JP2009254401A - 軽量ゴルフクラブ用シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ剛性、曲げ強力、潰し強力といった従来のシャフトの特性、外径を維持したまま、ねじり強力が向上した軽量化シャフト。
【解決手段】複数の繊維強化複合材料層を積層してなるゴルフクラブ用シャフトであって、内側から第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層の順に繊維強化複合材料層を有し、第１アングル層の厚みが０.１５〜０.４０mm、第１ストレート層および第２ストレート層の厚みの和が０.２〜０.４mm、第２アングル層の厚みが０.０４〜０.１mm、第２アングル層の中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であり、シャフトのねじり強力が１８００（Ｎ・ｍ・度）以上、シャフトの全域に渡って潰し強力が１１０Ｎ／１０mm以上、質量３０〜４５ｇ、第１アングル層の形成に用いるプリプレグの厚みを０.０２〜０.０８mmとする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ゴルフクラブ用シャフト（以下単にシャフトという。）に関する。

従来、ゴルフクラブ用シャフトとして、補強繊維を引き揃え樹脂を含浸した、いわゆる一方向プリプレグを型となるテーパー付きの芯金に巻き付けて積層硬化した繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰという。）製シャフトが、その比剛性、比強度の高さ、その設計度の自由さから広く用いられている。
ＦＲＰ製シャフトでは、多くの場合、内側からアングル層、ストレート層の２層構造となっている。アングル層とは、補強繊維がシャフトの長手方向に対して＋θ、−θとなるように貼り併せたプリプレグを積層してなる層であり（但し、θは２０°よりも大きい）、ストレート層とは、補強繊維がシャフトの長手方向に対して±２０゜以下に配向したプリプレグを積層してなる層である。本発明においてもアングル層、ストレート層はこの定義の通りである。
近年、ヘッドスピードの向上、シャフトの長尺化、ヘッドの大型化に伴うスイートエリアの拡大を目的としてシャフトの軽量化が進められている。
従来行われてきた、単にシャフトを構成するストレート層やアングル層の層数を減らすだけでは、それに対応してシャフトの曲げ剛性、曲げ強力やねじり剛性、ねじり強力及び潰し強力が低減するので問題があった。

シャフトの曲げ剛性、ねじり剛性を維持したまま軽量化する方法としては、（１）ストレート層、及び／又は、アングル層の層数を減らすと同時にこれらの層を構成する補強繊維の弾性率をより高弾性な補強繊維に換える方法、（２）シャフト自体の形状、主に外径を大きくし、厚みを減らす方法がある。
しかしながら、（１）の方法では、高弾性の補強繊維は一般に低強度のため、曲げ剛性、ねじり剛性は、従来のシャフトに比して遜色のない値となるが、曲げ強度、ねじり強力は単に層数を減らしたものと変わらないか、むしろ低下する結果となる。又、（２）の方法では、曲げ剛性の維持にはグリップ近くの外径を大きくすることが効果的であるがシャフトの使用感に難がある。

又、ＦＲＰ製シャフトのねじり剛性、ねじり強力を改善する方法として、特許文献１には、アングル層とストレート層からなるＦＲＰ製シャフトの最外層にさらにアングル層を設ける方法が開示されている。しかし、この方法では、ＦＲＰ製シャフトの特にねじり剛性、ねじり強力の保持のため必要なアングル層が研磨等、ＦＲＰ製シャフトの仕上げ加工のために失われることがあり、安定した品質のＦＲＰ製シャフトを得ることができないし、ＦＲＰ製シャフトの軽量化には寄与しない。
そこで、アングル層とストレート層からなるＦＲＰ製シャフトの最外層がアングル層ではなく、ストレート層としたシャフトが考えられた（例えば、特許文献２参照。）。
実開昭６２−３３８７２号公報 特開平１１−１９７２７７号公報

しかし、特許文献２に記載のシャフトでも、必ずしもねじり強力が十分とはいえなかった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、曲げ剛性、曲げ強力、潰し強力といった従来のシャフトの特性、外径を維持したまま、ねじり強力が向上した軽量化シャフトを目的とする。

本発明のゴルフクラブ用シャフトは、複数の繊維強化複合材料層を積層してなるゴルフクラブ用シャフトであって、
シャフトの全長にわたって内側から第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層の順に繊維強化複合材料層を有し、第１アングル層の厚みが０.１５〜０.４０mm、第１ストレート層および第２ストレート層の厚みの和が０.２〜０.４mm、第２アングル層の厚みが０.０４〜０.１mm、第２アングル層の中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であり、
シャフトのねじり強力が１８００(Ｎ・ｍ・度）以上、シャフトの全域に渡って潰し強力が１１０Ｎ／１０mm以上、質量３０〜４５ｇであり、
第１アングル層の形成に用いるプリプレグの厚みが０.０２〜０.０８mmであることを特徴とするものである。
さらに、第１アングル層のシャフトの細径端部の厚みが太径端部の第１アングル層の厚みの１．５〜２．５倍であることが望ましい。

本発明によれば、曲げ剛性、曲げ強力、ねじり剛性、ねじり強力、潰し強力といった従来のシャフトの特性、外径を維持したまま、従来シャフトの３５〜５０％の軽量化を図ることができる。

本発明の軽量シャフトのＦＲＰを構成する補強繊維としては、通常ＦＲＰの補強繊維として用いられる繊維であればよく、パラ系芳香族ポリアミド、高強度ポリエチレンといった有機系補強繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維といった、無機系繊維、金属系繊維を例示できる。さらにこれらの繊維を２種以上組み合わせて用いることも可能である。本発明においては、補強繊維として、従来技術で述べたような特に高弾性な補強繊維を部分的あるいは全体に必ずしも用いる必要はない。

又、本発明の軽量シャフトのＦＲＰを構成するマトリクス樹脂としては、通常ＦＲＰのマトリクス樹脂として知られている樹脂であればよく、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビスマレイミド樹脂といった熱硬化性樹脂が挙げられる。もちろん熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として用いても本発明の本質的な部分は変わるところはない。

以下に述べるシャフトを形成する繊維強化複合材料層は、上記の強化繊維を引き揃え、上記マトリクス樹脂を含浸した、いわゆるプリプレグを用いて形成するのが一般的である。プリプレグの繊維目付、樹脂含有率等は特に限定しないが、各層の必要な厚み、巻き径から適宜選択できる。

本発明の軽量シャフトは、シャフト全長にわたって、内側から第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層の４層構造を主構造とし、さらに第２アングル層が０.０４〜０.１mm厚であり、その中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であることがシャフトの特性、シャフトの外径を変えずに軽量化し、さらに潰し強力とねじり強力を高い値でバランスを取るのに必要である。特に、補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であることが潰し強力を１１０Ｎ／１０mm以上に保つのに必要である。この配向角度が６５〜７０゜である場合は潰し強力が特に高くなり更に好ましい。
このような薄い第２アングル層は、繊維目付１８〜５５ｇ／ｍ²、さらに好ましくは１８〜３０ｇ／ｍ²の極薄プリプレグ（厚み０.０５mm以下）、例えば、三菱レイヨン株式会社製プリプレグＭＲ３５０Ｋ０２０Ｓ（プリプレグ目付２３ｇ／ｍ²、樹脂含有率４０％、厚み０.０２５mm）を用いることで実現される。

第１アングル層の厚みは、０.１５〜０.４０mm厚である。０.１５mm未満であると、ねじり剛性及びねじり強力が不十分であり、０.４０mmを超えるとシャフトの軽量化が困難になる。
もちろん、シャフトの全長にわたって同一厚みである必要はなく、本発明の目的とする曲げ剛性、曲げ強度、ねじり剛性、ねじり強力、潰し強力を犠牲にしない範囲で他の特性の向上を目的として自由に設計することが可能である。例えば、下記の実施例で見られるように、太径部の曲げ強度とねじれ強度を保ちながら細径部の曲げ強度とねじれ強度を高めて全長に渡って十分な強度の向上を目的として、シャフトの細径端部の第１アングル層の厚みを太径端部のそれの１．５〜２．５倍、望ましくは１．８〜２．２倍、より望ましくは２倍となるようにすることできる。
また、このような第１アングル層を構成するプリプレグの厚みは、０.０２〜０.０８mmである。０.０２mm未満のプリプレグは極度に薄く、製造困難な上、アングル層として用いるときに、貼り合わせて巻き回すのが困難である。他方、０.０８mm超になると、質量増を回避する為には巻数を削減することとなり、その結果、ねじり強力が低下してしまう。即ち、本発明では第１アングル層に薄いプリプレグを用いることにより、巻数を確保し、ねじり強力を効果的に発揮させている。

第１ストレート層、第２ストレート層の厚みは、合計厚みで０.２〜０.４mmである。この合計厚みの第１、第２ストレート層への割り振りは、ＦＲＰシャフトの曲げ剛性、曲げ強力等を考慮して行えばよいが、両者同一厚みであっても差し支えない。
但し、第１、第２ストレート層の厚みは、それぞれ０.１mm以上はあることが、ＦＲＰシャフトに適度な曲げ剛性、曲げ強力を付与する点から好ましい。

尚、本発明の目的を損ねない範囲で、第１、第２ストレート層、第１、第２アングル層の他に先端部の補強、径あわせ等の目的で他の層を設けてよいのは言うまでもない。

本発明のシャフトでは、シャフトのねじり強力が１８００(Ｎ・ｍ・度）以上である。シャフトのねじり強力が１８００(Ｎ・ｍ・度）以上であることから、ゴルフクラブとしたときに極端にヘッドのスウィートスポットを外して打撃してもシャフトのねじれ破壊を防ぐことができる。
また、潰し強力が１１０Ｎ／１０mm以上である。潰し強力が１１０Ｎ／１０mm以上であることから、シャフトをグリップに挿入してゴルフクラブを製作する際にもシャフトを圧壊等で破損することを防ぐことができる。
本発明のシャフトは、その質量３０〜４５ｇであり、十分に軽量であり、ヘッドスピードの向上、シャフトの長尺化、ヘッドの大型化に伴うスイートエリアの拡大を図ることができる。

本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
以下、単に「゜」と記載する繊維方向は常にシャフトの長手方向に対して測定した角度を表す。

（プリプレグ）
表１に、実施例に用いたプリプレグＡ〜Ｈを示した。いずれのプリプレグもエポキシ樹脂（♯３５０）をマトリクス樹脂として用い、炭素繊維に含浸したもので、全て三菱レイヨン社製である。

（曲げ剛性）
シャフトの太径端部を固定し、細径端部から１０mmの位置に１ｋｇの荷重をかけ、たわみ量を測定した。
（曲げ強力）
シャフトのＡ点（細径端部から１７５mm）、Ｂ点（同５２５mm）、Ｃ点（太径端部から１７５mm）を中心としてスパン３００mmで３点曲げ試験を行い、破壊時の荷重を曲げ強力とした。
（潰し強力）
万能圧縮試験機を用い、シャフトのａ点（太径端部から１０mm）、ｂ点（同１００mm）、ｃ点（同２００mm）を中心に長さ約１０mmの試験片を作成し圧縮試験を行い、その強力を示した。尚、この３点において潰し強力の値が１１０Ｎ／１０mm以上であれば、シャフトの全域に渡って１１０Ｎ／１０mm以上であるとみなすことができる。
（ねじり強力）
製品安全協会策定のゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法（通商産業大臣承認５産第２０８７号・平成５年１０月４日）のねじり試験に準拠して行った。
有限会社メカトロニクスエンジニアリング製の５ＫＮ ユニバーサルテスタを用いて、シャフトの細径端部を固定し、太径端部にトルクをかけていき、シャフトがねじり破壊を生じたときのトルクとねじれ角度の積をねじり強力とした。

（実施例１）
細径端部外径５.２５mm、太径端部外径１４.０５mm、長さ１５００mmの芯金（細径端（φ５.２５mm）から９５０mm（φ１４.０５mm）迄はテーパー状（９.２６３mm／1000mm））の上に、以下の（１）〜（７）に示したようにして９０°補強層、第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層、先端部補強層を順に形成した。

（１）プリプレグを繊維方向が９０°となるように芯金に巻き付けたとき、細径端部、太径端部において１層となるようにプリプレグＡを概台形に裁断し、芯金の上に巻き付け、９０°補強層を形成した。

（２）プリプレグを繊維方向が＋４５゜となるように芯金に巻き付けたとき、細径端部においては３.３５層、太径端部においては１.６５層となるようにプリプレグＢを裁断し、又、繊維方向が−４５゜となるように巻き付けたときも同様となるようにプリプレグＢを裁断し、これらのプリプレグを繊維方向が交差するように貼り併せた。従って、細径端部においては６.７層、太径端部においては３．３層となる。この貼り合わせたプリプレグを芯金の上に巻付け、第１アングル層を形成した。

（３）プリプレグを繊維方向が０゜となるように第１アングル層の上に巻き付けたとき細径端部、太径端部ともに１層となるようにプリプレグＣを裁断し、これを第１アングル層の上に巻付け第１ストレート層を形成した。

（４）プリプレグを繊維方向が＋７０゜となるように第１ストレート層の上に巻き付けたとき、細径端部、太径端部ともに１層となるようにプリプレグＡを裁断し、又、繊維方向が−７０゜となるように巻き付けたときも同様となるようにプリプレグＡを裁断し、これらのプリプレグを繊維方向が交差するように貼り併せた。この貼り合わせプリプレグを第１ストレート層の上に巻付け、第２アングル層を形成した。

（５）プリプレグを繊維方向が０゜となるように第２アングル層の上に巻き付けたとき細径端部、太径端部ともに１層となるようにプリプレグＤを裁断し、これを第２アングル層の上に巻付け第２ストレート層を形成した。

（６）プリプレグを繊維方向が０°となるように第２ストレート層の上に巻き付けたとき細径端部ないし細径端部から３００mmの位置において１層となるように概台形にプリプレグＤを裁断し、これを第２ストレート層の上に巻き付け先端部補強層を形成した。

（７）プリプレグを繊維方向が０°となるように先端部補強層の上に巻き付けたとき細径端部の外径が８.５mmとなるように概三角形にプリプレグＥを裁断し、これを先端部補強層の上に巻き付け細径端部径調整層を形成した。

これらの層の上から幅２０mm、厚み３０μｍのポリプロピレンテープを１.５mmピッチで巻付け、１４５℃の硬化炉中に２４０分入れ硬化した。
その後、ポリプロピレンテープをはぎ取り、芯金を抜き取った後、細径端部、太径端部側からそれぞれ１０mmを切断除去し、質量３７ｇ、長さ１１４５mm、外径細径側８.５mm、外径太径側１５.０mmのシャフトを得た。
このようにして得られたシャフトは表３に示す特性を有するシャフトであった。

（比較例１）
（１）実施例１の（１）と同様に９０°補強層を形成した。
（２）プリプレグＨを用い、細径端部においては４.０層、太径端部においては２．０層となるようにしたこと以外は実施例１の（２）と同様に第１アングル層を形成した。
（３）実施例１の（３）と同様に第１ストレート層を形成した。
（４）実施例１の（４）と同様に第２アングル層を形成した。
（５）実施例１の（５）と同様に第２ストレート層を形成した。
（６）実施例１の（６）と同様に先端部補強層を形成した。
（７）実施例１の（７）と同様に細径端部径調整層を形成した。
その後、実施例１と同様に加熱硬化して、質量３７ｇ、長さ１１４５mm、外径細径側８.５mm、太径側１５.０mmのシャフトを得た。
このようにして得られたシャフトは表３に示す特性を有するシャフトであった。

（比較例２）
実施例１の第２アングル層を構成するプリプレグＡの繊維方向が＋４５゜、−４５゜となるようにした他は実施例１と同様にして、質量３７ｇ、長さ１１４５mm、外径細径側８.５mm、外径太径側１５.０mmのシャフトを得た。
このようにして得られたシャフトは表３に示す特性を有するシャフトであった。

（実施例２〜５）
第２アングル層を形成するプリプレグの繊維方向を＋６０°、−６０°（実施例２）、第２アングル層を形成するプリプレグの繊維方向を＋７５°、−７５°（実施例３）、第１アングル層を形成するプリプレグをプリプレグＧに替え、層数を調整し（実施例４）、第１アングル層を形成するプリプレグをプリプレグＦに替え、層数を調整した（実施例５）こと以外は、実施例１と同様にして、質量３８ｇ、長さ１１４５mm、外径細径側８.５mm、太径側１５.０mmのシャフトをそれぞれ得た。尚、第１アングル層については、それぞれの第１アングル層の質量(厚さ)が同等になるように、層数を調整した。
得られたシャフトの特性値は表３に同様に示した。

表３に示されているように、実施例１〜５のシャフトは軽量でありながら、曲げ剛性、曲げ強力、ねじり強力、潰し強力に優れたものであった。
しかし、比較例１のシャフトは、第１アングル層として厚いプリプレグを用い、かつ、同等質量とする為に層数を減らすこととなり、ねじり強力が低下してしまった。
比較例２では曲げ強力の低いものであった。

Claims (2)

1. 複数の繊維強化複合材料層を積層してなるゴルフクラブ用シャフトであって、
   シャフトの全長にわたって内側から第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層の順に繊維強化複合材料層を有し、第１アングル層の厚みが０.１５〜０.４０mm、第１ストレート層および第２ストレート層の厚みの和が０.２〜０.４mm、第２アングル層の厚みが０.０４〜０.１mm、第２アングル層の中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であり、
   シャフトのねじり強力が１８００（Ｎ・ｍ・度）以上、シャフトの全域に渡って潰し強力が１１０Ｎ／１０mm以上、質量３０〜４５ｇであり、
   第１アングル層の形成に用いるプリプレグの厚みが０.０２〜０.０８mmであるゴルフクラブ用シャフト。
   （ねじり強力）
   製品安全協会策定のゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法（通商産業大臣承認５産第２０８７号・平成５年１０月４日）のねじり試験に準拠。有限会社メカトロニクスエンジニアリング製の５ＫＮ ユニバーサルテスタを用いて、シャフトの細径端部を固定し、太径端部にトルクをかけていき、シャフトがねじり破壊を生じたときのトルクとねじれ角度の積をねじり強力とする。
   （潰し強力）
   万能圧縮試験機を用い、シャフトの太径端部から１０mmの位置、同１００mmの位置、同２００mmの位置を中心に長さ１０mmの試験片を作成して圧縮試験を行い、その強力を示す。
2. 第１アングル層のシャフトの細径端部の厚みが太径端部の第１アングル層の厚みの１．５〜２．５倍である請求項１記載のゴルフクラブ用シャフト。