(57)【要約】２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層を貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を、袋状の膜材中に入れて密封し、内部を減圧処理した後、袋状の膜材中から取り出し、芯金上に巻きつけることにより、繊維強化プラスチック中間材を成形することを特徴とする繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製管状体の製造方法、並びに長さ７５０〜１５００ｍｍ、捩れ強度が１８００Ｎｍ度以上である複数の繊維強化プラスチック中間材層を有するＦＲＰ製管状体。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層を貼り合わせた貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を、袋状の膜材中に入れて密封し、内部を減圧処理した後、袋状の膜材中から取り出し、芯金上に巻きつけることにより、繊維強化プラスチック中間材を成形することを特徴とする繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項２】
膜材内部を１６０ｍｍＨｇ以下まで減圧する処理を行う請求の範囲第１項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項３】
貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を構成する２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層のうち少なくとも一組の強化繊維の配向方向が、芯金に対してそれぞれ＋１５°〜＋７５°及び−１５°〜−７５°から選ばれる組み合わせである請求の範囲第１項又は第２項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項４】
貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を構成する２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層の強化繊維の配向方向が、いずれも、芯金に対して０°、＋４５°、−４５°、９０°のいずれかから選ばれる請求の範囲第１項又は第２項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項５】
貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を構成する２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層の少なくとも一枚の繊維強化プラスチック中間材層の樹脂含有率が１５〜３３質量％である請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項６】
長さ７５０〜１５００ｍｍ、捩れ強度が１８００Ｎｍ度以上である複数の繊維強化プラスチック中間材層を有する繊維強化プラスチック製管状体。
【請求項７】
請求の範囲第６項記載の繊維強化プラスチック中間材層を有する繊維強化プラスチック製管状体からなるゴルフクラブ用シャフト。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は繊維強化プラスチック製管状体、特にＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの製造方法に関する。
背景技術
ゴルフクラブ用シャフト、釣り竿等、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）製管状体の製造方法としては、シートラッピング法、フィラメントワインディング法などが一般に知られている。
この内、シートラッピング法はＦＲＰ中間材を用いて、複数のＦＲＰ中間材を用意しておき、それらを順に芯金上に捲回したのち加熱して硬化させＦＲＰ製管状体を製造している。
ＦＲＰ製中間材を用いて作成する複数のＦＲＰ中間材のうち、例えば、ＦＲＰ製管状体に捻り剛性を発現させるためには、ＦＲＰ中間材の繊維方向が芯金の軸線に対して±１５°〜±７５°の範囲で配向した正負が逆の一対のＦＲＰ中間材を少なくとも１組用意することが好ましいが、それら一組のＦＲＰ中間材は芯金に巻きつける際には、それらを一体化しておいた方が芯金への捲回作業が簡易化する。そこで、捲回作業の前に一対のＦＲＰ中間材層を貼り合わせて一体化することが一般的に行われている。
そのＦＲＰ中間材層の貼り合わせ方法としては、熱プレス法が一般的である。これは一対のＦＲＰ中間材層を重ね合わせた後、熱プレス機で挟み込んで加熱、加圧することによりＦＲＰ中間材を構成する樹脂材料を軟化させてＦＲＰ中間材層の界面同士を融着させ、さらに加圧によって融着界面に残留した気泡を除去する方法である。
ここで、貼り合わせたＦＲＰ中間材層の界面に気泡を残存させないことが、成型後のＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの積層界面に発生する微小な空隙（ボイド）を抑制するために重要であり、そのために熱プレスの温度、圧力、加圧時間などを制御して最適な条件を設定していた。
しかしながら、従来の熱プレス法によるＦＲＰ中間材層の貼り合わせは、使用するＦＲＰ中間材層の樹脂含有率が３３質量％以上であれば界面の融着と気泡の除去が精度良く実現できたが、樹脂含有率が３３質量％以下、特に２５質量％未満のＦＲＰ中間材層を用いた場合には、界面の融着が十分でないため一体化したＦＲＰ中間材を芯金へ巻き回す際にＦＲＰ中間材層同士の接合が外れたり、融着していても界面に気泡が多量に残存しているため、成型後のＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの積層界面に巨大なボイドが発生したりするなどの不具合が発生していた。
また、これを改善するため熱プレスの条件を従来よりも高温、高圧の設定で実施すると、ＦＲＰ中間材を構成する樹脂材料が流動化し炭素繊維の蛇行や樹脂材料の流出などの問題が発生していた。
ここで、成型されたＦＲＰ製管状体の積層界面へのボイドの多発やＦＲＰ中間材内部の炭素繊維の蛇行は、ＦＲＰ製管状体の捻り強度や曲げ強度など機械的特性の低下を引き起こすことが懸念され、更にＦＲＰ中間材からの樹脂流出は成型されたＦＲＰ製管状体の重量変動を増長させることが懸念される。
上記問題点を解決する方法の一つとして、ラッピングテープによる締め付け条件、例えばテープの締め付け張力やテープ材を選定による方法が考えられるが、ラッピングテープによる締め付けの効果は、外層に近いＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの軸方向に強化繊維が配向した層（以下、ストレート層という。）の層間に残存した気泡の除去に留まり、最内層にあるＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの軸方向に対して±１５°〜±７５°に強化繊維が配向した層（以下、アングル層という。）の層間に残存した気泡の除去には、効果が少ないことを確認している。
発明の開示
上述の課題は、本発明の基本構成である２枚以上の繊維強化プラスチック中間材を貼り合わせた貼り合せ繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）の中間材を、袋状の膜材中に入れて密封し、内部を減圧する処理をした後、袋状の膜材中から取り出し、芯金上に巻きつけることにより、繊維強化プラスチック中間材層を形成する、複数の繊維強化プラスチック中間材層を有する繊維強化プラスチック製管状体の製造方法により克服される。
以下に、本発明の好ましい態様と作用効果について詳細に説明する。
本発明におけるＦＲＰ製管状体の製造方法は、ＦＲＰ中間材層を貼り合せて一度に２層以上のＦＲＰ中間材層を形成する際、重ねあわせたＦＲＰ中間材を袋状の膜材中に挿入した後、内部を減圧する処理を行い、貼り合せ界面に介在する気泡を除去することにより、成型後のＦＲＰ製管状体の積層界面に存在する空隙（ボイド）の存在を抑制する。
本発明のＦＲＰ製管状体の製造方法に用いるＦＲＰ中間材を構成する補強繊維としては、通常ＦＲＰの補強繊維として用いられる繊維であればよく、特に限定しないが、パラ系芳香族ポリアミド、高強度ポリエチレンといった有機系補強繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維といった、無機系繊維、金属系繊維が挙げられる。さらにこれらの繊維を２種以上組み合わせて用いることも可能である。
また、本発明のＦＲＰ製管状体の製造方法に用いるＦＲＰ中間材を構成するマトリックス樹脂としては、通常ＦＲＰのマトリックス樹脂として知られている樹脂であればよく、特に限定しないが、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビスマレイミド樹脂といった熱硬化性樹脂が一般的である。
そしてまた、本発明のＦＲＰ製管状体の製造方法に用いるＦＲＰ中間材は、上記の強化繊維を引き揃え、上記マトリックス樹脂を含浸した、いわゆるプリプレグを用いて形成するのが一般的である。プリプレグの厚み、繊維目付、樹脂含有率等は特に限定しないが、各層の必要な厚み、巻き径から適宜選択できる。
本発明で用いる膜材としては、減圧時に脱気を効率よく行うために、挿入したＦＲＰ中間材と膜材との間に空隙が残らないよう、軟質の樹脂フィルム１を使用することが望ましい。膜材の材質としてはポリ塩化ビニルやナイロンなど軟質性でかつ伸長性があるものが好ましく、また膜材の形態は、図１に示すように、上記軟質樹脂フィルム１で袋体を作成してもよいし、図２に示すように、一方をガラスや硬質樹脂、金属板、又は表面が樹脂コーティングされた合板などで平坦性が維持できる硬質板材５とし、他方を上記軟質樹脂フィルム１で袋状に作成してもよい。膜材には脱気処理を行なうＦＲＰ中間材を出し入れするための挿入口６を一箇所設け、それ以外の周囲は接着剤等で接合して外部と遮断する。挿入口６についても減圧処理を行なうＦＲＰ中間材を挿入した後、接着剤等で密閉することが必要であるが、膜材を繰り返し使用するために接着性が適度に維持でき、且つ着脱可能なシリコンゴム製のコーキング材を使用することが好ましい。
さらに膜材には内部の減圧処理を行なうための脱気口２を少なくとも１箇所設置し、真空ポンプなどの減圧装置に接続するために使用する。脱気口２の近くには減圧状態を監視するために図示せぬ真空計を設置するほうがより好ましい。
上記減圧装置を用いた脱気処理は、貼り合せＦＲＰ中間材を作る際、熱プレス法などによる加熱・加圧による貼り合わせ工程を行った後に実施するが、ヒーターを内蔵した金属板と軟質樹脂フィルムとで膜材を形成し、減圧処理と同時に加熱を行なえば貼り合せＦＲＰ中間材界面の脱気効率はさらに向上する。
減圧は脱気口近くに設置した真空計の指示値がゲージ圧６００ｍｍＨｇ以上、より好ましくは７００ｍｍＨｇ以上に維持したほうが良い。ここで、真空計のゲージ圧は大気圧と内部の圧力との差である。本発明では、膜材内部の圧力を、このゲージ圧から求めることとする。すなわち、真空計の指示値がゲージ圧６００ｍｍＨｇの時の膜材内部の圧力は、７６０ｍｍＨｇ（大気圧）−６００ｍｍＨｇ＝１６０ｍｍＨｇとなる。真空計の指示値がゲージ圧６００ｍｍＨｇ以下であると、脱気効率は極端に低下し減圧処理の効果が得られない。
また、貼り合せるＦＲＰ中間材層の繊維の配向角は、例えば、捩り剛性を高める効果が最も高くなる、正負が逆の＋１５°〜＋７５°と−１５°〜−７５°の組み合わせで使用することが好ましく、ストレート層に周補強層を組み合わせた０°と９０°の組み合わせなど軸線に対して正負対称でない配向角を使用してもかまわない。
また、貼り合わせＦＲＰ中間材に使用するＦＲＰ中間材料は、樹脂含有率が１５〜３３質量％、より好ましくは１５〜２５質量％の材料を使用したとき、減圧処理の効果が発揮される。樹脂含有率が３３質量％以上のＦＲＰ中間材に対しては、従来の熱プレス法によるＦＲＰ中間材層の貼り合せだけで融着及び脱気効果は十分あるため減圧処理を行っても効果は少ない。
膜材を用いた減圧処理を行った貼り合せＦＲＰ中間材を使用して成型されたＦＲＰ製管状体の効果を確認するには、成型品の断面を顕微鏡観察することにより積層界面のボイドの発生状態をもって確認することができる。
積層界面に発生するボイドは、そのサイズや連続状態の程度によって機械的強度に影響を及ぼす可能性があるが、ボイドの単独のサイズは周方向の長さが１ｍｍ以下、連続したボイドの長さが１．５ｍｍ以下であれば、機械的強度が管状体としての必要強度を満たさないレベルまで低下する恐れがあるが、積層界面のボイドのサイズが１ｍｍ〜０．５ｍｍ、連続したボイドの長さが１．５ｍｍ〜１．０ｍｍ以下においても機械的強度に影響を及ぼす可能性があるといわれている。
樹脂含有率が３３質量％以下のＦＲＰ中間材を使用した場合、従来方法では積層界面に機械的強度低下が懸念されるレベルのボイドが発生し、製品の抜き取り検査時に機械的強度のばらつきが大きくなる現象が発生していたが、本発明を適用すると、サイズが０．５ｍｍ以上の単独ボイドの発生が抑制されるのみならず、連続したボイドの発生が相当量減少するため機械的強度の向上と、そのばらつきが安定化することが確認されている。
本発明の上述のＦＲＰ製管状体の製造方法によって、捩れ剛性が高い管状体を得ることができる。捩れ剛性の高さを示す指標の一つとして、管状体が捩り破壊を起こす時の、管状体にかかったトルクと捩れ角度の積で表される捩り強度があるが、一般的なゴルフクラブ用シャフトの長さである７５０ｍｍ〜１５００ｍｍ程度であれば、１８００（Ｎ・ｍ・度）の高い捩り強度がほぼ確実に達成される。
また、樹脂含有率の低いプリプレグを熱プレスのみによって貼り合わせた貼り合せＦＲＰ中間材を用いた場合と比較すると、１０％以上の捩り強度の向上が見られる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の最良の実施形態を実施例に基づいて更に詳細に説明する。
なお、以下の実施例、比較例、参考例にあって、管状体の捻り強度の測定及び膜体の断面観察は次のようにして行った。
（管状体の捻り強度の測定）
捻り強度は管状体がゴルフシャフト用途であることを想定し、カーボン製ゴルフシャフトの静的強度評価基準（製品安全協会策定、ゴルフシャフト用シャフトの認定基準及び基準確認方法（通商産業大臣承認５産第２０８７号  平成５年１０月４日）中のねじり試験）に準拠して測定を行った。
（断面観察）
市販の埋め込み樹脂に埋め込み、切断面を研磨し、反射型光学顕微鏡で観察した。
（実施例１）
樹脂含有率２５質量％の炭素繊維を一方向に引き揃え、エポキシ樹脂組成物を含浸したプリプレグシート（三菱レイヨン株式会社製、ＴＲ３５０Ｃ１２５Ｓ）を使用し、繊維方向が＋４５°及び−４５°の２枚からなるＦＲＰ中間材層を作成した。
＋４５°及び−４５°の２枚のＦＲＰ中間材層に対しては、（株）羽島製のベルト式熱プレスによって設定温度３０℃、ローラー押圧１ｋｇ／ｃｍ２、送り速度５ｍ／分の条件下で通過させ一体化させた後、貼り合せたＦＲＰ中間材をナイロン樹脂製膜材に挿入して挿入口を密閉し脱気を実施した。真空計のゲージ圧は７００ｍｍＨｇで６０分保持し、貼り合わせＦＲＰ中間材を作成した。
その後、芯金上に繊維方向が＋４５°及び−４５°の貼り合わせＦＲＰ中間材層を捲回し、さらにその上から繊維方向が０°の中間材層の順で捲回した後、その上から厚さ０．０３ｍｍ、幅２０ｍｍのポリプロピレン製テープ（三菱レイヨン株式会社製、ミレファン）をテープ張力４．０ｋｇ、ピッチ２．０ｍｍで巻き回しラッピングを実施した。その後、硬化条件１３０℃×２時間で硬化し、硬化後芯金を脱芯、固定用テープを取り外して＃４００砥粒のベルトを取り付けた研磨機で表層を研磨して長さ１１６８ｍｍのＦＲＰ製管状体１０本を得た。
（実施例２）
ＦＲＰ製中間材の一体化を、繊維方向が＋４５°及び−４５°の２枚のＦＲＰ中間材層を突き合わせてアイロンで仮止めしたのち、下部が金属製ホットプレート、上部がポリ塩化ビニル製軟質フィルムで構成された膜材に挿入して挿入口を密閉し脱気を実施した。真空計のゲージ圧は７００ｍｍＨｇでかつ金属製ホットプレートを表面温度４０℃に加温して、６０分保持して行なった他は実施例１と同様にしてＦＲＰ製管状体１０本を得た。
（参考例）
樹脂含有率３５質量％の炭素繊維を一方向に引き揃え、エポキシ樹脂組成物を含浸したプリプレグシート（三菱レイヨン株式会社製、ＴＲ３５０Ｈ１２５Ｓ）を使用し、繊維方向が＋４５°及び−４５°の２枚からなるＦＲＰ中間材層を作成した。
＋４５°及び−４５°の２枚の貼り合わせＦＲＰ中間材層に対しては、熱プレスによって４０℃、押圧４ｋｇ／ｃｍ２の条件下で１２０分保持し、貼り合わせＦＲＰ中間材を作成した。
その後、芯金上に貼り合わせＦＲＰ中間材層捲回し、さらにその上から、繊維方向が０°の中間材層を捲回した後、その上から厚さ０．０３ｍｍ、幅２０ｍｍのポリプロピレン製テープ（三菱レイヨン株式会社製ミレファン）をテープ張力４．０ｋｇでピッチ２．０ｍｍで巻き回しラッピングを実施した。
その後、硬化条件１３０℃×２時間で硬化し、硬化後芯金を脱芯、固定用テープを取り外して＃４００砥粒のベルトを取り付けた研磨機で表層を研磨してＦＲＰ製管状体１０本を得た。
（比較例）
ＦＲＰ製中間材の一体化を熱プレスによって４０℃、押圧４ｋｇ／ｃｍ２の条件下で１２０分保持し保持して行なったほかは、実施例１と同様にしてＦＲＰ製管状体１０本を得た。
【表１】
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実施例１及び２では、試料１０本の捻り強度の平均値は管状体として十分性能を維持できる強度を保有しており、ばらつきの幅も狭く安定性も良好であることが確認された。
このシャフトの断面観察を行ったところ、＋４５°及び−４５°の積層界面におけるボイドは非常に少ないことが確認された。
一方、ＦＲＰ中間材の樹脂含有率が３５質量％を使用した参考例では、試料１０本のねじり強度の平均値及びばらつきの程度は実施例１と同等のレベルであったが、樹脂含有率が２５質量％のＦＲＰ中間材を使用した比較例での測定値は実施例１に比較して平均値が低くまたばらつきの幅も広くなっている傾向が確認された。
参考例及び比較例について断面観察を行ったところ、参考例では、＋４５°及び−４５°の積層界面のボイドの発生は少なかったのに対し、比較例では、同層間のボイドの発生量が多く、又、０．５ｍｍ程度の巨大なボイドや連続したボイドの存在も確認された。なお、参考例は本発明による管状体と同様の強度及びボイド状態の管状体が得られるものの、その製法の工程数が多く、しかも取り扱い上の煩雑性も加わって生産性が極めて低い。
以上説明したとおり本発明によれば、ＦＲＰ中間材を予め貼り合せて一度に２層以上のＦＲＰ層を形成するＦＲＰ中間材を作る際、貼り合せ界面に残存する気泡を減圧処理によって除去できるため、樹脂含有率の低いＦＲＰ中間材料を用いた場合でも積層界面にボイドが少ないＦＲＰ管状体を効率的に成型することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明で膜材として用いる、軟質の樹脂フィルムで作製した軟質樹脂フィルム製の袋体にＦＲＰ中間材を挿入した状態を示す斜視図である。
図２は、本発明で膜材として用いる、平坦性が維持できる硬質板材と軟質樹脂フィルムで作製した袋状膜材にＦＲＰ中間体を挿入した斜視図である。
【図１】
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【図２】
2003078142.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月1日(2004.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化プラスチック製管状体の製造方法、同方法により得られる管状体及びゴルフクラブ用シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブ用シャフト、釣り竿等、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。)製管状体の製造方法としては、シートラッピング法、フィラメントワインディング法などが一般に知られている。
【０００３】
この内、シートラッピング法はＦＲＰ中間材を用いて、複数のＦＲＰ中間材を用意しておき、それらを順に芯金上に捲回したのち加熱して硬化させＦＲＰ製管状体を製造している。
【０００４】
ＦＲＰ製中間材を用いて作成する複数のＦＲＰ中間材のうち、例えば、ＦＲＰ製管状体に捻り剛性を発現させるためには、ＦＲＰ中間材の繊維方向が芯金の軸線に対して±１５°〜±７５°の範囲で配向した正負が逆の一対のＦＲＰ中間材を少なくとも１組用意することが好ましいが、それら一組のＦＲＰ中間材は芯金に巻きつける際には、それらを一体化しておいた方が芯金への捲回作業が簡易化する。そこで、捲回作業の前に一対のＦＲＰ中間材層を貼り合わせて一体化することが一般的に行われている。
【０００５】
そのＦＲＰ中間材層の貼り合わせ方法としては、熱プレス法が一般的である。これは一対のＦＲＰ中間材層を重ね合わせた後、熱プレス機で挟み込んで加熱、加圧することによりＦＲＰ中間材を構成する樹脂材料を軟化させてＦＲＰ中間材層の界面同士を融着させ、さらに加圧によって融着界面に残留した気泡を除去する方法である。
【０００６】
ここで、貼り合わせたＦＲＰ中間材層の界面に気泡を残存させないことが、成型後のＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの積層界面に発生する微小な空隙（ボイド）を抑制するために重要であり、そのために熱プレスの温度、圧力、加圧時間などを制御して最適な条件を設定していた。
【０００７】
しかしながら、従来の熱プレス法によるＦＲＰ中間材層の貼り合わせは、使用するＦＲＰ中間材層の樹脂含有率が３３質量％以上であれば界面の融着と気泡の除去が精度良く実現できたが、樹脂含有率が３３質量％以下、特に２５質量％未満のＦＲＰ中間材層を用いた場合には、界面の融着が十分でないため一体化したＦＲＰ中間材を芯金へ巻き回す際にＦＲＰ中間材層同士の接合が外れたり、融着していても界面に気泡が多量に残存しているため、成型後のＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの積層界面に巨大なボイドが発生したりするなどの不具合が発生していた。
【０００８】
また、これを改善するため熱プレスの条件を従来よりも高温、高圧の設定で実施すると、ＦＲＰ中間材を構成する樹脂材料が流動化し炭素繊維の蛇行や樹脂材料の流出などの問題が発生していた。
【０００９】
ここで、成型されたＦＲＰ製管状体の積層界面へのボイドの多発やＦＲＰ中間材内部の炭素繊維の蛇行は、ＦＲＰ製管状体の捻り強度や曲げ強度など機械的特性の低下を引き起こすことが懸念され、更にＦＲＰ中間材からの樹脂流出は成型されたＦＲＰ製管状体の重量変動を増長させることが懸念される。
【００１０】
上記問題点を解決する方法の一つとして、ラッピングテープによる締め付け条件、例えばテープの締め付け張力やテープ材を選定による方法が考えられるが、ラッピングテープによる締め付けの効果は、外層に近いＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの軸方向に強化繊維が配向した層（以下、ストレート層という。）の層間に残存した気泡の除去に留まり、最内層にあるＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの軸方向に対して±１５°〜±７５°に強化繊維が配向した層（以下、アングル層という。）の層間に残存した気泡の除去には、効果が少ないことを確認している。
【発明の開示】
【００１１】
上述の課題は、本発明の基本構成である２枚以上の繊維強化プラスチック中間材を貼り合わせた貼り合せ繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）の中間材を、袋状の膜材中に入れて密封し、内部を減圧する処理をした後、袋状の膜材中から取り出し、芯金上に巻きつけることにより、繊維強化プラスチック中間材層を形成する、複数の繊維強化プラスチック層を有する繊維強化プラスチック製管状体の製造方法により克服される。
【００１２】
以下に、本発明の好ましい態様と作用効果について詳細に説明する。
本発明におけるＦＲＰ製管状体の製造方法は、ＦＲＰ中間材層を貼り合せて一度に２層以上のＦＲＰ中間材層を形成する際、重ねあわせたＦＲＰ中間材を袋状の膜材中に挿入した後、内部を減圧する処理を行い、貼り合せ界面に介在する気泡を除去することにより、成型後のＦＲＰ製管状体の積層界面に存在する空隙（ボイド）の存在を抑制する。
【００１３】
本発明のＦＲＰ製管状体の製造方法に用いるＦＲＰ中間材を構成する補強繊維としては、通常ＦＲＰの補強繊維として用いられる繊維であればよく、特に限定しないが、パラ系芳香族ポリアミド、高強度ポリエチレンといった有機系補強繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、チラノ繊維といった、無機系繊維、金属系繊維が挙げられる。さらにこれらの繊維を２種以上組み合わせて用いることも可能である。
【００１４】
また、本発明のＦＲＰ製管状体の製造方法に用いるＦＲＰ中間材を構成するマトリックス樹脂としては、通常ＦＲＰのマトリックス樹脂として知られている樹脂であればよく、特に限定しないが、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビスマレイミド樹脂といった熱硬化性樹脂が一般的である。
【００１５】
そしてまた、本発明のＦＲＰ製管状体の製造方法に用いるＦＲＰ中間材は、上記の強化繊維を引き揃え、上記マトリックス樹脂を含浸した、いわゆるプリプレグを用いて形成するのが一般的である。プリプレグの厚み、繊維目付、樹脂含有率等は特に限定しないが、各層の必要な厚み、巻き径から適宜選択できる。
【００１６】
本発明で用いる膜材としては、減圧時に脱気を効率よく行うために、挿入したＦＲＰ中間材と膜材との間に空隙が残らないよう、軟質の樹脂フィルム１を使用することが望ましい。膜材の材質としてはポリ塩化ビニルやナイロンなど軟質性でかつ伸長性があるものが好ましく、また膜材の形態は、図１に示すように、上記軟質樹脂フィルム１で袋体を作成してもよいし、図２に示すように、一方をガラスや硬質樹脂、金属板、又は表面が樹脂コーティングされた合板などで平坦性が維持できる硬質板材５とし、他方を上記軟質樹脂フィルム１で袋状に作成してもよい。膜材には脱気処理を行なうＦＲＰ中間材を出し入れするための挿入口６を一箇所設け、それ以外の周囲は接着剤等で接合して外部と遮断する。挿入口６についても減圧処理を行なうＦＲＰ中間材を挿入した後、接着剤等で密閉することが必要であるが、膜材を繰り返し使用するために接着性が適度に維持でき、且つ着脱可能なシリコンゴム製のコーキング材を使用することが好ましい。
【００１７】
さらに膜材には内部の減圧処理を行なうための脱気口２を少なくとも１箇所設置し、真空ポンプなどの減圧装置に接続するために使用する。脱気口２の近くには減圧状態を監視するために図示せぬ真空計を設置するほうがより好ましい。
【００１８】
上記減圧装置を用いた脱気処理は、貼り合せＦＲＰ中間材を作る際、熱プレス法などによる加熱・加圧による貼り合わせ工程を行った後に実施するが、ヒーターを内蔵した金属板と軟質樹脂フィルムとで膜材を形成し、減圧処理と同時に加熱を行なえば貼り合せＦＲＰ中間材界面の脱気効率はさらに向上する。
【００１９】
減圧は脱気口近くに設置した真空計の指示値がゲージ圧６００ｍｍＨｇ以上、より好ましくは７００ｍｍＨｇ以上に維持したほうが良い。ここで、真空計のゲージ圧は大気圧と内部の圧力との差である。本発明では、膜材内部の圧力を、このゲージ圧から求めることとする。すなわち、真空計の指示値がゲージ圧６００ｍｍＨｇの時の膜材内部の圧力は、７６０ｍｍＨｇ（大気圧）−６００ｍｍＨｇ＝１６０ｍｍＨｇとなる。真空計の指示値がゲージ圧６００ｍｍＨｇ以下であると、脱気効率は極端に低下し減圧処理の効果が得られない。
【００２０】
また、貼り合せるＦＲＰ中間材層の繊維の配向角は、例えば、捩り剛性を高める効果が最も高くなる、正負が逆の＋１５°〜＋７５°と−１５°〜−７５°の組み合わせで使用することが好ましく、ストレート層に周補強層を組み合わせた０°と９０°の組み合わせなど軸線に対して正負対称でない配向角を使用してもかまわない。
【００２１】
また、貼り合わせＦＲＰ中間材に使用するＦＲＰ中間材料は、樹脂含有率が１５〜３３質量％、より好ましくは１５〜２５質量％の材料を使用したとき、減圧処理の効果が発揮される。樹脂含有率が３３質量％以上のＦＲＰ中間材に対しては、従来の熱プレス法によるＦＲＰ中間材層の貼り合せだけで融着及び脱気効果は十分あるため減圧処理を行っても効果は少ない。
【００２２】
膜材を用いた減圧処理を行った貼り合せＦＲＰ中間材を使用して成型されたＦＲＰ製管状体の効果を確認するには、成型品の断面を顕微鏡観察することにより積層界面のボイドの発生状態をもって確認することができる。
【００２３】
積層界面に発生するボイドは、そのサイズや連続状態の程度によって機械的強度に影響を及ぼす可能性があるが、ボイドの単独のサイズは周方向の長さが１ｍｍ以下、連続したボイドの長さが１．５ｍｍ以下であれば、機械的強度が管状体としての必要強度を満たさないレベルまで低下する恐れがあるが、積層界面のボイドのサイズが１ｍｍ〜０．５ｍｍ、連続したボイドの長さが１．５ｍｍ〜１．０ｍｍ以下においても機械的強度に影響を及ぼす可能性があるといわれている。
【００２４】
樹脂含有率が３３質量％以下のＦＲＰ中間材を使用した場合、従来方法では積層界面に機械的強度低下が懸念されるレベルのボイドが発生し、製品の抜き取り検査時に機械的強度のばらつきが大きくなる現象が発生していたが、本発明を適用すると、サイズが０．５ｍｍ以上の単独ボイドの発生が抑制されるのみならず、連続したボイドの発生が相当量減少するため機械的強度の向上と、そのばらつきが安定化することが確認されている。
【００２５】
本発明の上述のＦＲＰ製管状体の製造方法によって、捩れ剛性が高い管状体を得ることができる。捩れ剛性の高さを示す指標の一つとして、管状体が捩り破壊を起こす時の、管状体にかかったトルクと捩れ角度の積で表される捩り強度があるが、一般的なゴルフクラブ用シャフトの長さである７５０ｍｍ〜１５００ｍｍ程度であれば、１８００（Ｎ・ｍ・度）の高い捩り強度がほぼ確実に達成される。
【００２６】
また、樹脂含有率の低いプリプレグを熱プレスのみによって貼り合わせた貼り合せＦＲＰ中間材を用いた場合と比較すると、１０％以上の捩り強度の向上が見られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明で膜材として用いる、軟質の樹脂フィルムで作製した軟質樹脂フィルム製の袋体にＦＲＰ中間材を挿入した状態を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明で膜材として用いる、平坦性が維持できる硬質板材と軟質樹脂フィルムで作製した袋状膜材にＦＲＰ中間体を挿入した斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の最良の実施形態を実施例に基づいて更に詳細に説明する。
なお、以下の実施例、比較例、参考例にあって、管状体の捻り強度の測定及び膜体の断面観察は次のようにして行った。
【００２９】
（管状体の捻り強度の測定）
捻り強度は管状体がゴルフシャフト用途であることを想定し、カーボン製ゴルフシャフトの静的強度評価基準（製品安全協会策定、ゴルフシャフト用シャフトの認定基準及び基準確認方法（通商産業大臣承認５産第２０８７号  平成５年１０月４日）中のねじり試験）に準拠して測定を行った。
【００３０】
（断面観察）
市販の埋め込み樹脂に埋め込み、切断面を研磨し、反射型光学顕微鏡で観察した。
【００３１】
（実施例１）
樹脂含有率２５質量％の炭素繊維を一方向に引き揃え、エポキシ樹脂組成物を含浸したプリプレグシート（三菱レイヨン株式会社製、ＴＲ３５０Ｃ１２５Ｓ) を使用し、繊維方向が＋４５°及び−４５°の２枚からなるＦＲＰ中間材層を作成した。
【００３２】
＋４５°及び−４５°の２枚のＦＲＰ中間材層に対しては、（株）羽島製のベルト式熱プレスによって設定温度３０℃、ローラー押圧１ｋｇ／ｃｍ2 、送り速度５ｍ／分の条件下で通過させ一体化させた後、貼り合せたＦＲＰ中間材をナイロン樹脂製膜材に挿入して挿入口を密閉し脱気を実施した。真空計のゲージ圧は７００ｍｍＨｇで６０分保持し、貼り合わせＦＲＰ中間材を作成した。
【００３３】
その後、芯金上に繊維方向が＋４５°及び−４５°の貼り合わせＦＲＰ中間材層を捲回し、さらにその上から繊維方向が０°の中間材層の順で捲回した後、その上から厚さ０．０３ｍｍ、幅２０ｍｍのポリプロピレン製テープ（三菱レイヨン株式会社製、ミレファン）をテープ張力４．０ｋｇ、ピッチ２．０ｍｍで巻き回しラッピングを実施した。その後、硬化条件１３０℃×２時間で硬化し、硬化後芯金を脱芯、固定用テープを取り外して＃４００砥粒のベルトを取り付けた研磨機で表層を研磨して長さ１１６８ｍｍのＦＲＰ製管状体１０本を得た。
【００３４】
（実施例２）
ＦＲＰ製中間材の一体化を、繊維方向が＋４５°及び−４５°の２枚のＦＲＰ中間材層を突き合わせてアイロンで仮止めしたのち、下部が金属製ホットプレート、上部がポリ塩化ビニル製軟質フィルムで構成された膜材に挿入して挿入口を密閉し脱気を実施した。真空計のゲージ圧は７００ｍｍＨｇでかつ金属製ホットプレートを表面温度４０℃に加温して、６０分保持して行なった他は実施例１と同様にしてＦＲＰ製管状体１０本を得た。
【００３５】
（参考例）
樹脂含有率３５質量％の炭素繊維を一方向に引き揃え、エポキシ樹脂組成物を含浸したプリプレグシート( 三菱レイヨン株式会社製、ＴＲ３５０Ｈ１２５Ｓ) を使用し、繊維方向が＋４５°及び−４５°の２枚からなるＦＲＰ中間材層を作成した。
【００３６】
＋４５°及び−４５°の２枚の貼り合わせＦＲＰ中間材層に対しては、熱プレスによって４０℃、押圧４ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で１２０分保持し、貼り合わせＦＲＰ中間材を作成した。
【００３７】
その後、芯金上に貼り合わせＦＲＰ中間材層捲回し、さらにその上から、繊維方向が０°の中間材層を捲回した後、その上から厚さ０．０３ｍｍ、幅２０ｍｍのポリプロピレン製テープ（三菱レイヨン株式会社製ミレファン）をテープ張力４．０ｋｇでピッチ２．０ｍｍで巻き回しラッピングを実施した。
【００３８】
その後、硬化条件１３０℃×２時間で硬化し、硬化後芯金を脱芯、固定用テープを取り外して＃４００砥粒のベルトを取り付けた研磨機で表層を研磨してＦＲＰ製管状体１０本を得た。
【００３９】
（比較例）
ＦＲＰ製中間材の一体化を熱プレスによって４０℃、押圧４ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で１２０分保持し保持して行なったほかは、実施例１と同様にしてＦＲＰ製管状体１０本を得た。
【００４０】
【表１】
2003078142.tif 000006
【００４１】
実施例１及び２では、試料１０本の捻り強度の平均値は管状体として十分性能を維持できる強度を保有しており、ばらつきの幅も狭く安定性も良好であることが確認された。
【００４２】
このシャフトの断面観察を行ったところ、＋４５°及び−４５°の積層界面におけるボイドは非常に少ないことが確認された。
【００４３】
一方、ＦＲＰ中間材の樹脂含有率が３５質量％を使用した参考例では、試料１０本のねじり強度の平均値及びばらつきの程度は実施例１と同等のレベルであったが、樹脂含有率が２５質量％のＦＲＰ中間材を使用した比較例での測定値は実施例１に比較して平均値が低くまたばらつきの幅も広くなっている傾向が確認された。
【００４４】
参考例及び比較例について断面観察を行ったところ、参考例では、＋４５°及び−４５°の積層界面のボイドの発生は少なかったのに対し、比較例では、同層間のボイドの発生量が多く、又、０．５ｍｍ程度の巨大なボイドや連続したボイドの存在も確認された。なお、参考例は本発明による管状体と同様の強度及びボイド状態の管状体が得られるものの、その製法の工程数が多く、しかも取り扱い上の煩雑性も加わって生産性が極めて低い。
【００４５】
以上説明したとおり本発明によれば、ＦＲＰ中間材を予め貼り合せて一度に２層以上のＦＲＰ層を形成するＦＲＰ中間材を作る際、貼り合せ界面に残存する気泡を減圧処理によって除去できるため、樹脂含有率の低いＦＲＰ中間材料を用いた場合でも積層界面にボイドが少ないＦＲＰ管状体を効率的に成型することが可能になる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層を貼り合わせた貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を、袋状の膜材中に入れて密封し、内部を減圧処理した後、袋状の膜材中から取り出し、芯金上に巻きつけることにより、繊維強化プラスチック中間材を成形することを特徴とする繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項２】
膜材内部を１６０ｍｍＨｇ以下まで減圧する処理を行う請求の範囲第１項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項３】
貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を構成する２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層のうち少なくとも一組の強化繊維の配向方向が、芯金に対してそれぞれ＋１５°〜＋７５°及び−１５°〜−７５°から選ばれる組み合わせである請求の範囲第１項又は第２項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項４】
貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を構成する２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層の強化繊維の配向方向が、いずれも、芯金に対して０°、＋４５°、−４５°、９０°のいずれかから選ばれる請求の範囲第１項又は第２項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項５】
貼り合せ繊維強化プラスチック中間材を構成する２枚以上の繊維強化プラスチック中間材層の少なくとも一枚の繊維強化プラスチック中間材層の樹脂含有率が１５〜３３質量％である請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項記載の繊維強化プラスチック製管状体の製造方法。
【請求項６】
長さ７５０〜１５００ｍｍ、捩れ強度が１８００Ｎｍ度以上である複数の繊維強化プラスチック層を有する繊維強化プラスチック製管状体。
【請求項７】
請求の範囲第６項記載の繊維強化プラスチック層を有する繊維強化プラスチック製管状体からなるゴルフクラブ用シャフト。
【国際調査報告】
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