TW200848124A - Single wall ball bat including E-glass structural fiber - Google Patents

Description

200848124 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種單層壁球棒，特別是關於一種由_ 層層之單向二維混成纖維所組成之單層壁球棒。 【先前技術】 中空之棒球棒或壘球棒在揮擊棒球或壘球時通常會& 現一種稱為「彈簧床效應」（trampoline effect)。此彈簧床 效應係由位能之轉移所造成，此位能儲存於局部棒箍模態 ('(local bat hoop mode)時將造成變形，並以動能之形態傳至 球體。當此能量之轉移遭遇最低的損失時將使彈簧床效應 最佳化。球體被擊中時，假使棒箍模態擊球壁（hoop mode barrel wall)之應變回復（strain recovery)與球體之應變回復 係同相（in phase)的，即可使能量轉移面臨最低損失。在此 情況下可達到將最大化之動能轉移至球體。 此能I轉移至球體之效率可由恢復係數（coefficient of (restitution，COR)表示。恢復係數（COR)係將衝擊後球體之 速率（post impact ball velocity)除以入射球體之速率 (incident ball velocity)，其將代表球棒與球體之間能量轉 移的效率。 在一般認知上，當為了增加球棒之财久性而增加擊球 壁（barrel wall)之結構厚度或剛性（stiffness)時，將降低動能 轉移至球體之效率。因此，受剛性所影響之擊球區能量的 4貝失與球棒的表現之間係呈正相關（direct relationship) 的。由於極薄之擊球壁展現出極高的變形（有利於能量的轉 5 200848124 移），通常會有較好之表現，但其通常不具良好之強度特性 (strength characteristic)或耐久性。相對的，極厚之擊球壁 通常具有較佳之耐久性但卻無法有效率的將能量轉移至= 雙層壁或多層壁球棒係為了在增加擊球區表現的同 時，保持可提供足夠耐久度之整體層壁厚度所研製出的產 品。與單層壁設計相比，多層壁球棒係藉由增加擊球區之 順從性（barrel compliance)，特別是減低球棒擊球區之棒箍 (徑向（radia!))剛性而擴張可能撓曲之數量（am〇 deflection)。雖然多層壁球棒概括來說係成功的，但i 造費用通常較單層壁球棒為高。因此，當控制因素為^ 或售仏4，或許單層壁球棒將較為理想。 根據先前的認知，單層壁複合球棒將不會有令人滿咅 的表現或沒有足夠的耐久性來證明投資在研製單：辟葙： 球棒的時^值得的。然而，最近已研製出的單二^ ° 其包含一或多種經三維纖維(如編織玻璃纖維二二 bmded glass fibers))所強化之聚合物複合材 第-A圖顯示出一包含三維纖維8之單層壁球棒$的範：。

上述二維纖維在不明顯影響表現的狀況下與 合物複合材料球棒相比，可提供較佳之耐久性。、 I

含三維強化纖維之單層壁複合球棒的製造 二& L 複雜。因此，亟需一造價低廉 生又呵且較為 棒之方法。 、厲且了大！製造單層壁複合球 【發明内容】 6 200848124 、一種早層壁球棒係由一層層之單向二維混成纖维所翻 成。此混成纖维之纖維層可交互堆疊成一疊層結構，其中 單層内之纖維係定向於一或多個相鄰層内纖維之對稱 角。低拉伸模數且定向於提供理想耐久性之二維電子級玻 璃纖維可用來構築大部分之擊球區或球棒之其他部位。 本發明之其他特徵及優點將於下文甲呈現。本發明样 述於上之特徵可單獨或共同絲其巾之—或多個之^㈣ 合而使用。本發明亦存在於上述特徵之次組合 (sub-combinations)中。 〇 現“述本發明之多種實施例。以下說明提供用於徹底 了解及用於對此等實施料以描述之具體細節。然而，孰 悉此技藝者將了解，無需許多此等細節即可實施本發明Γ 另外’某些眾所壯之結構或功能可能未加以展示料述 以避免混淆了對多種實施例之相關描述。 雖然以下敘述中所使用之術語係結合了本發明之 特定實施例之詳細說明’其係意圖做最寬廣且合理：： 釋。下文甚至可能會對某些特定術語予以強調；然而，音 圖以任何限制性方式來解釋之任何術語將於此詳細說明^ :上下文合卉日守’單數或複數之術語亦可分別包含複 數或單數術語。另外，下文中斯山 又中所出現之「或」如未特別說 明其係僅指列舉於二或多種項目 r之早一項目而不包含其他 項目，則「或」之使用聽料包含⑷所列舉之任何單二項 200848124 目，（b)所列舉之所有項目，或⑷所列舉項目之任何組合。 如第二圖所示，一棒球或壘球球棒1〇(在下文中統稱為 「球棒」或「棒」），包含一握柄12、一擊球區14及一將握 柄12接合至擊球區14之過渡區域（transiti〇nregi〇n)4漸縮部 份（tapered SeCti〇n)16。握柄12之自由端包含一把手18或類 似結構。擊球區14在較佳的情況下係由一合適之蓋、塞或其 他端蓋（end closure)所封閉。端蓋2〇可藉由按壓安裝（press沿) 或黏著、或螺紋、釘定（Pinning)、或其他合適之方式裝上。在 (較佳的情況下，棒10之内部係中空的，如此可讓棒ι〇之重 量相對較輕，故球員揮動棒1〇時可產生相當大的球棒速度。 在較理想之情況下，球棒10具有一 2〇至4〇吋，或％ 至34吋之總長度。較佳之擊球區總直徑為2 〇至3 〇吋，戋 2.25至2·75吋。一般的球棒具有2·25、2·625或2·75吋的直 L。本文中涵蓋了具有此等總長度與擊球區整體直徑以及任 何其他合適尺寸之各種組合的球棒。球棒尺寸之特定較佳組 (.合通常係由棒10之使用者所指定，且在不同使用者之間可有 較大的變化。因此，球棒10之尺寸可能比本文中所描述的更 大或更小。 整個球棒10可由—「一體成形」（one Piece)或二個或多 個組件，如可分離之握柄及擊球區之組件所形成。本文所述 之一體成形球棒設計大體而言係指球棒10之擊球區14、過渡 區域16,以及握柄12不具有任何會明顯加厚擊球區層壁之間 隙、嵌入物（inserts)、護封（jackets)或黏接結構。在此種設計 中，其不同之疊層（laminate layers)在較佳的情況下係敕入至 8 200848124 擊球區結構，使其在負載條件（loading conditions)下均能一致 (act in unison)。為實現此一體成形之設計，棒1〇之各疊層在 較佳的情況下均經過共同硬化（c〇_cured),因此並非由在管之 末端處各自具有一不同層壁厚度之一系列連接管（嵌入物或護 封）所組成。 如第二A圖所示，在較理想的情況下球棒擊球區14係一 由一系列之單向混成纖維之纖維層22所組成之單層壁結構。 此纖維係以二維為佳（即指其未經編織且未在球棒之圓柱 面產生交叉）。在較佳的情況下’此單向⑧成纖維係嵌入於一 樹脂基材（resin matrix)中，此樹脂基材包含環氧化物、乙稀基 酉曰ΛΚ 氨基鉀酸酯、尼龍或任何其他合適之樹脂。上述 纖維亦可預先滲人（pre_impregnated)於樹脂基材材料。 在較理想的情況下，球棒擊球區14内之相當比例的纖維 具有低拉伸之楊氏模數（Young’s modulus)，因此當擊球區 14擊中球體時單層壁擊球區14可將相當大的能量傳至球 體。在一實施例中，拉伸楊氏模數約為9.5至llmsu 1〇.5msi 之電子級玻璃纖維可用來構成至少相當比例之擊球區Μ或球 棒之其他區域。 由於電子級玻璃具有相對低的拉伸楊氏模數，因此一般 來說’相較於以石墨以及金屬為主之結構，電子級玻璃複合 結構具有良好的阻尼特性。因此，當相當比例的球棒1〇係由 電子級玻璃纖維所構成時’球棒1〇將顯示出較佳的振動阻尼 特性（vibration damping characteristics)。 在-實施例中，位於球棒擊球區i4内之纖維至少有 9 200848124 5〇:/°，或 50 至 6〇% ’ 或 60 至 70%，或 70 至 80%，或 8〇 至 9〇%’或90至100%含有電子級玻璃纖維。餘下之擊球區纖維 層可為混成纖維，其包含玻璃、石墨、删、碳、人造纖維 (aramid)(例如克維拉⑧(Kevlar⑧)）、陶莞、石英、金屬、及 其他合適之混成纖維材料。在一實施例中，擊球區14二 =包含50至9G%之電子級玻璃纖維以及1()至抓之石墨纖 f 球^ ^的情況下’位於擊 纖維係定向於=内1:系交互堆叠的’因此在相鄰層内之 層結構可包含一或多曰種二之：稱角，形成-疊層結構。4 含-對纖維層22,加上一：各-層组包 之縱軸)之纖維的第一纖維層;二一含 ，之_之纖維的第二纖維:二 3〇父互堆疊以形成理想之擊球區厚度。了將夕重豐層組 在-實施例中，在—或 内纖維定向之正角係鱼 曰、30内弟—纖維層& 對值相笨i + ，、/、弟一纖維層34内纖維定向之#自& ::內或大致相等。舉例來說，在-疊層组二的絕 a 2内之纖維可定向於3〇 、、之弟—纖維 縱轴），而第二纖維> 34 β 5或6〇 (相對於球棒10之 或·(相對於球棒 及第二纖維層的纖維當然亦 特疋豐層組30内之第- 在一實施例中，球槔、疋σ於任何其他合適之角度。 其第—内之各個或大部分的各個 、弟纖維層32内纖維 ，各個宜層組3〇， 之正角係與弟二纖維層34内纖 10 200848124 維定向之負角的絕對值相等或約略相等。 在較理想的情況下，球棒擊球區丨4内相當比例之電子級 玻璃纖維相對於球棒10之縱軸係定向於正/負6〇。或更大的角 度。將電子級玻璃纖維以此方式定向將可增加擊球區14之徑 向強度（radial strength)。因此，不需要為了提供理想的耐久性 而採用複雜的三維纖維構造。在一實施例中，球棒擊球區14 内至少有50%，或50至90%，或6〇至8〇%之電子級玻璃纖 維相對於球棒10之縱軸係定向於正/負6〇。或更大的角度。 在另一實施例中，擊球區14内至少有50%之疊層組3〇 内之正、負纖維定向係與此比例中其他疊層組3〇内之正、負 纖維的定向相同。換句話說，在一由擊球區内至少、之最 層組30所組成之群組中，一疊層組内之第一與第二纖維之= 向係’、群組内其他豐層組之第一與第二纖維之定向相同。舉 例來。兄’在至少5〇%的疊層组3〇内，第一及第二纖維層内之 纖維可分別定向於60。及-60。。 :柄12及過渡區域16可由製造擊球區14之相同或相里 的材料所組成。舉例來說，握柄12或過渡區域16可由複合 曰斤、且成’此複合層包含玻璃(如電子級玻璃)、石墨、硼、 人=纖維（例如克維拉⑧）、陶曼、金屬、石英、及/或其他合火 之混成纖維材料。在較理相 ^ 合層、握柄产月 之各個複 4m域16之厚度約為請2至〇._时， i。//至請8对。亦可選擇採用任何其他合適之層片厚 ί 1 〇至之二或過渡區域16亦可由一金屬(如鋁合金)製成。球 " 多個區域亦可採用—或多種複合材料與金屬之組 11 200848124 球棒ίο可採用不同變化之製程製造，包含樹脂轉注成形 (resin transfer molding)、壓縮成形（compressi〇I1 m〇iding)、手 工積層（hand laying-up)、繞線成形（fiiarnent winding)、或任何 其他合適之製程。一穩健（robust)之生產製程，例如在心轴 (mandrel)或工具周圍環繞形成球棒1〇後，抽出心軸並以一充 氣氣囊代替心軸之氣囊製模法（bladder molding)，亦可用於黎】 造球棒10。 < 以上展不並描述了本發明之若干實施例，當然亦可進行 各種形式之變化並取代所展示之實施例，而不脫離本發明之 精神及範嘴。因此，本發明不應當受到除以下中請專利範圍 及其均等物之外的限制。 【圖式簡單說明】 相同之參考號碼係用於代表遍佈於數 在下列圖式中，才[ 個視圖中之同一元件··

第一圖係一習知老 的側視圖。 第 A 151 ^ _ Γ5Π 12 200848124 第三A圖係顯示於第三圖之二維纖維層之一系列疊層 組的局部放大側視圖。 【主要元件符號說明】 5 單層壁球棒 8 三維纖維 10球棒 12握柄 14擊球區 ί 16過渡區域 18把手 20端蓋 2 2纖維層 30疊層組 3 2第一纖維層 34第二纖維層

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Claims (1)

1. 200848124 十、申請專利範圍·· 1· 一種球棒，包含·· 一握柄； 早層壁擊球區包含複數單向二維纖維， ^之纖維層係交互堆疊以致該層内以_以2 夕一相鄰層内纖維之對稱角； J中：：50%之該單向二維纖維包含電子級玻璃纖

   °"早向一維纖維相對於該球棒之縱軸係定向於正/ 負60。或更大的角度；及 、 過渡區域接合該握柄至該擊球區。 2.如請求们所述之球棒，其中5()至6()%之該 2維包含電子級玻璃纖維，該單向二維纖維相對於該球 午之縱軸係定向於正/負60。或更大的角度。 ， I 所述之球棒，其中⑼至7G%之該單向二維 :、、隹包含電子級玻璃纖維’該單向二維纖維相對 午之縱軸係定向於正/負60。或更大的角度。 、"： 4.如凊求項1所述之球棒，其中7〇至8〇%之該 纖維包含電子級玻璃纖維，該單向一㈣維知似 隹 棒之峨I — 早〇 一維纖維相對於該球 知之縱軸係定向於正/負6〇。或更 維 5’如凊求項1所述之球棒，其中80至90%之該單向 14 200848124 、戴’隹L 3電子級玻璃纖維’該單向二維纖維相對於該球 棒之縱軸係定向於正/負60。或更大的角度。 6.如請求W所述之球棒，其巾9〇至1〇〇%之該單向二維 纖維包含電子級玻璃纖維’該單向二維纖維相對於該球 棒之縱軸係定向於正/負6〇。或更大的角度。 m項1所述之球棒’其中該單向二維纖維係嵌入於 :树脂基材中，該樹脂基材包含至少下列其中之—：環 氧化物、乙烯基醋、聚醋、氨基卸酸醋及尼龍。 士 π求項1所述之球棒，其中該複數單向二維纖 纖維層係堆疊於複數相應疊層對(lamina pair)中'，其； ::::叠層對包含一第一纖維層，該第一纖維層相對於 …午之縱軸係定向於一正角’及一第二纖維層 —纖維層相對於該球棒之縱軸係定向於一負角。x 9.=求項8所述之球棒，其中該各個疊層對中，該 係、该負角之絕對值相#或大致相等。 角 °月求工員8所述之球棒，其中至少、5〇%之 纖維具有與其他疊層對中之纖維相同之角度定；f。中之 維 士 °月求工員1所述之球棒，其中該擊球區内之該單向 15 200848124 纖維包含5〇 i 9()%之電子級玻璃纖維及1Q至5〇 石碳纖維。 12· —種球棒，包含· 一握柄； 纖ΐΓΐϊ,區包含複數單向二維纖維層，該單向二維 曰 夕50%之纖維包含電子級玻璃纖維，該電早 ί 及玻离義、、隹相對於該球棒之縱軸係定向於正 更大的角度；及 或 一過渡區域接合該握柄至該擊球區； 〃中忒單向二維纖維層係排列成複數相應之疊層對，並 個疊層對包含-第-纖維層，該第一纖維層相對 :该：棒之縱軸係定向於一正角，及一第二纖維層，該 弟一纖維層相對於該球棒之縱軸係定向於一負角。 女明求項12所述之球棒’其中該各個疊層對中，該正 角係與該負角之絕對值相等或大致相等。 μ 14·如請求項12所述之球棒，其中至少观之該疊 之纖維具有與其他叠層對中之纖維相同之角度定曰向。 15.^求項12所述之球棒，其中該單向二維纖維層中之 —截維係嵌入於「樹脂基材中，該樹脂基材包含至少下 L、令之一 .％乳化物、乙婦基醋、聚醋、氨基卸酸酯 16 200848124 及尼龍。 16.如請求項12所述之球棒，其中該擊球區内之該單向二 維纖維層中之該纖維包含50至9()%之電子級玻璃纖維 及10至5 0 %之石碳纖維。 17 · —種球棒，包含： 一握柄； f -單層壁擊球區包含複數單向二維纖維層，該單向二维 纖維層係交互堆疊以致該層内之纖維係定向於至少一 相鄰層内纖維之對稱角；其中該纖維包含至冒之 f子級玻璃纖維及H)至鄕之石碳纖維 ° =維相對於該球棒之縱轴係定向於 :、= 的角度；及 4又八 一過渡區域接合該握柄至該擊球區。 18·如請求項17所述之球棒，豆巾 :丨成複數相應之疊層對，其;= 2層，該第一纖維層相對於該球棒之 ： 正角，及一篆-嫌祕：既 你疋向於一 縱軸係定向於一負角。 ㈢相封於該球棒之 19:請求項18所述之球棒，其中該各個 角係與該負角之絕對值相等或大致相等。+中，該正 17 200848124 20·如請求項18所述之球棒，其中至少50%之該疊層對中 之纖維具有與其他疊層對中之纖維相同之角度定向。

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