(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを含むスポーツ用品において、
前記細長いチューブ状シャフトは長さ方向を有し、前記シャフトは多層であり、少なくとも二つの繊維層を含み、これらの繊維層の各々は、前記長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けられて前記細長いチューブ状シャフトを形成し、
前記螺旋状の巻き付けは、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して１０°乃至４５°だけ傾斜する螺旋方向に沿って行なわれ、
各繊維層は、前記長さ方向の±５°内に配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、前記配向構造繊維は前記長さ方向に沿って前記細長いチューブ状シャフトの長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブ状シャフトに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、スポーツ用品。
【請求項２】
各繊維層は前記巻き付け方向に螺旋状に巻き付けられており、各螺旋巻の前記構造繊維は、長さで隣接した螺旋巻の前記構造繊維と少なくとも部分的に重なる、請求項１に記載のスポーツ用品。
【請求項３】
各螺旋巻の前記構造繊維は、長さ方向で隣接した螺旋巻の前記構造繊維の長さと少なくとも部分的に５％乃至９０％重なっている、請求項２に記載のスポーツ用品。
【請求項４】
各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度は、前記シャフトの前記長さに沿って変化する、請求項２又は３に記載のスポーツ用品。
【請求項５】
各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に連続的に増大する、請求項４に記載のスポーツ用品。
【請求項６】
各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項５に記載のスポーツ用品。
【請求項７】
前記螺旋巻の螺旋方向に対して垂直方向の幅は、１０ｍｍ乃至１４０ｍｍである、請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項８】
前記螺旋巻の前記螺旋方向に対して垂直方向の幅は、前記シャフトの前記長さに沿って変化する、請求項７に記載のスポーツ用品。
【請求項９】
前記螺旋巻の前記螺旋方向に対して垂直方向の幅は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に連続的に増大する、請求項８に記載のスポーツ用品。
【請求項１０】
前記螺旋巻の前記螺旋方向に対して垂直方向の幅は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項９に記載のスポーツ用品。
【請求項１１】
前記細長いチューブ状シャフトは、実質的に円錐形の細長い外面及び実質的に円錐形の細長い内面を有する、請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項１２】
前記実質的に円錐形の細長い外面及び前記実質的に円錐形の細長い内面は、前記長さ方向に対して異なるそれぞれの傾斜角度で傾斜している、請求項１１に記載のスポーツ用品。
【請求項１３】
前記実質的に円錐形の細長い外面の前記傾斜角度は、前記実質的に円錐形の細長い内面の傾斜角度よりも小さく、各傾斜角度は、前記長さ方向に対する角度であり、これにより前記細長いチューブ状シャフトの壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの長さに沿って前記円錐形の細長い外面の直径の増大と相まって減少する、請求項１２に記載のスポーツ用品。
【請求項１４】
前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記円錐形の細長い外面の直径の増大に従って実質的に連続的に減少する、請求項１３に記載のスポーツ用品。
【請求項１５】
前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記円錐形の細長い外面の直径の増大に従って実質的に直線的に減少する、請求項１４に記載のスポーツ用品。
【請求項１６】
前記細長いチューブ状シャフトの長さ方向撓み剛性は、前記長さ方向と一致する軸線に対して任意の回転角度で前記長さ方向に対して垂直な計測方向で計測した場合に実質的に均等である、請求項１乃至１５のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項１７】
前記長さ方向撓み剛性の変化は、前記長さ方向と一致する軸線に対して任意の回転角度で前記長さ方向に対して垂直な計測方向で計測した場合、±０．５％よりも小さい、請求項１６に記載のスポーツ用品。
【請求項１８】
前記螺旋巻は、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して１０°乃至３５°、または１５°乃至２５°の角度である前記螺旋方向に沿っている、請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項１９】
前記螺旋方向の角度は、前記チューブ状シャフトの前記長さに沿って一定である、請求項１８に記載のスポーツ用品。
【請求項２０】
前記繊維層のうちの少なくとも二つの繊維層は、逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の巻付け角度で螺旋状に巻き付けられている、請求項１乃至１９のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項２１】
交互の繊維層が逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の螺旋巻角度で、螺旋状に巻き付けられている、請求項２０に記載のスポーツ用品。
【請求項２２】
前記構造繊維は、前記細長いチューブ状シャフトの実質的に前記全長に沿って前記長さに沿って不連続に整合している、請求項１乃至２１のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項２３】
前記長さ方向に沿って整合した前記細長いチューブ状シャフトの前記繊維は全て不連続繊維であり、これらの繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項１乃至２２のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項２４】
前記長さ方向に沿って整合した前記構造繊維は、前記長さ方向に沿って、２０ｍｍ乃至１００ｍｍの所定の長さを有する、請求項１乃至２３のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項２５】
前記細長いチューブ状シャフトの前記構造繊維は全て不連続繊維であり、これらの繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項１乃至２４のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項２６】
前記繊維層の少なくとも二つは、全て繊維層であり、これらの繊維層の各々は、更に、前記長さ方向を中心として螺旋状に巻き付けられた複数の螺旋構造繊維をそれぞれ含み、前記螺旋構造繊維の前記長さ方向の所定の長さは、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さよりも小さく、前記細長いチューブ状シャフトに沿って順次配向された不連続の螺旋構造繊維を形成する、請求項１乃至２５のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項２７】
前記繊維層の少なくとも二つ、前記繊維層の全ての各々が、それぞれ第１及び第２の隣接プライでできており、前記第１プライは、それぞれの繊維層の実質的に長さ方向に配向された構造繊維を含み、前記第２プライは、それぞれの繊維層の螺旋構造繊維を含む、請求項２６に記載のスポーツ用品。
【請求項２８】
前記繊維層の少なくとも二つ、前記繊維層の全ての各々が、それぞれ、前記第１及び第２の隣接プライを含む螺旋状に巻いたテープを含む、請求項２７に記載のスポーツ用品。
【請求項２９】
前記螺旋構造繊維は、前記長さ方向を中心として前記長さ方向に対して＋４５°の角度で螺旋状に巻き付けられている、請求項２６、２７、又は２８に記載のスポーツ用品。
【請求項３０】
前記シャフトは、前記実質的に長さ方向に配向された構造繊維が４０重量％乃至８０重量％、及び前記螺旋構造繊維が２０重量％乃至６０重量％であり、各重量％は、前記構造繊維の総重量に基づく、請求項２６乃至２９のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項３１】
前記細長いチューブ状シャフトの長さは、３００ｍｍ乃至１５００ｍｍである、請求項１乃至３０のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項３２】
前記繊維層は、前記巻き付け方向に５回乃至５０回螺旋状に巻き付けられており、前記細長いチューブ状シャフトを形成する、請求項１乃至３１のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項３３】
前記配向構造繊維は、前記長さ方向の±２°内で配向されるように前記長さ方向に従って実質的に整合している、請求項１乃至３２のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項３４】
前記構造繊維はカーボンファイバを含む、又はカーボンファイバでできている、請求項１乃至３３のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項３５】
前記細長いチューブ状シャフトはゴルフクラブシャフトである、請求項１乃至３４のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項３６】
前記シャフトは実質的に円錐形であり、ハンドル端とヘッド端との間を延び、前記シャフトの直径は、ハンドル端がヘッド端よりも大きい、請求項３５に記載のスポーツ用品。
【請求項３７】
重量が４５ｇ乃至６５ｇであり、前記シャフトを撓ませた後、前記長さ方向と一致する軸線に対して３６０°の角度を中心とした任意の回転角度で、前記長さ方向に対して垂直方向に撓み方向に解放したときの毎分２３０回乃至３００回のサイクルによって定義される可撓性を有する、請求項１乃至３６のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
【請求項３８】
前記可撓性の変化は、前記長さ方向と一致する軸線に対して３６０°の角度を中心とした任意の回転角度で毎分５サイクル以下である、請求項３７に記載のスポーツ用品。
【請求項３９】
前記シャフトは、２°乃至５°のトルクを有し、前記トルクは、前記シャフトの第２端をクランプした状態で前記シャフトの第１端に１．３５５８Ｎｍ（１フットポンド）のトルクを加えることによって計測される、請求項３８に記載のスポーツ用品。
【請求項４０】
繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた、スポーツ用品の製造に適した細長いチューブ状シャフトの製造方法において、
ａ）プレプレグでできた第１繊維層を提供する工程と、
ｂ）前記第１プレプレグ繊維層を、長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブを形成する工程であって、前記螺旋状の巻き付けは、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して１０°乃至４５°だけ傾斜する螺旋方向に沿って行なわれ、前記第１繊維層は、前記長さ方向の±５°内で配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、前記配向構造繊維は、前記長さ方向に沿って前記細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
ｃ）プレプレグでできた第２繊維層を提供する工程と、
ｄ）前記第２繊維層を前記第１繊維層に重ねて前記長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブ状の多層壁を持つ細長いチューブを形成する工程であって、前記螺旋状の巻き付けは、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して１０°乃至４５°だけ傾斜する螺旋方向に沿って行なわれ、前記第２繊維層は、前記長さ方向の±５°内で配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、前記配向構造繊維は、前記長さ方向に沿って前記細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
ｅ）前記細長いチューブを加熱及び／又は加圧し、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを形成する工程とを含む、方法。
【請求項４１】
前記工程ｂ）及びｄ）において、各繊維層において各螺旋巻の構造繊維が長さ方向で隣接した螺旋巻の構造繊維と少なくとも部分的に重なるように、各繊維層が前記巻き付け方向にそれぞれ螺旋状に巻き付けられる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記工程ｂ）及びｄ）において、各繊維層において各螺旋巻の構造繊維が長さ方向で隣接した螺旋巻の構造繊維の長さの５％乃至９０％少なくとも部分的に重なるように、各繊維層が前記巻き付け方向にそれぞれ螺旋状に巻き付けられる、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記工程ｂ）及びｄ）において、各繊維層は、各繊維層において各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度が前記シャフトの前記長さに沿って変化するように前記巻き付け方向にそれぞれ螺旋状に巻き付けられている、請求項４１又は４２に記載の方法。
【請求項４４】
各繊維層において、各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度が、前記シャフトの前記長さに沿って連続的に大幅に増大する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
各繊維層において、各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度が、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記工程ｂ）及びｄ）において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、１０ｍｍ乃至１４０ｍｍである、請求項４０乃至４５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
前記工程ｂ）及びｄ）において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、前記シャフトの前記長さに沿って変化する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記工程ｂ）及びｄ）において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、前記シャフトの前記長さに沿って連続的に大幅に増大する、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記工程ｂ）及びｄ）において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記工程ｅ）は、前記工程ｅ）で形成された前記細長いチューブ状シャフトが細長い実質的に円錐形の外面及び細長い実質的に円錐形の内面を持つように実行される、請求項４１乃至４９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
前記細長い実質的に円錐形の外面及び前記細長い実質的に円錐形の内面は、前記長さ方向に対して様々なそれぞれの傾斜角度で傾斜している、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記細長い実質的に円錐形の外面の前記傾斜角度は、前記細長い実質的に円錐形の内面の前記傾斜角度よりも小さく、各傾斜角度は前記長さ方向に対する角度であり、これによって、前記細長いチューブ状シャフトの壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの長さに沿った前記細長い円錐形の外面の直径の増大と相まって減少する、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記細長い円錐形の外面の直径の増大に従って実質的に連続的に減少する、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記細長い円錐形の外面の直径の増大に従って実質的に直線的に減少する、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記工程ｂ）及びｄ）において、前記螺旋巻は、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して１０°乃至３５°、または１５°乃至２５の角度である前記螺旋方向に沿っている、請求項４０乃至５４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
前記螺旋方向の前記角度は、前記チューブ状シャフトの長さに沿って一定である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記工程ｂ）及びｄ）において、少なくとも二つの繊維層が逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の螺旋巻角度で螺旋状に巻き付けてある、請求項４０乃至５６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
前記工程ｂ）及びｄ）において、交互の繊維層が逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の螺旋巻角度で螺旋状に巻き付けてある、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記工程ｂ）及びｄ）において、前記構造繊維は、前記長さ方向に沿って前記細長いチューブ状シャフトのほぼ全長に沿って不連続に整合している、請求項４０乃至５８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
前記工程ｂ）及びｄ）において、前記長さ方向に沿って整合した前記細長いチューブ状シャフトの前記繊維の全てが不連続繊維であり、これらの不連続繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項４０乃至５９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６１】
前記工程ｂ）及びｄ）において、前記長さ方向に沿って整合した前記構造繊維の長さは、前記長さ方向に沿って２０ｍｍ乃至１００ｍｍの所定の長さを有する、請求項４０乃至６０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
前記工程ｂ）及びｄ）において、前記細長いチューブ状シャフトの前記構造繊維は不連続繊維でありこれらの不連続繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項４０乃至６１のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６３】
前記工程ｂ）及びｄ）において、少なくとも二つの繊維層、任意には全ての繊維層の各々は、更に、前記長さ方向を中心として螺旋状に巻き付けた螺旋構造繊維をそれぞれ含み、前記螺旋構造繊維は、長さ方向で、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブ状シャフトに沿って順次配向された不連続の螺旋構造繊維を形成する、請求項４０乃至６２のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
前記工程ｂ）及びｄ）において、少なくとも二つの繊維層、全ての繊維層はそれぞれプレプレグで形成されており、各プレプレグは、第１及び第２の隣接プライをそれぞれ含み、前記第１プライは、前記それぞれの繊維層の前記実質的に長さ方向に配向された構造繊維でできており、前記第２プライは、前記それぞれの繊維層の前記螺旋構造繊維でできている、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記工程ｂ）及びｄ）において、少なくとも二つの繊維層、全ての繊維層の各々は、それぞれ、前記第１及び第２の隣接プライを形成する螺旋状に巻き付けたプレプレグテープでできている、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記工程ｂ）及びｄ）において、前記螺旋構造繊維は、前記長さ方向を中心として、前記長さ方向に対して±４５°の角度で螺旋状に巻き付けられている、請求項６３、６４、及び６５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
前記工程ｂ）及びｄ）は、細長いチューブ状多層壁の４０重量％乃至８０重量％が実質的に長さ方向に配向された構造繊維でできており、２０重量％乃至６０重量％が前記螺旋構造繊維でできているように行われ、各重量％は、前記構造繊維の総重量に基づく、請求項６３乃至６６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
前記工程ｂ）及びｄ）は、細長いチューブ状多層壁が３００ｍｍ乃至１５００ｍｍの所定長さを持つように行われる、請求項４０乃至６７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６９】
前記工程ｂ）及びｄ）の各々は、それぞれの繊維層が前記巻き付け方向を中心として５回乃至５０回螺旋状に巻き付けられている、請求項４０乃至６８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７０】
前記工程ｂ）及びｄ）において、前記配向構造繊維は、前記長さ方向の±２°内で配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合している、請求項４０乃至６９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを含むスポーツ用品に関する。本発明は、更に、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、複合材料チューブは、プレプレグ材料を金属製マンドレルに重ねて巻き付けた後、圧縮システムでこの複合構造に圧力を加え、熱硬化性樹脂マトリックス及び／又は熱可塑性樹脂マトリックスを団結し、マンドレルを製品から取り外す方法によって製造される。プレプレグ材料は、熱硬化性樹脂マトリックス及び／又は熱可塑性樹脂マトリックス及び繊維強化材の組み合わせである。プレプレグ材料の繊維は、互いに平行に延びる連続繊維である。プレフォームは、一方向テープの個々の層を積み重ねることによって形成される。一方向テープは、任意であるが、様々な種類の繊維、様々な樹脂マトリックス、及び／又は様々なプライ重量で形成されている。プレフォーム層は様々な方向に延びる繊維を含む。
【０００３】
複合チューブにその使用で特定的な負荷が加わった場合の複合チューブの性能を向上するため、プレフォームの強化繊維の主部は、チューブの性能を向上するために配向されていなければならない。しかしながら、現存の製造方法は、こうした結果を、高レベルの品質で、チューブの均質性に悪影響を及ぼすことなく得ることができない。詳細には、このような複合チューブは、一般的には、ロール巻き付けプロセスによって製造される。ロール巻き付けは、チューブと同じ長さ及びマンドレルに巻き付ける所定の巻回数と対応する幅を持つプレフォーム又は個々のプレプレグ材料層を巻き付けることによって行われる。かくして、プレフォーム又は層の各巻き付けの開始及び終了では、チューブで欠陥が生じる。更に、このロール巻き付けプロセスは、必要な総厚を得るのに幾つかの工程を必要とし、チューブの品質は作業員の技量と経験で決まる。
【０００４】
ゴルフクラブシャフト、釣り竿、ラケット、等のスポーツ用品を繊維強化樹脂マトリックス複合材料、特にカーボンファイバ複合材料から製造することが周知である。しかしながら、カーボンファイバ複合材料製の細長いチューブ状シャフトには、性質が、特に壁厚が不均等であり、そのため、シャフトの軸線を中心とした様々な回転配向で撓み力が加えられた場合にシャフトに沿った撓み剛性の望ましからぬ変化という問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、公知のシャフトのこの問題を少なくとも部分的に解決し、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを持つ改良スポーツ用品を提供し、高度に同心の壁構造を持ち、シャフトの軸線を中心とした壁厚が均等に制御された、シャフトの軸線を中心とした繊維の整合が正確に制御されたチューブ状シャフトを提供することによって、細長いチューブ状シャフトが一定の撓み特性を示す製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを含むスポーツ用品において、細長いチューブ状シャフトは長さ方向を有し、シャフトは多層であり、少なくとも二つの繊維層を含み、これらの繊維層の各々は、長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けられて細長いチューブ状シャフトを形成し、各繊維層は、長さ方向の±１０°内に配向されるように長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、配向構造繊維は長さ方向に沿って細長いチューブ状シャフトの長さよりも小さい所定の長さを有し、細長いチューブ状シャフトに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、スポーツ用品を提供する。
【０００７】
スポーツ用品の好ましい特徴は、従属項２乃至４０に記載されている。
【０００８】
本発明は、更に、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた、スポーツ用品の製造に適した細長いチューブ状シャフトの製造方法において、
ａ）プレプレグでできた第１繊維層を提供する工程と、
ｂ）第１プレプレグ繊維層を、長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブを形成する工程であって、第１繊維層は、長さ方向の±１０°内で配向されるように長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、配向構造繊維は、長さ方向に沿って細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
ｃ）プレプレグでできた第２繊維層を提供する工程と、
ｄ）第２繊維層を第１繊維層に重ねて長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブ状の多層壁を持つ細長いチューブを形成する工程であって、第２繊維層は、長さ方向の±１０°内で配向されるように長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、配向構造繊維は、長さ方向に沿って細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
ｅ）細長いチューブを加熱及び／又は加圧し、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを形成する工程とを含む、方法を提供する。
【０００９】
方法の好ましい特徴は、従属項４２乃至７１に記載されている。
【００１０】
本発明の好ましい実施例は、スパインがない対称なシャフトを提供するためカーボンプライが高度に同心の、スポーツ用品で使用するための細長いチューブ状シャフトを提供できる。シャフトは、繊維が高度に整合しているため、及びシャフトの周囲の厚さが均等であるため、撓み挙動及びトルク挙動が高度に均質である。カーボンファイバは、シャフトに沿って長さ方向で整合しており、撓み剛性を提供するが、長さ方向で整合したカーボンファイバが不連続繊維であるため、即ち繊維層を螺旋状に巻き付けて中空のチューブ状シャフトを形成するため、シャフトの周囲の撓み剛性が高度に均等であり、シャフトの周囲の回転均質性を低下することなく、撓み剛性をシャフトの長さに沿って正確に且つ予測通りに変化させることができる。シャフトの周囲の壁厚を高度に均等にしつつシャフトを完全な細長い円錐形形状にするため、巻き付け角度を制御できる。これにより、シャフトの長さ方向軸線を中心とした様々な回転角度で、例えばシャフトを中心とした角度３６０°の範囲内で計測した任意の角度で±０．５°よりも小さい変化で試験した場合、高度に均等な長さ方向撓み剛性を提供できる。シャフトに沿った剛性を変化するため、巻回部の重なりを容易に制御できる。更に、不連続な長さ方向繊維構造により、巻付け角度及び／又は重なりを制御することにより、シャフトの両端の比較的厚い積層体から比較的薄い積層体まで、非常に滑らかな壁厚移行部を提供できる。壁厚の変化がこのように滑らかであることは、ゴルフクラブシャフトで、シャフトに沿って及びシャフトの周囲で均等で予測どおりの機械的特性を提供するために特に望ましい。長さ方向及び螺旋状の構造繊維は、シャフトの捩じり剛性を制御する二軸繊維構造をシャフトに沿って提供する。
【００１１】
本発明のスポーツ用品の細長いチューブ状シャフトを製造する方法により、実行方向に配向された一方向繊維の比率が、前記実行方向に対して斜め方向に配向された一方向繊維の比率よりも高いように、多数のプレプレグ材料層を同時に付けることができる。更に、本発明の方法により、巻きの隣接した巻回部間の重なり、非重なり、又は隙間を制御でき、かくしてチューブの品質を向上する。更に、この方法により、製造費を抑えることができる。
【００１２】
更に、この方法により、互いに順次配置された様々なマンドレルでチューブを連続的に製造でき、これにより製造速度を向上する。
【００１３】
この方法でプレフォームを巻き付けることにより、均質性を向上し、厚いチューブの品質の向上を容易にするため、プレフォームの張力を制御する。
【００１４】
最後に、この方法は、テーパした及び／又は任意の形状の断面のチューブの場合、プレフォームをチューブに２回付けた後、プレフォームの形状及び／又はプレフォームを付ける角度を調節することにより繊維の配向を更に良好に制御できるため、チューブの性質に一貫性を与える。
【００１５】
本発明のこの他の特徴及び利点は、添付図面に示す本発明の幾つかの実施例の詳細な説明から更に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施例のスポーツ用品の製造に使用するのに適したプレフォームの概略図である。
【図２】図２ａ及び図２ｂは、本発明の一実施例のスポーツ用品の製造に使用するのに適した装置を示す概略図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するため、突き合わせ接合したチューブのプレフォーム構成を示す、図２ｂと同様の図である。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するため、重ねプレフォーム構成を示す、図３ａと同様の図である。
【図３ｃ】図３ｃは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するため、チューブの間隔が隔てられたプレフォーム構成を示す、図３ａと同様の図である。
【図４】図４ａ及び図４ｂは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するのに適した変形例の装置を示す図である。
【図５】図５ａ、図５ｂ及び図５ｃは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するのに適した別の変形例の装置を示す概略構造図である。
【図６】図６ａ及び図６ｂは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するために形成できるチューブの幾つかの特定の例を示す図である。
【図７】図７ａ及び図７ｂは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するために形成できるチューブの幾つかの特定の例を示す図である。
【図８】図８ａ及び図８ｂは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するために形成できるチューブの幾つかの特定の例を示す図である。
【図９】図９ａ及び図９ｂは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するために形成できるチューブの幾つかの特定の例を示す図である。
【図１０】図１０ａ、図１０ｂ、図１０ｃ、及び図１０ｄは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造する方法の幾つかの連続した工程を示す図である。
【図１０】図１０ａ、図１０ｂ、図１０ｃ、及び図１０ｄは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造する方法の幾つかの連続した工程を示す図である。
【図１１】図１１は、ゴルフクラブシャフト等のスポーツ用品の細長いチューブ状シャフトを構成する、本発明の一実施例に従って製造した複合チューブの側面図である。
【図１２】図１２は、図１１の細長いチューブ状シャフトの壁部分の拡大断面図である。
【図１３】図１３は、図１１の細長いチューブ状シャフトの別の断面図である。
【図１４】図１４は、図１１の細長いチューブ状シャフトの繊維層を形成するプレフォームテープの分解斜視図である。
【図１５】図１５は、図１１の細長いチューブ状シャフトを組み込んだゴルフクラブの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造する方法で使用するのに適した例示の三層プリフォーム１０を示す。このプリフォーム１０は、第１プライ１２、第２プライ１４、及び第３プライ１６を含み、これらの第１プライ、第２プライ、及び第３プライの各々は、熱硬化性及び／又は熱可塑性樹脂マトリックス及び繊維を含む。図示の実施例では、第１プライ１２の繊維は０°方向に配向されている。第２プライ１４の繊維は４５°方向に配向されている。第３プライ１６の繊維は９０°方向に配向されている。更に、各プライは、それ自体のプライ厚及び機械的特性を有する。この例では、第１及び第３プライのプライ厚は、第２プライのプライ厚よりも小さい。
【００１８】
図１のプリフォームの例示の実施例は三層プリフォームであり、図１乃至図１０は、三層プリフォームを使用した細長いチューブの形成を説明するが、本発明の他の実施例は、チューブ状シャフトを以下に説明するように形成する上で二層プリフォームを使用する。ゴルフクラブシャフト等のスポーツ用品を製造するためのプリフォームの好ましい実施例は二層プリフォームであり、シャフトは、二枚の二層プリフォームの積層体でできており、四プライ多層構造を形成する。図１４のプレプレグテープの形態の二層プリフォームでは、プリフォームテープを参照して以下に説明するように、第１プライ２０６が、第１方向に配向された平行に配向された繊維１０４を含み、以下に説明するように螺旋状に巻き付けられた後、シャフトに沿って実質的に長さ方向に配向される。隣接した第２プライ２０８は、第２方向に配向された平行に配向された繊維２０４を含み、以下に説明するように螺旋状に巻き付けられた後、シャフトの周囲を螺旋状に配向される。
【００１９】
図２ａ及び図２ｂは、本発明の一実施例による方法の連続した巻き付け工程の一例を示す。先ず最初にプリフォーム１０を、チューブ状マンドレル２０に、第３プライ１６が前記マンドレル２０に向かって配向され、第１プライ１２の方向Ｄがマンドレルの軸線Ｘに関して角度αをなすように巻き付ける。この角度は、この例では、実質的に−４５°に等しい。かくして形成された第２層１４の一方向繊維は前記軸線方向Ｘと実質的に整合する。マンドレル２０は、有利には、自体の軸線Ｘを中心として回転してもよい。プリフォーム１０は、有利には、マンドレル２０に螺旋状に巻き付けられてもよい。マンドレル２０の周囲のプリフォームの各巻回部は重なっていてもよく、同じプリフォームの別の巻回部によって部分的に覆われていてもよく、又は隣接した巻回部と接近していてもよく、又は隣接した巻回部から隙間によって離間されていてもよい。プリフォーム１０を、マンドレル２０の左端２１にほぼ達するまで、方向Ｄ１に移動する。その後、プライ１２を４５°に配向するため、プリフォーム１０を裏返し又は交換する。プリフォーム１０をマンドレル２０にその左端２１から右端２３まで螺旋状に巻き付けることができるように、プリフォーム１０を横方向逆方向に移動する。この巻付け作業中、第１プライ１２がマンドレル２０に付けられ、前記第１プライの方向Ｄがマンドレル２０の軸線Ｘに関して角度αをなし、プリフォーム１０の一つのプライの繊維の配向によりチューブの特定の性能を向上できる。図示の実施例では、角度αは、実質的に＋４５°に等しい。このように形成すると、第２層１４の繊維は前記軸線方向Ｘと実質的に整合し、かくして長さ方向荷重が加わった場合のチューブの性能を向上する。これと同時に、又はその後、圧縮圧力を加えるプラスチックストリップ１１を付ける。次いで、プリフォーム１０によって形成された構造を樹脂マトリックス網状組織で団結する。
【００２０】
本発明の一実施例のスポーツ用品を製造する方法は、上文中に詳述した実施例に限定されない。詳細には、本発明の別の実施例（図示せず）において、マンドレルは円錐形であってもよく、及び／又は少なくとも部分的に一部が円環体を形成していてもよく、及び／又は非円形断面を備えていてもよい。更に、プリフォームは別の設計であってもよい。詳細には、マンドレルが円錐形である場合、プリフォームがマンドレルの小径の端部に向かって移動するに従って複合構造の壁厚の増大に繋がる巻回部の重なりの増大を回避しようとする場合、又は長さに沿って角度が変化するチューブが所望である場合、有利には、台形又はテーパ状のプリフォームを使用してもよい。マンドレル周囲のプリフォームの巻回数は一回よりも多くてもよい。更に、前記プリフォームのプライの数は３枚又はそれ以上であってもよく、プリフォームの主方向に対する前記プライの繊維の配向は、複合構造の性能を改善するのに適した任意の角度であってもよい。いずれにせよ、本発明の方法のパラメータは、複合構造の主な性能に有利な方向の一方向繊維の割合が、前記方向に対して斜め方向に配向された一方向繊維の割合よりも大きい繊維強化複合構造を形成するように選択されなければならない。
【００２１】
図３ａに示すように、プリフォーム１０は、有利には、マンドレル２０の周囲のプリフォーム１０の各巻回部が、同じプリフォームの別の隣接した巻回部と接近するようにマンドレル２０に巻き付けられてもよい。
【００２２】
別の態様では、図３ｂに示すように、プリフォーム１０は、マンドレル２０の周囲のプリフォーム１０の各巻回部が、同じプリフォームの別の巻回部を少なくとも部分的に覆い及び／又はこれによって少なくとも部分的に覆われるようにマンドレル２０に巻き付けられてもよい。更に、プリフォーム１０は、マンドレル２０の周囲のプリフォーム１０の各巻回部が、図３ｃに示すように、同じプリフォームの別の巻回部から離間されるようにマンドレル２０に巻き付けられてもよい。
【００２３】
図４ａ及び図４ｂは、変形例の装置による、マンドレル２０へのプリフォーム１０の正螺旋巻き及び逆螺旋巻きを示す。この作業には、マンドレル２０を回転せずに軸線方向Ｄ１に変位すると同時に、プリフォーム１０が巻き出されるロール２２を前記軸線方向を中心として時計回り方向に回転する工程が含まれる。ロール２２は、前記マンドレル軸線上に中心を持つ円形ガイド２４に沿って移動し、かくしてテープ１０がマンドレル２０の左端領域Ｒ１からその右端領域Ｒ２まで螺旋状に巻き付けられる。左から右へのこのパス中、ロール２２は、円形ガイド２４が画成する平面Ｐに対して角度βで配向されており、そのため、方向Ｄ１に関して角度αで螺旋巻が行われる。右から左へのパスと対応する第２工程では、円形ガイド２４に対するロール２２の配向を、平面Ｐに対して角度−βであるように変える。継いで、マンドレル２０をＤ１とは逆の方向Ｄ２に移動すると同時に、ロール２２の時計回り方向回転を維持する。かくして、軸線方向に関して−αの角度で逆螺旋巻が行われる。
【００２４】
図５ａ、図５ｂ、及び図５ｃは、二枚のプリフォーム１０ａ、１０ｂ、及び圧縮テープ１１をマンドレル２０に巻き付けることができる別の変形例の装置を示す。この例では、マンドレル２０は、軸線方向Ｄ２に沿った変位中にマンドレル２０を案内するようになった幾つかのフォーク状エレメント２５によって支持されている。この装置は、プリフォーム１０ａが巻き付けられたロール２２ａ、プリフォーム１０ｂが巻き付けられたロール２２ｂ、圧縮テープ１１が巻き付けられたロール２２ｃをそれぞれ有し、前記ロール２２ａは円形ガイド２４ａに沿って反時計回り方向に移動し、前記ロール２２ｂは円形ガイド２４ｂに沿って時計回り方向に移動し、前記ロール２２ｃは円形ガイド２４ｂに沿って時計回り方向又は反時計回り方向に移動する。各円形ガイドは、マンドレルの軸線に対して垂直な所定位置に固定される。この変形例では、多数のマンドレルが互いに順次並ぶように配置される。次いで、各部品の製造間で停止することなく、マンドレルに次々に連続的に巻き付けられ、かくして製造速度を向上する。
【００２５】
図６ａ、図７ａ、図８ａ、及び図９ａは、本発明の一実施例のスポーツ用品を製造するために作成された複合チューブの幾つかの例を例示する。これらの例は、いかなる意味でも本発明を限定するものであると解釈されるべきではない。
【００２６】
図６ａに示す例では、マンドレル１００は、図６ｂに示すプリフォーム１１０の複数の巻回部を支持する。このプリフォーム１１０は三枚のプライを含み、第１プライではプリフォーム１１０によって定められた長さ方向Ｄに対して繊維が０°で配向されており、第２プライでは前記長さ方向Ｄに対して繊維が−４５°で配向されており、第３プライでは前記長さ方向Ｄに対して繊維が−９０°で配向されている。プリフォーム１１０は、その長さ方向Ｄがマンドレル１００によって定められた軸線方向Ｘに対して４５°で配向されるようにマンドレル１００に巻き付けられる。従って、第２プライの繊維は、軸線方向Ｘと平行であり、第１及び第３のプライの繊維は、前記軸線方向Ｘに対してそれぞれ４５°及び−４５°で配向される。このように形成されているため、プリフォーム１１０を巻き付けることによって形成されたチューブは、曲げや捩じり荷重が加わる場合の性能が向上する。曲げ性能と捩じり性能との間の比は、各プライの厚さ及び性質で決まる。
【００２７】
図７ａに示す例では、マンドレル２００は、図７ｂに示すプリフォーム２１０の複数の巻回部を支持する。このプリフォーム２１０は二枚のプライを含み、第１プライではプリフォーム２１０によって定められた長さ方向Ｄに対して繊維が４５°で配向されており、第２プライでは前記長さ方向Ｄに対して繊維が−４５°で配向されている。プリフォーム２１０は、その長さ方向Ｄがマンドレル２００によって定められた軸線方向Ｘに対して４５°で配向されるようにマンドレル２００に巻き付けられる。従って、第２プライの繊維は、軸線方向Ｘと平行であり、第１プライの繊維は、前記軸線方向Ｘに対して９０°で配向される。このように形成されているため、プリフォーム２１０を巻き付けることによって形成されたチューブは、曲げ荷重や半径方向圧縮荷重が加わる場合の性能が向上する。
【００２８】
図８ａに示す例では、マンドレル３００は、図８ｂに示すプリフォーム３１０の複数の巻回部を支持する。このプリフォーム１０は二枚のプライを含み、第１プライではプリフォーム３１０によって定められた長さ方向Ｄに対して繊維が５°で配向されており、第２プライでは前記長さ方向Ｄに対して繊維が−８５°で配向されている。プリフォーム３１０は、その長さ方向Ｄがマンドレル３００によって定められた軸線方向Ｘに対して８５°で配向されるようにマンドレル３００に巻き付けられる。従って、第２プライの繊維は、軸線方向Ｘと平行であり、第１プライの繊維は、前記軸線方向Ｘに対して９０°で配向される。このように形成されているため、プリフォーム３１０を巻き付けることによって形成されたチューブは、内部圧力荷重が加わる場合の性能が向上する。
【００２９】
図９ａに示す例では、マンドレル４００は、図９ｂに示すプリフォーム４１０の複数の巻回部を支持する。このプリフォーム４１０は二枚のプライを含み、第１プライではプリフォーム１０によって定められた長さ方向Ｄに対して繊維が０°で配向されており、第２プライでは前記長さ方向Ｄに対して繊維が９０°で配向されている。プリフォーム４１０は、その長さ方向Ｄがマンドレル４００によって定められた軸線方向Ｘに対して4 ５°で配向されるようにマンドレル４００に巻き付けられる。従って、第１及び第２のプライの繊維は、前記軸線方向Ｘに対してそれぞれ４５°及び−４５°で配向される。このように形成されているため、プリフォーム４１０を巻き付けることによって形成されたチューブは、捩じり荷重が加わる場合の性能が向上する。
【００３０】
図１０ａ、図１０ｂ、図１０ｃ、及び図１０ｄは、ドーナツ形複合チューブを製造しなければならない場合の本発明の一実施例のスポーツ用品を製造する方法の幾つかの連続した工程を例示する。
【００３１】
図１０ａに示す第１工程は、マンドレル５００の周囲をプラスチック製又はシリコーン製のブラダーで部分的に覆う工程を含む。
【００３２】
図１０ｂに示す第２工程は、上文中に説明したように覆われたマンドレルにプリフォーム５１０を螺旋状に巻き付ける工程を含む。
【００３３】
図１０ｃに示す第３工程は、ブラダー５０１に巻き付けたプリフォーム５１０によって形成された組をマンドレル５００から分離する工程を含む。
【００３４】
図１０ｄに示す第４工程は、前記ブラダー−プリフォーム組を湾曲させて賦形した後、前記組を団結前に閉じた金型に位置決めする工程を示す。団結中、ブラダー内部に圧力を加え、プリフォームを金型の内壁に押し付ける。
【００３５】
プリフォームがブラダーに螺旋状に巻き付けられるため、プリフォームの湾曲中にプリフォームに応力が加わったり折り目が付くことがない。これは、プリフォームの様々な部分が互いの上で摺動するためである。
【００３６】
上述の任意の実施例に従って製造された複合チューブは、幾つかの実施例において、好ましくはカーボンファイバを含む繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを持つスポーツ用品を構成する。詳細には、スポーツ用品は、ゴルフクラブ用のシャフトであってもよい。
【００３７】
このようなゴルフクラブ用のシャフトの特定的実施例を、図１１乃至図１５を参照して以下に説明する。
【００３８】
例示の明瞭化を図る目的で縮尺が等しくなく、幅及び厚さを誇張した図１１乃至図１３を参照すると、細長いチューブ状シャフト１００は長さ方向Ｌを有し、シャフトは少なくとも二つの繊維層１０２、１０３を含む。各繊維層は、長さ方向Ｌに沿って延びる巻き付け方向Ｗを中心として螺旋状に巻き付けてあり、細長い多層チューブ状シャフトを形成する。図１１では、外繊維層１０２が太線で示してあり、外繊維層１０２と隣接しており且つ外繊維層１０２によって覆われた内繊維層１０３が破線によって仮想線で示してある。各繊維層は、プレプレグ、特に繊維、例えば熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂等の樹脂を含浸したカーボンファイバを含む。繊維の寸法及びプレプレグ内の繊維の充填量は、当業者に周知のように任意の適当な値であってもよい。このようなカーボンファイバ／エポキシ樹脂プレプレグは当該技術分野で周知であり、様々な異なる製造者から商業的に入手可能である。
【００３９】
各繊維層１０２、１０３は、長さ方向Ｌの±１０°内に配向されるように長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維１０４を含む。代表的には、配向構造繊維１０４は、長さ方向Ｌの±５°内、任意であるが±２°内で配向されるように長さ方向Ｌに沿って実質的に整合している。
【００４０】
シャフト１００は、巻き付け方向Ｗを中心として螺旋状に巻き付けて細長い多層チューブ状シャフトを形成する複数の繊維層１０２、１０３を含む。この実施例では、少なくとも二枚の繊維層１０２、１０３が、任意であるが等しく且つ逆の螺旋巻角度α及びα’の両回転螺旋方向Ｈ、Ｈ’で螺旋状に巻き付けてある。代表的には、交互の繊維層１０２、１０３が、任意であるが等しく且つ逆の螺旋巻角度α及びα’の両回転螺旋方向Ｈ、Ｈ’で螺旋状に巻き付けてある。
【００４１】
螺旋巻は、長さ方向Ｌに対して垂直な平面に対して５°乃至４５°、任意には１０°乃至３５°、更に任意には１５°乃至２５°、もっと任意には２０°の角度をなす螺旋方向Ｈ、Ｈ’に沿って行われる。代表的には、螺旋方向Ｈ、Ｈ’の角度は、細長いチューブ状シャフトの長さに沿って一定である。
【００４２】
繊維層１０２、１０３又はこれらの繊維層の各々は、長さ方向Ｌに沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維１０４を含む。配向構造繊維１０４の長さ方向に沿った長さはｄであり、これは細長いチューブ状シャフト１００の長さＤよりも小さく、これによって、細長いチューブ状シャフト１００に沿って順次配向された不連続構造繊維１０４を形成する。代表的には、細長いチューブ状シャフト１００の長さＤは、３００ｍｍ乃至１５００ｍｍである。
【００４３】
好ましい実施例では、構造繊維１０４は、細長いチューブ状シャフト１００の実質的に全長Ｄに沿った長さ方向Ｌに沿って不連続に整合している。好ましくは、長さ方向Ｌに沿って整合した、細長いチューブ状シャフト１００の全ての繊維１０４は、各々が細長いチューブ状シャフト１００のほんの一部に沿って延びる不連続繊維１０４である。代表的には、長さ方向Ｌに沿った構造繊維１０４の長さｄは、２０ｍｍ乃至１００ｍｍである。構造繊維１０４は、細長いチューブ状シャフト１００の実質的に全長Ｄに沿った長さ方向Ｌに沿って不連続に整合している。
【００４４】
好ましい実施例では、細長いチューブ状シャフト１００の全ての構造繊維１０４は不連続繊維であり、各々が細長いチューブ状シャフト１００のほんの一部に沿ってそれぞれ延びている。
【００４５】
少なくとも二枚の繊維層１０２、１０３、任意には全ての繊維層の各々は、更に、図１２に示す複数の螺旋状構造繊維２０４を含む。これらの繊維は、長さ方向Ｌに沿って螺旋状に巻かれている。螺旋状構造繊維２０４の長さ方向Ｌでの長さは、細長いチューブ状シャフト１００の長さよりも小さく、細長いチューブ状シャフト１００に沿って順次配向された不連続な螺旋状構造繊維２０４を形成する。
【００４６】
代表的には、図１２及び図１４に示すように、繊維層１０２、１０３の各々は、第１及び第２の隣接したプライ２０６、２０８をそれぞれ含む。第１プライ２０６は、それぞれの繊維層１０２、１０３の実質的に長さ方向に配向された構造繊維１０４を含み、第２プライ２０８は、それぞれの繊維層１０２、１０３の螺旋状構造繊維２０４を含む。これらの隣接した第１及び第２のプライ２０６、２０８は、図１４に示すプリフォームテープ２０７に含まれる。
【００４７】
繊維層１０２、１０３の各々は、代表的には、図１４に平らな形態で示す第１及び第２の隣接したプライ２０６、２０８を含む螺旋状に巻き付けた多層テープ２０７をそれぞれ含む。
【００４８】
他の実施例では、繊維層が二つ以上あり、これらの繊維層の各々が、第１及び第２の隣接したプライ２０６、２０８を含む螺旋状に巻き付けたテープをそれぞれ含む。更に代表的には、螺旋構造繊維２０４を、長さ方向Ｌに対して４５°の角度で長さ方向Ｌに螺旋状に巻き付ける。
【００４９】
好ましくは、シャフト１００の４０重量％乃至８０重量％が長さ方向に配向された構造繊維１０４でできており、２０重量％乃至６０重量％が螺旋構造繊維２０４でできており、更に好ましくは、長さ方向Ｌに対して±４５°の角度で長さ方向Ｌに螺旋状に巻き付けた螺旋構造繊維２０４の各々の重量％は、構造繊維１０４、２０４の総重量に基づく。
【００５０】
好ましい実施例では、細長いチューブ状シャフト１００は、逆の回転方向に螺旋状に順次巻き付けた複数の繊維層１０２、１０３から形成された第１及び第２の偶数のプライ２０６、２０８を含む。例えば、細長いチューブ状シャフト１００は、逆の回転方向に螺旋状に巻き付けた二つの繊維層１０２、１０３を含む。上文中に交互の螺旋巻角度を使用してもよいと説明したが、これにより、代表的には、続いて巻き付けられるプライの長さ方向に対する配向が０°、＋４５°、０°、−４５°の多層構造が形成される。
【００５１】
代表的には、少なくとも一つの繊維層１０２、１０３を、巻き付け方向Ｗを中心として５回乃至５０回螺旋状に巻き付け、細長いチューブ状シャフト１００を形成する。
【００５２】
繊維層１０２、１０３は巻き付け方向Ｗを中心として螺旋状に巻き付けられ、そのため、図１２に示すように、それぞれの繊維層１０２、１０３の各螺旋巻１０６の構造繊維１０４は、長さ方向で隣接した螺旋巻１０６’の構造繊維１０４と少なくとも部分的に重なる。代表的には、各螺旋巻１０６の構造繊維１０４は、長さ方向で隣接した螺旋巻１０６’の構造繊維の長さｄの５％乃至９０％、少なくとも部分的に重なる。
【００５３】
各螺旋巻１０６の構造繊維１０４間の重なりの程度は、シャフトの長さに沿って変化してもよい。代表的には、各螺旋巻１０６の構造繊維１０４間の重なりの程度は、シャフト１００の長さＤに沿って連続的に大きく増大する。各螺旋巻１０６の構造繊維１０４間の重なりの程度は、シャフト１００の長さＤに沿って実質的に直線的に増大してもよい。シャフト１００が実質的に円錐形である場合、以下に更に詳細に説明するように、重なりの程度は、円錐形シャフト１００の直径の増大に従って大幅に増大する。
【００５４】
代表的には、螺旋巻１０６は、螺旋方向Ｈに対して垂直方向の幅が１０ｍｍ乃至１４０ｍｍ、任意には１５ｍｍ乃至５０ｍｍ、更に任意には２５ｍｍ乃至３５ｍｍであり、更に任意には約３０ｍｍである。この幅は、テープをマンドレルに螺旋状に巻き付けて繊維層を形成する上文中に説明した製造プロセス中に対応するテープ幅を使用することによって提供される。螺旋方向Ｈに対して垂直方向の螺旋巻１０６の幅は、シャフト１００の長さＤに沿って変化してもよい。
【００５５】
巻き付けて螺旋巻１０６を形成する前のテープＤを示す図１４に示すように、代表的には、螺旋方向Ｈに対して垂直な螺旋巻１０６の幅は、シャフト１００の長さＤに沿って実質的に連続して、任意であるが直線的に増大する。これは、テープ２０７の幅を変えることによって行われる。シャフト１００が円錐形である場合には、以下に詳細に説明するように、テープ２０７の幅及び従って螺旋巻１０６の幅は円錐形シャフト１００の直径の増大に従って増大する。
【００５６】
シャフト１００の幅寸法が明瞭に図示する目的で誇張してある図１３に概略に示すように、細長いチューブ状シャフト１００は、好ましくは、細長い実質的に円錐形の外面１０８及び細長い実質的に円錐形の内面１１０を有し、これらの実質的に円錐形の表面１０８、１１０の各々は、任意であるが順次螺旋巻１０６により形成された一連の隣接した円錐曲線を含む。細長い実質的に円錐形の外面１０８及び細長い実質的に円錐形の内面１１０は、長さ方向Ｌに対してそれぞれ異なる傾斜角度β及びδで傾斜している。細長い円錐形の外面１０８の傾斜角度βは、細長い円錐形の内面１１０の傾斜角度δよりも小さい。各傾斜角度β、δは、長さ方向Ｌに対する角度である。
【００５７】
従って、細長いチューブ状シャフト１００の壁厚Ｔは、細長い円錐形の外面１０８の直径が細長いチューブ状シャフト１００の長さに沿って増大するのと相まって減少する。代表的には、細長いチューブ状シャフト１００の壁厚Ｔは、細長い円錐形の外面１０８の直径が細長いチューブ状シャフト１００の長さに沿って増大するのに従って実質的に連続的に、好ましくは、実質的に直線的に減少する。
【００５８】
シャフト１００を形成する繊維層１０２、１０３が高度に均等に巻き付けられた形状をしているため、細長いチューブ状シャフト１００の長さ方向撓み剛性は、長さ方向Ｌと一致する軸線に対して任意の回転角度で長さ方向Ｌに対して垂直な計測方向で計測した場合に実質的に均等である。代表的には、長さ方向撓み剛性の変化は、長さ方向Ｌと一致する軸線に対して任意の回転角度で長さ方向Ｌに対して垂直な計測方向で計測した場合、±０．５％よりも小さい。
【００５９】
細長いチューブ状シャフト１００の重量は、代表的には、４５ｇ乃至６５ｇである。更に、シャフト１００を撓ませた後に長さ方向Ｌと一致する軸線に対して約３６０°の任意の回転角度で長さ方向Ｌに対して垂直な撓み方向に解放した場合の細長いチューブ状シャフト１００の可撓性は、代表的には、毎分２３０サイクル乃至３００サイクルの周波数で定義される。好ましくは、可撓性の変化は、長さ方向Ｌと一致する軸線に対して約３６０°の任意の回転角度で、毎分５サイクルを越えない。代表的には、シャフト１００には２°乃至５°のトルクが加わる。このトルクは、シャフトの第２端（代表的には、太い端部）をクランプした状態でシャフトの第１端（代表的には細いチップ）でシャフトに１．３５５８Ｎｍ（１フィートポンド）のトルクを加えることによって計測される。
【００６０】
上文中に説明したように、本発明の特に好ましい特徴では、細長いチューブ状シャフト１００は、図１５に示すようにゴルフクラブシャフト１２０である。代表的には、ゴルフクラブシャフト１２０は円錐形であり、ハンドル端１２２とヘッド端１２４との間を延びており、シャフト１２０の直径はハンドル端１２２がヘッド端１２４よりも大きい。追加として、又は変形例として、シャフト１２０の壁厚は、ハンドル端１２２の方がヘッド端１２４よりも大きい。
【符号の説明】
【００６１】
１０  三層プリフォーム
１２  第１プライ
１４  第２プライ
１６  第３プライ１６
２０  チューブ状マンドレル
１０４  第１方向に配向された繊維
２０４  第２方向に配向された繊維
２０６  第１プライ
２０８  第２プライ
【図１】
0006559796.tif 000002
【図２ａ】
0006559796.tif 000003
【図２ｂ】
0006559796.tif 000004
【図３ａ】
0006559796.tif 000005
【図３ｂ】
0006559796.tif 000006
【図３ｃ】
0006559796.tif 000007
【図４ａ】
0006559796.tif 000008
【図４ｂ】
0006559796.tif 000009
【図５ａ】
0006559796.tif 000010
【図５ｂ】
0006559796.tif 000011
【図５ｃ】
0006559796.tif 000012
【図６ａ】
0006559796.tif 000013
【図６ｂ】
0006559796.tif 000014
【図７ａ】
0006559796.tif 000015
【図７ｂ】
0006559796.tif 000016
【図８ａ】
0006559796.tif 000017
【図８ｂ】
0006559796.tif 000018
【図９ａ】
0006559796.tif 000019
【図９ｂ】
0006559796.tif 000020
【図１０ａ】
0006559796.tif 000021
【図１０ｂ】
0006559796.tif 000022
【図１０ｃ】
0006559796.tif 000023
【図１０ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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