JP3714791B2

JP3714791B2 - 軽量ゴルフクラブ用シャフト

Info

Publication number: JP3714791B2
Application number: JP09906698A
Authority: JP
Inventors: 哲也渥美; 努伊吹; 郁朗滝口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: US6905422B2; JPH11197277A; US20010007836A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフクラブ用シャフト（以下単にシャフトという。）、特に曲げ剛性、曲げ強力、ねじり剛性、ねじり強力、及び、潰し強力といった従来シャフトの特性及び外径を維持したまま、従来シャフトの３５〜５０％に軽量化されたシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ゴルフクラブ用シャフトとして、補強繊維を引き揃え樹脂を含浸した、いわゆる一方向プリプレグを型となるテーパー付きの芯金に巻き付けて積層硬化した繊維強化複合材料（以下、ＦＲＰという。）製シャフトがその比剛性、比強度の高さ、その設計度の自由さから広く用いられている。
【０００３】
ＦＲＰ製シャフトでは、多くの場合、内側からアングル層、ストレート層の２層構造となっている。アングル層とは、補強繊維がシャフトの長手方向に対して＋θ、−θとなるように貼り併せたプリプレグを積層してなる層であり、ストレート層とは、補強繊維がシャフトの長手方向に対して±２０゜以下に配向したプリプレグを積層してなる層である。本発明においてもアングル層、ストレート層はこの定義の通りである。
【０００４】
そして、近年、ヘッドスピードの向上、シャフトの長尺化、ヘッドの大型化に伴うスイートエリアの拡大を目的としてシャフトの軽量化が進められている。
【０００５】
従来行われてきた、単にシャフトを構成するストレート層やアングル層を層数を減らすだけでは、それに対応してシャフトの曲げ剛性、曲げ強力やねじり剛性、ねじり強力及び潰し強力が低減するので問題があった。
【０００６】
シャフトの曲げ剛性、ねじり剛性を維持したまま軽量化する方法としては、（１）ストレート層、及び／又は、アングル層の層数を減らすと同時にこれらの層を構成する補強繊維の弾性率をより高弾性な補強繊維に換える方法、（２）シャフト自体の形状、主に外径を大きくし、厚みを減らす方法がある。
【０００７】
しかしながら、（１）の方法では、高弾性の補強繊維は一般に低強度のため、曲げ剛性、ねじり剛性は、従来のシャフトに比して遜色のない値となるが、曲げ強度、ねじり強力は単に層数を減らしたものと変わらないか、むしろ低下する結果となる。又、（２）の方法では、曲げ剛性の維持にはグリップ近くの外径を大きくすることが効果的であるがシャフトの使用感に難があり、採用されるに至っていない。
【０００８】
又、ＦＲＰ製シャフトのねじり剛性、ねじり強力を改善する方法として、実開昭６２−３３８７２号公報には、アングル層とストレート層からなるＦＲＰ製シャフトの最外層にさらにアングル層を設ける方法が開示されているが、この方法では、ＦＲＰ製シャフトの特にねじり剛性、ねじり強力の保持のため必要なアングル層が研磨等のＦＲＰ製シャフトの仕上げ加工のために失われることがあり、安定した品質のＦＲＰ製シャフトを得ることができないし、ＦＲＰ製シャフトの軽量化には寄与しない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは以上のことに鑑み、曲げ剛性、曲げ強力、ねじり剛性、ねじり強力、潰し強力といった従来シャフトの特性、外径を維持したまま、従来シャフトの３５〜５０％に軽量化されたシャフトについて鋭意検討を行い、本発明に到達した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のＦＲＰ層を積層してなるゴルフクラブ用シャフトであって、複数の繊維強化複合材料層を積層してなるゴルフクラブ用シャフトであって、シャフトの全長にわたって内側から第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層の順に繊維強化複合材料層を有し、第１アングル層の厚みが０．２〜０．４ｍｍ、第１ストレート層および第２ストレート層の厚みの和が０．２〜０．４ｍｍ、第２アングル層の厚みが０．０４〜０．１ｍｍ、第２アングル層の中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であり、シャフトのねじり強力が１２０ｋｇｆ・ｍ・度（１２００Ｎ・ｍ・度）以上、潰し強力が１０ｋｇｆ／１０ｍｍ以上、重量３０〜４５ｇである軽量ゴルフクラブ用シャフトをその要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の軽量シャフトのＦＲＰを構成する補強繊維としては、通常ＦＲＰの補強繊維として用いられる繊維であればよく、特に限定しないが、パラ系芳香族ポリアミド、高強度ポリエチレンといった有機系補強繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維といった、無機系繊維、金属系繊維が挙げられる。さらにこれらの繊維を２種以上組み合わせて用いることも可能である。本発明においては、補強繊維として、従来技術で述べたような特に高弾性な補強繊維を部分的あるいは全体に必ずしも用いる必要はない。
【００１２】
又、本発明の軽量シャフトのＦＲＰを構成するマトリックス樹脂としては、通常ＦＲＰのマトリックス樹脂と知られている樹脂であればよく、特に限定しないが、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、ポリビスマレイミド樹脂といった熱硬化性樹脂が一般的である。もちろん熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用いても本発明の本質的な部分は変わるところはない。
【００１３】
以下に述べるシャフトを形成する繊維強化複合材料層は、上記の強化繊維を引き揃え、上記マトリックス樹脂を含浸した、いわゆるプリプレグを用いて形成するのが一般的である。プリプレグの厚み、繊維目付、樹脂含有率等は特に限定しないが、各層の必要な厚み、巻き径から適宜選択できる。
【００１４】
本発明の軽量シャフトは、シャフト全長にわたって、内側から第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層の４層構造を主構造とし、さらに第２アングル層が０．０４〜０．１ｍｍ厚であり、その中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であることがシャフトの特性、シャフトの外径を変えずに軽量化し、さらに潰し強力とねじり強力を高い値でバランスを取るのに必要である。この配向角度が６５〜７０゜である場合は潰し強力が特に高くなり更に好ましい。
【００１５】
もちろん、本発明の目的を損ねない範囲で、第１、第２ストレート層、第１、第２アングル層の他に先端部の補強、径あわせ等の目的で他の層を設けてよいのは言うまでもない。
【００１６】
第１アングル層の厚みは、ＦＲＰ製シャフトで通常見られる厚みであればよく、特に限定しないが、製造時の型となる芯金を抜き取る際の縦割れの発生を防ぐためには、０．２〜０．４ｍｍ厚あることが好ましい。
【００１７】
もちろん、シャフトの全長にわたって同一厚みである必要はなく、本発明の目的とする曲げ剛性、曲げ強度、ねじり剛性、ねじり強力、潰し強力を犠牲にしない範囲で他の特性の向上を目的として自由に設計することが可能である。例えば、このような設計変更としては、下記の実施例で見られるようにねじり剛性、ねじり強力の向上を目的として、シャフトの細径端部の第１アングル層の厚みを太径端部のそれの２倍となるようにすることが挙げられる。
【００１８】
又、第１ストレート層、第２ストレート層の厚みは、その合計厚みが通常見られる２層構造シャフトのストレート層の厚み程度であればよく、特に限定しないが、通常合計厚みで０．２〜０．４ｍｍである。この合計厚みの第１、第２ストレート層への割り振りは、ＦＲＰシャフトの曲げ剛性、曲げ強力等を考慮して行えばよいが、両者同一厚みであっても差し支えない。
【００１９】
第１、第２ストレート層の厚みは、それぞれ０．１〜０．２ｍｍ、０．１〜０．２ｍｍ、合計で０．２〜０．４ｍｍであることが、ＦＲＰシャフトに適度な曲げ剛性、曲げ強力を付与する点からもっとも好ましい。
【００２０】
そして、第２アングル層の厚みは、０．０４〜０．１ｍｍであることが、上述したように本発明の目的であるシャフトの特性、シャフトの外径を変えずに軽量化することに必要であり、その中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であることが潰し強力を１０ｋｇ／１０ｍｍ以上に保つのに必要である。
そして、このような薄い第２アングル層は、繊維目付１８〜５５ｇ／ｍ²、さらに好ましくは１８〜３０ｇ／ｍ²の極薄プリプレグ（厚み０．０５ｍｍ以下）、例えば、三菱レイヨン株式会社製プリプレグＨＲＸ３３０Ｍ０２５Ｓ（プリプレグ目付２５ｇ／ｍ²、樹脂含有率４５％、厚み０．０２５ｍｍ）、ＭＲ３４０Ｋ０２０Ｓを用いることで容易に実現可能である。
【００２１】
【実施例】
本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
以下、単に「゜」と記載する繊維方向は常にシャフトの長手方向に対して測定した角度を表す。
【００２２】
（プリプレグ）
実施例に用いたプリプレグを表１に示した。
【００２３】
（ねじり強力、ねじり剛性の測定）
製品安全協会策定のゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法（通商産業大臣承認５産第２０８７号・平成５年１０月４日）のねじり試験に準拠して行った。
【００２４】
有限会社メカトロニクスエンジニアリング製の５ＫＮユニバーサルテスタを用いて、シャフトの細径端部を固定し、太径端部にトルクをかけていき、シャフトがねじり破壊を生じたときのトルクをねじり強力とした。
【００２５】
（曲げ強力）
シャフトのＴ点（細径端部から９０ｍｍ）、Ａ点（同１７５ｍｍ）、Ｂ点（同５２５ｍｍ）、Ｃ点（太径端部から１７５ｍｍ）を中心としてスパン３００ｍｍ（Ｔ点のみ１５０ｍｍ）で３点曲げ試験を行い、その強力を示した。圧子は７５ｍｍＲ、支持は１２．５ｍｍＲとした。
【００２６】
（潰し強力の測定）
万能圧縮試験機を用い、シャフトの太径端部からａ点（１０ｍｍ）、ｂ点（同１００ｍｍ）、ｃ点（同２００ｍｍ）、ｄ点（同３００ｍｍ）を中心に長さ約１０ｍｍの試験片を作成し圧縮試験を行い、その強力を示した。
【００２７】
（曲げ剛性の測定）
シャフトの太径端部を固定し細径端部から１０ｍｍの位置に１ｋｇの荷重をかけ、たわみ量を測定した。
【００２８】
（実施例１）
細径端部外径５．２５ｍｍ、太径端部外径１４．０５ｍｍ、長さ９５０ｍｍのテーパーのついた芯金の上に以下の（１）〜（７）に示したようにして９０°補強層、第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層、先端部補強層を順に形成した。
【００２９】
（１）プリプレグを繊維方向が９０°となるように芯金に巻き付けたとき、細径端部、太径端部において１層となるようにプリプレグＤを概台形に裁断し、芯金の上に巻き付け、９０°補強層を形成した。
【００３０】
（２）プリプレグを繊維方向が＋４５゜となるように芯金に巻き付けたとき、細径端部においては２層、太径端部においては１層となるようにプリプレグＡを裁断し、又、繊維方向が−４５゜となるように巻き付けたときも同様となるようにプリプレグＡを裁断し、これらのプリプレグを繊維方向が交差するように貼り併せた。この貼り合わせプリプレグを芯金の上に巻付け、第１アングル層を形成した。
【００３１】
（３）プリプレグを繊維方向が０゜となるように第１アングル層の上に巻き付けたとき細径端部、太径端部ともに１層となるようにプリプレグＢを裁断し、これを第１アングル層の上に巻付け第１ストレート層を形成した。
【００３２】
（４）プリプレグを繊維方向が＋７０゜となるように第１ストレート層の上に巻き付けたとき、細径端部、太径端部ともに１層となるようにプリプレグＣを裁断し、又、繊維方向が−７０゜となるように巻き付けたときも同様となるようにプリプレグＣを裁断し、これらのプリプレグを繊維方向が交差するように貼り併せた。この貼り合わせプリプレグを第１ストレート層の上に巻付け、第２アングル層を形成した。
【００３３】
（５）プリプレグを繊維方向が０゜となるように第２アングル層の上に巻き付けたとき細径端部、太径端部ともに１層となるようにプリプレグＥを裁断し、これを第２アングル層の上に巻付け第２ストレート層を形成した。
【００３４】
（６）プリプレグを繊維方向が０°となるように第２ストレート層の上に巻き付けたとき細径端部及び細径端部から３００ｍｍの位置において１層となるように概台形にプリプレグＥを裁断し、これを第２ストレート層の上に巻き付け先端部補強層を形成した。
【００３５】
（７）プリプレグを繊維方向が０°となるように先端部補強層の上に巻き付けたとき細径端部の外径が８．５ｍｍとなるように概三角形にプリプレグＦを裁断し、これを先端部補強層の上に巻き付け細径端部径調整層を形成した。
【００３６】
これらの層の上から幅２０ｍｍ、厚み３０μｍのポリプロピレンテープを２ｍｍピッチで巻付け１４５℃の硬化炉中に２４０分入れ硬化した。
【００３７】
ポリプロピレンテープをはぎ取り、芯金を抜き取った後、細径端部、太径端部側からそれぞれ１０ｍｍを切断除去し、重量３７ｇ、長さ１１４５ｍｍ、外径細径側８．５ｍｍ、外径太径側１５．０ｍｍのシャフトを得た。
このようにして得られたシャフトは表２に示す特性を有するシャフトであった。
【００３８】
（比較例１）
（１）実施例１の（１）と同様に９０°補強層を形成した。
（２）実施例１の（２）と同様に第１アングル層を形成した。
（３）実施例１の（３）と同様に第１ストレート層を形成した。
（４）第１ストレート層の上にプリプレグを繊維方向が＋２０°となるように巻きつけたとき、細径端部、太径端部ともに１層となるようにプリプレグＣを裁断し、又、繊維方向が−２０°となるように巻き付けたときも同様となるようにプリプレグＣを裁断し、これらのプリプレグを繊維方向が交差するように貼り合わせた。この貼り合わせプリプレグを第１ストレート層の上に巻き付け、第２アングル層を形成した。
（５）実施例１の（５）と同様に第２ストレート層を形成した。
（６）実施例１の（６）と同様に先端部補強層を形成した。
（７）実施例１の（７）と同様に細径端部径調整層を形成した。以下は実施例１と同様に加熱硬化して、重量３７ｇ、長さ１１４５ｍｍ、外径細径側８．５ｍｍ、太径側１５．０ｍｍのシャフトを得た。
このようにして得られたシャフトは表２に示す特性を有するシャフトであった。
【００３９】
（比較例２）
実施例１の第２アングル層を設けず、その代わり第１アングル層を構成する繊維方向が＋４５゜、−４５゜のプリプレグＡの積層数がそれぞれ細径端部において２．１層、太径端部において１．１層となるようにした他は実施例１と同様にして、重量３７ｇ、長さ１１４５ｍｍ、外径細径側８．５ｍｍ、外径太径側１５．０ｍｍのシャフトを得た。
このようにして得られたシャフトは表２に示す特性を有するシャフトであった。
【００４０】
（実施例２〜４、比較例３〜５）
第１アングル層を形成するプリプレグをプリプレグＧに代え、第２アングル層の角度を±２０゜（比較例３）、±４５゜（比較例４）、±６０゜（実施例２）、±７０゜（実施例３）、±７５゜（実施例４）、及び、±８０゜（比較例５）にそれぞれ代えたほかは、実施例１と同様にして、重量３８ｇ、長さ１１４５ｍｍ、外径細径側８．５ｍｍ、太径側１５．０ｍｍのシャフトをそれぞれ得た。
得られたシャフトの特性値は表３に示した。
【００４１】
【表１】

【００４２】
【表２】

【００４３】
【表３】

【発明の効果】
本発明によれば、曲げ剛性、曲げ強力、ねじり剛性、ねじり強力、潰し強力といった従来のシャフトの特性、外径を維持したまま、従来シャフトの３５〜５０％に軽量化されたシャフトが得られる。

Claims

複数の繊維強化複合材料層を積層してなるゴルフクラブ用シャフトであって、シャフトの全長にわたって内側から第１アングル層、第１ストレート層、第２アングル層、第２ストレート層の順に繊維強化複合材料層を有し、第１アングル層の厚みが０．２〜０．４ｍｍ、第１ストレート層および第２ストレート層の厚みの和が０．２〜０．４ｍｍ、第２アングル層の厚みが０．０４〜０．１ｍｍ、第２アングル層の中の補強繊維の配向角度がシャフトの長手方向に対して６０〜７５゜であり、シャフトのねじり強力が１２０ｋｇｆ・ｍ・度（１２００Ｎ・ｍ・度）以上、潰し強力が１０ｋｇｆ／１０ｍｍ以上、重量３０〜４５ｇである軽量ゴルフクラブ用シャフト。
シャフトの細径端部の第１アングル層の厚みが太径端部の第１アングル層の厚みの２倍である請求項１記載の軽量ゴルフクラブ用シャフト。