JPH08504351A - モノシャフト複合テニスラケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 モノシャフトテニスラケットはガット区域を包囲するフレームヘッド（１０）と、このヘッドの両端に連結されたシャフト（１２）とを有する。ヘッド、又はシャフトのいずれか、又は好ましくはその両方を複合材料で形成する。少なくとも３０．５ｃｍ（１２インチ）の長さと、少なくとも２２．９ｃｍ（９インチ）の最大幅と、少なくとも５８０．５平方ｃｍ（９０平方インチ）のガット面積とを有するヘッドをこのラケットが有するのが好適である。更に、このラケットに独特の望ましい感触が得られるように、ガット平面に垂直な自由空間振動周波数を平面内振動周波数に整合させるのが好適である。ガット平面に垂直な振動周波数が平面内振動周波数の１０％以内にあるのが好適であり、５％以内が最も好適である。

Description

【発明の詳細な説明】 モノシャフト複合テニスラケット 発明の分野 本発明はテニスラケット、また特にフレームを繊維強化樹脂、又はいわゆる複 合材料で製造したテニスラケットに関するものである。 発明の背景 テニスラケットは伝統的に木質フレーム、通常、「せいようとねりこ」で構成 されていた。初期のテニスラケットは、「せいようとねりこ」の条片（又は「せ いようとねりこ」の多数の条片から成る積層体）をヘアピン状に曲げ、条片の中 心部がオープンガット区域を形成するようにしてラケットを形成していた。条片 の両端をスロート区域で接近させ、次にこれ等両端を並べて延長し、シャフトを 形成していた。条片の対向側部間のスロート区域にほぼ三角形の木質ブロックを 位置させてガット区域の底部を形成していた。 後の木質ラケットは、スロート区域を横切って「せいようとねりこ」の湾曲し た条片を延在し、ヘッド部の残部と共にほぼ楕円形のフープを形成し、ガット区 域を画成していた。その場合、一般に、或る長さの撚り糸結合材で包囲したスプ ライスジョイントを使用し、木質積層体をスロート区域で結合していた。 もっと最近になって、中空の管状金属ラケットフレームを有するテニスラケッ トが導入された。単一のフレーム管を曲げてヘッド部とシャフト部とを形成する ことによってこのようなラケットを形成しており、管の両端によってシャフト部 を形成し、これ等両端をスロート内に互いに接近させ並べて延長してシャフトを 形成した。別個のスロート片を設けてスロート区域に渡し、ほぼ楕円形のガット 区域の下端を完成していた。このスロート片を金属、又はプラスチックで形成し 、溶着、リベット止め、又はねじのような種々の方法でこのスロート片をフレー ムの両側に取り付けていた。このような構造は一般にオープンスロートラケット と呼ばれており、スロート片と互いに接近するフレームの両側とによってスロー ト の下に、２個のシャフト管の間にある開放区域を画成していた。金属フレームの ラケットは木製ラケットに代わるものとして遂には人気を得ていたが木製ラケッ トに取って代わる程ではなく、数年間にわたり、両方の材料のラケットが共存し ていた。 １９７０年代になって、テニスラケットのための他のフレーム材料として繊維 強化熱硬化性樹脂の形の複合材料が導入された。しかし、最初のうちは複合材料 はフレーム材料としては広く使用されなかった。 １９７６年頃に、今までの幾何学的形状を変更してヘッド部が大きいオープン スロートラケットであって、ラケット性能を著しく改良したテニスラケットを、 Prince Manufacturing，Inc．社が「プリンスクラシツク（Prince Classic）」 （商標名）の名で導入した。Howard Headの米国特許第３９９９７５６号の主題 であるプリンスラケットは広くゆきわたっている。 プリンスクラシックラケットはアルミニウムフレームで造られた。１９８０年 代になると、Howard Headの設計を利用するラケット、即ちオープンスロートで ヘッドが大きいラケットを造るのに複合材料が急激に使用され始めた。今日では 大部分のテニスラケット（寸法は一般に中型、やや大きめ、又は特大）はオープ ンスロートのデザインのHoward Headの発明に成るヘッドの大きい幾何学形状を 利用しており、フレーム材料として複合材料、又は金属を利用している。 今日使用されている通常の製造プロセスにおいては、炭素強化繊維を含む未硬 化熱硬化性樹脂、a.k.a．「プレプレグ」のシートをマンドレルの周りに巻き付 け、次にこのマンドレルを引き抜いて中空管状組立体を形成している。ブラダを 管の内側に設置し、この時点で可撓性であるこの管をラケットフレームの形状の モールドの内側に設置する。スロート片もこのモールド内に位置させ、スロート 片とフレーム管との間のジョイントの周りに付加的樹脂材料を巻き付ける。次に モールドを閉じて加熱し、樹脂をキュアーさせる。同時に、ブラダを膨張させ、 管をモールドの形状に強制的に合致させる。 過去の殆ど全ての金属製ラケット、及び複合材料製ラケットはオープンスロー トの設計を利用しているが、複合材料製ラケットはフレーム管をガット区域の底 部で結合し、次に単一シャフトとして延長している。このようなラケットの例と しては１９７０年代に製造されたPDPラケット及びFischer Superformラケットが ある。 このPDPラケット及びFischer SuperformラケットはHoward Headの設計の前身 であり、ヘッドは４８３．８平方ｃｍ（約７５平方インチ）で、非常に重く（４ ２０グラム程度）、スロートジョイント区域も非常に大きかった。これに反し、 オープンスロート構造を利用するラケットは（２個の細いフレーム部材をスロー トに使用する結果）良好な空気力学的性質があり、捩りに対して安定性が優れて おり、PDPラケット及びFischerラケットの大形のスロート設計に比較し、慣性極 モーメントが大きい。その結果、今日ではオープンスロート設計が市販のラケッ トに広く採用されている。 また、シャフトをヘッドから取り外し得るようにテニスラケットを造ることが 過去に提案されている。しかし、このようなラケットは商業的に成功したことが なかった。 発明の要約 上述した種々の理由から、単一シャフトテニスラケットの設計は性能の観点か らオープンスロートの設計に比較し、望ましくないと一般に考えられており、使 用されないようになった。しかし、本発明によれば、対応するオープンスロート フレーム設計以上の多数の利点を生ずるモノシャフトテニスラケットを製造し得 ることを発見したことは驚くべきことである。 本発明テニスラケットは広いガット区域を包囲するフレームヘッドと、このヘ ッドから突出してラケットハンドルを支持するモノシャフトとを有する。一実施 例では、細長い管状フレーム部材によってほぼ楕円形のガット区域を包囲し、ス ロートジョイントを形成するようこの２個の対向するフレーム部材が出合う位置 の直前でこの管状フレーム部材を鋭く湾曲させる。フレーム部材の一方、又は両 方をスロートジョイントから連続させてシャフトを形成する。代案としての実施 例において、ヘッド部とシャフトとを別個の構成部材とし、スロートジョイント によって結合する。ヘッド、又はシャフト、好ましくはその両方を複合材料で形 成する。代案として、ヘッド、又はシャフト、又はその両方を金属にすることも できる。 本発明の一態様によれば、テニスラケットのフレームは標準の全長６６〜７１ ｃｍ（２６〜２８インチ）を有し、Howard Headの発明による大きいヘッドを有 し、少なくとも３０．５ｃｍ（１２インチ）の長さと、少なくとも２２．９ｃｍ （９インチ）の最大幅と、少なくとも５８０．５平方ｃｍ（９０平方インチ）の ガット表面積とを有するガット区域をフレームのヘッド部によって包囲する。 本発明の他の態様によれば、モノシャフトテニスラケットはヘッドフレーム部 とシャフトフレーム部とを有し、ガット平面に垂直な自由空間振動周波数を平面 内振動周波数に整合させる。ガット平面に垂直な振動周波数は平面内振動周波数 の１０％以内であるのが好適であり、５％以内が最も好適である。 本発明は以下に説明する多数の利点があることがわかった。 重量の減少 本発明の好適な実施例においては、モノシャフトラケットを複合 材料で形成し、薄い壁の中空フレームを形成する。モノシャフトの構造によって スロートの橋絡部を無くし、ラケットの重量を減らし、安定性を得る。また本発 明によれば、オープンスロート部材のような部材内に１対の並べたフレーム部材 を設けるのでなく、シャフトを単一の輪郭部材で造り、更に重量を減少させるこ とができる。例えば５グラムの補強材のような付加的複合材料をスロートジョイ ントに加えたとしても、対応するオープンスロートラケットに比較し、このモノ シャフトラケットは２０グラムも軽くすることができる。これはラケットの構造 重量の約８％から１０％である。このように完全に重量を軽減することによって 、若干の運動能力特性をほんの僅かだけ低下させるのみで、非常に軽く、操作性 の優れたラケットを得ることができる。代案として、ラケットの運動能力を向上 させるため、次に説明するようにフレームの選択した区域に付加的材料を加える ことができ、この場合でも、例えば５〜１５グラムだけ正味重量を減らすことが できる。この重量の軽減は種々の構造技術からくる重量変化と無関係である。 バランス点 大部分のラケットの質量の中心はラケットの長軸の中心から５０ ｍｍ以内である。また大部分のラケットのスロート片も同一の範囲内にある。従 って、スロートにおける重量を減らすことによって行うモノシャフトラケットの 重量の軽減はラケットのバランス点に悪影響を及ぼすことなく達成される。しか し、バランス点を変更することを希望する場合には、ラケットの他の部分に材料 を戻して加えることかできる。従って、モノシャフトラケットはバランス点を変 えることができると同時に従来のラケットの重量を減らすことができる。 静的モーメント これはラケットのハンドル端部からバランス点までの距離を ラケットの質量に掛けたもの（積）である。静的モーメントは、プレイヤーがラ ケットをその長軸線が水平になるよう手で保持し、このラケットを直線に沿って 加速する時、プレイヤーが感じる手の位置のトルクを表している。モノシャフト ラケットは対応するオープンスロートラケットより静的モーメントが小さい。こ れはハンドルから離れた位置に重量の軽減が行われているからであり、ラケット をスイングするのに少ない努力で済む。 慣性モーメント 慣性モーメントを測定するための重要な２個の軸線がある。 ラケットの回転運動速度対直線運動速度の比が非常に大きい場合の「リストサー ブ」の場合のようにラケットに回転運動加速度を加えた時、プレイヤーが感じる スイング重さはプレイヤーの手を通る慣性モーメントによって決定される。モノ シャフトラケットはハンドルの端部から離れた位置に重量の軽減があるから、対 応するオープンスロートラケットの場合よりも慣性モーメントが小さい。ラケッ トのヘッドに材料を加えると、モノシャフトラケットの慣性モーメントはオープ ンスロートラケットの慣性モーメントに近くなる。 ラケットの質量の中心の周りの慣性モーメントは、ラケットとボールとが衝突 した後に、ラケットの直線運動のエネルギー及び回転運動のエネルギーとボール の運動のエネルギーとの間のエネルギーバランスに関して重要な因子である。モ ノシャフトラケットの重量の軽減が質量の中心の近くで行われているから、質量 の中心の周りの慣性モーメントの減少は省略できる程小さい。質量の中心から離 れたラケットの位置に材料を加えると、質量の中心の周りの慣性モーメントを希 望するだけ増大させることができる。従って、モノシャフトラケットは質量の中 心の周りの慣性モーメントを増大させることができると共に、ラケットの重量、 及びプレイヤーの手の周りの慣性モーメントを従来のラケットに匹敵する程度に 、又はそれより小さくすることができる。 慣性極モーメント モノシャフトラケットのスロートにおける重量の軽減はラ ケットの中心軸線から僅かな距離だけ離れた位置に主に生じている。従って、極 モーメントはあまり影響を受けず、通常約５％のように僅かに減少している。し かし、ラケットのヘッドの側部に材料を再配置することによって、ラケットの全 体の重量を増大することなく、対応するオープンスロートラケットの場合の代表 的な値より一層大きな値に極モーメントを増大することができる。 打撃中心 モノシャフトラケットの質量対慣性モーメント（旋回半径の平方） の比は対応するオープンスロートラケットの場合より大きい。従って、このモノ シャフトラケットの打撃中心はフレームの先端に向け有利に移動している。 平面外の曲げ剛さ すべてのラケットの曲げ剛さは、フレームの横断面の幾何 学的詳細、及び複合方向における繊維の傾斜角のような使用される構造の詳細に よって非常に影響を受ける。 平面外の曲げ（即ちガット平面に垂直な曲げ）において生ずる唯一の相違はラ ケットのスロート区域とシャフト区域とを通じてどのように応力を支持するかに ある。モノシャフトの場合には、スロートジョイント（ヘッドがシャフトに出合 う位置）のいずれかの側にラケットのヘッドの短い部分があり、この位置で曲げ 負荷をフレーム内の捩りとして大部分支持する。シャフトでは曲げ負荷を純粋な 曲げとして支持する。これに反し、オープンスロートラケットはスロート区域と シャフト区域とを通じて結合された曲げ及び捩りとして曲げ負荷を支持する。 好適なことには、本発明により、従来のラケットと異なり、ラケットを造るの に使用する組立体を変更し、希望ずる捩り特性及び剛さ特性を達成する。本発明 の好適な実施例においては、平面外の曲げ負荷を支持する捩り剛さを増大するた め、炭素強化繊維の傾斜角をスロートジョイントに隣接するヘッド内で増大させ る。 平面内の曲げ剛さ オープンスロートラケットはそのスロートに三角形のブレ ース構造を設けることによって、ガットにより生ずる変形に対する一層良好な抵 抗性をオープンスロートラケットへに与えている。しかし、この作用はモノシャ フトラケットにおいてはいかなる重要な問題をも生じていないと考えられる。 捩り剛さ オープンスローラケットにおける捩り負荷はラケットのスロート区 域とシャフト区域とを通じて、結合された曲げ及び捩りとして支持される。こ れに反し、モノシャフトラケットでは捩り負荷はシャフトを通じて基本的に純粋 な捩りとして支持される。この作用は曲げ剛さと無関係にモノシャフトの捩り剛 さを容易に変化させることができ、オープンスロートラケットより、モノシャフ トラケットの可能な捩り剛さの範囲を一層広くすることができる。 空気力学 比較的広いシャフトを有するように造ったモノシャフトラケットは 、オープンスロートラケットの２個の狭いフレアー軸の場合に比較し、直線（ガ ット面に垂直）のスイングの際、僅かに大きい空気力学的引張り力を発生する。 しかし、プレイ中の大部分のショットの場合、ボールにスピンを加えるため、ス イングに大きな角度か与えられる。角度かついたスイングでは、モノシャフトは オープンスロートラケットの２個のシャフトのそれぞれに類似する空気力学横断 面を有する傾向かあり、対応するオープンスロートラケット（特に広い本体フレ ーム）の場合に比較しモノシャフトラケットには少ない吸引力が加わる。現在ま でのテストでは、プレイヤーはモノシャフトラケットでプレイする時、空気力学 的に非常に良好であることを認めている。 パワー プレイヤーが利用できるラケットのパワーは使用するスイングの種類 によって定まる。現在までに使用された手段は静止するラケットのボールショッ トの初速対反発速度の比を通常測定してラケットのパワーを測定している。 パワーを測定するこの方法は衝撃が加わる前のラケットの速度が非常に遅い場 合の打ち返しのようなストロークに関し特に適している。これ等のテストでは、 ラケットの質量が増大するとラケットのパワーが増大することを明らかに示して いた。これ等のテストはすべて類似の質量分布を有するラケットを使用した。ラ ケットのスロートにおける質量を減少させた効果を理解するためには、ボールと ラケットとの衝撃で発生するエネルギー移送を注意深く考慮する必要がある。 ボールとラケットとの衝撃におけるエネルギー損失はボール、ガットの糸、ラ ケットの直線反発運動エネルギー、ラケットの回転反発運動エネルギー、及びラ ケット内のフレーム振動に生ずる。ガットの糸、及びボールにおけるエネルギー 損失はフレームと有利に無関係であり、考慮する必要がない。 ラケットの直線反発運動のエネルギー損失はラケットの質量が増大するにつれ て減少するから、このエネルギー損失はモノシャフトについては大きい。このこ とを理解するためには、衝撃が加わっている間は直線運動量（質量と速度の積） は保存されるという事実から始める必要かある。考えられるラケットの質量の範 囲について、ラケットの反発直線運動量は殆ど一定であると考えられる。これは 、ラケットの質量とボールの質量との比は大きく、しかもラケットの質量の変化 は比較的小さいからである。従って、ラケットの反発速度はラケットの質量に反 比例する。ボール、ガットの糸、及びラケットの振動におけるエネルギー損失は ２個のケースに関し一定に近く、従ってボールとラケットとの間のエネルギーバ ランスはこれ等の速度と質量とによって決定される。運動のエネルギーは質量と 速度の２乗との積の１／２であるから、反発速度における僅かな差でも運動のエ ネルギーにおいては比例的に一層大きな差になる。従って、ラケットの質量が大 きいことはラケットのエネルギーが小さいことを意味し、エネルギーの保存によ って、ボールの反発エネルギーと速度とが大きいことを意味する。 直線運動エネルギーと同様の理由で、ラケットの回転反発運動のエネルギー損 失は、質量の中心の周りの慣性モーメントの増大につれて減少し、衝撃点から質 量の中心までの距離の増大につれて増大する。質量の中心の位置はモノシャフト 及び対応オープンスロートラケットについて類似しているから、回転反発運動の エネルギー損失はモノシャフトラケットの場合と対応オープンスロートラケット とでは類似したものになる。これは質量の中心の周りの慣性モーメントが類似し ているからである。慣性モーメントが増大するようにモノシャフトの材料を再配 置すると、回転運動のエネルギー損失はオープンスロートラケットの場合より小 さくなる。 これ等の効果を組み合わせれば、どんなラケットでも、質量の中心にできるだ け近く衝撃が加わる時はエネルギー損失は最小になることがわかる。衝撃の位置 がラケットの端部に向け移動すると、エネルギー損失は増大する。これは回転運 動の増大する量のエネルギーがラケットに移送されるからである。重量の再分散 についてモノシャフトとオープンスロートラケットとを比較すると、スロートに 衝撃が加わった時、モノシャフトのエネルギー損失は一層大きいことがわかる。 これはスロートの質量が小さいためである。しかし、衝撃位置が先端の方に向け 移動すると、オープンスロートラケットにおけるエネルギー損失がモノシャフト におけるよりも一層迅速に増大する。従ってスロートからの重量の軽減分の若干 を再配分したモノシャフトは先端に一層大きなパワーを有し易く、ラケットの衝 突区域にわたり一層均一にパワーを分散させ易い。 ラケットの振動に起因するエネルギー損失は運動のエネルギー（直線運動、回 転運動とも）損失に関して通常小さく、しかも衝撃の位置に非常に影響され易い 。モノシャフトラケットは対応オープンスロートラケットより一般に基本固有振 動数が高いが、その差は小さい。モノシャフトの基本振動モードの両方の節はス ロートから離れて移動しており、先端に向け移動した点の衝撃によって最小振動 を生ずる点になっており、従ってラケットの先端に向け行われたショットに関す る振動の励起が少ない。従って、フレームの振動エネルギー損失に関してオープ ンスロートラケットとモノシャフトラケットとの間の普遍化した差は殆どないが 、プレイヤーがラケットの先端に向けて打つ代表的な使用においてはモノシャフ トラケットは振動による損失が少ない傾向があると思われる。 軽減した材料の若干をラケットの異なる部分に戻して加えれば、慣性モーメン トの増大は質量の減少を補って余りあり、パワーを増大させることになる。モノ シャフトラケットの表面上のパワーの変化は対応するオープンスロートラケット におけるよりも少ない。これはモノシャフトの回転半径が大きいからである。こ のことはオープンスロートラケットに比較しモノシャフトラケットのパワー帯域 を拡大することになる。 操作性 テニスラケットの操作性はラケットの質量、静的モーメント、及びプ レイヤーの手を通る軸線の周りの慣性モーメントの組合せによって決定される。 モノシャフトについてのこれ等の全てのパラメータは対応するオープンスロート ラケットについてのパラメータに比較し小さいから、モノシャフトラケットの方 が操作性がよい。多くのショットについてモノシャフトラケットの空気力学的性 質が優れているため、操作性についても対応オープンスロートラケットより優れ ている。 捩り安定性 慣性極モーメントは捩り安定性に影響を及ぼす主要な物理的パラ メータであり、捩り剛さは軸線を外れた衝撃に対するプレイヤーの感覚に影響を 与える。モノシャフトラケットに可能最大の重量軽減を行った場合でも、このモ ノシャフトラケットの捩り安定性は対応オープンスロートラケットの捩り安定性 より僅かに小さくなるに過ぎない。モノシャフトラケットにおいて慣性極モーメ ント、及び捩り剛さは共に容易に変化させることができるから、軽減重量の一部 をヘッドの側部に戻して加えることによって、モノシャフトラケットの捩り安定 性を対応オープンスロートラケットの捩り安定性にほぼ等しくするか、又は一層 良好にすることができ、しかもなお重量の軽減を維持することができる。 ガット平面に垂直な振動モード 固有振動数 モノシャフトラケットは対応スロートラケットに比較し、スロー トに近くアンチノードを有ずるモード形状の周波数（例えば自由空間振動の固有 振動数）が一層高い傾向にある。このことは振動のアンチノード付近での質量の 減少に起因する。この作用は振動の低いオーダーのモードで最も顕著であり、材 料を再配置しても、しなくともそのことは成立する。しかし、実際には差は僅か である。 節の位置 モノシャフトラケットにおける振動の第１曲げモードの節は、オー プンスロートラケットにおけるよりも質量の中心から更に離れる傾向かある。こ れは振動しているラケットの質量の瞬間中心は純粋な振動中は移動しないから、 ラケットの中心のアンチノード区域における質量の減少によって節をラケットの 端部に向け移動させるという事実のためである。 「捩り」非対称モードはモノシャフトラケットのヘッドに限定されると思われ 、オープンスロートラケットに生ずるようにシャフト及びハンドルまで下方に延 びない。このことは、ハンドル全体が有効にこれ等の振動モードの節であり、ヘ ッドがシャフト、及びハンドルから振動に関し分離していることを意味する。 平面内振動モード 固有振動数 モノシャフトラケットは対応オープンスロートラケットに比較し 、平面内曲げモードに関する固有振動数が小さい。オープンスロートラケットの スロートの三角形の構造は非常に剛性があり、スロートとシャフトとにおいて平 面内の曲げを零に実際上してしまう。好適なモノシャフトラケットにおいては、 （強いトップスピン、又はスライスショットによって励起され得る）第１平面内 曲げモードは第１垂直曲げモードとほぼ同一の周波数である。通常のラケットに お いては、第１平面内曲げモードは第１法線曲げモードよりも著しく高い周波数を 有する。モノシャフトラケットのフープに大部分限定される第２平面内曲げモー ドも、テストしたモノシャフトラケットについて著しく低い。 節の位置 試験したモノシャフトラケット、及びオープンスロートラケットに ついては、第１平面内モード及び第１垂直モードに関してハンドルの節の位置は ほぼ同一である。モノシャフトラケットにおいては対応オープンスロートラケッ トにおけるよりも、このハンドルの節の位置は更にハンドル端に向け移動してい る。すべてのラケットについて、この節の位置はラケットの質量分布によって主 に決定され、剛さの分布によって非常に僅かな第２の作用があるに過ぎない。オ ープンスロートラケットについての一層高いオーダのモードの場合には、スロー トの三角形のコーナに節を位置させる傾向がある。モノシャフトラケットの場合 には、シャフトとヘッドとの交差点には同様の節の配置は生じない。 ラケットの「感触」 平面内振動、及び平面外振動の整合基本周波数（約１０ ％以内まで）はラケットの感触に望ましい要素を加えると考えられる。 プレー中に生ずる振動は手のために１０サイクル以内で通常減衰する。２個の モードの周波数が接近していると、組み合わされた振動の正味の変位、速度、及 び加速度のベクトルが振動の全時間中、位相において相当に良好な状態に留まる 。振動は同一の入力で励起されるから、振動の始めにはこの振動はラケットのハ ンドルにおけるほぼ平面内にある。この平面はラケットのガット面に或る角度で 傾いており、垂直方向、及び横方向の振動の相対振幅によってこの角度は決定さ れる。振動が正確に位相内に留まれば、全てのベクトルは平面内に留まる。 もしも周波数が異なると、振幅が依然として大きい時、２個の振動間の大きな 位相差が振動に早く発生し、変位、速度、及び加速度のベクトルをその初期平面 の外に動かす。 モノシャフトラケットの好適な実施例におけるように、周波数が密接に整合す る時、振動がその方向の情報を保持する方法によってプレイヤーに良好なフィー ドバックを与えるものと考えられる。方向性を保持する振動が、ボールに加えら れた力の方向に関して一層強く、一層長い持続する首尾一貫する信号をプレイヤ ーに与え、反発するボールのスピンと方向との一層良好な感触を与える。 モノシャフトラケットの独得の感触は完全には理解されていない。しかし、捩 りモード及びその他の若干の振動モードをモノシャフトラケットのヘッドに限定 することによって、これ等のモードをハンドルまで延ばすオープンスロートラケ ットと異なる独得の感触を生ずることができるものと考える。 本発明を一層良く理解できるようにするため、添付図面を参照して好適な実施 例を詳細に説明する。 図面の簡単な説明 第１図、及び第２図はそれぞれ本発明モノシャフトテニスラケットフレームの 正面図、及び側面図である。 第３図は本発明の好適な実施例のスロートジョイントの原寸の正面図である。 第４図は第１図の４−４線に沿うラケットフレームの横断面図である。 第５図は第３図の５−５線に沿うスロートジョイントの直ぐ上の部分に沿うラ ケットフレームの横断面図である。 第６図は第３図の６−６線に沿うスロートジョイントの横断面図である。 第７図は第３図の７−７線に沿うシャフトの横断面図である。 第８図は第１図の８−８線に沿うハンドルの横断面図である。 第９図は成型する前の第１図のラケットのスロートの区域の組立体の正面断面 図である。 第１０図は成型する前の本発明の第２実施例のラケットのスロートの区域の組 立体の正面断面図である。 第１１図は第１０図の１１−１１線に沿う組立体の横断面図である。 第１２図は第１０図の１２−１２線に沿うシャフトの横断面図である。 第１３図は従来のオープンスロートラケットのガットにボールによって４５度 に衝撃が加えられた時のラケットハンドルの変位を理論的にプロットした図であ る。 第１４図は本発明ラケットに第１３図と同様に衝撃が加えられた時のラケット ハンドルの変位を理論的にプロットした図である。 好適な実施例の詳細な説明 第１図、及び第２図において、本発明によるモノシャフトフレームはヘッド１ ０とシャフト１２とを有し、スロートジョイント１４によってこのヘッド１０と シャフト１２とを連結する。このシャフト１２はハンドル部１５を有する。第１ 図、及び第２図の例示の実施例では、既知の技術により、八角形のハンドルの形 状にハンドル部１５を直接成型する。しかし、代案として、本願人自身が所有す る米国特許第５０３４０８２号、及び米国特許出願第０７／３７３３３１号に開 示されているような通常のハンドル、又はスライドオン式クッションパレットを 受け入れられるような形状にハンドル部１５を形成することができる。また、通 常のように外面に向く面にガット溝（ストリング溝）１８を形成する。本明細書 中、「ガット」と称するのは、ラケットにボールを衝突させる目的で糸（ストリ ング）を張った部分を意味する。 ヘッド１０とシャフト１２とを別個の組立体として形成してもよく、以下に説 明するように１個の連続するフレーム部材として形成してもよい。ヘッドとシャ フトとを中空の管状部材の形状にするのが好適であり、繊維強化材料で形成する のが好適である。適当な材料の例としては、炭素繊維強化熱可塑性樹脂、又はい わゆる「グラファイト」、又は本願人が所有する米国特許出願第０７／６４５２ ５５号に開示されているような繊維強化熱可塑性樹脂がある。しかし、代案とし て、ヘッド１０、又はシャフト１２、又はその両方を金属で形成してもよい。 第１図、及び第２図に示す例示の実施例では、ヘッド１０とシャフト１２とは （ガット面に垂直な方向の）一定横断面高さを有する。しかし、希望に応じて、 これ等２個の部材の高さを変化させることができる。また、ヘッド１０とシャフ ト１２とを真直ぐな輸郭に、即ち一定高さに示したが、変化する輪郭を採用して もよい。例えば、本願人が所有ずる米国特許第５０３７０９８号に開示された一 定テーパ輪郭をヘッド１０）又はシャフト１２、又はその両方に与えることもで きる。代案として、シャフトに不均一な輪郭を与えてもよい。 図面に示すように、ヘッドの（ガット平面の方向の）横断面の幅はシャフトの 横断面の幅より狭く、シャフトの幅はハンドル部に向け僅かにテーパーになって いる。しかし、所要に応じこれ等の幅を変化させてもよい。 第４図、及び第７図に示すように、フレームのヘッド１０とシャフト１２とを 例えば成型複合材の中空輪郭部材で形成する。次に説明するように強化材料を有 するのが好適なスロートジョイントの部分を除き、輪郭を有する部材の壁の厚さ は２ｍｍ以下であるのが好適であり、約１．５ｍｍであるのが最も好適である。 第１図〜第８図の例示の実施例では、フレームは約６８０ｍｍ（２７インチ） の全長を有する。ヘッド１０はほぼ楕円形のガット区域１７を画成しており、こ のガット区域の軸線方向の長さは３４０ｍｍ（約１３．３インチ）、最大幅は２ ６０ｍｍ（１０．３インチ）、ガット区域の面積は約６９０平方ｃｍ（１０７平 方インチ）である。ガットを張ったラケットの重量は、軽量ラケットが好まれる ことにかんがみ、約２８０〜３００グラムが好適である。しかし、所要に応じ、 ラケットを一層軽く、又は一層重くずることができる。モノシャフトの幾何学的 性質から生ずる重量の節約によってここに記載したように約２３５グラムまでも 軽くした原型のラケットが得られると共に、フレームの他の部分に重量を加える ためにこのような重量の軽減を使用することが好適である。このヘッド１０とシ ャフト１２とは２２ｍｍ（約０．９インチ）の一定横断面高さを有する。シャフ ト１２は第６図に示すような横断面形状を有し、その横断面の幅はスロートジョ イント１４の底部での２８．４ｍｍ（１と1/8インチ）からハンドル部１５の直 ぐ上の２５ｍｍ（約１インチ）までテーパになっている。 スロートジョイント１４の一例を第３図に一層詳細に示す。ラケットの軸線１ １上にある中心Ｃ１の周りの半径Ｒ１を有する弧によってフレーム内面５２を画 成する。図示の実施例では半径Ｒ１は９１．４ｍｍであり、フレーム内面５２は 中心Ｃ１から６９ｍｍの軸線方向距離「ｄ_p1」にあって軸線１１の両側にある点 Ｐ１、Ｐ１間に延在する。 スロートジョイント１４の外面は、シャフト１２の上端に隣接するシャフト遷 移区域５４と、ヘッド１０の対向端に隣接するヘッド遷移区域５６とによって形 成されている。シャフト遷移区域５４はシャフト１２の延長としての点Ｐ２で始 まる。従って両方の点Ｐ２でシャフトの幅（２８．４ｍｍが好適）だけ離間して いる。点Ｐ２は中心Ｃ１から１３８ｍｍの軸線方向距離にある。シャフト遷移区 域５４は点Ｐ２と同一の軸線方向距離にある中心Ｃ２の周りの半径Ｒ２の弧によ って画成される。図示の実施例では、半径Ｒ２は４０ｍｍであり、シャフト遷移 区域は中心Ｃ１から１０３ｍｍの軸線方向距離にある点Ｐ３まで延在する。ヘッ ド遷移区域５６においては、スロートジョイントの外面を１個のカーブに沿って 従わせ、ヘッド１０と同一の断面幅である点Ｐ４まで横断面幅を減少させる。 ヘッド１０の寸法を通常の寸法にすることができる。この例示の実施例では、 ヘッド１０の横断面高さは２２ｍｍであり、最大横断面幅（ガットの平面内の寸 法）は約１０．７５ｍｍであり、即ち、両者の比は大略２：１である。ガット溝 より下の部分でヘッド１０は非常に僅かではあるが幅が広くなっていることを除 いて、この幾何学形状はスロートジョイント１４まで、即ち第３図の点Ｐ４まで 維持される。 また、第３図に示すように、シャフトの両側をスロートジョイント１４からハ ンドル部１５まで角度αで僅かにテーパにするのが好適である。例示の実施例で は、αは９０．１度であり、シャフトの横断面幅はスロートジョイント１５（点 Ｐ２、Ｐ２）における２８．４ｍｍからハンドル部１５の頂部における２５ｍｍ まで減少し、一方、横断面高さは一定である。 更に説明するように、スロートジョイント１４を形成するには幾つかの方法が ある。 第９図に示す実施例において、未硬化の繊維強化熱硬化性樹脂（プレプレグ） のシートから通常のように管状組立体２４を形成する。この管を第１図、及び第 ２図の形状のモールド内に充填する。付加的な未硬化の複合材料２６をスロート ジョイント１４の区域に充填し、プレプレグの付加的シート２８によってこのス ロートジョイント１４を包む。ブラダ３０をシャフトの部分の組立体の一側３１ に通して上方に指向させ、ヘッドの部分の組立体３４の周りに通し、更にシャフ トの部分の組立体の他方の側部３２に通して下方に指向させ、このブラダの両端 をシャフトの底部から突出させる。管状組立体２４をモールドに充填してから、 モールドを閉じて加熱し、ブラダを膨張させて管状組立体をモールドの形状に合 致させ、その間に樹脂をキュアーし、硬化させる。 第１０図はヘッド１０とシャフト１２とを別個の素子にした代案の実施例を示 す。この場合、予め形成した構成部材として、又はプレプレグ組立体としてヘッ ド１０とシャフト１２とを設けてもよい。シャフト１２の場合に、第１１図に示 すような単一中空管状シャフトを利用することができる。更に、ヘッド１０とシ ャフト１２とを同一の材料にするか、又は異なる材料にする。 第１０図に示すように、ヘッド１０の２個の両端４０を曲げ、ヘッド１０の中 心軸線に沿って或る距離にわたりこの両端を並べて延在する。ヘッド１０の端部 ４０をシャフト１２の上端に挿入する。ブラダ３０をシャフト１２に上方に通し 、更にヘッド１０の周りから、シャフト１２に通して下方に戻し、第９図と同様 に、ブラダの２個の両端をシャフトの底部の外に突出させる。次に第１０図、及 び第１１図に示すように、スロートジョイントの区域に付加的未硬化樹脂４４を 設け、このスロートジョイント１４を付加的プレプレグシート４６によって包囲 する。 例えば第１０図に示すように、スロートジョイント１４にはシャフト１２とヘ ッド１０との問に比較的鋭い湾曲部を設ける。その結果、シャフト１０の最初の 部分４５をシャフトの軸線１１に対して約１２５度の角度で延ばす。ヘッド１０ の上方になるにつれて、この角度は小さくなる。しかし、ヘッドの最初の部分に わたっては、ヘッド１０の輪郭を形成している部材は主に捩りとして平面外曲げ 負荷を支持する。その結果、本発明の好適な実施例では、フレーム部４５を形成 しヘッド１０に沿って希望する付加的距離を得るために使用されるプレプレグ内 の繊維の傾斜角を増大し、フレームの最初の部分の捩り剛さを改善する。付加的 に、又は代案として、補強材４６の強化繊維が捩り剛さを増大する傾斜角になる ように補強材４６を巻き付ける。 ヘッド１０とシャフト１２とを予め形成した構成部材にすることができ、又は その代わりに未硬化の材料にすることができる。またヘッドとシャフトとを金属 、又は複合材料で造ることもできる。シャフトはプルフォーミングによって有利 に造ることができる。ヘッドとシャフトとを未硬化の材料で造る場合には、第９ 図の場合のように全体の組立体をモールド内に設置し、加熱し、キュアーする。 ヘッドとシャフトとを金属、又は予め形成した構成部材で造る場合には、フレー ムを完成するためにはスロートジョイントのみを成型し、キュアーすることが必 要である。 ヘッド、又はシャフト、又はその両方が金属である場合には、上述の技術の内 のいずれかを利用することができる。第９図の場合には、金属管を曲げて、フレ ーム、シャフト、及びスロートの鋭い湾曲部を形成する。補強部２６、及び外側 巻付け部２８として、複合プレブレグ（又は後に説明する熱可塑性材料）を使用 する。金属ヘッドを複合シャフトに結合する場合、又は逆に複合ヘッドを金属シ ャフトに結合する場合には、第１０図の技術を採用する。 熱可塑性材料を使用してラケットを造ってもよい。１９９１年１月２４日に出 願した米国特許出願第６４５２５５号に開示してあるように、熱硬化性樹脂の組 立体を形成する代わりに、ヘッド部材とシャフト部材とのそれぞれのために、編 成強化繊維、及び熱可塑性単繊維から成るスリーブを利用する。スロートジョイ ント１４のための巻付け部２８、４６として、及び補強部２６、４４として、付 加的な混合した繊維、及び単繊維材料を使用する。 第１３図、及び第１４図は、ラケットが最初のボールの衝撃による作用を受け た時、本発明ラケットに比較して通常のラケットのハンドル端の振動移動通路の 理論プロットであり、本質的に減衰するリサージュ図形である。いずれの場合も 、衝撃が加わる前の出発点はＸ−Ｙ軸の原点である。 これ等の図形において、Ｘ、及びＹの変位は平面内振動、及び平面外振動の振 動変位を表している。プロットは、ラケットのハンドル上の点による振動の或る 時間（約１／１０秒）にわたり休止位置に対して移動したＸ−Ｙ位置を示してい る。ここに次の式が成立する。 x（t）=A sin（ω_x ｔ）^*exp（−αｔ） y（t）=A sin（ω_y ｔ）^*exp（αｔ） ここにω_x、ω_yは平面内振動、及び平面外振動の周波数であり、αは振動の減衰 常数、又は抵抗率であり、ｔは時間である。 図示するように、衝撃を受けると、通常のラケットのハンドルは、振動が減衰 するにつれて迅速に旋回する軌道に従って動く。これに反し、本発明ラケットは 、例示のラケットにおいて、相互に５％内にある平面内、及び平面外の周波数を 有し、一層規則的な軌道に従って動き、原振動方向の周りの小さな包囲線の中に 留まる。 テニスのプレイヤーのテストでは、平面内、及び平面外の周波数が整合する本 発明ラケットは独特の望ましい感触を発揮した。何故このラケットが非常に好ま しく受け入れられたかはまだ完全にはわからないが、振動に対する反応が原因で あると思われる。従って、振動の周波数が密接に整合した時の方向の情報がプレ イヤーに良好にフィードバックされる。方向性を保有する振動が、ボールに加え た力の方向に関して一層強く一層長い持続する凝集する信号をプレイヤーに与え 、これにより、スピン、及びボールがはね返る方向とを一層よく感知することが できる。従って、ボールを真直ぐに打つか、角度をつけて打つかに関せず、一層 首尾一貫する可撓性が得られる。 プレイ中に生ずる振動は通常１０サイクル内で減衰する。平面内振動、及び平 面外振動の周波数が整合ずる場合には、第１４図に示すように振動の全時間中、 組み合わせた振動の正味変位、及び速度、加速度のべクトルは位相に関し非常に 良好のままである。振動は同一入力によって生ずるから、振動の初めには振動は ラケットのハンドルにおける平面内にほぼ存在する。この平面は垂直振動と横振 動との相対振幅によって決定される角度にガット平面に対し傾いている。振動が 位相に関して正確に留まっていれば、すべてのベクトルはこの平面内に留まる。 これに反し、第１３図に示すように、周波数が異なると、振幅がまだ大きい時 に、２個の振動の間に大きな位相差が振動内に早く発生し、変位、速度、及び加 速度のベクトルをその初期平面の外に動かす。 本発明ラケットがモノシャフト構造であるため、平面外振動とほぼ無関係に、 平面内振動の振動周波数を調整することができ、希望するラケットの感触を生ぜ しめることができる。更に、モノシャフト構造であること、及びヘッドと無関係 にシャフトの輪郭を定めることができることから、他の多数のパラメータを調整 することができ、オープンスロート設計の複合ラケットに比較し、多数の他の利 点を達成することができる。 上述したように、モノシャフトを使用する結果、同一ヘッド寸法、及び同一材 料のオープンスロートラケットに比較し、約２０グラムまでラケットの重量を減 少させることができる。 スロートの重量を減少させることによって操作性を向上させることができるが 、慣性極モーメントには殆ど影響がなく、ラケットは良好な安定性を維持してい る。 例えば時計の１０時及び２時の位置に相当ずる位置に重量を加えることによって スイング重量を増大すれば、慣性極モーメントを増大し、安定性を向上させるこ とができる。 また、ヘッドとシャフトの２個の構成部材に使用される強化繊維の傾斜角を変 えることによってヘッド及びシャフトの曲げ剛性と捩り剛性とを独立して調整し 得るようにすることが本発明において熟考された。 上述したところは本発明の好適な実施例を示し、当業者であれば、ここに開示 した本発明の概念から逸脱することなく、種々の変更を加えることができる。こ れ等のすべての変更は次の請求の範囲に記載したような技術範囲内にある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．約６６〜７１ｃｍ（２６〜２８インチ）の標準全長寸法を有するフレームを 具え、少なくとも３０．５ｃｍ（１２インチ）の長さと少なくとも２２．９ｃｍ （９インチ）の最大幅と少なくとも５８０．５平方ｃｍ（９０平方インチ）のガ ット面積を有ずるヘッドを包囲していて両端を有するヘッドと、前記両端がほぼ 出会う位置にあるスロートジョイントと、このスロートジョイントから延びてハ ンドル部を支持するシャフトとを前記フレームが具え、成型可能で硬化できる補 強材料を前記スロートジョイントが含むことを特徴とするモノシャフトテニスラ ケット。 ２．前記ヘッドと前記シャフトとを連続する管状部材で形成した請求の範囲１に 記載のテニスラケット。 ３．前記ヘッドと前記シャフトとが前記スロートジョイントによって結合された 別個の構成部材である請求の範囲１に記載のテニスラケット。 ４．前記ヘッドの前記両端をラケットへの軸線に対し約１２５度の角度に前記ス ロージョイントに入れた請求の範囲１に記載のテニスラケット。 ５．前記ヘッドと前記シャフトとが異なる横断面高さを有する請求の範囲１に記 載のテニスラケット。 ６．前記ヘッドと前記シャフトとを異なる材料で製造した請求の範囲１に記載の テニスラケット。 ７．前記ヘッドの振動モードを前記シャフトの振動モードから実質的に独立させ た請求の範囲１に記載のテニスラケット。 ８．前記シャフトが可変の横断面幅と横断面高さとを有し、それ等の値が前記ハ ンドルから軸線方向に離間した位置で最大である請求の範囲１に記載のテニスラ ケット。 ９．前記ヘッドが約２：１の高さ対幅の比の横断面を有する請求の範囲１に記載 のテニスラケット。 10．壁の厚さが２ｎｍより薄い管状の複合材料で前記ヘッドと前記シャフトとを 形成した請求の範囲１に記載のテニスラケット。 11．フレーム管を設け、 ほぼ楕円形のガット区域を画成するヘッド部を形成するよう前記フレーム管 の形状を定め、前記フレーム管の両端部を前記楕円形のガット区域の底部で鋭く 曲げ、この両端部をスロートジョイントの区域で出合わせ、モノシャフトとして 軸線方向に連続させ、 成型可能な硬化できる補強材料を前記スロートジョイントの周りに設け、 前記スロートジョイントを仕上げるよう前記補強材料を成型し硬化する工程 から成ることを特徴とするモノシャフトテニスラケットの形成方法。 12．ほぼ楕円形のガット区域を画成しこの楕円形のガット区域の底部で鋭く湾曲 する両端を有しほぼ軸線方向に延びる形状にヘッドフレーム部を設け、 開放上端を有するシャフトフレーム部を設け、 前記ヘッドフレーム部の前記両端を前記シャフトフレーム部の前記開放上端 内に位置させ、 前記ヘッドフレーム部と前記シャフトフレーム部との隣接部の周りに成型可 能な硬化できる補強材料を設け、 スロートジョイントを形成するよう前記補強材料を成型し硬化する工程から 成ることを特徴とするモノシャフトテニスラケットの形成方法。 13．ガット区域を包囲するヘッドと、このヘッドから延びハンドルを支持するシ ャフトとを有するフレームを具えるデニスラケットにおいて、前記ガット区域内 に配置されほぼ一平面内にあるガットを設け、前記ヘッドと前記シャフトとの少 なくとも一方が複合材料から成り、前記ガットの平面に垂直な振動の周波数であ って平面内振動の周波数に整合する自由空間振動周波数を前記フレームが有する ことを特徴とするテニスラケット。 14．前記ガットの平面に垂直な振動周波数が前記平面内振動の周波数の１０％以 内である請求の範囲２に記載のラケット。