(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属繊維のプリプレグを芯金に複数回巻き付けて、その巻き付けた内外プリプレグ同士を加熱硬化させることによりシャフトとした後、芯金をシャフトから引き抜いてなる非金属シャフトにおいて、ヘッド装着側の端部から２００ｍｍの位置での下記（式１）より算出したＥＩ値が３.０〜４.５ｋｇｆ・ｍ２で、かつ、シャフトの全長中間点より前記端部側の少なくとも一部に金属繊維または金属粉末のプリプレグを巻き付けることにより非金属繊維のプリプレグ中に混入させて、その質量が８０〜１３０ｇで、シャフトの重心が前記端部から全長の４５〜５１％に相当する距離離れた位置に存在するようにしたことを特徴とするゴルフクラブのシャフト。
【数１】
0003617797.tif 000007
ここで、δ  曲げたわみ量（ｍｍ）
Ｗ  中央荷重（２０ｋｇ）
Ｌ  支点間距離（３００ｍｍ）
【請求項２】
金属繊維または金属粉末のプリプレグをシャフトのヘッド装着側の端部の内層だけに巻き付けた後、その上に非金属繊維のプリプレグを全長にわたり巻き付けたことを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブのシャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、上級者向けに改良されたゴルフクラブ用の非金属シャフトに関する。
【０００２】
【従来技術】
非金属シャフト（カ−ボンシャフト）は、金属シャフト（スチ−ルシャフト）に比較して軽量化が容易で、また、曲げ剛性やその分布などの設計の自由度が大きいという特徴を有するので、従来よりその特徴を生かしたシャフトが種々開発され、多くのプレイヤ−に使用されている。この非金属シャフトは、ウッド用シャフトの場合、上級者用からアベレ−ジゴルファ−用に至るまでカ−ボンシャフトが使用され、普及率は高いが、アイアン用シャフトに対する普及率はウッド用に比べて低い。特に、上級者のアイアン用シャフトの場合、カ−ボンシャフトの使用率が極めて低く、スチ−ルシャフトの使用率が近年増加している。
一方、上述の特徴を生かして、スチ−ルシャフトの性能を超えるカ−ボンシャフトの研究開発がなされているが、依然として所望のカ−ボンシャフトを得るまでには至っていない。
【０００３】
本発明者は、上級者がアイアン用クラブのシャフトとして何故カ−ボンシャフトよりスチ−ルシャフトを使用するのかを調べたところ、カ−ボンシャフトは軽く、スウィングスピ−ドを上げれば、飛距離アップが図れるという特長を有する反面、オ−バ−スウィングになり易く、また、打撃条件により距離のバラツキが出たりするため、安定性に欠けるという問題があることが判明した。そこで、これらの要因に関する解析を行った結果、以下の点が明らかになった。
すなわち、通常使用されているスチ−ルシャフトは、質量が１００ｇ以上で、重心（バランスポイント）が、非金属シャフトの場合にはヘッド装着側の端部（以下このヘッド装着側の端部を単に先端と言い、この先端と反対側端部近傍のグリップ装着部分を単に基部と言う）から約５３％前後であるのに対して、シャフト先端から約５０％前後となっているため（表１参照）、ヘッドとして、同一質量、同一剛性のカ−ボンシャフト用のヘッドより軽いものを装着しても、同じスウィングバランスを出すことができる。このため、スチ−ルシャフトを使用したクラブはカ−ボンシャフトを使用したクラブよりトウダウンが小さく押さえることができ、また、軌道の安定性も高めることができる。その結果、飛距離および方向の安定性が得られるのである。
【０００４】
【表１】
0003617797.tif 000002
（注）重心（％）はシャフト先端から重心までの距離を全長で除した値を１００倍したものである。
【０００５】
ところで、ゴルフクラブの非金属シャフトの多くは、非金属繊維のプリプレグを芯金に巻き付けて成形するシ−トワインディング法により製造されている。この方法は先端に向かう程外径が小さくなった芯金に非金属繊維のプリプレグを複数回巻き付けた後、加熱により、巻き付けた内外のプリプレグ同士を相互に加熱硬化させて、一体のシャフトにし、その後、芯金をシャフトから基部側（元部側）に抜き取る方法で、芯金としては多くの場合横断面が円形で、長さがシャフトより長いものを使用している。このため、シャフトは全長が中空になっている。また、非金属繊維のプリプレグとしては、例えば、炭素繊維、ホウ素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの１種または混合物のシ−トに熱硬化型樹脂を含浸させたものだけを使用しているので、横断面は非金属繊維が層状に配列されている。
従って、非金属シャフトの重心位置をスチ−ルシャフトに合わせるには、先端部に巻き付ける層の数を増やし、先端部の重量を増大させれば可能であるが、このような場合、先端部の剛性が硬くなり、キックポイントの位置が従来のカ−ボンシャフトと大きく異なり、ボ−ルの打ち出し条件に大きな影響を及ぼすという別の問題が発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、非金属シャフトの上述の課題を解決し、安定した飛距離と方向性を得るために改善したゴルフクラブのシャフトを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のゴルフクラブのシャフトは、非金属繊維のプリプレグを芯金に複数回巻き付けて、その巻き付けた内外プリプレグ同士を加熱硬化させることによりシャフトとした後、芯金をシャフトから引き抜いてなる非金属シャフトにおいて、先端から２００ｍｍの位置での下記（式１）より算出したＥＩ値が３.０〜４.５ｋｇｆ・ｍ２で、かつ、シャフトの全長中間点より前記先端側の少なくとも一部に金属繊維または金属粉末のプリプレグを巻き付けることにより非金属繊維のプリプレグ中に混入させて、その質量が８０〜１３０ｇで、シャフトの重心が前記先端から全長の４５〜５１％に相当する距離離れた位置に存在するようにしたことを特徴としている。
【数２】
0003617797.tif 000003
ここで、δ  曲げたわみ量（ｍｍ）
Ｗ  中央荷重（２０ｋｇ）
Ｌ  支点間距離（３００ｍｍ）
【０００８】
本発明で金属繊維または金属粉末［以下金属繊維（粉末）という］のプリプレグをシャフトの全長中間点より先端側の少なくとも一部に巻き付けるには、シャフト先端側の内層だけに巻き付けた後、その上に非金属繊維のプリプレグを全長にわたり巻き付けるのが好ましい。とくに、このように金属繊維（粉末）のプリプレグをシャフトの内層に巻き付けると、プリプレグが金属繊維であっても、金属繊維の剛性の影響が小さく、非金属シャフトの性能が失われないため、質量を増加させただけのものになる。もちろん、金属繊維（粉末）のプリプレグは中層や外層に巻き付けることも可能である。また、複数箇所に巻き付ける場合、１カ所だけは内層にするのが好ましい。内層だけに巻き付ける場合はシャフト先端から全長の４０％以内に行うのが好ましい。しかし、複数箇所に巻き付ける場合はそのような必要はない。
【０００９】
シ−トワインディング法により金属繊維（粉末）のプリプレグをシャフトの全長中間点より先端側の少なくとも一部に混入したシャフトを製造するには、例えば、芯金の中間点より先端側の一部だけにまず金属繊維（粉末）のプリプレグを巻き付け、次に、非金属繊維のプリプレグを全長に巻き付け、その後、加熱により巻き付けた内外のプリプレグ同士を相互に加熱硬化させて、一体のシャフトにし、冷却後、芯金をシャフトから基部方向に抜き取ればよい。しかし、芯金として、縦断面で軸芯に対して基部から先端に向かって一定のテ−パ−角で細くなった従来の丸棒形のものを使用すると、金属繊維（粉末）のプリプレグを巻き付けた部分が他の部分より肉厚になるため、盛り上がって外径が大きくなり、外観を損なう。そこで、芯金は、金属繊維（粉末）のプリプレグ巻き付け部分を縦断面で中間部の先端方向延長線より巻き付け後の肉厚に相当するだけ細くして、その細くした部分に金属繊維（粉末）のプリプレグを巻き付けた場合、その外径が中間部の先端方向延長線になるようにすればよい。
【００１０】
また、細くする部分をシャフト縦断面で段状に細くなるようにすると、金属繊維（粉末）のプリプレグを巻き付けた部分と非金属繊維のプリプレグだけの部分とでは剛性が異なるため、シャフトが湾曲した場合、段状部分に応力が集中し、破損することもある。このため、細くする部分は縦断面でその基部側部分における軸芯に対するテ−パ−角を大きくして、基部に向かって徐々に太くなるようにすることにより、巻き付けた金属繊維（粉末）のプリプレグの肉厚が基部側に向かって徐々に薄くなるようにするのが好ましい。
【００１１】
ここで、金属繊維としては、表２に例示したように、比重が７以上で、引張強度も大きいものを使用すると、剛性を大きくできる。金属粉末も比重が７以上の金属の粉末を使用すればよい。また、金属繊維のプリプレグ１には図１に示すように並列に並べた金属繊維２の表裏に非金属繊維のプリプレグ３を貼付けたものまたは片面だけに非金属繊維のプリプレグ３を貼付けたものを用いると、芯金が細くても巻き付けることができる。さらに、金属粉末のプリプレグ４には図２に示すように金属粉末５を分散させた合成樹脂シ−ト６の表裏に非金属繊維のプリプレグ３を貼付けたものを用いればよい。いずれのプリプレグとも表裏に貼付ける非金属繊維のプリプレグ３は表裏がともに同一のものでも、異なったものでもよい。
【００１２】
【表２】
0003617797.tif 000004
【００１３】
【作用】
本発明では、シャフトの一部に非金属繊維より重く、剛性の劣る金属繊維（粉末）のプリプレグを混入させるのであるから、非金属繊維のプリプレグだけを巻き付けた従来のシャフトより先端の剛性はさほど増大せず、また、混入はシャフトの全長中間点より先端側に行って、シャフトの重心を先端から４５〜５１％に相当する距離離れた位置に移動させ、しかも、シャフト先部のＥＩ値も従来の質量が８０〜１３０ｇである場合の２.５〜３.５ｋｇｆ・ｍ２から３.０〜４.５ｋｇｆ・ｍ２に増大させて、重心位置、剛性をスチ−ル金属シャフトの値に近づけてあるので、カ−ボンシャフトでありながら金属シャフトの性能を出すことができる。このため、スウィング時のシャフト変形により生じるトウダウンは金属シャフトのようになり、軌道も安定する。剛性の指標であるＥＩ値測定を先端から２００ｍｍの位置にしたのはこの位置はトウダウンを左右するポイントであるからである。また、その位置でのＥＩ値を３.０〜４.５ｋｇｆ・ｍ２にしたのは、３.０ｋｇｆ・ｍ２より小さいと、剛性が軟らかいため、トウダウンが大きく、ブレが発生し、４.５ｋｇｆ・ｍ２より大きいと、剛性が硬すぎるため、打感が悪くなるからである。なお、ＥＩ値の測定における曲げたわみ量（ｍｍ）δ、中央荷重（２０ｋｇ）Ｗ、支点間距離（３００ｍｍ）Ｌは図９に示すとおりである。
【００１４】
先端から重心までの距離が全長の４５％未満であると、スウィングバランスを金属シャフト製のゴルフクラブと同じにするのにヘッドをかなり軽くしなければならないため、ヘッドのきかないクラブとなり、スウィング軌道が安定せず、飛距離や方向性が不安定になってしまう。一方、先端から重心までの距離が全長の５１％を超えると、従来の非金属シャフトと変わらなくなる。さらに、金属繊維（粉末）のプリプレグを巻き付けてある部分は質量が急に増加するので、シャフトの単位長さ当たりの質量も大きくなる。このため、全長の質量分布は金属シャフトのように先端側と基部側で大きく、中間部で小さくなる。もし、中間部の質量分布も大きいと、中間部は硬いことになるので、シャフト全長が硬いことになり、非金属シャフト本来の性能の硬さやしなりを発揮しないことになる。金属繊維（粉末）のプリプレグ混入によるシャフトの質量、重心、ＥＩ値などの調整はプリプレグの金属繊維（粉末）の種類、使用量、太さ、プリプレグ巻数などにより行う。金属シャフトと全く同じ感触でスウィングするためには、シャフトの質量を８０〜１３０ｇにする必要がある。８０ｇ未満であると、ヘッドスピ−ドは上がるが、軽すぎるため、安定性がないが、８０ｇ以上になると、ＥＩ値が３．０〜４．５ｋｇｆ・ｍ２で、しかも、重心位置が先端から全長の４５〜５１％離れていれば、上記同様の良好な結果が得られる。一方、質量が１３０ｇより重くなると、ヘッドスピ−ドが上がらず、飛距離が伸びない。質量は金属シャフトの一般的な質量である１２０ｇ前後にするのが好ましい。
【００１５】
【実施例】
実施例１
図３は、全長９７５ｍｍの本発明のシャフトの先端側縦断面を示すもので、７は先端部内層に設けられた金属繊維のプリプレグ層（長さ２８０ｍｍ）、８は全長に設けられた非金属繊維のプリプレグ層、９は先端にのみ設けられた補助層で、金属繊維のプリプレグ層７は非金属繊維のプリプレグ層８の円筒状内面より突出していて、基部側の肉厚は端部に向かう程薄くなり、クサビ状になっている。また、非金属繊維のプリプレグ層８は縦断面が先端に向かって所定の角度でテ−パ−状に細くなっていて、内層側がバイアス層１０、外層側がストレ−ト層１１になっている。
【００１６】
このシャフトの製造には、縦断面が先端に向かってテ−パ−状に細くなった従来の芯金の軸芯に対するテ−パ−角を先端側部分で中間部より大きくすることにより、外径を徐々に細くして、先端側に金属繊維のプリプレグ層７を収容する窪み１２を設けた芯金１３を用いる。金属繊維のプリプレグ層７の形成は窪み１２の部分に図４に示すように金属繊維のプリプレグ１を中間部のテ−パ−角と一致するまで巻き付け、巻き付け後の縦断面が窪み１２のない従来の芯金の形状になるようにすることにより行う。この金属繊維のプリプレグ１としては図１において金属繊維２をステンレス繊維（外径１００μｍ、配列間隔０．５ｍｍ）の表側に炭素繊維のプリプレグ（樹脂はエポキシ樹脂）を貼付け、裏側にはガラス繊維のプリプレグ（樹脂はエポキシ樹脂）を貼付けたものを用いた。金属繊維のプリプレグ１は図５に示すように長さが窪み１２の長さより短く、基部側が斜めに切断されている。基部側を斜めに切断してあると、芯金１３の窪み１２に巻き付けても、テ−パ−角が大きくなり始めの部分の肉厚が急激に厚くならず、徐々に厚くなる。
【００１７】
非金属繊維のプリプレグ層８の形成は、バイアス層１０に図５に示すバイアス炭素繊維のプリプレグ（樹脂はエポキシ樹脂）１４、１４ａを２枚巻き付け、ストレ−ト層１１にはストレ−ト炭素繊維のプリプレグ（樹脂はエポキシ樹脂）１５、１５ａ、１５ｂを３枚巻き付けた。また、補助層９にはストレ−ト炭素繊維のプリプレグ１５ｃを巻き付けた。以上のようにして金属繊維や非金属繊維のプリプレグを芯金に巻き付けた後、加熱して、巻き付けた内外のプリプレグ同士を相互に加熱硬化させて、一体のシャフトにした。そして、冷却後、芯金をシャフトから基部方向に抜き取り、仕上げ後のこのシャフトの質量は１２０．６ｇで、重心位置は先端から全長の４９．４％であり、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は３．７ｋｇｆ・ｍ２であった。なお、ＥＩ値は前記（式１）により算出した。
【００１８】
実施例２
実施例１において、非金属繊維のプリプレグ層８のバイアス層１０とストレ−ト層１１の間に実施例１の金属繊維のプリプレグ１と同じ構造の金属繊維のプリプレグ１ａ（但し、長さは４８０ｍｍ）を巻き付け、金属繊維のプリプレグ層７ａとした。このシャフトの質量は１２０．７ｇで、重心位置は先端から全長の５０．１％であり、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は３．７３ｋｇｆ・ｍ２であった。図６にこのシャフトの先端側断面を、図７に芯金１３を用いた製造方法を、図８に巻き付けるプリプレグの順序を示す。
【００１９】
実施例３
実施例２において、金属繊維のプリプレグ１ａの代わりに金属粉末のプリプレグ４を巻き付けた。この金属粉末のプリプレグ４としては図２において金属粉末５をタングステン粉末に、合成樹脂シ−ト６の樹脂をエポキシ樹脂にし、かつ、表裏の非金属繊維のプリプレグ３をそれぞれ炭素繊維のプリプレグ、ガラス繊維のプリプレグにしたものを用いた。このシャフトの質量は１２０．６ｇで、重心位置は先端から全長の５０．３％であり、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は３．６８ｋｇｆ・ｍ２であった。
【００２０】
実施例４
実施例２において、芯金１３をやや太目のものに変更するとともに、バイアス炭素繊維のプリプレグ１４、１４ａを樹脂量と繊維量とを減らした高弾性のものに変更して、巻き付けを先端部に多く、基部に少なくすることにより実施例２より軽量化した。このシャフトの質量は１０５．７ｇで、重心位置は先端から全長の５０．５％であり、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は３．７４ｋｇｆ・ｍ２であった。
【００２１】
実施例５
実施例４において、バイアス炭素繊維のプリプレグ１４、１４ａを実施例４で使用したものよりさらに軽く、高弾性のものに変更して、巻き付け回数を少なくすることにより実施例４より軽量化した。こうして得られたシャフトは、質量が９６．１ｇで、重心位置は先端から全長の４９．３％であり、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は３．７４ｋｇｆ・ｍ２であった。
【００２２】
比較例１
実施例２において、芯金を軸芯に対するテ−パ−角が先端から基部に至るまで一定なものに変更するとともに、金属繊維のプリプレグ１、１ａも炭素繊維のプリプレグに変更することにより従来の典型的な非金属シャフトとした。このシャフトの質量は１０２．７ｇで、重心位置は先端から全長の５２．８％であり、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は３．１８ｋｇｆ・ｍ２であった。
【００２３】
比較例２
実施例２において、芯金を軸芯に対するテ−パ−角が先端から基部に至るまで一定なものに変更するともに、金属繊維のプリプレグ１、１ａもガラス繊維のプリプレグに変更し、その変更した各プリプレグ１と１ａとを２枚に巻き付けた。このシャフトの質量は１１９．６ｇで、重心位置は先端から全長の４９．８％と先端側に移動していた。そして、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は４．９０ｋｇｆ・ｍ２であった。
【００２４】
比較例３
実施例２において、バイアス炭素繊維のプリプレグ１４、１４ａを矩形に近い形状のものにして、金属繊維のプリプレグ１ａを２枚にし、重心位置を先端側にさらに移動させた。このシャフトの質量は１２３．１ｇで、重心位置は先端から全長の４４．４％であり、先端から２００ｍｍでのＥＩ値は４．０６ｋｇｆ・ｍ２であった。
【００２５】
以上のように作製した実施例１〜５、比較例１〜３のシャフトの性能をまとめて表３に示す。また、これらのシャフトを用いて５番アイアンクラブを作製して、バランスの測定するとともに、以下の条件で実打試験を行った。これらの結果を表４に示す。
（１）使用クラブ
シャフト先端に２４６ｇのヘッドを、基部に４８ｇのグリップをそれぞれ装着し、クラブ長さを３８インチにしたものとした。
（２）バランス
測定は（社）日本ゴルフ用品協会の定めるスウィングバランス測定方法によった。この方法はゴルフクラブの基部側端から１４インチの位置を支点として支承して、クラブを水平に保つのに必要な基部側の重量を算出し、その重量とスウィングバランスのランク（…、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、…）との対照表からスウィングバランスを測定する方法である。スウィングバランスのランクはアルファベット文字、数字が若いほどヘッドが軽く感じられる。
（３）実打
ゴルフ歴が１０年以上で、ハンディキャップ１０以下のプレヤ−を８人選定して、カ−ボンシャフトはブラインドテストを行い、評価項目別に５点法により採点し、その平均値として算出した。
（４）トウダウン
飛行方向の後方から高速ビデオカメラを用い、図１０に示す方法でホゼル端から２００ｍｍの位置の接線Ｓと予めクラブヘッドのバック面に記した基準線ＧＬのなす角度をアドレス時の角度αとインパクト時の角度βを測定し、その差（β−α）をトウダウンとし、その平均値を算出した。
【００２６】
【表３】
0003617797.tif 000005
（注１）外径は先端から２００ｍｍの位置を測定した。
（注２）参考例１、２は市販スチ−ルシャフトである。
【００２７】
【表４】
0003617797.tif 000006
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のゴルフクラブシャフトは、シャフトの全長中間点より先端側の少なくとも一部に金属繊維または金属粉末のプリプレグを巻き付けることにより非金属繊維のプリプレグ中に混入させて、先端から２００ｍｍの位置でのＥＩ値が３.０〜４.５ｋｇｆ・ｍ２、また、その質量が８０〜１３０ｇで、その重心位置が先端から全長の４５〜５１％に相当する距離離れた位置に存在するようにしてあるので、非金属シャフトであっても、上級者の好む金属シャフトの特性を有し、飛距離および方向性が良く、しかも、感触の良いシャフトを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属繊維のプリプレグ断面図である。
【図２】金属粉末のプリプレグ断面図である。
【図３】本発明のゴルフクラブシャフトの第１実施例の縦断面図である。
【図４】芯金にプリプレグを巻き付けて、第１実施例のゴルフクラブシャフトを製造する場合の縦断面図である。
【図５】第１実施例のゴルフクラブシャフトの製造に用いたプリプレグの構成を示すものである。
【図６】本発明のゴルフクラブシャフトの第２実施例縦断面図である。
【図７】芯金にプリプレグを巻き付けて、第２実施例のゴルフクラブシャフトを製造する場合の縦断面図である。
【図８】第２実施例のゴルフクラブシャフトの製造に用いたプリプレグの構成を示すものである。
【図９】ＥＩ値の測定方法を示すものである。
【図１０】ゴルフクラブのトウダウンの測定方法を示すもので、（Ａ）はアドレス時のゴルフクラブ先端側を示し、（Ｂ）はインパクト時のゴルフクラブ先端側を示している。
【符号の説明】
１、１ａ  金属繊維のプリプレグ
２  金属繊維
３  非金属繊維のプリプレグ
４  金属粉末のプリプレグ
５  金属粉末
６  合成樹脂シ−ト
７、７ａ  金属繊維のプリプレグ層
８  非金属繊維のプリプレグ層
９  補助層
１０  バイアス層
１１  ストレ−ト層
１２  窪み
１３  芯金
１４、１４ａ  バイアス炭素繊維のプリプレグ
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  ストレ−ト炭素繊維のプリプレグ
【図１】
0003617797.tif 000008
【図２】
0003617797.tif 000009
【図３】
0003617797.tif 000010
【図４】
0003617797.tif 000011
【図５】
0003617797.tif 000012
【図６】
0003617797.tif 000013
【図７】
0003617797.tif 000014
【図８】
0003617797.tif 000015
【図９】
0003617797.tif 000016
【図１０】
0003617797.tif 000017