繊維強化樹脂製管状体、ゴルフクラブ用シャフト、およびそれらの製造方法
【課題】ゴルフクラブ用シャフトなどに使用する繊維強化樹脂製管状体において、ねじり剛性が高めつつ、曲がりや反りを抑制する。
【解決手段】繊維強化樹脂製の特定の第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、および第２のバイアス層１２が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた繊維強化樹脂製管状体１０であって、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置を、３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置を、第１のストレート層２１の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずらす。
【解決手段】繊維強化樹脂製の特定の第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、および第２のバイアス層１２が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた繊維強化樹脂製管状体１０であって、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置を、３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置を、第１のストレート層２１の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずらす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂製管状体、ゴルフクラブ用シャフト、およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブ用シャフトなどの管状体には、炭素繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂によって形成された繊維強化樹脂製管状体が広く使用されている。該繊維強化樹脂製管状体としては、例えば、強化繊維の配向方向が管状体の軸方向に対して＋α°と−α°（ただし、２０°≦α°≦７０°）である２つのアングル層を貼り合せたバイアス層と、強化繊維の配向方向が管状体の軸方向に対して略平行であるストレート層とを、管状に巻いて積層したものが知られている。
【０００３】
ゴルフクラブ用シャフトに使用される繊維強化樹脂製管状体においては、ボール打撃時のシャフトのねじれを抑制して打ち出し方向の正確性を向上させるために、ねじり剛性を高くすることがよく知られている。ねじり剛性を高めた繊維強化樹脂製管状体としては、例えば、内側から順に、第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層を設けたゴルフクラブ用シャフトが示されている（特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２７５３６号公報
【特許文献２】特開平１１−１９７２７７号公報
【特許文献３】特開平８−３０８９６９号公報
【特許文献４】実開平４−９２２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１〜４に記載のゴルフクラブ用シャフトは、ねじり剛性は高いものの、シャフトの曲がりや反りを充分に抑えることが難しく、品質が低くなることがある。繊維強化樹脂製管状体の曲がりや反りは、製造の際に、バイアス層やストレート層を形成するプリプレグ内のマトリックス樹脂が硬化収縮することと、強化繊維とマトリックス樹脂の熱収縮率の差が大きいことが起因している。
つまり、マトリックス樹脂にはエポキシ樹脂が多く使用されるが、エポキシ樹脂は、加熱硬化の過程で体積が大きく収縮する。一方、マトリックス樹脂の熱収縮率に対し、強化繊維の熱収縮率は極めて小さい。これにより、バイアス層やストレート層を形成するプリプレグの加熱硬化の際には、強化繊維の配向方向の熱収縮に対し、該強化繊維に対して垂直な方向の熱収縮が大きく、熱収縮に異方性が生じる。バイアス層とストレート層では、強化繊維の配向方向が異なっているため、熱収縮方向も互いに異なり、それらの層間で熱残留ひずみエネルギーが高い状態となる。熱残留ひずみエネルギーが高いと、バイアス層やストレート層の構造が不安定となるため、曲がりや反り生じやすくなる。特許文献１〜４に記載のゴルフクラブ用シャフトは、バイアス層とストレート層が交互に配置されているため、単にバイアス層とストレート層を有するゴルフクラブ用シャフトに比べて熱残留ひずみエネルギーが大きく、曲がりや反りが生じやすい。
【０００６】
本発明は、ねじり剛性を高めつつ、曲がりや反りが抑制された高品質な繊維強化樹脂製管状体およびゴルフクラブ用シャフト、ならびにそれらの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、繊維強化樹脂製管状体のねじり剛性を高くしつつ、曲がりや反りを小さくする方法について検討した。その結果、第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層がこの順に内側から巻かれた構成の繊維強化樹脂製管状体において、それら各々の層の巻き始めの位置を制御することにより、繊維強化樹脂製管状体のねじり剛性を高くしつつ、曲がりや反りを抑制できることを見出した。そして、その知見に基づき、本発明の課題を解決するべく検討して、以下の繊維強化樹脂製管状体、ゴルフクラブ用シャフト、およびそれらの製造方法を発明した。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
［１］繊維強化樹脂製の第１のバイアス層、ストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた繊維強化樹脂製管状体であって、
前記第１のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−α１°（ただし、３０°≦α１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋α２°（ただし、３０°≦α２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記ストレート層は、管状体の軸方向に対して強化繊維が略平行に配向した層であり、
前記第２のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−β１°（ただし、３０°≦β１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋β２°（ただし、３０°≦β２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記第１のバイアス層の巻き始めの位置と前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、３／１６〜５／１６周ずれており、
かつ、前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、前記ストレート層の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることを特徴とする繊維強化樹脂製管状体。
［２］前記第１のバイアス層が最内層である、［１］に記載の繊維強化樹脂製管状体。
［３］前記第１のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされており、
前記第２のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされている、［１］または［２］に記載の繊維強化樹脂製管状体。
［４］前記強化繊維が炭素繊維である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体。
［５］［１］〜［４］のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体からなるゴルフクラブ用シャフト。
［６］［１］〜［４］のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法であって、
前記第１のバイアス層を形成するプリプレグ（Ａ）と、前記ストレート層を形成するプリプレグ（Ｂ）と、前記第２のバイアス層を形成するプリプレグ（Ｃ）とを、順にマンドレルに巻き付ける工程を有し、
前記プリプレグ（Ａ）と前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を、前記プリプレグ（Ｂ）の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって３／１６〜５／１６周ずらす、繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
［７］［６］に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法を用いたゴルフクラブ用シャフトの製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の繊維強化樹脂製管状体およびゴルフクラブ用シャフトは、ねじり剛性を高めつつ、曲がりや反りが抑制されており、高品質である。
また、本発明の製造方法によれば、ねじり剛性を高めつつ、曲がりや反りが抑制された高品質な繊維強化樹脂製管状体およびゴルフクラブ用シャフトが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の繊維強化樹脂製管状体の一例を示した側面図である。
【図２】図１の繊維強化樹脂製管状体を直線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図である。
【図３】図１の繊維強化樹脂製管状体を直線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。
【図４】図１の繊維強化樹脂製管状体を直線Ｃ−Ｃ’で切断したときの断面図である。
【図５】本発明の繊維強化樹脂製管状体の製造に使用するマンドレルとプリプレグを示した平面図である。
【図６】図５のマンドレルを直線Ｄ−Ｄ’で切断したときの断面図である。
【図７】本実施例で使用したマンドレルとプリプレグを示した図である。
【図８】本実施例における管状体の曲がり量の測定方法を示した図である。（Ａ）側面図、（Ｂ）直線Ｅ−Ｅ’で切断した断面図、（Ｃ）直線Ｆ−Ｆ’で切断した断面図、（Ｄ）細径端から４００ｍｍの位置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜繊維強化樹脂製管状体＞
本発明の繊維強化樹脂製管状体（以下、単に「管状体」という。）は、後述する繊維強化樹脂製の第１のバイアス層、ストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた管状体である。
前記第１のバイアス層とは、条件を満たすバイアス層のうち、最も内側のバイアス層を意味する。また、前記第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層は、この順に連続して巻かれるものであり、それらの層の間には他の層を設けない。
【００１２】
以下、本発明の管状体の一実施形態例として、ゴルフクラブ用シャフトに使用する管状体について説明する。
本実施形態の管状体１０は、図１〜４に示すように、細径端１０ａから太径端１０ｂに向かって漸次拡径した管状体であり、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、および第２のバイアス層１２を有し、これらの層がこの順に内側から管状に巻かれて形成されている。第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、および第２のバイアス層１２は、細径端１０ａから太径端１０ｂまで、全体に亘って形成されている。
【００１３】
また、この例の管状体１０は、図２〜４に示すように、第２のバイアス層１２の外側に、細径端１０ａから太径端１０ｂまで全体に亘って第２のストレート層２２が設けられている。また、第２のストレート層２２の外側に、細径端１０ａ側の一部を覆う第３のバイアス層１３が設けられ、さらにその外側に、細径端１０ａから太径端１０ｂまで全体に亘って第３のストレート層２３が設けられている。また、管状体１０の細径端１０ａ側には、図２に示すように、第３のストレート層２３の外側に、さらに補強層２４および外径調整層２５がこの順に設けられている。
第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２、第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層２３、補強層２４および外径調整層２５の巻き方向は、全て同じ方向である。
【００１４】
第１のバイアス層１１は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸したプリプレグを加熱硬化することで形成される繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して−α１°（ただし、３０°≦α１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、管状体１０の軸方向に対して＋α２°（ただし、３０°≦α２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層である。
前記配向角度α１°、α２°が３０°より小さいと、管状体１０の曲げ剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。また、前記配向角度α１°、α２°が６０°より大きいと、管状体１０の潰し剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。
各アングル層における強化繊維の配向角度α１°とα２°の絶対値は、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【００１５】
第１のバイアス層１１におけるアングル層の一層あたりの厚さは、０．１０ｍｍ以下が好ましく、０．０６ｍｍ以下がより好ましい。前記アングル層の一層あたりの厚さが０．１０ｍｍ以下であれば、第１のバイアス層１１の厚さが管状体１０の周方向に沿って均質化されやすく、管状体１０のねじり剛性が充分に得られやすい。また、前記アングル層の一層あたりの厚さが０．０６ｍｍ以下であれば、第１のバイアス層１１の厚さが管状体１０の周方向に沿ってさらに均質化され、ねじり剛性がさらに向上するうえ、第１のバイアス層１１をより少ない材料で作製できるため、管状体１０の軽量化が容易になる。
第１のバイアス層１１の厚さは、充分なねじり剛性が得られやすい点から、０．１０ｍｍ以上が好ましい。
【００１６】
第１のバイアス層１１における、強化繊維が配向角度−α１°で配向したアングル層と、強化繊維が配向角度＋α２°で配向したアングル層との貼り合わせは、それぞれのアングル層が管状体１０の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされていることが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わされていることが特に好ましい。これにより、第１のバイアス層１１の厚さの斑がより小さくなり、均質性に優れた管状体１０が得られやすくなる。
【００１７】
第１のバイアス層１１を構成するマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、硬化後の強度がより高くなることから、エポキシ樹脂が好ましい。
【００１８】
第１のバイアス層１１を構成する強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、高強度ポリエステル繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。これらの中でも、比強度および比弾性に優れることから、炭素繊維が好ましい。
【００１９】
第１のバイアス層１１を構成する強化繊維として炭素繊維を用いる場合、炭素繊維の引張弾性率は、２８０〜５００ＧＰａが好ましい。ここで、引張弾性率はＪＩＳ Ｒ ７６０８に準拠して測定された値である。炭素繊維の引張弾性率が２８０ＧＰａ以上であれば、ねじり剛性が向上する。炭素繊維の引張弾性率が５００ＧＰａ以下であれば、管状体１０の衝撃強度を高く保ちやすい。
【００２０】
第１のバイアス層１１における繊維体積含有率は、ねじり剛性をより高くできることから、６０％以上が好ましく、６５％以上がより好ましい。また、第１のバイアス層１１における繊維体積含有率は、マトリックス樹脂と強化繊維とを充分に密着させるためにはある程度の樹脂量が必要であることから、７５％以下が好ましく、７０％以下がより好ましい。
【００２１】
第１のストレート層２１は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸したプリプレグを加熱硬化して形成される繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して、強化繊維が略平行に配向した層である。本発明において、強化繊維が略平行に配向するとは、管状体１０の軸方向に対する強化繊維の配向角度γが、−５°≦γ≦＋５°であることを意味する。強化繊維が管状体１０の軸方向に略平行に配向した第１のストレート層２１を備えることで、管状体１０の曲げ剛性が高くなる。
【００２２】
第１のストレート層２１を構成するマトリックス樹脂は、第１のバイアス層１１で挙げたものと同じものが挙げられ、エポキシ樹脂が好ましい。
第１のストレート層２１を構成する強化繊維は、第１のバイアス層１１で挙げたものと同じものが挙げられ、炭素繊維が好ましい。
【００２３】
第１のストレート層２１の厚さは、０．０６〜０．２５ｍｍが好ましく、０．０８〜０．１５ｍｍがより好ましい。第１のストレート層２１の厚さが０．０６ｍｍ以上であれば、曲げ剛性が向上する。第１のストレート層２１の厚さが０．２５ｍｍ以下であれば、管状体１０の軽量化が容易になる。
【００２４】
第２のバイアス層１２は、第１のバイアス層１１と同じ繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して−β１°（ただし、３０°≦β１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、管状体１０の軸方向に対して＋β２°（ただし、３０°≦β２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層である。
前記配向角度β１°、β２°が３０°より小さいと、管状体１０の曲げ剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。また、前記配向角度β１°、β２°が６０°より大きいと、管状体１０の潰し剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。
各アングル層における強化繊維の配向角度β１°とβ２°の絶対値は、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。また、第１のバイアス層１１の各アングル層における強化繊維の配向角度α１°、α２°と、第２のバイアス層１２の各アングル層における強化繊維の配向角度β１°、β２°の絶対値は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、配向角度α１°、α２°、β１°、β２°の絶対値が互いに同じであることが好ましい。
【００２５】
第２のバイアス層１２としては、第１のバイアス層１１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
また、第２のバイアス層１２の厚さは、充分なねじり剛性が得られやすい点から、０．１０ｍｍ以上が好ましい。
【００２６】
管状体１０は、内側から順に巻かれた第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２における、それぞれの巻き始めの位置が制御されていることを特徴とする。具体的には、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置が３／１６〜５／１６周ずれており、かつ、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置が、第１のストレート層２１の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれている。
このように、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２のそれぞれの巻き始めの位置を制御することで、管状体１０のねじり剛性を高くしつつ、曲がりや反りを抑制できる。
第２のバイアス層１２の巻き始めの位置は、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置に対して、巻き方向に向かってずれていてもよく、巻き方向と逆方向に向かってずれていてもよい。
【００２７】
以下、図２に基づいて形態の一例を示して説明する。
（１）第１のバイアス層１１が、管状体１０の周方向における地点ａを巻き始めの位置として地点ｃ側に向かう方向に巻かれており、第１のストレート層２１が、地点ｂを巻き始め位置として地点ｄ側に向かう方向に巻かれており、第２のバイアス層１２が、地点ｃを巻き始め位置として地点ｂ側に向かう方向に巻かれている形態。この形態では、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｃ）は、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向に１／４周ずれている。また、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｃ）は、第１のストレート層２１の巻き始めの位置（地点ｂ）に対して、巻き方向と逆方向に１／４周ずれている。
（２）第１のバイアス層１１が、管状体１０の周方向における地点ａを巻き始めの位置として地点ｃ側に向かう方向に巻かれており、第１のストレート層２１が、地点ａを巻き始め位置として地点ｃ側に向かう方向に巻かれており、第２のバイアス層１２が、地点ｄを巻き始め位置として地点ａ側に向かう方向に巻かれている形態。この形態では、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｄ）は、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に１／４周ずれている。また、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｄ）は、第１のストレート層２１の巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に１／４周ずれている。
【００２８】
第１のバイアス層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
第１のストレート層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
【００２９】
管状体１０は、第２のバイアス層１２の外側に、第２のストレート層２２が、管状体１０の長手方向の全体に亘って設けられている。第２のストレート層２２は、第１のストレート層２１と同じ繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して、強化繊維が略平行に配向した層である
第２のストレート層２２としては、第１のストレート層２１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
【００３０】
第２のストレート層２２の巻き始めの位置に特に制限は無いが、厚さの斑が小さく、均質性がより高い管状体１０が得られる点から、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置に対して、巻き方向または巻き方向の逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることが好ましく、７／３２〜９／３２周ずれていることがより好ましく、１／４周ずれていることが特に好ましい。
【００３１】
この例の管状体１０は、図２に示すように、細径端１０ａ側の第２のストレート層２２の外側に、第３のバイアス層１３が設けられている。第３のバイアス層１３を設ける領域としては、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５〜５０％の長さまでの領域が好ましい。以下、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５〜５０％の長さに亘って設けられたバイアス層を、短尺バイアス層という。
第３のバイアス層１３が、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５％以上の長さに亘って設けられることにより、管状体１０の細径端１０ａ側のねじり剛性が向上する。また、第３のバイアス層１３が、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５０％以下の長さに亘って形成されていることにより、管状体１０の重量増加を抑制しやすい。
第３のバイアス層１３は、この例の管状体１０のように、テーパー付き管状体における細径端部のねじり剛性を向上させるのに特に有効である。
【００３２】
短尺バイアス層である第３のバイアス層１３は、ねじり剛性をより向上させることができる点から、管状体１０の軸方向に対して−δ１°（ただし、３０°≦δ１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、管状体１０の軸方向に対して＋δ２°（ただし、３０°≦δ２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層が貼り合わされた層であることが好ましい。また、各アングル層における強化繊維の配向角度δ１°とδ２°の絶対値は、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【００３３】
第３のバイアス層１３としては、寸法以外は第１のバイアス層１１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
第３のバイアス層１３におけるアングル層の一層あたりの厚さは、第１のバイアス層１１と同じ理由から、０．１０ｍｍ以下が好ましく、０．０６ｍｍ以下がより好ましい。
また、第３のバイアス層１３の厚さは、充分なねじり剛性が得られやすい点から、０．１０ｍｍ以上が好ましい。
【００３４】
第３のバイアス層１３の巻き始めの位置に特に制限は無いが、厚さの斑が小さく、均質性がより高い管状体１０が得られる点から、第２のストレート層２３の巻き始めの位置に対して、巻き方向または巻き方向の逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることが好ましく、７／３２〜９／３２周ずれていることがより好ましく、１／４周ずれていることが特に好ましい。
【００３５】
また、管状体１０は、第３のバイアス層１３のさらに外側に、管状体１０の細径端１０ａから太径端１０ｂまで全体に亘って第３のストレート層２３が設けられている。第３のストレート層２３は、第１のストレート層２１と同じ繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して、強化繊維が略平行に配向した層である
第３のストレート層２３としては、第１のストレート層２１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
【００３６】
第３のストレート層２３の巻き始めの位置に特に制限は無いが、厚さの斑が小さく、均質性がより高い管状体１０が得られる点から、第３のバイアス層１３の巻き始めの位置に対して、巻き方向または巻き方向の逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることが好ましく、７／３２〜９／３２周ずれていることがより好ましく、１／４周ずれていることが特に好ましい。
【００３７】
また、管状体１０は、細径端１０ａ側の第３のストレート層２３の外側に、補強層２４と外径調整層２５がこの順に設けられている。
補強層２４は、管状体１０の細径端１０ａ側の特に補強したい部分に設けられる。補強層２４は、目的の機能を果たすような寸法にされていること以外は第１のストレート層２１と同じもので構成される。
【００３８】
外径調整層２５は、仕上げ研磨後に所定の外径を確保できるようにするため層である。外径調整層２５は、目的の機能を果たすような寸法にされていること以外は第１のストレート層２１と同じもので構成される。
【００３９】
以上説明した管状体１０は、第１のバイアス層１１、第１のストレート層および第２のバイアス層１２を有しているため、充分なねじり剛性が得られる。また、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１および第２のバイアス層１２の巻き始めの位置が制御されていることで、ねじり剛性を高めつつ、管状体１０に曲げや反りが生じることを抑制できる。
また、管状体１０では、短尺バイアス層である第３のバイアス層１３によって、細径端１０ａ側のねじり剛性のさらなる向上と、管状体１０の軽量化を両立できる。また、管状体１０は、ストレート層を３層以上備えているため、ねじり剛性および曲げ剛性がさらに向上する。加えて、管状体１０は、バイアス層とストレート層が交互に配置されているため、ねじり剛性と曲げ剛性のバランスが優れている。また、管状体１０は、第１のバイアス層１１を最内層とし、２層以上のバイアス層を備えていることで、曲げ剛性が特に高くなる。
【００４０】
なお、本発明の管状体は、第１のバイアス層、第１のストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に管状に巻かれたものであれば、前述した管状体１０には限定されない。例えば、第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層２３、補強層２４、外径調整層２５のいずれか１つ以上が設けられていなくてもよい。また、ストレート層は４層以上であってもよい。また、第１のバイアス層の内側に、細径端部を補強する補強層などを設けてもよい。
【００４１】
また、管状体１０は、細径端１０ａから太径端１０ｂに向かって漸次拡径した管状体であったが、一方の端から他方の端まで外径が変化しない管状体であってもよい。
また、管状体１０では、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２は、管状体１０の軸方向の全体に亘って配置されているが、必ずしも全体に亘っていなくてもよい。ただし、管状体の全体に亘って、ねじり剛性を高めつつ、曲げおよび反りを抑制する効果が充分に得られやすい点から、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２は、管状体１０の軸方向の全体に亘って配置されていることが好ましい。
【００４２】
本発明の管状体は、ゴルフクラブ用シャフトとして好適に使用できる。ただし、本発明の管状体の用途は、ゴルフクラブ用シャフトには限定されず、釣竿やバドミントンラケットのフレームなどとして使用してもよい。
【００４３】
＜ゴルフクラブ用シャフト＞
本発明のゴルフクラブ用シャフトは、本発明の管状体からなるシャフトである。例えば、前述の管状体１０は、細径端１０ａ側にゴルフクラブヘッド、太径端１０ｂ側にグリップを設けて、ゴルフクラブ用シャフトとして使用できる。
【００４４】
＜管状体およびゴルフクラブ用シャフトの製造方法＞
以下、本発明の管状体およびゴルフクラブ用シャフトの製造方法の一例として、ゴルフクラブ用シャフトとして使用する前記管状体１０の製造方法について説明する。
管状体１０の製造方法としては、例えば、下記工程（ｉ）および工程（ii）を有する方法が挙げられる。
（ｉ）図５に例示したマンドレル３０に、第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａ、第１のストレート層２１を形成するプリプレグ（Ｂ）２１ａ、第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａ、第２のストレート層２２を形成するプリプレグ２２ａ、第３のバイアス層１３を形成するプリプレグ１３ａ、第３のストレート層２３を形成するプリプレグ２３ａ、補強層２４を形成するプリプレグ２４ａ、および外径調整層２５を形成するプリプレグ２５ａを、順に巻き付けて未硬化の成形品を得る工程。
（ii）前記未硬化の成形品を加熱し、樹脂成分を硬化させて管状体１０を得る工程。
【００４５】
マンドレル３０の形状は、細径端３０ａから太径端３０ｂに向かって、直径が漸次拡径する部分３１と、直径が一定の部分３２を有する棒状である。マンドレルの形状は、製造する管状体の形状に合わせて適宜選択すればよい。
【００４６】
各バイアス層を形成するプリプレグと、各ストレート層を形成するプリプレグは、強化繊維を一方向に引き揃えた一方向プリプレグを、所定の方向に強化繊維が配向するように、所定の形状に裁断し、必要に応じて貼り合わせることにより得られる。管状体１０のようなテーパー付き管状体を製造する場合、各バイアス層を形成するプリプレグと、各ストレート層を形成するプリプレグは、拡径する部分があっても管状体１０の断面が円形になるように、細径端１０ａ側の幅が狭くなっている。
【００４７】
第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａは、強化繊維が配向角度−α１°で配向したプリプレグと、強化繊維が配向角度＋α２°で配向したプリプレグが貼り合わされている。これら２つのプリプレグは、マンドレル３０に巻き付ける際に、７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わすことが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わすことが特に好ましい。これにより、形成される第１のバイアス層１１の厚さの斑が小さくなり、管状体１０の均質性が向上する。
第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａも同様に、−β１°と＋β２°の配向角度で強化繊維がそれぞれ配向した２つのプリプレグを、マンドレル３０に巻き付ける際に、７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わすことが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わすことが特に好ましい。
また、プリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｃ）１２ａを構成するアングル層の一層あたりの厚さは、０．１０ｍｍ以下が好ましく、０．０６ｍｍ以下がより好ましい。
【００４８】
第３のバイアス層１３を形成するプリプレグ１３ａは、短尺バイアス層を形成するためのプリプレグ、すなわち、管状体１０の細径端１０ａから管状体全長の５〜５０％の長さに亘ってバイアス層を形成するプリプレグである。プリプレグ１３ａもプリプレグ（Ａ）１１ａと同様に、−δ１°と＋δ２°の配向角度で強化繊維がそれぞれ配向した２つのプリプレグを、マンドレル３０に巻き付ける際に、７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わすことが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わすことが特に好ましい。
【００４９】
工程（ｉ）：
まず、マンドレル３０に、図５に例示した第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａと、第１のストレート層２１を形成するプリプレグ（Ｂ）２１ａと、第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａを順に巻き付ける。このとき、プリプレグ（Ａ）１１ａとプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を、プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって３／１６〜５／１６周ずらすようにする。
プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置は、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置に対して、巻き方向に向かってずらしてもよく、巻き方向と逆方向に向かってずらしてもよい。
【００５０】
一例を、図６に基づいて説明する。
第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａを、地点ａを巻き始めの位置として、地点ｃに向かう方向に巻き付ける。次に、第１のストレート層２１を形成するプリプレグ（Ｂ）２１ａを、地点ｂを巻き始め位置として、地点ｄに向かう方向に巻き付ける。そして、第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａを、地点ｃを巻き始め位置として、地点ｂに向かう方向に巻き付ける。これにより、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｃ）は、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向に向かって１／４周ずれる。また、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｃ）は、プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置（地点ｂ）に対して、巻き方向と逆方向に向かって１／４周ずれる。
【００５１】
また、プリプレグ（Ａ）１１ａを、地点ａを巻き始めの位置として地点ｃに向かう方向に巻き付け、プリプレグ（Ｂ）２１ａを、地点ａを巻き始め位置として地点ｃに向かう方向に巻き付け、プリプレグ（Ｃ）１２ａを、地点ｄを巻き始め位置として地点ａに向かう方向に巻き付けてもよい。これにより、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｄ）は、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に向かって１／４周ずれる。また、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｄ）は、プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に向かって１／４周ずれる。
【００５２】
プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置とプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置とプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
【００５３】
マンドレル３０の軸方向に対して、プリプレグ（Ａ）１１ａの各アングル層の強化繊維の配向角度を−α１°と＋α２°とすることで、管状体１０の軸方向に対する第１のバイアス層１１の各アングル層の強化繊維の配向角度がそれぞれ−α１°と＋α２°となる。
また、マンドレル３０の軸方向に対してプリプレグ（Ｂ）２１ａの強化繊維を略平行とすることで、第１のストレート層２１の強化繊維が管状体１０の軸方向に対して略平行に配向する。
また、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き付けと同様に、マンドレル３０の軸方向に対するプリプレグ（Ｃ）１２ａの強化繊維の配向角度を調整することで、第２のバイアス層１２の各アングル層の強化繊維の配向角度をそれぞれ−β１°と＋β２°とすることができる。
【００５４】
さらに、プリプレグ（Ｃ）１２ａの上に、第２のストレート層２２を形成するプリプレグ２２ａと、第３のバイアス層１３を形成するプリプレグ１３ａと、第３のストレート層２３を形成するプリプレグ２３ａを、プリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｂ）２１ａ、プリプレグ（Ｃ）１２ａと同じ巻き方向で巻き付ける。
プリプレグ２２ａの巻き始めの位置は、特に限定されず、得られる管状体１０の厚さの斑が小さくなり、より均質性の高い管状体１０を得やすい点から、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置に対して、３／１６〜５／１６周ずらすことが好ましく、７／３２〜９／３２周ずらすことがより好ましく、１／４周ずらすことが特に好ましい。
プリプレグ１３ａおよびプリプレグ２３ａの巻き始めの位置も、プリプレグ２２ａと同様に、均質性の高い管状体１０を得やすい点から、それぞれ３／１６〜５／１６周ずらすことが好ましく、７／３２〜９／３２周ずらすことがより好ましく、１／４周ずらすことが特に好ましい。
第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層における強化繊維の配向角度については、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１の場合と同様に調整できる。
【００５５】
工程（ｉ）では、前述したようにバイアス層を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｃ）１２ａおよびプリプレグ１３ａと、ストレート層を形成するプリプレグ（Ｃ）２１ａ、プリプレグ２２ａ、プリプレグ２３ａを、それぞれ交互に配置する。これにより、得られる管状体１０のねじり剛性と曲げ剛性のバランスが良好になる。
【００５６】
次いで、細径端１０ａ側のプリプレグ２３ａの外側に、補強層２４を形成するプリプレグ２４ａを巻き付け、さらに外径調整層２５を形成するプリプレグ２５ａを巻き付けて、未硬化の成形品を得る。
プリプレグ２４ａおよびプリプレグ２５ａの巻き始めの位置は特に限定されない。補強層２４、外径調整層２５における強化繊維の配向角度については、第１のストレート層２１の場合と同様に調整できる。
【００５７】
工程（ii）：
未硬化の成形品を、加熱炉などを用いて加熱し、樹脂成分を硬化させて、管状体１０を得る。
【００５８】
以上説明した製造方法にあっては、プリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｂ）２１ａおよびプリプレグ（Ｃ）１２ａをマンドレル３０に巻き付ける際、適正な位置から巻き付けることにより、マトリックス樹脂の硬化収縮による反りや曲がりへの影響を小さくでき、反りや曲がりが抑制された、ねじり剛性の高い管状体１０が得られる。さらに、バイアス層を形成するプリプレグとストレート層を形成するプリプレグを交互に配置するため、ねじり剛性と曲げ剛性のバランスが向上する。
【００５９】
なお、本発明の管状体およびゴルフクラブ用シャフトの製造方法は、前述した方法には限定されない。例えば、必要に応じて、樹脂成分の硬化後に仕上げ研磨加工を施してもよい。前記方法では、第３のバイアス層１３の外側に第３のストレート層２３が形成されるから、研磨加工を施しても、第３のバイアス層１３が除去されない。
また、第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層２３、補強層２４および外径調整層２５をそれぞれ形成するプリプレグのうち、１つ以上を巻き付けない方法であってもよい。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
本実施例では、より本発明の効果を分かり易くするため、反りや曲がりへの影響が小さい第２のストレート層以降の層を有さない管状体１０Ａについて、曲がり量を評価した。
使用したプリプレグを表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
［実施例１］
細径端部の外径が４．６０ｍｍであり、細径端部から８００ｍｍの位置までの外径がテーパー度９．００／１０００で漸増して、細径端部から８００ｍｍの位置の外径が１１．８０ｍｍとなり、さらに細径端部から８００ｍｍの位置〜細径端部から１２５０ｍｍの位置までの外径がテーパー度４．６７／１０００で漸増して、細径端部から１２５０ｍｍの位置の外径が１３．９０ｍｍとなり、細径端部から１２５０ｍｍの位置〜細径端端部から１５００ｍｍの位置は１３．９０ｍｍの一定の外径を有するマンドレル３０を用いた。
【００６３】
工程（ｉ）：
第１のバイアス層１１を形成する、２枚のプリプレグＩを貼り合せて形成した台形状のプリプレグ（Ａ）１１ａ（配向角度＋４５°の強化繊維を有するプリプレグと、配向角度−４５°の強化繊維を有するプリプレグとを貼り合わせて得た１枚のプリプレグ、図７）を、マンドレル３０の細径端部から１００ｍｍの位置〜細径端部から１２９０ｍｍの位置の範囲に、図６の地点ａを巻き始めの位置として地点ｃに向かう方向に巻き付けた。
次いで、第１のストレート層２１を形成する、プリプレグIIからなる台形状のプリプレグ（Ｂ）２１ａ（配向角度０°の強化繊維を有するプリプレグ、図７）を、図６の地点ｂを巻き始めの位置として地点ｄに向かう方向に巻き付けた。
次いで、第２のバイアス層１２を形成する、２枚のプリプレグＩからなる台形状のプリプレグ（Ｃ）１２ａ（配向角度＋４５°の強化繊維を有するプリプレグと、配向角度−４５°の強化繊維を有するプリプレグとを貼り合わせて得た１枚のプリプレグ、図７）を、図６の地点ｃを巻き始めの位置として地点ｂに向かう方向に巻き付けて未硬化の成形品を得た。
なお、図７における寸法の単位はｍｍである。
【００６４】
工程（ii）：
次いで、幅２０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのポリプロピレン製のテープを１．５ｍｍ間隔で巻き付けて未硬化の成形品を固定した後、加熱炉を用い、１４５℃で２時間加熱し、樹脂成分を硬化させた。その後、ポリプロピレン製のテープを外し、両端を１１ｍｍずつカットし、全長１１６８ｍｍの管状体１０Ａを得た。
【００６５】
［実施例２］
プリプレグ（Ｂ）２１ａとプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を表２に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして管状体１０Ａを得た。
【００６６】
［比較例１〜６］
プリプレグ（Ｂ）２１ａとプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を表２に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして管状体１０Ａを得た。
【００６７】
各例で得られた管状体１０Ａについて、曲がり量を以下のように評価した。なお、曲がり量は、各例とも４本の管状体１０Ａについて測定し、その曲がり量の平均値で評価した。
［曲がり量の測定］
図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、２組のカムフォロワー４０、４０（樹脂モールドベアリング）により、管状体１０Ａの細径端１０ａから２０ｍｍの位置と、太径端１０ｂから２０ｍｍの位置を支持するように、管状体１０Ａを載せた。また、管状体１０Ａの細径端１０ａから４００ｍｍの位置にレーザー変位計を設置した。そして、カムフォロワー４０、４０によって、管状体１０Ａをゆっくりと回転させ、図８（Ｄ）に示すように、レーザー変位計の数値の最大値（ｄｍａｘ）からレーザー変位計の数値の最小値（ｄｍｉｎ）を差し引いた値（Ｄ）を管状体１０Ａの曲がり量（単位：ｍｍ）として測定した。
なお、本実施例の管状体１０Ａはテーパー付き管状体であり、細径端１０ａから４００ｍｍの位置で曲がり量が最も大きかった。また、図８における寸法の単位はｍｍである。
曲がり量の測定結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
各プリプレグを適切な巻き始め位置で巻き付けた実施例１、２では、第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層を形成して、ねじり剛性の高い管状体を得る際、管状体の曲がり量が小さく、高品質な管状体が得られた。
一方、プリプレグの巻き始めの位置が不適切な比較例１〜６では、管状体の曲がり量が大きく、実施例に比べて品質が劣っていた。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１０Ａ 繊維強化樹脂製管状体
１１ 第１のバイアス層
１２ 第２のバイアス層
２１ 第１のストレート層
１１ａ プリプレグ（Ａ）
１２ａ プリプレグ（Ｃ）
２１ａ プリプレグ（Ｂ）
３０ マンドレル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂製管状体、ゴルフクラブ用シャフト、およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブ用シャフトなどの管状体には、炭素繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂によって形成された繊維強化樹脂製管状体が広く使用されている。該繊維強化樹脂製管状体としては、例えば、強化繊維の配向方向が管状体の軸方向に対して＋α°と−α°（ただし、２０°≦α°≦７０°）である２つのアングル層を貼り合せたバイアス層と、強化繊維の配向方向が管状体の軸方向に対して略平行であるストレート層とを、管状に巻いて積層したものが知られている。
【０００３】
ゴルフクラブ用シャフトに使用される繊維強化樹脂製管状体においては、ボール打撃時のシャフトのねじれを抑制して打ち出し方向の正確性を向上させるために、ねじり剛性を高くすることがよく知られている。ねじり剛性を高めた繊維強化樹脂製管状体としては、例えば、内側から順に、第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層を設けたゴルフクラブ用シャフトが示されている（特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２７５３６号公報
【特許文献２】特開平１１−１９７２７７号公報
【特許文献３】特開平８−３０８９６９号公報
【特許文献４】実開平４−９２２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１〜４に記載のゴルフクラブ用シャフトは、ねじり剛性は高いものの、シャフトの曲がりや反りを充分に抑えることが難しく、品質が低くなることがある。繊維強化樹脂製管状体の曲がりや反りは、製造の際に、バイアス層やストレート層を形成するプリプレグ内のマトリックス樹脂が硬化収縮することと、強化繊維とマトリックス樹脂の熱収縮率の差が大きいことが起因している。
つまり、マトリックス樹脂にはエポキシ樹脂が多く使用されるが、エポキシ樹脂は、加熱硬化の過程で体積が大きく収縮する。一方、マトリックス樹脂の熱収縮率に対し、強化繊維の熱収縮率は極めて小さい。これにより、バイアス層やストレート層を形成するプリプレグの加熱硬化の際には、強化繊維の配向方向の熱収縮に対し、該強化繊維に対して垂直な方向の熱収縮が大きく、熱収縮に異方性が生じる。バイアス層とストレート層では、強化繊維の配向方向が異なっているため、熱収縮方向も互いに異なり、それらの層間で熱残留ひずみエネルギーが高い状態となる。熱残留ひずみエネルギーが高いと、バイアス層やストレート層の構造が不安定となるため、曲がりや反り生じやすくなる。特許文献１〜４に記載のゴルフクラブ用シャフトは、バイアス層とストレート層が交互に配置されているため、単にバイアス層とストレート層を有するゴルフクラブ用シャフトに比べて熱残留ひずみエネルギーが大きく、曲がりや反りが生じやすい。
【０００６】
本発明は、ねじり剛性を高めつつ、曲がりや反りが抑制された高品質な繊維強化樹脂製管状体およびゴルフクラブ用シャフト、ならびにそれらの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、繊維強化樹脂製管状体のねじり剛性を高くしつつ、曲がりや反りを小さくする方法について検討した。その結果、第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層がこの順に内側から巻かれた構成の繊維強化樹脂製管状体において、それら各々の層の巻き始めの位置を制御することにより、繊維強化樹脂製管状体のねじり剛性を高くしつつ、曲がりや反りを抑制できることを見出した。そして、その知見に基づき、本発明の課題を解決するべく検討して、以下の繊維強化樹脂製管状体、ゴルフクラブ用シャフト、およびそれらの製造方法を発明した。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
［１］繊維強化樹脂製の第１のバイアス層、ストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた繊維強化樹脂製管状体であって、
前記第１のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−α１°（ただし、３０°≦α１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋α２°（ただし、３０°≦α２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記ストレート層は、管状体の軸方向に対して強化繊維が略平行に配向した層であり、
前記第２のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−β１°（ただし、３０°≦β１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋β２°（ただし、３０°≦β２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記第１のバイアス層の巻き始めの位置と前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、３／１６〜５／１６周ずれており、
かつ、前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、前記ストレート層の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることを特徴とする繊維強化樹脂製管状体。
［２］前記第１のバイアス層が最内層である、［１］に記載の繊維強化樹脂製管状体。
［３］前記第１のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされており、
前記第２のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされている、［１］または［２］に記載の繊維強化樹脂製管状体。
［４］前記強化繊維が炭素繊維である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体。
［５］［１］〜［４］のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体からなるゴルフクラブ用シャフト。
［６］［１］〜［４］のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法であって、
前記第１のバイアス層を形成するプリプレグ（Ａ）と、前記ストレート層を形成するプリプレグ（Ｂ）と、前記第２のバイアス層を形成するプリプレグ（Ｃ）とを、順にマンドレルに巻き付ける工程を有し、
前記プリプレグ（Ａ）と前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を、前記プリプレグ（Ｂ）の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって３／１６〜５／１６周ずらす、繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
［７］［６］に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法を用いたゴルフクラブ用シャフトの製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の繊維強化樹脂製管状体およびゴルフクラブ用シャフトは、ねじり剛性を高めつつ、曲がりや反りが抑制されており、高品質である。
また、本発明の製造方法によれば、ねじり剛性を高めつつ、曲がりや反りが抑制された高品質な繊維強化樹脂製管状体およびゴルフクラブ用シャフトが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の繊維強化樹脂製管状体の一例を示した側面図である。
【図２】図１の繊維強化樹脂製管状体を直線Ａ−Ａ’で切断したときの断面図である。
【図３】図１の繊維強化樹脂製管状体を直線Ｂ−Ｂ’で切断したときの断面図である。
【図４】図１の繊維強化樹脂製管状体を直線Ｃ−Ｃ’で切断したときの断面図である。
【図５】本発明の繊維強化樹脂製管状体の製造に使用するマンドレルとプリプレグを示した平面図である。
【図６】図５のマンドレルを直線Ｄ−Ｄ’で切断したときの断面図である。
【図７】本実施例で使用したマンドレルとプリプレグを示した図である。
【図８】本実施例における管状体の曲がり量の測定方法を示した図である。（Ａ）側面図、（Ｂ）直線Ｅ−Ｅ’で切断した断面図、（Ｃ）直線Ｆ−Ｆ’で切断した断面図、（Ｄ）細径端から４００ｍｍの位置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜繊維強化樹脂製管状体＞
本発明の繊維強化樹脂製管状体（以下、単に「管状体」という。）は、後述する繊維強化樹脂製の第１のバイアス層、ストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた管状体である。
前記第１のバイアス層とは、条件を満たすバイアス層のうち、最も内側のバイアス層を意味する。また、前記第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層は、この順に連続して巻かれるものであり、それらの層の間には他の層を設けない。
【００１２】
以下、本発明の管状体の一実施形態例として、ゴルフクラブ用シャフトに使用する管状体について説明する。
本実施形態の管状体１０は、図１〜４に示すように、細径端１０ａから太径端１０ｂに向かって漸次拡径した管状体であり、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、および第２のバイアス層１２を有し、これらの層がこの順に内側から管状に巻かれて形成されている。第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、および第２のバイアス層１２は、細径端１０ａから太径端１０ｂまで、全体に亘って形成されている。
【００１３】
また、この例の管状体１０は、図２〜４に示すように、第２のバイアス層１２の外側に、細径端１０ａから太径端１０ｂまで全体に亘って第２のストレート層２２が設けられている。また、第２のストレート層２２の外側に、細径端１０ａ側の一部を覆う第３のバイアス層１３が設けられ、さらにその外側に、細径端１０ａから太径端１０ｂまで全体に亘って第３のストレート層２３が設けられている。また、管状体１０の細径端１０ａ側には、図２に示すように、第３のストレート層２３の外側に、さらに補強層２４および外径調整層２５がこの順に設けられている。
第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２、第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層２３、補強層２４および外径調整層２５の巻き方向は、全て同じ方向である。
【００１４】
第１のバイアス層１１は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸したプリプレグを加熱硬化することで形成される繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して−α１°（ただし、３０°≦α１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、管状体１０の軸方向に対して＋α２°（ただし、３０°≦α２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層である。
前記配向角度α１°、α２°が３０°より小さいと、管状体１０の曲げ剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。また、前記配向角度α１°、α２°が６０°より大きいと、管状体１０の潰し剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。
各アングル層における強化繊維の配向角度α１°とα２°の絶対値は、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【００１５】
第１のバイアス層１１におけるアングル層の一層あたりの厚さは、０．１０ｍｍ以下が好ましく、０．０６ｍｍ以下がより好ましい。前記アングル層の一層あたりの厚さが０．１０ｍｍ以下であれば、第１のバイアス層１１の厚さが管状体１０の周方向に沿って均質化されやすく、管状体１０のねじり剛性が充分に得られやすい。また、前記アングル層の一層あたりの厚さが０．０６ｍｍ以下であれば、第１のバイアス層１１の厚さが管状体１０の周方向に沿ってさらに均質化され、ねじり剛性がさらに向上するうえ、第１のバイアス層１１をより少ない材料で作製できるため、管状体１０の軽量化が容易になる。
第１のバイアス層１１の厚さは、充分なねじり剛性が得られやすい点から、０．１０ｍｍ以上が好ましい。
【００１６】
第１のバイアス層１１における、強化繊維が配向角度−α１°で配向したアングル層と、強化繊維が配向角度＋α２°で配向したアングル層との貼り合わせは、それぞれのアングル層が管状体１０の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされていることが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わされていることが特に好ましい。これにより、第１のバイアス層１１の厚さの斑がより小さくなり、均質性に優れた管状体１０が得られやすくなる。
【００１７】
第１のバイアス層１１を構成するマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、硬化後の強度がより高くなることから、エポキシ樹脂が好ましい。
【００１８】
第１のバイアス層１１を構成する強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、高強度ポリエステル繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、ナイロン繊維などが挙げられる。これらの中でも、比強度および比弾性に優れることから、炭素繊維が好ましい。
【００１９】
第１のバイアス層１１を構成する強化繊維として炭素繊維を用いる場合、炭素繊維の引張弾性率は、２８０〜５００ＧＰａが好ましい。ここで、引張弾性率はＪＩＳ Ｒ ７６０８に準拠して測定された値である。炭素繊維の引張弾性率が２８０ＧＰａ以上であれば、ねじり剛性が向上する。炭素繊維の引張弾性率が５００ＧＰａ以下であれば、管状体１０の衝撃強度を高く保ちやすい。
【００２０】
第１のバイアス層１１における繊維体積含有率は、ねじり剛性をより高くできることから、６０％以上が好ましく、６５％以上がより好ましい。また、第１のバイアス層１１における繊維体積含有率は、マトリックス樹脂と強化繊維とを充分に密着させるためにはある程度の樹脂量が必要であることから、７５％以下が好ましく、７０％以下がより好ましい。
【００２１】
第１のストレート層２１は、強化繊維にマトリックス樹脂を含浸したプリプレグを加熱硬化して形成される繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して、強化繊維が略平行に配向した層である。本発明において、強化繊維が略平行に配向するとは、管状体１０の軸方向に対する強化繊維の配向角度γが、−５°≦γ≦＋５°であることを意味する。強化繊維が管状体１０の軸方向に略平行に配向した第１のストレート層２１を備えることで、管状体１０の曲げ剛性が高くなる。
【００２２】
第１のストレート層２１を構成するマトリックス樹脂は、第１のバイアス層１１で挙げたものと同じものが挙げられ、エポキシ樹脂が好ましい。
第１のストレート層２１を構成する強化繊維は、第１のバイアス層１１で挙げたものと同じものが挙げられ、炭素繊維が好ましい。
【００２３】
第１のストレート層２１の厚さは、０．０６〜０．２５ｍｍが好ましく、０．０８〜０．１５ｍｍがより好ましい。第１のストレート層２１の厚さが０．０６ｍｍ以上であれば、曲げ剛性が向上する。第１のストレート層２１の厚さが０．２５ｍｍ以下であれば、管状体１０の軽量化が容易になる。
【００２４】
第２のバイアス層１２は、第１のバイアス層１１と同じ繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して−β１°（ただし、３０°≦β１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、管状体１０の軸方向に対して＋β２°（ただし、３０°≦β２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層である。
前記配向角度β１°、β２°が３０°より小さいと、管状体１０の曲げ剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。また、前記配向角度β１°、β２°が６０°より大きいと、管状体１０の潰し剛性が高くなるものの、ねじり剛性が小さくなりやすい。
各アングル層における強化繊維の配向角度β１°とβ２°の絶対値は、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。また、第１のバイアス層１１の各アングル層における強化繊維の配向角度α１°、α２°と、第２のバイアス層１２の各アングル層における強化繊維の配向角度β１°、β２°の絶対値は、互いに同じであっても異なっていてもよいが、配向角度α１°、α２°、β１°、β２°の絶対値が互いに同じであることが好ましい。
【００２５】
第２のバイアス層１２としては、第１のバイアス層１１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
また、第２のバイアス層１２の厚さは、充分なねじり剛性が得られやすい点から、０．１０ｍｍ以上が好ましい。
【００２６】
管状体１０は、内側から順に巻かれた第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２における、それぞれの巻き始めの位置が制御されていることを特徴とする。具体的には、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置が３／１６〜５／１６周ずれており、かつ、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置が、第１のストレート層２１の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれている。
このように、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２のそれぞれの巻き始めの位置を制御することで、管状体１０のねじり剛性を高くしつつ、曲がりや反りを抑制できる。
第２のバイアス層１２の巻き始めの位置は、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置に対して、巻き方向に向かってずれていてもよく、巻き方向と逆方向に向かってずれていてもよい。
【００２７】
以下、図２に基づいて形態の一例を示して説明する。
（１）第１のバイアス層１１が、管状体１０の周方向における地点ａを巻き始めの位置として地点ｃ側に向かう方向に巻かれており、第１のストレート層２１が、地点ｂを巻き始め位置として地点ｄ側に向かう方向に巻かれており、第２のバイアス層１２が、地点ｃを巻き始め位置として地点ｂ側に向かう方向に巻かれている形態。この形態では、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｃ）は、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向に１／４周ずれている。また、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｃ）は、第１のストレート層２１の巻き始めの位置（地点ｂ）に対して、巻き方向と逆方向に１／４周ずれている。
（２）第１のバイアス層１１が、管状体１０の周方向における地点ａを巻き始めの位置として地点ｃ側に向かう方向に巻かれており、第１のストレート層２１が、地点ａを巻き始め位置として地点ｃ側に向かう方向に巻かれており、第２のバイアス層１２が、地点ｄを巻き始め位置として地点ａ側に向かう方向に巻かれている形態。この形態では、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｄ）は、第１のバイアス層１１の巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に１／４周ずれている。また、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置（地点ｄ）は、第１のストレート層２１の巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に１／４周ずれている。
【００２８】
第１のバイアス層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
第１のストレート層１１の巻き始めの位置と第２のバイアス層１２の巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
【００２９】
管状体１０は、第２のバイアス層１２の外側に、第２のストレート層２２が、管状体１０の長手方向の全体に亘って設けられている。第２のストレート層２２は、第１のストレート層２１と同じ繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して、強化繊維が略平行に配向した層である
第２のストレート層２２としては、第１のストレート層２１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
【００３０】
第２のストレート層２２の巻き始めの位置に特に制限は無いが、厚さの斑が小さく、均質性がより高い管状体１０が得られる点から、第２のバイアス層１２の巻き始めの位置に対して、巻き方向または巻き方向の逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることが好ましく、７／３２〜９／３２周ずれていることがより好ましく、１／４周ずれていることが特に好ましい。
【００３１】
この例の管状体１０は、図２に示すように、細径端１０ａ側の第２のストレート層２２の外側に、第３のバイアス層１３が設けられている。第３のバイアス層１３を設ける領域としては、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５〜５０％の長さまでの領域が好ましい。以下、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５〜５０％の長さに亘って設けられたバイアス層を、短尺バイアス層という。
第３のバイアス層１３が、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５％以上の長さに亘って設けられることにより、管状体１０の細径端１０ａ側のねじり剛性が向上する。また、第３のバイアス層１３が、管状体１０の細径端１０ａから、管状体１０の全長の５０％以下の長さに亘って形成されていることにより、管状体１０の重量増加を抑制しやすい。
第３のバイアス層１３は、この例の管状体１０のように、テーパー付き管状体における細径端部のねじり剛性を向上させるのに特に有効である。
【００３２】
短尺バイアス層である第３のバイアス層１３は、ねじり剛性をより向上させることができる点から、管状体１０の軸方向に対して−δ１°（ただし、３０°≦δ１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、管状体１０の軸方向に対して＋δ２°（ただし、３０°≦δ２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層が貼り合わされた層であることが好ましい。また、各アングル層における強化繊維の配向角度δ１°とδ２°の絶対値は、同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
【００３３】
第３のバイアス層１３としては、寸法以外は第１のバイアス層１１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
第３のバイアス層１３におけるアングル層の一層あたりの厚さは、第１のバイアス層１１と同じ理由から、０．１０ｍｍ以下が好ましく、０．０６ｍｍ以下がより好ましい。
また、第３のバイアス層１３の厚さは、充分なねじり剛性が得られやすい点から、０．１０ｍｍ以上が好ましい。
【００３４】
第３のバイアス層１３の巻き始めの位置に特に制限は無いが、厚さの斑が小さく、均質性がより高い管状体１０が得られる点から、第２のストレート層２３の巻き始めの位置に対して、巻き方向または巻き方向の逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることが好ましく、７／３２〜９／３２周ずれていることがより好ましく、１／４周ずれていることが特に好ましい。
【００３５】
また、管状体１０は、第３のバイアス層１３のさらに外側に、管状体１０の細径端１０ａから太径端１０ｂまで全体に亘って第３のストレート層２３が設けられている。第３のストレート層２３は、第１のストレート層２１と同じ繊維強化樹脂製の層であり、管状体１０の軸方向に対して、強化繊維が略平行に配向した層である
第３のストレート層２３としては、第１のストレート層２１と同じ層が挙げられ、好ましい態様も同じである。
【００３６】
第３のストレート層２３の巻き始めの位置に特に制限は無いが、厚さの斑が小さく、均質性がより高い管状体１０が得られる点から、第３のバイアス層１３の巻き始めの位置に対して、巻き方向または巻き方向の逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることが好ましく、７／３２〜９／３２周ずれていることがより好ましく、１／４周ずれていることが特に好ましい。
【００３７】
また、管状体１０は、細径端１０ａ側の第３のストレート層２３の外側に、補強層２４と外径調整層２５がこの順に設けられている。
補強層２４は、管状体１０の細径端１０ａ側の特に補強したい部分に設けられる。補強層２４は、目的の機能を果たすような寸法にされていること以外は第１のストレート層２１と同じもので構成される。
【００３８】
外径調整層２５は、仕上げ研磨後に所定の外径を確保できるようにするため層である。外径調整層２５は、目的の機能を果たすような寸法にされていること以外は第１のストレート層２１と同じもので構成される。
【００３９】
以上説明した管状体１０は、第１のバイアス層１１、第１のストレート層および第２のバイアス層１２を有しているため、充分なねじり剛性が得られる。また、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１および第２のバイアス層１２の巻き始めの位置が制御されていることで、ねじり剛性を高めつつ、管状体１０に曲げや反りが生じることを抑制できる。
また、管状体１０では、短尺バイアス層である第３のバイアス層１３によって、細径端１０ａ側のねじり剛性のさらなる向上と、管状体１０の軽量化を両立できる。また、管状体１０は、ストレート層を３層以上備えているため、ねじり剛性および曲げ剛性がさらに向上する。加えて、管状体１０は、バイアス層とストレート層が交互に配置されているため、ねじり剛性と曲げ剛性のバランスが優れている。また、管状体１０は、第１のバイアス層１１を最内層とし、２層以上のバイアス層を備えていることで、曲げ剛性が特に高くなる。
【００４０】
なお、本発明の管状体は、第１のバイアス層、第１のストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に管状に巻かれたものであれば、前述した管状体１０には限定されない。例えば、第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層２３、補強層２４、外径調整層２５のいずれか１つ以上が設けられていなくてもよい。また、ストレート層は４層以上であってもよい。また、第１のバイアス層の内側に、細径端部を補強する補強層などを設けてもよい。
【００４１】
また、管状体１０は、細径端１０ａから太径端１０ｂに向かって漸次拡径した管状体であったが、一方の端から他方の端まで外径が変化しない管状体であってもよい。
また、管状体１０では、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２は、管状体１０の軸方向の全体に亘って配置されているが、必ずしも全体に亘っていなくてもよい。ただし、管状体の全体に亘って、ねじり剛性を高めつつ、曲げおよび反りを抑制する効果が充分に得られやすい点から、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１、第２のバイアス層１２は、管状体１０の軸方向の全体に亘って配置されていることが好ましい。
【００４２】
本発明の管状体は、ゴルフクラブ用シャフトとして好適に使用できる。ただし、本発明の管状体の用途は、ゴルフクラブ用シャフトには限定されず、釣竿やバドミントンラケットのフレームなどとして使用してもよい。
【００４３】
＜ゴルフクラブ用シャフト＞
本発明のゴルフクラブ用シャフトは、本発明の管状体からなるシャフトである。例えば、前述の管状体１０は、細径端１０ａ側にゴルフクラブヘッド、太径端１０ｂ側にグリップを設けて、ゴルフクラブ用シャフトとして使用できる。
【００４４】
＜管状体およびゴルフクラブ用シャフトの製造方法＞
以下、本発明の管状体およびゴルフクラブ用シャフトの製造方法の一例として、ゴルフクラブ用シャフトとして使用する前記管状体１０の製造方法について説明する。
管状体１０の製造方法としては、例えば、下記工程（ｉ）および工程（ii）を有する方法が挙げられる。
（ｉ）図５に例示したマンドレル３０に、第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａ、第１のストレート層２１を形成するプリプレグ（Ｂ）２１ａ、第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａ、第２のストレート層２２を形成するプリプレグ２２ａ、第３のバイアス層１３を形成するプリプレグ１３ａ、第３のストレート層２３を形成するプリプレグ２３ａ、補強層２４を形成するプリプレグ２４ａ、および外径調整層２５を形成するプリプレグ２５ａを、順に巻き付けて未硬化の成形品を得る工程。
（ii）前記未硬化の成形品を加熱し、樹脂成分を硬化させて管状体１０を得る工程。
【００４５】
マンドレル３０の形状は、細径端３０ａから太径端３０ｂに向かって、直径が漸次拡径する部分３１と、直径が一定の部分３２を有する棒状である。マンドレルの形状は、製造する管状体の形状に合わせて適宜選択すればよい。
【００４６】
各バイアス層を形成するプリプレグと、各ストレート層を形成するプリプレグは、強化繊維を一方向に引き揃えた一方向プリプレグを、所定の方向に強化繊維が配向するように、所定の形状に裁断し、必要に応じて貼り合わせることにより得られる。管状体１０のようなテーパー付き管状体を製造する場合、各バイアス層を形成するプリプレグと、各ストレート層を形成するプリプレグは、拡径する部分があっても管状体１０の断面が円形になるように、細径端１０ａ側の幅が狭くなっている。
【００４７】
第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａは、強化繊維が配向角度−α１°で配向したプリプレグと、強化繊維が配向角度＋α２°で配向したプリプレグが貼り合わされている。これら２つのプリプレグは、マンドレル３０に巻き付ける際に、７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わすことが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わすことが特に好ましい。これにより、形成される第１のバイアス層１１の厚さの斑が小さくなり、管状体１０の均質性が向上する。
第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａも同様に、−β１°と＋β２°の配向角度で強化繊維がそれぞれ配向した２つのプリプレグを、マンドレル３０に巻き付ける際に、７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わすことが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わすことが特に好ましい。
また、プリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｃ）１２ａを構成するアングル層の一層あたりの厚さは、０．１０ｍｍ以下が好ましく、０．０６ｍｍ以下がより好ましい。
【００４８】
第３のバイアス層１３を形成するプリプレグ１３ａは、短尺バイアス層を形成するためのプリプレグ、すなわち、管状体１０の細径端１０ａから管状体全長の５〜５０％の長さに亘ってバイアス層を形成するプリプレグである。プリプレグ１３ａもプリプレグ（Ａ）１１ａと同様に、−δ１°と＋δ２°の配向角度で強化繊維がそれぞれ配向した２つのプリプレグを、マンドレル３０に巻き付ける際に、７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わすことが好ましく、１／２周ずれるように貼り合わすことが特に好ましい。
【００４９】
工程（ｉ）：
まず、マンドレル３０に、図５に例示した第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａと、第１のストレート層２１を形成するプリプレグ（Ｂ）２１ａと、第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａを順に巻き付ける。このとき、プリプレグ（Ａ）１１ａとプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を、プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって３／１６〜５／１６周ずらすようにする。
プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置は、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置に対して、巻き方向に向かってずらしてもよく、巻き方向と逆方向に向かってずらしてもよい。
【００５０】
一例を、図６に基づいて説明する。
第１のバイアス層１１を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａを、地点ａを巻き始めの位置として、地点ｃに向かう方向に巻き付ける。次に、第１のストレート層２１を形成するプリプレグ（Ｂ）２１ａを、地点ｂを巻き始め位置として、地点ｄに向かう方向に巻き付ける。そして、第２のバイアス層１２を形成するプリプレグ（Ｃ）１２ａを、地点ｃを巻き始め位置として、地点ｂに向かう方向に巻き付ける。これにより、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｃ）は、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向に向かって１／４周ずれる。また、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｃ）は、プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置（地点ｂ）に対して、巻き方向と逆方向に向かって１／４周ずれる。
【００５１】
また、プリプレグ（Ａ）１１ａを、地点ａを巻き始めの位置として地点ｃに向かう方向に巻き付け、プリプレグ（Ｂ）２１ａを、地点ａを巻き始め位置として地点ｃに向かう方向に巻き付け、プリプレグ（Ｃ）１２ａを、地点ｄを巻き始め位置として地点ａに向かう方向に巻き付けてもよい。これにより、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｄ）は、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に向かって１／４周ずれる。また、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置（地点ｄ）は、プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置（地点ａ）に対して、巻き方向と逆方向に向かって１／４周ずれる。
【００５２】
プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き始めの位置とプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
プリプレグ（Ｂ）２１ａの巻き始めの位置とプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置とのずれは、３／１６〜５／１６周が好ましく、７／３２〜９／３２周がより好ましく、１／４周が特に好ましい。
【００５３】
マンドレル３０の軸方向に対して、プリプレグ（Ａ）１１ａの各アングル層の強化繊維の配向角度を−α１°と＋α２°とすることで、管状体１０の軸方向に対する第１のバイアス層１１の各アングル層の強化繊維の配向角度がそれぞれ−α１°と＋α２°となる。
また、マンドレル３０の軸方向に対してプリプレグ（Ｂ）２１ａの強化繊維を略平行とすることで、第１のストレート層２１の強化繊維が管状体１０の軸方向に対して略平行に配向する。
また、プリプレグ（Ａ）１１ａの巻き付けと同様に、マンドレル３０の軸方向に対するプリプレグ（Ｃ）１２ａの強化繊維の配向角度を調整することで、第２のバイアス層１２の各アングル層の強化繊維の配向角度をそれぞれ−β１°と＋β２°とすることができる。
【００５４】
さらに、プリプレグ（Ｃ）１２ａの上に、第２のストレート層２２を形成するプリプレグ２２ａと、第３のバイアス層１３を形成するプリプレグ１３ａと、第３のストレート層２３を形成するプリプレグ２３ａを、プリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｂ）２１ａ、プリプレグ（Ｃ）１２ａと同じ巻き方向で巻き付ける。
プリプレグ２２ａの巻き始めの位置は、特に限定されず、得られる管状体１０の厚さの斑が小さくなり、より均質性の高い管状体１０を得やすい点から、プリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置に対して、３／１６〜５／１６周ずらすことが好ましく、７／３２〜９／３２周ずらすことがより好ましく、１／４周ずらすことが特に好ましい。
プリプレグ１３ａおよびプリプレグ２３ａの巻き始めの位置も、プリプレグ２２ａと同様に、均質性の高い管状体１０を得やすい点から、それぞれ３／１６〜５／１６周ずらすことが好ましく、７／３２〜９／３２周ずらすことがより好ましく、１／４周ずらすことが特に好ましい。
第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層における強化繊維の配向角度については、第１のバイアス層１１、第１のストレート層２１の場合と同様に調整できる。
【００５５】
工程（ｉ）では、前述したようにバイアス層を形成するプリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｃ）１２ａおよびプリプレグ１３ａと、ストレート層を形成するプリプレグ（Ｃ）２１ａ、プリプレグ２２ａ、プリプレグ２３ａを、それぞれ交互に配置する。これにより、得られる管状体１０のねじり剛性と曲げ剛性のバランスが良好になる。
【００５６】
次いで、細径端１０ａ側のプリプレグ２３ａの外側に、補強層２４を形成するプリプレグ２４ａを巻き付け、さらに外径調整層２５を形成するプリプレグ２５ａを巻き付けて、未硬化の成形品を得る。
プリプレグ２４ａおよびプリプレグ２５ａの巻き始めの位置は特に限定されない。補強層２４、外径調整層２５における強化繊維の配向角度については、第１のストレート層２１の場合と同様に調整できる。
【００５７】
工程（ii）：
未硬化の成形品を、加熱炉などを用いて加熱し、樹脂成分を硬化させて、管状体１０を得る。
【００５８】
以上説明した製造方法にあっては、プリプレグ（Ａ）１１ａ、プリプレグ（Ｂ）２１ａおよびプリプレグ（Ｃ）１２ａをマンドレル３０に巻き付ける際、適正な位置から巻き付けることにより、マトリックス樹脂の硬化収縮による反りや曲がりへの影響を小さくでき、反りや曲がりが抑制された、ねじり剛性の高い管状体１０が得られる。さらに、バイアス層を形成するプリプレグとストレート層を形成するプリプレグを交互に配置するため、ねじり剛性と曲げ剛性のバランスが向上する。
【００５９】
なお、本発明の管状体およびゴルフクラブ用シャフトの製造方法は、前述した方法には限定されない。例えば、必要に応じて、樹脂成分の硬化後に仕上げ研磨加工を施してもよい。前記方法では、第３のバイアス層１３の外側に第３のストレート層２３が形成されるから、研磨加工を施しても、第３のバイアス層１３が除去されない。
また、第２のストレート層２２、第３のバイアス層１３、第３のストレート層２３、補強層２４および外径調整層２５をそれぞれ形成するプリプレグのうち、１つ以上を巻き付けない方法であってもよい。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
本実施例では、より本発明の効果を分かり易くするため、反りや曲がりへの影響が小さい第２のストレート層以降の層を有さない管状体１０Ａについて、曲がり量を評価した。
使用したプリプレグを表１に示す。
【００６１】
【表１】
【００６２】
［実施例１］
細径端部の外径が４．６０ｍｍであり、細径端部から８００ｍｍの位置までの外径がテーパー度９．００／１０００で漸増して、細径端部から８００ｍｍの位置の外径が１１．８０ｍｍとなり、さらに細径端部から８００ｍｍの位置〜細径端部から１２５０ｍｍの位置までの外径がテーパー度４．６７／１０００で漸増して、細径端部から１２５０ｍｍの位置の外径が１３．９０ｍｍとなり、細径端部から１２５０ｍｍの位置〜細径端端部から１５００ｍｍの位置は１３．９０ｍｍの一定の外径を有するマンドレル３０を用いた。
【００６３】
工程（ｉ）：
第１のバイアス層１１を形成する、２枚のプリプレグＩを貼り合せて形成した台形状のプリプレグ（Ａ）１１ａ（配向角度＋４５°の強化繊維を有するプリプレグと、配向角度−４５°の強化繊維を有するプリプレグとを貼り合わせて得た１枚のプリプレグ、図７）を、マンドレル３０の細径端部から１００ｍｍの位置〜細径端部から１２９０ｍｍの位置の範囲に、図６の地点ａを巻き始めの位置として地点ｃに向かう方向に巻き付けた。
次いで、第１のストレート層２１を形成する、プリプレグIIからなる台形状のプリプレグ（Ｂ）２１ａ（配向角度０°の強化繊維を有するプリプレグ、図７）を、図６の地点ｂを巻き始めの位置として地点ｄに向かう方向に巻き付けた。
次いで、第２のバイアス層１２を形成する、２枚のプリプレグＩからなる台形状のプリプレグ（Ｃ）１２ａ（配向角度＋４５°の強化繊維を有するプリプレグと、配向角度−４５°の強化繊維を有するプリプレグとを貼り合わせて得た１枚のプリプレグ、図７）を、図６の地点ｃを巻き始めの位置として地点ｂに向かう方向に巻き付けて未硬化の成形品を得た。
なお、図７における寸法の単位はｍｍである。
【００６４】
工程（ii）：
次いで、幅２０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのポリプロピレン製のテープを１．５ｍｍ間隔で巻き付けて未硬化の成形品を固定した後、加熱炉を用い、１４５℃で２時間加熱し、樹脂成分を硬化させた。その後、ポリプロピレン製のテープを外し、両端を１１ｍｍずつカットし、全長１１６８ｍｍの管状体１０Ａを得た。
【００６５】
［実施例２］
プリプレグ（Ｂ）２１ａとプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を表２に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして管状体１０Ａを得た。
【００６６】
［比較例１〜６］
プリプレグ（Ｂ）２１ａとプリプレグ（Ｃ）１２ａの巻き始めの位置を表２に示す通りに変更した以外は、実施例１と同様にして管状体１０Ａを得た。
【００６７】
各例で得られた管状体１０Ａについて、曲がり量を以下のように評価した。なお、曲がり量は、各例とも４本の管状体１０Ａについて測定し、その曲がり量の平均値で評価した。
［曲がり量の測定］
図８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、２組のカムフォロワー４０、４０（樹脂モールドベアリング）により、管状体１０Ａの細径端１０ａから２０ｍｍの位置と、太径端１０ｂから２０ｍｍの位置を支持するように、管状体１０Ａを載せた。また、管状体１０Ａの細径端１０ａから４００ｍｍの位置にレーザー変位計を設置した。そして、カムフォロワー４０、４０によって、管状体１０Ａをゆっくりと回転させ、図８（Ｄ）に示すように、レーザー変位計の数値の最大値（ｄｍａｘ）からレーザー変位計の数値の最小値（ｄｍｉｎ）を差し引いた値（Ｄ）を管状体１０Ａの曲がり量（単位：ｍｍ）として測定した。
なお、本実施例の管状体１０Ａはテーパー付き管状体であり、細径端１０ａから４００ｍｍの位置で曲がり量が最も大きかった。また、図８における寸法の単位はｍｍである。
曲がり量の測定結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
【００６９】
各プリプレグを適切な巻き始め位置で巻き付けた実施例１、２では、第１のバイアス層、ストレート層、第２のバイアス層を形成して、ねじり剛性の高い管状体を得る際、管状体の曲がり量が小さく、高品質な管状体が得られた。
一方、プリプレグの巻き始めの位置が不適切な比較例１〜６では、管状体の曲がり量が大きく、実施例に比べて品質が劣っていた。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１０Ａ 繊維強化樹脂製管状体
１１ 第１のバイアス層
１２ 第２のバイアス層
２１ 第１のストレート層
１１ａ プリプレグ（Ａ）
１２ａ プリプレグ（Ｃ）
２１ａ プリプレグ（Ｂ）
３０ マンドレル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂製の第１のバイアス層、ストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた繊維強化樹脂製管状体であって、
前記第１のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−α１°（ただし、３０°≦α１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋α２°（ただし、３０°≦α２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記ストレート層は、管状体の軸方向に対して強化繊維が略平行に配向した層であり、
前記第２のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−β１°（ただし、３０°≦β１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋β２°（ただし、３０°≦β２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記第１のバイアス層の巻き始めの位置と前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、３／１６〜５／１６周ずれており、
かつ、前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、前記ストレート層の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることを特徴とする繊維強化樹脂製管状体。
【請求項２】
前記第１のバイアス層が最内層である、請求項１に記載の繊維強化樹脂製管状体。
【請求項３】
前記第１のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされており、
前記第２のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされている、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂製管状体。
【請求項４】
前記強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体からなるゴルフクラブ用シャフト。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法であって、
前記第１のバイアス層を形成するプリプレグ（Ａ）と、前記ストレート層を形成するプリプレグ（Ｂ）と、前記第２のバイアス層を形成するプリプレグ（Ｃ）とを、順にマンドレルに巻き付ける工程を有し、
前記プリプレグ（Ａ）と前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を、前記プリプレグ（Ｂ）の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって３／１６〜５／１６周ずらす、繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法を用いたゴルフクラブ用シャフトの製造方法。
【請求項１】
繊維強化樹脂製の第１のバイアス層、ストレート層、および第２のバイアス層が、内側から順に、同じ巻き方向で管状に巻かれた繊維強化樹脂製管状体であって、
前記第１のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−α１°（ただし、３０°≦α１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋α２°（ただし、３０°≦α２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記ストレート層は、管状体の軸方向に対して強化繊維が略平行に配向した層であり、
前記第２のバイアス層は、管状体の軸方向に対して−β１°（ただし、３０°≦β１°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層と、＋β２°（ただし、３０°≦β２°≦６０°）の配向角度で強化繊維が配向したアングル層とが貼り合わされた層であり、
前記第１のバイアス層の巻き始めの位置と前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、３／１６〜５／１６周ずれており、
かつ、前記第２のバイアス層の巻き始めの位置が、前記ストレート層の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって、３／１６〜５／１６周ずれていることを特徴とする繊維強化樹脂製管状体。
【請求項２】
前記第１のバイアス層が最内層である、請求項１に記載の繊維強化樹脂製管状体。
【請求項３】
前記第１のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされており、
前記第２のバイアス層の２つのアングル層が、管状体の周方向に７／１６〜９／１６周ずれるように貼り合わされている、請求項１または２に記載の繊維強化樹脂製管状体。
【請求項４】
前記強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体からなるゴルフクラブ用シャフト。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法であって、
前記第１のバイアス層を形成するプリプレグ（Ａ）と、前記ストレート層を形成するプリプレグ（Ｂ）と、前記第２のバイアス層を形成するプリプレグ（Ｃ）とを、順にマンドレルに巻き付ける工程を有し、
前記プリプレグ（Ａ）と前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を３／１６〜５／１６周ずらし、かつ、前記プリプレグ（Ｃ）の巻き始めの位置を、前記プリプレグ（Ｂ）の巻き始めの位置に対して、巻き方向と逆方向に向かって３／１６〜５／１６周ずらす、繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法を用いたゴルフクラブ用シャフトの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９５８５６（Ｐ２０１２−９５８５６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４６６２５（Ｐ２０１０−２４６６２５）
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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