JPH07196824A - ニッケル・チタン超弾性線複合プリプレグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プリプレグを使用してゴルフクラブシャフト
等の繊維強化複合樹脂材料成形品を製造する際に、通常
のプリプレグと併用して成形品を簡単に補強し、使用時
にこれら成形品に折損が起こっても、折損した断片が分
離して勢い良く飛んで行くのを防止し、周囲の安全性を
高めることを可能とした複合プリプレグである。 【構成】 一方向に配列された２種以上の強化繊維と、
これに含浸したマトリクス樹脂とからなり、その強化繊
維のうちの１種を、伸び率が１０〜６０％のニッケル・
チタン合金からなる超弾性線としたニッケル・チタン超
弾性線複合プリプレグ。 【効果】 使用時にゴルフクラブシャフト等の成形品の
折損した断片が、複合プリプレグのニッケル・チタン超
弾性線により分離することなく繋ぎ止められるので、勢
い良く飛んで行くことがない。又超弾性線の有する超弾
性性能により、成形品に打撃時の良好な衝撃吸収性及び
反撥性等が付与される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゴルフクラブシャフト
やバドミントンラケット等の繊維強化複合樹脂材料成形
品を強化して、使用時の折損による断片の分離を防止す
るのに好適なニッケル・チタン超弾性線複合プリプレグ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維その他各種の強化繊維を
有するプリプレグを使用した繊維強化複合樹脂材料が種
々の技術分野にて広く使用されており、例えばゴルフク
ラブシャフト、或いはバドミントンラケット、テニスラ
ケットのラケットフレーム等においても、軽量で且つ機
械的強度も高いと言う理由から、繊維強化複合樹脂材料
成形品が多く使用されている。

【０００３】このような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材料層等から構成されるが、
図３に示すように、所定の形状寸法に裁断した炭素繊維
強化プリプレグ１０１を所定枚数だけ、型となるマンド
レル１００の周囲に巻き付け、プリプレグ１０１のマト
リクス樹脂を硬化してプリプレグ１０１を炭素繊維強化
複合樹脂材料とすることによって形成される。

【０００４】このとき、捩り及び曲げ性能を向上させる
ために、炭素繊維強化プリプレグとしては、図４に示す
ように、炭素繊維がマンドレル１００の軸線（ゴルフク
ラブシャフトの軸線でもある）に対して互に反対方向に
角度（θ）、即ち時計方向に角度（±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１０１（アングル層１０１′）と、図５に示される
ように、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１０２（ス
トレート層１０２′）とが使用され、通常、図３に示さ
れるように、ゴルフクラブシャフトの内側層にプリプレ
グ１０１（アングル層１０１′）が、外側層にプリプレ
グ１０２（ストレート層１０２′）が使用されることが
多い。

【０００５】普通、内側層のプリプレグ１０１（アング
ル層１０１′）は約４〜１０層、外側層のプリプレグ１
０２（ストレート層１０２′）は約２〜５層積層され、
ゴルフクラブシャフトは、基本的に、内側の炭素繊維強
化複合樹脂材料層４〜１０層程度のアングル層１０１′
と、外側の炭素繊維強化複合樹脂材料層２〜５層程度の
ストレート層１０２′とで構成される。

【０００６】以上のような炭素繊維強化複合樹脂材料製
のゴルフクラブシャフトは、軽量で且つ機械的強度が高
く、概ね良好な結果を納めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ゴルフクラ
ブシャフトやバドミントンラケット等においては、これ
を勢い良く振って使用するので、折損した場合、折損し
た断片が分離して周囲に勢い良く飛んで行き、周囲が危
険である問題があった。

【０００８】このようなことから、ゴルフクラブシャフ
トやバドミントンラケット等の繊維強化複合材料製成形
品を簡単に補強して、使用時にこれら成形品に折損が起
こっても、その断片が分離して周囲に勢い良く飛んで行
くのを防止し、周囲の安全性を高めることが望まれてい
る。

【０００９】従って本発明の目的は、プリプレグを使用
してゴルフクラブシャフトやバドミントンラケット等の
繊維強化複合樹脂材料成形品を製造するに際し、通常の
プリプレグと併用して成形品を簡単に補強して、使用時
にこれら成形品に折損が起こっても、折損した断片の分
離をなくして、断片が周囲に勢い良く飛んで行くのを防
止し、周囲の安全性を高めることを可能とした複合プリ
プレグを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
ニッケル・チタン超弾性線複合プリプレグにて達成され
る。要約すれば本発明は、一方向に配列された２種以上
の強化繊維と、これに含浸したマトリクス樹脂とからな
り、前記強化繊維の１種は、伸び率が１０〜６０％のニ
ッケル・チタン超弾性線であることを特徴とするニッケ
ル・チタン超弾性線複合プリプレグである。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明のニッケル・チタン超弾性線
複合プリプレグの一実施例を示す図で、図１（ａ）は複
合プリプレグの断面図、図１（ｂ）はカバーフィルムを
剥離した状態の複合プリプレグの平面図である。

【００１２】本発明の複合プリプレグは、一方向に配列
された２種以上の強化繊維を有するプリプレグとなって
おり、繊維強化複合樹脂材料成形品を製造する際に、炭
素繊維等を用いた通常のプリプレグと併用して使用され
る。本発明では、その複合プリプレグの強化繊維の一部
に高い伸びを持たせるために、２種以上の強化繊維のう
ちの１種にニッケル・チタン（Ｎｉ・Ｔｉ）超弾性線を
用いたことが大きな特徴である。

【００１３】本実施例によれば、複合プリプレグ１は、
メインの強化繊維としての炭素繊維２と、Ｎｉ・Ｔｉ超
弾性線３とを一方向に配列して、これら炭素繊維２及び
超弾性線３にマトリクス樹脂４を含浸してなっている。
複合プリプレグ１の全体は離型紙５上に支持され、プリ
プレグ１の離型紙５と反対側の表面上にはカバーフィル
ム６が被されている。複合プリプレグ１は、離型紙５及
びカバーフィルム６を剥して使用される。

【００１４】上記のＮｉ・Ｔｉ超弾性線３は、高伸度の
Ｎｉ・Ｔｉ合金からなる。この高伸度のＮｉ・Ｔｉ合金
は形状記憶合金の１種で、熱処理により形状を記憶する
ようになっており、熱処理されたＮｉ・Ｔｉ合金線は、
引っ張った後に張力を取り去ると、元の寸法に復帰する
性質を有する。このような高伸度のＮｉ・Ｔｉ合金とし
て、典型的には、伸度１５．０％、組成比Ｎｉ／Ｔｉ≒
５０／５０（重量比）があるが、組成比Ｎｉ／Ｔｉの違
いにより、一般に伸度１０〜６０％のものが知られてい
る。

【００１５】通常、強化繊維或いはメインの強化繊維に
対し複合化する強化繊維の伸びは、炭素繊維：１〜１．
５％、ＳＵＳ繊維：１．７％、ボロン繊維：１．２％、
ガラス繊維：４％、ケブラー繊維（有機繊維）：２．４
％程度と、いずれも小さい。又Ｔｉ繊維は比較的高い伸
度を有するが、それでも伸度１０％で変形歪みにより破
断する。

【００１６】これらの繊維の伸びに対し、上記のＮｉ・
Ｔｉ合金線の伸度１０〜６０％は著しく大きい。そこ
で、本発明では、複合プリプレグ１の強化繊維の一部に
高い伸びを持たせるために、この伸度１０〜６０％のＮ
ｉ・Ｔｉ合金からなるＮｉ・Ｔｉ超弾性線３を使用す
る。Ｎｉ・Ｔｉ超弾性線３の外径は、好ましくは５０〜
２００μｍ程度である。

【００１７】このようなＮｉ・Ｔｉ超弾性線３を複合化
した複合プリプレグ１を通常のプリプレグと併用して、
ゴルフクラブシャフトやバドミントンラケット等の繊維
強化複合樹脂材料成形品を製造すると、その成形品は、
使用時に折損が起こっても、Ｎｉ・Ｔｉ超弾性線３が切
断せずに大きく伸びて、折損した断片を繋ぎ止めておく
ので、断片が周囲に勢い良く飛んで行くのを防止するこ
とが可能になる。

【００１８】Ｎｉ・Ｔｉ超弾性線３の炭素繊維４との複
合化の態様は、Ｎｉ・Ｔｉ超弾性線３を間隔ｐ＝０．２
〜２．０ｍｍで一方向に配置し、その超弾性線３の周囲
及び超弾性線３同士の間に炭素繊維４を一方向に配置し
た構造とすることが一例として挙げられる。

【００１９】マトリクス樹脂４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−ト樹脂、フェノ−ル樹脂などの熱硬化性マ
トリ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。

【００２０】好ましい一例を挙げれば、マトリクス樹脂
としてはエポキシ樹脂が好ましく、使用可能のエポキシ
樹脂としては、例えば、（１）グリシジルエ−テル系エ
ポキシ樹脂（ビスフェノ−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−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；（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−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）、ジアミノフェニルスルフォン（Ｄ
ＤＳ）、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）、
メチルへ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】強化繊維（炭素繊維２＋超弾性線３）とマ
トリクス樹脂４との配合割合は任意に調製し得るが、一
般に、重量％で強化繊維：マトリクス樹脂＝３０〜８
０：２０〜７０の範囲が良く、好ましくは４０〜７５：
２５〜６０である。強化繊維の割合が３０重量％未満で
は、マトリクス樹脂４を硬化して複合プリプレグ１を繊
維強化複合樹脂材料としたときに、強化繊維での強化に
よる複合樹脂材料の強度が不十分となり、逆に８０重量
％を超えるとマトリクス樹脂４が少なくなりすぎて、複
合樹脂材料のマトリクス樹脂４による強度が十分となら
ない虞がある。

【００２２】又メインの強化繊維として炭素繊維２を使
用したが、炭素繊維以外にＳＵＳ繊維やチタン繊維等の
金属繊維、ボロン繊維等の無機繊維、ガラス繊維、ケブ
ラー繊維等の有機繊維等の１種又は２種以上を、メイン
の強化繊維として使用することができる。

【００２３】複合プリプレグ１の全体の厚みは２０〜３
００μｍにすることが適当である。プリプレグ１の厚み
が２０μｍ未満では薄すぎて、プリプレグ１の製造が困
難であるばかりか、繊維強化複合樹脂材料成形品を作成
するのに使用するには実用的でない。又厚みが３００μ
ｍを超えると厚すぎて、成形性良く繊維強化複合樹脂材
料成形品を作成することが難しくなる。

【００２４】本発明の複合プリプレグ１は、任意の方法
にて製造し得るが、離型紙上にマトリクス樹脂を塗工し
た樹脂塗工を２枚使用し、その２枚の樹脂塗工紙の樹脂
同士の間に炭素繊維及びＮｉ・Ｔｉ超弾性線を配置し
て、これらを連続的にホットロールの間に供給し、ホッ
トロールにより加熱及び加圧することにより、プリプレ
グ１を好適に製造することができる。しかし、これに限
定されるものではない 本複合プリプレグ１は、ゴルフクラブシャフトやバドミ
ントンラケット等の繊維強化複合樹脂材料成形品の製造
に際し、炭素繊維プリプレグ等の通常のプリプレグに組
み合わせて使用される。

【００２５】例えばゴルフクラブシャフトの場合、炭素
繊維がマンドレル１００の軸線（ゴルフクラブシャフト
の軸線でもある）に対して互に反対方向に角度（θ）、
即ち時計方向に角度（±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１０１
と、図４に示されるように、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１０２とが配設され、硬化することによって製
造されるが、本発明の複合プリプレグ１を併用した場
合、例えば図３に示すように、複合プリプレグ１を中間
層に配設し、或いは最内層、最外層に配設して製造され
る。

【００２６】つまり、本発明によると、プリプレグ１０
１による内側層のアングル層１０１′と、プリプレグ１
０２による外側層のストレート層１０２′と、複合プリ
プレグ１による中間層、最内層又は最外層の複合層１′
とを備えたゴルフクラブシャフトが形成される。

【００２７】普通、アングル層１０１′は約４〜１０
層、ストレート層１０２′は約２〜５層積層され、本発
明による複合層１′は１〜２層とされる。アングル層１
０１′を外側層とし、ストレート層１０２′を内側層と
することもできる。又ゴルフクラブシャフトの例えば先
後端の強度不足を補うために、その箇所に図示しない補
強層を加えることもできる。

【００２８】勿論、アングル層１０１′及びストレート
層１０２′は、強化繊維として、炭素繊維以外のガラス
繊維などの他の繊維を使用した、当業者には周知の種々
のプリプレグを使用して形成することも可能である。

【００２９】このような複合プリプレグ１を組み合わせ
て製造された繊維強化複合樹脂材料成形品によれば、軽
量であるばかりでなく、使用時に成形品の折損が起こっ
ても、複合プリプレグ１のＮｉ・Ｔｉ超弾性線３が切断
せずに大きく伸びて、折損した断片を繋ぎ止めておくの
で、断片が周囲に勢い良く飛んで行くのを防止すること
ができ、周囲の安全性を高めることができる。

【００３０】本発明を具体例に基づき更に説明する。

【００３１】実施例１ 本発明の複合プリプレグを炭素繊維プリプレグと併用し
て、繊維強化複合材料製のゴルフクラブシャフトを作成
した。

【００３２】先の図５に示すように、ゴルフクラブシャ
フトの型のマンドレル１００上に、アングル層１０１′
用のプリプレグ１０１として、厚さ１２０μｍ、樹脂量
３２％のＰＡＮ系炭素繊維プリプレグを＋４５°、−４
５°で合計８層巻き付け、その上に複合層１′用に本発
明の複合プリプレグ１を２層巻き付け、次いでその上に
ストレート層１０３′用の炭素繊維プリプレグ１０３と
して、厚さ１３０μｍ、樹脂量３５％のＰＡＮ系炭素繊
維プリプレグを４層巻き付けた。そして表面研磨用に厚
さ８５μｍのガラス繊維一方向プリプレグを１層巻き、
最後に補強層としてＴ−ガラスのプリプレグを巻いて先
端チップ部を補強した後、ポリプロピレンの延伸テープ
でテーピングをして加熱硬化し、その後、研磨等の所定
の仕上げを行なって、ゴルフクラブシャフトを作成し
た。

【００３３】複合プリプレグ１に使用したＮｉ・Ｔｉ超
弾性線３は、外径１００μｍ、伸び５０％のＮｉ・Ｔｉ
合金線で、これをｐ＝１．０ｍｍの間隔で一方向に配列
した。複合プリプレグ１の炭素繊維２は、外径７μｍ、
引張強度３．５ＧＰａ、引張弾性率２４０ＧＰａ、伸び
１．５％の物性を有するＰＡＮ径炭素繊維で、これを繊
維目付量１５０ｇ／ｍ² で一方向に配列した。用いたマ
トリクス樹脂はエポキシ樹脂であった。 得られたゴル
フクラブシャフトの寸法は、全長１０７５ｍｍ、先端
（ヘッド側）の外径８．５ｍｍ、後端（グリップ側）の
外径１５．３ｍｍであった。

【００３４】このゴルフクラブシャフトの先端ヘッド側
から１５０ｍｍのところに、表面から１．０ｍｍのノッ
チを入れ、後端グリップ側をゴルフの試打機にセットし
て、速度４０ｍｍ／秒で複数回素振りさせ、シャフトを
強制的に折損した。その結果、ゴルフクラブシャフト
は、４５回振った時点で、ノッチの箇所から折損した
が、折損した先端側の断片は、中間の複合層１′のＮｉ
・Ｔｉ超弾性線により繋ぎ止められて分離せず、断片が
周囲に勢い良く飛んで行くのを防止できた。

【００３５】実施例２ 実施例１と同じ複合プリプレグ１を使用して複合層１′
を形成したが、ゴルフクラブシャフトの最外層に形成し
た。それ以外は実施例１と同様にして、ゴルフクラブシ
ャフトを作成した。

【００３６】同様に、ゴルフクラブシャフトにノッチを
入れて試打機により素振りさせ、シャフトを強制的に折
損した。その結果、ゴルフクラブシャフトは、４１回振
った時点でノッチの箇所から折損し、その折損した先端
側の断片が、最外層の複合層１′のＮｉ・Ｔｉ超弾性線
により分離されず、周囲に勢い良く飛んで行くのを防止
できた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のニッケル
・チタン超弾性線複合プリプレグは、一方向に配列され
た２種以上の強化繊維と、これに含浸したマトリクス樹
脂とからなり、その２種以上の強化繊維のうちの１種と
して、伸び率が１０〜６０％のニッケル・チタン合金か
らなる超弾性線を使用して、強化繊維の一部に高い伸び
を付与した。従ってこれを炭素繊維等を用いた通常のプ
リプレグと併用してゴルフクラブシャフトやバドミント
ンラケット等の繊維強化複合樹脂材料成形品を製造する
と、これら成形品の使用時に折損が生じても、折損した
断片を分離させずに繋ぎ止めておくことができ、断片が
周囲に勢いよく飛んで行くのを防止でき、周囲の安全性
を高めることができる。更にニッケル・チタン超弾性線
の有する超弾性性能により、打撃時の衝撃を良好に吸収
し又強く反撥させることができ、ゴルフクラブシャフト
等の成型品に優れた衝撃吸収性及び反撥性等を付与する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のニッケル・チタン超弾性線複合プリプ
レグの一実施例を示す図である。

【図２】図２の複合プリプレグによる複合層を設けたゴ
ルフクラブシャフトを示す断面図である。

【図３】従来のゴルフクラブシャフトを示す断面図であ
る。

【図４】ゴルフクラブシャフトの製造法を示す説明図で
ある。

【図５】ゴルフクラブシャフトの製造のためのプリプレ
グを示す平面図である。

【符号の説明】

１ ニッケル・チタン超弾性線複合プリプレグ １′ 複合層 ２ 炭素繊維 ３ ニッケル・チタン超弾性線 ４ マトリクス樹脂 ５ 離型紙 ６ カバーフィルム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方向に配列された２種以上の強化繊維
   と、これに含浸したマトリクス樹脂とからなり、前記強
   化繊維の１種は、伸び率が１０〜６０％のニッケル・チ
   タン超弾性線であることを特徴とするニッケル・チタン
   超弾性線複合プリプレグ。