KR101760480B1 - 그라파이트 샤프트의 제조방법 - Google Patents

그라파이트 샤프트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

그라파이트 샤프트의 제조방법은, 열경화성 수지분말이 넣어진 합성수지제 튜브를 준비하는 단계와; 상기 합성수지제 튜브를 완제품 그라파이트 샤프트 내에 삽입하는 단계와; 상기 그라파이트 샤프트의 상단부를 폐색하는 단계; 및, 상기 그라파이트 샤프트를 고온가압장치 내에 넣은 후 가열함으로써 샤프트의 내부중 일부에 열경화성 수지분말이 발포성형되어 충전되는 단계를 포함한다.

Description

그라파이트 샤프트의 제조방법 {A MANUFACTURING METHOD OF GRAPHITE SHAFTS}
본 발명은 그라파이트 샤프트의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 골프클럽 또는 루어 낚시대 등에 사용되는 그라파이트 재질의 샤프트의 내부 중 일부를 충전재에 의하여 보강하는 그라파이트 샤프트의 제조방법에 관한 것이다.
예를 들어, 일반적으로 골프 클럽은 골프공을 타격하는 클럽헤드와 그 클럽헤드를 고정하는 샤프트 및 손잡이로 구성된다. 대개의 경우 골퍼의 체력 및 스윙 스피드에 따라 스틸 샤프트 또는 그라파이트 샤프트 중에서 선택하여 사용하게 된다.
통상적으로 스틸 샤프트는 타격시 뒤틀림(torque)이 적어 골프공을 정확하게 타격할 수 있는 미트(meet)율이 높기 때문에 골프공이 날아가는 방향성은 좋으나, 샤프트가 무겁고 탄성도가 낮아서 골퍼의 체력과 경험 그리고 스윙 스피드가 뒷받침이 되어야 골프공이 날아가는 비거리를 증대시킬 수 있다고 하는 단점이 있다.
반면, 그라파이트 샤프트는 가볍고 탄성도가 우수하여 골프공을 타격하기 위한 스윙이 용이하기 때문에 스윙 스피드를 빠르게 할 수는 있으나, 스윙시 뒤틀림이 커서, 골프공을 정확하게 골프 클럽 헤드의 타격점(sweet spot)에 맞출 수 있는 미트(meet)율이 낮아 골프공을 정확하게 타격하기 어려우며, 따라서 골프공이 날아가는 방향성이 정확하지 않게 되는 문제점이 생길 수 있다.
이와 같이 스틸 샤프트와 그라파이트 샤프트는 상호간에 상반된 장점과 단점을 가지는 것으로서, 스틸 샤프트의 장점인 높은 정확도 및 방향성과 그라파이트 샤프트의 장점인 경량성 및 높은 탄성도 만을 취합하여 최상의 성능을 발휘하는 골프클럽용 샤프트을 개발하기 위하여 그간 많은 시도들이 있어 왔다.
선행기술인 특허 제917289호는 카본그라파이트 재질로 이루어진 골프 샤프트의 외면상에 크롬을 증착시켜 소정 두께의 증착 단계로 이루어지는 것이 발명의 특징이며, 이는 카본그라파이트 샤프트의 장점인 경량성 및 우수한 탄성도를 취하고 단점인 샤프트의 뒤틀림을 크롬 증착층에 의하여 보완하려고 시도하였으나, 제조공정의 복잡하며 크롬의 증착층의 두께가 매우 얇아서 종전 카본그라파이트 샤프트의 높은 제조단가 및 스틸 샤프트의 강도와 견주어 카본그라파이트 샤프트의 문제점을 해결하기엔 여전히 그 한계가 있었다.
다른 선행기술인 공개특허공보 제2008-19516호는 스틸 샤프트의 외주면에 장축방향으로 다수의 홀을 형성하여 스틸샤프트의 무겁고 저탄성인 단점을 개선시키는 것이 발명의 특징이나, 그로 인하여 스틸 샤프트의 장점인 높은 강도를 유지할 수 없으며 뒤틀림을 방지할 수 있는지 여부는 여전히 확실하지 않은 상태이다.
한편, 골프클럽을 스윙하면 샤프트가 휘어지면서 파워를 축적하게 된다. 휘어졌던 샤프트가 원래의 형태로 복원되면서 그 축적된 파워가 해제되고 클럽헤드의 속도를 더욱 빠르게 한다. 그라파이트 샤프트에 있어서는 흔히 킥 포인트(kick point)라 불리우는 지점이 존재하며, 이 부분은 타격(임팩트)시 사프트가 휘어지는 부분을 말한다. 이러한 킥 포인트는 타격 후의 골프공의 비거리 및 탄도를 결정하는데 일조하는 것으로서 매우 중요하다. 샤프트 상의 킥 포인트가 높을수록 골프공은 비거리가 멀고 낮게 날아가며, 킥 포인트가 낮으면 공은 비거리가 짧고 높게 날아가게 된다.
따라서, 그라파이트 샤프트의 경우 손잡이가 형성되는 부분까지 포함하여 전체 길이에 걸쳐서 중공(中空)형으로 되어 있기 때문에, 샤프트의 상단부로부터 킥 포인트까지의 부분도 스윙시에 휘어지게 되며, 이는 골프공의 탄도 및 방향성에 있어서 매우 불안정한 요소로 될 수 밖에 없다.
이러한 점을 개선하기 위하여, 종래에 샤프트의 상단부로부터 손잡이의 헤드측 끝단부 아래쪽 까지의 샤프트의 내부에 여러가지 재료를 충전하여 보강함으로써 스윙에 있어서의 안정성을 개선하려는 시도가 있어 왔으나, 이와 같이 충전재를 이용한 보강은 충전재의 무게가 전체 골프 클럽의 무게를 증가시키는 원인으로 되며, 이는 샤프트의 밸런스를 무너뜨리는 결과를 가져오게 된다. 이러한 밸런스의 불균형을 바로잡기 위하여는 헤드의 무게를 적게 하는 수 밖에는 없지만, 이 역시 바람직하지 않다는 문제점을 가지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 그라파이트 샤프트의 내부에 있어서, 샤프트의 일부를 충전재에 의하여 보강함으로써, 그러한 그라파이트 샤프트를 사용하는 골프클럽 및 루어낚시대의 성능을 개선할 수 있는 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열경화성 수지분말이 넣어진 합성수지제 튜브를 준비하는 단계와; 상기 합성수지제 튜브를 완제품 그라파이트 샤프트 내에 삽입하는 단계와; 상기 그라파이트 샤프트의 상단부를 폐색하는 단계; 및, 상기 그라파이트 샤프트를 고온가압장치 내에 넣은 후 가열함으로써 샤프트의 내부중 일부에 열경화성 수지분말이 발포성형되어 충전되는 단계를 포함하는 그라파이트 샤프트의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 그라파이트 샤프트는 골프클럽의 샤프트이다.
바람직하게는, 상기 그라파이트 샤프트는 루어낚시대의 샤프트이다.
바람직하게는, 상기 열경화성 수지분말은 골프클럽 그라파이트 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간의 전체 또는 일부 부위에서 발포성형된다.
바람직하게는, 상기 방법은 합성수지제 튜브를 완제품 그라파이트 샤프트 내에 삽입하기 전, 합성수지제 튜브의 헤드측 끝단부에 미소천공을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 샤프트의 가열이 끝난 후, 합성수지제 튜브의 헤드측 양 끝단부 근방에 고분자 수지 접착제를 가하여 박막을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 고온가압장치는 오토클레이브(autoclave)이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 그라파이트 샤프트의 제조방법에 따른 그라파이트 샤프트에 있어서는, 예를 들어, 골프클럽의 샤프트에 사용되는 경우, 골프클럽 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간의 전체 또는 일부 부위가 충전재에 의하여 보강되기 때문에, 스윙시 샤프트가 전체 길이에 걸쳐서 휘어지지 않고, 충전재로 채워진 부분의 끝단으로부터 헤드가 장착된 부분까지만 중공인 상태로 있게 되므로, 샤프트의 내부가 충전재로 보강되기 전에 비하여 골프클럽의 타격에 따른 골프공의 탄도와 비거리 및 방향성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 골프클럽 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간의 전체 또는 일부 부위가 충전재에 의하여 보강되기 때문에, 보강되기 전의 그라파이트 골프클럽에 비해서 샤프트의 뒤틀림이 크게 감소될 수 있다.
도 1은 골프클럽중 가장 긴 드라이버 클럽을 나타내는 도면;
도 2는 그라파이트 샤프트의 완제품을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 그라파이트 샤프트를 골프용 그라파이트 샤프트의 제조방법에 사용함에 있어서, 열경화성 수지분말을 넣은 합성수지제 튜브가 완제품 그라파이트 샤프트 내에서 발포성형된 상태를 나타내는 도면이다;
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 그라파이트 샤프트의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
이하의 설명은 본 발명의 제조방법을 골프클럽용 그라파이트 샤프트를 제조하기 위한 방법에 사용하는 것을 예로 들고 있지만, 이는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 단순히 본 발명의 개념을 이해하기 위한 용도에 한하는 것임은 동 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 사실이다.
따라서, 본 발명의 제조방법은, 골프클럽뿐 아니라, 루어낚시대 등과 같이 그라파이트 샤프트를 사용하는 많은 운동기구 및 생활용품 등에 있어서의 그라파이트 샤프트에도 동일하게 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 있어서, 샤프트의 "상단부"는 골프클럽 또는 루어낚시대 샤프트의 양 끝단부 중, 손잡이가 장착되는 부분의 끝단부, 즉 사용자에게 가까운 쪽의 끝단부를 의미한다. 또한, 샤프트의 "하단부"는 상기 상단부와 반대쪽에 위치하는 끝단부로서, 사용자로부터 먼 쪽의 끝단부를 의미한다.
도 1은 골프클럽 중에서 가장 길이가 긴 드라이버를 나타내는 도면으로서, 일반적으로 골프클럽은 골프공을 타격하는 클럽헤드(11)와 그 클럽헤드(11)를 고정하는 샤프트(10) 및 손잡이(12)로 구성된다.
도 2는 골프클럽용 그라파이트 샤프트의 완제품을 나타내는 도면이며, 그라파이트 샤프트의 양 끝단에 있어서, 향후 손잡이가 장착되는 부분에는 상단부(22)가, 추후에 클럽헤드(11)가 장착될 부분, 즉 지름이 얇은 부분에는 하단부(22)가 형성된다.
골프클럽용 그라파이트 샤프트는 대략 다음과 같은 공정으로 제작된다.
① 실 모양의 카본 파이버로 프리프레그(prep-reg)를 제작하고, 에폭시 수지를 함침(깊게 침투시키는 작업)하여 그라파이트 시트를 제조한다.
② 그라파이트 시트를 골프클럽의 길이에 맞추어 재단한다.
③ 재단된 그라파이트 시트를 맨드렐(mandrel)이라 불리는 쇠봉에 권취한다.
④ 가열작업에 들어가기 전에 형상의 변형을 방지하기 테이핑 작업을 한다.
⑤ 가열로에 넣어 경화시킨다. 가열작업은 대략 80℃에서 30분, 130℃에서 1시간 가량 수행된다.
⑥ 열처리가 끝난 샤프트는 테이프를 제거한다.
본 발명에서는 이와 같이 하여 만들어진 그라파이트 샤프트 완제품을 사용하게 되며, 본 발명의 발명개념은, 그라파이트 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간을 열경화성 수지분말로 채운 후, 고압가열장치에 넣어 성형발포함으로써 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간을 충전재에 의하여 보강되도록 하는 것이다.
먼저, 본 발명에 있어서는, 열경화성 수지분말(thermosetting resin powder)가 넣어진 합성수지제 튜브(30)를 준비한다. 예를 들면 나일론 튜브와 같은 합성수지제 튜브(30)는, 그라파이트 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간의 전체 또는 일부 부위가 충전되는 부분까지의 길이에 대응하는 길이로 되어 있으며, 튜브(30)의 손잡이측 끝단부(32)를 폐색한 후에, 열경화성 수지분말을 장입하도록 한다. 여기에서 튜브의 "손잡이측 끝단부"는, 사용자측에 가까운 끝단부를 의미하며, "헤드측 끝단부"는 사용자로부터 먼 쪽의 끝단부를 의미한다.
열경화성 수지분말은 열을 가하게 되면 특정온도에서 발포되면서 부피가 팽창되며, 매우 경량인 특징을 가진다. 따라서, 튜브에 열경화성 수지분말을 장입하는 단계에서 튜브가 향후 팽창되는 비율을 감안하여 적정량을 넣도록 한다.
장입요령으로서, 튜브에 적정량의 열경화성 수지분말을 넣은 후, 튜브를 수평하게 놓고 수지분말이 튜브의 전체 길이에 걸쳐서 펴서 고르게 분포되도록 하는 것이 중요하다.
또한, 튜브(30)내에 남아 있는 공기가 발포성형 과정 중에 빠져나올 수 있도록 미리 상기 합성수지제 튜브를 완제품 그라파이트 샤프트 내에 삽입하기 전, 튜브의 헤드측 끝단부(34)에 미소천공을 형성하는 것이 바람직하다. 미소천공의 형성은 튜브의 헤드측 끝단부에 구멍을 내는 것으로 수작업도 가능하지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
열경화성 수지를 튜브에 장입하고 난 후에는, 상기 합성수지제 튜브(30)를 완제품 샤프트(10) 내로 삽입한다. 합성수지제 튜브는 도면에서는 1개가 삽입되는 것으로 도시하였으나, 두께 및 직경에 따라 다수개가 삽입될 수도 있다.
상기와 같이 튜브(30)를 완제품 그라파이트 샤프트(10)내에 삽입한 다음에는 상기 그라파이트 샤프트의 상단부(22)를 폐색한다. 이러한 폐색은 예를 들면 테이프 등을 이용하여 단단하게 상단부(22)를 폐색하는 것이다.
다음으로, 상기와 같은 과정으로 준비된 그라파이트 샤프트(10)를 고온가압장치, 예를 들어 오토클레이브(autoclave)내에 위치시킨 후 그라파이트 샤프트에 열처리를 가한다.
오토클레이브는 원래 미생물학에서 사용하는 고온가압 멸균기로서, 고온, 고압의 증기를 이용하여 각종 실험 기자재, 폐기물, 섬유질 재료 및 배지등을 멸균하거나 소독할 때 사용되는 장비를 의미하나, 일반적으로 고온, 고압에서 일어나는 반응을 견딜 수 있는 용기 및 시스템을 칭하기도 한다. 이러한 오토클레이브는, 등방향에서 압력을 가하는 방식을 사용하고, 복합재료의 소재를 사용자가 정하는 압력 및 온도에서 성형되도록 제어할 수 있는 장비이며, 일반적인 장비이므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 열경화성 수지분말을 합성수지제 튜브에 장입하고, 이들이 삽입된 그라파이트 샤프트를 오토클레이브에 넣은 후 열처리를 행한다.
본 발명에서 있어서 이와 같이 가압하에서 열처리를 행하는 이유를 설명하면 다음과 같다.
즉, 샤프트에 대하여 압력을 가하지 않고 단순히 가열만 하게 되는 경우에는 그라파이트 사프트를 보강하기 위하여 삽입한 합성수지제 튜브(30) 내의 열경화성 수지분말이 발포성형되는 단계에서, 열경화성 수지분말의 발포성형의 조건인 적정 압력이 존재하지 않게 됨으로 말미암아 제대로 발포성형이 이루어지지 않게 된다.
즉, 그라파이트 샤프트 자체는 그라파이트 시트를 여러 겹으로 말아놓은 것에 지나지 않으므로, 그 자체로는 열경화성 수지분말이 가열되어 발포될 때 압력을 형성시키지 못하기 때문에, 오토클레이브 내에 넣어서 외부로부터의 등압을 가하여 압력의 평형을 맞춘 상태로 수지분말을 가열하여 발포되도록 하는 것이다.
상술한 바와 같이, 합성수지제 튜브(5)의 길이는 그라파이트 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간의 전체 또는 일부 부위가 충전되는 부분의 길이에 대응하는 길이이므로, 오토클레이브내에서 열처리에 의하여 경화된 튜브 내의 수지분말 또한 마찬가지로, 그라파이트 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간의 전체 또는 일부 부위를 완전히 충전하도록 성형된다.
한편, 샤프트의 가열이 끝나면 샤프트의 상단부(22) 밖으로 열경화성 수지가 일부 팽창하여 빠져나오는 경우도 있을 수 있으므로, 이 빠져나온 수지의 부분을 상단부 근방에서 잘라내는 등, 적절히 처리할 수도 있다.
또한, 샤프트의 가열이 끝난 후, 합성수지제 튜브의 양 끝단부가 위치되었던 부분에는 샤프트의 내부에 포말 성형된 수지의 양 끝단부분이 노출된 상태로 있게 되므로, 향후 골프채의 사용 중에는 이러한 경화된 수지가 양 끝단부로부터 떨어져 나가거나 변형될 우려가 있으므로, 샤프트의 상단부 및/또는 하단부를 통하여 고분자 접착제를 가하여 박막을 형성하는 것이 바람직하다.
그 후, 손잡이 및 헤드를 장착하면 본 발명의 그라파이트 골프클럽 샤프트 제조방법에 의한 골프채가 완성된다.
본 발명은 이상에서 바람직한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명되었으나, 이에 한하지 아니하며, 여러가지 변경 및 변형이 가능하다. 따라서 이들 변경 및 변형은 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 해석되어야만 한다.
10 : 그라파이트 샤프트 11 : 헤드
12 : 손잡이 22 : 샤프트의 상단부
24 : 샤프트의 하단부 30 : 합성수지제 튜브
32 : 합성수지제 튜브의 손잡이측 끝단부
34 : 합성수지제 튜브의 헤드측 끝단부

Claims (7)

  1. 열경화성 수지분말이 넣어진 합성수지제 튜브를 준비하는 단계와;
    상기 합성수지제 튜브의 헤드측 끝단부에 미소천공을 형성하는 단계와;
    헤드측 끝단부에 미소천공이 형성되어 있는 상기 합성수지제 튜브를 완제품 그라파이트 샤프트 내에 삽입하는 단계와;
    상기 그라파이트 샤프트의 상단부를 폐색하는 단계와;
    상기 그라파이트 샤프트를 고온가압장치 내에 넣은 후 가열함으로써 샤프트의 내부중 일부에 열경화성 수지분말이 발포성형되어 충전되는 단계;
    를 포함하는 그라파이트 샤프트의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라파이트 샤프트는 골프클럽의 샤프트인 그라파이트 샤프트의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라파이트 샤프트가 루어낚시대의 샤프트인 그라파이트 샤프트의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지분말이, 골프클럽 그라파이트 샤프트의 손잡이 중간 부분으로부터 샤프트 전체 길이의 중간부분 근방까지의 구간까지 발포성형되는 그라파이트 샤프트의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    샤프트의 가열이 끝난 후, 합성수지제 튜브의 양 끝단부에 고분자 수지 접착제를 가하여 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 그라파이트 샤프트의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온가압장치는 오토클레이브(autoclave)인 그라파이트 샤프트의 제조방법.
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