JP2010221568A

JP2010221568A - 管状体

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Publication number: JP2010221568A
Application number: JP2009072269A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Nomura; 一樹野村
Original assignee: OLYMPIC KK; Olympic Co Ltd
Current assignee: OLYMPIC KK; Olympic Co Ltd
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP5426909B2

Abstract

【課題】設計自由度の拡大及び剛性設計の容易化。
【解決手段】複数層の強化繊維プリプレグを焼成して得られる管状体において、複数の強化繊維を、該強化繊維の軸方向が一方向と該一方向と直交する方向として平織りするとともに、熱硬化性樹脂を含浸してなる二軸平織プリプレグが積層された二軸平織繊維層４と、複数の強化繊維を並列させてなる複数の繊維列を、該繊維列の軸方向が、一方向と、該一方向と直交する方向と、これら２軸方向の強化繊維の軸方向に対して斜めに交差する方向と、これら３軸方向の強化繊維の軸方向に対して交差する方向とに配置するとともに、軸方向を同一とする各繊維列間に隙間を空けて管状体の厚み方向に積層し、かつ熱硬化性樹脂を含浸してなる四軸積層プリプレグが積層された四軸積層繊維層５と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、強化繊維樹脂製の管状体に関し、詳しくは、ゴルフクラブ用シャフト・釣竿の竿管等に用いられる管状体に関する。

ゴルフクラブ用シャフトや釣竿の竿管等に用いられる管状体は、高強度・高弾性の強化繊維(例えば、炭素繊維やガラス繊維)を一方向に引き揃えて熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂)を含浸させたプリプレグをマンドレル（金型）に巻き付けて、焼成(加熱硬化)させて作製している(例えば、特許文献１参照)。

特開２００２−３５５８１８号公報

管状体は、プリプレグを、強化繊維の配向角度を適宜組合せて積層配置するとともに、各層に積層されるプリプレグの強度・弾性(強化繊維の強度・弾性)を適宜変更することにより、目的の特性となるように設計される。

管状体の特性は、プリプレグの強化繊維を配向角０度（マンドレルの軸方向）に配列させたストレート層による曲げ剛性の調整、配向角９０度（マンドレルの周方向）に配列させたフープ層による潰れ剛性の調整、配向角度が０度を超え９０度未満の間で配列させたバイアス層による捻り剛性の調整、更には、これらストレート層、フープ層、バイアス層の積層位置により決定される。そして、ストレート層、フープ層、バイアス層の積層構造による管状体は、曲げ、潰れ、捻り方向のあらゆる方向に、かつ管状体の特性に対応した剛性を備えることができる。

ところで、最近では、管状体を用いた各種製品について、ユーザーの要求が細かくなってきており、その性能のみならず、使用感の向上が求められている。例えば、ゴルフクラブである場合、しっかりした打球感であるとともに、打球後の迅速な振動吸収であり、釣竿である場合には、魚の引きを釣竿のしなりで受け止められる強さであり、その引きを手元で感じることができる使用感である。

しかしながら、従来の積層されるプリプレグの強度・弾性の変更やプリプレグの強化繊維の配向角度の変更による管状体の設計では、前記したようなユーザーの要求に応えられる設計が難しいものであった。

本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、設計自由度を拡大すること、剛性設計を容易にすること等が本発明の目的である。

前記目的を達成するため、本発明に係る管状体は、次の構成を少なくとも具備する。

複数層の強化繊維プリプレグを焼成して得られる管状体において、複数の強化繊維を、該強化繊維の軸方向が一方向と該一方向と直交する方向として平織りするとともに、熱硬化性樹脂を含浸してなる二軸平織プリプレグが積層された二軸平織繊維層と、複数の強化繊維を並列させてなる複数の繊維列を、該繊維列の軸方向が、一方向と、該一方向と直交する方向と、これら２軸方向の強化繊維の軸方向に対して斜めに交差する方向と、これら３軸方向の強化繊維の軸方向に対して交差する方向とに配置するとともに、軸方向を同一とする各繊維列間に隙間を空けて管状体の厚み方向に積層し、かつ熱硬化性樹脂を含浸してなる四軸積層プリプレグが積層された四軸積層繊維層と、を備えていることを特徴とする。

前記四軸積層繊維層は、管状体の最外層に積層されていること特徴とする。

前記四軸積層繊維層の一部の強化繊維の引っ張り弾性率が他の強化繊維の引っ張り弾性率と異なっていることを特徴とする。

前記四軸積層繊維層の強化繊維の引っ張り弾性率が夫々異なっていることを特徴とする。

前記四軸積層繊維層の斜めに交差する一方の強化繊維の角度が他方の強化繊維の角度と異なっていることを特徴とする。

前記四軸積層繊維層が、管状体の全長又は管状体の一部に積層されていることを特徴とする。

本発明に係る管状体の正面図。図１の(２)-(２)線断面図。各プリプレグの展開図。二軸平織プリプレグの拡大図。四軸積層プリプレグの拡大図。

以下、本発明に係る管状体を実施するための形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、管状体をゴルフクラブ用シャフト(以下「シャフト」という)として説明する。

尚、以下では、強化繊維の配向方向がシャフトの軸線に沿う方向とするプリプレグをストレートプリプレグとし、該ストレートプリプレグを積層した層をストレート層とする。また、強化繊維の配向方向がシャフトの周方向に沿う方向とするプリプレグをフーププリプレグとし、該フーププリプレグを積層した層をフープ層とする。また、強化繊維の配向方向がシャフトの軸線に対して斜交する方向とするプリプレグをバイアスプリプレグとし、該バイアスプリプレグを積層した層をバイアス層とする。

各プリプレグの巻回積層形態は、シャフトの特性によって異なるが、基本的には、繊維の配向の異なるプリプレグを交互に巻回積層する。巻回積層される各プリプレグの組み合わせは、ストレート層、フープ層、バイアス層、二軸平織繊維層、四軸積層繊維層を使った種々の組み合わせが採用される。そしてシャフトは、常法により前記各プリプレグを巻回積層して焼成することで得られる。尚、本実施形態の強化繊維は、カーボン繊維である。

ちなみに、ストレート層は、曲げ剛性に関与するものであり、フープ層は、円周方向の潰れ剛性に関与するものである。また、バイアス層は、周方向の捩じれ剛性に関与するものである。さらに、二軸平織繊維層は曲げ剛性及び潰れ剛性に関与し、四軸積層繊維層は、曲げ剛性及び潰れ剛性並びに捩じれ剛性に関与するものである。

図１に示す本実施形態のシャフト１は、図２及び図３に示すように、バイアス層２、ストレート層３、二軸平織プリプレグ４０からなる二軸平織繊維層４と、四軸積層プリプレグ５０からなる四軸積層繊維層５との四層構造である。各層は、各プリブレグを１以上のプライ（巻数）として形成されている。

図３に示すように、シャフト１の先端側には、先端補強層としてバイアス層２及びストレート層３が積層されるが、本実施形態では、該先端補強層についてシャフト１を構成する層の数としてカウントしない。すなわち、本実施形態のシャフト１は、図２に示すように、最内層にバイアス層２、該バイアス層２の外層にストレート層３、該ストレート層３の外層に二軸平織繊維層４、該二軸平織繊維層４の外層(最外層)に四軸積層繊維層５を積層してなるものである。

ここで、シャフト１の成形工程の一例を説明すると、図３に示すように、最初にマンドレル(図示せず)の先端側に対して、先端補強層を構成するバイアスプリプレグ２０を２プライ巻回する。次に、マンドレルに対して、シャフト１の全長に対応する長さを有し、該シャフト１の最内層となるバイアス層２を構成するバイアスプリプレグ２０を２プライ巻回する。次に、マンドレルの先端側に対して、先端補強層を構成するバイアスプリプレグ２０を２プライ巻回する。これらバイアスプリプレグ２０は、１プライ毎にバイアス方向が逆向きとなるように巻回され、周方向のいずれの方向の捻じれに対する剛性を確保している。

本実施形態のバイアスプリプレグ２０のカーボン繊維の配向角度は４５度であるが、この配向角度は４５度に限られず、４５度を超える角度又は４５度未満の角度としてもよいし、いずれにしても、シャフト１が目的の特性に対応する剛性を得られるように各種選択する。

次に、前記バイアスプリプレグ２０の外層に、ストレート層３を構成し、バイアスプリプレグ２０と軸方向で同長とするストレートプリプレグ３０を４プライ巻回する。該ストレートプリプレグ３０は、全て同じ強度を有するものを使用してもよいし、一部に異なる強度を有するものを使用してもよく、いずれにしても、シャフト１が目的の特性に対応する剛性を得られるように各種選択する。また、ストレートプリプレグ３０のプライ数についても、シャフト１が目的の特性に対応する剛性を得られるように増減する。

次に、前記ストレートプリプレグ３０の外層に、二軸平織繊維層４を構成し、ストレートプリプレグ３０と軸方向で同長とする二軸平織プリプレグ４０を１プライ巻回する。該二軸平織プリプレグ４０は、図４に示すように、同強度とする複数のカーボン繊維６を捻らずに束ねた繊維束７を複数用いて、該繊維束７をストレート方向とフープ方向として平織りし、熱硬化性樹脂を含浸してなるものである。この二軸平織プリプレグ４０による二軸平織繊維層４は、同じ層において曲げ剛性及び曲げ剛性に関与する潰れ剛性を確保している。また、二軸平織プリプレグ４０が織組織であるため、二軸平織繊維層４におけるストレート方向の強化繊維とフープ方向の強化繊維相互の剥離が防止されている。

すなわち、二軸平織プリプレグ４０を最低限のプライ数(１プライ)で巻回し、ストレート方向の強化繊維とフープ方向の強化繊維相互の剥離が防止された二軸平織繊維層４により、シャフト１の曲げ剛性及び潰れ剛性を高めることができる。

シャフトの曲げ剛性及び潰れ剛性は、打球感や打球後の迅速な振動吸収性能に関与するものである。このシャフトの曲げ剛性及び潰れ剛性を高める方法として、通常、ストレート層及びフープ層を増やすことが採用される。しかしながら、このストレート層及びフープ層を増やす方法では、シャフトの重量や径が大幅に増してしまうことになる。

本実施形態のように、二軸平織プリプレグ４０を１プライ巻回することによれば、ストレート層及びフープ層を増やすことによる大幅な重量増や大径としてしまうことなく、シャフト１の曲げ剛性及び潰れ剛性を高め、軽量・細身でありながら、しっかりした打球感を得ることができるとともに、打球後の迅速な振動吸収性能を向上させることが期待できる。

さらに、二軸平織プリプレグ４０を１プライ巻回した二軸平織繊維層４を積層したことによれば、例えば、前記ストレートプリプレグ３０のプライ数を１プライ〜２プライ程度減らしても、二軸平織繊維層４によりシャフト１に最低限必要な剛性を備えられるものと考えられ、このストレートプリプレグ３０のプライ数を減らすことによるシャフト１の軽量化が期待できる(図示せず)。

次に、前記二軸平織プリプレグ４０の外層に、該二軸平織プリプレグ４０と軸方向で同長とし、シャフト１の最外層となる四軸積層繊維層５を構成する四軸積層プリプレグ５０を１プライ巻回する。該四軸積層プリプレグ５０は、図５に示すように、同強度とする複数のカーボン繊維６を並列させた繊維列８を複数用いて、該繊維列８を内層側から４５度のバイアス方向、該バイアス方向とは逆方向の４５度のバイアス方向、ストレート方向、フープ方向の順となるように、シャフト１の厚み方向(径方向)で積層するとともに、熱硬化性樹脂を含浸してなるものである。また、各繊維列８は、隣り合う繊維列８の間に隙間Ｓを確保して各方向に並列させてあり、該隙間Ｓを確保したことにより、四軸積層プリプレグ５０を積層したことによる重量増を少なくできる。また、シャフト１の表面に四軸積層プリプレグ５０の模様が発現するため、外観上美しく仕上がるとともに、四軸積層繊維層５を有しているものであることが視覚的に確認できる。

また、四軸積層プリプレグ５０による四軸積層繊維層５は、同じ層においてシャフト１の曲げ剛性及び曲げ剛性に関与する潰れ剛性、更には捻り剛性に関与しているため、シャフト１の剛性を微調整するのにも用いることができる。

例えば、シャフト１の曲げ方向の剛性を微調整するには、ストレート方向の繊維列８におけるカーボン繊維６及び／又はフープ方向の繊維列８におけるカーボン繊維６の弾性率を変更した四軸積層プリプレグ５０を用いたり(図示せず)、カーボン繊維６の本数を変更した四軸積層プリプレグ５０を用いたりすることにより行うことができる(図示せず)。

また、シャフト１の捻り方向の剛性を微調整するには、バイアス方向の繊維列８の角度を変更した四軸積層プリプレグ５０を用いたり(図示せず)、カーボン繊維６の本数を変更した四軸積層プリプレグ５０を用いたりすることにより行うことができる(図示せず)。さらに、一方のバイアス方向の繊維列８の角度を変更した四軸積層プリプレグ５０を用いてシャフト１の特性に対応する剛性の微調整を行うことができる(図示せず)。

四軸積層プリプレグ５０は、各方向のカーボン繊維６を織ったり組んだりせずに積層したものであるので、その形成が比較的容易である。したがって、前記繊維列８の弾性率を変更した四軸積層プリプレグ５０や繊維列の角度を変更した四軸積層プリプレグ５０を容易に形成することができる。

最後に、先端補強層を構成するストレートプリプレグ３０を２プライ巻回して、マンドレルごと焼成(加熱硬化)することによりシャフト１が形成される。

本実施形態のシャフト１によれば、四軸積層プリプレグ５０を用いたことにより、設計自由度を拡大することができるとともに、剛性設計を容易にすることができ、しかも、四軸積層繊維層５の模様が外部から視覚的に確認できることによるデザイン性の向上、四軸積層繊維層５の存在の確認が行えることによる製品の区別化ができる。また、二軸平織プリプレグ４０を用いたことにより、シャフト１の重量増及び大径化を抑えた上で、曲げ剛性及び潰れ剛性の向上が期待できる。したがって、ユーザーの様々な要求に応えることができる。

尚、本発明は、例示した実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。例えば、二軸平織繊維層及び四軸積層繊維層の積層位置は、四軸積層繊維層の模様が外部から視覚的に確認できることによるデザイン性の向上、四軸積層繊維層の存在の確認が行えることによる製品の区別化という点を考慮しなければ、前記実施形態で例示した位置に限られない。二軸平織繊維層及び四軸積層繊維層の積層位置を変更することにより、前記実施形態で例示したシャフトの特性と異なる特性を備えたシャフトが期待できる(図示せず)。また、四軸積層繊維層は、前記実施形態で例示したようにシャフト全長に亘って積層した形態に限られず、シャフトの一部、例えば、先端側、グリップ側、これら先端側とグリップ側の間等に部分的に積層した形態としてもよい。このシャフトの一部に四軸積層繊維層を積層することにより、部分的に剛性を向上させた特性のシャフトにすることができる(図示せず)。

また、前記実施形態におけるシャフトは、ウッド、アイアン、パターいずれのゴルフクラブ用シャフトとして使用できる。また、前記実施形態では強化繊維の一例としてカーボン繊維を挙げているが、本発明では、強化繊維の一部又は全部にガラス繊維を用いてもよい。また、本発明の管状体は、前記実施形態で例示したゴルフクラブ用シャフトに限られず、例えば、釣竿の竿管、野球のバット、テニスラケットのフレーム等、幅広い製品について実施することができる。

１：シャフト(管状体)
２：バイアス層
３：ストレート層
４：二軸平織繊維層
５：四軸積層繊維層
６：カーボン繊維(強化繊維)
７：繊維束
８：繊維列
２０：バイアスプリプレグ
３０：ストレートプリプレグ
４０：二軸平織プリプレグ
５０：四軸積層プリプレグ
Ｓ：隙間

Claims

複数層の強化繊維プリプレグを焼成して得られる管状体において、
複数の強化繊維を、該強化繊維の軸方向が一方向と該一方向と直交する方向として平織りするとともに、熱硬化性樹脂を含浸してなる二軸平織プリプレグが積層された二軸平織繊維層と、
複数の強化繊維を並列させてなる複数の繊維列を、該繊維列の軸方向が、一方向と、該一方向と直交する方向と、これら２軸方向の強化繊維の軸方向に対して斜めに交差する方向と、これら３軸方向の強化繊維の軸方向に対して交差する方向とに配置するとともに、軸方向を同一とする各繊維列間に隙間を空けて管状体の厚み方向に積層し、かつ熱硬化性樹脂を含浸してなる四軸積層プリプレグが積層された四軸積層繊維層と、
を備えていることを特徴とする管状体。
前記四軸積層繊維層は、管状体の最外層に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の管状体。
前記四軸積層繊維層の一部の強化繊維の引っ張り弾性率が他の強化繊維の引っ張り弾性率と異なっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の管状体。
前記四軸積層繊維層の強化繊維の引っ張り弾性率が夫々異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の管状体。
前記四軸積層繊維層の斜めに交差する一方の強化繊維の角度が他方の強化繊維の角度と異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１項に記載の管状体。
前記四軸積層繊維層が、管状体の全長又は管状体の一部に積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか１項に記載の管状体。