(57)【要約】  【課題】オールを構成するオールシャフトの少なくとも支点近傍の圧縮強度を向上させつつ、過剰スペックを改善し、重量およびコストの増加を抑えたオールを提供すること。  【解決手段】少なくとも管状体の端部に水掻き部材を備えたオールにおいて、前記オールの長手方向と直交する断面の中空部の断面形状における重心点を通り、前記水掻き部材の水掻き面が受ける水圧方向と直交する直線をｘ軸と定義したとき、該ｘ軸により分けられる２つの断面領域の曲げ剛さＥＩｘが圧縮側の方が大きいことが前記オールの長手方向の任意の位置の少なくとも一断面で成り立つことを特徴とするオールである。  【選択図】図２
2005145176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも管状体の端部に水掻き部材を備えたオールにおいて、前記オールの長手方向と直交する断面の中空部の断面形状における重心点を通り、前記水掻き部材の水掻き面が受ける水圧方向と直交する直線をｘ軸と定義したとき、該ｘ軸により分けられる２つの断面領域の曲げ剛さＥＩｘが圧縮側の方が大きいことが前記オールの長手方向の任意の位置の少なくとも一断面で成り立つことを特徴とするオール。
【請求項２】
前記オールにおいて、長手方向と直交する断面を前記定義のｘ軸により２つの断面領域に分けたとき、ｘ軸回りの断面２次モーメントＩｘが圧縮側の方が大きいことが前記オールの長手方向の任意に位置の少なくとも一断面で成り立つことを特徴とする請求項１に記載のオール。
【請求項３】
前記オールにおいて、長手方向と直交する断面の外形状における重心点と、同一断面の中空部における断面形状の重心点とが異なっていることが、前記オールシャフトの長手方向の任意の位置の少なくとも一断面で成り立つことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のオール。
【請求項４】
前記オールにおいて、長手方向と直交する断面での最大肉厚ｔ１と、前記定義のｘ軸を対称線とし、同一断面内でｔ１を有する位置と線対称の位置における肉厚ｔ２との間に
４．００≧ｔ１／ｔ２≧１．０５
なる偏肉厚関係を持たせることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のオール。
【請求項５】
前記偏肉厚関係が少なくとも前記オールシャフトの取付部材が装備される部分で成り立つことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のオール。
【請求項６】
前記偏肉関係が少なくとも前記オールシャフトの水掻き部材の接合端周辺の領域に存在することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のオール。
【請求項７】
前記オールシャフトが繊維強化樹脂を含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のオール。
【請求項８】
前記オールは、ボート用に用いられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のオール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリックス樹脂を含浸した繊維強化プリプレグを材料としてなるオールのうち、特にボートオールとして、漕艇時にオール支持部近傍の強化繊維に発生する応力を低減し、圧縮強度を向上させたオールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から釣竿やゴルフシャフト、自転車といったスポーツ用途構造部材などに用いられているＦＲＰ製管状体としては、その長手方向で部分的に厚肉化することが提案されており（例えば、特許文献１参照）、また、既存のボートオールにおいても、オールシャフト全体に亘って図４のボートオールの断面図に示すような、厚肉部分と薄肉部分が存在することが知られている。
【０００３】
しかし、上記ＦＲＰ製管状体においては何れも任意の位置での長手方向と直交する断面の中空部の断面形状における重心を通る直線を対称線としたとき、線対称位置における肉厚は常に等しく、特許文献１においては、外部材を取り付けることにより発生する応力に対して、その潰れ強度対策として厚肉化しており、ＦＲＰ製管状体を曲げた際の圧縮強度の向上に特化したものではない。また、従来のボートオールにおいても、図４に示すように、線対称の位置で等しく厚肉化しているため、取付部材を支点として発生する引張・圧縮応力に対して、圧縮強度が引張強度に比べて低いという問題に対する対策が講じられていないというのが現状である。さらには線対称で等しく厚肉化しているため、引張応力部が過剰スペックとなり、重量増加やコスト浪費といった問題も抱えている。
【特許文献１】特開平５−１３７４８０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、オールの支持部近傍の圧縮強度を従来品と同等またはより向上させることを主目的としつつ、重量およびコストの増加を抑えたオールを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
（１）少なくとも管状体の端部に水掻き部材を備えたオールにおいて、前記オールの長手方向と直交する断面の中空部の断面形状における重心点を通り、前記水掻き部材の水掻き面が受ける水圧方向と直交する直線をｘ軸と定義したとき、該ｘ軸により分けられる２つの断面領域の曲げ剛さＥＩｘが圧縮側の方が大きいことが前記オールの長手方向の任意の位置の少なくとも一断面で成り立つことを特徴とするオール。
【０００６】
（２）前記オールにおいて、長手方向と直交する断面を前記定義のｘ軸により２つの断面領域に分けたとき、ｘ軸回りの断面２次モーメントＩｘが圧縮側の方が大きいことが前記オールの長手方向の任意に位置の少なくとも一断面で成り立つことを特徴とする前記（１）に記載のオール。
【０００７】
（３）前記オールにおいて、長手方向と直交する断面の外形状における重心点と、同一断面の中空部における断面形状の重心点とが異なっていることが、前記オールシャフトの長手方向の任意の位置の少なくとも一断面で成り立つことを特徴とする前記（１）〜（２）のいずれかに記載のオール。
【０００８】
（４）前記オールにおいて、長手方向と直交する断面での最大肉厚ｔ１と、前記定義のｘ軸を対称線とし、同一断面内でｔ１を有する位置と線対称の位置における肉厚ｔ２との間に
４．００≧ｔ１／ｔ２≧１．０５
なる偏肉厚関係を持たせることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のオール。
【０００９】
（５）前記偏肉厚関係が少なくとも前記オールシャフトの取付部材が装備される部分で成り立つことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のオール。
【００１０】
（６）前記偏肉関係が少なくとも前記オールシャフトの水掻き部材の接合端周辺の領域に存在することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のオール。
【００１１】
（７）前記オールシャフトが繊維強化樹脂を含んでいることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のオール。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下に説明するとおり、オールの長手方向と直交する断面を中空部の断面形状の重心点を通り、水掻き部材の水掻き面が受ける水圧と直交する直線（ｘ軸と定義）により分けられる２つの領域の曲げ剛さＥＩｘを異ならせるために、ｘ軸対称位置での肉厚を偏肉厚としたことで、オールに高い圧縮応力が作用する部分の圧縮強度を向上させることができるとともに、重量増加を抑え、かつ材料コストを削減させたオールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施形態の例を図面を参照にしながら説明する。
【００１４】
図１は本発明のオールを、ボートオールとして適用した一例を示す全体図である。図１において、ボートオール２０は少なくとも５つのパーツから構成されていることを示している。１は先細テーパ状とした薄肉厚の管状体であり、一般にはオールシャフトと呼ばれるものである（以下、管状体１をオールシャフトと称することがある）。２はボートオールを実際に使用する際に水を掻く部分となる水掻き部材であり、一般にはオールブレードと呼ばれるものである（以下、水掻き部材２をオールブレードと称することがある）。３はボートオールと艇を接合する際に使用する接合部材であり、一般にはリガーと呼ばれるものである（以下、接合部材３をリガーと称することがある）。４はリガーをオールシャフトに取り付けるための取付部材であり、一般にはソケットと呼ばれるものである（以下、取付部材４をソケットと称することがある）。５はボートオールを操作する部材であり、一般にはハンドルと呼ばれるものである（以下、操作する部材５をハンドルと称すことがある）。
【００１５】
図２は図１のボートオールのＡ−Ａ’断面図で、本発明の特徴であるボートオール２０のオールシャフト１の偏肉厚領域における長手方向と直交する断面拡大図である。図２において、オールシャフト１は強化繊維１ａとマトリックス樹脂１ｂにより構成されている。ここで、図２の中空部の断面形状における重心点９を通り、水圧６の方向と直行する直線をｘ軸１０と定義したとき、このｘ軸１０を境界としてオールシャフト１断面は左右２つの領域に分けられる。漕艇時、水掻き部材２が水圧６を受けることにより、２つの領域のうち、水掻き面側には高い引張応力７が発生し、それとは反対の領域には高い圧縮応力８が発生する。ここで、２つの領域それぞれにおけるｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘを用いて、２つの領域の曲げ剛さＥＩｘを計算したときに、曲げ剛さＥＩｘが次の関係を満たすように強化繊維１ａとマトリックス樹脂１ｂとを積層成形する。
【００１６】
ＥＩｘ（圧縮側）＞ＥＩｘ（引張側）
強化繊維１ａにおける圧縮強度と引張強度を考慮するとＥＩｘ（圧縮側）はＥＩｘ（引張側）の１．０３倍以上が好ましく、オールシャフト１を実際に使用した際の発生応力をも考慮するとＥＩｘ（圧縮側）はＥＩｘ（引張側）の１．１０倍以上がより好ましい。
【００１７】
上記関係を満たす手段として、材料定数であるＥ値を異ならせても良いし、ｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘを異ならせても良い。図２に示すように２つの領域（７および８）における強化繊維１ａとマトリックス樹脂１ｂが同じものを使用していたとしても、それぞれの領域のＥ値とｘ軸１０回りの断面２次モーメントIｘは異なることがある。ｘ軸１０の断面２次モーメントIｘは等しい場合、Ｅ値は次の関係を満たすようにする。
【００１８】
Ｅ（圧縮側）／Ｅ（引張側）＞１．００
ここで、強化繊維１ａにおける圧縮強度と引張強度を考慮するとＥ（圧縮側）／Ｅ（引張側）の１．０３倍以上が好ましく、オールシャフト１を実際に使用した際の発生応力をも考慮するとＥ（圧縮側）／Ｅ（引張側）の１．１０倍以上がより好ましい。
【００１９】
また、Ｅ値が等しい場合は、それぞれの領域のｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘを異ならせる方法をとる。すなわち、それぞれの領域におけるｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘは次の関係を満たすようにする。
【００２０】
Ｉｘ（圧縮側）＞Ｉｘ（引張側）
ここで、ｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘは２つの断面領域上の微小な面積要素ｄＡとｘ軸１０から微小面積ｄＡまでの距離をｚとしたときに、次式によって表すことができる。
【００２１】
【数１】
2005145176.tif 000003
【００２２】
上述した関係から、ｘ軸１０から微小な面積要素までの距離ｚが長く、かつ、総面積が大きくなればなるほど、ｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘは大きくなる。強化繊維１ａにおける圧縮強度と引張強度を考慮するとＩｘ（圧縮側）はＩｘ（引張側）の１．０３倍以上が好ましく、オールシャフト１を実際に使用した際の発生応力をも考慮するとＩｘ（圧縮側）はＩｘ（引張側）の１．１０倍以上がより好ましい。
【００２３】
ｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘは上述したように、ｘ軸１０から微小な面積要素までの距離ｚと総面積により決定する。このため、
Ｉｘ（圧縮側）＞Ｉｘ（引張側）
なる関係をオールシャフト１が満たした場合、ｘ軸１０は中空部の断面形状における重心点９を通ることから、中空部の断面形状における重心点９と同一断面の外形状における重心点１１とは異なった位置に存在することになる。２つの重心点を通る直線と外形状とが接する点を１２、１３としたとき、オールシャフト１のバランスを保つことを考慮すると、中空部の断面形状における重心点９と同一断面の外形状における重心点１１との距離は接点１２と１３との距離の１０％以内であることが好ましい。
【００２４】
本発明においては図２に示すように２つの領域におけるそれぞれの最大肉厚部ｔ１（ｍｍ）およびｔ２（ｍｍ）を次のような関係を満足させるようにオールシャフト１を積層成形する。
【００２５】
ｔ１／ｔ２＞１．００
ここで、積層成形時に生じる公差を考慮すると、ｔ１／ｔ２は１．０５以上が好ましく、ボートオール１７のバランスを保ちつつ、重量の著しい増加を避けることを考慮すれば、ｔ１／ｔ２は４．００以下がより好ましい。ｔ１とｔ２の関係を上記になるようにオールシャフト１を積層成形させれば、それぞれの領域におけるｘ軸１０回りの断面２次モーメントＩｘは上述したように、
Ｉｘ（圧縮側）＞Ｉｘ（引張側）
なる関係を満たす。この関係を満たすことで、強度的に高い圧縮応力が発生する部分よりも余裕のある高い引張応力が発生する部分のスペック（強度、重量）を過剰に成形することなく、高い圧縮応力８が発生する領域の圧縮強度を効率良く向上させることが可能となり、オールシャフト１の破壊を防止することができる。
【００２６】
ボートオール２０において破壊起点となるのは、漕艇時に支持部となるリガー３およびソケット４の位置、もしくは最も曲げ剛さＥＩｘが小さいオールシャフト１とブレード２との接合端周辺である。このため、
ＥＩｘ（圧縮側）＞ＥＩｘ（引張側）
なる関係が成り立つ部分は少なくとも上述した部分であることが好ましい。
【００２７】
本発明に適用できる強化繊維１ａとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などを例示できる。要求される曲げ特性、強度を発現させるためには強化繊維単体の引張弾性率が５０ＧＰａ〜７００ＧＰａのものが好ましく、さらに比剛性の特性も考慮すると２００ＧＰａ〜７００ＧＰａがより好ましく、コストパフォーマンスをも考慮すると２００ＧＰａ〜４５０ＧＰａが最も好ましい。
【００２８】
また、強化繊維の密度は、１．６０〜３．００g/cm3のものが好ましく、軽量化の実現させるためには１．７０〜２．００g/cm3のものがより好ましく、コストパフォーマンスの面をも考慮すれば１．７０〜１．９０g/cm3のものが最も好ましい。
【００２９】
さらにまた、繊維径は、一本当たり５〜３０μｍのものが好ましく、取り扱い性を考慮すると５〜２０μｍのものがより好ましく、さらに軽量化を実現させるためには、５〜１０μｍのものが最も好ましい。
【００３０】
本発明のオールシャフトは、これらの強化繊維を単体で用いても良いし、数種類の強化繊維を組み合わせて用いてもよい。その場合、軽量化や比強度、比弾性率の必要性能を満足させるために、少なくとも１つが炭素繊維であることが好ましい。また、強化繊維とマトリックス樹脂の割合を繊維強化樹脂層材料中の強化繊維の体積分率Ｖｆで規定すると、剛性を発現させるためにＶｆは２０％〜９０％が好ましく、生産性や要求剛性を考慮するとＶｆが４０％〜８０％であることが好ましい。
【００３１】
本発明に適用できるマトリックス樹脂１ｂとしては、熱硬化性樹脂であっても熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂の場合、その主材は、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、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂などを例示することができ、１種類だけであっても、あるいは２種類以上を混合して使用してもよい。これら熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂に採用する場合、前記熱硬化性樹脂に適切な硬化剤や反応促進剤を添加することが可能である。熱可塑性樹脂の場合、その主材は、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂など例示でき、１種類だけであっても、あるいは２種類以上を混合して使用してもよい。これら熱可塑性樹脂は単独でも、混合物でも、また共重合体であっても良い。混合物の場合には相溶化剤を併用しても良い。さらに、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などを加えても良い。
【００３２】
次に、本発明のオールの製造方法について説明する。図３は本発明のオールの製造方法の一例を示す説明図である。まず、ストレート材繊維強化樹脂１４およびバイアス材繊維強化樹脂１５を必要量準備し、それをマンドレル１９に巻き付けて積層成形する。このとき、少なくとも高い圧縮応力が発生する領域８では、ストレート材繊維強化樹脂１４とバイアス材繊維強化樹脂１５をそれぞれについて意図的に重ね代をつけて積層成形する。ここでは、一例としてバイアス材繊維強化樹脂１５の積層方法について説明する。重ね代の範囲１８はバイアス材繊維強化樹脂１５の巻き始め端１６と巻き終わり端１７との領域で定義し、以下の関係が成り立つ。
【００３３】
１８０°≧重ね代の範囲１８≧０°
ここで、積層公差およびオールシャフトの外形を滑らかに成形することを考慮すると、１８０°≧重ね代の範囲１８≧１０°となることが好ましい。
上記関係のような重ね代をつけて、ストレート材繊維強化樹脂１４およびバイアス材繊維強化樹脂１５をマンドレル１９に巻き付け、オールシャフト本体を成形する。その後、常法に従って、その外側に締縛テープをテーピングし、熱硬化処理する。
【実施例】
【００３４】
次に実施例および比較例を示す。
【００３５】
（実施例１）
本実施例では、オールシャフトの引張側と圧縮側の曲げ剛さＥＩｘが異なった値となるように積層成形する。そのため、図２に示すような偏肉厚関係を有するボートオールを製作した。
【００３６】
オールシャフトを構成する繊維強化樹脂として、東レ（株）製”トレカプリプレグ”Ｔ７００Ｓ−３０５１Ｓ−３０およびＴ７００Ｓ−３０５２Ｓ−１２を使用し、オールシャフト長手方向を０度軸とした場合、繊維強化樹脂Ｔ７００Ｓ−３０５１Ｓ−３０を材料角度０度に、繊維強化樹脂Ｔ７００Ｓ−３０５２Ｓ−１２を材料角度６０度となるように積層させた。
使用したトレカプリプレグを構成している強化繊維の密度１．５３〜１．５８g/cm3であり、体積分率Vfは５７〜６２％である。また、繊維径は６〜９μｍである。また、積層させる際の重ね代の範囲は２０度〜７０度とし、最大肉厚ｔ１を２．０８（ｍｍ）、中空部の断面形状の重心点を通り、水掻き部材の水掻き面が受ける水圧方向と直交する直線を対象線として、ｔ１を有する位置とは線対称の位置の肉厚ｔ２を１．８２（ｍｍ）となるように設計した。このとき、切り出した部分の総重量が後述する比較例１と等しくなるように成形し、圧縮側の曲げ剛さＥＩｘは引張側の曲げ剛さＥＩｘのおよそ１．１７倍となる。Ｅ値は成形精度にもよるが１２０００（kg・mm2）〜１２５００（kg・mm2）となっており、使用したプリプレグの積層角度、積層比率により決定する値である。
【００３７】
このオールシャフトにおいて、ソケットが取り付けられる部分、その長さ２００（ｍｍ）を切り出す。次に切り出した部分の両端を拘束し、中央部に５．００（kg）の荷重を加える実験を行い、圧縮部の繊維強化樹脂層中の強化繊維に発生する応力から、破壊荷重を算出した。結果、破壊荷重は２１２（kg）となった。これは後述する比較例１の破壊荷重と比べて、６．００％オーダーの向上であった。
【００３８】
（実施例２）
実施例は、最大肉厚ｔ１を２．２１（ｍｍ）、ｔ２を１．９５（ｍｍ）となるように積層成形した。オールシャフトを構成する繊維強化樹脂および積層角度等の設計条件は実施例１と同様である。このとき、圧縮側の曲げ剛さＥＩｘは引張側の曲げ剛さＥＩｘのおよそ１．１５倍となる。
【００３９】
このオールシャフトにおいて、実施例１と同様の実験を実施し、圧縮部の繊維強化樹脂中の強化繊維に発生する応力から、破壊荷重を算出した。結果、破壊荷重は２２５（kg）となった。後述する比較例２の破壊荷重と比べて大きな違いは見られなかった。次に本実施例の切り出し部分の総重量を後述する比較例１の切り出し部分の総重量と比べた場合、３．００％オーダーの増加となったが、比較例２と比べた場合、６．００％オーダーの軽量化となった。
【００４０】
（比較例１）
本比較例では、図４のように偏肉厚関係を有しないオールシャフトを製作した。肉厚ｔ１、肉厚ｔ２をそれぞれ１．９５（ｍｍ）とし、オールシャフトを構成する繊維強化樹脂および積層角度等の設計条件は実施例１と同様とした。このとき、圧縮側の曲げ剛さＥＩｘは引張側の曲げ剛さＥＩｘと等しい。
【００４１】
このオールシャフトに対して、実施例１と同様の実験を実施し、圧縮部の繊維強化樹脂層中の強化繊維に発生する応力から、破壊荷重を算出したところ、破壊荷重は２００（kg）となった。切り出し部分の総重量は６３．２ｇであった。
【００４２】
（比較例２）
本比較例では、肉厚ｔ１、ｔ２を比較例１よりもそれぞれを０．２６（ｍｍ）ずつ厚くし、その他の構成は実施例１と同様とした。このとき、圧縮側の曲げ剛さＥＩｘは引張側の曲げ剛さＥＩｘと等しい。
【００４３】
このオールシャフトに対して、実施例１と同様の実験を実施し、圧縮部の繊維強化樹脂層中の強化繊維に発生する応力から、破壊荷重を算出したところ、破壊荷重は２２６（kg）となった。切り出し部分の総重量は６７．１ｇであった。
【００４４】
上述した実施例および比較例をまとめたのが次の表１である。
【００４５】
【表１】
2005145176.tif 000004
【００４６】
上記表１からも判断出来るように、オールシャフト内の圧縮側ＥＩｘを引張側ＥＩｘよりも大きくすることで、圧縮強度を改善しつつ、重量の増加を抑えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、オールに限らず、長手方向とは直交する方向に曲げ応力がかかる部材であれば、特に限定することなく広範囲に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のオールの一例を示す全体図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面拡大図であり、本発明のオールのオールシャフトの偏肉厚領域の長手方向と直交する断面拡大図である。
【図３】本発明のオールの製造方法の一例を示す説明図である。
【図４】従来のオールのオールシャフトの断面拡大図である。
【符号の説明】
【００４９】
１：管状体（オールシャフト）
１ａ：管状体（オールシャフト）１を構成する強化繊維
１ｂ：管状体（オールシャフト）１を構成するマトリックス樹脂
２：水掻き部材（オールブレード）
３：接合部材（リガー）
４：取付部材（ソケット）
５：操作部材（ハンドル）
６：水圧
７：高い引張応力が発生する部分
８：高い圧縮応力が発生する部分
９：中空部の断面形状における重心点
１０：ｘ軸
１１：外形状における重心点
１２：接点
１３：接点
１４：ストレート材繊維強化樹脂
１５：バイアス材繊維強化樹脂
１６：バイアス材繊維強化樹脂の巻き始め端
１７：バイアス材繊維強化樹脂の巻き終わり端
１８：バイアス材繊維強化樹脂の重ね代範囲
１９：マンドレル
２０：ボートオール
【図１】
2005145176.tif 000005
【図２】
2005145176.tif 000006
【図３】
2005145176.tif 000007
【図４】
2005145176.tif 000008