JP2007198707A - 弓道矢用のシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】要求性能に応じて、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことが可能な繊維強化樹脂製の弓道矢用シャフトを提供する。
【解決手段】シャフトの質量が１５ｇ以上２０ｇ以下からなり、繊維強化樹脂層の少なくとも１層が引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成され、且つ、前記シャフトのスパイン値が４００以上９００以下であることを特徴とした弓道矢用のシャフト。
【選択図】図２

Description

繊維強化樹脂製材料によって、所望の強度、剛性を満足した上で軽量化を実現した弓道矢用のシャフトに関するものである。

従来、弓道用の矢は、材料の物性に適度な曲げ剛性と粘りや腰があり、しかも、外観や風合いが良いため、上級者は天然の竹を好んで使用している。しかし、前記竹で作られた矢は、肉厚や外径寸法が同じものは殆どなく、質量、曲げ剛性や強度もばらつきが大きかった。そこで、前記ばらつきを無くするために、ジュラルミンや繊維強化樹脂製のシャフトの使用した、弓道用の矢が知られている。

矢の果たす役割が多くを占める的中精度においては、従来から矢の軽量化の影響が大きいと言われており、例えば特許文献１あるいは特許文献２に開示されているように、矢が軽くなるほど速度は増し、矢の軌道が直線的に近付く、あるいは的までの到達時間が短くなることで、その的中精度は増すと記載されている。しかしながら具体的な設計手法は今のところなく、機能面での大きな成果は得られていない。
また、特許文献３には、強化繊維に熱硬化性合成樹脂等の合成樹脂を含浸した繊維強化プリプレグを巻回形成している弓道用の矢が開示されている。
特開昭５２−４９６９９号公報 特開昭５７−４１５９７号公報 特開２００５−２７３９８７号公報

前記ジュラルミン製のシャフトで軽量化を実現させようとした場合、質量以外の他の性能、例えばシャフトの肉厚を薄くすることで、曲げ剛性あるいは強度面を犠牲にしなければならない必要性が出てくる。また、所望の強度が損なわれることで、繰り返しの使用により塑性変形が生じる可能性も高くなる。

一方で特許文献３に開示されているような繊維強化樹脂材料製のシャフト場合、ジュラルミン製と比較した場合に軽量化は容易であるものの、成形用材料である強化繊維とマトリックス樹脂からなるプリプレグは、一般的に強度が高くなると、弾性率は低下し、逆に弾性率を高くすると強度が低下するため軽量化を図ろうとすると、この二者の両立はなかなか困難であった。

また、繊維強化樹脂材料製のシャフトはジュラルミンと比較した場合、引張り弾性率が高い関係で、矢の曲げ剛性値も高くなりやすい。矢は放たれる瞬間に弓の弦に押され、且つ先端が弓の壁面に押し付けられる形になり、矢の先端は弓の内側を向く形で撓み、その反動で弓を巻き込むように撓みの向きを外側に変えた時点で弦から放たれる現象を生ずる。この現象により、矢は飛翔中に反復運動を伴いながら軌道を描いていく。この反復運動ならびに矢自身の回転により、適正な軌道を描いて飛んで行くことで的中精度が増す。
従って、曲げ剛性値が高すぎる場合には、この反復運動が十分に発生せず、矢の後端側（筈側）が軌道に対して左側にずれてしまい、結果、的に対し右に流れるような軌道を描き、的中精度を低下させる要因となる。そこで、的中精度に大きな影響を与える曲げ剛性についても、十分な配慮が必要となってくる。

このような、繊維強化樹脂材料製の弓道矢用のシャフトにおいては、軽量化、強度、最適な剛性化は重要な課題である。この軽量化と強度、最適な剛性化を同時に満たすためには、シャフトを構成する材料の強度、剛性面での改善が必要である。

上記のように、弓道矢用のシャフトには、軽量化は重要な要求特性となる。しかしながら、軽量化による強度低下によって、破壊が起りやすくなり、この破壊を防ぐため、シャフトの強度の向上をはかり、かつ、弓道矢用のシャフトとしての性能を維持するために剛性の面でも性能を発揮する弓道矢用のシャフトが求められる。

そこで、本発明の目的は、従来の前記した問題点を解決し、要求性能に応じて、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことが可能な繊維強化樹脂材料製の弓道矢用シャフトを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係わる弓道矢用シャフトは、繊維強化樹脂製材料によって積層巻回して繊維強化樹脂層を形成させてなる弓道矢用のシャフトにおいて、該シャフトの質量が１５ｇ以上２０ｇ以下からなり、前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層が引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成され、且つ、前記シャフトのスパイン値が４００以上９００以下であることを特徴とする弓道矢用のシャフトである。

本発明の請求項２に係わる弓道矢用シャフトは、請求項１に記載の弓道矢用シャフトであって、前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層の強化繊維は、アラミド繊維であることを特徴とする弓道矢用のシャフトである。

本発明の請求項３に係わる弓道矢用シャフトは、請求項１、２に記載の弓道矢用シャフトであって、前記低弾性率層の強化繊維は、アラミド繊維であることを特徴とする弓道矢用のシャフトである。

本発明の弓道矢用のシャフトによれば、シャフトの質量が１５ｇ以上２０ｇ以下からなり、繊維強化樹脂層の少なくとも一層が引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成され、且つ、シャフトのスパイン値が４００以上９００以下であるため、弓道矢用のシャフトの要求性能に応じて、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことできる。

また、前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層の強化繊維は、アラミド繊維であることから、軽量化と同時に優れた強度を得ることができる。

更に、前記低弾性率層の強化繊維は、アラミド繊維であることから、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことできる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態とともに、本発明について詳細に説明する。

図１、図２は本発明の実施形態に係る弓道矢用のシャフト１０を示す。
図１は、本実施形態のシャフト１０を使用した矢１を示す。シャフト１０の先端には矢尻２が、後端には筈３が接着等により固定されており、筈３の先端側に羽根４が円周３等分した３個所の位置に固定されて弓道用の矢１が形成されている。

シャフト１０は、図２に示すようにストレート状またはテーパ状の管状体からなる。
その質量は１５ｇ以上２０ｇ以下で、シャフト１０の全長は、１０５０ｍｍ、矢尻２側の外径は８ｍｍとし、筈３側の外径は、７．５ｍｍとしている。このようなシャフト１０は、強化繊維を、合成樹脂としてエポキシ樹脂を用いた繊維強化樹脂材料をシャフト成形用のマンドレルに卷回積層して形成した繊維強化樹脂層３０を有した構成となっている。

前記繊維強化樹脂層１１は、例えば、図３に示すように、その内側から、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が略平行となるように配置したストレートプリプレグ１１ａ、１１ｂをシャフトの全長にわたり卷回配置したストレート層１１Ａ、１１Ｂと、
シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が直交させるように配置したフーププリプレグ１２ａをシャフトの全長にわたり卷回配置したフープ層１２Ａと、強化繊維の引張弾性率が４０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下からなる低弾性率プリプレグ１３ａをシャフトの全長にわたり巻回配置した低弾性率層１３Ａと、最外層として、ガラス繊維からなるガラススクリームクロス１４ａをシャフトの全長にわたり卷回配置したガラススクリームクロス層１４Ａ含む構成としている。

また、本実施の形態の前記低弾性率層１３Ａとしては、アラミド繊維からなる強化繊維の引張弾性率が７０Ｇｐａで、相互に直行する経糸及び緯糸が相互に織られた構造の平織クロスプリプレグからなる低弾性率プリプレグ１３ａ（繊維目付１５７ｇ／ｍ２樹脂含有量４０重量％）を用い、シャフトの全長にわたり巻回配置している。

なお、最外層のガラススクリームクロス層１４Ａは、前記アラミド繊維が表面研磨時に繊維が乱れてしまうため、アラミド繊維を被覆する目的でガラススクリームクロスを使用することが好ましい。

上記のように、本発明による弓道矢用のシャフト１０では、ストレート層、フープ層等、様々な方向の強化繊維を含む繊維強化樹脂層を積層させ、該繊維強化樹脂層の少なくとも１層が後述する低弾性率層を配することによって、シャフト２０に多様な性能を具備させることができる。

本発明の弓道矢用のシャフトは、繊維強化樹脂層の少なくとも１層が引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の繊維からなる低弾性率層１３Ａよって構成され、且つ、シャフトのスパイン値が４００以上９００以下であることを特徴としている。

前記低弾性率層の強化繊維として、引張弾性率が４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維を用いているのは、弓道矢用のシャフトとしての曲げ弾性率の特性を満たすことが可能とすることができるためである。
上記範囲としたシャフトとすることで、本発明のシャフトを使用した矢は飛翔中に反復運動を伴いながら軌道を描いていくことが可能なる。この反復運動ならびに矢自身の回転により、適正な軌道を描いて飛んで行くことで的中精度が増す。

一方、前記引張り弾性率１００ＧＰａ以上の繊維によって構成され、スパイン値が４００以下であると、曲げ剛性値が高くなってしまい、この場合、前記反復運動が十分に発生せず、矢の後端側（筈側）が軌道に対して左側にずれてしまい、的に対し右に流れるような軌道を描き、的中精度を低下させる要因となってしまう。また、前記引張り弾性率４０ＧＰａ以下の繊維によって構成され、スパイン値が９００以上であると、シャフトを使用した矢は飛翔中の方向安定性が得られない可能性かある。

また、本発明のシャフト１０の質量は、１５ｇ以上２０ｇ以下であることを要旨とするものである。前記質量の範囲とすることで、矢が放たれた矢の速度は増し、矢の軌道が直線的に近付く、あるいは的までの到達時間が短くなることで、その的中精度は増すことが可能になる。前記質量が１５ｇ未満ではシャフト所望の強度が得られず、破損してしまう可能性があり、一方、２０ｇを超えると速度上昇効果が得られなくなる。

本発明のシャフト１０を構成する繊維強化樹脂層において使用される強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ボロン繊維などを例示でき、好ましくは、後述する実施例にも示されているように、優れた強度特性を示すことからアラミド繊維がより好ましい。強化繊維は、単独または２種類以上を併用して使用することもできる。

また、シャフトの低弾性率層の強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などが用いられるが、後述する実施例にも示されているように、優れた強度特性を示すことからアラミド繊維がより好ましい。

また、本発明のシャフトを構成する繊維強化樹脂製材料に用いられる合成樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられるが、強度や剛性設計の点から熱硬化性樹脂、中でもエポキシ樹脂が好ましい。

なお、シャフト１０は図３に示すように、強化繊維を引き揃えて樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材料をシートワインディング製法によりマンドレル２０に巻き付けて積層した後、ポリプロピレン製のテープ（図示せず）を巻き付けた状態とし、これを温風硬化炉で加熱し樹脂を硬化させて一体的に成形し、マンドレル２０を引き抜いてシャフト１０を製造している。シャフト１０の表面は研磨を行った後に、塗装している。

また、本発明によるシャフトは、いわゆるプリプレグを介して製造することができ、この場合、強化繊維の形態及び配列は、例えば、一方向に引き揃えたもの（長繊維）、織物（クロス）、トウ、マット、ニット等が用いられる。中でも、積層構成によって容易に強度特性を設計可能であることから、一方向に引き揃えられたものを採用するのが好ましい。

以下、本発明の実施例を説明する。
本発明のシャフトの実施例１〜３および比較例１〜４を構成する各シャフトの材質やプリプレグの弾性率と配置構成を互いに異ならせてシャフトを作成した。シャフトの全長は全て１０５０ｍｍとした。

実施例１のシャフト１０では、図３に示すようにその内側から、一方向層としてのストレート層１１Ａ、１１Ｂ及びフープ層１２Ａと、引張弾性率が４０以上１００Ｇｐ以下ａの強化繊維材料からなる低弾性率層１３Ａと該低弾性率層１３Ａの外側に配置され、シャフト２０の最外層に積層されたガラススクリームクロス層１４Ａとを備える積層構成とした。

前記ストレート層１１Ａとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が３００Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂プリプレグの繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ａ（繊維目付１２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量２５重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記ストレート層１１Ｂとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂プリプレグの繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｂ（繊維目付５５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３７重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記フープ層１２Ａとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂プリプレグの繊維が９０°の角度を有するように配置したフーププリプレグ１２ａ（繊維目付５５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３７重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記低弾性率層１３Ａとしてアラミド繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が７０Ｇｐａで、相互に直行する経糸及び緯糸が相互に織られた構造の平織クロスプリプレグからなる低弾性率プリプレグ１３ａ（繊維目付１５７ｇ／ｍ２、樹脂含有量４０重量％）を用い、シャフトの全長にわたり巻回配置した。

前記ガラススクリームクロス層１４Ａとして、ガラス繊維からなるガラススクリームクロス１４ａ（繊維目付２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量６６重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。
実施例１のシャフトに、図１に示す矢尻２と筈３を取り付けて弓道用の矢とした。

比較例１のシャフトでは、シャフトの材質をジュラルミン製とし、該シャフトに、図１に示す矢尻２と筈３を取り付けて弓道用の矢とした。

比較例２のシャフトでは、図４に示すように、その内側から、一方向層としてのストレート層１１Ｃ、１１Ｄとを備える積層構成とした。

前記ストレート層１１Ｃとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｃ（繊維目付１２５ｇ／ｍ２樹脂含有量３３重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記ストレート層１１Ｄとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸１０に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｄ（繊維目付１００ｇ／ｍ２、樹脂含有量３３重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

比較例２のシャフトに、図１に示す矢尻２と筈３を取り付けて弓道用の矢とした。

これら実施例１と比較例１、比較例２のシャフトについて、質量・歪み量・スパイン値測定を行い比較した。表１にその関係を示す。
なお、スパイン値とはシャフト硬さを表すものであり、２８インチスパンによる２点支持で、中央部に８８０ｇの錘をぶら下げた状態での撓み量をＡ（ｍｍ）とした場合、Ａ／２５．４×１０００で表した数値である。

（実射試験）
被験者３名を対象に、前記実施例１、比較例１、比較例２について、各々３回射ち、実射試験を行った。その結果を図９〜図１２に示す。
なお、被験者から的までの距離は２８ｍ、的の大きさは３６ｃｍである。

図９は、Ｘ−Ｙグラフ原点を的中心とし、的中した位置を（Ｘ、Ｙ）座標で表したもので、的中位置を示す。
前記図９に示すように、実施例１、比較例１に対し、スパイン値の少ない、つまり曲げ剛性値の高い比較例２のシャフトにおいては、いずれも中心に対し右側に逸れてしまっている。曲げ剛性値が高すぎる場合、すなわちスパイン値が４００を下回るシャフトにおいては、飛翔中に伴う反復運動が十分に発生せず、矢の後端側（筈側）が軌道に対し左側にずれてしまい、的に対して右に流れるような軌道を描いてしまったことによるものである。また、実施例１が的中心に対し上側に分布している点については、軽量化による直線的な軌道、つまり従来の放物線軌道に対し、より直線的に飛翔した結果、上側に的中していることが分かる。
一方で、比較例１が的中心に対し下側に分布している点については、実施例１のシャフトと比較しても質量が多い分、直線的な軌道、実施例１の放物線軌道に対し、直線的に飛翔していないため、下側に的中していることが分かる。

（速度測定方法）
ハイスピードカメラ（１／１０００秒）を用いて画像撮影し、矢の移動距離をＸ−Ｙ２軸の関係から割り出し、速度を算出した。その結果を図１０〜図１２に示す。

図１０〜図１２は、被験者３名で実験を実施した速度と質量の関係を示す。
図１０〜図１２に示すように、比較例１、比較例２に対し、実施例１は矢が放たれた直後の速度から的に到達するまでの間、いずれの区間においても速度が上回っていることが分かる。軽量化により矢の速度が速くなった結果、的に到達するまでの距離、つまり近的競技で２８ｍ、遠的競技で６０ｍ、この距離を考慮した形で従来は放物線を描く軌道を想定し、的を狙うことが必要とされていたが、より直線的な軌道を描くことで狙いを定める精度が向上する。

例えば、力量の弱い選手においては、従来の質量が２０ｇ以上の矢のシャフトでは放物線をより大きく描く軌道を想定する必要があり、つまり的のより上を狙う形で構えることになり、弓を掴む手で的を隠してしまう場合が発生する。そのような場合には当然ながら狙いが定め難く、結果、的中精度が安定しない。
従って、質量が軽くなるにつれて、速度は増す。シャフト質量を１５ｇ以上２０ｇ以下の軽量化を図ったことで、その効果が大きく現れることが分かる。

また、ハイスピードカメラ（１／１０００秒）を用いて画像撮影し、矢の飛出し角（°）を測定した。その結果を表２に示す。
前記表２より、実施例１の方が比較例１および比較例２よりも飛出し角が少ない、つまり水平面に近い直線的な軌道を描いていることが証明されている。本発明品においては、軽量化により的中精度がこのような面でも効果をもたらすことが可能となる。

（強度試験１）
実施例１については前記と同様である。
実施例２のシャフト１では、図５に示すようにその内側から、
一方向層としてのストレート層１１Ｅ、１１Ｆ、フープ層１２Ｂと引張弾性率が４０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下の繊維からなる低弾性率層１３Ｂと該低弾性率層１３Ｂの外側に配置され、シャフト１０の最外層に積層されたガラススクリームクロス層１４Ｂとを備える積層構成とした。

前記ストレート層１１Ｅとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が３００Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸１０に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｅ（繊維目付１２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３３重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記ストレート層１１Ｆとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸１０に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｆ（繊維目付５５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３３重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記フープ層１２Ｂとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が９０°の角度を有するように配置したフーププリプレグ１２ｂ（繊維目付５５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３７重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記低弾性率層１３Ｂとしてガラス繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が７０Ｇｐａのガラスプリプレグからなる低弾性率プリプレグ１３ｂ（繊維目付２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３５重量％）を用い、シャフトの全長にわたり巻回配置した。

前記ガラススクリームクロス層１４Ｂとして、ガラス繊維からなるガラススクリームクロス１４ｂ（繊維目付２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量６６重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。
実施例２のシャフトに、図１に示す矢尻２と筈３を取り付けて弓道用の矢とした。

実施例３のシャフト１では、図６に示すようにその内側から、一方向層としてのストレート層１１Ｇ、１１Ｈ、フープ層１２Ｃと引張弾性率が４０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下の繊維からなる低弾性率層１３Ｃと該低弾性率層１３Ｃの外側に配置され、シャフト１０の最外層に積層されたガラススクリームクロス層１４Ｃとを備える積層構成とした。

前記ストレート層１１Ｇとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が３００Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｇ（繊維目付１２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３３重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記ストレート層１１Ｈとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸１０に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｈ（繊維目付５５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３７重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記フープ層１２Ｃとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が９０°の角度を有するように配置したフーププリプレグ１２ｃ（繊維目付５５ｇ／ｍ２、樹脂含有量３７重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記低弾性率層１３Ｃとして炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が５０Ｇｐａからなる低弾性プリプレグ１３ｃ（繊維目付１００ｇ／ｍ２、樹脂含有量３５重量％）を用い、シャフトの全長にわたり巻回配置した。

前記ガラススクリームクロス層１４Ｃとして、ガラス繊維からなるガラススクリームクロス１４ｃ（繊維目付２５ｇ／ｍ２、樹脂含有量６６重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。
実施例２のシャフトに、図１に示す矢尻２と筈３を取り付けて弓道用の矢とした。

比較例３のシャフトでは、図７に示すようにその内側から、一方向層としてのバイアス層１５Ａ、と該ストレート層１１Ｉとを備える積層構成とした。

前記バイアス層１５Ａとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸１０に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が±３０°の角度を有するように配置したバイアスプリプレグ１５ａ（繊維目付１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有量２５重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記ストレート層１１Ｉとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸１０に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｉ（繊維目付１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有量３３重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。
比較例３のシャフトに、図１に示す矢尻２と筈３を取り付けて弓道用の矢とした。

比較例４のシャフト１では、図８に示すようにその内側から、一方向層としてのストレート層１１Ｊと引張弾性率が４０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下の強化繊維からなる低弾性率層１３Ｄとを備える積層構成とした。

前記ストレート層１１Ｊとして、炭素繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が２４０Ｇｐａで且つ、シャフト中心軸１０に対して繊維強化樹脂プリプレグの炭素繊維が０°の角度を有するように配置したストレートプリプレグ１１ｊ（繊維目付１５０ｇ／ｍ２、樹脂含有量３３重量％）を用い、シャフトの全長にわたり卷回配置した。

前記低弾性率層１３Ｄとしてアラミド繊維からなり、強化繊維の引張弾性率が７０Ｇｐａで、相互に直行する経糸及び緯糸が相互に織られた構造の平織クロスプリプレグからなる低弾性率プリプレグ１３ｄ（繊維目付１５７ｇ／ｍ２、樹脂含有量４０重量％）を用い、シャフトの全長にわたり巻回配置した。
比較例３のシャフトに、図１に示す矢尻２と筈３を取り付けて弓道用の矢とした。

これら実施例１〜３と比較例１〜４のシャフトについて、シャフト質量・撓み量・スパイン値・衝撃値・曲げ強度の測定を行い比較した。表３に測定値の関係を示す。

シャフトの曲げ強度は、３点曲げ試験方法から得られた値を用いている。３点曲げ強度とは、２点でシャフト５０を支え、上方から荷重Ｆを加え、シャフト８０が破断した時の荷重値（ピーク値）を測定した。なお、スパン長さは、２８インチ、試験位置は、シャフト先端全長の１／２の位置とした。

衝撃強度（衝撃エネルギー）は、ＪＩＳのシャルピー衝撃試験に準じて、シャフトの先端部を切り出し、該切り出した部分に重りを自由落下させ、各時間での荷重値と初期加速度から、破壊に要した衝撃エネルギーを算出した。
スパイン値については、前記した測定方法と同じとした。

比較例３は、実施例１、実施例２、実施例３と比較すると、質量およびスパイン値が実施例１と同等の場合においても、曲げ剛性値の調整を繊維配向角（バイアス層）に依存しているため、衝撃強度、曲げ強度ともに所望の強度が得られていないことが分かる。
一方で、実施例１、実施例２、実施例３は、低弾性率層を有する、つまり曲げ剛性値の調整を繊維配向角に依存しない積層にすることによって、衝撃強度および曲げ強度が得られ、実使用時においての安全率が向上する。

また、比較例４のように、低弾性率層を有する積層においても、シャフト質量が１５ｇ以下となる場合には衝撃強度、曲げ強度ともに所望の強度が得られていないことが分かる。

更に、実施例１と実施例２および実施例３と比較すると、シャフトに低弾性率層を有する構造で、同等の質量、外径およびスパイン値の場合において、実施例のシャフト、低弾性層の強化繊維に引張強度の強いアラミド繊維を使用した方が衝撃値、曲げ強度でガラス繊維および炭素繊維を上回り、安全率の高い商品の提供が可能となる。

本実施形態のシャフトを使用した矢を示す説明図。 本実施形態に係る弓道矢用のシャフトを示す説明図。 本実施形態に係る弓道矢用のシャフトおよび実施例１のシャフトを示す説明図。 比較例２のシャフトを示す説明図。 実施例２のシャフトを示す説明図。 実施例３のシャフトを示す説明図 比較例３のシャフトを示す説明図。 比較例４のシャフトを示す説明図。 的中分布を示す図。 速度と質量の関係を示す図。 速度と質量の関係を示す図。 速度と質量の関係を示す図。

符号の説明

１ 矢
２ 矢尻
３ 筈
４ 羽根
１０ シャフト
２０ マンドレル
３０ 繊維強化樹脂層
１１Ａ ストレート層
１１Ｂ ストレート層
１１Ｃ ストレート層
１１Ｄ ストレート層
１１Ｅ ストレート層
１１Ｆ ストレート層
１１Ｇ ストレート層
１１Ｈ ストレート層
１１Ｉ ストレート層
１１Ｊ ストレート層
１１ａ ストレートプリプレグ
１１ｂ ストレートプリプレグ
１１ｃ ストレートプリプレグ
１１ｄ ストレートプリプレグ
１１ｅ ストレートプリプレグ
１１ｆ ストレートプリプレグ
１１ｇ ストレートプリプレグ
１１ｈ ストレートプリプレグ
１１ｉ ストレートプリプレグ
１１ｊ ストレートプリプレグ
１２Ａ フープ層
１２Ｂ フープ層
１２Ｃ フープ層
１２ａ フーププリプレグ
１２ｂ フーププリプレグ
１２ｃ フーププリプレグ
１３Ａ 低弾性率層
１３Ｂ 低弾性率層
１３Ｃ 低弾性率層
１３Ｄ 低弾性率層
１３ａ 低弾性率プリプレグ
１３ｂ 低弾性率プリプレグ
１３ｃ 低弾性率プリプレグ
１３ｄ 低弾性率プリプレグ
１４Ａ ガラススクリームクロス層
１４Ｂ ガラススクリームクロス層
１４Ｃ ガラススクリームクロス層
１４ａ ガラススクリームクロス
１４ｂ ガラススクリームクロス
１４ｃ ガラススクリームクロス

Claims (3)

1. 繊維強化樹脂製材料によって積層巻回して繊維強化樹脂層を形成させてなる弓道矢用のシャフトにおいて、該シャフトの質量が１５ｇ以上２０ｇ以下からなり、前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層が引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成され、且つ、前記シャフトのスパイン値が４００以上９００以下であることを特徴とする弓道矢用のシャフト。
2. 前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層の強化繊維は、アラミド繊維であることを特徴とする請求項１記載の弓道矢用のシャフト。
3. 前記低弾性率層の強化繊維は、アラミド繊維であることを特徴とする請求項１、２に記載の弓道矢用のシャフト。
   

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