JPH0939125A - 繊維強化プラスチック製管状体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高温・吸湿条件下で、従来に比べ著しく優れた
曲げ強度および圧縮強度を有し、ゴルフクラブ用シャフ
トやトラス構造部材等として好適なＦＲＰ製管状体を提
供する。 【解決手段】 繊維強化プラスチックからなる管状体に
おいて、該繊維強化プラスチックが管状体の軸方向に対
して±２５°より小さい角度に配向した補強繊維を有
し、かつ該補強繊維が、下記（１）式で定義される最小
断面２次異形度Ｐmin が０．０８５以上である非円形断
面繊維を含むことを特徴とする繊維強化プラスチック製
管状体。 Ｐmin ＝Ｉmin ／Ａ² …（１） 但し、Ｉmin ：単繊維断面の重心を通る軸に関する断面
２次モーメントのうち最小の値 Ａ：単繊維の断面積

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軽量でかつ曲げ負荷
および圧縮負荷に対する耐性（以下、曲げ／圧縮強度と
略す）の大きい繊維強化プラスチック製管状体に関し、
さらに詳しくは、例えば、ゴルフクラブ用シャフト、バ
ドミントンラケットシャフト、釣竿、スキーポール等の
各種スポーツ／レジャー用品として、軽量／大型建造物
に使用するトラス構造部材として、また、航空機、自動
車、自転車、ポンプ、刈払い機等の産業機械における各
種フレーム、パイプ、回転軸等の構造部材として好適な
繊維強化プラスチック製管状体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ゴルフクラブ用シャフト等のスポ
ーツ用部材やトラス構造部材をはじめ、軽量化が求めら
れる部材に、軽量、高強度、高弾性の利点を有する繊維
強化プラスチック（以下、ＦＲＰと略す）製管状体が広
く使用されている。

【０００３】しかしながら、これらの部材がしばしば利
用される高温・吸湿条件下では、引張強度については強
度が保持されるものの、曲げ／圧縮強度については、他
材料よりも著しく優れているとはいえず、このため、軽
量化を目的とした、曲げ／圧縮力を受ける部材へのＦＲ
Ｐ製管状体の使用は限られたものになっていた。

【０００４】例えば、ゴルフクラブ用シャフトは、クラ
ブの使用条件や保管条件を考えたうえで、充分な曲げ強
度を持つよう設計しなければならないが、雨天時に屋外
で使用されることや、車のトランクの中など高温となる
場所で保管されることを考慮する必要があり、ＦＲＰ製
シャフトによる軽量化の妨げとなっている。

【０００５】また、トラス部材についても、高温・吸湿
条件を含めた過酷な条件下での圧縮強度を考えて設計を
行なう必要があり、これがＦＲＰ化による軽量化を制限
している。

【０００６】このように、高温・吸湿条件下での曲げ／
圧縮強度がＦＲＰ製管状体の軽量設計のネックとなって
いる例は数多く、高温・吸湿条件下での曲げ／圧縮強度
の向上技術が長年検討されてきたが、その向上幅はわず
かにとどまっている。

【０００７】例えば、ＦＲＰ製管状体の曲げ／圧縮強度
を向上させる有力な方法として、ＦＲＰのマトリクス樹
脂の剛性を高くするという方法が有効であるが、ＦＲＰ
製管状体のマトリクス樹脂として多くの利点を持つエポ
キシ樹脂において、高温・吸湿条件下での剛性を高くす
ることは極めて困難である。

【０００８】また、エポキシ樹脂以外のマトリクス樹脂
を用いてこの問題を解決しようとする場合には、高温・
吸湿条件下での剛性の特に高い樹脂（例えばポリエーテ
ルエーテルケトン、ポリイミドなど）を用いねばなら
ず、樹脂自体の価格が高くなったり、ＦＲＰ製管状体の
成形が困難になるなどして、結果的にＦＲＰ製管状体の
コストが極めて高くなるという問題がある。

【０００９】このように、ＦＲＰ製管状体の高温・吸湿
条件下での曲げ／圧縮強度を向上させる方法は、極めて
困難であるか、あるいはコストを含めた他の重要特性を
大幅に悪化させるかのいずれかであって、この問題を解
決することがＦＲＰ製管状体の適用をさらに広げる上で
の大きな課題となっている。

【００１０】そこで、本発明者らは上記の課題を解決す
るため鋭意検討を行ない、曲げ／圧縮荷重を受けるＦＲ
Ｐ製管状体の補強繊維として非円形断面繊維を用いるこ
とが有効であることを見い出し、本発明を完成するに至
った。

【００１１】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は、高
温・吸湿条件下で、従来に比べ著しく優れた曲げ強度お
よび圧縮強度を有し、ゴルフクラブ用シャフトやトラス
構造部材等として好適なＦＲＰ製管状体を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために次の構成を有する。すなわち、繊維強化プ
ラスチックからなる管状体において、該繊維強化プラス
チックが管状体の軸方向に対して±２５°より小さい角
度に配向した補強繊維を有し、かつ該補強繊維に非円形
断面繊維を用いたことを特徴とする繊維強化プラスチッ
ク製管状体である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のＦＲＰ製管状体について
以下詳細に説明する。

【００１４】本発明のＦＲＰ製管状体は、管状体の軸方
向に対して±２５゜より小さい角度に配向した繊維（以
下、ストレート繊維と略す）を有す。

【００１５】このような管状体の軸方向に圧縮力が加わ
ると、ストレート繊維には繊維軸方向に沿って圧縮力が
生じる。この圧縮力によってストレート繊維で破壊が開
始し、全体破壊に至る。

【００１６】また、管状体に曲げ力が加わると、ストレ
ート繊維には繊維軸方向に沿ってほぼ等しい大きさの圧
縮および引張力が加わる。一般にＦＲＰは、引張強さに
比べ圧縮強さが低いので、圧縮側で破壊する。また、一
般に補強繊維の熱膨張率は、マトリクス樹脂のそれより
も小さいので、加熱成形品の補強繊維には軸方向に圧縮
力が残留しており、曲げ力の場合も圧縮力によりストレ
ート繊維で破壊が開始し、全体が破壊する。

【００１７】以上のように、ＦＲＰ製の管状体の曲げ／
圧縮強度は、ストレート繊維軸方向圧縮耐力に大きく影
響されるが、ＦＲＰの圧縮耐力は温度の上昇、吸湿とと
もに低下する。

【００１８】このような圧縮耐力を高温・吸湿下でも高
いものとするためには、ストレート繊維に非円形断面繊
維を用いることが有効である。

【００１９】非円形断面繊維としては、単繊維断面の重
心（図心）を通る軸に関する断面２次モーメント（初等
材料力学などで定義される慣性能率または慣性モーメン
トのこと）のうち最小の値Ｉmin と単繊維断面積Ａから
（１）式によって定義される最小断面２次異形度Ｐmin
が０．０８５以上であることが好ましい。

【００２０】Ｐmin ＝Ｉmin ／Ａ² …（１） 但し、Ｉmin ：単繊維断面の重心を通る軸に関する断面
２次モーメントのうち最小の値 Ａ：単繊維の断面積 ここでいう単繊維の断面とは、繊維の軸方向に対して垂
直な断面のことであり、断面の形状は、管状体をバイア
ス繊維の配向方向に対して実質的に直角に切断、断面研
磨（＃１０００番程度以上のサンドペーパーや研磨機械
による）した後、顕微鏡観察（走査電子顕微鏡等により
３０００倍〜１００００倍に拡大）して得られる。

【００２１】断面２次モーメントは、前記の顕微鏡で得
られた断面形状の像を、100mm ×100mm 程度の大きさに
焼き付けた写真を用いてNehls の方法の図式解法により
求める。断面積も前記の断面形状の写真を切り抜いて、
重量を測定して求める。

【００２２】非円形断面繊維のうち、Ｐmin のより大き
い繊維が好ましい（例えば、星型）が、製造のし易さを
考慮すると、Ｐmin が０．０９６（正三角形断面に相
当）以下である多葉形断面の繊維、おにぎり形断面の繊
維、中空繊維等が好ましい。等断面積を有する円形断面
繊維（Ｐmax ＝Ｐmin ＝０．０８０）よりもＰmin が大
きいため、曲げ／圧縮強度が向上する。

【００２３】中でも、３〜５葉の多葉形断面の繊維は、
Ｐmin が特に大きい断面形状を得やすいこと、繊維の表
面積が大きいため繊維と樹脂間の接着力が高くなり、応
力伝達効率が良好になる、という点で好ましい。特に、
３〜５回対称の形状であることが好ましい。

【００２４】さらに、繊維の葉の形状を破損しにくくす
る観点から、単繊維断面形状の外接円と同断面形状の内
接円半径の比で定義する異形度が、１．２〜３．０であ
る３〜５葉の非円形断面繊維が最も好ましい。

【００２５】（１）式で定義される最小断面２次異形度
Ｐmin が０．０１９以上であり、かつ（２）式で定義さ
れる最大断面２次異形度Ｐmax が０．１３以上である非
円形断面繊維も高い曲げ／圧縮強度を得ることができ
る。

【００２６】Ｐmax ＝Ｉmax ／Ａ² …（２） 但し、Ｉmax ：単繊維断面の重心を通る軸に関する断面
２次モーメントのうち最大の値 Ａ：単繊維の断面積 Ｐmin が０．０１９未満であったり、Ｐmax が０．１３
未満であると、等断面積を有する円形断面繊維（Ｐmax
＝Ｐmin ＝０．０８）に比較して曲げ／圧縮強度向上が
顕著でなくなる。Ｐmin が０．０１９未満であると、い
くらＰmax を大きくしてもＰmin の軸を中心に繊維が変
形して圧縮荷重を負担しなくなるためであり、Ｐmin が
０．０１９以上であってもＰmax が０．１３以上なけれ
ばＰmin軸中心の変形を補うことができなくなるためで
ある。すなわち、Ｐmax の値は大きい方が好ましいが、
そのためにＰmin を０．０１９未満に低下させることに
なると、曲げ／圧縮強度の向上効果はなくなる。

【００２７】この種の非円形断面繊維の一例は、長円状
断面繊維（短軸と長軸比が１：１．８〜４）である。短
軸に対する長軸の比を１．８未満にすると、Ｐmax が
０．１３未満になるとともに曲げ／圧縮強度向上効果が
無くなり、短軸に対する長軸の比を４以上にすると、Ｐ
min が０．０１９未満になるとともに曲げ／圧縮強度向
上効果がなくなる。

【００２８】本発明において、非円形断面繊維は、炭素
繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維などが使
用できる。なかでも、比強度、比弾性率の高い炭素繊維
が軽量化効果が大きく好ましい。なお、これらの補強繊
維は、異なる種類のものを併用することができる。ま
た、同じ種類の繊維であっても、特性の異なるものを併
用することができる。

【００２９】そのなかでも、非円形断面繊維は、弾性率
が２００００kgf/mm² 以上、７００００kgf/mm² 以下で
ある炭素繊維が好ましい。弾性率がこの範囲より低い
と、管状体の曲げ／圧縮剛性が低下して軽量化が困難に
なる場合があり、逆にこの範囲より高いと、圧縮／引張
強度が低下する傾向にあり、非円形断面繊維でも強度が
不足する場合があるためである。

【００３０】本発明のＦＲＰ製管状体には、ストレート
繊維の他に、あらゆる配向の補強繊維を含んでいても良
い。

【００３１】また、ストレート繊維に占める非円形断面
繊維は１００％に近ければ近いほど効果が大きいが、少
なくとも５０％以上であることが好ましい。５０％未満
であると、非円形断面を使用する効果が顕著でなくなる
からである。

【００３２】ＦＲＰの繊維含有率は、その特性、特に機
械的特性を考慮すれば、３０体積％〜８０体積％、より
好ましくは５０〜７０体積％付近であるのが良い。

【００３３】マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエス
テル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ
樹脂などの熱可塑性樹脂が使用できる。エポキシ樹脂
は、耐熱性、耐水性、接着性、成形性に優れる。フェノ
ール樹脂は燃え難く燃焼による有毒ガスが発生しにくい
ため、難燃性が要求される場合に好適な材料である。ま
た、ＦＲＰ製円筒体の振動減衰性を適度なものとするた
めに、マトリクス樹脂中に、ポリエチレングリコール、
ポリプロピレングリコール、ポリサルファイドなどの可
撓性付与剤が混入されていても良い。

【００３４】また、本発明の管状体には上記のＦＲＰに
加えて、プラスチック、ゴム、木材、金属、セラミック
等の材料が一体化されていてもよい。木材としては、
松、杉、桧、樅、樫、楢、栗、欅、アガチス、プライ、
ジェントル、メルサワ、メランチ、チークなどの天然木
材、エンジニアリングウッドと称される集成材、ＬＶ
Ｌ、ＯＳＢ、ＰＳＬ等であり、金属としては、アルミ、
アルミ合金、チタン、チタン合金、スチール等であり、
セラミックとは、アルミナ、シリコンカーバイド、シリ
コンナイトライド、ジルコニア等、プラスチックとはポ
リエチレン、ポリプロピレン等である。

【００３５】本発明のＦＲＰ製管状体を製造するために
は、管状体内径と同じ外径のマンドレルに、最内層から
順に最外層までプリプレグを巻き付け、さらにラッピン
グテープを巻き付け成形する方法、フィラメントワイン
ド法、テープワインド法、プルワインド法、ＲＴＭ法
（繊維でプリフォームを形成した後、型枠内で樹脂を含
浸し、硬化させる）などを用いることができる。

【００３６】本発明の効果が顕著に利用できるものとし
ては、軽量化が要求され、高温・吸湿条件下で使用され
る可能性があり、曲げ／圧縮強度が必要とされる管状体
が挙げられる。例としては、ゴルフクラブ用シャフト、
バドミントンラケット用シャフト、大型建造物に使用さ
れるトラス材などである。

【００３７】一般向けに数多く製造、販売されるゴルフ
クラブにおいては、使用条件や収納条件を充分考慮した
設計が必要である。雨天時での使用や高湿度条件での収
納、車のトランクなど高温条件での保管などを考慮した
場合、ＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフトの高温・吸湿条
件下での曲げ強度向上が軽量化のうえで課題となってい
る。

【００３８】一般にＦＲＰ製ゴルフクラブ用シャフト
は、強度や剛性の適正化、さらには製造プロセス上の問
題等を考慮して、補強繊維をシャフト軸に対し±２５°
〜±６５°の角度に配向させたいわゆるバイアス層を内
周側に設け、その外側にストレート繊維を持つストレー
ト層を設けたものとなっている。このような構成のゴル
フクラブ用シャフトにおいては、シャフト最外層のスト
レート層は特に吸湿しやすく、曲げ強度低下を生じやす
い。

【００３９】よってゴルフクラブ用シャフトに本発明の
ＦＲＰ製管状体を適用することにより、軽量でかつ曲げ
強度を高くすることができ、安全で高性能なゴルフクラ
ブを提供することができる。

【００４０】ゴルフクラブ用シャフトの外径に対する肉
厚の比は１／５以上であることが好ましい。外径に対す
る肉厚の比が１／５未満の、いわゆる薄肉シャフトにお
いては、ストレート繊維の圧縮破壊以前に管状体が座屈
破壊する可能性があるからである。なお、座屈荷重は、
弾性率が高いほど向上するので、その意味でも強化繊維
は炭素繊維が好ましい。

【００４１】また、軽量かつゴルフクラブ用シャフトと
して高温・吸湿条件下での充分な曲げ／圧縮強度を得る
ために、ストレート繊維が少なくとも全体の３０％程度
含まれていることが好ましい。一方、軽量かつゴルフシ
ャフトとして必要なねじり強さを得るためには、シャフ
ト軸方向に対して±２５°〜±６５°の範囲の角度に配
向した補強繊維が少なくとも全体の３０％程度含まれて
いることが好ましいので、ストレート繊維が全体の７０
％を超えると、ねじり強さが不足し、ゴルフシャフトと
して不適当になる場合がある。従って、ゴルフクラブ用
シャフトとして、軽量でかつ高温・吸湿条件下で充分に
高い曲げ／圧縮強度向上効果を得るためには、ストレー
ト繊維を管状体中に３０〜７０％の範囲内含むことがよ
り望ましい。

【００４２】ゴルフクラブ用シャフトとして本発明のＦ
ＲＰ製管状体を用いる場合、マトリクス樹脂としては、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂が使用できる
が、耐熱性、耐水性、接着性、成形性にすぐれたエポキ
シ樹脂が最も好ましい。

【００４３】本発明によるゴルフクラブ用シャフトに
は、金属をはじめとするＦＲＰ以外の材料を組み合わせ
て一体として用いることもできる。

【００４４】トラス部材もまた本発明の効果を顕著に利
用できる部材のひとつである。

【００４５】トラス部材とは、大型建築物、可動式屋
根、ドーム構造物、天井クレーン、仮設足場などのトラ
ス構造体に用いる管状体のことである。これらトラス部
材には、軽量化が求められると同時に、主として作用す
る軸方向の引張と圧縮荷重の高温下での荷重保持が求め
られるので、本発明は特に効果が大きい。

【００４６】従来、大型構造物等に用いるトラス部材
は、ほとんどが炭素鋼や低合金鋼あるいはアルミ合金等
からなる金属製である。しかし、軽量化による建築物の
大型化や組立時の作業性向上等の目的で、トラス部材の
素材として、ＦＲＰの使用が検討されるようになってき
た（特開昭６１−１４２２４１号公報）。

【００４７】このようなトラス部材は、筒形やＩ形のＦ
ＲＰ製の梁材の両端に、継手等の機械要素と連結され、
軸力等を伝達する金属製の連結部材を取り付けた構造に
なっているが、梁材は、軸線に直行する平面で切断した
断面における異方性がなく、軸力などがいずれの方向に
も均等に伝達されるように、円筒形のものが多用されて
いる。

【００４８】ところで、このようなトラス部材は、多様
な条件下で使われるが、作用する外力はおおよそ軸力
（軸方向の引張と圧縮荷重）に限定されることが多い。
この軸力に対する強度は、温度環境により異なるが、高
温下での圧縮強度が軽量化の足かせとなっていることが
多い。すなわち、軽量で、高温下でも圧縮強度の保持が
大きい材料が求められている。

【００４９】従って、トラス部材を構成する本発明のＦ
ＲＰ製管状体の補強繊維としては、強度と弾性率が高く
密度が小さい非円形断面炭素繊維が好ましい。但し、こ
れに限定されるものではないことはいうまでもなく、例
えば、ガラス繊維やアラミド繊維、あるいは２種以上の
非円形断面／円形断面補強繊維を複合させたハイブリッ
ド構成等を使用してもよい。

【００５０】トラス部材においても、ゴルフシャフト用
円筒と同様、円筒径に対する肉厚の比は１／５以上であ
ることが好ましい。また、座屈荷重は円筒径に対するト
ラスの長さが大きくなると低下するので、長さは、円筒
径の１／６以下であることが好ましい。

【００５１】マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂ま
たはフェノール樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、補強
繊維との接着性能や成形性に優れ、フェノール樹脂は燃
え難く、燃焼による有毒ガス発生しにくいことから、難
燃性が要求される場合に好適な材料である。さらに、マ
トリクス樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂やビニルエス
テル樹脂等の熱硬化性樹脂や、熱可塑性樹脂であっても
よい。

【００５２】なお、本発明のトラス部材も、部材全体が
ＦＲＰに限られるものではなく、他の材料と一体化され
ていても良い。

【００５３】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００５４】ＦＲＰ製管状体のバイアス方向の補強繊維
として、断面積がほぼ３０μｍ² 、弾性率が３００００
kgf/mm ² とほぼ等しく、断面形状の異なる７種類のＰ
ＡＮ系炭素繊維（繊維Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）を
用意した（表１）。

【００５５】次いで、繊維Ａ〜Ｇを互いに並行かつシー
ト状に引き揃えたものにＢステージのエポキシ樹脂を含
浸してなる７種の一方向性プリプレグ（繊維体積含有率
＝６０％）を用意した。以下、これをプリプレグＡ〜Ｇ
という。

【００５６】また、Ａ〜Ｇと同様にして、東レ（株）製
炭素繊維”トレカ”Ｍ４６Ｊ（平均単糸径：５μｍ、引
張弾性率：４６０００kgf/mm² ）を用いてプリプレグＨ
（繊維体積含有率＝６０％）を作成した。

【００５７】なお、図１に以下の実施例、比較例で採用
した曲げ試験の測定法を示す。

【００５８】図１において、固定台６に、先端を固定し
たシャフト１を、ワイヤー３で引張ることにより曲げ、
シャフト１が折れたときのワイヤーの引張荷重を荷重計
７により測定し、破断荷重とする。なお、ワイヤー１は
クッション材５を取り付けた支点４を介して曲げられ
る。

【００５９】実施例１ 先端外径３．８５mm、テーパー７．５／１０００、長さ
１１００mmの、離型処理したステンレス製マンドレル
に、適宜に切り出したプリプレグＨをその繊維方向がマ
ンドレル軸方向に対して−４５°になるように１層巻き
付け、次にプリプレグＨを４５°になるように１層巻き
付け、次にプリプレグＨを−４５°になるように１層巻
き付け、次にプリプレグＨを４５°になるように１層巻
き付け、次にプリプレグＡを繊維方向がマンドレル軸と
同じになるように４層巻き付け、さらに幅１５mmのアラ
ミドラッピングテープを張力３．８kgf 、巻きピッチ２
mmで巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱成形した後、
マンドレルを引き抜き、表面を研磨して、ゴルフクラブ
用シャフト２本を得た。研磨後のシャフト重量は３７ｇ
であった。

【００６０】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は７．９kgf であった。

【００６１】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は７．７
kgfであった。

【００６２】実施例２ プリプレグＡをすべてプリプレグＢに替えた以外は実施
例１と同様にして、ゴルフクラブ用シャフト２本を得
た。研磨後のシャフト重量は３６ｇであった。

【００６３】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は７．５kgf であった。

【００６４】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は７．１
kgfであった。

【００６５】比較例１ プリプレグＡをすべてプリプレグＣに替えた以外は実施
例１と同様にして、ゴルフクラブ用シャフト２本を得
た。研磨後のシャフト重量は３６ｇであった。

【００６６】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は６．３kgf であった。

【００６７】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は４．７
kgfであった。

【００６８】比較例２ プリプレグＡをすべてプリプレグＤに替えた以外は実施
例１と同様にして、ゴルフクラブ用シャフト２本を得
た。研磨後のシャフト重量は３８ｇであった。

【００６９】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は６．５kgf であった。

【００７０】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は４．７
kgfであった。

【００７１】実施例３ プリプレグＡをすべてプリプレグＥに替えた以外は実施
例１と同様にして、ゴルフクラブ用シャフト２本を得
た。研磨後のシャフト重量は３７ｇであった。

【００７２】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は７．０kgf であった。

【００７３】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は５．５
kgfであった。

【００７４】実施例４ プリプレグＡをすべてプリプレグＦに替えた以外は実施
例１と同様にして、ゴルフクラブ用シャフト２本を得
た。研磨後のシャフト重量は３７ｇであった。

【００７５】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は７．２kgf であった。

【００７６】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は５．８
kgfであった。

【００７７】比較例３ プリプレグＡをすべてプリプレグＧに替えた以外は実施
例１と同様にして、ゴルフクラブ用シャフト２本を得
た。研磨後のシャフト重量は３６ｇであった。

【００７８】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は６．８kgf であった。

【００７９】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は４．５
kgfであった。

【００８０】実施例５ 実施例１と同様のマンドレルに、適宜に切り出したプリ
プレグＨをその繊維方向がマンドレル軸方向に対して−
４５°になるように１層巻き付け、次にプリプレグＨを
４５°になるように１層巻き付け、次にプリプレグＨを
−４５°になるように１層巻き付け、次にプリプレグＨ
を４５°になるように１層巻き付け、次にプリプレグＡ
を繊維方向がマンドレル軸と同じになるように２層巻き
付け、次にプリプレグＣを繊維方向がマンドレル軸と同
じになるように２層巻き付け、さらに幅１５mmのアラミ
ドラッピングテープを張力３．８kgf 、巻きピッチ２mm
で巻き付け、１３０℃で１２０分間加熱成形した後、マ
ンドレルを引き抜き、表面を研磨して、ゴルフクラブ用
シャフト２本を得た。研磨後のシャフト重量は３８ｇで
あった。

【００８１】このうち１本のシャフトについて、室温条
件下で図１に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷
重は６．８kgf であった。

【００８２】もう１本のシャフトを８０℃の温水中に１
４日間浸積し、しかる後に８０℃の高温条件下で、図１
に示す方法で曲げ試験を行った結果、破壊荷重は５．４
kgfであった。

【００８３】以上の結果を表２にまとめて示す。

【００８４】実施例６ 東レ（株）製炭素繊維”トレカ”Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ
（平均単糸径：６．９μｍ、引張弾性率：２３５００kg
f/mm² 、フィラメント数：１２０００）を１２本引き揃
え、エポキシ樹脂に含浸しながら外径８０ｍｍ、長さ１
５００ｍｍのマンドレルに、その軸方向に対して±６０
の角度で３層巻き付けた後、前記の繊維Ａ（フィラメン
ト数：１２０００）を０度の角度に配向させて５層巻き
付け、さらに、±６０の角度で前記Ｔ７００ＳＣ−１２
Ｋを３層巻き付けた。

【００８５】しかる後、マンドレルを回転させながら９
０℃で２時間、１２０℃で１２０分間加熱してエポキシ
樹脂を硬化させ、マンドレルを引き抜き、両端部を切断
して長さ２００ｍｍ、外径９２ｍｍ、内径８０ｍｍのＦ
ＲＰ製トラス部材を得た。

【００８６】次に、上記ＦＲＰ製円筒梁の両端に、外径
８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、長さ４０ｍｍのスチール製円
管をＦＲＰ円筒内に２０ｍｍ挿入してエポキシ系接着剤
で接合するとともに、ＦＲＰ円筒端から１０ｍｍのとこ
ろの側面に直径３ｍｍの円孔を４ヶ所（隣合う円孔を結
ぶと正方形となるように）設けて、ピンでも連結した。

【００８７】しかる後、スチール製円管の両端をインス
トロン万能試験機により、室温（２５℃）及び８０℃温
度環境下で、平面板で圧縮して、圧縮破壊試験を行っ
た。負荷の速度は２ｍｍ／ｍｉｎとした。

【００８８】その結果、圧縮破壊荷重は室温では１５０
０kgf 、８０℃では１４００kgf であった。

【００８９】実施例７ 繊維Ａをすべて繊維Ｂに替えた以外は実施例１と同様に
してトラス部材を得て圧縮試験を行った。

【００９０】その結果、圧縮破壊荷重は室温では１４６
０kgf 、８０℃では１３４０kgf であった。

【００９１】比較例４ 繊維Ａをすべて繊維Ｃに替えた以外は実施例１と同様に
してトラス部材を得て圧縮試験を行った。

【００９２】その結果、圧縮破壊荷重は室温では１４０
０kgf 、８０℃では１１００kgf であった。

【００９３】比較例５ 繊維Ａをすべて繊維Ｄに替えた以外は実施例１と同様に
してトラス部材を得て圧縮試験を行った。

【００９４】その結果、圧縮破壊荷重は室温では１４５
０kgf 、８０℃では１１００kgf であった。

【００９５】実施例８ 繊維Ａをすべて繊維Ｅに替えた以外は実施例１と同様に
してトラス部材を得て圧縮試験を行った。

【００９６】その結果、圧縮破壊荷重は室温では１４５
０kgf 、８０℃では１２９０kgf であった。

【００９７】実施例９ 繊維Ａをすべて繊維Ｆに替えた以外は実施例１と同様に
してトラス部材を得て圧縮試験を行った。

【００９８】その結果、圧縮破壊荷重は室温では１４７
０kgf 、８０℃では１３００kgf であった。

【００９９】比較例６ 繊維Ａをすべて繊維Ｇに替えた以外は実施例１と同様に
してトラス部材を得て圧縮試験を行った。

【０１００】その結果、圧縮破壊荷重は室温では１４２
０kgf 、８０℃では９００kgf であった。

【０１０１】以上の結果を表３にまとめて示す。

【０１０２】

【表１】

【表２】

【表３】

【０１０３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、これまで、引張強度よりも低く、高温・吸湿条
件下において低下が懸念されていた曲げ／圧縮強度を重
量増加を著しく向上させることが可能となり、このこと
を利用して、強度の向上したゴルフシャフトや、トラス
部材等を提供する。重量増加を伴わずに強度を向上させ
られたことは、ＦＲＰ製管状体の信頼性を向上させたこ
とであり、ＦＲＰ用途を拡大する。また、軽量シャフ
ト、軽量トラス部材は、ゴルフプレーヤーおよび建築従
事者の負担を軽減する。特に、軽量トラス部材は、これ
までにない超大型構造物を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明に係るＦＲＰ製管状体の曲げ試
験方法を示す概略図である。

【符号の説明】

１：シャフト（変形前） ２：シャフト（変形後） ３：引張用ワイヤー ４：支点 ５：クッション材 ６：固定台 ７：荷重計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｅ０４Ｃ 3/28 Ｅ０４Ｃ 3/28 Ｆ１６Ｓ 3/00 Ｆ１６Ｓ 3/00

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化プラスチックからなる管状体に
   おいて、該繊維強化プラスチックが管状体の軸方向に対
   して±２５°より小さい角度に配向した補強繊維を有
   し、かつ該補強繊維が、下記（１）式で定義される最小
   断面２次異形度Ｐmin が０．０８５以上である非円形断
   面繊維を含むことを特徴とする繊維強化プラスチック製
   管状体。 Ｐmin ＝Ｉmin ／Ａ² …（１） 但し、Ｉmin ：単繊維断面の重心を通る軸に関する断面
   ２次モーメントのうち最小の値 Ａ：単繊維の断面積
2. 【請求項２】 繊維強化プラスチックからなる管状体に
   おいて、該繊維強化プラスチックが管状体の軸方向に対
   して±２５°より小さい角度に配向した補強繊維を有
   し、該補強繊維が、最小断面２次異形度Ｐmin が０．０
   １９以上であり、かつ下記（２）式で定義される最大断
   面２次異形度Ｐmax が０．１３以上である非円形断面繊
   維を含むことを特徴とする繊維強化プラスチック製管状
   体。 Ｐmax ＝Ｉmax ／Ａ² …（２） 但し、Ｉmax ：単繊維断面の重心を通る軸に関する断面
   ２次モーメントのうち最大の値 Ａ：単繊維の断面積
3. 【請求項３】 ±２５゜より小さい角度に配向した補強
   繊維中に、非円形断面繊維を５０％以上存在せしめるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化プラ
   スチック製管状体。
4. 【請求項４】 非円形断面繊維の単繊維の断面形状が３
   〜５葉の多葉形で、かつ異形度が１．２〜３．０である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化プ
   ラスチック製管状体。
5. 【請求項５】 請求項２中に記載の非円形断面繊維の単
   繊維の断面形状が実質的に長円であることを特徴とする
   請求項２記載の繊維強化プラスチック製管状体。
6. 【請求項６】 非円形断面繊維がポリアクリロニトリル
   系炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜５のいず
   れかに記載の繊維強化プラスチック製管状体。
7. 【請求項７】 ポリアクリロニトリル系炭素繊維の引張
   弾性率が２００００kgf/mm² 以上、７００００kgf/mm²
   以下であることを特徴とする請求項６に記載の繊維強化
   プラスチック製管状体。
8. 【請求項８】 管状体がゴルフクラブ用シャフトである
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の繊維
   強化プラスチック製管状体。
9. 【請求項９】 ±２５゜より小さい角度に配向した補強
   繊維を管状体中に３０〜７０％の範囲含むことを特徴と
   する請求項８に記載の繊維強化プラスチック製管状体。
10. 【請求項１０】 管状体がトラス材であることを特徴と
    する請求項１または請求項２に記載の繊維強化プラスチ
    ック製管状体。
11. 【請求項１１】 非円形断面補強繊維が管状体の軸方向
    に対して±１５°以内の角度に配向した請求項１〜１０
    のいずれかに記載の強化プラスチック製管状体。