(57)【要約】【課題】重量化や厚肉化を少なくして、管状体の強度を安定化させる。【解決手段】強化繊維を束ねた複数の繊維束を、繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けて同一方向に指向させて並設した繊維束群を２つ以上有し、各群同士の指向方向が互いに異なるようにして各々を上下方向に重ね、これに合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した繊維束強化樹脂層１０Ａ’と、該層よりも外側に、特定の方向に引き揃えられた強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した一方向引き揃え繊維強化樹脂層１０Ｂ’，１０Ｃ’，１０Ｄ’とを具備するよう構成する。【選択図】図４
2005225196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を束ねた複数の繊維束を、繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けて同一方向に指向させて並設した繊維束群を２つ以上有し、各群同士の指向方向が互いに異なるようにして各々を上下方向に重ね、これに合成樹脂を含浸したプリプレグシートシートにより形成した繊維束強化樹脂層と、該層よりも外側に、特定の方向に引き揃えられた強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した一方向引き揃え繊維強化樹脂層とを具備することを特徴とする管状体。
【請求項２】
前記繊維束強化樹脂層のプリプレグシートの含浸樹脂比率は、一方向引き揃え繊維強化樹脂層のプリプレグシートの含浸樹脂比率よりも大きく、該両層は隣接している請求項１記載の管状体。
【請求項３】
強化繊維を束ねた複数の繊維束を、繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けて同一方向に指向させて並設した繊維束群を２つ以上のＮ群有し、各群同士の指向方向が互いに異なるようにして各々を上下方向に重ね、これに合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した繊維束強化樹脂層を具備し、重合した各繊維束群の指向方向は、外側又は内側から順次１８０度／Ｎずつずれて交差していることを特徴とする管状体。
【請求項４】
前記繊維束強化樹脂層の繊維束群は４つであり、その内の１つの群が管状体の軸方向に指向している請求項１〜３の何れか１記載の管状体。
【請求項５】
前記一方向引き揃え繊維強化樹脂層は前記繊維束強化樹脂層の外側に隣接しており、該隣接層同士において、一方向引き揃え繊維強化樹脂層の繊維指向方向は、繊維束強化樹脂層の繊維指向方向に対して４５度〜−４５度の範囲内である請求項１〜４の何れか１記載の管状体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化樹脂製の管状体に関し、ゴルフクラブのシャフト、釣竿の竿管、自転車のフレーム、テニスラケット等の管状体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からの引き揃え強化繊維を使用した繊維強化樹脂製のゴルフクラブシャフト等の管状体では、密な強化繊維の存在による管状体の剛性が高く、所望の撓み特性が得られ難いという問題があった。これを解決するために、下記特許文献１では、マトリックス樹脂を増加させて低弾性化すると共に、樹脂量過多による成形上の扱い難さをフィルムを用いて解消させた部分的なプリプレグシートをネック部に使用し、撓み剛性を大きく上昇させること無く、衝撃強度を向上させたゴルフクラブシャフトが開示されている。また、下記特許文献２には、曲げ（撓み）、捩り、圧縮剛性に優れ、あらゆる方向に強度を有するように、４方向の糸（強化繊維束）を相互に織った４軸織物を使用し、この４軸織物層の外側に、シャフトの長手方向に平行に引き揃えられた補強層を形成したゴルフクラブシャフトが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３５５８１８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４５８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
文献１では、ゴルフクラブのシャフトの剛性設計をする際に、曲げ、捩り、潰れに対する所望剛性を得るには、その剛性に寄与する指向方向繊維のプリプレグシートを外側に配置する程効率的に行え、上記開示の低弾性プリプレグシートを用いると、外層での剛性調整が容易に行える。然しながら、この低弾性プリプレグシートでは、フィルムの使用によりプリプレグシートが厚肉化し、このため、重量増加やプリプレグシートの巻き始めと巻き終わりに段差を生じ、円周方向での強度バラツキが生じ、強度的に安定しない。更には、このプリプレグシートは各強化繊維が単に引き揃えられているだけであると共に、樹脂を過多といえるように多く含浸させるため、成形時の樹脂フローによって各繊維が移動すると共に樹脂溜り等が発生して繊維間剥離やクラックが生じ易い。
文献２では、織られた糸間に隙間を形成し易く、その隙間の存在によって低弾性化が容易に行われ得る。然しながら、糸である強化繊維束が織られているため、強化繊維が屈曲すると共に、４軸織物層の表面の凹凸が大きく、外側の補強層の強化繊維もこの凹凸に倣って屈曲し、このため強化繊維の強度が低下すると共に補強強度が不安定となる。更には、この凹凸による樹脂溜りにより重量化し、この凹凸がゴルフクラブシャフト等の管状体表面に現われれば、美観上は研摩することが求められ、凹凸が大きい程、その研摩作業量が増加すると共に強化繊維自体を切断する虞が強くなる。強化繊維が切断されれば、補強役割は低下し、管状体の不用意な剛性低下や強度低下を招く。
従って解決しようとする課題は、重量化や厚肉化を少なくして、管状体の強度を安定化させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は請求項１では、強化繊維を束ねた複数の繊維束を、繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けて同一方向に指向させて並設した繊維束群を２つ以上有し、各群同士の指向方向が互いに異なるようにして各々を上下方向に重ね、これに合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した繊維束強化樹脂層と、該層よりも外側に、特定の方向に引き揃えられた強化繊維に合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した一方向引き揃え繊維強化樹脂層とを具備することを特徴とする管状体を提供する。
【０００５】
請求項２では、前記繊維束強化樹脂層のプリプレグシートの含浸樹脂比率は、一方向引き揃え繊維強化樹脂層のプリプレグシートの含浸樹脂比率よりも大きく、該両層は隣接している請求項１記載の管状体を提供する。
【０００６】
請求項３では、強化繊維を束ねた複数の繊維束を、繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けて同一方向に指向させて並設した繊維束群を２つ以上のＮ群有し、各群同士の指向方向が互いに異なるようにして各々を上下方向に重ね、これに合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した繊維束強化樹脂層を具備し、重合した各繊維束群の指向方向は、外側又は内側から順次１８０度／Ｎずつずれて交差していることを特徴とする管状体を提供する。
請求項４では、前記繊維束強化樹脂層の繊維束群は４つであり、その内の１つの群が管状体の軸方向に指向している請求項１〜３の何れか１記載の管状体を提供する。
請求項５では、前記一方向引き揃え繊維強化樹脂層は前記繊維束強化樹脂層の外側に隣接しており、該隣接層同士において、一方向引き揃え繊維強化樹脂層の繊維指向方向は、繊維束強化樹脂層の繊維指向方向に対して４５度〜−４５度の範囲内である請求項１〜４の何れか１記載の管状体を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１では、繊維束強化樹脂層は繊維束の指向方向が異なる繊維束群を上下方向に重ねているに過ぎず、織っているわけではないため凹凸が生じ難く、文献２で述べたような凹凸による強度不安定が防止される。また、織っていなくても上下に重合しているため、加熱焼成時に繊維が蛇行することも少ない。この外側に配設される一方向引き揃え繊維強化樹脂層も凹凸を生じ難く配設でき、強度が安定する。また、文献１のようなフィルムを使用しているわけではないため、厚肉化や重量化が防止される。更には、繊維束間隔は繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けているため、繊維束強化樹脂層の繊維比率を小さくでき（樹脂比率を大きくでき）、低弾性化し易い。また、外側層となる繊維強化樹脂層は、内側の繊維束強化樹脂層と比較すればより外側故、繊維量を少なくしても（効率的に）引き揃え方向に対する曲げ等の剛性を調節できる。
【０００８】
請求項２では、繊維束強化樹脂層のプリプレグシートの含浸樹脂比率をより大きくしているため、管状体の軸方向に交差する方向に配向した繊維束が巻回し易くなると共に、外側に隣接する一方向引き揃え繊維強化樹脂層の樹脂比率がより小さいため、これによって内側に隣接した繊維束強化樹脂層の樹脂を吸収させ、内側の層の樹脂量が過多になることを防止し、成形上安定化を図れ、成形強度が向上する。
【０００９】
請求項３では、繊維束強化樹脂層は繊維束の指向方向が異なる繊維束群を上下方向に重ねているに過ぎず、織っているわけではないため凹凸が生じ難く、文献２で述べたような凹凸による強度不安定が防止される。また、織っていなくても上下に重合しているため、加熱焼成時に繊維が蛇行することも少ない。この外側に配設される一方向引き揃え繊維強化樹脂層も凹凸を生じ難く配設でき、強度が安定する。また、文献１のようなフィルムを使用しているわけではないため、厚肉化や重量化が防止される。更には、繊維束間隔は繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けているため、繊維束強化樹脂層の繊維比率を小さくでき（樹脂比率を大きくでき）、低弾性化し易い。また、肉厚方向における繊維束群の繊維指向方向が１８０度／Ｎずつ段々に変わり、急変化しないため、各繊維束群同士の境界を剥離させるような応力が発生し難い。従って、管状体の強度が安定する。
請求項４では、繊維束強化樹脂層の繊維束群が４つであり、その内の１つの群が管状体の軸方向に指向しているため、請求項３に依存する場合は、円周方向、４５度方向、軸方向、−４５度方向というように指向方向が変化し、管状体の潰し力、捩り力、及び曲げ力に対抗する繊維配向となり、強度が安定する。
請求項５では、この隣接する層間の繊維の指向方向を急変化しないため、この境界における剥離が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る管状体の適用品としてのゴルフクラブの正面図であり、エポキシ樹脂等の合成樹脂をマトリックスとし、炭素繊維等の強化繊維で強化した繊維強化樹脂製のゴルフクラブシャフト１０の下端部にはゴルフクラブヘッドＨを装着している。また、上部にはグリップ部材Ｇを装着している。ゴルフクラブシャフト１０は図２に示す様に管状体であり、先側が細くなった緩テーパ状であるが、部分的に急テーパ部を有していてもよい。
【００１１】
図３はゴルフクラブシャフト１０の製造説明の図である。芯金２０の上に、繊維束群が４つ重合した繊維束プリプレグシート１０Ａを巻回する。その上に、芯金２０の軸方向に対して強化繊維が−４５度方向に指向するよう引き揃えられたプリプレグシート１０Ｂと、４５度方向に指向するよう引き揃えられたプリプレグシート１０Ｃとを重合させたものを巻回する。更にその上に、強化繊維が軸長方向（０度方向）に指向するよう引き揃えられたプリプレグシート１０Ｄを巻回する。管状体の両端部の補強用に、各端部領域に補強プリプレグシート１０Ｅと１０Ｆを巻回する。このように補強シートは繊維束プリプレグシート１０Ａよりも外側に設け、繊維束プリプレグシートが段差によってバラケないようにしている。また、この例では、マトリックス樹脂はエポキシ樹脂であり、強化繊維は炭素繊維であるが、他の種類の樹脂や強化繊維を使用してもよい。
【００１２】
こうして巻回された管状体素材を加圧加熱焼成して図４に部分縦断面を図示する管状体のゴルフクラブシャフト１０が製造される。内側から順次、繊維束強化樹脂層１０Ａ’，一方向引き揃え繊維強化樹脂層１０Ｂ’，１０Ｃ’，１０Ｄ’は、図３に示すプリプレグシート１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄに夫々対応する層であり、層１０Ａ’、層１０Ｂ’＋１０Ｃ’、層１０Ｄ’の厚さは、夫々０．１５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１ｍｍである。プリプレグシート１０Ｂと１０Ｃはここでは重合し、１回巻回されている。図５はプリプレグシート１０Ａの部分拡大平面図である。図６に図示するように、このプリプレグシートは、４つの種類の強化繊維束群１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ａ３，１０Ａ４を下から順次上に重合させ、その重合繊維束体にエポキシ樹脂等の合成樹脂を含浸させている。この例では、ゴルフクラブシャフト１０の内側から順次、強化繊維束群１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ａ３，１０Ａ４という順序で強化繊維束群を配設している。
【００１３】
各強化繊維束群の強化繊維束は、強化繊維を５００〜６０００本程度密集させ、殆ど捩らないで済ませている。各強化繊維束群は、上記強化繊維束を充分に離隔させつつ同じ方向に指向させている。この離隔の程度は、強化繊維束の大きさ（幅）に対して、通常は、図５に示す程度の間隔割合であり、少なくとも、強化繊維束の平均的幅寸法以上の間隔を設けている。尚、各繊維束群の中では間隔は概ね一定であるが、異なる強化繊維束群間においては、そうした間隔の大きさは異なってもよい。この例での各強化繊維束の平均的幅は２ｍｍ程であり、間隔は各強化繊維束群によって異なり、３〜９ｍｍの範囲内の値である。また、各強化繊維束の厚さは幅に比べて薄く、ゴルフクラブシャフトの厚さ方向に押し潰されたような形態である。繊維束群の各層は、夫々１５〜２０ｇ／ｍ２程度の強化繊維を有して互いに大差無いため、捩れ、曲げ、潰れに対する強度特性バランスを保持している。
【００１４】
強化繊維束群１０Ａ１は、強化繊維束１０Ａ１Ｓの指向方向が円周方向（９０度方向），強化繊維束群１０Ａ２は、強化繊維束１０Ａ２Ｓの指向方向が４５度方向、強化繊維束群１０Ａ３は、強化繊維束１０Ａ３Ｓの指向方向が軸長方向（０度方向）、強化繊維束群１０Ａ４は、強化繊維束１０Ａ４Ｓの指向方向が−４５度方向である。従って、強化繊維束（強化繊維）の指向方向は、内側から順次４５度づつ変化しており、請求項３の効果の欄で述べたように、肉厚方向における強化繊維（束）の指向方向が急変化しないため、各強化繊維束群同士の境界を剥離させるような応力が発生し難い。従って、ゴルフクラブシャフトの強度が安定する。図５の位置Ｐで例示するように、４つの強化繊維束群の各強化繊維束が４つ共重合した場所があるが、各強化繊維束群をずらせてこうした場所を無くしてもよい。また、強化繊維束１０Ａ４Ｓの指向方向が−４５度方向であり、プリプレグシート１０Ｂの強化繊維方向も−４５度方向であるため同じ方向であって、請求項５に係る発明をも満たしている。
【００１５】
また、上記例でのプリプレグシート１０Ａの樹脂比率は４０重量％であり、プリプレグシート１０Ｂのそれは２４重量％であり、プリプレグシート１０Ａよりも樹脂比率が小さい。また、プリプレグシート１０Ｃ，１０Ｄのそれは、夫々２４重量％、３０重量％である。プリプレグシート１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの中で、プリプレグシート１０Ａが最も内側に巻回され、芯金２０に対して巻回し難いが、樹脂比率を最も高くすることで巻回を容易にし、これに隣接したプリプレグシート１０Ｂ（及び１０Ｃ）の樹脂比率を、該プリプレグシート１０Ａよりも小さくして成形時にプリプレグシート１０Ａの樹脂がプリプレグシート１０Ｂ側に移動し、前者に対応する層１０Ａ’はプリプレグシート状態よりも樹脂比率が低下し、後者に対応する層１０Ｂ’は増加するように工夫している。このため、プリプレグシート１０Ｂ，１０Ｃはプリプレグシート１０Ｄに対しても樹脂比率をより小さくしている。
【００１６】
然しながら、プリプレグシート１０Ａの樹脂比率を、他のプリプレグシートよりも小さくすることも可能ではある。なお、各プリプレグシート１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの強化繊維は、順次、弾性率（ｔｏｎ／ｍｍ２（Ｎ／ｍｍ２））が２４〜３０（２３５２００〜２９４０００）、３０〜４０（２９４０００〜３９２０００）、３０〜４０（２９４０００〜３９２０００）、３０〜４０（２９４０００〜３９２０００）である。上記例でのプリプレグシート１０Ａは４つの強化繊維束群を重合させているが、２つでもよく、３つでも、また、５つ以上の重合でもよい。
【００１７】
以上何れの形態でも、繊維束強化樹脂層（１０Ａ’に相当）は繊維束の指向方向が異なるように繊維束群を上下方向に重ねているに過ぎず、織っているわけではないため、重合方向、即ち、径方向に凹凸が生じ難く、文献２で述べたような凹凸による強度不安定が防止される。また、この外側に配設される一方向引き揃え繊維強化樹脂層も凹凸を生じ難く配設でき、強度が安定する。また、文献１のようなフィルムを使用しているわけではないため、厚肉化や重量化が防止される。更には、繊維束間隔は繊維束の平面視による平均的幅寸法以上の間隔を設けているため、繊維束強化樹脂層の繊維比率を小さくでき（樹脂比率を大きくでき）、低弾性化し易い。
【００１８】
以上の発明とは別であるが、模様の形態としては、強化繊維を束ねた複数の繊維束を、繊維束の平面視による平均的幅寸法よりも大きな間隔を設けて同一方向に指向させて並設した繊維束群を２つ以上有し、各群同士の指向方向が互いに異なるようにして各々を上下方向に重ね、これに合成樹脂を含浸したプリプレグシートにより形成した繊維束強化樹脂層を外部から視認できる層に設けて管状体を形成することもできる。この場合は、文献２に開示のような編んだものではないため、この文献２について述べた、凹凸による樹脂溜りにより重量化し、この凹凸がゴルフクラブシャフト等の管状体表面に現われれば、美観上は研摩することが求められ、凹凸が大きい程、その研摩作業量が増加する。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、ゴルフクラブのシャフトや釣竿の竿管等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明に係るゴルフクラブの正面図である。
【図２】図２は図１のシャフトのみの斜視図である。
【図３】図３は図２のシャフトの製法説明図である。
【図４】図４は図２のシャフトの部分拡大縦断面図である。
【図５】図５は図３の１つのプリプレグシートの拡大平面図である。
【図６】図６は図５の重合強化繊維束群の各群の平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０Ａ’                                        繊維束強化樹脂層
１０Ｂ’，１０Ｃ’，１０Ｄ’                    一方向引き揃え繊維強化樹脂層
１０Ａ１，１０Ａ２，１０Ａ３，１０Ａ４          強化繊維束群
１０Ａ１Ｓ，１０Ａ２Ｓ，１０Ａ３Ｓ，１０Ａ４Ｓ  強化繊維束
【図１】
2005225196.tif 000003
【図２】
2005225196.tif 000004
【図３】
2005225196.tif 000005
【図４】
2005225196.tif 000006
【図５】
2005225196.tif 000007
【図６】
2005225196.tif 000008