JP6798199B2 - 繊維強化プラスチック成形物 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチック成形物に関する。

繊維強化プラスチック成形物の製造方法として、シートワインディング法（以下、ＳＷ法ともいう）及びフィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法ともいう）が知られている。ＦＷ法及びＳＷ法には、それぞれ利点がある。

特開平４−２９４１２９号公報及び特開２００７−２０３７２３号公報には、ＦＷ法とＳＷ法とを組み合わせた技術が開示されている。

特開平４−２９４１２９号公報 特開２００７−２０３７２３号公報

本発明者は、ＦＷ法で形成された層（以下、ＦＷ層ともいう）の上に、ＳＷ法で形成された層（以下、ＳＷ層ともいう）を設ける構成について、鋭意検討を行った。その結果、新たな技術的課題が明らかとなった。すなわち、ＦＷ層とＳＷ層との境界に樹脂だまりが形成されることが判明した。この樹脂だまりは、成形体の強度を低下させる。

本発明の目的は、ＳＷ法とＦＷ法とを併用した繊維強化プラスチック成形物において、強度を高めることにある。

本発明に係る好ましい繊維強化プラスチック成形物は、フィラメントワインディング層と、前記フィラメントワインディング層の外側に設けられたスリットテープ層と、前記スリットテープ層の外側に設けられたシートワインディング層と、を有している。前記スリットテープ層は、前記フィラメントワインディング層の外面に接している。

好ましくは、前記フィラメントワインディング層、前記スリットテープ層及び前記シートワインディング層に含まれる繊維が炭素繊維である。

好ましくは、前記フィラメントワインディング層、前記スリットテープ層及び前記シートワインディング層において、マトリックス樹脂の基材樹脂がエポキシ樹脂である。

好ましくは、前記成形物がゴルフクラブシャフトである。

前記スリットテープの幅がＷ１とされ、前記スリットテープの厚みがＴとされる。好ましくは、Ｗ１／Ｔが５以上１０００以下である。

ＳＷ法とＦＷ法とを併用した繊維強化プラスチック成形物において、強度を高めることができる。

図１は、繊維強化プラスチック成形物の一例であるシャフトを備えたゴルフクラブを示す。 図２は、図１のシャフトの部分断面図である。 図３は、スリットテープ巻き付け工程を説明するための斜視図である。 図４は、３点曲げ強度試験の説明図である。 図５は、実施例１のシャフトの断面写真である。 図６は、比較例１のシャフトの断面写真である。 図７は、比較例２のシャフトの断面写真である。 図８は、比較例３のシャフトの断面写真である。 図９は、実施例及び比較例の３点曲げ強度の測定結果を示すグラフである。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

本発明に係る繊維強化プラスチック成形物の形状は、限定されない。成形性の観点から、好ましくは、この繊維強化プラスチック成形物は、管状体である。

この管状体の具体例として、ゴルフクラブのシャフト、釣竿、テニスラケットのフレーム、ドライブシャフト等が挙げられる。管状体以外の繊維強化プラスチック成形物であってもよい。

以下では、ゴルフクラブシャフトを例にとり説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るゴルフクラブシャフト６を備えたゴルフクラブ２を示す。ゴルフクラブ２は、ヘッド４と、シャフト６と、グリップ８とを備えている。シャフト６の先端部に、ヘッド４が設けられている。シャフト６の後端部に、グリップ８が設けられている。ヘッド４として、ウッド型ゴルフクラブヘッド、ハイブリット型ゴルフクラブヘッド、ユーティリティ型ゴルフクラブヘッド、アイアン型ゴルフクラブヘッド、パターヘッド等が例示される。図１に示されるヘッド４は、ウッド型ゴルフクラブヘッドである。

なお、以下において「内側」とは、管状体（シャフト）の半径方向における内側を意味し、「外側」とは、管状体（シャフト）の半径方向における外側を意味する。本願において、「軸方向」とは、管状体（シャフト）の軸方向を意味する。

シャフト６は、複数の繊維強化樹脂層を備えた積層体である。シャフト６は、管状体の一例である。シャフト６は中空構造を有する。図１が示すように、シャフト６は、チップ端Ｔｐとバット端Ｂｔとを有する。

シャフト６は、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）とシートワインディング法（ＳＷ法）との併用によって製造されている。

ＦＷ法の種類として、ドライ法及びウェット法が知られている。

ウェット法では、繊維束に樹脂組成物を含浸させながら、この繊維束をマンドレル等に巻き付ける。このウェット法では、樹脂組成物を含浸させるための樹脂溜めが必要である。上記ウェット法では、樹脂含有量のバラツキが生じやすい。

一方、ドライ法では、トウプレグが用いられる。トウプレグは、予め樹脂組成物が含浸された繊維束である。このトウプレグは、トウプリプレグ、ヤーンプリプレグ又はストランドプリプレグとも称されている。市販されているトウプレグが用いられ得る。

ドライ法では、樹脂溜めが不要であるから、作業効率が高まる。この観点から、ドライ法が好ましい。また、ドライ法は、ウェット法に比較して、樹脂含有量のバラツキが生じにくい。この観点からも、ドライ法が好ましい。即ち、トウプレグが用いられるのが好ましい。

通常、このトウプレグは、ボビンに巻き取られた状態で、フィラメントワインディング装置に取り付けられる。ボビンにおいて、トウプレグ同士が重なっている。ボビンに巻かれた状態では、トウプレグ同士がくっつきやすい。トウプレグ同士がくっつくと、トウプレグをボビンから円滑に引き出すことができず、ＦＷ法の実施において支障が生じる。トウプレグ同士のくっつきを防止するため、トウプレグには、タック性（粘着性）が低い樹脂が用いられている。

トウプレグに用いられている繊維束は、通常、千本から数万本のフィラメントを有する。繊維束は、繊維糸とも称される。この繊維束として、東レ社製の商品名「トレカ糸」が例示される。なお「トレカ」は登録商標である。好ましい繊維束は、１０００本から７００００本程度のフィラメントの束である。典型的には、繊維束のフィラメント本数として、１０００本（１Ｋ）、３０００本（３Ｋ）、６０００本（６Ｋ）、１２０００本（１２Ｋ）、１８０００本（１８Ｋ）及び２４０００本（２４Ｋ）が挙げられる。フィラメントとは、長繊維を意味する。

プリプレグは、プリプレグシートとも称され、繊維に樹脂を含浸させたシート状の材料である。含浸されている樹脂は、マトリックス樹脂とも称される。プリプレグにおいて、マトリックス樹脂は、半硬化状態にある。好ましいマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂である。

プリプレグにおける繊維の形態は、限定されない。典型的なプリプレグは、ＵＤプリプレグである。ＵＤとは、ユニディレクションの略である。ＵＤプリプレグでは、繊維が実質的に一方向に配向している。ＵＤプリプレグ以外のプリプレグとして、例えば、繊維が編まれているプリプレグが知られている。

多くの種類のプリプレグが市販されている。プリプレグの品種によって、繊維の種類、厚み、繊維弾性率、繊維目付、プリプレグ目付、樹脂含有率等が異なる。

プリプレグは、規定された厚みを有している。プリプレグは、シート状に成形されたものであるから、その厚みの精度及び均一性は高い。

プリプレグは、通常、カバーシートにより挟まれている。典型的なカバーシートは、離型紙及び樹脂フィルムである。使用される前のプリプレグシートは、離型紙と樹脂フィルムとで挟まれている。プリプレグの一方の面には離型紙が貼られており、プリプレグの他方の面には樹脂フィルムが貼られている。プリプレグが使用される際には、これらのカバーシートが剥がされる。

スリットテープは、繊維とマトリックス樹脂とを含むテープである。マトリックス樹脂は、半硬化状態にある。スリットテープは、プリプレグと同様の物性を有しているが、その幅が狭い。本実施形態では、プリプレグから切り出されたスリットテープが用いられる。典型的なスリットテープは、プリプレグを所定の幅でカットしたものである。スリットテープでは、その長手方向に沿って、繊維が配向している。ＵＤプリプレグから作成されたスリットテープ（ＵＤスリットテープ）では、一方向に揃えられた繊維の方向が、スリットテープの長手方向に一致している。

市販されているプリプレグを切断するだけで、スリットテープが作成されうる。したがって、プリプレグと同様に、繊維種類、厚み、繊維弾性率、繊維目付、プリプレグ目付、樹脂含有率等が異なる多種のスリットテープが市販されている。スリットテープは、規定された厚みを有している。プリプレグと同様に、スリットテープの厚みの精度及び均一性は高い。

トウプレグ、プリプレグ及びスリットテープに用いられる繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維及び炭化ケイ素繊維が例示される。これらの繊維の２種以上が併用されてもよい。成形体の強度の観点から、好ましい繊維は、炭素繊維である。

この炭素繊維として、ＰＡＮ系、ピッチ系及びレーヨン系の炭素繊維が例示される。引張強度の観点から、ＰＡＮ系の炭素繊維が好ましい。炭素繊維の形態としては、前駆体繊維に撚りをかけて焼成して得られる炭素繊維（いわゆる有撚糸）、その有撚糸の撚りを解いた炭素繊維（いわゆる解撚糸）、前駆体繊維に実質的に撚りをかけずに熱処理を行う無撚糸などが挙げられる。トウプレグにおける繊維束の取扱性の観点からは、無撚糸が好ましい。また、炭素繊維は、黒鉛繊維を含んでいてもよい。

成形品の強度及び剛性の観点から、繊維の引張弾性率は、１０ｔ／ｍｍ^２以上が好ましく、２３．５ｔ／ｍｍ^２以上がより好ましく、７０ｔ／ｍｍ^２以下が好ましく、５０ｔ／ｍｍ^２以下がより好ましい。この引張弾性率は、ＪＩＳ Ｒ ７６０１：１９８６「炭素繊維試験方法」に準拠して測定される。

軽量化と強度とのバランスの観点から、成形品における強化繊維の含有率は、６５質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、８５質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。

トウプレグの繊維束には、樹脂組成物（Ａ）が含浸されている。この樹脂組成物（Ａ）として、エポキシ樹脂組成物が好ましい。エポキシ樹脂組成物の基材樹脂は、エポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂成分は、分子内に２個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が好ましい。換言すれば、このエポキシ樹脂成分は、２官能のエポキシ樹脂を含有するのが好ましい。２官能のエポキシ樹脂の具体例として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。ビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独で用いられても良く、２種以上を混合して用いられても良い。エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有することが好ましい。典型的な硬化剤として、ジシアンジアミドが挙げられる。この硬化剤には、硬化活性を高めるための硬化助剤を組み合わせることができる。硬化助剤としては、尿素に結合する水素の少なくとも１つが、炭化水素基で置換された尿素誘導体が好ましい。エポキシ樹脂組成物は、さらに、オリゴマー、高分子化合物、有機粒子、無機粒子等を含んでいてもよい。

プリプレグのマトリックス樹脂を構成する樹脂組成物（Ｂ）として、エポキシ樹脂組成物が好ましい。エポキシ樹脂組成物の基材樹脂は、エポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂成分は、分子内に２個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が好ましい。換言すれば、このエポキシ樹脂成分は、２官能のエポキシ樹脂を含有するのが好ましい。２官能のエポキシ樹脂の具体例として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。ビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独で用いられても良く、２種以上を混合して用いられても良い。エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有することが好ましい。典型的な硬化剤として、ジシアンジアミドが挙げられる。この硬化剤には、硬化活性を高めるための硬化助剤を組み合わせることができる。硬化助剤としては、尿素に結合する水素の少なくとも１つが、炭化水素基で置換された尿素誘導体が好ましい。エポキシ樹脂組成物は、さらに、オリゴマー、高分子化合物、有機粒子、無機粒子等を含んでいてもよい。

スリットテープのマトリックス樹脂を構成する樹脂組成物（Ｃ）として、エポキシ樹脂組成物が好ましい。エポキシ樹脂組成物の基材樹脂は、エポキシ樹脂である。このエポキシ樹脂組成物に含有されるエポキシ樹脂成分は、分子内に２個のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が好ましい。換言すれば、このエポキシ樹脂成分は、２官能のエポキシ樹脂を含有するのが好ましい。２官能のエポキシ樹脂の具体例として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂およびその水素添加物、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。ビスフェノール型エポキシ樹脂は、単独で用いられても良く、２種以上を混合して用いられても良い。エポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含有することが好ましい。典型的な硬化剤として、ジシアンジアミドが挙げられる。この硬化剤には、硬化活性を高めるための硬化助剤を組み合わせることができる。硬化助剤としては、尿素に結合する水素の少なくとも１つが、炭化水素基で置換された尿素誘導体が好ましい。エポキシ樹脂組成物は、さらに、オリゴマー、高分子化合物、有機粒子、無機粒子等を含んでいてもよい。

上述の通り、トウプレグに含まれる樹脂組成物（Ａ）では、ボビンからの引き出し性が考慮されており、タック性が比較的低い。一方、スリットテープに用いられている樹脂組成物（Ｃ）は、タック性が比較的高い。スリットテープは、プリプレグと同様に、カバーシートにより挟まれているため、スリットテープ同士がくっつくことがない。このため、高いタック性が許容される。タック性が高い場合、巻き付けの際のズレが抑制され、巻き付け精度が高まる。

従って、トウプレグに含まれる樹脂組成物（Ａ）と、スリットテープに用いられている樹脂組成物（Ｃ）とを比較すると、樹脂組成物（Ｃ）のほうが樹脂組成物（Ａ）よりもタック性が高いのが好ましい。

図２は、シャフト６の一部が示された断面図である。

図２が示すように、シャフト６は、複数の層によって構成されている。シャフト６は、ＦＷ法により形成されたフィラメントワインディング層ＦＷ１と、スリットテープにより形成されたスリットテープ層ＳＴ１と、ＳＷ法により形成されたシートワインディング層ＳＷ１とを有する。

フィラメントワインディング層ＦＷ１は、シャフト６の最内層を構成している。シートワインディング層ＳＷ１は、シャフト６の最外層を構成している。フィラメントワインディング層ＦＷ１とシートワインディング層ＳＷ１との間に、スリットテープ層ＳＴ１が設けられている。フィラメントワインディング層ＦＷ１の外側に、スリットテープ層ＳＴ１が設けられている。スリットテープ層ＳＴ１の外側に、シートワインディング層ＳＷ１が設けられている。

フィラメントワインディング層ＦＷ１は、シャフト６の最内層を構成している。スリットテープ層ＳＴ１は、フィラメントワインディング層ＦＷ１の外側に接している。シートワインディング層ＳＷ１は、スリットテープ層ＳＴ１の外側に接している。シートワインディング層ＳＷ１は、シャフト６の最外層を構成している。

なお、シートワインディング層ＳＷ１は、スリットテープ層ＳＴ１の外側に接していなくてもよい。

図２では、フィラメントワインディング層ＦＷ１の全体が１層として示されている。このフィラメントワインディング層ＦＷ１では、トウプレグ同士の並列によって層が形成され、更にこの層が複数積層されているが、これらの層同士の境界は不明確である。このため、図２では、フィラメントワインディング層ＦＷ１が全体として１層とされている。これに対して、シートワインディング層ＳＷ１は、断面において各層が明確に区別されうるため、図２において複数の層とされている。図２の実施形態では、シートワインディング層ＳＷ１は、４層である。図２において、スリットテープ層ＳＴ１は、単純に１層で示されている。実際には、スリットテープ層ＳＴ１は、細いテープが螺旋状に巻かれることで形成された層であるから、細かい凹凸を有する。ただし、前述の通り、スリットテープ層ＳＴ１は厚みの均一性が高いため、螺旋状に巻かれた状態でも、断面図において略均一な層のように見える。

フィラメントワインディング層ＦＷ１における繊維の方向は、軸方向に対して、０°を超えて９０°未満とすることができる。０°及び９０°での巻き付けは実質的に困難であるが、この制約を除けば，繊維の方向は特に限定されない。

トウプレグは、１本のトウプレグを巻き付けるシングルフィラメントワインディング装置で巻き付けられても良い。シングルフィラメントワインディング装置の一例は、後述されるラッピングマシンである。トウプレグは、２本以上のトウプレグを同時に巻き付けるマルチフィラメントワインディング装置で巻き付けられても良い。生産性の観点からは、このマルチフィラメントワインディング装置が好ましい。更に、２本以上のトウプレグを並列させながら同時に巻き付けることができるマルチフィラメントワインディング装置が用いられても良い。

フィラメントワインディング層ＦＷ１は、ストレート層、バイアス層及びフープ層から選択される１又は２以上の層を有していても良い。

ストレート層は、繊維の方向が軸方向に対して実質的に０°とされた層である。通常、ストレート層では、繊維絶対角度が１０°以下である。繊維絶対角度が１０°以下とは、軸方向に対する繊維の配向角度θが−１０°以上１０°以下であることを意味する。ただし上述の通り、ＦＷ法では、配向角度θを０°とすることは困難である。

バイアス層は、繊維の向きが軸方向に対して傾斜した層である。このましくは、バイアス層は、繊維が互いに逆方向に傾斜した２つの層を有する。捻れ剛性の観点から、バイアス層の繊維絶対角度は、好ましくは１５°以上であり、より好ましくは２５°以上であり、更に好ましくは４０°以上である。捻れ剛性及び曲げ剛性の観点から、バイアス層の繊維絶対角度は、好ましくは７５°以下であり、より好ましくは６５°以下であり、より好ましくは５０°以下である。

フープ層は、繊維の方向が軸方向に対して実質的に９０°とされた層である。好ましくは、フープ層の繊維絶対角度は、８０°以上９０°以下である。ただし上述の通り、ＦＷ法では、配向角度θを９０°とすることは困難である。

シートワインディング層ＳＷ１は、ストレート層、バイアス層及びフープ層から選択される１又は２以上の層を有していても良い。より好ましくは、シートワインディング層ＳＷ１は、ストレート層及びバイアス層を有している。シートワインディング層ＳＷ１は、ストレート層、バイアス層及びフープ層を有していてもよい。

シートワインディング層ＳＷ１は、プリプレグを巻き付けることにより成形される。この巻き付けは、手作業により実施されてもよいし、機械により実施されてもよい。プリプレグを巻き付ける機械は、ローリングマシンとも称される。

スリットテープ層ＳＴ１は、スリットテープが螺旋状に巻かれることにより形成されている。好ましくは、スリットテープ層ＳＴ１は、１本のスリットテープがチップ端Ｔｐからバット端Ｂｔまで巻かれることによって形成されている。

図３は、スリットテープが巻かれている様子を示す斜視図である。この図３を適宜参照しつつ、シャフト６の製造工程の概略が、説明される。

先ず、マンドレル１０が用意される。必要に応じて、このマンドレルに、離型剤及びタッキングレジンが塗布される。離型剤は、最終的に行われる引き抜きを容易とするために、塗布される。タッキングレジンは、トウプレグがマンドレル１０に付着しやすくするために用いられる。

次に、フィラメントワインディング工程がなされる。ＦＷ法により、トウプレグがマンドレル１０に巻き付けられる。これにより、マンドレル１０にトウプレグが巻き付けられたＦＷ巻回体１２が得られる。ＦＷ巻回体１２では、マンドレル１０の外側にフィラメントワインディング層ＦＷ１が形成されている。

次に、スリットテープ巻き付け工程がなされる。上記ＦＷ巻回体１２に、スリットテープ１４が巻き付けられる。図３は、この巻き付けの様子を示している。スリットテープ１４は、螺旋状に巻き付けられている。巻き付けのピッチＰ１は、スリットテープ１４の幅Ｗ１よりも小さい。スリットテープ１４は、その幅方向の一部が重ねられつつ、巻き付けられている。スリットテープ１４は、前述したカバーシートが剥がされつつ巻き付けられる。

このように、スリットテープ１４は、隣接するスリットテープ１４同士の間で隙間が生じないように巻き付けられる。換言すれば、好ましくは、スリットテープ１４は、ＦＷ巻回体１２（フィラメントワインディング層ＦＷ１）の全体を覆うように、巻き付けられる。この構成は、後述の平坦化効果に寄与する。

図３が示すように、スリットテープ１４は、張力Ｆ１が付加されつつ、巻き付けられる。

次に、シートワインディング工程がなされる。ＳＷ法により、プリプレグが巻き付けられる。所望のサイズにカットされたプリプレグが、巻き付けられる。次に、ラッピングテープが巻かれる。続いて加熱がなされ、マトリックス樹脂が硬化される。次に、マンドレル１０が引き抜かれ、ラッピングテープが剥がされる。必要に応じて、両端切除、表面研磨、表面塗装等がなされ、シャフト６が得られる。

前述の通り、トウプレグのタック性は低い。そのため、ＦＷ層の上にＳＷ法でプリプレグを巻き付ける場合、プリプレグがＦＷ層の上で滑りやすい。ローリングマシン等でプリプレグを押さえつけながら巻き付ける場合、上記滑りに起因して、プリプレグに皺が生じやすいことが判明した。また、皺が生じないように、力をかけずにプリプレグを巻くと、ＦＷ層の表面に樹脂だまりが形成されることが判明した。これらの皺及び樹脂だまりは、シャフト６の強度を低下させる。

本発明者は、強度を高めるための構成について鋭意検討した。その結果、ＦＷ層の上にスリットテープを巻くことで、樹脂だまりが減少することが判明した。

ＦＷ層の表面には、比較的大きな凹凸が存在することが分かった。この凹凸の発生には、トウプレグの断面形状が関与していると考えられる。一方、前述の通り、スリットテープは、厚みの均一性に優れる。このスリットテープを巻くことで、ＦＷ層の表面に形成された凹凸が平坦化される平坦化効果が得られると考えられる。更に、張力を付加しつつスリットテープを巻くことで、上記平坦化効果が促進されると推測される。樹脂だまりの低減は、断面観察によって確認することができる。

スリットテープ１４の幅Ｗ１は、限定されない。螺旋状の巻き付けを容易とする観点から、スリットテープ１４の幅Ｗ１は、２０ｍｍ以下が好ましく、１５ｍｍ以下がより好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましく、５ｍｍ以下が更に好ましい。隙間なく螺旋状に巻き付けるという前提の元では、幅Ｗ１が過小であると、巻き付け角度が過度に限定される。スリットテープ巻き付け工程の生産性を高める観点から、幅Ｗ１は、１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましい。

スリットテープ１４の厚みＴは、限定されない。張力に対する強度を考慮すると、スリットテープ１４の厚みＴは、０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．０２ｍｍ以上がより好ましく、０．０２５ｍｍ以上が更に好ましい。スリットテープ１４の重量を抑制することで、ＳＷ層及びＦＷ層の設計自由度が高まる。この観点から、スリットテープ１４の厚みＴは、０．２５ｍｍ以下が好ましく、０．２ｍｍ以下がより好ましく、０．１８ｍｍ以下が更に好ましい。

張力に対する強度の観点から、スリットテープ１４の繊維含有率は、５０重量％以上が好ましく、５５重量％以上がより好ましい。タック性を高める観点から、スリットテープ１４の繊維含有率は、８５重量％以下が好ましく、８０重量％以下がより好ましい。

上記平坦化効果の観点、及び、スリットテープ１４の重量を減らす観点から、スリットテープ１４の幅Ｗ１と厚みＴとの比（Ｗ１／Ｔ）は、大きい方が好ましい。この観点から、Ｗ１／Ｔは、５以上が好ましく、１０以上がより好ましく、１５以上がより好ましく、２０以上がより好ましく、５０以上が更に好ましい。幅Ｗ１及び厚みＴの好ましい範囲を考慮すると、Ｗ１／Ｔは、１０００以下が好ましく、７００以下がより好ましく、５００以下が更に好ましい。

スリットテープ１４の層（ＳＴ層）の層数は、限定されない。スリットテープ１４の重量を抑制することで、ＳＷ層及びＦＷ層の設計自由度が高まる。この観点から、ＳＴ層の層数は、３層以下が好ましく、２層以下がより好ましく、１層が特に好ましい。ただし、樹脂だまりの抑制効果を高める観点から、ＳＴ層が２層以上とされてもよい。

なお、スリットテープ１４の層は、前述の通り、テープ状の部材が螺旋状に巻かれることにより形成されている。よって、スリットテープ１４の１層には、スリットテープ１４同士が重なった部分が含まれうる。

樹脂だまりを抑制する観点から、スリットテープ１４に作用させる張力Ｆ１は、０．３ｋｇｆ以上が好ましく、０．５ｋｇｆ以上がより好ましく、０．７ｋｇｆ以上が更に好ましい。スリットテープ１４の破断を防止する観点から、上記張力Ｆ１は、５ｋｇｆ以下が好ましく、４ｋｇｆ以下がより好ましく、３ｋｇｆ以下が更に好ましい。

張力は、フィラメント１本当たりに換算される。例えば、スリットテープ１４に含まれる炭素繊維が２４０００本であり、このスリットテープ１４に１０００ｇｆの張力が付加された場合、フィラメント１本当たりの張力は、
１０００／２４０００＝０．０４１７（ｇｆ）
である。

樹脂だまりを抑制する観点から、スリットテープ１４におけるフィラメント１本当たりの張力は、０．２（ｇｆ）以上が好ましく、０．４（ｇｆ）以上がより好ましく、０．６（ｇｆ）以上がより好ましい。スリットテープ１４の破断を防止する観点から、スリットテープ１４におけるフィラメント１本当たりの張力は、４（ｇｆ）以下が好ましく、３（ｇｆ）以下がより好ましい。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

[評価方法]
シャフトの強度を評価するため、以下の方法で３点曲げ強度を測定した。

［３点曲げ強度］
３点曲げ強度は、ＳＧ式３点曲げ強度試験に準拠して行った。ＳＧ式とは、日本の製品安全協会が定める試験方法である。計測装置として、島津製作所社製の島津オートグラフが用いられた。図４は、３点曲げ強度の測定方法を示す。図４が示すように、２つの支持点ｅ１、ｅ２においてシャフト６を下方から支持しつつ、荷重点ｅ３において上方から下方に向かって荷重Ｆを加えた。荷重点ｅ３の位置は、支持点ｅ１と支持点ｅ２とを二等分する位置とした。荷重点ｅ３が、測定点である。荷重点ｅ３の移動速度は、２０ｍｍ／ｍｉｎとされた。シャフト６の長手方向中心位置が、測定点とされた。スパンＳは、３００ｍｍとされた。シャフト６が破損したときの荷重Ｆの値（ピーク値）が測定された。

[実施例１]
上述の製造工程により、シャフトが製造された。先ず、フィラメントワインディング工程がなされた。離型剤及びタッキングレジンが塗布されたマンドレルに、トウプレグを巻き付けて、ＦＷ層を形成した。トウプレグとして、ＪＸ日鉱日石エネルギー社製の「Ｔ８００ＨＢ６Ｋ３−ＲＣ−ＳＸ３」が用いられた。

なお、フィラメントワインディング工程には、汎用のラッピングマシンが用いられた。このラッピングマシンは、シャフトの製造においてラッピングテープを巻き付けるのに用いられる。

次に、スリットテープ巻き付け工程がなされた。スリットテープとして、日精株式会社製の「ＴＳＴＰ ０．０３×３」が用いられた。このスリットテープは、厚みが０．０３ｍｍであり、幅が３ｍｍであり、炭素繊維の弾性率は２４ｔ／ｍｍ^２であり、樹脂含有率は４２重量％であり、フィラメント数は１２５０本（１．２５Ｋ）である。

スリットテープは、前述のラッピングマシンによって、巻き付けられた。ピッチＰ１は２ｍｍとされた。スリットテープは、張力Ｆ１が付加されつつ、巻き付けられた。張力Ｆ１は、１ｋｇｆであった。フィラメント１本当たりの張力は、０．８ｇｆであった。

次に、シートワインディング工程がなされた。プリプレグとして、三菱レイヨン株式会社製の「ＭＲＸ３５０Ｅ−０７５Ｓ」が用いられた。

次に、ラッピングテープが巻かれ、電気炉で加熱された。加熱後、マンドレルを抜き取り、ラッピングテープを除去して、シャフトを得た。

実施例１の積層構成は、以下の通りであった。なおＦＷ層が＋８８°及び−８８°とされているのは、ＦＷ法では９０°で巻くことができないためである。９０°にできるだけ近づける観点から、±８８°が採用された。
・第１層（ＦＷ層ＦＷ１）：繊維の配向角度θが＋８８°
・第２層（ＦＷ層ＦＷ１）：繊維の配向角度θが−８８°
・第３層（ＳＴ層ＳＴ１）：繊維の配向角度θが＋８８°
・第４層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが０°
・第５層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが９０°
・第６層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが０°
・第７層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが９０°
・第８層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが０°

[比較例１]
ＳＴ層を設けなかった他は実施例１と同様にして、比較例１のシャフトを得た。この比較例１の積層構成は、以下の通りであった。
・第１層（ＦＷ層ＦＷ１）：繊維の配向角度θが＋８８°
・第２層（ＦＷ層ＦＷ１）：繊維の配向角度θが−８８°
・第３層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが０°
・第４層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが９０°
・第５層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが０°
・第６層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが９０°
・第７層（ＳＷ層ＳＷ１）：繊維の配向角度θが０°

[比較例２]
ＦＷ層をＳＷ層に置換した他は実施例１と同様にして、比較例２のシャフトを得た。この比較例２の積層構成は、以下の通りであった。なお、比較例２のシートワインディング層ＳＷ１０の合計厚みは、実施例１のフィラメントワインディング層ＦＷ１の厚みと同じに設定された。
・第１〜６層（ＳＷ層ＳＷ１０）：繊維の配向角度θが９０°
・第７層（ＳＴ層ＳＴ１） ：繊維の配向角度θが＋８８°
・第８層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが０°
・第９層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが９０°
・第１０層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが０°
・第１１層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが９０°
・第１２層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが０°

[比較例３]
ＳＴ層を設けず、且つ、ＦＷ層をＳＷ層に置換した他は実施例１と同様にして、比較例３のシャフトを得た。この比較例３の積層構成は、以下の通りであった。なお、比較例３のシートワインディング層ＳＷ１０の合計厚みは、実施例１のフィラメントワインディング層ＦＷ１の厚みと同じに設定された。
・第１〜６層（ＳＷ層ＳＷ１０）：繊維の配向角度θが９０°
・第７層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが０°
・第８層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが９０°
・第９層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが０°
・第１０層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが９０°
・第１１層（ＳＷ層ＳＷ１１） ：繊維の配向角度θが０°

図５は、実施例１のシャフトの断面写真である。図６は、比較例１のシャフトの断面写真である。図７は、比較例２のシャフトの断面写真である。図８は、比較例３のシャフトの断面写真である。

図６に示す比較例１では、フィラメントワインディング層ＦＷ１とシートワインディング層ＳＷ１との境界部に、樹脂だまりＲＳ１が形成された。これに対して、図５に示す実施例１では、スリットテープ層ＳＴ１を設けたことで、樹脂だまりＲＳ１の形成が防止された。なお、スリットテープ層ＳＴ１の厚みは約０．０３ｍｍと薄いため、スリットテープ層ＳＴ１層によるシャフト重量及びシャフト外径の増加は、僅かであった。このように、スリットテープ層ＳＴ１による顕著な効果を確認することができた。

図７に示す比較例２では、内側のシートワインディング層ＳＷ１０と外側のシートワインディング層ＳＷ１１との間に、スリットテープ層ＳＴ１が形成された。また、図８に示す比較例３では、内側のシートワインディング層ＳＷ１０の外側にシートワインディング層ＳＷ１１が形成されており、スリットテープ層ＳＴ１は設けられなかった。

比較例２及び比較例３では、いずれも、樹脂だまりが形成されていない。つまり、シートワインディング層のみである場合、樹脂だまりＲＳ１は形成されない。一方、図６に示す比較例１では、樹脂だまりＲＳ１が形成されている。本発明者は、フィラメントワインディング層ＦＷ１とシートワインディング層ＳＷ１との境界に、樹脂だまりＲＳ１が生じるという新たな知見を得た。そして、この樹脂だまりＲＳ１を抑制する方法として、スリットテープの使用が有効であることが判明した。

図９は、実施例１及び比較例１から３の３点曲げ強度の測定結果である。サンプル数は４とされ、４つのデータの平均値が算出された。この結果が、図９の棒グラフで示されている。なお、このグラフのエラーバーは、標準偏差を示す。この図９が示すように、３点曲げ強度の平均値は、実施例１で１００６Ｎ、比較例１で８９４Ｎ、比較例２で１０２３Ｎ、比較例３で９９１Ｎであった。なお、シャフトの外径は、実施例１及び比較例２では１１．５９ｍｍであり、比較例１及び比較例３では１１．５３ｍｍであった。なお、各シャフトは、テーパーを有さず、その内径及び外径は一定である。

比較例１に比べて、実施例１は３点曲げ強度が高い。ただし、実施例１はスリットテープ層ＳＴ１を有するのに対して、比較例１はスリットテープ層ＳＴ１が無いので、両者を単純に比較することはできない。そこで、共にスリットテープ層ＳＴ１を有し積層構造が互いに対応する実施例１と比較例２とを比較してみると、比較例２のほうが強度が若干高いが、その差は１．７％程度と少ない。これに対して、共にスリットテープ層ＳＴ１を有さず積層構造が互いに対応する比較例３と比較例１との比較では、その差は１０．９％と大きい。

この結果より、次のことが言える。比較例１と比較例３との比較では、樹脂だまりＲＳ１の存在に起因して、比較例１のほうが強度が大きく低下している。これに対して、実施例１と比較例２との比較では、実施例１に樹脂だまりＲＳ１が無いため、両者の強度はほぼ同じである。実施例１と比較例２との間の強度の差は、フィラメントワインディング層ＦＷ１とシートワインディング層ＳＷ１０との違いに起因すると考えられる。

これらの結果より、樹脂だまりＲＳ１が強度を低下させること、及び、樹脂だまりＲＳ１の発生を抑制することで強度が高まることが明らかとなった。

このように、ＦＷ層の表面にＳＴ層を設けることで、樹脂だまりの形成が抑制され、強度が向上する。本発明の優位性は明らかである。

以上の説明では、ゴルフクラブシャフト（管状体）が例示されている。しかし、本発明は、管状体以外のあらゆる繊維強化プラスチック成形物にも適用されうる。

２・・・ゴルフクラブ
４・・・ヘッド
６・・・シャフト
８・・・グリップ
ＳＷ１・・・シートワインディング層
ＳＴ１・・・スリットテープ層
ＦＷ１・・・フィラメントワインディング層
Ｔｐ・・・シャフトのチップ端
Ｂｔ・・・シャフトのバット端

Claims (5)

1. 軸方向に隙間なく形成されたフィラメントワインディング層と、
   前記フィラメントワインディング層の外側に設けられたスリットテープ層と、
   前記スリットテープ層の外側に設けられたシートワインディング層と、
   を有しており、
   前記スリットテープ層は、前記フィラメントワインディング層の外面に接している繊維強化プラスチック成形物。
2. 前記フィラメントワインディング層、前記スリットテープ層及び前記シートワインディング層に含まれる繊維が炭素繊維である請求項１に記載の繊維強化プラスチック成形物。
3. 前記フィラメントワインディング層、前記スリットテープ層及び前記シートワインディング層において、マトリックス樹脂の基材樹脂がエポキシ樹脂である請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック成形物。
4. 前記成形物がゴルフクラブシャフトである請求項１から３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形物。
5. 前記スリットテープの幅がＷ１とされ、前記スリットテープの厚みがＴとされるとき、
   Ｗ１／Ｔが５以上１０００以下である請求項１から４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック成形物。

Images