JP2005081051A - ゴルフクラブヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ゴルフクラブヘッドの製造過程で行われる溶接によって、ヘッドが変色したり、溶接前に行ったピーニング処理、熱処理などの効果が消失することのないゴルフクラブヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】 部材を溶接すると同時に、変色を回避したい部分、事前に行ったピーニング処理等の効果を消失したくない部位を冷却する。冷却は、アルゴンガスなどの不活性ガスに圧力を加え、ボルテックスチューブで冷却した後、冷却部位に吹き付ける。溶接方法は、レーザー溶接、電子ビーム溶接あるいはプラズマアーク溶接を採用する。
【選択図】図２

Description

本発明はゴルフクラブヘッドの製造方法に関する。

従来、金属製ゴルフクラブヘッド（以下「ヘッド」と言う。）は、その強度や美観の向上などを目的として様々な熱処理や表面改質処理等（以下「改質処理等」と言う。）が行われており、例えば内面にピーニング処理を施して圧縮応力を残留させること（例えば、特許文献１参照）、深冷処理を施すこと（例えば、特許文献２）などが知られている。

また、金属製ヘッド、特に中空構造を有するヘッドは、二以上の部材を溶接接合して製造するのが最も一般的であるが、溶接時の熱によりヘッドが変色することが知られている。
特開2003-10366号公報 特開平6-261960号公報

各種改質処理等は加熱によって効果が消失するものが多く、本発明者らのテストによると溶接時の熱によっても効果の消失する場合があることが判明した。例えば、ピーニング処理は、被処理部材の表面付近に圧縮応力を残留させ、疲労強度を向上させるが、溶接時の熱で高温化することで、金属組織が再結晶化し、残留応力が失われると考えられる。

前記特許文献２のように、改質処理等を溶接の後に行えば、効果消失の問題は回避できるが、溶接前の小さな部材の状態で改質処理等を行えば、作業が容易であったり、同時に処理するワーク数を増やしてコストダウンを図れる等のメリットもある。また、ヘッドが変色する問題も解決されない。

本発明は、斯かる実情に鑑み、改質処理等を先に、溶接を後に行いながらも、改質処理等の効果を維持し、変色を回避できるヘッドの製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、溶接を行う際、同時に非溶接部を冷却するゴルフクラブヘッドの製造方法にかかるものである。冷却は、非溶接部全てに行ってもよいが、溶接熱により高温化することを回避したい部分のみに行うのが効率的である。例えば、溶接熱によって高温化することで効果の消失する改質処理等を一部の部位、部材にのみ施した場合などは、当該処理部のみを冷却しても良く、改質処理等の効果が一部のみ得られれば良い場合は、その効果を必要とする部分のみ、あるいは当該部分とその周辺のみを冷却しても良い。また、溶接部から離れた部位は、伝導する熱量が少なく、さほど高温化しない場合もあるので、溶接部に比較的近い位置のみを冷却するのも効率的である。

冷却方法は、冷却部にヒートシンクを押し当てる方法、溶接時に部材の位置決め・保持を行う冶具を冷却してヒートシンクの効果を得る方法等、様々考えられるが、冷却した気体を冷却部に吹き付ける方法が最適である。ヒートシンク等を押し当てる方法は、ヒートシンク等が溶接作業の障害になる可能性があるからである。

冷却気体を吹き付けるに当たっては、トップ部、サイド部又はソール部に開口部を設け、そこからパイプやチューブなどを冷却部近傍まで差し込み、これを通じて冷却気体を吹き付けるのが好ましい。冷却部に効率的に冷却気体を吹き付けられるからである。また、冷却部位によっては、ネックのシャフト挿入穴を利用し、ここに冷却気体を通すパイプやチューブを差し込む方法も考えられる。

上記開口部は、溶接の後に蓋をすることも可能である。その場合、最も好ましいのは蓋部材をねじ・ピン止め、接着又は嵌合などのヘッドへの加熱を必要としない方法で接合して蓋することであるが、開口部が高温化回避を必要とする部位から遠い場合は、金属部材を溶接して蓋をすることも可能である。

吹き付ける気体の冷却には、ボルテックスチューブを用いるのが簡便である。また、吹き付ける気体は、ヘッドの材料の種類に応じて、該材料に悪影響を与えない気体を選択する必要がある。吹き付けた気体は、冷却部から溶接部にまで回り込む可能性があり、例えば酸素が含まれると、酸化によって溶接部の接合強度が損なわれるからである。他にも被溶接材、溶接棒の種類によっては、二酸化炭素、窒素なども悪影響を与える場合があろう。最も好ましいのでは、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスである。

溶接の方法は、ワークへの加熱量が少なくて済む方法が好ましい。加熱量が多いと、冷却が間に合わず、改質処理等を行った部位が一時的に高温になる可能性もあるからである。具体的にはレーザー溶接が最適であり、電子ビーム溶接やプラズマアーク溶接も可能性がある。但し、真空中で行う必要のある溶接方法は、気体による冷却が行いにくい欠点を有する。

上記手段によれば、溶接で加えられた熱がヘッド全体へ伝導していくものの、冷却されている部位作用は高温にさらされることが無く、当該部位の金属組織変化や酸化など影響を回避することが出来る。

本発明の請求項１〜８記載のゴルフクラブヘッドの製造方法によれば、溶接時の熱によって材料の性質が変化したり、溶接前に行った改質処理等の効果を失うことなく、溶接を行うことが可能であり、簡便に且つ低コストで、性能、強度や美観に優れたゴルフクラブヘッドを製造できるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は一般的なウッドヘッドであり、フェース部１、トップ部２、ソール部３、サイド部４及びネック部５からなり、中空構造を有している。ネック部５が外部に突出していないヘッドもあるが、その場合もヘッド内部にシャフトを取り付けるためのネック部は存在している。図２〜図４は発明を実施する形態の一例であって、図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成は図１に示す従来のものと同様である。

図２はフェース部１を構成するフェース部材を、トップ部２、ソール部３、サイド部４及びネック部５を有する本体部材に溶接する際に、フェース部１の背面を冷却する場合の実施例である。

本体部材はチタン合金を一体的に鋳造して形成したが、複数の部材を鋳造や鍛造などで成形した後に溶接等で接合して形成することも可能である。冷却するための気体を送り込むためのパイプ又はチューブ１１を差し込む開口部Ａはサイド部４に設けた。開口部Ａがフェース部１の背面に正対するため、パイプ又はチューブ１１の差し込みが容易だからである。

フェース部材はチタン合金で鍛造により形成した後、フェース部１の背面にアークハイトＡ値で０・６６mmAのショットピーニングを施した。処理部はフェース部の背面全体である必要は無く、スイートスポットあるいはフェース中央を中心とする打撃エリアの背面部だけでも良い。フェース部材は鋳造で形成することも出来るが、組織欠陥の少なさなどから、鍛造などの塑性加工のほうが強度面で有利である。ピーニングを行った後、これよりアークハイト値の小さいピーニングを再度行うダブルピーニングも効果的である。

ショットピーニングはアークハイトＡ値０．２mmA以上とすることが好ましい。アークハイト値とフェース部が破壊するまでに要する打数の関係を本発明者らの試験した結果を図５に示すが、アークハイトＡ値が０．２mmA以上だと疲労強度アップ効果がほぼ確実に得られるとの知見を得ている。図５中、３つのデータが示されているが、それぞれ異なるチタン合金でテストした場合である。なお、アークハイトＡ値は０．８mmAを超えるとピーニングによる変形が大きすぎ、好ましくない。

ピーニング処理は、ショットをぶつけることで、部材の厚さ方向のみならず、表面と平行な方向に圧縮応力を残留させ、この表面と平行な残留応力によって疲労強度が向上するものであるが、同様に表面と平行な圧縮応力を残留させる処理があれば、ピーニングをこれに変えても良い。

次に、ヘッド本体とフェース部材を所定の位置にセットした後、パイプ又はチューブ１１から冷却気体を圧縮応力を残留させたフェース部１の背面に吹き付けながら、溶接部Ｂをレーザー溶接にて接合した。冷却気体は、０．５Mpaに加圧したアルゴンガスをボルテックスチューブに通して-2〜-4℃とした。ガス圧力は0.5〜0.8Mpaが適当とされており、高圧にするほどボルテックスチューブを通して得られる冷却気体の温度が下がる。従って、溶接の熱量が大きく、強い冷却を必要とする場合は、ガスの圧力を高めればよい。また、ガスの種類でも得られる冷却温度は異なると考えられる。

フェース部１の背面に吹き付けられた気体は、そのままフェース部１に沿って進み、溶接部Ｂに達するので、溶接に悪影響を与える気体は使用できない。具体的には酸素を含む気体が考えられ、実際に冷却気体に空気を使って冷却したゴルフクラブヘッドは、一見正常に接合されたように見えたが、数球の打撃で溶接部Ｂから破壊してしまった。溶接部Ｂの内部が酸化されたためと考えられる。他にも、材料によっては、窒化、炭素固溶などを生じる可能性もあり、アルゴンガスなどの不活性ガスとするのが好ましい。

残留応力は金属が再結晶化すると消失するので、ピーニング処理されたフェース部１背面の温度は再結晶化温度以下に保つことが必要条件である。実際には再結晶化温度以下であっても金属組織は多少変化して残留応力が減少するので、本実施例では冷却してフェース中央近傍を１５０℃以下に保った。

上記のとおりフェース部材と本体部材の溶接を行った後、該開口部Ａを樹脂製の蓋部材を接着して塞いだ。蓋部材は、ヘッドを軽量化したい場合、開口部Ａ付近に大きな質量を配したくない場合等は樹脂あるいはFRP製とし、開口部Ａ付近に大きな質量を配し、重量や重心位置の調節を行いたい場合は比較的密度の大きい材料、例えば金属製とするのが好適である。特に大きな質量を配したい場合は、タングステン、真鍮あるいは鉄系の材料、それほどでは無い場合は、チタン合金、アルミ系の材料が好適である。

蓋部材の装着には、接着、嵌合又はねじ・ピン止めなどから適便選択可能である。また本体部材と蓋部材が同系統の金属材料の場合は溶接も可能であり、異種金属であってもろう付けが可能なものもあり、これらの接合は接合強度が強い点で有利である。蓋部材を溶接接合する場合も溶接熱が他部へ伝導するが、本実施例のように開口部Ａと高温化回避すべき部位が遠く、且つ開口部Ａが比較的小さい場合は、ほとんど影響が無い。

以上の方法で製造したゴルフクラブヘッドとフェース部１背面の冷却を省略して製造したゴルフクラブヘッドで繰り返し打撃を行い、耐久性を比較したところ、冷却を行わないものは１８５９回で破壊したが、本実施例は２５２５回までもち、疲労強度の向上が確認された。

図３はフェース部１の打撃面側から冷却する例である。本体部材に開口部を設ける必要が無く、溶接後に該開口部を蓋する必要もないので、コスト低減、設計・製造の容易をもたらすが、フェース部１背面にピーニングなどで応力残留させた場合など、高温化を避けたい部分がヘッド内部になる場合は、当該部分を直接冷却できないので、当該部分は多少温度が高くなりやすいという欠点を有する。

フェース部１の高温化を回避する場合には、図６や７のように、フェース部材をフェース部１の上下から後方に伸びる延長部を含む形状とし、溶接部をフェース部１から遠ざけることで上記欠点を補うことが可能である。図６、７はフェース部１の上下ともに延長部を有しているが、いずれか一方だけとしても、溶接に際してフェース部に伝動する熱を減少させることができ、その効果が期待できる。

上記構造を採用することは、図３の実施例のみならず、他の実施例に併用した場合にも効果的であることはもちろんである。また、ヒートシンク、ヒートレーン又はペルチェ素子等を高温化を回避した部位に接触させて冷却する場合にも、溶接部Ｂと冷却部の位置が離れるので、作業が容易になる。

図４は、トップ部２に開口部Ａを有する構造である。この構造によれば、開口部Ａを比較的大きくすることが可能であり、パイプ又はチューブ１に大径のものを採用したり、複数のパイプ又はチューブ１１を差し込むことが可能となる。図２、３ではフェース部１を冷却する実施例を示したが、ゴルフクラブヘッドの大型化に従い、トップ部２、ソール部３及びサイド部４も薄肉化しており、強度確保や熱変形防止なども重要な課題となっており、これらの部位も高温化を防止すべき場合がある。図４の構造をとれば、これら広い範囲を容易に冷却することが可能となる。

この構造は、開口部Ａが大きく、且つフェース部１に近いことから、金属製の蓋部材を溶接して開口部Ａを塞ぐのは難しい。蓋部材溶接時の熱問題が発生するからである。開口部Ａを出来るだけ小さくし、且つ高温化を回避したい部位から遠ざけることが考えられるが、最も好ましいのは蓋部材を加熱が不要な接着、嵌合又はねじ・ピン止めなどの方法で接合することである。昨今、トップ部２に開口を設け、FRPにて蓋をした構造のウッドヘッドがあるが、この構造が最も好ましい。

なお、ソール部３に開口部Ａを設ける構造も可能であるが、ソール部３はゴルフクラブ使用時に激しい摩擦にさらされる部位であり、出来れば金属を使用したい部位である。トップ部２に開口部Ａを設けた場合同様、ソール部の開口を金属溶接で塞ぐことは難しい。金属を接着等で接合しても、使用時の摩擦で脱落するおそれもある。従って、ソールに開口部Ａを設けるのは余り好ましい方法ではなく、止む無くこの構図を採用する場合は、開口部Ａの大きさ、位置を良く検討すべきである。

尚、本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

一般的なゴルフクラブヘッドの斜視図 本発明の実施例の切断図 本発明の他の実施例の切断図 本発明の更に他の実施例の切断図 ピーニングの程度と疲労強度の関係を示すグラフ 本発明を好適に適用できるアイアンヘッドの構造図 本発明を好適に適用できるウッドヘッドの構造図

符号の説明

１：フェース部
２：トップ部
３：ソール部
４：サイド部
５：ネック部
Ａ：開口部
Ｂ：溶接部
１１：パイプ又はチューブ

Claims (7)

1. フェース部材を本体部材を溶接して製造するゴルフクラブヘッドの製造方法であって、フェース部材の背面に面と平行な方向の圧縮応力を残留させる処理を施した後、該応力残留部を冷却しながらフェース部材と本体部材を溶接することを特徴とするゴルフクラブヘッドの製造方法。
2. ピーニングにより応力を残留させた請求項１に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
3. フェース部材と本体部材の溶接をレーザー溶接、電子ビーム溶接又はプラズマ溶接とする請求項２に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
4. フェース部材がチタン合金製である請求項３に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
5. 溶接注の応力残留部の温度を200℃以下に抑える請求項４に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
6. フェース部材が、その上端及び下端の少なくとも一方から後方へ延びる延長部を有する請求項２に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
7. フェース部材と本体部材の溶接をレーザー溶接、電子ビーム溶接又はプラズマ溶接とする請求項６に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
   
   

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