JPH04263936A - シャフトおよびフレーム構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、打撃、摩擦、路面の凹
凸、駆動源の振動伝播などによって引き起こされる振動
を効果的に低減させる機能を有するシャフトおよびフレ
ーム構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テニスラケットやゴルフシャフト
などのスポーツ用具、自動車、自転車、オートバイ、各
種機械、装置、その他多くの分野において、構造体のす
べてあるいは一部分に、炭素繊維やガラス繊維などの補
強繊維とエポキシ、不飽和ポリエステル樹脂などのマト
リックス樹脂からなる繊維強化樹脂材料が頻繁に使用さ
れるようになった。しかし、このような構造体には、打
撃、摩擦、路面の凹凸、駆動源の振動伝播などによって
惹起する振動が問題となっている。

【０００３】こうした振動を低減させる手段として、本
発明者らは特願平２−２６４３１号として、振動抑止材
層を少なくとも１層以上含む繊維強化樹脂層との構成物
を提案した。しかし、繊維強化樹脂材料の中間層に振動
抑止材層を挿入すると、構造体の強度、特に弾性率が低
下するという問題があった。この欠点は、テニスラケッ
ト、ゴルフシャフト、自転車のフレームなど強度と高い
弾性率を要求される用途において、特に問題であった。

【０００４】かかる振動を低減させる他の手段としては
、弾性率の低いマトリックス樹脂を使用したり、マトリ
ックス樹脂にゴム状成分を添加する方法、または、補強
繊維に振動減衰性の高い繊維を用いる方法などがあるが
、いずれも繊維強化樹脂材料本来の強度あるいは弾性率
を低下させてしまうという欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、本来の
繊維強化樹脂材料の強度あるいは弾性率を低下させるこ
となく、上記振動を低減できる繊維強化樹脂材料構造体
について鋭意検討した結果、振動抑止材を特定な位置に
のみ配置することによって、構造体の物性を損うことな
く優れた制振性能を付与することができることを究明し
たものである。

【０００６】本発明は、優れた制振性能と機械的特性を
共に満足する繊維強化樹脂製のシャフトおよびフレーム
構造体を提供せんとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するため、以下のごとき手段を採用する。

【０００８】すなわち、本発明のシャフトおよびフレー
ム構造体は、常温における振動損失係数が０．０１以上
である振動抑止材層Ａと、該層の外殻が繊維強化樹脂層
Ｂで構成されていることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明でいうシヤフトおよびフレーム構造体と
しては、繊維強化樹脂材料を主体とする構造体であって
、テニス、バドミントン、スカッシュなどのラケットの
フレームあるいはシヤフト、ゴルフクラブのシャフト、
自転車の車体フレームあるいはハンドル、各種機械装置
の回転体シャフトあるいは架台フレームなどがあげられ
る。

【００１０】本発明は、かかる繊維強化樹脂材料からな
るシヤフトおよびフレーム構造体に本来の強度、弾性率
などを低下させることなく、制振性を付与したものであ
る。すなわち、振動抑止材層Ａの外殻として繊維強化樹
脂層Ｂを積層した構造を採用することによって、繊維強
化樹脂材料の機械的特性を全く損うことなく、効果的に
振動を減衰する作用を付与することができることを見出
したものである。

【００１１】ここでいう振動抑止材層Ａとは、常温にお
ける振動損失係数が０．０１以上である材料であれば、
別に如何なる材料でもよいが、好ましくは合成樹脂に無
機充填材を配合した樹脂組成物がよい。

【００１２】振動抑止材層Ａを構成する合成樹脂として
は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂樹脂のいずれも適用で
きるが、制振性の温度依存性が小さく耐熱性に優れ、か
つ、外殻を形成する繊維強化樹脂層Ｂとの密着性がよい
という特性から、熱硬化性樹脂樹脂が好ましく採用され
る。中でも、エポキシ樹脂／ポリアミド系樹脂にモノグ
リシジルエーテル化合物を配合した柔軟性のある樹脂組
成物が、制振効果および積層成形時の賦型作業性の面で
より好ましく適用できる。

【００１３】かかる樹脂組成物に使用される無機充填材
としては、黒鉛、フェライト、マイカなどが好ましく採
用される。

【００１４】かかる無機充填材の重量比率は、好ましく
は１０〜７０％、さらに好ましくは２０〜６０％の範囲
である。無機充填材が１０％以下では十分な制振効果が
得られず、７０％以上では振動抑止材の強度および伸度
が低くなり、繰り返し疲労などによって繊維補強樹脂層
Ｂから脱落し易くなる。

【００１５】本発明でいう振動抑止材は、常温における
振動損失係数が０．０１以上であるものが使用される。 この振動損失係数は、米軍規格ＭＩＬ−Ｐ−２２５８１
Ｂに準じて測定した値で、好ましくは０．０２以上であ
るものがよい。

【００１６】かかる振動抑止材において、さらに好まし
くはＪＩＳ−Ｋ−６３０１に準じて測定した１０％伸長
時の応力が５００Ｋｇ／ｃｍ２　以下、特に好ましくは
１００Ｋｇ／ｃｍ２　以下であるという弾性を有する材
料の場合、さらに制振性能を向上させることができる。

【００１７】繊維強化樹脂層Ｂは、炭素繊維あるいはガ
ラス繊維などで補強された合成樹脂層であり、本発明の
シャフトおよびフレームの主体をなすものである。かか
る繊維強化樹脂層の形成には、通常プリプレグと呼ばれ
る繊維布帛に樹脂を含浸させたものを積層成形したり、
フィラメントワインディング法、レジン・トランスファ
ー・モールディング法などの一般的な成形方法を採用す
ることができる。すなわち、振動抑止材層Ａの外側に密
接して外殻層を形成できる方法であれば、上述の方法に
限らず、如何なる方法でも使用することができる。

【００１８】また、振動抑止材層Ａの厚さ（Ｔａ）と繊
維補強樹脂層Ｂの厚さ（Ｔｂ）との比率は、シャフトお
よびフレームの使用目的あるいは要求制振性能に応じた
構成を採用すれよいが、軽量と制振性を両立させたい場
合には、次式の範囲の構成比率にするのが好ましい。

【００１９】Ｔａ＝０．１Ｔｂ〜０．５Ｔｂまた、構造
体断面における動抑止材層Ａの周長は、繊維強化樹脂層
Ｂで構成される構造体断面の周長全体の好ましくは１／
３以上に配置すればよく、連続でも不連続でもよい。さ
らに、構造体の長さ方向においても、振動抑止材層Ａは
構造体の全体に配置しても一部分に配置した構造でもよ
い。

【００２０】本発明のシャフトおよびフレーム構造体を
図面に沿って、さらに説明する。

【００２１】図１は、振動抑止材層１の外側に繊維強化
樹脂層２を積層成形した例の断面図である。図２および
図３は、振動抑止材層１を構造体を構成する繊維強化樹
脂層２の断面周長に対して部分的に配置した例の断面図
である。

【００２２】図４は、成形時にナイロンチューブの芯材
３の中に圧搾空気を注入して金型への賦型を行なった例
である。図５は、成形時に発泡性ウレタン組成物などの
芯材４を熱膨脹させ、その圧力で金型への賦型を行なっ
た例である。これら成形時の賦型のために使用される材
料は構造体の強度に寄与するものではない。

【００２３】図６は、後述の実施例に示すように、テニ
スラケットフレーム５において、振動抑止材層１を繊維
強化樹脂層２で構成されるフレームの一部分に配置した
例である。

【００２４】ただし、これらの図は代表的な構造例を示
すものであり、本発明のフレームおよびシャフト構造体
は、これらの構造に限定されるものではない。

【００２５】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。

【００２６】実施例１、比較例１ 振動抑止材として、次の樹脂組成物を展延して硬化させ
、厚さ０．２ｍｍのシート状物を作製した。

【００２７】 （樹脂組成物） 　　　　　　エポキシ樹脂　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
１２．３部　　　　　　　　（油化シェル社製：エピコ
ート＃８１５）　　　　　　ポリアミド樹脂　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２４．６部　　　　　　　　（ヘンケル白
水社製：バーサミド＃１２５）　　　　　　　　オクタ
デシルグリシジルエーテル　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　８．１部　　　　　　フェライト　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　５５．０部この樹脂シー
トの２０℃における振動損失係数は０．０４であった。

【００２８】また、３号ダンベルを用いて測定した１０
％伸長時応力は１１２Ｋｇ／ｃｍ２　であった。

【００２９】この樹脂シートを裁断して、５５×３００
ｍｍのサイズの振動抑止材シートを２枚作製した。この
シートを図６に示した配置とするために、ナイロン製チ
ューブの芯材に巻き、さらにその上に炭素繊維とガラス
繊維が５０／５０の比率で含有され、かつエポキシ樹脂
が重量比率で４０％含浸されたプリプレグを、１．２ｍ
ｍの厚さに巻き付け、テニスラケット成形用金型に仕込
んだ後、これを１３０℃の加熱炉に入れた。樹脂が軟化
した時点でナイロンチューブ内に圧搾空気を注入し、２
時間硬化させた後、成形品を金型より取り出した。

【００３０】この成形品のバリ取りをした後、ガット穴
開け、研磨、塗装、グリップ取付け、ガット張りなどの
加工をしてテニスラケットを作製した。

【００３１】このラケットの強度特性として、グリップ
部に５００ｇ　の荷重を取り付け、ヘッド部を下にして
１０フィートの高さから木製の床面に落下させた。この
試験を３回繰り返したがラケットには何の損傷もなかっ
た。

【００３２】また、このラケットをヘッド部が下になる
ようにナイロン製テグスで宙吊りにし、グリップエンド
から８ｃｍ下の位置にピックアップを取付け、金属製ハ
ンマーでヘッド部の先端を叩いて、振動損失係数を測定
したところ、共振周波数１３６Ｈｚにおいて０．０１５
であった。

【００３３】一方、比較例１として、振動抑止材を挿入
しないで、上述プリプレグのみでラケットを作製し、同
様にして振動損失係数を測定したところ、共振周波数１
４１Ｈｚにおいて０．００６であった。

【００３４】上述の実施例１のラケットおよび比較例１
のラケットを使用して、硬式テニスボールを打ったとこ
ろ、実施例１のラケットは、ボールの反発性の面では、
比較例１のラケットと差がないにもかかわらず、手や肘
に伝わる不快な振動が大幅に軽減されていた。

【００３５】実施例２、比較例２ 実施例１と同様の組成物からなる厚さ０．１７ｍｍの振
動抑止材シート状物を、根元径１２．３ｍｍ、先端径４
．０ｍｍ、長さ１１５０ｍｍの鉄製の芯に１層巻いた。 この芯の上にエポキシ樹脂比率４０％の一方向炭素繊維
プリプレグを繊維方向が、該芯材の長さ方向に対して＋
４５°および−４５°に傾斜させて重ね、厚さ０．８５
ｍｍに巻き付け、さらにその上にプリプレグの繊維方向
が芯材の長さ方向に対して０°になるようにして０．３
５ｍｍの厚さに巻いた。さらに先端部は外径が８．４ｍ
ｍになるように補強のために三角形のプリプレグを巻い
た。

【００３６】次に、この上に離型処理を施したポリエス
テルテープを均一に巻き付けた後、１３０℃の加熱炉に
入れ、２時間硬化させた。硬化後、脱芯、ポリエステル
テープを除去した後、成形品を１１１ｃｍに切断し、さ
らに表面研磨、塗装などの加工を行ない、ウッド用ゴル
フシャフトを作製した。

【００３７】一方、比較例２として、振動抑止材を使用
しない以外は、実施例２と同様にしてシャフトを作製し
た。

【００３８】これらのゴルフシャフトを先端部が下にな
るようにナイロン製テグスで宙吊りにし、根元から５ｃ
ｍの位置にピックアップを取付け、金属製ハンマーでシ
ャフトの先端を叩いて、振動損失係数を測定したところ
、実施例２のシャフトは、共振周波数２３３Ｈｚにおい
て０．０１０であった。一方、比較例２のシャフトは共
振周波数２３５Ｈｚにおいて０．００４であった。

【００３９】また、曲げ強度を比較するため、シャフト
の先端部分４０ｍｍを固定し、固定部の端から２００ｍ
ｍの位置を支点にして根元部を押し下げ、支点から７５
５ｍｍの位置における変位量を測定したところ、実施例
２のシャフトは５８５ｍｍ変位した時点で破壊が起きた
。一方、比較例２のシャフトは５８０ｍｍ変位した時点
で破壊が起きた。

【００４０】これらのシャフトにメタルヘッドおよびゴ
ム製グリップを取付け、ウッドクラブを作製した。

【００４１】これらのクラブを使用して、ツーピースタ
イプのゴルフボールを打ったところ、実施例２のクラブ
は比較例２のクラブに比べ手や肘に伝わる不快な振動が
大幅に軽減されていた。

【００４２】実施例３、比較例３ 実施例１と同様の組成物からなる厚さ０．２５ｍｍの振
動抑止材シートを、直径２０ｍｍ、長さ６０ｍｍの鉄製
の芯に１層巻いた。その上にエポキシ樹脂比率４０％の
一方向炭素繊維プリプレグを繊維方向が芯材の長さ方向
に対して＋４５°および−４５°に重ね、厚さが２．０
ｍｍになるように巻いた。

【００４３】次に、この上に離型処理を施したポリエス
テルテープを均一に巻き、１３０℃の加熱炉に入れ、２
時間硬化させた。引続き、脱芯、ポリエステルテープを
除去した後、成形品を５８０ｃｍに切断、さらに表面研
磨、塗装などの加工を行ない、自転車用ハンドルを作製
した。

【００４４】一方、比較例３として、振動抑止材を使用
しない以外は、実施例３と同様にしてシャフトを作製し
た。

【００４５】これらのハンドルを取りつけた自転車で舗
装道路を走行したところ、実施例３のハンドルは、比較
例３のハンドルを取付けた自転車に比べ、手に伝わる微
振動が明らかに軽減されていた。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、打撃、摩擦、路面の凹凸、駆
動源の振動伝播などによって惹起される振動を効果的に
低減させる機能を有する、シャフトおよびフレーム構造
体を提供することができる。

【００４７】本発明の構造体からなるラケット、ゴルフ
シャフト、自転車などは、それらの使用時に問題となる
不快な振動を軽減し、快適なプレーを楽しむことができ
る。また、手首や肘への負担を小さくできることから、
従来困難であった長時間のプレーも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この図は本発明のシャフトおよびフレーム構造
体の一例を示す模式図である。

【図２】この図は本発明のシャフトおよびフレーム構造
体の一例を示す模式図である。

【図３】この図は本発明のシャフトおよびフレーム構造
体の一例を示す模式図である。

【図４】この図は本発明のシャフトおよびフレーム構造
体の一例を示す模式図である。

【図５】この図は本発明のシャフトおよびフレーム構造
体の一例を示す模式図である。

【図６】この図は本発明のシャフトおよびフレーム構造
体の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１：振動抑止材 ２：繊維強化樹脂 ３：ナイロンチューブ ４：発泡ポリウレタン樹脂 ５：テニスラケットフレーム

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　常温における振動損失係数が０．０１
   以上である振動抑止材層の外殻として繊維強化樹脂層を
   設けたことを特徴とするシャフトおよびフレーム構造体
   。
2. 【請求項２】　　振動抑止材層が、合成樹脂と無機充填
   材からなる樹脂組成物であることを特徴とする請求項１
   記載のシャフトおよびフレーム構造体。
3. 【請求項３】　　振動抑止材層が、繊維強化樹脂層で構
   成される構造体断面の周長の少なくとも１／３にわたっ
   て配置されていることを特徴とする請求項１記載のシャ
   フトおよびフレーム構造体。
4. 【請求項４】　　構成物が、テニス、バドミントン、ス
   カッシュなどのラケットの少なくとも一部である請求項
   １記載のシャフトおよびフレーム構造体。
5. 【請求項５】　　構成物が、ゴルフシャフトの少なくと
   も一部である請求項１記載のシャフトおよびフレーム構
   造体。
6. 【請求項６】　　構成物が、自転車、オートバイなどの
   主たる構造の少なくとも一部である請求項１記載のシャ
   フトおよびフレーム構造体。