JP2009058184A

JP2009058184A - 矢

Info

Publication number: JP2009058184A
Application number: JP2007226015A
Authority: JP
Inventors: Takenori Otsu; 武則大津
Original assignee: Daiwa Seiko Co Ltd
Current assignee: Globeride Inc
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】風や空気抵抗等の影響を低減し、的を正確に射ることのできる矢を提供すること。
【解決手段】繊維強化プリプレグ２３，２５，３１を巻回形成したシャフト１２を具備し、このシャフト１２は、軸長方向に沿って交互に凹溝３６と凸条３８とを配置した凹凸部４０を表面の少なくとも一部の領域に有し、この凸条３８は、軸長方向に対して直交する周方向、又は、螺旋状の旋回方向に延設され、頂部３８ａが曲面で形成され、この頂部３８ａに隣接する両側面部により、凸条３８の横断面形状は鈍角を主体として形成される矢１０。
【選択図】図２

Description

本発明は、弓を用いて射る矢に関し、特に、シャフトが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された矢に関する。

一般に、和弓で用いられる矢は、的を正確に射るために、４つ矢と称される合計４本あるいは予備を含めて６本の組を形成するそれぞれの矢が均質な性能および品質を備えていることが要求される。すなわち、弓から放たれた後における矢の飛翔姿勢を安定させることが、的を正確に射る上で重要であり、矢が放たれた後、的に到達するまでの間に、矢の勢いが失われ、あるいは横風等の空気の動きの影響で飛翔方向が変化する等の影響を受ける場合には、予めこれらの影響による方向変化や失速の程度を推測し、的に対する上下および左右方向の位置ずれを予測して狙いを定める必要がある。このため、外的な影響による姿勢の変化がそれぞれの矢毎に異なる場合には、的を正確に射抜くことは極めて困難となることによる。

このような和弓用の矢として、ジェラルミンやカーボンパイプの外面に、天然の矢竹を加工して貼り付け、外見を竹製の矢と同様に形成した竹張り矢が開発されている（例えば特許文献１参照)。

また、カーボン繊維等の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シャフトについて、前方の長手方向に沿って滑らかに形成して空気抵抗を小さくすると共に、後方を粗面化しあるいは凹凸を形成することで僅かに後方側の空気抵抗を大きくして飛翔姿勢を維持し易くし、更に、その外表面には、軸長方向に延びる線状模様の塗料を塗布して節模様を形成した矢が開発されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−１０８４００特開２００５−２７３９８７

繊維強化プリプレグを巻回してシャフトを形成した矢によれば、シャフトを高強度、高剛性に形成して、その性能、品質を均質にすることができ、竹張り矢等の従来の矢では困難であった飛翔中の姿勢を安定して保持する等の保持特性を改善することができるものではあるが、側方から風を受けた場合に、この風の影響で飛翔姿勢が変化し易く、的から外れ易くなるという点で更に改善することが望まれている。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、風や空気抵抗等の影響を低減し、的を正確に射ることのできる矢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、繊維強化プリプレグを巻回形成したシャフトを具備し、このシャフトは、軸長方向に沿って交互に凹溝と凸条とを配置した凹凸部を表面の少なくとも一部の領域に有し、前記凸条は、軸長方向に対して直交する周方向、又は、螺旋状の旋回方向に延設され、頂部が曲面で形成され、この頂部に隣接する両側面部により、凸条の横断面形状は鈍角を主体としで形成される矢が提供される。

前記シャフトは、繊維強化プリプレグで形成される本体層の外側に、多方向繊維層を有し、この多方向繊維層を覆う塗膜層の表面に、この多方向繊維層の繊維交差部分と非交差部分とで、前記凸条と凹溝とが形成する凹凸よりも小さい微小凹凸を形成することが好ましい。

また、前記凹凸部は、高さが５〜２００μｍの範囲で、凸条のピッチが０．５〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。

更に、本発明によると、繊維強化プリプレグを巻回形成したシャフトを具備し、このシャフトは、軸長方向に沿って交互に凹溝と凸条とを配置した凹凸部を表面の少なくとも一部の領域に有し、前記凸条は、軸長方向に沿って螺旋状の旋回方向に延設され、この螺旋状の凸条による空気抵抗で回転する方向と、シャフトの後端側に配置した羽根の空気抵抗で回転する方向とが同じである矢が提供される。

更に、繊維強化プリプレグを巻回形成したシャフトを具備し、このシャフトは、軸長方向に沿って交互に凹溝と凸条とを配置した凹凸部を表面の少なくとも一部の領域に有し、この凹凸部は、これらの凸条と凹溝とが形成する凹凸よりも小さい微小凹凸を表面に有し、前記凸条は、軸長方向に沿って螺旋状の旋回方向に延設され、この螺旋状の凸条による空気抵抗で回転する方向と、シャフトの後端側に配置した羽根の空気抵抗で回転する方向とを互いに逆方向にし、羽根の空気抵抗による回転力が凸条の空気抵抗による回転力よりも大きい矢が提供される。

本発明の矢によると、シャフトの表面の少なくとも一部の領域に形成される凹凸部が、凸条を軸長方向に対して直交する周方向、又は、螺旋状の旋回方向に延設することにより、側方からの風の影響を小さくし、シャフトの適度の回転を維持して空気抵抗を極めて小さくし、これにより、弓から放れた矢の飛翔姿勢を安定させ、的を正確に射ることができる。更に、頂部が曲面で形成され、この頂部に隣接する両側面部により、横断面形状が鈍角を主体として形成される凸条が、シャフトの表面近くでのみ空気の乱流を生じさせ、空気抵抗を極力小さくすることができる。

このようなシャフトの外側に配置する多方向繊維層を覆う塗膜層の表面に、この多方向繊維層の繊維交差部分と非交差部分とで、凸条と凹溝とが形成する凹凸よりも小さい微小凹凸を形成する場合には、この微小凹凸が凹凸部を形成する凸条と凹溝との表面に更に微細な凹凸を形成することで空気の乱流を発生し易く、空気抵抗を小さくことができ、これにより、空気抵抗で矢の勢いが低下するのを防止することができる。

特に、凹凸部は、高さが５〜２００μｍの範囲で、ピッチが０．５〜１０ｍｍの範囲である場合には、微小な凹凸を多数形成し、凹凸部表面に空気の乱流を効率的に発生させることで、凹凸部表面全体における、空気抵抗を小さくし、矢の姿勢、飛行方向を安定させることができる。

シャフトの表面に凹凸部を形成する凸条による空気抵抗で矢が回転する方向と、羽根の空気抵抗で回転する方向とを同じにする場合には、シャフトの全体に作用する空気抵抗を小さくし、回転性能を向上させ、矢の勢いの低下を防止して安定した姿勢を維持させることができる。

また、シャフトの表面に凹凸部を形成する凸条と凹溝との表面に、これらの凸条と凹溝とが形成する凹凸よりも小さい微小凹凸を形成し、凹凸部の凸条による空気抵抗で矢が回転する方向と、羽根の空気抵抗で回転する方向とを逆方向にし、羽根の空気抵抗による回転力が凸条の空気抵抗による回転力よりも大きくする場合には、微小凹凸で凸条による空気抵抗で矢が回転する力を低減できるので、シャフトの表面に効率よく空気の乱流を生じさせ、側方からの風の影響を小さくしつつシャフトを円滑に回転させて姿勢を安定させることができ、的を正確に射ることができる。

図１から図３は、本発明の好ましい実施形態による矢１０を概略的に示す。

図１に示すように、本実施形態の矢１０は、和弓に用いる的矢として形成してあり、矢柄であるシャフト１２の先端には先端部を覆う矢尻１４が接着等により固定され、後端には弓弦に係止する矢筈１６が接着等により固定されている。矢筈１６の前部には、周方向に３等分した３個所の位置に矧糸２０と接着剤、塗料等で羽軸を固定された３枚の羽根１８が配置され、飛翔体としての矢１０に回転を与え、飛翔姿勢および飛翔方向を安定させる。符号２２は、シャフト１２の先端部に配置したウェイト部材を示し、羽根１８と共に飛翔時の姿勢を安定させるものである。

このウェイト部材２２は、シャフト１２と別部材で形成し、必要に応じて、シャフト１２に固定してもよいが、後述するようにシャフト１２を形成する繊維強化プリプレグに、例えばタングステン等の比重の大きな材料を予め混入させておいてもよい。また矢尻１４の固定部は使用中に外れることがないように、略１０ｍｍ程度以上の長さにわたってその間で確実に固定されていることが好ましく、通常は、長さが約１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にわたってシャフト１２に接触させて固定する。なお、矢尻１４や矢筈１６はシャフト１２に対して螺合等により着脱自在に取付けることも可能である。

図２および図３に示すように、シャフト１２は、例えば金属製のマンドレル８上に繊維強化プリプレグを巻回して形成した管状構造を有し、強化繊維を軸長方向に対して傾斜方向に配向させた内側本体層２４と、この内側本体層２４上で、強化繊維を軸長方向に配向させた軸長方向繊維層を有する外側本体層２６とを備える管状構造の本体層２８がこのシャフト１２の主要部を形成し、表皮層３０がこの本体層２８上に配置される。

このようなシャフト１２を形成する繊維強化プリプレグは、強化繊維として、引張弾性率、強度、破断伸度、あるいは振動吸収性等がシャフト１２に適したものであれば、適宜の繊維を用いることができ、カーボン繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維等の金属・無機繊維のほか、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、綿繊維等の有機繊維を用いることができる。特に、シャフト１２の本体層２８すなわち内側本体層２４および外側本体層２６は、強化繊維２３，２５として弾性率、強度に優れたカーボン繊維を用いることが好ましい。

また、強化繊維に含浸するマトリックス樹脂は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を使用するほかにも、例えばポリアミド、ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂を使用することもできる。

そして、繊維強化プリプレグとして、上述のように、一方向に引き揃えた強化繊維２３，２５にマトリックス樹脂を含浸した傾斜方向プリプレグ２４ａ，２４ｂや軸長方向プリプレグ２６ａ，２６ｂの他にも、織布（あるいは不織布）状の強化繊維にマトリックス樹脂を含浸したプリプレグを用い、更に、繊維束をマンドレル８上に単独で巻回した後に、マトリックス樹脂を含浸させることも可能である。

いずれの場合も、以下にＲＣとも称する強化繊維に対する樹脂含浸量は、例えば２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲で使用することが好ましく、この範囲に含まれない場合であっても例えば重量バランス等の関係から低ＲＣの場合１５〜１９ｗｔ％、高ＲＣの場合５１〜６０ｗｔ％等任意の範囲を選択することが可能である。

本実施形態では、マンドレル８に近接する径方向内方に形成される内側本体層２４は、強化繊維２３を軸長方向に対して傾斜方向に配向させた傾斜方向プリプレグ２４ａと、傾斜方向プリプレグ２４ａの強化繊維２３に対して軸長方向に沿って線対称となる反対側に配向させた傾斜方向プリプレグ２４ｂとで形成してあり、マンドレル８上に巻回することにより、傾斜方向プリプレグ２４ａが形成する第１傾斜繊維層と、傾斜方向プリプレグ２４ｂが形成する第２傾斜方向繊維層とが互いに交差する方向に配向される。軸長方向に対するこれらの強化繊維の傾斜角度は１０度から６０度の範囲で、１５度から４５度の範囲とすることが好ましい。必要な場合には、強化繊維２３を６０度より大きい角度に配置することも可能である。

これらの傾斜方向プリプレグ２４ａ，２４ｂは、例えば０．１０〜０．１５ｍｍの厚さを有し、互いに重ねた状態でマンドレル８上に巻回することにより、強化繊維２３を軸長方向に対して例えば約＋３０度の傾斜方向に配向させた傾斜方向プリプレグ２４ａが形成する第１傾斜繊維層と、強化繊維２３を軸長方向に対して例えば約−３０度の傾斜方向に配向させて傾斜方向プリプレグ２４ａの強化繊維２３と交差させた傾斜方向プリプレグ２４ｂが形成する第２傾斜繊維層とを一層ずつ交互に配置した傾斜方向繊維層による内側本体層２４を形成することができる。これにより、シャフト１２の撓りによる軸長方向の応力を、互いに隣接して位置する第１，第２傾斜繊維層が均等に分散させることができると共に、ねばりのある、ねじり強度も強いシャフト１２にできる。

内側本体層２４は、これらの傾斜繊維層を２〜６層を重ねることにより、例えば０．２〜０．７ｍｍ程度の厚さとし、シャフト１２の肉厚ｔ（図３参照）に対して、例えば約４０〜７５％の最も多くの割合を占めるように形成されることが好ましい。比強度、比剛性向上のために、ＲＣを２０〜３５ｗｔ％、強化繊維２３の弾性率を約２００００〜４００００ｋｇ／ｍｍ^２に形成することが好ましい。

外側本体層２６は、それぞれ強化繊維２５を軸長方向に配向させた軸長方向プリプレグ２６ａ，２６ｂが形成する軸長方向繊維層を内側本体層２４上に巻回することにより、形成される。

この外側本体層２６を形成する軸長方向プリプレグ２６ａ，２６ｂは、例えば０．０８〜０．１８ｍｍ程度の厚さを有し、例えば２〜６回巻回されて、その厚さを例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の厚さとし、内側本体層２４上に軸長方向繊維層を形成する。この外側本体層２６は、曲げ剛性を向上すると共にねばりのあるシャフトにするため、シャフト１２の肉厚ｔに対して、内側本体層２４よりは少なく、表皮層３０よりは多い、約１０〜４０％の割合を占めることが好ましい。これらの軸長方向プリプレグ２６ａ，２６ｂは、互いに重ねた状態で巻回してもよく、あるいは、一枚ずつ又は一層ずつ順に巻回してもよい。

必要な場合には、幅広に連続した一枚の軸長方向プリプレグのみで形成し、あるいは予め３枚以上のプリプレグを重ねた状態で巻回して外側本体層２６を形成することも可能である。また、比強度、比剛性向上のために、ＲＣは１５〜３５ｗｔ％、強化繊維２３の弾性率は約２００００〜４００００ｋｇ／ｍｍ^２を使用することが好ましい。このような軸長方向繊維層で形成される外側本体層２６は、シャフト１２の曲げあるいは撓りに対する剛性を効率的に付与する。

更に、このようにそれぞれの繊維強化プリプレグを巻回して形成される本体層２８の上に、表皮層３０が形成される。

本実施形態の表皮層３０は、強化繊維３１ａ，３１ｂ，３１ｃの少なくとも一部を軸長方向に対して交差するように傾斜方向に配向させた繊維層を有しており、本実施形態では、一例として、ガラス繊維あるいはアラミド繊維で形成した強化繊維３１ａ，３１ｂを軸長方向に対して＋３０度および−３０度の互いに交差する傾斜方向に配設し、これらの傾斜方向繊維である強化繊維３１ａ，３１ｂの交点から軸方向に離隔した位置に、周方向繊維である強化繊維３１ｃを延設した３軸織物状に形成し、マトリックス樹脂を含浸させた多方向プリプレグ３２により、本体層２８上に多方向繊維層を形成する。更に、この多方向繊維層をスクリム３４が覆って表皮層３０を形成する。強化繊維３１ａ，３１ｂがそれぞれ軸長方向に対して±３０度に配置されていることにより、強化繊維３１ａ〜３１ｃの方向が正三角形形状の連続した多数の網目を形成し、シャフト１２に作用する応力を、傾斜方向および周方向の３つの方向に均等に効率よく分散することができる。

なお、これらの強化繊維３１ａ〜３１ｃが正三角形の各辺を形成する方向に延びる場合であっても、強化繊維３１ａ〜３１ｃが幅のある繊維束を形成することから、隙間の形状は六角形状となる。また、これらの強化繊維３１ａ〜３１ｃは、必ずしも正三角形状の方向に延設する必要はないが、傾斜方向繊維は軸長方向に対して同じ角度にして三角形状にすることが応力を周方向に均等に分散する上で好ましい。

この多方向繊維層を形成する多方向プリプレグ３２は、厚さが０．０３〜０．０８ｍｍ程度で、好ましくは０．０３〜０．０６ｍｍとし、ＲＣが２８〜５５ｗｔ％、強化繊維３１ａ〜３１ｃであるアラミド繊維の弾性率が約２０００〜１５０００ｋｇ／ｍｍ^２に形成してあり、本体層２８上に例えば１〜４回巻回し、シャフト１２の肉厚ｔに対して５〜１５％程度に形成することが好ましい。

なお、巻回端部の重なりを１．５ｍｍ以下で、好ましくは１．０ｍｍ以下とするか、各層の重なり位置をずらせて（円周方向均等分散）巻回するとよい。

このような表皮層３０を形成する多方向プリプレグ３２は、強化繊維３１ａ〜３１ｃとしてアラミド繊維以外にも、ガラス繊維等、上述の繊維強化プリプレグと同様な強化繊維を用いることが可能であるが、この場合には、強化繊維３１ａ〜３１ｃの弾性率を、マトリックス樹脂の弾性率よりも高く、外側本体層２６を形成する軸長方向プリプレグ２６ａ，２６ｂの強化繊維２５の弾性率の例えば８０％以下で、７０％〜１０％の範囲とすることが好ましい。

また、多方向繊維層は、強化繊維３１ａ〜３１ｃからなる３軸織物で形成するだけでなく、後述するように、シャフト１２に作用する軸方向の応力を、軸方向以外の方向に分散できるものであれば、少なくとも一部が傾斜方向に配向させた繊維層を形成するものであればよく、例えば強化繊維３ｄ（図８の（Ｃ）参照）を軸長方向に延設した４軸織物状に形成してもよい。この場合の軸長方向繊維又は周方向繊維は、傾斜方向繊維３１ａ，３１ｂの交点を通るように配置するが、これらの強化繊維３１ａ，３１ｃ同士の交点から周方向又は軸長方向にずれた位置に配置することもできる。

この多方向繊維層上に補助層を形成するスクリム３４は、厚さが０．０２〜０．０５ｍｍ程度の例えばガラス繊維をクロス状に配向したガラススクリムあるいは織布３４を、多方向繊維層の上に１回巻回することにより、形成してあり、多方向プリプレグ３２の強化繊維の毛羽立ちを防止する。

各繊維強化プリプレグを芯金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、内側本体層２４を形成する傾斜方向プリプレグ２４ａ，２４ｂは、上述のように互いに重ねた状態でマンドレル８上に巻回することにより、第１傾斜繊維層と第２強化繊維層とを交互に隣接配置して強化繊維２３を交差させることができる。また、傾斜方向プリプレグ２４ａ，２４ｂを一枚づつ順に巻回する場合には、第１傾斜繊維層と第２傾斜繊維層とを径方向に重ねた状態に形成することができる。

いずれの場合も、先部先端の矢尻１４および元部後端の矢筈１６を取付ける等の必要部位を除き、シャフト１２の軸方向に沿って先部、中間部および元部に均一に各繊維強化プリプレグを積層し、肉厚ｔをほぼ一定とすることが好ましい。また、重心位置や外径等の射手に与える感覚および飛翔姿勢に影響を及ぼす事項は、個別に設定することも可能であるが、通常の矢竹製の矢と同様に形成することで、射手に違和感を与えるのを防止することができる。

このように、マンドレル８に繊維強化プリプレグを巻回し、更に、表層３０のスクリム３４を巻回した後、緊締テープで締付け、加熱工程、冷却工程、脱芯、緊締テープの除去、研磨等の工程を経て形成したシャフト１２に、矢尻１４、矢筈１６および矢羽根１８等の必要部品を取付けることにより、図１に示すような矢１０が形成される。

必要な場合には、更に、シャフト１２の表面を保護する塗膜層（図示しない）を表皮層３０に設ける。このような塗膜層は、表面に付着した砂等をふき取る際にふき取り易く、磨耗し難い、例えばエポキシ塗料やウレタン塗料等の適宜の材料を用い、任意の方法で形成することができる。いずれの場合も、上述のスクリム３４の上にあるいはスクリム３４に代えて、例えば５〜２０μｍの範囲の厚さの塗膜層として形成し、多方向繊維層の強化繊維３１ａ，３１ｂ，３１ｃによる繊維交差部分と非交差部分との微小凹凸が、後述するように、その外表面に現れるように形成することが好ましい。

図４は、このように形成されたシャフト１２の表面を概略的に示す。

このシャフト１２の表面には、軸芯１２ａの延在方向すなわち軸長方向に沿って多数の凹溝３６と凸条３８とを交互に配置した凹凸部４０が少なくとも一部の領域に形成されている。この凹凸部４０は、シャフト１２の全長にわたる表面に形成することも可能であり、軸長方向に沿う一部の表面にのみ形成するものであってもよい。一部にのみ形成する場合には、例えば矢尻１４、矢筈１６あるいは羽根１８等の部品を設ける部分、更に、段塗り塗装等の装飾部を設ける部分を除く領域で、シャフト１２の全長の５０％以上又は７０％以上にわたって形成することが好ましい。凹凸部４０を形成する領域は、軸長方向に沿って連続している必要はないが、その全体がこれよりも少ない場合には、矢１０の飛翔あるいは飛行姿勢を安定させるための乱流を形成する範囲が少なくなり、風等の影響が出やすくなるためである。

間に周方向に延びる凹溝３６を形成する凸条３８は、シャフト１２の軸長方向に対して直交する周方向、又は、螺旋状の旋回方向に多数回にわたって巻回する状態に延設される。この凸条３８を螺旋状に延設する場合は、周方向すなわち軸長方向に対して直交する方向に対し、４５°より小さく、好ましくは３０°以下又は２０°以下の角度に延設するとよい。これにより、矢１０の側方からの風の影響を確実に防止することができる。

図５から図７に示すように、凸条３８は、頂部３８ａが曲面で形成されており、この頂部３８ａに隣接する両側面部により、凸条３８の横断面形状すなわち凸条３８の延設方向に対して直交する方向の断面形状は、鈍角を主体として形成されている。すなわち、この頂部３８ａの横断面形状は、一部に曲面の半径が小さく、鋭角を形成する部分があってもよく、凸条３８が、全体的に、頂部３８ａを半径の大きな曲面でかつこの頂部３８ａの両側の側面部が鈍角状の角度に形成あるいは配置されていればよい。このように、凸条３８が頂部３８ａに隣接する量側面部により、横断面形状を鈍角を主体として形成されることにより、的に向けて飛翔する際に、この曲面に沿って流れる空気が凹溝３６内で乱流あるいは渦流を形成する。シャフト１２の表面近くのみで空気の乱流を生じさせることにより、必要以上に大きな空気抵抗が発生するのを防止することができる。

これとは逆に、頂部３８ａの横断面形状すなわち凸条３８の延設方向に対して直交する方向の断面形状が鋭角を主体としたエッジ状の鋭い稜線を形成する場合には、頂部３８ａに沿う層流が形成されにくく、シャフト１２の表面から離れた部位で乱流を形成し、より大きな空気抵抗が発生することになる。この場合には、空気抵抗が大きいために矢１０の勢いが失われ、一方、飛行中に発生する音は大きくなる。

この凹凸部４０を形成する凹溝３６と凸条３８は、効率よく乱流を形成するために、高低差Ｈを５〜２００μｍの範囲で、１０〜１００μｍの範囲に形成するのが好ましい。また、凸条３８の頂部３８ａが形成する鈍角は、９０°よりも大きく、１５０°よりも小さいことが好ましい。１５０°以上とする場合には、乱流が形成され難くなるためである。

図６および図７に明瞭に示すように、このような凹凸部４０の表面の全体あるいは一部に、上述のように、多方向繊維層の強化繊維３１ａ，３１ｂ，３１ｃによる繊維交差部分の凸部４２ａと非交差部分の凹部４２ｂとで形成される微小凹凸４２が形成される。この微小凹凸４２の凹凸すなわち凸部４２ａと凹部４２ｂとの間の高低差あるいは径方向寸法ｈは、凹凸部４０の凹凸すなわち凹溝３６と凸条３８との間の高低差あるいは径方向寸法Ｈよりも小さく、凹溝３６および凸条３８の双方の表面の全体に微小凹凸４２が形成された場合であっても、凹凸部４０を形成する凹溝３６および凸条３８の基本的な形状である軸方向に隣接する凸条３８間のピッチｐ、高低差Ｈおよび頂部３８ａの鈍角を主体とした形状は、大きく崩れることなく、微小凹凸４２を形成しない場合とほぼ同様に維持される。

図７は、実際に微小凹凸４２を凹凸部４０の表面に形成した状態を図式的に示すもので、凹凸部４０の凹溝３６および凸条３８が、微小凹凸４２により、軸長方向および周方向に沿って不規則形状に形成される。ここでは、凹凸部４０の高低差ＨをＪＩＳＢ０６０１−１９９４に基づく測定値で５〜３０μｍ、微小凹凸４２の高低差ｈである表面の平均粗さをＪＩＳＢ０６０１−１９９４に基づく測定値で１〜１０μｍに形成してある。凸条３８間のピッチｐは、例えば０．５〜１０ｍｍの範囲で、１〜５ｍｍの範囲に形成することが好ましい。これは、上述のように、シャフト１２の表面近くで空気の乱流や渦流を発生させるためである。

図７から明らかなように、シャフト１２の表面部分における空気の流れは、凸条３８の高さおよび凹溝３６間における配置位置を変化させることで調整することができる。例えば、凸条３８の高さを低くすることで、乱流の大きさあるいは発生する範囲（シャフト１２の表面からの範囲）を抑制することができる。また、凸条３８の配置位置を、凹溝３６の軸方向中央位置よりも後方に偏倚させると、シャフト１２の表面近くだけで、小さな乱流を発生させ、逆に、先方に偏倚させると、より強力な乱流（渦流）を発生させることができる。

この凸条３８の延設方向は、凸条３８が形成する空気抵抗で矢が回転する方向と、羽根１８の空気抵抗で回転する方向とを同じに形成することにより、シャフト１２の全体に作用する空気抵抗を小さくし、一方、凸条３８による空気抵抗で矢が回転する方向と、羽根１８の空気抵抗で回転する方向とを逆方向にし、更に、微小凹凸４２を設け（ランダムに多数形成するとよい）、逆方向回転をおさえることで、羽根１８の空気抵抗による回転力を凸条３８の空気抵抗による回転力よりも大きくすることにより、シャフト１２の表面に効率よく空気の乱流を生じさせることができる。

更に、凹凸部４０の表面に形成される微小凹凸４２は、凹凸部４０の表面上で、空気の乱流を発生し易く、空気抵抗を小さくことができ、これにより、空気抵抗で矢の勢いが低下するのを防止することができる。

このような微小凹凸４２は、その高低差ｈおよび配置間隔は、表皮層３０の多方向繊維層で調整することができる。この多方向繊維層は、上述のような３軸織物、４軸織物の他にも、縦横あるいは傾斜方向の２軸方向からなる織物でで形成することもできる。また、強化繊維の繊維交差部分と非交差部分とで形成するだけでなく、強化繊維のあるいは強化繊維束の太さを変更し、更に、テープ状の織物を一部重合して巻装、成形する等、任意の大きさおよび間隔で形成することができる。

なお、凹凸部４０は、緊締テープにより形成することも可能であるが、加熱工程の前あるいは加熱中に外型により、成形することも可能である。同様に、微小凹凸４２もこのような外型で成形してもよい。

図８は、このように形成した矢１０が弓弦から放たれる瞬間の状態を模式的に示す。

図８の（Ａ）に示すように、矢１０が弓弦を放れた瞬間は、矢筈１６を介して、この弦から前方に向けて急激に大きな押圧力を受けるため、シャフト１２が大きく湾曲する撓りを生ずる。このシャフト１２の撓りは、図８の（Ｂ）に示すように、その反発による反対方向への撓りを生じさせ、更に、矢羽根１８による回転が作用する。矢１０は、シャフト１２の弾性により、この撓り現象による振動を以下のように迅速に収束させながら、最終的には直線状となって、的に向かう。

図８の（Ｃ）は、シャフト１２が撓って湾曲したときの応力状態を示す。このように、曲げが作用したときと同様にシャフト１２に作用する応力は、内側本体層２４および外側本体層２６中に配置された強化繊維２３，２５により互いに交差する傾斜方向および軸長方向に沿って分散され、更に、表皮層３０（図２および図３）の多方向繊維層を形成するそれぞれの強化繊維３１ａ〜３１ｃにも分散される。

これにより、シャフト１２の内部応力を傾斜方向繊維で応力分散できると共に、粘りのあるシャフト１２により、矢１０が弓から放れるときの撓りおよびその撓りによる振動が、飛翔中に迅速に減衰されて姿勢が安定し、的に対して正確に射ることができる。

表皮層３０を形成する多方向プリプレグ３２の強化繊維が３軸織物を形成する場合にはシャフト１２の撓りによる応力は、本体層２８よりも径方向外方で、傾斜方向の強化繊維３１ａ，３１ｂおよび周方向の強化繊維３１ｃに沿って均等に分散され、更に、４軸織物を形成する場合には、図８の（Ｃ）に示すように、更に軸方向の強化繊維３１ｄにも分散される。

この表皮層３０内では、同一の多方向繊維層あるいは同一のレベルにある円筒状面内で３軸方向に延びる強化繊維３１ａ〜３１ｃが、シャフト１２の撓りによる曲げ応力を強化繊維３１ａ，３１ｂの互いに交差する傾斜方向に沿って均等に分散することができ、更に、強化繊維３１ｃに沿う周方向にも応力を分散することが可能であるため、本体層２８に作用する軸方向の応力成分を小さくすることができ、これにより、矢が放れるときの撓りおよびその撓りによる振動が、飛翔中に迅速に減衰されて姿勢が安定し、的に対して正確に射ることができる。

特に、多方向繊維層を形成する強化繊維３１ａ〜３１ｄの弾性率が本体層２８の強化繊維２５の弾性率よりも小さいため、反発力が小さく、振動が減衰される。これにより、軸長方向に作用する応力が徐々に小さくなり、したがって、撓りあるいは湾曲の大きさも小さくなる。

この表皮層３０の多方向繊維層を形成する強化繊維３１ａ〜３１ｃ（４軸織物状に形成される場合は軸長方向の強化繊維３１ｄを含む）は、上述のように、本体層２８の軸長方向繊維層を形成する強化繊維２５の弾性率よりも小さいため、この表皮層３０内で応力が吸収される。この結果、反対側に湾曲させようとする反発力が小さくなり、反対側の撓りあるいは湾曲が小さくなり、振動が迅速に減衰し、迅速に直線状の形状に復帰することができる。

更に、表皮層３０の多方向繊維層を形成する周方向繊維３０ｃが、傾斜方向繊維３１ａ，３１ｂの６０度の角度で交差する交点から軸長方向に離隔した位置で、これらの傾斜方向繊維３１ａ，３１ｂと交わることにより３軸織物で形成される場合は、これらの強化繊維３１ａ〜３１ｃがシャフト１２の曲げ応力を強化繊維に沿う３つの方向に効率的に分散し、ねじり剛性および曲げ剛性を向上できると共に、粘りのあるシャフトにより、矢が放れるときの撓りおよびその撓りによる振動が、飛翔中に迅速に減衰される。また、表皮層３０の強化繊維３１ａ〜３１ｃが形成する３軸織物は、互いに２つの傾斜方向の強化繊維３１ａ，３１ｂ同士の交差位置と異なる位置で交差して、三角形形状を形成することにより、３方向の強化繊維が１箇所で交差することによる同一層内での応力集中を防止し、軸方向の応力を周方向を含む３つの方向に効率よく分散する。これにより、飛翔姿勢を安定させ、的に対して正確に射ることができる。

この多方向繊維層が強化繊維３１ａ〜３１ｄにより４軸織物として形成される場合も同に、同一の層内で応力を効率よく分散させることができる。

上述の実施形態では、表皮層３０の多方向繊維層を形成する強化繊維３１ａ〜３１ｄの弾性率を本体層２８の強化繊維２３，２５より小さくすることにより、この多方向繊維層で応力を分散して振動の減衰を行うものであるが、これらの強化繊維３１ａ〜３１ｄの比重を本体層２８の強化繊維２５の比重よりも小さく形成することにより、表皮層３０の強化繊維３１ａ，３１ｂの密度を小さくして振動減衰性を高めてもよい。このような比重が小さく（密度が小さく）、振動減衰性に優れた強化繊維として、アラミド繊維の他にもポリエステル樹脂等の有機繊維を用いることができる。

この場合には、この表皮層３０中の強化繊維３１ａ〜３１ｄがシャフト１２に作用する曲げ応力をその強化繊維３１ａ〜３１ｄの方向に沿って分散すると共に、その強化繊維３１ａ〜３１ｄの小さな比重および振動減衰性により、飛翔中に、シャフト１２の撓りあるいは振動を効率よく減衰して姿勢を安定させることができる。

そして、シャフト１２の表面に形成された凹凸部４０は、凸条３８を軸長方向に対して直交する周方向、又は、螺旋状の旋回方向に延びていることにより、側方からの風の影響を小さくし、シャフト１２の適度の回転を維持して空気抵抗を極めて小さくする。これにより、矢１０は飛翔中に例えば側方から風を受けた場合あるいは霧や雨に当たった場合であっても、このような外乱で影響されることを低減し、その飛翔姿勢を安定させ、的を正確に射ることができる。この凸条３８の頂部が曲面で形成され、横断面形状が鈍角を主体として形成されていることにより、シャフト１２の表面近くでのみ空気の乱流を生じさせ、空気抵抗を極力小さくすることができる。

この凸条３８による空気抵抗で矢１０が回転する方向と、羽根１８の空気抵抗で回転する方向とを同じにする場合には、シャフト１２の全体に作用する空気抵抗を小さくし、回転性能を向上させ、矢の勢いの低下を防止して安定した姿勢を維持させることができる。

これとは逆に、凹凸部４０の凸条３８による空気抵抗で矢１０が回転する方向と、羽根１８の空気抵抗で回転する方向とを逆方向にし、かつ、微笑凹凸４２で逆方向回転をおさえると共に、凸条３８の空気抵抗による回転力を大きく超える羽根１８の空気抵抗による回転力でシャフト１２を回転させる場合には、シャフト１２の表面に効率よく空気の乱流を生じさせ、側方からの風の影響を小さくしつつシャフト１２を円滑に回転させて姿勢を安定させることができ、的を正確に射ることができる。

特に、凹凸部４０の表面に形成した微小凹凸４２は、凸条３８と凹溝３６との表面に更に微細な凹凸を形成することで空気の乱流を発生し易く、空気抵抗を小さくことができ、これにより、空気抵抗で矢１０の勢いが低下するのを防止することができる。

図９は、変形例によるシャフト１２の軸芯１２ａに沿う断面図を示す。

この変形例は、シャフト１２の本体層２８の重量、比重の配分を調整することで振動を減衰するものである。

このシャフト１２は、本体層２８の肉厚方向中心位置を通る中央円筒面（具体的には、肉厚の中間位置）ｎを境として、径方向外側に配置される外側部２８ｂの比重が径方向内側の内側部２８ａよりも小さく形成されている。この本体層２８の外側部２８ｂと内側部２８ａとは、それぞれの肉厚が等しくなる中央円筒面ｎで区画したもので、その繊維層は、内側部２８ａとして上述の内側本体層２４と同様な積層構造とし、外側部２８ｂを外側本体層２６と同様な積層構造に形成することができる。また、この本体操２８の上に上述の表面層３０を設けてもよい。

この変形例によるシャフト１２は、軸芯１２ａ側に位置する内側部２８ａを外側部２８ｂに対して相対的に比重の大きな材料で形成することにより、シャフト１２の本体部を形成する本体層２８の比重を軸芯１２ａよりに集中させることができ、軸方向の押圧力だけでなく、偏向した押圧力や回転が加わる複合的な力の作用を受けて、シャフト１２が撓り、振動あるいは回転の複合的な挙動をして飛翔しても、これらの撓りや振動を効果的に減衰して姿勢を安定させ、的に対して正確に射ることができる。

この本体層２８に表皮層３０を形成した場合には、上述の実施形態と同様に、多方向プリプレグ３２が形成する多方向繊維層が、シャフト１２に粘りを与え、振動を吸収する作用をなす。この振動吸収作用により、シャフト１２が側方に撓んだときに、この撓みによる振動を迅速に吸収し、素早く直線状形状に復帰させ、直線状の飛翔姿勢を確保するものである。

上述の実施形態および変形例では、シャフト１２の径方向における弾性率、比重等を調整することにより、振動を減衰するものであるが、更に、矢１０の飛翔姿勢を安定させるために、シャフト１２の軸方向に沿う比重の配分を調整することも可能である。

例えば、シャフト１２の中間部および元部を先部に対して軽量化する場合には、中間部に弾性率の大きい繊維を相対的に多く配分し、あるいは、比重の小さい材料を相対的に多く配分することで、この中間部を軽量化することができ、この中間部の飛翔中の撓りやこの撓りの振動を吸収することができる。

この場合にも、上述のような表皮層３０を形成し、凹凸部４０および微小凹凸４２を形成してもよい。上述の実施形態と同様に、多方向プリプレグ３２が形成する多方向繊維層が、シャフト１２に粘りを与え、振動を吸収する作用をなし、この振動吸収作用により、シャフト１２が側方に撓んだときに、この撓みによる振動を迅速に吸収し、素早く直線状形状に復帰させ、直線状の飛翔姿勢を確保することができる。更に、シャフト１２の表面に形成した凹凸部４０および微小凹凸４２が表面が形成する空気の渦流あるいは乱流により、空気抵抗を小さくし、風による外乱を受けた場合でも、矢１０の飛翔姿勢を安定させることができることは、上述の実施形態と同様である。

また、多方向プリプレグ３２の強化繊維３１を、エラストマー樹脂繊維で形成する場合には、表皮層３０を振動吸収層として形成することができる。

なお、表皮層３０の多方向繊維層を覆うスクリム３４は、多方向プリプレグ３２の強化繊維の毛羽立ちを防止するものであり、上述のガラススクリムのようなクロス状の部材のほか、一方向引き揃えシート、樹脂フィルムあるいは塗膜層を用いてもよく、毛羽立ちを生じない強化繊維を用いた場合や多方向プリプレグ３２のマトリックス樹脂の含浸量を調整する他、製法条件等によって省略することも可能である。

本発明の好ましい実施形態による矢の全体図。図１の矢の製造に用いる繊維強化プリプレグの配置図。図１の矢のシャフトの断面図。図1の矢のシャフトの表面の概略的な説明図。図４のシャフトの表面を拡大して示す軸方向断面図。図５のＶＩ−ＶＩ線方向に沿う断面図。図４のシャフトの表面を軸長方向に沿って実測したときの表面形状の例を示す説明図。図１の矢の弓を放れた瞬間の飛翔姿勢を示し、（Ａ）は撓りを生じた状態の説明図、（Ｂ）は反発により逆方向に撓った状態の説明図、（Ｃ）は表皮層による応力の分散状態を示す説明図。変形例によるシャフトの断面図。

符号の説明

１０…矢、１２…シャフト、２３，２５，３１…強化繊維、３６…凹溝、３８…凸条、３８ａ…頂部、４０…凹凸部。

Claims

繊維強化プリプレグを巻回形成したシャフトを具備し、このシャフトは、軸長方向に沿って交互に凹溝と凸条とを配置した凹凸部を表面の少なくとも一部の領域に有し、前記凸条は、軸長方向に対して直交する周方向、又は、螺旋状の旋回方向に延設され、頂部が曲面で形成され、この頂部に隣接する両側面部により、凸条の横断面形状は鈍角を主体としで形成されることを特徴とする矢。
前記シャフトは、繊維強化プリプレグで形成される本体層の外側に、多方向繊維層を有し、この多方向繊維層を覆う塗膜層の表面に、多方向繊維層の繊維交差部分と非交差部分とで、前記凸条と凹溝とが形成する凹凸よりも小さい微小凹凸を形成することを特徴とする請求項１に記載の矢。
前記凹凸部は、高さが５〜２００μｍの範囲で、凸条のピッチが０．５〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の矢。
繊維強化プリプレグを巻回形成したシャフトを具備し、このシャフトは、軸長方向に沿って交互に凹溝と凸条とを配置した凹凸部を表面の少なくとも一部の領域に有し、前記凸条は、軸長方向に沿って螺旋状の旋回方向に延設され、この螺旋状の凸条による空気抵抗で回転する方向と、シャフトの後端側に配置した羽根の空気抵抗で回転する方向とが同じであることを特徴とする矢。
繊維強化プリプレグを巻回形成したシャフトを具備し、このシャフトは、軸長方向に沿って交互に凹溝と凸条とを配置した凹凸部を表面の少なくとも一部の領域に有し、この凹凸部は、これらの凸条と凹溝とが形成する凹凸よりも小さい微小凹凸を表面に有し、前記凸条は、軸長方向に沿って螺旋状の旋回方向に延設され、この螺旋状の凸条による空気抵抗で回転する方向と、シャフトの後端側に配置した羽根の空気抵抗で回転する方向とを互いに逆方向にし、羽根の空気抵抗による回転力が凸条の空気抵抗による回転力よりも大きいことを特徴とする矢。