(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレル上に伸縮性のチューブを介してプリプレグシートを巻き付けた後、成形金型内にセットして前記チューブ内を気密とし、次いで、前記マンドレル内に流体を供給し前記チューブ内に流体を噴射して前記プリプレグシートを前記成形金型の内壁に押圧することによって成形するとともにプリプレグシートの樹脂を熱硬化させる内圧成形法によるシャフトの製造方法において、
該方法は、
繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシート、および繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートを巻き付けるに際して、前記繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回し、前記繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートの巻き付けは、巻終わり端部が巻始め端部よりも巻始め方向に１／１０〜９／１０周分の範囲から選択された所定の長さで重なるように少なくとも１回巻き回すことを特徴としたシャフトの製造方法。
【請求項２】
繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して５°以下であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回すことを特徴とした請求項１に記載のシャフトの製造方法。
【請求項３】
繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して１０°以下であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回すことを特徴とした請求項１に記載のシャフトの製造方法。
【請求項４】
繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°以下であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回すことを特徴とした請求項１に記載のシャフトの製造方法。
【請求項５】
各プリプレグシートの巻き始め位置は、シャフトの周方向に亘って分散させることを特徴とした請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシャフトの製造方法。
【請求項６】
プリプレグシートの巻き付け後に、前記マンドレルを前記チューブから引き抜き、次に、シャフトの長さの１／３以下の長さである成形用マンドレルを前記チューブ内に挿入し、その後、成形金型内にセットして前記チューブ内を気密とし、次いで、前記成形用マンドレル内に流体を供給し前記チューブ内に流体を噴射して成形するとともにプリプレグシートの樹脂を熱硬化させることを特徴とした請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフシャフトや釣竿等のシャフトの製造方法に係り、特に内圧成形法を用いたシャフトの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維等を使用した繊維強化樹脂製のシャフトは、軽量でありながら優れたねじれ剛性や曲げ剛性等を具備するものであり、ゴルフクラブシャフトや釣竿等として、その使用量が飛躍的に伸びている。このようなシャフトは、繊維の配向方向が異なる種々の層からなる多層構造となっており、シャフトの厚み方向の層構成は、周方向に沿って均一でなければならない。シャフトの周方向で層構成が異なると、結果として剛性の不均一性や偏肉がシャフトの周方向に生じることになる。
【０００３】
上記のような繊維強化樹脂製のシャフトの製造方法の一つとして内圧成形法がある。これは、流体噴射孔を表面に備えた中空構造のマンドレル上に伸縮性のチューブを介して所望のプリプレグシートを巻き付け、これを成形金型内にセットしてマンドレルの流体噴射孔から流体をチューブ内に噴射して、プリプレグシートを成形金型の内壁に押圧することによって成形するとともに、プリプレグシートの樹脂を硬化させてシャフトを成形するものである。
【０００４】
このような内圧成形法では、プリプレグシートが成形金型の内壁に押圧されたときに、層構成が周方向に沿って均一となるようにプリプレグシートをマンドレルに巻き付けている（以下、金型基準とよぶ）。すなわち、プリプレグシートが成形金型の内壁に押圧されるときに、巻き付けられていたプリプレグシートの巻きが解れることを考慮して、プリプレグシートの巻始め端部と巻終わり端部を一致させず、故意に余分にマンドレル上に巻き回している。例えば、成形時に３層となるような層の場合、プリプレグシートをマンドレルに３回巻き回し、さらに１／３周巻き回すような調整を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内圧成形法では、上述の金型基準でプリプレグシートを巻き付けても、プリプレグシートの繊維の配向方向によっては、成形後の層構成が周方向に沿って均一とならない問題があり、結果として周方向でシャフトの曲げ剛性に差異が生じたり、シャフトに反り（曲がり）が生じた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内圧成形法による高品質のシャフト製造を可能とするシャフトの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、マンドレル上に伸縮性のチューブを介してプリプレグシートを巻き付けた後、成形金型内にセットして前記チューブ内を気密とし、次いで、前記マンドレル内に流体を供給し前記チューブ内に流体を噴射して前記プリプレグシートを前記成形金型の内壁に押圧することによって成形するとともにプリプレグシートの樹脂を熱硬化させる内圧成形法によるシャフトの製造方法において、該方法は、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシート、および繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートを巻き付けるに際して、前記繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回し、前記繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートの巻き付けは、巻終わり端部が巻始め端部よりも巻始め方向に１／１０〜９／１０周分の範囲から選択された所定の長さで重なるように少なくとも１回巻き回すような構成とした。
【０００８】
また、本発明の他の態様として、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して５°以下であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回すような構成とした。
また、本発明の他の態様として、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して１０°以下であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回すような構成とした。
また、本発明の他の態様として、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°以下であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回すような構成とした。
【０００９】
また、本発明の他の態様として、各プリプレグシートの巻き始め位置は、シャフトの周方向に亘って分散させるような構成とした。
さらに、本発明の他の態様として、プリプレグシートの巻き付け後に、前記マンドレルを前記チューブから引き抜き、次に、シャフトの長さの１／３以下の長さである成形用マンドレルを前記チューブ内に挿入し、その後、成形金型内にセットして前記チューブ内を気密とし、次いで、前記成形用マンドレル内に流体を供給し前記チューブ内に流体を噴射して成形するとともにプリプレグシートの樹脂を熱硬化させるような構成とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について説明する。
本発明は、内圧成形法において、プリプレグシートが成形金型の内壁に押圧されるときの挙動が、繊維の配向方向によって異なることに着目してなされたものである。すなわち、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートは、成形金型の内壁に押圧されるときに、巻きが解れるような挙動等を示すが、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシートは、成形金型の内壁に押圧されるときの応力によって、プリプレグシート自体に伸びが生じ、マンドレルに巻き付けられたときの巻き状態がほぼ維持される。したがって、本発明では、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回し（以下、マンドレル基準とよぶ）、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートの巻き付けは、巻終わり端部が巻始め端部よりも巻始め方向に所定の長さ（例えば、１／１０〜９／１０周分の範囲）で重なるように少なくとも１回巻き回す（金型基準）ようにする。
【００１１】
本発明では、上述のように繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°となるプリプレグシートは、必ずマンドレル基準で巻き付けるが、２５°以下の範囲で繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して角度をもつようなプリプレグシートは、マンドレル基準で巻き付けるか、金型基準で巻き付けるかを、繊維材料、樹脂成分、成形前後の拡径率等を考慮して決定することができる。本発明の効果をより確実に発現するために、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して５°以下であるプリプレグシートをマンドレル基準で巻き付ける場合、また１０°以下であるプリプレグシートをマンドレル基準で巻き付ける場合、さらには、２５°以下であるプリプレグシートをマンドレル基準で巻き付ける場合が考えられる。したがって、例えば、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して１０°以下であるプリプレグシートをマンドレル基準で巻き付ける場合、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して１０°を超え２５°以下のプリプレグシートの巻き付けは、金型基準で行なわれることになる。
【００１２】
図１は本発明のシャフトの製造方法を説明する工程図である。本発明のシャフトの製造方法では、まず、マンドレル１を伸縮性のチューブ２に挿入し（図１（Ａ））、伸縮性のチューブ２を介してプリプレグシート３をマンドレル１に巻き付ける（図１（Ｂ））。
マンドレル１は、従来の内圧成形法に用いるマンドレルと同様に、チューブ２を保持する作用をなし、かつ、中空構造で表面に流体噴射孔を備え、成形金型内にて流体を噴射する機能を有している。このようなマンドレル１は、金属、繊維強化プラスチック等いずれの材料を用いて作製したものであってもよい。
【００１３】
伸縮性を有するチューブ２は、例えば、ラテックス、天然ゴム、ＣＲ（クロロプレンの重合体）、ＳＢＲ（スチレンとブタジエンの共重合体）、ＮＢＲ（ブタジエンとアクリロニトリルとの共重合体）、ＩＲ（イソプレンの重合体）、イソブチレンとイソプレンの共重合体等のジエン系合成ゴム、ＥＰＭ（エチレンとプロピレンの共重合体）、ＥＰＤＭ（エチレン、プロピレンおよび少量の非共役ジエンとの三成分系共重合体）、シリコンゴム等の材質からなる袋体を用いることができる。
【００１４】
使用するプリプレグシート３は、繊維に硬化性の樹脂を含浸させたものであり、製造するシャフトの中心軸に対して繊維を所望の角度（例えば、０°、９０°、４５°等）で配向させた複数種のプリプレグシートを、製造するシャフトに要求される特性に応じて適宜選択することができる。プリプレグシート３を構成する繊維としては、炭素繊維、ポリアマイド繊維、ボロン繊維、金属繊維、ガラス繊維、および、これらの２種以上の混成繊維等からなる一方向繊維、織布繊維、編組状繊維等を使用することができる。また、樹脂としてはエポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂や熱可塑性のナイロン、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等を使用することができる。
【００１５】
本発明では、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシートについては、必ず巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回し（マンドレル基準）、また、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートについては、必ず巻終わり端部が巻始め端部よりも巻始め方向に所定の長さで重なるように少なくとも１回巻き回す（金型基準）ものである。そして、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°以下の範囲で角度をもつようなプリプレグシートは、繊維材料、樹脂成分、成形前後の拡径率等を考慮して、マンドレル基準で巻き付けるか、金型基準で巻き付けるか決定される。
【００１６】
図２は、プリプレグシート３として、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシート１１と、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して＋４５°であるプリプレグシート１２と、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して−４５°であるプリプレグシート１３とを、伸縮性のチューブ２を介してマンドレル１に巻き付けた状態を示す断面図である。また、図３乃至図５は、図２に示されるプリプレグシート１１，１２，１３の個々の巻き回し状態を示す図であり、図３はプリプレグシート１１、図４はプリプレグシート１２、図５はプリプレグシート１３をそれぞれ示している。図２および図３乃至図５に示されるように、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシート１１は、周方向０°の位置から巻き始め、３回巻き回して、巻始め端部１１ａと巻終わり端部１１ｂとが一致するように巻き付ける。また、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して＋４５°であるプリプレグシート１２は、周方向１２０°の位置から巻き始め、２回巻き回した後、さらに、巻始め方向（図示の矢印Ａ方向）に所定の長さＬ１だけ重なるように巻き付ける。さらに、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して−４５°であるプリプレグシート１３は、周方向２４０°の位置から巻き始め、２回巻き回した後、さらに、巻始め方向（図示の矢印Ａ方向）に所定の長さＬ２（Ｌ１＝Ｌ２であってもよい）だけ重なるように巻き付ける。上記の長さＬ１、Ｌ２は、使用するプリプレグシートに応じて、１／１０〜９／１０周分の範囲で適宜設定することができる。
【００１７】
次に、マンドレル１、チューブ２、プリプレグシート３を成形金型２１にセットする（図１（Ｃ））。成形金型２１は、一端開口形の樋形状のキャビティ２２を備え、例えば、キャビティ２２の開口端２２ａ側には、位置決め用の凸部（図示せず）が設けられている。尚、図１（Ｃ）では、説明を容易にするため、成形金型の半体のみを示している。
【００１８】
次に、マンドレル１内に流体を供給し、流体噴射孔（図示せず）からチューブ２内に流体を噴射してプリプレグシート３に内圧をかけ成形金型２１のキャビティ２２に圧着させるとともに加熱して、プリプレグシート３の熱成形を行う。使用する流体は、空気、窒素ガス等が挙げられ、プリプレグシートの材料等に応じて適宜選択することができる。
【００１９】
この熱成形において、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシート１１は、押圧されるときの応力によって、プリプレグシート自体に伸びが生じ、マンドレルに巻き付けられた状態がほぼ維持され、巻始め端部１１ａと巻終わり端部１１ｂとが一致したままとなる。一方、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して＋４５°であるプリプレグシート１２は、巻きが解れるような挙動等を示し、図４に示される長さＬ１の重なりがなくなり、図６に示すように、巻始め端部１２ａと巻終わり端部１２ｂとが一致することになる。同様に、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して−４５°であるプリプレグシート１３も、巻きが解れるような挙動等を示し、図５に示される長さＬ２の重なりがなくなり、図７に示すように、巻始め端部１３ａと巻終わり端部１３ｂとが一致することになる。これにより、成形後の層構成が周方向に沿って均一なものとなる。
【００２０】
その後、マンドレル１および伸縮性のチューブ２を引き抜くことにより、シャフトが得られる。
尚、上述のシャフトの製造方法は、説明を容易なものとするために、プリプレグシート３として、３種のプリプレグシート１１，１２，１３を示しているが、これに限定されないことは勿論であり、また、各プリプレグシートの巻き付けの回数（層数）も限定されるものではない。さらに、上述の例では、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシート１１が内側に位置し、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して＋４５°、−４５°であるプリプレグシート１２、１３が外側に位置する多層構造を示しているが、これに限定されるものではなく、０°配向のプリプレグシートが外側に位置したり、多層構造の中間に位置してもよい。
【００２１】
また、本発明では、プリプレグシート３の巻き付け後、マンドレル１をチューブ２から引き抜き、代わりに、シャフトの長さの１／３以下の長さである成形用マンドレルをチューブ２内に挿入し、熱成形を行ってもよい。このような成形用マンドレルを使用することにより、チューブ２に挿入して成形金型２１内にセットしたときに、マンドレルの自重による撓りが防止され、また、流体が圧損失をほとんど生じることなくチューブ２内に噴射されるので、チューブ２を所定の圧力で均一に膨張させることができる。
【００２２】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例］
伸縮性のチューブ（材質ラテックス製）にマンドレルを挿入し、チューブ上からプリプレグシートを巻き付けた。プリプレグシートは、シャフトの中心軸に対して０°に配向させた炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させた所定形状の繊維強化樹脂プリプレグ（東邦レーヨン（株）製Ｑ−Ｕ１１４  ０８００（厚み０．１０ｍｍ））と、シャフトの中心軸に対して＋４５°、−４５°に配向させた炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させた所定形状の繊維強化樹脂プリプレグ（東邦レーヨン（株）製Ｑ−Ａ１１０−１４１  ０８００（厚み０．０９ｍｍ））の、３種を使用した。そして、０°配向であるプリプレグシートを３回巻き回して、巻始め端部と巻終わり端部とが一致するように３層状態にマンドレルに巻き付けた（マンドレル基準）。次に、＋４５°配向のプリプレグシートを、上記の０°配向のプリプレグシートの巻始め位置から周方向に１２０°ずらした位置から巻き始め、２回巻き回した後、さらに、１／２周分だけ重なるようにマンドレルに巻き付けた（金型基準）。次いで、−４５°配向のプリプレグシートを、上記の０°配向のプリプレグシートの巻始め位置から周方向に２４０°ずらした位置から巻き始め、２回巻き回した後、さらに、１／２周分だけ重なるようにマンドレルに巻き付けた（金型基準）。
【００２３】
次に、マンドレルの軸方向を水平方向とするように成形金型にセットした。成形金型は図１（Ｃ）に示されるような構造の１組の半体からなり、同時に６本のシャフトを成形できるものを使用した。
【００２４】
次に、空気をマンドレルの流体供給口からマンドレル内に供給し、流路を経由して流体噴射孔からチューブ内に空気を噴射してプリプレグシートに内圧をかけ成形金型に圧着させるとともに１５０℃に加熱して、プリプレグシートの熱成形を行った。その後、マンドレルおよび伸縮性のチューブを引き抜くことにより、シャフト（長さ１２０５ｍｍ）が得られた。
【００２５】
このようにして製造したシャフトは、０°配向層が３層、＋４５°配向層と−４５°配向層がそれぞれ２層であり、直径方向の肉厚が０．５５ｍｍで均一なものであった。
【００２６】
また、このシャフトについて、下記の方法により反りの測定を行ったところ、ブレ幅は１．０ｍｍであり、反りの発生がないことが確認された。
（反りの測定方法）
シャフトをバット側端部から１００ｍｍの位置と６００ｍｍの位置の２ヶ所で支持し、この状態でシャフトを軸を中心に回転させ、チップ側端部から２０ｍｍの箇所のブレ幅を測定する。ブレ幅が１．５ｍｍ以下であれば、反りがないものと判断する。
【００２７】
［比較例］
０°配向であるプリプレグシートを３回巻き回した後、さらに、８／１０周分だけ重なるようにマンドレルに巻き付けた（金型基準）他は、上記の実施例と同様にしてシャフトを製造した。
【００２８】
このようにして製造したシャフトは、＋４５°配向層と−４５°配向層がそれぞれ２層であるものの、０°配向層に一部４層部位が存在し、この部位における直径方向の肉厚は０．６１ｍｍであり、他の部位（肉厚０．５５ｍｍ）よりも厚いものであった。このようなシャフトについて、実施例と同様にして反りの測定を行ったところ、ブレ幅は４．５ｍｍであり、反りが生じていた。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば伸縮性のチューブを介したマンドレル上へのプリプレグシートの巻き付けを、繊維の配向方向の違いによって異なるものとし、シャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシートの巻き付けは、巻始め端部と巻終わり端部が一致するように少なくとも１回巻き回し、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートの巻き付けは、巻終わり端部が巻始め端部よりも巻始め方向に所定の長さで重なるように少なくとも１回巻き回すようにするので、成形金型内にセットしてチューブ内を気密とし、マンドレル内に流体を供給してチューブ内に流体を噴射して成形したときに、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートは、巻きが解れるような挙動等を示して周方向に沿って均一な厚みとなり、また、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して０°であるプリプレグシートは、それ自体に伸びが生じて、マンドレルに巻き付けられた状態（周方向に沿って均一な状態）がほぼ維持され、これにより、成形後の層構成が周方向に沿って均一となり、結果として周方向でシャフトの曲げ剛性が等しく、また、シャフトに反り（曲がり）のない高品質のシャフトが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシャフトの製造方法を説明する工程図である。
【図２】プリプレグシートを伸縮性のチューブを介してマンドレルに巻き付けた状態を示す断面図である。
【図３】図２に示される各プリプレグシートの巻き回し状態を示す図である。
【図４】図２に示される各プリプレグシートの巻き回し状態を示す図である。
【図５】図２に示される各プリプレグシートの巻き回し状態を示す図である。
【図６】熱成形において、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートの巻きが解れた状態を示す図である。
【図７】熱成形において、繊維の配向方向がシャフトの中心軸に対して２５°を超えるプリプレグシートの巻きが解れた状態を示す図である。
【符号の説明】
１…マンドレル
２…伸縮性チューブ
３…プリプレグシート
１１…０°配向であるプリプレグシート
１２…＋４５°配向であるプリプレグシート
１３…−４５°配向であるプリプレグシート
１１ａ，１２ａ，１３ａ…巻始め端部
１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ…巻終わり端部
２１…成形金型
【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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