JP2008271875A - 管状体 - Google Patents

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Abstract

【課題】負荷が急激かつ複合的に作用した場合であっても、本体層を確実に保護することができる耐久性に優れた管状体を提供すること。
【解決手段】強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化プリプレグを芯金に巻回して形成した本体層２０と、この本体層の外側に形成した補強層２２とを備え、この補強層２２は、軸長方向に強化繊維を引き揃えた軸長方向繊維層３６ｄと、軸長方向に対して傾斜方向に強化繊維を引き揃え、これらの強化繊維を互いに交差方向に配置した傾斜方向繊維層３６ａ，３６ｃと、周方向に強化繊維を引き揃えた周方向繊維層３６ｂとを重合し、これらの繊維層を強化繊維よりも軟質の編糸４８で編成した編成プリプレグ３６Ｐを巻回して形成されるる管状体１０。
【選択図】 図４

Description

本発明は、管状体に関し、特に、強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化プリプレグを巻回して形成した管状体に関する。
一般に、ゴルフクラブのシャフト等の管状体は、強化繊維に合成樹脂を含浸させた繊維強化プリプレグを、芯金に対して重合するように巻回し、その上に緊締テープを巻回して安定させた後、これを加熱炉において合成樹脂を熱硬化し、その後、冷却して、脱芯、緊締テープの剥離、研磨、塗装等の工程を経て作成された積層体として形成されている。
このような繊維強化プリプレグから形成される管状体は、比強度、比剛性に優れているが、強化繊維の方向や積層条件によって管状体の物性が大きく変化する。
このため、強化繊維組織の伸びによる層間剥離に起因するゴルフシャフト、釣り竿等の管状体の破壊に着目し、炭素繊維又は炭化けい素組糸に、縦方向の寸法安定糸を組み込まれてなる縦方向形状安定性組み織り筒状体が開発されている。この筒状体を用いてゴルフクラブシャフトを形成する場合は、ステンレスパイプに外挿し、型内でポリアミド樹脂を充填することにより行う。この筒状体を用いることにより、縦方向の伸びを防ぎ、これにより径方向の変化もほとんどなくすことができる（例えば特許文献１参照）。
また、複数の繊維強化樹脂層から構成されるゴルフクラブシャフトについて、繊維配向方向がシャフト軸線に対して略直交して本体層のバット側に配置されるフープ層およびチップ側の補強層を順に配置し、各繊維強化樹脂層の樹脂含有量及び厚さを調整することにより、シャフトの耐久性を確保して柔軟性を向上させるゴルフクラブシャフトが開発されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−１１５３５６ 特開２００５−１７６９６０
しかし、上述の縦方向形状安定性組み織り筒状体によれば、縦方向の伸びを防ぐとしても、組み糸が複雑に重なり合うために強化繊維が波うち状態になり、比剛性が低下し易く、織成した繊維間の樹脂部分から剥離を生じ易い。この場合には、本体が損傷する虞が高い。また、本体層の外側にフープ層および補強層を順に配置したゴルフシャフトによれば、比強度、比剛性を効率よく向上できるとしても、例えば曲げ、ねじり、潰し等の種々の負荷が急激に作用するときは、これに耐えることが困難であり、また、一部の強化繊維が傷付くと、破壊が進行し易く、本体層を損傷する虞が高い。
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、負荷が急激かつ複合的に作用した場合であっても、本体層を確実に保護することができる耐久性に優れた管状体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明によると、強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化プリプレグを芯金に巻回して形成した本体層と、この本体層の外側に形成した補強層とを備える管状体であって、この補強層は、管状体の軸長方向に強化繊維を引き揃えた軸長方向繊維層と、前記軸長方向に対して傾斜方向に強化繊維を引き揃え、これらの強化繊維を互いに交差方向に配置した傾斜方向繊維層と、管状体の周方向に強化繊維を引き揃えた周方向繊維層とを重合し、これらの繊維層を強化繊維よりも軟質の編糸で編成した編成プリプレグを巻回して形成される管状体が提供される。
前記編成プリプレグは、それぞれの繊維層を非直交状態に積層してなるのが好ましい。
また、編成プリプレグは、強化繊維よりも軟質の編糸が、それぞれの強化繊維に対して、非直交方向に編成してなることが好ましい。
更に、前記編成プリプレグは、強化繊維が互いに交差する状態に積層された傾斜方向繊維層の間に、周方向繊維層を配設し、最外層に軸長方向繊維層を配設して形成されることが好ましい。
前記補強層は、前記編糸が露出しかつ研磨された外面を有し、この外面が透明状の被膜で覆われることが好ましい。
また、前記編成プリプレグは、強化繊維が互いに交差する状態に積層された傾斜方向繊維層の間に、軸長方向繊維層を配設し、最外層に周方向繊維層を配設して形成し、編糸により編成された模様の凹凸方向を軸長方向とすることが好ましい。
更に、前記本体層と前記補強層との間に、この両方の層に使用した強化繊維の５０％以下の低弾性率の強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を形成することが好ましい。
本発明の管状体によると、本体層の外側に位置する補強層が、軸長方向と、互いに交差する２つの傾斜方向と、周方向との４つの方向に強化繊維を配置し、かつこれらの強化繊維よりも軟質の編糸で編成して一体化されているため、曲げ、ねじり、潰しの複合的な負荷が急激に作用しても、その作用が最も大きい本体層の外側で耐えることができ、本体層を確実に保護し、この外側の補強層を強化して高強度の管状体を形成することに加え、更に、補強層の強化繊維に達する傷が発生しても、この補強層が一体化されているため、強化繊維の破損、剥離の拡大を防止することができ、耐久性に優れた管状体を形成することができる。
編成プリプレグが、互いに隣接する繊維層を非直交状態に積層してなる場合には、直交方向の繊維配向による層間剥離や繊維間剥離を防止することができ、これにより、管状体の強度および耐久性を更に優れたものとすることができる。
また、編成プリプレグが、強化繊維よりも軟質の編糸で、それぞれの強化繊維に対して、非直交方向に編成してなる場合には、強化繊維がこの編糸で傷付きあるいは破損するのを防止し、高強度で耐久性に優れた管状体とすることができる。
更に、編成プリプレグが、強化繊維を互いに交差する状態に積層した傾斜方向繊維層の間に、周方向繊維層を配設し、最外層に軸長方向繊維層を配設した場合には、曲げ、ねじり、潰しの複合的な負荷に対して効率よく補強することができ、高強度で耐久性に優れた管状体を形成することができる。
更に、補強層が編糸を露出しかつ研磨された外面を有し、この外面を透明状の被膜で覆った場合には、この編糸が外部から見えるため、その特徴的な模様層が装飾効果を有すると共に、高強度で耐久性に優れた上に、外観装飾性に優れた管状体を形成することができる。
また、編成プリプレグが、強化繊維が互いに交差する状態に積層された傾斜方向繊維層の間に、軸長方向繊維層を配設し、最外層に周方向繊維層を配設して形成し、編糸により編成された模様の凹凸方向を軸長方向とする場合には、この凹凸模様をきれいに現出できる。
更に、本体層と前記補強層との間に、この両方の層に使用した強化繊維の５０％以下の低弾性率の強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を形成する場合には、補強層で受けた衝撃、負荷が緩和された状態で本体層に伝播するので、より高強度で、耐久性に優れた管状体とすることができる。
図１は、本発明の好ましい実施形態による管状体１０を示す。この実施形態では、その重さに比して強度および剛性を高くする必要のあるゴルフクラブのシャフトとして形成してある。この他にも、この管状体１０は、釣竿あるいはテニスラケット等のスポーツ用品として形成することも可能である。
本実施形態の管状体１０は、先端側すなわちゴルフクラブシャフトの場合には打球するクラブヘッドを取付ける側に向けて先細状に形成してあり、先端側から、先部１２と中間部１４とグリップが取付けられる元部１６とが形成され、長手方向である軸長方向に貫通する内孔１８が先端および後端で外方に開口する。
この管状体１０は、後述する補強耳４４が配置されていない位置における先部１２の肉厚ｔを、先端で開口する内孔１８の内径ｄよりも大きく、例えば２．０ｍｍ以上で、２．４〜３．５ｍｍに形成してあり、後述する元側補強プリプレグが配置されていない位置における中間部１４の肉厚は、例えば１．０ｍｍ以上で、１．２〜２．０ｍｍに形成してある。この管状体１０は、中間部１４を最も基本的な構造に形成してあり、後述するように、本体層２０で基本的な曲げ強度を確保した上で、所要位置に種々の補強層を設けるのが好ましい。
図２に示すように、本実施形態の管状体１０の最も基本的な構造を備える中間部１４は、強化繊維に合成樹脂を含浸した複数のプリプレグを内側から順に積層して形成され、この本体層２０の外側に配置された補強層２２を被膜層２４が覆っている。この被膜層２４は透明状であるのが好ましく、透明クリヤー層、染料や顔料等の有色物質あるいは光輝性粒子等を混合したカラークリヤー層を１層あるいは複数層重ねて透明状に形成したものでもよい。
この本体層２０は、内周側の第１層２６として、周方向に強化繊維を引き揃えて形成された周方向プリプレグを巻回して形成される。この第１層２６の外側には、管状体１０の軸線に対して傾斜する方向に強化繊維を引き揃えて形成された傾斜方向繊維層２８ａ，２８ｂからなる第２層２８が形成され、この傾斜方向繊維層２８ａ，２８ｂを形成するそれぞれの強化繊維は、互いに交差する方向に配向されている。更に、この第２層２８の外側には、軸長方向に強化繊維を引き揃えて形成された軸長方向繊維層である第３層３０と、周方向繊維層で形成した第４層３２と、軸長方向繊維層で形成した第５層３４とが順に配置されている。これにより、本体層２０は、大きな曲げを可能としつつ、軸長方向および捩じり方向の大きな引張り力に耐えることができるように、基本的な曲げ強度を確保できることが好ましい。
この本体層１２の上に形成した補強層２２は、後述するように、互いに交差する４つの方向に強化繊維を配向した４つの繊維層を、糸状部材である編糸で一体的に編成した複合繊維層３６で形成され、これらの強化繊維を編成する編糸が後述するように補強層２２の外側に露出して模様を形成する。
このような管状体１０は、強化繊維に合成樹脂を含浸した複数のプリプレグを芯金８に巻回することで形成される。プリプレグの強化材は、炭素繊維の他、例えばガラス、ボロン、アラミド、アルミナ等の有機、無機繊維で形成し、含浸する合成樹脂についても、エポキシ等の熱硬化性合成樹脂の他、熱可塑性合成樹脂を用いることができる。
このような複合繊維層３６の合成樹脂含浸量ＲＣは、２８ｗｔ％〜４０ｗｔ％の範囲とし、特に、３０ｗｔ％〜３６ｗｔ％の範囲にあることが好ましい。これは、強化繊維が多数の方向に配向されるため、強化繊維の層間は強化繊維間にボイドあるいは空隙が形成されるのを防止するためである。このような合成樹脂含浸量とすることで、各繊維層の強度の低下を防止し、管状体１０を高強度とすることができる。
また、本体層２０の第３層３０および第５層３４の軸長方向繊維層および第２層２８の傾斜方向繊維層よりも、補強層２２の合成樹脂含浸量を多くすることが好ましい。これにより、補強層２２のボイド発生を防止し、本体層２０の軽量化が図れ、管状体１０の比強度、比剛性を、バランスよく向上させることができると共に、耐久性についても向上させることができる。
図３は、この管状体１０を形成する際に、芯金８に対して巻回されるプリプレグの配置例を示す。本実施形態では、芯金８に対して長さが約１２００ｍｍの領域に、後述する各プリプレグが巻回される。この芯金８は、そのシャフトを形成する管状体１０の内孔１８に対応した外径を有し、先端の径が、内孔１８の先端の径ｄに対応した約２．５０〜４．５０ｍｍ、管状体１０の後端の径が例えば約１４．００〜１７．００ｍｍとなように形成してあり、全体に滑らかなテーパ状に形成されている。なお、管状体１０の先部１２に近接する部位で中間部１４の傾斜角度を変更させ、この剛性分布を変化させることも可能である。
芯金８の先端領域には、先部１２の内側補強層として、主に先部１２の剛性バランスを調整するための第１プリプレグ３８が巻回される。更に、順にシャフトの全長にわたって本体層２０を形成する本体層用の第２プリプレグ２６Ｐ，第３プリプレグ２８Ｐ，第４プリプレグ３０Ｐ，第５プリプレグ３２Ｐ，第８プリプレグ３４Ｐが巻回される。更に、先部１２と元部１６とにおいて中間補強層となる補強用の第６プリプレグ４０と第７プリプレグ４２とが本体層用の第５プリプレグ３２Ｐと第８プリプレグ３４Ｐとの間に介挿され、第６プリプレグ４０は、主として先部１２の剛性バランスを調整し、第７プリプレグ４２は元部１６に配置される握り部を軸長方向あるいは周方向等に補強する。
そして、本体層２０の外側に、補強層２２の複合繊維層３６を形成する編成プリプレグ３６Ｐが巻回され、この外側の先端領域に、最外側の補強耳である第９プリプレグ４４が巻回される。この第９プリプレグ４４は、主として、図示しないクラブヘッドを取付けるための補強用である。
上述の第１乃至第９プリプレグは、それぞれ１層又は複数層巻回することが可能であり、必要に応じて一部を省略することも可能である。また、内側補強層および中間補強層を形成する第１プリプレグ３８、第６，第７プリプレグ４０，４２の巻回位置を軸長方向に沿う任意位置に調整し、ヘッド取付部の強度向上や高剛性化によるキックポイントの調整をすることができる。
これらのプリプレグは、必要に応じて適宜のものを用いることができ、例えばゴルフクラブのシャフトを形成する場合には、以下に例示する特性とすることもできる。
先部１２において内側補強層を形成する第１プリプレグ３８は、例えば弾性率２０〜５０ｔｏｎｆ／ｍｍ２ の強化繊維３９を軸長方向に引揃えたものであり、樹脂含漫率が２５〜３３ｗｔ％、繊維の目付け量が３０〜１５０ｇ／ｍ２ 、厚さが０．０３〜０．１５ｍｍで構成されており、軸長方向両端において芯金８に対して１〜３プライされる大きさに裁断されている。この第１プリプレグ３８に対しては、別途、ガラスの織布を裏打ちしても良い。
本体層２０の最内層となる第２プリプレグ２６Ｐは、弾性率２０〜５０ｔｏｎｆ／ｍｍ２ の強化繊維２７を周方向に引揃え、樹脂含漫率を２５〜４０ｗｔ％、繊維の目付け量を１９〜８０ｇ／ｍ２ 、厚さを０．０２５〜０．０８０ｍｍとした周方向プリプレグで形成してあり、軸長方向両端において芯金８に対して各１〜１．１プライ又は複数プライされる大きさに裁断されている。
この第２プリプレグ２６Ｐ上に配置される第３プリプレグ２８Ｐは、弾性率２０〜５０ｔｏｎｆ／ｍｍ２ の強化繊維２９ａ，２９ｂを軸長方向に対して互いに交差する斜方向に引揃えて重ね合わせた斜向プリプレグとして形成してあり、この斜向プリプレグ２８Ｐの強化繊維２９ａ，２９ｂは、管状体１０のねじり強度を増大するために、例えば管状体１０の軸長方向に対して±４５°（±１５°）の範囲で互いに交差状に配向されている。この斜向プリプレグ２８Ｐは、樹脂含漫率が２５±１０ｗｔ％で、繊維の目付け量が５５〜１５０ｇ／ｍ２ 、厚さが０．０４５〜０．１５０ｍｍで構成されている。
第４プリプレグ３０Ｐは、弾性率２０〜６０ｔｏｎｆ／ｍｍ２ の強化繊維３１を軸長方向に引揃えた軸長方向プリプレグで形成してあり、樹脂含漫率が１７〜３３ｗｔ％、繊維の目付け量が８０〜１７０ｇ／ｍ２ 、厚さが０．０８〜０．１７０ｍｍで構成されている。そして、軸長方向両端において芯金８に対して各１〜２プライされる大きさに裁断されている。
第５プリプレグ３２Ｐは、強化繊維３３を周方向に引き揃えて、上述の周方向プリプレグ２６Ｐと同様に形成され、軸長方向両端において芯金８に対して各１．０〜１．１プライされる大きさに裁断されている。また、この周方向プリプレグ３２Ｐの先端領域および後端領域に巻回される補強用プリプレグ４０，４２はその長さおよび巻回数を調節することにより、先部１２および元部１６における管状体１０の剛性を所要の大きさに調節することができる。本実施形態では、これらの補強用プリプレグ４０，４２を、上述の補強用の第１プリプレグ３８と同様に、弾性率２０〜５０ｔｏｎｆ／ｍｍ２ の強化繊維４１，４３を軸長方向に引き揃えて形成してあり、樹脂含浸率が２５〜３３ｗｔ％、繊維の目付け量が３０〜１５０ｇ／ｍ２ 、厚さが０．０３〜０．１５０ｍｍで構成されている。
これらの中間補強用第６，第７プリプレグ４０，４２および第５プリプレグ３２Ｐ上に巻回する第８プリプレグ３４Ｐは、強化繊維３５を軸長方向に引き揃え、上述の軸長方向プリプレグ３０Ｐとほぼ同様に形成してあるが、樹脂含浸率はこれよりも多い３０〜３５ｗｔ％にしてあり、芯金８上に１．０〜２．０プライされる大きさに裁断されている。また、先端領域において補強層となる第９プリプレグ４４は、上述の最内層側の第１プリプレグ３８および中間補強用の第６，第７プリプレグ４０，４２と同一の構成であり、芯金８の先端部に対してヘッドのシャフト取付孔内径と一致する外径とするように、強化繊維４５を軸長方向に引き揃えた状態で数回巻回されるように裁断されている。そして、この第９プリプレグ４４が巻回される編成プリプレグ３６Ｐは、傾斜方向繊維層３６ａと周方向繊維層３６ｂと傾斜方向繊維層３６ｃと軸長方向繊維層３６ｄとを後述するように編成して形成され、本体層２０の上に外側補強層２２の複合繊維層３６を形成する。
各プリプレグを芯金８に巻回する場合は、１枚づつ個別に巻回してもよく、あるいは各プリプレグ同士を任意にあらかじめ貼り付けておき、これを巻回してもよい。例えば、第２プリプレグ２６Ｐは、第３プリプレグ２８Ｐにあらかじめ貼り付けておいてもよいし、第５プリプレグ３２Ｐは、第４プリプレグ３０Ｐにあらかじめ貼り付けておいてもよい。また、補強用の第１，第６，第７，第９プリプレグ２８Ｐ，４０，４２，４４についても、これに隣接する本体層用プリプレグにあらかじめ貼り付けて、これらの本体層用プリプレグと共に巻回し、あるいは、個別に巻回してもよい。このように芯金８にプリプレグを巻回し、緊締テープで締付けた後、常法、すなわち、加熱工程、冷却工程、脱芯、緊締テープの除去、研磨、塗装等の工程を経て、図１に示すような管状体１０が形成される。外側補強層２２の上には、透明樹脂を配置したクリア層が好ましい塗装層２４を形成することが好ましい。そして、ゴルフクラブを形成する場合は、管状体１０の先端部にクラブヘッドを嵌入し、基端部にグリップを取着して完成する。
図４および図５に詳細に示すように、外側補強層２２を形成する編成プリプレグ３６Ｐは、傾斜方向繊維層３６ａ，３６ｃを形成するそれぞれ一方向に配向された強化繊維３７ａ，３７ｃを互いに交差する状態に重ね合せ、これらの傾斜方向繊維層３６ａ，３６ｃ間に強化繊維３７ｂを周方向に配向した周方向繊維層３６ｂを介挿し、更に、傾斜方向繊維層３６ｃ上に、強化繊維３７ｄを軸長方向に配向した軸長方向繊維層３６ｄを最外層に重ねた強化材４６を備えている。これらの軸長方向と、互いに交差する２つの傾斜方向と、周方向との合計４つの方向に配向させた各繊維層３６ａ〜３６ｄの強化繊維３７ａ〜３７ｄは、少なくとも互いに隣接する繊維層の強化繊維３７ａ〜３７ｄが互いに非直交すなわち互いに直交しないように重ねて配向され、直交方向の繊維配向による層間剥離や繊維間剥離を防止することができ、これにより、管状体１０の強度および耐久性を更に優れたものとすることができる。
これらの各繊維層３６ａ〜３６ｄの厚さの関係は、使用条件によって任意に設定することができ、合計の厚さが０．０８ｍｍ〜０．３２ｍｍの範囲であることが好ましい。厚さが０．０８ｍｍよりも薄いと繊維の均一引揃えがしにくくなり、０．３２ｍｍよりも厚いと巻回端部の肉厚変化が大きく、作業性が低下するからである。また、傾斜方向繊維層３６ａ，３６ｃのそれぞれの厚さは、直交方向に重ねて使用するために、軸長方向繊維層３６ｄよりも薄く、周方向繊維層３６ｂと同等以下であることが好ましい。そして、最も外側に配置される軸長方向繊維層３６ｄの厚さは、比曲げ剛性を向上するために、これらの繊維層３６ａ〜３６ｄの全体の厚さの約２５〜５０％の範囲とすることが好ましい。
更に、これらの繊維層３６ａ〜３６ｄは、強化繊維３７ａ〜３７ｄよりも軟質の編糸４８で一体的に編成された布状構造を有する強化材４６として、上述の合成樹脂含浸量ＲＣとなるように合成樹脂を含浸させた編成プリプレグ３６Ｐを形成する。このため、各繊維層３６ａ〜３６ｄ内における強化繊維３７ａ〜３７ｄの蛇行あるいは偏位が防止され、隣接する層との剥離あるいは破損などが生じ難くなる。特に、編糸４８が後述するように、強化繊維３７ａ〜３７ｄよりも軟質の形成され、この編糸４８が積層したそれぞれの強化繊維３７ａ〜３７ｄに対して、非直交方向に編成してなる場合には、強化繊維３７ａ〜３７ｄがこの編糸４８で傷付きあるいは破損するのが防止され、高強度で耐久性に優れた管状体１０を形成することができる。
この編成プリプレグ３６Ｐは、積層した繊維層間の剥離あるいは破損が防止されるため、外側補強層２２内の強化繊維３７ａ〜３７ｄおよび編糸４８のズレを防止し、管状体１０に、曲げ、ねじり、潰しの複合的な負荷が急激に作用しても、その作用が最も大きい本体層２０の外側で耐えることができ、本体層２０を確実に保護し、この外側の補強層２２を強化して高強度の管状体１０を形成する。更に、補強層２２の強化繊維３７ａ〜３７ｄにまで達する傷が発生しても、この補強層２２の全体が一体化されているため、強化繊維３７ａ〜３７ｄの破損、剥離の拡大を防止することができ、耐久性に優れた管状体１０を形成することができる。更に、管状体１０の所要の外観を正確に形成すると共に、この補強層２２の強度を安定させ、向上させることができる。
特に、このような種々の方向の強化繊維３７ａ〜３７ｄからなる繊維層３６ａ〜３６ｄが編糸４８で一体化されているため、各繊維層３６ａ〜３６ｄ間や強化繊維３７ａ〜３７ｄ間におけるマイクロ剥離、すなわち、実際には破損してない状態であっても、繊維間や層間の結合力が低下し、本来の剛性、シャープさが発揮できなくなる状態が発生するのを防止でき、したがって、ヘタリ、腰抜け現象の生じ難い、耐久性に優れた管状体１０とすることができるものである。
このように編成プリプレグ３６Ｐの繊維層３６ａ〜３６ｄを一体的に編成する編糸４８は、例えばポリエステル糸、ナイロン糸、ポリアクリル糸、レーヨン糸等の非弾性糸、あるいは、例えばポリウレタン糸等の弾性糸を用いることができる。編糸４８をこのような合成繊維で形成する場合は、モノフィラメント糸あるいはマルチフィラメント糸等のフィラメント糸を用いることが好ましい。また、このような合成繊維の編糸だけでなく、綿糸等の天然繊維を単独であるいは合成繊維と組合せて用いることもできる。いずれも場合も、強化繊維３７ａ〜３７ｄよりも軟質すなわちこれらの強化繊維を傷つけたり、又は有効性を損なわないような特性を有する材料で形成することが好ましい。
特に、編糸４８をポリエステル糸あるいはナイロン糸等で形成した場合は、吸湿性が高いため、含浸性がよく、含浸させる樹脂Ｍとの密着性を向上させることができる。また、強化繊維３７ａ〜３７ｄと交差した状態で編糸４８が突出することにより、周囲の樹脂との接触面積が増大する。また、隣接する本体層２０の強化繊維が、最も近接した側の強化繊維３７ａの引き揃え方向と交差する方向に引き揃えられていることにより、作用する力の方向が異なるとしても、編糸４８が強化繊維３７ａの結合力を増大し、層間剥離が生じ難くなり、破損が防止され、安定した模様層が形成される。特に、編糸４８の吸湿性が高い場合は、隣接する本体層２０あるいは被膜層２４との一体性が増大する。
本実施形態では、強化繊維３７ａ〜３７ｄおよび本体層２０の強化繊維３５および補強層の強化繊維４５よりも編糸４８を大径に形成してある。これにより、編糸４８が強化繊維３７ａ〜３７ｄ，３５，４５を局部的に押圧するのを防止し、これらの強化繊維３５，３７ａ〜３７ｄ，４５の強度を低下しにくくしている。例えば強化繊維３５，３７ａ〜３７ｄ，４５の外径が５〜１０μｍの場合には、編糸４８の外径はこれよりも大きい８〜１５ｍｍとするのが好ましい。
特に図５に示すように、本実施形態では、編糸４８は、編成プリプレグ３６Ｐのそれぞれの強化繊維３７ａ〜３７ｄと交差する方向に、編成条部としてピッチＨが３〜７ｍｍで、幅Ｗが３〜８ｍｍのジグザグ状のウェール５０を形成する。これらのウェール５０は互いに独立しており、０〜１０ｍｍの間隔Ｄで、ほぼ平行に延びる。この編糸４８は、強化繊維３７ａ〜３７ｄと直交しない非直交方向に延設し、強化繊維３７ａ〜３７ｄ又は編成プリプレグ３６Ｐに局部的に負荷が集中し難いように配置することが好ましい。これにより、強化繊維３７ａ〜３７ｄがこの編糸４８で傷付きあるいは破損するのを防止し、高強度で耐久性に優れた管状体とすることができる。
また、強化繊維３７ａ〜３７ｄが編糸４８で保持されるため、芯金８に巻回する際、あるいは、管状体１０に曲げ、捩じり等が作用した際に、これらの強化繊維３７ａ〜３７ｄが蛇行し難くくなる。これらの編糸４８が形成するウェール５０間の間隔が２０ｍｍよりも大きくなると、これらのウェール５０間で強化繊維３７ａ〜３７ｄがずれ易くなる。
更に、図５の矢印Ｒで示す軸長方向に沿って編糸４８が形成する山谷（凹凸）模様を配置することにより、周方向に沿うジグザグ模様が所定の間隔Ｄで形成され、その模様を強調することができる。
図６は、このような編成プリプレグ３６Ｐを形成する手順の一例を概略的に示す。
図６の（Ａ）に示すように、強化繊維３７ａ〜３７ｄを交差させて形成した布状の強化材４６の一側から、先に形成したループ４８ａを通して針５２を刺し入れ、先端に形成したフック状の針先に給糸側の編糸４８を引掛ける。この後、図６の（Ｂ）に示すように、針５２を強化材４６の一側に引き戻し、先に形成したループ４８ａを引き絞りつつ、図６の（Ｃ）に示すように新しいループ４８ｂを形成する。そして、強化材４６あるいは針５２を移動して、上記の図６の（Ａ）に示す工程を繰返す。針５２に設けられたべら５４が開閉することにより、好適な位置でフック状の針先に編糸４８を給糸しあるいは抜出すことができる。これにより、強化材４６の一側に形成される単環状の第１ループと、これに対向する他側では直線状に露出する第２ループとで編目が形成され、強化繊維３７ａ〜３７ｄがこの編目内に保持される。編成は編糸４８のみで行うため、強化繊維３７ａ〜３７ｄの蛇行が生ぜず、編成プリプレグ３６Ｐの強度が安定する。
なお、編成プリプレグ３６Ｐの強化材４６は、このようにべら針５２を用いて編成する他、ひげ針あるいは通常の編針等を用いて編成することも、可能であり、更に、環縫ミシン等の好適な縫製機械を用いて、例えば環縫系の縫目で縫製することも可能である。また、編目あるいは縫目の形状についても、強化繊維３７ａ〜３７ｄの配向方向に合わせて適宜の構造に形成することができる。
いずれの場合も、強化繊維３７ａ〜３７ｄからなる強化材４６を編成した後、この強化材４６を一対の薄い合成樹脂製シート間に挟んで加圧することにより、このような強化繊維３７ａ〜３７ｄからなる強化材４６に樹脂を含浸させたプリプレグとして編成プリプレグ３６Ｐが形成される。強化材４６に含浸させる合成樹脂は、特に編糸４８が形成する模様を目立たせるために、無色透明あるいは有色透明であることが好ましい。
特に、補強層２２が編糸４８を露出しかつ研磨された外面を有し、この外面を透明状の被膜２４で覆った場合には、その特徴的模様層が装飾効果を有すると共に、高強度で耐久性に優れた上に、外観装飾性に優れた管状体１０を形成することができる。
また、編成プリプレグ３６Ｐは、上述の実施形態のように、編成プリプレグ３６Ｐを形成する布状の強化材４６の全面にわたってほぼ均等に強化繊維３７ａ〜３７ｄを分散配置したものに限らず、適宜の模様状に形成してもよい。ウェール５０は、強化繊維３７ａ〜３７ｄが存在しない領域で、含浸する樹脂層の強度を増大し、編成プリプレグ３６Ｐの強度を増大する。
例えば編成プリプレグ３６Ｐの内層の一部に織布で形成する場合には、この織布と組み合わせた模様により、外観が向上する。
また、ウェール５０は、一方向に限らず例えばキルト状に互いに交差させ、あるいは曲線状に形成してもよい。このようなウェール５０を形成する編糸４８の色彩を、強化繊維３７ａ〜３７ｄとは異なる色彩とすることにより、このウェール５０を目立たせ、優れた外観を形成する。色彩は１つに限らず、ウェール４２毎あるいは同じウェール４２内で複数の色彩を組合せることが可能である。
このような外側補強層２２を形成する編成プリプレグ３６Ｐは、例えば図３に示す第２〜第４プリプレグ２６Ｐ〜３０Ｐに代えて、あるいはこれらのプリプレグと共に、本体層２０の少なくとも一部を形成することもできる。この場合には、周方向プリプレグ３２Ｐ上に、編成プリプレグ３６Ｐを巻回する。この編成プリプレグ３６Ｐは、樹脂含浸率が４０±１５ｗｔ％で、繊維の目付け量が９８〜２００ｇ／ｍ２ 、厚さが０．１００〜０．２５０ｍｍで構成されすることが好ましい。編成プリプレグ３６Ｐの厚さは、０．２６０ｍｍ以下であれば良く、編成される各シートの厚さは０．１２０ｍｍか、それ以下にするのが良い。この理由は、薄肉厚により巻回が容易となり、又、シート間のせん断応力を緩和するためである。また、樹脂含浸率は、隣接するプリプレグよりも大きいことが好ましく、このように樹脂含浸率を多くする理由は編糸間の隙間に十分な樹脂を含浸させ、層間の密着性を高めるためである。この編成プリプレグ３６Ｐは、周方向の外径、剛性を安定させるため、芯金８上に１プライされる大きさに裁断するのが好ましい。
このように編成プリプレグ３６Ｐを用いて本体層２０を形成する場合は、適宜の位置に配置することができる。いずれの場合も、管状体１０が変形したときの強化繊維３７ａ〜３７ｄのズレが防止され、これにより、層間の剥離、破損等が生じ難く、比強度、比剛性が向上し、設計自由度の高い管状体１０が得られる。
図７は、変形例による編成プリプレグ１３６Ｐを示す。この編糸４８は、軸長方向Ｒに沿う間隔Ｄ（図５参照）が０であり、凹凸方向が軸長方向であることから、周方向に沿って台形状の模様が形成される。
なお、上述の実施形態では、４つの方向の強化繊維３７ａ〜３７ｄを積層して編糸４８で編成することにより、予め強化材４６を形成し、この強化材４６を薄い合成樹脂製シート間に挟んで加圧することにより、樹脂を含浸した編成プリプレグ３６Ｐを形成したが、これに限らず、例えばそれぞれ強化繊維を一方向に引き揃えたプリプレグを積層し、これらのプリプレグを編糸４８で編成することも可能である。そして、一対の合成樹脂シート間に挟んで編糸４８を樹脂で覆い、更に、針５２が形成した孔に樹脂を充填させてもよい。このような一方向プリプレグを積層する場合は、繊維層３６ａ〜３６ｄの全てをプリプレグで形成することに代え、その一部のみをプリプレグで形成し、これに合成樹脂を含浸してない繊維層を重ねてもよい。
これらの繊維層３６ａ〜３６ｄの強化繊維３７ａ〜３７ｄを非直交方向に重ねる際、隣接する繊維層中の強化繊維の配向方向は互いに１０度以上８０度以下の傾斜とし、より好ましくは３０〜６０°の範囲で非直交とし、全てが４５°づつ交差することにより、合計４つの方向とすることが最も好ましい。そして、最外層３６ｄに軸長方向繊維層を配置した場合は、その強度と外観との双方に優れた補強層２２を形成し、一方、最外層３６ｄに周方向繊維層を配置した場合には、特に、編糸４８による軸長方向の凹凸模様を周方向に沿ってきれいに現出することができる。
更に、本体層２０と補強層２２との間に、この両方の層に使用した強化繊維の５０％以下の低弾性率の強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化樹脂層（図示しない）を形成する場合には、補強層２２で受けた衝撃、負荷が緩和された状態で本体層に伝播するので、より高強度で、耐久性に優れた管状体１０とすることができる。この場合の低弾性率の層は、強化繊維を１２００ｋｇ／ｍｍ２ 以下で、含浸する合成樹脂より高弾性率の強化繊維を使用することが好ましい。また、剛性樹脂含浸比率（ＲＣ）は、本体層２０よりも樹脂量を多くし、補強層２２と同様の範囲でしようすることが好ましい。
また、ゴルフクラブのシャフト以外のスポーツ用品にも好適に用いることができ、この場合は、本体層２０については、例えば積層構造等の通常用いられている構造でもよく、その外側に上述の補強層２２を形成することができる。
例えば、釣り竿に使用する場合には、補強層２２は上述と同様に形成することができ、一方、本体層２０については、曲げ剛性を大きくし、長い竿でも軽く、持ち重りしない構造とする必要があり、傾斜方向繊維層である上述の第２層２８（図２）を省略するか、あるいは極めて薄く形成し、その分、軸長方向繊維の割合を多くすることが好ましい。
また、テニスラケットに用いる場合には、補強層２２は上述の実施形態と同様に形成可能であるが、本体層２０は圧縮方向の負荷に耐えることができるように、周方向や傾斜方向の繊維の割合を多くすることが好ましい。また、スキーのストックに使用する場合には、ゴルフクラブのシャフトに関する上述の実施形態を適用することができる。
本発明の好ましい実施形態による管状体の断面図。 図１の円ＩＩで囲む部分の拡大図。 図１の管状体を形成するプリプレグの配置図。 図２の補強層を形成する編成プリプレグの拡大断面。 図２の補強層を形成する編成プリプレグの平面図。 図５の編成シートの強化繊維を編成する工程を示す説明図。 他の実施形態による補強層を形成する編成プリプレグの図５と同様な平面図。
符号の説明
１０…管状体、２０…本体層、２２…補強層、３６Ｐ…編成プリプレグ、３６ａ，３６ｃ…傾斜方向繊維層、３６ｂ…周方向繊維層、３６ｄ…軸長方向繊維層、４８…編糸。

Claims (7)

  1. 強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化プリプレグを芯金に巻回して形成した本体層と、この本体層の外側に形成した補強層とを備える管状体であって、この補強層は、管状体の軸長方向に強化繊維を引き揃えた軸長方向繊維層と、前記軸長方向に対して傾斜方向に強化繊維を引き揃え、これらの強化繊維を互いに交差方向に配置した傾斜方向繊維層と、管状体の周方向に強化繊維を引き揃えた周方向繊維層とを重合し、これらの繊維層を強化繊維よりも軟質の編糸で編成した編成プリプレグを巻回して形成されることを特徴とする管状体。
  2. 前記編成プリプレグは、互いに隣接する繊維層を非直交状態に積層してなることを特徴とする請求項１に記載の管状体。
  3. 前記編成プリプレグは、強化繊維よりも軟質の編糸が、それぞれの強化繊維に対して、非直交方向に編成してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の管状体。
  4. 前記編成プリプレグは、強化繊維が互いに交差する状態に積層された傾斜方向繊維層の間に、周方向繊維層を配設し、最外層に軸長方向繊維層を配設して形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の管状体。
  5. 前記補強層は、前記編糸が露出しかつ研磨された外面を有し、この外面が透明状の被膜で覆われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の管状体。
  6. 前記編成プリプレグは、強化繊維が互いに交差する状態に積層された傾斜方向繊維層の間に、軸長方向繊維層を配設し、最外層に周方向繊維層を配設して形成し、編糸により編成された模様の凹凸方向を軸長方向としたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の管状体。
  7. 前記本体層と前記補強層との間に、この両方の層に使用した強化繊維の５０％以下の低弾性率の強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を形成したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の管状体。
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