JP2008080555A - 繊維強化樹脂製管状体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マンドレルの外周面に仮止めされたプリプレグの巻き始め端部における強化繊維の配向状態の乱れを防ぐ方法の提供。
【解決手段】強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、マンドレル１０の外周面に、マンドレル１０の軸方向に対して斜めに強化繊維が引き揃えられたプリプレグの巻き始め端部１２を配置する配置工程と、配置された巻き始め端部１２に直に加熱板を摺動させて、該巻き始め端部１２を外周面に熱圧着し、仮止めする仮止め工程と、仮止めされたプリプレグを外周面に巻回する巻回工程とを有する方法であり、仮止め工程では、巻き始め端部１２における強化繊維の引き揃え方向に沿って加熱板を摺動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばゴルフクラブシャフト、バドミントンラケット、釣り竿、スキーストックなどに使用される繊維強化樹脂製管状体の製造方法に関する。

例えばゴルフクラブシャフト（以下、単にシャフトという場合もある。）には、軽量であるとともに、良好な打感が得られることなどから、繊維強化樹脂製管状体が広く使用されている。
このようなシャフトの製造方法としては、エポキシ樹脂などの未硬化のマトリクス樹脂を炭素繊維などの強化繊維に含浸したシート状のプリプレグを用意し、このプリプレグを棒状のマンドレル（心棒）に巻回した後、硬化させ、マンドレルを抜き取る、いわゆるシートラップ法が知られている。

シートラップ法では、プリプレグとして、面積や含有する強化繊維の向きが異なる複数種のものを用意し、これらを１枚ずつ順次マンドレルに巻回し、多層構造のシャフトを製造することが一般的である。その際、例えば特許文献１の図４〜５などに示されているように、まず始めに、マンドレルの軸方向（長手方向）に対して強化繊維が＋４５°に引き揃えられた層と−４５°に引き揃えられた層との２層からなるバイアス層用プリプレグを巻回して、バイアス層（内層）を形成することが多い。
そして、このようにバイアス層用プリプレグをマンドレルに巻回する際には、巻回中にバイアス層用プリプレグがずれないように、バイアス層用プリプレグの巻き始め端部をマンドレルの外周面の所定位置に仮止めしてから、巻回することが一般に行われている。
特開平０６−２３０７６号公報

仮止めの方法としては、例えば次の方法がある。
まず、マンドレルの外周面に市販の仮止め剤を塗布し、ついで、両面に離型紙が設けられているプリプレグから一方の離型紙を剥がし、露出した面がマンドレルの外周面に接するように、プリプレグの巻き始め端部をマンドレルの外周面の所定位置に配置する。ついで、他方の離型紙を介して巻き始め端部にアイロンなどの加熱板を摺動させて、巻き始め端部をマンドレルの外周面に熱圧着する。その後、他方の離型紙も剥がし、今度は直に巻き始め端部に加熱板を摺動させることで、巻き始め端部をマンドレルの外周面に確実に熱圧着する。

しかしながら、このような仮止め方法では、仮止めされた巻き始め端部における強化繊維の配向状態が乱れてしまうことがあった。強化繊維の配向状態の乱れは、最終的に得られるゴルフクラブシャフトの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、マンドレルの外周面にプリプレグの巻き始め端部を仮止めする際に、強化繊維の配向状態の乱れを防ぐことを目的とする。

本発明の繊維強化樹脂製管状体の製造方法は、強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、マンドレルの外周面に、前記マンドレルの軸方向に対して斜めに強化繊維が引き揃えられたプリプレグの巻き始め端部を配置する配置工程と、配置された前記巻き始め端部に直に加熱板を摺動させて、該巻き始め端部を前記外周面に熱圧着し、仮止めする仮止め工程と、仮止めされた前記プリプレグを前記外周面に巻回する巻回工程とを有し、前記仮止め工程では、前記巻き始め端部における前記強化繊維の引き揃え方向に沿って、前記加熱板を摺動させることを特徴とする。
前記管状体としては、ゴルフクラブシャフトが好ましく例示できる。

本発明によれば、マンドレルの外周面にプリプレグの巻き始め端部を仮止めする際に、強化繊維の配向状態の乱れを防ぐことができる。

以下、繊維強化樹脂製管状体としてゴルフクラブシャフトを製造する場合について一例を挙げて、本発明の製造方法を詳細に説明する。
本実施形態例においてゴルフクラブシャフトを製造する際には、まず、図１に示すように、一端（細径側）１０ａから他端（太径側）１０ｂに向けて外径が徐々に拡径した円形断面のマンドレル１０と、このマンドレル１０に巻回され、バイアス層を形成するためのバイアス層用プリプレグ１１とを用意する。なお、この例のバイアス層用プリプレグ１１は、図示略の離型紙を両面に備えている。

バイアス層とは、通常、シャフトの全長にわたって形成され、主にシャフトにつぶし強度、捻り強度などを付与するためのものであって、シャフトの軸方向に対する強化繊維の角度（以下、配向角度という。）が＋３０°〜＋８０°とされた層と−３０°〜−８０°とされた層とが組み合わされた層である。
この例では、バイアス層用プリプレグ１１として、配向角度が＋４５°の層（以下、＋４５°層プリプレグという。）１１ａと、−４５°の層（以下、−４５°層プリプレグという。）１１ｂとが積層した２層構造のものが使用されている。図１中、斜線の方向が強化繊維の引き揃え方向である。ここで＋４５°層プリプレグ１１ａと−４５°層プリプレグ１１ｂとは、互いに同じサイズであるが、このバイアス層用プリプレグ１１をマンドレル１０に巻回した際に＋４５°層プリプレグ１１ａの巻き始め位置と−４５°層プリプレグ１１ｂの巻き始め位置とが一致せずに半周ずれるように、あらかじめ半周分だけずらして重ねられている。そのため、この例では、バイアス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１２には、＋４５°層プリプレグ１１ａのみが存在した状態となっている。
なお、巻き始め端部１２とは、プリプレグの巻き始め側の末端から、巻き終わり側の末端に向かっておよそ５〜２５ｍｍまでの帯状領域であり、プリプレグの長手方向にわたる。

ついで、マンドレル１０の外周面に市販の仮止め剤を塗布するとともに、バイアス層用プリプレグ１１から一方の離型紙を剥離する。そして、剥離により露出した露出面がマンドレル１０の外周面に接するようにして、バイアス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１２を図２に示すようにマンドレル１０の外周面の所定位置に配置する（配置工程）。
このように一方の離型紙のみを剥がして、バイアス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１２をマンドレル１０の外周面の所定位置に配置する方法によれば、バイアス層プリプレグ１１の形態を乱すことなく、取扱性良く、巻き始め端部１２を所定位置に配置することができる。

ついで、本実施形態例では、第１仮止め工程と第２仮止め工程とからなる仮止め工程を行う。
すなわち、まず、図示略の他方の離型紙を介して、配置されたバイアス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１２にアイロン（加熱板）を摺動させて、巻き始め端部１２が少なくとも所定位置からずれてしまわない程度に、巻き始め端部１２をマンドレル１０の外周面に熱圧着する（第１仮止め工程）。
その後、図示略の他方の離型紙を剥がし、図３に示すように、バイアス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１２に直にアイロン２０を接触させ、巻き始め端部１２における強化繊維の引き揃え方向に沿うよう、この例の場合には、マンドレル１０の軸方向に沿う図３中右から左方向（図中矢印Ａ）にアイロン２０を摺動させ、巻き始め端部１２を熱圧着する（第２仮止め工程）。このような第２仮止め工程により、巻き始め端部１２が確実に仮止めされる。また、他方の離型紙を剥がした際のバイアス層用プリプレグ１１の「浮き」も押さえることができる。

ここで、本明細書において「巻き始め端部における強化繊維の引き揃え方向」とは、巻き始め端部１２における強化繊維の外方への引き揃え向きのことを言う。本実施形態例では、上述したように、巻き始め端部１２には＋４５°層プリプレグ１１ａのみが存在しているため、この場合、「巻き始め端部における強化繊維の引き揃え方向」とは、この＋４５°層プリプレグ中の強化繊維の引き揃え方向を指す。具体的には、図３中矢印Ｂで示す方向（マンドレルの軸方向に対する角度（配向角度）が＋４５°）である。
また、「巻き始め端部における強化繊維の引き揃え方向に沿って、加熱板を摺動させる。」とは、図３に示すように、巻き始め端部１２における強化繊維の引き揃え向き（図中矢印Ｂ）と加熱板の摺動方向（図中矢印Ａ）とのなす角度αが０°以上＋９０°未満である場合を言い、好ましくは、＋２０°以上＋７０°未満である場合を言う。

このような仮止め工程では、巻き始め端部１２に直にアイロン２０を摺動させる第２仮止め工程において、巻き始め端部１２のアイロン２０の摺動方向を強化繊維の引き揃え方向に沿う向きとしているために、アイロン２０の摺動により巻き始め端部１２における強化繊維の配向状態を乱すことなく、仮止めすることができる。ここで仮に第２仮止め工程におけるアイロン２０の摺動方向を、巻き始め端部１２の強化繊維の引き揃え方向に沿わない向きとすると、強化繊維が逆撫でされて配向状態が乱れ、最終的に得られるゴルフクラブシャフトの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。
なお、第１仮止め工程では、離型紙を介してアイロンを摺動させているために、ここでの摺動方向には制限はないが、第２仮止め工程と同様に、強化繊維の引き揃え方向に沿う向きが好ましい。

仮止め工程の後には、バイアス層用プリプレグ１１をマンドレル１０の外周面に巻回する巻回工程を行うことにより、巻回工程中のバイアス層用プリプレグ１１のずれを抑えつつ、バイアス層を良好に形成することができる。巻回工程は、作業員の手作業のみで行ってもよいが、始めの約半周程度を手作業で行った後、一対のローリング板を備えたローリングマシーンを使用して巻回すると、効率的かつ均一に巻回作業を行えるため好適である。

このようにしてバイアス層を形成した後には、ゴルフクラブに要求される性能、質量などに鑑み、必要に応じて、ストレート層用プリプレグ、補強層用プリプレグなどを適宜巻回し、ストレート層や補強層を形成してもよい。そして、巻回された各プリプレグが剥がれないようにテーピングして固定しつつ、所定温度で所定時間加熱して、各層を硬化させる。ついで、マンドレルを抜き取り（脱芯）、得られた繊維強化樹脂製管状体の表面研磨、両端部のカットなどを必要に応じて行うことにより、ゴルフクラブシャフトが得られる。

なお、プリプレグに使用する強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、スチール繊維などの無機繊維が使用できるが、曲げ強度などに優れたシャフトが得られやすいことから、ＰＡＮ系炭素繊維などの炭素繊維が好ましい。
また、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂などが使用できるが、耐熱性、硬度、硬化収縮率、化学薬品耐性などの点から、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としては、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂環型等の一般的なエポキシ樹脂を使用できる。また、マトリックス樹脂には、必要に応じて公知の硬化剤を適量添加できる。

以上の説明では、マンドレル１０の軸方向に対して斜めに強化繊維が引き揃えられたプリプレグとして、＋４５°層プリプレグと１１ａと、−４５°層プリプレグ１１ｂとが積層した２層構造のバイアス層用プリプレグ１１において、巻き始め端部１２には＋４５°層プリプレグのみが存在しているものを例示したが、これに限定されず、プリプレグの巻き始め端部における強化繊維がマンドレル１０の軸方向に対して斜め（非平行）に引き揃えられたものであれば、どのようなものでもよい。
また、仮止め工程としても、第１仮止め工程と第２仮止め工程との２工程からなるものに限定されず、両面に離型紙を備えていないプリプレグを使用する場合などには、巻き始め端部に直にアイロンなどの加熱板を摺動させる一工程のみから仮止め工程を構成してもよい。ただし、両面に離型紙を備えたプリプレグを使用し、まずは一方の離型紙のみを剥がして、プリプレグの巻き始め端部をマンドレルの外周面の所定位置に配置した後、第１仮止め工程を行い、その後、他方の離型紙を剥がしてから第２仮止め工程を行う方法によれば、プリプレグの形態を乱すことなく、取扱性良く、巻き始め端部を所定位置に配置し、仮止めすることができる。また、このような方法においては、第１仮止め工程後に他方の離型紙を剥離した際に、プリプレグに「浮き」が認められたとしても、第２仮止め工程での加熱板の摺動により、「浮き」を押さえることができる。

また、繊維強化樹脂製管状体の一例としてはゴルフクラブシャフトを例示したが、本発明の製造方法によれば、バドミントンラケット、釣り竿、スキーストックなど、他のスポーツ用品用途の繊維強化樹脂製管状体も製造できる。また、製造する管状体の断面形状には特に制限はなく、円形断面の他、用途に応じて、楕円形断面、異形断面などでもよい。

本発明の製造方法で使用されるマンドレルとプリプレグの一例を示す平面図である。 本発明の製造方法のうち、配置工程を説明する平面図である。 本発明の製造方法のうち、第２仮止め工程を説明する平面図である。

符号の説明

１０ マンドレル
１１ バイアス層用プリプレグ
１２ 巻き始め端部

Claims (2)

1. 強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、
   マンドレルの外周面に、前記マンドレルの軸方向に対して斜めに強化繊維が引き揃えられたプリプレグの巻き始め端部を配置する配置工程と、
   配置された前記巻き始め端部に直に加熱板を摺動させて、該巻き始め端部を前記外周面に熱圧着し、仮止めする仮止め工程と、
   仮止めされた前記プリプレグを前記外周面に巻回する巻回工程とを有し、
   前記仮止め工程では、前記巻き始め端部における前記強化繊維の引き揃え方向に沿って、前記加熱板を摺動させることを特徴とする繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
2. 前記管状体がゴルフクラブシャフトであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法。

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