(57)【要約】【課題】軽量で強度に優れたシャフトの提供。【解決手段】シャフト６は、１つ又は複数の繊維強化樹脂層を有している。少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層が、張力を付加しながら１つ又は複数の繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法により製造されている。上記繊維束は、複数のフィラメントを含んでいる。上記繊維束に付加される上記張力は、フィラメント１本当たり０．０４（ｇｆ）以上である。この張力は大きい。好ましくは、少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層が、複数の上記繊維束を並列させながら同時に巻き付けるマルチフィラメントワインディング法により製造されている。好ましくは、上記フィラメントを構成する繊維が炭素繊維である。好ましくは、上記繊維強化樹脂層に含まれる樹脂組成物がエポキシ樹脂組成物である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数の繊維強化樹脂層を有しており、
少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層が、張力を付加しながら１つ又は複数の繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法により製造されており、
上記繊維束が、複数のフィラメントを含んでおり、
上記繊維束に付加される上記張力が、フィラメント１本当たり０．０４（ｇｆ）以上であるゴルフクラブシャフト。
【請求項２】
少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層が、複数の上記繊維束を並列させながら同時に巻き付けるマルチフィラメントワインディング法により製造されている請求項１に記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項３】
上記マルチフィラメントワインディング法により製造された複数の上記繊維強化樹脂層を有しており、
上記繊維強化樹脂層のそれぞれが、上記複数の繊維束を実質的に隙間がないように並列させて螺旋状に巻きつけることにより形成されている請求項２に記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項４】
上記フィラメントを構成する繊維が炭素繊維である請求項１から３のいずれかに記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項５】
上記繊維強化樹脂層に含まれる樹脂組成物がエポキシ樹脂組成物である請求項１から４のいずれかに記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項６】
上記繊維束が、第１繊維を含む第１繊維束と、第２繊維を含む第２繊維束とを含んでおり、
上記第１繊維の引張弾性率が、上記第２繊維の引張弾性率と相違する請求項１から５のいずれかに記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項７】
１つ又は複数の繊維強化樹脂層を有するゴルフクラブシャフトの製造方法であって、
少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層が、張力を付加しながら１つ又は複数の繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法により形成されており、
上記繊維束が、複数のフィラメントを含んでおり、
上記繊維束に付加される上記張力が、フィラメント１本当たり０．０４（ｇｆ）以上であるゴルフクラブシャフトの製造方法。
【請求項８】
少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層が、複数の上記繊維束を並列させながら同時に巻き付けるマルチフィラメントワインディング法により形成されている請求項７に記載のゴルフクラブシャフトの製造方法。
【請求項９】
上記マルチフィラメントワインディング法により複数の上記繊維強化樹脂層が形成され、
上記繊維強化樹脂層のそれぞれが、上記複数の繊維束を実質的に隙間がないように並列させて螺旋状に巻きつけることにより形成されている請求項８に記載のゴルフクラブシャフトの製造方法。
【請求項１０】
上記フィラメントを構成する繊維が炭素繊維である請求項７から９のいずれかに記載のゴルフクラブシャフトの製造方法。
【請求項１１】
上記繊維強化樹脂層に含まれる樹脂組成物がエポキシ樹脂組成物である請求項７から１０のいずれかに記載のゴルフクラブシャフトの製造方法。
【請求項１２】
上記繊維束が、第１繊維を含む第１繊維束と、第２繊維を含む第２繊維束とを含んでおり、
上記第１繊維の引張弾性率が、上記第２繊維の引張弾性率と相違する請求項７から１１のいずれかに記載のゴルフクラブシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴルフクラブシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブシャフトは、一般に、シートワインディング法で製造されている。他の方法として、１つの繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法が知られている。特開平１０−１１９１３８号公報は、このフィラメントワインディング法により製造された圧力容器を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１９１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シートワインディング法の場合、継ぎ目が必須的に生じる。また、巻き始め端部及び巻き終わり端部が存在する。これらの継ぎ目及び端部は、クラックの起点となりうる。さらに、シートの巻き付け不良等に起因して、皺及び繊維のうねりが生じうる。これらは、シャフトの強度を低下させうる。【０００５】
フィラメントワインディング法では、シートワインディング法における上記欠点が解消されうる。軽量化の観点から、更なる強度の向上が望まれる。【０００６】
本発明者は、フィラメントワインディング法について鋭意検討を行った。その結果、成形品の強度を向上しうる新たな知見を得た。【０００７】
本発明の目的は、フィラメントワインディング法により製造されており、強度に優れたゴルフクラブシャフトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る好ましいゴルフクラブシャフトは、１つ又は複数の繊維強化樹脂層を有している。少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層は、張力を付加しながら１つ又は複数の繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法により製造されている。上記繊維束が、複数のフィラメントを含んでいる。上記繊維束に付加される上記張力は、フィラメント１本当たり０．０４（ｇｆ）以上である。【０００９】
好ましくは、少なくとも１つの上記繊維強化樹脂層が、複数の上記繊維束を並列させながら同時に巻き付けるマルチフィラメントワインディング法により製造されている。【００１０】
好ましくは、このシャフトは、上記マルチフィラメントワインディング法により製造された複数の上記繊維強化樹脂層を有している。好ましくは、上記繊維強化樹脂層のそれぞれが、上記複数の繊維束を実質的に隙間がないように並列させて螺旋状に巻きつけることにより形成されている。【００１１】
好ましくは、上記繊維束を構成する繊維が炭素繊維である。【００１２】
好ましくは、上記繊維強化樹脂層に含まれる樹脂組成物がエポキシ樹脂組成物である。【００１３】
上記繊維束が、第１繊維を含む第１繊維束と、第２繊維を含む第２繊維束とを含んでいてもよい。好ましくは、上記第１繊維の引張弾性率が、上記第２繊維の引張弾性率と相違する。
【発明の効果】
【００１４】
軽量で強度の高いシャフトが得られうる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るシャフトを備えたゴルフクラブを示す。
【図２】図２は、図１の実施形態に係るシャフトの部分断面図である。
【図３】図３は、図１のシャフトの製造に用いられる製造装置の概略を示す斜視図である。
【図４】図４は、３点曲げ強度試験の説明図である。
【図５】図５は、ねじり強度試験の説明図である。
【図６】図６は、減衰比の測定方法の説明図である。
【図７】図７は、減衰比の測定に係る伝達関数のグラフの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１７】
本願において「内側」とは、シャフトの半径方向における内側を意味する。本願において「外側」とは、シャフトの半径方向における外側を意味する。本願において、「軸方向」とは、シャフトの軸方向を意味する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係るゴルフクラブシャフト６を備えたゴルフクラブ２を示す。ゴルフクラブ２は、ヘッド４と、シャフト６と、グリップ８とを備えている。シャフト６の先端部に、ヘッド４が設けられている。シャフト６の後端部に、グリップ８が設けられている。ヘッド４として、ウッド型ゴルフクラブヘッド、ハイブリット型ゴルフクラブヘッド、ユーティリティ型ゴルフクラブヘッド、アイアン型ゴルフクラブヘッド、パターヘッド等が例示される。図１に示されるヘッド４は、ウッド型ゴルフクラブヘッドである。
【００１９】
ヘッド４の材質として、チタン、チタン合金、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ステンレス鋼、マルエージング鋼、軟鉄等が挙げられる。複数の材質が組み合わされてもよい。例えば、ＣＦＲＰとチタン合金とが組み合わせられうる。
【００２０】
シャフト６は、複数の繊維強化樹脂層を備えた積層体である。シャフト６は、管状体である。シャフト６は中空構造を有する。図１が示すように、シャフト６は、チップ端Ｔｐとバット端Ｂｔとを有する。チップ端Ｔｐは、ヘッド４の内部に位置している。バット端Ｂｔは、グリップ８の内部に位置している。
【００２１】
シャフト６は、フィラメントワインディング法によって製造されている。シャフト６は、フィラメントワインディング法と他の製法との組み合わせにより製造されていてもよい。例えば、フィラメントワインディング法とシートワインディング法とが組み合わされてもよい。
【００２２】
フィラメントワインディング法の種類として、ドライ法及びウェット法が知られている。
【００２３】
ウェット法では、繊維束に樹脂組成物を含浸させながら、この繊維束をマンドレルに巻き付ける。このウェット法では、樹脂組成物を含浸させるための樹脂溜めが必要である。上記ウェット法では、樹脂含有量のバラツキが生じやすい。
【００２４】
一方、ドライ法では、トウプレグが用いられる。トウプレグは、予め樹脂組成物が含浸された繊維束である。このトウプレグは、トウプリプレグ、ヤーンプリプレグ又はストランドプリプレグとも称されている。市販されているトウプレグが用いられ得る。
【００２５】
ドライ法では、樹脂溜めが不要であるから、作業効率が高まる。この観点から、ドライ法が好ましい。また、ドライ法は、ウェット法に比較して、樹脂含有量のバラツキが生じにくい。この観点からも、ドライ法が好ましい。即ち、トウプレグを用いるのが好ましい。
【００２６】
通常、このトウプレグは、ボビンに巻き取られた状態で、フィラメントワインディング装置に取り付けられる。マルチフィラメントワインディング法では、例えば、複数のボビンがフィラメントワインディング装置にセットされる。各ボビンから同時に、複数のトウプレグが供給される。
【００２７】
なお、マルチフィラメントワインディング法とは、複数の繊維束を同時に巻き付けるフィラメントワインディング法である。一方、シングルフィラメントワインディング法とは、１つの繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法である。
【００２８】
繊維束は、通常、千本から数万本のフィラメントを有する。繊維束は、繊維糸とも称される。この繊維束として、東レ社製の商品名「トレカ糸」が例示される。なお「トレカ」は登録商標である。好ましい繊維束は、１０００本から７００００本程度のフィラメントの束である。典型的には、繊維束のフィラメント本数として、１０００本（１Ｋ）、３０００本（３Ｋ）、６０００本（６Ｋ）、１２０００本（１２Ｋ）、１８０００本（１８Ｋ）及び２４０００本（２４Ｋ）が挙げられる。
【００２９】
上記樹脂含浸強化繊維は、長繊維を含む。上記フィラメントは、長繊維を意味する。この繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維及び炭化ケイ素繊維が例示される。これらの繊維の２種以上が併用されてもよい。シャフトの強度の観点から、好ましい繊維は、炭素繊維である。
【００３０】
この炭素繊維として、ＰＡＮ系、ピッチ系及びレーヨン系の炭素繊維が例示される。引張強度の観点から、ＰＡＮ系の炭素繊維が好ましい。炭素繊維の形態としては、前駆体繊維に撚りをかけて焼成して得られる炭素繊維（いわゆる有撚糸）、その有撚糸の撚りを解いた炭素繊維（いわゆる解撚糸）、前駆体繊維に実質的に撚りをかけずに熱処理を行う無撚糸などが挙げられる。繊維束の取扱性の観点からは、無撚糸が好ましい。また、炭素繊維は、黒鉛繊維を含んでいてもよい。
【００３１】
成形品の強度及び剛性の観点から、繊維の引張弾性率は、１０ｔ／ｍｍ２以上が好ましく、２３．５ｔ／ｍｍ２以上がより好ましく、７０ｔ／ｍｍ２以下が好ましく、５０ｔ／ｍｍ２以下がより好ましい。この引張弾性率は、ＪＩＳ  Ｒ  ７６０１：１９８６「炭素繊維試験方法」に準拠して測定される。
【００３２】
軽量化と強度とのバランスの観点から、シャフトにおける強化繊維の含有率は、６５質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、８５質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。
【００３３】
上述の通り、繊維束には、樹脂組成物が含浸される。この樹脂組成物として、エポキシ樹脂組成物が好ましい。エポキシ樹脂組成物の基材樹脂は、エポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂成分は、分子内に２個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が好ましい。換言すれば、このエポキシ樹脂成分は、２官能のエポキシ樹脂を含有するのが好ましい。２官能のエポキシ樹脂の具体例として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。ビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独で用いられても良く、２種以上を混合して用いられても良い。
【００３４】
エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有することが好ましい。典型的な硬化剤として、ジシアンジアミドが挙げられる。この硬化剤には、硬化活性を高めるための硬化助剤を組み合わせることができる。硬化助剤としては、尿素に結合する水素の少なくとも１つが、炭化水素基で置換された尿素誘導体が好ましい。エポキシ樹脂組成物は、さらに、オリゴマー、高分子化合物、有機粒子、は無機粒子等を含んでいてもよい。
【００３５】
フィラメントが巻き付けられたマンドレルには、ラッピングテープが巻かれ、加熱される。この加熱により上記樹脂組成物は硬化する。その後、マンドレルが抜き取られ、ラッピングテープが除去される。必要に応じて、表面が研磨される。最終的に、成形品としてのシャフトが得られる。
【００３６】
図２は、シャフト６の一部切欠図である。図２の円内には、拡大されたシャフト断面が示されている。シャフト６は、複数の層を有する。図２の実施形態では、シャフト６は、４つの層を有する。シャフト６は、層Ｓ１、層Ｓ２、層Ｓ３及び層Ｓ４を有する。半径方向内側から順に、層Ｓ１、層Ｓ２、層Ｓ３、層Ｓ４の順で積層されている。層Ｓ１は最内層である。層Ｓ４は最外層である。
【００３７】
シャフトを構成する層として、ストレート層、バイアス層及びフープ層が例示される。好ましくは、シャフト６は、ストレート層及び／又はバイアス層を有する。シャフト６は、更にフープ層を有していてもよい。
【００３８】
ストレート層は、繊維の方向がシャフト軸方向に対して実質的に０°とされた層である。通常、ストレート層では、繊維絶対角度が１０°以下である。繊維絶対角度が１０°以下とは、軸方向に対する繊維の配向角度が−１０°以上１０°以下であることを意味する。
【００３９】
バイアス層は、繊維の向きがシャフト軸方向に対して傾斜した層である。このましくは、バイアス層は、繊維が互いに逆方向に傾斜した２つの層を有する。捻れ剛性の観点から、バイアス層の繊維絶対角度は、好ましくは１５°以上であり、より好ましくは２５°以上であり、更に好ましくは４０°以上である。捻れ剛性及び曲げ剛性の観点から、バイアス層の繊維絶対角度は、好ましくは７５°以下であり、より好ましくは６５°以下であり、より好ましくは５０°以下である。
【００４０】
フープ層は、繊維の方向がシャフト軸方向に対して実質的に９０°とされた層である。好ましくは、フープ層の繊維絶対角度は、８０°以上９０°以下である。
【００４１】
図３は、シャフト６の製造装置１０を示す概略図である。製造装置１０は、フィラメントワインディング装置である。製造装置１０は、複数のボビン１２と、これらのボビン１２を保持するためのボビンキャリア（図示省略）と、ボビン１２から導出された糸１４を巻き付け位置に導く糸ガイド１６とを有する。糸ガイド１６は、パイプである。図示されていないが、更に製造装置１０は、マンドレル１８を駆動するマンドレル駆動部を有している。なお、本実施形態において、糸１４は、トウプレグである。
【００４２】
この製造装置１０は、複数の糸１４を同時に巻き付けることができるマルチフィラメントワインディング装置である。製造装置１０は、複数の糸１４を並列させながら同時に巻き付けることができる。複数の糸１４は、同一の軸方向位置において、同時に巻き付けられる。複数の糸１４のそれぞれは、異なる周方向位置から巻き付けられる。複数の糸１４は、複数の周方向位置から同時に巻き付けられる。
【００４３】
製造装置１０は、複数の繊維束（糸１４）を、実質的に隙間がないように並列させつつ、螺旋状に巻きつけることができる。図３に示されている全ての糸１４が、実質的に隙間がないように並列されつつ、螺旋状に巻きつけられる。
【００４４】
図示されていないが、製造装置１０は、糸１４に作用する張力を調整しうる張力調整機構を有する。この張力調整機構は、張力を一定に保持しつつ、張力を所望の値に調整しうる。この張力調整機構は、通常のフィラメントワインディング法よりも大きな張力を糸１４に付与しうる。
【００４５】
上記マンドレル駆動部は、マンドレル１８を軸回転させながら、マンドレル１８を軸方向に移動させうる。このマンドレル１８の動きに起因して、複数の糸１４がマンドレルに巻き付けられる。
【００４６】
製造装置１０のような装置は、公知である。このような装置の一例は、特開２０１０−２３４５２９号に記載のフィラメントワインディング装置である。図３で示されているのは、特開２０１０−２３４５２９号に開示のフィラメントワインディング装置における、一つのブレイダーユニットに相当する。
【００４７】
前述の特開平１０−１１９１３８号公報では、１つの繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法が示されている。この場合、繊維束の交差に起因するうねりが生じやすい。特開平１０−１１９１３８号公報の図３（ａ）が示すように、巻き付けられた繊維束同士は交差する。この交差部分では、先に巻き付けられた繊維束の上に、後から巻き付けられた繊維束が重なる。後から巻き付けられた繊維束は、先に巻き付けられた繊維束を乗り越えている。先に巻き付けられた繊維束が段差となり、この段差を、後から巻き付けられた繊維束が乗り越えている。このため、後から巻き付けられた繊維束は、半径方向位置が変動し、曲がった状態となる。この曲がりが、上述のうねりである。このうねりは、繊維の配向を乱し、強度及び剛性を低下させうる。また、上記交差部分には、繊維間の空隙が生じる。この空隙には、樹脂だまりが生成される。この樹脂だまりは、成形品の重量を増加させる。この樹脂だまりの重量は、シャフト強度に寄与しない。
【００４８】
本実施形態では、繊維束（トウプレグ）の交差に起因する上記うねりが防止されている。即ち、当該うねりが生じないように、繊維束が巻かれている。具体的には、層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４のそれぞれにおいて、複数の繊維束が、実質的に隙間がないように並列されつつ、螺旋状に巻かれている。「実質的に隙間がない」とは、隙間が０．２ｍｍ以下であることを意味し、より好ましくは、０．１ｍｍ以下、更に好ましくは０．０５ｍｍ以下である。
【００４９】
上記製造装置１０では、複数（Ｎ本）の繊維束が、互いに並列されつつ同時に巻き付けられる。Ｎは、２以上の自然数である。重なりがなく且つ実質的に隙間がないような巻回を達成するため、繊維束の幅Ｗ、上記本数Ｎ及び繊維角度θが考慮される。繊維角度θとは、シャフト（マンドレル）の軸方向に対する角度である。螺旋のピッチＰは、繊維角度θに依存する。好ましくは、同時に巻かれる繊維束の合計幅がこのピッチＰと略同じ幅になるように、繊維束の本数Ｎが決定される。
【００５０】
１本の繊維束の幅がＷとされ、互いに並列されつつ同時に巻き付けられる複数の繊維束の数がＮとされ、螺旋のピッチがＰとされるとき、次の式（１）を満たすように繊維角度θが決定されるのが好ましい。この場合、重なりがなく且つ実質的に隙間がないような巻回が達成されうる。なお、幅Ｗは、巻き付け前の幅ではなく、巻き付け後の幅とされるのが好ましい。
Ｐ  ＝  Ｗ  ×  Ｎ  ・・・  （１）
【００５１】
図２が示すように、本実施形態のシャフト６は、複数（４つ）の層を有する。第１層Ｓ１において、複数のトウプレグは、実質的に隙間がないように並列されつつ、巻回されている。層Ｓ１は、上記複数の繊維束を実質的に隙間がないように並列させて螺旋状に巻きつけることにより形成されている。層Ｓ１の厚みは、トウプレグの厚みに等しい。トウプレグが重なることなく且つ隙間なく並列されることで、一つの層Ｓ１が形成されている。第２層Ｓ２、第３層Ｓ３及び第４層Ｓ４についても同様である。したがって、トウプレグが他のトウプレグを乗り越えるような交差は生じない。このシャフト６では、繊維のうねり及び樹脂だまりが抑制されている。このシャフト６は、軽量で且つ強度に優れる。
【００５２】
シャフト６は、張力を付加しながら繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング法により製造されている。上述の通り、この繊維束は、複数のフィラメントを含む。
【００５３】
本発明者は、上記張力を大きくすることで、最終的に得られる成形品の強度が高まるとの新たな知見を得た。従来、張力が強度と相関しうるとの技術思想は存在していなかった。従来のフィラメントワインディング法では、必要最小限の張力のみが付与されていた。
【００５４】
大きな張力が強度を高める理由は、不明である。推測できる理由は、以下の（ａ）及び（ｂ）である。しかし、これらの理由では、後述される実施例で示された強度向上効果を十分に説明できないと考えられる。
（ａ）高い張力により、繊維（フィラメント）の配向性が高まる。
（ｂ）高い張力により、フィラメントを構成する分子の配向性が高まる。
【００５５】
更に、本発明者は、上記張力を大きくすることで、最終的に得られる成形品の減衰比が高まるとの新たな知見を得た。従来、張力が振動特性と相関しうるとの技術思想は存在していなかった。
【００５６】
大きな張力が減衰比を高める理由は、不明である。上述の（ａ）及び（ｂ）を考慮しても、減衰比が高まる理由とはならないと考えられる。後述の実施例によるデータが示すように、張力によって減衰比が顕著に向上している。
【００５７】
ゴルフクラブシャフトでは、打球時のフィーリングが重要視される。振動減衰性は、このフィーリングとの相関性が高い。高い振動減衰性により、打球時のフィーリングが良好となる。
【００５８】
張力は、フィラメント１本当たりに換算される。例えば、２４Ｋのトウプレグに１０００ｇｆの張力が付加された場合、フィラメント１本当たりの張力は、
１０００／２４０００＝０．０４１７（ｇｆ）
である。
【００５９】
強度を高める観点から、上記フィラメント１本当たりの上記張力は、０．０４（ｇｆ）以上が好ましく、０．１３（ｇｆ）以上がより好ましく、０．３０（ｇｆ）以上がより好ましい。振動減衰性を高める観点からも、この数値範囲が好ましい。繊維の切断を防止する観点から、上記フィラメント１本当たりの上記張力は、１．５（ｇｆ）以下が好ましく、１．０（ｇｆ）以下がより好ましい。
【００６０】
上述の通り、シャフト６は、複数の繊維束を並列させながら同時に巻き付けるマルチフィラメントワインディング法により製造されている。このため、繊維のうねりが抑制され、シャフトの強度が向上しうる。また、並列される繊維束の本数を調整することで、繊維角度θの自由度を高めることができる。
【００６１】
シャフト６では、繊維強化樹脂層のそれぞれにおいて、複数の繊維束が、実質的に隙間がないように並列されつつ、螺旋状に巻かれている。繊維強化樹脂層のそれぞれが、上記複数の繊維束を実質的に隙間がないように並列させて螺旋状に巻きつけることにより形成されている。このため、層が複数であっても、繊維のうねりが抑制されている。
【００６２】
本願に係る製造方法の発明は、フィラメントワインディング法であって、複数の繊維束を、実質的に隙間がないように並列させつつ、螺旋状に巻きつける製造方法である。好ましくは、この製造方法において、フィラメント１本当たり０．０４（ｇｆ）以上の張力が付与されつつ、上記複数の繊維束が巻き付けられる。
【００６３】
上述の通り、巻き付けの際の張力を大きくすることで、最終的に得られる成形品の強度が高まる。加えて、巻き付けの際の張力を大きくすることで、最終的に得られる成形品の減衰比が高まる。張力が大きければよく、巻き付け状態は限定されない。よって例えば、複数の繊維束同士が編まれてもよい。本願に係るシャフトは、繊維束同士が編まれて形成された編物層を有していても良い。公知のブレイダー装置では、繊維束同士を編みながら巻き付けるマルチフィラメントワインディング法が可能である。本発明に係る上記マルチフィラメント法において、繊維束同士が編まれながら巻き付けられてもよい。なお、この編物層は組物層とも称され、この編物層を構成する繊維束のそれぞれが組糸とも称される。
【００６４】
上記編物層は、例えば、軸方向に対する角度が＋θ°である第１の繊維束と、軸方向に対する角度が−θ°である第２の繊維束と、軸方向に対する角度が０°である第３の繊維束とを有する。この編物層では、繊維束同士が編まれているため、繊維束にうねりが生じる。このうねりに伴い、繊維束同士の間に隙間が生じる。更に、複数の編物層が積層される場合、上記うねりに起因して、編物層の層間にも隙間が生ずる。これらの観点から、繊維束同士が編まれていないのが好ましい。うねり及び隙間を抑制して強度を高める観点から、好ましくは、上記実施形態のように、複数の繊維束が並列して巻き付けられているのが好ましい。この観点から、好ましい製造方法は、複数の繊維束を並列させながら同時に巻き付けるマルチフィラメントワインディング法である。
【００６５】
上記フィラメントワインディングにおいて、２種以上の繊維を混在させてもよい。２種以上の繊維を混在させて巻き付けることで、２種以上の繊維が混在した異種混合層が形成される。この異種混合層の物性は、複数の繊維の物性の総合的な値となる。各繊維の物性を変えることで、異種混合層の物性が調整されうる。また、複数の繊維の混合比率を変えることで、異種混合層の物性が調整されうる。したがって、最終的に得られる層の物性が、高い自由度で設定されうる。
【００６６】
物性の自由度を高める観点から、上記繊維束が、第１繊維を含む第１繊維束と、第２繊維を含む第２繊維束とを含んでいるのが好ましい。物性の自由度を高める観点から、上記第１繊維の引張弾性率が、上記第２繊維の引張弾性率と相違するのが好ましい。
【００６７】
第１繊維と第２繊維とが混合された場合、得られる物性は、これらの繊維の物性の平均値となる。この平均値は、混合比率（重量比）が考慮された加重平均値である。３種以上の繊維が混合されてもよい。
【００６８】
例えば、第１繊維の引張弾性率がＥ１とされ、第２繊維に引張弾性率がＥ２とされる。第１繊維と第２繊維とを１：１の重量比で混合した場合、得られる層の全体における繊維の引張弾性率は、（Ｅ１＋Ｅ２）／２である。
【００６９】
マルチフィラメントワインディングは、複数の繊維束を並列させながら同時に巻き付ける製造方法である。よって、異種混合層の形成は容易である。即ち、種類の異なる複数の繊維束を並列させながら同時に巻き付けることで、異種混合層を容易に製造することができる。例えば、第１繊維束と第２繊維束とを並列させながら同時に巻き付ける製造方法が可能である。
【００７０】
前述した製造装置１０（図３）では、複数のボビン１２が用いられている。よって、ボビン１２毎に糸１４の種類を変えることで、異種混合層が容易に製造されうる。
【００７１】
均等な混合の観点から、種類の異なる複数の繊維束を交互に並列させることが可能である。例えば、第１繊維束（第１の糸１４）と第２繊維束（第２の糸１４）とを交互に並列させながら同時に巻き付けることができる。この場合、製造装置１０において、第１繊維束（第１の糸１４）が巻き付けられたボビン１２と、第２繊維束（第２の糸１４）が巻き付けられたボビン１２とが交互に配置されてもよい。
【００７２】
異種混合層の具体例は次の通りである。例えば、上記第１繊維束として引張弾性率が２４ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられ、上記第２繊維束として引張弾性率が４０ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられる。これら第１繊維束と第２繊維束とを１：１の重量比で混合した場合、３２ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を用いた場合と同等の層が得られる。
【００７３】
市販のプリプレグとして、繊維弾性率が２４ｔｆ／ｍｍ２のもの（例えば三菱レイヨン社製の「ＴＲ３５０Ｃ−１００Ｓ」）、繊維弾性率が３０ｔｆ／ｍｍ２のもの（例えば三菱レイヨン社製の「ＭＲＸ３５０Ｃ−１００Ｓ」）、及び、繊維弾性率が４０ｔｆ／ｍｍ２のもの（例えば三菱レイヨン社製の「ＨＲＸ３５０Ｃ−１００Ｓ」）が知られている。しかし、繊維弾性率が３２ｔｆ／ｍｍ２のプリプレグは市販されていない。種類の異なる複数の繊維束を混合することで、市販されていない繊維弾性率に相当する層を形成することができる。加えて、フィラメントワインディング製法により、継ぎ目及び隙間のない層が形成できる。短冊状にカットされたプリプレグを巻き付けるシートワインディング製法と比べて、この継ぎ目及び隙間のない層は強度に優れる。更に、巻き付けの際に高い張力を付加することで、この強度がより一層向上する。
【００７４】
異種混合層の他の具体例は次の通りである。上記第１繊維束として引張弾性率が２４ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられ、上記第２繊維束として引張弾性率が３５ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられる。これら第１繊維束と第２繊維束とを１：１の重量比で混合した場合、２９．５ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を用いた場合と同等の層が得られる。
【００７５】
異種混合層の更に他の具体例は次の通りである。上記第１繊維束として引張弾性率が３０ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられ、上記第２繊維束として引張弾性率が３５ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられる。これら第１繊維束と第２繊維束とを１：１の重量比で混合した場合、３２．５ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を用いた場合と同等の層が得られる。
【００７６】
異種混合層の更に他の具体例は次の通りである。上記第１繊維束として引張弾性率が３５ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられ、上記第２繊維束として引張弾性率が４０ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を含むトウプレグが用いられる。これら第１繊維束と第２繊維束とを１：１の重量比で混合した場合、３７．５ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維を用いた場合と同等の層が得られる。
【００７７】
このように、種類の異なる繊維束を混合することで、物性の自由度が高まる。なお、引張弾性率が２４ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維として、例えば、三菱レイヨン社製の商品名「ＰＹＲＯＦＩＬ  ＴＲ  ３０Ｓ」が挙げられる。引張弾性率が３０ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維として、例えば、三菱レイヨン社製の商品名「ＰＹＲＯＦＩＬ  ＭＲ  ６０Ｈ  ２４Ｐ」が挙げられる。引張弾性率が３５ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維として、例えば、三菱レイヨン社製の商品名「ＰＹＲＯＦＩＬ  ＭＳ  ４０  １２Ｍ」が挙げられる。引張弾性率が４０ｔｆ／ｍｍ２の炭素繊維として、例えば、三菱レイヨン社製の商品名「ＰＹＲＯＦＩＬ  ＨＲ  ４０  １２Ｍ」が挙げられる。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。【００７９】
[評価方法]
シャフトの強度を評価するため、以下の方法で３点曲げ強度及びねじり強度を測定した。また、振動減衰性を評価するため、以下の方法で減衰比を測定した。【００８０】
［３点曲げ強度］
３点曲げ強度は、ＳＧ式３点曲げ強度試験に準拠して行った。ＳＧ式とは、日本の製品安全協会が定める試験方法である。計測装置として、島津製作所社製の島津オートグラフが用いられた。図４は、３点曲げ強度の測定方法を示す。図４が示すように、２つの支持点ｅ１、ｅ２においてシャフト６を下方から支持しつつ、荷重点ｅ３において上方から下方に向かって荷重Ｆを加えた。荷重Ｆは、圧子２２により付加された。圧子２２の先端には、シリコーンラバー２４が装着された。荷重点ｅ３の位置は、支持点ｅ１と支持点ｅ２とを二等分する位置とした。荷重点ｅ３が、測定点である。荷重点ｅ３の移動速度は、２０ｍｍ／ｍｉｎとされた。シャフト６の長手方向中心位置が、測定点とされた。スパンＳは、３００ｍｍとされた。シャフト６が破損したときの荷重Ｆの値（ピーク値）が測定された。この結果が、下記の表１及び表２に示される。【００８１】
［ねじり強度］
図５は、ねじり強度の測定方法の概略を示す。シャフト先端Ｔｐから５０ｍｍまでの部分を第１治具Ｍ１で回転不能に固定し、この第１治具Ｍ１から５００ｍｍを隔てた位置を、第２治具Ｍ２で把持した。この第２治具Ｍ２を２．０ｒｐｍで回転させてシャフト６にトルクＴｒを与えた。破壊が始まったときのトルクＴｒの値を測定した。この結果が、下記の表２に示される。【００８２】
［減衰比（半値幅法）］
図６は、減衰比の測定方法を示す。この測定では、シャフト６のバット側端部に、紐５０が取り付けられる。また、バット端から５５０ｍｍ（チップ端から１０ｍｍ）の地点に、加速度ピックアップ計５２が取り付けられる。紐５０を用いて、シャフト６が吊り下げられる。この吊り下げられた状態で、シャフト６の長手方向における中心付近をインパクトハンマー５４で叩くことで、加振がなされる。伝達関数のピーク（特に一次及び二次のピーク）が大きくなるように、叩く位置が調整される。インパクトハンマー５４に取り付けられたフォースピックアップ計５６により、入力振動Ｆが計測される。また、加速度ピックアップ計５２により、応答振動αが計測される。応答振動αは、アンプ５８を介して、周波数解析装置６２に入力される。入力振動Ｆは、アンプ６０を介して、周波数解析装置６２に入力される。【００８３】
なお、加速度ピックアップ計５２として、ＰＣＢ社製のＭＯＤＥＬ  ３５２Ｃ２２が用いられた。インパクトハンマー５４として、ＰＣＢ社製のＭＯＤＥＬ  ０８６Ｃ０４が用いられた。アンプ５８として、ＰＣＢ社製のＭＯＤＥＬ  ４８２Ａ１８が用いられた。周波数解析装置６２として、ヒューレットパッカード社製のダイナミックシングルアナライザー ＨＰ３５６２Ａが用いられた。【００８４】
解析で得られた周波数領域での伝達関数を求め、シャフト６のピーク周波数ｆ０を得た。図７は、この伝達関数の一例を示すグラフである。このグラフの一次波形を用いて、下式により、一次振動の減衰比（ζ）を求めた。
ζ＝（１／２）×（△ｆ／ｆ０）
Ｔｏ＝Ｔｎ×２１／２
なお、Ｔｎは、伝達関数のピーク値（最大値）であり、Ｔｏは、このＴｎに√２を掛けた値であり、Δｆは、伝達関数がＴｏのときの周波数幅である（図７参照）。二次波形について同様の計算を行い、二次振動の減衰比が算出された。これらの値が下記の表３に示される。【００８５】
［テスト１］（４層構造）
以下のように実施例１及び比較例１を作成して、強度の比較を行った。【００８６】
[実施例１]
上述のシャフト６と同じシャフトが製造された。製造方法及び製造装置は、上述の通りである。製造装置として、村田機械社製の「４８キャリアブレイダー」が用いられた。トウプレグとして、ＪＸ日鉱日石エネルギー社製の「Ｔ８００ＳＣ２４Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０」が用いられた。このトウプレグは、２４Ｋであった。即ち、このトウプレグの繊維束は、２４０００本のフィラメントを含んでいた。【００８７】
積層は４層とされた。全ての層が、フィラメントワインディング法により形成された。積層構成は、以下の通りとされた。全ての層がバイアス層であった。
・第１層Ｓ１：繊維角度θが＋４５°
・第２層Ｓ２：繊維角度θが−４５°
・第３層Ｓ３：繊維角度θが＋４５°
・第４層Ｓ４：繊維角度θが−４５°【００８８】
上記トウプレグが巻き付けられた８個のボビンが用意された。上述の「４８キャリアブレイダー」に、これら８つのボビンが装着された。８本のトウプレグを並列させながら同時にマンドレルに巻き付けた。各トウプレグに付与された張力は、１０００ｇｆであった。よって、フィラメント１本当たりの張力は、０．０４２ｇｆであった。【００８９】
マンドレルの１回目の片道移動で、層Ｓ１が形成された。この形成では、８本のトウプレグ（繊維束）が、実質的に隙間がないように並列されつつ、螺旋状に巻かれた。同様にして、層Ｓ２、層Ｓ３及び層Ｓ４が形成された。マンドレルが軸方向に２度往復移動することで、上記４つの層が順次形成された。その後、ラッピングテープを巻き付け、オーブンにて１３０℃で２時間加熱して、樹脂組成物を硬化させた。マンドレル及びラッピングテープを除去して、実施例１のシャフトを得た。シャフトの長さは４００ｍｍであり、シャフトの重量は２５．５ｇであった。【００９０】
[比較例１]
上記張力が１０００ｇｆから５００ｇｆに変更された他は実施例１と同様にして、比較例１のシャフトを得た。当然ながら、シャフトの長さ及び重量は、実施例１と同じであった。【００９１】
実施例１及び比較例１の評価結果は、下記の表１の通りであった。実施例１の３点曲げ強度は、比較例１よりも１２％高かった。【００９２】
【表１】
2016185889.tif 000003
【００９３】
［テスト２］（７層構造）
以下のように実施例２から４及び比較例２を作成して、強度の比較を行った。【００９４】
[実施例２]
実施例２は、７層構造とされた。全ての層が、フィラメントワインディング法により形成された。積層構成は、以下の通りとされた。
・第１層（最内層）：繊維角度θが＋４５°
・第２層          ：繊維角度θが−４５°
・第３層          ：繊維角度θが０°
・第４層          ：繊維角度θが＋８８°
・第５層          ：繊維角度θが０°
・第６層          ：繊維角度θが−８８°
・第７層（最外層）：繊維角度θが０°【００９５】
各層に用いられたトウプレグは、次の通りであった。「Ｔ８００ＳＣ１２Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０」（ＪＸ日鉱日石エネルギー社製）は、１２Ｋのトウプレグであり、その樹脂含有率は３０質量％であった。「Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０」（ＪＸ日鉱日石エネルギー社製）は、６Ｋのトウプレグであり、その樹脂含有率は３０質量％であった。【００９６】
・第１層（最内層）：Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０
・第２層          ：Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０
・第３層          ：Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０
・第４層          ：Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０
・第５層          ：Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０
・第６層          ：Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０
・第７層（最外層）：Ｔ８００ＳＣ１２Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０【００９７】
製造装置として、村田機械社製の「４８マルチフィラメントワインダー」を用いた。【００９８】
上記トウプレグが巻き付けられた１５個のボビンが用意された。また、テーパーを有するマンドレルが用意された。上述の「４８マルチフィラメントワインダー」に、これら１５のボビンが装着された。第１層（＋４５°）及び第２層（−４５°）の形成では、１５本のトウプレグを並列させながら同時にマンドレルに巻き付けた。この巻き付けにおいて、各トウプレグに付与された張力は、フィラメント１本当たり、０．０４ｇｆであった。第３層から第７層の形成でも、フィラメント１本当たり０．０４ｇｆの張力が付与された。第７層（最外層）の外側にラッピングテープを巻き付け、オーブンにて１３０℃で２時間加熱して、樹脂組成物を硬化させた。マンドレル及びラッピングテープを除去して、実施例２のシャフトを得た。シャフトの長さは６００ｍｍであり、シャフトの重量は２６．３ｇであった。【００９９】
[実施例３]
フィラメント１本当たりの上記張力が０．０４ｇｆから０．１３ｇｆに変更された他は実施例２と同様にして、実施例３のシャフトを得た。実施例３のシャフトの長さ及び重量は、実施例２と同じであった。【０１００】
[実施例４]
フィラメント１本当たりの上記張力が０．０４ｇｆから０．３０ｇｆに変更された他は実施例２と同様にして、実施例４のシャフトを得た。実施例４のシャフトの長さ及び重量は、実施例２と同じであった。【０１０１】
[比較例２]
フィラメント１本当たりの上記張力が０．０４ｇｆから０．０２ｇｆに変更された他は実施例２と同様にして、比較例２のシャフトを得た。比較例２のシャフトの長さ及び重量は、実施例２と同じであった。【０１０２】
実施例２から４及び比較例２のそれぞれについて、３点曲げ強度及びねじり強度を測定した。この結果が下記の表２に示される。【０１０３】
【表２】
2016185889.tif 000004
【０１０４】
実施例２の３点曲げ強度は、比較例２に対して１２％向上していた。実施例２のねじり強度は、比較例２に対して１０％向上していた。【０１０５】
実施例３の３点曲げ強度は、比較例２に対して１６％向上していた。実施例３のねじり強度は、比較例２に対して２０％向上していた。【０１０６】
実施例４の３点曲げ強度は、比較例２に対して２１％向上していた。実施例４のねじり強度は、比較例２に対して２５％向上していた。【０１０７】
［テスト３］（７層構造）
以下のように実施例５及び６及び比較例３を作成して、振動減衰性を比較した。【０１０８】
[実施例５]
実施例５は、７層構造とされた。全ての層が、フィラメントワインディング法により形成された。積層構成は、以下の通りとされた。
・第１層（最内層）：繊維角度θが＋４５°
・第２層          ：繊維角度θが−４５°
・第３層          ：繊維角度θが０°
・第４層          ：繊維角度θが＋８８°
・第５層          ：繊維角度θが０°
・第６層          ：繊維角度θが−８８°
・第７層（最外層）：繊維角度θが０°【０１０９】
全ての層に、「Ｔ８００ＳＣ６Ｋ−ＳＸ３−ＲＣ３０」（ＪＸ日鉱日石エネルギー社製）が用いられた。これは６Ｋのトウプレグであり、その樹脂含有率は３０質量％であった。【０１１０】
製造装置として、村田機械社製の「４８マルチフィラメントワインダー」を用いた。【０１１１】
テーパーを有するマンドレルが用意された。第１層（＋４５°）及び第２層（−４５°）の形成では、上記「４８マルチフィラメントワインダー」に１１個のボビンが装着され、これらのボビンからのトウプレグが巻き付けられた。第３層（０°）形成では、上記「４８マルチフィラメントワインダー」に１８個のボビンが装着され、これらのボビンからトウプレグが巻き付けられた。第４層（＋８８°）の形成では、上記「４８マルチフィラメントワインダー」に１個のボビンが装着され、このボビンからのトウプレグが巻き付けられた。第５層（０°）形成では、上記「４８マルチフィラメントワインダー」に１８個のボビンが装着され、これらのボビンからトウプレグが巻き付けられた。第６層（−８８°）の形成では、上記「４８マルチフィラメントワインダー」に１個のボビンが装着され、このボビンからのトウプレグが巻き付けられた。第７層（０°）形成では、上記「４８マルチフィラメントワインダー」に１８個のボビンが装着され、これらのボビンからトウプレグが巻き付けられた。【０１１２】
第１層（＋４５°）及び第２層（−４５°）の形成では、１１本のトウプレグが並列させながら同時に巻き付けられた。第３層（０°）、第５層（０°）及び第７層（０°）の形成では、１８本のトウプレグが並列させながら同時に巻き付けられた。全ての層の巻き付けにおいて、各トウプレグに付与された張力は、フィラメント１本当たり、０．１３ｇｆであった。【０１１３】
第７層（最外層）の外側にラッピングテープを巻き付け、オーブンにて１３０℃で２時間加熱して、樹脂組成物を硬化させた。マンドレル及びラッピングテープを除去して、実施例５のシャフトを得た。シャフトの長さは６００ｍｍであり、シャフトの重量は２６．３ｇであった。【０１１４】
[実施例６]
フィラメント１本当たりの上記張力が０．１３ｇｆから０．３０ｇｆに変更された他は実施例５と同様にして、実施例６のシャフトを得た。実施例６のシャフトの長さ及び重量は、実施例５と同じであった。【０１１５】
[比較例３]
フィラメント１本当たりの上記張力が０．１３ｇｆから０．０２ｇｆに変更された他は実施例５と同様にして、比較例３のシャフトを得た。比較例３のシャフトの長さ及び重量は、実施例５と同じであった。【０１１６】
実施例５，６及び比較例３のそれぞれについて、一次振動及び二次振動の減衰比を測定した。この結果が下記の表３に示される。【０１１７】
【表３】
2016185889.tif 000005
【０１１８】
実施例５における一次振動の減衰比は、比較例３に対して２．５倍であった。実施例６における一次振動の減衰比は、比較例３に対して５倍であった。【０１１９】
実施例５における二次振動の減衰比は、比較例３に対して２倍であった。実施例６における二次振動の減衰比は、比較例３に対して４倍であった。【０１２０】
これらの結果は、高い張力によりシャフト強度及び振動減衰性が向上することを示している。本発明の優位性は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
以上説明されたシャフトは、あらゆるゴルフクラブに適用されうる。
【符号の説明】
【０１２２】
２・・・ゴルフクラブ
４・・・ヘッド
６・・・シャフト
８・・・グリップ
１０・・・製造装置
１２・・・ボビン
１４・・・糸
１６・・・糸ガイド
１８・・・マンドレル
２２・・・圧子
２４・・・シリコーンラバー
Ｔｐ・・・シャフトのチップ端
Ｂｔ・・・シャフトのバット端
【図１】
2016185889.tif 000006
【図２】
2016185889.tif 000007
【図３】
2016185889.tif 000008
【図４】
2016185889.tif 000009
【図５】
2016185889.tif 000010
【図６】
2016185889.tif 000011
【図７】
2016185889.tif 000012
【国際調査報告】
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2016185889.tif 000014