JP6473940B2 - ゴルフシャフト - Google Patents

Description

本発明は、スチール製の素管を繊維強化プラスチックの外層で被覆したゴルフシャフトに関する。

ゴルフシャフトとしては、スチール製のゴルフシャフトの打感を残しつつ軽量化を図るために、スチール製の素管を薄肉化すると共に外側を繊維強化プラスチックの外層で被覆したものがある。

このようなゴルフシャフトでは、スチール製の素管の外周面に防錆等のためのメッキが施される関係上、素管に対する外層の密着性が悪いという問題がある。

これに対し、特許文献１では、素管と外層との間に不織布の内層を介在させて、素管と外層との密着性を向上させている。

しかし、特許文献１は、素管と外層との密着性が十分とはいえず、素管の表面を研磨することで密着性を補っているため、製造工程が多くなるという問題がある。

実公平５−３４６７２号公報

解決しようとする問題点は、素管の表面を研磨することなく十分な密着性を得ることができなかった点である。

本発明は、素管の表面を研磨することなく十分な密着性を得るため、スチール製の素管と、該素管の外周に形成されたメッキ層と、該メッキ層を被覆する外層と、前記メッキ層と前記外層との間に介在して前記メッキ層と前記外層との間を接着する接着層とを備え、前記外層は、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化プラスチックで形成され、前記接着層は、エポキシ樹脂及び二種以上のアミン系硬化剤を混合した混合硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物、又はエポキシ樹脂及び少なくとも一種の硬化剤を含有すると共にカーボンナノチューブを分散したカーボンナノチューブ樹脂組成物であることをゴルフシャフトの特徴とする。

本発明は、外層及びメッキ層に対する密着性が高い接着層を介在させることにより、素管の表面となるメッキ層を研磨することなく外層と素管との間の十分な密着性を確保できる。

ゴルフシャフトの側面図であり、（Ａ）はゴルフシャフトの全体、（Ｂ）は（Ａ）の一部を拡大して示す（実施例１）。 図１のゴルフシャフトの概略縦断面図である（実施例１）。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に係るゴルフシャフトの概略横断面図である（実施例１）。 ゴルフシャフトの製造工程を示す概略縦断面図である（実施例１）。 積層される複数枚のプリプレグを示す展開図である（実施例１）。 ゴルフシャフトの剛性分布を概略的に示すグラフである（実施例１）。 製造過程における剛性分布の変化を示すグラフである（実施例１）。 ゴルフシャフトの製造時の第１のプリプレグに接着層シートを貼り付けた状態を示す断面図である（実施例２）。

本発明は、素管の表面を研磨することなく十分な密着性を得るという目的を、素管の表面のメッキ層と外層とに対する密着性が高い接着層により実現した。

具体的には、外層がマトリックス樹脂をエポキシ樹脂とする繊維強化プラスチックであり、接着層をエポキシ樹脂及び二種以上のアミン系硬化剤を混合した混合硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物、又はエポキシ樹脂及び少なくとも一種の硬化剤を含有すると共にカーボンナノチューブを分散したカーボンナノチューブ樹脂組成物とした。

接着層がエポキシ樹脂組成物の場合、アミン系硬化剤は、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミン、ポリアミドアミンから選択された異なる二種以上のアミン系硬化剤とすることが可能である。

この場合、アミン系硬化剤をトリエチレンテトラミン及びポリアミドアミンの二種類とし、ポリアミドアミンがトリエチレンテトラミンよりも多くなるように配合してもよい。

接着層がカーボンナノチューブ樹脂組成物である場合、エポキシ樹脂及び少なくとも一種の硬化剤を含有すると共にカーボンナノチューブを分散したものとしてもよい。

この場合、硬化剤は、アミン系硬化剤又は酸無水物系硬化剤とすることが可能である。

［ゴルフシャフトの構造］
図１は、ゴルフシャフトの側面図であり、（Ａ）はゴルフシャフトの全体、（Ｂ）は（Ａ）の一部を拡大して示す。図２は、図１のゴルフシャフトの概略縦断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に係るゴルフシャフトの概略横断面図である。なお、図１〜図３は、各部の寸法が一致していないが基本的に同一構造である。

ゴルフシャフト１は、管状に形成され、軸方向の先端１ａがゴルフクラブのヘッドが取り付けられる部分、軸方向の基端１ｂがゴルフクラブのグリップが取り付けられる部分となっている。

本実施例のゴルフシャフト１は、素管３と、メッキ層５と、外層７と、接着層９とを備えて構成されている。

素管３は、スチール製であり、横断面における断面形状が円形の中空管状シャフトからなる。本実施例の素管３は、段付き形状であり、複数の直管部１１と隣接する直管部１１間を接続する複数のテーパ管部１３とで形成されている。

直管部１１は、肉厚及び内外周の径が一定の部分である。隣接する直管部１１間では、素管３の先端３ａ側に位置する直管部１１に対して基端３ｂ側に位置する直管部１１の内外周の径が大きくなっていると共に肉厚が薄くなっている。

テーパ管部１３は、隣接する直管部１１の径の違い及び肉厚の違いを吸収するものであり、先端３ａ側から基端３ｂ側に向けて内外周の径が漸次径が大きくなっていると共に肉厚が漸次薄くなっている。テーパ管部１３の軸方向の長さは、直管部１１よりも短い。

本実施例の素管３において、外径が最も大きい部分で１４．５０ｍｍとなっており、この部分での肉厚が０．２０６ｍｍとなっている。一方、外径が最も小さい部分で８．００ｍｍとなっており、この部分での肉厚が０．２９４ｍｍとなっている。

なお、素管３は、段付き形状のものに限られず、外周の径が一定のストレート形状や全体としてテーパ管形状とすることも可能である。また、素管３の肉厚は、軸方向で一定にしたり、あるいは部分的に変動させることも可能である。さらに、素管３の横断面における断面形状は、円形に限らず楕円形など適宜選択することができる。

メッキ層５は、素管３の外周面３ｃの全体に設けられており、素管３の表面を構成している。メッキ層５としては、例えば、銅、ニッケル、クロム、亜鉛、スズ、金等のメッキとすることができるが、本実施例においてニッケルメッキを２層重ねた上にクロムメッキを施している。

メッキ層５の肉厚は、素管３の肉厚に対してごく薄く、各ニッケルメッキが０．００５ｍｍ、クロムメッキが０．０００３ｍｍとなっており、合計約０．０１０３ｍｍとなっている。ただし、メッキ層５の肉厚は、これに限られるものではない。

外層７は、メッキ層５を被覆する管状であり、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とすると共に繊維シートを強化材とする繊維強化プラスチックで形成されている。なお、本実施例の外層７は、メッキ層５の全体を被覆するが、軸方向においてメッキ層５の一部を被覆するものであってもよい。

外層７は、後述するプリプレグ１７（図４及び図５）を接着層９を介して素管３に巻き付け加熱することによって形成される。プリプレグ１７は、硬化剤を含有するエポキシ樹脂を繊維シートに含浸させた繊維強化プラスチックシートである。

外層７に用いられる硬化剤は、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミン、ポリアミドアミン等の内から選択された一種類である。

繊維シートには、金属繊維、ボロン繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミクス繊維などの無機系繊維、アラミド繊維、その他の高強力合成繊維などを使用することができる。無機繊維は軽量かつ高強力であることから好ましく使用される。中でも、炭素繊維は、比強度、比剛性に優れるので最適である。従って、本実施例では、繊維シートとして炭素繊維シートを用いている。

なお、図１において外層７は、メッキ層５に倣って形成されており、段付き形状になっている。ただし、外層７は、ゴルフシャフト１の製造時に切削されるため、切削態様にもよるが、実際は、段付き形状とはなっていないことが多い。

これに応じ、外層７の肉厚は、軸方向において変動するが、素管３の肉厚よりも厚い範囲に設定されている。本実施例において、外層７の肉厚は、最も厚い部分で約０．７００ｍｍ、最も薄い部分で約０．３３０ｍｍとなっている。ただし、設計によっては、外層７の肉厚を１．０００ｍｍ〜０．２００ｍｍの範囲にしても良い。

接着層９は、メッキ層５と外層７との間に介在し、メッキ層５と外層７との間を接着する管状となっている。本実施例の接着層９は、メッキ層５に倣って形成されており、段付き形状になっている。

接着層９の肉厚は、ほぼ一定であり、外層７及び素管３の肉厚よりも薄い。本実施例の接着層９の肉厚は０．０２ｍｍ程度となっている。接着層９の肉厚は、これに限られるものではなく、メッキ層５と外層７との間を接着できる範囲で変動することが可能である。

接着層９は、エポキシ樹脂及び二種以上のアミン系硬化剤を混合した混合硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物からなっている。この接着層９は、メッキ層５と外層７とに対する密着性がメッキ層５と外層７とを直接密着させる場合の密着性に対して高いものとなっている。

本実施例の接着層９には、クリヤ塗料を用いている。具体的には、クリヤ塗料の液状のエポキシ樹脂及び液状の混合硬化剤を２：１の割合で混ぜた接着層液剤１５（図４）が加熱により硬化して形成されたものとなっている。

液状のエポキシ樹脂は、樹脂成分を７３．９６％、溶剤を２５．７７％、添加材を０．２７％の割合で含有している。液状の硬化剤は、樹脂成分を６４．８２％、溶剤を２６．８２％、添加材を８．３６％の割合で含有している。

従って、硬化前の接着層液剤１５は、上記混合により、樹脂成分が７０％程度、溶剤が２６％程度、添加剤が３％程度となっている。なお、上記成分の含有割合は、一例であり、適宜変更することが可能である。

接着層液剤の樹脂成分は、エポキシ樹脂及びアミン系硬化剤である。アミン系硬化剤としては、例えば脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミン、ポリアミドアミン等である。二種以上のアミン系硬化剤は、アミン系硬化剤から選択された異なる二種以上のアミン系硬化剤をいう。

本実施例では、脂肪族ポリアミンであるトリエチレンテトラミン及びポリアミドアミンの二種類が用いられている。このときの配合割合は、ポリアミドアミンがトリエチレンテトラミンよりも多くなるように設定されている。具体的には、ポリアミドアミンに対してトリエチレンテトラミンが４％程度となっている。

接着層液剤の溶剤は、キシレン、メチルイソブルチルケトン、イソブタノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、トルエン等である。接着層液剤の添加剤は、シランカップリングのようなカップリング剤等とすることができる。

［ゴルフシャフトの製造］
図４は、ゴルフシャフト１の製造工程を示す概略断面図である。

本実施例の製造では、まず、図４（Ａ）のように、段付き形状を有し外周面３ｃにメッキ層５が形成された素管３を用意する。この素管３のメッキ層５の表面に、図４（Ｂ）のように、液状のエポキシ樹脂に液状の硬化剤を混合した接着層液剤１５を塗布する。接着層液剤１５の塗布は、例えばしごき塗装によって行うことができる。ただし、吹き付け塗装等の他の塗布方法を用いることも可能である。

接着層液剤１５は、上記のように、クリヤ塗料であり、液状のエポキシ樹脂及び液状の混合硬化剤を２：１の割合で混合したものとなっている。

次いで、図４（Ｃ）のように、接着層液剤１５が塗布されたメッキ層５の表面にプリプレグ１７を巻き付けて巻付品１９を形成する。

本実施例においては、所定の裁断形状と寸法を有する複数枚のプリプレグをメッキ層５を有する素管３に対して順次巻き付けて積層する。

図５は、積層される複数枚のプリプレグを示す展開図である。

本実施例では、例えば図５のような裁断形状と寸法とをもつ第１〜第６のプリプレグ１７ａ〜１７ｆを素管３の軸方向の所定位置に順次巻き付ける。

第１のプリプレグ１７ａは、繊維が軸方向に対し±４５°の方向に配向された２枚のプリプレグを貼り合わせたもので、素管３の軸方向の全体に巻き付けられる。

第２のプリプレグ１７ｂは、繊維が軸方向に配向された１枚のプリプレグからなり、第１のプリプレグ１７ａと同様に素管３の軸方向全体に巻き付けられる。

第３のプリプレグ１７ｃは、繊維が軸方向に配向された１枚のプリプレグからなり、素管３の中間部から基端３ｂに巻き付けられるものである。この第３のプリプレグ１７ｃは、第４のプリプレグ１７ｄに貼り合わされる。

第４のプリプレグ１７ｄは、第２のプリプレグ１７ｂと同様に繊維が軸方向に配向された１枚のプリプレグからなり、第３のプリプレグ１７ｃが貼り合わせられた状態で素管３の軸方向全体に巻き付けられる。

第５のプリプレグ１７ｅは、繊維が軸方向に配向された１枚のプリプレグからなり、素管３の先端３ａから中間部に巻き付けられる。

第６のプリプレグ１７ｆは、繊維が軸方向に配向された１枚のプリプレグからなり、第５プリプレグ１７ｅよりも更に短い先端３ａから中間部までの範囲に巻き付けられる。

こうして第１〜第６のプリプレグ１７ａ〜１７ｆが素管３に対して積層状態で巻き付けられて図４（Ｃ）の巻付品１９が形成される。なお、第１〜第６のプリプレグ１７ａ〜１７ｆとしては、四軸や三軸のような多軸織物を用いることも可能である。また、プリプレグ１７の層の数や形状並びに巻き付け順序等は、一例であり、ゴルフクラブの性能等により任意に決めることが可能である。

かかる巻付品１９は、図４（Ｄ）のように、外周に保持用のポリプロピレン等のテープ２１が巻き付けられ、プリプレグ１７の巻き付け状態が保持されることになる。

そして、テープ２１が巻かれた巻付品１９は、加熱炉中にて加熱されて、プリプレグ１７及び接着層液剤１５を硬化させて外層７及び接着層９が形成される。

その後は、テープ２１を取り外し、外層７を切削して所望の特性を得るための調整が行われる。かかる切削時には、外層７に残ったテープ２１の巻き付け痕が除去されるので、品質を向上することができる。

こうして、スチール製の素管３が繊維強化プラスチックの外層７によって被覆されたゴルフシャフト１が製造される。

［軽量化と剛性分布］
図６は、ゴルフシャフトの剛性分布を概略的に示すグラフである。図６では、縦軸が曲げ剛性（ＥＩ）、横軸が先端からの距離を示す。

図６において、スチール１、スチール２、実施例品は、何れも４１インチのゴルフシャフトであり、スチール１及びスチール２がスチール製のゴルフシャフトを示し、実施例品が上記のようにスチール製の素管３に繊維強化プラスチックの外層７を巻いた実施例１に係るゴルフシャフト１を示す。

４１インチのゴルフシャフトにおいては、スチール製の場合、図６の特性（剛性分布）を得るには肉厚の調整により重量が１２０ｇとなった。スチール製では、目的の特性を得ることと軽量化との両立が難しく、図６の特性を維持しながらこれ以上の軽量化は困難であった。

これに対し、実施例品では、スチール製の素管３を薄肉にして外周に繊維強化プラスチックの外層７を巻き、この外層７を研磨することで図６のようにスチール製のゴルフシャフトと同等の特性を得ながら重量を９０ｇに抑えることができた。

図７に製造過程における剛性分布の変化を示す。なお、図７は、図６と同様、縦軸が曲げ剛性（ＥＩ）、横軸が先端からの距離を示す。

実施例品の素管３は、スチール１及びスチール２に対して薄肉化されたことで、図７のように先端３ａから基端３ｂまでほぼ直線状に剛性が増加するものとなっている（図７の素管）。このときの素管３の重量は、本実施例において７０ｇである。

そして、この素管３に外層７を巻いて目的の剛性分布に倣った剛性分布を得ているが、このときの剛性分布は目的の剛性分布よりも全体として高めに設定されている（図７の未研磨品）。その後、外層７を切削することで図６に対応する特性が得られている（図７の研磨品）。このときのゴルフシャフト１の重量が９０ｇとなっている。

［実施例１の効果］
本実施例のゴルフシャフト１は、スチール製の素管３と、この素管３の外周に形成されたメッキ層５と、このメッキ層５を被覆する外層７と、メッキ層５と外層７との間に介在してメッキ層５と外層７との間を接着する接着層９とを備えている。

外層７は、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とすると共に繊維シートを強化材とする繊維強化プラスチックで形成され、接着層９は、エポキシ樹脂及び二種以上のアミン系硬化剤を混合した混合硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物である。

従って、本実施例のゴルフシャフト１は、外層７及びメッキ層５に対する密着性が高い接着層９を介在させることにより、素管３の表面を構成するメッキ層５を研磨することなく外層７と素管３との間の十分な密着性を確保できる。

実施例２は、接着層９の材質を、実施例１に対して変更し、カーボンナノチューブ樹脂組成物としたものである。なお、実施例２は、接着層９の材質を除いて実施例１と同様であるため、構造については実施例１の図１〜図３を参照して重複した説明を省略する。ただし、接着層９の肉厚は、実施例１において約０．０２ｍｍであったのに対し、本実施例において約０．０６ｍｍとなっている。

カーボンナノチューブ樹脂組成物は、エポキシ樹脂及び少なくとも一種の硬化剤を含有すると共にカーボンナノチューブを分散したものである。

本実施例において、硬化剤としては、アミン系硬化剤だけでなく、酸無水物系硬化剤等を用いることも可能である。接着層９に分散されるカーボンナノチューブは、外径が０．５〜１００ｎｍ程度であり、長さが数ｎｍ〜数ｍｍ程度のものとなっている。

本実施例の接着層９は、ゲル状の接着層シート２３が加熱により硬化することで形成されている。硬化前において、接着層シート２３は、カーボンナノチューブを０．５〜１０％（重量）、好ましくは１〜５％の割合で含有した樹脂フィルムである。なお、上記成分の含有割合は、一例であり、適宜変更することが可能である。

図８は、ゴルフシャフト１の製造時の第１のプリプレグ１７ａに接着層シート２３を貼り付けた状態を示す断面図である。

ゴルフシャフト１の製造時には、接着層シート２３を第１のプリプレグ１７ａに貼り付けておき、接着層シート２３により第１のプリプレグ１７ａを素管３のメッキ層５に貼り付ける。その後は、実施例１と同様にして、第２〜第６のプリプレグ１７ｂ〜１７ｆを積層して巻付品１９を形成し、テープ２１で巻き付け状態を保持した後に加熱し、硬化した外層７を切削することによって所望の特性を得る。

かかる実施例２においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。また、実施例２では、接着層９がエポキシ樹脂及び少なくとも一種の硬化剤を含有すると共にカーボンナノチューブを分散したカーボンナノチューブ樹脂組成物であるため、実施例１よりも強度を高くすることができる。

１ ゴルフシャフト
３ 素管
５ メッキ層
７ 外層
９ 接着層

Claims (5)

1. スチール製の素管と、
   該素管の外周に形成されたメッキ層と、
   該メッキ層を被覆する外層と、
   前記メッキ層と前記外層との間に介在して前記メッキ層と前記外層との間を接着する接着層とを備え、
   前記外層は、エポキシ樹脂をマトリックス樹脂とする繊維強化プラスチックで形成され、
   前記接着層は、エポキシ樹脂及び二種以上のアミン系硬化剤を混合した混合硬化剤を含有するエポキシ樹脂組成物、又はエポキシ樹脂及び少なくとも一種の硬化剤を含有すると共にカーボンナノチューブを分散したカーボンナノチューブ樹脂組成物である、
   ことを特徴とするゴルフシャフト。
2. 請求項１記載のゴルフシャフトであって、
   前記接着層は、前記エポキシ樹脂組成物であり、
   前記アミン系硬化剤は、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミン、ポリアミドアミンから選択された異なる二種以上のアミン系硬化剤である、
   ことを特徴とするゴルフシャフト。
3. 請求項２記載のゴルフシャフトであって、
   前記アミン系硬化剤は、トリエチレンテトラミン及びポリアミドアミンの二種類であり、前記ポリアミドアミンが前記トリエチレンテトラミンよりも多くなるように配合されている、
   ことを特徴とするゴルフシャフト。
4. 請求項１記載のゴルフシャフトであって、
   前記接着層は、前記カーボンナノチューブ樹脂組成物であり、エポキシ樹脂及び少なくとも一種の硬化剤を含有すると共にカーボンナノチューブを分散したものである、
   ことを特徴とするゴルフシャフト。
5. 請求項４記載のゴルフシャフトであって、
   前記硬化剤は、アミン系硬化剤又は酸無水物系硬化剤である、
   ことを特徴とするゴルフシャフト。

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