JP6559796B2 - スポーツ用ファイバ強化複合品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
a)プレプレグでできた第1繊維層を提供する工程と、
b)第1プレプレグ繊維層を、長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブを形成する工程であって、第1繊維層は、長さ方向の±10°内で配向されるように長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、配向構造繊維は、長さ方向に沿って細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
c)プレプレグでできた第2繊維層を提供する工程と、
d)第2繊維層を第1繊維層に重ねて長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブ状の多層壁を持つ細長いチューブを形成する工程であって、第2繊維層は、長さ方向の±10°内で配向されるように長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、配向構造繊維は、長さ方向に沿って細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
e)細長いチューブを加熱及び/又は加圧し、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを形成する工程とを含む、方法を提供する。
12 第1プライ
14 第2プライ
16 第3プライ16
20 チューブ状マンドレル
104 第1方向に配向された繊維
204 第2方向に配向された繊維
206 第1プライ
208 第2プライ
Claims (70)
- 繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを含むスポーツ用品において、
前記細長いチューブ状シャフトは長さ方向を有し、前記シャフトは多層であり、少なくとも二つの繊維層を含み、これらの繊維層の各々は、前記長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けられて前記細長いチューブ状シャフトを形成し、
前記螺旋状の巻き付けは、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して10°乃至45°だけ傾斜する螺旋方向に沿って行なわれ、
各繊維層は、前記長さ方向の±5°内に配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、前記配向構造繊維は前記長さ方向に沿って前記細長いチューブ状シャフトの長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブ状シャフトに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、スポーツ用品。 - 各繊維層は前記巻き付け方向に螺旋状に巻き付けられており、各螺旋巻の前記構造繊維は、長さで隣接した螺旋巻の前記構造繊維と少なくとも部分的に重なる、請求項1に記載のスポーツ用品。
- 各螺旋巻の前記構造繊維は、長さ方向で隣接した螺旋巻の前記構造繊維の長さと少なくとも部分的に5%乃至90%重なっている、請求項2に記載のスポーツ用品。
- 各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度は、前記シャフトの前記長さに沿って変化する、請求項2又は3に記載のスポーツ用品。
- 各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に連続的に増大する、請求項4に記載のスポーツ用品。
- 各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項5に記載のスポーツ用品。
- 前記螺旋巻の螺旋方向に対して垂直方向の幅は、10mm乃至140mmである、請求項1乃至6のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記螺旋巻の前記螺旋方向に対して垂直方向の幅は、前記シャフトの前記長さに沿って変化する、請求項7に記載のスポーツ用品。
- 前記螺旋巻の前記螺旋方向に対して垂直方向の幅は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に連続的に増大する、請求項8に記載のスポーツ用品。
- 前記螺旋巻の前記螺旋方向に対して垂直方向の幅は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項9に記載のスポーツ用品。
- 前記細長いチューブ状シャフトは、実質的に円錐形の細長い外面及び実質的に円錐形の細長い内面を有する、請求項1乃至10のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記実質的に円錐形の細長い外面及び前記実質的に円錐形の細長い内面は、前記長さ方向に対して異なるそれぞれの傾斜角度で傾斜している、請求項11に記載のスポーツ用品。
- 前記実質的に円錐形の細長い外面の前記傾斜角度は、前記実質的に円錐形の細長い内面の傾斜角度よりも小さく、各傾斜角度は、前記長さ方向に対する角度であり、これにより前記細長いチューブ状シャフトの壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの長さに沿って前記円錐形の細長い外面の直径の増大と相まって減少する、請求項12に記載のスポーツ用品。
- 前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記円錐形の細長い外面の直径の増大に従って実質的に連続的に減少する、請求項13に記載のスポーツ用品。
- 前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記円錐形の細長い外面の直径の増大に従って実質的に直線的に減少する、請求項14に記載のスポーツ用品。
- 前記細長いチューブ状シャフトの長さ方向撓み剛性は、前記長さ方向と一致する軸線に対して任意の回転角度で前記長さ方向に対して垂直な計測方向で計測した場合に実質的に均等である、請求項1乃至15のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記長さ方向撓み剛性の変化は、前記長さ方向と一致する軸線に対して任意の回転角度で前記長さ方向に対して垂直な計測方向で計測した場合、±0.5%よりも小さい、請求項16に記載のスポーツ用品。
- 前記螺旋巻は、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して10°乃至35°、または15°乃至25°の角度である前記螺旋方向に沿っている、請求項1乃至17のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記螺旋方向の角度は、前記チューブ状シャフトの前記長さに沿って一定である、請求項18に記載のスポーツ用品。
- 前記繊維層のうちの少なくとも二つの繊維層は、逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の巻付け角度で螺旋状に巻き付けられている、請求項1乃至19のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 交互の繊維層が逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の螺旋巻角度で、螺旋状に巻き付けられている、請求項20に記載のスポーツ用品。
- 前記構造繊維は、前記細長いチューブ状シャフトの実質的に前記全長に沿って前記長さに沿って不連続に整合している、請求項1乃至21のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記長さ方向に沿って整合した前記細長いチューブ状シャフトの前記繊維は全て不連続繊維であり、これらの繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項1乃至22のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記長さ方向に沿って整合した前記構造繊維は、前記長さ方向に沿って、20mm乃至100mmの所定の長さを有する、請求項1乃至23のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記細長いチューブ状シャフトの前記構造繊維は全て不連続繊維であり、これらの繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項1乃至24のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記繊維層の少なくとも二つは、全て繊維層であり、これらの繊維層の各々は、更に、前記長さ方向を中心として螺旋状に巻き付けられた複数の螺旋構造繊維をそれぞれ含み、前記螺旋構造繊維の前記長さ方向の所定の長さは、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さよりも小さく、前記細長いチューブ状シャフトに沿って順次配向された不連続の螺旋構造繊維を形成する、請求項1乃至25のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記繊維層の少なくとも二つ、前記繊維層の全ての各々が、それぞれ第1及び第2の隣接プライでできており、前記第1プライは、それぞれの繊維層の実質的に長さ方向に配向された構造繊維を含み、前記第2プライは、それぞれの繊維層の螺旋構造繊維を含む、請求項26に記載のスポーツ用品。
- 前記繊維層の少なくとも二つ、前記繊維層の全ての各々が、それぞれ、前記第1及び第2の隣接プライを含む螺旋状に巻いたテープを含む、請求項27に記載のスポーツ用品。
- 前記螺旋構造繊維は、前記長さ方向を中心として前記長さ方向に対して+45°の角度で螺旋状に巻き付けられている、請求項26、27、又は28に記載のスポーツ用品。
- 前記シャフトは、前記実質的に長さ方向に配向された構造繊維が40重量%乃至80重量%、及び前記螺旋構造繊維が20重量%乃至60重量%であり、各重量%は、前記構造繊維の総重量に基づく、請求項26乃至29のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記細長いチューブ状シャフトの長さは、300mm乃至1500mmである、請求項1乃至30のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記繊維層は、前記巻き付け方向に5回乃至50回螺旋状に巻き付けられており、前記細長いチューブ状シャフトを形成する、請求項1乃至31のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記配向構造繊維は、前記長さ方向の±2°内で配向されるように前記長さ方向に従って実質的に整合している、請求項1乃至32のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記構造繊維はカーボンファイバを含む、又はカーボンファイバでできている、請求項1乃至33のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記細長いチューブ状シャフトはゴルフクラブシャフトである、請求項1乃至34のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記シャフトは実質的に円錐形であり、ハンドル端とヘッド端との間を延び、前記シャフトの直径は、ハンドル端がヘッド端よりも大きい、請求項35に記載のスポーツ用品。
- 重量が45g乃至65gであり、前記シャフトを撓ませた後、前記長さ方向と一致する軸線に対して360°の角度を中心とした任意の回転角度で、前記長さ方向に対して垂直方向に撓み方向に解放したときの毎分230回乃至300回のサイクルによって定義される可撓性を有する、請求項1乃至36のうちのいずれか一項に記載のスポーツ用品。
- 前記可撓性の変化は、前記長さ方向と一致する軸線に対して360°の角度を中心とした任意の回転角度で毎分5サイクル以下である、請求項37に記載のスポーツ用品。
- 前記シャフトは、2°乃至5°のトルクを有し、前記トルクは、前記シャフトの第2端をクランプした状態で前記シャフトの第1端に1.3558Nm(1フットポンド)のトルクを加えることによって計測される、請求項38に記載のスポーツ用品。
- 繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた、スポーツ用品の製造に適した細長いチューブ状シャフトの製造方法において、
a)プレプレグでできた第1繊維層を提供する工程と、
b)前記第1プレプレグ繊維層を、長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブを形成する工程であって、前記螺旋状の巻き付けは、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して10°乃至45°だけ傾斜する螺旋方向に沿って行なわれ、前記第1繊維層は、前記長さ方向の±5°内で配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、前記配向構造繊維は、前記長さ方向に沿って前記細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
c)プレプレグでできた第2繊維層を提供する工程と、
d)前記第2繊維層を前記第1繊維層に重ねて前記長さ方向に沿って延びる巻き付け方向に螺旋状に巻き付けて細長いチューブ状の多層壁を持つ細長いチューブを形成する工程であって、前記螺旋状の巻き付けは、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して10°乃至45°だけ傾斜する螺旋方向に沿って行なわれ、前記第2繊維層は、前記長さ方向の±5°内で配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合した複数の配向構造繊維を含み、前記配向構造繊維は、前記長さ方向に沿って前記細長いチューブの長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブに沿って順次配向された不連続構造繊維を形成する、工程と、
e)前記細長いチューブを加熱及び/又は加圧し、繊維強化樹脂マトリックス複合材料でできた細長いチューブ状シャフトを形成する工程とを含む、方法。 - 前記工程b)及びd)において、各繊維層において各螺旋巻の構造繊維が長さ方向で隣接した螺旋巻の構造繊維と少なくとも部分的に重なるように、各繊維層が前記巻き付け方向にそれぞれ螺旋状に巻き付けられる、請求項40に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、各繊維層において各螺旋巻の構造繊維が長さ方向で隣接した螺旋巻の構造繊維の長さの5%乃至90%少なくとも部分的に重なるように、各繊維層が前記巻き付け方向にそれぞれ螺旋状に巻き付けられる、請求項41に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、各繊維層は、各繊維層において各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度が前記シャフトの前記長さに沿って変化するように前記巻き付け方向にそれぞれ螺旋状に巻き付けられている、請求項41又は42に記載の方法。
- 各繊維層において、各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度が、前記シャフトの前記長さに沿って連続的に大幅に増大する、請求項43に記載の方法。
- 各繊維層において、各螺旋巻の前記構造繊維間の重なりの程度が、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項44に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、10mm乃至140mmである、請求項40乃至45のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、前記シャフトの前記長さに沿って変化する、請求項46に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、前記シャフトの前記長さに沿って連続的に大幅に増大する、請求項47に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、それぞれの螺旋巻の螺旋方向に対して垂直な幅は、前記シャフトの前記長さに沿って実質的に直線的に増大する、請求項48に記載の方法。
- 前記工程e)は、前記工程e)で形成された前記細長いチューブ状シャフトが細長い実質的に円錐形の外面及び細長い実質的に円錐形の内面を持つように実行される、請求項41乃至49のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記細長い実質的に円錐形の外面及び前記細長い実質的に円錐形の内面は、前記長さ方向に対して様々なそれぞれの傾斜角度で傾斜している、請求項50に記載の方法。
- 前記細長い実質的に円錐形の外面の前記傾斜角度は、前記細長い実質的に円錐形の内面の前記傾斜角度よりも小さく、各傾斜角度は前記長さ方向に対する角度であり、これによって、前記細長いチューブ状シャフトの壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの長さに沿った前記細長い円錐形の外面の直径の増大と相まって減少する、請求項51に記載の方法。
- 前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記細長い円錐形の外面の直径の増大に従って実質的に連続的に減少する、請求項52に記載の方法。
- 前記細長いチューブ状シャフトの前記壁厚は、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さに沿った前記細長い円錐形の外面の直径の増大に従って実質的に直線的に減少する、請求項53に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、前記螺旋巻は、前記長さ方向に対して垂直な平面に対して10°乃至35°、または15°乃至25の角度である前記螺旋方向に沿っている、請求項40乃至54のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記螺旋方向の前記角度は、前記チューブ状シャフトの長さに沿って一定である、請求項55に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、少なくとも二つの繊維層が逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の螺旋巻角度で螺旋状に巻き付けてある、請求項40乃至56のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、交互の繊維層が逆の回転螺旋方向に、等しく且つ逆の螺旋巻角度で螺旋状に巻き付けてある、請求項57に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、前記構造繊維は、前記長さ方向に沿って前記細長いチューブ状シャフトのほぼ全長に沿って不連続に整合している、請求項40乃至58のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、前記長さ方向に沿って整合した前記細長いチューブ状シャフトの前記繊維の全てが不連続繊維であり、これらの不連続繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項40乃至59のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、前記長さ方向に沿って整合した前記構造繊維の長さは、前記長さ方向に沿って20mm乃至100mmの所定の長さを有する、請求項40乃至60のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、前記細長いチューブ状シャフトの前記構造繊維は不連続繊維でありこれらの不連続繊維の各々は、前記細長いチューブ状シャフトの一部のみに沿ってそれぞれ延びている、請求項40乃至61のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、少なくとも二つの繊維層、任意には全ての繊維層の各々は、更に、前記長さ方向を中心として螺旋状に巻き付けた螺旋構造繊維をそれぞれ含み、前記螺旋構造繊維は、長さ方向で、前記細長いチューブ状シャフトの前記長さよりも小さい所定の長さを有し、前記細長いチューブ状シャフトに沿って順次配向された不連続の螺旋構造繊維を形成する、請求項40乃至62のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、少なくとも二つの繊維層、全ての繊維層はそれぞれプレプレグで形成されており、各プレプレグは、第1及び第2の隣接プライをそれぞれ含み、前記第1プライは、前記それぞれの繊維層の前記実質的に長さ方向に配向された構造繊維でできており、前記第2プライは、前記それぞれの繊維層の前記螺旋構造繊維でできている、請求項63に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、少なくとも二つの繊維層、全ての繊維層の各々は、それぞれ、前記第1及び第2の隣接プライを形成する螺旋状に巻き付けたプレプレグテープでできている、請求項64に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、前記螺旋構造繊維は、前記長さ方向を中心として、前記長さ方向に対して±45°の角度で螺旋状に巻き付けられている、請求項63、64、及び65のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)は、細長いチューブ状多層壁の40重量%乃至80重量%が実質的に長さ方向に配向された構造繊維でできており、20重量%乃至60重量%が前記螺旋構造繊維でできているように行われ、各重量%は、前記構造繊維の総重量に基づく、請求項63乃至66のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)は、細長いチューブ状多層壁が300mm乃至1500mmの所定長さを持つように行われる、請求項40乃至67のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)の各々は、それぞれの繊維層が前記巻き付け方向を中心として5回乃至50回螺旋状に巻き付けられている、請求項40乃至68のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程b)及びd)において、前記配向構造繊維は、前記長さ方向の±2°内で配向されるように前記長さ方向に沿って実質的に整合している、請求項40乃至69のうちのいずれか一項に記載の方法。
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