网球拍性能改进专利技术综述

来源:用户上传      作者:

　　【摘 要】网球运动作为常见的体育运动越来越受到大众的喜爱。但是由于影响运动的因素一定程度上也依附于其所使用的器材，因此作为网球运动至关重要的部分，网球拍性能的研究与改进必然是相关行业关注的重点。本文通过对网球拍性能改进专利文献的收集、标引和梳理，分析了该领域专利技术申请情况、主要申请人以及技术分布情况，并重点研究了网球拍性能的技术改进路线，以期能对相关企业的技术研究和专利布局提供一定的借鉴意义。
　　【关键词】网球拍;硬度;甜区;减震
　　中图分类号： TS952.35 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）02-0166-003
　　【Abstract】As a common sport， Tennis is becoming more or more popular. However， because of the factors that affect the movement also depend on the  used equipment， therefore， as a vital part of tennis ， the research and improvement of tennis racquet performance is the focus of the related industry .Based on the collection， indexing and combing of patent literature on improved tennis racquet， this paper analyzes the applications of patent technology ， the main applicants and the distribution of technology，and also studies the technical improvement of the tennis racquet performance. It has a certain significance for the technology research and development direction of enterprise.
　　【Key words】Tennis racquet; Hardness; Sweets; Damping
　　0 前言
　　网球运动作为一项优美而激烈的运动，其由来和发展可用以下四句话来概括：孕育在法国，诞生在英国，开始普及和形成高潮在美国，现在盛行全世界[1]。
　　随着网球运动的流行，网球拍作为网球运动的必备运动工具，也在不断地改进，材料上从木质、金属、再到复合材料，形状上则有小型拍头球拍、中型拍头球拍和大型拍头球拍等。总之，这些材质或形状的演变都是基于对网球拍性能的改进，其目的是使得网球拍的整体性能更优，提高运动技能，改善使用者的体验感。
　　网球拍主要由拍头、拍喉、拍柄组成，使用时配合弦线以及减震器等部件使用。通常，根据国际上“AMSSEFCSL”标准，影响网球拍性能的主要因素包括以下9个方面，如图1所示。
　　由上述可知，影响网球拍性能的因素众多，但它们之间并不是孤立存在的，而是一定程度上相互关联的。本文通过对网球拍性能改进的相关专利文献进行筛选和分类，将重点针对网球拍硬度、甜区以及减震三个方面的专利申请情况和技术分布进行分析，根据时间节点归纳相关的技术发展路线，以期能够供行业相关领域研究参考。
　　1 网球拍专利技术国内外申请和分布状况
　　本文基于检索数据库得到的相关数据对网球拍硬度、甜区和减震三个方面的性能改进的专利申请和分布情况大致进行了如下统计与分析。
　　1.1 国内外专利申请状况
　　图2、图3分别是国内外有关网球拍专利申请量的变化趋势。其中，由图2中可以看出，国外从1920前后就已经出现有关网球拍的专利，随后专利申请量不断增加，而1990-1998年之间的申请量增幅却比较低。此外，通过分析其专利技术可知，早期的相关专利主要关注点是对球拍材质的改进，即从最初的木质材料到金属;同时对于拍线穿线方式改进的专利数量也比较多，其主要目的是为了扩大甜区，提高网球拍的击球效果等。
　　相比于国外网球拍专利技术的发展，国内网球运动的兴起比较晚。由图3中可以看出，从1989年之后国内才开始出现相关的专利申请，且早期的专利申请量也并不多;后续随着人们对健康的重视以及中西文化的交流和碰撞，从2005年之后专利申请量一直有所增加。进一步分析国内相关技术的发展可知，发展初期专利技术改进主要针对网球拍结构，后续则更多的是关注复合材料在网球拍中的运用、拍线的材质以及穿线方式的改进，以此提高网球拍的弹性、击打性能以及使用的舒适性等。
　　1.2 国内外主要申请人分布
　　通过对相关专利文献进行分析可知，如图4所示，国外相关领域的主要申请人分别为王子运动用具有限公司、威尔逊运动货品公司、邓禄普有限公司、海德运动有限公司、百保力公司、住胶体育用品株式会社、王子运动用具集团有限公司等。其中，由于网球运动在美国的盛行，因此相关专利申请主要集中在美国。此外，通过近几年的行业市場占有份额来看，网球拍主流品牌主要有Babolat、威尔逊以及HEAD等，相关前沿技术也主要集中在这些品牌中。
　　国内研究网球拍性能的重要申请人主要是厦门侨兴工业有限公司、厦门新凯复材科技有限公司、黄淑娥、刘继志、尤景三、山河森实业股份有限公司、王子运动用具集团股份有限公司、黑德技术有限公司、威尔逊运动货品公司等。如图5所示。其中，厦门侨兴工业有限公司和厦门新凯复材科技有限公司的申请量较多，这可能受早期网球运动传入台湾的影响。 　　2 网球拍性能的技术发展路线
　　由前述分析可知，影响网球拍性能的因素很多，但基于专利申请量的分布以及技术改进发展来看，其主要集中在对网球拍硬度、甜区以及减震三个方面，因此，本文主要针对下述三个方面进行分析。
　　2.1 网球拍硬度性能的技术发展
　　网球拍的硬度与网球拍的弹性性能相关，其很大程度上影响使用者的击球手感。一般来说，硬度越高的球拍在击球时形变越小，也相对需要使用者少些主动发力，控制也更好些;而硬度越小的球拍，击球时形变越大，但手感相对较好。综合网球拍的性能可知，影响网球拍的硬度性能很大程度上体现在球拍材质上。
　　通过分析相关专利技术可知，在网球拍发展初期，网球拍的材质主要木质为主，如1921年美国专利US19210489255A和1922年US19220568373A均是采用木质球拍，此形成了网球拍初期的主流材质。但是由于木质球拍具有易受潮、易变形等缺点，且之后随着制造业的不断发展，网球拍的材质也发生了重大改变。1967年美国的维尔胜公司生产出了第一支铁制球拍T-2000[2]，随着相关的专利申请也有所体现，如1973年美国专利USD3751034A通过采用金属制作球拍，以此实现对网球拍硬度和弹性性能的改进;1974年DE2417439A则是通过采用轻质材料-铝制作轻量化且强度高的网球拍。由于金属球拍的外框可以承受更高强度的冲击力和拉力，因此，金属球拍在拍头面积、拍弦的承重磅数等方面都具备了木质球拍所不能比拟的优越性。
　　此后，随着碳纤维及其复合材料的兴起，网球拍行业的巨头制造商都在不断尝试将新材料运用到球拍制作中。如1984年US19840632453A通过采用碳纤维制作网球拍，以达到更硬、更轻的技术效果;1993年US19930071171A则是通过采用橡胶、泡沫等复合材料使得网球拍的整体性能更优。2014年中国专利CN201280015576A也提出一种网球拍，球拍由在其中间安装轻材料的碳纤维夹层结构形成，以此在保证网球拍硬度要求的同时实现轻量化，以进一步提高击球手感和舒适感。
　　综上，用碳纤维及其复合材料制造的网球拍具有重量轻、弹性好、刚度大、应变小、击球面积大等特点，还可降低球与球拍接触时的偏离度，使球获得较大的初速度，因此目前碳纤维网球拍成为行业主流。
　　2.2 网球拍甜区的技术发展
　　球拍的一般线床包括在碰撞球时对选手提供最大的反应性、最大的力量以及最好的感觉的中心区域和周边区域。中心区域常常被称作“甜区”，被限定为产生较高反弹系数值的线床区域。通常，若球拍击球甜区小，球打在稍偏离中心的位置，球拍弹性就会有很大的落差，造成击球难度增高、失误增多。因此，对于构造具有扩大甜区的球拍一直是该运动领域的需要，且需要保证在扩大甜区的同时不会影响球拍的整体性能。
　　为了扩大球拍的甜区，提高网球拍的整个性能，相关网球拍专利申请技术发展中给出了很多不同的技术改进点，图6是网球拍甜区扩大的专利技术分布图。
　　综上可知，为了扩大球拍甜区，相关的专利技术分别从增加球拍的头部大小、增加球拍线的张力、改变球拍和/或球拍线的材料、以及增加球拍的竖线和/或横线的长度等方面做出相应的改进。然而，这样的设计改变会有一定的缺陷，例如可靠性下降、拍线易断裂、球拍容易损坏以及可操作性降低等。基于该些缺陷，2013年CN201310313513A提出了一种网球拍，其头部包括具有内周壁和外周壁的箍，内周壁包括多个横线孔和多个竖线孔。该球拍结构具有扩大的甜区、增加的竖线回弹速度，但不增加球拍头部的极惯性矩，且也不影响球拍的可操作性。2016年CN201621175050A给出了一种新型网球拍，该网球拍通过缓冲段的设置，可以增加球拍甜心区的占比，使击球更顺畅。
　　2.3 网球拍减震性能的技术发展
　　在击球时，网球拍网面受到撞击产生震动，且该震动通过球拍线传导至球拍框架，再由球拍框架传导至球拍握柄，最后传到使用者手臂。如果击球时产生的震动过大，日积月累非常容易使得使用者产生所谓的“网球肘”。因此，使用者在选择网球拍时，最关注的性能之一便是网球拍的避震效果。
　　2.3.1 网球拍结构的技术发展对减震性能的影响
　　现有技术中为了降低震动冲击，多数技术通过在球拍框架或握柄上加以改良变化以求得具有降低震动效果球拍，
　　早在网球拍的发展初期，球拍的减震主要是通过采用避震体外挂的方式，例如在球拍框架的槽中设置相应的避震块，或在球拍框架周缘的网线附挂避震条等方法。如1929年专利US19290396091A和1979年专利US4180265A;然而，外挂避震体在挥动球拍击球时易使避震体掉落，并且影响打击拍面范围，因此该种设计并未真正有效消减击球瞬间产生的强大冲击力。
　　2.3.2 网球拍拍线的技术发展对减震性能的影响
　　球拍拍线的选用关系到其所编织形成甜区的大小、球拍弹性、以及其震动程度。拍线材质的改变也在不断影响着网球拍的减震性能，如图8是网球拍拍线改进技术路线图。
　　分析网球拍的专利技术可知，早期的网球拍线主要由羊肠或半羊肠构成，但羊肠或半羊肠拍线的主要缺陷是抗拉强度及杨氏模数皆不高，因此在击球时，拍线不但容易断裂，且易产生高的震动，易引起网球肘的产生。
　　针对上述缺陷，1978年DE2800572A提出采用人造聚合球拍线，但是人造聚合球拍线材料，其黏弹性及黏塑性现象明显，当受到高的冲击应力时会渐失其弹性，造成球拍穿线拉力的降低，耐用性差，且时常要换线，增加使用的成本。而后1997年CN97103170A提出了一种由合成纤维制成的复合丝作为弦线，其具有优良（打球性，但是人工合成的纤维其编线方法又因需要不同而有不同的缠绕方式，间接影响线的直径与粗细，影响使用效果。2007年CN200710143681A提出一种球拍线，其芯线周围以皮线编织或缠绕，以使得弦线更为纤细，且具有耐用性，击球感良好;2012年CN201210454821A提出设计网球拍弦的纳米粒子/尼龙材质是由纳米粒子、尼龙类树脂和增强二者之间相容性的偶联剂或改性剂组成，其结构是由纳米粒子/尼龙材质制备的芯丝和卷绕在该芯丝外面的多个同一材质制备的皮丝，所形成的芯鞘结构，再用包覆树脂使整相一体化的网球拍弦。该网球拍弦具有高强的特性，并且增加强度的同时不损失其弹性。
　　综上所述，影响网球拍性能的各个因素之间并不是孤立存在的，而是相互关联的，因此在对网球拍性能进行改进时要兼顾多个方面，以此才能获得性能更好的网球拍。
　　3 总结
　　目前，隨着经济的发展和公众对专利保护意识的加强，各领域的专利申请量也在不断增长。本文以中文和外文专利库的专利文献为样本，分析了国内外有关网球拍的专利申请趋势以及各国的专利分布，并针对网球拍的硬度、甜区以及减震三个方面概述了网球拍性能改进的技术发展路线，以期能够供相关技术领域进行参考。
　　【参考文献】
　　[1]蔡宁.网球拍设计中的材料与工艺研究.武汉：中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技第Ⅰ辑.2009-09.
　　[2]邹云明.论网球拍的演变及未来发展趋势.体育科技文献通报.2013-01.129-132.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15269427.htm