JP2010260344A - 管状体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度及びボイド率を改善しうる管状体及びその製造方法の提供。
【解決手段】本発明の製造方法は、マンドレルに、繊維とマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂部材を巻回して中間成形体を得る工程と、上記中間成形体に、張力を付与しつつラッピングテープを巻き付ける工程と、加熱により上記マトリクス樹脂を硬化させる硬化工程と、上記硬化工程の後に上記マンドレルの引き抜き及び上記ラッピングテープの除去を行って硬化管状体を得る工程とを含む。上記ラッピングテープの基体のベースポリマーは、ポリオレフィン系樹脂及び／又はポリエステル系樹脂である。上記硬化工程は、７０℃以上９０℃以下の温度で１２０分以上４３２０分以下の時間に亘って加熱する第一加熱ステップと、１２０℃以上２００℃以下の温度で５分以上２０分以下の時間に亘って加熱する第二加熱ステップとを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、繊維強化樹脂製の管状体の製造方法及びこの製造方法により製造された管状体に関する。

近年、非力な高齢者や女性ゴルファーの増加に伴い、わずかな力でも飛距離を伸ばすことのできるゴルフクラブシャフト（以下、単にシャフトともいう）の開発が望まれている。中でもシャフトの軽量化は、この問題を解決する有効な手段の一つと考えられ、様々な取り組みがなされてきた。

この取り組みとして、スチールからＦＲＰ（繊維強化プラスチック）への変更が挙げられる。ＦＲＰ製の管状体を製造する方法として、シートワインディング法及びフィラメントワインディング法が知られている。シートワインディング法は、マンドレル（芯金）にプリプレグシートを巻き付け、更にラッピングテープを巻き付けて、熱硬化させる方法である。ラッピングテープの巻き付けは、加熱工程（硬化工程）においてプリプレグシートがマンドレルからズレ落ちることを防ぐ。また、加熱によりプリプレグシートのマトリクス樹脂の粘度が低下するが、ラッピングテープの巻き付けにより、成形体の変形が抑制される。

硬化工程の条件に関して、特開２００４−２２４９７９公報の段落［００３２］には、８０度以上１５０度以下の硬化温度と、１時間以上１２時間以下の硬化時間とが開示されている。また、特開２００４−２２４９７９公報の図３には、実施例における温度条件が記載されている。この特開２００４−２２４９７９公報では、マトリクス樹脂として数種類の熱硬化型エポキシ樹脂が用いられており、ラッピングテープとして、ポリプロピレン製テープが用いられている。

特開２００６−１２４５５５公報には、繊維強化複合材料用のエポキシ樹脂組成物として、エポキシ樹脂、硬化剤及びフラーレン類を含む組成物が開示されている。この公報では、硬化工程の条件として、１３０℃で９０分程度との開示がある。

特開２００４−２２４９７９公報 特開２００６−１２４５５５公報

ＦＲＰ製管状体の強度を決定する因子は様々である。この因子は、例えば、厚み、繊維量、繊維の方向、繊維自体の強度、樹脂の剛性、強化繊維と樹脂との密着性等である。管状体を軽量化する場合、これらの各因子を良好とするのが好ましい。

また、ボイドの低減は、強化繊維と樹脂との密着性の向上に寄与しうる。ボイドの低減は、ＦＲＰ製管状体の強度の向上に寄与する。

ボイドを低減させる方法として、オートクレーブ法が挙げられる。典型的なオートクレーブ法では、ナイロンバック等によりプリプレグ積層体の全体を覆い、バック内を真空とし、このバックごとプリプレグ積層体をオートクレーブに入れて、樹脂を硬化させる。

しかし、オートクレーブ法では、真空引き及び加熱が可能な装置が必要であり、この装置は高価である。また、オートクレーブ法では、手間及び時間が必要とされ、生産性が悪い。

ボイドを低減させる他の方法として、ラッピングテープを巻き付ける際の張力（テンション）を高くすることが挙げられる。

しかし、ラッピングテープの張力が高すぎる場合、積層にうねりや皺が生ずる可能性がある。このうねりや皺により、成形精度が低下する。成形精度は、強度に影響を与える。

本発明の目的は、強度及びボイド率を改善しうる管状体の製造方法及び管状体の提供にある。

本発明の管状体の製造方法は、以下の工程を含む。
（１）マンドレルに、繊維とマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂部材を巻回して中間成形体を得る工程。
（２）上記中間成形体の外周面に、張力を付与しつつラッピングテープを巻き付けるテープ巻き付け工程。
（３）上記ラッピングテープが巻き付けられた上記中間成形体を加熱することにより、上記マトリクス樹脂を硬化させる硬化工程。
（４）上記硬化工程の後に上記マンドレルの引き抜き及び上記ラッピングテープの除去を行って硬化管状体を得る工程。

上記ラッピングテープの基体のベースポリマーは、ポリオレフィン系樹脂及び／又はポリエステル系樹脂である。上記硬化工程は、７０℃以上９０℃以下の温度で１２０分以上４３２０分以下の時間に亘って加熱する第一加熱ステップを含む。上記硬化工程は、上記第一加熱ステップの後になされ、１２０℃以上２００℃以下の温度で５分以上２０分以下の時間に亘って加熱する第二加熱ステップを含む。

好ましくは、上記テープ巻き付け工程において上記ラッピングテープに付与される引張応力Ｔ１は、２０（Ｍｐａ）以上２００（Ｍｐａ）以下である。

好ましくは、上記ラッピングテープの内面に、シリコーン系又はフッ素系のコーティング材が設けられる。

好ましくは、上記中間成形体の繊維含有率Ｓ１は５０質量％以上９２質量％以下である。

本発明の管状体は、上記いずれかの製造方法により製造される。より好ましい管状体は、ボイド率Ｒｂが０．５％以下である。

強度及びボイド率が改善された管状体が得られうる。

図１は、本発明の一実施形態で用いられうるマンドレル及びプリプレグを示す図である。 図２は、テープ巻き付け工程の一例を示す一部断面斜視図である。 図３は、ラッピングテープの一例の断面図である。 図４は、三点曲げ強度の測定方法を示す図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

本実施形態の製造方法では、ラッピングテープが用いられる。ラッピングテープの基体のベースポリマーは、以下の３種のうちのいずれかである。
（１）ポリオレフィン系樹脂
（２）ポリエステル系樹脂
（３）ポリオレフィン系樹脂及びポリエステル系樹脂

上記３種以外の材質の層と、上記３種の材質の層とが重ねられたラッピングテープであってもよい。また、上記３種の材質のラッピングテープと、上記３種以外の材質のラッピングテープとが併用されてもよい。

図１は、本発明の第一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。ここでは、管状体の製造方法の一例として、ゴルフクラブシャフトの製造方法が説明される。この製造方法では、先ず、マンドレル２と繊維強化樹脂部材４とが用意される。典型的なマンドレル２の材質は、鋼等の金属である。マンドレル２の中心軸線は、略直線である。マンドレル２の断面形状は、円形である。マンドレル２は、テーパーを有している。このテーパーは、マンドレル２の一端（先端）に近づくほど細い。マンドレル２は、部分的にパラレルであってもよい。換言すれば、マンドレル２は、部分的に直径が一定の部分を有していても良い。マンドレル２の全長に亘って直径が一定であってもよい。

マンドレル２は、最終的に得られる管状体の中空部を形成する。マンドレル２の形状により、管状体の中空部の形状が決定される。後述されるように、マンドレル２は、後の工程において引き抜かれる。この引き抜きが容易となるように、好ましくは、マンドレル２の表面に離型剤が塗布される。

本実施形態では、マンドレルに、繊維強化樹脂部材が巻回される工程がなされる。この工程が、以下において、巻回工程とも称される。

巻回工程に先立ち、繊維強化樹脂部材が用意される。本実施形態では、繊維強化樹脂部材は、シート状である。繊維強化樹脂部材は、プリプレグ４である。この製造方法では、シート状の繊維強化樹脂部材が巻回される。この製造方法は、シートワインディング法とも称される。なお、繊維強化樹脂部材として、プリプレグ４の他、液状の樹脂に含浸させた繊維が例示される。この繊維を用いた製法の一例は、いわゆるフィラメントワインディング法である。本製造方法は、フィラメントワインディング法にも適用されうる。

プリプレグ４は、繊維とマトリクス樹脂とを含む。この繊維は、炭素繊維である。プリプレグ４の炭素繊維は、一方向に配向している。このようなプリプレグは、ＵＤプリプレグとも称される。「ＵＤ」とは、ユニディレクションの略である。なお、ＵＤプリプレグでないプリプレグであってもよい。例えば炭素繊維が編まれているプリプレグであってもよい。後述されるように、炭素繊維以外の繊維でもよい。高強度で且つ軽量な管状体とする観点から、炭素繊維が好ましい。巻回工程において、マトリクス樹脂は、完全には硬化していない。よってプリプレグ４は柔軟性を有する。この柔軟性は、プリプレグ４のマンドレル２への巻回を許容する。なお、後述されるように、マトリクス樹脂は限定されず、好ましくはエポキシ樹脂である。

このエポキシ樹脂の種類は限定されず、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。好ましいエポキシ樹脂の一例は、後述の実施例（表３）で示されている東レ製のプリプレグのいずれかに用いられているマトリクス樹脂である。

巻回工程の前に、プリプレグ４は、所望の形状に切断される。図１の実施形態では、６枚のプリプレグ４が用いられる。図１の実施形態では、切断されたプリプレグ４の例として、シートｓ１からｓ６が示されている。プリプレグ４は、いわゆるアングル層用シートｓ１、ｓ２と、ストレート層用シートｓ３、ｓ５、ｓ６と、フープ層用シートｓ４とを含む。プリプレグ４は、シャフトの全長に亘って設けられる全長シートｓ１からｓ５と、シャフト長手方向の一部に設けられる部分シートｓ６とを含む。なお、プリプレグ４の仕様は限定されない。プリプレグ４の形状、厚み、繊維種類、繊維含有率等は限定されない。

巻回工程では、シートｓ１からシートｓ６までが、順次マンドレル２に巻回される。巻回に先立ち、シートｓ２は、シートｓ１に貼り合わせられる。この貼り合わされたシート群がマンドレル２に巻回される。この貼り合わせにおいて、シートｓ２は、裏返される。この裏返しにより、シートｓ１の繊維とシートｓ２の繊維とは、互いに逆方向に配向する。図１において各シートｓ１からｓ６に記載された角度は、シャフト軸方向と繊維の配向方向とのなす角度を示している。

シートｓ１からｓ６の巻回は、例えば人力によりなされる。巻回機（ローリングマシンとも称される）が用いられても良い。巻回工程により、中間成形体６が得られる。中間成形体６は、巻き付けられたプリプレグ４により構成されている。中間成形体６の断面は、渦巻き状の層よりなる。この層は、プリプレグ４により形成されている。

次に、テープ巻き付け工程がなされる。このテープ巻き付け工程では、中間成形体６の外周面にラッピングテープ８が巻き付けられる。図２及び図３は、テープ巻き付け工程の様子を示す一部断面斜視図である。図２及び図３の断面において、中間成形体６は、単一の層として簡略的に示されている。実際には、中間成形体６は、前述したように複数の層よりなる。

上記ラッピングテープ８の基体のベースポリマーは、前述の通り、以下の３種のうちのいずれかである。
（１）ポリオレフィン系樹脂
（２）ポリエステル系樹脂
（３）ポリオレフィン系樹脂及びポリエステル系樹脂

テープ巻き付け工程では、中間成形体６の外周面にラッピングテープ８が直接巻き付けられる。中間成形体６の外周面とラッピングテープ８とは当接する。ラッピングテープ８は中間成形体６の外周面に接触する。

図２が示すように、テープ巻き付け工程において、ラッピングテープ８は、螺旋状に巻き付けられる。螺旋状に巻き付ける目的で、中間成形体６の軸線方向とラッピングテープ８の長手方向とは互いに垂直とされない。ラッピングテープ８は、中間成形体６に隙間無く巻き付けられる。隙間を無くす目的で、ラッピングテープ８の幅Ｗ１は、巻き付けピッチＰ１よりも広い。巻き付けピッチＰ１は、図２において両矢印で示されている。つまり、ラッピングテープ８は、その幅方向の一部が重ねられつつ螺旋状に巻き付けられている。このラッピングテープ８の巻き付けは、公知のラッピングマシンによりなされる。ラッピングテープ８は、中間成形体６の全長に亘って巻き付けられる。テープ巻き付け工程の結果、中間成形体６の全体がラッピングテープ８により覆われる。なお、ラッピングテープ８の両端（巻きはじめの端及び巻き終わりの端）は、粘着テープ等により中間成形体６に固定される。この両端の固定により、ラッピングテープ８の巻き付けが自然に解けることはない。

ラッピングテープ８の巻き付けは、張力Ｆ１を付与しつつなされる。この張力Ｆ１により、中間成形体６は、ラッピングテープ８により締め付けられる。このテープ巻き付け工程により、中間成形体６がラッピングテープ８で覆われた被覆体が作られる。

次に、硬化工程がなされる。この硬化工程では、上記被覆体が加熱される。この硬化工程では、ラッピングテープ８が巻き付けられた中間成形体６において、マトリクス樹脂の硬化が進行する。この硬化工程は、加熱工程である。加熱は、加熱炉によりなされる。

硬化工程は、第一加熱ステップと、第二加熱ステップとを含む。好ましくは、硬化工程は、第一加熱ステップの温度に達するまでの第一昇温ステップ、第一加熱ステップ、第一加熱ステップの温度から第二加熱ステップの温度に達するまでの第二昇温ステップ及び第二加熱ステップを含む。第一加熱ステップの後に、第二加熱ステップがなされる。第一加熱ステップの温度は、第二加熱ステップの温度よりも低い。

第一加熱ステップの温度は、７０℃以上９０℃以下とされる。第一加熱ステップの時間は、１２０分以上４３２０分以下とされる。第一加熱ステップの温度は、一定であってもよいし、変化していてもよい。硬化度合いのバラツキを抑制する観点から、好ましくは、第一加熱ステップの温度は、一定とされる。

第二加熱ステップの温度は、１２０℃以上２００℃以下とされる。第二加熱ステップの時間は、５分以上２０分以下とされる。第二加熱ステップの温度は、一定であってもよいし、変化していてもよい。硬化度合いのバラツキを抑制する観点から、好ましくは、第二加熱ステップの温度は、一定とされる。

プリプレグには、気泡が含まれている。この気泡は、プリプレグの製造段階において取り込まれたものである。この気泡は、完成されたシャフトにも残留しうる。この気泡は、シャフトの強度を低下させる。ボイド率が大きい場合、シャフトの強度は低い。

大きな気泡は、小さな気泡と比較して、シャフトのひび割れの起点となりやすい。大きな気泡は、シャフトの強度を低下させる。

前述のように、第一加熱ステップは、低温である。低温であるため、気泡の熱膨張が少ない。熱膨張が少ないため、気泡が大きくなりにくい。第一加熱ステップでは、気泡の熱膨張が抑制されつつ、マトリクス樹脂の硬化が進行する。第一加熱ステップでマトリクス樹脂の硬化が進行するため、第二加熱ステップに移行した段階では、気泡の熱膨張は起こりにくい。第一加熱ステップが長時間とされることにより、第一加熱ステップにおけるマトリクス樹脂の硬化はより一層進行する。第一加熱ステップによりマトリクス樹脂の硬化が進行している場合、第二加熱ステップにおける気泡の熱膨張は、更に起こりにくい。

第一加熱ステップでは、マトリクス樹脂が加熱されるため、マトリクス樹脂は流動化しうる。特に、第一加熱ステップの初期段階では、マトリクス樹脂は流動化しうる。マトリクス樹脂の流動化により、気泡が、マトリクス樹脂中を移動しうる。この移動に伴い、気泡同士が合体しうる。気泡同士が合体した場合、より大きな気泡が生成されうる。上記の通り、大きな気泡は、シャフト強度を低下させる。しかし、本実施形態において、第一加熱ステップは低温である。この温度の低さに起因して、マトリクス樹脂の粘度は高い。この高い粘度に起因して、気泡は、第一加熱ステップにおいて、移動しにくい。第一加熱ステップにおいて、気泡同士は合体しにくい。低温の第一加熱ステップは、気泡同士の合体を抑制しうる。低温の第一加熱ステップは、気泡同士の合体による気泡の成長を抑制しうる。低温の第一加熱ステップは、大きな気泡の生成を抑制しうる。

気泡の熱膨張を抑制する観点、及び、気泡同士の合体を抑制する観点から、第一加熱ステップの温度は、９０℃以下が好ましく、８５℃以下がより好ましく、８０℃以下がより好ましい。

第一加熱ステップにおける硬化を促進し、第二加熱ステップにおける気泡の熱膨張を抑制する観点から、第一加熱ステップの温度は、７０℃以上が好ましい。

第一加熱ステップにおける硬化を促進し、第二加熱ステップにおける気泡の熱膨張を抑制する観点から、第一加熱ステップの時間は、１２０分以上が好ましく、１８０分以上がより好ましい。

シャフトの生産性の観点から、第一加熱ステップの時間は、４３２０分以下が好ましく、１４４０分以下がより好ましい。

長時間の第一加熱ステップにより、マトリクス樹脂の硬化はかなり進行している。しかし、第一加熱ステップは低温であるため、マトリクス樹脂の硬化は完全ではない。このため第二加熱ステップが実施される。高温の第二加熱ステップにより、マトリクス樹脂が完全に硬化しうる。

マトリクス樹脂の硬化を促進する観点から、第二加熱ステップの温度は、１２０℃以上が好ましく、１３０℃以上がより好ましい。シャフトの製造に要するエネルギーのコストを削減する観点から、第二加熱ステップの温度は、２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましい。

マトリクス樹脂の硬化を促進する観点から、第二加熱ステップの時間は、５分以上が好ましく、１０分以上がより好ましい。シャフトの生産性の観点から、第二加熱ステップの時間は、２０分以下が好ましく、１５分以下がより好ましい。

硬化工程の温度は、加熱炉（オーブン）内の空気の温度を意味しうる。硬化工程の温度は、硬化工程におけるラッピングテープの表面温度を意味しうる。

硬化工程の後、マンドレル２の引き抜き及びラッピングテープ８の除去を行い硬化管状体を得る工程がなされる。マンドレル２の引き抜き及びラッピングテープの除去は、どちらが先になされてもよい。作業性の観点から、好ましくは、マンドレル２が引き抜かれた後にラッピングテープが除去される。

通常は、上記硬化管状体に仕上げ加工が施されて、最終製品の管状体が完成する。この仕上げ加工には、両端部の切断、表面研磨、塗装等が含まれうる。

図３は、ラッピングテープ８の断面図である。ラッピングテープ８は、樹脂フィルムよりなる基体１４と、コーティング剤１６とを有する。コーティング剤１６は層を形成している。ラッピングテープ８は、基体１４とコーティング剤１６との２層構造である。基体１４の内面に、コーティング剤１６が設けられている。コーティング剤１６として、フッ素系化合物及びシリコーン系化合物が好ましい。なおラッピングテープ８は、基体１４のみからなるものでもよい。

前述したように、ラッピングテープ８は張力Ｆ１が付与されつつ巻き付けられる。ここで、上記テープ巻き付け工程においてラッピングテープ８に付与される引張応力Ｔ１が定義される。引張応力Ｔ１は、上記張力Ｆ１を、ラッピングテープ８の断面積Ｄｓで割った値である。即ち、［Ｔ１＝Ｆ１／Ｄｓ］である。この断面積Ｄｓは、張力が作用していない（フリーな）状態のラッピングテープ８において測定される。この引張応力Ｔ１は、巻き付けられる直前においてラッピングテープ８に作用する引張応力を意味する。この引張応力Ｔ１は、巻き付けられた状態においてラッピングテープ８に作用する引張応力を意味しない。

ラッピングテープ８の外側に排出される気泡の量を大きくする観点から、引張応力Ｔ１は２０Ｍｐａ以上が好ましく、３０Ｍｐａ以上がより好ましく、４０Ｍｐａ以上がより好ましい。ラッピングテープ８が切れることを抑制する観点から、引張応力Ｔ１は２００Ｍｐａ以下が好ましく、１８０Ｍｐａ以下がより好ましく、１５０Ｍｐａ以下が更に好ましい。

中間成形体６の繊維含有率Ｓ１は限定されない。ＦＲＰ管状体の剛性及び強度を高める観点から、繊維含有率Ｓ１は５０質量％以上が好ましく、６０質量％以上がより好ましく、７０質量％以上が更に好ましい。繊維含有率Ｓ１が過度に大きい場合、プリプレグのタック性が減少する。換言すれば、繊維含有率Ｓ１が過度に高い場合、プリプレグ同士がくっつきにくくなり、皺等の巻き付け不良が生じやすい。巻き付け作業の生産性を高めると共に巻き付け不良を抑制する観点から、繊維含有率Ｓ１は９２質量％以下が好ましく、８５質量％以下がより好ましく、８０質量％以下がより好ましく、７５質量％以下がより好ましい。中間成形体６の繊維含有率Ｓ１は、繊維強化樹脂部材（プリプレグ４）の繊維含有率に等しい。繊維含有率Ｓ１は、繊維強化樹脂部材（プリプレグ４）の製品データに基づき決定されうる。

ラッピングテープ８の基体１４のベースポリマーは、以下の３種のうちのいずれかである。好ましくは、これら３種の樹脂は、フィルム状とされる。
（１）ポリオレフィン系樹脂
（２）ポリエステル系樹脂
（３）ポリオレフィン系樹脂及びポリエステル系樹脂

上記（１）のポリオレフィン系樹脂として、ポリエチレン及びポリプロピレンが例示される。ポリエチレンとして、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）及び超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）が例示される。成形の容易性及びコストの観点から、ポリプロピレンが好ましい。

ポリオレフィン系樹脂のポリマー分子は、共重合体であってもよい。重合前の原材料の総質量に対する原料オレフィンモノマーの質量比率Ｒ１が５０質量％以上であれば、本願におけるポリオレフィン系樹脂である。この比率Ｒ１は、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上であり、１００質量％であってもよい。

上記（２）のポリエステル系樹脂として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）及びポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）が例示される。成形の容易性及びコストの観点から、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。

ポリエステル系樹脂は、原料モノマー（エステル結合を形成する多価カルボン酸及びポリアルコール）以外のモノマーが共重合されていてもよい。重合前の原材料の総質量に対する上記原料モノマーの質量比率Ｒ２が５０質量％以上であれば、本願におけるポリエステル系樹脂である。この比率Ｒ２は、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０質量％以上、更に好ましくは８０質量％以上であり、１００質量％であってもよい。

上記（３）として、ポリオレフィン系樹脂とポリエステル系樹脂とがブレンドされた樹脂が例示される。この（３）の他の例として、上記ポリオレフィン系樹脂からなる層と、上記ポリエステル系樹脂からなる層とが重ねられたフィルムが例示される。

好ましくは、ラッピングテープ８は、上記マトリクス樹脂の粘度が低下する温度範囲において収縮するのが好ましい。好ましくは、ラッピングテープ８は、上記第一加熱ステップの温度範囲において収縮するのが好ましい。この収縮により、締め付け力が向上し、ボイドの排出が促進されうる。この収縮の観点から、上記ポリオレフィン系樹脂からなる層と、上記ポリエステル系樹脂からなる層とが重ねられたフィルム（複合樹脂フィルム）が好ましい。

これらの樹脂素材は、比較的引張強度が高い。これらの樹脂を用いることにより、引張応力Ｔ１を大きくすることができる。大きな引張応力Ｔ１は、ボイドの排出に寄与する。大きな引張応力Ｔ１は、ボイド率の低減に寄与する。

ラッピングテープ８の基体は、無延伸フィルムでもよいし、一軸延伸フィルムでもよいし、二軸延伸フィルムでもよい。引張強度及びテープ長手方向への収縮性の観点から、一軸延伸フィルムが好ましく、この延伸方向は、テープの長手方向であるのが好ましい。

ラッピングテープ８には、ポリオレフィン系樹脂及びポリエステル系樹脂以外の樹脂が用いられても良い。例えば、ポリアミド系樹脂とともに用いられても良い。このようなラッピングテープ８として、ポリオレフィン系樹脂フィルム又はポリエステル系樹脂フィルムと、ポリアミド系樹脂からなる織物との複合材が例示される。この複合材として、後述される実施例で用いられている一体化テープが例示される。

ラッピングテープ８の厚さｄ２は限定されない。張力Ｆ１により切断されることを抑制する観点から、ラッピングテープ８の厚さｄ２は１０μｍ以上が好ましく、１５μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上がより好ましく、２５μｍ以上が更に好ましい。皺の発生を抑制するとともにコストを下げる観点から、ラッピングテープ８の厚さｄ２は、１５０μｍ以下が好ましく、１２０μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下が更に好ましい。

ラッピングテープ８の幅Ｗ１は限定されない。ラッピングテープ８の幅方向の両縁は、中間成形体６に段差を生じさせる。即ち、硬化管状体には、ラッピングテープ８の巻き跡として、螺旋状の段差が生ずる。この段差を抑制する観点から、幅Ｗ１は１０ｍｍ以上が好ましく、１２ｍｍ以上がより好ましく、１４ｍｍ以上が更に好ましい。巻き付け時の皺を抑制する観点から、幅Ｗ１は３５ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましく、２５ｍｍ以下が更に好ましい。

繊維強化樹脂部材の繊維は限定されない。この繊維として、無機繊維、有機繊維及び金属繊維が例示される。この無機繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維及びアルミナ繊維が例示される。この有機繊維として、ポリエチレン繊維及びポリアミド繊維が例示される。複数の繊維が組み合わされてもよい。ゴルフクラブシャフトに要求される剛性を確保しつつ軽量な管状体を得る観点から、繊維の引張弾性率は、５ｔ／ｍｍ^２以上が好ましく、１０ｔ／ｍｍ^２以上がより好ましく、２４ｔ／ｍｍ^２以上が更に好ましい。繊維の入手可能性の観点から、繊維の引張弾性率は１００ｔ／ｍｍ^２以下が好ましい。この引張弾性率は、ＪＩＳ Ｒ７６０１：１９８６「炭素繊維試験方法」に準拠して測定される。この引張弾性率は、プリプレグメーカーの製品データに記載されている。

中間成形体６への圧力を高める観点から、平均ラッピング層数Ｌａは、１層以上が好ましく、２層以上がより好ましく、３層以上がより好ましく、５層以上が更に好ましい。平均ラッピング層数Ｌａが過度に多い場合、ラッピングテープ８のコスト増加及びラッピングテープ８を剥がす手間の増加が生じる。また平均ラッピング層数Ｌａが過度に多い場合、中間成形体６の表面に皺が発生しやすい。これらの観点から、平均ラッピング層数Ｌａは、１５層以下が好ましく、１２層以下がより好ましく、１０層以下が更に好ましい。

なお、平均ラッピング層数Ｌａは、中間成形体６の表面上の各点におけるラッピング層数Ｌ１の平均値である。具体的には、平均ラッピング層数Ｌａは以下の計算式（１）により決定されうる。
Ｌａ＝Ｓｔ／Ｓｎ ・・・（１）
ただし、式（１）において、Ｓｔは巻き付けられた状態におけるラッピングテープ８の内面の総面積（ｍｍ^２）であり、Ｓｎは巻き付けられたラッピングテープ８と接触する部分における中間成形体６の表面積（ｍｍ^２）である。この総面積Ｓｔは、巻かれているラッピングテープ８の長さＮｔ（ｍｍ）とラッピングテープ８の幅Ｗａ（ｍｍ）との積である。即ちＳｔ＝Ｎｔ×Ｗａである。長さＮｔは、ラッピングテープ８の長手方向に沿って測定される。長さＮｔは、中間成形体６から解かれた状態において測定されるラッピングテープ８の長さＮｋと実質的に等しいか、又は、この長さＮｋよりも長い。Ｎｔ＞Ｎｋとなりうる場合は、張力によって引き延ばされた状態でラッピングテープ８が巻き付けられている場合である。幅Ｗａは、中間成形体６から解かれた状態において測定されるラッピングテープ８の幅Ｗ１と実質的に等しいか、又は、この幅Ｗ１よりも狭い。Ｗ１＞Ｗａとなりうる場合は、張力によって引き延ばされた状態でラッピングテープ８が巻き付けられている場合である。平均ラッピング層数Ｌａは整数とならない場合がある。

例えば、比（Ｐ１／Ｗ１）が０．５であり、Ｗ１＝Ｗａであり、且つ巻き付け回数が１回である場合、平均ラッピング層数Ｌａは、２である。この場合、巻き付けピッチＰ１の誤差を無視すれば、ラッピング層数Ｌ１は、全ての点において、２である。

上記総面積Ｓｔ及び表面積Ｓｎは、管状体のチップ端位置Ｔｐ１から管状体のバット端位置Ｂｔ１までの範囲において測定される。前述したように、管状体製造の仕上げ工程においては、硬化管状体の両端部が切断されてもよい。この両端部の切断がなされた場合、管状体のチップ端位置Ｔｐ１と、硬化管状体のチップ端位置Ｔｐとは相違する（図１参照）。前述した両端部の切断がなされない場合、管状体のチップ端位置Ｔｐ１と、硬化管状体のチップ端位置Ｔｐとは一致する。同様に、前述した両端部の切断がなされた場合、管状体のバット端位置Ｂｔ１と、硬化管状体のバット端位置Ｂｔとは相違する。前述した両端部の切断がなされない場合、管状体のバット端位置Ｂｔ１と、硬化管状体のバット端位置Ｂｔとは一致する。

中間成形体６への圧力を高める観点から、ラッピング層数Ｌ１は、チップ端位置Ｔｐ１からバット端位置Ｂｔ１までの全ての点において、１層以上が好ましく、２層以上がより好ましく、３層以上がより好ましく、５層以上が更に好ましい。ラッピング層数Ｌ１が過度に多い場合、ラッピングテープ８のコスト増加及びラッピングテープ８を剥がす手間の増加が生じうる。またラッピング層数Ｌ１が過度に多い場合、中間成形体６の表面に皺が発生しやすい。これらの観点から、ラッピング層数Ｌ１は、チップ端位置Ｔｐ１からバット端位置Ｂｔ１までの全ての点において、１５層以下が好ましく、１２層以下がより好ましく、１０層以下が更に好ましい。

平均ラッピング層数Ｌａの値に関わらず、巻き付け回数が１回である場合、巻き付け部分の両端部には、ラッピング層数Ｌ１が１回である部分が存在する。例えば、平均ラッピング層数Ｌａが２層以上とされた場合であっても、巻き付け回数が１回である限り、巻き付けの開始部分及び巻き付けの終了部分には、ラッピング層数Ｌ１が１回である部分が存在する。巻き付けの開始点に隣接し且つラッピング層数Ｌ１が１層である部分Ｘｔは、他の部分に比べて締め付け力が小さい傾向にある。よって部分Ｘｔには、比較的ボイド残る確率が高い。よって、部分Ｘｔが切除されてなる管状体（シャフト）がより好ましい。同様に、巻き付けの終了点に隣接し且つラッピング層数Ｌ１が１回である部分Ｙｔは、他の部分に比べて締め付け力が少ない傾向にある。よって、部分Ｙｔが切除されてなる管状体（シャフト）がより好ましい。なお、ラッピング層数Ｌ１が２層以上である部分を軸方向両側に有する部分は、ラッピング層数Ｌ１が１層であったとしても、上記部分Ｘｔには該当しない。同様に、ラッピング層数Ｌ１が２層以上である部分を軸方向両側に有する部分は、ラッピング層数Ｌ１が１層であったとしても、上記部分Ｙｔには該当しない。上記軸方向とは、管状体の軸方向を意味する。

なお、巻き付け工程とは、一方向にラッピングテープ８を巻き付ける巻き付け作業の回数である。上記一方向とは、チップ側からバット側へ向かう方向、又は、バット側からチップ側へ向かう方向である。上記一方向に１回、巻き付け作業がなされた場合、巻き付け回数が１回であると定義される。

巻き付け工程において、チップ側とバット側との間でラッピングテープ８を往復させて巻き付けてもよい。例えば、ラッピングテープ８をバット側からチップ側に向かって螺旋状に巻き付け、引き続き、ラッピングテープ８をチップ側からバット側に向かって螺旋状に巻き付けてもよい。このような往復方式の巻き付けにより、巻き付け回数が増加されてもよい。なお本願では、このような往復方式の巻き付けにより一往復の巻き付けがなされた場合であっても、巻き付け回数は２回であると定義される。ラッピングテープ８が途中で切断されることなく一往復の巻き付けがなされた場合であっても、巻き付け回数は２回であると定義される。生産性の観点から、平均ラッピング層数Ｌａを増加させる方法としては、比（Ｐ１／Ｗ１）が小さくされる方法が好ましい。この場合、巻き付け回数が１回であっても、平均ラッピング層数Ｌａを増加させることができる。この観点から、比（Ｐ１／Ｗ１）は、０．５以下が好ましく、０．３以下がより好ましく、０．２以下が更に好ましい。生産性の観点から、比（Ｐ１／Ｗ１）は、０．０４以上が好ましく、０．０６以上がより好ましい。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

先ず、評価方法について説明する。

［順式フレックスの測定］
硬化管状体のバット端Ｂｔから７５ｍｍ隔てた位置の上側と、このバット端Ｂｔから２１５ｍｍ隔てた位置の下側とが支持点とされた。これらの二点が支持された状態で、硬化管状体の軸線方向が水平とされた。次に、バット端Ｂｔから１０３９ｍｍ隔てた荷重点Ｋに、２．７ｋｇの錘りを掛けた。錘りにより硬化管状体が曲がり、上記荷重点Ｋが下方へと移動した。荷重点Ｋの鉛直方向における移動量が、順式フレックスＦｊとして下記の表１及び表２に示される。

単位質量当たりのシャフト剛性が高いことは、軽量化に寄与しうる。この観点からは、順式フレックスＦｊを硬化管状体の質量Ｗｔで割った値（Ｆｊ／Ｗｔ）は、小さいのが好ましい。

［ラッピングテープ８の厚さ］
ラッピングテープ８の厚さｄ２は、ＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠して、デジマチックマイクロメータを用いて測定された。２４０ｇ／ｃｍ^２の一定圧力を付与させて１０秒間経過した後、２４０ｇ／ｃｍ^２の圧力のもとで測定がなされた。測定は５箇所で行われた。５箇所のデータの平均値が、「厚さｄ２」として下記の表に示される。

［ボイド率Ｒｂ］
ボイド率Ｒｂは、シャフト先端から９０ｍｍ隔てた地点の断面の画像によりボイド面積Ｓｂ及びシャフト断面積Ｓｍを求め、下記式により算出した。
Ｒｂ（％）＝（Ｓｂ／Ｓｍ）×１００

ゴルフクラブシャフトにおいては、先端部にヘッドが取り付けられるため、先端部における強度が特に重要である。ボイド率Ｒｂは、シャフト強度との相関が高い。

［三点曲げ強度］
ＳＧ式三点曲げ強度試験が採用された。これは、製品安全協会が定める試験である。図４は、ＳＧ式三点曲げ強度試験の測定方法を示す。図４が示すように、２つの支持点ｅ１、ｅ２においてシャフト２０を下方から支持しつつ、荷重点ｅ３において上方から下方に向かって荷重Ｆを加える。荷重点ｅ３の位置は、支持点ｅ１と支持点ｅ２とを二等分する位置である。荷重点ｅ３が、測定点である。測定点は、Ｔ点、Ａ点、Ｂ点及びＣ点とされた。Ｔ点は、チップ端位置Ｔｐから９０ｍｍの点である。Ａ点は、チップ端位置Ｔｐから１７５ｍｍの点である。Ｂ点は、チップ端位置Ｔｐから５２５ｍｍの点である。Ｃ点は、バット端位置Ｂｔから１７５ｍｍの点である。シャフト２０が破損したときの荷重Ｆの値（ピーク値）が測定された。Ｔ点が測定される場合、上記スパンＳは、１５０ｍｍとされる。Ａ点、Ｂ点及びＣ点が測定される場合、上記スパンＳは、３００ｍｍとされる。

Ｔ点における三点曲げ強度の測定結果が、下記の表に示される。

［生産性］
以下の基準に従い、４段階で評価された。評価Ａが、最も生産性が高く、良好である。評価Ｄは、最も生産性が低い。
Ａ・・・硬化工程における加熱時間が４時間以内である。
Ｂ・・・硬化工程における加熱時間が４時間を超えて２４時間以内である。
Ｃ・・・硬化工程における加熱時間が２４時間を超えて７２時間以内である。
Ｄ・・・硬化工程における加熱時間が７２時間を超える。

［実施例１］
図１で示すマンドレルに離型剤を塗布した後、このマンドレルに６枚のプリプレグを巻き付け、中間成形体を得た。これら６枚のプリプレグの構成は、図１で示された通りとされた。シートｓ１からｓ６のプリプレグ種類及びプリプレグ構成が、下記の表３で示されている。シートｓ１からｓ６は、いずれも東レ社製のプリプレグである。表３における「先端ｐｌｙ数」とは、チップ端Ｔｐにおけるプリプレグの巻回数を示している。表３における「繊維角度」は、シャフト軸線方向に対する炭素繊維の配向角度である。各プリプレグにおいてマトリクス樹脂はエポキシ樹脂である。各プリプレグの品番及び炭素繊維の種類（品番）は表３に示す通りである。

次に、上記中間成形体の外周面にラッピングテープを巻き付けるテープ巻き付け工程がなされた。テープ巻き付け工程は、横手鉄工所製のラッピング機によりなされた。テープ巻き付け工程は、一定の張力Ｆ１を付与しつつなされた。張力Ｆ１は、日本電産シンポ社製のロードセルにより測定された。この張力Ｆ１に基づき、引張応力Ｔ１が算出された。

テープ巻き付け工程では、ラッピングテープ８が巻き付けられた。このラッピングテープ８として、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルムテープが用いられた。このＰＰフィルムテープとして、信越フィルム社製のＰＴ３０Ｈが用いられた。このフィルムテープの片面には、シリコーン系のコーティング剤が設けられている。このコーティング剤層を内側にして、このＰＰフィルムテープが巻き付けられた。このＰＰフィルムテープの幅Ｗ１は２５ｍｍであり、厚さｄ２は３０μｍであった。引張応力Ｔ１は１００Ｍｐａとされた。巻き付けピッチＰ１は２ｍｍとされた。巻き付け回数は、１回とされた。

テープ巻き付け工程の後に、硬化工程がなされた。硬化工程では、第一加熱ステップの後に、第二加熱ステップがなされた。第一加熱ステップは、温度が８０℃とされ、時間が１２０分とされた。第二加熱ステップでは、温度が１３０℃とされ、時間が１５分とされた。

次に、マンドレルが引き抜かれた。次に、ラッピングテープ８が除去され、実施例１に係る硬化管状体を得た。実施例１の仕様と評価結果が下記の表１に示される。

［実施例２から６］
表１で示される仕様以外は実施例１と同様にして、各例の硬化管状体を得た。これらの仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例７］
表３で示されるプリプレグ構成のうち、シートｓ５が、品番「２２５６Ｓ−１０」（東レ社製）に置換された。この置換により、繊維含有率Ｓ１を向上させた。このプリプレグ構成及び表１で示される仕様の他は実施例１と同様にして、実施例７の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例８］
ラッピングテープとして、ＰＥＴフィルムテープが用いられた。このＰＥＴフィルムテープとして、信越フィルム社製の商品名「ＰＥＴ−２５Ｋ」が用いられた。表１で示される仕様以外は実施例１と同様にして、実施例８の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例９］
ラッピングテープとして、一体化テープが用いられた。この一体化テープは、幅が１５ｍｍで且つ厚さが１００μｍである「ナイロンタフタ」と、幅１５ｍｍで且つ厚さが３０μｍのＰＰフィルムテープとが、加熱及び圧着により一体化されたテープである。この一体化テープの厚みは、１１５μｍである。商品名「ナイロンタフタ」は、キンキテープ社が販売している。この「ナイロンタフタ」は、ナイロン繊維が平織りで織られたテープである。このナイロン繊維を構成するナイロンの種類は、ナイロン６である。表１で示される仕様以外は実施例１と同様にして、実施例９の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例１０］
第一加熱ステップの温度が９０℃とされた他は実施例１と同様にして、実施例１０の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例１１］
第一加熱ステップの温度が７０℃とされた他は実施例１と同様にして、実施例１１の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例１２］
第二加熱ステップの温度が１５０℃とされた他は実施例１と同様にして、実施例１２の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例１３］
第二加熱ステップの時間が５分とされた他は実施例１と同様にして、実施例１３の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［実施例１４］
ラッピングテープとして、上記ポリオレフィン系樹脂からなる層と、上記ポリエステル系樹脂からなる層とが重ねられたフィルム（複合樹脂フィルム）が用いられた。このフィルムは、実施例１で用いられたポリプロピレン（ＰＰ）フィルムテープと、実施例８で用いられたＰＥＴフィルムテープとが重ねられたテープである。ポリプロピレンフィルムテープが内側（ＰＥＴフィルムテープが外側）とされて、巻き付けがなされた。その他は実施例１と同様にして、実施例１４の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［比較例１、２及び４］
表２に示される仕様以外は実施例１と同様にして、比較例１、２及び４の硬化管状体を得た。これらの仕様と評価結果とが下記の表２で示される。

［比較例３］
プリプレグ構成が実施例７と同じとされた。また、ラッピングテープが、上記「ナイロンタフタ」とされた。このプリプレグ構成及び表２で示される仕様の他は実施例１と同様にして、比較例３に係る硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

なお、比較例１、２及び比較例４から１０では、実施例１と同じラッピングテープが用いられた。

比較例２及び比較例３では、第一加熱ステップが実施されず、硬化工程が１段階のみとされた。

［比較例５］
第一加熱ステップの時間が１００分とされた他は実施例１と同様にして、比較例５の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表２に示される。

［比較例６］
第二加熱ステップの時間が３分とされた他は実施例１と同様にして、比較例６の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表２に示される。

［比較例７］
第二加熱ステップの時間が３０分とされた他は実施例１と同様にして、比較例７の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表２に示される。

［比較例８］
第一加熱ステップの温度が６０℃とされた他は実施例１と同様にして、比較例８の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表２に示される。

［比較例９］
第二加熱ステップの温度が２１０℃とされた他は実施例１と同様にして、比較例９の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

［比較例１０］
第二加熱ステップの温度が１００℃とされた他は実施例１と同様にして、比較例１０の硬化管状体を得た。この仕様と評価結果とが下記の表１に示される。

実施例１及び２は、比較的硬化時間が短いので、実施例５及び６と比べて三点曲げ強度が低い。しかし、実施例１及び２の三点曲げ強度は、比較例１よりも高い。

実施例７は、繊維含有率Ｓ１が高く且つ軽量であり、他の実施例と比較して三点曲げ強度が低い。しかし、実施例７の三点曲げ強度は、比較例３よりも高い。

実施例８では、ポリエチレンテレフタレートのラッピングテープが用いられている。このポリエチレンテレフタレートは、加熱時の収縮率が、ポリプロピレンに比較して大きい。このため実施例８では、引張応力Ｔ１が比較的小さいにもかかわらず、ボイド率が低い。

実施例９の一体化テープは、加熱時の収縮率が、ポリプロピレンに比較して大きい。このため実施例９では、引張応力Ｔ１が比較的小さいにもかかわらず、ボイド率が低い。

比較例１は、第一加熱ステップでの硬化時間が短いため、ボイド率が高い。比較例２及び３は、第一加熱ステップが実施されなかったため、ボイド率が高い。

表の評価結果が示すように、実施例は、比較例に比べて評価が高い。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明は、ゴルフクラブシャフトをはじめとして、あらゆるＦＲＰ管状体に適用されうる。

２・・・マンドレル
４・・・プリプレグ（繊維強化樹脂部材）
６・・・中間成形体
８・・・ラッピングテープ
ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６・・・切断されたプリプレグシート
２０・・・シャフト（管状体）

Claims (6)

1. マンドレルに、繊維とマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂部材を巻回して中間成形体を得る工程と、
   上記中間成形体の外周面に、張力を付与しつつラッピングテープを巻き付けるテープ巻き付け工程と、
   上記ラッピングテープが巻き付けられた上記中間成形体を加熱することにより、上記マトリクス樹脂を硬化させる硬化工程と、
   上記硬化工程の後に上記マンドレルの引き抜き及び上記ラッピングテープの除去を行って硬化管状体を得る工程とを含み、
   上記ラッピングテープの基体のベースポリマーが、ポリオレフィン系樹脂及び／又はポリエステル系樹脂であり、
   上記硬化工程が、
   ７０℃以上９０℃以下の温度で１２０分以上４３２０分以下の時間に亘って加熱する第一加熱ステップと、
   上記第一加熱ステップの後になされ、１２０℃以上２００℃以下の温度で５分以上２０分以下の時間に亘って加熱する第二加熱ステップとを含む管状体の製造方法。
2. 上記テープ巻き付け工程において上記ラッピングテープに付与される引張応力Ｔ１が２０（Ｍｐａ）以上２００（Ｍｐａ）以下である請求項１に記載の製造方法。
3. 上記ラッピングテープの内面に、シリコーン系又はフッ素系のコーティング材が設けられている請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 上記中間成形体の繊維含有率Ｓ１が５０質量％以上９２質量％以下である請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載された製造方法により製造された管状体。
6. ボイド率Ｒｂが０．５％以下である請求項５に記載の管状体。

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