JP3570411B2 - Fiber reinforced plastic cylinder - Google Patents
Fiber reinforced plastic cylinder Download PDFInfo
- Publication number
- JP3570411B2 JP3570411B2 JP2001375429A JP2001375429A JP3570411B2 JP 3570411 B2 JP3570411 B2 JP 3570411B2 JP 2001375429 A JP2001375429 A JP 2001375429A JP 2001375429 A JP2001375429 A JP 2001375429A JP 3570411 B2 JP3570411 B2 JP 3570411B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylindrical body
- layer
- torsion
- kgf
- prepreg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Fishing Rods (AREA)
- Golf Clubs (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ねじり負荷に対する耐性の大きい繊維強化プラスチック製円筒体に関し、さらに詳しくは、たとえば、航空機、自動車、自転車等における各種フレーム、パイプ、ドライブシャフトとして、また、釣竿、ゴルフクラブ用シャフト、スキーポール、テントの支柱等の各種レジャー用品として好適な繊維強化プラスチック製円筒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと略す）製円筒体において、円筒体のねじり強度の向上は重要な問題である。例えば、ゴルフクラブでボールを打った時に円筒体であるシャフトには曲げ力とともにねじり力が作用し、円筒体の曲げまたはねじりに対する充分な強度および弾性率が具備していないと、打撃によるシャフトの破壊が生じる場合がある。ここで、ＦＲＰ製円筒体としての曲げ特性を向上するためには、一般に補強繊維が円筒軸方向に対して実質的に０°の角度で配列した層、いわゆるストレート層が配される。一方、ＦＲＰ製円筒体としてのねじり強度を向上するためには、一般には補強繊維の配列角度が円筒軸方向に対して傾斜した層、いわゆるバイアス層が配される。ここで、バイアス層としては、その補強繊維の配列角を互いに円筒軸方向に対して傾斜方向は反対であるが、同じ角度で傾斜させて、かつ同じ厚みになるように積層されるのが一般的である。例えば、一般に用いられているシートワインディング法により成形されたゴルフクラブ用シャフトでは、バイアス層として、ねじり特性発現のため、補強繊維の配列角度を一般的に４０〜５０°付近として傾斜方向を反対にして同じ厚みだけ積層され、その外側にストレート層が配されるのが一般的である。
【０００３】
しかし、かかる従来のＦＲＰ製円筒体では、曲げ特性はストレート層の用いる補強繊維の種類を適宜選択することによりある程度満足するものは得られても、ねじり強度は充分であるとは言えなかったため、ねじり強度不足が原因となって構造部材への適用が制限されたり、円筒体の肉厚を薄くして部材の軽量化を図ることが困難であった。
【０００４】
一方、円筒体をねじる場合に、その方向として円筒体を反時計回転方向にねじる場合（図１参照：以下、順ねじりという）と、時計回転方向にねじる場合（図２参照：以下、逆ねじりという）とがある。そして、実際のＦＲＰ製円筒体である部材に、順ねじりと逆ねじりが必ずしも同程度に作用するわけではない。例えば、ゴルフクラブでは、ボールを打つ方向は各個人で決まっているので、右利きのゴルフクラブでは、シャフトに順ねじりの負荷がかかり、左利きのゴルフクラブでは、シャフトに逆ねじりの負荷がかかる。したがって、ゴルフクラブ用シャフトでは順ねじりと逆ねじりのいずれにおいても高いねじり強度を必要とされるわけではないのである。また、例えばドライブシャフトの場合も同様に、主な回転方向が順ねじりであるか、逆ねじりであるかによって、高いねじり強度を必要とするねじり方向があるのである。
【０００５】
本発明者らは、かかる現状に鑑み、ＦＲＰ製円筒体のねじり特性を順ねじりおよび逆ねじりのいずれをも高いものとする必要は必ずしもなく、ＦＲＰ製円筒体の実際の使用状態に応じて順ねじりまたは逆ねじりのいずれかのねじり強度を高めれば足りることに着目し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来のＦＲＰ製円筒体の上述した問題点を解決すること、すなわち、ねじり弾性率の低下を極力避けつつ、片方向のねじり強度に特に優れたＦＲＰ製円筒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次の構成を有する。すなわち、
補強繊維とマトリックス樹脂からなる層が積層してなる繊維強化プラスチック製円筒体において、補強繊維が円筒軸方向に対して角度θ１ で配列した［Ａ］層と、補強繊維が円筒軸方向に対して角度θ２ で配列した［Ｂ］層を有し、かつθ１ およびθ２ が次式［１］および［２］を満足し、θ２ の絶対値がθ１ の絶対値より大であることを特徴とする繊維強化プラスチック製円筒体である。
【０００８】
３５°≦θ１ ≦５０° ［１］
−７０°≦θ２ ≦−４０° ［２］
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のＦＲＰ製円筒体について、以下詳細に説明する。
【００１０】
本発明において、ＦＲＰのマトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、その他の熱硬化性樹脂を使用することができる。なかでも、耐熱性、耐水性、接着性に優れたエポキシ樹脂が好ましい。
【００１１】
また、本発明において、補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアミド繊維、その他の高強度、高弾性率繊維を使用することができる。なかでも、比強度、非弾性率に優れた炭素繊維が望ましい。なお、これらの補強繊維は、異なる種類のものを併用することができる。また、同じ種類のものであっても、特性の異なるものを併用することができる。
【００１２】
本発明のＦＲＰ製円筒体は、上記マトリックス樹脂と補強繊維からなる層が積層されたものである。そして、補強繊維の円筒軸方向に対して角度θ１ で配列した［Ａ］層と、補強繊維の円筒軸方向に対して角度θ２ で配列した［Ｂ］層を有するものである。
【００１３】
本発明において、円筒軸方向に対する補強繊維の配列角度とは、円筒体を平面に展開したとした場合の、円筒体外側から見たときの円筒軸と補強繊維の配列方向のなす角度であり、その正負記号は角度の計測方向が反対であることを意味する。ここで、補強繊維の配列角度の正方向を時計回転方向にとるか、反時計回転方向にとるかは、円筒体のいずれのねじり方向のねじり強度を高めたいかにより、その基準を逆転させる。すなわち、円筒体の順ねじり強度を高めたい場合には、補強繊維の配列角度の正方向を時計回転方向にとり、円筒体の逆ねじり強度を高めたい場合には、補強繊維の配列角度の正方向を反時計回転方向にとるのである。
【００１４】
ＦＲＰ製円筒体のねじり応力は、補強繊維が円筒軸方向に対して傾斜して配列した層、いわゆるバイアス層が主に負担していることがわかっている。つまり、バイアス層が、ねじり負荷を受けた際に、引張られる方向と圧縮される方向の力を受け、バイアス層の耐力が限界に達すると全体破壊する。一般的にＦＲＰは、引張強さに比べ、圧縮強さが劣る。特に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）では引張強さに比べ、圧縮強さがかなり低いことが多い。また、一般に補強繊維の熱膨脹率は、マトリックス樹脂のそれよりも小さいので、加熱成形品の各層には、繊維方向に圧縮応力が残留している。つまり、ねじり負荷によって、圧縮を受ける層で先に破壊が開始し全体破壊に至ることになる。したがって、圧縮を受ける層の力を軽減することが重要となる。
【００１５】
このようなバイアス層に働く力を軽減するためには、バイアス層の中で、圧縮される層の円筒軸方向に対する角度を直角方向により近付けることが有効である。
【００１６】
本発明のＦＲＰ製円筒体は、補強繊維の円筒軸方向に対する配列角度θ１ が、３５°≦θ１ ≦５０°であって、補強繊維の円筒軸方向に対する配列角度θ２ が、−７０°≦θ２ ≦−４０°、好ましくは−６０°≦θ２ ≦−４５°であり、かつ、θ２ の絶対値をθ１ の絶対値より大きくすること、好ましくはθ２ の絶対値とθ１ の絶対値の差が５゜以上、より好ましくは１０゜以上とすることにより、片方向のねじり強度を著しく向上させることができるのである。この場合においては、θ１ またはθ２ が上記範囲より小さいと、順逆いずれのねじり弾性率も低下する。θ１ が上記範囲より大きいと、順逆いずれのねじり弾性率も低下するばかりか、向上させたいねじり方向のねじり強度が予期したほど向上しない。一方、θ２ が上記範囲より大きいと向上させたいねじり方向のねじり強度が予期したほど向上しない。ねじり弾性率とのバランスを考慮すると、最も好ましくは、θ１ を大略４０゜とし、θ２ を−５５゜≦θ２ ≦−５０゜とするのが最も好ましい。また、この場合においては、ＦＲＰ製円筒体中の［Ｂ］層の厚みと［Ａ］層の厚みとの比は、好ましくは０．５〜２の範囲、より好ましくは［Ａ］層の厚みと［Ｂ］層の厚みは実質的に等しいのが良い。
【００１７】
本発明のＦＲＰ製円筒体においては、［Ａ］層および［Ｂ］層のそれぞれ複数が交互に重なってなることが、積層構成の対称性を高め、ねじり強度をより高めるために好ましい。
【００１８】
ＦＲＰ製円筒体中の［Ａ］層と［Ｂ］層の厚みの和と円筒体肉厚の比があまりに大き過ぎると、円筒体の曲げ特性が低下する場合があり，かかる比があまりに小さい円筒体は作製するのが困難な場合があるので、好ましくは０．３〜０．７の範囲内であるのが良い。
【００１９】
また、ＦＲＰ製円筒体としては、上述したねじり特性のみならず曲げ特性も同時に重要であることが多いため、上記［Ａ］層、［Ｂ］層以外に、補強繊維が円筒軸方向に対して実質的に０°の角度で配列した層、すなわちストレート層を配することが好ましい。この場合、ストレート層の外側に上記［Ａ］層、［Ｂ］層を配したり、上記［Ａ］層、［Ｂ］層の外側と内側をストレート層ではさんだり、ストレート層の外側と内側を上記［Ａ］層、［Ｂ］層ではさんだり、ストレート層を最外層に配し、その内側に上記［Ａ］層、［Ｂ］層を配したりする構成を採用することができる。
【００２０】
また、本発明のＦＲＰ製円筒体には、補強繊維が円筒軸方向に対して実質的に９０°の配列角度で配列した層（以下、９０゜層という）を含んでいてもよく、かかる層でバイアス層やストレート層をはさんだり、逆にバイアス層やストレート層ではさまれていても良い。
【００２１】
本発明のＦＲＰ製円筒体を構成する各層の繊維含有率は、各層の特性、特に機械的特性を考慮すれば、好ましくは３０体積％〜８５体積％、より好ましくは５０体積％〜８０体積％が良く、さらに薄肉軽量を指向する場合には、６５体積％〜７５体積％であるのが良い。
【００２２】
本発明のＦＲＰ製円筒体を製造するためには、従来公知の、円筒体内径と同じ外径のマンドレルに最内層から順に、最外層までプリプレグを巻き付け、ラッピングテープを巻き付け成形する方法、ＦＷ（フィラメントワインディング）法、テープワインド法などを用いることができる。
【００２３】
本発明のＦＲＰ製円筒体は、片方向のねじり強度に著しく優れるため、円筒体の使用において、もっぱら片方向にねじり負荷がかかることの多い部材、具体的には、ゴルフクラブ用シャフトや自動車用ドライブシャフトなどとして用いることができる。
【００２４】
例えば、ゴルフクラブ用シャフトでは、使用するユーザーの右打ち、左打ちにより、シャフトには片方向のねじり力が主に負荷されるのでその方向のねじり強度は高くする必要があるが、その反対方向のねじり特性はさほど高い必要はない。また、自動車用ドライブシャフトでは主回転方向が決まっているため、主回転によるねじり方向に対するねじり強度は高くする必要があるが、その反対方向のねじり特性はさほど高い必要はない。つまり、使用時における順ねじり、逆ねじりを把握し、それに合わせて本発明を適用するのである。
【００２５】
特に、ＦＲＰ製円筒体がゴルフシャフトである場合には、好ましくはストレート層を最外層に配し、その内側に上記［Ａ］層、［Ｂ］層を配した構成とするのが良い。
【００２６】
また、ＦＲＰ製円筒体がゴルフシャフトである場合には、軽量化のため円筒体の肉厚は好ましくは０．２〜５ｍｍの範囲、最も好ましくは１ｍｍ程度とするのが良い。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２８】
なお、本実施例で用いたプリプレグは次のようにして作製した。
プリプレグＡ： 東レ（株）製炭素繊維”トレカ”Ｍ３０Ｓ（平均単糸径：５．５μｍ、引張強度：５６０ｋｇｆ／ｍｍ２ 、引張弾性率：３００００ｋｇｆ／ｍｍ２ ）を互いに並行かつシート状に引き揃えたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸してなる一方向性プリプレグを用意した。以下、これをプリプレグＡという。プリプレグＡは、炭素繊維含有率が６０体積％であった。
プリプレグＢ： 東レ（株）製炭素繊維”トレカ”Ｍ５０Ｊ（平均単糸径：５．０μｍ、引張強度：４００ｋｇｆ／ｍｍ２ 、引張弾性率：４８５００ｋｇｆ／ｍｍ２ ）を互いに並行かつシート状に引き揃えたものにＢステージのエポキシ樹脂を含浸してなる一方向性プリプレグを用意した。以下、これをプリプレグＢという。プリプレグＢは、炭素繊維含有率が６０体積％であった。
プリプレグＣ： 炭素繊維含有率を５０体積％とした以外は、上記プリプレグＢと同様にしてプリプレグＣを作製した。
プリプレグＤ： 炭素繊維含有率を７０体積％とした以外は、上記プリプレグＢと同様にしてプリプレグＤを作製した。
プリプレグＥ： 炭素繊維含有率を７５体積％とした以外は、上記プリプレグＢと同様にしてプリプレグＥを作製した。
プリプレグＦ： 炭素繊維含有率を８０体積％とした以外は、上記プリプレグＢと同様にしてプリプレグＦを作製した。
【００２９】
また、本実施例中では、順ねじり強度を高めるべく、補強繊維の配列角度は、円筒体外側から見て時計回転方向を正にとった。
（実施例１）
外径１０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのマンドレルに、厚み０．１ｍｍのプリプレグＢを、その繊維方向がマンドレル軸方向に対して−５５°になるように１層巻き付け、次に同プリプレグＢを４０°になるように１層巻き付け、次に同プリプレグＢを−５５°になるように１層巻き付け、次に同プリプレグＢを４０°になるように１層巻き付け、次に厚み０．１５ｍｍのプリプレグＡを繊維方向がマンドレル軸方向と同じ（円筒軸方向に対して０°の角度）になるように４層巻き付け、さらにラッピングテープを巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形し、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３０】
この円筒体について、試料長１００ｍｍ、ねじり速度１０．８゜／分で順ねじり試験したところ、順ねじり強度は４５００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２６１０ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。同様の条件で逆ねじり試験したところ、逆ねじり強度は３２００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は２６１０ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（実施例２）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を−５５°から−４５°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３１】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は３９００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２９００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は３５００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、２９００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（実施例３）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を−５５°から−７０°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３２】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は５０００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２０００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は２８２０ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、２０００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（比較例１）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を−５５°から−３５°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３３】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は３４００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２７００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は３６５０ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は２７００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（比較例２）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を−５５°から−４０°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３４】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は３６５０ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２９００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は３６５０ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は２９００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（比較例３）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を−５５°から−８０°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３５】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は５２５０ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は１６００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は２６５０ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は１６００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（実施例４）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を４０°から３５°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３６】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は４６００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２３００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は３０００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、２３００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（実施例５）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を４０°から５０°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３７】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は３９００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２７７０ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は３５００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、２７７０ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（比較例４）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を４０°から３０°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３８】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は４７００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は１８５０ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は２８００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、１８５０ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
（比較例５）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を４０°から５５°に変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００３９】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は３６５０ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２６７０ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は３６５０ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、２６７０ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表１にまとめた。
【００４０】
【表１】
（実施例６）
先端外径３．８５ｍｍ、テーパー７．５／１０００、長さ１１００ｍｍのマンドレルに、プリプレグＢをその繊維方向がマンドレル軸方向に対して−５５°になるように１層巻付け、次にプリプレグＢを４０°になるように１層巻き付け、次にプリプレグＢを−５５°になるように１層巻き付け、次にプリプレグＢを４０°になるように１層巻き付け、次にプリプレグＡを繊維方向がマンドレル軸方向と同じになるように４層巻き付け、さらにラッピングテープを巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱して成形して、ゴルフクラブ用シャフトを得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００４２】
このシャフトについて、ねじり速度１０．８゜／分で順ねじり試験したところ、順ねじり強度は１５００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２７００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。同様の条件で逆ねじり試験したところ、逆ねじり強度は１５００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は２７００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。
（比較例６）
マンドレル軸方向に対する繊維方向の角度を−５５°から−４０°に変更した以外は実施例６と同様にして、ゴルフクラブ用シャフトを得た。円筒体中のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００４３】
このシャフトについて、実施例６と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は１２００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２７００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は１２００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、２７００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。
（実施例７）
プリプレグＢをプリプレグＣに変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００４４】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は３８００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は２２００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は２７００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、２２００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表２にまとめた。
（実施例８）
プリプレグＢをプリプレグＤに変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００４５】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は５２５０ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は３７００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、３０００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表２にまとめた。
（実施例９）
プリプレグＢをプリプレグＥに変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００４６】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は５４００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は３２００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は４０００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、３２００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表２にまとめた。
（実施例１０）
プリプレグＢをプリプレグＦに変更した以外は実施例１と同様にして、内径１０ｍｍ、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒体を得た。円筒体のプリプレグ１層分の厚みは配列角度によらず同じであった。
【００４７】
この円筒体について、実施例１と同様にしてねじり試験を行なった結果、順ねじり強度は４５００ｋｇｆ・ｍｍ、順ねじり弾性率は３３００ｋｇｆ／ｍｍ２ であり、逆ねじり強度は４０００ｋｇｆ・ｍｍ、逆ねじり弾性率は、３３００ｋｇｆ／ｍｍ２ であった。評価結果などを表２にまとめた。
【００４８】
【表２】
【発明の効果】
本発明のＦＲＰ製円筒体は、上記構成を採用することにより、ねじり弾性率の低下を抑制しつつ、片側方向のねじり強度が大幅に向上したものとすることができる。また、これにより、ゴルフクラブ用シャフトや自動車用ドライブシャフト等、特定のねじり方向にねじり負荷の掛かりやすい部材に本発明のＦＲＰ製円筒体を適用することにより、部材の破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における順ねじり方向を示すためのＦＲＰ製円筒体の概略斜視図である。
【図２】本発明における逆ねじり方向を示すためのＦＲＰ製円筒体の概略斜視図である。
【符号の説明】
１：［Ａ］層
２：［Ｂ］層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fiber-reinforced plastic cylindrical body having high resistance against torsional load, and more specifically, as various frames, pipes, drive shafts, for example, aircrafts, automobiles, bicycles, etc., fishing rods, golf club shafts, skis The present invention relates to a fiber reinforced plastic cylindrical body suitable as various leisure goods such as poles and tent columns.
[0002]
[Prior art]
In a cylindrical body made of fiber reinforced plastic (hereinafter abbreviated as FRP), improvement of the torsional strength of the cylindrical body is an important problem. For example, when a ball is hit with a golf club, a torsional force as well as a bending force acts on a shaft that is a cylindrical body. If the cylindrical body does not have sufficient strength and elastic modulus for bending or torsion, Destruction may occur. Here, in order to improve the bending characteristics of the FRP cylindrical body, generally, a layer in which reinforcing fibers are arranged at an angle of substantially 0 ° with respect to the cylindrical axis direction, a so-called straight layer is disposed. On the other hand, in order to improve the torsional strength of the FRP cylindrical body, generally, a layer in which the arrangement angle of the reinforcing fibers is inclined with respect to the cylindrical axis direction, a so-called bias layer is provided. Here, the bias layer is laminated so that the arrangement angles of the reinforcing fibers are opposite to each other with respect to the cylindrical axis direction, but are inclined at the same angle and have the same thickness. Is. For example, in a golf club shaft formed by a commonly used sheet winding method, as an bias layer, the reinforcing fiber is arranged in the vicinity of 40 to 50 ° in order to exhibit torsional characteristics, and the inclination direction is reversed. In general, the same thickness is laminated, and a straight layer is disposed on the outside.
[0003]
However, in such a conventional FRP cylindrical body, even if a bending characteristic can be obtained to some extent by appropriately selecting the type of reinforcing fiber used in the straight layer, it cannot be said that the torsional strength is sufficient. Due to insufficient torsional strength, application to structural members has been limited, and it has been difficult to reduce the thickness of the member by reducing the thickness of the cylindrical body.
[0004]
On the other hand, when the cylindrical body is twisted, the cylindrical body is twisted in the counterclockwise direction (see FIG. 1; hereinafter referred to as forward twist), and is twisted in the clockwise direction (see FIG. 2; hereinafter, reverse twist). And). Further, forward twisting and reverse twisting do not necessarily act to the same extent on members that are actual FRP cylindrical bodies. For example, in a golf club, the direction in which the ball is struck is determined by each individual. Therefore, in a right-handed golf club, a forward twisting load is applied to the shaft, and in a left-handed golf club, a reverse twisting load is applied to the shaft. Therefore, a golf club shaft does not require high torsional strength in both forward and reverse twists. Similarly, for example, in the case of a drive shaft, there is a torsional direction that requires high torsional strength depending on whether the main rotational direction is forward torsion or reverse torsion.
[0005]
In view of the current situation, the present inventors do not necessarily need to make the torsional characteristics of the FRP cylindrical body high in both forward and reverse torsion, but in order according to the actual use state of the FRP cylindrical body. Focusing on the fact that it is sufficient to increase the torsional strength of either torsion or reverse torsion, the present invention has been completed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional FRP cylindrical body, that is, to provide a FRP cylindrical body that is particularly excellent in one-way torsional strength while avoiding a decrease in the torsional elastic modulus as much as possible. There is.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration. That is,
In fiber-reinforced plastic cylindrical body layer made of reinforcing fibers and the matrix resin is laminated, and the reinforcing fibers are arranged at an angle theta 1 with respect to the cylinder axis [A] layer, the reinforcing fibers with respect to the cylinder axis And [B] layers arranged at an angle θ 2 , θ 1 and θ 2 satisfy the following equations [1] and [2], and the absolute value of θ 2 is larger than the absolute value of θ 1 This is a fiber-reinforced plastic cylindrical body.
[0008]
35 ° ≦ θ 1 ≦ 50 ° [1]
−70 ° ≦ θ 2 ≦ −40 ° [2]
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The FRP cylindrical body of the present invention will be described in detail below.
[0010]
In the present invention, epoxy resin, unsaturated polyester resin, and other thermosetting resins can be used as the matrix resin for FRP. Among these, an epoxy resin excellent in heat resistance, water resistance, and adhesiveness is preferable.
[0011]
In the present invention, carbon fibers, glass fibers, polyamide fibers, and other high strength and high elastic modulus fibers can be used as the reinforcing fibers. Among these, carbon fibers excellent in specific strength and inelastic modulus are desirable. In addition, different types of these reinforcing fibers can be used in combination. Moreover, even if it is the same kind, the thing from which a characteristic differs can be used together.
[0012]
The FRP cylindrical body of the present invention is formed by laminating layers made of the matrix resin and reinforcing fibers. And it has the [A] layer arranged at angle (theta) 1 with respect to the cylindrical-axis direction of a reinforcement fiber, and the [B] layer arranged at angle (theta) 2 with respect to the cylindrical-axis direction of a reinforcement fiber.
[0013]
In the present invention, the array angle of the reinforcing fibers relative to the cylindrical axis direction is an angle formed by the cylindrical shaft and the arraying direction of the reinforcing fibers when viewed from the outside of the cylindrical body when the cylindrical body is expanded in a plane. The sign of the sign means that the angle measurement direction is opposite. Here, whether the positive direction of the reinforcing fiber array angle is the clockwise direction or the counterclockwise direction is reversed depending on which torsional strength of the cylindrical body is to be increased. That is, when it is desired to increase the forward torsional strength of the cylindrical body, the positive direction of the reinforcing fiber arrangement angle is set to the clockwise direction, and when it is desired to increase the reverse torsional strength of the cylindrical body, the positive direction of the reinforcing fiber arrangement angle. Is taken in the counterclockwise direction.
[0014]
It is known that the torsional stress of the FRP cylindrical body is mainly borne by the layer in which the reinforcing fibers are arranged to be inclined with respect to the cylindrical axis direction, so-called bias layer. That is, when the bias layer receives a torsional load, the bias layer receives a force in the direction in which it is pulled and in the direction in which it is compressed. In general, FRP is inferior in compressive strength to tensile strength. In particular, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) often has much lower compressive strength than tensile strength. In general, since the thermal expansion coefficient of the reinforcing fiber is smaller than that of the matrix resin, a compressive stress remains in the fiber direction in each layer of the thermoformed product. In other words, due to the torsional load, the destruction starts first in the layer subjected to compression and leads to total destruction. Therefore, it is important to reduce the force of the layer subjected to compression.
[0015]
In order to reduce such a force acting on the bias layer, it is effective to make the angle of the layer to be compressed closer to the cylinder axis direction closer to the perpendicular direction in the bias layer.
[0016]
In the FRP cylindrical body of the present invention, the array angle θ 1 of the reinforcing fibers with respect to the cylindrical axis direction is 35 ° ≦ θ 1 ≦ 50 °, and the array angle θ 2 of the reinforcing fibers with respect to the cylindrical axis direction is −70 °. ≦ θ 2 ≦ -40 °, preferably -60 ° ≦ θ 2 ≦ -45 ° , and to be larger than the absolute value of 1 the absolute value of theta 2 theta, preferably the absolute value of theta 2 theta When the difference in absolute value of 1 is 5 ° or more, more preferably 10 ° or more, the torsional strength in one direction can be remarkably improved. In this case, if θ 1 or θ 2 is smaller than the above range, both forward and reverse torsional elastic moduli are lowered. and theta 1 is greater than the above range, the forward and reverse or only decreases neither the torsion modulus, not improved enough torsional strength of the torsion want to improve the direction expected. On the other hand, theta 2 is not improved enough torsional strength torsional want to increase greater than the above range is expected. Considering the balance between the torsion modulus, and most preferably, the theta 1 is approximately 40 °, theta 2 most preferably -55 ° ≦ θ 2 ≦ -50 °. In this case, the ratio of the thickness of the [B] layer and the thickness of the [A] layer in the FRP cylindrical body is preferably in the range of 0.5 to 2, more preferably the thickness of the [A] layer. And the thickness of the [B] layer should be substantially equal.
[0017]
In the FRP cylindrical body of the present invention, it is preferable that a plurality of [A] layers and [B] layers are alternately overlapped in order to increase the symmetry of the laminated structure and to increase the torsional strength.
[0018]
If the ratio of the sum of the thicknesses of the [A] and [B] layers in the FRP cylinder and the cylinder wall thickness is too large, the bending characteristics of the cylinder may be deteriorated. Since the body may be difficult to produce, it is preferably in the range of 0.3 to 0.7.
[0019]
In addition, as the FRP cylindrical body, not only the torsional characteristics but also the bending characteristics are often important at the same time, so that the reinforcing fibers other than the [A] layer and the [B] layer are in the direction of the cylindrical axis. It is preferable to arrange a layer arranged substantially at an angle of 0 °, that is, a straight layer. In this case, the [A] layer and [B] layer are arranged outside the straight layer, the outside and inside of the [A] layer and [B] layer are sandwiched between the straight layers, and the outside and inside of the straight layer. The above [A] layer and [B] layer are sandwiched, the straight layer is disposed on the outermost layer, and the [A] layer and [B] layer are disposed on the inner side thereof.
[0020]
Further, the FRP cylindrical body of the present invention may include a layer (hereinafter referred to as 90 ° layer) in which reinforcing fibers are arranged at an arrangement angle of substantially 90 ° with respect to the cylinder axis direction. It may be sandwiched between a bias layer and a straight layer, or conversely, may be sandwiched between a bias layer and a straight layer.
[0021]
The fiber content of each layer constituting the FRP cylindrical body of the present invention is preferably 30% by volume to 85% by volume, more preferably 50% by volume to 80% by volume, considering the characteristics of each layer, particularly mechanical properties. In the case of further thinning and light weight, it is preferable to be 65% by volume to 75% by volume.
[0022]
In order to produce the FRP cylindrical body of the present invention, a conventionally known method of winding a prepreg around a mandrel having the same outer diameter as the inner diameter of the cylindrical body from the innermost layer to the outermost layer and winding a wrapping tape, FW ( Filament winding method, tape winding method and the like can be used.
[0023]
The FRP cylindrical body of the present invention is remarkably excellent in torsional strength in one direction. Therefore, in the use of the cylindrical body, a member that is frequently subjected to a torsional load in one direction, specifically, a golf club shaft or an automobile It can be used as a drive shaft.
[0024]
For example, in a golf club shaft, a torsional force in one direction is mainly applied to the shaft due to the user's right-handed or left-handed use, so the torsional strength in that direction needs to be increased, but the opposite direction The torsional characteristics need not be so high. Moreover, since the main rotation direction is determined in the drive shaft for automobiles, the torsional strength in the torsional direction due to the main rotation needs to be increased, but the torsional characteristics in the opposite direction need not be so high. That is, the forward twist and reverse twist during use are grasped, and the present invention is applied accordingly.
[0025]
In particular, when the FRP cylindrical body is a golf shaft, the straight layer is preferably disposed on the outermost layer, and the [A] layer and [B] layer are disposed on the inner side thereof.
[0026]
When the FRP cylindrical body is a golf shaft, the thickness of the cylindrical body is preferably in the range of 0.2 to 5 mm, and most preferably about 1 mm for weight reduction.
[0027]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
[0028]
The prepreg used in this example was manufactured as follows.
Prepreg A: Carbon fiber “Torayca” M30S manufactured by Toray Industries, Inc. (average single yarn diameter: 5.5 μm, tensile strength: 560 kgf / mm 2 , tensile elastic modulus: 30000 kgf / mm 2 ) are aligned in parallel and in a sheet form. A unidirectional prepreg prepared by impregnating a B-stage epoxy resin was prepared. Hereinafter, this is referred to as prepreg A. The prepreg A had a carbon fiber content of 60% by volume.
Prepreg B: Carbon fiber “Torayca” M50J manufactured by Toray Industries, Inc. (average single yarn diameter: 5.0 μm, tensile strength: 400 kgf / mm 2 , tensile elastic modulus: 48500 kgf / mm 2 ) are arranged in parallel and in sheet form A unidirectional prepreg prepared by impregnating a B-stage epoxy resin was prepared. Hereinafter, this is referred to as prepreg B. The prepreg B had a carbon fiber content of 60% by volume.
Prepreg C: A prepreg C was produced in the same manner as the prepreg B except that the carbon fiber content was 50% by volume.
Prepreg D: A prepreg D was prepared in the same manner as the prepreg B except that the carbon fiber content was 70% by volume.
Prepreg E: A prepreg E was produced in the same manner as the prepreg B, except that the carbon fiber content was 75% by volume.
Prepreg F: A prepreg F was produced in the same manner as the prepreg B except that the carbon fiber content was 80% by volume.
[0029]
Further, in this example, in order to increase the forward torsion strength, the reinforcing fiber array angle was positive in the clockwise direction when viewed from the outside of the cylindrical body.
(Example 1)
One layer of prepreg B having a thickness of 0.1 mm is wound around a mandrel having an outer diameter of 10 mm and a length of 1000 mm so that the fiber direction is −55 ° with respect to the mandrel axial direction, and then the prepreg B is turned to 40 °. 1 layer is wound so that the same prepreg B is wound at −55 °, and then the prepreg B is wound at 1 layer so as to be 40 °, and then a prepreg A having a thickness of 0.15 mm is wound. Wrapped in 4 layers so that the fiber direction is the same as the mandrel axial direction (0 ° angle with respect to the cylindrical axis direction), and further wrapped with wrapping tape, heated at 130 ° C for 120 minutes, molded, inner diameter 10mm, outer diameter A cylindrical body having a length of 12 mm and a length of 220 mm was obtained. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0030]
When this cylinder was subjected to a forward torsion test at a sample length of 100 mm and a torsion speed of 10.8 ° / min, the forward torsion strength was 4500 kgf · mm and the forward torsion elastic modulus was 2610 kgf / mm 2 . When the reverse torsion test was performed under the same conditions, the reverse torsion strength was 3200 kgf · mm, and the reverse torsion elastic modulus was 2610 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Example 2)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from −55 ° to −45 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0031]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 3900 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 2900 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 3500 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 2900 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Example 3)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from -55 ° to -70 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0032]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 5000 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 2000 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 2820 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 2000 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Comparative Example 1)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from −55 ° to −35 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0033]
This cylindrical body, a result of performing a torsion test in the same manner as in Example 1, the order torsional strength 3400kgf · mm, the forward torsion modulus is 2700kgf / mm 2, countertwisting strength 3650kgf · mm, the inverse torsion spring The rate was 2700 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Comparative Example 2)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from −55 ° to −40 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0034]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 3650 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 2900 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 3650 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 2900 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Comparative Example 3)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from −55 ° to −80 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0035]
This cylindrical body, a result of performing a torsion test in the same manner as in Example 1, the order torsional strength 5250kgf · mm, the forward torsion modulus is 1600 kgf / mm 2, countertwisting strength 2650kgf · mm, the inverse torsion spring The rate was 1600 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
Example 4
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from 40 ° to 35 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0036]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 4600 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 2300 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 3000 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 2300 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Example 5)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from 40 ° to 50 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0037]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 3900 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 2770 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 3500 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 2770 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Comparative Example 4)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from 40 ° to 30 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0038]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 4700 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 1850 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 2800 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 1850 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
(Comparative Example 5)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from 40 ° to 55 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0039]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 3650 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 2670 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 3650 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 2670 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 1.
[0040]
[Table 1]
(Example 6)
One layer of prepreg B is wound around a mandrel having a tip outer diameter of 3.85 mm, a taper of 7.5 / 1000, and a length of 1100 mm so that the fiber direction is −55 ° with respect to the mandrel axis direction. 1 layer is wound so that the angle is 40 °, then one layer is wound so that the prepreg B is −55 °, and then one layer is wound so that the prepreg B is 40 °. Four layers were wound so as to be the same as the mandrel axial direction, and a wrapping tape was further wound, followed by heating at 130 ° C. for 120 minutes to form a golf club shaft. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0042]
When this shaft was subjected to a forward torsion test at a torsion speed of 10.8 ° / min, the forward torsion strength was 1500 kgf · mm and the forward torsion elastic modulus was 2700 kgf / mm 2 . When the reverse torsion test was performed under the same conditions, the reverse torsion strength was 1500 kgf · mm, and the reverse torsion elastic modulus was 2700 kgf / mm 2 .
(Comparative Example 6)
A golf club shaft was obtained in the same manner as in Example 6 except that the angle of the fiber direction with respect to the mandrel axis direction was changed from −55 ° to −40 °. The thickness of one prepreg layer in the cylindrical body was the same regardless of the arrangement angle.
[0043]
The shaft was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 6. As a result, the forward torsion strength was 1200 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 2700 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 1200 kgf · mm, and the reverse torsion elastic modulus. Was 2700 kgf / mm 2 .
(Example 7)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepreg B was changed to the prepreg C. The thickness of one cylindrical prepreg layer was the same regardless of the arrangement angle.
[0044]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 3800 kgf · mm, the forward torsion modulus was 2200 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 2700 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 2200 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 2.
(Example 8)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepreg B was changed to the prepreg D. The thickness of one cylindrical prepreg layer was the same regardless of the arrangement angle.
[0045]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 5250 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 3000 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 3700 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 3000 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 2.
Example 9
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that prepreg B was changed to prepreg E. The thickness of one cylindrical prepreg layer was the same regardless of the arrangement angle.
[0046]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 5400 kgf · mm, the forward torsion modulus was 3200 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 4000 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 3200 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 2.
(Example 10)
A cylindrical body having an inner diameter of 10 mm, an outer diameter of 12 mm, and a length of 220 mm was obtained in the same manner as in Example 1 except that the prepreg B was changed to the prepreg F. The thickness of one cylindrical prepreg layer was the same regardless of the arrangement angle.
[0047]
The cylindrical body was subjected to a torsion test in the same manner as in Example 1. As a result, the forward torsion strength was 4500 kgf · mm, the forward torsion elastic modulus was 3300 kgf / mm 2 , the reverse torsion strength was 4000 kgf · mm, and the reverse torsion elasticity. The rate was 3300 kgf / mm 2 . The evaluation results are summarized in Table 2.
[0048]
[Table 2]
【The invention's effect】
By adopting the above-described configuration, the FRP cylindrical body of the present invention can be improved in torsional strength in one direction while suppressing a decrease in torsional elastic modulus. In addition, by applying the FRP cylindrical body of the present invention to a member that is subject to a torsional load in a specific torsional direction, such as a golf club shaft or an automobile drive shaft, the destruction of the member can be suppressed. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of an FRP cylindrical body for showing a forward twist direction in the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of an FRP cylinder for showing a reverse twist direction in the present invention.
[Explanation of symbols]
1: [A] layer 2: [B] layer
Claims (4)
３５°≦θ１ ≦５０° ［１］
−７０°≦θ２ ≦−４０° ［２］In fiber-reinforced plastic cylindrical body layer made of reinforcing fibers and the matrix resin is laminated, and the reinforcing fibers are arranged at an angle theta 1 with respect to the cylinder axis [A] layer, the reinforcing fibers with respect to the cylinder axis And [B] layers arranged at an angle θ 2 , θ 1 and θ 2 satisfy the following equations [1] and [2], and the absolute value of θ 2 is larger than the absolute value of θ 1 A fiber-reinforced plastic cylindrical body characterized by that.
35 ° ≦ θ 1 ≦ 50 ° [1]
−70 ° ≦ θ 2 ≦ −40 ° [2]
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001375429A JP3570411B2 (en) | 1994-12-06 | 2001-12-10 | Fiber reinforced plastic cylinder |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-302130 | 1994-12-06 | ||
| JP30213094 | 1994-12-06 | ||
| JP2001375429A JP3570411B2 (en) | 1994-12-06 | 2001-12-10 | Fiber reinforced plastic cylinder |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31425195A Division JP3279154B2 (en) | 1994-12-06 | 1995-12-01 | Fiber reinforced plastic cylinder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002177425A JP2002177425A (en) | 2002-06-25 |
| JP3570411B2 true JP3570411B2 (en) | 2004-09-29 |
Family
ID=26562995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001375429A Expired - Lifetime JP3570411B2 (en) | 1994-12-06 | 2001-12-10 | Fiber reinforced plastic cylinder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3570411B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019042103A (en) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | マミヤ・オーピー株式会社 | Shaft for golf club |
-
2001
- 2001-12-10 JP JP2001375429A patent/JP3570411B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002177425A (en) | 2002-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3235964B2 (en) | Tubular body | |
| US5437450A (en) | Golf club shaft and process of preparing same | |
| JP3009311B2 (en) | Fiber-reinforced resin coil spring and method of manufacturing the same | |
| JPS6352251B2 (en) | ||
| JP3714791B2 (en) | Lightweight golf club shaft | |
| CN101380512B (en) | Golf ball bar body | |
| JP3529009B2 (en) | Carbon fiber reinforced composite | |
| JP3570411B2 (en) | Fiber reinforced plastic cylinder | |
| JP3279154B2 (en) | Fiber reinforced plastic cylinder | |
| JPH07144371A (en) | Carbon fiber reinforced resin composite material having high damping capacity | |
| JP2021160263A (en) | FRP cylinder and power transmission shaft | |
| JPH105380A (en) | Golf club shaft | |
| JPH06269522A (en) | Golf club shaft | |
| JP2528576Y2 (en) | Golf club shaft made of fiber reinforced resin | |
| JP2861447B2 (en) | Tapered tubular body | |
| JP3278985B2 (en) | FRP cylinder | |
| JPH06165844A (en) | Golf club shaft | |
| JPH05138796A (en) | Laminated pipe | |
| JP3053567B2 (en) | Golf club shaft manufacturing method | |
| JP3257238B2 (en) | Fiber reinforced plastic cylinder | |
| JPH11254562A (en) | Tubular body and prepreg | |
| JP2007117306A (en) | Golf club shaft | |
| JPS6039388B2 (en) | golf club shaft | |
| JPH08217896A (en) | Prepreg | |
| JPH1015129A (en) | Fiber reinforced plastic golf club shaft |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040601 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040614 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090702 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090702 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100702 Year of fee payment: 6 |