JP4140063B2 - ゴルフクラブヘッド - Google Patents

Description

発明の分野
本発明はドライバー、アイアン、あるいはパター等のゴルフクラブのゴルフクラブヘッド又はそのフェースの構造の改良に関するものである。
発明の背景
ゴルフクラブヘッド及びフェースとして、多くの種類の材料が提案され、また実際に使われ、そして商業的に扱われている。これらの材料は全体的に用いられたり、あるいはクラブフェースのインサートに用いられたりするもので、これにより、飛距離を伸ばしたり、あるいはボールをコントロールしたりする試みがなされている。これらの材料としては、ポリマー、セラミックそして金属があり、金属には最も一般的なものとしては、ステンレススチール、ＢｅＣｕ、そして最近では種々のチタン合金があり、またＮｉｔｉベースや銅ベース合金のような形状記憶材料も含まれる。
これらの材料はそれぞれ個々の違った特性を持っているが、基本的に共通の特性を有しており、これにより、フェースを通して本質的に一定の機械的な力でゴルフボールに衝撃を与えるゴルフクラブの表面が作られている。
例えば、代表的なチタン合金、チタン６−４などは約１５ミリオンｐｓｉの弾性係数（modulus）を有し、１％以下の歪みに対して約１２０，０００ｐｓｉの降伏強度（yieldstrength）を持っている。他の材料も、それぞれ異なる歪み度に対して異なる弾性係数や異なる降伏強度を持っているが、前述のようにゴルフクラブの表面上に使用するためには一定の特性が必要である。
ボールによるクラブフェースのインパクトの際には、その機械的特性（グラフスピード、材料特性、形状）が、ボールの飛ぶコース（弾道、距離、ばらつき）を決定するため、その材料特性を制御することがボールのコースをコントロールする決め手となる。
クラブヘッドスピード及び形状は一定であり、クラブのインパクト面として使用される材料の特別な性質に依存するものではない。
発明の要旨
本発明はゴルフクラブのゴルフボール打球面を提供するものである。
ここでは、第一及び第二材料領域が打球面上に設けられている。この１つあるいはそれ以上の第一領域は、１つあるいはそれ以上の第二領域によって包囲されており、この１つあるいはそれ以上の第一領域は、この１つあるいはそれ以上の第二領域よりも高い、あるいは低い弾性係数を有している。この第一及び第二領域は金属材料の単一片に対し部分的に熱処理した領域であっても良い。あるいは又、第一領域の多くを形状記憶合金のような第一材料の不連続片から作ることも出来るし、又、この第二領域をβ−チタンあるいはステンレススチールのような第二材料の単一片から作ることも出来る。この場合、第一領域は第二材料の中にはめ込まれる。
本発明による多くの実施例によると、第一領域の多くを、その各々の中心軸が打球面の露出面を横切るようにパターン配列されたワイヤ部材にすることも可能である。
この打球面は平面でも平面でなくてもよい。
第一領域の多くはパターン配列された不連続片から成り、そして第二領域は第一領域を包囲する枠から成ることも出来る。この第一領域は多面体形、円柱形あるいは他の所望とする形などの種々の形を取ることが出来る。
第二領域の多くは、第一領域の多くによって分けられて、第一と第二領域の交互リングのようにも成ることが出来る。例えば、第一領域は環状リングであってもよく、そして第二領域は第一領域によって囲まれた内側第二領域と、第一領域を囲む外側第二領域とを含むこともできる。
この第一領域はゴルフクラブのクラブヘッド、あるいはインサートの周辺部のウェイトの調整にも使うことが出来る。
その他に、第三材料領域で、第一領域と第二領域の周囲を囲んでもよい。その場合、この第三領域はゴルフクラブのクラブヘッドやインサートの周辺部のウェイトを提供できるような高密度材料から成る。
この第一領域は、中実、或いは中空の金属類から作ることも可能である。例えば、１つのあるいはそれ以上の第一領域を単結晶のＣｕＮｉＡｌのワイヤから作ることも出来る。この場合、このワイヤをその中心軸が打球面を横切るように配列することもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による打球面を組み込んだゴルフクラブを表わす。
第２図は、本発明による「ピクセル」配列を表わす。
第３図から１３図は、本発明による種々の「ピクセル」配列を表わす。
第１４図は、打球面が平らでない本発明による「ピクセル」配列を表わす。
第１５図は、個々のピクセルを作るワイヤが曲がったワイヤ部分から成っている本発明による「ピクセル」配列を表わす。
第１６図は、ピクセルがチューブから成っている本発明による「ピクセル」配列例を表わす。
第１７図から第２１図は、本発明の実施の形態を表わすものであり、ここでは材料のプレートは別々に熱処理されて、異なる性質を持つ領域が造られている。
第２２図から２３図は、第一領域がベース材料の溝の中に挿入された形である本発明の実施の形態を表わす。
第２４図は、単結晶ＣｕＮｉＡｌワイヤのワイヤ試料の応力／ひずみ曲線を表わす。
第２５図から２６図は、周辺部に対するウェイト付けを行った実施の形態を表わす。
第２７図は、周辺部に対するウェイト付けアレンジを行った先行技術を表わすものである。
発明の詳細な説明
本発明では、クラブのインパクトフェイス上の０．０００１平方インチ程の小さな範囲ごとに、任意にゴルフクラブの打球面の機械特性を制御し、変化させることが可能である。
本発明の方法を使用すれば、クラブフェースの特性をインパクト面次第で何種類にも変化させることができる。
第１図に示すように、ドライバータイプのゴルフクラブ６のクラブフェース４上に、楕円形をした“スウィートスポット”２が形成され、インパクト部分における同心円（あるいは他の所望とする配列）の機械特性を、高い弾性係数から低い弾性係数へと変化させることができ、および／または、その高降伏強度と弾性歪み特性の組合せをいかようにも変えることができる。
本発明の理解に役立つ類似のものとしてテレビ画面がある。ゴルフクラブのインパクト部分として、テレビスクリーンを考え、そして使用可能な全範囲の材料から一つ一つ選択可能な材料として一つ一つのピクセルを考えてみることができる。材料特性の考えられうる配列や組合せを、所望するピクセルを単純に選択することにより、“スクリーン”（インパクト面）に作ることが可能である。これは、スクリーン上にテレビ画像が形成され得るのと類似している。更に、一つ一つのピクセル自体が円形あるいは六角形のような適当な形状を持つことも可能である。
例えば、六角形の形状を、一つ一つのピクセルとして選択すれば、そのピクセルは個々の間にほとんどすきまがないように、本質的に「すし詰め」状態で配置することが出来る。一方、もし、円形の形状を選択すれば、配置されたピクセル８の間にはすきま１０（第２図参照）が出来るため、このすきまを円形のピクセルと同じかあるいは異なる好みの材料で作ることもできる。ピクセルのサイズ、形、および材料の選択の組み合せによって、材料特性の無数の組み合せが可能である。
本発明の範囲は、単一材料を選択することでゴルフクラブフェース上で均一な特性とすることもできるし、「ピクセル」のサイズ、形状、材質を選択することで、フェース上にいかなるパターンを描いて無数の特性を持たせることもできる。
本発明による打球面の改良は、非常に単純なものである。テレビ画面を用いて説明すると、そのピクセルは、チタン、重合体、あるいは好ましくは高い弾性の形状記憶材料（例えばＮｉＴｉベース材料）等の材料からなる一つ一つのワイヤの端部に相当する。第３図に示すように、六角形状のワイヤ１２はきつく、フレーム１４の中に収納され、エポキシ重合体（あるいは珪素金属粉、またははんだ、または他の粘着性マトリックス）のマトリックスで結合されている。フレームは、ドライバー、アイアン、パターなどのゴルフクラブのフェース面のインサート１６として望ましいサイズに作ることができる。
そして、ワイヤのピクセルのフレームマトリックスはクラブフェース形状に合わせてマシニング（machining）、あるいはグライディング（grinding）によって形成され、クラブに取付けられる。
上記のようにして得られたインサート１６は、単に、所望のワイヤ材料とその直径、或いは横断面形状を選ぶことにより、いかなる所望の材料特性の組合せとなるようにも、デザインすることができる。
第４図から第７図までは本発明のいくつかの形を表わしている。第４図は、エポキシ重合体のマトリックス２０の中にある均一直径を有する円形「ピクセル」１８を表わす。
第５図は、きつく詰められた六角形状のピクセル２２を表わす。
第６図は、六角形状ピクセルに合わせて形成されたフレーム２４とを表わす。
第７図は、ピクセルサイズ２６と２８の組合せを表わす。
フレームはインサートの一部として残しても良いし、又、「ピクセル」がお互いに結合した後に取り除くことも出来る。
前述したように、ピクセルは又、材料の選択により変化する。第１図は楕円形のスイートスポット２を表わしており、この中心部分は高い弾性係数の材料から造られており、インパクト面の境界に向かって徐々に低い弾性係数の材料を選べば、弾性係数が徐々に変化することになる。
もちろん、これとは反対の材料特性の組合せも作ることができる。すなわち、中心が低い弾性係数で外側が高い弾性係数であるものも可能であるし、他との組合せでも良い、更には均一な材質を選択してもよい。
本発明の望ましい実施の形態には、最大のコントロール（最小のばらつき）、最大距離、あるいは距離とコントロールの理想的な組合せを導くためのデザインも含まれている。
インパクト領域の種々のパターンを第８図から第１６図に示した。ここでは、ピクセル３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，４４，４６，４８，５０は、フレーム５２，５４，５６，５８，６０，６２，６４の中に配置されている。
クラブフェースの機械的応答のＺ軸方向の変化をもたらすため、「ピクセル」マトリックスの厚さをも変えることができる。この厚さの変化は、フレームを有するインサートの前側、または後側、あるいはその両側をマシニングすることによって作ることができる。又、インサートのインパクト面を短いピクセルと長いピクセルで構成することにより、第１４図に示すようなインパクト面に３次元効果をもたらすことが出来る。この場合、打球面６６は半径Ｒの湾曲面をなし、ピクセル４６はフレーム６０の中心に向かって長さが増加する。目的に応じて、個々に材料を選ぶことができるため、インパクト面の表面形状は選択的化学的エッチングによって形成したり、カスタマイズしたりすることも出来る。例えば、チタン−ニッケルとアルミニウムを組み合わせた「ピクセル」を選択した場合、強いアルカリ溶液を用いるインパクト表面への化学的エッチングでは、ニッケル−チタン材料よりもアルミニウム素材の方がより強くエッチングすることができる。従って、この表面は低いアルミニウム素材の間に盛り上がったニッケル−チタン素材が存在する状態となる。同様のアルカリ処理を、重合体を含む種々の材料に施すことができる。これにより、現在一般的にクラブフェースに存在する、溝、点、穴、およびぎざぎざ等と同様、ボールへの理想的なグリップ又はスピンを産み出すインパクト領域の表面を得ることが出来る。この方法は又、材料の色の違いを作る場合にも使用することが出来る。つまり、用いるパターンを制御することにより、インサートの表面に視覚的に見えるロゴ、デザインおよび／または会社名のようなサービスマークなど作る場合にも使用できる。
ピクセルマトリックスを拘束するフレームは、マシニングや鍛治や鋳造によってステンレススチールのような材料から作ることが出来る。重合体フレームも又、鋳型やマシニングによって作ることができる。
エポキシ樹脂によって互いに結合しているマトリックスとしてインサートを形成するため、一時的なフレームを使用しても良い。結合の後、フレームを取り外し、クラブフェースにフレームのないインサートを残し、そのクラブに適当なくぼみや空洞を形成してもよい。
「ピクセル」マトリックスの裏側は、フレーム構造で支えてもよいし、あるいはクラブに出来たくぼみがマトリックスの裏側を支えるようにしてもよいし、さらに、それらを組み合わせることも出来る。
本発明の他の例としては、個々のワイヤ４８（「ピクセル」）を曲げたり折ったりして（第１５図参照）、ボールとのインパクト時の圧縮、曲げ、そして歪みの全てを可能にすることができる。この一つ一つのピクセル５０は、中空であってもよい。例えば、薄い壁のチューブであって、その内部は空洞であっても、重合体のような他の材料でその管腔を塞いだ状態になっていてもよいし、また、金属あるいは重合体あるいはセラミック金属等で１つおきに、あるいは部分的にふさいだ薄い壁のチューブであってもよい（第１６図参照）。
本発明は以下の実施例によって、更に具体的に示される。しかしながら、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
・ドライバー例
ゴルフクラブ「ドライバー」のインサートは、エポキシマトリックス中に最適な弾性ニッケルチタンワイヤとベータチタンワイヤから作られる。そして、高い弾性係数のベータチタンワイヤが外側円形インパクト領域を形成し、低い弾性係数のニッケルチタンが内側円形インパクト領域を形成する。
この実施例では、高い弾性係数のベータチタンから導かれる長飛距離と、低い弾性係数で非常に高い弾性をもち線形歪み特性のないニッケル−チタンから導かれるコントロールと、を組合せることができる。この配列は、クラブのフェースによって変形されたボールの歪み分布に近似する。
弾性係数の段階的変化がもたらされるように、ピクセルのサイズを縮めたり、第３のあるいは第４の材料を加えたりすることによって、更に近似させることができる。低弾性係数のＮｉＴｉで外側領域を形成し、高弾性係数ベータチタンあるいは同じくらい高い弾性係数のステンレススチールで内側領域を形成するような逆の例も考えることができる。
・アイアン例
ゴルフクラブのアイアンへの挿入部は、高制振性の超弾性ＮｉＴｉ合金か、あるいは超弾性ＮｉＴｉとマルテンサイト系ＮｉＴｉ合金物質との合成物から作られた六角形のワイヤのマトリックスから成っている。
超弾性あるいは最適の弾性状態にあるＮｉＴｉ材料はその圧力／歪みヒステリシス作用からもたらされるエネルギー吸収の結果、制振効果を持つため、堅固であるにもかかわらず、インパクト瞬間の振動を感じないようすることができる。
・パター例
ゴルフクラブパターのためのインサートは、マルテンサイト系のＮｉＴｉワイヤのマトリックスのみか、重合体ワイヤとの組合せから作られている。
この実施の形態は、インパクト時に最大の制振（振動減少）効果を産み出すように考えられており、これによりパッティングの時、ボールを最大限にコントロールしていわゆる「ホールイン寸前（dead）」の感覚や「ソフトヒット（soft hit）」の感覚が得られる。
・「部分的熱処理」の例
第１７図はゴルフクラブのゴルフボール打球面へのインサート７０を表わし、このインサートはＮｉＴｉベースの形状記憶合金の固形片より作られている。このＮｉＴｉの固形片を均一なあるいは不均一な型で別々に熱処理すれば、周辺部までの機械特性を制御したり、あるいは上述したような「ピクセル」での方法と同様な効果を達成することができる。
部分的熱処理では、熱処理では変化しない周りの隣接する領域に囲まれた限定領域７２を作ることができる。この熱処理は例えば電極を垂直配列にし、熱処理される表面と向かい合わせ、そして、電極にＡＣあるいはＤＣ電流を通すことにより行うことができる。材料を通して電極から電極へと電流を流し続ける熱処理方法では局部的な加熱効果が得られ、また相対する電極の形に相当する１つあるいはそれ以上の熱処理領域を作ることもできる。
第１７図では、クラブフェースのニッケル−チタンベースの形状記憶合金インサート７０が、相対する一対の電極７４，７６の間に置かれている。第１８図は、第１７図で部分的に熱処理されたＮｉＴｉインサート７０の平面図である。第１８図で示すように、熱処理された領域７２は円形である。
インサートを熱処理する場合、電極一対があれば、熱処理領域７２を連続して作るのに使用することが出来るが、又、複数の電極を所望の型にすれば所望とする熱処理領域の型をどのようにも作ることができる。
第１９図から第２１図は熱処理領域７８，８０，８２のパターンの実例であり、これらはゴルフクラブフェースへの熱処理ＮｉＴｉ８４，８６，８８インサートとして別個に得ることができる。これらの形で示されているように、電極の配列および／または電極自体の形によって、異なる機械特性を広範囲に渡って作ることができて、そしてゴルフボールの飛行を理想的にコントロールすることができる。第１９図は、環状リング型の熱処理領域７８を表わす、これは一対の相対する管状の電極によって作ることができる。第２０図は、リング状に配列された複数の円形熱処理領域を表わし、この熱処理領域は、第１７図で示した相対する電極の一対あるいはそれ以上の対から作られた一つの環状領域８０を形成する。
第２１図は、１対あるいはそれ以上の相対するストリップ（strip、むき出し）電極（例えば板状電極）から作られた“ストリップ”熱処理領域８２の例である。
・複合例
第２２図、第２３図は、ゴルフクラブの打球面への複合インサート９０の例である。第２２図で示すように、このインサートは、インサートの特性を変える目的で選ばれた材料からなる１つあるいはそれ以上の埋めこみ部９４を持つベース材９２を含む。例えば、第２２図で示すように、付加的部分９４はインサートの外側へりに置くよりも中央地帯により接近した形で置くこともできる。
第２３図に示すように、ベース材料は、付加的部分９４を嵌め込むための溝９６を含むことが出来る。
この溝は、均一あるいは不均一のパターンなど、所望とするパターンに設けることができる。
例えば、この溝をインサートの外周に向かって徐々に空間を増して行くように作ることも出来る。インサートの材料はベース材料と異なる弾性係数であることが好ましい。この溝は、垂直に伸びるように示しているが、どんな方向にも、またどんな望ましい形も取ることが出来る。例えば、水平に設けてもよいし、角度を持たせても良い。あるいは、それらを混合させ、形や方向の異なる溝を複数組み合せてもよい。
・「ＣｕＮｉＡｉ単結晶」例
ゴルフクラブの打球面としてのインサートには単結晶ＣｕＮｉＡｌからなる上記した「ピクセル」も含まれる。この材料は、低い圧力での「安定域」には、１２〜１４％の歪みまで弾性変形するだけの優れた歪み能力を有しており、非常に低いヒステリシスで完全に弾性的に復元する。
第２４図は直径０．０６インチの単結晶ＣｕＮｉＡｌのワイヤ試料の圧力／歪み曲線である。
このような材料の歪み特性は、ゴルフクラブの上にゴルフボールを長い時間残すことができ、クラブの使用者のボールコントロールの感覚を高めることができる。
・「周辺部ウェイト」例
第２５図は、ゴルフクラブにどのようにして周辺部の処理を行ったかを示す本発明の実施例である。
この例では、クラブフェースの中央部分１００に、第１図から第２３図で示されたようなピクセルや、他のアレンジを含むことが出来る。
この中央部分は、純粋な金属（例えばウラン、タングステン、モリグデン、鉛等）などの重い材質から成る棒のような高密度「ピクセル」１０２で全体的に又は部分的に囲まれている。
周辺部へのウェイト付けの目的は、打球面を出来るだけ薄くすることである。例えば、第２６図に示すように、周辺部ウェイト１０２を有するアイアンタイプのクラブフェース１０４の横断面積は実質的に均一であるが、第２７図に示すような一般的に鋳造され鍛造されたステンレススチール製アイアンクラブは、トップ１０６とボトム１０８の回りで横断面積が増加している。
以上、本発明の基礎と好ましい実施例並びに操作方法を述べたが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではないものと解釈されたい。
前述した実施の形態は限られた例にすぎず、本発明の特許請求の範囲からはずれることなく当業者によってこれらの実施の形態の種々の変形を確認することができる。

Claims (19)

1. ゴルフクラブヘッドであって、くぼみを有するゴルフボール打球面と、当該打球面のくぼみ内に該打球面を横切るように配列された同一材料による複数片とを備え、これらの片が打球面を作る末端内壁（endwalls）をもち、そしてその各片が、隣接する片の側壁（sidewall）とふれあう少なくとも一つの側壁を持つことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
2. 前記各片が同一の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
3. 前記各片が多面体の形を持っていることを特徴とする請求項２に記載のゴルフクラブヘッド。
4. 前記各片が六角形状であり、この片を幾何学的に密に積め込んだパターンに配列することを特徴とする請求項３に記載のゴルフクラブヘッド。
5. 前記各片が重合体かあるいは金属材料であることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
6. 前記各片が超弾性あるいはマルテンサイト系（martensitie）形状記憶合金であることを特徴とする請求項５に記載のゴルフクラブヘッド。
7. 前記各片が多面体形を持ち、前記くぼみ内に設置されたフレームの中に幾何学的にきつく積め込んだパターンに配列されることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
8. 前記打球面がパター、アイアン型クラブあるいはドライバー型クラブの打球面であることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
9. 前記各片が同一の形状と、同一または異なる長さを持っていることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
10. 前記打球面がアイアン型のゴルフボールクラブのインサートを備え、そしてこのインサートが実質的に均一な厚さであることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
11. 前記各片が単結晶ＣｕＮｉＡｌの部分から成り、この部分を、その中心軸が前記打球面と交差するように配列することを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
12. 前記各片が前記部分を備え、前記部分を曲げて、この部分の端部が打球面と交差するように配列することを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
13. 前記各片の側壁は互いに接着されていないことを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
14. 前記打球面がクラブヘッドの中の空洞によって支えられた裏面をもつインサートを備えることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
15. 前記各片は互いに重なり合わない片であることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
16. 前記各片は複数の列をなして配置されることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
17. 前記くぼみは平坦な表面を備え、前記各片の底部の末端が当該平坦な表面に沿うように前記各片は配置されることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
18. 前記各片はきつく積め込まれた状態で前記くぼみを充填するように形作られ、ワイヤ部分の形をしていることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。
19. 前記各片は、多面体の形を持ち、隣接する片の側壁同士の間には空間がないようにきつく積め込まれた状態で前記くぼみを充填し、前記各片は前記打球面にわたって均一な特性を有するピクセルマトリックスをなして前記くぼみを充填することを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド。

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