JPH06198808A

JPH06198808A - Ｆｒｐ製パイプ

Info

Publication number: JPH06198808A
Application number: JP4359921A
Authority: JP
Inventors: Kanji Miyao; 巻治宮尾; Makoto Takezawa; 誠竹澤
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1994-07-19

Abstract

(57)【要約】【目的】繊維強化樹脂複合パイプ製品に金属箔を複合
化し、樹脂と金属箔の接着強度の低さを改善する。【構成】主面に対しほぼ直角の壁面を持つ孔を多数形
成した有孔金属箔を用い、１以上の繊維強化樹脂層を巻
回積層して成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化プラスチック
（ＦＲＰ）製パイプに係り、とりわけゴルフクラブシャ
フト、スキーストック用シャフト、釣り竿シャフト等に
好適なＦＲＰ製パイプに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ゴルフクラブシャフトの場合、
近年、軽量で且つ機械的強度が高いという理由から、例
えば強化繊維として炭素繊維を使用した炭素繊維強化複
合樹脂にて作製されたものが多く利用されており、良好
な成果を収めている。斯る従来のゴルフクラブシャフト
は、複数層の炭素繊維強化複合樹脂層などから構成され
るが、所定の形状寸法に裁断した炭素繊維強化プリプレ
グを所定枚数だけマンドレルに巻き付け、硬化すること
によって形成される。このとき、捩り及び曲げ性能を向
上せしめるために、炭素繊維強化プリプレグとしては、
炭素繊維がゴルフクラブシャフトの軸線に対して互に反
対方向に角度（θ）（通常、θ＝３５゜〜４５゜）だけ
傾斜するように配列されたプリプレグ（アングル層）
と、炭素繊維がゴルフクラブシャフトの軸線に対して平
行（θ＝０゜）に配列されたプリプレグ（ストレート
層）とが使用され、基本的には、ゴルフクラブシャフト
の内側層にプリプレグ（アングル層）が、外側層にプリ
プレグ（ストレート層）が使用されることが多い。

【０００３】このような構成のゴルフクラブシャフトに
おいても、更に、強度及び弾性率の点で、或は、使用時
の感触の点で改良が望まれており、斯る要望に応えるべ
く、炭素繊維の間に、炭素繊維とは異なる例えばボロン
繊維、チタン繊維、アモルファス繊維、ステンレススチ
ール繊維、ガラス繊維、種々の有機繊維などの異種繊維
を配列したハイブリッドプリプレグを用いることが提案
され、そのための研究が盛んに行われている。本発明者
らは、この目的のためのハイブリッドプリプレグを提案
した（特願平１−３４２４４１号）。

【０００４】このようなハイブリッドプリプレグは簡単
に製造し得て、機械的強度の向上及び感触の改善を達成
し得る。最近においては、更に、折損防止及び飛距離の
増大などのために、引張強度、圧縮強度及び弾性率、更
には、粘りなどのような機械的特性の向上が希求されて
おり、又、使用時の感触（打球感）、特に従来の金属シ
ャフトが有する感触が強く望まれており、なお一層の改
良が希求されている。

【０００５】この目的のために、強化繊維中にマトリッ
クス樹脂が含浸された繊維強化複合樹脂層の一側に金属
箔層が積層された繊維強化プリプレグが提案されている
（例えば、特開昭６１−１４８０４５号公報参照）。こ
のような繊維強化プリプレグは、圧縮強度、衝撃強度及
び捩り破壊強度などに優れ、特に、これらプリプレグに
てゴルフクラブシャフトを製作した場合には従来の金属
シャフトが有する感触を達成し得ることが分かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属箔
層を有した繊維強化プリプレグを使用して、ゴルフクラ
ブシャフトを製造した場合に、金属箔は樹脂との親和性
に欠け、接着強度が低いため、強打などの衝撃やすべり
力（ズレ応力）が加わると、樹脂と金属箔の間で剥離が
生じる欠点があるため、実用化には問題があることが見
い出された。

【０００７】上記はゴルフクラブシャフトについて説明
したが、その他のスキーストック用シャフトや釣り竿シ
ャフト等の場合にも、用途に応じてアングル層の角度や
アングル層及び／又はストレート層との組み合せの細部
は異なるが、ゴルフクラブシャフトの場合と基本的に同
じ構造であり、金属箔を複合化する場合には上記と同様
の効果と問題点がある。

【０００８】そこで、本発明は、複合化する金属箔と樹
脂の間の剥離を防止して圧縮強度、衝撃強度、捩り破壊
強度等の信頼性を高め、しかも美感的にも優れることの
できる、ゴルフクラブシャフトなどに用いる繊維強化樹
脂製パイプを提供することを目的とする。

【０００９】

【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、１以上の繊維強化樹脂層を巻回積層して
形成されたパイプにおいて、該繊維強化樹脂層の間、最
外層及び／又は最内層に少なくとも１層の金属箔層を含
み、該金属箔が主面に対しほぼ直角の壁面を持つ孔を多
数形成した有孔金属箔であることを特徴とするパイプを
提供する。

【００１０】金属箔を多数のパンチ孔を形成した金属箔
にすることにより、金属箔の表面積が大きくなると共
に、樹脂が金属箔の孔を介して一体化して金属箔と絡ま
った構造を形成して、金属箔と樹脂の間の剥離が防止さ
れる。また、金属箔に多数の孔があるので、プリプレグ
の成形硬化時に気泡が抜け易いことも大きな利点であ
る。

【００１１】本発明の有孔金属箔はパンチングメタルと
呼ばれるもので、金属箔にパンチングして孔を穿孔した
ものである。パンチ孔の形状、寸法、数、配置等は、金
属箔の性質の保持と樹脂との接着強度の向上とのかね合
いから適宜選択すべきであるが、一般的には、比較的小
さい孔を多数形成して実質的な量の空隙を形成するよう
にすればよく、孔の形状、配置等はあまり重要ではな
い。

【００１２】パンチ孔の寸法としては直径１mm〜８mmが
よく、より好ましくは直径１．５mm〜４mmがよく、また
パンチ孔の合計の空隙率は一般に１０〜８０％、好まし
くは２０〜６０％、特に好ましくは３０〜４０％であ
る。図１にこのようなパンチ孔を形成した例を示す。１
０が有孔金属箔、１１が金属箔、１２がパンチ孔である
金属箔の厚みは、プリプレグとして複合した後の成形の
し易さ等から１００μｍ以下、好ましくは２０〜８０μ
ｍ、特に３０〜６０μｍが好ましい。しかし、表面材と
して使用する目的では、１００〜２００μｍの如くさら
に厚いものも使用される。

【００１３】金属箔として使用できる材質は特に限定さ
れず、例えば、チタン、ステンレス鋼、高強度スチー
ル、鉄、銅、ニッケル、ニクロム、アルミニウム、錫、
鉛、マグネシウム、金、銀、白金など、あるいはこれら
の合金のいずれでもよい。このような有孔金属箔の製造
は簡単で常法によりパンチ孔を形成すればよい。また、
このような有孔金属箔は、繊維強化複合樹脂層或は樹脂
層との接着性を向上させるために、その表面を機械的
に、或は化学的に処理することが可能である。特に、脱
脂処理を行なった後、クロム酸塩系処理或はリン酸塩系
処理を行ない、クロメート層、又はリン酸亜鉛或はリン
酸鉄などの化成処理膜を箔状エキスパンドメタル表面に
形成させることが好ましい。又更に、高温の窒素雰囲気
下による表面硬化処理も有効である。

【００１４】このような有孔金属箔を繊維強化樹脂製パ
イプに複合化するには、一般的には、有孔金属箔を含む
プリプレグを作製し、これを強化繊維プリプレグと組合
せて成形硬化させる。有孔金属箔を含むプリプレグとし
ては、有孔金属箔の少なくとも一側に、強化繊維中にマ
トリックス樹脂を含浸した繊維強化複合樹脂層又は強化
繊維を含まない樹脂層を配置したものを用いることがで
きる。

【００１５】図２に、強化繊維２１にマトリックス樹脂
２２を含浸した繊維強化複合樹脂層２３を、有孔金属箔
２４の一側に積層したプリプレグ２０を示す。この様な
構成の有孔金属箔を含むプリプレグ２０は、任意の方法
にて製造し得るが、一般に、前記繊維強化複合樹脂層２
３として、先ず強化繊維２１にマトリックス樹脂２２を
含浸させてプリプレグを製造し、その後、該プリプレグ
２３の一側面に、有孔金属箔２４を、例えばホットプレ
スなどにて押付けることにより貼着（積層）して製造す
るのが好適である。あるいは、上記同様に、繊維強化複
合樹脂層２３のプリプレグを製造し、また有孔金属箔２
４の片面又は両面に樹脂層を形成してこれらを積層（プ
レス間で押圧）して一体化してもよい。これらの積層は
加熱下で行なうが、成形硬化時よりも低い温度で短時間
に行なわれる。こうして積層されるとき、樹脂は有孔金
属箔の他面側に浸出してもよい。

【００１６】図２に示す例では、有孔金属箔２４の一側
にのみ繊維強化複合樹脂層２３を配置したが、図３に示
すように、有孔金属箔２４の両側に、繊維強化複合樹脂
層２３，２３を配置することもできる。なお、本発明の
プリプレグを表面材として使用する場合に表面削り代と
して使用する目的その他のためには、特に、図２，３の
強化繊維２１として透明なガラス繊維やアルミナ繊維を
用いてプリプレグが形成される。

【００１７】また、図２、図３では樹脂を強化繊維に含
浸した複合樹脂層を用いたプリプレグの例であるが、こ
れらの層に代えて強化繊維を有しない単なる樹脂層２５
を用いてもよい（図４）。この場合の樹脂層の厚みは２
０〜１００μｍ程度が好ましい。上記の有孔金属箔を含
むプリプレグあるいは多孔金属箔を含まない通常のプリ
プレグを構成する強化繊維及び樹脂としては次のような
ものが使用される。

【００１８】強化繊維は、炭素繊維、ボロン繊維、ガラ
ス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維な
どの無機繊維；アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポ
リエチレン繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維；或
は、チタン繊維、アモルファス繊維、ステンレススチー
ル繊維などの金属繊維から選択される１種を用いて、或
は、複数種の強化繊維からなるハイブリッドの形態にて
使用することができる。又、強化繊維は、一方向に整列
して配置することもでき、又、クロス（織布）の状態で
使用することもできる。

【００１９】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、ポリウレタン樹脂、ジア
リルフタレート樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性マ
トリックス樹脂が使用可能である。又、更に、硬化温度
が５０〜２００℃となるように硬化剤その他の付与剤、
例えば可撓性付与剤などが適当に添加される。好ましい
一例を挙げれば、マトリックス樹脂としてはエポキシ樹
脂が好ましく、使用可能なエポキシ樹脂としては、例え
ば、（１）グリシジルエーテル系エポキシ樹脂（ビスフ
ェノールＡ，Ｆ，Ｓ系エポキシ樹脂、ノボラック系エポ
キシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂）、
（２）環式脂肪族エポキシ樹脂、（３）グリシジルエス
テル系エポキシ樹脂、（４）グリシジルアミン系エポキ
シ樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、
トリグリシジル−ｐ−アミノフェノールなど、（５）複
素環式エポキシ樹脂、その他種々のエポキシ樹脂から選
択される１種又は複数種が使用され、特に、ビスフェノ
ールＡ，Ｆ，Ｓグリシジルアミン系エポキシ樹脂が好適
に使用される。又、硬化剤としてはアミン系硬化剤、例
えばジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）、ジアミノジフェニ
ルスルフォン（ＤＤＳ）、ジアミノジフェニルメタン
（ＤＤＭ）；酸無水物系、例えばヘキサヒドロ無水フタ
ル酸（ＨＨＰＡ）、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸
（ＭＨＨＰＡ）などが使用されるが、特にアミン系硬化
剤が好適に使用される。

【００２０】なお、本発明の繊維強化複合樹脂層２３に
おける強化繊維及びマトリックス樹脂の配合割合は、通
常のプリプレグと同様に、任意に調整し得る。従って、
本発明に従えば、繊維強化複合樹脂層２３の厚さは、通
常３０〜２００μｍ程度、好ましくは５０〜１５０μｍ
とされるであろう。上記のようなプリプレグからパイプ
を製造する方法は常法に従うことができるが、一般的に
は、マンドレルに１層又はそれ以上のプリプレグを巻回
積層し、加熱保持してマトリックス樹脂を硬化させて製
造する。用いるプリプレグの種類、その組合せ（積層）
は任意であり、用途に応じて適宜選択されるが、本発明
では、パイプ中間層、最外層及び最内層のうち少なくと
も１層として有孔金属箔を含むようにするものである。
有孔金属箔の層数は金属箔を複合化して得ようとする特
性に依存し、金属の延性（靱性）、振動減衰特性などを
得るためには複数層にされる場合も多いが、美感目的で
あれば最外層だけでもよい。

【００２１】次に、ゴルフクラブシャフト、スキースト
ック用シャフト、釣り竿を例として、具体的な構成例に
ついて説明する。図５はゴルフクラブシャフトの場合を
示すが、マンドレル１００に対し、炭素繊維（強化繊
維）がゴルフクラブシャフトの軸線に対し互に反対方向
に角度（θ）（通常、θ＝３５゜〜４５゜）だけ傾斜す
るように配列したプリプレグ１０１（１０１Ａ，１０１
Ｂ）と、ゴルフクラブシャフトの軸線に対して平行（θ
＝０゜）に配列されたプリプレグ１０２を用い、図６に
示すように、ゴルフクラブシャフトの内側部にプリプレ
グ１０１によるアングル層１０１′、外層部にプリプレ
グ１０２によるストレート層１０２′を配置することが
多い。勿論、アングル層１０１′、ストレート層１０
２′はいずれも単層のプリプレグ層１０１及びプリプレ
グ１０２にもとづく必要はなく、複数層から形成されて
もよい。また、積層に当っては、任意の１又は２以上の
層を何回も巻回して使用されることができることは勿論
である。

【００２２】スキーストック用シャフトの場合も、プリ
プレグ１０１とプリプレグ１０２が用いられるが、プリ
プレグ１０１のθは２５゜〜９０゜の範囲のものが使用
され、シャフトの構成としては、基本的には図７に示す
如く、シャフトの内側層及び外側層としてプリプレグ１
０２による層、中間層としてプリプレグ１０１による層
が配置されるが、中間アングル層は省略されることもあ
る。この場合も、任意の１又は２以上の層を繰り返し巻
回した構造とすることができる。

【００２３】また、釣り竿の場合、曲げ作用が働くの
で、一般に炭素繊維が釣り竿の軸線に対して平行な一方
向プリプレグ１０２が使用されるが、潰れに対する強度
を向上するために、図８に示す如く、炭素繊維クロスを
強化繊維としたクロスプリプレグ１０３（図８
（ア））、あるいは炭素繊維が釣り竿の軸線に対して９
０゜方向に配列されたプリプレグ１０４（図８（ロ））
を追加し、この場合、図９に示す如く、内側層としてプ
リプレグ１０２にもとづくストレート層１０２′を、外
側層としてクロスプリプレグ１０３又はプリプレグ１０
４にもとづくクロス層１０３′又は９０゜層１０４′が
形成される場合が多い。

【００２４】なお、これらのゴルフクラブシャフト、ス
キーストック用シャフト、釣り竿などにおいて、パイプ
は断面寸法の同じパイプのみならず、テーパ状のパイ
プ、さらには段差部を含む複雑形状のパイプなど各種の
形態がありうる。そして、本発明のパイプは、前記の如
く、このようなパイプにおいて、中間層、外側層、内側
層の少なくともいずれかに少なくとも１層の有孔金属箔
層が含められるものである。

【００２５】

【作用】金属箔を有孔化したことにより、樹脂と金属箔
の間の接着強度が向上し、炭素繊維等の繊維強化樹脂複
合体に複合化して、複合体に金属的性質を持たせかつ剥
離がなく信頼性の高い製品になった。

【００２６】

【実施例】実施例１強化繊維２１として繊維径が７．０μｍとされるＰＡＮ
系の炭素繊維（東レ株式会社製：商品名「Ｔ−３０
０」）を使用し、マトリックス樹脂２２はエポキシ樹脂
を使用して、図３に示す構成の繊維強化複合樹脂層２３
を作製した。又、該繊維強化複合樹脂層２３におけるマ
トリックス樹脂２２の含有量は３５重量％であった。

【００２７】次いで、繊維強化複合樹脂層２３に厚さ
（Ｔ₂）が５０μｍの有孔金属箔２４をプレスにて押圧
して１００℃で瞬間的に貼着し、図２に示す構成の本発
明の繊維強化プリプレグ２０を作製した。この有孔金属
箔２４は竹内金属箔工業（株）より「パンチングメタ
ル」として市販のもので、図１に示す構造を有し、材質
はステンレス、膜厚５０μｍ、孔径２mmの丸孔を２mmの
ピッチで形成したもので、空隙率は３９％の程度であっ
た。

【００２８】図１０に示すように、このような有効金属
箔を貼着したプリプレグを最外層に配置し、内側層とし
ては有孔金属箔を貼着しない以外上記と同じ炭素繊維強
化プリプレグを複数層用い、±４５°アングル層１０
１′、ストレート層１０２′、パンチングメタル層１０
５′からなる外径８．５〜１６mmのゴルフクラブシャフ
トを成形した。成形にはマンドレルを用い、外側からポ
リプロピレン製テープを巻いて、１３０℃に９０分間保
持して樹脂を硬化させた。

【００２９】比較のために、有孔金属箔２４の代わり
に、３０μｍ厚のステンレス箔を使用した以外は、実施
例１と同じ材料及び方法にて、繊維強化プリプレグを作
製し、ゴルフクラブシャフトを製造した。ゴルフクラブ
シャフトを落錘式衝撃試験機でシャフト破壊まで至らな
い重さであっても断面観察した結果、ステンレス箔の場
合は、ＣＦ層との剥離が数ヶ所発生したのに比べ、パン
チングメタルはシャフトの破壊迄剥離したケースは無か
った（５本のテスト）。

【００３０】実施例２図１１に示す構成のスキーストック用シャフトを作製し
た。内側に２層のストレート層１０２′と外側にパンチ
ングメタル層１０５′を積層し、巻回した。これらの層
１０２′，１０５′に用いた繊維強化樹脂層と多孔金属
箔は実施例１と同じものである。成形及び硬化も実施例
１と同じとした。

【００３１】こうして得られたシャフトは、パンチング
メタル層１０５′が最外層にあるため、デザイン上非常
に特長があり、不規則な模様が得られ、意匠的に優れて
いた。また、繊維強化樹脂層は外部からの削りに対して
弱く、キズが付き易いのに対し、ＳＵＳパンチングメタ
ルは硬くキズが付きにくい特長がある。スキーストック
はスキーエッジなどによって使用中に表面から削られる
可能性があるので、この耐摩耗性は利点である。

【００３２】実施例３図１２に示すように、内側から９０°層１０４′、スト
レート層１０２′、パンチングメタル層１０５′を積層
し、巻回し、実施例１と同様にして釣竿を作製した。実
施例２と同様に意匠的効果と耐摩耗性が得られた。釣竿
も船や磯で表面が削られる機会が多いので非常に有効で
ある。

【００３３】以上、ゴルフクラブシャフト、スキースト
ック用シャフト、釣り竿シャフトを例として説明した
が、その他ゴルフクラブフェース、自転車のフレームな
どにも本発明は有用である。

【００３４】

【発明の効果】本発明のプリプレグは、樹脂と金属箔と
の接着強度が改良される結果、炭素繊維等の繊維強化樹
脂複合パイプに複合化して、金属箔にもとづく靱性（破
壊モード）、振動減衰特性（使用感触）、美感などを向
上させながら、信頼性を低下させないので、スポーツ用
品、自転車のフレーム、種々の機械部品等への応用に極
めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる有孔金属箔の構造を示す模式図
である。

【図２】本発明のプリプレグの模式断面図である。

【図３】本発明のプリプレグの別の態様を示す模式断面
図である。

【図４】本発明のさらに別の態様を示す模式断面図であ
る。

【図５】マンドレルに巻回するアングルプリプレグ及び
ストレートプリプレグを示す図である。

【図６】ゴルフクラブシャフトの横断面図である。

【図７】スキーストック用シャフトの横断面図である。

【図８】クロスプリプレグ及び９０゜プリプレグを示す
図である。

【図９】釣り竿の横断面図である。

【図１０】実施例のゴルフクラブシャフトの横断面図で
ある。

【図１１】実施例のスキーストック用シャフトの横断面
図である。

【図１２】実施例の釣り竿の横断面図である。

【符号の説明】

２０…プリプレグ２１…強化繊維２２…マトリックス樹脂２３…繊維強化樹脂複合層２４…有孔金属箔２５…樹脂層１０１（１０１′）…プリプレグ（アングル層）１０２（１０２′）…プリプレグ（ストレート層）１０３（１０３′）…クロスプリプレグ（クロス層）１０４（１０４′）…プリプレグ（９０゜層）１０５（１０５′）…金属箔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１以上の繊維強化樹脂層を巻回積層して
形成されたパイプにおいて、該繊維強化樹脂層の間、最
外層及び／又は最内層に少なくとも１層の金属箔層を含
み、該金属箔が主面に対しほぼ直角の壁面を持つ孔を多
数形成した有孔金属箔であることを特徴とするパイプ。