(57)【要約】【課題】中空で外殻が繊維強化樹脂材料から成る弓道用の弓を形成することで、要求性能に応じて、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことが可能な繊維強化樹脂材料製の弓道用の弓を提供する。【解決手段】弓１は、外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層巻回して繊維強化樹脂層２０が形成され且つ、外殻内部に中空部２が形成された構成となっている。繊維強化樹脂層の少なくとも１層が引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層して繊維強化樹脂層を形成させてなる弓道用の弓において、前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層が、引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成され、且つ、外殻内部に中空部が形成されていることを特徴とする弓道用の弓。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層は、強化繊維を一方向に引き揃えた複数の繊維シートを互いに異方向に積み重ねた積層体とし、前記積層体を厚さ方向に縫合糸で編んだ積層シートからなる積層シート層によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の弓道用の弓。
【請求項３】
前記繊維シートは、強化繊維を開繊処理した開繊糸を一方向に引き揃えた繊維シートであることを特徴とする請求項２に記載の弓道用の弓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弓道に用いられる弓に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、弓道では、竹材と木材を積層させ貼り合わせた弓が使用されてきた。
現在、弓道競技は、男女共に近的が２８ｍ、遠的が６０ｍの距離で行われている。ところで、女性は一般的に非力であるため、通常、弓力の弱い弓を使用していることがほとんどである。従って、軽量化、最適な剛性化がされた弓道用の弓の開発が要望されていた。
【０００３】
また近年、弓道用の弓として、軽量で且つ曲げ強度及び弾性などの機械的特性が優れているという理由から、例えば強化繊維として炭素繊維やガラス繊維を使用した繊維強化樹脂製品にて形成されたものが開発されてきている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、木材或は竹などを複数層積層して構成される芯材の内側及び外側の両面に、複数の繊維強化樹脂層が積層されて形成されてなる弓道用の弓が開示されている。
【特許文献１】特開平５−１４９６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に開示されている弓の場合、前記竹材と木材を積層させ貼り合わせた弓と比較した場合、軽量化はされているが、木材或は竹などを複数層積層して構成される芯材の内側及び外側の両面に、複数の繊維強化樹脂層が積層されて形成されているため、芯材が存在するということは、その分だけ弓の質量が増加してしまう。
また、竹材と木材を積層させ層間と芯材と繊維強化樹脂層の層間には、接着剤層が前記層間に介在されることになり、介在されるとこの接着剤層により、弓が重量化、大外径化し、これにより、弓の比強度、比剛性が低下する虞がある。また、接着剤の量が過大となり易く、この場合は、成形時に接着剤溜まりが形成される虞があり、強度が安定せず、たわんだ際、層間での剥離が生ずる。
【０００６】
従って、繊維強化樹脂材料を積層し、硬化させた積層体で弓の中空外殻体の一部を形成する場合には、弓を引いた時のたわみによる層間の剥離を防止することが重要である。
更に、繊維強化樹脂材料を積層したときに強化繊維の偏在によって樹脂過多部分やボイド部分が発生し易くなるといった欠陥が発生し易くなる傾向がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題を解決することで、中空で外殻が繊維強化樹脂材料から成る弓道用の弓を形成することで、要求性能に応じて、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことが可能な繊維強化樹脂材料製の弓道用の弓を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る弓道用の弓は、外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層して繊維強化樹脂層を形成させてなる弓道用の弓において、前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層が、引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成され、且つ、外殻内部に中空部が形成されていることを特徴とする弓道用の弓である。
【０００９】
本発明の請求項２に係る弓道用の弓は、請求項１に係わる弓道用の弓であって、前記繊維強化樹脂層の少なくとも１層は、強化繊維を一方向に引き揃えた複数の繊維シートを互いに異方向に積み重ねた積層体とし、前記積層体を厚さ方向に縫合糸で編んだ積層シートからなる積層シート層によって構成されてことを特徴とする弓道用の弓である。
【００１０】
本発明の請求項３に係る弓道用の弓は、請求項２に係わる弓道用の弓であって、前記繊維シートは、強化繊維を開繊処理した開繊糸を一方向に引き揃えた繊維シートであることを特徴とする弓道用の弓である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の弓道用の弓によれば、繊維強化樹脂層の少なくとも１層が引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層によって構成され、且つ、外殻内部に中空部が形成されていることで、要求性能に応じて、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことができる。
【００１２】
また、繊維強化繊維層の少なくとも１層は、強化繊維を一方向に引き揃えた複数の繊維シートを互いに異方向に積み重ねた積層体とし、前記積層体を厚さ方向に縫合糸で編んだ積層シートからなる積層シート層によって構成されているため、一方向プリプレグを用いるときのように複数枚の積層をあえて必要としないので、同じ強度、剛性であれば繊維強化樹脂層の肉厚をより薄くすることが可能となり、弓の質量を大幅に低減することができる。また、変形したときの強化繊維のズレが防止され、これにより、層間の剥離、破損等が生じ難くい。
【００１３】
更に、前記繊維シートは、強化繊維を開繊処理した開繊糸を一方向に引き揃えた繊維シートで構成されているため、繊維シートの表面平滑性も向上させることができ、積層して積層シートにしたときの樹脂過多部分やボイド部分が発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の弓道用の弓を説明する全体図、図２は、弓の断面円形状を説明する断面図である。
【００１６】
図１、図２に示すように本実施形態の弓１は、外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層して繊維強化樹脂層２０が形成され且つ、外殻内部に中空部２が形成された構成となっている。
また、その質量は３２０ｇ〜３８０ｇで、弓１の全長は、２２１０ｍｍとしている。このような弓１は、例えば、強化繊維を、合成樹脂としてエポキシ樹脂を用いた繊維強化樹脂材料を弓成形用の芯材に卷回積層して形成した繊維強化樹脂層２０としている。
【００１７】
図２は、弓１の断面円形状を説明する断面図である。前記弓１は、断面中空体からなり、該弓１の外殻内部には、中空部２が形成されることで、従来の弓に比べ、弓の軽量化が図られ得るように構成させている。
【００１８】
また、前記弓１の厚さｔは、軽量化と強度の兼ね合いより、好ましくは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、より好ましくは０．８ｍｍ〜２ｍｍとするのが望ましい。前記厚さが、０．６未満であると、例えば、肉厚が過度に薄くなって強度低下を招き、一方、２．５ｍｍを超えると肉厚が過度に厚くなって質量増加を招く傾向があるなど、強度向上と質量増加とのバランスを損ねることになる。
【００１９】
前記繊維強化樹脂層２０は、例えば、図３に示すように、芯材３にその内側から、強化繊維の引張弾性率が４０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下からなる低弾性率プリプレグ１０ａを弓の全長にわたり巻回配置した低弾性率層１０Ａと、弓中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が略平行となるように配置したストレートプリプレグ１１ａを弓の全長にわたり卷回配置したストレート層１１Ａと、弓中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が±２０°〜６０°の角度を有するように配置したバイアスプリプレグ１２ａを弓の全長にわたり卷回配置したバイアス層１２Ａと、弓中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が略平行となるように配置したストレートプリプレグ１１ｂを弓の全長にわたり卷回配置したストレート層１１Ｂと、弓中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が±２０°〜６０°の角度を有するように配置したバイアスプリプレグ１２ｂを弓の全長にわたり卷回配置したバイアス層１２Ｂと、最外層として、弓中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が略平行となるように配置したストレートプリプレグ１１ｃを弓の全長にわたり卷回配置したストレート層１１Ｃと、を含む構成としている。
【００２０】
また、本実施の形態の前記低弾性率層１０Ａとしては、ガラス繊維からなる強化繊維の引張弾性率が７０Ｇｐａで、相互に直行する経糸及び緯糸が相互に織られた構造の平織クロスプリプレグからなる低弾性率プリプレグ１０ａで形成してあり、樹脂含有量４０重量％、繊維の目付け量が１５０ｇ／ｍ２、厚さが０．１ｍｍで構成されている。
【００２１】
上記のように、本発明による弓は、ストレート層、フープ層、バイアス層等様々な方向の強化繊維を含む繊維強化樹脂層を積層させ、該繊維強化樹脂層の少なくとも１層が後述する低弾性率層を配することによって、弓に多様な性能を具備させることができる。
【００２２】
また、前記低弾性率層は、引張り弾性率４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維からなる低弾性率層よって構成されていることを特徴としている。
【００２３】
前記低弾性率層の強化繊維として、引張弾性率が４０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の強化繊維を用いているのは、弓としての曲げ弾性率の特性を満たすことが可能とすることができるためである。これにより要求性能に応じて、軽量化と同時に曲げ強度、曲げ弾性率等の特性を満たすことができる。
【００２４】
一方、前記引張り弾性率１００ＧＰａ以上の繊維であると、曲げ剛性値が高くなってしまい、的中精度を低下させる要因となってしまう。また、前記引張り弾性率４０ＧＰａ以下の繊維であると、弓を放った矢の飛翔中の方向安定性が得られない可能性かある。
【００２５】
なお、この前記低弾性率層以外の繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂材料は、弾性率１００ＧＰａ〜６００ＧＰａの強化繊維からなるプリプレグで形成してあり、樹脂含有量２５重量％〜４５重量％、繊維の目付け量が５０ｇ／ｍ２〜２００ｇ／ｍ２、厚さが０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍで構成されている。
【００２６】
本発明の弓を構成する繊維強化樹脂層において使用される強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ボロン繊維などを例示でき、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維がより好ましい。強化繊維は、単独または２種類以上を併用して使用することもできる。
【００２７】
また、繊維強化樹脂製材料に用いられる合成樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられるが、強度や剛性設計の点から熱硬化性樹脂、中でもエポキシ樹脂が好ましい。
【００２８】
次に第二の実施形態を説明する。
図１、図２に示す弓１は、外殻を繊維強化樹脂製材料によって積層巻回して繊維強化樹脂層２０が形成され、且つ、外殻内部に中空部２が形成されている。
そして、図４に示すように前記繊維強化繊維層２０の少なくとも１層は、強化繊維を一方向に引き揃えた複数の繊維シート３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄを互いに異方向に積み重ねた積層体とし、前記積層体を厚さ方向に貫通して積層体の表面と裏面の間を往復する縫合糸２４で編んだ積層シート１３ａからなる積層シート層１３Ａによって構成されている。
【００２９】
また、本実施例の前記繊維シートは、強化繊維を開繊処理した開繊糸を一方向に引き揃えた繊維シートで構成されている。前記開繊処理は、強化繊維束の繊維（開繊糸）を一平面上に均一に且つ平行に拡げて並べられた状態を示す。
【００３０】
従って、前記繊維シートは、強化繊維を開繊処理した開繊糸を一方向に引き揃えた繊維シートで構成されているため、繊維シートの表面平滑性も向上させることができ、積層して積層シートにしたときの樹脂過多部分やボイド部分が発生することがない。
【００３１】
弓１に形成される前記繊維強化樹脂層２０は、例えば、図５に示すように、その内側から、強化繊維の引張弾性率が４０Ｇｐａ以上１００Ｇｐａ以下からなる低弾性率プリプレグ１０ｂを弓の全長にわたり巻回配置した低弾性率層１０Ｂと積層シート１３ａを弓の全長にわたり卷回配置した積層シート層１３Ａと、最外層として、弓中心軸に対して繊維強化樹脂材料の繊維が略平行となるように配置したストレートプリプレグ１１ｄを弓の全長にわたり卷回配置したストレート層１１Ｄとを含む構成としている。
【００３２】
前記積層シート１３ａは、繊維シートの強化繊維の引き揃え方向を互いに異方向に積み重ねた積層体で、図６に示すように、例えば、４層に積み重ねた積層体で、前記４層の繊維シートは、繊維を０°に引き揃えた繊維シート３０Ａと、前記繊維シートＡに対して９０°に引き揃えた繊維シート３０Ｂと、前記繊維シートＡに対して＋４５°に引き揃えた繊維シート３０Ｃと、前記繊維シートＡに対して−４５°に引き揃えた繊維シート３０Ｄを、縫合糸２４で編んだものである。
【００３３】
この図６に示す積層シートの例では、強化繊維の方向、即ち繊維の引き揃えた方向が積層シートの長さ方向に対して順に０°、９０°、−４５°、＋４５°になっている。なお、一方向に引き揃えた繊維強化材を積層する角度は０°、±４５°、９０°に限定されず、任意の角度とすることができる。
前記積層シートの１枚の厚さは、配置させる部位により適宜選択するものであるが、通常０．０５〜０．８ｍｍが好ましい。
また、前記積層シートの目付は１枚当り５０〜５００ｇ／ｍ２が好ましく、５０〜２００ｇ／ｍ２がより好ましい。前記積層シートの目付が５０ｇ／ｍ２未満の場合は、積層シートの強度低下、対応するフィラメントの作製が難しいので好ましくない。目付が５００ｇ／ｍ２を超える場合は、積層シートの表面摩擦係数が大きくなり、加工時にケバが発生し易くなり、好ましくない。
【００３４】
前記積層シートは、繊維シートが積層状態のまま縫合糸によって一体的に縫合される。縫合糸は、例えば積層シートの長さ方向に並行に、互いに一定の間隔をあけて設けられる。縫合糸は、樹脂が硬化するまでの間、下層部及び上層部の積層状態を保ち、繊維糸条の所定の配向を乱さないために用いられるものである。
従って、このような機能を発揮する限り、縫合糸としてはどのようなものを用いてもよいが、表面の平滑さを出すために、なるべく細いものを用いることが好ましい。縫合糸としては、例えば、縫合糸の材質としては、例えばポリエステル糸、ナイロン糸、ポリエチレン糸、ポリプロピレン糸、ガラス繊維糸、炭素繊維糸等を挙げることができる。また、縫合糸による縫合方法は、特に限定されないが、本実施例では、チェーン編み方法を採用している。
【００３５】
上記のように、繊維強化繊維層の少なくとも１層は、強化繊維を一方向に引き揃えた複数の繊維シートを互いに異方向に積み重ねた積層体とし、前記積層体を厚さ方向に縫合糸で編んだ積層シートからなる積層シート層によって構成されているため、一方向プリプレグを用いるときのように複数枚の積層をあえて必要としないので、同じ強度、剛性であれば繊維強化樹脂層の肉厚をより薄くすることが可能となり、弓の質量を大幅に低減することができる。また、変形したときの強化繊維のズレが防止され、これにより、層間の剥離、破損等が生じ難くい。
更に、積層シートは、糸が交差せず直線走行するので、織物に比べ薄く平滑なクロスとなり、樹脂含浸性など物性面での優位性が見られる。
【００３６】
また、前記積層シートは、繊維をバイアス方向ならびに０度、９０度と多軸・多層での積層が可能であるため、一方向シートによる積層の手間とバイアス方向でのカットロスの減少でコスト軽減ができる。
【００３７】
本発明の弓を構成する積層シート層において使用される強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ボロン繊維などを例示でき、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維がより好ましい。強化繊維は、単独または２種類以上を併用して使用することもできる。
【００３８】
また、本発明の積層シート層を構成する積層シートに用いられる合成樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂が用いられるが、強度や剛性設計の点から熱硬化性樹脂、中でもエポキシ樹脂が好ましい。
【００３９】
なお、本発明の弓は、弓形状の芯材の外周に繊維強化樹脂材料を配設したのち、該芯材を抜き取って中空部を得る工程と、該中空部の内部に弾力性を有するチューブを挿入し、予備成形体を得る工程と、該予備成形体を所望の弓形状を有する金型内に配置して型締め後、前記チューブ内に内圧を加えて膨張させることにより、前記予備成形体を成形型の型内面に沿わせて加圧加熱して樹脂を硬化させて弓を成形している。弓の表面は研磨を行った後に、塗装している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の弓道用の弓を説明する全体図。
【図２】弓の断面形状を説明する断面図。
【図３】繊維強化樹脂層の構成を示す説明図。
【図４】第二実施例の繊維強化樹脂層の構成を示す説明図。
【図５】第二実施例の繊維強化樹脂層の構成を示す説明図。
【図６】積層シートを示す説明図。
【符号の説明】
【００４１】
１    弓
２    中空部
３    芯材
１０Ａ    低弾性率層
１０ａ    低弾性プリプレグ
１０Ｂ    低弾性率層
１０ｂ    低弾性プリプレグ
１１Ａ    ストレート層
１１ａ    ストレートプリプレグ
１１Ｂ    ストレート層
１１ｂ    ストレートプリプレグ
１１Ｃ    ストレート層
１１ｃ    ストレートプリプレグ
１１Ｄ    ストレート層
１１ｄ    トレートプリプレグ
１２Ａ    バイアス層
１２ａ    バイアスプリプレグ
１２Ｂ    バイアス層
１２ｂ    バイアスプリプレグ
１３Ａ    積層シート層
１３ａ    積層シート
２０    繊維強化樹脂層
２４    縫合糸
３０Ａ    繊維シート
３０Ｂ    繊維シート
３０Ｃ    繊維シート
３０Ｄ    繊維シート
【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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