缩的设计原理，造成弹性点的形成，此一设计虽可达其预期的功效，但适用范围仍有改进的必要，因为羽毛球拍在“扣杀球SMASH”一击的动作中不但激烈，而且加速力及瞬时击球力可谓非常之大，经实验证明现有技术仅能适用于一般选手，若逢职业级选手或臂力大的球员，则无法通过测试。
即在外径变小的弹力区，正好是瞬时应力的集中点，因外径颈缩处的惯性矩(1)值突然变小，造成应力集中，强度次平方反比的承受能力下降，自然产生断裂现象，已不敷原设计基础的完美性；本实用新型的目的乃提供一种复合材料的关节式羽毛球拍，通过采用复合材料的不同材质构成羽毛球拍握把和设置不同的材料，或不同的纤维走向，而外径截面一样的中管，使之能有不同弹性特性和优异的运动特性。
为实现上述目的，本实用新型提供一种复合材料的关节式羽毛球拍，其特征在于在头框下方设有一不同于原中管材料的其弹性模数值远低于原碳纤维材质弹性体装置，其低弹性模数的弹性材料的材质厚度不高于原碳纤维材料壁厚，外直径与中管同管外径相同，一握把为中空状，其内部设有结合槽，在其内缘壁面则设有加强肋。
所述的弹性体装置为不同的纤维走向的弹性体装置。
本实用新型具有以下的优点(1)本实用新型的复合材料的关节式羽毛球拍强调中管有两个弹性点，外加头框一个弹性点，该设计特别适合使用羽毛球拍的前排球员特殊功能的球拍需要。
(2)中管的第二弹性点，位于管中央点，与中管及头结合的以使发挥扣球瞬间的击球功效，保留缠绕痕迹，状似弹簧效果是本实用新型的最大特色之一。
(3)握把是以注塑成型，尤以在握把上下两面增加肋骨设计以提高受力方向刚性，配合碳纤维多弹力点的拍框设计，形成全面协调配合的高功能羽毛球拍。
如下图1为本实用新型复合材料的关节式羽毛球拍的示意图；图2为本实用新型复合材料的关节式羽毛球拍的握把立体图；图3为本实用新型复合材料的关节式羽毛球拍的结构剖视图；图4为本实用新型复合材料的关节式羽毛球拍的动作图；图5为本实用新型复合材料的关节式复材关节羽毛球拍在球场上挥打角度动作示意图；图6为本实用新型复合材料的关节式复材关节羽毛球拍的弹性体装置截面图。
请参阅图1及图2，本实用新型的头框10及中管20是一体成型的碳纤维预浸材料所作成，一握把30是成中空状，其内部设有结合槽32，在其内缘壁面则设有加强肋31，用以加强握把30的结构刚性及承受力，中管20其中央位自然形成第一弹性点21，再者于头框10与第一弹性点21间设有一不同于中管20材质的弹性体装置221，该弹性体装置221的弹性模数值远低于原中管20碳纤维材质，其范围长度以不超过3公分为限，其低弹性模数的弹性体装置221的材质厚度以不高于原碳纤维材料壁厚的40％为上限者，而在外观直径是与中管20同管外径，由于上述的特征形成第二弹性点22，至于头框10部分，在其二侧外形成较低的两中间位置上为第三弹性点11，此一部分属于公知部分，用于增加头框10的弹性。
下面说明其工作原理首先我们定义运动器材运动器材是人的手足延长的一部分，藉着器材的使用达到运动/玩的目的，器材是“人”与“运动/玩”之间的介面(INTERFACE)。
运动器材设计要点是1、器材需按人体工程学进行，求取最舒适的使用。
2、追求器材最大功能的发挥。
基于以上运动器材的定义和设计要点，本实用新型乃针对所谓高性能羽毛球拍，所追求的威力与控球性最大功能的发挥；本实用新型利用人体工程学，比照人手骨骼、关节特色，将碳纤维羽毛球拍设计出多弹性点，并加长拍框，增长力臂功能，达到拟人性化手掌的功能。
请参阅图1，本实用新型是将球拍视同人手的放大延伸物，握把部位是属高强度、高刚性的力量爆发点，传统木质握把只是提供质轻、易加工及价廉的特色，并没有大幅改进其强度与刚性，尤其与中管接合的孔径与中心位置都会影响一支球拍的水准，本实用新型的握把选择挥工程树脂增强材注塑成型，外加上、下受力方向肋骨设计。本实用新型的中管处利用不同材质的弹性模数区分弹性点及提高刚性处的差异，达到人体工程学上最舒适的应用。
针对具有多弹性点拍框的设计原理如下1、一支碳纤维中管是整支拍框弹力的来源，更是整支拍框特性的灵魂，从材料的演进史初期羽毛球拍中管是采用木质，然后采用金属线而进入碳纤维复合材料(等内外径碳纤维直管)，其弹性点自然发生在中间点，为击球时的弹性点，兹命名为EFP(1)，管中央自然弹力点。
参见图1，本实用新型参照腕关节设计出第二弹力点，命名为WFP(2)增见弹力点。
同样在颈框部位，本实用新型根据球员持拍击球扣压动作的特点，增加拍框的第三弹性点，命名为微控弹性点FFP(3)。
2、第一弹性点[如图1中EFP(1)]，在直管相同结构下，弹力点自然会发生在中点处。
3、第二弹性点[如图1中WFP(2)]， 本实用新型于该处内设有一不同于原中管材质的弹性体装置，其模数值远低于碳纤维材质，而在外观直径是以同等外径，其主要是因运动器材的设计中器材所显现的刚性(STIFFNESG)性能的最主要表现，一个结构体所展示的刚性S，其定义为来自材料本身的模数(MODULUS)值E与该材料因造型设计所产生的转动惯量(MOMENT OF INERTIA)I的乘数；即，STIFFNESS＝E×I；不同的材质有不同E值，如弹性系数(10kg/m2) NOTE碳纤维(CARBON FIBER)20-25 HT TYPE玻璃纤维(GLASS FIBER) 7.4-8.7 E-S TYPE聚酰胺纤维(ARAMID FIBER)6.0-13(俗称克拉纤维)不同的造型有不同I值，见图6，如圆管将结构因管径大小，或管壁厚度大小不同，而有不同的I；
I＝π(r14-r24)/4→ 半径改变量的四次方比＝π(d3t)/8 → 壁厚大的一次方比皆以改变I值大小，同时亦改变刚性(STIFFNESS)(S)，因为S＝EI自然有分别。
4、第三弹性点[如图1中FFP(3)]，本实用新型是采变化侧框高度以求取弹力点，I值降低，增加柔软性，是为微控弹力点的设计依据。
本实用新型传统球拍在高功能特色上的区别1、在传统球拍的演进过程中，部分有涉及本实用新型某一单项的构想，但都止于近似，而并无整支球拍功能统筹设计考量。
(1)例如EFP(1)中央弹力点，传统球拍本来就有。
(2)WFP(2)增见弹力点，传统球拍曾发展过程似原理，但只是上、下两面肩平，左、右仍保持圆弧，本实用新型是由头框下方设有一不同于原中管材料的弹性体装置，其弹性模数值远低于原碳纤维材质，其范围长度以不超过3公分为限，其低弹性模数的弹性材料的材质厚度以不高于原碳纤维材料壁厚的40％为上限者，而在外观直径是与中管同管外径，将产品结构利用复合材料的不同材质系数的高低分别特性，在需要不同特性之处设置不同的材料，或不的纤维走向，以达外径截面一样，但内部结构因材质或角度而异，能有不同特性的展现。
而本实用新型与附件先前的专利案两者之差异是在于，先前设计的力控型碳纤维羽毛球拍的专利案，是以固定不变E值，即材料都是一样的碳纤维中管，但缩小了半径与壁面，由S＝EI的公式可看出截面积的颈缩对整体刚性的影响很大，因此在高强力选手拍击扣球时，会使颈缩部位成为应力集中点而承受不了产生断裂；而本实用新型是采用I值不变，即由外径截面积一致，但将所需的弹性点以不同材质，即E值不相同，来达到弹性点设计的目的，且可以确保强度品质达到高性能的功用。
(3)微控弹力点FFP(3)，在球拍发展史上，曾经出过侧框有变化高度的设计，但是止于单项的特别诉求，本实用新型是配合全拍框，多项特色的组合，即形成的是高功能性球拍设计。
(4)EPI握把的设计如图2所示，球拍史上曾有人尝试利用塑胶材料(PP、PVC)，或工程树脂(NYLON，ABS)注塑成型握把(HANDLE)，很不幸全失败，主要原因为重量的限制，一般塑胶强度刚性都无法满足握把的需求，增加材料但超重。
国际市场上除有部分采用一体成型碳纤维柄或碳纤维柄或碳纤维球拍用PU发泡柄外，其余乃全部采用木质握把；本实用新型解决了材料配方，且在握把增加了肋管设计使刚性提高应在需要使用的方向上，具有新颖性。
2、号称高功能性碳纤维羽毛球拍，必须具有如下的几个基本要件(1)轻量化(不穿网)拍框完成品85mg以内。
(2)威力(POWER)传统中管285mm长，但本实用新型增长至300mm长；传统球拍总长665mm长，本实用新型增长至675-686mm，故本实用新型力臂加长且威力增加。
(3)控球性(CONTROL)传统球拍，边框一般为铝制框体或与一体成型的碳拍框拍体，中管为直管式碳纤维管或部分有锥度(TAPER)中管或非圆形状管，握柄只延续了传统手持目的，不求增加刚性，达到握把刚性远高于中管部分，以便造成相对弹性区发生于碳纤维拍框体上。
本实用新型主要特点有二其一是中管20上设置不同材料的弹性体装置221，并使其外径与原中管20相同，第二是为握把30内部的加强肋31，羽毛球之比赛致胜关键乃在于杀球部分，而杀球除了以手壁挥动使羽毛球加速，必须再加上腕扣球，以使球以更大的角度落于网前，然因手腕其力臂小，故力矩相对变小将不足影响球的落点，此时球可能因该角度太小落于界外，此一部分请特别参看图5所示，因杀球威力取决于手腕扣球的力道，此一部分正是本实用新型的精神所在，本实用新型的第二弹性点22于使用者扣球时，其会增加整支球拍的下仰角度，如第3图所示，此一图示是特别表示本实用新型与习用球拍下仰角度明显不同，向下仰角度及力量大大增加，亦即使得杀成功机会提高，在提高杀球威力的同时，相对的握把30受力量亦增加，故本实用新型于握把30内部设有加强肋31，以提高握把30的刚性与承受力，由上设有加强肋31，以提高握把30的刚性与承受力，由上述说明针对图5再加强说明，前排正击球员挥拍时，其角度如果太小，小于θ2角时将会出界，当杀球角度愈大时其速度愈快，对手相对就会失手，使用本实用新型将会使得球的落下角度更大如θ1角，角度愈大其落地时间愈快，当然对手反应时间亦会缩短，其接不到球的机率亦相对增加。
权利要求1.一种复合材料的关节式羽毛球拍，其特征在于在头框下方设有一不同于原中管材料的其弹性模数值远低于原碳纤维材质弹性体装置，其低弹性模数的弹性材料的材质厚度不高于原碳纤维材料壁厚，外直径与中管同管外径相同，一握把为中空状，其内部设有结合槽，在其内缘壁面则设有加强肋。
2.根据权利要求1的复合材料的关节式羽毛球拍，其特征在于所述的弹性体装置为不同的纤维走向的弹性体装置。
专利摘要一种复合材料的关节式羽毛球拍,在头框下方设有一不同于原中管材料的其弹性模数值远低于原碳纤维材质弹性体装置,一握把为中空状,其内部设有结合槽,在其内缘壁面则设有加强肋。使之能有不同的弹性特性和优异的运动特性。
文档编号A63B49/00GK2368557SQ99211868
公开日2000年3月15日 申请日期1999年5月25日 优先权日1999年5月25日
发明者蔡科然 申请人:环航复合材料股份有限公司