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【発明の名称】 繊維強化樹脂製管状体の製造方法
【発明者】 【氏名】伊吹 努

【氏名】渥美 哲也

【氏名】志賀 幸司

【氏名】金子 崇
【要約】 【課題】ストレート層用プリプレグおよび／またはバイアス層用プリプレグと、補強層用プリプレグとをマンドレルに巻回してゴルフクラブシャフトなどの繊維強化樹脂製管状体を製造する際に、ボイドが少なく一定の性能のものを生産性よく製造する。

【構成】強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、ストレート層を形成するストレート層用プリプレグ１４，１７および／またはバイアス層を形成するバイアス層用プリプレグ１１と、補強層を形成する補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６，１８とをマンドレルに巻回する巻回工程の前に、ストレート層用プリプレグ１４，１７およびバイアス層用プリプレグ１１のうちの少なくとも１つに、補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６，１８を予めラミネートしておく。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、
ストレート層を形成するストレート層用プリプレグおよび／またはバイアス層を形成するバイアス層用プリプレグと、補強層を形成する補強層用プリプレグとをマンドレルに巻回する巻回工程を有し、
前記巻回工程の前に、前記ストレート層用プリプレグおよび前記バイアス層用プリプレグのうちの少なくとも１つに、前記補強層用プリプレグを予めラミネートする予備ラミネート工程を有していることを特徴とする繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
【請求項２】
前記管状体がゴルフクラブシャフトであることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂製管状体の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばゴルフクラブシャフト、バドミントンラケット、釣り竿、スキーストックなどに使用される繊維強化樹脂製管状体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばゴルフクラブシャフト（以下、単にシャフトという場合もある。）には、軽量であるとともに、良好な打感が得られることなどから、繊維強化樹脂製管状体が広く使用されている。
このようなシャフトの製造方法としては、エポキシ樹脂などの未硬化のマトリクス樹脂を炭素繊維などの強化繊維に含浸したシート状のプリプレグを用意し、このプリプレグを棒状のマンドレル（心棒）に巻回した後、硬化させ、マンドレルを抜き取る、いわゆるシートラップ法が知られている。
【０００３】
この場合、プリプレグとして、面積や含有する強化繊維の向きが異なる複数種のものを用意し、これらを１枚ずつ順次マンドレルに巻回し、多層構造のシャフトを製造することが多い。
具体的には、例えば特許文献１の図４〜５などに示されているように、まず、マンドレルの長手方向に対して±４５°程度となるように強化繊維が引き揃えられたバイアス層用プリプレグを巻回してバイアス層（内層）を形成し、ついで、マンドレルの長手方向にほぼ沿う方向に強化繊維が引き揃えられたストレート層用プリプレグを巻回してストレート層（外層）を形成する。その後、補強層を形成するための補強層用プリプレグを複数枚（この例では４枚）用意し、１枚ずつ順次巻回していくことにより、第一〜第四補強層を形成していく。
【０００４】
ところが、このような方法では、シャフトの全長を構成するバイアス層およびストレート層の外側に、シャフトの長さ方向の一部分を補強する補強層を形成していくため、特許文献１の図２からも明らかなように、シャフトの外周面に複数の段差が形成されてしまい、外観上好ましくない。
そこで、バイアス層用プリプレグを巻回した後に補強用プリプレグを巻回し、最後にストレート層用プリプレグを巻回するなどして、バイアス層とストレート層との間に補強層を配置することにより、シャフトの外周面に明確な段差が現れないようにする方法なども検討されている。
【特許文献１】特開平０６−２３０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら従来の方法のように、複数枚のプリプレグを１枚ずつ巻回していく作業は、効率的ではなく、生産性が不十分であった。
また、バイアス層用プリプレグやストレート層用プリプレグよりも面積が小さい補強層用プリプレグを巻回する場合、巻き始めの位置を厳密に制御することは難しく、その結果、発現する性能がシャフトごとにばらついてしまうおそれがあり、また、ボイドも形成されやすいという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ストレート層用プリプレグおよび／またはバイアス層用プリプレグと、補強層用プリプレグとをマンドレルに巻回してゴルフクラブシャフトなどの繊維強化樹脂製管状体を製造する際に、ボイドが少なく一定の性能のものを生産性よく製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の繊維強化樹脂製管状体の製造方法は、強化繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂からなる管状体の製造方法であって、ストレート層を形成するストレート層用プリプレグおよび／またはバイアス層を形成するバイアス層用プリプレグと、補強層を形成する補強層用プリプレグとをマンドレルに巻回する巻回工程を有し、前記巻回工程の前に、前記ストレート層用プリプレグおよび前記バイアス層用プリプレグのうちの少なくとも１つに、前記補強層用プリプレグを予めラミネートする予備ラミネート工程を有していることを特徴とする。
前記管状体としては、ゴルフクラブシャフトが好ましく例示できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ストレート層用プリプレグおよび／またはバイアス層用プリプレグと、補強層用プリプレグとをマンドレルに巻回してゴルフクラブシャフトなどの繊維強化樹脂製管状体を製造する際に、ボイドが少なく一定の性能のものを生産性よく製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、繊維強化樹脂製管状体としてゴルフクラブシャフトを製造する場合について一例を挙げて、本発明の製造方法を詳細に説明する。
本実施形態例で製造されるゴルフクラブシャフトは、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む繊維強化樹脂製管状体からなり、シャフトの全長を構成するバイアス層と、同じくシャフトの全長を構成する第１〜第２ストレート層と、シャフトの長さ方向の一部分に形成される第１〜第５補強層とを有して構成されている。また、このゴルフクラブシャフトは、グリップ材が装着される手元側先端部から、ゴルフクラブヘッドが装着されるチップ側先端部に向けて、外径が徐々に縮径したテーパー形状になっている。
【００１０】
ストレート層とは、主にシャフトに曲げ強度を付与するために形成されるものであって、シャフトの軸方向に対する強化繊維の角度（以下、配向角度という。）が±１０°未満となるように設けられた層である。一方、バイアス層とは、主にシャフトにつぶし強度、捻り強度などを付与するために形成されるものであって、強化繊維の配向角度が＋３０°〜＋９０°とされた層と−３０°〜−９０°とされた層とが組み合わされた層である。また、補強層とは、シャフトを部分的に補強するために形成されるものであって、手元側先端部やチップ側先端部など、シャフトの長さ方向に部分的に設けられることが多い。
【００１１】
この例のゴルフクラブシャフトの場合には、具体的には、内側から順に、バイアス層、チップ側先端部を補強する第１補強層、手元側先端部を補強する第２補強層、第１ストレート層、チップ側先端部を補強する第３補強層、手元側先端部を補強する第４補強層、第２ストレート層、チップ側先端部を補強する第５補強層が形成された構成となっている。
【００１２】
このような本実施形態例のゴルフクラブシャフトを製造する際には、まず、図１に示すように、一端（細径側）１０ａから他端（太径側）１０ｂに向けて外径が徐々に拡径した円形断面のマンドレル１０を用意するとともに、各層を形成するためのプリプレグ、すなわち、バイアス層用プリプレグ１１、第１補強層用プリプレグ１２、第２補強層用プリプレグ１３、第１ストレート層用プリプレグ１４、第３補強層用プリプレグ１５、第４補強層用プリプレグ１６、第２ストレート層用プリプレグ１７、第５補強層用プリプレグ１８の合計８枚を用意する。
【００１３】
ここで使用されるマンドレル１０の一端１０ａの直径は４．４０ｍｍ、他端１０ｂの直径は１２．８０ｍｍであり、テーパー度は６．７２／１０００となっている。また、このマンドレル１０においては、図中Ｐ１〜Ｐ２までの範囲（長さはＬ１）がプリプレグ巻回部であって、これ以外の両端部はプリプレグが巻回されない部分である。この例では、長さＬ１は１１６５ｍｍ、Ｐ１におけるマンドレル１０の直径は４．７４ｍｍ、Ｐ２におけるマンドレル１０の直径は１２．５６ｍｍである。
【００１４】
また、この例で使用されるバイアス層用プリプレグ１１は、配向角度が＋４５°の層（以下、４５°層プリプレグという。）１１ａと、−４５°の層（以下、−４５°層プリプレグという。）１１ｂとが積層した２層構造のものであって、マンドレル１０に３周巻回されるようなサイズに裁断されている。また、ここで＋４５°層プリプレグ１１ａと−４５°層プリプレグ１１ｂとは、互いに同じサイズであるが、このバイアス層用プリプレグ１１をマンドレル１０に巻回した際に＋４５°層プリプレグ１１ａの巻き始め位置と−４５°層プリプレグ１１ｂの巻き始め位置とが一致せずに半周ずれるように、あらかじめ半周分だけずらして重ねられている。このように、マンドレルの周方向においてプリプレグの巻き始め位置が分散するようにすると自ずと巻き終わり位置も分散し、長さ方向の曲がりや反りのないゴルフクラブシャフトが得られやすくなる。
なお、この例では、バイアス層用プリプレグ１１の各部分のサイズは、Ｌ２＝４９ｍｍ、Ｌ３＝１２３ｍｍである。
【００１５】
また、この例で使用される第１ストレート層用プリプレグ１４は、配向角度が０°とされたものであって、バイアス層上に、第１補強層と第２補強層とが形成されてないものと見なした上で、バイアス層上に１周巻回されるようなサイズに裁断されている。このようなサイズに第１ストレート層用プリプレグ１４を裁断し、巻回することにより、第１補強層と第２補強層とが形成されてない部分においては、第１ストレート層用プリプレグ１４の巻き始めと巻き終わりとは重なり合わずに突き合わされ、第１補強層や第２補強層が形成されている部分においては、第１ストレート層用プリプレグ１４の巻き始めと巻き終わりとの間には若干の隙間が生じることとなる。
プリプレグの巻き始めと巻き終わりとが重なり合ってしまうと、その部分がゴルフクラブシャフト全長のいわゆる骨となってしまい、得られたシャフトの長さ方向に曲がりや反りが生じやすくなる。よって、この例のように、巻き始めと巻き終わりとは重なり合わず、互いに突き合わされるか、または、隙間が生じるように、互いに離間していることが好ましい。
なお、この例では、第１ストレート層用プリプレグ１４の各部分のサイズは、Ｌ１２＝１９ｍｍ、Ｌ１３＝４４ｍｍである。
【００１６】
第２ストレート層用プリプレグ１７も、第１ストレート層用プリプレグ１４と同様に配向角度が０°とされたものであって、第１ストレート層上に、第３補強層と第４補強層とが形成されていないものと見なした上で、第１ストレート層上に２周巻回されるようなサイズに裁断されている。この場合にも、第２ストレート層用プリプレグ１７の巻き始めと巻き終わりとは重なり合うことがないため、曲がりや反りのないシャフトが容易に得られやすい。
なお、第２ストレート層用プリプレグ１７の各部分のサイズは、Ｌ２２＝４１ｍｍ、Ｌ２３＝９０ｍｍである。
【００１７】
第１〜第４補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６は、上述のストレート層用プリプレグ１４，１７と同様に、いずれも強化繊維の配向角度が０°とされている。また、このうち第１、第２、第４補強層用プリプレグ１２，１３，１６は、１周巻回されるようなサイズに裁断され、第３補強層用プリプレグ１５は、２周巻回されるようなサイズに裁断されている。
第５補強層用プリプレグ１８としては、この例では、バイアス層用プリプレグ１１と同様の２層構造のものが採用されているが、この場合には＋４５°層プリプレグと−４５°層プリプレグとは、ずらされずに重ねられている。また、この第５補強層用プリプレグ１８は、マンドレル１０のＰ１部分においては、４周となるようなサイズに裁断されている。
これらの各部分のサイズは、Ｌ４＝３００ｍｍ、Ｌ５＝２５０ｍｍ、Ｌ６＝１９ｍｍ、Ｌ７＝２５ｍｍ、Ｌ８＝２００ｍｍ、Ｌ９＝３８ｍｍ、Ｌ１０＝４４ｍｍ、Ｌ１１＝２５０ｍｍ、Ｌ１４＝１５０ｍｍ、Ｌ１５＝４３ｍｍ、Ｌ１６＝５３ｍｍ、Ｌ１７＝２５０ｍｍ、Ｌ１８＝１５０ｍｍ、Ｌ１９＝４１ｍｍ、Ｌ２０＝４５ｍｍ、Ｌ２１＝２００ｍｍ、Ｌ２４＝１３５ｍｍ、Ｌ２５＝１００ｍｍである。
【００１８】
ついで、予備ラミネート工程を行って、図２に示すように、予備ラミネート済みのパターン（１）〜（３）を調製する。
すなわち、バイアス層用プリプレグ１１には第１補強層用プリプレグ１２と第２補強層用プリプレグ１３とを予備ラミネートしてパターン（１）とし、第１ストレート層用プリプレグ１４には第３補強層用プリプレグ１５と第４補強層用プリプレグ１６とを予備ラミネートしてパターン（２）とし、第２ストレート層用プリプレグ１７には第５補強層用プリプレグ１８を予備ラミネートしてパターン（３）とする。
【００１９】
パターン（１）を調製する際には、パターン（１）をマンドレルに巻回した際に、第１補強層用プリプレグ１２と第２補強層用プリプレグ１３の巻き始め位置がバイアス層用プリプレグの巻き始め位置とは一致せず１／４周〜半周ずれるように、各プリプレグをあらかじめその分だけずらして予備ラミネートしておくことが、長さ方向の曲がりや反りのないシャフトが得られやすい点で好ましい。
パターン（２）および（３）を調製する場合も同様であり、パターン（２）においては、第３補強層用プリプレグ１５と第４補強層用プリプレグ１６の巻き始め位置が第１ストレート層用プリプレグ１４の巻き始め位置とは一致せず１／４〜半周ずれるように、パターン（３）においては、第５補強層用プリプレグ１８の巻き始め位置が第２ストレート層用プリプレグ１７の巻き始め位置とは一致せず１／４周〜半周ずれるように、それぞれ予備ラミネートしておくことが好ましい。
【００２０】
そして、マンドレル１０に、パターン（１）を巻回してバイアス層と第１補強層と第２補強層とを形成し、ついで、パターン（２）を巻回して第１ストレート層と第３補強層と第４補強層とを形成し、ついで、パターン（３）を巻回して、第２ストレート層と第５補強層とを形成する（巻回工程）。
このような巻回工程により、内側から順に、バイアス層、第１補強層、第２補強層、第１ストレート層、第３補強層、第４補強層、第２ストレート層、第５補強層が形成される。
【００２１】
なお、マンドレル１０に巻回する際に、パターン（１）の巻き始め位置とパターン（２）の巻き始め位置とを半周ずらし、パターン（３）の巻き始め位置をパターン（１）の巻き始め位置に合わせるなどして、各パターンの巻き始めや巻き終わりの位置が１カ所に集中せず分散するようにすると、長さ方向の曲がりや反りのないゴルフクラブシャフトが得られやすく好ましい。
【００２２】
このように、プリプレグを巻回する巻回工程の前に、面積が小さい補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６，１８を、これらよりも面積の大きなバイアス層用プリプレグ１１および／またはストレート層用プリプレグ１４，１７にあらかじめ予備ラミネートしておくことによって、少ない巻回回数で全てのプリプレグを巻回できるため、作業効率が上がり、高い生産性でシャフトを製造することができる。本実施形態例の場合には、予備ラミネート工程を実施しているために、合計８枚のプリプレグを３回の巻回作業により巻回できるが、予備ラミネート工程を行わずにこれらプリプレグを１枚ずつ巻回した場合には、巻回作業は８回となり生産性が低下する。
【００２３】
また、補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６，１８は、バイアス層用プリプレグ１１やストレート層用プリプレグ１４，１７よりも面積が小さいため、これらを１枚ずつ巻回する場合には、巻き始めの位置を厳密に制御することは難しい傾向にあるが、このようにあらかじめバイアス層用プリプレグ１１やストレート層用プリプレグ１４，１７の所定位置に補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６，１８を予備ラミネートしておき、バイアス層用プリプレグ１１やストレート層用プリプレグ１４，１７とともに巻回する方法によれば、シャフトごとに各補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６，１８の巻き始めの位置がばらつくという問題は起こりにくく、一定の性能のシャフトを安定に生産することができる。
また、この方法によれば、補強層用プリプレグ１２，１３，１５，１６，１８を巻回する際に生じやすいボイドも抑制できる。
【００２４】
予備ラミネート工程は、対象となるプリプレグ同士を重ね合わせて、これらを圧着する方法で行えばよく、手作業で圧力を加えてもよいし、転圧用のローラを用いて転圧するなどしてもよい。
巻回工程は、作業員の手作業により行ってもよいが、一対のローリング板を備えたローリングマシーンを使用すると、効率的かつ均一に巻回作業を行えるため好適であり、ボイド抑制効果も高まる。
【００２５】
巻回工程の後には、巻回された各プリプレグをテーピングして固定しつつ、所定温度で所定時間加熱して、各層を硬化させ、ついで、マンドレルを抜き取る（脱芯）。
その後、得られた繊維強化樹脂製管状体の表面研磨、両端部のカットなどを必要に応じて行うことにより、ゴルフクラブシャフトが得られる。本実施形態例の場合には、両端部のカットにより、全長１１４３ｍｍのシャフトが得られる。
【００２６】
各プリプレグに使用する強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、スチール繊維などの無機繊維が使用できるが、曲げ強度などに優れたシャフトが得られやすいことから、ＰＡＮ系炭素繊維などの炭素繊維が好ましい。
また、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂などが使用できるが、耐熱性、硬度、硬化収縮率、化学薬品耐性などの点から、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としては、グリシジルエーテル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型、脂環型等の一般的なエポキシ樹脂を使用できる。また、マトリックス樹脂には、必要に応じて公知の硬化剤を適量添加できる。
【００２７】
以上説明した方法は、巻回工程の前に予備ラミネート工程を有しているので、ボイドが少なく一定の性能を有するゴルフクラブシャフトを生産性よく製造できる。
なお、上述の例では、図１に示した８枚のプリプレグを適宜予備ラミネートして、図２のような３つのパターン（１）〜（３）を調製し、内側から順に、バイアス層、第１補強層、第２補強層、第１ストレート層、第３補強層、第４補強層、第２ストレート層、第５補強層を備えたゴルフクラブシャフトを製造しているが、各層の構成、配置順序などには特に制限はなく、要求されるゴルフクラブの性能、質量などに応じて、適宜設定することができる。しかしながら、上述の例のように複数の補強層を形成する場合においては、半数以上の補強層をストレート層同士の間、または、ストレート層とバイアス層との間に配置することによって、外周面に明確な段差の少ないゴルフクラブシャフトを製造することができ好ましい。
【００２８】
また、以上の説明では、繊維強化樹脂製管状体の一例としてゴルフクラブシャフトを例示したが、本発明の製造方法によれば、バドミントンラケット、釣り竿、スキーストックなど、他のスポーツ用品用途の繊維強化樹脂製管状体も製造できる。また、製造する管状体の断面形状には特に制限はなく、円形断面の他、用途に応じて、楕円形断面、異形断面などでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の製造方法で使用されるマンドレルとプリプレグの一例を示す平面図である。
【図２】図１のプリプレグを予備ラミネートして得られるパターン（１）〜（３）の平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ マンドレル
１１ バイアス層用プリプレグ
１２，１３，１５，１６，１８ 補強層用プリプレグ
１４，１７ ストレート層用プリプレグ
【出願人】 【識別番号】５０６２６６７４６
【氏名又は名称】エムアールシーコンポジットプロダクツ株式会社
【出願日】 平成１８年８月２５日（２００６．８．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武

【識別番号】１００１０８５７８
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男

【識別番号】１０００８９０３７
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 隆

【識別番号】１００１０１４６５
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 正和

【識別番号】１０００９４４００
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 三義

【識別番号】１００１０７８３６
【弁理士】
【氏名又は名称】西 和哉

【識別番号】１００１０８４５３
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
【公開番号】 特開２００８−４９６０８（Ｐ２００８−４９６０８Ａ）
【公開日】 平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願番号】 特願２００６−２２９１０６（Ｐ２００６−２２９１０６）