(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂をマトリックスとし、強化繊維で強化した管状体であって、管状体の軸長方向の内方部から端部に亘って連続した本体層の前記端部付近に配設され、概ね円周方向に指向した強化繊維を主体として有する台形状のプリプレグを使用した補強層であって、該台形の長辺である下底から巻回開始されるよう前記本体層のプリプレグと重ねて巻回成形することにより、前記本体層の内側や層間に複数層の補強層を形成し、該補強層各層の軸長方向内方端は外側の層ほど管状体端部に近くなり、夫々前記内方部側の端部領域が他端部の肉厚寸法以上の軸長方向長さに亘ってその肉厚を前記内方部の方向に漸減させていることを特徴とする管状体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は熱硬化性や熱可塑性の樹脂をマトリックスとし、強化繊維で強化した管状体に関する。従って、釣竿、ゴルフクラブのシャフト、スキーのストック、自転車のフレーム、テニスやバトミントンのラケット等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
所謂プリプレグ（熱硬化性樹脂のみならず、熱可塑性樹脂を使用する場合も含む）によって管状体を形成するには、芯金にプリプレグを巻回した後、加圧しつつ加熱成形する。この成形の際に、裁断されたプリプレグを芯金に巻回した状態において、プリプレグの巻回開始縁部と終了縁部との重なり部が生じ、この重なり部は管状体の円周方向における肉厚や物性の特異部となり、この特異部が管状体の軸長方向に沿って同一円周角度位置に存在すれば、加熱成形による温度変化によって該管状体に成形曲りが発生する。
また、管状体の端部を厚肉補強する際に、補強のことのみを考えれば端部付近で急に厚肉化させることになる。しかしこれでは加熱成形時に補強された端部付近の本体層の強化繊維に捩れ等の乱れを生じ易く、成形された管状体の強度が低下すると共に、成形曲りが生じ易い。
また、管状体の径の大きさが軸長方向において急変する構造であれば、こうした急変境界部付近でプリプレグが皺状になり易く、強化繊維が乱れる。こうした強化繊維の乱れは加熱成形した管状体に曲りを生じさせる原因となる。
更には、巻回したプリプレグを加圧するための緊締テープの巻回によって軸長方向強化繊維に波打ち状の曲りが生ずる。
こうした曲りは成形後の修正工程で修正するが、それでも直らない場合には不良品となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、こうした修正工程には時間を要して製造効率が低下すると共に、完全には直らずに最終的にある程度の変形が残ったままになることもあり、製品品質の低下をきたし易い。また、不良品を出せば、それだけ歩止りが悪くなり、コストアップの要因となる。
【０００４】
依って本発明は、低コストで高品質な管状体の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑みて本発明は、合成樹脂をマトリックスとし、強化繊維で強化した管状体であって、管状体の軸長方向の内方部から端部に亘って連続した本体層の前記端部付近に配設され、概ね円周方向に指向した強化繊維を主体として有する台形状のプリプレグを使用した補強層であって、該台形の長辺である下底から巻回開始されるよう前記本体層のプリプレグと重ねて巻回成形することにより、前記本体層の内側や層間に複数層の補強層を形成し、該補強層各層の軸長方向内方端は外側の層ほど管状体端部に近くなり、夫々前記内方部側の端部領域が他端部の肉厚寸法以上の軸長方向長さに亘ってその肉厚を前記内方部の方向に漸減させていることを特徴とする管状体を提供する。
【０００６】
補強層のプリプレグと本体層のプリプレグとを重ねた場合、本体層プリプレグと補強層プリプレグの端部との境界部付近では、加圧成形時に一般には本体層の強化繊維が捩れ易いが、補強層の強化繊維が概ね管状体の円周方向に指向する場合は、補強層の端部領域の肉厚を漸減させることが容易であり、こうして肉厚を漸減させた端部領域を内方側に位置させた補強層のプリプレグと本体層のプリプレグとを重ねた境界部付近では断面状態の変化度合を緩和するため、特に軸長方向強化繊維が捩れ難く、管状体の成形曲りが防止される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す形態例に基づき、更に詳細に説明する。
図１は本発明に係る管状体としての釣竿竿管を例として示しており、炭素繊維等の強化繊維を使用した繊維強化プラスチック製の竿管１０を示す。こうした竿管１０の前端部１０Ｅ（や後端部）は継合の強度を確保するために、一般に他の領域に比べて補強されている。前端部１０ＥのＢ部の拡大断面図を図２に示す。軸長方向に指向した強化繊維を主に有し、竿管１０の軸長方向の内方部から端部に亘って連続した本体層１０Ｊの端部を補強すべく、この本体層１０Ｊに対応するプリプレグの端部に、概ね円周方向に指向した強化繊維１２Ｓを主に有する補強層１２Ｈに対応するプリプレグ１２Ｈ’（図３に模式的に図示）を重ねて芯金に巻回すると、図２に示すように本体層１０Ｊの層間に補強層１２Ｈの配設された端部１０Ｅが形成される。
【０００８】
本発明では、補強層対応プリプレグ１２Ｈ’は図３の下辺である上底Ｌ２が短く、下底Ｌ１が長い台形形状をしており、この長い方の下底Ｌ１から巻回を始めると、図２に示すように１層目は軸長方向に長く、２層目は短くなる。このため補強層１２Ｈが存在していても本体層１０Ｊを急変させる状態を付与せず、漸変させるため、本体層１０Ｊの強化繊維の乱れが発生し難く、成形曲りが生じ難くなる。
【０００９】
本発明では、補強層対応プリプレグ１２Ｈ’はその外郭形状を台形状に形成する他、竿管の軸長方向内方部に位置する端部領域１２Ｋを内方部側に向って漸減するように傾斜状に形成している。強化繊維１２Ｓが図３に示す方向（巻回後に円周方向に指向する方向）に指向しているため、補強層対応プリプレグ１２Ｈ’を形成する際に端部領域１２Ｋを適宜な型でプレスすることにより成形し易い。こうして予め端部領域をプレス成形したプリプレグ１２Ｈ’を本体層用のプリプレグに重ねて巻回し、加圧して加熱成形すれば図２のようになる。この端部領域１２Ｋの軸長方向長さＬは各補強層の開放端部寄りの層厚ｔ以上は必要であり、好ましくは２倍以上ほしい。この傾斜状部の存在によって本体層の強化繊維の乱れが少なくなり、加熱成形竿管１０の成形曲りが防止される。
【００１０】
上記傾斜状部は直線的に肉厚を低減させても、また、曲線的に低減させてもよい。また、補強層対応プリプレグ１２Ｈ’の樹脂比率が高ければ、こうした傾斜状部を予め設けなくても、加熱成形時に高圧を付与して成形すれば、強化繊維１２Ｓが樹脂と共に流動して端部領域を傾斜状に形成できる。更には、軸長方向に指向した強化繊維量が円周方向に指向した強化繊維量に比較して少ない場合（円周方向指向の強化繊維のプリプレグの厚さに対して軸長方向のそれが１／２、或いは１／３以下の厚さの薄いプリプレグの場合等）、補強層１２Ｈには軸長方向に指向した強化繊維が外側か内側に存在していてもよいが、厚さ方向の中間部には存在しない方が傾斜状端部を成形し易いため好ましい。
【００１１】
上記説明では補強層１２Ｈは本体層１０Ｊの内側や層間に存在させているが、本体層の強化繊維の蛇行を防止するためには、補強層を本体層の外側にのみ配設するとよいが、内側や層間に配設する場合、そのプリプレグは外側に配設するプリプレグよりも薄肉厚のものを使用するとよい。
【００１２】
次に、図４は、図５に示す３層構造の管状体としての竿管１８の成形方法を示す図であり、芯金２０に巻回し、略円周方向の強化繊維の薄肉厚の内層２６’（図５）に対応するプリプレグの上に、略軸長方向の強化繊維の厚肉の中層２２’に対応するプリプレグ２２を巻回し、この上に略円周方向の強化繊維の薄肉厚の外層２４’に対応するプリプレグ２４を巻回する際の巻回方法を示している。矩形状のプリプレグ２４を、図４のように傾斜させて巻回する。この外層プリプレグ２４は通常１層か２層巻回し、その巻回始端部と終端部とが概ね重合するように、即ち、ほぼ丁度整数回巻回するように裁断されている。従って、その重合ライン領域ＪＲは竿管表面に螺旋状に形成される。
【００１３】
このことにより、竿管１８にはプリプレグの巻回始端部と終端部とが重合した特異点部ラインといえる重合部ラインＪＲが円周方向角度位置の特定位置ではなく、全周に存在するため、竿管の曲りを生じさせる要因の円周方向におけるバランスがとれ、成形曲りの防止がなされる。従って、螺旋は竿管１８の周りを、略１周、２周等の略整数回の巻回数になることが好ましい。上記図４ではプリプレグ２４を巻回した際に、強化繊維２４Ｓが竿管１８の軸長方向に対して傾斜するようにプリプレグ２４が裁断されているが、巻回後に円周方向に指向するように裁断してもよい。更には、竿管１８の内層２６’についても外層２４’と同様であり、同様に重合部ラインを螺旋状に形成することが好ましい。
【００１４】
内層と外層の両層の重合部ラインを螺旋状に形成する場合は、互いに反対方向に螺旋巻回するように形成すると更に曲りが防止できる。１方のみを螺旋状に形成する場合には、外層の方が曲りへの影響が大きいため、外層の重合部ＪＲを螺旋状に形成する。
既述の外層や内層の巻回始端部と終端部との重合は必要であり、その重ね代は０．５〜５ｍｍ程度に設定するが、竿管１８の径によって調整する。軸長方向強化繊維の中層ではプリプレグの重ね代は必ずしも必要ないが、巻回始端部と終端部とに隙間が殆ど生じないように設定する。重ねる場合には、数ミリメートル以内にする。
【００１５】
中層２２’に対応するプリプレグの樹脂比率は１０〜２５重量％、好ましくは１０〜２０重量％とし、内層や外層のそれは中層のそれよりも約５〜１５％程度多くする。こうすると樹脂溜り等が生じ難く、好ましい。
以上のようにシート状のプリプレグを使用して傾斜させて巻回する他、強化繊維がテープの長さ方向に沿い、均一肉厚の細幅テープのプリプレグを、巻回したテープの隣接した側縁同士が一致するように一端から他端まで連続巻回しても、軸長方向の重合部ラインが生じず、成形曲りが防止できる。また、テープの巻回において側縁を連続して重合させても、その特異点部ラインである重合ラインは螺旋状になるため、やはり成形曲りが防止される。
【００１６】
テープ巻回の通常では、竿管のテーパ変化によって、テープ間の目開きや、重合部、厚肉部、薄肉部が不規則に形成され、これによって軸長方向強化繊維も蛇行するため、成形曲りが生じ易い。
【００１７】
一般に、軸長方向強化繊維の層対応のプリプレグの樹脂比率が大きいか、或いは緊締テープの巻回ピッチが大きいとこの層の軸長方向強化繊維が蛇行し易い。このため、軸長方向強化繊維層プリプレグの樹脂比率を小さくし、緊締テープの巻回ピッチを小さくして管状体を形成する方法を説明する。
図６には、芯金２０に巻回され、略円周方向に指向した強化繊維を主体とし、軸長方向強化繊維層のプリプレグ３２よりも含浸樹脂比率の大きな内側層のプリプレグ３４の外側に、軸長方向に指向した強化繊維３２Ｓを主体に有し、樹脂の含浸比率が１０〜２３重量％（好ましくは１０〜２０重量％）であり、管状体の肉厚の７５％以上の肉厚を有する軸長方向強化繊維層のプリプレグ３２が巻回され、これを外側から緊締テープによって緊締し、加熱成形する。この緊締テープの巻回ピッチＰを１．３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下に設定すると、前記層３２の強化繊維３２Ｓの蛇行が防止でき、成形曲りの防止ができる。更に層３２の外側に略円周方向に指向した強化繊維を主体とした層があれば、上記ピッチＰは１．５ｍｍ以下でもよい。
【００１８】
竿管等の管状体の層３２の外側には、緊締テープとの隙間に流入した樹脂Ｊが鋸歯状に形成されるが、この凸部を平らに、或いは曲面状に研磨した状態や、そのままにした状態で、更に外側に塗装を施して管状体表面を平滑にする。層３２の外側に円周方向強化繊維の層を必要としないのは、厚肉の竿管や、径の小さな竿管等の場合である。前者では、内側の円周方向強化繊維の層も必要ないが、後者では内側には存在した方がよい。
【００１９】
管状体の１例としての竿管を形成する図７に示す芯金４０は、緩やかな前細テーパ状の前部４２と、テーパの大きな前細形状の中間部４４と、殆どテーパのない後部４６とを有している。前部４２と中間部４４との境界部、或いは中間部と後部４６との境界部のように、テーパ率が大きく変化する部位では軸長方向に長い繊維が捩れて皺状になり易い。これは加熱前には芯金に巻回したプリプレグの強化繊維が乱れていなくても、加熱成形により樹脂が流動し、これにつれて強化繊維が流動し、特にテーパ率の大きく変化した部位において乱れ易いため、皺になる。
【００２０】
これを防止するためには、軸長方向を短くした補助プリプレグ４８を用い、樹脂含浸比率を小さくして（１０〜２０重量％）樹脂流動を少なくしたり、本体プリプレグ５０に比較して補助プリプレグ４８の樹脂比率を小さくし、主に強化繊維が軸長方向に指向するように配設され、この軸長方向強化繊維によって円周方向における微小な凹凸状態を作り、芯金との摩擦で自身のプリプレグを円周方向に動き難くし、また、この微小凹凸との摩擦によりこの上に巻回した本体プリプレグ５０の強化繊維が円周方向に流動することを防止する補助プリプレグ４８を芯金４０の表面に巻回し、この上に本体層プリプレグ５０を巻回する。こうして加熱成形による竿管の成形曲りが防止される。
図７には図示していないが、中間部４４と後部４０との境界部にも同様な工夫を施してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、補強層の強化繊維が概ね管状体の円周方向に指向しておれば、補強層の端部領域の肉厚を漸減させることが容易であり、こうして管状体の内方部側に位置する端部領域の肉厚を漸減させた補強層のプリプレグと本体層のプリプレグとを重ねた境界部付近では、断面状態が急変しないため本体層の強化繊維が捩れ難く、管状体の成形曲りが防止される。こうして低コストで高品質な管状体が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る管状体としての竿管の側面図である。
【図２】図２は図１のＢ部の拡大縦断面図である。
【図３】図３は図２に示す補強層用プリプレグの模式的斜視図である。
【図４】図４は本発明に係る他の形態の管状体の製造途中の図である。
【図５】図５は図４によって成形された管状体の部分破断側面図である。
【図６】図６は本発明に係る他の形態の管状体の製造途中の図である。
【図７】図７は本発明に係る他の形態の管状体の製造途中の図である。
【符号の説明】
１０Ｊ            本体層
１２Ｈ            補強層
１２Ｋ            内方部側端部領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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