JPH06179251A

JPH06179251A - Ｆｒｐ製パイプ

Info

Publication number: JPH06179251A
Application number: JP4332861A
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: 1992-12-14
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1994-06-28

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】略平行に引裂破断して形成された不規則な寸
法の多数の長孔を有する多孔金属箔を用い、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、該金属箔が略平行に引裂破断して形成された不規則
な寸法の多数の長孔を有する多孔金属箔であることを特
徴とするパイプを提供する。

【００１０】金属箔を多孔の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。本発明の多孔金属箔
は、金属箔を圧延又は上下面に剪断力を適用することに
より、金属箔が略平行に不規則な寸法で圧延又は引裂破
断されて長孔が多数形成されたものである。その１例の
平面拡大模式図を図１に示す。黒ベタ部で示される長孔
の形状は圧延又は引裂破断されたことがよく示される形
状であることが認められる。また、これらの長孔によっ
て金属箔に網状構造が形成されていることも認められ
る。

【００１１】より具体的に述べると、図２に示す如く、
伸び率の大なる金属シート１１を折ってその間に伸び率
小の金属シート１２を挾み、これらをロール１３，１４
の間に通して冷間圧延し、必要に応じてこの処理を繰り
返すと、金属シート１２はロール回転方向に多数引裂破
断されて、ロール長軸方向に長い略平行な多数の長孔が
形成され、結果として金属箔の網状構造が形成される。

【００１２】こうして形成される長孔の形状、寸法、空
隙率などは、金属箔の材質、膜厚、剪断強度などによっ
て異なる。特に、材質として、あまり柔らかい金属（延
展性のある金属）では多孔化が難しく、チタン、ステン
レス鋼、タンタル、カッパーベリリウムのように或る程
度の硬度のある金属が好適である。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１００
μｍ以下、好ましくは２０〜８０μｍ、特に３０〜６０
μｍ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】長孔によって形成される空隙の形状及び量
は、空隙によって逆規定される金属箔の網状構造のエレ
メントが細線化されるほど、あるいは空隙部と金属箔部
とがより密に分布するよう微細化されているほど、接着
強度が向上する。但し、その場合、逆に一体の金属箔と
しての性質は失なわれる傾向にあるので、あまり細いス
トランドにすることは問題であるが、上記手法で多孔化
される程度のものでは一般に問題ない。また、空隙の量
もそれが増加すると一般に接着強度を大きくするが、空
隙率（面積率）が大きすぎると金属複合化の効果が低減
するので、一般に５〜８０％、好ましくは２０〜６０
％、特に好ましくは３０〜４０％とする。

【００１４】なお、このような多孔金属箔は竹内金属箔
工業（株）より「ポーラスメタル」の商標で市販されて
おり、入手可能である。このような多孔金属箔は、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。

【００１５】このような多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、多孔金属箔を含む
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。多孔金属箔を含むプリプレグとし
ては、多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。

【００１６】図３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、多孔金属箔
２４の一側に積層したプリプレグ２０を示す。この様な
構成の多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、多孔金属箔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、また多孔金属箔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、樹脂は多孔金
属箔の他面側に浸出してもよい。

【００１７】図３に示す例では、多孔金属箔２４の一側
にのみ繊維強化複合樹脂層２３を配置したが、図４に示
すように、多孔金属箔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３，４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。

【００１８】また、図３、図４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５）。この場合の樹脂層の厚みは２
０〜１００μｍ程度が好ましい。上記の多孔金属箔を含
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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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程度が好ましいであろう。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層として多孔金属箔を含
むようにするものである。多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（靭
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。

【００２２】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６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７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、複数層のうち任意の層を何回も巻回して
繰り返し層を形成してもよいことは勿論である。

【００２３】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、例えば図８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１０
２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、任意の層を積層したまま複数回巻回し
てもよいことは勿論である。

【００２４】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９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９
（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９（ロ））
を追加し、この場合、図１０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１
０４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。

【００２５】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層の多孔金属箔
層が含められるものである。

【００２６】

【作用】金属箔を多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。

【００２７】

【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。

【００２８】次いで、繊維強化複合樹脂層２３に厚さ
（Ｔ₂）が５０μｍの多孔金属箔２４をプレスにて押圧
して１００℃で瞬間的に貼着し、図３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。この多孔金属
箔２４は竹内金属箔工業（株）より「ポーラスメタル」
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、平均ストランド幅５０〜２０
０μｍ、平均ストランド又は空隙長１〜５mm、空隙率３
５％の程度であった。

【００２９】図１１に示すように、このような多孔金属
箔を貼着したプリプレグ２０を最外層に配置し、内側層
としては多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１
０１′、ストレート層１０２′、ポーラスメタル層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。

【００３０】多孔金属箔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、比較例のゴ
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、比較例１のステンレス箔の
場合は、炭素繊維層との剥離が数ヶ所発生したのに比
べ、ポーラス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）。

【００３１】実施例２図１２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′と外側にポーラ
スメタル層１０５′を積層し、巻回した。これらの層１
０２′，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。

【００３２】こうして得られたシャフトは、ポーラスメ
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ポーラスメタルは
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。

【００３３】実施例３図１３に示すように、内側から９０°層１０４′、スト
レート層１０２′、ポーラスメタル層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。

【００３４】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、自転車用のハンドル
パイプやフレームパイプなどにも本発明は有用である。

【００３５】

【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、金属箔にもとづく靭性（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】本発明に用いる多孔金属箔の構造を示す模式図
である。

【図２】多孔金属箔の製造方法を示す模式図である。

【図３】本発明のプリプレグの模式断面図である。

【図４】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５】本発明のさらに別の態様を示す模式断面図であ
る。

【図６】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７】ゴルフクラブシャフトの横断面図である。

【図８】スキーストック用シャフトの横断面図である。

【図９】クロスプリプレグ及び９０゜プリプレグを示す
図である。

【図１０】釣り竿の横断面図である。

【図１１】実施例のゴルフクラブシャフトの横断面図で
ある。

【図１２】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１３】実施例の釣り竿の横断面図である。

【符号の説明】

１１，１２…ローラ１３…金属箔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…多孔金属箔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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｌ 23:00 4Ｆ

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、該金属箔が略平行に引裂破断して形成された不規則
な寸法の多数の長孔を有する多孔金属箔であることを特
徴とするパイプ。