KR200305621Y1 - 골프채 샤프트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 굽힘하중, 비틀림하중에 대한 질량대비 강도와 내충격성이 고르게 향상되어 가벼우면서도 내구성이 높은 골프채를 제작할 수 있으며, 제작시에 별도의 맨드릴이 필요 없어 제작공정이 간소화되고 맨드릴과의 분리과정에서 발생되었던 변형을 방지할 수 있도록 된 새로운 구조의 골프채 샤프트에 관한 것이다.

본 고안에 따르면, 소정 길이의 테이퍼진 파이프형으로 이루어진 금속재질의 내부재(110)와, 이 내부재(110)의 외주면에 소정 두께로 감겨진 탄소섬유재질의 외부재(120)를 포함하며, 이 외부재(120)에는 대기중에서 액체에서 고체로 경화되는 수지재질의 보강재가 함침되어 외부재(120)와 내부재(110)가 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 골프채 샤프트가 제공된다.

Description

골프채 샤프트 {Shaft of golf club}

본 고안은 골프채 샤프트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 굽힘하중, 비틀림하중에 대한 질량대비 강도와 내충격성이 고르게 향상되어 가벼우면서도 내구성이 높은 골프채를 제작할 수 있으며, 제작시에 별도의 맨드릴이 필요 없어 제작공정이 간소화되고 맨드릴과의 분리과정에서 발생되었던 변형을 방지할 수 있도록 된 새로운 구조의 골프채 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로, 골프채를 이용하여 골프공을 타격할 때, 그 샤프트에는 헤드와 공의 충돌에 따른 하중이 가해지며, 이에 따라 샤프트에는 여러 방향의 응력이 걸리게 된다. 이 중에서 샤프트의 특성에 가장 큰 영향을 미치는 것은 골프채 헤드의 타격점과 샤프트의 파지점이 샤프트의 길이만큼 이격됨에 따라 발생되는 굽힘응력과 헤드의 타격점과 샤프트 연결부가 이격됨에 따라 발생되는 비틀림응력이 된다. 이 굽힘응력과 비틀림응력에 대한 샤프트의 강도는 골프채의 내구성을 결정짓는 주된 요소가 되므로, 샤프트의 굽힘강도 및 비틀림강도를 고르게 향상시키는 것이 매우 중요하게 된다. 또한, 샤프트의 강성이 너무 낮으면 타격시의 변형이 과도하게 되어 골프공의 정확한 타격이 이루어질 수 없고, 탄성이 너무 낮으면 사용자의 신체에 충격이 과도하게 전달되는 문제점이 있으므로, 적정한 강성 및 탄성을 가지는 것도 중요하다.

이러한 점들을 고려하여, 현재 가장 널리 사용되는 골프채 샤프트로는 스틸합금, 알류미늄합금 등으로 이루어진 금속제 샤프트와 탄소섬유 원단을 에폭시수지 등으로 보강하여 이루어진 탄소섬유복합재 샤프트가 있다.

이 중에서 금속제 샤프트는 가장 먼저 대중화되었던 만큼 계속적인 특성 개선을 통해 아직도 널리 사용되고 있는데, 일반적으로 금속은 하중에 대한 강도가 등방성으로 나타나고, 인장이나 압축하중, 전단하중에 대하여 고른 강도를 나타낸다. 따라서, 금속제 샤프트는 제작시에 방향성을 고려할 필요가 없어 설계 및 제작이 간단하고, 굽힘강도 및 비틀림강도가 고르게 높은 범용적인 특성이 있다. 그러나, 금속재료는 그 비중이 탄소섬유에 비해 월등히 높고, 인장강도에 있어서도 탄소섬유에 비해 떨어지기 때문에, 이러한 금속으로 제조된 샤프트는 중량대비 강도가 탄소섬유복합재 샤프트에 비해 떨어지는 문제점이 있었다.

반면에, 탄소섬유복합재 샤프트는 섬유결방향과 어긋나는 방향의 하중에 대해 취약한 탄소섬유소재의 특성으로 인해 그 구조설계 및 제조공정이 복잡한 단점이 있으나, 섬유결의 배치방향 및 적층방법에 따라 적합한 강도특성을 가지도록 제작할 수 있고 금속에 비해 비중이 훨씬 낮기 때문에, 일반적으로 금속재료로 제작된 샤프트에 비하여 질량대비 내구성이 우수한 특성을 나타낸다. 그러나, 탄소섬유복합재 샤프트는 여러겹으로 적층되어 이루어지는 구조적 특성에 의해 금속제 샤프트에 비해 비틀림강도가 약하고, 에폭시수지에 의해 경화된 구조로 인해 금속제 샤프트에 비해 취성이 강하여 외부에서 가해지는 충격에 의해 쉽게 깨지거나 부러지는 문제점이 있었다.

또한, 이 탄소섬유복합재료로 된 샤프트의 제조공정을 대략적으로 살펴보면, 소정 길이의 테이퍼진 맨드릴에 이형제를 도포하고 이형제가 도포된 표면에 접착을 위한 에폭시수지를 도포한 다음에 에폭시수지가 함침된 서로 다른 섬유결방향을 가지는 여러장의 탄소섬유 프리프레그를 맨드릴의 외면에 순차적으로 감고 그 외면에 폴리프로필렌 테이프를 피복한 후, 이를 소정 시간동안 열처리하여 이루어진다. 따라서, 상기와 같은 샤프트 제조방법에 따르면 샤프트의 규격별로 다수의 맨드릴이 필요하게 되어 샤프트의 제작비용이 증가될 뿐 아니라, 샤프트의 성형이 완료된 후에는 맨드릴로부터 샤프트를 분리해야 하고, 샤프트의 분리를 위해서는 맨드릴 표면에 일일이 이형제를 도포해야 하기 때문에 제작공정이 번거롭고 시간이 많이 소요되어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다. 더욱이, 맨드릴로부터 샤프트를 분리시키는 과정에서 샤프트의 변형 및 강도 저하가 유발되기 때문에, 제품 생산시의 불량 발생률이 높은 문제점이 있었다.

본 고안은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 금속소재와 탄소섬유복합재의 단점을 보완하여 질량대비 굽힘강도, 비틀림강도 및 내충격성을 고르게 향상시키는 동시에, 그 성형시에 별도의 맨드릴이 필요 없어 제작비용을 절감할 수 있고, 맨드릴과의 분리과정에서 발생되었던 변형에 의한 불량을 방지할 수 있으며, 제작공정이 간단하고 제작시간이 적게 소요되어 생산성을 높일 수 있도록 된 새로운 구조의 골프채 샤프트를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 골프채 샤프트를 도시한 사시도

도 2는 본 고안에 따른 골프채 샤프트의 제조공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110. 내부재 120. 외부재

본 고안에 따르면, 소정 길이의 테이퍼진 파이프형으로 이루어진 금속재질의 내부재(110)와, 이 내부재(110)의 외주면에 소정 두께로 감겨진 탄소섬유재질의 외부재(120)를 포함하며, 이 외부재(120)에는 대기중에서 액체에서 고체로 경화되는 수지재질의 보강재가 함침되어 외부재(120)와 내부재(110)가 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 골프채 샤프트가 제공된다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 골프채 샤프트의 일실시예 구성을 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 고안의 골프채 샤프트는, 제조될 샤프트의 형상에 따라 소정 길이의 테이퍼진 파이프형으로 이루어진 금속재질의 내부재(110)와, 이 내부재(110)의 외주면을 감싸도록 부착된 탄소섬유재질의 외부재(120)로 이루어지며, 이 외부재(120)에는 대기중에서 액체에서 고체로 경화되는 수지재질의 보강재가 함침되어 외부재(120)와 내부재(110)가 일체로 결합되도록 구성된다.

본 실시예에서, 상기 내부재(110)는 강도 및 질량을 고려하여 두랄미늄 등의 알루미늄 합금 소재로 이루어지는 것이 바람직하나 그 용도 특성에 따라 SUS 등의스틸합금이나 티타늄 합금 등으로 이루어질 수도 있다.

상기 외부재(120)는 내부재(110)의 외주면을 감싸는 형태로 재단된 탄소섬유 프리프레그를 순차적으로 적층하여 이루어진 것으로, 각 층을 이루는 탄소섬유 프리프레그는 구조 설계에 따라 서로 다른 섬유결 방향을 가지도록 재단된 것으로 이루어진다.

상기 보강재는 대기중에서 고체 상태로 경화되는 통상의 액상 접합제로 이루어진 것으로, 접합강도가 우수한 에폭시 수지 등이 바람직하며, 액체 상태일 때 상기 외부재(120)에 함침된 후 시간의 경과에 따라 경화되면서 내부재(110)와 외부재(120)를 강하게 접합시키고, 열처리를 통해 내부재(110)와 외부재(120)를 일체화시킨다.

이에 따라, 상기 내부재(110)와 외부재(120)가 일체화된 샤프트를 이루게 되어 금속제 샤프트와 탄소섬유제 샤프트의 장점을 취하고 단점을 상호 보완하게 되므로, 보다 기계적 특성이 우수한 샤프트가 이루어질 수 있게 된다. 즉, 본 고안의 골프채 샤프트는, 상기 금속제 내부재(110)에 의해 탄소섬유 재료만으로 된 샤프트에 비해서 우수한 비틀림강도 및 내충격성을 갖게 되고, 상기 탄소섬유제 외부재(120)에 의해 금속 재료만으로 된 샤프트에 비해서 질량이 경감되고 질량대비 굽힘강도가 높아지는 장점이 있다.

도 2는 상기한 본 고안의 골프채 샤프트의 제조과정을 도시한 공정흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 고안의 골프채 샤프트는 내부재 성형공정(A), 외부재 가공 및 접합공정(B), 테이프 권취공정(C), 열처리공정(D) 및 후처리공정 등을 거쳐제조된다.

상기 내부재 성형공정(A)에서는 샤프트의 설계 길이 및 형상에 따라 소정 재질의 금속재료를 테이퍼진 파이프 형태로 압출성형하여 상기 내부재(110)를 성형한다.

상기 외부재 가공 및 접합공정(B)에서는 탄소섬유 프리프레그를 상기 내부재(110)의 외주면에 감겨질 수 있도록 내부재(110)의 축방향 및 원주방향 길이에 따라 재단하여 외부재(120)로 가공하고, 이 외부재(120)에 에폭시수지로 된 보강재를 함침시켜 내부재(110)의 외주면에 감아 접합시킨다. 이때, 상기 외부재(120)에 에폭시수지 보강재를 함침시키는 방법은 에폭시수지가 저장된 저장조에 상기 외부재(120)를 담그거나 외부재(120)가 내부재(110)에 감겨진 상태에서 외부재(120)의 외주면에 에폭시수지를 도포하여 이루어질 수 있다.

상기 테이프 권취공정(C)에서는 접합된 외부재(120)의 외주면에 폴리에틸렌 등으로 이루어진 테이프(131)를 길이방향을 따라 다중 권취한다.

상기 열처리공정(D)에서는 상기 내부재(110)와 외부재(120)를 소정 온도로 가열하여 일체화시키며, 이때의 열처리과정은 상기 외부재(120) 및 내부재(110)를 고온의 열처리실 내부에 소정 시간 배치하여 이루어질 수 있고, 고온의 열판 사이에 상기 내부재(110)와 외부재(120)를 그 외주면이 밀착되도록 배치하여 각 열판에 의해 가열 및 가압되도록 하여 이루어질 수도 있다. 열처리가 완료된 후에는 연마를 행하여 상기 테이프(131)를 박리시키고 표면이 평활해지도록 한 다음에 소정 색상으로 도색하여 샤프트의 제작을 완료한다.

상기한 바와 같이 본 고안의 골프채 샤프트는 성형을 위한 별도의 맨드릴이 필요 없어 제조비용이 절감될 뿐 아니라, 맨드릴에 이형재를 도포하는 작업, 성형된 샤프트를 맨드릴로부터 분리하는 작업 등이 필요 없어 제작공정이 간소화되고 제작시간이 절감되며, 성형된 샤프트를 맨드릴로부터 분리할 때 발생되었던 샤프트의 변형 및 강도저하가 방지되는 장점이 있다.

(실험예)

상기와 같이 제조된 골프채 샤프트는 3점 굽힘시험에서 종래의 탄소섬유재 샤프트에 비하여 표 1에 나타낸 바와 같이 우수한 강도특성을 나타낸다.

	샤프트길이(mm)	샤프트외경(mm)	샤프트내경(mm)	탄소섬유재두께(mm)	금속재두께(mm)	굽힘강도(kg_f`/cm^2)
종래샤프트	180	6	4.5	1.5	-	23
본고안샤프트	180	6	4.5	1.0	0.5	27

상기한 표 1을 참조하면, 본 고안의 골프채 샤프트는 금속소재의 내부재(110)와 탄소섬유소재의 내부재(110)의 결합에 의하여 동일한 규격의 탄소섬유재만으로 제조된 샤프트에 비해 최대굽힘하중이 17.4% 정도 향상되는 효과를 가짐을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 고안에 의하면, 금속재질로 된 내부재(110)의 외주면에탄소섬유재질로 된 외부재(120)를 결합하여 일체화된 샤프트를 제조함으로써, 각 재질의 단점이 상호 보완되어 질량대비 비틀림강도 및 내충격성이 고르게 향상되고, 성형을 위한 별도의 맨드릴이 필요 없어 제조비용이 절감되며, 맨드릴과 샤프트의 분리를 위한 제반 작업이 필요 없어 제작공정이 간소화되는 동시에 제작시간이 절감되며, 샤프트를 맨드릴로부터 분리할 때 발생되었던 샤프트의 변형 및 강도저하를 방지할 수 있도록 된 새로운 구조의 골프채 샤프트를 제공할 수 있다.

Claims (1)

1. 소정 길이의 테이퍼진 파이프형으로 이루어진 금속재질의 내부재(110)와, 이 내부재(110)의 외주면에 소정 두께로 감겨진 탄소섬유재질의 외부재(120)를 포함하며, 이 외부재(120)에는 대기중에서 액체에서 고체로 경화되는 수지재질의 보강재가 함침되어 외부재(120)와 내부재(110)가 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 골프채 샤프트.