JP4518534B2 - ゴルフクラブシャフト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリプレグをシートワインディング製法で積層したゴルフクラブシャフトに関し、特に、ゴルフクラブシャフトの軽量化を図りながら曲げ剛性と曲げ強度を共に向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ゴルフクラブシャフトは、スイング時のヘッドスピードが上がり飛距離も伸びること等から軽量化が求められており、比強度、比剛性の高いカーボン繊維等を使用した繊維強化樹脂製のゴルフクラブシャフトが市場で定着してきている。一方、ゴルフクラブシャフトの軽量化に伴いシャフトの肉厚も薄肉化の傾向にあるが、その結果、シャフトの曲げ剛性が低下すると、シャフトのぶれやインパクト時のしなりが大きくなり、特にヘッドスピードの速いプレーヤーには、シャフトのしっかり感が得にくく、ボールコントロールが難しくなるという問題がある。
【０００３】
そこで、薄肉の軽量シャフトにおいて効果的に曲げ剛性を向上させるために、打撃時の変形量が最も大きいシャフト外層に、繊維角度がシャフト軸線に対して略０°のストレート層を配置するとともに、引張弾性率の高い強化繊維を用いる場合がある。しかしながら、引張弾性率の高い材料になるほど破断伸度が小さくなる。従って、わずかな変形量でもシャフトが折損しやすくなり、特に変形量の大きい外層側に引張弾性率の高い材料を使用することは、曲げ強度を低下させることになる。
【０００４】
上記問題に対して従来より下記の提案がなされている。
即ち、特開平５−４９７１７号（特許文献１）では、シャフトの軸腺に対する繊維角度が略０°のストレート層を外層側に配置すると共に、該ストレート層を高弾性高強度炭素繊維からなる内層と高強度炭素繊維からなる外層とで構成することにより、剛性を高めることが提案されている。
特開２００２−１２６１４１号（特許文献２）では、図８に示すように、シャフト１の少なくとも最外層に繊維角度の異なる複数のバイアスシート２、３を巻回し、複数のバイアス面４を均等に配置することが提案されている。
特許第３２１９２２号（特許文献３）では、プリプレグの樹脂含浸率を低くすることによりシャフトの軽量化と強度向上を図ることが提案されている。
特公昭６０−３９３８８号（特許文献４）では、シャフトの内層側の繊維角度を２５°以上６５°以下とし、外層側の繊維角度を０°以上１５°以下とすると共に、外層側に高強度炭素繊維を使用することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−４９７１７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１２６１４１号公報
【０００７】
【特許文献３】
特許第３２１９２２号公報
【０００８】
【特許文献４】
特公昭６０−３９３８８号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のシャフトでは曲げ強度の点においては、強度の低い高弾性炭素繊維が律速となってしまい十分な強度が得られないという問題が残る。
特許文献２のシャフトは、使用者の技量や好みに対応させてゴルフクラブシャフトの曲げ剛性の調整を図るものであり、曲げ剛性と曲げ強度のバランスをとってシャフトに剛性と強度を共に具備させることを目的としていない。
特許文献３のシャフトでは、プリプレグの取り扱い性、成型作業性が難しくなると共に、複合材としての材料の安定性に劣るため、品質が安定しない点に問題がある。
特許文献４のシャフトは、フィラメントワインディング製法によるもので、該製法では強化繊維を芯金に直接ワインディングしていくため、シャフト軸線に対してある程度角度を持たせない限り繊維を巻き付けることができない。従って、曲げ剛性の強化に効果的なストレート層を形成できない点に問題がある。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、軽量化を維持したまま、曲げ剛性と曲げ強度をバランスよく共に向上させたゴルフクラブシャフトの提供を課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、繊維強化プリプレグの積層体からなり、
強化繊維角度をシャフト軸線に対して±３５°以上±５５°以下の角度で傾斜させたプリプレグを、繊維方向を互いに交差させるように組み合わせたバイアス層からなる内層と、
強化繊維角度をシャフト軸線に対して平行に配向させたプリプレグからなるストレート層からなる外層と、
上記ストレート層の最外層の少なくとも一部に積層され、強化繊維角度をシャフト軸線に対して±５°以上±３０°以下の角度で傾斜させたプリプレグを、繊維方向が互いに交差させるように組み合わせた低角度交差バイアス層からなる最外層と
上記内層のバイアス層と上記ストレート層との間に強化繊維をシャフト軸線方向に対して９０度としたプリプレグからなるフープ層と、
を備え、
上記プリプレグはエポキシ樹脂に強化繊維のみを含浸させたものであり、上記低角度交差バイアス層の強化繊維は、引張弾性率が２９０Ｇｐａ以上、引張強度が４０００Ｍｐａ以上であるゴルフクラブシャフトを提供している。
【００１２】
上記構成とすると、シャフトの内層側に積層した、±３５°以上±５５°以下の繊維角度を有するバイアス層によりシャフトの捻れ剛性を高めると共に、外層側に積層したストレート層により曲げ剛性を高めることができる。
また、ストレート層の最外層の少なくとも一部に、強化繊維を少し傾斜させた低角度交差バイアス層を配置することにより、ボール打撃時の曲げ変形量が最も大きい最外層において繊維の変形量を小さくすることができるため、シャフトは従来より大きな曲げ変形に対しても耐性を持つようになり、曲げ強度を向上させることができる。
上記内層のバイアス層および外層のストレート層はシャフト全長にわたる長さとしている。
さらに、上記低角度交差バイアス層を、強化繊維を傾斜させた繊維強化プリプレグを互いに交差するように組み合わせているため、ボール打撃時に互いに引張方向と圧縮方向の応力を受けて歪みを生じ、この歪みを交差バイアス層が互いに復元しようと働くことにより、変形し難く、バランスのよいシャフトとすることができる。
【００１３】
上記低角度交差バイアス層は、強化繊維をシャフト軸線に対して±５°以上±３０°以下の角度で傾斜させている。これは繊維角度が５°未満では、シャフトの曲げ変形に対して繊維の変形量が殆ど小さくならないために十分な曲げ強度を確保できず、繊維角度が３０°より大きくなると、曲げ剛性の低下を招くと共に、繊維層の破壊が、繊維と樹脂の界面での破壊または繊維方向のせん断破壊が支配的となり、強度も低下することに因る。なお、±１０°以上±２０°以下の角度が好ましい。
【００１４】
上記低角度交差バイアス層は、２枚の繊維方向を互いに交差させて組み合わせた２枚のプリプレグからなる構成することが好ましい。
上記低角度交差バイアス層はシャフトの全長あるいは、ヘッド取付側の先端部に設けている。
なお、ストレート層の外周に、全長に低角度交差バイアス層を配置し、その外面のヘッド取付側の先端部に更に低角度交差バイアス層を設けてもよい。
【００１５】
上記のように、低角度交差バイアス層の強化繊維の引張弾性率が２９０Ｇｐａ以上としている。これは、引張弾性率が２９０Ｇｐａ未満では曲げ剛性が不十分であり、ゴルフクラブシャフトの軽量化と曲げ剛性向上を両立できないことに因る。一方、該引張弾性率は高いほど良いが、材料入手上の理由から４５０Ｇｐａ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、低角度交差バイアス層は、強化繊維の引張強度が４０００Ｍｐａ以上としている。これは、引張強度が４０００Ｍｐａ未満ではシャフト強度が低く折損しやすくなるためである。一方、該引張強度は高いほど良いが、材料入手上の理由から６５００Ｍｐａ以下であることが好ましい。
【００１７】
さらに、低角度交差バイアス層は、強化繊維の破断伸度が１．５％以上であることが好ましい。これは、破断伸度が１．５％未満では、打撃時、特にヘッドのネック近傍で打撃したときに衝撃変形に耐えられず、折損しやすいことに因る。一方、該破断伸度は大きいほど良いが、材料入手上の理由から２．５％以下であることが好ましい。
なお、上記ストレート層についても、打撃時の変形量が比較的大きい外層側に配置されているため、曲げ変形による折損を防止するために、強化繊維の破断伸度を１．０％以上とすることが好ましい。
【００１８】
上記低角度交差バイアス層の強化繊維は、比重が小さく弾性率と強度が高いという点からカーボン繊維が好ましいが、その他、チタンやボロンといった金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステル繊維、超高分子ポリエチレン繊維等も用いることができる。
【００１９】
上記低角度交差バイアス層に用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられるが、強度、剛性、および成型のしやすさの点より、熱硬化性樹脂が好ましく、特に、エポキシ系樹脂が好ましい。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ＡＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の第一実施形態に係るゴルフクラブシャフト１０を示し、このシャフト１０は繊維強化プリプレグの積層体からなり、小径側先端にヘッド１１が取り付けられ、大径側端部にグリップ１２が取り付けられている。シャフト１０の形状はテーパー状であり、その全長は８５０ｍｍ〜１２５０ｍｍの範囲内に設定し、本実施形態では１１６８ｍｍとしている。なお、ヘッド１１側先端外径は８．５ｍｍ〜１０．５ｍｍの範囲内に、グリップ１２側先端外径は１５．０ｍｍ〜１７．０ｍｍの範囲内に設定している。
【００２１】
上記シャフト１０はシートワインディング製法により作製されており、図２に示す繊維強化プリプレグ２０〜２８を芯金（図示せず）に内周側から順次巻きつけて積層した後、ポリプロピレン等の樹脂テープでラッピングしてオーブン中で加熱加圧して樹脂を硬化させて一体的に成形し、その後、芯金を引き抜いてシャフト１０を形成している。これら繊維強化プリプレグ２１〜２８には、カーボン繊維からなる強化繊維Ｆ２１〜Ｆ２８にエポキシ樹脂を含浸させたものを用いている。
【００２２】
以下プリプレグ２０〜２８の積層構成を示す。
強化繊維を平行に引き揃え樹脂を含浸させたプリプレグの形状、長さは図２に示すとおりである。
【００２３】
プリプレグ２０は、長さを２００ｍｍ、、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２０がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置している。強化繊維Ｆ２０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２１、２２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で１．５回巻きするサイズとしている。強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２がシャフト軸線に対してなす傾斜角度をそれぞれ−４５°、＋４５°としている。強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用している。
プリプレグ２３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°としている。強化繊維Ｆ２３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用している。
プリプレグ２４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２４がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、グリップ側に配置している。強化繊維Ｆ２４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２５は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２５がシャフト軸線に対してなす配向角をいずれも０°としている。強化繊維Ｆ２５には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２６は、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に６回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２６がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置している。強化繊維Ｆ２６には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２７、２８は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとしている。また、強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−１５°、＋１５°とし、互いに交差するように組み合わせている。強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
【００２４】
上記プリプレグ２０〜２８は、強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２がシャフト軸線に対して±４５°に傾斜したプリプレグ２１、２２からなるバイアス層Iで内層を構成している。その外側に、シャフト軸線に対する繊維角度を０°（平行）とするプリプレグ２４〜２６を積層してストレート層IIからなる外層を構成している。該ストレート層IIの外側に、シャフト軸線に対する繊維角度を±１５°とするプリプレグ２７、２８を、強化繊維を互いに交差するように組み合わせて積層して、最外層の低角度交差バイアス層IIIを設けている。
【００２５】
なお、上記強化繊維Ｆ２０〜Ｆ２８に使用している東邦テナックス社製「ＵＭ３３」、東レ社製「Ｍ４０Ｊ」、東レ社製「Ｍ３０Ｓ」の引張弾性率、引張強度、破断伸度（破断歪み）、樹脂含有量は表１に示すとおりである。
【００２６】
【表１】
【００２７】
上記構成からなるゴルフクラブシャフト１０では、内層のバイアス層Iによりシャフト１０に捩れ剛性を付与し、外層のストレート層IIによりシャフト１０に曲げ剛性を付与している。最も変形量が大きくなる最外層に低角度交差バイアス層IIIを配置することにより、最外層の強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８の変形量が小さくなり、曲げ剛性を著しく低下させることなく曲げ変形への耐性を高めている。
【００２８】
また、上記低角度バイアス層IIIに用いる強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８は、引張弾性率が３２０Ｇｐａで、２９０Ｇｐａ以上であるため曲げ剛性に優れている。かつ、引張強度を４０００Ｍｐａ以上の５２００Ｍｐａ、破断伸度を１．５％としているため、曲げ強度も優れている。
このように曲げ剛性と曲げ強度をバランスよく共に兼ね備えた強化繊維２７、Ｆ２８を、曲げ変形量の大きいシャフト１０の最外層に使用することと、上記のように強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８をシャフト軸線に対して低角度で傾斜させて打撃時の繊維の変形量を小さくすることにより、シャフト１０を肉厚化することなく曲げ剛性と曲げ強度を共に向上にさせることができる。
【００２９】
図３は本発明の第二実施形態を示し、プリプレグ３０〜３９の積層構成のうちストレート層II、最外層の低角度交差バイアス層IIIの構成を第一実施形態と相違させている。
【００３０】
プリプレグ３０は、長さを２００ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３０の角度はシャフト軸線に対して平行な０°とし、ヘッド側に配置している。強化繊維Ｆ３０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ３１、３２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で１．５回巻きするサイズとしている。また、強化繊維Ｆ３１、Ｆ３２がシャフト軸線に対してなす傾斜角度をそれぞれ−４５°、＋４５°としている。強化繊維Ｆ３１、Ｆ３２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用している。
プリプレグ３３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°としている。強化繊維Ｆ３３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用している。
プリプレグ３４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３４の角度はシャフト軸線に対して平行な０°とし、グリップ側に配置している。強化繊維Ｆ３４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ３５〜３７はいずれも、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３５〜Ｆ３７の角度はシャフト軸線に対して平行な０°としている。強化繊維Ｆ３５〜Ｆ３７には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ３８、３９は、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとしている。また、強化繊維Ｆ３８、Ｆ３９がシャフト軸線に対してなす傾斜角度をそれぞれ−１５°、＋１５°とし、互いに交差するように組み合わせている。強化繊維Ｆ３８、Ｆ３９には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
【００３１】
上記第二実施形態のゴルフクラブシャフト１０は、プリプレグ３４〜３７でストレート層IIを構成し、プリプレグ３８、３９で最外層の低角度交差バイアス層IIIを形成し、打撃時の曲げ変形量が大きいヘッド側にのみ重点的に積層している。また、強化繊維のシャフト軸線に対する配向角が０°である完全なストレート層IIをプリプレグ３４〜３７で構成し、ストレート層IIの占める比率を大きくしている。これにより、シャフト１０を重量化することなく、曲げ剛性を向上させ、かつ、効果的に曲げ強度も高めることができる。
【００３２】
【実施例】
本発明のゴルフクラブシャフトの実施例１、２および比較例１〜３について詳述する。
実施例および比較例のゴルフクラブシャフトを下記の表２に示すように作製し、各シャフトの曲げ剛性、曲げ強度、および耐久性について評価を行った。なお、シャフトはいずれも、長さを１１６８ｍｍとした。
【００３３】
【表２】
【００３４】
（実施例１、２）
実施例１は、上記第一実施形態と同一の積層構成とし、プリプレグ２０〜２８を芯金に巻きつけて作製した。シャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍとし、グリップ側外径は１５．６ｍｍとし、シャフト重量は４９ｇとした。
実施例２は、上記第二実施形態と同一の積層構成とし、プリプレグ３０〜３９を芯金に巻きつけて作製した。シャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍとし、グリップ側外径は１５．６ｍｍとし、シャフト重量は４８ｇとした。
【００３５】
（比較例１）
図４に示すように、プリプレグ４０〜４８を芯金に内側から順次巻きつけて積層した。即ち、内層側にバイアス層Iを、外層側にストレート層IIを積層したが、該ストレート層IIは強化繊維がシャフト軸線に対して０°である完全ストレート層IIａのみで構成され、低角度バイアス層は設けなかった。シャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍとし、グリップ側外径は１５．６ｍｍとし、シャフト重量は４８ｇとした。
以下、プリプレグ４０〜４８の積層構成を説明する。
プリプレグ４０は、長さを２００ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４０がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置した。強化繊維Ｆ４０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ４１、４２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で１．５回巻きするサイズとした。また、強化繊維Ｆ４１、Ｆ４２がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−４５°、＋４５°とした。強化繊維Ｆ４１、Ｆ４２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用した。
プリプレグ４３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°とした。強化繊維Ｆ４３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用した。
プリプレグ４４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４４がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、グリップ側に配置した。強化繊維Ｆ４４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ４５〜４７はいずれも、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４５〜Ｆ４７がシャフト軸線に対してなす配向角をいずれも０°とした。強化繊維Ｆ４５〜Ｆ４７には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ４８は、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に６回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４８がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とした。強化繊維Ｆ４８には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
【００３６】
（比較例２）
図５に示すように、強化繊維Ｆ５０〜Ｆ６０を備えて各プリプレグ５０〜６０を順次内側から巻きつけて作製した。上記プリプレグの長さ及び巻数は図に示す通りとした。
即ち、まず、ヘッド側にのみプリプレグ５０からなるストレート層を設け、その外周にプリプレグ５１、５２からなるバイアス層Iを内層に設けた。該バイアス層Iの外周にプリプレグ５３からなるフープ層を設け、該フープ層の外周にはグリップ側にのみプリプレグ５４からなるストレート層を部分的に設けた。該ストレートの外周にプリプレグ５５〜５８からなる低角度交差バイアス層III−１を設け、その外周にヘッド側にのみ部分的にプリプレグ５９、６０からなる低角度交差バイアス層III−２を設けている。このシャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍ、グリップ側外径は１５．８ｍｍ、シャフト重量は５６ｇとした。
【００３７】
詳細には、プリプレグ５０は、長さを２００ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５０がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置した。強化繊維Ｆ５０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ５１、５２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で各々１．５回巻きするサイズとした。また、強化繊維Ｆ５１、Ｆ５２がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−４５°、＋４５°とした。強化繊維Ｆ５１、Ｆ５２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用した。 プリプレグ５３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°とした。強化繊維Ｆ５３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用した。
プリプレグ５４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５４がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、グリップ側に配置した。強化繊維Ｆ５４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ５５〜５８はいずれも、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとした。また、強化繊維Ｆ５５〜Ｆ５８がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−１５°、＋１５°とし、強化繊維Ｆ５５〜５８が順次交差するようにプリプレグを組み合わせて積層した。強化繊維Ｆ５５〜Ｆ５８には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ５９、６０はいずれも、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５９、Ｆ６０がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−１５°、＋１５°とした。強化繊維Ｆ５９、Ｆ６０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
【００３８】
（比較例３）
最外層に配置する低角度バイアス層を構成する２枚のプリプレグの繊維角度をシャフト軸線に対して−３５°、＋３５°で傾斜させ、互いに交差するように組み合わせた。このバイアス層の強化繊維として東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
【００３９】
（順式フレックス、逆式フレックスの測定方法）
順式フレックス（Ｗ４５”ポジション）、逆式フレックス（Ｗ４５”ポジション）の測定方法を以下に説明する。
順式フレックスとは、シャフトのグリップ側の剛性の指標であり、図６（Ａ）に示すように、シャフト１０のヘッド側端１１ａからグリップ側端１１ｂに向かって１２９ｍｍの箇所を荷重点Ｗとし、この荷重点Ｗからグリップ側端１１ｂに向かって８２４ｍｍの箇所を第一支点Ｔ１とし、この第一支点Ｔ１からグリップ側端１１ｂに向かって１４０ｍｍの箇所を第二支点Ｔ２とした。第一支点Ｔ１において下方から、そして第二支点Ｔ２において上方から、軸方向が水平となるようにシャフト１０を固定し、荷重点Ｗに２．７ｋｇの錘が吊り下げられたときの荷重点Ｗの撓み量を測定した。
逆式フレックスとは、シャフトのヘッド側の剛性の使用であり、図６（Ｂ）に示すように、シャフト１０のヘッド側端１１ａからグリップ側端１１ｂに向かって１５２ｍｍの箇所を第一支点Ｔ１’とし、この第一支点Ｔ１’からヘッド側端１１ａに向かって１４０ｍｍの箇所を第二支点Ｔ２’とした。第一支点Ｔ１’からグリップ側へ７７６ｍｍの点を荷重点Ｗ’とした。第一支点Ｔ１’において下方から、そして第二支点Ｔ２’において上方から、軸方向が水平となるようにシャフト１０を固定し、荷重点Ｗ’に１．３ｋｇの錘が吊り下げられたときの荷重点Ｗ’の撓み量を測定した。
【００４０】
（三点曲げ強度）
３点曲げ強度とは、製品安全協会が定めるＳＧ式の破壊強度である。図７に示すように、２点でシャフト１０を支え、２点の中心部に上方から荷重Ｆを加え、シャフト１０が破断した時の荷重値（ピーク値）を測定した。測定点は、シャフト１０のヘッド側端１１ａから９０ｍｍ（Ｔ点）、１７５ｍｍ（Ａ点）、５２５ｍｍ（Ｂ点）、の各箇所と、グリップ側端１１ｂから１７５ｍｍ（Ｃ点）の箇所計４ヶ所について行った。支持点１５のスパンｌをＴ点測定時のみ１５０ｍｍとし、Ａ〜Ｃ点測定時は３００ｍｍとした。測定はシャフト１０をプリプレグシートの境界部（繋ぎ目）の位置（シャフト周方向０゜の位置）が上を向くように支持して測定する一方、さらにシャフトを軸を中心に９０゜回転させてプリプレグシートの境界部（繋ぎ目）の位置（シャフト周方向の０゜位置）を水平方向に向けて支持して測定した。Ｔ、Ａ、Ｂ、Ｃ各点の平均値を上記表２に示している。
【００４１】
（シャフトの耐久試験）
ヘッドを３６０ｃｃのチタン合金製とし、ヘッドスピードを５５ｍ／ｓ、打点をフェースセンターからヒール側へ３０ｍｍ、上方へ１０ｍｍずれた位置とする条件下で、（株）ミヤマエ製のショットロボIIIを使用して３０００打の実打耐久テストを実施した。その結果、折れなかったシャフトについては「○」を、折れたシャフトについては「×」を表２に記載している。
【００４２】
表２に示すように、実施例１、２はともに、剛性および強度が十分であり、耐久性も高かった。
一方、比較例１は最外層に低角度バイアス層を積層せず、ストレート層のみで外層構成したため、剛性は高いが曲げ強度が低く、耐久性も低かった。
比較例３は、低角度バイアス層に替えて、最外層の全面にわたって繊維角度の大きいバイアス層を積層したため、剛性、強度共に低く、耐久性に問題があった。 比較例２はシャフト全長にわたるストレート層を設けず、バイアス層の外周に低角度交差バイアス層を積層したため、剛性、強度、耐久性に問題はなかったが、シャフト重量が大きくなった。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明では、シャフトの内層にバイアス層、外層にストレート層を配置してシャフトの剛性を高める同時に、該ストレート層の最外層の少なくとも一部に、シャフト軸線に対して±５°以上±３０°以下の角度で傾斜させた低角度交差バイアス層を配置していることにより、シャフト変形量が最大となる最外層において強化繊維の変形量を小さくし、曲げ変形に対する耐性を高め、曲げ強度を向上させることができる。
また、低角度交差バイアス層で、プリプレグの強化繊維が互いに交差するように組み合わせているため、変形時に互いの歪みを復元し合い、剛性を高めることができる。
【００４４】
さらに、低角度交差バイアス層の強化繊維について、引張弾性率を２９０Ｇｐａ以上とし、引張強度を４０００Ｍｐａ以上とし、破断伸度を１．５％以上とすることにより、曲げ剛性と曲げ強度を一層バランスよく向上させる好条件を実現できる。従って、シャフトの軽量性を維持したまま、曲げ剛性と曲げ強度に共にバランスよく強化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態に係るゴルフクラブシャフトの概略図である。
【図２】 本発明の第一実施形態のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図３】 本発明の第二実施形態のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図４】 比較例１のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図５】 比較例２のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図６】 （Ａ）は順式フレックス測定方法を示し、（Ｂ）は逆式フレックス測定方法を示す図である。
【図７】 ３点曲げ強度の測定方法を示す図である。
【図８】 従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ゴルフクラブシャフト
２０〜２８、３０〜３９、４０〜４８、５０〜６０ プリプレグ
I バイアス層
II ストレート層
III 低角度交差バイアス層
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリプレグをシートワインディング製法で積層したゴルフクラブシャフトに関し、特に、ゴルフクラブシャフトの軽量化を図りながら曲げ剛性と曲げ強度を共に向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ゴルフクラブシャフトは、スイング時のヘッドスピードが上がり飛距離も伸びること等から軽量化が求められており、比強度、比剛性の高いカーボン繊維等を使用した繊維強化樹脂製のゴルフクラブシャフトが市場で定着してきている。一方、ゴルフクラブシャフトの軽量化に伴いシャフトの肉厚も薄肉化の傾向にあるが、その結果、シャフトの曲げ剛性が低下すると、シャフトのぶれやインパクト時のしなりが大きくなり、特にヘッドスピードの速いプレーヤーには、シャフトのしっかり感が得にくく、ボールコントロールが難しくなるという問題がある。
【０００３】
そこで、薄肉の軽量シャフトにおいて効果的に曲げ剛性を向上させるために、打撃時の変形量が最も大きいシャフト外層に、繊維角度がシャフト軸線に対して略０°のストレート層を配置するとともに、引張弾性率の高い強化繊維を用いる場合がある。しかしながら、引張弾性率の高い材料になるほど破断伸度が小さくなる。従って、わずかな変形量でもシャフトが折損しやすくなり、特に変形量の大きい外層側に引張弾性率の高い材料を使用することは、曲げ強度を低下させることになる。
【０００４】
上記問題に対して従来より下記の提案がなされている。
即ち、特開平５−４９７１７号（特許文献１）では、シャフトの軸腺に対する繊維角度が略０°のストレート層を外層側に配置すると共に、該ストレート層を高弾性高強度炭素繊維からなる内層と高強度炭素繊維からなる外層とで構成することにより、剛性を高めることが提案されている。
特開２００２−１２６１４１号（特許文献２）では、図８に示すように、シャフト１の少なくとも最外層に繊維角度の異なる複数のバイアスシート２、３を巻回し、複数のバイアス面４を均等に配置することが提案されている。
特許第３２１９２２号（特許文献３）では、プリプレグの樹脂含浸率を低くすることによりシャフトの軽量化と強度向上を図ることが提案されている。
特公昭６０−３９３８８号（特許文献４）では、シャフトの内層側の繊維角度を２５°以上６５°以下とし、外層側の繊維角度を０°以上１５°以下とすると共に、外層側に高強度炭素繊維を使用することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−４９７１７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１２６１４１号公報
【０００７】
【特許文献３】
特許第３２１９２２号公報
【０００８】
【特許文献４】
特公昭６０−３９３８８号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のシャフトでは曲げ強度の点においては、強度の低い高弾性炭素繊維が律速となってしまい十分な強度が得られないという問題が残る。
特許文献２のシャフトは、使用者の技量や好みに対応させてゴルフクラブシャフトの曲げ剛性の調整を図るものであり、曲げ剛性と曲げ強度のバランスをとってシャフトに剛性と強度を共に具備させることを目的としていない。
特許文献３のシャフトでは、プリプレグの取り扱い性、成型作業性が難しくなると共に、複合材としての材料の安定性に劣るため、品質が安定しない点に問題がある。
特許文献４のシャフトは、フィラメントワインディング製法によるもので、該製法では強化繊維を芯金に直接ワインディングしていくため、シャフト軸線に対してある程度角度を持たせない限り繊維を巻き付けることができない。従って、曲げ剛性の強化に効果的なストレート層を形成できない点に問題がある。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、軽量化を維持したまま、曲げ剛性と曲げ強度をバランスよく共に向上させたゴルフクラブシャフトの提供を課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、繊維強化プリプレグの積層体からなり、
強化繊維角度をシャフト軸線に対して±３５°以上±５５°以下の角度で傾斜させたプリプレグを、繊維方向を互いに交差させるように組み合わせたバイアス層からなる内層と、
強化繊維角度をシャフト軸線に対して平行に配向させたプリプレグからなるストレート層からなる外層と、
上記ストレート層の最外層の少なくとも一部に積層され、強化繊維角度をシャフト軸線に対して±５°以上±３０°以下の角度で傾斜させたプリプレグを、繊維方向が互いに交差させるように組み合わせた低角度交差バイアス層からなる最外層と
上記内層のバイアス層と上記ストレート層との間に強化繊維をシャフト軸線方向に対して９０度としたプリプレグからなるフープ層と、
を備え、
上記プリプレグはエポキシ樹脂に強化繊維のみを含浸させたものであり、上記低角度交差バイアス層の強化繊維は、引張弾性率が２９０Ｇｐａ以上、引張強度が４０００Ｍｐａ以上であるゴルフクラブシャフトを提供している。
【００１２】
上記構成とすると、シャフトの内層側に積層した、±３５°以上±５５°以下の繊維角度を有するバイアス層によりシャフトの捻れ剛性を高めると共に、外層側に積層したストレート層により曲げ剛性を高めることができる。
また、ストレート層の最外層の少なくとも一部に、強化繊維を少し傾斜させた低角度交差バイアス層を配置することにより、ボール打撃時の曲げ変形量が最も大きい最外層において繊維の変形量を小さくすることができるため、シャフトは従来より大きな曲げ変形に対しても耐性を持つようになり、曲げ強度を向上させることができる。
上記内層のバイアス層および外層のストレート層はシャフト全長にわたる長さとしている。
さらに、上記低角度交差バイアス層を、強化繊維を傾斜させた繊維強化プリプレグを互いに交差するように組み合わせているため、ボール打撃時に互いに引張方向と圧縮方向の応力を受けて歪みを生じ、この歪みを交差バイアス層が互いに復元しようと働くことにより、変形し難く、バランスのよいシャフトとすることができる。
【００１３】
上記低角度交差バイアス層は、強化繊維をシャフト軸線に対して±５°以上±３０°以下の角度で傾斜させている。これは繊維角度が５°未満では、シャフトの曲げ変形に対して繊維の変形量が殆ど小さくならないために十分な曲げ強度を確保できず、繊維角度が３０°より大きくなると、曲げ剛性の低下を招くと共に、繊維層の破壊が、繊維と樹脂の界面での破壊または繊維方向のせん断破壊が支配的となり、強度も低下することに因る。なお、±１０°以上±２０°以下の角度が好ましい。
【００１４】
上記低角度交差バイアス層は、２枚の繊維方向を互いに交差させて組み合わせた２枚のプリプレグからなる構成することが好ましい。
上記低角度交差バイアス層はシャフトの全長あるいは、ヘッド取付側の先端部に設けている。
なお、ストレート層の外周に、全長に低角度交差バイアス層を配置し、その外面のヘッド取付側の先端部に更に低角度交差バイアス層を設けてもよい。
【００１５】
上記のように、低角度交差バイアス層の強化繊維の引張弾性率が２９０Ｇｐａ以上としている。これは、引張弾性率が２９０Ｇｐａ未満では曲げ剛性が不十分であり、ゴルフクラブシャフトの軽量化と曲げ剛性向上を両立できないことに因る。一方、該引張弾性率は高いほど良いが、材料入手上の理由から４５０Ｇｐａ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、低角度交差バイアス層は、強化繊維の引張強度が４０００Ｍｐａ以上としている。これは、引張強度が４０００Ｍｐａ未満ではシャフト強度が低く折損しやすくなるためである。一方、該引張強度は高いほど良いが、材料入手上の理由から６５００Ｍｐａ以下であることが好ましい。
【００１７】
さらに、低角度交差バイアス層は、強化繊維の破断伸度が１．５％以上であることが好ましい。これは、破断伸度が１．５％未満では、打撃時、特にヘッドのネック近傍で打撃したときに衝撃変形に耐えられず、折損しやすいことに因る。一方、該破断伸度は大きいほど良いが、材料入手上の理由から２．５％以下であることが好ましい。
なお、上記ストレート層についても、打撃時の変形量が比較的大きい外層側に配置されているため、曲げ変形による折損を防止するために、強化繊維の破断伸度を１．０％以上とすることが好ましい。
【００１８】
上記低角度交差バイアス層の強化繊維は、比重が小さく弾性率と強度が高いという点からカーボン繊維が好ましいが、その他、チタンやボロンといった金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステル繊維、超高分子ポリエチレン繊維等も用いることができる。
【００１９】
上記低角度交差バイアス層に用いられる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられるが、強度、剛性、および成型のしやすさの点より、熱硬化性樹脂が好ましく、特に、エポキシ系樹脂が好ましい。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ＡＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の第一実施形態に係るゴルフクラブシャフト１０を示し、このシャフト１０は繊維強化プリプレグの積層体からなり、小径側先端にヘッド１１が取り付けられ、大径側端部にグリップ１２が取り付けられている。シャフト１０の形状はテーパー状であり、その全長は８５０ｍｍ〜１２５０ｍｍの範囲内に設定し、本実施形態では１１６８ｍｍとしている。なお、ヘッド１１側先端外径は８．５ｍｍ〜１０．５ｍｍの範囲内に、グリップ１２側先端外径は１５．０ｍｍ〜１７．０ｍｍの範囲内に設定している。
【００２１】
上記シャフト１０はシートワインディング製法により作製されており、図２に示す繊維強化プリプレグ２０〜２８を芯金（図示せず）に内周側から順次巻きつけて積層した後、ポリプロピレン等の樹脂テープでラッピングしてオーブン中で加熱加圧して樹脂を硬化させて一体的に成形し、その後、芯金を引き抜いてシャフト１０を形成している。これら繊維強化プリプレグ２１〜２８には、カーボン繊維からなる強化繊維Ｆ２１〜Ｆ２８にエポキシ樹脂を含浸させたものを用いている。
【００２２】
以下プリプレグ２０〜２８の積層構成を示す。
強化繊維を平行に引き揃え樹脂を含浸させたプリプレグの形状、長さは図２に示すとおりである。
【００２３】
プリプレグ２０は、長さを２００ｍｍ、、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２０がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置している。強化繊維Ｆ２０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２１、２２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で１．５回巻きするサイズとしている。強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２がシャフト軸線に対してなす傾斜角度をそれぞれ−４５°、＋４５°としている。強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用している。
プリプレグ２３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°としている。強化繊維Ｆ２３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用している。
プリプレグ２４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２４がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、グリップ側に配置している。強化繊維Ｆ２４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２５は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２５がシャフト軸線に対してなす配向角をいずれも０°としている。強化繊維Ｆ２５には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２６は、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に６回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ２６がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置している。強化繊維Ｆ２６には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ２７、２８は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとしている。また、強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−１５°、＋１５°とし、互いに交差するように組み合わせている。強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
【００２４】
上記プリプレグ２０〜２８は、強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２がシャフト軸線に対して±４５°に傾斜したプリプレグ２１、２２からなるバイアス層Iで内層を構成している。その外側に、シャフト軸線に対する繊維角度を０°（平行）とするプリプレグ２４〜２６を積層してストレート層IIからなる外層を構成している。該ストレート層IIの外側に、シャフト軸線に対する繊維角度を±１５°とするプリプレグ２７、２８を、強化繊維を互いに交差するように組み合わせて積層して、最外層の低角度交差バイアス層IIIを設けている。
【００２５】
なお、上記強化繊維Ｆ２０〜Ｆ２８に使用している東邦テナックス社製「ＵＭ３３」、東レ社製「Ｍ４０Ｊ」、東レ社製「Ｍ３０Ｓ」の引張弾性率、引張強度、破断伸度（破断歪み）、樹脂含有量は表１に示すとおりである。
【００２６】
【表１】
上記構成からなるゴルフクラブシャフト１０では、内層のバイアス層Iによりシャフト１０に捩れ剛性を付与し、外層のストレート層IIによりシャフト１０に曲げ剛性を付与している。最も変形量が大きくなる最外層に低角度交差バイアス層IIIを配置することにより、最外層の強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８の変形量が小さくなり、曲げ剛性を著しく低下させることなく曲げ変形への耐性を高めている。
【００２８】
また、上記低角度バイアス層IIIに用いる強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８は、引張弾性率が３２０Ｇｐａで、２９０Ｇｐａ以上であるため曲げ剛性に優れている。かつ、引張強度を４０００Ｍｐａ以上の５２００Ｍｐａ、破断伸度を１．５％としているため、曲げ強度も優れている。
このように曲げ剛性と曲げ強度をバランスよく共に兼ね備えた強化繊維２７、Ｆ２８を、曲げ変形量の大きいシャフト１０の最外層に使用することと、上記のように強化繊維Ｆ２７、Ｆ２８をシャフト軸線に対して低角度で傾斜させて打撃時の繊維の変形量を小さくすることにより、シャフト１０を肉厚化することなく曲げ剛性と曲げ強度を共に向上にさせることができる。
【００２９】
図３は本発明の第二実施形態を示し、プリプレグ３０〜３９の積層構成のうちストレート層II、最外層の低角度交差バイアス層IIIの構成を第一実施形態と相違させている。
【００３０】
プリプレグ３０は、長さを２００ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３０の角度はシャフト軸線に対して平行な０°とし、ヘッド側に配置している。強化繊維Ｆ３０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ３１、３２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で１．５回巻きするサイズとしている。また、強化繊維Ｆ３１、Ｆ３２がシャフト軸線に対してなす傾斜角度をそれぞれ−４５°、＋４５°としている。強化繊維Ｆ３１、Ｆ３２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用している。
プリプレグ３３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°としている。強化繊維Ｆ３３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用している。
プリプレグ３４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３４の角度はシャフト軸線に対して平行な０°とし、グリップ側に配置している。強化繊維Ｆ３４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ３５〜３７はいずれも、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ３５〜Ｆ３７の角度はシャフト軸線に対して平行な０°としている。強化繊維Ｆ３５〜Ｆ３７には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
プリプレグ３８、３９は、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとしている。また、強化繊維Ｆ３８、Ｆ３９がシャフト軸線に対してなす傾斜角度をそれぞれ−１５°、＋１５°とし、互いに交差するように組み合わせている。強化繊維Ｆ３８、Ｆ３９には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用している。
【００３１】
上記第二実施形態のゴルフクラブシャフト１０は、プリプレグ３４〜３７でストレート層IIを構成し、プリプレグ３８、３９で最外層の低角度交差バイアス層IIIを形成し、打撃時の曲げ変形量が大きいヘッド側にのみ重点的に積層している。また、強化繊維のシャフト軸線に対する配向角が０°である完全なストレート層IIをプリプレグ３４〜３７で構成し、ストレート層IIの占める比率を大きくしている。これにより、シャフト１０を重量化することなく、曲げ剛性を向上させ、かつ、効果的に曲げ強度も高めることができる。
【００３２】
【実施例】
本発明のゴルフクラブシャフトの実施例１、２および比較例１〜３について詳述する。
実施例および比較例のゴルフクラブシャフトを下記の表２に示すように作製し、各シャフトの曲げ剛性、曲げ強度、および耐久性について評価を行った。なお、シャフトはいずれも、長さを１１６８ｍｍとした。
【００３３】
【表２】
（実施例１、２）
実施例１は、上記第一実施形態と同一の積層構成とし、プリプレグ２０〜２８を芯金に巻きつけて作製した。シャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍとし、グリップ側外径は１５．６ｍｍとし、シャフト重量は４９ｇとした。
実施例２は、上記第二実施形態と同一の積層構成とし、プリプレグ３０〜３９を芯金に巻きつけて作製した。シャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍとし、グリップ側外径は１５．６ｍｍとし、シャフト重量は４８ｇとした。
【００３５】
（比較例１）
図４に示すように、プリプレグ４０〜４８を芯金に内側から順次巻きつけて積層した。即ち、内層側にバイアス層Iを、外層側にストレート層IIを積層したが、該ストレート層IIは強化繊維がシャフト軸線に対して０°である完全ストレート層IIａのみで構成され、低角度バイアス層は設けなかった。シャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍとし、グリップ側外径は１５．６ｍｍとし、シャフト重量は４８ｇとした。
以下、プリプレグ４０〜４８の積層構成を説明する。
プリプレグ４０は、長さを２００ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４０がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置した。強化繊維Ｆ４０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ４１、４２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で１．５回巻きするサイズとした。また、強化繊維Ｆ４１、Ｆ４２がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−４５°、＋４５°とした。強化繊維Ｆ４１、Ｆ４２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用した。
プリプレグ４３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°とした。強化繊維Ｆ４３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用した。
プリプレグ４４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４４がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、グリップ側に配置した。強化繊維Ｆ４４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ４５〜４７はいずれも、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４５〜Ｆ４７がシャフト軸線に対してなす配向角をいずれも０°とした。強化繊維Ｆ４５〜Ｆ４７には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ４８は、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に６回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ４８がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とした。強化繊維Ｆ４８には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
【００３６】
（比較例２）
図５に示すように、強化繊維Ｆ５０〜Ｆ６０を備えて各プリプレグ５０〜６０を順次内側から巻きつけて作製した。上記プリプレグの長さ及び巻数は図に示す通りとした。
即ち、まず、ヘッド側にのみプリプレグ５０からなるストレート層を設け、その外周にプリプレグ５１、５２からなるバイアス層Iを内層に設けた。該バイアス層Iの外周にプリプレグ５３からなるフープ層を設け、該フープ層の外周にはグリップ側にのみプリプレグ５４からなるストレート層を部分的に設けた。該ストレートの外周にプリプレグ５５〜５８からなる低角度交差バイアス層III−１を設け、その外周にヘッド側にのみ部分的にプリプレグ５９、６０からなる低角度交差バイアス層III−２を設けている。このシャフトのヘッド側外径は９．０ｍｍ、グリップ側外径は１５．８ｍｍ、シャフト重量は５６ｇとした。
【００３７】
詳細には、プリプレグ５０は、長さを２００ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５０がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、ヘッド側に配置した。強化繊維Ｆ５０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ５１、５２は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０にヘッド１１側で各々３回巻き、グリップ側で各々１．５回巻きするサイズとした。また、強化繊維Ｆ５１、Ｆ５２がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−４５°、＋４５°とした。強化繊維Ｆ５１、Ｆ５２には東レ社製「Ｍ４０Ｊ」を使用した。 プリプレグ５３は、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５３がシャフト軸線に対してなす配向角を９０°とした。強化繊維Ｆ５３には東レ社製「Ｍ３０Ｓ」を使用した。
プリプレグ５４は、長さを３５０ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５４がシャフト軸線に対してなす配向角を０°とし、グリップ側に配置した。強化繊維Ｆ５４には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ５５〜５８はいずれも、長さを１１６８ｍｍ、幅をシャフト１０に１回巻きするサイズとした。また、強化繊維Ｆ５５〜Ｆ５８がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−１５°、＋１５°とし、強化繊維Ｆ５５〜５８が順次交差するようにプリプレグを組み合わせて積層した。強化繊維Ｆ５５〜Ｆ５８には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
プリプレグ５９、６０はいずれも、長さを２５０ｍｍ、幅をシャフト１０に３回巻きするサイズとし、強化繊維Ｆ５９、Ｆ６０がシャフト軸線に対してなす配向角をそれぞれ−１５°、＋１５°とした。強化繊維Ｆ５９、Ｆ６０には東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
【００３８】
（比較例３）
最外層に配置する低角度バイアス層を構成する２枚のプリプレグの繊維角度をシャフト軸線に対して−３５°、＋３５°で傾斜させ、互いに交差するように組み合わせた。このバイアス層の強化繊維として東邦テナックス社製「ＵＭ３３」を使用した。
【００３９】
（順式フレックス、逆式フレックスの測定方法）
順式フレックス（Ｗ４５”ポジション）、逆式フレックス（Ｗ４５”ポジション）の測定方法を以下に説明する。
順式フレックスとは、シャフトのグリップ側の剛性の指標であり、図６（Ａ）に示すように、シャフト１０のヘッド側端１１ａからグリップ側端１１ｂに向かって１２９ｍｍの箇所を荷重点Ｗとし、この荷重点Ｗからグリップ側端１１ｂに向かって８２４ｍｍの箇所を第一支点Ｔ１とし、この第一支点Ｔ１からグリップ側端１１ｂに向かって１４０ｍｍの箇所を第二支点Ｔ２とした。第一支点Ｔ１において下方から、そして第二支点Ｔ２において上方から、軸方向が水平となるようにシャフト１０を固定し、荷重点Ｗに２．７ｋｇの錘が吊り下げられたときの荷重点Ｗの撓み量を測定した。
逆式フレックスとは、シャフトのヘッド側の剛性の使用であり、図６（Ｂ）に示すように、シャフト１０のヘッド側端１１ａからグリップ側端１１ｂに向かって１５２ｍｍの箇所を第一支点Ｔ１’とし、この第一支点Ｔ１’からヘッド側端１１ａに向かって１４０ｍｍの箇所を第二支点Ｔ２’とした。第一支点Ｔ１’からグリップ側へ７７６ｍｍの点を荷重点Ｗ’とした。第一支点Ｔ１’において下方から、そして第二支点Ｔ２’において上方から、軸方向が水平となるようにシャフト１０を固定し、荷重点Ｗ’に１．３ｋｇの錘が吊り下げられたときの荷重点Ｗ’の撓み量を測定した。
【００４０】
（三点曲げ強度）
３点曲げ強度とは、製品安全協会が定めるＳＧ式の破壊強度である。図７に示すように、２点でシャフト１０を支え、２点の中心部に上方から荷重Ｆを加え、シャフト１０が破断した時の荷重値（ピーク値）を測定した。測定点は、シャフト１０のヘッド側端１１ａから９０ｍｍ（Ｔ点）、１７５ｍｍ（Ａ点）、５２５ｍｍ（Ｂ点）、の各箇所と、グリップ側端１１ｂから１７５ｍｍ（Ｃ点）の箇所計４ヶ所について行った。支持点１５のスパンｌをＴ点測定時のみ１５０ｍｍとし、Ａ〜Ｃ点測定時は３００ｍｍとした。測定はシャフト１０をプリプレグシートの境界部（繋ぎ目）の位置（シャフト周方向０゜の位置）が上を向くように支持して測定する一方、さらにシャフトを軸を中心に９０゜回転させてプリプレグシートの境界部（繋ぎ目）の位置（シャフト周方向の０゜位置）を水平方向に向けて支持して測定した。Ｔ、Ａ、Ｂ、Ｃ各点の平均値を上記表２に示している。
【００４１】
（シャフトの耐久試験）
ヘッドを３６０ｃｃのチタン合金製とし、ヘッドスピードを５５ｍ／ｓ、打点をフェースセンターからヒール側へ３０ｍｍ、上方へ１０ｍｍずれた位置とする条件下で、（株）ミヤマエ製のショットロボIIIを使用して３０００打の実打耐久テストを実施した。その結果、折れなかったシャフトについては「○」を、折れたシャフトについては「×」を表２に記載している。
【００４２】
表２に示すように、実施例１、２はともに、剛性および強度が十分であり、耐久性も高かった。
一方、比較例１は最外層に低角度バイアス層を積層せず、ストレート層のみで外層構成したため、剛性は高いが曲げ強度が低く、耐久性も低かった。
比較例３は、低角度バイアス層に替えて、最外層の全面にわたって繊維角度の大きいバイアス層を積層したため、剛性、強度共に低く、耐久性に問題があった。 比較例２はシャフト全長にわたるストレート層を設けず、バイアス層の外周に低角度交差バイアス層を積層したため、剛性、強度、耐久性に問題はなかったが、シャフト重量が大きくなった。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明では、シャフトの内層にバイアス層、外層にストレート層を配置してシャフトの剛性を高める同時に、該ストレート層の最外層の少なくとも一部に、シャフト軸線に対して±５°以上±３０°以下の角度で傾斜させた低角度交差バイアス層を配置していることにより、シャフト変形量が最大となる最外層において強化繊維の変形量を小さくし、曲げ変形に対する耐性を高め、曲げ強度を向上させることができる。
また、低角度交差バイアス層で、プリプレグの強化繊維が互いに交差するように組み合わせているため、変形時に互いの歪みを復元し合い、剛性を高めることができる。
【００４４】
さらに、低角度交差バイアス層の強化繊維について、引張弾性率を２９０Ｇｐａ以上とし、引張強度を４０００Ｍｐａ以上とし、破断伸度を１．５％以上とすることにより、曲げ剛性と曲げ強度を一層バランスよく向上させる好条件を実現できる。従って、シャフトの軽量性を維持したまま、曲げ剛性と曲げ強度に共にバランスよく強化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態に係るゴルフクラブシャフトの概略図である。
【図２】 本発明の第一実施形態のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図３】 本発明の第二実施形態のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図４】 比較例１のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図５】 比較例２のゴルフクラブシャフトに用いる繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図６】 （Ａ）は順式フレックス測定方法を示し、（Ｂ）は逆式フレックス測定方法を示す図である。
【図７】 ３点曲げ強度の測定方法を示す図である。
【図８】 従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ゴルフクラブシャフト
２０〜２８、３０〜３９、４０〜４８、５０〜６０ プリプレグ
I バイアス層
II ストレート層
III 低角度交差バイアス層
Claims (5)
- 繊維強化プリプレグの積層体からなり、
強化繊維角度をシャフト軸線に対して±３５°以上±５５°以下の角度で傾斜させたプリプレグを、繊維方向を互いに交差させるように組み合わせたバイアス層からなる内層と、
強化繊維角度をシャフト軸線に対して平行に配向させたプリプレグからなるストレート層からなる外層と、
上記ストレート層の最外層の少なくとも一部に積層され、強化繊維角度をシャフト軸線に対して±５°以上±３０°以下の角度で傾斜させたプリプレグを、繊維方向が互いに交差させるように組み合わせた低角度交差バイアス層からなる最外層と
上記内層のバイアス層と上記ストレート層との間に強化繊維をシャフト軸線方向に対して９０度としたプリプレグからなるフープ層と、
を備え、
上記プリプレグはエポキシ樹脂に強化繊維のみを含浸させたものであり、上記低角度交差バイアス層の強化繊維は、引張弾性率が２９０Ｇｐａ以上、引張強度が４０００Ｍｐａ以上であるゴルフクラブシャフト。 - 上記内層のバイアス層および外層のストレート層はシャフト全長にわたる長さとし、かつ、上記低角度交差バイアス層は、繊維方向を互いに交差させて組み合わせた２枚のプリプレグからなる請求項１に記載のゴルフクラブシャフト。
- 上記低角度交差バイアス層は、強化繊維をシャフト軸線方向に対して±１０°以上±２０°以下の角度で傾斜させている請求項１または請求項２に記載のゴルフクラブシャフト。
- 上記低角度交差バイアス層はシャフトの全長あるいは、ヘッド取付側の先端部に設けている請求項１に記載のゴルフクラブシャフト。
- 上記内層のバイアス層と上記ストレート層との間に強化繊維をシャフト軸線方向に対し９０度としたフープ層を、シャフト全長にわたって介在している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のゴルフクラブシャフト。
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