JP5074236B2 - 管状体の製造方法及び管状体 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化樹脂製の管状体の製造方法及びこの製造方法により製造された管状体に関する。

近年、非力な高齢者や女性ゴルファーの増加に伴い、わずかな力でも飛距離を伸ばすことのできるゴルフクラブシャフト（以下、単にシャフトともいう）の開発が望まれている。中でもシャフトの軽量化は、この問題を解決する有効な手段の一つと考えられ、様々な取り組みがなされてきた。

この取り組みとして、材料面では、まず、スチールからＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）への変更が挙げられる。また、同じＣＦＲＰでも、カーボン繊維の強度を向上させること、樹脂の物性を変更すること又はカーボン繊維と樹脂との密着強度を向上させること等により、シャフト全体の強度を向上させ、その分重量を低減している。また、構造面での取り組みとして、強度が向上する角度に繊維を配向又は積層させて強度を向上させることにより、その強度向上分の重量を低減してきた。

繊維強化樹脂製の管状体（以下、ＦＲＰ管状体ともいう）は、様々な用途で用いられている。ＦＲＰ管状体の製造方法として、ラッピングテープを用いた製造方法が公知である。この製造方法では、マンドレル（芯金）にシート状のＦＲＰ材料を巻き付けた後、所定の張力を付与しつつ樹脂テープを巻き付ける。この樹脂テープは、一般にラッピングテープとも称されている。このラッピングテープにより、成形圧力が付与される。

このラッピングテープは、最終的には除去される。この除去を容易とするため、離型性の高いラッピングテープが好ましい。特開２００２−１４４４３９号公報には、離型性を高める目的で、内面が織物文様であるラッピングテープを開示する。具体的には、織物と樹脂フィルムとが一体とされたラッピングテープが開示されている。
特開２００２−１４４４３９公報

ＣＦＲＰ製シャフトを軽量化する目的で、上記の通り、繊維や樹脂の強度、あるいは、繊維と樹脂との密着を高めることでシャフト全体の強度を高め、強度向上分の重量を低減する方法が採られてきた。そして、それらの方法によりシャフトの軽量化が図られてきた。しかしながら強度を向上させてその分軽量化するという開発にも限界がある。一方、ゴルファーのニーズには限界が無く、少しでも飛距離を伸ばすことが求められている。飛距離の増加を実現する手段の一つがシャフトの軽量化であり、シャフト軽量化への要求は尽きない。この要求を実現するために、シャフトに必要な最低限の強度は維持しつつ、シャフト剛性に関わる特性（フレックスやトルク）は犠牲にするという手法が採られてきた。しかしこの手法による軽量化も限界にきており、剛性の低下もクラブとしての機能に支障をきたすところまできている。如何にシャフトの剛性を維持したまま更なる軽量化を図るかが重要である。

シャフトの剛性を維持したまま軽量化を実現する手段として、繊維含有率の高いＣＦＲＰを使用することが考えられる。つまり、管状体の成形品としての強度や剛性を主として担う繊維の含有率を高めることにより、単位重量当たりの強度や剛性が高まり、軽量化が図られる。しかしながら、繊維含有率の高いＣＦＲＰでの成形は、タック製が不足しているため、成形しにくい上に、繊維強化樹脂部材層間に空気が入り込みやすくなる。またこの場合、材料自体にも空気が多く含まれることになるため、管状体全体に空気が多く入り込む。この空気はボイドとなり、管状体の強度や耐久性を低下させる可能性がある。

このように、軽量化を図りながら、強度と剛性とを同時に維持することは困難である。

また、上記従来技術のラッピングテープでは、織物と樹脂フィルムとで伸び率が異なるため、張力を付与した際に織物と樹脂フィルムとが部分的に分離したり、テープが捻れたり、テープが湾曲したり、成形圧力がばらついたりする現象が発生しうる。これらの現象により、ＦＲＰ管状体の表面が不均一となりやすく、不良品の発生又は強度の不均一が生じやすい。

ところで、軽量で且つ強度の高いＦＲＰ管状体は、様々な用途において有用である。このＦＲＰ管状体、例えばゴルフクラブシャフトでは、軽量化が望まれている。軽量なゴルフクラブシャフトは、ヘッドスピード及び飛距離の増大に寄与しうる。本発明では、全く新たな技術思想に基づき、軽量なＦＲＰ管状体が得られる製造方法を見いだした。この製造方法においては、ラッピングテープの巻き付け工程が従来と異なる。この製造方法では、繊維強化樹脂に含まれる樹脂がラッピングテープに吸収されうる。

本発明の目的は、製造工程中において樹脂含有率を低下させうる管状体の製造方法の提供にある。

本発明に係るＦＲＰ管状体の製造方法は、
（１）マンドレルに、繊維とマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂部材を巻回して中間成形体を得る工程
（２）上記中間成形体の外周面に、張力を付与しつつラッピングテープを巻き付けるテープ巻き付け工程
（３）上記ラッピングテープが巻き付けられた上記中間成形体を加熱することにより、上記マトリクス樹脂を硬化させる硬化工程
及び、
（４）上記硬化工程の後に上記マンドレルの引き抜き及び上記ラッピングテープの除去を行って硬化管状体を得る工程
を含む。この製造方法では、上記ラッピングテープが織物テープである。

好ましくは、上記テープ巻き付け工程において上記織物テープに付与される引張応力Ｔ１が５（Ｍｐａ）以上１５０（Ｍｐａ）以下である。

好ましくは、上記テープ巻き付け工程において巻き付けられた上記織物テープのラッピング層数Ｌ１が、管状体のチップ端位置Ｔｐ１から管状体のバット端位置Ｂｔ１までの全ての点において１層以上である。

好ましくは、上記中間成形体の繊維含有率がＳ１（質量％）であり、上記硬化管状体の繊維含有率がＳ２（質量％）であるとき、差（Ｓ２−Ｓ１）が３質量％以上２５質量％以下である。

本発明に係る管状体は、上記のいずれかに記載された製造方法により製造された管状体である。

製造工程中において樹脂含有率を低下させることができ、軽量な管状体が得られうる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

本発明に係る製造方法では、繊維強化樹脂製の管状体（ＦＲＰ管状体）が得られる。図１は、本発明の一実施形態に係る製造方法を説明するための図である。ここでは、管状体の製造方法の一例として、ゴルフクラブシャフトの製造方法が説明される。この製造方法では、先ず、マンドレル２と繊維強化樹脂部材４とが用意される。マンドレル２は、芯金とも称される。典型的なマンドレル２の材質は、鋼等の金属である。マンドレル２の中心軸線は、略直線である。マンドレル２の断面形状は、円形である。マンドレル２は、テーパーを有している。このテーパーにより、マンドレル２は、その一端に近づくほど細くなされている。マンドレル２は、部分的にパラレルであってもよい。換言すれば、マンドレル２は、部分的に直径が一定の部分を有していても良い。マンドレル２の全体においてその直径が一定であってもよい。

マンドレル２は、最終的に得られる管状体の中空部を形成する。マンドレル２の形状により、管状体の中空部の形状が決定される。後述されるように、マンドレル２は、後の工程において引き抜かれる。この引き抜きが容易となるように、好ましくは、マンドレル２の表面に離型剤が塗布される。

本製造方法では、先ず、マンドレルに、繊維強化樹脂部材が巻回される工程がなされる。この工程が、以下、巻回工程とも称される。

巻回工程に先立ち、繊維強化樹脂部材が用意される。本実施形態では、繊維強化樹脂部材は、シート状である。本実施形態において、繊維強化樹脂部材は、プリプレグ４である。シート状の繊維強化樹脂部材が巻回される本製造方法は、シートワインディング製法とも称される。なお、繊維強化樹脂部材として、プリプレグ４の他、液状の樹脂に含浸させた繊維が例示される。この繊維を用いた製法の一例は、いわゆるフィラメントワインディング製法である。本製造方法は、フィラメントワインディング製法にも適用されうる。

プリプレグ４は、繊維とマトリクス樹脂とを含む。この繊維は、炭素繊維である。プリプレグ４の炭素繊維は、一方向に配向している。後述されるように、炭素繊維以外の繊維でもよい。高強度で且つ軽量な管状体とする観点から、炭素繊維が好ましい。巻回工程において、マトリクス樹脂は、完全には硬化していない。よってプリプレグ４は柔軟性を有する。この柔軟性は、プリプレグ４のマンドレル２への巻回を許容する。なお、後述されるように、マトリクス樹脂は限定されず、好ましくはエポキシ樹脂である。

巻回工程の前に、プリプレグ４は、所望の形状に切断される。図１の実施形態では、６枚のプリプレグ４が用いられる。図１の実施形態では、切断されたプリプレグ４の例として、シートｓ１からｓ６が示されている。プリプレグ４は、いわゆるアングル層用シートｓ１、ｓ２と、ストレート層用シートｓ３、ｓ５、ｓ６と、フープ層用シートｓ４とを含む。プリプレグ４は、シャフトの全長に亘って設けられる全長シートｓ１からｓ５と、シャフト長手方向の一部に設けられる部分シートｓ６とを含む。なお、プリプレグ４の仕様は限定されない。プリプレグ４の形状、厚み、繊維種類、繊維含有率等は限定されない。

巻回工程では、シートｓ１からシートｓ６までが、順次マンドレル２に巻回される。図示されていないが、巻回に先立ち、シートｓ２は、シートｓ１に貼り合わせられる。この貼り合わせされてなるシート群がマンドレル２に巻回される。この貼り合わせにおいて、シートｓ２は、裏返される。この裏返しにより、シートｓ１の繊維とシートｓ２の繊維とは、互いに逆方向に配向する。図１において各シートｓ１からｓ６に記載された角度は、シャフト軸方向と繊維の配向方向とのなす角度を示している。

シートｓ１からｓ６の巻回は、例えば人力によりなされる。巻回機（ローリングマシンとも称される）が用いられても良い。巻回工程により、中間成形体６が得られる。中間成形体６は、巻き付けられたプリプレグ４により構成されている。中間成形体６の断面は、渦巻き状の層よりなる。この層は、プリプレグ４により形成されている。

次に、テープ巻き付け工程がなされる。このテープ巻き付け工程では、中間成形体６の外周面にラッピングテープが巻き付けられる。図２及び図３は、テープ巻き付け工程の様子を示す一部断面斜視図である。図２及び図３の断面において、中間成形体６は、単一の層として簡略的に示されている。実際には、中間成形体６は、前述したように複数の層よりなる。本願において、テープ巻き付け工程は、単に巻き付け工程とも称される。

テープ巻き付け工程におけるラッピングテープは、織物テープ８である。本実施形態において、ラッピングテープとして織物テープのみが用いられる。テープ巻き付け工程では、織物テープ８のみが巻き付けられる。織物テープ８は、織物を基材とするテープである。織物テープ８は、織物である基材の表面にコーティング剤等を有していてもよい。

テープ巻き付け工程の様子が、図２で示される。テープ巻き付け工程では、中間成形体６の外周面に織物テープ８が直接巻き付けられる。中間成形体６の外周面と織物テープ８とは当接している。織物テープ８は中間成形体６の外周面に接触している。

図２が示すように、テープ巻き付け工程において、織物テープ８は、螺旋状に巻き付けられる。螺旋状に巻き付ける目的で、中間成形体６の軸線方向と織物テープ８の長手方向とは互いに垂直とされない。織物テープ８は、中間成形体６に隙間無く巻き付けられる。隙間を無くす目的で、織物テープ８の幅Ｗ１は、巻き付けピッチＰ１よりも広い。巻き付けピッチＰ１は、図２において両矢印で示されている。つまり、織物テープ８は、その幅方向の一部が重ねられつつ螺旋状に巻き付けられている。巻き付けピッチＰ１は、一定である。中間成形体６のチップ端からバット端にかけて、巻き付けピッチＰ１は一定である。この織物テープ８の巻き付けは、公知のラッピングマシンによりなされる。織物テープ８は、中間成形体６の全長に亘って巻き付けられる。テープ巻き付け工程の結果、中間成形体６の全体が織物テープ８により覆われる。なお、織物テープ８の両端（巻きはじめの端及び巻き終わりの端）は、粘着テープ等により中間成形体６に固定される。この両端の固定により、織物テープ８の巻き付けが自然に解けることはない。

後述されるように、その後の工程において、中間成形体６に含まれる樹脂が、織物テープ８へと移行する。即ち中間成形体６に含まれる樹脂は、織物テープ８へと吸収されるか、又は、織物テープ８を透過して外部に排出される。

織物テープ８に吸収される樹脂量を増加させる観点から、織物テープ８のラッピング層数Ｌ１は多いのが好ましい。なお、ラッピング層数Ｌ１とは、中間成形体６に巻き付けられた織物テープ８の層数である。ラッピング層数Ｌ１は、中間成形体６の表面上の各点のそれぞれにおいて定まる。前述した螺旋状の巻き付けにおいて、仮に巻き付けピッチＰ１が織物テープの幅Ｗ１よりも大きい場合、巻き付け工程後の中間成形体６には、ラッピング層数Ｌ１が０層である部分と、ラッピング層数Ｌ１が１層である部分とが存在することになる。また、比（Ｐ１／Ｗ１）が０．５を超えて１．０未満である場合、巻き付け工程後の中間成形体６には、ラッピング層数Ｌ１が１層である部分と、ラッピング層数Ｌ１が２層である部分とが存在することになる。

ラッピング層数Ｌ１を多くするための方法として、次の（方法Ａ）及び（方法Ｂ）が採用されうる。
（方法Ａ）巻き付けピッチＰ１の、織物テープの幅Ｗ１に対する比（Ｐ１／Ｗ１）が小さくされる。
（方法Ｂ）複数回の巻き付けがなされる。

（方法Ａ）は、一回の巻き付けでラッピング層数Ｌ１を増加することができるため、生産性の向上に寄与しうる。一方、（方法Ｂ）は、チップ側からバット側への巻き付け、及び／又はチップ側からバット側への巻き付けを繰り返す必要が生じるので、（方法Ａ）と比較して生産性に劣る。生産性の観点からは、（方法Ｂ）よりも（方法Ａ）が好ましい。ただし、織物テープ８の厚さや柔軟性等によっては、比（Ｐ１／Ｗ１）を小さくしてラッピング層数Ｌ１を増加させることには限界が生じる場合がある。この場合、（方法Ｂ）が有効に用いられうる。

ラッピング層数Ｌ１を多くして樹脂吸収量を高める観点から、比（Ｐ１／Ｗ１）は、０．７０以下が好ましく、０．５０以下がより好ましく、０．４０以下が更に好ましく、０．３３以下が更に好ましい。なお、比（Ｐ１／Ｗ１）が過度に小さくされ、ラッピング層数Ｌ１が過度に多くされた場合、樹脂吸収量の増加がほとんどみられない一方で生産性が低下しうる。この観点から、比（Ｐ１／Ｗ１）は、０．０５以上が好ましく、０．０７以上がより好ましく、０．１０以上が更に好ましい。

織物テープ８の巻き付けは、張力Ｆ１を付与しつつなされる。この張力Ｆ１により、中間成形体６は、織物テープ８により締め付けられる。織物テープ８の巻き付けにより、織物被覆体１２が得られる。織物被覆体１２は、中間成形体６が織物テープ８で覆われてなる。

図３は、上記（方法Ｂ）が採用される場合における二回目の巻き付けの様子が示された一部断面斜視図である。二回目の巻き付けでは、織物被覆体１２の外周面に織物テープ１０が直接巻き付けられる。織物被覆体１２の外周面と織物テープ１０とは当接する。織物テープ１０は織物被覆体１２の外周面に接触している。つまり織物テープ１０は織物テープ８に接触している。なお、織物テープ８と織物テープ１０とは、同一のテープであってもよいし、異なるテープであってもよい。

図３が示すように、二回目の巻き付けにおいて、織物テープ１０は、螺旋状に巻き付けられる。この二回目の巻き付けは、前述した一回目の巻き付けと同様になされうる。なお後述するように、生産性の観点から、この二回目の巻き付けは実施されないのが好ましい。

織物テープ１０の巻き付けは、張力Ｆ２を付与しつつなされる。この張力Ｆ２により、織物被覆体１２は、織物テープ１０により締め付けられる。張力Ｆ２と張力Ｆ１とは、同一であってもよいし、異なっていても良い。

なお織物被覆体１２の表面には、織物テープ８による螺旋模様が形成されているが、図３においては、この織物テープ８による螺旋模様の記載が省略されている。

図３の実施形態では、織物テープがチップ端からバット端にかけて巻き付けられる。この実施形態では、巻き付けが二回繰り返されている。このように、巻き付けを繰り返すことにより、ラッピング層数Ｌ１を調整することができ、樹脂吸収量の調整が可能である。なお生産性の観点から、織物テープが一方向に向かって巻き付けられる巻き付けの回数（以下、単に巻き付け回数ともいう）は、三回以下が好ましく、二回以下がより好ましく、一回が特に好ましい。この「一方向」とは、チップ側からバット側へと向かう方向でもよいし、バット側からチップ側へと向かう方向でもよい。

巻き付け工程の後に、硬化工程がなされる。この硬化工程では、織物テープ８が巻き付けられた中間成形体６において、マトリクス樹脂を硬化させる。この硬化工程は、加熱工程である。加熱は、加熱炉によりなされる。加熱温度及び加熱時間は、マトリクス樹脂の仕様等により適宜設定される。加熱工程（硬化工程）は、所定温度で加熱される第一段階と、この第一段階よりも高温で加熱される第二段階とを含むのが好ましい。マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂が用いられている場合、加熱工程（硬化工程）は、６０℃以上１１５℃以下の温度で１０分以上１２０分以下の間加熱する第一段階と、この第一段階の後になされ１２０℃以上２００℃以下の温度で６０分以上２４０分以下の間加熱する第二段階とを含むのが好ましい。上記第一段階により、樹脂の粘度が低減し、樹脂の流動性が高まる。上記第二段階により、エポキシ樹脂の硬化が効果的に進行しうる。

この第一段階の加熱により、樹脂が流動しやすくなり、樹脂が織物テープに移行しやすくなる。樹脂の流動時間を長くして織物テープへの樹脂の移行を増大させる観点から、上記第一段階の加熱時間は、１５分以上がより好ましく、２０分以上が更に好ましい。樹脂の流動時間を長くして織物テープへの樹脂の移行を増大させる観点から、上記第一段階の加熱温度は、１００℃以下がより好ましく、９０℃以下が更に好ましい。

硬化工程の後、マンドレル２の引き抜き及び織物テープの除去を行い硬化管状体を得る工程がなされる。マンドレル２の引き抜き及び織物テープの除去は、どちらが先になされてもよい。作業性の観点から、好ましくは、マンドレル２が引き抜かれた後に織物テープが除去される。

通常は、上記硬化管状体に仕上げ加工が施されて、最終製品の管状体が完成する。この仕上げ加工には、両端部の切断、表面研磨、塗装等が含まれうる。

なお、織物テープ８に発生する皺を抑制する観点から、織物テープ８の内面にコーティング剤が設けられても良い。織物テープ８の内面とは、中間成形体６と当接する面である。このコーティング剤として、フッ素系化合物又はシリコン系化合物が好ましい。

以上で説明したように、本発明では、製造工程中において、繊維強化樹脂部材に含まれる樹脂が織物テープ８に移行しうる。織物テープ８は、織られた繊維の間に空隙や穴を有している。よって織物テープ８は、樹脂を吸収及び／又は透過させうる。織物テープ８により、マトリックス樹脂が成形体の外部に排出されやすくなり、管状体の繊維含有率が向上しうる。これにより、管状体の軽量化が達成される。

ＦＲＰ管状体の繊維含有率を高くする手段として、繊維含有率が高い繊維強化樹脂部材を用いることが考えられる。繊維含有率が高いことは、樹脂含有率が低いことを意味する。樹脂含有率が低い繊維強化樹脂部材は、タック性（粘着性）が低い。なぜならタック性は樹脂に起因するものだからである。よって、樹脂含有率が低い繊維強化樹脂部材は、繊維強化樹脂部材同士の密着性が低い。このような粘着性の低い繊維強化樹脂部材は、一旦巻回されても解けやすい。このようなタック性の低い繊維強化樹脂部材では、マンドレル２への巻き付け作業が行いにくく、且つ、巻き付けの際に皺が発生しやすい。また、密着性が悪いため、渦巻き状に巻き付けられた繊維強化樹脂部材層の層間に空気が含まれやすくなり、管状体の強度や耐久性が損なわれる。粘着性の低い繊維強化樹脂部材は、生産性の低下や成形不良を招きやすい。

硬化工程における加熱の初期段階では、繊維強化樹脂部材中の樹脂（マトリクス樹脂）が熱により流動化する。この際、繊維強化樹脂部材に含まれていた空気や、積層間に存在する空気（エアーだまり）が、流動化したマトリクス樹脂中を移動及び透過して外部に排出されうる。樹脂含有率が低い繊維強化樹脂部材では、樹脂部分が少ないので、マトリクス樹脂の流動化に伴う空気の移動及び透過が起こりにくい。

このように、繊維含有率の高い繊維強化樹脂部材を用いた管状体では、タック性の低下に起因して空気が含まれやすくなる上に、マトリクス樹脂の流動化に伴う空気の抜けも起こりにくいため、成形された管状体にボイドが残りやすくなり、耐久性が低下しやすい。

本発明の製造方法では、上記中間成形体の外側に直接織物テープ８を張力を付与しつつ巻き付ける。この製造方法により、加熱工程中において繊維強化樹脂部材に含まれる樹脂が織物テープ８に吸収される。この吸収により、繊維含有率の高い繊維強化樹脂部材を用いることなく、ＦＲＰ管状体の繊維含有率を高くすることができる。よって、タック性の高い繊維強化樹脂部材が使用でき、且つ、マトリクス樹脂の流動化に伴う空気の抜けも起こりやすい。更に、織物テープ８は、中間成形体６に含まれる空気も吸収又は透過させうる。これにより、ボイドの原因となる空気が抜けやすくなり、ＦＲＰ管状体の強度が向上しうる。また、ラッピング層数Ｌ１が複数とされることにより、織物テープ８が中間成形体６に大きな圧力を付与することができる。このためボイドの原因となる空気が一層抜けやすくなり、ＦＲＰ管状体の強度が向上しうる。

織物テープ８による樹脂の吸収は、繊維強化樹脂部材を巻回した後になされる。本発明では、粘着性が過度に低い繊維強化樹脂部材を用いることなく、繊維含有率の高いＦＲＰ管状体が得られうる。つまり本発明では、繊維強化樹脂部材の巻回が行いやすく、且つ繊維含有率の向上が達成されうる。製造工程中に繊維含有率を向上させているので、成形性及び生産性を維持しながら軽量化が達成されている。

前述したように、特開２００２−１４４４３９に記載されたラッピングテープでは、織物と樹脂フィルムとが一体化されている。このテープも織物部分に樹脂が吸収される可能性がある。しかし実際には、この一体化されたテープでは、樹脂の吸収効果が低いことが判明した。

このように吸収効果が低い原因は、次のように考えられる。ラッピングテープは、幅方向の一部が重ねられつつ螺旋状に巻き付けられる。よって、螺旋状に巻き付けられたラッピングテープには、ラッピングテープ同士が重なった重複部が存在する。つまり、この重複部には、中間成形体と接する内側のラッピングテープ（内側テープ）と、この内側テープの外側に位置する外側のラッピングテープ（外側テープ）とが存在する。従来の一体化されたラッピングテープの場合、内側テープに存在する樹脂フィルム層が、外側テープと中間成形体との間に介在することになる。この樹脂フィルム層は、樹脂及びエアーを通さない。よって、従来の一体化されたテープの場合、上記重複部において、内側テープの樹脂フィルム層が、外側テープの織物層への樹脂及び空気の移行を阻害する。このように、従来の一体化されたテープでは、樹脂及び空気が織物層に移行しにくい。

更に、織物と樹脂フィルムとが一体化されているテープでは、織物と樹脂フィルムとの間の空隙が少なくなっているため、樹脂の吸収効果が低いと考えられる。更に、従来の一体化されたテープでは、織物と樹脂フィルム層との間に存在する接着剤層の一部が織物の内部に浸透しており、織物自体の空隙が少なくなっているため、樹脂の吸収効果が低いと考えられる。

これに対して本発明では、上記重複部において、織物テープ同士が重なっている。この重複部において、織物テープの内側に樹脂テープ層が存在しない。よって、重複部を含めた織物テープの全体に樹脂及び空気が移行することができ、樹脂及び空気が織物テープに移行しやすい。

中間成形体６への圧力を高め、織物テープの樹脂吸収量を増加させる観点から、平均ラッピング層数Ｌａは、１層以上が好ましく、２層以上がより好ましく、３層以上がより好ましく、５層以上が更に好ましい。平均ラッピング層数Ｌａが過度に多い場合、織物テープのコスト増加及び織物テープを剥がす手間の増加が生じうる。また平均ラッピング層数Ｌａが過度に多い場合、中間成形体６の表面に皺が発生しやすくなる。これらの観点から、平均ラッピング層数Ｌａは、１５層以下が好ましく、１２層以下がより好ましく、１０層以下が更に好ましい。

なお、平均ラッピング層数Ｌａは、前述したラッピング層数Ｌ１とは異なる概念である。ラッピング層数Ｌ１が中間成形体６の表面上の各点においてそれぞれ定まるのに対し、平均ラッピング層数Ｌａは、ラッピング層数Ｌ１の平均値として理解されうる。具体的には、平均ラッピング層数Ｌａは以下の計算式（１）により決定されうる。
Ｌａ＝Ｓｔ／Ｓｎ ・・・（１）
ただし、式（１）において、Ｓｔは巻き付けられた状態における織物テープの内面の総面積（ｍｍ^２）であり、Ｓｎは巻き付けられた織物テープと接触する部分における中間成形体６の表面積（ｍｍ^２）である。この総面積Ｓｔは、巻かれている織物テープの長さＮｔ（ｍｍ）と織物テープの幅Ｗａ（ｍｍ）との積である。即ちＳｔ＝Ｎｔ×Ｗａである。長さＮｔは、織物テープの長手方向に沿って測定される。長さＮｔは、中間成形体６から解かれた状態において測定される織物テープの長さＮｋと実質的に等しいか、又は、この長さＮｋよりも長い。Ｎｔ＞Ｎｋとなりうる場合は、張力によって引き延ばされた状態で織物テープが巻き付けられている場合である。幅Ｗａは、中間成形体６から解かれた状態において測定される織物テープの幅Ｗ１と実質的に等しいか、又は、この幅Ｗ１よりも狭い。Ｗ１＞Ｗａとなりうる場合は、張力によって引き延ばされた状態で織物テープが巻き付けられている場合である。ラッピング層数Ｌ１は０又は１以上の整数であるが、平均ラッピング層数Ｌａは整数とならない場合がある。

例えば、比（Ｐ１／Ｗ１）が０．５であり、Ｗ１＝Ｗａであり、且つ巻き付け回数が１回である場合、平均ラッピング層数Ｌａは、２層である。また、巻き付けピッチＰ１の誤差を無視すれば、ラッピング層数Ｌ１は、全ての点において、２層である。

上記総面積Ｓｔ及び表面積Ｓｎは、管状体のチップ端位置Ｔｐ１から管状体のバット端位置Ｂｔ１までの範囲において測定される。前述したように、管状体製造の仕上げ工程においては、硬化管状体の両端部が切断されてもよい。この両端部の切断がなされた場合、管状体のチップ端位置Ｔｐ１と、硬化管状体のチップ端位置Ｔｐとは相違する。前述した両端部の切断がなされない場合、管状体のチップ端位置Ｔｐ１と、硬化管状体のチップ端位置Ｔｐとは一致する。同様に、前述した両端部の切断がなされた場合、管状体のバット端位置Ｂｔ１と、硬化管状体のバット端位置Ｂｔとは相違する。前述した両端部の切断がなされない場合、管状体のチップ端位置Ｔｐ１と、硬化管状体のチップ端位置Ｔｐとは一致する。図１には、両端部の切断がなされた場合におけるチップ端位置Ｔｐ１及びバット端位置Ｂｔ１が示されている。

中間成形体６への圧力を高め、織物テープの樹脂吸収量を増加させる観点から、ラッピング層数Ｌ１は、チップ端位置Ｔｐ１からバット端位置Ｂｔ１までの全ての点において、１層以上が好ましく、２層以上がより好ましく、３層以上がより好ましく、５層以上が更に好ましい。ラッピング層数Ｌ１が過度に多い場合、織物テープのコスト増加及び織物テープを剥がす手間の増加が生じうる。またラッピング層数Ｌ１が過度に多い場合、中間成形体６の表面に皺が発生しやすくなる。これらの観点から、ラッピング層数Ｌ１は、チップ端位置Ｔｐ１からバット端位置Ｂｔ１までの全ての点において、１５層以下が好ましく、１２層以下がより好ましく、１０層以下が更に好ましい。

平均ラッピング層数Ｌａの値に関わらず、巻き付け回数が１回である場合、巻き付け部分の両端部には、ラッピング層数Ｌ１が１回である部分が存在する。例えば、平均ラッピング層数Ｌａが２層以上とされた場合であっても、巻き付け回数が１回である限り、巻き付けの開始部分及び巻き付けの終了部分には、ラッピング層数Ｌ１が１回である部分が存在する。巻き付けの開始点に隣接し且つラッピング層数Ｌ１が１層である部分Ｘｔは、他の部分に比べて織物テープへの樹脂の移行が少ない傾向にある。よって、部分Ｘｔが切除されてなる管状体（シャフト）がより好ましい。同様に、巻き付けの終了点に隣接し且つラッピング層数Ｌ１が１回である部分Ｙｔは、他の部分に比べて織物テープへの樹脂の移行が少ない傾向にある。よって、部分Ｙｔが切除されてなる管状体（シャフト）がより好ましい。なお、ラッピング層数Ｌ１が２層以上である部分を軸方向両側に有する部分は、ラッピング層数Ｌ１が１層であったとしても、上記部分Ｘｔには該当しない。同様に、ラッピング層数Ｌ１が２層以上である部分を軸方向両側に有する部分は、ラッピング層数Ｌ１が１層であったとしても、上記部分Ｙｔには該当しない。上記軸方向とは、管状体の軸方向を意味する。

巻き付け工程において、チップ側とバット側との間で織物テープ８を往復させて巻き付けてもよい。例えば、織物テープ８をバット側からチップ側に向かって螺旋状に巻き付け、引き続き、織物テープ８をチップ側からバット側に向かって螺旋状に巻き付けてもよい。このような往復方式の巻き付けにより、巻き付け回数が増加されてもよい。なお本明細書では、このような往復方式の巻き付けにより一往復の巻き付けがなされた場合であっても、巻き付け回数は２回であると定義される。織物テープ８が途中で切断されることなく一往復の巻き付けがなされた場合であっても、巻き付け回数は２回であると定義される。前述した通り、生産性の観点から、平均ラッピング層数Ｌａを増加させる方法としては、巻き付け回数が１回とされ且つ比（Ｐ１／Ｗ１）が小さくされる方法が好ましい。

前述したように、織物テープ８は張力Ｆ１が付与されつつ巻き付けられている。ここで、上記テープ巻き付け工程において織物テープ８に付与される引張応力Ｔ１が定義される。引張応力Ｔ１は、上記張力Ｆ１を、織物テープ８の断面積Ｓｄで割った値である。即ち、［Ｔ１＝Ｆ１／Ｓｄ］である。この断面積Ｓｄは、張力が作用していない（フリーな）状態の織物テープ８において測定される。この引張応力Ｔ１は、巻き付けられる直前において織物テープ８に作用する引張応力を意味する。この引張応力Ｔ１は、巻き付けられた状態において織物テープ８に作用する引張応力を意味しない。

織物テープ８に移行する樹脂の量を大きくするとともに、織物テープ８のたるみを抑制する観点から、引張応力Ｔ１は５Ｍｐａ以上が好ましく、１０Ｍｐａ以上がより好ましく、２０Ｍｐａ以上がより好ましく、２５Ｍｐａ以上がより好ましく、３０Ｍｐａ以上が更に好ましい。管状体の表面に発生する段差を抑制し、管状体表面を滑らかにするための研磨量を抑える観点から、引張応力Ｔ１は１５０Ｍｐａ以下が好ましく、１００Ｍｐａ以下がより好ましく、６０Ｍｐａ以下が更に好ましい。

本発明では、中間成形体６の繊維含有率がＳ１（質量％）とされ、上記硬化管状体の繊維含有率がＳ２（質量％）とされる。軽量化の観点から、差（Ｓ２−Ｓ１）は３質量％以上が好ましく、４質量％以上がより好ましく、５質量％以上がより好ましく、６質量％以上が更に好ましい。樹脂が過度に除去された場合、織物テープを除去しにくくなる等により生産性が低下しやすい。この観点から、差（Ｓ２−Ｓ１）は、２５質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましく、１５質量％以下がより好ましく、１０質量％以下が更に好ましい。

中間成形体６の繊維含有率Ｓ１は限定されない。ＦＲＰ管状体の剛性及び強度を高める観点から、繊維含有率Ｓ１は５０質量％以上が好ましく、６０質量％以上がより好ましく、７０質量％以上が更に好ましい。巻き付け作業の生産性を高めると共に巻き付け不良を抑制する観点から、繊維含有率Ｓ１は８５質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましく、７５質量％以下が更に好ましい。中間成形体６の繊維含有率Ｓ１は、繊維強化樹脂部材（プリプレグ４）の繊維含有率に等しい。繊維含有率Ｓ１は、繊維強化樹脂部材（プリプレグ４）の製品データに基づき決定されうる。

硬化管状体の繊維含有率Ｓ２は限定されない。ＦＲＰ管状体を軽量とする観点から、繊維含有率Ｓ２は、６０質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、７５質量％以上がより好ましく、８０質量％以上が更に好ましい。樹脂が過度に除去された場合、中間成形体６から排出された樹脂によりラッピングテープの除去が行いにくくなるので、生産性が低下しやすい。この観点から、繊維含有率Ｓ２は９５質量％以下が好ましく、９０質量％以下がより好ましく、８５質量％以下がより好ましく、８３質量％以下が更に好ましい。繊維含有率Ｓ２の値は、繊維含有率Ｓ１の値と、中間成形体６の質量と、除去された樹脂の質量とから算出される。

織物テープ８の繊維は、離型性、締め付け力、強度等を総合的に考慮すると、ナイロン繊維及びポリエステル繊維が好ましい。織物テープ８の厚さｄ１は限定されない。織物テープ８による樹脂の吸収量を大きくする観点から、織物テープ８の厚さｄ１は、５０μｍ以上が好ましく、７０μｍ以上がより好ましく、９０μｍ以上が更に好ましい。皺の発生を抑制するとともにコストを下げる観点から、織物テープ８の厚さｄ１は、１５０μｍ以下が好ましく、１４０μｍ以下がより好ましく、１３０μｍ以下が更に好ましい。

なお、樹脂吸収量を高める観点から、平均ラッピング層数Ｌａと、織物テープ８の厚さｄ１（μｍ）との積（Ｌａ×ｄ１）は、１００以上が好ましく、２００以上がより好ましく、３００以上がより好ましく、５００以上が更に好ましい。生産性の観点から、この積（Ｌａ×ｄ１）は、１００００以下が好ましく、５０００以下がより好ましく、１５００以下がより好ましく、１２００以下が更に好ましい。

織物テープ８の幅Ｗ１は限定されない。生産性を高めつつ織物テープ８に吸収されうる樹脂の量を増加させる観点から、織物テープ８の幅Ｗ１は５ｍｍ以上が好ましく、７ｍｍ以上がより好ましく、１０ｍｍ以上が更に好ましい。皺の発生を抑制するとともに、中間成形体６を締め付けやすくする観点から、織物テープ８の幅Ｗ１は３５ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましく、２５ｍｍ以下が更に好ましい。

織物テープ８の織り組織は限定されない。この織り組織として、平織り、朱子織り及び綾織りが例示される。張力により過度に引き延ばされると、樹脂が入り込みうる空隙及び繊維に吸収されうる樹脂の量が減少しやすい。張力により過度に引き延ばされることを抑制する観点から、織り組織には、織物テープ８の長手方向に対して略平行に配向する糸が存在しているのが好ましい。

繊維強化樹脂部材の繊維は限定されない。この繊維として、無機繊維、有機繊維及び金属繊維が例示される。この無機繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維及びアルミナ繊維が例示される。この有機繊維として、ポリエチレン繊維及びポリアミド繊維が例示される。複数種類の繊維が組み合わされてもよい。ゴルフクラブシャフトに要求される剛性を確保しつつ軽量な管状体を得る観点から、繊維の引張弾性率は、５ｔ／ｍｍ^２以上が好ましく、１０ｔ／ｍｍ^２以上がより好ましく、２４ｔ／ｍｍ^２以上が更に好ましい。繊維の入手可能性の観点から、繊維の引張弾性率は１００ｔ／ｍｍ^２以下が好ましい。この引張弾性率は、ＪＩＳ Ｒ７６０１：１９８６「炭素繊維試験方法」に準拠して測定される。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［順式フレックスの測定］
硬化管状体のバット端位置Ｂｔから７５ｍｍ隔てた位置の上側と、このバット端位置Ｂｔから２１５ｍｍ隔てた位置の下側とが支持点とされた。これらの二点が支持された状態で、硬化管状体の軸線方向が水平とされた。次に、バット端位置Ｂｔから１０３９ｍｍ隔てた荷重点Ｋに、２．７ｋｇの錘りを掛けた。錘りにより硬化管状体が曲がり、上記荷重点Ｋが下方へと移動した。荷重点Ｋの鉛直方向における移動量が、順式フレックスＦｊとして下記の表２で示される。

［しわの程度］
硬化管状体の表面に生じたしわ（皺）の程度が、外観の目視により評価された。次の５段階により評価がなされた。この評価が、下記の表２で示される。評価点数が小さいほど、評価が高い。
評価１：しわが無い。
評価２：長さが１ｍｍ以上２ｍｍ未満の皺が有る。
評価３：長さが２ｍｍ以上３ｍｍ未満の皺が有る。
評価４：長さが３ｍｍ以上４ｍｍ未満の皺が有る。
評価５：長さが４ｍｍ以上の皺が有る。

［織物テープの厚さ］
織物テープの厚さｄ１は、ＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠して、デジマチックマイクロメータを用いて測定された。２４０ｇ／ｃｍ^２の一定圧力を付与させて１０秒間経過した後、２４０ｇ／ｃｍ^２の圧力のもとで測定がなされた。測定は５箇所で行われた。５箇所のデータの平均値が、「厚さｄ１」として下記の表２で示されている。

［実施例１］
図１で示すマンドレルに離型剤を塗布した後、このマンドレルに６枚のプリプレグを巻き付け、中間成形体を得た。これら６枚のプリプレグの構成は、図１で示された通りとされた。シートｓ１からｓ６のプリプレグ種類及びプリプレグ構成が、下記の表１で示されている。シートｓ１からｓ６は、いずれも東レ社製のプリプレグである。表１における「先端ｐｌｙ数」とは、チップ端位置Ｔｐにおけるプリプレグの巻回数を示している。表１における「繊維角度」は、シャフト軸線方向に対する炭素繊維の配向角度である。各プリプレグにおいてマトリクス樹脂はエポキシ樹脂である。各プリプレグの品番及び炭素繊維の種類（品番）は表１で示す通りである。

次に、上記中間成形体の外周面に織物テープを巻き付けるテープ巻き付け工程がなされた。テープ巻き付け工程は、横手鉄工所製のラッピング機によりなされた。巻き付け工程において、巻き付け回数は１回とされた。テープ巻き付け工程は、一定の張力Ｆ１を付与しつつなされた。張力Ｆ１は、日本電産シンポ社製のロードセルにより測定された。これらの張力Ｆ１に基づき、引張応力Ｔ１が算出された。

テープ巻き付け工程では、織物テープのみが巻き付けられた。この織物テープとして、キンキテープ社が販売する商品名「ナイロンタフタ」が用いられた。このナイロンタフタは、ナイロン繊維が平織りで織られた織物テープである。このナイロン繊維を構成するナイロンの種類は、ナイロン６である。この織物テープの幅Ｗ１は１５ｍｍであり、厚さｄ１は１００μｍであった。テープ巻き付け工程における引張応力Ｔ１は１５Ｍｐａとされた。比（Ｐ１／Ｗ１）は（１／１５）、即ち約０．０６６６７とされた。テープ巻き付け工程において、巻き付けピッチＰ１は１ｍｍとされた。

巻き付け工程の後に、硬化工程がなされた。この硬化工程では、まず８０℃で３０分間加熱がなされ、次に１３０℃で１２０分間加熱がなされた。

次に、マンドレルが引き抜かれた。次に、織物テープが除去され、実施例１に係る硬化管状体を得た。

実施例１において、繊維含有率Ｓ１は７５質量％であった。この繊維含有率Ｓ１は、シートｓ１からｓ６よりなる中間成形体の繊維含有率である。この繊維含有率は、プリプレグの繊維含有率により算出された。硬化管状体の繊維含有率Ｓ２は、硬化管状体の質量Ｗｔに基づいて計算された。この硬化管状体について、順式フレックスＦｊが評価された。実施例１の仕様と評価結果が下記の表２で示される。

［実施例２から７］
引張応力Ｔ１及び／又は比（Ｐ１／Ｗ１）が表２で示されるように変更された他は実施例１と同様にして、各例に係る硬化管状体を得た。これらの仕様と評価結果が下記の表２で示される。

［比較例１］
織物テープに代えて樹脂フィルムテープが巻き付けられた。この樹脂フィルムテープとして、ポリプロピレンフィルム（ＰＰフィルム）からなるテープが用いられた。具体的には、このＰＰフィルムテープとして、信越フィルム社製の商品名「ＰＴ−３０Ｈ」が用いられた。このテープの幅は２５ｍｍであった。比（Ｐ１／Ｗ１）は（１／１２）、即ち約０．０８３３３とされた。このテープの巻き付け時における引張応力は６０Ｍｐａとされた。その他については実施例１と同様にして、比較例１に係る硬化管状体を得た。比較例１の仕様と評価結果が下記の表２で示される。

［比較例２］
織物テープに代えて樹脂フィルムテープが巻き付けられた。この樹脂フィルムテープとして、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）からなるテープが用いられた。具体的には、このＰＥＴフィルムテープとして、信越フィルム社製の商品名「ＰＥＴ−２５Ｋ」が用いられた。このテープの幅は１５ｍｍであった。比（Ｐ１／Ｗ１）は（１／７）、即ち約０．１４２９とされた。このテープの巻き付け時における引張応力は６０Ｍｐａとされた。その他については実施例１と同様にして、比較例２に係る硬化管状体を得た。比較例２の仕様と評価結果が下記の表２で示される。

［比較例３］
織物テープに代えて一体化テープが巻き付けられた。この一体化テープは、幅が１５ｍｍで且つ厚さが１００μｍであるナイロンタフタと、幅１５ｍｍで且つ厚さが３０μｍのＰＰフィルムテープとが、加熱及び圧着により一体化されたテープである。比（Ｐ１／Ｗ１）は（１／７）、即ち約０．１４２９とされた。このテープの巻き付け時における引張応力は６０Ｍｐａとされた。その他については実施例１と同様にして、比較例３に係る硬化管状体を得た。比較例３の仕様と評価結果が下記の表２で示される。

表２に示されるように、実施例は、比較例に較べて、差（Ｓ２−Ｓ１）が大きい。このように実施例は、製造工程中において中間成形体から排除された樹脂の量が大きい。

実施例は、樹脂の減少量が大きいため、硬化管状体の外径が小さくなる。このため、実施例の外径は、比較例の外径よりも僅かに小さくなる。この外径の差に起因して、実施例の順式フレックスＦｊは、比較例の順式フレックスＦｊよりも大きい。ただし、繊維の含有量は実施例と比較例とで同じであるから、順式フレックスＦｊの差は僅かである。そして、順式フレックスＦｊの逆数（１／Ｆｊ）を硬化管状体の質量Ｗｔで割った値［１／（Ｆｊ×Ｗｔ）］に関しては、実施例は比較例よりも大きい。順式フレックスＦｊの逆数（１／Ｆｊ）が大きいほど、硬化管状体の剛性が大きい。［１／（Ｆｊ×Ｗｔ）］が大きいことは、単位質量当たりの剛性が向上していることを意味する。実施例は、比較例と比べて、単位質量当たりの剛性が大きい。

比較例３では、テープ巻き付け工程においてテープのよじれが発生し、このよじれに起因して、硬化管状体に皺が発生した。

実施例１では、平均ラッピング層数Ｌａ及びラッピング層数Ｌ１が多いため、若干の皺が発生している。ただし実施例１の皺は、比較例３の皺に比べて良好である。実施例３から５は、実施例６、７と比較して、（Ｓ２−Ｓ１）が大きい。これは、平均ラッピング層数Ｌａが大きくされた効果である。

ゴルフクラブシャフトにおいては、先端部にヘッドが取り付けられるため、先端部における強度が特に重要である。実施例１及び比較例１において、シャフト先端部におけるボイド率Ｒｂが測定された。その結果、比較例１のボイド率Ｒｂは０．８％であったのに対し、実施例１のボイド率Ｒｂは０．３％であり、比較例１よりも６３％減少した。なお、このボイド率Ｒｂは、シャフト先端から９０ｍｍ隔てた地点の断面の画像によりボイド面積Ｓｂ及びシャフト断面積Ｓｍを求め、下記式により算出した。
Ｒｂ（％）＝（Ｓｂ／Ｓｍ）×１００

このように、実施例は、比較例に比べて評価が高い。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明は、ゴルフクラブシャフトをはじめとして、あらゆるＦＲＰ管状体に適用されうる。

図１は、本発明の一実施形態で用いられうるマンドレル及びプリプレグを示す図である。 図２は、本発明におけるテープ巻き付け工程の一例を示す一部断面斜視図である。 図３は、本発明におけるテープ巻き付け工程の他の例を示す一部断面斜視図である。

符号の説明

２・・・マンドレル
４・・・プリプレグ（繊維強化樹脂部材）
６・・・中間成形体
８・・・織物テープ
１０・・・織物テープ
１２・・・織物被覆体
ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６・・・プリプレグよりなるシート

Claims (4)

1. シートワインディング製法であって、
   マンドレルに、繊維とマトリクス樹脂とを含む繊維強化樹脂部材を巻回して中間成形体を得る工程と、
   上記中間成形体の外周面に、張力を付与しつつラッピングテープを巻き付けるテープ巻き付け工程と、
   上記ラッピングテープが巻き付けられた上記中間成形体を加熱することにより、上記マトリクス樹脂を硬化させる硬化工程と、
   上記硬化工程の後に上記マンドレルの引き抜き及び上記ラッピングテープの除去を行って硬化管状体を得る工程とを含み、
   上記ラッピングテープが織物テープのみである繊維強化樹脂製の管状体の製造方法。
2. 上記テープ巻き付け工程において上記織物テープに付与される引張応力Ｔ１が５（ＭＰａ）以上１５０（ＭＰａ）以下である請求項１に記載の製造方法。
3. 上記テープ巻き付け工程において巻き付けられた上記織物テープのラッピング層数Ｌ１が、管状体のチップ端位置Ｔｐ１から管状体のバット端位置Ｂｔ１までの全ての点において１層以上である請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 上記中間成形体の繊維含有率がＳ１（質量％）であり、上記硬化管状体の繊維含有率がＳ２（質量％）であるとき、差（Ｓ２−Ｓ１）が３質量％以上２５質量％以下である請求項１から３のいずれかに記載の繊維強化樹脂製の管状体の製造方法。

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