JP5283373B2 - 繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフト - Google Patents

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Description

本発明は、繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトに関し、特にシャフト細径部での曲げ強度及び捩り強度と、グリップ部での圧縮強度に優れ、実使用の範囲において折損する確率を激減させた繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトに関する。
繊維強化プラスチックは、軽量でありながら優れた強度特性を有するため、ゴルフクラブ用シャフトに広く利用されている。しかしながら、実際の使用範囲において、極めて稀ではあるが繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトの折損が生じている。この繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトの折損は、軽量になればなるほど発生の確率が高くなる傾向にある。
繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトの折損は、以下の3点に大別することができる。
(1)シャフト細径部における曲げ及びせん断破壊によるものであり、
(2)シャフト細径部における捩れ破壊によるものであり、
(3)グリップ部における圧縮破壊によるものである。
(1)については、ゴルフクラブヘッドのシャフト取り付け部の加工方法を工夫したり、シャフトの細径部の巻き回数を多くしたりすることにより、破壊を低減することができる。(2)については、例えば特許第3508429号公報(特許文献1)、特許第3692691号公報(特許文献2)などに記載されているように、バイアス層を整数プライではなく、n+0.1〜n+0.4(ただし、nは整数)のようにすることにより、捩り破壊を低減させている。また、(3)の破壊を抑制するには、グリップ部でのバイアス層の巻き回数を増やしたり、補強層を加える必要がある。
特許3508429号公報 特許3692691号公報
しかしながら、上述のようにゴルフクラブヘッドのシャフト取り付け部の加工方法を工夫したり、或いはグリップ部に補強層を加えたりすることは、シャフトの製造工程が増加してコストアップにつながり、またシャフト細径部やグリップ部のバイアス層の巻き回数を増やしたりすると、いずれもシャフトの重量増加や剛性が高くなり過ぎる傾向がある。
一方、上記特許文献1及び2に記載されているように、バイアス層を整数プライではなく、n+0.1〜n+0.4のようにする場合には、シャフトが偏肉した状態となるため、シャフトを研磨する際、研磨を円周方向に均一化することが難しいため、圧縮強度は低下する傾向にあり、グリップ部での折損が起こりやすくなるという問題を抱えている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、1)シャフト細径部での曲げ強度、2)シャフト細径部での捩り強度、3)グリップ部での圧縮強度に優れた繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトを提供することを目的としている。
本発明の基本構成は、管状体主軸に対する強化繊維の巻角度が20〜75°の範囲内である+バイアス層と、管状体主軸に対する強化繊維の巻角度が−20〜−75°の範囲内である−バイアス層との、巻き始め位置が実質半周分ずれている繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトであって、そのゴルフクラブ用シャフトの太径端から100乃至300mmの間のいずれかの位置までは、+バイアス層及び−バイアス層を形成するプリプレグの巻回数がいずれも、どこでも、n(ただし、nは2以上の整数)であり、さらに、その位置から細径端にかけては、+バイアス層及び−バイアス層を形成するプリプレグの巻回数がいずれもnからm(m≧n+1)まで漸増している繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトにある。
また、好ましい態様によれば、前記バイアス層からなるプリプレグの形状が、ゴルフクラブ用シャフトの太径端から細径端に向けて100乃至300mmの前記位置まで同一幅を有する略矩形状に形成され、前記100乃至300mmの前記位置から細径端にかけて巻回数がnからmへと漸増するように形成されている。
本発明に係る繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトによれば、上記構成を備えることにより、シャフト細径部における曲げ強度、シャフト細径部における捩り強度、シャフトグリップ部における圧縮強度に優れるばかりでなく、実使用の範囲において折損する確率が大幅に低減される。また、上記好ましい態様によれば、シャフト製作の工程を簡略化でき、しかも製造されるシャフトの太径部(グリップ部)において偏肉することがなく、後の研磨においても円周方向に均一な研磨ができるようになる。
以下、本発明の最良の形態について詳細に説明する。
「シャフト」
本発明に係る繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトは、軸方向に垂直な面の外径が長さ方向の一端から他端に向かって大きくなり、途中の径切換部から他端まで外径が同一となるように形成されたものである。以下、外径が小さい側の端部を細径端部といい、外径が大きい側の端部を太径端部という。また、シャフトの長さ方向の径切換部から細径端部側を細径部、太径端部側を太径部という。
本発明の繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトは、管状体主軸に対する強化繊維の巻角度が20〜75°の範囲内で、正逆両方向である+のバイアス層と−のバイアス層をともに有し、前記正逆2層のバイアス層の巻き始め位置が実質半周分ずれている繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトである。そのゴルフクラブ用シャフトの太径端から100乃至300mmの間のいずれかの位置までは、その正逆のバイアス層におけるプリプレグの巻回数がどこでもn(nは2以上の整数)で一定であり、さらに、その100乃至300mmの位置から細径端にかけては、全体として先細の細径部を構成するものの、各バイアス層におけるプリプレグの巻回数は、前記太径端から100乃至300mmの前記位置から細径端に向けて、nからm(m≧n+1)へと漸増していることを特徴とする。
本実施形態にあっては、後に詳述するが、上記正逆のバイアス層からなる各プリプレグの形状は、ゴルフクラブ用シャフトの太径端から100乃至300mmまでをいずれも同一巻回数の太径部となるように、太径部を構成する上記バイアス層をシャフト長さ方向にどこでも同一幅とした略矩形状を呈し、その太径部に続く同じく前記バイアス層からなる細径部を細径端に向けて、その幅が漸次細幅となり、しかもその巻回数が漸次増加するような略台形を呈している。
ゴルフクラブ用シャフトの太径端から100乃至300mmのうちいずれかの位置までは、そのバイアス層におけるプリプレグの巻回数をどこでもn(nは2以上の整数)とすることにより、シャフトの太径部の肉厚が均質化されるため、シャフトを研磨する工程において円周方向に一様に研磨することが可能となり、太径部の圧縮強度が低下するのを防ぐことができる。なお、nが1であるとシャフトの太径部の圧縮剛性が不足するため、nは2以上の整数としている。
また、ゴルフクラブ用シャフトの太径端から100乃至300mmまでのいずれかの位置を始点として細径端までの、バイアス層における強化繊維の巻回数をnからm(ただし、nは2以上の整数、m≧n+1)まで漸増させることにより、プリプレグの巻回数、つまり前記バイアス層の巻回数が太径端から100乃至300mmの間のいずれかの位置で切り換わり、同位置から細径端までは巻回数が整数ではなくなるため、特許文献1、2にあるように捩り強度が高くなると同時に、シャフト細径部のバイアス層の巻回数が太径部より漸次多くなることで肉厚が増し、細径部の曲げ強度が高くなる。なお、mがn+1より小さいと、シャフトの細径部の肉厚が十分でなく、十分な細径部の曲げ強度及び捩れ強度を得ることができない。
このような本発明のシャフトの材質には特に制限はなく、例えば、エポキシ樹脂などのマトリクス樹脂と炭素繊維などの強化繊維とからなる繊維強化樹脂製のものが挙げられる。また、本発明のシャフトの製造方法としても特に制限はないが、未硬化のマトリクス樹脂を強化繊維に含浸したシート状のプリプレグを用意し、このプリプレグを棒状の芯金(マンドレル)に巻回した後、硬化させ、芯金を抜き取る、いわゆるシートラップ法が挙げられる。
シートラップ法では、プリプレグとして、面積や含有する強化繊維の向きが異なる複数種のものを用意し、これらを1枚ずつ順次芯金に巻回し、多層構造のシャフトを製造することが一般的であるが、この際に、各プリプレグの面積、各プリプレグが含有する強化繊維の向き、各プリプレグを巻回する位置などを調整したり、プリプレグの層数を変更したりすることにより、本発明のシャフトを製造することができる。また、この際に、シャフトのテーパー度やシャフトの外径を適宜調整することも、本発明のシャフトを製造する上で有効である。
以下、実施例と比較例に基き本発明を更に具体的に説明する。
図1に示す形状のマンドレル10(鉄製)を用意した。このマンドレル10は、全体の長さL3にあって、その細径端P1から長さL1の位置(切換点)P2まで、その外径が直線的に漸増し、切換点P2から長さL2の太径端P3まで、その外径は一定である、鉄製の円筒体からなる。本実施例による前記マンドレル10の各部位における具体的な外径、長さ、テーパー度は以下のとおりである。
細径端P1の外径は5.25mm、切換点P2の外径は14.05mm、この切換点P2から太径端P3までは同一外径であり、その外径は14.05mmである。細径端P1から切替点P2までの長さL1は950mm、切替点P2から太径端P3までの長さL2は550mmである。マンドレル10の全体長さL3は1500mmとなる。また、細径端P1から切替点P2までのテーパー度は9.63/1000とされている。
このマンドレル10に、図2に示した形状に切断したプリプレグ(パターン1〜6)を順次巻き付け、その上に20mm幅のポリプロピレン製収縮テープをピッチ2mmで巻き付けた。なお、パターン1は、炭素繊維(CF)がマンドレルの軸方向に対して+45°に配向したプリプレグと、−45°に配向したプリプレグとを、マンドレル10に対して実質的に半周ずれるようにして2枚重ね合わせたものである。
ここで、本実施例におけるシャフトの細径部を構成するパターン1の切断形状は、シャフトの長さ方向に長い高さをもつ略台形状を呈し、シャフトの太径部を構成するパターン1の形状は、前記細径部の下底部に連続して延びる略矩形状を呈している。パターン2乃至4も、パターン1と同様のプリプレグ形状からなる。パターン5の形状をもつプリプレグ4は、マンドレル10の細径端部側に巻き付けられ、シャフトの長さ方向に細長い矩形状のプリプレグの一長辺部を切断して太径端部側に幅を漸増させた形状に形成するとともに、太径端部側の端部を斜め方向に切除した、全体として略台形状に形成している。パターン6の形状をもつプリプレグはパターン5のプリプレグと同一材質のプリプレグ4が使われており、パターン5と同様にマンドレル10の細径端部側に巻き付けられ、シャフト細径端部側が最も大きな幅をもつ、直角三角形状を呈している。
本実施例におけるパターン1の2枚のプリプレグは、マンドレル10の主軸に対する強化繊維の巻角度は45°で、正逆両方向であるバイアス層であり、パターン2〜6はマンドレル10の主軸に対して強化繊維の巻角度を0°であるストレート層である。
図2中のプリプレグ1〜4の材質は表1に、またパターン1〜6のプリプレグ各部のサイズと、上記バイアス層の細径部及び太径部の各巻回数を表2に示している。
Figure 0005283373
Figure 0005283373
また、マンドレル10におけるプリプレグを巻き付ける領域は、マンドレルの細径端から測って50mmから太径端に向けて1240mmの位置までとした。プリプレグ1、2、4を使ったパターン1〜6を順次マンドレル10に巻き付けてから、これを加熱炉に入れ加温し135℃で2時間保持した後、常温まで自然冷却させてマンドレル10から硬化したシャフトを外し、前記収縮テープを剥ぎ取り、シャフトの固有振動数が250cpmになるよう表面を研磨した。
因みに、図2及び表2から、実施例1では炭素繊維(CF)がマンドレルの軸方向に対して+45°に配向したバイアス層を構成するプリプレグと、−45°に配向したバイアス層を構成するプリプレグとを、太径側端部において22mm(y)、細径側端部において9mm(x)ずらせて、重ね合わせている。ここで両者の全体のシート形状は同一であり、太径側端から290mm(γ2)までは同一幅89mm(β1)であり、290mmの位置から細径側端までは89mmから78mmへと、その幅寸法を漸減させている。
一方、前記プリプレグの積層体は、上述のとおりマンドレル細径端から測って50mmから1240mmまでの1190mmの領域に巻き付けられる。巻回数とパターン寸法の関係は、
n=[(2t−D)+{(2t−D)2 +8tL/π}1/2 ]/4t ・・・(1) n:巻回数
t:プリプレグ厚み(mm)
D:マンドレル外径(mm)
L:パターン寸法(mm)
で表すことができる。
(1)式より、太径部にて巻き回される回数nはβ1=89であることから2.0回となり、マンドレル細径端から測って50mmの位置の外径は、5.71mm、その位置におけるプリプレグ端の幅α1は78mmとなることから、前記プリプレグ単における巻回数mは、4.0回となる。すなわち、前記バイアス層における太径側の巻回数nは、太径端から290mmまでは2回であり、290mmを過ぎて細径端までの900mmの間は、その巻回数mが2.0回から4.0回まで漸増している。
一方、実施例と比較例1〜3とを比較すると、図3及び図4と表2とから、比較例1〜3はいずれも、上記α1及びβ1が実施例1と異なっている。上記実施例1と同様に、比較例1におけるバイアス層のプリプレグの太径側と細径側とのそれぞれの巻回数n、mについて具体的に説明する。ただし、マンドレルの形状は実施例1と同じである。太径側にて巻き回されるバイアス層の巻回数nは、(1)式よりβ1=71であることから1.6回となり、マンドレル細径端から測って50mmの位置のマンドレルの外径は同じく5.71mm、その位置におけるプリプレグ端の幅α1は62mmとなることから、前記細径側のプリプレグ端における巻回数mは、(1)式より3.2回となる。
比較例2におけるバイアス層のプリプレグの太径側と細径側とのそれぞれの巻回数n、mについて具体的に説明する。ただし、マンドレルの形状は実施例1と同じである。太径側にて巻き回されるバイアス層の巻回数nは、(1)式よりβ1=119であることから2.7回となり、マンドレル細径端から測って50mmの位置のマンドレルの外径は同じく5.71mm、その位置におけるプリプレグ端の幅α1は104mmとなることから、前記細径側のプリプレグ端における巻回数mは、(1)式より5.3回となる。
比較例3におけるバイアス層のプリプレグの太径側と細径側とのそれぞれの巻回数n、mについて具体的に説明する。ただし、マンドレルの形状は実施例1と同じである。太径側にて巻き回されるバイアス層の巻回数nは、(1)式よりβ1=98であることから2.2回となり、マンドレル細径端から測って50mmの位置のマンドレルの外径は同じく5.71mm、その位置におけるプリプレグ端の幅α1は78mmとなることから、前記細径側のプリプレグ端における巻回数mは、(1)式より4.0回となる。
得られたシャフトの長さ、質量、細径端部から10mmと太径端部から10mmの位置の外径、振動数、トルクを表3に示す。なお、得られた値は10本の平均値である。また、3点曲げ試験により得られた本シャフトの曲げ強度を表4に示す。なお、得られた値は3本の平均値である。また、へん平試験により得られた本シャフトの潰し強度を表5に示す。なお、得られた値は5本の平均値である。また、ねじり試験により得られた本シャフトのねじり強度を表5に示す。なお、得られた値は2本の平均値である。
(1)振動数
特開平10−225541号公報に記載されている方法により測定した。
すなわち、藤倉ゴム株式会社製ゴルフクラブタイミングハーモナイザーを用い、シャフトの細径端部にヘッドを模擬した質量196gの重りを取り付け、シャフトの太径端部から180mmを固定して、シャフトの固有振動数を求めた。
(2)トルク:シャフト全体の捩れ角
特開平5−337223号公報に記載されているトルク(シャフト全体の捩れ角)の測定方法に従って測定した。
すなわち、細径端部と太径端部とをそれぞれチャックでクランプし、各チャックを介してシャフトに捩れトルク(13.9kg・cm)を加えて捩れ角を測定した。
(3)3点曲げ試験
製品安全協会が定める「ゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法」におけるC型シャフトの3点曲げ試験方法に従って実施した。なお、今回は「ゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法」における荷重点位置T(シャフト細径端部から90mm)の試験を実施した。図5は、3点曲げ強度の試験装置10を概略で示している。3点曲げ強度試験装置10は、150mmの間隔をおいて配置された左右一対の支持部11と、荷重部12と、荷重測定部13とを有し、シャフト細径端部から90mmの点を荷重点位置Tとする200mmの長さに切断されたテストピース14を使った。
(4)ねじり試験
製品安全協会が定める「ゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法」におけるねじり試験方法に従って実施した。
すなわち、シャフトの両端部に固定ジグを接着し、シャフトを捩り破断させた時の荷重を本シャフトの捩り強度とした。
(5)へん平試験
製品安全協会が定める「ゴルフクラブ用シャフトの認定基準及び基準確認方法」におけるS型シャフトのへん平試験方法に従って実施した。図6は、へん平試験装置20の概略を示している。へん平試験装置20は、金属製の球面座21及び圧子22と、押圧部23と、図示せぬ荷重測定部とを有し、球面座21と圧子22との間に配したテストピース25を、圧子22の押圧速度を5.0mm/minとして、テストピース25が破壊するまで荷重をかけ続け、破断時の荷重を荷重測定部24にて測定した。本試験では、シャフトの細径端部から990mm〜1010mmの部分を採取してテストピースとし、同テストピースが破断した時の荷重を本シャフトの潰し強度とした。
(比較例1)
図3に示した形状に切断したプリプレグを巻き付け、表2に示したサイズにした以外は、全て実施例1と同じ要領でシャフトを作製、評価を実施した。
得られたシャフトの長さ、質量、細径端部から10mmと太径端部から10mmの位置の外径、振動数、トルクを表3に示す。なお、得られた値は10本の平均値である。また、3点曲げ試験により得られた本シャフトの曲げ強度を表4に示す。なお、得られた値は3本の平均値である。また、へん平試験により得られた本シャフトの潰し強度を表5に示す。なお、得られた値は5本の平均値である。また、ねじり試験により得られた本シャフトのねじり強度を表5に示す。なお、得られた値は2本の平均値である。
(比較例2)
図4に示した形状に切断したプリプレグを巻き付け、表2に示したサイズにした以外は、全て実施例1と同じ要領でシャフトを作製、評価を実施した。
得られたシャフトの長さ、質量、細径端部から10mmと太径端部から10mmの位置の外径、振動数、トルクを表3に示す。なお、得られた値は10本の平均値である。また、3点曲げ試験により得られた本シャフトの曲げ強度を表4に示す。なお、得られた値は3本の平均値である。また、へん平試験により得られた本シャフトの潰し強度を表5に示す。なお、得られた値は5本の平均値である。また、ねじり試験により得られた本シャフトのねじり強度を表5に示す。なお、得られた値は2本の平均値である。
(比較例3)
図2に示した形状に切断したプリプレグを巻き付け、表2に示したサイズにした以外は、全て実施例1と同じ要領でシャフトを作製、評価を実施した。
得られたシャフトの長さ、質量、細径端部から10mmと太径端部から10mmの位置の外径、振動数、トルクを表3に示す。なお、得られた値は10本の平均値である。また、3点曲げ試験により得られた本シャフトの曲げ強度を表4に示す。なお、得られた値は3本の平均値である。また、へん平試験により得られた本シャフトの潰し強度を表5に示す。なお、得られた値は5本の平均値である。また、ねじり試験により得られた本シャフトのねじり強度を表5に示す。なお、得られた値は2本の平均値である。
Figure 0005283373
Figure 0005283373
Figure 0005283373
Figure 0005283373
表4〜6の結果から明らかなように、実施例により得られたゴルフクラブ用シャフトによれば、シャフト細径部での曲げ強度、シャフト細径部での捩り強度、グリップ部での圧縮強度に優れ、実使用の範囲において折損する確率が低減した繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトを提供することができた。
実施例で用いたマンドレルの形状を示すパターン図である。 プリプレグの形状を示すパターン図である(実施例、比較例3)。 プリプレグの形状を示すパターン図である(比較例1)。 プリプレグの形状を示すパターン図である(比較例2)。 ゴルフシャフトの3点曲げ試験装置の模式図である。 ゴルフシャフトのへん平試験装置の模式図である。
符号の説明
10 マンドレル
11 支持部
12 荷重部
13 荷重測定部
14 テストピース
20 へん平試験装置
21 球面座
22 圧子
23 押圧部
24 荷重測定部
25 テストピース
T 荷重点位置

Claims (2)

  1. 管状体主軸に対する強化繊維の巻角度が20〜75°の範囲内である+バイアス層と、 管状体主軸に対する強化繊維の巻角度が−20〜−75°の範囲内である−バイアス層との巻き始め位置が実質半周分ずれてなる繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフトであって、
    そのゴルフクラブ用シャフトの太径端から100乃至300mmの間のいずれかの位置までは、+バイアス層及び−バイアス層を形成するプリプレグの巻回数がいずれも、どこでも、n(ただし、nは2以上の整数)であり、
    さらに、その位置から細径端にかけては、+バイアス層及び−バイアス層を形成するプリプレグの巻回数がいずれもnからm(m≧n+1)まで漸増してなる、
    繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフト。
  2. 前記バイアス層からなるプリプレグの形状が、ゴルフクラブ用シャフトの太径端から細径端に向けて100乃至300mmの前記位置まで同一幅を有する略矩形状に形成され、前記100乃至300mmの前記位置から細径端にかけて巻回数がnからmへと漸増するように形成されてなる請求項1記載の繊維強化プラスチック製ゴルフクラブ用シャフト。
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