JPH0783781B2 - ゴルフクラブのシャフト構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭素繊維を用いたゴルフクラブのシャフト構
造の改良に係わり、更に詳しくはインパクトの際の捩じ
れを極力抑えて打球の方向性を改善したシャフト構造に
関する。

〔従来の技術〕

従来の炭素繊維を用いたゴルフクラブのシャフト（一般
にカーボンシャフトという）は、第４図に示す如く半径
方向の内側に高弾性炭素繊維を軸方向に対して傾斜させ
た斜行層ａを互いに交叉させて複数層形成するととも
に、強度を高める目的で外側に高強度炭素繊維を軸方向
へ配向させた０度層ｂを複数層形成し、全体で10〜13層
からなる中空テーパー形状に構成したものである。

一般に前記構造のカーボンシャフトは、スチールシャフ
トに比べて軽量で、振動減衰性が優れている等の利点を
有するが、その反面インパクトの際の捩じれがスチール
シャフトより大きくヘッドのフェースの向きが変化し、
打球の方向が安定しないといった欠点を有する。その
為、カーボンシャフトに各種の素材を複合させて、カー
ボンシャフトの軽量特性に、スチールシャフトの球すじ
のよさを付加しようとする試みがなされている。即ち、
外側の数層にニッケルをコーティングした炭素繊維を用
いたり、タングステンの芯線が入っているボロン繊維で
補強したり、アモルファステープとアモルファス繊維を
編み込んだり、更にチタン繊維をフィラメントワインデ
ィングで巻き込んだりして、金属感を出すとともに捩じ
れを抑える試みがなされている。

しかし、内側に斜行層、外側に０度層を形成した従来構
造のカーボンシャフトに前述した各種の素材を複合させ
ても、スチールシャフトの捩じれ角度より大きいか又は
やや小さい程度が限度であり、そして捩じれ角を小さく
しようとすると撓み量（ベンド）が小さくなってスチー
ルシャフトより硬くなる傾向にあり、スイングの際に体
に無理がかかり、しかもコスト高になって、一般のゴル
ファー用としては問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところ
は、高強度炭素繊維以外に新たな補強用の素材を用いる
ことなく、その炭素繊維による層構造を改良することの
みにより、スチールシャフトの捩じれ角度より小さくし
て打球の方向性を改善するとともに、一般ゴルファーが
扱い易いように柔らかい感じを出すことができ、しかも
安価に製造できるゴルフクラブのシャフト構造を提供す
る点にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前述の課題解決の為に、全長にわたり半径方
向の内側には高強度炭素繊維を軸方向へ配向させた０度
層を単又は複数層形成するとともに、外側には高強度炭
素繊維を軸方向に対して傾斜させた斜行層を互いに交叉
させて複数層形成し、捩じれ角を1.0〜3.0度、撓み量を
60〜200mmの範囲に設定してなるゴルフクラブのシャフ
ト構造を構成した。

ここで、特に前記斜行層の軸方向に対する角度を40±５
度に設定するとともに、捩じれ角を1.0〜2.0度、撓み量
を60〜120mmの範囲に設定してなることが好ましい実施
例である。

〔作用〕

以上の如き内容からなる本発明のゴルフクラブのシャフ
ト構造は、シャフトに捩じりモーメントが作用した場合
に、シャフトの半径方向外側に位置した斜行層を構成す
る高強度炭素繊維に、軸方向に対する傾斜角度に応じた
前記捩じりモーメントの分力が引張応力として作用する
ので、引張りに対して強度の高い高強度炭素繊維によっ
て捩じれ角は小さくなり、即ちシャフトの実効的な剪断
弾性係数が大きくなり、またシャフトに曲げ応力が作用
した場合には、従来の軸方向へ配向した０度層のものと
比較してその傾斜角度に応じて小さい分力が前記高強度
炭素繊維に引張応力として作用するとともに、軸方向に
対する長さの余裕があるので、撓み量が大きくなり、即
ち実効的な縦弾性係数が小さくなるのである。

また、シャフトの半径方向の内側に高強度炭素繊維を軸
方向へ配向させた０度層を複数層形成することにより、
撓み量を大幅に減少させることなく、即ち硬くすること
なくシャフトの強度を高めることができる。

そして、捩じれ角を1.0〜3.0度、撓み量を60〜200mmの
範囲に設定してなることにより、スチールシャフトの捩
じれ角に匹敵あるいはそれよりも小さい捩じれ角を備え
るとともに、スチールシャフトの撓み量よりも十分に大
きな撓み量を備え、即ちカーボンシャフト本来のしなや
かな柔軟性を備えたシャフトを実現できるのでる。更
に、前記斜行層の軸方向に対する角度を40±５度に設定
するとともに、捩じれ角を1.0〜2.0度、撓み量を60〜12
0mmの範囲に設定してなることにより、捩じれ角と撓み
量が理想的なシャフトを実現できる。

〔実施例〕

先ず、本発明のゴルフクラブのシャフト構造において、
捩じれ角を小さくすると同時に撓み量を大きくすること
が可能であることを以下に簡単に説明する。簡単の為、
シャフトは断面形状が全長にわたって同一な円筒形で構
成されているとし、そのシャフトの内直径をd_i、外直径
をd_o、長さをｌ、剪断弾性係数をＧ、縦弾性係数をＥと
し、シャフトの基端を固定して先端に捩じりモーメント
Ｍを加えた際の先端の捩じれ角θ及び先端に集中荷重Ｗ
を加えた際の先端の撓み量δは、 θ＝［32Ml/πＧ（d_o ⁴−d_i ⁴）］ δ＝［64Wl³/3πＥ（d_o ⁴−d_i ⁴）］ とそれぞれ表される。ここで等方的な材質の場合、剪断
弾性係数Ｇと縦弾性係数Ｅは略比例して増減するので、
材質を変えた際には捩じれ角θと撓み量δが共に大きく
なったり小さくなったりする。ところが、高強度炭素繊
維は引張りに対しては非常に強度が高いので、捩じりモ
ーメントに対して効果的に作用するシャフトの半径方向
外側に、捩じりモーメントに対して引張応力が作用する
方向、即ち軸方向に対して傾斜した方向に高強度炭素繊
維を配向することにより、シャフトの半径方向外側での
実効的な剪断弾性係数Ｇを大きくすることができ、また
同時にそれに応じて軸方向の成分が少なくなるので実効
的な縦弾性係数Ｅを小さくすることが可能となる。従っ
て、引張り強度の大きな高強度炭素繊維を少なくともシ
ャフトの半径方向外側に軸方向に対して傾斜させて多層
構造となすことにより、実効的な剪断弾性係数Ｇを大き
くして捩じれ角θを小さくすると同時に、実効的な縦弾
性係数Ｅを小さくして撓み量δを大きく即ち柔らかくす
ることが可能である。従来はシャフトの強度を高める目
的で、シャフトの半径方向外側に０度層を形成し、捩じ
れ角θを小さくする目的で更に０度層の層数を増やした
り、金属材料と複合化させていたのを、本発明は従来の
発想を一変して強度は多少落としても捩じれ角θを最小
にすることに主眼を置いてなされたのである。

次に添付図面に示した実施例に基づき更に本発明の詳細
を説明する。

第１図に示した本発明のシャフト１は、半径方向外側に
軸方向に対して約40°の角度に傾斜させた高強度炭素繊
維２からなる右回り斜行層３及び左回り斜行層４を、互
いにその傾斜方向を交叉させて複数層形成したものであ
る。そして、シャフト１の半径方向内側には、適宜軸方
向へ配向させた０度層５を単又は複数層形成して該シャ
フト１の折損に対する強度を高め且つ撓み量δを調整し
ている。尚、前記斜行層3,4の軸方向に対する傾斜角度
を大きくすることにより、高強度炭素繊維２の円周方向
成分を増加して捩じれ角θは小さくなるが、同時に軸方
向成分が減少して撓み量δが大きくなるので、シャフト
１全体の層数、重量、直径を考慮しつつ、捩じれ角θと
撓み量δを最適に調整できる傾斜角度に設定する必要が
あり、前記したように40°±５°程度が実験的に最適で
あった。ここで、本実施例の高強度炭素繊維２は、多数
の素線を並列に配してシート状に成形したT-400（東レ
株式会社の商品名）を使用した。

本発明のシャフト１は、従来と同様にシートワインディ
ング製法を用い、テーパー状の芯棒、即ちマンドレル
に、高強度炭素繊維２の方向に対して斜め方向に裁断し
た斜行炭素繊維シートを交互に巻付けるとともに、それ
ぞれの層を互いにエポキシ樹脂等で固着し、そして表面
にウレタン塗装を施して被膜６を形成して前記マンドレ
ルを抜き取り、シャフト１の半径方向全体に斜行層3,4,
…を形成して製造した。又は、前記マンドレルに、高強
度炭素繊維２の方向に沿って裁断した平行炭素繊維シー
トを数層、例えば２層巻付け、その上に前記同様の斜行
炭素繊維シートを交互に巻付けるとともに、それぞれの
層をエポキシ樹脂等で固着し、前記同様に表面にウレタ
ン塗装を施して被膜６を形成しマンドレルを抜き取り、
シャフト１の半径方向外側に斜行層3,4,…を形成すると
ともに、半径方向内側に０度層５を形成して製造した。

次に、シャフトの捩じれ角θ及び撓み量δを測定する方
法の概略を述べる。

第２図（ａ）及び（ｂ）は、シャフト１の基端部７を保
持手段８にて水平に固定し、先端部９に一定の捩じりモ
ーメントＭを与えるアーム10を水平に突出固定し、該ア
ーム10の回転角度を計って捩じれ角θを測定する装置で
ある。尚、前記保持手段８とアーム10との間隔l₁は測定
する全てのシャフトに対して一定に設定し、前記シャフ
ト１に与える捩じりモーメントＭの大きさは、前記アー
ム10の形状及び重量によって調節し、基準とするスチー
ルシャフト（トルーテンパー社のダイナミックゴールド
S-200）の捩じれ角θを３°となるように設定してい
る。

また、第３図は、前記同様に片持ち梁状にシャフト１の
基端部７を保持手段８にて水平に固定し、先端部９に所
定重量Ｗの重鎮11を吊下げ、この重鎮11の位置での撓み
量δを測定する装置（Kenneth Smithの順式による測定
装置）である。尚、前記保持手段８と重鎮11を吊下げた
位置との間隔l₂は測定する全シャフトに対して一定に設
定する。

以上述べた測定装置で測定した他社（Ａ社〜Ｇ社）の捩
じれ角θが最も小さいカーボンシャフトの特性ととも
に、基準となるトルーテンパー社（Ｈ社）のスチールシ
ャフト、即ちダイナミックゴールドS-200の特性を第１
表に示す。

これらのカーボンシャフトは、前記従来の層構造に加え
て各種強化素材を複合化させて、スチールシャフトにそ
の特性を近づけたものであるが、捩じれ角θはスチール
シャフトと同程度か又はそれより大きく、また撓み量δ
はスチールシャフトに比べて小さく硬く、軽量である利
点は有するものの、十分な特性が引き出せていない。

次に、本発明によって試作した各種カーボンシャフトの
特性を第２表に示す。

第２表中のサンプルａ〜ｊ製作するために用いたマンド
レルは、首径が4.5mmφ（先端から125mmの直径）、元径
が12.6mmφ（基端から150mmの直径）のものを用いた。
尚、サンプルk,nは上記マンドレルより太いもの、また
サンプルｍは上記マンドレルより細いものを用いて作成
したシャフトである。

以上から分かることは、全層数が少ないために軽量では
あるが、撓み量δが大きくて実用上に問題があるサンプ
ルａ及びｂを除き、本発明のカーボンシャフトは、第１
表に示した他社の最も捩じれ角θの小さなシャフト（Ａ
社、θ＝2.2°）と比較しても更に小さくすることがで
きる。特に、サンプルd,e,g,h,i及びｊ等は、捩じれ角
が２°以下であり、従来の構造のカーボンシャフトでは
達成できなかったものである。その上、従来のカーボン
シャフトと同レベルの撓み量を有するサンプルｉ及びｊ
を除き、撓み量δが100mm以上であり、従来のシャフト
より柔らかく、スイングに際して体に無理がかからない
ものである。尚、上記各サンプルａ〜ｎの０度層及び斜
行層を含めた全層数は、捩じれ角を小さくすることに主
眼を置いたため従来のシャフトと比較して若干増えるの
で、シャフトの重量が大きくなってスチールシャフトと
同レベルとなるが、従来からスチールシャフトの感覚に
慣れている使用者にとってはかえって好都合である。ま
た、サンプルｃとｋ並びにサンプルｇとｍ及びｎをそれ
ぞれ比較すれば、層構造が同じ場合は、マンドレルの太
いシャフトの方が、捩じれ角と撓み量は共に小さいが、
重量は大きくなり、またマンドレルの細いシャフトの方
が、捩じれ角は大きいことが判る。

以上の結果に基づき、捩じれ角と撓み量を前述のサンプ
ルと同程度にするとともに、重量を従来のカーボンシャ
フトと同程度の軽さにするには、太いマンドレルを用い
て製作すればよいことが予測される。

次の表に示した各サンプルは、太いマンドレル（首径:
8.64mmφ，元径:14.6mmφ）を用いて作成したものであ
る。

以上から分かることは、サンプルａとｒ及びｕを比較す
れば、全層数が同一であれば、細いマンドレルで製作し
たシャフトより太いマンドレルで製作したシャフトの方
が捩じれ角及び撓み量は遥かに小さくなり、また重量は
直径が大きい分だけ僅かに重くなり、従って従来のカー
ボンシャフトの軽量性に加え、捩じれ角が小さく且つ適
度の撓み量を有するシャフトを製作でき、またサンプル
ｒとｕを比較すれば、０度層を一層増やし、斜行層を一
層減らすことにより、全層数を一定に保ち即ち重量を一
定に保ち撓み量を大幅に減少させることができ、この際
捩じれ角はやや大きくなるが、層構造及び全層数を調節
することにより、第２表及び第３表に示す如く種々の特
性を有するシャフトを製作できるのである。一般的に、
太いマンドレルを用いて製作したシャフトは、全層数を
少なくし重量を軽くしても、捩じれ角を小さく且つ撓み
量を適度に大きくしたシャフトを製作できるのである。

以上のように、本発明の構造のカーボンシャフトは、そ
の捩じれ角θを1.0〜3.0の範囲、撓み量δを60〜200mm
の範囲にその層構造及び全層数、更にはマンドレルの太
さを選択することにより容易に設定できるとともに、そ
の重量も従来のカーボンシャフトと同程度の軽量からス
チールシャフトに近い値に設定できるのである。

尚、前記シャフトの層構造の実施例においては、右回り
斜行層３と左回り斜行層４を同数設けて両回転方向に対
する捩じれ角を一致させているが、右利き用と左利き用
のシャフトに応じて、前記右回り斜行層３と左回り斜行
層４を異数設けてインパクトの際の捩じれ方向に対して
有利な斜行層を多くすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上にしてなる本発明のゴルフクラブのシャフト構造に
よれば、全長にわたり半径方向の内側には高強度炭素繊
維を軸方向へ配向させた０度層を単又は複数層形成する
とともに、外側には高強度炭素繊維を軸方向に対して傾
斜させた斜行層を互いに交叉させて複数層形成し、捩じ
れ角を1.0〜3.0度、撓み量を60〜200mmの範囲に設定し
てなるので、何ら金属材料を付加することなく、従来の
基準とされるスチールシャフトよりも捩じれ角を同等若
しくはそれ以下に大幅に小さくすることができるととも
に、撓み量を大きくすることができ、それによりインパ
クトの際にヘッドの振れが少なく、打球の方向性を改善
できるばかりでなく、スイングの際にも体に無理がかか
ることがなく、一般ゴルファーが扱い易いように軟らか
い感じを出すことができ、しかも従来のカーボンシャフ
トと同等に安価に製造できるのである。

特に強調すべき本発明の特徴は、スチールシャフトの打
球の方向安定性と従来のカーボンシャフトの柔軟性を兼
ね備えたゴルフクラブのシャフトを提供できることであ
る。

更に、前記斜行層の軸方向に対する角度を40±５度に設
定するとともに、捩じれ角を1.0〜2.0度、撓み量を60〜
120mmの範囲に設定してなることにより、スチールシャ
フトの捩じれ角よりも十分に小さい捩じれ角と、従来の
カーボンシャフトの撓み量に近似する撓み量とを兼ね備
えた正に理想的なシャフトを提供できる。

尚、０度層、斜行層及び全層数を調整することによっ
て、捩じれ角をできるだけ小さくするとともに、使用者
に応じて最適な撓み量及び重量を有するシャフトを提供
できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシャフトの破断斜視図、第２図（ａ）
はシャフトの捩じれ角の測定方法を示した概略正面図、
第２図（ｂ）は同じく概略側面図、第３図はシャフトの
撓み量の測定方法を示した概略側面図、第４図は従来の
カーボンシャフトの構造を示した破断斜視図である。 1:シャフト、2:高強度炭素繊維、3:右回り斜行層、4:左
回り斜行層、5:0度層、6:被膜、7:基端部、8:保持手
段、9:先端部、10:アーム、11:重鎮。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】全長にわたり半径方向の内側には高強度炭
   素繊維を軸方向へ配向させた０度層を単又は複数層形成
   するとともに、外側には高強度炭素繊維を軸方向に対し
   て傾斜させた斜行層を互いに交叉させて複数層形成し、
   捩じれ角を1.0〜3.0度、撓み量を60〜200mmの範囲に設
   定してなることを特徴とするゴルフクラブのシャフト構
   造。
2. 【請求項２】前記斜行層の軸方向に対する角度を40±５
   度に設定するとともに、捩じれ角を1.0〜2.0度、撓み量
   を60〜120mmの範囲に設定してなる請求項１記載のゴル
   フクラブのシャフト構造。