JP2022045056A - Iron club head and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アイアンクラブヘッドとその製造方法に関する。更に詳しくは、アイアンクラブヘッドに溶接により組立されるフェース部の素材に、溶接熱による影響が少ない、熱抵抗性に優れた素材を用いた、アイアンクラブヘッドとその製造方法に関する。 The present invention relates to an iron club head and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an iron club head and a method for manufacturing the iron club head, which uses a material having excellent thermal resistance, which is less affected by welding heat, as a material of a face portion assembled by welding to the iron club head.
ゴルフクラブに求められる性能としては、ドライバーに代表されるウッドは一般には飛距離を追及したものであり、一方、アイアンは飛距離の正確性を追及したものが多い。しかし、近年はアイアンも飛距離追求型が登場して、プレイヤーに好まれている。アイアンで飛距離を追及する場合、用具の技術的な面から言えば、ウッドと同様に反発係数(COR)を大きくする方法がある。反発係数を大きくする手段としては、ボールとのインパクトでフェース部を撓み易くすることである。そのための要素としては、フェース部の板厚を薄くする、フェース部のヤング率を下げる、フェース部を大きくする、といった方法等が知られている。この中で、ヤング率は素材固有のものであり、アイアンのフェース部が鉄系が主流であることを考えると、材質で決まるヤング率を大きく変えることは難しいので、ヤング率を下げることはできない。他方、フェース部を大きくすることは、直接地面にあるボールを打撃するアイアンとしては、重心点が上がるだけで意味がない。 As for the performance required for golf clubs, woods represented by drivers generally pursue the flight distance, while irons often pursue the accuracy of the flight distance. However, in recent years, irons have also appeared in the pursuit of distance, and are preferred by players. When pursuing a flight distance with an iron, from the technical aspect of the tool, there is a method of increasing the coefficient of restitution (COR) as in the case of wood. As a means for increasing the coefficient of restitution, it is easy to bend the face portion due to the impact with the ball. As elements for that purpose, methods such as reducing the plate thickness of the face portion, lowering the Young's modulus of the face portion, and increasing the face portion are known. Of these, Young's modulus is unique to the material, and considering that iron is the mainstream for the iron face, it is difficult to significantly change the Young's modulus determined by the material, so it is not possible to reduce Young's modulus. .. On the other hand, enlarging the face portion is meaningless as it only raises the center of gravity for an iron that directly hits a ball on the ground.
上記の状況から、アイアンの反発係数を上げる方法としては、フェース部の板厚を薄くする方法がもっとも容易である。しかし、このフェース部の板厚を薄くすると、耐久性が低下するという問題がある。そこで、アイアンは、一般的にはヘッド本体とは別の高強度の材料をフェース部に採用している場合が多い。本出願人は、ヘッド本体とは素材が異なる高強度材料の圧延鋼板から、フェース形状にブランクされた板部材を、焼入れ・焼戻し、調質等の熱処理を行ってフェース部として作製し、ヘッド本体にレーザ溶接するゴルフクラブト及びその製造方法を提案した(特許文献1)。また、本出願人は、フェース部を薄肉化するために、フェース部の素材として、ニッケル・クロム・モリブデン合金鋼(SAE8655)を基材として、これにモリブデン(Mo)、バナジウム(V)を添加した特殊鋼を提案した(特許文献2)。特殊鋼は、強靭性を保つために低い温度で焼戻しても靭性が低下せず、機械的な弾性、反発力、強度がえられる。 From the above situation, the easiest way to increase the coefficient of restitution of the iron is to reduce the thickness of the face portion. However, if the plate thickness of the face portion is reduced, there is a problem that the durability is lowered. Therefore, in many cases, irons generally use a high-strength material different from the head body for the face portion. The present applicant prepares a plate member blanked in a face shape from a rolled steel plate made of a high-strength material different from that of the head body by performing heat treatment such as quenching / tempering and tempering to prepare the head body. We have proposed a golf club for laser welding and a method for manufacturing the same (Patent Document 1). Further, in order to make the face portion thinner, the applicant has added molybdenum (Mo) and vanadium (V) to the base material of nickel-chromium-molybdenum alloy steel (SAE8655) as the material of the face portion. We proposed the special steel (Patent Document 2). Special steel does not lose its toughness even when tempered at a low temperature in order to maintain its toughness, and mechanical elasticity, repulsive force, and strength can be obtained.
しかしながら、ヘッド本体と別材質であるフェース部の固定(組立)は、レーザ溶接で行うが、ボンド部「溶融部(溶接金属)と母材との境界の部分」、及びその近傍は、レーザ溶接による溶接部の溶融熱により、溶接前に硬度等が最適に調質されたフェース部の一部が、焼き戻しされ軟化してしまうという問題がある。このボンド部とその近傍の軟化は、フェース部のバネ性を低め、フェース部の薄肉化の効果を半減してしまい、かつ機械的強度も低下させてしまい打撃疲労破壊にも繋がる。
本発明の目的は、溶接の熱影響があっても軟化し難い材料をフェース部に用いることにより、耐久性、機械特性が変わらない、アイアンヘッドとその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、フェース部の材料として、他の製品分野で汎用されている合金工具鋼鋼材を採用した、アイアンヘッドとその製造方法を提供することにある。
However, the face part, which is a different material from the head body, is fixed (assembled) by laser welding, but the bond part "the boundary between the molten part (welded metal) and the base metal" and its vicinity are laser welded. Due to the heat of melting of the welded portion due to the above, there is a problem that a part of the face portion whose hardness and the like are optimally tempered before welding is tempered and softened. This softening of the bond portion and its vicinity lowers the springiness of the face portion, halves the effect of thinning the face portion, and also reduces the mechanical strength, leading to impact fatigue fracture.
An object of the present invention is to provide an iron head and a method for manufacturing the same, in which durability and mechanical properties do not change by using a material that is hard to soften even under the influence of welding heat for the face portion.
Another object of the present invention is to provide an iron head and a method for manufacturing the same, which employs an alloy tool steel material widely used in other product fields as the material of the face portion.
本発明1のアイアンクラブヘッドは、
アイアンクラブヘッドの本体と、前記本体と異なる材質を備えたフェース部を有するアイアンクラブヘッドにおいて、
前記フェース部は、圧延によって造られた板状の合金工具鋼鋼材であり、溶接により前記本体に固着されたものであり、前記溶接される前の調質された硬さが平均470Hv以上であることを特徴とする。
本発明2のアイアンクラブヘッドは、本発明1のアイアンクラブヘッドにおいて、前記溶接は、レーザ光を熱源とするレーザ溶接であることを特徴とする。
The iron club head of the
In an iron club head having a main body of an iron club head and a face portion having a material different from that of the main body,
The face portion is a plate-shaped alloy tool steel material made by rolling, which is fixed to the main body by welding, and the tempered hardness before welding is 470 Hv or more on average. It is characterized by that.
The iron club head of the
本発明3のアイアンクラブヘッドは、本発明1又は2のアイアンクラブヘッドにおいて、前記合金工具鋼鋼材は、C:0.35~0.42重量%、Si:0.80~1.20重量%、Mn:0.25~0.50重量%、Cr:4.50~5.50重量%、Mo:1.00~1.50重量%、V:0.80~1.15重量%、不可避的不純物、及びFe:残部であることを特徴とする。
The iron club head of the
本発明4のアイアンクラブヘッドの製造方法は、本発明2のアイアンクラブヘッドの製造方法であって、前記本体に貫通孔を形成し、前記本体に前記調質された前記フェース部材の接合面である取付け面に、前記取付け面の外周側から前記レーザ溶接により、前記フェース部材を溶接することを特徴とする。
The method for manufacturing an iron club head according to the
本発明のアイアンクラブヘッドとその製造方法は、フェース部の素材に合金工具鋼鋼材を使用して、溶接熱による焼戻し軟化抵抗性を高めたので、溶接後もフェース面を調質後の一様の硬さの維持が可能となる。また、この合金工具鋼鋼材は、溶接熱による熱衝撃と熱疲労に強いので、ボールの打撃による疲労破壊にも耐えることができる。 In the iron club head of the present invention and the manufacturing method thereof, alloy tool steel is used as the material of the face portion to improve the temper softening resistance due to welding heat, so that the face surface is uniform even after welding. It is possible to maintain the hardness of. Further, since this alloy tool steel is resistant to thermal shock and thermal fatigue due to welding heat, it can withstand fatigue failure due to the impact of a ball.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1~図4は、本発明を適用した実施の形態のアイアンクラブヘッドの構造例を示すものである。アイアンクラブヘッド1には、概略ヘッド本体12とシャフト2からなる。クラブヘッド1は、前面にゴルフボール(図示せず)を打撃するためのフェース面3が形成され、このフェース3の上部にトップと称する上面4、下部にソール5、一側にトウ6、他側にヒール7を形成している。そしてヒール7の上部に、シャフト2を取り付けるホーゼル8を有している。このホーゼル8に、シャフト2の下端が連結固定されている。アイアンクラブヘッド1のヘッド本体12の背面中央に、キャビティと称される背面凹部9が形成されている。この背面凹部9の下部は削られたような底面凹部10が形成されている(図3参照)。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 show structural examples of an iron club head according to an embodiment to which the present invention is applied. The
次に、クラブヘッド1の製造方法について説明する。本例のクラブヘッド1は、図2に示すように、フェース3を有する板材のフェース部材11と、このフェース部材11の背面側に配置されるヘッド本体12の二部材を一体化したものである。フェース部材11とヘッド本体12とは、異なる材料によって形成されている。ヘッド本体12の素材は、本例では機械構造用炭素鋼(S20C等)である。フェース部材11の素材は、圧延によって造られた板状の合金工具鋼鋼材(日本工業規格(JIS)SKD61等)である。ヘッド本体12は、下部にソール5を形成すると共に、上部に上面4を形成し一側にはトウ6を形成すると共に他側にホーゼル8を形成している。更に、ヘッド本体12には、ヒール7側を除いて前面にはフェース部材11を取り付けるために、このフェース部材11の厚みと同等の深さを形成する段部13が形成され、この段部13を含んで、フェース部材11の取付け面14が形成されている。更に、ヘッド本体12には、背面凹部9の他に底面凹部10も形成されている(図3参照)。
Next, a method of manufacturing the
フェース部材11の一側縁15及び上縁17、下縁18は、ヘッド本体12のトウ7側の前縁6A、上面4の前縁4A及びソール5の前縁5Aと同じ大きさに形成されており、更に、他側縁16は、段部13と同じ大きさに形成されている。そして、フェース部材11の背面を取付け面14に当接させ、ヘッド本体12の前記トウ6側の前縁6A、上面4の前縁4A及びソール5の前縁5Aのそれぞれに、フェース部材11の一側縁15、上縁17及び下縁18のそれぞれの背面側をそれぞれ揃えて突き合せる。この突き合せ部19Aを溶接し(図3)、この溶接部19によって、フェース部11をヘッド本体12に固着するものである。尚、フェース部11の他側縁16は、ヘッド本体12の段部13に突き合わせて、この突き合わせ部も溶接部19Bによって固着する(図1参照)。
The one
溶接方法は、レーザ溶接によって行うものであり、図4に示すように、レーザ溶接装置のノズル20を突き合せ部19Aの外縁に対向させて、突き合せ部19Aの外縁にレーザビーム20Aを向けて照射して溶接部19を形成するものである。このような溶接における前記ノズル20は、突き合せ部19Aの長手方向Z(図1参照)、すなわちヘッド1の上面4、トウ6及びソール5、或いはソール5、トウ及び上面4に沿って移動して、連続した溶接部19を形成するものである。なお、ヘッド本体12の背面中央の背面凹部9は、フェース部材11を溶接する前は貫通孔であるが、このフェース部材11側の貫通孔のフェスー部材11側で内周面の角部は、面取り19Aされている。そして、レーザ溶接においてはレーザビーム20Aは指向性が優れているので、溶接部19の溶け込み部がフェース3の中央部、すなわちフェース3の面方向に沿って溶接ビードが流れる。
The welding method is performed by laser welding, and as shown in FIG. 4, the
このようにして、フェース部材11をヘッド本体12に固着した後、或いはその前にフェース部材11の正面にはスコアラインである横向きの小溝21が上下多段に形成されており、そしてクラブヘッド1は研磨や鍍金等を施された後に、ホーゼル3にシャフト2が接着剤等により連結、固定されるものである。
In this way, after or before the
上記のような構造、及び製造方法で得られたクラブヘッド1を、規格された標準ゴルフボールによる打撃試験で、フェース部材11の耐久性、及びレーザ溶接によるフェース部材11の溶接熱による焼戻し軟化の硬度を測定した。以下、その試験結果を実施例に換えて実験例として示す。表1は、実験方法の概要を示すものである。
[実験例1]
実験条件および実験結果は、以下に示す通りである。
・フェース部素材:SKD61(JIS合金工具鋼鋼材)、板厚1.8mm、熱処理条件(1050℃空冷焼き入れ後、600℃で2回の焼き戻し)、熱処理による目標硬度(500Hv±30Hv)
このフェース部を構成する素材の成分は、次の表2に示す通りである。
The experimental conditions and results are as shown below.
-Face material: SKD61 (JIS alloy tool steel), plate thickness 1.8 mm, heat treatment conditions (after quenching at 1050 ° C for air cooling, tempering twice at 600 ° C), target hardness by heat treatment (500Hv ± 30Hv)
The components of the material constituting this face portion are as shown in Table 2 below.
・ヘッド本体の素材:機械構造用炭素鋼(S20C)
・製造方法の概要:機械加工されたヘッド本体に、上記条件で熱処理された上記フェース素材をレーザ溶接し、表面にメッキ処理した。
・レーザ溶接:出力1600W、送り速度700~850mm/min.で溶接した。
・打撃試験方法:上記メッキ処理後、打撃ロボットでボールを打撃速度40m/sで、フェース部が破壊されるまで上記打撃ロボットで打撃した。上記破断後、溶接部の近傍の断面の硬度を測定した。
・打撃試験機:圧縮空気でボールを加速する「打撃耐久試験機」(株式会社遠藤製作所(本出願人)製)を用いた。
・打撃に用いた使用ボール:USGA/R&A Calibration
-Material of head body: Carbon steel for machine structure (S20C)
-Summary of manufacturing method: The face material heat-treated under the above conditions was laser-welded to the machined head body, and the surface was plated.
-Laser welding: Welding was performed at an output of 1600 W and a feed rate of 700 to 850 mm / min.
-Strike test method: After the plating treatment, the ball was hit with the hitting robot at a hitting speed of 40 m / s until the face portion was destroyed. After the above fracture, the hardness of the cross section in the vicinity of the weld was measured.
-Strike tester: A "striking durability tester" (manufactured by Endo Manufacturing Co., Ltd. (applicant)) that accelerates the ball with compressed air was used.
・ Ball used for hitting: USGA / R & A Calibration
(試験結果)
上記打撃試験装置による3022球で、ソール5側の最下段のスコアラインに沿って、フェース部11の割れ(小溝21に沿った割れ)が生じた。図5は、スコアラインである小溝21方向から直角の断面を示すソール5側の断面である。溶接部の近傍のビッカース硬度を示す(0.2mmピッチ)。測定した各部の硬度は、概ね、次の通りである。
・図5の四角形内の硬度(溶接の影響がない部分):平均513.5Hv
・462Hv以下の硬度領域(上記平均513.5Hvの10%減以下の硬度の領域):図5の点線内(上下幅で最大で約0.25mm)
(Test results)
With the 3022 ball by the above-mentioned impact test device, a crack (crack along the small groove 21) of the
-Hardness in the quadrangle in Fig. 5 (part not affected by welding): Average 513.5Hv
Hardness region of 462 Hv or less (hardness region of 10% or less reduction of the above average 513.5 Hv): within the dotted line in FIG. 5 (maximum about 0.25 mm in vertical width)
以上の実験例1の結果から、この合金工具鋼鋼材を用いたフェース部11の硬度は、レーザ溶接による溶接部19の外延のボンド部も含めて、概ね500~600Hvの範囲内にあり、レーザ溶接による溶接熱の影響を殆ど受けず、レーザ溶接前に熱処理して調質した硬度を、あまり低下させていない。但し、小領域ではあるが、462Hv以下の硬度領域(点線内)があった。なお、背面凹部9の面取り部9A(図4参照)の硬度(356Hv、372Hv)は、低下しているが、この部分は溶接部19のビードが流れた部分であり、フェース部11のボディ部12への取付け強度には影響ない部分である。
From the results of Experimental Example 1 above, the hardness of the
[実験例2](比較例)
下記の実験条件以外は、実験例1と同一である。
・フェース部の素材:SAE8655(ニッケル・クロム・モリブデン鋼)-MOD-AY、板厚1.9mm、熱処理条件(850℃油焼入れ後、300℃で焼き戻し)、熱処理による目標硬度(500Hv±30Hv)
このフェース部を構成する素材の成分は、次の表3に示す通りである。
レーザ溶接した後、表面にメッキ処理した後、実験例1と同様に、溶接部の近傍の断面の硬度を測定した。
・レーザ溶接:出力1600W、送り速度700~850mm/min.で溶接した。
[Experimental Example 2] (Comparative Example)
Except for the following experimental conditions, it is the same as Experimental Example 1.
-Face material: SAE8655 (nickel, chrome, molybdenum steel) -MOD-AY, plate thickness 1.9 mm, heat treatment conditions (after oil quenching at 850 ° C, tempering at 300 ° C), target hardness by heat treatment (500Hv ± 30Hv) )
The components of the material constituting this face portion are as shown in Table 3 below.
After laser welding, the surface was plated, and then the hardness of the cross section in the vicinity of the welded portion was measured in the same manner as in Experimental Example 1.
-Laser welding: Welding was performed at an output of 1600 W and a feed rate of 700 to 850 mm / min.
(試験結果)
打撃試験装置による約4,000球で、ソール5側の最下段のスコアラインに沿って、フェース部11の割れ(小溝21に沿った割れ)が生じた。測定した各部の硬度(0.2mmピッチ)は、図6に示すように、概ね、次の通りである。
・図6の四角形内の硬度(溶接の影響がない部分):平均497.6Hv
・448Hv以下の硬度領域(平均497.6Hvの10%減以下の硬度):図6の点線内(上下幅で約1.4mm)
(Test results)
With about 4,000 balls by the impact test device, cracks in the face portion 11 (cracks along the small groove 21) occurred along the score line at the bottom of the sole 5 side. As shown in FIG. 6, the measured hardness (0.2 mm pitch) of each part is generally as follows.
-Hardness in the quadrangle in Fig. 6 (part not affected by welding): Average 497.6Hv
-Hardness region of 448 Hv or less (hardness of 10% or less reduction of an average of 497.6 Hv): within the dotted line in FIG. 6 (approximately 1.4 mm in vertical width)
実験例2(比較例)は、図6に示す硬度から理解されるように、溶接の熱影響によりフェース部11の硬度は、溶接熱により調質されたフェース部11の硬度(500Hv以上)よりも低く広い領域に確認される。特に、溶接部19の近傍である「連結部」の硬度は、337~453Hv(点線内の領域)と、調質前よりかなり低下している。
In Experimental Example 2 (Comparative Example), as can be understood from the hardness shown in FIG. 6, the hardness of the
1…アイアンクラブヘッド
2…シャフト
3…フェース
4…上面
4A…前縁
5…ソール
6…トウ
7…ヒール
8…ホーゼル
9…背面凹部
10…底面凹部
11…フェース部材
12…ヘッド本体
13…段部
14…取付け面
15…一側縁
16…他側縁
17…上縁
18…下縁
19,19B…溶接部
19A…突き合せ部
20…ノズル
20A…レーザビーム
21…小溝
1 ...
Claims (4)
前記フェース部は、圧延によって造られた板状の合金工具鋼鋼材であり、溶接により前記本体に固着されたものであり、前記溶接される前の調質された硬さが平均470Hv以上である
ことを特徴とするアイアンクラブヘッド。 In an iron club head having a main body of an iron club head and a face portion having a material different from that of the main body,
The face portion is a plate-shaped alloy tool steel material made by rolling, which is fixed to the main body by welding, and the tempered hardness before welding is 470 Hv or more on average. An iron club head that features that.
前記溶接は、レーザ光を熱源とするレーザ溶接である
ことを特徴とするアイアンクラブヘッド。 In the iron club head according to claim 1.
The iron club head is characterized in that the welding is laser welding using a laser beam as a heat source.
前記合金工具鋼鋼材は、C:0.35~0.42重量%、Si:0.80~1.20重量%、Mn:0.25~0.50重量%、Cr:4.50~5.50重量%、Mo:1.00~1.50重量%、V:0.80~1.15重量%、不可避的不純物、及びFe:残部である
ことを特徴とするアイアンクラブヘッド。 In the iron club head according to claim 1 or 2.
The alloy tool steel material has C: 0.35 to 0.42% by weight, Si: 0.80 to 1.20% by weight, Mn: 0.25 to 0.50% by weight, Cr: 4.50 to 5 by weight. An iron club head characterized by .50% by weight, Mo: 1.00 to 1.50% by weight, V: 0.80 to 1.15% by weight, unavoidable impurities, and Fe: balance.
前記本体に貫通孔を形成し、前記本体に前記調質された前記フェース部材の接合面である取付け面に、前記取付け面の外周側から前記レーザ溶接により、前記フェース部材を溶接する
ことを特徴とするアイアンクラブヘッドの製造方法。 The method for manufacturing an iron club head according to claim 2.
A through hole is formed in the main body, and the face member is welded to the mounting surface, which is the joint surface of the face member tempered in the main body, by laser welding from the outer peripheral side of the mounting surface. How to manufacture an iron club head.
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