(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維が一の方向に指向した第１層と、強化繊維が他の方向に指向した第２層と、該第１層と第２層との間に位置する第３層とを具備し、第３層の強化繊維の指向方向が前記第１層か第２層の何れかの層の強化繊維の方向と一致すると共に、第３層の強化繊維の平均繊維径が、前記一致する層の前記強化繊維の平均繊維径よりも小さいことを特徴とする繊維強化樹脂製のスポーツ用管状体。
【請求項２】
強化繊維の指向方向が軸長方向である層を有し、該軸長方向層に隣接している層を少なくとも１層有し、該層内の強化繊維が軸長方向に対して交差する方向に指向しており、該交差層の厚さが前記軸長方向層の層厚に比べて相当に薄く、前記軸長方向層内であって、前記交差層に隣接した位置に隣接層を有し、該隣接層内の軸長方向強化繊維の平均繊維径が、前記軸長方向層の該隣接層を除いた残りの軸長方向強化繊維の平均繊維径よりも小さいと共に、隣接層の厚さが、軸長方向層から該隣接層を除いた残りの層の厚さよりも相当に薄いことを特徴とする繊維強化樹脂製のスポーツ用管状体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂をマトリックスとし、強化繊維で強化した繊維強化樹脂製のスポーツ用管状体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化樹脂製のスポーツ用管状体は、釣竿やゴルフクラブ等のように撓み変形を受ける。このため、軸長方向に指向した強化繊維を主体とした管状体として、撓み変形に対する耐久性（剛性）を付与している。然しながら、管状体には撓み変形のみならず、軸長方向に沿って割れが発生したり、管状体の横断面における潰れ変形等も生じ得て、こうした割れや変形を防止するために、軸長方向に対して交差する円周方向や傾斜方向に指向した強化繊維を主体とする層を追加して管状体を形成することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、マトリックス樹脂が少なくて強化繊維密度が高い繊維強化樹脂の管状体の場合は、強化繊維が交差する層同士の境界では、強化繊維が同一方向に指向した層同士の境界よりも、境界における隣接繊維間に大きな空間が形成される。当該空間にはマトリックスとしての合成樹脂が充填されるはずであるが、合成樹脂内にボイドを含んだ状態になることもあり、より大きな空間にはより多くの樹脂を充填しなければならず、このためボイドが含まれる確率が高くなると共に、ボイドが含まれた場合、より大きなボイドとなる確率が高い。ボイドを含めば、管状体が変形を受けた際にその部位から破損し易くなり、管状体の強度低下をもたらす。
依って本発明は、強化繊維方向の交差する層同士の境界部からの破損を防止できるスポーツ用管状体の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑みて本発明は請求項１において、強化繊維が一の方向に指向した第１層と、強化繊維が他の方向に指向した第２層と、該第１層と第２層との間に位置する第３層とを具備し、第３層の強化繊維の指向方向が前記第１層か第２層の何れかの層の強化繊維の方向と一致すると共に、第３層の強化繊維の平均繊維径が、前記一致する層の前記強化繊維の平均繊維径よりも小さいことを特徴とする繊維強化樹脂製のスポーツ用管状体を提供する。
【０００５】
請求項１は、繊維方向が交差する第１層と第２層との間に、これらの何れかと繊維方向を概ね一致させた第３層を介在させており、該一致する層に比べて第３層の平均繊維径を小さく構成しているので、第１層と第２層とを直接に隣接させる場合よりも、層境界における隣接繊維間の空間が小さくなって、強度が向上する。
第３層の層厚は前記一致する層の層厚と同程度や半分程度としてもよい。半分程度とは、約４０〜約６０％である。また、その他任意の厚さ関係にしてもよい。
【０００６】
請求項２において、強化繊維の指向方向が軸長方向である層を有し、該軸長方向層に隣接している層を少なくとも１層有し、該層内の強化繊維が軸長方向に対して交差する方向に指向しており、該交差層の厚さが前記軸長方向層の層厚に比べて相当に薄く、前記軸長方向層内であって、前記交差層に隣接した位置に隣接層を有し、該隣接層内の軸長方向強化繊維の平均繊維径が、前記軸長方向層の該隣接層を除いた残りの軸長方向強化繊維の平均繊維径よりも小さいと共に、隣接層の厚さが、軸長方向層から該隣接層を除いた残りの層の厚さよりも相当に薄いことを特徴とする繊維強化樹脂製のスポーツ用管状体を提供する。相当に薄いとは、半分程度以下の薄さをいい、好ましくは４分の１程度以下の薄さをいう。
【０００７】
軸長方向層によって管状体の撓み剛性を持たせ、これに交差する方向の強化繊維の交差層によって潰れ等を防止する構造である。この両層の境界部位の、軸長方向層の一部を隣接層にし、この隣接層の平均繊維径を、軸長方向層の残りの軸長方向強化繊維の平均繊維径よりも小さく構成し、また、隣接層の厚さも軸長方向層の残りよりも相当に薄く形成し、管状体の撓み特性を、隣接層を除いた軸長方向層の残りによって主に支配し、隣接層の存在によって、交差層との境界における隣接繊維間の空間を小さくできて管状体の強度を向上させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態例に基づき、更に詳細に説明する。
図１は本発明に係る管状体の第１実施形態例の要部横断面図である。肉厚方向の中央の層１０Ａに直径の大きな強化繊維ＤＳを概ね軸長方向に指向するように配設し、その外側に薄肉の隣接層１０Ｂを設け、前記強化繊維ＤＳに比較して小径の強化繊維ＳＳを概ね軸長方向に指向するように配設している。また、この例では、中央層の内側にも薄肉の隣接層１０Ｃを設け、前記強化繊維ＤＳに比較して小径の強化繊維ＳＳ’を概ね軸長方向に指向するように配設している。
【０００９】
前記３つの層１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを併せて軸長方向層１０といえ、この外側と内側に、夫々、強化繊維が概ね円周方向に指向し、軸長方向層に比較して薄肉の交差層１２，１２’を設けている。大径強化繊維ＤＳとしてボロン等の金属繊維を使用し、小径強化繊維ＳＳ，ＳＳ’として炭素繊維やガラス繊維等の、金属繊維を除く無機繊維を使用することができる。これによって、円周方向に指向した交差層と接する層の繊維を、径の大きな金属繊維とする場合よりも、境界における隣接繊維間の空間を小さくできてボイドの発生を防止でき、管状体の強度が向上する。
【００１０】
また、中央層１０Ａは、隣接層１０Ｂ，１０Ｃよりも相当に厚く、軸長方向強化繊維の中で、金属繊維である大径強化繊維ＤＳの割合が相当に多いため、管状体の撓み特性として金属繊維が大きく支配する。撓みを生じた場合に、撓んだ管状体の外側半分には引張り荷重が作用し、内側半分には圧縮荷重が作用するが、撓みが大きいと、外側の引張り荷重よりも、内側の圧縮荷重による管状体の座屈破壊が先に起こることが多い。しかし、軸長方向強化繊維として、圧縮強度の高い金属繊維を多く使用しているため、圧縮強度が強くなり、大きく撓んでも内側からの破損が防止でき、その分、大撓みが可能となる。即ち、強度が向上したといえる。
【００１１】
各層１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１２，１２’の具体的な層厚例として、順次、０．２ｍｍ，０．０５ｍｍ，０．０５ｍｍ，０．０５ｍｍ，０．０５ｍｍ等があり、隣接層１０Ｂ，１０Ｃの各層厚は、中央層１０Ａの層厚の１／４程度以下にすると、中央層の金属繊維ＤＳの特性が管状体の撓み特性の支配的繊維となる。また、各層１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１２，１２’の具体的な層厚例として、順次、０．１ｍｍ，０．０５ｍｍ，０．０５ｍｍ，０．０５ｍｍ，０．０５ｍｍ等、即ち、隣接層１０Ｂ，１０Ｃの各層厚を中央層１０Ａの層厚の１／２程度にしてもよい。大径繊維としての金属繊維ＤＳの繊維径は１５〜１２５ミクロン程度であり、小径繊維としての炭素繊維ＳＳ，ＳＳ’が中実繊維の場合、繊維径は４〜１０ミクロン程度であり、好ましくは４〜７ミクロン程度である。
【００１２】
大径繊維の強化繊維ＤＳとして、金属繊維の代わりに中空状炭素繊維を使用でき、その繊維径は６〜１５ミクロン程度であり、隣接層の存在で上記と同様に境界部におけるボイド発生の防止を行い、また、中空状炭素繊維は中実炭素繊維と同じように金属繊維よりも縦弾性率が高く、また、比重も小さいため、軽量な管状体であって、撓み剛性を大きくできる。即ち、比剛性を向上できる。中空状炭素繊維の平均繊維径が、中実炭素繊維のそれよりも大きいように繊維径を選択する。更には、大径強化繊維ＤＳとして中実炭素繊維を使用し、小径強化繊維としても中実炭素繊維を使用できる。前述の４〜１０ミクロン程度の中で、大きい径の物を大径強化繊維ＤＳとし、小さい径の物を小径強化繊維とすればよい。
【００１３】
図２は、他の実施形態例であり、図１の場合と異なるのは、軸長方向層１０が、夫々の層厚が大きく異なることのない中央層１０Ａと２つの隣接層１０Ｂ，１０Ｃとから構成されていることである。従って、管状体としての撓み特性は３層１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの夫々によって支配される。その他は図１の形態例と同様である。
【００１４】
また、以上２つの形態例では、交差層を管状体の内外に設けているが、一方（外側又は内側）だけでもよい。外側の交差層１２だけの場合、隣接層は１０Ｂのみであり、１０Ｃは不要である。また、内側の交差層１２’だけの場合、隣接層は１０Ｃのみであり、１０Ｂは不要である。更には、交差層は繊維方向が円周方向以外でもよく、傾斜方向に指向していてもよく、軸長方向に対して交差していればよい。また、マトリックス樹脂としては特に制限はないが、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂が好適である。また、繊維断面が楕円形状等の場合は、断面積の等しい円に置き換え、その直径を繊維径とする。
【００１５】
本発明は、管状体の軸長方向繊維が緻密に並んだ場合において、小径繊維の層である隣接層の存在意義が高い。繊維が緻密に並ぶということは、繊維間空間を埋めるマトリックス樹脂がそれだけ少ない場合ということであり、軸長方向層１０の樹脂比率が１０〜２５体積％程度という低樹脂比率の場合にボイドが発生し易いが、隣接層の存在によって交差層との境界部のボイド発生を防止でき、管状体の強度が向上する。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、強化繊維方向の交差する層同士の境界部からの破損を防止できるスポーツ用管状体が提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る管状体の第１形態例の要部横断面図である。
【図２】図２は本発明に係る管状体の第２形態例の要部横断面図である。
【符号の説明】
１０                      軸長方向層
１０Ａ                    中央層（大径繊維層）
１０Ｂ，１０Ｃ            隣接層（小径繊維層）
１２，１２’              交差層（円周方向層）
ＤＳ                      大径強化繊維
ＳＳ，ＳＳ’              小径強化繊維
【図１】
0004396909.tif 000002
【図２】
0004396909.tif 000003