特許 5975422 導電性構造部を有するシャフト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5975422

(24)【登録日】2016年7月29日

(45)【発行日】2016年8月23日

(54)【発明の名称】導電性構造部を有するシャフト

(51)【国際特許分類】

   A63B 53/00 20150101AFI20160809BHJP

   A63B 53/10 20150101ALI20160809BHJP

   A63B 60/42 20150101ALI20160809BHJP

【ＦＩ】

   A63B53/00 B

   A63B53/10 A

   A63B60/42

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-146696(P2012-146696)

(22)【出願日】2012年6月29日

(65)【公開番号】特開2014-8204(P2014-8204A)

(43)【公開日】2014年1月20日

【審査請求日】2015年4月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004075

【氏名又は名称】ヤマハ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126170

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 義之

(72)【発明者】

【氏名】細川 眞

【審査官】 吉田 英一

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１０７０８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭６０−１３８５６８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６３Ｂ ５３／００

Ａ６３Ｂ ５３／１０

Ａ６３Ｂ ６０／４２

Ａ６３Ｂ ６９／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサが取付可能に構成されているシャフトであって、
前記シャフトの機械的強度を受け持つ導電性の構造部と、
前記導電性の構造部の外面の一部に形成された導電性塗膜と、
を備え、
前記センサは、前記シャフトの外周部に取り付けられ、
前記シャフトの長手方向に渉って配置され前記センサに接続される複数の線路のうちの一部の線路は、前記導電性の構造部と前記導電性塗膜とを含む、
シャフト。

【請求項2】

前記一部の線路は、基準電位点に接続される基準電位線路である、
請求項１記載のシャフト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、導電性の構造部を有するシャフトに関し、特にセンサが取り付け可能なシャフトに関する。

【背景技術】

【0002】

ゴルフクラブにおいて、シャフトのしなりが飛距離等の性能に影響を及ぼすことが知られている。シャフトのしなりは、静的な状態で評価することも可能であるが、スイング中のシャフトの動的なしなりは、静的な状態で評価した結果と必ずしも一致しない。そこで、シャフト上の任意の２点にひずみゲージを取り付け、スイング中のシャフトの様々な変形等の動的挙動に関する情報を得て、これにより、実際のスイング時のシャフトのしなり等の動的な挙動の評価を行うことが提案されている（特許文献１）。また、シャフトの動的な挙動の評価は、ゴルフクラブのみならず、釣り竿、テニスラケット、あるいは、野球のバット等、棒状の部材（シャフト）を有する用具においても求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１０２８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、シャフトの動的な挙動を評価するために、シャフトに取り付けたひずみゲージとひずみを計測する装置とを配線で接続すると、配線の重量によりシャフトの動的な挙動が変化する可能性がある。そのため、しなり等のシャフト自体の動的な挙動を正確に評価することが困難であった。

【0005】

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、シャフトにセンサを取り付けることによるシャフトの動的な挙動の変化を抑制し、シャフト自体の動的な挙動をより正確に評価する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題の少なくとも一部を達成するために、本発明のシャフトは、センサが取付可能に構成されているシャフトであって、前記シャフトの機械的強度を受け持つ導電性の構造部と、前記導電性の構造部の外面の一部に形成された導電性塗膜と、を備え、前記センサは、前記シャフトの外周部に取り付けられ、前記シャフトの長手方向に渉って配置され前記センサに接続される複数の線路のうちの一部の線路は、前記導電性の構造部と前記導電性塗膜とを含むことを特徴とする。この構成によれば、シャフトの他に設けられる配線から、複数の線路のうちの一部の線路に対応する配線を省くことができる。これにより、配線の重量を低減し、配線の重量によりシャフトの動的な挙動が変化することを抑制することができるので、シャフト自体の動的な挙動をより正確に評価することが可能となる。
この構成では、また、複数の線路のうちの一部の線路が、導電性構造部の外面の一部に形成された導電性塗膜を含むとともに、センサをシャフトの外周部に取り付けられる。そのため、センサのシャフトへの取付がより容易になるとともに、一部の線路を形成するのがより容易となる。

【0007】

前記一部の線路は、基準電位点に接続される基準電位線路であっても良い。この構成によれば、導電性の構造部が複数のセンサに共通に使用される基準電位線路として使用されるので、複数のセンサを使用するのがより容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明を利用したゴルフクラブの構成を示す説明図。

【図2】歪計測装置において歪ゲージの変形量を検出する検出回路の回路図。

【図3】歪ゲージをシャフトに取り付ける様子を示す説明図。

【図4】歪ゲージをシャフトに取り付ける他の態様を示す説明図。

【図5】第２実施例におけるシャフトの構成を示す説明図。

【図6】第２実施例における図５とは別の態様のシャフトの構成を示す説明図。

【図7】第３実施例におけるシャフトの構成を示す説明図。

【図8】ＣＦＲＰ層の電気抵抗を測定する様子を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明を利用したゴルフクラブ１０の構成を示す説明図である。ゴルフクラブ１０は、ヘッド１１と、グリップ１２と、ヘッド１１およびグリップ１２が両端に取り付けられたシャフト１３とを有している。シャフト１３は、グリップ１２からヘッド１１に向かって細くなるテーパー状の中空部材である。詳細については後述するが、シャフト１３は、炭素繊維の層にマトリックス樹脂を含浸させて硬化させた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）層と、ＣＦＲＰ層の外面に形成された絶縁性塗料の塗膜（絶縁性塗膜）とを有している。ゴルフクラブ１０には、シャフト１３の各位置における歪みを計測するための複数の歪ゲージ２１が接着剤や粘着テープ等により固定されている。シャフト１３に巻き付けられた配線部材２２は、フレキシブルプリント基板で形成されており、その一端がグリップ１２側のシャフト１３の内部に導入されている。歪ゲージ２１の各端子は、配線部材２２に形成された複数の導線（図示しない）と、導電性を有するＣＦＲＰ層とを介して、グリップ１２の位置におけるシャフト１３の内部に設けられた歪計測装置（図示しない）に接続される。歪計測装置は、歪ゲージ２１の抵抗値の変化から歪ゲージ２１の変形量を検出する。検出された歪ゲージ２１の変形量は、歪計測装置から外部の装置に無線で送信される。これにより、しなり等のユーザがスイングを行った際のシャフト１３の動的な変形状態を評価することが可能となる。なお、歪計測装置から外部の装置への変形量の送信は、有線で行っても良く、また、歪計測装置を外部に設置することも可能である。これらの場合、グリップ１２側から、必要な配線が引き出される。

【0011】

図２は、歪計測装置において歪ゲージ２１の変形量を検出する検出回路３０の回路図である。検出回路３０は、３つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、定電圧源３１と、電圧検出器３２とを有している。歪ゲージ２１が有するゲージ抵抗Ｒｇは、３本の線路ＬＡ〜ＬＣで検出回路３０に接続されている。ゲージ抵抗Ｒｇの両端から伸びる線路ＬＡ，ＬＢは、それぞれ、抵抗Ｒ１，Ｒ３の抵抗Ｒ２と反対側の端に接続されており、ゲージ抵抗Ｒｇと３つの抵抗Ｒ１〜Ｒ３は閉回路を形成する。電圧検出器３２は、検出回路３０側において、抵抗Ｒ１とゲージ抵抗Ｒｇとの接続点、および、２つの抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点に繋がっている。定電圧源３１は、検出回路３０側において２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に繋がり、歪ゲージ２１側において抵抗Ｒ３とゲージ抵抗Ｒｇとの接続点に繋がっている。これにより、歪ゲージ２１、線路ＬＡ〜ＬＣ、定電圧源３１、および、電圧検出器３２は、ブリッジを構成する。第１実施例では、ブリッジにおける閉回路を構成する線路ＬＡ，ＬＢとして、配線部材２２に形成された導体が使用される。これにより、線路ＬＡ，ＬＢの抵抗が変形量の検出結果に影響を与えることが抑制される。一方、定電圧源３１に接続される線路ＬＣとしては、シャフト１３のＣＦＲＰ層が使用される。なお、上述の通り、歪計測装置は、グリップ１２の位置におけるシャフト１３の内部に設けられているので、歪ゲージ２１と歪計測装置とを接続する線路ＬＡ〜ＬＣは、シャフト１３の長手方向（すなわち、ヘッド１１側からグリップ１２側に向かう方向）に渉って設けられている。

【0012】

図３は、歪ゲージ２１をシャフト１３に取り付ける様子を示す説明図である。図３（ａ）は、歪ゲージ２１が取り付けられるシャフト１３の断面を示している。図３（ａ）に示すように、シャフト１３は、ＣＦＲＰ層１３１と、ＣＦＲＰ層１３１の外面に形成された絶縁性塗膜１３２とを有している。歪ゲージ２１の取付の際、まず、図３（ｂ）に示すように、絶縁性塗膜１３２の一部を剥がし、開口部１３３を設ける。このように絶縁性塗膜１３２の一部を剥がして開口部１３３を設けても、機械的強度を受け持つＣＦＲＰ層１３１（構造部）は、図３（ａ）に示すシャフト１３の本来の状態と同一である。そのため、開口部１３３を設けることのシャフト１３の強度的に対する影響は、無視することができる。なお、第１実施例では、絶縁性塗膜１３２の一部を剥がして開口部１３３を形成しているが、予め開口部１３３が設けられたシャフトを準備しても良い。

【0013】

次いで、歪ゲージ２１を接着剤や粘着テープ等で固定した後、図３（ｃ）に示すように、定電圧源３１（図２）に接続される歪ゲージ２１の端子とＣＦＲＰ層１３１とを、開口部１３３を通して接続部材２３で接続する。また、歪ゲージ２１の他の端子と配線部材２２とを接続部材２４で接続する。これにより、歪ゲージ２１と検出回路３０（図２）は、接続部材２４と配線部材２２とにより構成される線路ＬＡ，ＬＢと、接続部材２３とＣＦＲＰ層１３１とにより構成される線路ＬＣとにより接続される。歪ゲージ２１の端子とＣＦＲＰ層１３１とを接続する接続部材２３としては、例えば、導電性樹脂を用いることができる。また、歪ゲージ２１の端子と配線部材２２を接続する接続部材２４としては、例えば、導電性樹脂や銅線等を用いることできる。なお、図３（ｃ）に示すように、歪ゲージ２１をシャフト１３の外周側に取り付ける場合、中空のシャフト１３に換えて、中実のシャフトを使用することができる。

【0014】

図４は、歪ゲージ２１をシャフト１３に取り付ける他の態様を示す説明図である。図４の例では、歪ゲージ２１をシャフト１３の内側に取り付けている。また、図示しないが、配線部材２２は、シャフト１３の内部を通してグリップ１２側に設けられた歪計測装置に接続される。図４に示すように、シャフト１３の内面は導電性のＣＦＲＰ層１３１が露出しているため、歪ゲージ２１は、絶縁性樹脂層２５を挟んでＣＦＲＰ層１３１に固定される。そして、図３の例と同様に、歪ゲージ２１の端子をＣＦＲＰ層１３１および配線部材２２に接続することにより、歪ゲージ２１と検出回路３０（図２）とが接続される。なお、絶縁性塗膜１３２の一部を剥がして開口部１３３を設けることは省略される。この場合、シャフト１３の外部の形状が本来の状態と同一となるので、歪ゲージ２１や配線部材２２の空気抵抗がシャフト１３の変形状態に与える影響を低減し、シャフト１３の変形状態をより正確に評価することが可能となる。但し、歪ゲージ２１の取付が容易となる点では、シャフト１３の外周部に歪ゲージ２１を取り付けるのが好ましい。

【0015】

このように、第１実施例では、歪ゲージ２１と検出回路３０（図２）とを接続する線路ＬＡ〜ＬＣのうち、定電圧源３１に接続される線路ＬＣとしてＣＦＲＰ層１３１を使用しているので、線路ＬＣに使用するための導線を配線部材２２から省略し、配線部材２２に形成される導線の本数を少なくすることができる。そのため、配線部材２２を細くして、その重量を低減することができるので、配線部材２２の重量がシャフト１３の変形状態に与える影響を低減し、シャフト１３の変形状態をより正確に評価することが可能となる。また、配線部材２２を細くすることにより、スイング時に配線部材２２自体に加わる応力が低減されるので、配線部材２２に形成される導線の断線等の障害の発生を抑制することが容易となる。

【0016】

なお、第１実施例では、定電圧源３１に接続される線路ＬＣにＣＦＲＰ層１３１を用いているが、他の構成も可能である。例えば、電圧検出器３２と定電圧源３１とを入れ替えて、電圧検出器３２に接続される線路にＣＦＲＰ層１３１を使用することも可能である。但し、電圧検出器３２の各端子の電位は、個々の歪ゲージ２１の状態によって変化するので、複数の歪ゲージ２１および検出回路３０を使用するのが容易ではない。これに対し、定電圧源３１の両端は電位が一定となる。そのため、複数の歪ゲージ２１および検出回路３０を使用するのがより容易となる点で、ＣＦＲＰ層１３１は、電位の基準となる定電圧源３１の一端（基準電位点もしくはグラウンド）に接続される線路ＬＣ（基準電位線路）に使用するのが好ましい。また、歪ゲージ２１をシャフト１３の内部に取り付け、ＣＦＲＰ層１３１を定電圧源３１の一端に接続される線路ＬＣに使用すると、他の線路ＬＡ，ＬＢは、基準電位に維持されたシャフト１３の内部に配置される。そのため、線路ＬＡ，ＬＢに誘起されるノイズを低減することができる。

【0017】

Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例におけるシャフト１３ａの構成を示す説明図である。図５（ａ）は、グリップ１２側から見たシャフト１３ａの斜視図であり、図５（ｂ）は、Ａ−Ａ面におけるシャフト１３ａの断面図であり、図５（ｃ）は、Ｂ−Ｂ面におけるシャフト１３ａの断面図である。図５に示すように、第２実施例のシャフト１３ａは、ＣＦＲＰ層１３１の外面に形成された絶縁性塗膜１３２ａに、略円形の開口部１３３ａが予め設けられており、開口部１３３ａの位置においてＣＦＲＰ層１３１の外面に導電性塗料の塗膜（導電性塗膜）１３４ａが形成されている。他の点は、第１実施例と同様である。このように、ＣＦＲＰ層１３１の外面に導電性塗膜１３４ａを形成することにより、歪ゲージ２１の端子は、導電性塗膜１３４ａを介してＣＦＲＰ層１３１に接続される。この場合、導電性塗膜１３４ａは、線路ＬＣ（図２）に含まれる。

【0018】

図６は、第２実施例における図５とは別の態様のシャフト１３ｂの構成を示す説明図である。図６（ａ）は、グリップ１２側から見たシャフト１３ｂの斜視図であり、図６（ｂ）は、Ａ−Ａ面におけるシャフト１３ｂの断面図であり、図６（ｃ）は、Ｂ−Ｂ面におけるシャフト１３ｂの断面図である。図６に示すシャフト１３ｂは、絶縁性塗膜１３２ｂに設けられた開口部１３３ｂが円環状となっている点で、図５に示すシャフト１３ａと異なっている。他の点は、図５に示すシャフト１３ａと同様である。なお、図６のシャフト１３ｂでは、開口部１３３ｂおよび導電性塗膜１３４ｂをシャフト１３ｂの軸に対称に形成しているので、シャフト１３ｂは、ゴルフのルールに適合している。そのため、歪ゲージ２１、配線部材２２、および、歪計測装置を脱着可能にすれば、競技に使用するシャフト１３ｂそのものの変形状態を測定することができる。

【0019】

第２実施例では、ＣＦＲＰ層１３１の外面に導電性塗膜１３４ａ，１３４ｂが形成されている。この場合、導電性塗膜１３４ａ，１３４ｂを半田付け可能な樹脂（例えば、特開平１０−３１９１２号公報参照）で形成すれば、歪ゲージ２１（図３）の端子を導電性塗膜１３４ａ，１３４ｂに半田付けできる。また、炭素繊維の含有率を高くすること等によってＣＦＲＰ層１３１の接着性が低くなり、接続部材２４が比較的容易に剥がれてしまう場合においても、導電性塗膜１３４ａ，１３４ｂへの接着性は十分高くすることができる。さらに、歪ゲージ２１のシャフト１３ａ，１３ｂ側の面に歪ゲージ２１の端子を突出させ、当該端子を導電性塗膜１３４ａ，１３４ｂに接触するように歪ゲージ２１をシャフト１３ａ，１３ｂに押しつけて固定すれば、歪ゲージ２１の端子を導電性塗膜１３４ａ，１３４ｂに接続することができる。このように、第２実施例によれば、ＣＦＲＰ層１３１の外面に導電性塗膜１３４ａ，１３４ｂを形成することにより、歪ゲージ２１の端子をＣＦＲＰ層１３１に電気的に接続し、線路ＬＣを形成するのがより容易となる。

【0020】

Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例におけるシャフト１３ｃ，１３ｄの構成を示す説明図である。図７（ａ）および（ｂ）は、シャフト１３ｃのＡ−Ａ面（図５参照）およびＢ−Ｂ面における断面図である。図７（ｃ）および（ｄ）は、シャフト１３ｄのＡ−Ａ面（図５参照）およびＢ−Ｂ面における断面図である。図７に示すように、第３実施例では、開口部１３３ａ，１３３ｂの位置においてＣＦＲＰ層１３１の外面に形成される導電性塗膜１３４ｃ，１３４ｄが絶縁性塗膜１３２ａ、１３２ｂから突出している点で、第２実施例のシャフト１３ａ，１３ｂ（図５および図６）と異なっている。他の点は、第２実施例のシャフト１３ａ，１３ｂ同様である。このように、導電性塗膜１３４ｃ，１３４ｄを突出させることにより、歪ゲージ２１の端子をＣＦＲＰ層１３１に接続するのがさらに容易となる。また、図７（ｃ）および（ｄ）に示すシャフト１３ｄでは、導電性塗膜１３４ｄの最外周が絶縁性塗膜１３２ｂよりも外側に位置する。そのため、シャフト１３ｄが転がった場合等に、絶縁性塗膜１３２ｂに傷がつくことを抑制できる。

【0021】

Ｄ．変形例：
本発明は上記各実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

【0022】

Ｄ１．変形例１：
上記各実施例では、シャフト１３〜１３ｄの機械的強度を受け持つ構造部として、炭素繊維強化樹脂により形成されたＣＦＲＰ層１３１を使用しているが、導電性を有する素材であれば、構造部を他の素材で形成することも可能である。構造部は、例えば、カーボンナノチューブを分散させた樹脂や、金属繊維を分散させた樹脂等で形成することも可能である。

【0023】

Ｄ２．変形例２：
上記各実施例では、シャフト１３〜１３ｄに歪ゲージ２１を取り付けることにより、シャフト１３〜１３ｄの動的な変形状態の評価を行っているが、シャフト１３〜１３ｄに種々のセンサを取り付け、シャフト１３〜１３ｄの動的な挙動を評価することも可能である。例えば、シャフト１３〜１３ｄに角度センサや、加速度センサを取り付けることによっても、シャフト１３〜１３ｄの動的な挙動を評価することができる。

【0024】

さらに、センサを用いることなく、シャフト１３〜１３ｄの状態を評価するためにＣＦＲＰ層１３１を使用することも可能である。例えば、図８に示すように、電池４１の両端に接続された２つの測定用端子４２と、電圧計４３の両端に接続された２つの測定用端子４４とを、それぞれ互いに異なる２つの導電性塗膜１３４ｄに接触させること（４端子法と呼ばれる）により、２つの導電性塗膜１３４ｄの間のＣＦＲＰ層１３１の電気抵抗を測定することが可能である。なお、この場合、ＣＦＲＰ層１３１は、シャフトの状態を評価するための回路の一部として機能している。通常、ＣＦＲＰ層１３１にクラック等の損傷が生じた場合、損傷が生じた領域ではＣＦＲＰ層１３１の電気抵抗が増大する。そのため、図８に示すように、ＣＦＲＰ層１３１の電気抵抗を測定することにより、シャフト１３ｄが損傷しているか否か、および、損傷している場合にはどこで損傷しているかを評価することができる。また、損傷を検出した場合には、ＬＥＤ等のランプやブザーなどにより警告を発することも可能である。図８では、円環状の導電性塗膜１３４ｄが絶縁性塗膜１３２ｂから突出しているシャフト１３ｄの例を示しているが、ＣＦＲＰ層１３１の電気抵抗の測定は、絶縁性塗膜１３２〜１３２ｂに開口部１３３〜１３３ｂが設けられていれば、上記各実施例で説明した種々の形状のシャフトで行うことができる。また、図８の例では、４端子法によりＣＦＲＰ層１３１の電気抵抗を測定しているが、２端子法などの他の方法によりＣＦＲＰ層１３１の電気抵抗を測定しても良い。但し、電気抵抗の測定精度を高くすることができる点で、４端子法によりＣＦＲＰ層１３１の電気抵抗を測定するのが好ましい。

【0025】

Ｄ３．変形例３：
上記各実施例では、本発明をゴルフクラブ１０のシャフト１３〜１３ｄに適用しているが、本発明は、ゴルフクラブ１０のシャフト１３〜１３ｄの他、種々のシャフト（棒状部材）に適用することができる。本発明は、例えば、釣り竿、テニスラケット、あるいは、野球バットにおける棒状部材に適用することができる。

【符号の説明】

【0026】

１０…ゴルフクラブ、１１…ヘッド、１２…グリップ、１３…シャフト、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…シャフト、２１…歪ゲージ、２２…配線部材、２３…接続部材、２４…接続部材、２５…絶縁性樹脂層、３０…検出回路、３１…定電圧源、３２…電圧検出器、４１…電池、４２…測定用端子、４３…電圧計、４４…測定用端子、１３１…ＣＦＲＰ層、１３２，１３２ａ，１３２ｂ…絶縁性塗膜、１３３，１３３ａ，１３３ｂ…開口部、１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄ…導電性塗膜、ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ…線路、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…抵抗、Ｒｇ…ゲージ抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】