JP3375025B2 - スポーツ・レジャー用品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的大型の船舶の船
体外板や比較的小型のボートやヨット等の船体外板、サ
ーフィンボード等のマリン用品、あるいはスキー板やス
ノーボード等のスキー用品等の、スポーツ・レジャー用
品に関し、とくに繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰ
とも言う。）を用いた、スポーツ・レジャー用品に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰは、軽量でありながら優れた機械
的特性を有していることから、各種のスポーツ・レジャ
ー用品において、従来用いられていた軽量合金材や鋼
板、あるいは単なるプラスチックに代わる材料として注
目され始めている。中でも、比弾性率が大きく、かつ、
比強度が大きい炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチ
ック（以下、ＣＦＲＰとも言う。）は、高い機械的特性
を示す。

【０００３】ＦＲＰは、通常、複数層の強化繊維材に樹
脂が含浸され、成形されたものに構成されるが、成形
前、成形時の取扱い易さ、型への沿わせ易さ、成形後の
ＦＲＰとして優れた特性が得られること等の面から、強
化繊維材として織物の形態にした強化繊維織物が多用さ
れている。

【０００４】ところで、炭素繊維糸は、通常その繊度が
大きくなる程、プリカーサおよび耐炎化工程や焼成工程
での生産性が向上し、安価に製造することが可能とな
る。

【０００５】しかし、通常の強化繊維織物は、強化繊維
をほぼ円形断面に集束させた強化繊維糸を用いて織物に
しているので、織り込まれた状態においては、たて糸と
よこ糸が交錯する交錯部における強化繊維糸の断面が楕
円形で、織糸が大きくクリンプしている。特に、太い強
化繊維糸を使用した強化繊維織物では、太いよこ糸と太
いたて糸が交錯しているのでこの傾向が大きくなる。

【０００６】このため、強化繊維糸が大きくクリンプし
た強化繊維織物では、繊維密度が不均一となって高強度
特性を充分に発揮できない。また、強化繊維糸が大きく
クリンプしていると、成形されたＦＲＰの表面平滑性も
良くない。さらに、太い強化繊維糸を使用した強化繊維
織物は、一般に、織物目付や厚みが大きくなるため、プ
リプレグやＦＲＰを成形するときの樹脂含浸性が悪くな
る。

【０００７】従って、太い強化繊維糸を製織した強化繊
維織物を用いて得られるＦＲＰやＣＦＲＰは、樹脂中に
存在するボイドが多くなり高い強度特性が期待できな
い。

【０００８】一方、太い強化繊維糸を使用して織物目付
を小さくすると、強化繊維糸間に形成される空隙が大き
くなる。このため、織物目付の小さい強化繊維織物を用
いてＦＲＰやＣＦＲＰを成形すると、強化繊維の体積含
有率が低くなり、強化繊維糸間に形成される空隙部分に
樹脂のボイドが集中的に発生し、高性能な複合材料が得
られなくなるという欠点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
現状に着目し、とくにスポーツ・レジャー用品におい
て、特定の強化繊維織物を用いたＦＲＰを含む部材とす
ることにより、目標とする高強度化をはかりつつ軽量化
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
スポーツ・レジャー用品は、複数層の強化繊維材に樹脂
が含浸されてなる繊維強化プラスチックを含むスポーツ
・レジャー用品において、少なくとも１層の強化繊維材
が、単糸の糸幅が３〜１６ｍｍ、糸幅／厚み比が２０以
上の扁平で、かつ破壊歪みエネルギーが４．０ｍｍ・ｋ
ｇｆ／ｍｍ ³ 以上である炭素繊維糸をたて糸とよこ糸の
少なくとも一方とする強化繊維織物であって、前記たて
糸とよこ糸の少なくとも一方は織物の状態で繊維が並行
しており、カバーファクターが９５〜１００％である扁
平糸織物からなることを特徴とするものからなる。

【００１１】上記たて糸とよこ糸の少なくとも一方を、
上記扁平なを複数積層した形態とすることもできる。こ
のようにすれば、目付の大きな織物が可能となり、より
繊維体積含有率の大きなＦＲＰの成形が可能となる。

【００１２】また、本発明においては、強化繊維糸とし
て、とくに、高弾性率、高強度の炭素繊維糸が用いられ
る。そして、扁平な炭素繊維糸は、通常、マルチフィラ
メント糸の形態とされる。

【００１３】このような扁平な炭素繊維糸からなる織物
の織糸には、実質的に撚りがなく繊維が並行しているこ
とが必要である。ここで「実質的に撚りがない」とは、
糸長１ｍ当たりに１ターン以上の撚りがない状態をい
う。つまり、現実的に無撚の状態をいう。織物の状態で
実質的に撚りがないことが必要である。そのためには、
無撚の扁平な炭素繊維糸のボビンを横取り解舒させ、解
舒撚りが入らないようにたて糸およびよこ糸供給を行っ
て織物にする。

【００１４】織糸に撚りがあると、その撚りがある部分
で糸幅が狭く集束して分厚くなり、製織された織物の表
面に凹凸が発生する。このため、製織された織物は、外
力が作用した際にその撚り部分に応力が集中し、ＦＲＰ
等に成形した場合に強度特性が不均一となってしまう。

【００１５】扁平な炭素繊維糸単糸の糸幅は３〜１６ｍ
ｍの範囲とされる。この範囲の糸幅が製織し易く、糸厚
みとの関係から、最適な扁平状態が得やすい。糸幅／糸
厚み比は、２０以上とされる。２０未満では、１００％
に近いカバーファクターを得ようとすると、織糸のクリ
ンプを極小に抑えることが難しくなる。

【００１６】このような最適な扁平状態の、実質的に撚
りがない織糸からなる強化繊維織物は、織糸の繊度を大
きくしても、各織糸の交錯部におけるクリンプは極めて
小さく抑えられ、ＣＦＲＰにした際に高い強度特性が得
られる。クリンプが小さいので、ＣＦＲＰにした際の表
面平滑性が良く、所望のスポーツ・レジャー用品の表面
形態が容易に得られる。従来は、ＦＲＰの表面平滑性を
上げるために表面にガラスストランド等のマットを配設
することが多かったが、本発明に係る強化繊維織物を用
いると、このようなマット層なしで所望の表面平滑性を
得ることが可能となる。また、織糸の繊度を上げられる
ことから、織糸、ひいては強化繊維織物は、より安価に
製造される。

【００１７】また、クリンプが極めて小さく抑えられる
ので、織物目付を高く設定でき、かつ、織糸の扁平状態
を確保した状態にてカバーファクターを極めて高く、９
５〜１００％に設定することが可能となる。したがっ
て、本発明においては、カバーファクターをこの範囲に
規定している。このように、本発明においては、ＣＦＲ
Ｐにおいて、繊維含有率を高く設定できるとともに、織
糸間の樹脂リッチな部分を極めて小さく抑えることがで
き、高強度でかつ均一な強度特性を有する複合材料が得
られる。

【００１８】さらに、織物の形態で各織糸が扁平な状態
に維持されているから、樹脂の含浸性が極めてよい。し
たがって、一層均一な特性の複合材料が得られ、目標と
する強度特性が容易に得られる。

【００１９】ここで、カバーファクターＣｆ（％）と
は、織糸間に形成される空隙部の大きさに関係する要素
で、織物上に面積Ｓ₁ の領域を設定したとき、面積Ｓ₁
内において織糸に形成される空隙部の面積をＳ₂ とする
と、次式で定義される値をいう。 カバーファクターＣｆ＝［（Ｓ₁ −Ｓ₂ ）／Ｓ₁ ］×１
００

【００２０】本発明の強化繊維織物は、薄い扁平な炭素
繊維糸からなるたて糸やよこ糸を用いている。従って、
目抜け度の小さな、すなわちカバーファクターが大きな
織物となる。このようなカバーファクターの大きな強化
繊維織物を用いてＦＲＰを成形すると、均一な成形品が
得られ、樹脂中にボイドが入ったり、応力が集中するよ
うな繊維分布むらが発生しない。

【００２１】なお、上記のような扁平糸自身の作成方法
としては、たとえば、炭素繊維糸の製造工程において、
複数の炭素繊維からなる繊維束をロール等で所定の幅に
拡げ、扁平な形状にしてそのまま保持するか、あるいは
元に戻らないようにサイジング剤等で形態を保持させれ
ばよい。とくに、扁平形状を良好に保持するためには、
扁平糸に０．１〜１．５重量％程度の小量のサイジング
剤を付着させておくことが好ましい。

【００２２】前記扁平な炭素繊維糸をたて糸およびよこ
糸とする織物とする場合には、織物目付が１００〜３０
０ｇ／ｍ² であることが好ましい。また、扁平な炭素繊
維糸をたて糸とよこ糸の少なくとも一方とする織物であ
って、該たて糸とよこ糸の少なくとも一方が、扁平な炭
素繊維糸が複数積層されてなる織物とする場合には、織
物目付が２００〜６００ｇ／ｍ² であることが好まし
い。扁平な織糸であるため、このように複数積層した状
態で織成しても、クリンプは小さく抑えられる。そし
て、積層により織物の繊維密度を高めることができる。

【００２３】さらに、補助糸を用いた織物の形態とする
こともできる。補助糸としては、繊度が２，０００デニ
ール以下の細い繊維からなる扁平な織糸を使用すること
が好ましく、さらに好ましくは５０〜６００デニールで
ある。補助糸は、繊度が大きいとクリンプが大きくな
り、また、繊度が小さいと製織や取扱いに際して切断し
易い。この補助糸は、並行する扁平な織糸を一体に保持
することを目的に使用され、炭素繊維やガラス繊維など
の無機繊維、ポリアラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエ
ステル繊維などの有機繊維が使用でき、種類に関しては
特に限定はない。

【００２４】ここで、織物の繊維密度とは、次式で定義
される値をいう。 織物の繊維密度（ｇ／ｍ³ ）＝［織物目付（ｇ／
ｍ² ）］／［織物厚さ（ｍｍ）］ なお、織物目付（ｇ／ｍ² ）および織物厚さ（ｍｍ）
は、それぞれＪＩＳ Ｒ７６０２に準拠して測定した値
である。

【００２５】このような強化繊維織物からなる強化繊維
材が複数層積層され、樹脂が含浸されてＦＲＰに成形さ
れる。織物の積層構成としては特に限定されず、一方向
でも交差積層でもよい。

【００２６】本発明では、強化繊維織物に使用する強化
繊維糸として炭素繊維糸を使用しており、使用する炭素
繊維扁平糸の特性として、引張弾性率が高く、破壊歪エ
ネルギーが大きく、引張強度（引張破断強度）が高いこ
とが好ましい。引張弾性率としては、２０×１０³ ｋｇ
ｆ／ｍｍ² 以上であることが好ましく、破壊歪エネルギ
ーとしては、４．０ｍｍ・ｋｇｆ／ｍｍ³ 以上であるこ
とが好ましい。とくに、高破壊歪エネルギーとすること
により、成形されるＣＦＲＰの耐貫通衝撃性が向上し、
外部からの衝撃力、たとえば流木等によって船体外板に
衝撃力が加わった場合にも、高い耐貫通衝撃性を示すこ
とができ、スポーツ・レジャー用品に用いて好適なもの
となる。したがって、本発明では、使用する炭素繊維扁
平糸の特性として、破壊歪エネルギーが４．０ｍｍ・ｋ
ｇｆ／ｍｍ ³ 以上であることを規定している。炭素繊維
糸の引張強度としては、４５０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上であ
ることが好ましく、これによって、成形されるＣＦＲＰ
の強度が確保される。

【００２７】上記において、引張弾性率はＪＩＳ−Ｒ７
６０１に準拠して測定されるものである。破壊歪エネル
ギー（ｗ）は、ＪＩＳ−Ｒ７６０１に準拠して測定され
た引張強度をσ（ｋｇｆ／ｍｍ² ）を、上記引張弾性率
をＥ（ｋｇｆ／ｍｍ² ）としたとき、式、 ｗ＝σ² ／２Ｅ で定義されるものである。

【００２８】上述のような強化繊維織物からなる強化繊
維材が複数層積層され、該強化繊維材に樹脂が含浸さ
れ、ＦＲＰからなるスポーツ・レジャー用品に成形され
る。スポーツ・レジャー用品は、このＦＲＰ自身のみか
ら構成されてもよく、このＦＲＰを用いた構成、例え
ば、該ＦＲＰが芯材の両面に設けられたサンドイッチ構
造材に構成されていてもよい。サンドイッチ構造材とす
る場合には、その芯材には、例えば、発泡体（例えば、
発泡プラスチック）またはハニカム構造体からなる芯材
が好ましい。発泡体としては、例えば、ポリウレタン発
泡体が使用でき、ハニカム構造体としては、例えば、ポ
リアラミドペーパーおよびフェノール樹脂からなるもの
を使用できる。このようなサンドイッチ構造材は、とく
に、軽量であることを要求されつつ、高い耐貫通衝撃性
等を要求される用途、例えば、船体外板などに適してい
る。

【００２９】なお、本発明に係るＦＲＰ成形に使用する
マトリクス樹脂としては、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、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの
熱硬化性樹脂は、織物に含浸された状態ではＢステージ
である。また、マトリクス樹脂として、ナイロン樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ビスマ
レイミド樹脂等の熱可塑性樹脂も使用することができ
る。

【００３０】また、本発明に係る強化繊維材には、複数
種の強化繊維のハイブリッド構成を採用することもでき
る。例えば、船体外板にガラス繊維とケブラー繊維のハ
イブリッド構成を採ることができる。

【００３１】本発明に係るスポーツ・レジャー用品にお
いては、そのＦＲＰ成形に用いられる強化繊維織物を特
定の扁平糸織物としたので、軽量化は勿論のこと、表面
平滑性に優れ、かつ、機械的特性、とくに耐貫通衝撃性
に優れた部材を実現できる。したがって、このような優
れた特性を有するＦＲＰは、各種のスポーツ・レジャー
用品、例えば、比較的大型の船舶の船体外板や比較的小
型のボートやヨット等の船体外板、サーフィンボード等
のマリン用品、あるいはスキー板やスノーボード等のス
キー用品等に適用できる。

【００３２】

【実施例】以下に、本発明に係るスポーツ・レジャー用
品について、図面を参照して各々具体的に説明する。図
１は、本発明の一実施例に係るＦＲＰ製の船体外板を示
している。図において、１は比較的大型の船舶の船体、
あるいはボートやヨット等のマリン用品としての船体を
示している。２は甲板、３はデッキビーム、４はビーム
ブラケット、５は横フレームをそれぞれ示している。６
は船体外板を示しており、主としてこの船体外板６を、
本発明に係るＦＲＰで構成できる。

【００３３】船体外板６を本発明に係るＦＲＰで構成す
ることにより、軽量化を達成しつつ、望ましい機械的強
度を発揮でき、さらに、流木等による外部衝撃力に対
し、極めて高い耐貫通衝撃性を発揮できる。さらに、表
面平滑性が良いことから、マット層等を設けることな
く、望ましい平滑な表面に形成される。また、上記船体
外板６の他に甲板２等についても、本発明に係るＦＲＰ
で構成できる。

【００３４】図２は、サーフィンボード１１を示してお
り、そのボード本体１２やフィン１３を本発明に係るＦ
ＲＰで構成できる。例えば図３に示すように、ボード本
体１２を、発泡体からなる芯材１４の両面に（芯材１４
を囲むように）、本発明に係るＦＲＰ１５を設けてサン
ドイッチ構造材に構成すれば、軽量化、つまりサーフィ
ンボードに要求される浮力等を容易に達成しつつ、機械
的強度の高いボード本体を実現できる。

【００３５】図４は、スキー板２１を示しており、その
積層構成の一部を本発明に係るＦＲＰで構成できる。図
に示す例では、例えばポリエチレンからなる外板２２、
その外側にスチールからなるエッジ２３、外板２２上に
カーボン材２４およびガラスロービング２５、その上に
例えばポリウレタンからなるコア２６、コア２６の両側
にＡＢＳ樹脂等からなるサイド材２７、コア２６の上に
アルミニウムシート２８が積層され、その上に本発明に
係るＦＲＰやＣＦＲＰからなる板体２９が積層され、表
板として例えばＡＢＳ樹脂シート３０が設けられてい
る。

【００３６】このように、スキー板２１の一部を本発明
に係るＣＦＲＰで構成することにより、スキー板２１全
体の軽量化をはかりつつその機械的強度の向上をはかる
ことができる。なお、図示は省略するが、スノーボード
についても同構の構成を採ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスポーツ
・レジャー用品によるときは、特定の扁平糸織物を用い
て成形したＦＲＰを含む構成としたので、軽量化、高強
度化を達成しつつ、特に良好な表面平滑性および高い耐
貫通衝撃性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る船体外板を示す船舶又はボート等
の部分縦断面図である。

【図２】本発明に係るサーフィンボードの側面図であ
る。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う拡大断面図であ
る。

【図４】本発明のに係るスキー板の部分分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 船体 ２ 甲板 ６ 船体外板 １１ サーフィンボード １２ ボード本体 １３ フィン １４ 芯材 １５ ＦＲＰ ２１ スキー板 ２９ ＦＲＰやＣＦＲＰからなる板体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６３Ｂ 5/24 Ｄ０３Ｄ 15/00 Ａ Ｄ０３Ｄ 15/00 Ｂ２９Ｋ 105:08 // Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｘ (56)参考文献 特開 平６−55645（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−118988（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−237885（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−338478（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−336904（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 70/00 - 70/88 A63B 69/00 A63C 5/00 A63C 5/14 B32B 5/00 B63B 5/24 D03D 15/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数層の強化繊維材に樹脂が含浸されて
   なる繊維強化プラスチックを含むスポーツ・レジャー用
   品において、少なくとも１層の強化繊維材が、単糸の糸
   幅が３〜１６ｍｍ、糸幅／厚み比が２０以上の扁平で、
   かつ破壊歪みエネルギーが４．０ｍｍ・ｋｇｆ／ｍｍ ³
   以上である炭素繊維糸をたて糸とよこ糸の少なくとも一
   方とする強化繊維織物であって、前記たて糸とよこ糸の
   少なくとも一方は織物の状態で繊維が並行しており、カ
   バーファクターが９５〜１００％である扁平糸織物から
   なることを特徴とするスポーツ・レジャー用品。
2. 【請求項２】 前記たて糸とよこ糸の少なくとも一方は
   前記扁平な炭素繊維糸が複数積層されてなる、請求項１
   のスポーツ・レジャー用品。
3. 【請求項３】 前記繊維強化プラスチックが芯材の両面
   に設けられたサンドイッチ構造材に構成されている、請
   求項１または２のスポーツ・レジャー用品。
4. 【請求項４】 前記芯材が発泡体またはハニカム構造体
   からなる、請求項３のスポーツ・レジャー用品。
5. 【請求項５】 船体外板である、請求項１ないし４のい
   ずれかに記載のスポーツ・レジャー用品。
6. 【請求項６】 サーフィンボードである、請求項１ない
   し４のいずれかに記載のスポーツ・レジャー用品。
7. 【請求項７】 スキー板である、請求項１ないし４のい
   ずれかに記載のスポーツ・レジャー用品。
8. 【請求項８】 スノーボードである、請求項１ないし４
   のいずれかに記載のスポーツ・レジャー用品。