JP6060724B2 - 繊維強化プラスチック製シャフト - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチック製シャフトに関するものである。

周知のとおり、ゴルフクラブや釣り竿のシャフトは軽くて丈夫である必要があることから、近年においては、従来から使用されている金属製シャフトに代えて繊維強化プラスチック製シャフトが採用されている。

繊維強化プラスチック製シャフトを構成する繊維強化プラスチック層の形成方法の一つとして、シャフトの軸線方向に対して反時計回りに螺旋状に巻き付ける繊維束からなる組糸とシャフトの軸線方向に対して時計回りに螺旋状に巻き付ける繊維束からなる組糸とを互いに交差させて編組した組織に樹脂を含浸させて硬化するブレード法と呼ばれる形成方法がある。

そして、ブレード法には、両組糸を編組する際に、シャフトの元端から先端まで両組糸の交差角度を変化させることなく編組する無変化方式と、シャフトの元端から先端に向かうに従って両組糸の交差角度が小さくなるように編組する変化方式とがあり、いずれの方式のブレード法によって形成された繊維強化プラスチック層であっても、フィラメントワインディング法やシートワインディング法などの他の形成方法よって形成された繊維強化プラスチック層が有しないシャフトの軸線方向に対して方向性がないという特性を発揮することから注目を集めている。

ところが、ゴルフクラブや釣り竿のように元端から先端に向かって先細りした長尺状のシャフト全体を被覆する繊維強化プラスチック層を無変化方式のブレード法によって形成しようとすると、シャフトの元端側において十分な捻り強度を確保するため、両組糸となる繊維束を構成する単繊維の本数や径を調整して該繊維束の径を大きく設定した場合には、シャフトの先端側において両組糸をシャフトに沿わせて編組することができなくなり、一方、シャフトの先端側において両組糸をシャフトに沿わせて編組するため、両組糸となる繊維束を構成する単繊維の本数や径を調整して該繊維束の径を小さく設定した場合には、シャフトの元端側において十分な捻り強度を確保することができなくなり、シャフトの両端側において十分な捻り強度を確保することができないという問題点があった。

また、シャフト全体を被覆する繊維強化プラスチック層を変化方式のブレード法によって形成しようとすると、シャフトの先端側で両組糸の交差角度が小さくなることから、両組糸となる繊維束を構成する単繊維の本数や径を調整して該繊維束の径をある程度大きく設定したとしても、シャフトの先端側において両組糸をシャフトに沿わせて編組することができるため、シャフトの元端側において十分な捻り強度を確保することができるが、両組糸の交差角度が小さくなるに従って両組糸の捻り強度に対する寄与度が低下するため、シャフトの先端側において十分な捻り強度を確保することができないという問題点があった。

このため、両方式のブレード法が有する問題点を解消すべく工夫を凝らしたシャフトが多く開発されている。

例えば、特許文献１には、内側から、２軸の組物層（組糸１６本）を全長にわたりシャフト軸に対し約７０度で編み組みした第１の層と，３軸の組物層（組糸１６本と中央糸８本）を全長にわたりシャフト軸に対し約５０度で編み組みした第２の層と、３軸の組物層（組糸１６本と中央糸８本）を先端から手元端にかけてシャフト軸に対し４０度から１０度に漸次変化させて編み組みした第３の層と、２軸の組物層（組糸１６本）を先端から手元端にかけてシャフト軸に対し３０度から１０度に漸次変化させて編み組みした最外層で形成し、加圧加熱硬化成形後、表面を少量研磨してゴルフシャフトが開示されている。

特許文献１に開示されたゴルフシャフトによれば、両方式のブレード法によって形成された繊維強化プラスチック層を併用しているため、両繊維強化プラスチック層が互いに捻り強度の弱い部分を補ってシャフトの両端側において十分な捻り強度を確保することができる。

特開２００３−２７５３５５号公報

しかし、前記特許文献１に開示されたゴルフシャフトにおいては、シャフトの両端側において十分な捻り強度を確保するため、少なくともシャフト全体を被覆する繊維強化プラスチック層が二層必要となり、他の特性を補強するための繊維強化プラスチック層の積層数が制限されるという問題点があった。また、シャフトの先端側又は元端側の捻り強度を基準に各繊維強化プラスチック層を形成しているため、シャフトの中間部分において十分な捻り強度を確保することができないという問題点があった。

そこで、本発明者は、シャフト全体に渡って十分な捻り強度を確保することができる繊維強化プラスチック層が積層された繊維強化プラスチック製シャフトを得ることを技術的課題として、その具現化をはかるべく、試行錯誤的に試作・実験を重ねた結果、繊維強化プラスチック層を多層状に積層することによって形成された積層体からなる繊維強化プラスチック製シャフトにおいて、シャフトを元端から先端に向かって先細りしたテーパー状に形成し、シャフトの軸線方向に対して時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる一方側組糸と反時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる他方側組糸とを互いに交差させて編組してなる複数の筒層からなる編組層を積層し、各筒層を構成する両組糸をシャフトの元端側から先端側に向かうに従って交差角度が小さくなるように編組し、各筒層の元端をシャフトの軸線方向に対して異なる位置に配置すれば、シャフト全体に渡って十分な捻り強度を確保することができる繊維強化プラスチック層を得ることができるという刮目すべき知見を得、前記技術的課題を達成したものである。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって解決できる。

すなわち、本発明の請求項１に係る繊維強化プラスチック製シャフトは、シャフトが元端から先端に向かって先細りしたテーパー状に形成されており、シャフトの軸線方向に対して時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる一方側組糸と反時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる他方側組糸とを互いに交差させて編組してなる複数の筒層からなる編組層が積層されており、各筒層を構成する両組糸はシャフトの元端側から先端側に向かうに従って交差角度が小さくなるように編組されており、各筒層の先端がシャフトの軸線方向に対して同じ位置に配置されていると共に、各筒層の元端がシャフトの軸線方向に対して異なる位置に配置されているものである。

また、本発明の請求項２に係る繊維強化プラスチック製シャフトは、前記請求項１の繊維強化プラスチック製シャフトにおいて、各シャフトの最も先端側に位置付けられる筒層を構成する両組糸が１４０°〜６０°の範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されており、シャフトの最も先端側に位置付けられる筒層以外の筒層を構成する両組糸が該筒層の元端から該筒層に隣接する筒層の元端まで１４０°〜６０°の範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されているものである。

また、本発明の請求項３に係る繊維強化プラスチック製シャフトは、複数の筒層における元端の位置がシャフトの先端に近いものほど全長が短くなっているものである。

また、本発明の請求項４に係る繊維強化プラスチック製シャフトは、前記請求項１乃至３のいずれかの繊維強化プラスチック製シャフトにおいて、複数の筒層における少なくとも一つの筒層を構成する両組糸と他の筒層を構成する両組糸とが異なる性質の繊維束からなっているものである。

また、本発明の請求項５に係る繊維強化プラスチック製シャフトは、前記請求項１乃至５のいずれかの繊維強化プラスチック製シャフトにおいて、編組層が複数の筒層をシャフトの軸線方向に対して直列状に連結させて形成されているものである。

また、本発明の請求項６に係る繊維強化プラスチック製シャフトは、前記請求項１乃至５のいずれかの繊維強化プラスチック製シャフトにおいて、編組層が複数の筒層を積層させて形成されているものである。

本発明によれば、繊維強化プラスチック層を多層状に積層することによって形成された積層体からなる繊維強化プラスチック製シャフトにおいて、シャフトを元端から先端に向かって先細りしたテーパー状に形成し、シャフトの軸線方向に対して時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる一方側組糸と反時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる他方側組糸とを互いに交差させて編組してなる複数の筒層からなる編組層を積層し、各筒層を構成する両組糸をシャフトの元端側から先端側に向かうに従って交差角度が小さくなるように編組し、各筒層の先端をシャフトの軸線方向に対して同じ位置に配置すると共に、各筒層の元端をシャフトの軸線方向に対して異なる位置に配置したので、シャフトの両端部だけでなく中間部にも捻り強度が高い筒層の元端が位置付けられるため、シャフト全体に渡って高い捻り強度を確保することができる。また、複数の筒層における筒層の元端がシャフトの先端に近いものほど全長が短くなっているので、捻り強度が弱いシャフトの先端ほど広い交差角度で編組された両組糸が多く配置されることになり、シャフトの先端の捻り強度を格段に向上させることができる。また、複数の筒層における少なくとも一つの筒層を構成する両組糸と他の筒層を構成する両組糸とが異なる性質の繊維束からなっているので、シャフトを部分毎に特性の異なる筒層によって強化することができ、プレイヤーの好み・癖に合ったシャフトを形成し易くなる。

従って、本発明の産業上利用性は非常に高いといえる。

実施の形態１に係るシャフトを用いたゴルフクラブを示した斜視図である。 図１に示すゴルフクラブのシャフトを構成する四つの筒層を模式的に示した側面図である。 図２に示す四つの筒層を示した断面図である。 図２に示す第四筒層の組織を示した部分拡大図である。 実施の形態２に係るシャフトを構成する三つの筒層を示した断面図である。 図５に示す各筒層を模式的に示した側面図である。 図５に示す第三筒層の組織を示した部分拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

本実施の形態に係るゴルフクラブ１は、図１に示すように、グリップ２と、グリップ２から伸びるシャフト３と、シャフト３の先端に固定されたヘッド４とから構成されている。なお、シャフト３は、グリップ２を構成する元端側からヘッド４が取り付けられる先端に向かって先細りするように伸びてテーパー状に形成されている。

シャフト３は、繊維強化プラスチック層を多層状に積層することによって形成された積層体からなっており、積層体を構成する繊維強化プラスチック層として図２及び図３に示す編組層５が積層されている。

編組層５は、シャフト３の軸線方向に対して直列状に並ぶ四つの筒層６，７，８，９（複数の筒層）を連結させて先細り筒状に形成されており、シャフト３と同じ全長を有している。そして、四つの筒層６，７，８，９は、シャフト３の先端側から元端側に向かって第一筒層６、第二筒層７、第三筒層８、第四筒層９の順番で配置されている。なお、互いに隣接する筒層は、シャフト３の先端側に配置された筒層の元端とシャフト３の元端側に配置された筒層の先端とを接触させて連結されている。また、四つの筒層６，７，８，９は、シャフト３の先端寄りに配置された筒層ほど全長が短くなっている。従って、四つの筒層６，７，８，９の元端は、シャフト３の軸線方向に対して異なる位置に配置されており、また、シャフト３の先端側に向かうに従って密集するように配置されている。

次に、各筒層６，７，８，９の組織を図２及び図４に基づいて説明する。なお、図２は、各筒層６，７，８，９を構成する各組糸をそれぞれ模式的に一本線で示しており、図４は、筒層の組織の例示として第四筒層９におけるシャフト３の元端側に位置する部分を拡大して示している。

各筒層６，７，８，９の組織は、図２に示すように、シャフト３の軸線方向に対して時計回りで螺旋状に巻き付けられる一方側組糸１０と、シャフト３の軸線方向に対して反時計回りで螺旋状に巻き付けられる他方側組糸１１とから構成されており、両組糸１０，１１は、シャフト３の軸線方向に対して同じ本数巻き付けられている。なお、両組糸１０，１１は、互いに２回交差する毎に表裏の位置関係を逆転しながら斜め格子状に編組されている（図４参照）。

また、両組糸１０，１１は、シャフト３の元端側から先端側に向かうに従って交差角度（図２中、αにて示すように、両組糸が交差することによって形成される角の角度）が小さくなるように編組されている。そして、各筒層６，７，８，９を構成する両組糸１０，１１の交差角度は、最大角度が同一角度になっていると共に、最小角度が第一筒層６、第二筒層７、第三筒層８、第四筒層９の順番で小さくなっている。

なお、両組糸１０，１１の交差角度は、１４０°〜６０°の範囲から選択される最大角度と最小角度との間の角度範囲で変移させればよく、１２０°〜８０°の範囲から選択される最大角度と最小角度との間の角度範囲で変移させることが好ましく、１００°〜９０°の範囲から選択される最大角度と最小角度との間の角度範囲で変移させることがより好ましい。なお、両組糸１０，１１の交差角度の最大角度が１４０°よりも大きくなると、両組糸１０，１１を編組することが困難になり、両組糸１０，１１の交差角度の最小角度が６０°よりも小さくなると、両組糸１０，１１の捻り強度に対する寄与度が極端に低下する。

よって、各筒層６，７，８，９は、いずれも筒層６を構成する両組糸が１４０°〜６０°の範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されており、これにより、シャフト３の最も先端側に位置付けられる筒層６以外の筒層７，８，９を構成する両組糸１０，１１が該筒層の元端から該筒層に隣接する筒層の元端まで１４０°〜６０°の範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されている。

また、両組糸１０，１１は、単繊維を束ねた繊維束からなっている。単繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維等の有機繊維、ボロン繊維、ステンレス繊維、チタン繊維等の金属繊維などの繊維を使用すればよい。繊維束は、例えば、単繊維として直径が4μｍ〜7μｍの炭素繊維を使用する場合には、1,000〜12,000本束ねたものが好ましく、3,000〜6,000本束ねたものがより好ましい。また、繊維束は、一種類の単繊維のみで構成してもよく、二種類以上の単繊維を混合したもので構成してもよい。なお、繊維束を構成する単繊維の材質、本数又は径の少なくとも一つを変更し、筒層毎に異なる性質の繊維束を使用してもよい。但し、シャフト３の元端側に配置される筒層ほど繊維束の径が小さい組糸を採用することが好ましい。なお、繊維束は、単繊維を束ねたものであって外力によって断面形状が変形するものであることから、繊維束の径とは、単繊維を断面形状が円形になるように束ねた状態における径を示している。また、繊維束の径は、単繊維として高強度のものや高弾性のものを使用し、単繊維の本数又は径を調整することによって小さくすることができる。

そして、両組糸１０，１１を編組してなる組織に対して樹脂を浸透させた後、当該樹脂を硬化させることによって各筒層６，７，８，９からなる編組層５が形成される。樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、架橋エポキシ変性ポリアミノアミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン樹脂、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、ポリエーテルスルフォン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂等の熱可塑性樹脂などの樹脂を使用すればよい。

なお、本実施の形態に係る編組層５は、積層体を構成する繊維強化プラスチック層として少なくとも一層積層すればよく、積層体を構成する他の繊維強化プラスチック層として従来のシートワインディング法、フィラメントワインディング法、ブレード法等によって形成された層を積層してもよい。

また、本実施の形態に係る編組層５においては、四つの筒層６，７，８，９を直列状に連結させて形成しているが、筒層の数は四つに限定されず、二つ以上の筒層で形成すればよい。但し、複数の筒層の元端をシャフト３の先端側に向かうに従って密集させるように配置させる場合には、少なくとも三つ以上の筒層が必要となる。さらに、互いに隣接する筒層を連結させる際に、シャフト３の先端側に配置された筒層の元端部に位置する繊維束の単繊維を梳くと共に、シャフト３の元端側に配置された筒層の先端部に位置する繊維束の単繊維を梳き、シャフト３の先端側に配置された筒層の元端部とシャフト３の元端側に配置された筒層の先端部とを重ねて連結させることにより、両筒層の連結部分の径を大きくすることなく、両筒層の連結強度を向上させることができる。

実施の形態２．

本実施の形態は前記実施の形態１における編組層の変形例であり、図５〜図７において、図１〜図４と同一符号は同一又は相当部分を示している。

本実施の形態に係る編組層１２は、三つの筒層１３，１４，１５を積層させて先細り筒状に形成されており、シャフト３と同じ全長を有している。そして、三つの筒層１３，１４，１５は、シャフト３の内側から外側に向かって第一筒層１３、第二筒層１４、第三筒層１５の順番に積層されている。なお、三つの筒層１３，１４，１５は、それぞれの筒層１３，１４，１５の先端をシャフト３の先端と一致させて積層されており、シャフト３の内側に積層された筒層ほど全長が短くなっている。従って、三つの筒層１３，１４，１５の元端は、シャフト３の軸線方向に対して異なる位置に配置されており、また、シャフト３の先端側に向かうに従って密集するように配置される。即ち、三つの筒層１３，１４，１５は、筒層の元端がシャフト３の先端に近いものほど全長が短くなっている。

次に、各筒層１３，１４，１５の組織を図６及び図７に基づいて説明する。なお、図６は、編組層１２を形成する三つの筒層１３，１４，１５を積層させることなく別々に示しており、各筒層１３，１４，１５を構成する各組糸１０，１１を模式的に一本線で示しており、図７は、筒層の組織の例示として第三筒層１５におけるシャフト３の元端側に位置する部分を拡大して示している。

各筒層１３，１４，１５の組織は、図６に示すように、シャフト３の軸線方向に対して時計回りで螺旋状に巻き付けられる一方側組糸１０と、シャフトの軸線方向に対して反時計回りで螺旋状に巻き付けられる他方側組糸１１とから構成されており、両組糸１０，１１は、シャフト３の軸線方向に対して同じ本数巻き付けられている。なお、両組糸１０，１１は、互いに１回交差する毎に表裏の位置関係を逆転しながら斜め格子状に編組されている（図７参照）。

また、両組糸１０，１１は、シャフト３の元端側から先端側に向かうに従って交差角度が小さくなるように編組されている。そして、各筒層１３，１４，１５を構成する両組糸１０，１１の交差角度は、最大角度が同一角度になっていると共に、最小角度が第一筒層１３、第二筒層１４、第三筒層１５の順番で小さくなっている。

なお、第一筒層１３における両組糸１０，１１の交差角度は、前記実施の形態１における所定範囲から選択される最大角度と最小角度との間の角度範囲で変移しており、第二筒層１４における両組糸１０，１１の交差角度は、少なくとも第二筒層１４の第一筒層１３と積層関係にない部分（図６中、Ａで示す範囲）で編組される両組糸１０，１１の交差角度が前記実施の形態１における所定範囲から選択される最大角度と最小角度との間の角度範囲で変移しており、第三筒層１５における両組糸１０，１１の交差角度は、少なくとも第三筒層１５の第一筒層１３及び第二筒層１４と積層関係にない部分（図６中、Ｂで示す範囲）で編組される両組糸１０，１１の交差角度が前記実施の形態１における所定範囲から選択される最大角度と最小角度との間の角度範囲で変移している。

即ち、各筒層１３，１４，１５における両組糸１０，１１の交差角度は、基準となる筒層の該基準となる筒層よりも全長が短い他の筒層と積層関係にない部分で編組される両組糸１０，１１の交差角度が前記実施の形態１における所定範囲から選択される最大角度と最小角度との間の角度範囲で変移しており、これにより、シャフト３の最も先端側に位置付けられる筒層１３を構成する両組糸１０，１１が前記実施の形態１における所定範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されており、シャフト３の最も先端側に位置付けられる筒層１３以外の筒層１４，１５を構成する両組糸１０，１１が該筒層の元端から該筒層に隣接する筒層の元端まで前記実施の形態１における所定範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されている。

なお、本発明における編組層を形成する複数の筒層は、筒層毎に交差角度の最大角度と最小角度とを選択することができ、必ずしも実施の形態１及び２における編組層のように各筒層の交差角度の最大角度を同一角度にする必要はない。

本発明に係る繊維強化プラスチック製シャフトは、ゴルフクラブのシャフトだけでなく、釣り竿にも使用することができる。

１ ゴルフクラブ
２ グリップ
３ シャフト
４ ヘッド
５ 編組層
６ 第一筒層
７ 第二筒層
８ 第三筒層
９ 第四筒層
１０ 一方側組糸
１１ 他方側組糸
１２ 編組層
１３ 第一筒層
１４ 第二筒層
１５ 第三筒層

Claims (6)

1. シャフトが元端から先端に向かって先細りしたテーパー状に形成されており、シャフトの軸線方向に対して時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる一方側組糸と反時計回りで螺旋状に巻き付けられる繊維束からなる他方側組糸とを互いに交差させて編組してなる複数の筒層からなる編組層が積層されており、各筒層を構成する両組糸はシャフトの元端側から先端側に向かうに従って交差角度が小さくなるように編組されており、各筒層の先端がシャフトの軸線方向に対して同じ位置に配置されていると共に、各筒層の元端がシャフトの軸線方向に対して異なる位置に配置されていることを特徴とする繊維強化プラスチック製シャフト。
2. シャフトの最も先端側に位置付けられる筒層を構成する両組糸が１４０°〜６０°の範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されており、シャフトの最も先端側に位置付けられる筒層以外の筒層を構成する両組糸が該筒層の元端から該筒層に隣接する筒層の元端まで１４０°〜６０°の範囲から選択される角度範囲で交差角度を変移させながら編組されている請求項１記載の繊維強化プラスチック製シャフト。
3. 複数の筒層における筒層の元端がシャフトの先端に近いものほど全長が短くなっている請求項１又は２のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製シャフト。
4. 複数の筒層における少なくとも一つの筒層を構成する両組糸と他の筒層を構成する両組糸とが異なる性質の繊維束からなっている請求項１乃至３のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製シャフト。
5. 編組層が複数の筒層をシャフトの軸線方向に対して直列状に連結させて形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製シャフト。
6. 編組層が複数の筒層を積層させて形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の繊維強化プラスチック製シャフト。