(57)【要約】【課題】特に軽量ゴルフクラブシャフトにおいて、フープ層のシートにシワが発生して意図する巻回数が不足したり、繊維乱れが発生して配向角度がばらつくことにより曲げ強度の低下が起きないように、フープ層をより座屈を防止する効果が得られる位置に配置し、且つ、フープ層を積層巻回する時の作業能率を損なわず強度性能を十分に発揮させたゴルフクラブシャフトを提供する。【解決手段】ゴルフクラブシャフト１は、最内層から＋バイアス層２、−バイアス層３および、フープ層４を順次配置して積層し、更にその外層にトウプリプレグを編み組みした組物層５を配置している。【選択図】　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維に合成樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂層を積層したゴルフクラブシャフトであって、前記強化繊維の配向角度をシャフト軸に対して交差するように配置したバイアス層の外側に、前記バイアス層に隣接して強化繊維の配向角度をシャフト軸に対して概ね直交するように配置したフープ層を有することを特徴とするゴルフクラブシャフト。
【請求項２】
前記フープ層が、シャフト円周方向に対して、少なくとも１周以上で、かつ、概ね整数回数巻回していることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項３】
前記フープ層が、ゴルフクラブシャフトのシャフト軸方向の全長に配置していることを特徴とする請求項１または２に記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項４】
前記フープ層が、ゴルフシャフトのシャフト軸方向に部分的に配置していることを特徴とする請求項１または２に記載のゴルフクラブシャフト。
【請求項５】
前記フープ層の外側に、樹脂を含浸させた強化繊維の束からなる糸を編み組して構成された組物層を有することを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のゴルフクラブシャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ応力に対する十分な圧縮破壊強度を有し、かつ、製造が容易である繊維強化樹脂製のゴルフクラブシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化樹脂製のゴルフクラブシャフトは、強化繊維に合成樹脂を含浸した繊維強化樹脂層をマンドレルに積層し、これを加熱することにより前記合成樹脂を硬化し、その後、前記マンドレルを抜き取ることにより成形している。
このようなゴルフクラブシャフトは、金属製のゴルフクラブシャフトに比べて大幅な軽量化が可能な上、捻れ剛性や曲げ剛性が比較的自由に設定出来ることなどの設計の自由度が大きいため、広く使用されている。
【０００３】
従来より、ゴルフクラブシャフトとしては、強化繊維に合成樹脂を含浸したいわゆるプリプレグシートを用いて形成する場合には、前記強化繊維の配向角度がシャフト軸線に略平行に配置したストレートプリプレグを巻回してなるストレート層と、強化繊維の配向角度をシャフト軸に対して交差するように配置したバイアスプリプレグを巻回してなるバイアス層を組み合わせて形成される。
最近では、ゴルフクラブシャフトは軽量化の傾向にあり、例えば、５０ｇ以下の軽量なゴルフクラブシャフトを形成するには、繊維強化樹脂層の肉厚を薄くしなければならないが、そのような薄肉化により、ゴルフクラブシャフトの圧縮破壊強度、すなわち、円筒に曲げ荷重が作用し、断面が偏平化することによって発生する圧縮側の破壊強度が不足し、それが、曲げ強度低下の要因のーつとなって折れが発生しやすいものであった。つまり、前記軽量ゴルフクラブシャフトの場合、肉厚を薄くすることで圧縮破壊強度が弱くなる為、ゴルフクラブシャフトの折れの過程で、曲げ応力の負荷がかかると、まず圧縮破壊が起こるのである。
【０００４】
そこで、軽量なゴルフクラブシャフトの場合、曲げ強度に関して十分に満足できるものを得る為の手法として、前述した、ストレート層、バイアス層の構成にさらに、圧縮破壊強度を高める為にシャフト軸に対して概ね直交するように配置したフーププリプレグを巻回してなるフープ層を設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
フープ層は、曲げ特性、ねじり特性などのゴルフクラブシャフトの諸特性に対する寄与が少ないため、肉厚の薄いプリプレグシートを使用する。このようなフーププリプレグを成形用のマンドレルに巻回するために、そのフーププリプレグに貼り合わせてある保形用の離型紙を剥離する時、或いは、剥離したフーププリプレグを前記マンドレルに巻回する際、プリプレグの肉厚が薄い為、及び成形巻回方向に対して強化繊維が直角方向に配列している為、作業能率としては他のシートと比較すると低いレベルにあった。作業能率が低下すると、シートにシワが発生して意図する巻回数が不足してしまう、或いは繊維乱れが発生して配向角度がばらついてしまう、など巻回状態に影響が出る可能性があり、それらが発生した場合には、その製造のばらつきによって曲げ強度低下の起因ともなり、軽量ゴルフクラブシャフトの場合には曲げ強度が不十分となる可能性も現れてくる。
【０００６】
一方で作業能率を重視し、例えば本発明と同様に、フーププリプレグをバイアスプリプレグに貼り合せて積層巻回しても、フーププリプレグの配置される層が限りなく内層側に配置する場合には、フープ層が位置する径も小さい為、断面が偏平化することによって発生する最大軸応力を抑制する効果も小さく、その結果圧縮破壊を防止する効果も小さい為、フープ層本来の効果も十分なものにはならず、その強度性能に対する効果が十分に発揮されない事にも繋がってくる。
【０００７】
そこで、本発明では、フープ層の配置される位置を、より圧縮破壊を防止する効果が得られる位置に配置し、且つ、フープ層を積層巻回する時の作業能率を損なわず、すなわち製造のばらつきを抑制する事で、強度性能を十分に発揮させる事により、ゴルフクラブシャフト固有の曲げ強度が安定して、且つ、十分に満足なものが得られる事を可能とするゴルフクラブシャフトを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成する為に、請求項１記載の発明は、強化繊維に合成樹脂を含浸させてなる繊維強化樹脂層を積層したゴルフクラブシャフトであって、前記強化繊維の配向角度をシャフト軸に対して交差するように配置したバイアス層の外側に、前記バイアス層に隣接して強化繊維の配向角度をシャフト軸に対して概ね直交するように配置したフープ層を有するゴルフクラブシャフトである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１のゴルフクラブシャフトにおいて、前記フープ層が、シャフト円周方向に対して、少なくとも１周以上で、かつ、概ね整数回数巻回しているゴルフクラブシャフトである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２のゴルフクラブシャフトにおいて、前記フープシートが、ゴルフクラブシャフトのシャフト軸方向の全長に配置しているゴルフクラブシャフトである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１または２のゴルフクラブシャフトにおいて、前記フープシートが、ゴルフクラブシャフトのシャフト軸方向に部分的に配置しているゴルフクラブシャフトである。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３または４のゴルフクラブシャフトにおいて、前記フープ層の外側に、樹脂を含浸させた強化繊維の束からなる糸を編み組して構成された組物層を有するゴルフクラブシャフトである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図面と共に示す望ましい実施の形態を基に詳細に説明する。図１は、本発明に係る一実施形態としてのゴルフクラブシャフト１について、その構成を説明する一部説明斜視図である。図２はそのゴルフクラブシャフト１に使用されるプリプレグシートの展開図である。
【００１４】
図１に示すゴルフクラブシャフトは、繊維強化樹脂層を積層してなるゴルフクラブシャフト１であって、前記繊維強化樹脂層には、強化繊維に合成樹脂を含浸させてなる繊維強化プリプレグシートを、強化繊維の配向角度をシャフト軸に対して＋方向に配向させて配置した＋バイアス層２と、シャフト軸に対して前記＋バイアス層２と対称となる角度に配向させて配置した−バイアス層３、シャフト軸に対して概ね直交するように配置したフープ層４を順次積層した構成を有している。
【００１５】
前記各層２〜４は、強化繊維を一方向に引き揃え、成形用合成樹脂に含浸させたプリプレグシートからなるもので、強化繊維として炭素繊維を用いている。
前記＋バイアス層２は、前記プリプレグシートの炭素繊維の配向角度をシャフト軸に対して＋３５゜〜＋５５゜の範囲としたバイアスプリプレグ２０、−バイアス層３は、前記炭素繊維の配向角度をシャフト軸に対して−３５゜〜−５５゜の範囲としたバイアスプリプレグを、互いに交差するように配置している。またフープ層４は、炭素繊維の配向角度をシャフト軸に対して９０゜±１０゜の範囲としたフーププリプレグとして配置している。
図２に示すように、ゴルフクラブシャフト１は、バイアスプリプレグ２０とバイアスプリプレグ３０を強化繊維が互いに交差するように、かつ、半周分ずらして貼り合わせ、マンドレル６に巻回した際に外側になるバイアスシート３０の外側に、半周分ずらしてフーププリプレグ４０を貼り合せた状態で、これらをマンドレル６に順次巻回して積層後、ラッピングテープを巻き付け、加熱硬化後、表面のラッピングテープを剥がし、ゴルフクラブシャフトとして成形している。
【００１６】
円筒に曲げ荷重が作用し、断面が偏平化することによって発生する最大軸応力はフープ層が位置する径が大きくなるに従って、同一の曲げモーメントが作用した場合の最大軸応力が小さくなる。つまり、フープ層をより外側に配置する事で圧縮破壊を防止する効果が大きくなり、本発明のようにバイアス層の外側に、かつ隣接してフープ層を設けることで、十分な圧縮破壊強度を有し、かつ、軽量なゴルフクラブ用シャフトが得られる。
【００１７】
また、前記プリプレグシートの巻回作業時において、バイアスプリプレグ２０とバイアスプリプレグ３０を強化繊維が互いに交差するように、かつ、半周分ずらして貼り合わせ、マンドレルに巻回した際に外側になるバイアスプリプレグ３０の外側に、半周ずらしてフープシート４を貼り合せた状態でマンドレルに巻回する作業を行うので、シャフト軸方向に対し概ね直交する方向に強化繊維が配列されるフーププリプレグ４０においては、バイアスプリプレグ３０と一体で巻回させる事から、離型紙の剥離性が向上し、また繊維乱れを発生させる事なく成形巻回作業が容易になり、樹脂含有率、或いはプリプレグ厚み、すなわち作業能率を左右するプリプレグ物性値に影響を受ける事なく、安定した作業能率が得られる為、設計の自由度が増す。
【００１８】
本発明においては、フープ層４は１層以上の整数回数巻回することが好ましい。このフープ層４は、ゴルフクラブシャフトの円管圧縮特性を向上させるものであるため、十分な圧縮破壊強度を発現させる為には、シャフト横断面において、少なくとも１周を超え、且つ概ね整数巻回数になる事が望ましい。１周に満たない場合には、断面の扁平化に対する効果は十分なものが得られない。１周未満の場合には、質量に対する強度効果の割合が少ない為、結果的に余分な質量増となり好ましくない。
【００１９】
また、前記フープ層は、図２に示すようにシャフト全長にわたり配置する他、図３に示すように部分的に配置することが出来る。シャフト先端側、つまり外径が小さい範囲においては、断面が偏平化しにくい事からフープ層本来の発現効果も低く、より軽量化を求める場合には、部分的に、好ましくは断面が偏平化しやすいシャフト中央部からグリップ端にかけて配置することも可能である。
【００２０】
本発明は、前述したようにバイアス層の外側にフープ層を積層してなる構成を有するゴルフクラブシャフトであって、このような構成の繊維強化樹脂層の外側にさらに、強化繊維の配向角がシャフト軸に対して、概ね平行となるストレートシートからなるストレート層を配置したゴルフクラブシャフトとするほか、図１に示すように、樹脂を含浸させた強化繊維の束からなる糸を編み組みして構成された組物層５を外側に配置したゴルフクラブシャフトとしても同様の効果が得られる。
【００２１】
【実施例】
図４に、実施例として、プリプレグシートと組物層を用いたゴルフクラブシャフトの例を示す。
このゴルフクラブシャフト１は、最内層から＋バイアス層２、−バイアス層３および、フープ層４を順次配置して積層し、更にその外層にトウプリプレグを編み組みした組物層５を配置している。この組物層５は炭素繊維のトウプリプレグを用いて、トウプリプレグをシャフト軸７に対し約５０度から約３０度の範囲の配向角度となるように先端から後端にかけて漸次変化させて配置した組糸８本を全長にわたり編み組みした２軸の組物層８と、シャフト軸７に対し約３０〜４０度前後から約１０度の範囲の配向角度で漸次変化させて配置した組糸８本を全長にわたり編み組みした２軸の組物層９と、シャフト軸２に対し約２０〜３０度前後から約１０度の範囲の配向角度となるように先端から後端にかけて漸次変化させて配置した組糸１６本とシャフト軸２に対し概ね０度で配置した中央糸８本とで編み組みした３軸の組物層１０と、シャフト軸２に対し約２０〜３０度前後から約１０度の範囲の配向角度で漸次変化させて配置した組糸１６本を編み組みした２軸の組物層１１で形成した。
【００２２】
前記バイアス層２、３として、具体的には、強化繊維として引張り弾性率：３９０ＧＰａの炭素繊維に合成樹脂をその樹脂含有率が２５ｗｔ％となるように含浸させてプリプレグとした。該プリプレグの厚みは０．１０３ｍｍである。フープ層４としては、強化繊維として引張り弾性率：３００ＧＰａの炭素繊維に合成樹脂をその樹脂含有率が３０ｗｔ％となるように含浸させてプリプレグとした。該プリプレグ厚みは０．０２８ｍｍである。バイアス層２及び３の強化繊維の配向角度は、シャフト軸方向に対して＋４５°及び−４５°である。
【００２３】
組物層５は、強化繊維として３００ｔｅｘ〜８００ｔｅｘ、引張弾性率２４０ＧＰａ〜４８０ＧＰａの炭素繊維を６０００本〜１２０００本収束して成形用樹脂をその樹脂含有率が３０ｗｔ％以上、４５ｗｔ％以下となるようにしたトウプリプレグを用いた。成形用樹脂としては、従来からＦＲＰ成形品に使用されている合成樹脂と同様のものが使用でき、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することが出来るが、好ましくはエポキシ樹脂を用いるのがよい。
【００２４】
図５は、比較例のゴルフクラブシャフトの構成を示した図であり、最内層からフープ層４、＋バイアス層２、−バイアス層３を順次配置した構成とした他は、用いた材料・構成、および、その積層構成ともに実施例と同様の構成とした。
【００２５】
図６は、本実施例と比較例のゴルフクラブシャフトの３点曲げ試験結果を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はゴルフクラブシャフトの部位名、縦軸はゴルフクラブシャフト破壊時の最大点荷重を示す。また図６中のＡ点は、図７に示すゴルフクラブシャフトの先端ａからその全長の概ね１／４の位置であり、Ｂ点はゴルフクラブシャフトの全長の概ね中央に相当する位置、Ｃ点はゴルフクラブシャフトの後端ｃからその全長の概ね１／４の位置を示している。３点曲げ試験の方法は、ＳＧ（製品安全性協会）規格に示されている３点曲げ試験方法を参考に、前記位置Ａ、Ｂ、Ｃ点について３点曲げ試験をした。
【００２６】
図６に示すように、最大点荷重はＡ点、Ｂ点、Ｃ点のいずれの位置においても、実施例のゴルフクラブシャフトの値が比較例ゴルフクラブシャフトの値を上回っている事が分かる。
【００２７】
更に詳しくは、フープ層を設けて圧縮破壊を防止する効果は、シャフト太径側、すなわちＢ点、Ｃ点においてはより大きく、一方でＡ点においては、効果が小さいことから、より軽量化を図る場合においては、先端ａから全長の１／４〜１／３程度の範囲でフープ層を除く事で、部分的に配置させる事も有効な設計の手段となる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されている事から、次に記載する効果を奏する。
すなわち、フープ層をより外側に配置する事で圧縮破壊を防止する効果が大きくなり、上記の様にゴルフクラブシャフトを成形する事で十分な圧縮破壊強度を有する繊維強化樹脂製の軽量ゴルフクラブシャフトが得られる。フープ層の巻回数について、シャフト横断面において少なくとも１周を超え、且つ概ね整数巻回数にする事で、フープ層の配置による質量増を最小限にした上で、より十分なア圧縮破壊強度を有する繊維強化樹脂製の軽量ゴルフクラブシャフトが得られる。
【００２９】
また、フーププリプレグは、バイアスプリプレグと一体で巻回させる事から、離型紙の剥離性が向上し、また繊維乱れを発生させる事なく巻回作業が容易になり、樹脂含有率、或いはプリプレグ厚み、すなわち作業能率を左右するプリプレグ物性値に影響を受ける事なく、安定した作業能率が得られる為、設計の自由度が増す。
さらに軽量化をする場合には、圧縮破壊を防止する効果が比較的小さいシャフト先端側略１／３の範囲でフープ層を除き、部分的に配置させる事によって、より軽量化を図る事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ゴルフクラブシャフト１の構成を説明する一部説明斜視図。
【図２】ゴルフクラブシャフト１に使用されるプリプレグシートの展開図。
【図３】ゴルフクラブシャフト１に使用されるプリプレグシートのその他の展開図。
【図４】ゴルフクラブシャフト１の具体的構成を説明する一部説明斜視図。
【図５】比較例のゴルフクラブシャフトの具体的構成を説明する一部説明斜視図。
【図６】実施例と比較例のゴルフシャフトの３点曲げと試験と片持ち曲げ強さの試験結果を示すグラフ。
【図７】ゴルフクラブシャフトの全体説明図。
【符号の説明】
１　ゴルフシャフト
２　バイアス層
３　バイアス層
４　フープ層
５　組物層
６　マンドレル
７　シャフト軸
８　組物層
９　組物層
１０　組物層
１１　組物層
２０　バイアスプリプレグ
３０　バイアスプリプレグ
４０　フーププリプレグ
ａ　先端
ｃ　後端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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