JP4327949B2 - Manufacturing method of shaft - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフシャフトや釣竿等のシャフトを内圧成形法により製造する場合に使用するマンドレルと、このマンドレルを使用したシャフトの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
炭素繊維等を使用した繊維強化樹脂製のシャフトは、軽量でありながら優れたねじれ剛性や曲げ剛性等を具備するものであり、ゴルフクラブシャフトや釣竿等として、その使用量が飛躍的に伸びている。
【0003】
このようなシャフトの製造方法の一つとして内圧成形法がある。これは、流体噴射孔を表面に備えた中空構造のマンドレル上に伸縮性のチューブを介して所望のプリプレグシートを巻き付け、これを成形型内にセットしてマンドレルの流体噴射孔から流体をチューブ内に噴射して成形するとともにプリプレグシートの樹脂を硬化させてシャフトを成形するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内圧成形法に用いられる従来のマンドレルは、製造するシャフトの長さよりも長く、かつ内部の流路が細いために圧損失が大きく、瞬時にチューブ全体を均一な圧力で膨張させることが難しく、成形不良発生の要因となっていた。
【0005】
また、従来のマンドレルは金属製であり、上記のように細く、かつ長いため、成形型内で自重により撓りを生じやすく、このような撓りが生じる状態で成形を行うと、成形されたシャフトの肉厚が直径方向で不均一になってしまうという問題があった。
【0006】
さらに、上述のように従来のマンドレルは長く重いため、成形型へのセット、および、成形後のマンドレルの抜き取りの工程において、作業性の悪いものであった。特に、内圧成形法における成形型では、通常、プリプレグを巻き付けたマンドレルが複数本、例えば、6〜10本程度載置されて同時成形が行なわれるので、上述のような作業性の悪さは大きな問題となっていた。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内圧成形法による高品質のシャフト製造を良好な作業性のもとに可能とするマンドレルと、このマンドレルを使用して簡便に高品質のシャフトを製造する方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明のシャフトの製造方法は、巻き付け用マンドレル上に伸縮性のチューブを介してプリプレグシートを巻き付けた後、前記巻き付け用マンドレルを引き抜き、次いで、一方の端部に基部を備え他方の端部にチューブ締め付け部を備えた筒状体であって、前記基部の開口端は流体供給口であり、前記チューブ締め付け部の開口端は流体噴射孔であるマンドレルを、該マンドレルの基部側が外部に位置するように前記チューブ内に挿入し、その後、成形型内にセットし、前記マンドレルのチューブ締め付け部において前記チューブ内面を前記マンドレル外壁に圧着して前記チューブ内を気密とし、次いで、前記マンドレルの流体供給口から流体をマンドレル内に供給し、流体噴射孔から前記チューブ内に流体を噴射して成形するとともにプリプレグシートの樹脂を熱硬化させるような構成とした。
【0009】
また、本発明のシャフトの製造方法は、前記チューブ締め付け部の外壁部にリング状のゴム部材が設けられているマンドレルを使用するような構成とした。
【0010】
また、本発明のシャフトの製造方法は、前記基部と前記チューブ締め付け部との間の外壁部に位置決め用の溝部が設けられているマンドレルを使用するような構成とした。
【0011】
また、本発明のシャフトの製造方法は、前記チューブ締め付け部から筒状のプリプレグ安定用部材が突設され、該プリプレグ安定用部材の開口端が前記流体噴射孔となり、前記プリプレグ安定用部材の長さは製造するシャフトの長さの1/3以下であるマンドレルを使用するような構成とした。
【0013】
このような本発明では、マンドレルは基部とチューブ締め付け部とからなる筒状体であるため、製造するシャフトに比べて長さが大幅に短いものとなり、このマンドレルを巻き付け用マンドレルの代わりにチューブに挿入して成形型内にセットしたときに、マンドレルの撓りが防止され、かつ流体供給口から供給された流体は圧損失をほとんど生じることなく流体噴射孔からチューブ内に噴射され、チューブを所定の圧力で均一に膨張させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の最良と思われる実施形態について説明する。
【0015】
マンドレル
図1は本発明のマンドレルの一実施形態を示す図であり、図1(A)は斜視図、図1(B)は図1(A)のI−I線矢視断面図である。図1において、マンドレル1は、基部2とチューブ締め付け部3とからなり、内部に流路4を備える筒状体である。基部2の開口端は、上記流路4の一端である流体供給口4aであり、チューブ締め付け部3の開口端は、流路4の他端である流体噴射孔4bである。図示例では、流体供給口4aに流体供給シリンダーC(図1(B)に2点鎖線で示す)が係合されており、この流体供給シリンダーCは、外部の流体供給装置(図示せず)に接続されている。また、基部2とチューブ締め付け部3との間には、位置決め用の溝部5が形成されている。
【0016】
このようなマンドレル1の材質は特に制限はなく、ステンレス材、ニッケル−クロムめっきを施した鉄材、炭素繊維強化プラスチック等、剛性があり、マンドレル1に撓りを生じないような材料が好ましい。
【0017】
基部2およびチューブ締め付け部3の寸法は、製造するシャフトの寸法に応じて適宜設定することができる。例えば、基部2は、外径10〜50mm、長さ10〜50mmの範囲で設定することができ、外形は円筒形状であることが好ましい。また、チューブ締め付け部3は、外径10〜50mm、長さ10〜100mmの範囲で設定することができ、外形は円筒形状、流体噴射孔4b側が細いテーパー形状のいずれでもよい。流路4は、直径2〜10mm程度で設定でき、流体供給口4aの直径は流体供給シリンダーCに対応して適宜設定できる。また、流体噴射孔4bの直径は2〜10mmの範囲で設定でき、通常は流路4の直径と同一である。
【0018】
位置決め用の溝部5は、後述する本発明のシャフト製造方法において、成形型にセットする際のマンドレルの載置位置を決めるためのものである。したがって、溝部5の深さ、幅等は、成形型に応じて適宜設定される。尚、本発明のマンドレルでは、溝部5はなくてもよい。
【0019】
図2は本発明のマンドレルの他の実施形態を示す図であり、図2(A)は斜視図、図2(B)は図2(A)のII−II線矢視断面図である。図2において、マンドレル1′は、チューブ締め付け部3の外壁部にリング状のゴム部材6が複数設けられている他は、構造が上述のマンドレル1と同じであり、共通の部材には同じ部材番号を付してある。また、マンドレル1′の材質、各部の寸法等は、上述のマンドレル1と同様であり、ここでの説明は省略する。
【0020】
マンドレル1′のチューブ締め付け部3は、外壁部にリング状の凹部3aが軸方向に沿って所定の間隔を設けて形成されており、この凹部3aの断面形状は半円である。そして、断面形状が円形のリング状のゴム部材6が凹部3aに係合され、ゴム部材6の約半分がチューブ締め付け部材3の外壁面から突出するように構成されている。このようなゴム部材6は、後述する本発明のシャフト製造方法において、成形型にセットする際に、締め付け部材3へのチューブの圧着を容易とし、チューブ内の気密を確かなものとする。リング部材6の太さは1〜5mmの範囲で適宜設定することができ、上記の凹部3aの寸法は、このリング部材6の太さに対応して設定する。
【0021】
尚、凹部3aの断面形状を方形とし、リング状のゴム部材6の断面形状も方形としてもよい。
【0022】
図3は本発明のマンドレルの他の実施形態を示す図であり、図3(A)は斜視図、図3(B)は図3(A)のIII−III線矢視断面図である。図3において、マンドレル11は、基部12とチューブ締め付け部13とプリプレグ安定用部材17からなり、内部に流路14を備える筒状体である。基部12の開口端は、上記流路14の一端である流体供給口14aであり、プリプレグ安定用部材17の開口端は、流路14の他端である流体噴射孔14bとなっている。図示例では、流体供給口14aに流体供給シリンダーC(図3(B)に2点鎖線で示す)が係合されており、この流体供給シリンダーCは、外部の流体供給装置(図示せず)に接続されている。また、基部12とチューブ締め付け部13との間には、位置決め用の溝部15が形成されている。
【0023】
このようなマンドレル11の材質は、上述のマンドレル1と同じく、特に制限はなく、ステンレス材、ニッケル−クロムめっきを施した鉄材、炭素繊維強化プラスチック等、剛性があり、マンドレル11に撓りを生じないような材料が好ましい。
【0024】
基部12、チューブ締め付け部13およびプリプレグ安定用部材17の寸法は、製造するシャフトの寸法に応じて適宜設定することができる。例えば、基部12は、外径10〜50mm、長さ10〜50mmの範囲で設定することができ、外形は円筒形状であることが好ましい。
【0025】
また、チューブ締め付け部13は、外径10〜50mm、長さ10〜100mmの範囲で設定することができ、外形は円筒形状、プリプレグ安定用部材17側が細いテーパー形状のいずれでもよい。
【0026】
さらに、プリプレグ安定用部材17はチューブ締め付け部13から突設された筒状体であり、後述する本発明のシャフト製造方法において、チューブ内にマンドレル11を挿入した状態での取り扱い時に、曲がり等を防止してプリプレグシートの巻き状態を安定させるためのものである。このプリプレグ安定用部材17の長さLは、製造するシャフトの長さの1/3以下とする。したがって、例えば、長さ35インチ(889mm)のパター用のシャフトを製造する場合では、プリプレグ安定用部材17の長さLは296mm以下で設定され、長さ52インチ(1320.8mm)のドライバー用のシャフトを製造する場合では、プリプレグ安定用部材17の長さLは440mm以下で設定される。プリプレグ安定用部材17の長さLが、製造するシャフトの長さの1/3よりも長くなると、後述する本発明のシャフト製造方法において、チューブ内へのマンドレルの挿入、および、成形後のシャフトからのマンドレルの引き抜きの作業性が低下し好ましくない。また、マンドレル1の材質が金属のように比重の大きい材質の場合、自重でマンドレルが撓り易くなり、後述する本発明のシャフト製造方法において、シャフトの直径方向の肉厚にバラツキを生じることがある。上記のプリプレグ安定用部材17の外径は、10〜50mmの範囲で設定することができ、外形は流体噴射孔14b側が細いテーパー形状が好ましい。
【0027】
流路14は、直径2〜10mm程度で設定でき、流体供給口14aの直径は流体供給シリンダーCに対応して適宜設定できる。また、流体噴射孔14bの直径は2〜10mmの範囲で設定でき、通常は流路14の直径と同一である。
【0028】
位置決め用の溝部15は、後述する本発明のシャフト製造方法において、成形型にセットする際のマンドレルの載置位置を決めるためのものである。したがって、溝部15の深さ、幅等は、成形型に応じて適宜設定されるものであり、また、溝部15はなくてもよい。
【0029】
図4は本発明のマンドレルの他の実施形態を示す図であり、図4(A)は斜視図、図4(B)は図4(A)のIV−IV線矢視断面図である。図4において、マンドレル11′は、チューブ締め付け部13の外壁部にリング状のゴム部材16が複数設けられている他は、上述のマンドレル11と同じであり、共通の部材には同じ部材番号を付してある。
【0030】
マンドレル11′のチューブ締め付け部13は、外壁部にリング状の凹部13aが軸方向に沿って所定の間隔を設けて形成され、この凹部13aの断面形状は半円形である。そして、断面円形のリング状のゴム部材16が凹部13aに係合され、ゴム部材16の約半分がチューブ締め付け部材13の外壁面から突出するように構成されている。このようなゴム部材16は、後述する本発明のシャフト製造方法において、成形型にセットする際に、締め付け部材13へのチューブの圧着を容易とし、チューブ内の気密を確かなものとする。リング部材16の太さは1〜5mmの範囲で適宜設定することができ、上記の凹部13aの寸法は、このリング部材16の太さに対応して設定する。
【0031】
尚、凹部13aの断面形状を方形とし、リング状のゴム部材16の断面形状も方形としてもよい。
【0032】
上記のマンドレル11′の材質、各部の寸法等は、上述のマンドレル11と同様であり、ここでの説明は省略する。
【0033】
シャフトの製造方法
次に、本発明のシャフトの製造方法について説明する。
【0034】
図5は本発明のマンドレル11を用いた本発明のシャフトの製造方法を説明する工程図である。本発明のシャフトの製造方法では、まず、伸縮性のチューブ22に巻き付け用マンドレル21を挿入し(図5(A))、伸縮性のチューブ22を介してプリプレグシート23を巻き付け用マンドレル21に巻き付ける(図5(B))。
【0035】
巻き付け用マンドレル21は、従来の内圧成形法に用いるマンドレルと同様に、チューブ22を保持する作用をなし、作業性を考慮して中空構造であることが好ましい。しかし、巻き付け用マンドレル21は、成形型内にて流体を噴射する機能を必要としないため、従来の内圧成形法に用いるマンドレルのような流体噴射孔を表面に備える必要はない。このような巻き付け用マンドレル21は、金属、繊維強化プラスチック等いずれの材料を用いて作製したものであってもよい。
【0036】
伸縮性を有するチューブ22は、例えば、ラテックス、天然ゴム、CR(クロロプレンの重合体)、SBR(スチレンとブタジエンの共重合体)、NBR(ブタジエンとアクリロニトリルとの共重合体)、IR(イソプレンの重合体)、イソブチレンとイソプレンの共重合体等のジエン系合成ゴム、EPM(エチレンとプロピレンの共重合体)、EPDM(エチレン、プロピレンおよび少量の非共役ジエンとの三成分系共重合体)、シリコンゴム等の材質からなる袋体を用いることができる。
【0037】
使用するプリプレグシート23は、繊維に硬化性の樹脂を含浸させたものであり、製造するシャフトに要求される特性に応じて種々のプリプレグシートを使用することができる。プリプレグシート23を構成する繊維としては、炭素繊維、ポリアマイド繊維、ボロン繊維、金属繊維、ガラス繊維、および、これらの2種以上の混成繊維等からなる一方向繊維、織布繊維、編組状繊維等を使用することができる。また、樹脂としてはエポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂や熱可塑性のナイロン、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を使用することができる。また、製造するシャフトの中心軸に対して繊維を所望の角度(例えば、0°、90°、45°等)で配向させたプリプレグシート23を使用することができ、通常、複数種のプリプレグシートを使用する。
【0038】
次に、巻き付け用マンドレル21をチューブ22から引き抜き(図5(C))、代わりに、本発明のマンドレル11を、プリプレグ安定用部材17側からチューブ22内に挿入し、基部12と位置決め用溝部15をチューブ22の外部に位置させる(図5(D))。マンドレル11は、基部12とチューブ締め付け部13とプリプレグ安定用部材17とからなる筒状体であるため、製造するシャフトに比べて長さが大幅に短いものであり、上記の巻き付け用マンドレル21の代わりにチューブ22に挿入する操作は容易である。
【0039】
次いで、上記の状態にあるマンドレル11、チューブ22、プリプレグシート23を成形型にセットする。図6は、内圧成形法に使用する成形型の半体の一例を示す部分斜視図である。図6において、成形型31は、一端開口形の樋形状のキャビティ32を備え、キャビティ32の開口端側の近傍に位置決め用の凸部33を有している。また、この凸部33の内側近傍にはチューブ締め付け用ゴム部材34が埋設されている。図7は、このチューブ締め付け用ゴム部材34の斜視図である。図7に示されるように、チューブ締め付け用ゴム部材34は樋形状の溝部35と、この溝部35内に軸方向と直交するように半リング状凸部36が複数形成されている。
【0040】
図8は、上述のような成形型31の半体にマンドレル11、チューブ22、プリプレグシート23が載置された状態を示す部分斜視図であり、図9は成形型31の1組の半体が閉じられた状態を示す概略断面図である。図8および図9に示されるように、マンドレル11は、位置決め用の溝部15が成形型31の位置決め用の凸部33に係合されることにより所定位置にセットされており、マンドレル11のチューブ締め付け部13が、成形型31のチューブ締め付け用ゴム部材34の位置にある。また、チューブ22の開口端近傍は、マンドレル11のチューブ締め付け部13の位置にあるので、チューブ22は、マンドレル11のチューブ締め付け部13と、成形型31のチューブ締め付け用ゴム部材34とに圧接されている。これにより、チューブ22の内面がマンドレル11の外壁に圧着され、チューブ22内が気密状態となっている。
【0041】
次に、マンドレル11の流体供給口14aから流体をマンドレル11内に供給し、流路14を経由して流体噴射孔14bからチューブ22内に流体を噴射してプリプレグシートに内圧をかけ成形型に圧着させるとともに加熱して、プリプレグシートの熱成形を行う。使用する流体は、空気、窒素ガス等が挙げられ、プリプレグシートの材料等に応じて適宜選択することができる。マンドレル11は、製造するシャフトに比べて長さが大幅に短く、したがってチューブ22に挿入して成形型31内にセットしたときに、マンドレル11の自重による撓りが防止され、かつ流体供給口14aから供給された流体は圧損失をほとんど生じることなく流体噴射孔14bからチューブ22内に噴射されるので、チューブ22を所定の圧力で均一に膨張させることができる。
【0042】
その後、マンドレル11および伸縮性のチューブ22を引き抜くことにより、シャフトが得られる。
【0043】
尚、上述のシャフトの製造方法は、プリプレグ安定用部材を備えた本発明のマンドレル11を使用した例であるが、プリプレグ安定用部材を備えていない本発明のマンドレル1を使用しても、同様にしてシャフトの製造が可能である。
【0044】
次に、本発明のマンドレル11′を用いた本発明のシャフトの製造方法を説明する。
【0045】
マンドレル11′を用いたシャフトの製造方法においても、巻き付け用マンドレルを引き抜き、マンドレル11′をチューブ22内に挿入する工程までは、上述のマンドレル11を用いた場合と同様である。
【0046】
図10は、マンドレル11′がチューブ22内に挿入されてプリプレグシート23が成形型31′の半体に載置された状態を示す部分斜視図である。マンドレル11′には、チューブ締め付け部13にリング状のゴム部材16が複数設けられているので、成形型31′は、上述のチューブ締め付け用ゴム部材34を装着せず、キャビティ32に連続して樋状のキャビティが位置決め用の凸部33まで形成されており、この点を除いて、上述の成形型31と同様の構造となっている。
【0047】
図10において、マンドレル11′は、位置決め用の溝部15が成形型31′の位置決め用の凸部33に係合されることにより所定位置にセットされている。そして、チューブ22の開口端近傍は、マンドレル11′のチューブ締め付け部13の位置にあるので、チューブ22はマンドレル11′のチューブ締め付け部13と成形型31′のキャビティとに圧接されている。これにより、チューブ22の内面がマンドレル11′の外壁に圧着され、チューブ22内が気密状態となっている。
【0048】
次に、マンドレル11′の流体供給口14aから流体をマンドレル11内に供給し、流路14を経由して流体噴射孔14bからチューブ22内に流体を噴射してプリプレグシートに内圧をかけ成形型に圧着させるとともに加熱して、プリプレグシートの熱成形を行う。その後、マンドレル11′および伸縮性のチューブ22を引き抜くことにより、シャフトが得られる。
【0049】
尚、上述のシャフトの製造方法は、プリプレグ安定用部材を備えた本発明のマンドレル11′を使用した例であるが、プリプレグ安定用部材を備えていない本発明のマンドレル1′を使用しても、同様にしてシャフトの製造が可能である。
【0050】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
【0051】
[実施例]
まず、下記の仕様で図3に示されるような本発明のマンドレルを作製した。
(マンドレルの仕様)
・基部の外径 : 16.2mm
・基部の長さ : 34.5mm
・チューブ締め付け部の外径 : 16.2mm
・チューブ締め付け部の長さ : 70mm
・溝部の深さ : 3.1mm
・溝部の幅 : 15.7mm
・プリプレグ安定用部材(テーパー形状)の外径:
12.0mm(先端側)〜16.2mm(基部側)
・プリプレグ安定用部材の長さ : 160mm
・流路径(=流体噴射孔の直径) : 4.5mm
・流体供給口の直径 : 11.5mm
・材質 : ニッケル−クロムめっきを施した鉄材
【0052】
次に、伸縮性のチューブ(材質ラテックス製)に巻き付け用マンドレルを挿入し、チューブ上からプリプレグシートを巻き付けた。上記の巻き付け用マンドレルは、テーパー形状の中空体(外径4.0mm(チップ側)〜16.2mm(バット側)、長さ1238mm、材質=ばね鋼SUP−9)を用いた。また、プリプレグシートは、0°に配向させた炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させた所定形状の繊維強化樹脂プリプレグと、±45°に配向させた炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させた所定形状の繊維強化樹脂プリプレグ(東邦レーヨン(株)製Q−U114−1100(厚み0.124mm))とを、チップ側で各5層、バット側で各2層の層構成となるようにマンドレルに巻回した。
【0053】
次いで、巻き付け用マンドレルをチューブから引き抜き、このチューブに上記のマンドレルを基部と位置決め用溝部が外部に位置するように挿入し、これを成形型にセットした。成形型は図6に示されるような構造の1組の半体からなり、マンドレルの軸方向を水平方向として同時に6本のシャフトを成形できるものを使用した。
【0054】
次に、空気をマンドレルの流体供給口からマンドレル内に供給し、流路を経由して流体噴射孔からチューブ内に空気を噴射してプリプレグシートに内圧をかけ成形型に圧着させるとともに150℃に加熱して、プリプレグシートの熱成形を行った。その後、マンドレルおよび伸縮性のチューブを引き抜くことにより、シャフトが得られた。
【0055】
このようにして製造したシャフトは、直径方向の肉厚がチップ側2mm、バット側1mmで均一なものであった。また、一連の操作において、マンドレルの挿入、引き抜きの作業は容易であった。
【0056】
[比較例]
巻き付け用マンドレルの代わりに、テーパー形状で流体噴射孔を表面に備えた中空構造の従来のマンドレル(外径4.0mm(チップ側)〜16.2mm(バット側)、長さ1238mm、材質=ニッケル−クロムめっきを施した鉄材)を用いた他は、実施例と同様にしてチューブを介してプリプレグシートを巻き付けた。
【0057】
次に、これを実施例にて用いた成形型にセットし、マンドレルの流体供給口からマンドレル内に供給し、流路を経由して流体噴射孔からチューブ内に空気を噴射してプリプレグシートに内圧をかけ成形型に圧着させるとともに150℃に加熱して、プリプレグシートの熱成形を行った。その後、マンドレルおよび伸縮性のチューブを引き抜くことにより、シャフトが得られた。
【0058】
このようにして製造したシャフトは、バット側において直径方向の肉厚が1mmで均一であるものの、チップ側では直径方向の肉厚に0.5〜3.5mmの範囲でバラツキがみられ不均一なものであった。また、一連の操作において、マンドレルの搬送、引き抜き等の取り扱い作業性は悪いものであった。
【0059】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればマンドレルを、基部が一方の端部に位置し、チューブ締め付け部が他方の端部に位置する筒状体であって、基部の開口端が流体供給口であり、チューブ締め付け部の開口端が流体噴射孔であるものとし、また、プリプレグ安定用部材を突設した場合でも、このプリプレグ安定用部材の長さを製造するシャフトの長さの1/3以下としたので、製造するシャフトに比べてマンドレルの長さが大幅に短く、このため、このマンドレルを巻き付け用マンドレルの代わりにチューブに挿入して成形型内にセットしたときに、マンドレルの撓りが防止され、かつ、流体供給口から供給された流体はマンドレル内で圧損失をほとんど生じることなく流体噴射孔からチューブ内に噴射され、チューブを所定の圧力で均一に瞬時に膨張させることができ、これにより直径方向の肉厚が均一な高品質のシャフト製造が可能であり、また、チューブ内への挿入作業性と、成形後のチューブからのマンドレルの引き抜き作業性が極めて良好であるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマンドレルの一実施形態を示す図であり、図1(A)は斜視図、図1(B)は図1(A)のI−I線矢視断面図である。
【図2】本発明のマンドレルの他の実施形態を示す図であり、図2(A)は斜視図、図2(B)は図2(A)のII−II線矢視断面図である。
【図3】本発明のマンドレルの他の実施形態を示す図であり、図3(A)は斜視図、図3(B)は図3(A)のIII−III線矢視断面図である。
【図4】本発明のマンドレルの他の実施形態を示す図であり、図4(A)は斜視図、図4(B)は図4(A)のIV−IV線矢視断面図である。
【図5】本発明のマンドレルを用いた本発明のシャフトの製造方法を説明する工程図である。
【図6】内圧成形法に使用する成形型の半体の一例を示す部分斜視図である。
【図7】成形型に装着するチューブ締め付け用ゴム部材の斜視図である。
【図8】成形型の半体にマンドレル、チューブ、プリプレグシートが載置された状態を示す部分斜視図である。
【図9】成形型の1組の半体が閉じられた状態を示す概略断面図である。
【図10】成形型の半体にマンドレル、チューブ、プリプレグシートが載置された状態を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
1,1′,11,11′…マンドレル
2,12…基部
3,13…チューブ締め付け部
4,14…流路
4a,14a…流体供給口
4b,14b…流体噴射孔
5,15…位置決め用の溝部
6,16…リング状のゴム部材
17…プリプレグ安定用部材
21…巻き付け用マンドレル
22…伸縮性チューブ
23…プリプレグシート
31…成形型[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mandrel used when a shaft such as a golf shaft or a fishing rod is manufactured by an internal pressure molding method, and a method of manufacturing a shaft using the mandrel.
[0002]
[Prior art]
Fiber reinforced resin shafts using carbon fibers, etc. are lightweight but have excellent torsional rigidity and bending rigidity, etc., and their use has increased dramatically as golf club shafts and fishing rods etc. Yes.
[0003]
One method for manufacturing such a shaft is an internal pressure molding method. In this method, a desired prepreg sheet is wound around a hollow mandrel having a fluid ejection hole on the surface via a stretchable tube, and the prepreg sheet is set in a mold to allow fluid to flow from the fluid ejection hole of the mandrel into the tube. The shaft is molded by injecting and molding the resin of the prepreg sheet.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional mandrel used for the internal pressure molding method is longer than the length of the shaft to be manufactured and the internal flow path is narrow, so the pressure loss is large and it is difficult to instantaneously expand the entire tube with uniform pressure. This was a cause of molding defects.
[0005]
In addition, since the conventional mandrel is made of metal and is thin and long as described above, the mandrel is easily bent due to its own weight in the mold, and is formed when such bending occurs. There has been a problem that the thickness of the shaft becomes uneven in the diameter direction.
[0006]
Furthermore, since the conventional mandrel is long and heavy as described above, the workability is poor in the process of setting the mold and extracting the mandrel after molding. In particular, in the molding die in the internal pressure molding method, usually, a plurality of mandrels around which a prepreg is wound, for example, about 6 to 10 are placed and simultaneous molding is performed. It was.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a mandrel that enables the production of a high-quality shaft by an internal pressure molding method under good workability, and the mandrel can be used to easily increase the height. The object is to provide a method for producing a quality shaft.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present inventionThe shaft manufacturing method is to wind a prepreg sheet on a winding mandrel via a stretchable tube, then pull out the winding mandrel, and then provide a base at one end and tighten the tube at the other end. A tubular body having a portion, wherein the opening end of the base portion is a fluid supply port, and the opening end of the tube fastening portion is a fluid ejection hole, so that the base side of the mandrel is located outside The tube is inserted into the tube, then set in a mold, and the tube inner surface is crimped to the mandrel outer wall at the tube clamping portion of the mandrel to make the inside of the tube airtight, and then from the fluid supply port of the mandrel The fluid is supplied into the mandrel, the fluid is ejected from the fluid ejection hole into the tube, and the prepreg is formed. The over preparative resin is thermally curedThe configuration is as follows.
[0009]
In addition, the present inventionManufacturing method of shaftIs provided with a ring-shaped rubber member on the outer wall portion of the tube clamping portionUse a mandrelThe configuration is as follows.
[0010]
In addition, the present inventionManufacturing method of shaftIs provided with a positioning groove on the outer wall between the base and the tube clamping part.Use a mandrelThe configuration is as follows.
[0011]
In addition, the present inventionManufacturing method of shaftThe cylindrical prepreg stabilizing member protrudes from the tube clamping portion, the opening end of the prepreg stabilizing member becomes the fluid injection hole, and the length of the prepreg stabilizing member is the length of the shaft to be manufactured. 1/3 or lessUse a mandrelThe configuration is as follows.
[0013]
In the present invention, since the mandrel is a cylindrical body composed of a base portion and a tube clamping portion, the mandrel is much shorter than the shaft to be manufactured, and the mandrel is attached to the tube instead of the winding mandrel. When inserted and set in the mold, the mandrel is prevented from bending, and the fluid supplied from the fluid supply port is injected into the tube from the fluid injection hole with almost no pressure loss, and the tube is predetermined. It can be uniformly expanded at a pressure of
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment considered to be the best of the present invention will be described.
[0015]
Mandrel
1A and 1B are diagrams showing an embodiment of the mandrel of the present invention. FIG. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG. In FIG. 1, a
[0016]
The material of the
[0017]
The dimensions of the
[0018]
The
[0019]
2 is a view showing another embodiment of the mandrel of the present invention, FIG. 2 (A) is a perspective view, and FIG. 2 (B) is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 2 (A). In FIG. 2, the
[0020]
The
[0021]
The cross-sectional shape of the
[0022]
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the mandrel of the present invention, FIG. 3 (A) is a perspective view, and FIG. 3 (B) is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 3 (A). In FIG. 3, the
[0023]
The material of the
[0024]
The dimensions of the
[0025]
Further, the
[0026]
Further, the
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
4 is a view showing another embodiment of the mandrel of the present invention, FIG. 4 (A) is a perspective view, and FIG. 4 (B) is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 4 (A). In FIG. 4, the
[0030]
The
[0031]
The cross-sectional shape of the
[0032]
The material of the
[0033]
Manufacturing method of shaft
Next, the manufacturing method of the shaft of this invention is demonstrated.
[0034]
FIG. 5 is a process diagram for explaining the shaft manufacturing method of the present invention using the
[0035]
The winding
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
Next, the winding
[0039]
Next, the
[0040]
FIG. 8 is a partial perspective view showing a state in which the
[0041]
Next, the fluid is supplied into the
[0042]
Then, the shaft is obtained by pulling out the
[0043]
In addition, although the manufacturing method of the above-mentioned shaft is an example using the
[0044]
Next, the manufacturing method of the shaft of the present invention using the mandrel 11 'of the present invention will be described.
[0045]
In the manufacturing method of the shaft using the
[0046]
FIG. 10 is a partial perspective view showing a state in which the
[0047]
In FIG. 10, the
[0048]
Next, the fluid is supplied into the
[0049]
The shaft manufacturing method described above is an example using the mandrel 11 'of the present invention provided with the prepreg stabilizing member, but the mandrel 1' of the present invention not including the prepreg stabilizing member may be used. Similarly, the shaft can be manufactured.
[0050]
【Example】
Next, an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail.
[0051]
[Example]
First, a mandrel of the present invention as shown in FIG.
(Mandrel specifications)
・ Outer diameter of base: 16.2mm
・ Base length: 34.5mm
・ Outer diameter of tube tightening part: 16.2mm
・ Length of tube tightening part: 70mm
-Groove depth: 3.1 mm
・ Width of groove: 15.7 mm
-Outer diameter of prepreg stabilizing member (tapered shape):
12.0 mm (tip side) to 16.2 mm (base side)
-Length of prepreg stabilizing member: 160mm
・ Flow path diameter (= diameter of fluid injection hole): 4.5 mm
-Diameter of fluid supply port: 11.5 mm
・ Material: Iron with nickel-chrome plating
[0052]
Next, a winding mandrel was inserted into an elastic tube (made of latex material), and a prepreg sheet was wound around the tube. The winding mandrel used was a tapered hollow body (outer diameter 4.0 mm (tip side) to 16.2 mm (butt side), length 1238 mm, material = spring steel SUP-9). The prepreg sheet includes a fiber reinforced resin prepreg having a predetermined shape obtained by impregnating an epoxy resin with carbon fibers oriented at 0 °, and a fiber having a predetermined shape obtained by impregnating an epoxy resin with carbon fibers oriented at ± 45 °. A reinforced resin prepreg (Q-U114-1100 (thickness: 0.124 mm) manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.) was wound around a mandrel so as to have a layer structure of 5 layers each on the tip side and 2 layers each on the bat side. .
[0053]
Next, the winding mandrel was pulled out from the tube, and the mandrel was inserted into the tube so that the base portion and the positioning groove portion were located outside, and this was set in a mold. The molding die was composed of a pair of halves having a structure as shown in FIG. 6, and a mold capable of simultaneously molding six shafts with the mandrel axial direction as the horizontal direction was used.
[0054]
Next, air is supplied from the fluid supply port of the mandrel into the mandrel, and air is injected from the fluid injection hole into the tube via the flow path to apply an internal pressure to the prepreg sheet and to press against the mold, and to 150 ° C. The prepreg sheet was thermoformed by heating. Then, the shaft was obtained by pulling out the mandrel and the elastic tube.
[0055]
The shaft thus produced had a uniform thickness in the diameter direction with a tip side of 2 mm and a butt side of 1 mm. Further, in the series of operations, mandrel insertion and extraction were easy.
[0056]
[Comparative example]
Instead of a winding mandrel, a conventional mandrel with a tapered structure and a fluid injection hole on the surface (outer diameter 4.0 mm (tip side) to 16.2 mm (butt side), length 1238 mm, material = nickel) -A prepreg sheet was wound through a tube in the same manner as in the example except that the chrome-plated iron material was used.
[0057]
Next, this is set in the mold used in the example, supplied into the mandrel from the fluid supply port of the mandrel, and air is injected into the tube from the fluid injection hole via the flow path to the prepreg sheet. A prepreg sheet was thermoformed by applying an internal pressure and press-bonding it to the mold and heating to 150 ° C. Then, the shaft was obtained by pulling out the mandrel and the elastic tube.
[0058]
The shaft manufactured in this manner has a uniform thickness of 1 mm in the diameter direction on the butt side, but the thickness in the diameter direction on the tip side varies in the range of 0.5 to 3.5 mm and is not uniform. It was something. Further, in a series of operations, handling workability such as mandrel conveyance and withdrawal was poor.
[0059]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the mandrel is a cylindrical body in which the base portion is located at one end and the tube tightening portion is located at the other end, and the open end of the base is a fluid supply. It is assumed that the opening end of the tube tightening portion is a fluid injection hole, and even when a prepreg stabilizing member is projected, the length of the prepreg stabilizing member is 1 / of the length of the shaft to be manufactured. Since the length of the mandrel is 3 or less, the length of the mandrel is significantly shorter than that of the shaft to be manufactured. Therefore, when the mandrel is inserted into a tube instead of a winding mandrel and set in a mold, the mandrel is bent. The fluid supplied from the fluid supply port is jetted from the fluid jet hole into the tube with almost no pressure loss in the mandrel, and the tube is uniformly applied at a predetermined pressure. It can be expanded instantly, which makes it possible to produce a high-quality shaft with a uniform diametric wall thickness, as well as ease of insertion into the tube and extraction of the mandrel from the tube after molding. Is very effective.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are views showing an embodiment of a mandrel of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line I-I in FIG.
2 is a view showing another embodiment of the mandrel of the present invention, FIG. 2 (A) is a perspective view, and FIG. 2 (B) is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 2 (A). .
3 is a view showing another embodiment of the mandrel of the present invention, FIG. 3 (A) is a perspective view, and FIG. 3 (B) is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 3 (A). .
4 is a view showing another embodiment of the mandrel of the present invention, FIG. 4 (A) is a perspective view, and FIG. 4 (B) is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 4 (A). .
FIG. 5 is a process diagram for explaining a manufacturing method of a shaft of the present invention using the mandrel of the present invention.
FIG. 6 is a partial perspective view showing an example of a half of a mold used for an internal pressure molding method.
FIG. 7 is a perspective view of a tube clamping rubber member mounted on a mold.
FIG. 8 is a partial perspective view showing a state where a mandrel, a tube, and a prepreg sheet are placed on a half of the mold.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a pair of halves of the mold is closed.
FIG. 10 is a partial perspective view showing a state in which a mandrel, a tube, and a prepreg sheet are placed on the half of the mold.
[Explanation of symbols]
1, 1 ', 11, 11' ... Mandrel
2,12 ... Base
3, 13 ... Tightening part of tube
4, 14 ... flow path
4a, 14a ... Fluid supply port
4b, 14b ... Fluid injection holes
5, 15 ... Positioning groove
6,16 ... Ring-shaped rubber member
17 ... Prepreg stabilization member
21 ... Mandrel for winding
22 ... Elastic tube
23 ... Prepreg sheet
31 ... Mold
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