JP2012179134A - 管状体 - Google Patents

Abstract

【課題】 繊維束強化樹脂層を有する場合に周方向に曲げの異方性が生じるのを防止できる管状体を提供する。
【解決手段】 強化繊維に合成樹脂を含浸させた複数のプリプレグシート２２，２４，２６，２８，３０，３２を積層して形成した積層体からなるゴルフクラブ用シャフト１２は、束ねた強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’を所定ピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３に間隔を設けて配向した繊維束群Ｘ，Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’を有する繊維束強化樹脂層３４をプリプレグシートの積層体の一部に配置する。そして、繊維束強化樹脂層の繊維束の繊維配向方向は、軸方向に対して直交する周方向、軸方向及び周方向に対して傾斜する傾斜方向に配向される。軸方向に引き揃えられた強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグシートにより形成される軸方向強化繊維層３２を前記繊維束強化樹脂層の内側及び外側の少なくとも一方に配置する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、例えばゴルフクラブ用シャフト等、複数のプリプレグシートを積層して形成した積層体からなる管状体に関する。

例えば特許文献１には、繊維束群からなる繊維束強化樹脂層を有する管状体が開示されている。この管状体は、繊維束群の１つを管状体の軸方向に配向している。
例えば特許文献２では、経方向（軸方向（長手方向））、緯方向（周方向）、経方向に対して斜め及び逆斜め方向に引き揃えられた強化繊維束を積層して不織布（繊維束強化樹脂層）を形成している。そして、この不織布とプリプレグを積層して管状積層体を形成している。

特開２００５−２２５１９６号公報 特開２００５−２３８５１７号公報

特許文献１、２では、長手方向の繊維束を所定ピッチで備えるため、管状体の横断面の環状の周方向に繊維束を有する部分と有さない部分とが生じ、管状体を曲げる際に周方向に曲げの異方性が生じ易い。そのため、ゴルフクラブ用シャフトであれば、捩れを伴うスイング時のヘッドの挙動が不安定となり、不安定な飛距離、方向性のシャフトとなり易い。
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、繊維束強化樹脂層を有する場合に周方向に曲げの異方性が生じるのを防止できる管状体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明に係る、所定方向に配向した強化繊維に合成樹脂を含浸させた複数のプリプレグシートを積層して形成した積層体からなる管状体にあっては、束ねた強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維束を所定ピッチに間隔を設けて配向した繊維束群を有する繊維束強化樹脂層を前記プリプレグシートの積層体の少なくとも一部に配置し、前記繊維束強化樹脂層の前記繊維束の繊維配向方向は、軸方向及び軸方向に対して直交する周方向に対して傾斜する傾斜方向に配向され、軸方向に引き揃えられた強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグシートにより形成される軸方向強化繊維層を前記繊維束強化樹脂層の層内、内側及び外側の少なくとも１つに配置するようにしたことを特徴とする。
前記傾斜方向に配向した繊維束の繊維方向は、前記軸方向及び周方向とは異なる第１の方向と、前記繊維束の繊維方向が前記軸方向及び周方向と異なるとともに前記第１の方向とは異なる第２の方向とを有することが好適である。
前記繊維束強化樹脂層の繊維束の上下方向の積層数よりも、各繊維束の交点における繊維束の重なり数を少なくしたことが好適である。
前記繊維束強化樹脂層は、前記軸方向に対して傾斜する傾斜方向に配向した強化繊維の繊維方向が少なくとも第１の方向と、前記第１の方向とは異なる第２の方向とを有することが好適である。

繊維束強化樹脂層の繊維束の繊維配向方向は軸方向及び軸方向に対して直交する周方向に対して傾斜する傾斜方向であるので、管状体の横断面の周方向のいずれにも繊維が途切れる部分は存在しない。そして、プリプレグシートにより形成される軸方向強化繊維層を繊維束強化樹脂層の層内、管状体の内側及び外側のいずれかに配置するので、管状体の曲げに対する異方性が生じるのを防止できる。したがって、管状体の強度を安定させることができる。
傾斜方向に配向した繊維束の繊維方向が第１及び第２方向を有するので、軸方向（０度）から周方向（９０度）に至るまで、徐々に角度を大きくして、繊維束強化樹脂層内において隣接する繊維束同士の剛性差を少なくすることができる。
繊維束強化樹脂層の繊維束の上下方向の積層数よりも、各繊維束の交点における繊維束の重なり数を少なくしたことにより、繊維束強化樹脂層の厚さが厚くなるのを防止するとともに、凹凸の発生を抑制できる。
繊維束強化樹脂層の繊維方向が第１及び第２方向を有するので、軸方向（０度）から周方向（９０度）に至るまで、徐々に角度を大きくして、繊維束強化樹脂層内において隣接する繊維により形成される層間の剛性差を少なくすることができる。

第１及び第２実施形態に係るゴルフクラブを示す概略図。 （Ａ）は第１実施形態に係るゴルフクラブ用シャフトを作製する際にマンドレルに対して巻回する素材（プリプレグシート及び重合繊維シート）の配置を示す概略図、（Ｂ）はマンドレルに各素材（プリプレグシート及び重合繊維シート）を巻回した状態を示す概略的な縦断面図。 第１及び第２実施形態に係るゴルフクラブ用シャフトに用いられる重合繊維シートの概略的な模式図。 （Ａ）は第１実施形態の実施例１に係るゴルフクラブ用シャフトに用いられる重合繊維シートを上側（外側）から見た、図３中の破線Ｅで示す部分の拡大図、（Ｂ）はマンドレルに各素材を巻回した状態を示す図２（Ｂ）中のＳ_１−Ｓ_１線に沿う概略的な縦断面図。 （Ａ）は第１実施形態の実施例２に係るゴルフクラブ用シャフトに用いられる重合繊維シートを上側（外側）から見た、図３中の破線Ｅで示す部分の拡大図、（Ｂ）はマンドレルに各素材を巻回した状態を示す図２（Ｂ）中のＳ_１−Ｓ_１線に沿う概略的な縦断面図。 （Ａ）は第２実施形態に係るゴルフクラブ用シャフトを作製する際にマンドレルに対して巻回する素材の配置を示す概略図、（Ｂ）はマンドレルに各素材を巻回した状態を示す概略的な縦断面図。 （Ａ）は第２実施形態に係るゴルフクラブ用シャフトに用いられる重合繊維シートを上側（外側）から見た、図３中の破線Ｅで示す部分の拡大図、（Ｂ）はマンドレルに各素材を巻回した状態を示す図６（Ｂ）中のＳ_２−Ｓ_２線に沿う概略的な縦断面図。

以下、図面を参照しながらこの発明を実施するための形態について説明する。
第１実施形態について図１から図５を用いて説明する。

図１に示すように、ゴルフクラブ１０は、所定方向に配向した強化繊維に合成樹脂を含浸させた複数のプリプレグシートを積層して形成した積層体からなる中空のシャフト（繊維強化複合材料製の管状体）１２と、このシャフト１２の一端１２ａの細径部分（ＴＩＰ端）にヘッド１４が取り付けられ、シャフト１２の他端１２ｂの太径部分（ＢＵＴＴ端）にグリップ１６が取り付けられている。なお、図１に示すシャフト１２の先端１２ａはヘッド１４のホーゼル１４ａ内に挿入された状態で固定されている。
シャフト１２の一端１２ａは他端１２ｂよりも細く、例えばテーパ状に形成されている。シャフト１２の一端（細経側）１２ａの外径は例えば８ｍｍから１５ｍｍ程度で、他端（太径側）１２ｂの外径は例えば１３ｍｍから１６ｍｍ程度である。シャフト１２の長さは、ウッド、アイアン、パター等により異なるが、規則の範囲内で適宜に設定される。

図２（Ａ）に示すように、この実施形態に係るシャフト（ゴルフクラブ用シャフト）１２は、マンドレル（芯金）２０に複数のプリプレグシート２２，２４，２６，２８，３０，３２及び詳細を後述する重合繊維シート（繊維束強化樹脂シート）３４が巻回されることにより形成される。なお、これらプリプレグシート２２，２４，２６，２８，３０，３２の数、プリプレグシート２２，２４，２６，２８，３０，３２の後述する繊維方向、重合繊維シート３４の繊維束の方向数（この実施形態では５方向）や配置は適宜に変更できる。
図２（Ｂ）に示すシャフト１２は、第１本体層（内層）４２、第２本体層（外層）４４、第１補強層（第１内側補強層）４６、第２補強層（外側補強層）４８及び第３補強層（第２内側補強層）５０で形成されている。第１及び第２本体層４２，４４はシャフト１２の一端１２ａから他端１２ｂまで全長にわたって形成されている。シャフト１２の一端１２ａの最内側には第１補強層４６が、最外側には第２補強層４８が形成され、他端１２ｂの最内側には第３補強層５０が形成されている。

図２（Ｂ）に示すように、マンドレル２０は、その先端２０ａから後端２０ｂに向かって順に、第１テーパ部６２と、第２テーパ部６４と、第３テーパ部６６と、第４テーパ部６８と、第５テーパ部７０とを有し、先端２０ａ側が後端２０ｂ側に比べて細く形成されている。第１テーパ部６２と第２テーパ部６４との間、第２テーパ部６４と第３テーパ部６６との間、第３テーパ部６６と第４テーパ部６８との間、第４テーパ部６８と第５テーパ部７０との間には、それぞれマンドレル２０の外周面の傾きを変化させるための境目となる円周状の変位部６３，６５，６７，６９が形成されている。
なお、第２テーパ部６４は第１テーパ部６２（例えば傾き８／１０００から９／１０００程度）に対して傾きが大きい。第４テーパ部６８は、第５テーパ部７０に対して長さが短く緩い（傾きが小さい）テーパである。

図２（Ｂ）に示すように、第１補強層４６を形成するプリプレグシート２８をマンドレル２０の第１テーパ部６２の外側に巻回し、第３補強層５０を形成するプリプレグシート３２及び重合繊維シート３４をマンドレル２０の第５テーパ部７０の外側に巻回する。
第１補強層４６を形成するプリプレグシート２８はマンドレル２０の第１及び第２テーパ部６２，６４の外側に巻回したときに、その外周面がマンドレル２０の第３テーパ部６６と面一又は略面一となるように形成されている。このとき、マンドレル２０の第３テーパ部６６の外周面とシャフト１２の第１補強層４６の外周面とを面一又は略面一に形成するため、第１及び第２テーパ部６２，６４間の変位部６３の外側位置のシャフト１２の第１補強層４６の肉厚を後端側に向かうにつれて徐々に減肉させて、第２及び第３テーパ部６４，６６間の変位部６５の外側位置でのシャフト１２の第１補強層４６の肉厚を略０としている。

第３補強層５０を形成するプリプレグシート３２及び重合繊維シート３４は、後述する実施例１、２で説明するように、何れを内側にしても良い。このため、プリプレグシート３２を内側にし重合繊維シート３４を外側にして貼り合わせた状態でマンドレル２０の第５テーパ部７０の外側に巻回したときは、重合繊維シート３４の外周面がマンドレル２０の第３テーパ部６６と面一又は略面一となるように形成されている。また、プリプレグシート３２を外側にし重合繊維シート３４を内側にして貼り合わせた状態でマンドレル２０の第５テーパ部７０の外側に巻回したときは、プリプレグシート３２の外周面がマンドレル２０の第３テーパ部６６と面一又は略面一となるように形成されている。このとき、マンドレル２０の第３テーパ部６６の外周面とシャフト１２の第３補強層５０の外周面とを略面一に形成するため、第４及び第５テーパ部６８，７０間の変位部６９の外側位置のシャフト１２の第３補強層５０の肉厚を先端側に向かうにつれて徐々に減肉させて、第３及び第４テーパ部６６，６８間の変位部６７の外側でのシャフト１２の第３補強層５０の肉厚を略０としている。

そして、面一又は略面一状態の第１補強層４６、第３補強層５０及びマンドレル２０の第３テーパ部６６の外周面に第１本体層４２を形成するプリプレグシート２２，２４を巻回し、その外側に第２本体層４４を形成するプリプレグシート２６を巻回する。したがって、この実施形態では、第１及び第２本体層４２，４４はシャフト１２の一端１２ａから他端１２ｂまで同じ傾きを維持できる。

第１補強層４６を形成するプリプレグシート２８は、第１及び第２テーパ部６２，６４間の変位部６３の外側位置のシャフト１２の内周面と、第２及び第３テーパ部６４，６６間の変位部６５の外側位置のシャフト１２の内周面とを滑らかに連続させている。このため、第１補強層４６を形成するプリプレグシート２８はシャフト１２の内周面に急激な段差が生じるのを防止しシャフト１２の内径変化を少なくできるとともに、シャフト１２の軸方向に沿った方向の急激な強度変化を防止できる。
同様に、第３補強層５０を形成するプリプレグシート３２及び重合繊維シート３４はシャフト１２の内周面に急激な段差が生じるのを防止しシャフト１２の内径変化を少なくできるとともに、シャフト１２の軸方向に沿った方向の急激な強度変化を防止できる。

ところで、プリプレグシート２２，２４，２６，２８，３０，３２は、強化繊維を一方向に引き揃えて合成樹脂を含浸させたものが用いられる。プリプレグシート２２，２４，２６，２８，３０，３２の強化繊維には、例えば主に炭素繊維が用いられるが、金属繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等、種々の繊維を用いても良い。強化繊維に含浸させるマトリクス樹脂としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれを用いても良い。熱硬化性樹脂であれば、例えばエポキシ、ピスマレイミド、ポリイミド、フェノール等が用いられる。熱可塑性樹脂であれば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が用いられる。

図２（Ａ）に示す第１本体層４２は捩れ剛性の調整用に用いられる。第１本体層４２は２つのプリプレグシート２２，２４で形成され、一方のプリプレグシート２２の繊維方向はマンドレル２０の軸方向である中心軸（長手方向軸）Ｃに対して＋４５度傾斜し、他方のプリプレグシート２４の繊維方向は中心軸Ｃに対して−４５度傾斜している。このため、第１本体層４２は、マンドレル２０の中心軸Ｃと一致するシャフト１２の中心軸に対する捩れに対する耐性を得ることができる。
なお、第１本体層４２のプリプレグシート２２，２４は、例えば厚さ：０．１２〜０．３０ｍｍ、樹脂量（繊維含有率）：２４〜４０ｗｔ％、引張弾性率：２４０〜４００ＧＰａである。
また、第１本体層４２の一方のプリプレグシート２２の繊維方向は、長手方向（軸長方向）に対して４５度に限らず、例えば＋３０度から＋６０度の範囲であれば良い。同様に、他方のプリプレグシート２４の繊維方向は、軸長方向に対して−４５度に限らず、例えば−３０度から−６０度の範囲であれば良い。また、プリプレグシート２２，２４の配置（積層方向）を上下逆にしても良い。

図２（Ａ）に示す第２本体層４４は曲げ剛性の調整用に用いられる。第２本体層４４のプリプレグシート２６の繊維方向はマンドレル２０の中心軸Ｃに平行である。このため、第２本体層４４はシャフト１２の曲げに対する耐性を得ることができる。
第２本体層４４のプリプレグシート２６は、例えば厚さ：０．０６〜０．１５ｍｍ、樹脂量（繊維含有率）：２４〜４０ｗｔ％、引張弾性率：２４０〜４００ＧＰａである。

第１補強層４６はシャフト１２の一端（先端）１２ａで第１本体層４２の内側に配置され、シャフト１２の一端１２ａの曲げ剛性を高めるために用いられる。第２補強層４８はシャフト１２の一端１２ａで第２本体層４４の外側に配置され、シャフト１２の一端１２ａの曲げ剛性を高めるとともに、シャフト１２の一端１２ａの外径を調整するために用いられる。第１及び第２補強層４６，４８のプリプレグシート２８，３０の繊維方向はマンドレル２０の中心軸Ｃに平行である。これらプリプレグシート２８，３０は、例えば厚さ：０．０６〜０．１５ｍｍ、樹脂量（繊維含有率）：２４〜４０ｗｔ％、引張弾性率：２４０〜４００ＧＰａである。

第３補強層５０はシャフト１２の他端（後端）１２ｂで第１本体層４２の内側に配置されている。そして、第３補強層５０ではプリプレグシート３２と重合繊維シート３４とを例えば貼り合わせて用いる。なお、第３補強層５０は、プリプレグシート３２による軸方向強化樹脂層（曲げ剛性強化層）と、重合繊維シート３４による繊維束強化樹脂層との合成層である。第３補強層５０は、プリプレグシート（曲げ剛性強化層）３２でシャフト１２の他端１２ｂの曲げに対する耐性を強化し、重合繊維シート（繊維束強化樹脂層）３４で捩れ及び潰れに対する耐性を強化する。
なお、プリプレグシート３２と重合繊維シート３４とを貼り合わせて用いるのは、重合繊維シート３４の形状を維持し、重合繊維シート３４の取り扱いを容易化するためである。

第３補強層５０のプリプレグシート３２の繊維方向はマンドレル２０の中心軸Ｃに平行である。このため、第３補強層５０はシャフト１２の曲げに対する耐性を得ることができる。
なお、第３補強層５０の繊維方向が軸方向のプリプレグシート３２は、例えば厚さ：０．０６〜０．１５ｍｍ、樹脂量（繊維含有率）：２４〜４０ｗｔ％、引張弾性率：２４０〜４００ＧＰａである。

図３には繊維束強化樹脂層を形成するための重合繊維シート３４の一例を示す。
本実施形態に係る重合繊維シート３４は、５方向の繊維束群Ｘ，Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’が重ね合わせられて形成されている。繊維束群Ｘは軸方向に対して例えば９０度の周方向に繊維束ｘが所定のピッチＰ１（例えば１８ｍｍ）で平行に配置されている。繊維束群Ｙは軸方向に対して＋６０度の方向に繊維束ｙが所定のピッチＰ２（例えば８ｍｍ）で平行に配置され、繊維束群Ｙ’は軸方向に対して−６０度の方向に繊維束ｙ’が所定のピッチＰ２で平行に配置されている。繊維束群Ｚは軸方向に対して＋３０度の方向に繊維束ｚが所定のピッチＰ３（例えば９ｍｍ）で平行に配置され、繊維束群Ｚ’は軸方向に対して−３０度の方向に繊維束ｚ’が所定のピッチＰ３で平行に配置されている。このため、この実施形態の重合繊維シート３４は、軸方向（０度）から周方向（９０度）の間には、これら軸方向及び周方向に対して傾斜した２つの互いに異なる傾斜方向の繊維束群Ｙ，Ｚを有する。
なお、各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’は、例えば数百本から数万本の強化繊維を束ねて、その束ねた強化繊維に合成樹脂を含浸したものである。

繊維束群Ｘの繊維束ｘは、軸方向に対して例えば９０度の周方向に巻回されるので、潰れに対する耐性を強化するのに用いられる。繊維束群Ｙの繊維束ｙ、繊維束群Ｙ’の繊維束ｙ’、繊維束群Ｚの繊維束ｚ、及び、繊維束群Ｚ’の繊維束ｚ’は軸方向に対して傾斜している。このため、捩れに対する耐性を強化するのに用いられる。

ここで、重合繊維シート３４自体には軸方向に繊維束を配置しない。仮に軸方向の繊維束を所定のピッチで配置して重合繊維シートを管状に形成した場合、周方向に繊維束が存在する部位と存在しない部位とが生じる。このため、これら繊維束が存在する部位と存在しない部位との間に曲げ剛性差が生じる場合がある。しかしながら、軸方向に繊維束を配置しないでおくと、そのような問題は生じない。そして、本実施形態では、軸方向に繊維方向を有するプリプレグシート３２を重合繊維シート３４に貼り合わせて用いる。このため、曲げに対して、周方向で異なる剛性となる、いわゆる異方性が生じるのを確実に防止できる。

重合繊維シート３４は、５方向の繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’の交点が極力少なくなるようにずらして配置されている。図３に示す例では２軸の交点Ｎ_１（ｙ，ｙ’），Ｎ_２（ｚ，ｚ’），Ｎ_３（ｙ，ｚ），Ｎ_４（ｙ’，ｚ’），Ｎ_５（ｙ，ｚ’），Ｎ_６（ｙ’，ｚ）と、３軸の交点Ｎ_７（ｘ，ｙ，ｙ’），Ｎ_８（ｘ，ｚ，ｚ’）とが存在する。しかし、それ以上の交点（４軸及び５軸の交点）は存在しない。ここでは、５方向の重合繊維シート３４を用いているので、最高で５つの繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’により１つの交点が形成される可能性がある。しかしながら、本実施形態では２軸の交点Ｎ_１，Ｎ_２，Ｎ_３，Ｎ_４，Ｎ_５，Ｎ_６及び３軸の交点Ｎ_７，Ｎ_８は存在するが、それ以上に繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’が重なる交点が存在しないようにしている。このため、重合繊維シート３４のうち、最も厚い部位は３つの繊維束が重ねられた交点Ｎ_７（ｘ，ｙ，ｙ’），Ｎ_８（ｘ，ｚ，ｚ’）である。したがって、重合繊維シート３４の凹凸の発生を極力抑制でき、重合繊維シート３４の軸方向の部位や周方向の部位ごとに厚さに差が生じるのを極力防止できる。

繊維束のピッチは、Ｐ１よりもＰ３が小さく、Ｐ３よりもＰ２が小さい方が好ましい。すなわち、繊維束群Ｙ，Ｙ’の密度が最も高く、繊維束群Ｚ，Ｚ’、繊維束群Ｘの順に密度が低くなる。この場合、軸方向よりも周方向に近い角度の繊維束を多くすることができる。このため、重合繊維シート３４を、異方性が生じない状態で曲げ剛性を高めるためのプリプレグシート３２に貼り合わせて用いる際の、強度バランスを良好にすることができる。
なお、繊維束のピッチを適宜に設定することにより、重合繊維シート３４の軸方向の強度を増すか、周方向の強度を増すかを自由に設定できる。このように、繊維束のピッチを設定することにより、種々の特性を有する重合繊維シート３４を形成できる。

繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’の繊維方向はそれぞれ９０度、＋６０度、−６０度、＋３０度、−３０度を用いると、重合繊維シート３４内で隣接する繊維束群の角度差を３０度ずつに設定できるので強度バランスを保つ上で好ましい。しかし、例えば、繊維束ｙ，ｙ’の軸方向に対する角度は±６０度に限ることはなく、繊維束ｚ，ｚ’の軸方向に対する角度は±３０度に限ることはない。
軸方向を補強しようとする場合、繊維束ｙ，ｙ’の軸方向に対する角度の絶対値が例えば４５度から６７．５度の範囲にあり、繊維束ｚ，ｚ’の軸方向に対する角度の絶対値が例えば０度から２２．５度の範囲にあることが好ましい。一方、周方向を補強しようとする場合、繊維束ｙ，ｙ’の軸方向に対する角度の絶対値が例えば６７．５度から９０度の範囲にあり、繊維束ｚ，ｚ’の軸方向に対する角度の絶対値が例えば２２．５度から４５度の範囲にあることが好ましい。
このように適宜に繊維束ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’の繊維方向角度を規定することによって、種々の特性を有する重合繊維シート３４を形成できる。

以上説明したゴルフクラブ用シャフト１２を用いてゴルフクラブ１０を形成する場合、曲げに対する応力を軸方向に引き揃えたプリプレグシート３２で補強し、重合繊維シート３４を周方向繊維束及び傾斜方向繊維束で形成する。このため、重合繊維シート３４により形成される層において、環状の横断面のいずれにも強化繊維が存在するので、周方向の曲げに対する異方性を少なくできる。したがって、第３補強層５０は各方向応力（曲げ、潰れ、捩れ）に対する適当な強度剛性を付与でき、打球の方向を安定させるのに寄与する。

以下、第３補強層５０のプリプレグシート３２を重合繊維シート３４の内側に配置する場合を実施例１とし、プリプレグシート３２を重合繊維シート３４の外側に配置する場合を実施例２として説明する。

［実施例１］
図４（Ａ）は図３中の破線Ｅで示す部位を拡大したものであり、図４（Ｂ）は図２（Ｂ）中のＳ_１−Ｓ_１線に沿う断面を模式的に示す。図４（Ｂ）に示すように、実施例１では、重合繊維シート３４の内側に軸方向（０度）に引き揃えられたプリプレグシート３２が配置されている。

本実施形態（実施例１，２）に係る各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’は例えば厚さ：０．０６〜０．１５ｍｍ、樹脂量（繊維含有率）：２４〜４０ｗｔ％、引張弾性率：２４０〜４００ＧＰａのプリプレグシートを、例えば幅Ｗを２ｍｍにして切断して用いる。このため、図３に示す５方向の繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’の交点Ｎ_１（ｙ，ｙ’）、Ｎ_２（ｚ，ｚ’），Ｎ_３（ｙ，ｚ），Ｎ_４（ｙ’，ｚ’），Ｎ_５（ｙ，ｚ’），Ｎ_６（ｙ’，ｚ），Ｎ_７（ｘ，ｙ，ｙ’），Ｎ_８（ｘ，ｚ，ｚ’）において、接着剤を別に塗布する必要なく、各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’を形成するプリプレグシートの樹脂材により各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’が所定のピッチを保った状態で固定できる。

なお、ピッチＰ１はそれぞれ隣り合う繊維束ｘの幅方向中央同士の間隔とする。すなわち、例えば図４（Ａ）に示す繊維束ｘに隣接する繊維束ｘとの間には間隔（空間）が形成されている。これは各繊維束ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’についても同様である。

本実施例１では、各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’の幅Ｗをそれぞれ例えば２ｍｍとして揃えているが、例えば強度を調整するために繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’ごとに異なっていることも好適である。これは、後述する実施例２でも同様である。

図４（Ｂ）に示すように、本実施例１に係る重合繊維シート３４は、管状にしたときに、内側（下側）から外側（上側）に向かって、第１層（最内層）が＋３０度の繊維束群Ｚで、第２層が＋６０度の繊維束群Ｙで、第３層が−６０度の繊維束群Ｙ’で、第４層が−３０度の繊維束群Ｚ’で、第５層（最外層）が９０度の繊維束群Ｘで形成されている。
第１層の繊維束群Ｚの内側には、軸方向（０度）に引き揃えられたプリプレグシート３２が配置され、第５層（最外層）の外側には、±４５度に引き揃えられたプリプレグシート２２，２４で形成された第１本体層４２が配置されている。
重合繊維シート３４の第１層（最内層）に、曲げ剛性に影響する軸方向繊維に対する角度差が小さい繊維束群Ｚを用いることによって、プリプレグシート３２と重合繊維シート３４の第１層の繊維束ｚとの間の層間の剛性差を小さくでき、層間剥離を極力防止できる。これは、重合繊維シート３４の第１層から第４層をそっくりひっくり返して使用しても同じことが言える。

一方、重合繊維シート３４の第４層に繊維束群Ｚ’を用い、第５層に繊維束群Ｘを用いるが、繊維束群Ｘは殆ど曲げ剛性に影響せず、ほぼ無視できる。このため、第４層の繊維束群Ｚ’と第５層の繊維束群Ｘとの間に角度に大きな差があっても問題とはなり難い。

したがって、この実施例１のように、内側に軸方向の繊維が配向されたプリプレグシート３２を配置し、外側に重合繊維シート３４を配置した第３補強層５０を用いる場合、曲げの際の各層間の剛性差を小さくでき、安定した強度を発揮できる。

なお、図４（Ｂ）では、各繊維束群Ｘ，Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’はそれぞれ厚さを有する状態に描いている。これは、層を表わすために模式的に描いたものであり、実際には上述したように、重合繊維シート３４の最大厚さ部分は３軸の交点Ｎ_７を形成する３つの繊維束ｘ，ｙ，ｙ’を合わせた部分、交点Ｎ_８を形成する３つの繊維束ｘ，ｚ，ｚ’を合わせた部分である。

そして、シャフト１２は、通常の成形と同様に、第２本体層４４及び第２補強層４８の外側からテーピングにより締め付け成型される。このとき、重合繊維シート３４の交点Ｎ_１，Ｎ_２，Ｎ_３，Ｎ_４，Ｎ_５，Ｎ_６，Ｎ_７，Ｎ_８が存在することにより生じる凹凸は、重合繊維シート３４の内側にあるプリプレグシート３２、重合繊維シート３４の外側にある第１及び第２本体層４２，４４を形成するプリプレグシート２２，２４，２６によって吸収できる。このため、シャフト１２の外観上、重合繊維シート３４による凹凸の存在を除去できる。
また、重合繊維シート３４の交点Ｎ_１，Ｎ_２，Ｎ_３，Ｎ_４，Ｎ_５，Ｎ_６，Ｎ_７，Ｎ_８以外の部位において、各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’が各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’間に形成される空間内に入り込むので、重合繊維シート３４全体の厚さが厚くなるのを確実に抑制できる。

その後、マンドレル２０及びシャフト１２の加熱硬化、マンドレル２０の除去、テーピングのテープの除去、研磨等により、ゴルフクラブ用シャフト１２を得ることができる。このとき、シャフト１２の外観には、重合繊維シート３４のパターンは現れない。

［実施例２］
図５（Ａ）は図３中の破線Ｅで示す部位を拡大したものであり、図５（Ｂ）は図２（Ｂ）中のＳ_１−Ｓ_１線に沿う断面を模式的に示す。図５（Ｂ）に示すように、この実施例２では、重合繊維シート３４の外側に軸方向（０度）に引き揃えられたプリプレグシート３２が配置された例について説明する。

図５（Ｂ）に示すように、本実施例２に係る重合繊維シート３４は、管状にしたときに、内側から外側に向かって、第１層（最内層）が９０度の繊維束群Ｘで、第２層が−６０度の繊維束群Ｙ’で、第３層が＋６０度の繊維束群Ｙで、第４層が＋３０度の繊維束群Ｚで、第５層（最外層）が−３０度の繊維束群Ｚ’で形成されている。第５層の繊維束群Ｚ’の外側には、軸方向（０度）に引き揃えられたプリプレグシート３２が配置されている。すなわち、第３補強層５０は内側から外側に向かって、９０度、±６０度（第１の方向）、±３０度（第２の方向）、０度の順に配置されている。
このように、本実施例２では、最内層から外層に向かって徐々に角度が小さい繊維束を配置している。このため、シャフト１２の径方向に隣接する繊維束の層間の剛性差を少なくでき、層間剥離を防止できる。

そして、シャフト１２は、実施例１で説明したのと同様、通常の成形と同様に、第２本体層４４及び第２補強層４８の外側からテーピングにより締め付け成型される。このとき、重合繊維シート３４の交点Ｎ_１，Ｎ_２，Ｎ_３，Ｎ_４，Ｎ_５，Ｎ_６，Ｎ_７，Ｎ_８が存在することにより生じる凹凸は、重合繊維シート３４の外側にある第３補強層５０のプリプレグシート３２、第１及び第２本体層４２，４４を形成するプリプレグシート２２，２４，２６によって吸収できる。このため、シャフト１２の外観上、重合繊維シート３４による凹凸の存在を除去できる。

これら実施例１，２では、シャフト１２の他端（後端）１２ｂの内周側にある第３補強層５０をプリプレグシート３２及び重合繊維シート３４を貼り合わせて形成している。そして、重合繊維シート３４の傾斜方向繊維束を軸方向に近づける際に、軸方向（０度）と周方向（９０度）との間に２つの方向（３０度、６０度）に傾斜した繊維束ｙ，ｚを上下に隣接する繊維束の角度差が極力小さくなるように配置している。このため、隣接する繊維束ｙ，ｚの曲げ、潰れに対する剛性差を緩和でき、安定した強度を発揮できる。したがって、このようなゴルフクラブ用シャフト１２を用いて形成したゴルフクラブ１０を用いると、異方性の存在を抑制できるのに加えて、安定した打球が可能となる。

また、重合繊維シート３４の各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’は所定のピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３で配置しているので、各繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’の間に空間がある。また、繊維束ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’の繊維方向をシャフト１２の軸方向に対して所定の方向に配向している。このため、安定した強度を出しつつ、シャフト１２全体として軽量化を図ることができる。したがって、重合繊維シート３４を用いる場合、軸方向に対して傾斜した方向に引き揃えた繊維を含有するプリプレグシートを組み合わせて用いる場合に比べて軽量化を図ることができる。
その一方、軸方向に引き揃えた繊維を含有するプリプレグシート３２と合わせて重合繊維シート３４を用いる場合、重合繊維シート３４を追加したとしても、捩れ剛性、潰れ剛性等を強化しながらも、重量に影響を与えるのを防止できる。

次に、第２実施形態について図６及び図７を用いて説明する。この実施形態は第１実施形態の変形例であって、第１実施形態と同一の部材又は同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。

図６（Ａ）に示すように、この実施形態では、シャフト１２の一端１２ａ側の第１本体層４２と第１補強層４６との間に第４補強層５２を追加する例である。第４補強層５２は、第１実施形態で説明した第３補強層５０と同様に、軸方向に繊維方向を有するプリプレグシート３６と、重合繊維シート（繊維束強化樹脂シート）３８とを例えば貼り合わせて用いる。

図６（Ｂ）に示すマンドレル２０は、第４補強層５２を形成するため、図２（Ｂ）に示す第１及び第２テーパ部６２，６４の代わりに、第１から第４前側テーパ部７２，７４，７６，７８が形成されている。これら第１から第４前側テーパ部７２，７４，７６，７８によって、変位部７３，７５，７７も形成されている。
第１補強層４６を形成するプリプレグシート２８は、プリプレグシート２８を第１及び第２前側テーパ部７２，７４に巻回した場合、プリプレグシート２８の外周面とマンドレル２０の第３前側テーパ部７６の外周面とが面一又は略面一となるように形成されている。
第４補強層５２を形成するシートである、プリプレグシート３６及び重合繊維シート３８を貼り合わせたシートは、マンドレル２０の第３及び第４前側テーパ部７６，７８の外周面の外側にした場合、このシートの外周面と第３テーパ部６６の外周面とは面一又は略面一となるように形成されている。

そして、第３補強層５０、第４補強層５２、及びマンドレル２０の第３テーパ部６６の外周面に第１本体層４２を形成するプリプレグシート２２，２４が巻回され、その外側に第２本体層４４を形成するプリプレグシート２６が巻回される。したがって、この実施形態では、第１及び第２本体層４２，４４はシャフト１２の一端１２ａから他端１２ｂまで同じ傾きを維持できる。

図７（Ａ）は図３中の破線Ｅで示す部位を拡大したものであり、図７（Ｂ）は図６（Ｂ）中のＳ_２−Ｓ_２線に沿う断面を模式的に示す。図７（Ｂ）に示すように、この実施形態では、重合繊維シート３８の外側に軸方向（０度）に引き揃えられたプリプレグシート３６が貼り付けられた例について説明する。

図７（Ｂ）に示すように、本実施形態に係る重合繊維シート３８は、管状にしたときに、内側から外側に向かって、第１層（最内層）が−３０度の繊維束群Ｚ’で、第２層が−６０度の繊維束群Ｙ’で、第３層が９０度の繊維束群Ｘで、第４層が＋６０度の繊維束群Ｙで、第５層（最外層）が＋３０度の繊維束群Ｚで形成されている。
第１層（最内層）の繊維束群Ｚ’の内側には第１補強層４６として軸方向（０度）に引き揃えられたプリプレグシート２８が配置され、第５層（最外層）の外側には、軸方向（０度）に引き揃えられたプリプレグシート３６が配置されている。

このように、本実施形態では、重合繊維シート３８を、軸方向に引き揃えたプリプレグシート２８，３６で挟んだ状態とし、第３層（中間層）に向かって徐々に繊維方向の角度を大きくすることによって、シャフト１２の径方向に隣接する繊維束の層間の剛性差を少なくでき、層間剥離を防止できる。

また、マンドレル２０の第１前側テーパ部７２に対向する面が軸方向に引き揃えたプリプレグシート２８であるので、マンドレル２０を引き抜く際に、重合繊維シート３８に影響を与え難く、重合繊維シート３８の特に第１層の保形性が良い。すなわち、マンドレル２０をシャフト１２の軸方向に沿って引き抜く際に、繊維束ｚ’を軸方向にずらすのを防止できる。

そして、シャフト１２の一端（先端）１２ａの内周側にある第４補強層５２はプリプレグシート３６及び重合繊維シート３８を貼り合わせて形成しているので、プリプレグシート３６でシャフト１２の曲げ剛性を強化し、重合繊維シート３８で捩れ剛性、潰れ剛性等を強化できる。

また、上述した第１及び第２実施形態では、重合繊維シート３４，３８は、全てが繊維束で形成されているものとして説明した。その他の重合繊維シートの例として、軸方向に対して例えば９０度の周方向に繊維方向を有するプリプレグシートに対して上述した繊維束群Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’を貼り付けて固定した繊維束強化樹脂シート（重合繊維シート）を作成しても良い。同様に、軸方向に対して例えば＋３０度の方向、−３０度の方向に繊維方向を有するプリプレグシートに対して上述した繊維束群Ｘ，Ｙ，Ｙ’を固定した繊維束強化樹脂シート（重合繊維シート）を作成しても良い。
すなわち、プリプレグシートに複数の繊維束を固定した（貼り付けた）状態の重合繊維シート（繊維束強化樹脂シート）を、上述した重合繊維シート３４，３８と同様に用いても良い。この場合も、一部が繊維束で形成されているので、繊維束間に空間が形成される。このため、管状体の全部にプリプレグシート（空間なし）を用いる場合に比べて軽量化を図ることができる。
また、軸方向に繊維方向を有するプリプレグシートの一方及び他方の両面に繊維束を固定した（貼り付けた）場合、すなわち、繊維束強化樹脂層の層内に軸方向に繊維方向を有するプリプレグシートを設けた場合、軸方向に繊維方向を有する別のプリプレグシート３２，３６を配置しなくても、管状体としたときに異方性をなくすことができる。

なお、本実施形態では重合繊維シート３４，３８をゴルフクラブ１０のシャフト１２に用いる場合について説明した。その他、重合繊維シート３４，３８を魚釣り用の竿管（管状体）に配置することも好ましい。この場合も、魚釣り用の竿管（管状体）の長手軸方向に対して重合繊維シート３４，３８の繊維方向をずらして配置する。また、本実施形態に係る重合繊維シート３４，３８をテニスラケットの管状部分である管状体の少なくとも一部に用いることも好ましい。これらの場合も、プリプレグシート３２，３６で曲げに対する剛性を得つつ、重合繊維シート３４，３８の周方向に曲げによる剛性差（異方性）が生じるのを防止できる。

これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

１２…ゴルフクラブ用シャフト（管状体）、１２ａ…一端（先端）、１２ｂ…他端（後端）、２２，２４，２６，２８，３０，３２…プリプレグシート、３４…重合繊維シート（繊維束強化樹脂シート）、４２…第１本体層、４４…第２本体層、４６…第１補強層、４８…第２補強層、５０…第３補強層、Ｘ，Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’…繊維束群、ｘ，ｙ，ｙ’，ｚ，ｚ’…繊維束、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…ピッチ、Ｎ_１，Ｎ_２，Ｎ_３，Ｎ_４，Ｎ_５，Ｎ_６，Ｎ_７，Ｎ_８…重合繊維シート３４の交点、Ｗ…繊維束の幅。

Claims (4)

1. 所定方向に配向した強化繊維に合成樹脂を含浸させた複数のプリプレグシートを積層して形成した積層体からなる管状体であって、
   束ねた強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維束を所定ピッチに間隔を設けて配向した繊維束群を有する繊維束強化樹脂層を前記プリプレグシートの積層体の少なくとも一部に配置し、
   前記繊維束強化樹脂層の前記繊維束の繊維配向方向は、軸方向及び軸方向に対して直交する周方向に対して傾斜する傾斜方向に配向され、
   軸方向に引き揃えられた強化繊維に合成樹脂を含浸させたプリプレグシートにより形成される軸方向強化繊維層を前記繊維束強化樹脂層の層内、内側及び外側の少なくとも１つに配置するようにしたことを特徴とする管状体。
2. 前記傾斜方向に配向した繊維束の繊維方向は、前記軸方向及び周方向とは異なる第１の方向と、前記繊維束の繊維方向が前記軸方向及び周方向と異なるとともに前記第１の方向とは異なる第２の方向とを有することを特徴とする請求項１に記載の管状体。
3. 前記繊維束強化樹脂層の繊維束の上下方向の積層数よりも、各繊維束の交点における繊維束の重なり数を少なくした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。
4. 前記繊維束強化樹脂層は、前記軸方向に対して傾斜する傾斜方向に配向した強化繊維の繊維方向が少なくとも第１の方向と、前記第１の方向とは異なる第２の方向とを有することを特徴とする請求項１に記載の管状体。

Images