JP5248661B2

JP5248661B2 - ゴルフクラブシャフト及びこれを用いたゴルフクラブ

Info

Publication number: JP5248661B2
Application number: JP2011156688A
Authority: JP
Inventors: 紀生松本; 崇人中村; 雅貴若林; 知伸菅野
Original assignee: Fujikura Rubber Ltd
Current assignee: Fujikura Composites Inc
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JP2011212463A

Description

本発明は、熱硬化性樹脂プリプレグ（シート）を巻回し熱硬化させて製造するゴルフクラブシャフト（カーボンシャフト）及びゴルフクラブに関する。

プリプレグは、未硬化の熱硬化性樹脂を強化繊維（補強繊維、炭素繊維等）に含浸させたシート状のものとして知られており、ゴルフクラブシャフトでは、テーパ軸からなるマンドレルに複数枚のプリプレグを巻回し、加熱硬化させてテーパ状シャフトとしている。

図１０は、複数のプリプレグからなるゴルフクラブシャフト１の典型的な構成例を示す概念図である。ゴルフクラブシャフト１は、その下層から順に、繊維方向をシャフトの長手方向に対して直交させたプリプレグ（９０゜（フープ）層プリプレグ）から構成した圧縮剛性（潰れ剛性）保持層２、繊維方向をシャフトの長手方向に対して斜交させたプリプレグ（斜交（バイアス）プリプレグ、４５゜層プリプレグ）から構成した捩り剛性保持層３、及び繊維方向をシャフトの長手方向と平行な方向に向けたプリプレグ（０゜層プリプレグ）から構成した曲げ剛性保持層４を有している。圧縮剛性保持層２と捩り剛性保持層３は、上下を入れ替えることもある。圧縮剛性保持層２と曲げ剛性保持層４を構成するプリプレグは、繊維方向が単一なので一般にＵＤ（UNI-DIRECTION）プリプレグと呼ばれる。また、捩り剛性保持層３は一般に、シャフト長手方向に対する繊維方向が対称（一般的に長手方向に対して±４５゜）の一対のＵＤプリプレグ（４５゜層、バイアス層）を含んでおり、さらに、平織織物（二軸織物）、三軸織物、四軸織物を熱硬化性樹脂に含浸させた平織織物（二軸織物）プリプレグ、三軸織物プリプレグ、四軸織物プリプレグを捩り剛性保持層３中に含ませたゴルフクラブシャフト１も本出願人によって開発されている。

特開平９−１３１４２２号公報特開２０００-５１４１３号公報

このようなゴルフクラブシャフト１では、圧縮剛性保持層２は繊維方向が９０゜に限定され、曲げ剛性保持層４は繊維方向が０゜に限定されている。これに対し、捩り剛性保持層３は、これに含まれる繊維の方向が多様であればあるほど、等方性（方向を問わない捩り強度）が高くなり、スチールシャフトに近い打感が得られると考えられている。これが捩り剛性保持層３に平織織物、三軸織物、四軸織物が用いられる主な理由である。等方性の大小について「等方性度（度数）」という概念を用いれば、一対のバイアス層プリプレグ、平織織物プリプレグ、三軸織物層プリプレグ、四軸織物層プリプレグの順に、等方性度は上がると考えられる。ちなみに、スチールシャフトの等方性度は最も高い。

しかし、別の問題は、捩り剛性保持層３の厚さ（重量）には制限がある点である。厚さに制限がある以上、より少ないプリプレグのより少ないプライ数（巻回数）で十分な捩り剛性を確保するための工夫が必要である。別言すれば、同じ枚数の異種または同種のプリプレグを用いたときに、より捩り剛性を高くすることができる構造が求められる。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、捩り剛性保持層を構成するプリプレグの等方性が高く、より少ないプリプレグのより少ないプライ数で、十分な捩り剛性を確保できるゴルフクラブシャフト及びこれを用いたゴルフクラブを得ることを目的とする。

本発明は、従来の捩り剛性保持層は、まず、ゴルフクラブシャフトの長手方向に対する繊維の斜交方向が特定のプリプレグを巻回した後、その上に別の繊維方向のプリプレグを巻いて構成されていたのを改め、これらの繊維方向の異なるプリプレグを予め重ね、これを重ねた状態のまま、連続して２回以上巻回すれば、重ねられたプリプレグを１枚のプリプレグと見たときには等方性度が上がり、一方、１枚毎のプリプレグと見たときには、そのプリプレグの表裏には２回転（周）以上に亘って、別の繊維方向のプリプレグが位置することとなるから、各プリプレグの層間のずれ（加熱硬化後の各プリプレグの繊維間のずれ）を抑えることができ、従って捩り剛性を高めることができるとの着眼に基づいてなされたものである。

本発明のゴルフクラブシャフトは、その一態様では、シャフトの長手方向に対して斜交する強化繊維を備えた熱硬化性樹脂の捩り剛性保持層を有するゴルフクラブシャフトにおいて、上記捩り剛性保持層が、繊維方向を一方向に揃えた強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた３層のＵＤプリプレグをセットにした３層セットプリプレグを含むこと、上記３層セットプリプレグ中の各ＵＤプリプレグには、互いに異なる方向の強化繊維が含まれていること、上記３層セットプリプレグは、繊維方向がシャフト長手方向に対して直交するＵＤプリプレグと、繊維方向がシャフト長手方向に対して対称をなす一対の傾斜ＵＤプリプレグとからなること、及び上記３層セットプリプレグは、上記３層のＵＤプリプレグを重ねた状態で連続させて２回以上巻回されていること、を特徴としている。

本発明のゴルフクラブシャフトは、別の態様では、シャフトの長手方向に対して斜交する強化繊維を備えた熱硬化性樹脂の捩り剛性保持層を有するゴルフクラブシャフトにおいて、上記捩り剛性保持層が、繊維方向を一方向に揃えた強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた３層のＵＤプリプレグをセットにした３層セットプリプレグを含むこと、上記３層セットプリプレグ中の各ＵＤプリプレグには、互いに異なる方向の強化繊維が含まれていること、上記３層セットプリプレグは、繊維方向がシャフト長手方向と平行をなすＵＤプリプレグと、繊維方向がシャフト長手方向に対して対称をなす一対の傾斜ＵＤプリプレグとからなること、及び上記３層セットプリプレグは、上記３層のＵＤプリプレグを重ねた状態で連続させて２回以上巻回されていること、を特徴としている。

本明細書で「強化繊維」とは、炭素繊維のほかに、アルミナ繊維、アラミド繊維、チラノ繊維、アモルファス繊維、ガラス繊維などの種々の繊維を意味する。

本発明のゴルフクラブは、以上の構成のゴルフクラブシャフトに、クラブヘッドとグリップを装着したゴルフクラブである。

本発明によれば、捩り剛性保持層を構成するプリプレグの等方性が高く、より少ないプリプレグのより少ないプライ数で、十分な捩り剛性を確保できるゴルフクラブシャフト及びこれを用いたゴルフクラブを得ることができる。

本発明によるゴルフクラブシャフトの第１の実施形態を示す、長手方向と直交する断面模式図である。三軸織物の平面図である。図２のIII-III線に沿う断面図である。強化繊維の方向がシャフトの長手方向に対して対称な２枚のＵＤプリプレグからなるＵＤプリプレグの概念的平面図である。本発明によるゴルフクラブシャフトの第２の実施形態を示す、長手方向と直交する断面模式図である。本発明によるゴルフクラブシャフトの第３の実施形態を示す、長手方向と直交する断面模式図である。平織織物の平面図である。平織織物の断面図である。４軸織物の平面図である。従来の一般的なゴルフクラブシャフトの構成例を示す模式斜視図である。

以下、図面を参照して本発明によるゴルフクラブシャフトの各実施形態について説明する。本明細書中で「等方性」とは、ゴルフクラブシャフトの方向を問わない捩り強度を意味する。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るゴルフクラブシャフト１０の模式断面図である。周知のように、ゴルフクラブシャフト１０は、その先端小径側から手元大径側に向かって漸次外径を大きくしたテーパ筒状に形成されており、その小径側端部にはクラブヘッドが装着され、大径側端部にはグリップが装着されるが、その図示は省略している。

このゴルフクラブシャフト１０は、図１０の従来品と同様に、下層（内側）から順に、圧縮剛性（潰れ剛性）保持層１１、捩り剛性保持層２０、曲げ剛性保持層１２及び化粧層（研磨層、曲げ剛性保持層）１３を有している。図１では、本実施形態を理解し易くするため、これら各層１１、２０、１２、１３の厚み、段差を誇張して描いている。図１では各層１１、２０、１２、１３の巻回開始終了位置の近傍に隙間があるように描かれているが、この隙間は加熱硬化時には熱硬化樹脂によって満たされる。また、本実施形態の特徴は、捩り剛性保持層２０の構成にあり、圧縮剛性保持層１１と曲げ剛性保持層１２は、図１０の従来品と同様の構成である（構成とすることができる）ので、その断面形状を省略している。一般的には、圧縮剛性保持層１１は、繊維方向をシャフトの長手方向と直交する方向に向けた９０°層のＵＤプリプレグからなり、曲げ剛性保持層１２は、繊維方向がシャフトの長手方向と平行をなす０°層のＵＤプリプレグからなっている。これら圧縮剛性保持層１１と曲げ剛性保持層１２のプリプレグのプライ数は、含まれる強化繊維の物性及び含浸させる熱硬化性樹脂の物性を勘案し、シャフトに要求される仕様に応じて設定される。ゴルフクラブシャフト１０の最外層に位置させる化粧層（研磨層、曲げ剛性保持層）１３は、繊維方向がシャフトの長手方向と平行をなす０°層のＵＤプリプレグからなっており、この化粧層１３を研磨することによりシャフトの曲げ剛性が調整され、またシャフトの見栄えがよくなる。なお、本実施形態の圧縮剛性保持層１１、捩り剛性保持層２０、曲げ剛性保持層１２及び化粧層１３は、全てゴルフクラブシャフト１０の全長に渡る全長層である。先端小径部及び（又は）手元大径部には、必要に応じ（常法に従い）、短尺のプリプレグを巻回することがある。

捩り剛性保持層２０は、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２を重ね合わせた複数層セットプリプレグ３０を連続して２回巻回してなっている。すなわち、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２は予め重ね合わされて複数層セットプリプレグ３０にされ、円錐状のマンドレル上に巻いた圧縮剛性保持層１１の上に巻回されている。この複数層セットプリプレグ３０の上には曲げ剛性保持層１２のプリプレグが巻回され、常法に従い、加熱硬化されてゴルフクラブシャフト１０が形成される。圧縮剛性保持層１１と曲げ剛性保持層１２のプリプレグと、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２は、周知のように、マンドレルに巻いたとき全長が整数プライとなるように、平面台形状とするのが一般的である。

図２、図３は、三軸織物プリプレグ３１に含まれる三軸織物３の概念図である。三軸織物３は、緯糸３ａに対して斜交した第１の経糸３ｂと第２の経糸３ｃを有し、これらの緯糸３ａ、経糸３ｂ及び３ｃは、正六角形の空隙３Ｐを形成するように、交互に糸の上下を通り織られた構造となっている。各糸のなす角度θは、理想的には１２０°である。三軸織物は擬似等方性があるため、ＵＤプリプレグと比較して、単独でも変形やずれが生じにくい。また、三軸織物プリプレグ３１を巻回する際には、例えば緯糸３ａをシャフトの長手方向に向けて、あるいは直交させて巻くことができるが、方向のずれがあったとしても、必ずシャフトの長手方向に対して傾斜した強化繊維が含まれることとなる。

図４に示すように、ＵＤプリプレグ３２は、強化繊維の方向がシャフトの長手方向に対して対称な２枚の傾斜ＵＤプリプレグ３２ａ、３２ｂからなっている。傾斜ＵＤプリプレグ３２ａと３２ｂに含まれる強化繊維のシャフト長手方向に対する傾斜方向は、３０°から６０°とするのが一般的であるが、これに限定されない。

ここで、三軸織物プリプレグ３１のみを複数回巻回した場合には、三軸織物プリプレグどうしが当接することになるが、三軸織物プリプレグは３方向の糸を織って形成されていて凹凸があるため、層間に隙間が生じやすい。これに対し、本実施形態のように、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２を積層して複数層セットプリプレグ３０とすると層間に生じる凹凸が少なくなるので、プリプレグの熱硬化性樹脂を硬化させたとき、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２の層間のずれ（繊維間のずれ）を極めて生じにくくすることができる。また、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２には、互いに異なる方向の強化繊維が含まれているため、相互のねじれ変形を抑制することができる。

また、繊維方向の異なる三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２（３２ａ、３２ｂ）を別個の層として巻回するのではなく、１セットの層として巻回するので、複数層セットプリプレグ３０を１枚のプリプレグと見ることができる結果、ゴルフクラブシャフト１０の等方性を大きくすることができる。すなわち、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２（３２ａ、３２ｂ）を別個の層として巻回した場合、ゴルフクラブシャフト１０の等方性は各プリプレグが有する等方性の単純な足し合わせに過ぎないが、三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２（３２ａ、３２ｂ）を重ねた状態で連続して巻回すれば、使用するプリプレグは全く同一でありながら、各プリプレグが有する等方性の単純な足し合わせを飛躍的に超えた高い等方性が発現される。これにより、等方性の高いスチールシャフトに近い打感のゴルフクラブシャフト１０が得られる。

また、複数層セットプリプレグ３０を三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２（３２ａ、３２ｂ）の１枚毎のプリプレグと見たときには、各プリプレグの表裏には２回転（周）以上に亘って、別の繊維方向のプリプレグが位置することとなるから、各プリプレグの層間のずれ（加熱硬化後の各プリプレグの繊維間のずれ）を抑えることができ、従って捩り剛性を高めることができる。すなわち、内外に隣接する三軸織物プリプレグ３１とＵＤプリプレグ３２（３２ａ、３２ｂ）が互いに押さえ合って移動を規制する結果、層間のずれ（繊維間のずれ）を抑えて捩り剛性を高めることができる。

圧縮剛性保持層１１及び曲げ剛性保持層１２を構成するプリプレグ、並びに三軸織物プリプレグ３１及びＵＤプリプレグ３２に含まれる強化繊維としては、炭素繊維のほかに、アルミナ繊維、アラミド繊維、チラノ繊維、アモルファス繊維、ガラス繊維などを用いることができる。すなわち、糸の種類は基本的に限定されない。
糸の太さは、好ましくは、３Ｋ（１Ｋはフィラメント１０００本）以下であるのがよい。３Ｋを超えるとプリプレグが厚くなりすぎ、十分な繊維密度（打込本数）を確保できないおそれがあり、また、マンドレルに巻きつける作業性が悪くなるおそれがある。
このような強化繊維に含浸させる樹脂は、基本的にいかなるものでも使用し得る。例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ピーク樹脂などを用いることができる。
プリプレグの厚さは、ＵＤプリプレグにあっては０．０２から０．２５ｍｍであることが好ましく、織物プリプレグにあっては０．０６から０．３０ｍｍであることが好ましい。ＵＤプリプレグ（織物プリプレグ）の厚さが０．０２ｍｍ（０．０６ｍｍ）未満であると、良好な剛性を得ることが難しく、０．２５ｍｍ（０．３０ｍｍ）を超えると、シャフトの長さ方向に剛性のばらつきを生じるおそれがある。
プリプレグの重さは、４００ｇ／ｍ²以下であるのがよい。４００ｇ／ｍ²を超えると、厚くなりすぎ、マンドレルに巻回するのが困難になる。
プリプレグの樹脂量は、ＵＤプリプレグにあっては２０から５０重量％であることが好ましく、織物プリプレグにあっては３０から６０重量％であることが好ましい。ＵＤプリプレグ（織物プリプレグ）の樹脂量が２０重量％（３０重量％）未満であると、樹脂量が少なすぎて良好なシャフトを製造できないおそれがあり、５０重量％（６０重量％）を超えると、シャフトが同重量の場合には十分な捩れ剛性が発現されないおそれがある。

図示例の複数層セットプリプレグ３０の巻回数は「２」であるが、強化繊維及び熱硬化性樹脂の物性その他を勘案し、シャフトに要求される性能に基づいて、「２」以上とすることができる。

（実施形態２）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るゴルフクラブシャフト４０の模式断面図である。この実施形態は、図１ないし図４で説明した２回巻きの複数層セットプリプレグ３０を２つ設け（捩り剛性保持層２０を２層設け）、かつ、その巻回方向を互いに逆にしたものである（一方が右回りなら他方は左回り）。このように構成されたゴルフクラブシャフト４０によれば、巻回による方向性をなくし、さらに、円周方向の層間の変形及びずれをより確実に防止することができる。すなわち、捩り剛性保持層２０の周方向の均一度が増し、強度が高まるとともに、外観上の見栄えも良くなる。

（実施形態３）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るゴルフクラブシャフト５０の模式断面図である。この実施形態では、平織織物（二軸織物）に熱硬化性樹脂を含浸させた平織織物（二軸織物）プリプレグ４１とＵＤプリプレグ３２を積層した複数層セットプリプレグ６０を用意し、この複数層セットプリプレグ６０を、図１で説明した複数層セットプリプレグ３０の上に２回連続して、かつ複数層セットプリプレグ３０とは逆向きに巻回している。

図７、図８は、平織織物プリプレグ４１に含まれる平織織物４の概念図である。平織織物４は、互いに直交する緯糸４ａと経糸４ｂを織った構造であり、シャフトの長手方向に対して緯糸４ａと経糸４ｂがそれぞれ理想的には４５°をなすように巻回されている。マンドレルは円錐状であるため、巻回態様によっては緯糸４ａ、経糸４ｂとシャフト長手方向とのなす角度が４５°から若干外れることがあるが、緯糸４ａと経糸４ｂのなす角度は９０°であるため、安定している。

以上の実施形態の三軸織物プリプレグ３１または平織織物プリプレグ４１に代えて、四軸織物に熱硬化性樹脂を含浸させた四軸織物プリプレグを用いてもよい。図９は、四軸織物プリプレグに含まれる四軸織物５を示すもので、シャフト長手方向と平行な縦軸糸５ａと、この縦軸糸５ａに直交する横軸糸５ｂと、縦軸糸５ａと横軸糸５ｂに対して対称な角度（例えば４５°と−４５°）で斜交する斜交軸糸５ｃ及び５ｄとを有し、これらの縦軸糸５ａ、横軸糸５ｂ、斜交軸糸５ｃ、５ｄが交互に糸の上下を通り織られた構造になっている。縦軸糸５ａ、横軸糸５ｂ、斜交軸糸５ｃ、５ｄの間には、五角形の空隙５Ｐが形成されている。このような四軸織物５を未硬化熱硬化性樹脂に含浸させることにより四軸織物プリプレグとなる。尚、縦軸糸５ａ（横軸糸５ｂ）と斜交軸糸５ｃ（５ｄ）が斜交する角度は限定されない。

以上の実施形態では、複数層セットプリプレグを三軸織物プリプレグとＵＤプリプレグの組み合わせ、平織織物プリプレグとＵＤプリプレグの組み合わせ、または四軸織物プリプレグとＵＤプリプレグの組み合わせから構成したが、これらの組み合わせは一例であり、本発明は、基本的に、複数層セットプリプレグ中の複数のプリプレグ中に互いに異なる方向の強化繊維が含まれていればよい。可能なプリプレグの組み合わせの例を表１に示す。

いずれの組み合わせで複数層セットプリプレグを構成しても、各プリプレグを別個の層として巻回した場合と比較して、使用するプリプレグは全く同一でありながら、各プリプレグが有する等方性の単純な足し合わせを飛躍的に超えた高い等方性が発現される。また、内外に隣接するプリプレグが互いに押さえ合って移動を規制する結果、層間のずれ（繊維間のずれ）を抑えることができ、捩り剛性を高めることができる。

さらに、複数層セットプリプレグに、繊維方向をシャフトの長手方向と平行をなす０°層のＵＤプリプレグ、及び繊維方向をシャフトの長手方向と直交する方向に向けた９０°層のＵＤプリプレグを含ませることにより、捩り剛性保持層に、圧縮（潰れ）と曲げに対する剛性を持たせることも可能である。

以上の実施形態では、下層（内側）から順に、圧縮剛性保持層１１、捩り剛性保持層２０、曲げ剛性保持層１２及び化粧層１３を配置しているが、これら各層の上下（内外）関係には自由度がある。例えば、圧縮剛性保持層１１と捩り剛性保持層２０の配置を入れ替えて、下層（内側）から順に、捩り剛性保持層２０、圧縮剛性保持層１１、曲げ剛性保持層１２及び化粧層１３を配置してもよい。

１０４０５０ゴルフクラブシャフト
１１圧縮剛性（潰れ剛性）保持層
１２曲げ剛性保持層
１３化粧層（研磨層、曲げ剛性保持層）
２０捩り剛性保持層
３０６０複数層セットプリプレグ
３１三軸織物プリプレグ
３２ＵＤプリプレグ
３２ａ３２ｂ傾斜ＵＤプリプレグ
３三軸織物
４１平織織物（二軸織物）プリプレグ
４平織織物（二軸織物）
５四軸織物

Claims

シャフトの長手方向に対して斜交する強化繊維を備えた熱硬化性樹脂の捩り剛性保持層を有するゴルフクラブシャフトにおいて、
上記捩り剛性保持層が、繊維方向を一方向に揃えた強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた３層のＵＤプリプレグをセットにした３層セットプリプレグを含むこと、
上記３層セットプリプレグ中の各ＵＤプリプレグには、互いに異なる方向の強化繊維が含まれていること、
上記３層セットプリプレグは、繊維方向がシャフト長手方向に対して直交するＵＤプリプレグと、繊維方向がシャフト長手方向に対して対称をなす一対の傾斜ＵＤプリプレグとからなること、及び
上記３層セットプリプレグは、上記３層のＵＤプリプレグを重ねた状態で連続させて２回以上巻回されていること、を特徴とするゴルフクラブシャフト。
シャフトの長手方向に対して斜交する強化繊維を備えた熱硬化性樹脂の捩り剛性保持層を有するゴルフクラブシャフトにおいて、
上記捩り剛性保持層が、繊維方向を一方向に揃えた強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた３層のＵＤプリプレグをセットにした３層セットプリプレグを含むこと、
上記３層セットプリプレグ中の各ＵＤプリプレグには、互いに異なる方向の強化繊維が含まれていること、
上記３層セットプリプレグは、繊維方向がシャフト長手方向と平行をなすＵＤプリプレグと、繊維方向がシャフト長手方向に対して対称をなす一対の傾斜ＵＤプリプレグとからなること、及び
上記３層セットプリプレグは、上記３層のＵＤプリプレグを重ねた状態で連続させて２回以上巻回されていること、を特徴とするゴルフクラブシャフト。
請求項１または２記載のゴルフクラブシャフトにクラブヘッド及びグリップを装着したゴルフクラブ。