繊維強化樹脂製の管状体の製造方法および該方法によって製造された管状体
【課題】繊維強化樹脂製管状体の軽量性を損なうことなくプリプレグの巻き剥がれを防止して強度と生産性を高める。
【解決手段】バイアスプリプレグ２１、２２とストレートプリプレグ２３、２５、２７、２８とフーププリプレグ２４、２６を芯材上にそれぞれ少なくとも１枚巻回する工程を含み、フーププリプレグ２４、２６のうち少なくとも１枚は、バイアスプリプレグ２１、２２またはストレートプリプレグ２５、２７からなる土台プリプレグに予め積層密着して積層体Ａ１、Ａ２を形成しておき、該積層体Ａ１、Ａ２を巻回することによって土台プリプレグ２５、２７と一体にフーププリプレグ２４、２６を巻回することを特徴とする。
【解決手段】バイアスプリプレグ２１、２２とストレートプリプレグ２３、２５、２７、２８とフーププリプレグ２４、２６を芯材上にそれぞれ少なくとも１枚巻回する工程を含み、フーププリプレグ２４、２６のうち少なくとも１枚は、バイアスプリプレグ２１、２２またはストレートプリプレグ２５、２７からなる土台プリプレグに予め積層密着して積層体Ａ１、Ａ２を形成しておき、該積層体Ａ１、Ａ２を巻回することによって土台プリプレグ２５、２７と一体にフーププリプレグ２４、２６を巻回することを特徴とする。
【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の製造方法および該方法によって製造された繊維強化樹脂製管状体に関し、特に、フーププリプレグを用いた管状体の積層不良の防止を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゴルフクラブシャフトや釣竿などの管状体の材料は、軽量で、比強度、比剛性の高いカーボンプリプレグ等の繊維強化樹脂が主流となっている。
これら繊維強化樹脂製の管状体は、一般に繊維強化プリプレグを積層して形成されるが、繊維強化プリプレグは、その強化繊維の配列方向によって以下のような異なる特性を有する。
強化繊維の配列方向が管状体の軸線方向に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグは、繊維が螺旋状に延在するため、主にねじり剛性、ねじり強度を高めることができる。
強化繊維の配列方向が管状体の軸線方向に対して略平行に配されるストレートプリプレグは、繊維が管状体軸線方向に延在するため、主に曲げ剛性、曲げ強度を高めることができる。
強化繊維の配列方向が管状体の軸線方向に対して略直角に配されるフーププリプレグは、繊維が管状体の周方向に延在するため、主につぶし剛性、つぶし強度を高めることができる。
【０００３】
管状体の製造にあたっては、前記バイアスプリプレグ、ストレートプリプレグ、フーププリプレグを併用することによって、軽量性を維持しながら管状体に必要な剛性や強度を調整する技術が知られている。
例えば、特開平８−１３１５８８号（特許文献１）では、図５に示すように、バイアスプリプレグからなるバイアス層２を外側に、ストレートプリプレグからなるストレート層３を内側に配置し、該ストレート層３のさらに内側に、フーププリプレグからなるフープ層４を設けたゴルフクラブシャフト１が提案され、これにより、軽量性を損なうことなく、ゴルフクラブシャフト１のねじり剛性および曲げ剛性を高めることができるとされている。
【０００４】
しかしながら、前記フーププリプレグは、周方向に延在する強化繊維の弾性によって巻回時に曲げが抑制されてしまうため、芯材に巻きつけにくいという特徴を有する。そのため、フープ層とその下層とを積層密着させることが難しく、端部の巻き剥がれ等が発生しやすい。
このような巻き剥がれが生じると、フープ層が浮き上がり、その外周層の巻回作業においてプリプレグが折れ曲がるほか、浮き上がり箇所にエアー溜りが発生するため、強度が低下し、管状体の特性にもバラツキが生じ、品質低下を招く点に問題がある。また、このような不良箇所の再密着作業が必要となるため、生産性が低下する点にも問題がある。
【０００５】
前記問題への対策として、フープ層の外周側にストレート層を配置すると共に該ストレート層の巻回数（ＰＬＹ数）を増やし、ラッピング効果によってフープ層の積層不良を防止する手法も知られている。しかしながら、ゴルフクラブシャフト等の管状体は軽量化への要請が強いため、ストレート層の余剰は排除する必要がある。しかも、軽量化による強度低下を防止するために、フープ層の多層化は今後必至と考えられるだけに、ストレート層の巻回数は多くてもフープ層と同一とすることが求められる。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、軽量性を損なうことなくフーププリプレグの巻き剥がれを防止し、品質および生産性を向上できる繊維強化樹脂製管状体の製造方法および該方法によって製造された管状体の提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸してなるプリプレグの積層体からなる繊維強化樹脂製の管状体の製造方法において、
強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して平行に配されるストレートプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して直角に配されるフーププリプレグとを、芯材上に巻回する工程を含み、
前記フーププリプレグのうち少なくとも１枚は積層フーププリプレグ（以下、積層フープと称する）として前記バイアスプリプレグまたは前記ストレートプリプレグからなる土台プリプレグに予め積層密着して一体化した積層体を形成おき、該積層体を巻回することによって前記土台プリプレグと一体に前記積層フープが巻回されることを特徴とする繊維強化樹脂製の管状体の製造方法を提供している。
【０００９】
前記本発明の管状体の製造方法によれば、芯材に巻きつけにくいフーププリプレグを、巻き付けやすいストレートプリプレグまたはバイアスプリプレグに予め積層密着して積層フープとして積層体として形成しておき、該積層体を芯材に巻回するため、フーププリプレグ単体で巻回する場合に起こりやすい巻き剥がれ等の積層不良を防止でき、土台プリプレグの巻回数を多くすることなく、管状体の軽量性を維持したまま品質および生産性を向上させることができる。
なお、ストレートプリプレグ又はバイアスプリプレグの両側に予めフーププリプレグを積層密着して一体化した積層体としてもよい。
【００１０】
複数枚のフープフリプレグを用いる場合は、全てのフーププリプレグを前記積層フープとしておくことが好ましい。
また、ストレートプリプレグはバイアスプリプレグに比してより巻回しやすいため、前記積層体を構成する土台プリプレグにはストレートプリプレグを用いることが好ましい。
さらに、前記積層体を芯材に巻回するときは、土台プリプレグによるラッピング効果も考慮して、土台プリプレグが積層フープの外周側となるように巻回することが好ましい。
【００１１】
なお、本発明におけるフーププリプレグは、繊維の配列方向と管状体軸線方向との交差角度が８０〜１００度のものを指す。
また、ストレートプリプレグは、繊維の配列方向と管状体軸線方向との交差角度が−１０〜＋１０のものを指す。
また、バイアスプリプレグは繊維の配列方向と管状体軸線方向との交差角度が１０度を越えて８０度未満、−１０度を越えて−８０度未満のものを指す。
【００１２】
前記土台プリプレグに積層密着する積層フープの管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁のうち、少なくとも１箇所は、前記土台プリプレグの周縁と一致させている、もしくは土台プリプレグの周縁よりも土台プリプレグの内側に位置させている。
これにより、フーププリプレグの巻き剥がれが特に生じやすい管状体軸線方向の端縁および／または巻回終端縁において、土台プリプレグによるアンカー効果を発現でき、巻回作業がより容易となるうえ、フーププリプレグの積層不良を一層確実に防止することができる。
【００１３】
なお、積層フープは、管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁の３箇所すべてにおいて、土台プリプレグの周縁と一致または該周縁より土台プリプレグの内側に位置することが好ましいが、さらには、前記３箇所に加えて、積層フープの巻回初端縁でも土台プリプレグの周縁と一致または土台プリプレグの内側に位置することがより好ましい。これは、積層フープの周縁のうち巻回初端縁のみが土台プリプレグの外側に位置すると、巻回初端縁の剛性だけが小さくなり、応力が集中して折れたり曲がったりしやすくなることに因る。
【００１４】
また、積層フープの周縁は、土台プリプレグの周縁と一致させるよりも、土台プリプレグの内側に位置させることが一層好ましい。土台プリプレグの周縁部によるアンカー効果を一層効果的に発現することができ、フーププリプレグの積層不良をより確実に防止することができる。
【００１５】
積層フープの周縁と土台プリプレグの周縁とは、１ｍｍ以上、さらには３ｍｍ以上、さらには５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上離間させるのがよい。これは、積層フープの周縁と土台プリプレグの周縁を離間させることによって、土台プリプレグのアンカー効果を十分に発揮できるうえ、積層プリプレグ周縁部への応力集中を防ぎ、管状体の折損等を防止できることに因る。
一方、積層フープの周縁と土台プリプレグの周縁とを離間させすぎると、積層フープの長さが短くなってつぶし剛性／強度が低下する、あるいは土台プリプレグが不要に大きくなって重量増加を招くため、前記離間距離は、５０ｍｍ以下、さらには３０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以下がよい。
【００１６】
本発明は、前記方法で製造された管状体を提供しており、該管状体で、前記積層フープの管状体軸線方向の両端縁は、管状体の最終製品両端位置よりも内側に位置させている。 これは、フーププリプレグの巻き剥がれは、フーププリプレグの管状体軸線方向端部が管状体自体の端部に位置している場合に、その端部において特に発現しやすいうえ、ゴルフクラブシャフトや釣竿などの最終製品は、予め長めに設定された管状体の両端を所要寸法カットして作製するため、両端カット後の最終製品の状態において、フーププリプレグの管状体軸線方向端部が製品端部に位置しないことが求められることに因る。
【００１７】
積層フープを管状体全長に対して部分的に短く積層する場合は、積層フープの管状体軸線方向端縁を、管状体軸線方向に対して斜めにカットすることが好ましい。これにより、成型後の積層段差を緩和できるため、フープ層の両端への応力集中を防止でき、管状体の強度低下を抑制できる。
【００１８】
前記積層フープは、厚さを０．０３〜０．０６ｍｍとしていることが好ましい。
該積層フープの厚さを０．０３〜０．０６ｍｍとしているのは、０．０３ｍｍ未満では薄すぎてつぶし剛性／強度が不足し、０．０６ｍｍを超えると、厚くなりすぎて積層が困難となり、端部の密着不足が生じやすいことに因る。
【００１９】
また、前記積層フープの強化繊維の引張弾性率を３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２とすることが好ましい。ここでいう引張弾性率とは、ＪＩＳＲ７６０１：１９８６「炭素繊維試験方法」に準拠して測定している。
積層フープの強化繊維の引張弾性率を３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２としているのは、３０ｔｏｎ／ｍｍ２未満では必要なつぶし剛性／強度が得られず、８０ｔｏｎ／ｍｍ２を超えると、繊維の弾性が強くなりすぎて積層が困難になることに因る。
【００２０】
前記積層フープおよび／または土台プリプレグの樹脂含量率は３０〜４０％であることが好ましい。
これは、３０％未満では積層フープ自体の積層密着力が低下し、４０％を超えると、積層フープが厚くなりすぎて重量増加を招くうえ、積層段差が大きくなり、応力集中や外観不良を招くことに因る。
好ましくは、前記積層フープと土台プリプレグの両方について、樹脂含量率を３０〜４０％とするのがよい。
【００２１】
本発明においては、前記フーププリプレグを５枚以上用いてもよいが、重量増加抑制と曲げ強度・ねじれ強度維持のバランスを考慮して、１〜４枚、さらには１〜３枚、特に１〜２枚とすることが好ましい。
【００２２】
前記バイアスプリプレグは２〜８枚用いることが好ましく、さらには４〜６枚がより好ましい。これは、２枚未満ではねじれ剛性／強度が弱くなると共に、１枚ではねじれ剛性が非対称となり、８枚より多くすると、限られた重量のなかで他のストレートプリプレグやフーププリプレグの比率が小さくなりすぎ、曲げ剛性／強度、つぶし剛性／強度が低下してしまうことに因る。
【００２３】
前記ストレートプリプレグは１〜８枚用いることが好ましく、さらには２〜６枚、特に２〜４枚がより好ましい。これは、１枚未満では曲げ剛性／強度に加え、ねじれ剛性／強度も不足し、８枚より多くすると、プリプレグ枚数が多くなりすぎて作製時の作業性が悪く、コストもかかることに因る。
【００２４】
本発明をゴルフクラブシャフトに適用する場合は、管状体の重量（ｇ）／シャフト長さ（ｍｍ）の値は、０．０２５ｇ／ｍｍ以上０．０５０ｇ／ｍｍ以下とすることが好ましい。これは、０．０２５ｇ／ｍｍ未満では、現存の高強度材料で作製することができないうえ、作製できたとしても使用に耐えるだけの強度を有することができず、０．０５０ｇ／ｍｍを超えると、シャフトの軽量性を維持できないことに因る。さらに、管状体の単位当たり重量の下限は、０．０２６ｇ／ｍｍ以上、特に０．０２７ｇ／ｍｍ以上が好ましく、上限は、０．０４８ｇ／ｍｍ以下、特に０．０４５ｇ／ｍｍ以下がよい。
【００２５】
本発明をゴルフクラブシャフトに適用する場合における管状体の長さは、公式ルールに準拠して４６０ｍｍ以上１２２０ｍｍ以下が好ましい。
【００２６】
前記プリプレグに用いられる強化繊維としては、比重が小さく弾性率と強度が高いという点からカーボン繊維が好ましいが、その他、一般に高性能強化繊維として使用される繊維、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、黒鉛繊維、炭化ケイ素繊維等も用いることができる。
【００２７】
前記プリプレグに用いられるマトリクス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられるが、強度と剛性の点より、熱硬化性樹脂が好ましい。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。これら樹脂の中では前記エポキシ樹脂が好適に用いられる。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ＡＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これら樹脂の中では前記ポリアミド樹脂が好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２８】
上述したように、本発明によれば、単体では巻きつけ困難なフーププリプレグを、巻きつけしやすいストレートプリプレグやバイアスプリプレグ等の土台プリプレグに予め積層密着して一体化した積層体として形成しておき、この積層体を芯材に巻回することにより、土台プリプレグの巻回数を増やすことなくフーププリプレグの巻き剥がれ等の積層不良を防ぎ、管状体の軽量化、強度向上、および生産性向上を図ることができる。
【００２９】
また、土台プリプレグと予め一体化しておく積層フープの管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁のうち、少なくとも１箇所を、前記土台プリプレグの周縁と一致させる、もしくは土台プリプレグの周縁よりも土台プリプレグの内側に位置させることにより、土台プリプレグの周縁部によるアンカー効果が一層発揮され、フーププリプレグの積層不良をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４は、本発明の第一実施形態に係るゴルフクラブシャフト用の管状体１０を示す。
管状体１０は、８枚の繊維強化プリプレグ２０（２１〜２８）のテーパー状の積層体からなり、該管状体１０の両端を所要寸法カットして最終製品としてのシャフト１０’が作製される。
前記シャフト１０’は、図２に示すように、小径側のヘッド側先端部１１にヘッド１３が取り付けられ、大径側のグリップ側後端部１２に、グリップ１４が取り付けられる。
【００３１】
本実施形態ではシャフト１０’の全長を１１３０ｍｍとし、前記管状体１０はシャフト１０’よりも長めの１１６８ｍｍに設定している。
【００３２】
前記繊維強化プリプレグ２０（２１〜２８）は、強化繊維Ｆ２１〜Ｆ２８にいずれもカーボン繊維を用い、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いている。
【００３３】
詳しくは、図１に示すように、１枚目と２枚目はバイアスプリプレグ２１、２２であり、管状体１０の軸線方向に対して強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２の配向角を−４５度、＋４５度としている。これらバイアスプリプレグ２１、２２は、長さは管状体１０の全長とし、ヘッド側の幅は５０ｍｍ、グリップ側の幅は１００ｍｍとしている。また、厚みは０．０８５ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３４】
３枚目はストレートプリプレグ２３であり、管状体１０の軸線方向に対して強化繊維Ｆ２３の配向角を０度としている。長さは管状体１０の全長（１１６８ｍｍ）とし、ヘッド側の幅は２６ｍｍ、グリップ側の幅は５２ｍｍとしている。厚みは０．０８２ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２３の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３５】
４枚目はフーププリプレグ２４であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２４の配向角を９０度としている。長さは１１２８ｍｍとし、ヘッド側の幅は２８ｍｍ、グリップ側の幅は５２ｍｍとし、厚みは０．０３４ｍｍとし、樹脂含有率は４０％としている。強化繊維Ｆ２４の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３６】
５枚目はストレートプリプレグ２５であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２５の配向角を０度としている。長さは管状体１０の全長とし、ヘッド側の幅は２７ｍｍ、グリップ側の幅は５３ｍｍとし、厚みは０．１０３ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２５の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３７】
前記４枚目のフーププリプレグ２４は５枚目のストレートプリプレグ２５と予め一体化された積層フープであり、積層フープのフーププリプレグ２４と土台プリプレグのストレートプリプレグ２５とで積層体Ａ１を構成している。該積層フープ２４の長さは１１２８ｍｍ、ストレートプリプレグ２５の長さは１１６８ｍｍで、ストレートプリプレグ２５の長さ方向の両端より積層フープ２４の長さ方向の両端を内側に位置させている。
【００３８】
６枚目はフーププリプレグ２６であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２６の配向角を９０度としている。長さは１１２８ｍｍとし、ヘッド側の幅は２９ｍｍ、グリップ側の幅は５３ｍｍとし、厚みは０．０３４ｍｍとし、樹脂含有率は４０％としている。強化繊維Ｆ２６の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３９】
７枚目はストレートプリプレグ２７であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２７の配向角を０度としている。長さは管状体１０の全長とし、ヘッド側の幅は２８ｍｍ、グリップ側の幅は５４ｍｍとし、厚みは０．０８２ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２７の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００４０】
前記６枚目のフーププリプレグ２６は７枚目のストレートプリプレグ２７と予め一体化された積層フープであり、積層フープのフーププリプレグ２６と土台プリプレグのストレートプリプレグ２７とで積層体Ａ２を構成している。積層フープ２６の長さ方向は１１２８ｍｍ、ストレートプリプレグ２７の長さは１１６８ｍｍで、ストレートプリプレグ２７の長さ方向の両端より積層フープ２６の長さ方向の両端を内側に位置させている。
【００４１】
８枚目はストレートプリプレグ２８であり、管状体１０の軸線方向に対して強化繊維Ｆ２８の配向角を０度としている。長さは２５０ｍｍとし、ヘッド側の幅は１００ｍｍ、グリップ側の幅は０ｍｍとする三角形状としている。厚みは０．０８２ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２８の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００４２】
次に、前記管状体１０の製造方法を説明する。
管状体１０はシートワインディング製法によって作製している。
まず、芯金（マンドレル）にプリプレグを巻き付けて積層していく前に、図３に示すように、前記フーププリプレグ２４は積層フープとし、土台プリプレグのストレートプリプレグ２５に予め積層密着させて一体化した積層体Ａ１を作製しておく。同様に、前記フーププリプレグ２６も積層フープとし、土台プリプレグのストレートプリプレグ２７に予め積層密着させて一体化した積層体Ａ２を作製しておく。
【００４３】
前記積層体Ａ１を作成する際、図３に示すように、積層フープのフーププリプレグ２４の管状体軸線方向の両端縁２４ａ、２４ｂを土台プリプレグのストレートプリプレグ２５の管状体軸線方向の両端縁２５ａ、２５ｂよりも２０ｍｍ内側に位置させ、フーププリプレグ２４の巻回方向の初端縁２４ｃおよび終端縁２４ｄは、ストレートプリプレグ２５の巻回方向初端縁２５ｃと終端縁２５ｃよりも１ｍｍ内側に位置させる。かつ、フーププリプレグ２４の前記両端縁２４ａ、２４ｂを、図４に示すように、管状体１０の両端カット位置１５、１６よりも１０ｍｍづつ内側に位置させる。このように位置決めして両プリプレグを貼り合わせて一体化する。
積層体Ａ２を作成する際、積層フープのフーププリプレグ２６の周縁を、土台プリプレグのストレートプリプレグ２７の周縁よりも内側で、かつ管状体最終カット位置１５、１６よりも内側に位置させて貼り合わせて一体化する。
【００４４】
前記積層体Ａ１、Ａ２を作成した後に、前記プリプレグ２０（２１〜２８）を芯金（図示せず）に順次巻き付けて積層していく。
まず、芯金に、バイアスプリプレグ２１、２２、ストレートプリプレグ２３を順次巻きつけた後、前記積層体Ａ１をフーププリプレグ２４が内周側、ストレートプリプレグ２５が外周側となるように巻きつける。次いで、積層体Ａ２をフーププリプレグ２６が内周側、ストレートプリプレグ２７が外周側となるように巻きつける。
最後に、ストレートプリプレグ２８をヘッド側先端部に巻き付けて積層する。
【００４５】
次に、プリプレグ２１〜２８の積層体の表面をポリエチレンテレフタレート樹脂製等のテープでラッピングしてオーブン中で加熱加圧して樹脂を硬化させて一体的に成形し、その後、芯金を引き抜いて、管状体１０を形成する。
【００４６】
このように管状体１０は、その製造工程においてフーププリプレグ２４、２６を単体で巻きつけず、それぞれ土台プリプレグとなるストレートプリプレグ２５、２７に予め積層密着させた積層体Ａ１、Ａ２の状態で、ストレートプリプレグ２５、２７と一体に巻きつけている。このように、土台プリプレグとなるストレートプリプレグ２５、２７の巻回数を特に増やすことなくフーププリプレグ２４、２６を容易に巻きつけることができ、管状体１０の重量増加を抑制しながらフーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれや積層不良を防止できる。
【００４７】
また、積層体Ａ１、Ａ２は、積層フープのフーププリプレグ２４、２６を土台プリプレグのストレートプリプレグ２５、２７の周縁からはみ出さないように配置しているため、ストレートプリプレグ２５、２７のアンカー効果を一層発揮でき、フーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれをより確実に防止できる。
【００４８】
さらに、フーププリプレグ２４、２６の管状体軸線方向の両端縁２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂを、管状体１０の両端カット位置１５、１６よりも内側に位置させているため、最終商品であるシャフト１０’の両端１７、１８にフーププリプレグ２４、２６の前記両端縁２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂが現れず、シャフト１０’の両端１７、１８とフーププリプレグ２４、２６の前記両端縁２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂとの間に必ずストレートプリプレグ２５、２７の積層密着部が介在する。これにより、特に、シャフト１０’の両端１７、１８で発現しやすいフーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれを効果的に防止できる。
【００４９】
また、フーププリプレグ２４、２６は、厚さを０．０３〜０．０６ｍｍの範囲内とし、強化繊維Ｆ２４、Ｆ２６の引張弾性率を３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２の範囲内としているため、つぶし剛性／強度と巻き付けやすさの両方をバランスよく備えることができる。
【００５０】
さらにまた、積層体Ａ１、Ａ２を構成する積層フープのフーププリプレグ２４、２６と土台プリプレグのストレートプリプレグ２５、２７のいずれもが、樹脂含有率を３０〜４０％の範囲内としているため、高い積層密着力でフーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれを防ぎながら、重量増加を抑制することができる。
【００５１】
（実施例）
以上のことを確認するために、本発明に係るゴルフクラブシャフト用管状体の実施例１および比較例１について詳述する。なお、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明は限定されない。
【００５２】
実施例１と比較例１は、フーププリプレグの芯材へ巻回方法のみを異ならせて作製し、密着不良の有無について評価を行った。
【００５３】
実施例１と比較例１は、使用する繊維強化プリプレグの繊維角度と形状を前記第１実施形態と同一とした。即ち、バイアスプリプレグ２１、２２、ストレートプリプレグ２３、フーププリプレグ２４、ストレートプリプレグ２５、フーププリプレグ２６、ストレートプリプレグ２７、ストレートプリプレグ２８を芯材に巻きつけて、シートワインディング製法によって作製した。実施例１と比較例１は、いずれも、全長を１１６８ｍｍとし、重量を４５ｇとした。
【００５４】
実施例１と比較例１は、前記各プリプレグ２１〜２８の仕様についても同一とした。具体的には、全プリプレグ２１〜２８にカーボン繊維を強化繊維とする東レ社製のプリプレグを用い、表１に示すとおりである。即ち、
バイアスプリプレグ２１、２２は、繊維種はＭ３０Ｓ、樹脂種は＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０８５ｍｍ、樹脂含有率（プリプレグの重量比）は２４％である。
ストレートプリプレグ２３は、繊維種はＴ７００Ｇ、樹脂はを＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０８２ｍｍ、樹脂含有率は２４％である。
フーププリプレグ２４、２６は、繊維種はＭ３０Ｓ、樹脂種は＃２５００、繊維の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０３４ｍｍ、樹脂含有率は４０％である。
ストレートプリプレグ２５は、繊維種はＴ７００Ｇ、樹脂種は＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．１０３ｍｍ、樹脂含有率を２４％である。
ストレートプリプレグ２７、２８は、繊維種はＴ７００Ｇ、樹脂種は＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０８２ｍｍ、樹脂含有率は２４％である。
【００５５】
（実施例１）
フーププリプレグ２４、２６の巻回方法は前記第一実施形態と同一とした。即ち、積層フープのフーププリプレグ２４は土台プリプレグのストレートプリプレグ２５と予め積層密着させて積層体Ａ１を作製した。積層フープのフーププリプレグ２６は土台プリプレグのストレートプリプレグ２７に予め積層密着させて積層体Ａ２を作製した。
芯材へは、プリプレグ２１、２２、２３、積層体Ａ１、Ａ２、プリプレグ２８の順に巻き付けた。積層体Ａ１、Ａ２は、それぞれ積層フープのフーププリプレグ２４、２６を土台プリプレグのストレートプリプレグ２５、２７の周縁からはみ出さないように貼り合わせ、フーププリプレグ２４、２６が内周側となるように巻きつけた。
【００５６】
（比較例１）
芯材にプリプレグ２１〜２８を順次内周側から巻きつけた。従って、フーププリプレグ２４、２６も単体で１枚ずつ巻きつけた。
【００５７】
（密着不良有無の評価）
実施例１と比較例１をそれぞれ５０本ずつ作製し、その作製工程において、各プリプレグの巻回後に巻回状態の目視外観チェックを行い、プリプレグ端部における密着不良（下層からの浮き上がり）を確認し、不良が見つかったものは再度密着作業を行った後に次のプリプレグの巻回を行い、全巻回を完了した。
評価結果は、実施例１については、５０本すべての全巻回において密着不良は存在しなかったが、比較例１については、５０本のうち１３本について、フーププリプレグ２４および／またはフーププリプレグ２６の巻回に密着不良が見つかった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るゴルフクラブシャフト用管状体の繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図２】最終製品であるゴルフクラブシャフトの概略図である。
【図３】積層プリプレグを示す平面図である。
【図４】管状体の両端部を示す平面図である。
【図５】従来例のプリプレグ積層構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 管状体
１０’ ゴルフクラブシャフト（最終製品）
２０ 繊維強化プリプレグ
２１、２２ バイアスプリプレグ
２３、２５、２７、２８ ストレートプリプレグ
２４、２６ フーププリプレグ
Ａ１、Ａ２ 積層体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂製の管状体の製造方法および該方法によって製造された繊維強化樹脂製管状体に関し、特に、フーププリプレグを用いた管状体の積層不良の防止を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ゴルフクラブシャフトや釣竿などの管状体の材料は、軽量で、比強度、比剛性の高いカーボンプリプレグ等の繊維強化樹脂が主流となっている。
これら繊維強化樹脂製の管状体は、一般に繊維強化プリプレグを積層して形成されるが、繊維強化プリプレグは、その強化繊維の配列方向によって以下のような異なる特性を有する。
強化繊維の配列方向が管状体の軸線方向に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグは、繊維が螺旋状に延在するため、主にねじり剛性、ねじり強度を高めることができる。
強化繊維の配列方向が管状体の軸線方向に対して略平行に配されるストレートプリプレグは、繊維が管状体軸線方向に延在するため、主に曲げ剛性、曲げ強度を高めることができる。
強化繊維の配列方向が管状体の軸線方向に対して略直角に配されるフーププリプレグは、繊維が管状体の周方向に延在するため、主につぶし剛性、つぶし強度を高めることができる。
【０００３】
管状体の製造にあたっては、前記バイアスプリプレグ、ストレートプリプレグ、フーププリプレグを併用することによって、軽量性を維持しながら管状体に必要な剛性や強度を調整する技術が知られている。
例えば、特開平８−１３１５８８号（特許文献１）では、図５に示すように、バイアスプリプレグからなるバイアス層２を外側に、ストレートプリプレグからなるストレート層３を内側に配置し、該ストレート層３のさらに内側に、フーププリプレグからなるフープ層４を設けたゴルフクラブシャフト１が提案され、これにより、軽量性を損なうことなく、ゴルフクラブシャフト１のねじり剛性および曲げ剛性を高めることができるとされている。
【０００４】
しかしながら、前記フーププリプレグは、周方向に延在する強化繊維の弾性によって巻回時に曲げが抑制されてしまうため、芯材に巻きつけにくいという特徴を有する。そのため、フープ層とその下層とを積層密着させることが難しく、端部の巻き剥がれ等が発生しやすい。
このような巻き剥がれが生じると、フープ層が浮き上がり、その外周層の巻回作業においてプリプレグが折れ曲がるほか、浮き上がり箇所にエアー溜りが発生するため、強度が低下し、管状体の特性にもバラツキが生じ、品質低下を招く点に問題がある。また、このような不良箇所の再密着作業が必要となるため、生産性が低下する点にも問題がある。
【０００５】
前記問題への対策として、フープ層の外周側にストレート層を配置すると共に該ストレート層の巻回数（ＰＬＹ数）を増やし、ラッピング効果によってフープ層の積層不良を防止する手法も知られている。しかしながら、ゴルフクラブシャフト等の管状体は軽量化への要請が強いため、ストレート層の余剰は排除する必要がある。しかも、軽量化による強度低下を防止するために、フープ層の多層化は今後必至と考えられるだけに、ストレート層の巻回数は多くてもフープ層と同一とすることが求められる。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、軽量性を損なうことなくフーププリプレグの巻き剥がれを防止し、品質および生産性を向上できる繊維強化樹脂製管状体の製造方法および該方法によって製造された管状体の提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸してなるプリプレグの積層体からなる繊維強化樹脂製の管状体の製造方法において、
強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して平行に配されるストレートプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して直角に配されるフーププリプレグとを、芯材上に巻回する工程を含み、
前記フーププリプレグのうち少なくとも１枚は積層フーププリプレグ（以下、積層フープと称する）として前記バイアスプリプレグまたは前記ストレートプリプレグからなる土台プリプレグに予め積層密着して一体化した積層体を形成おき、該積層体を巻回することによって前記土台プリプレグと一体に前記積層フープが巻回されることを特徴とする繊維強化樹脂製の管状体の製造方法を提供している。
【０００９】
前記本発明の管状体の製造方法によれば、芯材に巻きつけにくいフーププリプレグを、巻き付けやすいストレートプリプレグまたはバイアスプリプレグに予め積層密着して積層フープとして積層体として形成しておき、該積層体を芯材に巻回するため、フーププリプレグ単体で巻回する場合に起こりやすい巻き剥がれ等の積層不良を防止でき、土台プリプレグの巻回数を多くすることなく、管状体の軽量性を維持したまま品質および生産性を向上させることができる。
なお、ストレートプリプレグ又はバイアスプリプレグの両側に予めフーププリプレグを積層密着して一体化した積層体としてもよい。
【００１０】
複数枚のフープフリプレグを用いる場合は、全てのフーププリプレグを前記積層フープとしておくことが好ましい。
また、ストレートプリプレグはバイアスプリプレグに比してより巻回しやすいため、前記積層体を構成する土台プリプレグにはストレートプリプレグを用いることが好ましい。
さらに、前記積層体を芯材に巻回するときは、土台プリプレグによるラッピング効果も考慮して、土台プリプレグが積層フープの外周側となるように巻回することが好ましい。
【００１１】
なお、本発明におけるフーププリプレグは、繊維の配列方向と管状体軸線方向との交差角度が８０〜１００度のものを指す。
また、ストレートプリプレグは、繊維の配列方向と管状体軸線方向との交差角度が−１０〜＋１０のものを指す。
また、バイアスプリプレグは繊維の配列方向と管状体軸線方向との交差角度が１０度を越えて８０度未満、−１０度を越えて−８０度未満のものを指す。
【００１２】
前記土台プリプレグに積層密着する積層フープの管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁のうち、少なくとも１箇所は、前記土台プリプレグの周縁と一致させている、もしくは土台プリプレグの周縁よりも土台プリプレグの内側に位置させている。
これにより、フーププリプレグの巻き剥がれが特に生じやすい管状体軸線方向の端縁および／または巻回終端縁において、土台プリプレグによるアンカー効果を発現でき、巻回作業がより容易となるうえ、フーププリプレグの積層不良を一層確実に防止することができる。
【００１３】
なお、積層フープは、管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁の３箇所すべてにおいて、土台プリプレグの周縁と一致または該周縁より土台プリプレグの内側に位置することが好ましいが、さらには、前記３箇所に加えて、積層フープの巻回初端縁でも土台プリプレグの周縁と一致または土台プリプレグの内側に位置することがより好ましい。これは、積層フープの周縁のうち巻回初端縁のみが土台プリプレグの外側に位置すると、巻回初端縁の剛性だけが小さくなり、応力が集中して折れたり曲がったりしやすくなることに因る。
【００１４】
また、積層フープの周縁は、土台プリプレグの周縁と一致させるよりも、土台プリプレグの内側に位置させることが一層好ましい。土台プリプレグの周縁部によるアンカー効果を一層効果的に発現することができ、フーププリプレグの積層不良をより確実に防止することができる。
【００１５】
積層フープの周縁と土台プリプレグの周縁とは、１ｍｍ以上、さらには３ｍｍ以上、さらには５ｍｍ以上、より好ましくは１０ｍｍ以上離間させるのがよい。これは、積層フープの周縁と土台プリプレグの周縁を離間させることによって、土台プリプレグのアンカー効果を十分に発揮できるうえ、積層プリプレグ周縁部への応力集中を防ぎ、管状体の折損等を防止できることに因る。
一方、積層フープの周縁と土台プリプレグの周縁とを離間させすぎると、積層フープの長さが短くなってつぶし剛性／強度が低下する、あるいは土台プリプレグが不要に大きくなって重量増加を招くため、前記離間距離は、５０ｍｍ以下、さらには３０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以下がよい。
【００１６】
本発明は、前記方法で製造された管状体を提供しており、該管状体で、前記積層フープの管状体軸線方向の両端縁は、管状体の最終製品両端位置よりも内側に位置させている。 これは、フーププリプレグの巻き剥がれは、フーププリプレグの管状体軸線方向端部が管状体自体の端部に位置している場合に、その端部において特に発現しやすいうえ、ゴルフクラブシャフトや釣竿などの最終製品は、予め長めに設定された管状体の両端を所要寸法カットして作製するため、両端カット後の最終製品の状態において、フーププリプレグの管状体軸線方向端部が製品端部に位置しないことが求められることに因る。
【００１７】
積層フープを管状体全長に対して部分的に短く積層する場合は、積層フープの管状体軸線方向端縁を、管状体軸線方向に対して斜めにカットすることが好ましい。これにより、成型後の積層段差を緩和できるため、フープ層の両端への応力集中を防止でき、管状体の強度低下を抑制できる。
【００１８】
前記積層フープは、厚さを０．０３〜０．０６ｍｍとしていることが好ましい。
該積層フープの厚さを０．０３〜０．０６ｍｍとしているのは、０．０３ｍｍ未満では薄すぎてつぶし剛性／強度が不足し、０．０６ｍｍを超えると、厚くなりすぎて積層が困難となり、端部の密着不足が生じやすいことに因る。
【００１９】
また、前記積層フープの強化繊維の引張弾性率を３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２とすることが好ましい。ここでいう引張弾性率とは、ＪＩＳＲ７６０１：１９８６「炭素繊維試験方法」に準拠して測定している。
積層フープの強化繊維の引張弾性率を３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２としているのは、３０ｔｏｎ／ｍｍ２未満では必要なつぶし剛性／強度が得られず、８０ｔｏｎ／ｍｍ２を超えると、繊維の弾性が強くなりすぎて積層が困難になることに因る。
【００２０】
前記積層フープおよび／または土台プリプレグの樹脂含量率は３０〜４０％であることが好ましい。
これは、３０％未満では積層フープ自体の積層密着力が低下し、４０％を超えると、積層フープが厚くなりすぎて重量増加を招くうえ、積層段差が大きくなり、応力集中や外観不良を招くことに因る。
好ましくは、前記積層フープと土台プリプレグの両方について、樹脂含量率を３０〜４０％とするのがよい。
【００２１】
本発明においては、前記フーププリプレグを５枚以上用いてもよいが、重量増加抑制と曲げ強度・ねじれ強度維持のバランスを考慮して、１〜４枚、さらには１〜３枚、特に１〜２枚とすることが好ましい。
【００２２】
前記バイアスプリプレグは２〜８枚用いることが好ましく、さらには４〜６枚がより好ましい。これは、２枚未満ではねじれ剛性／強度が弱くなると共に、１枚ではねじれ剛性が非対称となり、８枚より多くすると、限られた重量のなかで他のストレートプリプレグやフーププリプレグの比率が小さくなりすぎ、曲げ剛性／強度、つぶし剛性／強度が低下してしまうことに因る。
【００２３】
前記ストレートプリプレグは１〜８枚用いることが好ましく、さらには２〜６枚、特に２〜４枚がより好ましい。これは、１枚未満では曲げ剛性／強度に加え、ねじれ剛性／強度も不足し、８枚より多くすると、プリプレグ枚数が多くなりすぎて作製時の作業性が悪く、コストもかかることに因る。
【００２４】
本発明をゴルフクラブシャフトに適用する場合は、管状体の重量（ｇ）／シャフト長さ（ｍｍ）の値は、０．０２５ｇ／ｍｍ以上０．０５０ｇ／ｍｍ以下とすることが好ましい。これは、０．０２５ｇ／ｍｍ未満では、現存の高強度材料で作製することができないうえ、作製できたとしても使用に耐えるだけの強度を有することができず、０．０５０ｇ／ｍｍを超えると、シャフトの軽量性を維持できないことに因る。さらに、管状体の単位当たり重量の下限は、０．０２６ｇ／ｍｍ以上、特に０．０２７ｇ／ｍｍ以上が好ましく、上限は、０．０４８ｇ／ｍｍ以下、特に０．０４５ｇ／ｍｍ以下がよい。
【００２５】
本発明をゴルフクラブシャフトに適用する場合における管状体の長さは、公式ルールに準拠して４６０ｍｍ以上１２２０ｍｍ以下が好ましい。
【００２６】
前記プリプレグに用いられる強化繊維としては、比重が小さく弾性率と強度が高いという点からカーボン繊維が好ましいが、その他、一般に高性能強化繊維として使用される繊維、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、黒鉛繊維、炭化ケイ素繊維等も用いることができる。
【００２７】
前記プリプレグに用いられるマトリクス樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられるが、強度と剛性の点より、熱硬化性樹脂が好ましい。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。これら樹脂の中では前記エポキシ樹脂が好適に用いられる。
熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリ酢酸ビニル系樹脂、ＡＳ樹脂、メタクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これら樹脂の中では前記ポリアミド樹脂が好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２８】
上述したように、本発明によれば、単体では巻きつけ困難なフーププリプレグを、巻きつけしやすいストレートプリプレグやバイアスプリプレグ等の土台プリプレグに予め積層密着して一体化した積層体として形成しておき、この積層体を芯材に巻回することにより、土台プリプレグの巻回数を増やすことなくフーププリプレグの巻き剥がれ等の積層不良を防ぎ、管状体の軽量化、強度向上、および生産性向上を図ることができる。
【００２９】
また、土台プリプレグと予め一体化しておく積層フープの管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁のうち、少なくとも１箇所を、前記土台プリプレグの周縁と一致させる、もしくは土台プリプレグの周縁よりも土台プリプレグの内側に位置させることにより、土台プリプレグの周縁部によるアンカー効果が一層発揮され、フーププリプレグの積層不良をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４は、本発明の第一実施形態に係るゴルフクラブシャフト用の管状体１０を示す。
管状体１０は、８枚の繊維強化プリプレグ２０（２１〜２８）のテーパー状の積層体からなり、該管状体１０の両端を所要寸法カットして最終製品としてのシャフト１０’が作製される。
前記シャフト１０’は、図２に示すように、小径側のヘッド側先端部１１にヘッド１３が取り付けられ、大径側のグリップ側後端部１２に、グリップ１４が取り付けられる。
【００３１】
本実施形態ではシャフト１０’の全長を１１３０ｍｍとし、前記管状体１０はシャフト１０’よりも長めの１１６８ｍｍに設定している。
【００３２】
前記繊維強化プリプレグ２０（２１〜２８）は、強化繊維Ｆ２１〜Ｆ２８にいずれもカーボン繊維を用い、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を用いている。
【００３３】
詳しくは、図１に示すように、１枚目と２枚目はバイアスプリプレグ２１、２２であり、管状体１０の軸線方向に対して強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２の配向角を−４５度、＋４５度としている。これらバイアスプリプレグ２１、２２は、長さは管状体１０の全長とし、ヘッド側の幅は５０ｍｍ、グリップ側の幅は１００ｍｍとしている。また、厚みは０．０８５ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２１、Ｆ２２の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３４】
３枚目はストレートプリプレグ２３であり、管状体１０の軸線方向に対して強化繊維Ｆ２３の配向角を０度としている。長さは管状体１０の全長（１１６８ｍｍ）とし、ヘッド側の幅は２６ｍｍ、グリップ側の幅は５２ｍｍとしている。厚みは０．０８２ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２３の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３５】
４枚目はフーププリプレグ２４であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２４の配向角を９０度としている。長さは１１２８ｍｍとし、ヘッド側の幅は２８ｍｍ、グリップ側の幅は５２ｍｍとし、厚みは０．０３４ｍｍとし、樹脂含有率は４０％としている。強化繊維Ｆ２４の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３６】
５枚目はストレートプリプレグ２５であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２５の配向角を０度としている。長さは管状体１０の全長とし、ヘッド側の幅は２７ｍｍ、グリップ側の幅は５３ｍｍとし、厚みは０．１０３ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２５の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３７】
前記４枚目のフーププリプレグ２４は５枚目のストレートプリプレグ２５と予め一体化された積層フープであり、積層フープのフーププリプレグ２４と土台プリプレグのストレートプリプレグ２５とで積層体Ａ１を構成している。該積層フープ２４の長さは１１２８ｍｍ、ストレートプリプレグ２５の長さは１１６８ｍｍで、ストレートプリプレグ２５の長さ方向の両端より積層フープ２４の長さ方向の両端を内側に位置させている。
【００３８】
６枚目はフーププリプレグ２６であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２６の配向角を９０度としている。長さは１１２８ｍｍとし、ヘッド側の幅は２９ｍｍ、グリップ側の幅は５３ｍｍとし、厚みは０．０３４ｍｍとし、樹脂含有率は４０％としている。強化繊維Ｆ２６の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００３９】
７枚目はストレートプリプレグ２７であり、管状体１０の軸線方向に対する強化繊維Ｆ２７の配向角を０度としている。長さは管状体１０の全長とし、ヘッド側の幅は２８ｍｍ、グリップ側の幅は５４ｍｍとし、厚みは０．０８２ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２７の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００４０】
前記６枚目のフーププリプレグ２６は７枚目のストレートプリプレグ２７と予め一体化された積層フープであり、積層フープのフーププリプレグ２６と土台プリプレグのストレートプリプレグ２７とで積層体Ａ２を構成している。積層フープ２６の長さ方向は１１２８ｍｍ、ストレートプリプレグ２７の長さは１１６８ｍｍで、ストレートプリプレグ２７の長さ方向の両端より積層フープ２６の長さ方向の両端を内側に位置させている。
【００４１】
８枚目はストレートプリプレグ２８であり、管状体１０の軸線方向に対して強化繊維Ｆ２８の配向角を０度としている。長さは２５０ｍｍとし、ヘッド側の幅は１００ｍｍ、グリップ側の幅は０ｍｍとする三角形状としている。厚みは０．０８２ｍｍとし、樹脂含有率は２４％としている。強化繊維Ｆ２８の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２としている。
【００４２】
次に、前記管状体１０の製造方法を説明する。
管状体１０はシートワインディング製法によって作製している。
まず、芯金（マンドレル）にプリプレグを巻き付けて積層していく前に、図３に示すように、前記フーププリプレグ２４は積層フープとし、土台プリプレグのストレートプリプレグ２５に予め積層密着させて一体化した積層体Ａ１を作製しておく。同様に、前記フーププリプレグ２６も積層フープとし、土台プリプレグのストレートプリプレグ２７に予め積層密着させて一体化した積層体Ａ２を作製しておく。
【００４３】
前記積層体Ａ１を作成する際、図３に示すように、積層フープのフーププリプレグ２４の管状体軸線方向の両端縁２４ａ、２４ｂを土台プリプレグのストレートプリプレグ２５の管状体軸線方向の両端縁２５ａ、２５ｂよりも２０ｍｍ内側に位置させ、フーププリプレグ２４の巻回方向の初端縁２４ｃおよび終端縁２４ｄは、ストレートプリプレグ２５の巻回方向初端縁２５ｃと終端縁２５ｃよりも１ｍｍ内側に位置させる。かつ、フーププリプレグ２４の前記両端縁２４ａ、２４ｂを、図４に示すように、管状体１０の両端カット位置１５、１６よりも１０ｍｍづつ内側に位置させる。このように位置決めして両プリプレグを貼り合わせて一体化する。
積層体Ａ２を作成する際、積層フープのフーププリプレグ２６の周縁を、土台プリプレグのストレートプリプレグ２７の周縁よりも内側で、かつ管状体最終カット位置１５、１６よりも内側に位置させて貼り合わせて一体化する。
【００４４】
前記積層体Ａ１、Ａ２を作成した後に、前記プリプレグ２０（２１〜２８）を芯金（図示せず）に順次巻き付けて積層していく。
まず、芯金に、バイアスプリプレグ２１、２２、ストレートプリプレグ２３を順次巻きつけた後、前記積層体Ａ１をフーププリプレグ２４が内周側、ストレートプリプレグ２５が外周側となるように巻きつける。次いで、積層体Ａ２をフーププリプレグ２６が内周側、ストレートプリプレグ２７が外周側となるように巻きつける。
最後に、ストレートプリプレグ２８をヘッド側先端部に巻き付けて積層する。
【００４５】
次に、プリプレグ２１〜２８の積層体の表面をポリエチレンテレフタレート樹脂製等のテープでラッピングしてオーブン中で加熱加圧して樹脂を硬化させて一体的に成形し、その後、芯金を引き抜いて、管状体１０を形成する。
【００４６】
このように管状体１０は、その製造工程においてフーププリプレグ２４、２６を単体で巻きつけず、それぞれ土台プリプレグとなるストレートプリプレグ２５、２７に予め積層密着させた積層体Ａ１、Ａ２の状態で、ストレートプリプレグ２５、２７と一体に巻きつけている。このように、土台プリプレグとなるストレートプリプレグ２５、２７の巻回数を特に増やすことなくフーププリプレグ２４、２６を容易に巻きつけることができ、管状体１０の重量増加を抑制しながらフーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれや積層不良を防止できる。
【００４７】
また、積層体Ａ１、Ａ２は、積層フープのフーププリプレグ２４、２６を土台プリプレグのストレートプリプレグ２５、２７の周縁からはみ出さないように配置しているため、ストレートプリプレグ２５、２７のアンカー効果を一層発揮でき、フーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれをより確実に防止できる。
【００４８】
さらに、フーププリプレグ２４、２６の管状体軸線方向の両端縁２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂを、管状体１０の両端カット位置１５、１６よりも内側に位置させているため、最終商品であるシャフト１０’の両端１７、１８にフーププリプレグ２４、２６の前記両端縁２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂが現れず、シャフト１０’の両端１７、１８とフーププリプレグ２４、２６の前記両端縁２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂとの間に必ずストレートプリプレグ２５、２７の積層密着部が介在する。これにより、特に、シャフト１０’の両端１７、１８で発現しやすいフーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれを効果的に防止できる。
【００４９】
また、フーププリプレグ２４、２６は、厚さを０．０３〜０．０６ｍｍの範囲内とし、強化繊維Ｆ２４、Ｆ２６の引張弾性率を３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２の範囲内としているため、つぶし剛性／強度と巻き付けやすさの両方をバランスよく備えることができる。
【００５０】
さらにまた、積層体Ａ１、Ａ２を構成する積層フープのフーププリプレグ２４、２６と土台プリプレグのストレートプリプレグ２５、２７のいずれもが、樹脂含有率を３０〜４０％の範囲内としているため、高い積層密着力でフーププリプレグ２４、２６の巻き剥がれを防ぎながら、重量増加を抑制することができる。
【００５１】
（実施例）
以上のことを確認するために、本発明に係るゴルフクラブシャフト用管状体の実施例１および比較例１について詳述する。なお、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明は限定されない。
【００５２】
実施例１と比較例１は、フーププリプレグの芯材へ巻回方法のみを異ならせて作製し、密着不良の有無について評価を行った。
【００５３】
実施例１と比較例１は、使用する繊維強化プリプレグの繊維角度と形状を前記第１実施形態と同一とした。即ち、バイアスプリプレグ２１、２２、ストレートプリプレグ２３、フーププリプレグ２４、ストレートプリプレグ２５、フーププリプレグ２６、ストレートプリプレグ２７、ストレートプリプレグ２８を芯材に巻きつけて、シートワインディング製法によって作製した。実施例１と比較例１は、いずれも、全長を１１６８ｍｍとし、重量を４５ｇとした。
【００５４】
実施例１と比較例１は、前記各プリプレグ２１〜２８の仕様についても同一とした。具体的には、全プリプレグ２１〜２８にカーボン繊維を強化繊維とする東レ社製のプリプレグを用い、表１に示すとおりである。即ち、
バイアスプリプレグ２１、２２は、繊維種はＭ３０Ｓ、樹脂種は＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０８５ｍｍ、樹脂含有率（プリプレグの重量比）は２４％である。
ストレートプリプレグ２３は、繊維種はＴ７００Ｇ、樹脂はを＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０８２ｍｍ、樹脂含有率は２４％である。
フーププリプレグ２４、２６は、繊維種はＭ３０Ｓ、樹脂種は＃２５００、繊維の引張弾性率は３０ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０３４ｍｍ、樹脂含有率は４０％である。
ストレートプリプレグ２５は、繊維種はＴ７００Ｇ、樹脂種は＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．１０３ｍｍ、樹脂含有率を２４％である。
ストレートプリプレグ２７、２８は、繊維種はＴ７００Ｇ、樹脂種は＃２５２１Ｒ、繊維の引張弾性率は２４ｔｏｎ／ｍｍ２、厚みは０．０８２ｍｍ、樹脂含有率は２４％である。
【００５５】
（実施例１）
フーププリプレグ２４、２６の巻回方法は前記第一実施形態と同一とした。即ち、積層フープのフーププリプレグ２４は土台プリプレグのストレートプリプレグ２５と予め積層密着させて積層体Ａ１を作製した。積層フープのフーププリプレグ２６は土台プリプレグのストレートプリプレグ２７に予め積層密着させて積層体Ａ２を作製した。
芯材へは、プリプレグ２１、２２、２３、積層体Ａ１、Ａ２、プリプレグ２８の順に巻き付けた。積層体Ａ１、Ａ２は、それぞれ積層フープのフーププリプレグ２４、２６を土台プリプレグのストレートプリプレグ２５、２７の周縁からはみ出さないように貼り合わせ、フーププリプレグ２４、２６が内周側となるように巻きつけた。
【００５６】
（比較例１）
芯材にプリプレグ２１〜２８を順次内周側から巻きつけた。従って、フーププリプレグ２４、２６も単体で１枚ずつ巻きつけた。
【００５７】
（密着不良有無の評価）
実施例１と比較例１をそれぞれ５０本ずつ作製し、その作製工程において、各プリプレグの巻回後に巻回状態の目視外観チェックを行い、プリプレグ端部における密着不良（下層からの浮き上がり）を確認し、不良が見つかったものは再度密着作業を行った後に次のプリプレグの巻回を行い、全巻回を完了した。
評価結果は、実施例１については、５０本すべての全巻回において密着不良は存在しなかったが、比較例１については、５０本のうち１３本について、フーププリプレグ２４および／またはフーププリプレグ２６の巻回に密着不良が見つかった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るゴルフクラブシャフト用管状体の繊維強化プリプレグの積層構成を示す図である。
【図２】最終製品であるゴルフクラブシャフトの概略図である。
【図３】積層プリプレグを示す平面図である。
【図４】管状体の両端部を示す平面図である。
【図５】従来例のプリプレグ積層構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 管状体
１０’ ゴルフクラブシャフト（最終製品）
２０ 繊維強化プリプレグ
２１、２２ バイアスプリプレグ
２３、２５、２７、２８ ストレートプリプレグ
２４、２６ フーププリプレグ
Ａ１、Ａ２ 積層体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維にマトリクス樹脂を含浸してなるプリプレグの積層体からなる繊維強化樹脂製の管状体の製造方法において、
強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して平行に配されるストレートプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して直角に配されるフーププリプレグとを、芯材上に巻回する工程を含み、
前記フーププリプレグのうち少なくとも１枚は積層フーププリプレグとして前記バイアスプリプレグまたは前記ストレートプリプレグからなる土台プリプレグに予め積層密着して一体化した積層体を形成おき、該積層体を巻回することによって前記土台プリプレグと一体に前記積層フーププリプレグが巻回されることを特徴とする繊維強化樹脂製の管状体の製造方法。
【請求項２】
前記土台プリプレグに積層密着する積層フーププリプレグの管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁のうち、少なくとも１箇所は、前記土台プリプレグの周縁と一致させ、または土台プリプレグの周縁よりも内側に位置させている請求項１に記載の繊維強化樹脂製の管状体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法で製造された管状体であって、
前記積層フーププリプレグの管状体軸線方向の両端縁は、管状体の軸線方向両端位置よりも内側に位置している繊維強化樹脂製の管状体。
【請求項４】
前記積層フーププリプレグは、厚さが０．０３〜０．０６ｍｍ、強化繊維の引張弾性率が３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２としている請求項３に記載の繊維強化樹脂製の管状体。
【請求項５】
前記積層フーププリプレグおよび／または土台プリプレグの樹脂含量率は３０〜４０％である請求項３または請求項４に記載の繊維強化樹脂製の管状体。
【請求項６】
ゴルフクラブシャフトからなる請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂製の管状体。
【請求項１】
強化繊維にマトリクス樹脂を含浸してなるプリプレグの積層体からなる繊維強化樹脂製の管状体の製造方法において、
強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して傾斜して配されるバイアスプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して平行に配されるストレートプリプレグと、強化繊維の配列方向が管状体軸線に対して直角に配されるフーププリプレグとを、芯材上に巻回する工程を含み、
前記フーププリプレグのうち少なくとも１枚は積層フーププリプレグとして前記バイアスプリプレグまたは前記ストレートプリプレグからなる土台プリプレグに予め積層密着して一体化した積層体を形成おき、該積層体を巻回することによって前記土台プリプレグと一体に前記積層フーププリプレグが巻回されることを特徴とする繊維強化樹脂製の管状体の製造方法。
【請求項２】
前記土台プリプレグに積層密着する積層フーププリプレグの管状体軸線方向の両端縁および巻回終端縁のうち、少なくとも１箇所は、前記土台プリプレグの周縁と一致させ、または土台プリプレグの周縁よりも内側に位置させている請求項１に記載の繊維強化樹脂製の管状体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方法で製造された管状体であって、
前記積層フーププリプレグの管状体軸線方向の両端縁は、管状体の軸線方向両端位置よりも内側に位置している繊維強化樹脂製の管状体。
【請求項４】
前記積層フーププリプレグは、厚さが０．０３〜０．０６ｍｍ、強化繊維の引張弾性率が３０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ２としている請求項３に記載の繊維強化樹脂製の管状体。
【請求項５】
前記積層フーププリプレグおよび／または土台プリプレグの樹脂含量率は３０〜４０％である請求項３または請求項４に記載の繊維強化樹脂製の管状体。
【請求項６】
ゴルフクラブシャフトからなる請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂製の管状体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−３０７７０１（Ｐ２００８−３０７７０１Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５５１１８（Ｐ２００７−１５５１１８）
【出願日】平成１９年６月１２日（２００７．６．１２）
【出願人】（５０４０１７８０９）ＳＲＩスポーツ株式会社 (701)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１２日（２００７．６．１２）
【出願人】（５０４０１７８０９）ＳＲＩスポーツ株式会社 (701)
【Ｆターム（参考）】
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