網球拍性能改進專利技術綜述

劉梅 鐘黔

【摘 要】網球運動作為常見的體育運動越來越受到大眾的喜愛。但是由于影響運動的因素一定程度上也依附于其所使用的器材，因此作為網球運動至關重要的部分，網球拍性能的研究與改進必然是相關行業關注的重點。本文通過對網球拍性能改進專利文獻的收集、標引和梳理，分析了該領域專利技術申請情況、主要申請人以及技術分布情況，并重點研究了網球拍性能的技術改進路線，以期能對相關企業的技術研究和專利布局提供一定的借鑒意義。

【關鍵詞】網球拍;硬度;甜區;減震

中圖分類號： TS952.35 文獻標識碼： A 文章編號： 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

網球運動作為一項優美而激烈的運動，其由來和發展可用以下四句話來概括：孕育在法國，誕生在英國，開始普及和形成高潮在美國，現在盛行全世界[1]。

隨著網球運動的流行，網球拍作為網球運動的必備運動工具，也在不斷地改進，材料上從木質、金屬、再到復合材料，形狀上則有小型拍頭球拍、中型拍頭球拍和大型拍頭球拍等。總之，這些材質或形狀的演變都是基于對網球拍性能的改進，其目的是使得網球拍的整體性能更優，提高運動技能，改善使用者的體驗感。

網球拍主要由拍頭、拍喉、拍柄組成，使用時配合弦線以及減震器等部件使用。通常，根據國際上“AMSSEFCSL”標準，影響網球拍性能的主要因素包括以下9個方面，如圖1所示。

由上述可知，影響網球拍性能的因素眾多，但它們之間并不是孤立存在的，而是一定程度上相互關聯的。本文通過對網球拍性能改進的相關專利文獻進行篩選和分類，將重點針對網球拍硬度、甜區以及減震三個方面的專利申請情況和技術分布進行分析，根據時間節點歸納相關的技術發展路線，以期能夠供行業相關領域研究參考。

1 網球拍專利技術國內外申請和分布狀況

本文基于檢索數據庫得到的相關數據對網球拍硬度、甜區和減震三個方面的性能改進的專利申請和分布情況大致進行了如下統計與分析。

1.1 國內外專利申請狀況

圖2、圖3分別是國內外有關網球拍專利申請量的變化趨勢。其中，由圖2中可以看出，國外從1920前后就已經出現有關網球拍的專利，隨后專利申請量不斷增加，而1990-1998年之間的申請量增幅卻比較低。此外，通過分析其專利技術可知，早期的相關專利主要關注點是對球拍材質的改進，即從最初的木質材料到金屬;同時對于拍線穿線方式改進的專利數量也比較多，其主要目的是為了擴大甜區，提高網球拍的擊球效果等。

相比于國外網球拍專利技術的發展，國內網球運動的興起比較晚。由圖3中可以看出，從1989年之后國內才開始出現相關的專利申請，且早期的專利申請量也并不多;后續隨著人們對健康的重視以及中西文化的交流和碰撞，從2005年之后專利申請量一直有所增加。進一步分析國內相關技術的發展可知，發展初期專利技術改進主要針對網球拍結構，后續則更多的是關注復合材料在網球拍中的運用、拍線的材質以及穿線方式的改進，以此提高網球拍的彈性、擊打性能以及使用的舒適性等。

1.2 國內外主要申請人分布

通過對相關專利文獻進行分析可知，如圖4所示，國外相關領域的主要申請人分別為王子運動用具有限公司、威爾遜運動貨品公司、鄧祿普有限公司、海德運動有限公司、百保力公司、住膠體育用品株式會社、王子運動用具集團有限公司等。其中，由于網球運動在美國的盛行，因此相關專利申請主要集中在美國。此外，通過近幾年的行業市場占有份額來看，網球拍主流品牌主要有Babolat、威爾遜以及HEAD等，相關前沿技術也主要集中在這些品牌中。

國內研究網球拍性能的重要申請人主要是廈門僑興工業有限公司、廈門新凱復材科技有限公司、黃淑娥、劉繼志、尤景三、山河森實業股份有限公司、王子運動用具集團股份有限公司、黑德技術有限公司、威爾遜運動貨品公司等。如圖5所示。其中，廈門僑興工業有限公司和廈門新凱復材科技有限公司的申請量較多，這可能受早期網球運動傳入臺灣的影響。

2 網球拍性能的技術發展路線

由前述分析可知，影響網球拍性能的因素很多，但基于專利申請量的分布以及技術改進發展來看，其主要集中在對網球拍硬度、甜區以及減震三個方面，因此，本文主要針對下述三個方面進行分析。

2.1 網球拍硬度性能的技術發展

網球拍的硬度與網球拍的彈性性能相關，其很大程度上影響使用者的擊球手感。一般來說，硬度越高的球拍在擊球時形變越小，也相對需要使用者少些主動發力，控制也更好些;而硬度越小的球拍，擊球時形變越大，但手感相對較好。綜合網球拍的性能可知，影響網球拍的硬度性能很大程度上體現在球拍材質上。

通過分析相關專利技術可知，在網球拍發展初期，網球拍的材質主要木質為主，如1921年美國專利US19210489255A和1922年US19220568373A均是采用木質球拍，此形成了網球拍初期的主流材質。但是由于木質球拍具有易受潮、易變形等缺點，且之后隨著制造業的不斷發展，網球拍的材質也發生了重大改變。1967年美國的維爾勝公司生產出了第一支鐵制球拍T-2000[2]，隨著相關的專利申請也有所體現，如1973年美國專利USD3751034A通過采用金屬制作球拍，以此實現對網球拍硬度和彈性性能的改進;1974年DE2417439A則是通過采用輕質材料-鋁制作輕量化且強度高的網球拍。由于金屬球拍的外框可以承受更高強度的沖擊力和拉力，因此，金屬球拍在拍頭面積、拍弦的承重磅數等方面都具備了木質球拍所不能比擬的優越性。

此后，隨著碳纖維及其復合材料的興起，網球拍行業的巨頭制造商都在不斷嘗試將新材料運用到球拍制作中。如1984年US19840632453A通過采用碳纖維制作網球拍，以達到更硬、更輕的技術效果;1993年US19930071171A則是通過采用橡膠、泡沫等復合材料使得網球拍的整體性能更優。2014年中國專利CN201280015576A也提出一種網球拍，球拍由在其中間安裝輕材料的碳纖維夾層結構形成，以此在保證網球拍硬度要求的同時實現輕量化，以進一步提高擊球手感和舒適感。

綜上，用碳纖維及其復合材料制造的網球拍具有重量輕、彈性好、剛度大、應變小、擊球面積大等特點，還可降低球與球拍接觸時的偏離度，使球獲得較大的初速度，因此目前碳纖維網球拍成為行業主流。

2.2 網球拍甜區的技術發展

球拍的一般線床包括在碰撞球時對選手提供最大的反應性、最大的力量以及最好的感覺的中心區域和周邊區域。中心區域常常被稱作“甜區”，被限定為產生較高反彈系數值的線床區域。通常，若球拍擊球甜區小，球打在稍偏離中心的位置，球拍彈性就會有很大的落差，造成擊球難度增高、失誤增多。因此，對于構造具有擴大甜區的球拍一直是該運動領域的需要，且需要保證在擴大甜區的同時不會影響球拍的整體性能。

為了擴大球拍的甜區，提高網球拍的整個性能，相關網球拍專利申請技術發展中給出了很多不同的技術改進點，圖6是網球拍甜區擴大的專利技術分布圖。

綜上可知，為了擴大球拍甜區，相關的專利技術分別從增加球拍的頭部大小、增加球拍線的張力、改變球拍和/或球拍線的材料、以及增加球拍的豎線和/或橫線的長度等方面做出相應的改進。然而，這樣的設計改變會有一定的缺陷，例如可靠性下降、拍線易斷裂、球拍容易損壞以及可操作性降低等?；谠撔┤毕?，2013年CN201310313513A提出了一種網球拍，其頭部包括具有內周壁和外周壁的箍，內周壁包括多個橫線孔和多個豎線孔。該球拍結構具有擴大的甜區、增加的豎線回彈速度，但不增加球拍頭部的極慣性矩，且也不影響球拍的可操作性。2016年CN201621175050A給出了一種新型網球拍，該網球拍通過緩沖段的設置，可以增加球拍甜心區的占比，使擊球更順暢。

2.3 網球拍減震性能的技術發展

在擊球時，網球拍網面受到撞擊產生震動，且該震動通過球拍線傳導至球拍框架，再由球拍框架傳導至球拍握柄，最后傳到使用者手臂。如果擊球時產生的震動過大，日積月累非常容易使得使用者產生所謂的“網球肘”。因此，使用者在選擇網球拍時，最關注的性能之一便是網球拍的避震效果。

2.3.1 網球拍結構的技術發展對減震性能的影響

現有技術中為了降低震動沖擊，多數技術通過在球拍框架或握柄上加以改良變化以求得具有降低震動效果球拍，

早在網球拍的發展初期，球拍的減震主要是通過采用避震體外掛的方式，例如在球拍框架的槽中設置相應的避震塊，或在球拍框架周緣的網線附掛避震條等方法。如1929年專利US19290396091A和1979年專利US4180265A;然而，外掛避震體在揮動球拍擊球時易使避震體掉落，并且影響打擊拍面范圍，因此該種設計并未真正有效消減擊球瞬間產生的強大沖擊力。

2.3.2 網球拍拍線的技術發展對減震性能的影響

球拍拍線的選用關系到其所編織形成甜區的大小、球拍彈性、以及其震動程度。拍線材質的改變也在不斷影響著網球拍的減震性能，如圖8是網球拍拍線改進技術路線圖。

分析網球拍的專利技術可知，早期的網球拍線主要由羊腸或半羊腸構成，但羊腸或半羊腸拍線的主要缺陷是抗拉強度及楊氏模數皆不高，因此在擊球時，拍線不但容易斷裂，且易產生高的震動，易引起網球肘的產生。

針對上述缺陷，1978年DE2800572A提出采用人造聚合球拍線，但是人造聚合球拍線材料，其黏彈性及黏塑性現象明顯，當受到高的沖擊應力時會漸失其彈性，造成球拍穿線拉力的降低，耐用性差，且時常要換線，增加使用的成本。而后1997年CN97103170A提出了一種由合成纖維制成的復合絲作為弦線，其具有優良（打球性，但是人工合成的纖維其編線方法又因需要不同而有不同的纏繞方式，間接影響線的直徑與粗細，影響使用效果。2007年CN200710143681A提出一種球拍線，其芯線周圍以皮線編織或纏繞，以使得弦線更為纖細，且具有耐用性，擊球感良好;2012年CN201210454821A提出設計網球拍弦的納米粒子/尼龍材質是由納米粒子、尼龍類樹脂和增強二者之間相容性的偶聯劑或改性劑組成，其結構是由納米粒子/尼龍材質制備的芯絲和卷繞在該芯絲外面的多個同一材質制備的皮絲，所形成的芯鞘結構，再用包覆樹脂使整相一體化的網球拍弦。該網球拍弦具有高強的特性，并且增加強度的同時不損失其彈性。

綜上所述，影響網球拍性能的各個因素之間并不是孤立存在的，而是相互關聯的，因此在對網球拍性能進行改進時要兼顧多個方面，以此才能獲得性能更好的網球拍。

3 總結

目前，隨著經濟的發展和公眾對專利保護意識的加強，各領域的專利申請量也在不斷增長。本文以中文和外文專利庫的專利文獻為樣本，分析了國內外有關網球拍的專利申請趨勢以及各國的專利分布，并針對網球拍的硬度、甜區以及減震三個方面概述了網球拍性能改進的技術發展路線，以期能夠供相關技術領域進行參考。

【參考文獻】

[1]蔡寧.網球拍設計中的材料與工藝研究.武漢：中國優秀碩士學位論文全文數據庫工程科技第Ⅰ輯.2009-09.

[2]鄒云明.論網球拍的演變及未來發展趨勢.體育科技文獻通報.2013-01.129-132.