孫穎莎と梁京坤が優勝した。卓球のプレーの質はラケットと関係があるのでしょうか？

卓球は我が国の国技として、大衆に愛されるレジャースポーツであるだけでなく、国際スポーツの舞台における我が国の伝統的な優位性でもあります。

3月31日、WTT世界卓球連盟仁川選手権が韓国仁川で全日程を終了した。中国選手の孫穎莎はチームメイトの王曼宇を4-0で破り、女子シングルスで優勝した。男子シングルスでは、中国の梁静坤選手がブラジルのウーゴ・カルデラノ選手を4-1で破り優勝した。

3月31日の授賞式に出席した梁静坤氏。写真は新華社通信（撮影：全秀）

しかし、自分の成果を誇りに思う一方で、卓球の試合の細部に注意を払ったことはありますか?たとえば、小さなピンポンボールがどうしてこれほど大きな力を持つのでしょうか?なぜ審判は試合前に両チームのラケットを特にチェックするのでしょうか？なぜ全員が自分のラケットを持参しなければならないのですか?ラケットは人それぞれ違いますか？

孫穎莎と伊藤美誠が試合前にお互いのラケットをチェックする（写真提供：CCTVのスクリーンショット）

パート1

ライトニングルーム

卓球のインパクトダイナミクス！

まず、コート上での「ピンポン」や往復跳躍は、主にボールとラケットの間の衝撃力学プロセスによって発生するということを知っておく必要があります。試合中、ボールとラケットの衝突・接触時間はわずか1000分の1秒で、ピンポンボールの飛行速度は毎秒47メートルにも達します。一瞬のうちに、ラケット表面のゴムとスポンジがボールの急速な圧迫により変形し、同時に運動エネルギーを吸収し、変形エネルギーを蓄えます（もちろん、ボールも変形してエネルギーを蓄え、ラケットの底板もわずかに変形します）。総運動エネルギーが一定の最小値に達し、変形が最大値に達すると、スポンジ層とゴム層が回復し、変形エネルギーが急速に放出され、ピンポンボールの運動エネルギーに変換されます。その後、ピンポンボールは「ボードから飛び出し」、相手のラケットに到達し、次の衝突と跳躍が始まります。

ボールとラケットの衝突（画像出典：参考文献[1]）

ピンポンボールが当たった瞬間に、ボールにかかる力の方向がボールの中心を通過しない場合、接線摩擦によってボールは回転します。ボールとラケットの相対的な動きに加えて、接線摩擦に影響を与える主な要因は、ボールとラケットの材質と製造技術です。したがって、最適化技術を通じて、より高度なボールやラケットを製造し、ショットをより「致命的」にすることができます。

パート2

ラケットを慎重に検査する必要があるのはなぜですか?

これを読めば分かるよ！

現在の国際大会では、卓球ボールは会場で一律に提供されるが、選手はラケットを自分で持参する必要がある。これはなぜでしょうか?

ラケットの使い方は選手自身の特徴や癖に合っているため、技術レベルが向上して「人間とラケットの一体化」の状態に達するまでには長い期間の慣らし練習が必要になることが多いのですが、卓球そのものはそれほど大きな影響を与えません。

しかし一方で、ラケットのセルフキャリング機構は、ハードウェアの観点から見ると、ゲームに大きな不確実性をもたらします。

より大きな勝利を収めるために、各国はラケットの性能向上に多大な研究開発費を投入し、ラケットの構造はますます複雑になっていると考えられます。卓球の発展をみると、技術的なプレー方法の革新はラケットの変化と密接に関係しています。

現在、ほとんどのラケットはベース、スポンジ、ラバーの 3 つの部分で構成されています。これら3つの部分の構造が継続的に革新されるにつれて、テクニカルなプレイ方法はますますスピードと強い回転を追求し、「少ない手で殺す」ラウンドを減らす「速効性」のプレイ方法を重視しています。しかし同時に、これは卓球競技の観戦と面白さを著しく低下させ、「スポーツ技術の競争」を「産業技術の競争」に変えてしまい、オリンピックの競争精神と矛盾することになる。

卓球ラケット（写真提供：Veer Gallery）

幸いなことに、国際卓球連盟は、ラケットとボールの衝突プロセスに直接影響する重要なパラメータに関する一連の仕様を提供しています。現在、ラケットの形状や重量に関する統一的な規制はありませんが、ラケットブレードの特性については、ラケットブレードが十分に平らで硬いことなど、必須の要件があります。天然木層はラケットベースの85%以上を占める必要があります。木材間の接着層などの補助材料の厚さは、全体の厚さの7.5％を超えてはならず、0.35mmを超えることはできません。スポンジ層の厚さは0.4mmを超えてはならない。また、ゴム層等に長いゴムの使用は禁止されています。

したがって、競技の技術的な公平性をさらに確保するために、試合前にラケットをテストするための特別なテストセンターが設置されます。検査内容は主にラケット表面の平坦性、ラケット表面の光沢度、水溶性接着剤やゴムスポンジの適法性などです。

さて、なぜ選手のラケットが一つずつチェックされるのかお分かりいただけたでしょうか？

2021年8月1日、中国男子ダブルス卓球チームの許欣がボールを打った（画像出典は透かしを参照）

ラケットの開発史には、ちょっとしたエピソードもあります。初期のアスリートたちは、有機溶剤を使ってゴムのエッセンスを溶かし、速乾性の接着剤を作り、さまざまな衝撃を与えてボールの速度と回転を制御していました。ラケット底板とスポンジ層を接着する際に、短時間で特殊な分散エアバッグ構造を形成できるため、しかし、この瞬間接着剤は人体に非常に有害であるため、徐々に禁止され、ラケットに瞬間接着剤が含まれているかどうかも重要な検出指標となっています。

パート3

衣服が人を作り、鞍が馬を作る

下のボードを見ている卓球選手

ラケットベースはボールに直接触れることはありませんが、ラケット全体の荷重を支える本体です。ベースプレートに関連するパラメータには、硬度、弾性、ベース強度などがあります。「底力」とは何ですか？単純に力学的な観点から言えば、ボールとラケットの衝突によって生じるエネルギーの散逸を防ぐ力として理解することができます。最も理想的かつ究極の、そして最も「ボトムライン」な状況は、「預けた金額と同じ額を引き出せる」ことです。一般的に、ラケットの底板の木材は 7 層以下です。層の数が多いほど硬くなるためです。そのため、速攻派のプレイヤーは7層のハードウッドボードを選ぶことが多く、ループ派のプレイヤーは5層のサンドイッチソフトボトムプレートを選ぶことが多いです。「衣服が人を作り、鞍が馬を作り、卓球選手は底板を頼りにする」というのは本当です。

新素材と新技術のサポート、特に繊維強化複合材料技術の開発とサポートにより、ラケットベースの機械的特性は急速に向上しました。繊維には多くの種類があり、その選択は非常に特殊です。代表的なものとしては、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、およびそれらの混合物があります。

なかでも高強度グラスファイバーベースは現代のホイップ打法に最も適しています。感触は純木ベースに最も近いですが、変形回復速度は純木ベースをはるかに上回ります。比重が軽く、剛性が高いカーボンファイバーベースは、衝撃変形の回復時間が短く、ボールの戻りの加速が速いため、アスリートが高速で弧を描くボールを生み出すのに役立ちます。アラミド繊維ベースは十分な底強度を持ち、衝撃振動を軽減し、長期使用によりアスリートの手首の保護に役立ちます。アラミド繊維とカーボン繊維の混合ベースは、ボードオフ速度が十分に速く、感触が十分に柔らかいという両方の利点を備えていることは想像に難くありません。

つまり、ベースプレートの素材は豊富で多様であり、さまざまな人々のニーズに合わせてカスタマイズできます。

パート4

ゴム、スポンジ：

ベースを引き立てる柔らかい素材

卓球ラケットに使われるスポンジは、ベースとラバーの間に接着される一種の発泡ゴムです。スポンジ中間層の主な機能は、ボールとラケットの接触時間を延長し、ラケット全体の弾力性と摩擦および切断能力を向上させることです。

スポンジは機械的性質の観点から大まかに分けると、高弾性と低弾性の2種類に分けられます。高弾性スポンジは反発力が大きく、圧縮荷重比も高いため、高弾性スポンジを使用したラケットはより高い回転とスピードを生み出すことができます。低弾性スポンジは反発力が小さいため、不活性スポンジとも呼ばれます。低弾性スポンジを使用したラケットはボールコントロールが安定し、ボールをコントロールしやすく、打者は回転を生み出す際に自身の力をより発揮する必要があります。

ボールに直接触れるゴムなので、その職人技や技術は日々変化しています。簡単に言えば、卓球ラケットに使用されているラバーには、現在、粒状ラバーと逆貼りラバーの 2 種類が主に使用されています。その中で粒状のゴムの粒子が外側を向いています。粒子の直径が粒子の長さと等しい、粒子の長さより大きい、粒子の長さより小さい場合はそれぞれ正ゴム、生ゴム、長ゴムと呼ばれます。固着防止ゴムのゴム粒子は内側を向いており、通常は厚くて硬いスポンジと合わせる必要があります。厚くて硬いアンチスティックゴムはアンチアークゴムと呼ばれ、比較的柔らかいスポンジと組み合わせる必要があります。卓球ボールのラバーの種類によって摩擦能力が異なり、さまざまな技術的なプレースタイルに合わせて使用できることは理解しにくいことではありません。

ゴムとスポンジの最適な組み合わせがベースボードの性能を補完し、最大限に引き出します。

最終的には、ラバー、スポンジ、ベースのさまざまな組み合わせにより、ラケットは独自のパフォーマンスを発揮できるようになります。

パート5

ボールの変化:

ABSとビッグボールの時代

ラケットについて話した後は、ボールについて話しましょう。

国際卓球連盟は卓球の観戦価値を高めるため、2000年にボールの直径を38mmから40mmに拡大し、大型卓球ボールの時代を迎えました。

ボールが大きいと飛行抵抗が大きく、回転時の空気摩擦トルクも大きくなり、慣性モーメントも大きくなるため、飛行速度や回転速度も低くなります。ボールを速く回転させるために、アスリートはより多くの努力を払う必要がある場合が多いです。

ラケットの進化と同様に、卓球ボールの素材もさまざまな変化を遂げてきました。 2014年、100年以上使用されてきたセルロイドボールが、安全で環境に優しいシームレスなプラスチックボールに置き換えられました。これはセルロイドが有毒かつ可燃性であったため、航空輸送に大きな困難をもたらしたためです。しかし、乾燥した寒い環境では、シームレスなプラスチックボールは、冷収縮、乾燥収縮、冷間脆性などの機械的影響により破損しやすくなります。データによれば、その損失率はセルロイドボールよりも少なくとも 20% 高いことが示されています。しかし、乾燥した寒い環境では、シームレスプラスチックボールは破裂しやすく、損失率はセルロイドボールよりも20〜30％高くなります。そのため、2017年の世界卓球選手権ではABS素材が広く使用されるようになりました。 ABS は三元共重合体であるため、性能が優れ、コストが低くなります。

卓球（写真提供：Veer Gallery）

「仕事をうまくやりたかったら、まず道具を研がなければなりません。」ボールとラケットは卓球コート上の武器と用具です。アスリートにとって、優れた装備は、可能な限り高いレベルのパフォーマンスを発揮し、観客にさらに素晴らしいパフォーマンスを届けるのに役立ちます。卓球の発展の歴史を通じて、ラケットとボールの技術的進歩は互いに競い合い、補完し合ってきました。ラケットは、ボールをより速くし、その軌道をより予測不可能にすることを目的として、より高い弾性とより強力な摩擦制御に向けて継続的に開発されてきました。一方、卓球ボールは、飛行をより安定させ、よりエキサイティングで持続的なものにすることを目的として、より大きなサイズとより大きな慣性に向けて開発されてきました。

卓球は変化し、ラケットも変化しているが、中国卓球の努力と闘争の精神は変わらず、世界平和を願うオリンピック精神も変わらない。全てのアスリートのさらなる成功をお祈りします！

参考文献:

1. 卓球の過去と現在[J]アプローチサイエンス、2009、000(002):52-57。

2. 卓球指導グループ。卓球[M]。北京：人民体育出版社、1992：95。

3. ファインマン。物理学講義第1巻[M]。北京：ワールドブック出版社、2008年：4-5

4. 王吉勝。卓球台とスポンジラバーの選び方と合わせ方[J]卓球ワールド、1999(4)。

5. 中国卓球協会。卓球競技規則[M]人民体育出版社、2003年、2011年。

6.蘇清強、王浩峰。卓球ラケット底板の材料と性能の分析[J]。新郷大学ジャーナル：自然科学版、2010年。

7. 劉瓊。卓球ラケットの進化と革新についての簡単な分析[J]。スポーツ、2016、000(024):134-135。

8. 陳衛生、楊敏「アンチロック」卓球ボールがアリーナの新たなお気に入りになる[N]。広州日報、2017年10月7日。

制作：中国科学普及協会

著者: Liu Cong、Wu Chenwu (中国科学院機械研究所)