JP4550452B2 - ゴルフクラブヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製部材および繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製部材から構成されるゴルフクラブヘッドおよびその製造方法に関する。

ゴルフクラブは、ゴルフボールを打撃したときに、ゴルフボールがよく飛ぶことと、その飛びの方向安定性が高いものであることが要求される。そのため、ゴルフクラブヘッドとしては、低重心で軽量かつ強度の高いものが求められる。近年、低重心、軽量、高強度のゴルフクラブヘッドとして、図７に示すような、ＦＲＰ製のクラウン５１およびソール５２とを有し、フェース部分５３とソール部分５４に一体成形された金属部材５５が取り付けられたものが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

しかし、一体成形された金属部材は、大型になる上、形状が立体的で複雑になるために、高い寸法精度で製造することが困難であった。そのため、一体成形された金属部材を用いてゴルフクラブヘッドを量産すると、質量、フェース角度、寸法、重心がばらつくため、不良品が多くなり、歩留まりが低くなった。しかも、寸法精度が低い場合には設計からずれて、一体成形された金属部材とクラウンやソールとの密着性が低くなり、接着強度も低くなって、ゴルフクラブヘッドの耐久性が低くなることがあった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、フェース部分およびソール部分に金属部材を取り付ける場合にも、寸法精度が高く、歩留まりおよび耐久性が高いゴルフクラブヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法は、 フランジを有する金属製のフェース板と金属製のソール板とを別々に成形する金属部材成形工程と、フェース板とソール板とを接着剤により一体化するとともに、フェース板の下部のフランジおよびソール板の両方にプリプレグを予備賦形したプリフォームを接合する接合工程と、これらを成形型内に配置し、内圧成形する内圧成形工程とを含むゴルフクラブヘッドの製造方法であって、
前記金属部材成形工程にて、フェース板の下部のフランジおよび／またはソール板に係合部を形成し、前記接合工程にて、フェース板とソール板とを係合部で係合する、ゴルフクラブヘッドの製造方法。

本発明では、フェース板およびソール板を別々に成形するから、それぞれが小型で形状を単純化でき、フェースの部分とソールの部分に金属部材を取り付ける場合でも寸法精度を高くできる。よって、質量、フェース角度、寸法、重心のばらつきを小さくでき、歩留まりを高くできる。また、寸法精度が高くなることで、金属部材とクラウンやソールとの密着性が高くなり、ゴルフクラブヘッドの耐久性を高くできる。また、フェース板とソール板とを一体化するから、意匠性に優れる。

本発明のゴルフクラブヘッドおよびその製造方法の一実施形態例について説明する。
図１に、本実施形態例のゴルフクラブヘッドの断面図を示す。このゴルフクラブヘッド１０は、フェース２１とフェース２１の端縁から打撃面３１の反対側に延在して形成されたフランジ２２ａ，２２ｂとを有する金属製のフェース板１１と、金属製のソール板１２と、繊維強化樹脂製のクラウン１３およびソール１４とを有している。
なお、ここで、クラウン１３とは、フェース板１１、ソール板１２およびソール１４を除いた部分のことであり、ソール１４とは、フェース板１１、ソール板１２およびクラウン１３を除いた部分のことである。

そして、このゴルフクラブヘッド１０は、フェース板１１とソール板１２とがそれぞれに形成された係合部にて係合されて一体化されている。本実施形態例におけるフェース板１１の係合部は、下部フランジ２２ａの端部に形成された薄肉部２０ａであり、ソール板１２の係合部は、ソール板１２のフランジ側端部に形成された薄肉部２０ｂである。また、フェース板１１の薄肉部２０ａとソール板１２の薄肉部２０ｂとは互いの形状に対応しており、これらが重ねられた際には密着した状態で係合する。

フェース板１１のフランジ２２ａ，２２ｂは、クラウン１３またはソール１４との接合部であり、その長さが長いとフェース板１１とクラウン１３またはソール１４との接合強度を高くできるが、フランジ２２ａ，２２ｂの長さが長くなればゴルフクラブヘッド１０が重くなる。これらの点から、好ましいフランジ２２ａ，２２ｂの長さは５ｍｍ〜２０ｍｍであり、より好ましくは１０ｍｍ〜１５ｍｍである。
さらに、係合部の接合強度とゴルフクラブヘッド１０の重さとのバランスを考慮すると、係合部（薄肉部２０ａ，２０ｂ）の好ましい長さは、２ｍｍ〜２０ｍｍである。

ソール板１２には、このゴルフクラブヘッド１０の製造の際に使用する加圧バッグを挿入するための孔３３が形成されている。この孔３３は、ネジ孔（このネジ孔をプラダー孔と呼ぶことがある）であることが好ましい。孔３３がネジ孔であれば、加圧バッグをネジ孔から抜き出した後にネジを螺合して孔を塞ぎやすい。そのネジ孔に螺合されるネジとして、タングステン合金製など比重の大きいものを用いると、ゴルフクラブヘッドの重心がより低くなる。

また、フェース板１１およびソール板１２は、金属の鋳造、鍛造または切削によって別々に作製されたものである。フェース板１１およびソール板１２を構成する金属材料としては、チタン合金、アルミニウム高力合金、ステンレス鋼が挙げられるが、チタン合金が強度と比重のバランスの点で好ましい。フェース板１１とソール板１２とは同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよく、特にゴルフクラブヘッドの重心を容易に低くできることから、ソール板１２として、フェース板１１より比重が大きいものを用いることが好ましい。例えば、ソール板１２として、ステンレス製のものを使用し、フェース板１１としてチタン合金製のものを使用することができる。
さらに、フェース板１１およびソール板１２においては、接着強度が高くなることから、クラウン１３またはソール１４と接合する面が予めブラスト加工などによって粗面化されて、表面粗さＲａが１μｍ〜２０μｍになっていることが好ましい。同様の理由から、フェース板およびソール板のクラウン１３またはソール１４と接合する面が、メチルエチルケトンやアセトンなどにより脱脂処理されていることが好ましい。

クラウン１３およびソール１４は、繊維強化樹脂の層を複数積層し、一体化したものである。例えば、一方向に引き揃えられた強化繊維が、打撃面３１と直交方向（０°）に配向した層と、打撃面３１と平行方向（９０°）に配向した層とに積層している。また、繊維強化樹脂を形成する強化繊維の形態は、一方向に引き揃えられたものだけではなく織布であってもよい場合もある。
クラウン１３およびソール１４をなす繊維強化樹脂に含まれるマトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維、高強度ポリエチレン、ＰＢＯ繊維、ステンレススチール繊維等が挙げられる。これらの強化繊維の中でも、強度の点から、炭素繊維が好ましい。

フェース板１１とクラウン１３およびソール１４、ソール板１２とソール１４は、フィルム状接着剤１６を介して接合されている。フィルム状接着剤１６は均一の厚みを有し、斑が生じ難くいため、安定な接着強度が得られる。

ここで、フィルム状接着剤１６を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などが挙げられ、接着強度の点でエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂組成としてエポキシ樹脂成分、硬化剤成分以外にエラストマー成分を含有することが更に好ましい。エラストマー成分としてCarboxy-Terminated Butadiene Acrylonitrile Copolymer（ＣＴＢＮ）などが挙げられる。
さらにフィルム状接着剤１６が不織布又は織布からなる基材を含むことで、フィルム状接着剤１６の取り扱い性や接着性が向上する。更に、硬化後接着剤層に応力が負荷された場合、微小な亀裂が発生しても、亀裂の進展を抑えることができるので、接着剤層の破壊強度を向上させることができる。
フィルム状接着剤１６に用いられる不織布及び織布の材料としては、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、ガラス繊維などが挙げられるが、これに限定するものではない。

なお、フェース板１１とクラウン１３およびソール１４、ソール板１２とソール１４とは、液状接着剤で接合されてもよいが、ゴルフクラブヘッド１０のような立体形状において、液状接着剤を均一厚さ、幅で塗布することに十分な注意を払う必要がある。接着剤の塗布斑、厚み斑は、接着強度低下を引き起こすので安定な強度を有するゴルフクラブヘッドを得ることは難しくなる。

次に、上述したゴルフクラブヘッド１０の製造方法について説明する。
まず、金属部材成形工程にて、鋳造、鍛造または切削によって、フェースとフランジを有する金属製のフェース板と、ゴルフクラブヘッドの底面に配置される金属製のソール板とを別々に得る。その際、フェース板の下部フランジの端部内面側に段差を形成して薄肉部（係合部）を設け、ソール板のフランジ側端部の外面側に段差を形成して薄肉部（係合部）を設ける。さらに、フェース板の薄肉部とソール板の薄肉部との形状が互いに対応するように成形する。
また、プリフォーム作製工程にて、プリプレグをソールの形状に予備賦形して第１のプリフォームを作製するとともに、プリプレグをクラウンの形状に予備賦形して第２のプリフォームを作製する。第１のプリフォーム作製の際には、ソール板に形成されるネジ孔を塞がないような開口部を形成しておく。ここで、予備賦形とは、複数のプリプレグを積層し、その粘着力で一体化して最終的なクラウンまたはソールに近い概略の形状に賦形することである。

プリフォームの製造においては、予備賦形前に、プリプレグに予め切れ目を形成しておくことが好ましい。プリプレグに予め切れ目を入れておけば、この積層したプリプレグを予備賦形する際に、この切れ目の端部同士を貼り合せることにより、曲線形状であるソールまたはクラウンの形状を形成しやすくなるし、深絞り形状を形成することも可能となる。

次に、接合工程において、図２に示すように、フェース板１１の薄肉部２０ａにソール板１２の薄肉部２０ｂを重ね合わせた後、第１のプリフォーム４１の底面とソール板１２の上面とを、フィルム状接着剤１６を介して接合するとともに、第１のプリフォーム４１とフェース板１１の下部のフランジ２２ａとを、フィルム状接着剤１６を介して接合する。そして、ソール１２にフェース板１１およびソール板１２を固定しつつ、フェース板とソール板とを一体化する。
次に、図３に示すように、ソール板１２の孔３３から加圧バッグ３５を挿入する。加圧バッグ３５の材質としては、例えば、シリコーンゴムやナイロン、ポリエステルなどが挙げられる。次いで、第２のプリフォーム４２を第１のプリフォーム４１上に載せつつ、第２のプリフォーム４２とフェース板１１の上部のフランジ２２ｂとを、フィルム状接着剤１６を介して接着する。このようにして成形品前駆体４５を得る。

次いで、内圧成形工程において、この成形品前駆体４５を内圧成形する。具体的には、図４に示すように、上型４６と下型４７とからなる金型４８内に成形品前駆体４５を配置し、金型を閉じ、続いて、加圧バッグ３５に空気を送って加圧バック３５を膨張させる。そして、膨張した加圧バッグ３５によって第１のプリフォーム４１および第２のプリフォーム４２を金型４８に押圧させつつ、金型４８をマトリックス樹脂の硬化温度に応じた温度に加熱して各プリフォームのマトリックス樹脂を熱硬化させて成形する。この成形によって、第１のプリフォーム４１がソールになり、第２のプリフォーム４２がクラウンになる。

次いで、金型を開き、得られた成形品を取り出すとともに、加圧バッグを孔から抜き出す。最後に、ソール板の孔にタングステン合金製ネジを螺合し、ネジ孔を塞いでゴルフクラブヘッドを得る。ここで、ソール板のネジ孔に螺合されるネジは、ゴルフクラブヘッドをより低重心にできることから、比重が大きいものが好ましく、例えば、タングステン合金製や銅合金製のものが挙げられる。

以上説明した実施形態例では、フェース板およびソール板が別々に成形されているから、それぞれが小型で形状が単純化されており、フェースの部分とソールの部分に金属部材を取り付ける場合でも寸法精度を高くできる。よって、量産時において、質量、フェース角度、寸法、重心のばらつきが小さくなり、歩留まりが高くなる。また、寸法精度が高くなることで、金属部材とクラウンやソールとの密着性が高くなり、ゴルフクラブヘッドの耐久性が高くなる。
また、フェース板とソール板とをそれぞれに形成された係合部にて係合するので、これらを正確な位置で一体化できる。そして、フェース板とソール板とを一体化することで意匠性を高くできる。

なお、本発明は、上述した実施形態例に限定されない。例えば、上述した実施形態例では、係合部がフェース板の下部フランジに形成された薄肉部、ソール板に形成された薄肉部であったが、フェース板とソール板とが係合できる形状であればよい。例えば、図５に示すように、フェース板１１に薄肉部（係合部）を設けず、ソール板１２に段を設けてその段を係合部２０ｃとし、その係合部２０ｃとフランジ２２ａの上面とを接合してもよい。また、図６に示すように、ソール板１２およびフェース板１１の端面を傾斜させて、その傾斜端面を係合部２０ｄ，２０ｅとすることもできる。
さらに、図１〜６では、係合部において、ソール板がフェース板の上側に配置されているが、この係合部におけるソール板とフェース板の上下関係は逆であっても差し支えない。
さらに、繊維強化樹脂部分がクラウンとソールの２つに分割されていたが、３つ以上に分割されていてもよい。プリフォームを３つ以上に分割する例としては、ヘッドボディを、ソール、クラウン、リボンの３つに分割する例が挙げられる。

おもりが螺合されるネジ孔が形成された厚さ１．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３１４）製ソール板と、フランジ部分厚さが１．５ｍｍでフェース部分の厚さが２．８ｍｍであるチタン合金製フェース板とをそれぞれ別々に成形し、ソール板およびフェース板のプリフォームと接合する面をブラスト加工により粗面化処理し、アセトンで脱脂した。
それとともに、一方向に引き揃えた炭素繊維に、エポキシ樹脂を含浸したプリプレグ（三菱レイヨン株式会社製パイロフィル（登録商標）ＴＲ３５０）を、各層の炭素繊維の配向方向が、０°／９０°／０°／９０°となるように４層積層し、ゴルフクラブヘッドのソールの形状に予備備賦形して第１のプリフォームを得た（厚さ１．０ｍｍ）。なお、第１のプリフォームには、ソール板のネジ孔を塞がないような開口部３３を形成した（図２参照）。また、上記プリプレグを４層積層して、ゴルフクラブヘッドのクラウンの形状に予備賦形した第２のプリフォームを得た（厚さ０．７ｍｍ）。

次に、図２に示すように、フェース板１１の薄肉部２０ａにソール板１２の薄肉部２０ｂを重ね合わせた後、第１のプリフォーム４１の底面とソール板１２の上面とを、フィルム状接着剤１６を介して接合するとともに、第１のプリフォーム１８の底面とソール板１２の上面とを、フィルム状接着剤１６を介して接合した。次いで、第１のプリフォーム１８とフェース板１１の下部のフランジ２２ａとを、フィルム状接着剤１６を介して接合した。このようにして、フェース板１１とソール板１２とを一体化した。
続いて、図３に示すように、ソール板１２のネジ孔３３からシリコーンゴム製の加圧バッグ３５を挿入した。その後、第２のプリフォーム４２を、第１のプリフォーム４１上に載せつつ、第２のプリフォーム４２とフェース板１１の上部のフランジ２２ｂとを、フィルム状接着剤１６を介して接合して、成形品前駆体４５を作製した。

次に、図４に示すように、上記成形品前駆体４５を上型４６および下型４７からなる金型４８内に配置し、金型４８を閉じた。次いで、加圧バッグ３５を０．２ＭＰａに加圧して膨張させ、膨張した加圧バッグ３５により第１のプリフォーム４１および第２のプリフォーム４２を金型に押圧させつつ、金型温度を１３０℃にして各プリフォームのエポキシ樹脂を熱硬化させて成形した。
得られた成形品を金型から取り出し、加圧バッグをネジ孔から抜き出した。そして、ネジ孔からファイバスコープ（株式会社ＮＩＳＣＯ製Ｆ５Ｄ１０Ｗ）を挿入し、フェース板と第１のプリフォームおよび第２のプリフォームとの接合状態を観察し、接合部におけるめくれが無く、接合部が十分に接合していることを確認した。
その後、タングステン合金製ネジをネジ孔に螺合して、最終的なゴルフクラブヘッドを得た。

このゴルフクラブヘッドは、フェース板とソール板とが別々の部材であり、それぞれの寸法精度が高かったため、質量、フェース角度、寸法、重心のばらつきを小さくでき、量産時の歩留まりを高くできた。また、寸法精度が高かったので、金属部材とクラウンやソールとの密着性が高くなり、ゴルフクラブヘッドの耐久性が高かった。具体的には、５０ｍ／秒のヘッドスピードで３０００発の打撃試験を行ってもその打撃試験に耐える耐久性を有していた。

本発明のゴルフクラブヘッドの一実施形態例を示す断面図である。 図１に示すゴルフクラブヘッドの製造方法の一工程を示す断面図である。 図１に示すゴルフクラブヘッドの製造方法の一工程を示す断面図である。 図１に示すゴルフクラブヘッドの製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明のゴルフクラブヘッドの他の実施形態例を示す断面図である。 本発明のゴルフクラブヘッドの他の実施形態例を示す断面図である。 従来例のゴルフクラブヘッドを示す断面図である。

符号の説明

１０ ゴルフクラブヘッド
１１ フェース板
１２ ソール板
２０ａ，２０ｂ 薄肉部（係合部）
２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ 係合部

Claims (3)

1. フランジを有する金属製のフェース板と金属製のソール板とを別々に成形する金属部材成形工程と、フェース板とソール板とを接着剤により一体化するとともに、フェース板の下部のフランジおよびソール板の両方にプリプレグを予備賦形したプリフォームを接合する接合工程と、これらを成形型内に配置し、内圧成形する内圧成形工程とを含むゴルフクラブヘッドの製造方法であって、
   前記金属部材成形工程にて、フェース板の下部のフランジおよび／またはソール板に係合部を形成し、前記接合工程にて、フェース板とソール板とを係合部で係合する、ゴルフクラブヘッドの製造方法。
2. 前記プリフォームが、ソールの形状に賦形された第１のプリフォームと、クラウンの形状に賦形された第２のプリフォームとからなる、請求項１に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
3. 予備賦形の前に、プリプレグに予め切れ目を形成しておく請求項１または２に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。

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