JP3373258B2 - 管状体 - Google Patents

管状体

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JP3373258B2
JP3373258B2 JP21948993A JP21948993A JP3373258B2 JP 3373258 B2 JP3373258 B2 JP 3373258B2 JP 21948993 A JP21948993 A JP 21948993A JP 21948993 A JP21948993 A JP 21948993A JP 3373258 B2 JP3373258 B2 JP 3373258B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば、釣り竿、ゴル
フシャフト等に使用されるもので、複数層のプリプレグ
を巻回して形成してある管状体に関する。 【0002】 【従来の技術】従来一般には、管状体を形成するに、中
間層においてPAN系の炭素繊維を使用したプリプレグ
を巻回して構成していた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】このような従来構成に
おいては、管状体の曲げ歪みが大きくなると、弾性率が
高くなり、柔軟性が欠如してくる傾向にあった。この傾
向を掴む為に、次のような試験設備を利用して、撓みを
測ってみた。詳しいテスト方法及びテストピースについ
ては、実施例において詳述する。ここでは、結果のみを
記すが、図5に示すグラフとそのグラフのもとになった
測定値の表1とで示すように、 【0004】 【表1】【0005】実測撓み値と理論撓み値との比が、テスト
荷重が大きくなるほど、つまり、撓みが大きくなる程、
低い値になっている。これは、撓みが大きくなるほど、
弾性率が高くなり、柔軟性が低下してきたことを意味す
る。つまり、理論撓み値は、平板での曲げ試験で得られ
た繊維の弾性率を、炭素繊維量の体積含有率に換算して
新たに計算し、その換算弾性率(表1、表2に示す)を
用いて算出される。これは、実際のテストピースとは、
使用材料等に起因する炭素繊維量の変動、樹脂量の変動
により、理論撓み値とは一致しないことを意味する。し
かしながら、実測撓み値と理論撓み値との比は100%
とはならないものの、荷重が増加して撓み量が大きくな
っても一定の比率になることが予想されていたが、中間
層にPAN系の炭素繊維を使用した場合には、荷重が増
すと実測値と理論値の比が小さくなり、弾性率が高くな
っている。そうすると、釣り竿に使用した場合には、魚
の引きによって竿が曲がった場合に柔軟性が低下し、そ
の魚の引きを竿の弾性ではためることができず、糸切れ
を起こしたり、魚の口切れを起こしたりすることがあっ
た。また、ゴルフシャフトとして使用した場合にも、ク
ラブフェイスがボールを支えている地面内に深く入り込
み過ぎたりすると、撓みが大きくなると同時に柔軟性を
失い、折損し易くなることもある。又、撓み量の違いに
よって弾性率が異なるものになるので、それによって、
竿の調子が変化し、釣り操作が難しい面もあった。本第
1発明の目的は管状体が曲げ作用を受けて撓みを生じた
状態においても、柔軟性が低下せず、釣り竿として使用
した場合に、竿操作を円滑に行うことができ、かつ、ゴ
ルフシャフトとして使用した場合にも切損しにくい管状
体を提供する点にある。また、上記課題を達成すべく、
ピッチ系炭素繊維を長手方向に使用したときには、PA
N系炭素繊維を使用した場合と比較して強度が小さく釣
竿等の管状体として機能をさせにくいのが一般的であ
る。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明による特徴構成は
内面層、中間層、外面層を、炭素繊維と樹脂とで管状に
形成するとともに、内面層及び外面層として、周方向に
並び沿わせたPAN系の炭素繊維に樹脂を含浸させたプ
リプレグを巻回し、中間層として、前記PAN系の炭素
繊維の弾性率よりも大きな弾性率を有し軸芯方向に並び
沿わせたピッチ系の炭素繊維に樹脂を含浸させたプリプ
レグを巻回してある点にあり、その作用効果は次の通り
である。 【0007】 【作用】まず、ピッチ系の炭素繊維と樹脂とを、中間層
に使用した竿について図4及び表2に示す。 【0008】 【表2】 【0009】この図によると、PAN系の炭素繊維を使
用した場合と比べると、撓みが大きくなる400g荷重
点において、理論撓み値に対する比率が200g荷重点
における比率と略同一であり、600g荷重点において
は上昇している。したがって、このような弾性体を竿に
使用すると、魚の引きによって竿が曲がっても、その状
態で初期以上の柔軟性をもっているので、その竿の柔軟
性を利用して、更なる魚の締め込みに対しても竿でため
て堪えることができ、糸切れや魚の口切れ等を回避でき
る。また、ゴルフシャフトに使用した場合には、大きな
撓みを生ずるような反力を受けても、その弾性によっ
て、切損することはない。 【0010】 【発明の効果】したがって、竿としては、魚とのやりと
り操作において扱い易いものになる。また、ゴルフシャ
フトに使用した場合にも、切損しにくいシャフトとする
ことができる。また、曲がりが大きくなる程、弾性を発
揮するので、突発的に作用する魚の引き等に対しても、
その弾性で十分に対応できる。しかも、管状体が曲げを
受けてその管状体の断面が横長に変形し、管状体の外面
と内面とにおいては引張力と圧縮力が作用するので、弾
性率が小さく圧縮強度等の機械的強度の高いPAN系の
炭素繊維を引張力等が作用する周方向に配置したプリプ
レグを使用し、比較的変形の少ない中間層には、弾性率
が大きく機械的強度の落ちるピッチ系の炭素繊維を使用
したプリプレグを配置することによって、夫々が、互い
の弱点を補うことができ、したがって、竿として弾性率
が高く、それによって張りのある構成をとりながら、亀
裂の発生等を抑制する機械的強度の高いもので、かつ、
糸切れや魚の口切れ等を未然に回避できる管状体を提供
でるに至った。 【0011】 【実施例】図1に示すように、内面層A,中間層B,外
面層C、夫々を、炭素繊維1にエポキシ樹脂2を含浸さ
せたプリプレグを巻回して管状に形成するとともに、内
面層A及び外面層Cにおける炭素繊維1の引き揃え方向
S,Sを管状の周方向に設定し、中間層Bの炭素繊維1
の繊維方向Sを管状の軸芯方向に設定してある。但し、
外面層Cにおいては繊維方向Sを軸芯方向に設定する場
合もある。内面層A,中間層Bはプリプレグのシートを
巻回したものであり、外面層Cはプリプレグのシートを
5mm幅の細幅テープ状にして、このテープを突き合わせ
状態で巻回し、管状体を形成する。この管状体は、図示
してはないが、この後さらに成形用のポリエステルテー
プを巻回し焼成後、塗装を施して、釣り竿等になる。代
表例として、各炭素繊維の組成を記すと、内面層Aとし
ては、プリプレグシートであって、PAN系の炭素繊維
を用い、弾性率は30t/mm2 、炭素繊維密度30g/m
2、樹脂量が重量比で40%である。中間層Bにおいて
は、プリプレグシートであって、ピッチ系炭素繊維とし
て、弾性率は70t/mm2、炭素繊維密度は150g/
2、樹脂量が重量比で25%のものを使用している。
外面層Cとしては、プリプレグのテープであって、PA
N系の炭素繊維を用い、弾性率は30t/mm2、炭素繊維
密度23g/m2、樹脂量が重量比で40%である。こ
の管状体では、内外面層におけるプリプレグ厚みは0.
03mm程度の厚みに形成し、中間層Bにおける各プリプ
レグ厚みは0.2mm程度の厚みに形成してある。上記し
た炭素繊維の組成は1例であり、仕様に合わせて変更す
る。次ぎに、管状体における撓み測定方法について説明
する。図3に示すように、撓みの測定装置Xとしては、
長さを1Mに細断したテストピース7を取り付ける取り
付け台6と、テストピース7の元側に装着する中実丸棒
11と、テストピース7の先端に装着する中実丸棒8
と、錘り9と読み取り具10である。取り付け台6は測
定に影響しないように充分な剛性を持たせてある。テス
トピース7としては、次のようになる。表2に示すよう
に、内外層A,Cとしては、PAN系の炭素繊維を用い
た樹脂テープであり、弾性率は24t/mm2 、炭素繊維密
度27.5g/m2、樹脂量が重量比で42%である。
中間層Bにおいては、ピッチ系炭素繊維として、弾性率
は60t/mm2 〜75t/mm2、炭素繊維密度は150g/
2、樹脂量が重量比で25%のものを二層3,4に重
ねて使用している。 【0012】次ぎに、この装置で撓みを実測するのであ
るが、それに先立って、弾性率を一定とした撓みの理論
値を計算で求める必要がある。そこで、図6を基にし
て、その計算方法を記すと、まず、材料力学の基本公式
を適用する為に、テストピース7及び中実丸棒8、中実
丸棒11の長さを200分の1等分して、通常の撓み式
を当てはめて、撓み角を計算し、その計算によって算出
した撓み角を利用し差分法によって撓みWを算出する。
全長が短い場合は100分の1に等分する。つまり、一
般式dθ/dS=M/EI を基本式とする。ここに、
θは撓み角、Sは長さであり、Mは曲げモーメント、E
は弾性率(表1に示す)、Iは断面二次モーメントを示
す。上式を200等分した各部分に適用すると、 となる。ここに、 Δθk :k番目とk+1番目の部分のなす角度 ΔSk :k番目の部分の長さ Ek :k番目の部分の中点での弾性率 Ik :k番目の部分の中点での断面二次モーメント Mk :k番目の部分の中点での荷重によるモーメント さて、 ΔSk は分割長によって決まる Ek は分割部中点の材料構成によって決まる Ik は分割部中点の内径・外径によって決まる Mk は分割部中点と荷重点との水平距離及び荷重によっ
て決まる 以上より、Δθk が求まる。そして、各分割部の位置
は、図6に示すように、k番目とk+1番目の部分の座
標を(Xk+1,k+1 )、(Xk,k )とすると、 Xk+1 =Xk +ΔSk COS(θ0 −Σi=1,k Δθi ) Yk+1 =Yk +ΔSk SIN(θ0 −Σi=1,k Δθi ) (Xn,n )が算出でき、これによって撓みWを算出で
きる。このようにして計算した値と測定した値を前記し
た表2に示した。この表2に基づいて作成したグラフを
図4に示した。このグラフによって判断すると、600
gの荷重点において理論撓みに近ずき、弾性が発現する
ことが分かり、図5に示したPAN系のものに比べる
と、その違いがハッキリする。 【0013】〔別実施例〕図3に示すように、内外面層
A,Cの構成は前記した実施例のものと同様で、中間層
Bの構成として、ピッチ系炭素繊維を使用したプリプレ
グを複数層に巻回したものであってもよい。尚、この場
合にも、炭素繊維の引き揃え方向は管状の軸芯方向に沿
った方向である。 【0014】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】 【図1】プリプレグで竿を形成する状態を示す斜視図 【図2】図1に対応した竿の断面図 【図3】撓み測定装置を示す構成図 【図4】中間層にピッチ系炭素繊維を使用した竿の撓み
比率を示すグラフ 【図5】従来のPAN系炭素繊維を使用した竿の撓み比
率を示すグラフ 【図6】撓む竿を等分割して座標化した状態を示すグラ
フ 【符号の説明】 1 炭素繊維 2 樹脂 A 内面層 B 中間層 C 外面層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 70/00 - 70/88 A01K 87/00 A63B 53/10 C08J 5/24

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 内面層(A)、中間層(B)、外面層
    (C)を、炭素繊維(1)と樹脂(2)とで管状に形成
    するとともに、内面層(A)及び外面層(C)として、
    周方向に並び沿わせたPAN系の炭素繊維(1)に樹脂
    (2)を含浸させたプリプレグを巻回し、中間層(B)
    として、前記PAN系の炭素繊維(1)の弾性率よりも
    大きな弾性率を有するピッチ系の炭素繊維(1)に樹脂
    (2)を含浸させたプリプレグを巻回してある管状体。
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