JP2005176653A

JP2005176653A - 管状体

Info

Publication number: JP2005176653A
Application number: JP2003419387A
Authority: JP
Inventors: Shiyoutaro Tanigawa; 尚太郎谷川; Yukiko Tsuchiyama; 有希子土山
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】従来に比較してさらに優れた物理的特性を有する管状体を提供する。
【解決手段】この管状体は、釣竿の竿体やゴルフクラブシャフトなどに用いられるものであり、強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して形成される管状体である。この管状体は、軸長方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている軸長方向繊維強化樹脂からなる第１層１と、第１層１と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第１層１の外周に積層される第２層２と、第１層１と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第２層２の外周に積層される第３層３とを備える。第２層２又は第３層３の何れか一方の層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％であり、残りの２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２０％である。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭素繊維やガラス繊維などの強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグ素材を積層し焼成して製造される管状体（例えば、釣竿やゴルフクラブシャフト等に用いられる）に関する。

物理的強度のみではなく屈曲性などの特性を要求され、さらに軽量化を要求される釣竿やゴルフクラブシャフトなどの管状体の多くは、炭素繊維などの繊維を強化用に用いてこれに合成樹脂を含浸させたプリプレグ素材と呼ばれるものから製造されている。具体的には、このようなプリプレグ素材を芯材に巻回し焼成して管状体を製造している。

このような管状体の製造に於いては、強化繊維を管状体の軸長方向に配向させたプリプレグ素材や、強化繊維を管状体の周方向に配向させたプリプレグ素材などを組み合わせて製造される。例えば、軸長方向に強化繊維を配向させたものは管状体の軸長方向の曲げ強度に寄与する。他方、周方向に強化繊維を配向させたものは管状体の周方向の潰れ強度に寄与する。さらに、プリプレグ素材の合成樹脂がこれらの強化繊維同士のバインダーともなり管状体の形状維持及び、軸長方向・周方向の強度に寄与している。

このようなプリプレグ素材における強化繊維と合成樹脂との機能に鑑み、それらの割合を異にする種々のプリプレグ素材を組み合わせて、管状体を形成することも検討されてきた。例えば、本件出願人は、プリプレグ素材を３層に積層するに当たって、その中心層を構成するプリプレグ素材の合成樹脂の単位面積当たりの含有量を３０％以上と高く設定し、他の２層のプリプレグ素材の何れかに関しては、中心層より合成樹脂の含有量を低く設定することを提案した（特許文献１参照）。

しかし、管状体を製造するためのプリプレグ素材の合成樹脂の含有量の増加は、管状体の重量化を招き、可及的にこれを抑えるのが好ましい。他方で、合成樹脂の含有量を過剰に低下させれば、管状体の強度・耐久性を十分に保つことができない。

そこで、さらなるプリプレグ素材の合成樹脂の含有量の適正化及びプリプレグ素材の積層構造の研究開発が進められている。
特開2000-166427号公報

本発明は、優れた物理的特性を有する管状体を提供するものである。

本発明者らは、上記従来の管状体開発の要請に鑑み研究した結果、以下のような積層構造を有する竿体が、優れた物理的特性を備え、釣竿等の管状体として用いるのに適したものであることを知見した。本発明は係る知見に基づくものである。

即ち、この管状体は、強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して形成される管状体であり、軸長方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている軸長方向繊維強化樹脂からなる第１層と、第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第１層の外周に積層される第２層と、第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第２層の外周に積層される第３層とを少なくとも備えている。そして、第１層又は第３層の何れか一方の層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％以上であり、残りの２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％未満である。

また、別の管状体は、強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して形成される管状体であって、軸長方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている軸長方向繊維強化樹脂からなる第１層と、第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第１層の外周に積層される第２層と、第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第２層の外周に積層される第３層とを少なくとも備えている。そして、第２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％以上３０％未満であり、残りの２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％未満である。

特に好ましい管状体は、強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して形成される管状体であり、軸長方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている軸長方向繊維強化樹脂からなる第１層と、第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第１層の外周に積層される第２層と、第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり第２層の外周に積層される第３層とを少なくとも備えるものである。ここでは、必要に応じて、第１層の内周及び／又は第３層の外周にはそれぞれ周方向に強化繊維を配向したプリプレグ素材を積層してもよい。

そして、第２層又は第３層の何れか一方の層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％であり、残りの２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２０％である。

なお、本明細書において用いる％とは、原則として重量％を意味するものである。

本発明に係る管状体は、圧縮強度（潰れ強度）及び軸長方向の曲げ強度に優れ、且つ、軽量であり、釣竿やゴルフクラブシャフト用の管状体として用いるのに適する。

本発明に係る管状体の製造時の断面図を図１に示す。
この管状体は、例えば、釣竿を構成する竿体などとして利用されるものであり、先細りテーパの施される管状体である。炭素繊維若しくはガラス繊維などの強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して焼成して製造される（後述の製造方法参照）。内側から、最内層Ａと、最内層Ａの外側の第１層１，第２層２，第３層３及び、最外層Ｂとが、順次積層されている。これらの各層は、焼成され一体化されている。

図２を参照しつつ、この管状体の製造方法を詳しく説明する。
図２（ａ）に示すように、まず、所定のテーパの施された先細り棒材であるマンドレル（芯材）１００を準備する。マンドレル１００には離型材などを必要に応じて塗布する。このマンドレル１００の周面に、プリプレグテープＰＴを螺旋状に密に巻回する。このプリプレグテープＰＴは、そのテープの長手方向に炭素繊維若しくはガラス繊維などの強化繊維を引き揃え合成樹脂を含浸させたテープ状のプリプレグ素材である（上述の最内層Ａに相当する）。

続いて、図２（ｂ）に示すように、このプリプレグテープＰＴの周面に、第１プリプレグシートＰ１を巻回する。この第１プリプレグシートＰ１は、マンドレル１００の長手方向に炭素繊維などの強化繊維を引き揃えて合成樹脂を含浸させたシート状のプリプレグ素材である（上述の第１層１に相当する）。

次に、図２（ｃ）に示すように、この第１プリプレグシートＰ１の周面に、第２プリプレグシートＰ２を巻回する。この第２プリプレグシートＰ２も、マンドレル１００の長手方向に炭素繊維などの強化繊維を引き揃えて合成樹脂を含浸させたシート状のプリプレグ素材である。さらに、図２（ｄ）に示すように、同様にして第３プリプレグシートＰ３を巻回する。この第３プリプレグシートＰ３も、マンドレル１００の長手方向に炭素繊維などの強化繊維を引き揃えて合成樹脂を含浸させたシート状のプリプレグ素材である（それぞれ、第２層２，第３層３に相当する）。

ここで、第２プリプレグシートＰ２又は第３プリプレグシートＰ３の何れか一方の単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％であり、残りのプリプレグシートの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２０％とする。

さらに、その外周に、上述のプリプレグテープＰＴと同様のプリプレグを密に螺旋状に巻回し（上述の最外層Ｂに相当する）、その外周に成形テープを巻回する。これらを炉内において焼成し、マンドレル１００を引き抜き、成形テープを剥離して、両端を切りそろえて長さを整え、周面加工を施して管状体を得る。

以下、実施例を示して本発明を説明する。
［実施例１］
マンドレルに内側から第１プリプレグ、第２プリプレグ、第３プリプレグをそれぞれ１プライずつ巻回し、合計３プライ分の３層の積層構造を形成して、これを焼成し管状体を製造した。製造した管状体は、その長さが６００ｍｍ、一方端の径がφ２６．７mm（この端部を先側とする）、他方端の径がφ３１．９mm（この端部を元側とする）である。

ここで用いた第１プリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２０％である。第２プリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２５％である。第３プリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２０％である。
［実施例２］
上記実施例と同様に３層の積層構造を形成し焼成して管状体を製造した。製造した管状体の長さ及び径は上記実施例１と同様である。

ここで用いた第１プリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２０％である。第２プリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２０％である。第３プリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２５％である。
［比較例１］
上記実施例と同様に３層の積層構造を形成し焼成して管状体を製造した。製造した管状体の長さ及び径は上記実施例１と同様である。

ここで用いた全てのプリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２０％である。
［比較例２］
上記実施例と同様に３層の積層構造を形成し焼成して管状体を製造した。製造した管状体の長さ及び径は上記実施例１と同様である。
ここで用いた全てのプリプレグは炭素繊維をマンドレルの軸長方向に引き揃えたうえで合
成樹脂を含浸させたものであり、合成樹脂の単位体積当たりの含有量は２５％である。
［実験］
上述の実施例及び比較例につき、以下のような手法により圧縮強度を測定した。

（ａ）検体となる管状体の両端を保持し支えた状態で、先側端部から３００ｍｍの軸長方向位置の周方向の一点を第１測定点として設定する。そして、検体に対し第１測定点において棒状の部材を直交した状態で押し当てて力を加え、検体にひびが生じた際若しくは破損音が発生した際の力を測定する。

（ｂ）第１測定点から軸長方向に先側に８０ｍｍ移動し、元側からみて周方向に反時計回りに１２０度変位した点を第２測定点として設定する。そして、検体に対し第２測定点において棒状の部材を直交した状態で押し当てて力を加え、検体にひびが生じた際若しくは破損音が発生した際の力を測定する。

（ｃ）第１測定点から軸長方向に元側に８０ｍｍ移動し、元側からみて周方向に時計回りに１２０度変位した点を第３測定点として設定する。そして、検体に対し第３測定点において棒状の部材を直交した状態で押し当てて力を加え、検体にひびが生じた際若しくは破損音が発生した際の力を測定する。

以上の３点の測定値の平均値を管状体の破壊荷重とする。実施例１〜比較例４につきそれぞれ検体を４つずつ準備し、それぞれの破壊荷重の平均値を得た。その平均値を表１に示す。

表１より、比較例２（３層全ての合成樹脂の単位体積当たりの含有量を２５％としたもの）が最も破壊荷重が大きく圧縮強度に優れ、比較例１（３層全ての合成樹脂の単位体積当たりの含有量を２０％としたもの）が最も破壊荷重が小さく圧縮強度に劣る。ここから、合成樹脂の含有量が圧縮強度に大きく寄与していることが理解できる。

実施例１，２は、それぞれ３層のうちの１層のみ（３３％のみ）合成樹脂の含有量を２５％に高めたものである。しかし、実施例１，２は、比較例１の破壊荷重の１３３％（１１．４７ｋｇｆ）以上の破壊荷重を有している。

また、実施例１，２は、３層中１層のみの合成樹脂含有量を高めたものであり、比較例２（３層全ての合成樹脂の単位体積当たりの含有量を２５％としたもの）に比較して、その重量は小さい。即ち、実施例１，２に於いては、管状体全体の合成樹脂の含有量を抑えて軽量化を図りつつ、破壊荷重の低下を抑えている。このような管状体は、釣竿の竿体やゴルフクラブシャフト等の用途に十分に有効な物的性能を備えた軽量なものである。

本発明の１つの実施形態を採用した管状体の断面図。本発明の１つの実施形態を採用した管状体の製造方法を示した図。

符号の説明

１〜３第１層〜第３層
Ａ最内層
Ｂ最外層
Ｐ１〜Ｐ３第１〜第３プリプレグシート
ＰＴプリプレグテープ

Claims

強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して形成される管状体であって、
軸長方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている軸長方向繊維強化樹脂からなる第１層と、前記第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり前記第１層の外周に積層される第２層と、前記第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり前記第２層の外周に積層される第３層とを少なくとも備え、
前記第１層又は第３層の何れか一方の層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％以上であり、残りの２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％未満である、管状体。
強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して形成される管状体であって、
軸長方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている軸長方向繊維強化樹脂からなる第１層と、前記第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり前記第１層の外周に積層される第２層と、前記第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり前記第２層の外周に積層される第３層とを少なくとも備え、
前記第２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％以上３０％未満であり、残りの２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％未満である、管状体。
強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグを積層して形成される管状体であって、
軸長方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている軸長方向繊維強化樹脂からなる第１層と、前記第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり前記第１層の外周に積層される第２層と、前記第１層と同様に軸長方向繊維強化樹脂からなり前記第２層の外周に積層される第３層とを少なくとも備え、
前記第２層又は第３層の何れか一方の層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２５％であり、残りの２層を構成するプリプレグの単位体積当たりの合成樹脂の含有量が２０％である、管状体。
前記第１層の内周面に積層されている周方向乃至螺旋方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている周方向繊維強化樹脂からなる最内層と、前記第３層の外周面に積層されている周方向乃至螺旋方向に強化繊維が配向された上で合成樹脂が含浸されている周方向繊維強化樹脂からなる最外層との少なくとも何れか一方をさらに備えている、請求項１〜３の何れかに記載の管状体。