JP3898079B2 - 管状体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、釣竿用の竿管、ゴルフクラブのシャフト等の管状体に関し、具体的には、強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートを巻回して構成される各種の管状体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記した構成の管状体は、通常、芯金に対してプリプレグシートを重合するように巻回し、その上にセロハンテープを巻回して安定させた後、これを加熱炉において合成樹脂を熱硬化し、その後、冷却して、脱芯、セロハンテープの剥離、研磨、塗装等の工程を経て作成されている。この場合、芯金に対して巻回される上記プリプレグシートは、管状体の用途、要求特性等に応じて、その強化繊維の種類、引揃方向、シートの厚さ、樹脂含浸量、巻回態様等に関して、様々な構成のものが用いられている。例えば、薄肉で周方向に強化繊維が引き揃えられたプリプレグシートを最内層となるように巻回し、厚肉で軸長方向に強化繊維が引き揃えられたプリプレグシートを中間層となるように巻回し、薄肉で周方向に強化繊維が引き揃えられたプリプレグシートを最外層となるように巻回した、いわゆる３層構造とすることにより、高強度な管状体が得られることが知られている。
【０００３】
ところで、上記したような厚肉の中間層を形成する場合、１枚のプリプレグシートを複数回巻回して構成すると、巻き始めと巻き終りの繊維方向が変化（傾斜）したり、シワ等の発生により偏肉するため、このような状況が生じないように、例えば、特開昭５５−７４７３９号に開示されているように、複数枚のプリプレグシートを１プライづつ別けて巻回することが一般的に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように、プリプレグシートを芯金に対して１プライすると、その端部同士は必然的に重ね代（一端部の表面と他端部の裏面が重なり合う）となってしまうため、この部分において肉厚の変化、すなわち厚肉部が生じてしまう。このように、周方向において一部に厚肉部が形成されてしまうと、管状体として、方向性や強度のバラつきが生じたり、重量化するという問題が生じる。本発明は、周方向において肉厚変化を少なくして、プリプレグシートの積層状態の真円度が向上した管状体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の管状体は、強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートを巻装した巻回層を有する管状体において、前記巻回層は、最内層の上に順に第１の中間層と第２の中間層と最外層とを巻回して形成され、前記第１の中間層のみが、両端部に肉厚の薄い傾斜部を形成したプリプレグシートを、それぞれの傾斜部を重ね合わせて薄肉部を形成するように巻回されることを特徴とする。このような肉厚が互いに薄い傾斜部を重合させると、その重合領域は、薄肉状となるが、加熱硬化時において、周囲から樹脂や繊維が流れ込むため、そのような薄肉部は埋められてしまい、結果として、周方向において肉厚の変化の無い層が形成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に沿って説明する。図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態を示す図であり、図１（ａ）は管状体の構成を示す図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図、そして、図２は、図１（ｂ）に示すような巻装状態が得られるプリプレグシートの芯金に対する一配置例を示している。
【０００７】
図１（ａ）に示す管状体１は、強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートを巻装して構成された、いわゆるＦＲＰ製であり、その断面構造を図１（ｂ）に示す。この実施の形態の管状体の基本構成は、強化繊維を周方向に引揃たプリプレグシートで構成される最内層３と、強化繊維を軸長方向に引揃たプリプレグシートで構成される中間層５と、強化繊維を周方向に引揃たプリプレグシートで構成される最外層７とによるものであり、最内層及び最外層は、夫々１プライのプリプレグシートで構成され、中間層は、１プライづつ巻回されるプリプレグシート５ａ，５ｂで構成されている。
【０００８】
上記１プライされるプリプレグシート５ａ（５ｂ）の幅は、実際に巻回したときに、その両端部が重合しない寸法となるように裁断されており、これにより、図に示すように、その重ならない端部同士による目開き部６ａ（６ｂ）が形成される。そして、その目開き部６ａ（６ｂ）には、このプリプレグシートと隣接するプリプレグシートの重合部が位置される。具体的には、本実施の形態の場合、内層側のプリプレグシート５ａによって形成される目開き部６ａには、最内層３のプリプレグシートの重合部３ａが位置され、外層側のプリプレグシート５ｂによって形成される目開き部６ｂには、最外層７のプリプレグシートの重合部７ａが位置される。
【０００９】
このような巻装状態が得られる各プリプレグシートの配置例が図２に示されている。以下、図１（ｂ）と図２を対比しながら説明する。最内層となるプリプレグシート（符号３で示す）とプリプレグシート５ａは、互いに重ね代が無い状態で一体化されている。また、プリプレグシート５ｂと最外層となるプリプレグシート（符号７で示す）は、同様に互いに重ね代が無い状態で一体化されている。各プリプレグシートは、夫々芯金１０に対して１プライされるのであり、プリプレグシート３，７は、夫々端部が重合されるような幅に設定されており、プリプレグシート５ａ，５ｂは、夫々上記したような目開き部６ａ，６ｂが形成される幅に設定されている。
【００１０】
そして、このように配置構成されたプリプレグシートを、まずプリプレグシート３の端縁Ｐ１を芯金１０の外表面に当て付けて、時計周りに巻回して行く。１プライした時、プリプレグシート３の端部同士は重合し、重合部３ａが形成される。引き続き一体化されているプリプレグシート５ａを巻回して行くと、予め設定された大きさにより、１プライした時、目開き部６ａが形成されると共に、この部分に上記した重合部３ａが位置される。
【００１１】
次に、プリプレグシート５ｂの端縁Ｐ２を、すでに巻回されているプリプレグシート５ａの外表面に当て付けて、同様に時計周りに巻回して行く。このとき、端縁Ｐ２を当て付ける位置は、どの位置であっても差支えないが、好ましくは、バランスを考慮して、目開き部６ａと対向する位置にするのが良い（図示せず）。プリプレグシート５ｂを１プライした時、予め設定された大きさにより、目開き部６ｂが形成され、そして、引き続き一体化されているプリプレグシート７を巻回して１プライすると、目開き部６ｂの部分にプリプレグシート７の重合部７ａが位置する。
【００１２】
そして、その後、常法に従って、このようにプリプレグシートが巻回された芯金１０を加熱すると、目開き部６ａ，６ｂには、その周辺領域、特にその層と隣接する層による各重合部３ａ，７ａから、樹脂及び繊維が流入して、その間隙が埋められる。そして、最終的には、プリプレグシート３，７、およびプリプレグシート５ａ、５ｂによって形成される巻回層は、周方向において肉厚の変化が無くなった状態となる。これは、本来、厚肉部を形成してしまう重合部による樹脂、繊維が、対応する位置に配されている各目開き部６ａ，６ｂに流入したことによって均等化されることによるものである。したがって、最終的に形成される管状体１には、プリプレグシートによって構成される各層に肉厚変化がなくなって、方向性や強度にバラつきが生じたりすることはない。また、予め目開き部を形成したことにより、その分の軽量化が図れる。
【００１３】
上記した実施の形態において、各プリプレグシートについては、特に限定されることはないが、例えば、以下のように構成することができる。中間層を構成するプリプレグシート５ａ，５ｂは、その肉厚を０．０３mm（好ましくは０．０８mm）〜０．２mmの範囲に設定することが好ましい。また、最内層、最外層を構成する各プリプレグシート３，７は、その肉厚を０．０１mm〜０．０７mm（好ましくは０．０５mm）の範囲に設定することが好ましい。また、中間層を構成するプリプレグシート５ａ，５ｂの樹脂含浸量は、１０ｗｔ％〜３０ｗｔ％（５０ｗｔ％以下でも可）とし、最内層、最外層を構成するプリプレグシート３，７の樹脂含浸量は、２３ｗｔ％〜６０ｗｔ％とすることが好ましい。実際には、プリプレグシート５ａ，５ｂの目開き部６ａ，６ｂに樹脂が流れ込みやすいように、プリプレグシート３，７の方の樹脂含浸量を多くすることが好ましい。
【００１４】
各プリプレグシートの強化繊維としては、カーボン、ガラス、ボロン、アラミド、アルミナ等、有機繊維や無機繊維を用いることができる。なお、実際にカーボン繊維を使用する場合、通常は繊維弾性率が２４ｔ／ｍｍ^３ 〜６０ｔ／ｍｍ^３ のものが用いられるが、これよりも大きくても小さくても良い。また、樹脂としては、エポキシ、ポリエステル等の熱硬化性合成樹脂が用いられる。
【００１５】
また、上記した構成では、最内層、最外層を各１層、中間層を２層としたが、他のプリプレグによる層を付加してもよいし、長手方向の一部（例えば、先側、元側）に、他のプリプレグによる層を付加しても良い。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施の形態を図３を参照して説明する。図１に示したような基本構成の管状体を得るに際して、各プリプレグシートの配置例は、図２に示した構成に限定されることはなく、例えば、図３（ｂ）に示すようなプリプレグシートの配置例であってもよい。図３（ｂ）に示すプリプレグシートの配置例は、最内層となるプリプレグシート３とプリプレグシート５ａとは、互いに重ね代１２によって連結されており、プリプレグシート３の端部裏面にプリプレグシート５ａの端部表面が接着されている。同様に、プリプレグシート５ｂと最外層となるプリプレグシート７とは、互いに重ね代１３によって連結されており、プリプレグシート５ｂの端部裏面にプリプレグシート７の端部表面が接着されている。
【００１７】
そして、このように配置構成されたプリプレグシートを、図３（ａ）に示すように、まずプリプレグシート３の端縁Ｐ１を芯金１０の外表面に当て付けて、時計周りに巻回して行く。そして、これを１プライした時、プリプレグシート３の端部同士は重合して重合部３ａが形成される。引き続きこれに連結されているプリプレグシート５ａを巻回して行くと、予め設定された大きさにより、１プライした時、目開き部６ａが形成されると共に、この部分に上記した重合部３ａが位置される。
【００１８】
次に、プリプレグシート５ｂの端縁Ｐ２を、すでに巻回されているプリプレグシート５ａの外表面に当て付けて、同様に時計周りに巻回して行く。プリプレグシート５ｂを１プライした時、予め設定された大きさにより、目開き部６ｂが形成され、そして、引き続き一体化されているプリプレグシート７を巻回して１プライすると、目開き部６ｂの部分にプリプレグシート７の重合部７ａが位置される。
【００１９】
このようなプリプレグシートの配置構成例によっても、実際の加熱工程時において、前記した実施の形態と同様な効果が得られる。なお、この実施の形態においては、プリプレグシート３と５ａ及びプリプレグシート５ｂと７は、重ね代１２，１３によって互いに重合して連結されており、この重合部分からも、余分な樹脂及び繊維が、夫々の目開き部６ａ，６ｂに流れ込むことができる。この場合、各目開き部６ａ，６ｂの幅が少ないと、この部分で、樹脂、繊維が余剰気味となり、最終的に厚肉状となる場合があるため、図に示すように、重ね代１２，１３の部分において、各プリプレグシート５ａ，５ｂに薄肉部１２ａ，１３ａを形成しておくことが好ましい。このような薄肉部は、予め、その端部領域をアイロン等によってプレスしておくことで形成することができる。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施の形態について、図４を参照しながら説明する。上記した実施の形態では、目開き部に位置させる隣接する層のプリプレグシートの重合部は、いずれも最内層、及び最外層を利用していたが、中間層を構成しているプリプレグシート間によっても、そのような配置構成を得ることが可能である。すなわち、図に示すように、最内層２３の上側に位置する第１の中間層となるプリプレグシート２５を、その端部同士が重合するように１プライし、その重合部２５ａの部分に、その上の中間層となるプリプレグシート２６による目開き部２６ａを位置させても良い。このような構成においても、加熱工程の際、目開き部２６ａには、重合部２５ａ乃至その周辺領域から樹脂や繊維が流れ込んで、図に示すように、目開き部２６ａによる間隙は埋められ、最終的に形成される中間層に肉厚変化を無くすことができる。
【００２１】
上述したように、１プライされるプリプレグシートの幅は、これを巻回した際に、目開き部が形成されるように設定されるが、目開き部による間隙を、０．１mm〜１．０mm程度のように小さく設定しておけば、目開き部に、上述したような隣接する層による重合部を位置させなくても、周辺領域から流れ込む樹脂、繊維によって目開き部を十分埋めることが可能である。すなわち、図５に示す構成のように、最内層３３の上側に位置する第１の中間層となるプリプレグシート３５の重合部が形成されていない位置において、その上側に位置する第２の中間層となるプリプレグシート３６の目開き部３６ａを位置させても、その目開き部による間隙ｄが０．１mm〜１．０mm程度であれば、加熱工程の際、目開き部３６ａには、その目開き部の周辺領域から樹脂や繊維が流れ込んで、図に示すように、目開き部３６ａによる間隙は埋められ、最終的に形成される中間層に肉厚変化を無くすことができる。
【００２２】
これに対して、目開き部による間隙を２mm程度以上にした場合、実際の加熱工程時において、樹脂、繊維が不足する場合が生じ、最終的に肉厚変化が生じてしまう。このように、目開き部による間隙が広い場合は、上記したような重合部を位置させたり、これと併せて、あるいはこれとは別にプリプレグシートの巻回工程中に、その間隙に厚さの薄いプリプレグシートや樹脂シート等の補助材を、巻装等することによって、追加しておくのも良い。
【００２３】
図４及び図５に示した実施の形態のように、中間層を構成しているプリプレグシート間によっても肉厚の変化を無くすような構成にすることができるため、図１乃至図３に示した構成と適宜組み合わせることにより、中間層の層数を種々変更することができる。
【００２４】
次に、本発明の第４の実施の形態について、図６及び図７を参照しながら説明する。上記した実施の形態では、１プライされるプリプレグシートに目開き部を形成することを特徴としていたが、このような目開き部を形成する以外に、端部の重合部を薄くした構成であっても良い。すなわち、そのような薄肉状の重合部を形成しても、実際の加熱工程時において、周辺領域から樹脂や繊維が流れ込むため、そのような薄肉領域は埋められてしまい、結果として、周方向において肉厚の変化の無い層を得ることができる。この構成においても、前記同様、薄肉状になった重合部に、隣接する層のプリプレグシートの重合部を位置させても良いし、させなくても良い。
【００２５】
図６（ａ）及び（ｂ）は、中間層となるプリプレグシート４５の両端部４５ａ，４５ｂによる重合部を薄く構成する一例を示した図である。図（ａ）に示すプリプレグシート４５の両端部４５ａ，４５ｂには、図（ｂ）に示すように、巻回工程の前に、例えば、端部領域をアイロン等によってプレスしておくことで、互いに対向して傾斜する傾斜部４５ａ′，４５ｂ′を形成しておく。
【００２６】
このような傾斜部４５ａ′，４５ｂ′が形成されたプリプレグシート４５を、図７に示すように、最内層４３の上側に巻回し、さらにその上に第２の中間層となるプリプレグシート４６及び最外層となるプリプレグシート４７を順に巻回する。傾斜部４５ａ′，４５ｂ′による重合部は薄肉状になっており、この重ね合わせによって薄肉部５０が形成される。そして、このような巻装状態となった管状体を加熱すると、その周辺領域から樹脂や繊維が薄肉部５０に流れ込むため、そのような薄肉領域は埋められてしまい、結果として、周方向において肉厚の変化の無い層が形成される。
【００２７】
以上の実施の形態で説明したように、プリプレグシートの両端部による重合部の余剰となる樹脂や繊維は、隣接した部分に形成されている目開き部や薄肉部に流れ込んで、その間隙を埋めてしまうため、最終的に形成される積層構造は、肉厚変化のない状態となる。また、目開き部、薄肉部による間隙が少ない場合には、その周辺領域から樹脂や繊維が流れこみ、そのような間隙が埋められて、最終的に形成される積層構造は、肉厚変化のない状態となる。そして、このような目開き部や薄肉部を形成しておくことで、管状体全体の軽量化も図れる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されることはなく種々変形することができる。例えば、上記実施の形態の管状体は、強化繊維を周方向に引揃たプリプレグシートで構成される最内層と最外層、及び強化繊維を軸長方向に引揃たプリプレグシートによる中間層による基本構造を例にして説明したが、本発明は、このような構造に限定されることはない。また、巻回層を構成するプリプレグシート自体の構成、その巻回数等についても種々変形することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、プリプレグの両端の傾斜部を重ね合わせたて形成される第１の中間層の薄肉部が、加熱硬化時に周囲から流れ込む樹脂や繊維で埋められ、管状体を構成するプリプレグシートによる巻回層は、その肉厚が均一化され、方向性や強度のバラつきが抑制され、さらに、軽量化した管状体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図であり、（ａ）は管状体の構成を示す図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図２】図１（ｂ）に示すような巻装状態が得られるプリプレグシートの芯金に対する配置例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示し、（ａ）は管状体の断面構造を示す図、（ｂ）はプリプレグシートの芯金に対する配置例を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示しており、管状体の一部断面図。
【図５】図４に示す実施の形態の変形例を示しており、管状体の一部断面図。
【図６】本発明の第４の実施の形態を示す図であり、（ａ）はプリプレグシートの端部の処理前を示す図、（ｂ）は端部の処理後を示す図。
【図７】図６（ｂ）に示す構造のプリプレグシートを、実際に巻装した状態を示す管状体の一部断面図。
【符号の説明】
１ 管状体
３ プリプレグシート（最内層）
３ａ 重合部
５ａ，５ｂ プリプレグシート（中間層）
６ａ，６ｂ 目開き部
７ プリプレグシート（最外層）
７ａ 重合部
１０ 芯金

Claims (1)

1. 強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートを巻装した巻回層を有する管状体において、前記巻回層は、最内層の上に順に第１の中間層と第２の中間層と最外層とを巻回して形成され、前記第１の中間層のみが、両端部に肉厚の薄い傾斜部を形成したプリプレグシートを、それぞれの傾斜部を重ね合わせて薄肉部を形成するように巻回されることを特徴とする管状体。

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