(57)【要約】【課題】フープ層用プリプレグを巻回する際における巻き始め端部の跳ね上がりを抑制するとともに、長さ方向に反りや曲がりの少ない繊維強化樹脂製管状体を製造する。【解決手段】マンドレル１０の軸方向にプラスの角度に強化繊維が配向したプラス層用プリプレグ１１と、マイナスに配向したマイナス層用プリプレグ１２と、約９０°に配向したフープ層用プリプレグ１３とを積層して、プリプレグ積層体１４Ａを調製し、これをマンドレル１０に巻回する。この際、例えば、プリプレグ積層体１４Ａをマンドレル１０に巻回した際には、プラス層用プリプレグ１１が最外層となるように積層する。また、マイナス層用プリプレグ１２とフープ層用プリプレグ１３の各巻き始め端部１２ａ、１３ａが、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａよりも後方に位置し、かつ、互いにずれるように配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、
マンドレルの軸方向に対する強化繊維の配向角度が＋３０°〜＋８０°のプラス層用プリプレグと、−３０°〜−８０°のマイナス層用プリプレグと、＋８５〜＋９０°または−８５°〜−９０°のフープ層用プリプレグとを積層し、プリプレグ積層体を調製する予備ラミネート工程と、
前記プリプレグ積層体を前記マンドレルに巻回する巻回工程とを有し、
前記プリプレグ積層体は、該プリプレグ積層体を前記マンドレルに巻回した際に、前記プラス層用プリプレグおよび前記マイナス層用プリプレグのうちの一方のプリプレグが最外層となるように積層されているとともに、他方のプリプレグと前記フープ層用プリプレグの各巻き始め端部が、前記一方のプリプレグの巻き始め端部よりも後方に位置し、かつ、一致しないように配置されていることを特徴とする繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
【請求項２】
前記プリプレグ積層体は、下記式（１）を満足するように積層されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法。。
０．２５Ｌ１＜Ｌ２＜０．７５Ｌ１・・・（１）
（ただし、Ｌ１は前記一方の巻き始め端部から他方の巻き始め端部までの距離、Ｌ２は前記一方の巻き始め端部からフープ層用プリプレグの巻き始め端部までの距離を示す。）
【請求項３】
前記管状体がゴルフクラブシャフトであることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばゴルフクラブシャフト、バドミントンラケット、釣り竿、スキーストックなどに使用される繊維強化樹脂製管状体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばゴルフクラブシャフト（以下、単にシャフトという場合もある。）には、軽量であるとともに、良好な打感が得られることなどから、繊維強化樹脂製管状体が広く使用されている。
このようなシャフトの製造方法としては、エポキシ樹脂などの未硬化のマトリクス樹脂を炭素繊維などの強化繊維に含浸したシート状のプリプレグを用意し、このプリプレグを棒状のマンドレル（心棒）に巻回した後、硬化させ、マンドレルを抜き取る、いわゆるシートラップ法が知られている。
【０００３】
シートラップ法では、プリプレグとして、面積や含有する強化繊維の向きが異なる複数種のものを用意し、これらを１枚ずつ順次マンドレルに巻回し、多層構造のシャフトを製造することが一般的である。
具体的には、例えば特許文献１の図４〜５などに示されているように、まず、マンドレルの軸方向（長手方向）に対する強化繊維の引き揃え方向が＋４５°程度であるプラス層用プリプレグと−４５°程度であるマイナス層用プリプレグとの２層からなるバイアス層用プリプレグを巻回してバイアス層（内層）を形成する。ついで、マンドレルの長手方向にほぼ沿う方向に強化繊維が引き揃えられたストレート層用プリプレグを巻回してストレート層（外層）を形成する。また、特許文献２の図２〜５などに示されているように、これらの層に加えて、シャフトに潰れ強度や曲げ強度を付与するために、強化繊維がマンドレルの軸方向に対してほぼ垂直となるように引き揃えられたフープ層用プリプレグを巻回し、フープ層を形成することもある。
【特許文献１】特開平０６−２３０７６号公報
【特許文献２】特開平０９−２６６９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フープ層用プリプレグに含まれる強化繊維の向きはマンドレルの軸方向にほぼ垂直であるため、フープ層用プリプレグをマンドレルに巻回した場合には、強化繊維が反発して、フープ層用プリプレグの巻き始め端部がマンドレルの外周面に密着せずに跳ね上がってしまい、良好に巻回できないという問題があった。
また、このように複数種のプリプレグを巻回して、多層構造のシャフトを製造する方法においては、長さ方向に反りや曲がりの少ないシャフトを製造することも重要な課題の１つであった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、フープ層用プリプレグを巻回する際における巻き始め端部の跳ね上がりを抑制するとともに、長さ方向に反りや曲がりの少ない繊維強化樹脂製管状体を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の繊維強化樹脂製管状体の製造方法は、強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、マンドレルの軸方向に対する強化繊維の配向角度が＋３０°〜＋８０°のプラス層用プリプレグと、−３０°〜−８０°のマイナス層用プリプレグと、＋８５〜＋９０°または−８５°〜−９０°のフープ層用プリプレグとを積層し、プリプレグ積層体を調製する予備ラミネート工程と、前記プリプレグ積層体を前記マンドレルに巻回する巻回工程とを有し、前記プリプレグ積層体は、該プリプレグ積層体を前記マンドレルに巻回した際に、前記プラス層用プリプレグおよび前記マイナス層用プリプレグのうちの一方のプリプレグが最外層となるように積層されているとともに、他方のプリプレグと前記フープ層用プリプレグの各巻き始め端部が、前記一方のプリプレグの巻き始め端部よりも後方に位置し、かつ、一致しないように配置されていることを特徴とする。
前記プリプレグ積層体は、各プリプレグが下記式（１）を満足するように配置されていることが好ましい。
０．２５Ｌ１＜Ｌ２＜０．７５Ｌ１・・・（１）
（ただし、Ｌ１は前記一方の巻き始め端部から他方の巻き始め端部までの距離、Ｌ２は前記一方の巻き始め端部からフープ層用プリプレグの巻き始め端部までの距離を示す。）
前記管状体としては、ゴルフクラブシャフトが好ましく例示できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フープ層用プリプレグを巻回する際における巻き始め端部の跳ね上がりを抑制できるともに、長さ方向に反りや曲がりの少ない繊維強化樹脂製管状体を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、繊維強化樹脂製管状体としてゴルフクラブシャフトを製造する場合について実施形態例を挙げて、本発明の製造方法を詳細に説明する。
【０００９】
［第１実施形態例］
本実施形態例で製造されるゴルフクラブシャフトは、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂製管状体からなり、シャフトの全長を構成するバイアス層と、同じくシャフトの全長を構成するフープ層とを少なくとも有して構成されるものである。
バイアス層とは、主にシャフトにつぶし強度、捻り強度などを付与するためのものであって、シャフトの軸方向に対する強化繊維の角度（以下、配向角度という。）が＋３０°〜＋８０°とされたプラス層と−３０°〜−８０°とされたマイナス層とが組み合わされた層である。フープ層とは、主にシャフトに潰れ強度や曲げ強度などを付与するためのものであって、強化繊維の配向角度が＋８５°〜＋９０°または−８５°〜−９０°とされた層である。なお、強化繊維の配向角度は、マンドレルの軸方向に対する強化繊維の引き揃え方向に等しい。
【００１０】
本実施形態例においてゴルフクラブシャフトを製造する際には、まず、図１に示すように、一端（細径側）１０ａから他端（太径側）１０ｂに向けて外径が徐々に拡径した円形断面のマンドレル１０と、このマンドレル１０に巻回するプリプレグとして、プラス層を形成するためのプラス層用プリプレグ１１と、マイナス層を形成するためのマイナス層用プリプレグ１２と、フープ層を形成するためのフープ層用プリプレグ１３とを用意する。この場合、プラス層用プリプレグ１１とマイナス層用プリプレグ１２とで１層のバイアス層を形成することとなる。
また、この例では、プラス層用プリプレグ１１とマイナス層用プリプレグ１２は、それぞれマンドレル１０に約３周巻回されるサイズに裁断され、フープ層用プリプレグ１３は、マンドレルに約１周巻回されるサイズに裁断されている。
なお、図１中、斜線の方向が各プリプレグ１１、１２、１３における強化繊維の引き揃え方向である。
【００１１】
ついで、プラス層用プリプレグ１１と、マイナス層用プリプレグ１２と、フープ層用プリプレグ１３とを積層し、プリプレグ積層体を調製する（予備ラミネート工程）。
この予備ラミネート工程では、調製されたプリプレグ積層体を後述の巻回工程でマンドレル１０に巻回した際に、プラス層用プリプレグ１１およびマイナス層用プリプレグ１２のうちの一方が最外層となるように積層する。また、プラス層用プリプレグ１１およびマイナス層用プリプレグ１２のうちの他方のプリプレグの巻き始め端部とフープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部とが、いずれも上記一方のプリプレグの巻き始め端部よりも後方に位置し、かつ、一致しないように配置する。
【００１２】
この例では図２に示すように、最外層側から、プラス層用プリプレグ１１、マイナス層用プリプレグ１２、フープ層用プリプレグ１３となる順で積層している。また、マイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａは、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａよりもＬ１で示される距離だけ後方に位置し、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａは、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａよりもＬ２で示される距離だけ後方に位置していて（Ｌ１＞Ｌ２）、各巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａは一致せずにずれている。
なお、この例では、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａとマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａとの距離Ｌ１は、マンドレル１０の外周の１／２の長さ（半周分）と同じに設定されている。また、ここで「後方」とは、巻回方向における下流側（図２（ｂ）中、左側）のことを意味し、「一致しない」とは、巻回方向に互いにずれていることを意味する。
【００１３】
このようにプリプレグ積層体１４Ａを調製した後、ついで、マンドレル１０の外周面に仮止め剤を塗布し、プリプレグ積層体１４Ａにおける各プリプレグの巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａがマンドレル１０の外周面に接するように、プリプレグ積層体１４Ａを配置する。そして、これら巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａに対して外側からアイロンなどの加熱板を押し付けて、巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａをマンドレル１０の外周面に熱圧着（仮止め）した後、このプリプレグ積層体１４Ａをマンドレルに巻回していく（巻回工程）。
巻回工程は、作業員の手作業のみで行ってもよいが、始めの約半周程度を手作業で行った後、一対のローリング板を備えたローリングマシーンを使用して巻回すると、効率的かつ均一に巻回作業を行えるため好適である。
【００１４】
このように予めプリプレグ積層体１４Ａを調製してから、これをマンドレル１０に巻回していく方法によれば、各プリプレグ１１、１２、１３をそれぞれ単独で順次巻回していく方法に比べて、特にフープ層プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａを良好にマンドレル１０に密着させることができる。
すなわちフープ層プリプレグ１３は、配向角度が＋８５°〜＋９０°または−８５°〜−９０°となるように強化繊維が引き揃えられたものであるため、これを単独でマンドレル１０に巻回しようとすると強化繊維の反発が大きく、その巻き始め端部１３ａがマンドレル１０の外周面に密着せずに跳ね上がってしまいやすい。しかしながら、このように、プラス層用プリプレグ１１が最外層になり、かつ、このプラス層用１１プリプレグの巻き始め端部１１ａよりも後方に、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａが位置するように、各プリプレグ１１、１２、１３を積層しておくと、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａにおけるこのような反発をその外側に配置されたプラス層用プリプレグ１１が押さえるように作用するため、フープ層プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａの跳ね上がりが抑制され、これを良好にマンドレルに密着させることができる。
また、各プリプレグ１１、１２、１３は厚みが薄いため、これらを１枚ずつ順次巻回していくよりも、予めプリプレグ積層体１４Ａの形態として巻回していく方が、取扱性、巻回作業性に優れる。
【００１５】
さらにこの例では、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａからマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａまでの距離Ｌ１と、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａからフープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａまでの距離Ｌ２とはＬ１＞Ｌ２の関係となっていて、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａがマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａよりも前方に位置している。そのため、巻回工程に先立ってプリプレグ積層体１４Ａを上述のように仮止めする際に、より確実にフープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａをマンドレルに密着させることができ、その結果、より良好にフープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａの跳ね上がりを抑制することができる。ここで仮に、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａがマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａよりも後方に位置していると、仮止めする際に、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａのマンドレルへの熱圧着がやや不十分となりやすい傾向がある。
【００１６】
また、このプリプレグ積層体１４Ａでは、マイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａとフープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａとは、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａよりも後方に位置していることに加え、一致せず互いにずれるように配置されている（Ｌ１≠Ｌ２）。よって、このプリプレグ積層体１４Ａをマンドレル１０に巻回した際には、各プリプレグの巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａはマンドレル１０の周方向に分散することとなり、結果として、長さ方向に曲がりや反りのないシャフトを得ることができる。ここで仮に、プリプレグ積層体において、各プリプレグのうち少なくとも２枚のプリプレグの巻き始め端部がずれずに一致していると、このプリプレグ積層体から得られたシャフトには、巻き始め端部同士が重なって盛り上がることによる、いわゆる骨が全長にわたって形成されてしまう。このような骨が形成されたシャフトは、長さ方向に曲がりや反りが生じやすい。
【００１７】
より好ましくは、距離Ｌ１とＬ２とが下記式（１）の関係を有していると、各プリプレグの巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａがマンドレル１０の周方向により良好に分散することとなるため、シャフトの長さ方向の曲がりや反りをより抑制することができる。
０．２５Ｌ１＜Ｌ２＜０．７５Ｌ１・・・（１）
【００１８】
このようにしてプリプレグ積層体１４Ａをマンドレルに巻回した後には、ゴルフクラブに要求される性能、質量などに鑑み、必要に応じて、ストレート層用プリプレグ、補強層用プリプレグなどを適宜巻回し、ストレート層や補強層を形成してもよい。そして、巻回された各プリプレグが剥がれないようにテーピングして固定しつつ、所定温度で所定時間加熱して、各層を硬化させる。ついで、マンドレルを抜き取り（脱芯）、得られた繊維強化樹脂製管状体の表面研磨、両端部のカットなどを必要に応じて行うことにより、ゴルフクラブシャフトが得られる。
【００１９】
なお、プリプレグに使用する強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、スチール繊維などの無機繊維が使用できるが、曲げ強度などに優れたシャフトが得られやすいことから、ＰＡＮ系炭素繊維などの炭素繊維が好ましい。
また、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂などが使用できるが、耐熱性、硬度、硬化収縮率、化学薬品耐性などの点から、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としては、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂環型等の一般的なエポキシ樹脂を使用できる。また、マトリックス樹脂には、必要に応じて公知の硬化剤を適量添加できる。
【００２０】
また、本実施形態例においては、最外層にプラス層用プリプレグ１１を配置し、その内側にマイナス層用プリプレグ１２を配置した場合を示して説明したが、これらは逆に配置されていてもよく、その場合にも同様の効果が得られる。
【００２１】
［第２実施形態例］
本実施形態例では、予備ラミネート工程において、図２に示したプリプレグ積層体１４Ａの代わりに、図３に示すプリプレグ積層体１４Ｂを調製する。
図３のプリプレグ積層体１４Ｂは、これを巻回工程でマンドレル１０に巻回した際に、最外層側からプラス層用プリプレグ１１、フープ層用プリプレグ１３、マイナス層用プリプレグ１２の順になるように各プリプレグが積層している点で、図２に示したプリプレグ積層体１４Ａと異なっているが、マイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａは、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａよりもＬ１で示される距離だけ後方に位置し、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａは、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａよりもＬ２で示される距離だけ後方に位置していて（Ｌ１＞Ｌ２）、各巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａが一致していない点は同じである。また、この例の場合でも、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａとマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａとの距離Ｌ１は、マンドレル１０の外周の１／２の長さ（半周分）と同じになるように設定されている。
【００２２】
このような図３のプリプレグ積層体１４Ｂをマンドレル１０に巻回した場合でも、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａにおける強化繊維の反発は、その外側に配置されたプラス層用プリプレグ１１により押さえられるため、フープ層プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａのはね上がりを抑制することができる。
また、この例の場合でも、各プリプレグの巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａはマンドレル１０の周方向に分散することとなるため、曲がりや反りのないシャフトを得ることができる。
さらにこの場合でも、より好ましくは、距離Ｌ１とＬ２とが上記式（１）の関係を有していると、各プリプレグの巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａがマンドレル１０の周方向により良好に分散することとなるため、シャフトの長さ方向の曲がりや反りをより抑制することができる。
【００２３】
本実施形態例においては、最外層にプラス層用プリプレグ１１を配置し、最内層にマイナス層用プリプレグ１２を配置した場合を示して説明したが、これらは逆に配置されていてもよく、その場合にも同様の効果が得られる。
また、予備ラミネート工程以外の工程は、第１実施形態例と同様に行えばよい。
【００２４】
［第３実施形態例］
本実施形態例では、予備ラミネート工程において、図２に示したプリプレグ積層体１４Ａの代わりに、図４に示すプリプレグ積層体１４Ｃを調製する。
図４のプリプレグ積層体１４Ｃは、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａがマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａよりも後方に位置していて、Ｌ２＞Ｌ１の関係になっている点で図２に示したプリプレグ積層体１４Ａと異なっているが、各巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａが一致していない点は同じである。また、この例の場合でも、プラス層用プリプレグ１１の巻き始め端部１１ａとマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａとの距離Ｌ１は、マンドレル１０の外周の１／２の長さ（半周分）と同じになるように設定されている。
【００２５】
このような図４のプリプレグ積層体１４Ｃをマンドレル１０に巻回した場合、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａにおける強化繊維の反発は、その外側に配置されたプラス層用プリプレグ１１とマイナス層用プリプレグ１２により押さえられるため、フープ層プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａのはね上がりを抑制することができる。
また、この例の場合でも、各プリプレグの巻き始め端部１１ａ、１２ａ、１３ａはマンドレル１０の周方向に分散することとなるため、曲がりや反りのないシャフトを得ることができる。
ただし、このようにフープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａがマイナス層用プリプレグ１２の巻き始め端部１２ａよりも後方に位置していると、すでに述べたように、巻回工程に先立ってプリプレグ積層体１４Ｃを仮止めする際に、フープ層用プリプレグ１３の巻き始め端部１３ａのマンドレルへの熱圧着がやや不十分となりやすい傾向がある。その点では、第１〜２実施形態例のプリプレグ積層体１４Ａ、１４Ｂの方が優れている。
【００２６】
なお、本実施形態例においては、最外層にプラス層用プリプレグ１１を配置し、その内側にマイナス層用プリプレグ１２を配置した場合を示して説明したが、これらは逆に配置されていてもよく、その場合にも同様の効果が得られる。
また、予備ラミネート工程以外の工程は、第１実施形態例の場合と同様に行えばよい。
【００２７】
以上第１〜３実施形態例を挙げて説明したように、これら各例で調製されるプリプレグ積層体をマンドレルに巻回することによって、フープ層用プリプレグを巻回する際における巻き始め端部の跳ね上がりを抑制できるともに、長さ方向に反りや曲がりの少ないシャフトを製造することができる。
また、各例では、繊維強化樹脂製管状体の一例としてゴルフクラブシャフトを示して説明したが、本発明の製造方法によれば、バドミントンラケット、釣り竿、スキーストックなど、他のスポーツ用品用途の繊維強化樹脂製管状体も製造できる。また、製造する管状体の断面形状には特に制限はなく、円形断面の他、用途に応じて、楕円形断面、異形断面などでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の製造方法で使用されるマンドレルとプリプレグの一例を示す平面図である。
【図２】（ａ）第１実施形態例で調製されるプリプレグ積層体を示す平面図、（ｂ）（ａ）のプリプレグ積層体のＩ−Ｉ’方向に沿う断面を示すとともに、このプリプレグ積層体とこれを巻回するマンドレルとの位置関係を示す図である。
【図３】第２実施形態例で調製されるプリプレグ積層体と、これを巻回するマンドレルの断面図である。
【図４】第３実施形態例で調製されるプリプレグ積層体と、これを巻回するマンドレルの断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
マンドレルプラス層用プリプレグ  １１ａ  プラス層用プリプレグの巻き始め端部
マイナス層用プリプレグ  １２ａ  マイナス層用プリプレグの巻き始め端部
フープ層用プリプレグ  １３ａ  フープ層用プリプレグの巻き始め端部
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ  プリプレグ積層体
【図１】
2008093944.tif 000003
【図２】
2008093944.tif 000004
【図３】
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【図４】
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