JP4922912B2 - ゴルフクラブおよびそのクラブ・ヘッドに使用される複合材フェース・プレートの加工方法 - Google Patents

Description

本開示は一般的にゴルフクラブとクラブ・ヘッドに関する。より詳しくは、本開示は、とりわけフェース挿入物などを有するウッド・タイプのクラブ・ヘッドおよび他のタイプのクラブ・ヘッドに関する。

ゴルフの人気や競争力が増加の一途をたどるにつれて、ますますより多くのゴルファーがこのゲームをプレイすることで、より多くの楽しみやより多くの成功を得ることができるように、現在多くの努力や資源がゴルフクラブを改良するために費やされている。この改良活動の多くは手の込んだ材料やクラブ・ヘッド技術の領域で行われてきた。例えば、最近の「ウッド・タイプ」のゴルフクラブ（とりわけ、「ドライバー」および「ユーティリィティ・クラブ」）は、それらの精巧なシャフトおよび非木製のクラブ・ヘッドを用いており、これまで使用されていた「ウッド」ドライバー、ロフトの少ないロングアイアン、およびより高い番手のフェアウェイ・ウッドとはほとんど似ていない。これら最近のウッド・タイプのクラブは一般に「メタル・ウッド」と呼ばれている。

フェアウェイ・ウッドやドライバーなどの典型的なメタル・ウッドのゴルフクラブは、一般的にクラブ・ヘッドが取り付けられている下端を有する中空のシャフトを含んでいる。これらクラブ・ヘッドの最新式のものは、少なくとも一部分は、チタン合金などの軽量だが強い金属で作成されている。クラブ・ヘッドは、ストライク・プレート（フェース・プレートとも呼ばれる）が取り付けられるか、又は一体化して形成される本体を含む。ストライク・プレートは、実際にゴルフボールと接触する前面またはストライク・フェースを規定する。

強く軽量の金属と他の材料とのメタル・ウッドのクラブ・ヘッドを作成する現在の能力により、クラブ・ヘッドを中空にすることが可能となった。軽量材料の使用により、クラブ・ヘッドの内壁をさらに薄くすることを可能にし、それにより、従来のクラブ・ヘッドと比較してクラブ・ヘッドのサイズを大きくすることが可能となった。より大きなクラブ・ヘッドは、ストライク・プレート上により大きな「スイート・スポット」を提供し、かつより高いクラブ・ヘッド慣性をもたらし、これにより、小さなクラブ・ヘッドよりもクラブ・ヘッドをより「寛大」なものにする傾向がある。（全米ゴルフ協会、すなわちＵＳＧＡの現在の規則は、クラブ・ヘッドの容積に対する最大限度を規定している。）スイート・スポットのサイズなどの特性は、クラブ・ヘッドの重心（ＣＧ）の位置はもとより、ストライク・プレートの形状断面、サイズおよび厚さを含む多くの変数によって決定される。

クラブ・ヘッドまわりの質量の分布は、一般的に回転慣性モーメント（ＭＯＩ）とＣＧの位置などのパラメーターによって数値で表わされる。クラブ・ヘッドは一般的には多数の回転ＭＯＩを有し、それぞれはクラブ・ヘッドの各デカルト基準軸（ｘ、ｙ、ｚ）と関係している。回転ＭＯＩは、それぞれの基準軸のまわりの角加速度（捩れまたは回転）に対するクラブ・ヘッドの抵抗力の尺度となる。回転ＭＯＩは、それぞれの基準軸に関して、とりわけクラブ・ヘッド内の質量の分布に関係している。クラブ・ヘッドにより多くの許容度を提供するために、各々の回転ＭＯＩは望ましくは実行可能な範囲で最大にされる。

最近のクラブ・ヘッド設計の別の要素にフェース・プレートがある。ゴルフボールとフェース・プレートのインパクトにより、フェース・プレートに瞬間的な後方へのたわみが生じる。このたわみおよびその結果生じるフェース・プレートの反発は、クラブ・ヘッドの反発係数（ＣＯＲ）として表わされる。フェース・プレートを薄くするほど、より厚い又はより堅牢なフェース・プレートより、ゴルフボールとのインパクトでより反発し、潜在的により多くのエネルギー、したがって打たれたボールにより高い反発速度を与えることができる。この影響の重大さのため、クラブのＣＯＲはＵＳＧＡ規則の下で制限されている。

クラブ・ヘッドの全質量に関して、クラブ・ヘッドの質量の割当量として、少なくとも質量の割当量のうちのいくらかを、クラブ・ヘッドに適切な強さおよび構造的支持を与えるために費やさなければならない。これは「構造」質量と呼ばれる。割当量に残る質量はいずれも、「自由裁量」又は「性能」質量と呼ばれ、例えば性能問題を扱うためにクラブ・ヘッド内に配分することもできる。

クラブ・ヘッドの構造質量を削減するための昨今のアプローチのいくつかは、クラブ・ヘッドの少なくとも一部分を代替材料で作ることに向けられている。最新のメタル・ウッドの本体およびフェース・プレートはチタン合金で作成されているが、一方、グラファイト複合材（又は別の適切な複合材料）および合金の両方から形成されたコンポーネントで、少なくとも一部分が作成されている「ハイブリッドの」クラブ・ヘッドもいくつか市販されている。例えば、これらハイブリッドのクラブ・ヘッドの１つのグループでは、本体の一部分がカーボン・ファイバー（グラファイト）製であり、またチタン合金が主要なフェース・プレート材料として使用されている。他のクラブ・ヘッドは完全に１つまたはそれ以上の複合材料で作成されている。グラファイト複合材はおよそ１．５ｇ／ｃｍ^３の密度を有しており、４．５ｇ／ｃｍ^３の密度を有するチタン合金と比較して、クラブ・ヘッド内により自由裁量の質量を提供するという期待を抱かせている。

クラブ・ヘッドのコンポーネントを作成するのに有用な複合材はファイバー部分および樹脂部分を含む。一般に、樹脂部分は、ファイバーが規定の方法で埋め込まれている「マトリックス」としての機能を果たす。クラブ・ヘッド用の複合材では、ファイバー部分は、樹脂成分が含浸されている多数のファイバー・レイヤー又はプライとして構成される。各レイヤー内のファイバーはそれぞれの配向を有し、一般的には一つのレイヤーとその次のレイヤーとで異なり、かつ正確にコントロールされている。通常のレイヤー数は相当数に上り、例えば５０ないしそれ以上となる。複合材料の加工中に、複数のレイヤー（それぞれは未硬化の、又は部分的に硬化した樹脂中に含浸した、それぞれ配向したファイバーを含み；そのようなレイヤーそれぞれを「プリプレグ」レイヤーと呼ぶ）が、「レイアップ」様式で重ね合わせて置かれる。プリプレグ・レイアップを形成した後、この樹脂は堅牢な状態に硬化される。

ファイバーと樹脂の複合材をクラブ・ヘッド・コンポーネントに加工する従来のプロセスでは、最短の期間で樹脂部分を硬化するために、高い（そして時としては一定の）圧力および温度が用いられる。このプロセスにおいて、望ましくは「網状」であるか、又はほぼ「網状」のコンポーネントを生成し、それによって形成されたコンポーネントが所望の最終構成および寸法を有するようにする。コンポーネントを網状、又はほぼ網状に作成することにより、コンポーネントを作成するためのサイクルタイムを削減し、かつ仕上げコストを削減する傾向にある。残念ながら、この従来の方法で作成されたコンポーネントには少なくとも３つの主要な欠陥が付随している。すなわち（ａ）コンポーネントが複合材空隙率の高い発生率を示すこと；（ｂ）コンポーネントの加工中に樹脂の比較的高いロスが生じること；および（ｃ）このファイバー・レイヤーが、まっすぐなファイバーではなく「波状の」ファイバーを持つ傾向があること。コンポーネントが単純な（そして静的な）引張、圧縮および／または曲げを受けた場合、これらの欠陥のうちのいくつかはコンポーネントのサービス性能に対して、著しい悪影響を引き起こすことはないにしても、これらのコンポーネントが動的かつ反復の負荷（つまり反復の衝撃およびその結果として起こる疲労）などの複合負荷を受けた場合は常に、コンポーネントの性能を一般的に大幅に低下させる。

上記を考慮すると、クラブ・ヘッドを加工するための改良方法が必要であり、これら複数の方法は、クラブ・ヘッドを加工するために使用される複合材コンポーネントにおいて、空隙率のコントロールの改良、樹脂ロスの減少、および波状のファイバーの防止を提供する。

本明細書に開示されるように、上述の必要性は本発明の複数の方法および他の態様によって満たされる。

そのような方法の１つの実施形態は、ゴルフクラブのクラブ・ヘッド用複合材フェース・プレートの加工を対象とする。この方法は多数のプリプレグ・レイヤーを含むレイアップを形成することを含む。それぞれのプリプレグ・レイヤーは、各配向においてそれぞれのファイバーの少なくとも１つのレイヤーを含み、かつ少なくとも１つのファイバー・レイヤーは樹脂を含浸している。レイアップは、初期の金型温度Ｔ_ｉおよび初期の圧力Ｐ_１に暴露される。樹脂が最小の液粘度を示す時間ｔ_１を起点として、レイアップの温度をＴ_ｉから、およびレイアップの圧力をＰ_１から上昇させる。時間ｔ_１とその後の時間ｔ_２の間の第１の間隔中に、レイアップの温度をＴ_ｓ＞Ｔ_ｉまで上昇させ、かつレイアップの圧力をＰ_２＞Ｐ_１まで上昇させる。この第１の間隔中に、樹脂は粘度の比較的迅速な漸進的な増加を示す。時間ｔ_２とその後の時間ｔ_３の間の第２の間隔中に、レイアップを実質的に温度Ｔ_ｓに、および実質的に圧力Ｐ_２に維持し、それにより樹脂の粘度を規定の硬化前の粘度レベルまで比較的遅いが持続的に増加させる。

望ましくは、Ｔ_ｉからのレイアップの温度上昇は段階的であり、かつＰ_１からのレイアップの圧力上昇は段階的である。さらに又はその代わりに、時間ｔ_１およびｔ_２の第１の間隔中に、レイアップの温度を、望ましくはＴ_ｓまで漸増させ、かつ望ましくはレイアップの圧力をＰ_２まで漸増させる。

時間ｔ_３の後、温度を望ましくはＴ_ｓから低下させ、かつ圧力を望ましくはＰ_２から低下させ、そしてレイアップの完全な硬化を完了することができる。完全な硬化は一般に樹脂が最大粘度を示すことによって特徴づけられる。この方法は、レイアップ（十分硬化された、又はされない）にクラブ・ヘッド用フェース・プレートとして使用するために規定の寸法および形状を持たせるように成形することをさらに含むことができる。

いくつかの実施形態において、レイアップが温度Ｔ_ｉおよびＴ_ｓまで、かつ圧力Ｐ_１およびＰ_２まで暴露されたままレイアップを保持するように構成された金型内で、レイアップを形成する。レイアップが規定の硬化前の粘度レベルに達したとき、金型からレイアップを取り出すことができる。レイアップが金型内にある間に、レイアップの輪郭を成形することができる。

いくつかの実施形態において、圧力Ｐ_１は０−１００ｐｓｉｇの範囲内にある。この範囲は０−１００ｐｓｉｇ±ΔＰとすることができ、ここでΔＰの最大値は５０ｐｓｉである。

いくつかの実施形態において、圧力Ｐ_２は２００−５００ｐｓｉｇの範囲内にある。この範囲は２００−５００ｐｓｉｇ±ΔＰとすることができ、ここでΔＰの最大値は５０ｐｓｉである。

いくつかの実施形態において、温度Ｔ_ｓはＴ_ｒ±ΔＴであって、ここでＴ_ｒはメーカーの推奨する樹脂の硬化温度であり、かつΔＴの最高値は７５度Ｆである。温度Ｔ_ｉはＴ_ｓ／２±ΔＴと等しくすることができる。

時間ｔ_１で、樹脂の最小粘度は±ΔＸの範囲とすることができ、ここでΔＸの最大値は２５％である。時間ｔ_１は±Δｔの範囲とすることができ、かつΔｔの最大値は１０分である。

いくつかの実施形態において、時間ｔ_２で、樹脂はその最大粘度Ｘ_ｍの８０％に達し、Ｘ_ｍは±ΔＸの範囲内にあり、かつΔＸの最大値は２５％である。

いくつかの実施形態において、時間ｔ_２は±Δｔの範囲内にあり、ここでΔｔの最大値は１０分である。

いくつかの実施形態において、時間ｔ_３で、樹脂はその最大粘度Ｘ_ｍの９０％に達し、Ｘ_ｍは±ΔＸの範囲内にあり、かつΔＸの最大値は２５％である。時間ｔ_３は±Δｔの範囲内とすることができ、ここでΔｔの最大値は１０分である。

いくつかの実施形態において、圧力Ｐ_１は０−１００ｐｓｉｇ±ΔＰの範囲内にあり、ここでΔＰの最大値は５０ｐｓｉである。圧力Ｐ_２は２００−５００ｐｓｉｇ±ΔＰの範囲内とすることができ、ここでΔＰの最大値は５０ｐｓｉである。温度Ｔ_ｓはＴ_ｒ±ΔＴと等しくすることができ、ここでＴ_ｒはメーカーの推奨する樹脂の硬化温度であり、かつΔＴの最高値は７５度Ｆである。温度Ｔ_ｉはＴ_ｓ／２±ΔＴと等しくすることができる。時間ｔ_１で、樹脂の最小粘度は±ΔＸの範囲内とすることができ、ここでΔＸの最大値の２５％であり、時間ｔ_１は±Δｔの範囲内であり、かつΔｔの最大値は１０分である。時間ｔ_２で、樹脂はその最大粘度Ｘ_ｍの８０％に達することができ、ここでＸ_ｍは±ΔＸの範囲内にあり、かつ時間ｔ_２は±Δｔの範囲内にある。時間ｔ_３で、樹脂はその最大粘度Ｘ_ｍの９０％に達することができ、ここでＸ_ｍは±ΔＸの範囲内にあり、かつ時間ｔ_３は±Δｔの範囲内にある。

いくつかの実施形態において、樹脂粘度の比較的迅速な上昇が止まる前に圧力Ｐ_２に到達する割合で圧力をＰ_１からＰ_２まで上昇させる（望ましくは段階的である）。

多くの実施形態において、プリプレグ・レイヤーはカーボン・ファイバーとエポキシ樹脂を含む。

本発明の上述のおよび追加の特徴および利点は、添付の図面を参照して進められる以下の詳細な説明からより容易に明白になる。

本開示を、決して限定的であることを意図しない代表的な実施形態に照らして説明する。

以下の説明では、例えば、「上方へ」、「下方へ」、「上部の」、「下部の」、「水平の」、「垂直の」、「左の」、「右の」などの、特定の用語を使用することがある。これらの用語は、相対的な関係を処理するとき、適切な場合、説明にいくらかの明確さを与えるために使用される。しかしながら、これらの用語は、絶対的な関係、位置および／または配向を意味するように意図されたものではない。例えば、１つの対象に関して、「上部の」表面は単に対象をひっくり返すことにより「下部の」表面とすることができる。それにも拘らず、それはやはり同一の対象である。

典型的な中空の「メタル・ウッド」のクラブ・ヘッド１０の主な特徴を図１に描く。クラブ・ヘッド１０はフェース・プレート１２および本体１４を含む。フェース・プレート１２は一般的には凸面で、外側の（「打つ」）表面（フェース）１３を有する。本体１４は前方開口部１６を規定する。フェース・サポート１８は、本体１４に対してフェース・プレート１２を位置決めし、固定するための前方開口部１６の周囲に配置されている。本体１４はさらにヒール２０、トー２２、ソール２４、トップすなわちクラウン２６およびホーゼル２８を有する。前方開口部１６のまわりは、ヒール２０、トー２２、ソール２４およびクラウン２６のそれぞれの前縁に沿って広がる「移行帯」１５である。移行帯１５は、事実上本体１４からフェース・プレート１２までの移行である。ホーゼル２８は、シャフト（図示せず）の遠位末端を受け入れる開口部３０を規定する。開口部１６は、フェース・サポート１８および移行帯１５に基礎を置き、かつ接着され、その結果前方開口部１６に入っているフェース・プレート１２を受け入れる。移行帯１５はソールのリップ部位１８ｄ、クラウンのリップ部位１８ａ、ヒールのリップ部位１８ｃおよびトーのリップ部位１８ｂを含む。これらの部分は、図のように、連続的にすることができ、又はそれらの間にスペースを伴って不連続とすることができる。

１つの実施形態によるクラブ・ヘッドにおいて、フェース・プレート１２の少なくとも一部は、硬化樹脂（例えばエポキシ）に埋め込まれた繊維状の材料（例えばグラファイト、又はカーボン・ファイバー）からなる多数のプライまたはレイヤーを含む複合材からできている。複合材の典型的な厚さの範囲は４．５ｍｍ以下である。複合材は衝撃力および全体的な耐久性の効率的な分布を容易にするために、その厚さの断面の全域で強化ファイバーが比較的一貫した分布を持つように構成される。

複合材部分は多数のプリプレグ・プライのレイアップとして作成される。このプライについては、クラブ・ヘッドの所望の耐久性および総合的性能を考慮して、ファイバー強化材と樹脂が選択されている。特定のクラブ・ヘッドの構造に関するテストでは、比較的低いファイバー面重量（ＦＡＷ）を有するプリプレグ・プライから形成された複合材部分が、耐衝撃性、耐久性および全体的なクラブ性能などの、いくつかの領域に優れた属性を提供し得ることが究明された。（ＦＡＷは、ｇ／ｍ^２単位での、所定量のプリプレグのファイバー部分の重量である。）１００ｇ／ｍ^２未満、そしてより望ましくは７０ｇ／ｍ^２未満のＦＡＷ値が特に効果的になり得る。記述のように、プリプレグ・プライを作成する際に使用される特に適切な繊維状材料はカーボン・ファイバーである。ただし、複数の繊維状材料を使用することができる。

多数の低ＦＡＷのプリプレグ・プライは、積層することができ、しかも積層されたプライの厚さ方向の全域で、比較的均一なファイバーの分布を有する。対照的に、比較可能な樹脂含量（パーセント単位でのＲ／Ｃ）レベルで、より高ＦＡＷを有するプリプレグ材が積層されたプライは、低ＦＡＷの材料が積層されたプライより、特に隣接したプライの接合部分に、より顕著に樹脂の多い領域を有する傾向がある。特にゴルフボールのインパクトの結果生じる力が、一般にファイバー強化材のファイバーの配向の方向に向かって横断しているので、樹脂の多い領域はファイバー強化材の効果を低減する傾向がある。

複合材のフェース・プレートでは、低ＦＡＷのプリプレグ・プライはそれぞれ望ましくは所定のファイバー配向を有しており、このプライはファイバー配向に関して所定の順序で積層されている。参照の便宜上、各プライのファイバー配向は、クラブ・ヘッドのフェース面の水平軸線からプライ中のファイバーと実質的に平行な線まで測定される。図２を参照すると、例えば、ファイバー配向は破線によって示される。この実施例の中で使用される複合材フェース・プレートを加工するために、第１の低ＦＡＷプライ１２０は０度で配向し、０、＋４５、９０および−４５度で配向する４つのプライをそれぞれ有する低ＦＡＷの多数のユニット群１２２、１２４、１２６が各々後に続く。上記の結果得られた低ＦＡＷのユニット群の積層は、１つの「外側の」プライ１２８と１つの「内側の」プライ１３０の間にはさまれている。外側のプライ１２８は９０度で配向し、内側のプライ１３０は０度で配向している。本実施形態では、内側および外側のプライ１２８および１３０は、１０８０グラス・ファイバーなどのグラス・ファイバーによって強化されたプリプレグから作成される。他のプライはカーボン・ファイバーによって強化されたプリプレグから作成される。ユニット群の数は望ましくは、好ましい実施形態である４８プライを提供する１０から１４の範囲、たとえば１２のユニット群を持つ。

カーボン・ファイバーの一例は、２３４Ｇｐａ（３４Ｍｓｉ）の引張係数および４５００Ｍｐａ（６５０Ｋｓｉ）の引張強度を有する、Ｇｒａｆｉｌ社（カリフォルニア州サクラメント市）から市販されている「３４−７００」カーボン・ファイバーである。別の使用できるＧｒａｆｉｌファイバーは「ＴＲ５０Ｓ」カーボン・ファイバーであり、２４０Ｇｐａ（３５Ｍｓｉ）の引張係数および４９００Ｍｐａ（７１０Ｋｓｉ）の引張強度を有する。適切なエポキシ樹脂は、タイプ「３０１」および「３５０」であり、Ｎｅｗｐｏｒｔ Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ社（カリフォルニア州アーヴィン市）から市販されている。典型的な樹脂含量（Ｒ／Ｃ）は４０％である。

上記の基本手順では、プリプレグ・プライを所定の配向に積層することは、ユニット群１２２、１２４、１２６内で最初に個々のプライを積層し、そして次に、複合材の最終の厚さを形成するために、所望数のユニット群（および任意の追加の所望のプライ）を積層することにより行うことができる。内側のプライ１３０および外側のプライ１２８は、望ましくはこのユニット群のプライ内で使用されるものとは異なるファイバー材から作成する。ユニット群の数は、要望により変えることができる。１つの実施形態は１２のユニット群を含む。

以下の態様は望ましくは、特にクラブ・ヘッドのフェース・プレートによって、クラブ・ヘッドが通常遭遇するインパクトおよび疲労荷重に耐えることができる複合材コンポーネントを提供するようにコントロールされる。これらの３つの態様は次のとおりである。すなわち（ａ）適切な樹脂含量；（ｂ）ファイバーの真直度；および（ｃ）仕上がり複合材における非常に低い空隙率。これらの態様は、特にプリプレグ・レイヤー内およびプリプレグ・レイヤー間の空気の取り込みを最小限にする方法で硬化中に樹脂のフローをコントロールすることにより、コントロールすることができる。空気の取り込みはプリプレグ・レイヤーのレイアップ中には回避することが難しい。しかしながら、空気の取り込みは、ここに明らかにした様々な実施形態に従って、さもなければレイアップ中に吸蔵されることになる少なくとも大部分の大気を除去するために、レイアップ中の規定した長さの時間の間、樹脂に低定流を与えることにより、実質的に最小限にすることができる。樹脂のフローは、レイヤー内でファイバー（それぞれ異なる角度で）のそれぞれの配向を維持しながら、適切なレイヤー間の結合のために各レイヤー内の樹脂を適当な量保持するように、十分に遅く安定したものとするべきである。遅く安定した樹脂のフローは、さらに各プライ内のファイバーをそれぞれの配向で直線を維持し、それによって、「波状のファイバー」現象を防ぐことができる。一般に、波状のファイバーは、その本来的に突出する方向とは著しく異なる配向を有する。

遅く安定した樹脂のフローを達成しても、気泡とエアーポケットが、レイアップ中に形成されたまま複合材成分の端に（又はほぼ端に）残る傾向がある。泡とポケットが樹脂のフローの遅いかつ安定した期間中に、レイアップの表面（端面を含む）に完全に移動する時間がなかった場合、端又は端の近くにこの残留エアが存在する可能性が高い。この端はさらに波状のファイバーが形成されそうな場所でもある。従って、度重なるインパクトおよび疲労荷重を対象としたコンポーネントを、それらの目的とする仕上がりコンポーネントの寸法より、レイアップ中には若干大きくすることが重要である。硬化の後、これら若干大き目の部分から端を削ること、又は他の機械加工により各レイヤー内に直線のファイバーのみならず非常に低い空隙率を有し、かつ実質的に取り込んだエアのない網状のコンポーネントが生産される。

いくつかの実施形態において、複合材フェース・プレートはダイス切断により、その最終の所望の形状および寸法を備えることができる。このフェース・プレートのいかなる所望の膨らみおよび起伏も、最後の２以上の「かさを小さくする」すなわち圧縮ステップ（プライ間に取り込まれた空気を除去するおよび／または削減するために硬化前に行なわれる）中に形成することができる。膨らみ又は起伏を形成するために、「最後の」かさを小さくするステップを、最終の所望の膨らみおよび起伏を有するダイス・パネルに対して行なうことができる。必要に応じて、まだ別の（およびそれに続く）かさを小さくするステップを、最終のフェース・プレートの厚さを達成するためにダイス・パネルを使用して行なうことができる。フェース・プレートの重量および厚さを望ましくは硬化ステップの前に測定する。

図３（Ａ）−３（Ｃ）には、遅く安定した樹脂のフローが最小の樹脂ロスで行なわれるプロセス（時間の関数としての圧力および温度）の実施形態が描かれている。図３（Ａ）は、時間の関数としてこのレイアップの温度を示す。レイアップ温度は実質的に金型温度と同じである。金型は初期の金型温度Ｔ_ｉに維持され、未硬化のプリプレグのレイアップは、初期の圧力Ｐ_１（一般的には大気圧）で金型内に置かれるか、金型内で形成される。この金型と未硬化のプリプレグはその後、金型の設定温度Ｔ_ｓでホットプレス内に置かれ、結果として金型温度（したがってレイアップ温度）は上昇し、金型温度はホットプレスの設定温度Ｔ_ｓと最終的に均衡する。この温度上昇は望ましくは「段階的」であり、漸進的な上昇を意味する。金型の温度がＴ_ｉからＴ_ｓまで上昇するにつれて、ホットプレスの圧力はｔ＝０からｔ＝ｔ_１までの間Ｐ_１に維持される。ホットプレスの圧力は、ｔ＝ｔ_２ではＰ＝Ｐ_２であるように、ｔ＝ｔ_１では、Ｐ_１からＰ_２に（望ましくは段階的な方法で）上昇する。Ｔ_ｉとＴ_ｓの間では、この金型とレイアップのこの温度上昇は連続的である。温度と圧力の典型的な変化率は次のとおりである。すなわち、ｔ_１までΔＴは（６０度Ｆ）／（１２０秒）、およびｔ_１からｔ_２までΔＰは（１５０ｐｓｉ）／（３００秒）。

Ｔ_ｉからＴ_ｓまで金型温度が上昇するにつれて、樹脂の架橋により粘度が再び上昇するまで（図３（Ｂ））、この樹脂の粘度は最初時間ｔ_１で最小値まで低下する。時間ｔ_１では樹脂は比較的容易に流れる。この増加したフローは、特に金型内の圧力を上げる場合、樹脂ロスの危険性を増大する。この段階で高められた金型圧力は、さらにより波立った樹脂のフローなどの他の望ましくない影響を引き起こす。従って、金型圧力は、ｔ_１およびその辺りで比較的低く維持すべきである（図３（Ｃ）参照）。ｔ_１の後、樹脂の架橋が始まり、そして進行し、樹脂粘度の連続的な上昇を引き起こすので（図３（Ｂ））、適切かつ継続的な（しかしながらコントロールされた）樹脂のフローを可能にするために（また促進するために）、金型圧力は、望ましくはタイムスパン内で徐々にＰ _１ からＰ _２ に上昇させる。この圧力を上昇させる割合は、樹脂粘度の迅速な増加の終了の少し前に最大圧力Ｐ_２に十分に達するようにすべきである。さらに、所望の変化率は、ｔ_１からｔ_２までΔＰは（１５０ｐｓｉ）／（３００秒）である。時間ｔ_２でこの樹脂粘度は、望ましくは最大値のおよそ８０％である。

硬化は時間ｔ_２の後も継続し、比較的一定の温度Ｔ_ｓおよび一定の圧力Ｐ_２のスケジュールに従う。この硬化の段階中に、樹脂粘度がいくらかの継続的な増加（一般的には最大値のおよそ９０％まで）を示すことに注意されたい。この硬化（「硬化前」とも言われる）は時間ｔ_３で終了し、樹脂は「完全な硬化」の状態（そこでは樹脂が最大粘度を示す）にまだ達していないとしても、コンポーネントはハンドリングおよび金型からの取り外しに十分な堅牢性（最大値のおよそ９０％）および強度を持つと考えられる。次に一般的には後加工ステップが続き、その中でコンポーネントはバッチ・モード又は他の適切な方法で「完全な硬化」に達する。

一般的に、完全な硬化に達した後コンポーネントは、クラブ・ヘッド上のフェース・プレートとして使用されるコンポーネントの規定の最終寸法、大きさ、輪郭などを達成する生産技術（機械加工、成形など）の対象とされる。

したがって、このプロセスの重要なパラメーターは次のとおりである。すなわち（ａ）Ｔ_ｓ、メーカーの指示に従って設定された金型の設定温度（すなわち一般的な樹脂の硬化温度）；（ｂ）Ｔ_ｉ、初期の金型温度であってＴ_ｉとＴ_ｓ間の適切なタイムスパン（ｔ_２）を可能にしかつ生産効率をもたらすためにＴ_ｓ（度Ｆまたは度Ｃでの）のおよそ５０％に通常設定する；（ｃ）Ｐ_１、初期の圧力であって一般に大気圧よりわずかに高くかつコンポーネントの形状を保持するためには十分であるが例えば２０−５０ｐｓｉｇの範囲内で樹脂を「絞り出す」ためには十分でない圧力；（ｄ）Ｐ_２、極限圧力であって例えば２００−３００ｐｓｉｇの範囲内でコンポーネントの寸法精度を保証するために十分に高い圧力；（ｅ）ｔ_１、樹脂が最小粘度を示す時間であって樹脂特性の関数でありかつ通常実験によって決定されほとんどの樹脂に対して一般にレイアップの最初の成形後５−１０分の範囲内の時間；（ｆ）ｔ_２、最大圧力の時間さらにはｔ_１からの時間遅れであってここでは最小から最大の粘度（すなわち完全に硬化された樹脂の粘度）のおよそ８０％まで樹脂粘度は増加しこの金型がＴ_ｓに達する時期と関係しているように見える；および（ｇ）ｔ_３、この硬化前のサイクルの終わりの時間であってそのときコンポーネントはハンドリング強度に既に達しており樹脂粘度はその最大値のおよそ９０％である。

このプロセスの多くの変形を設計することもでき、同様に等しく機能することができる。具体的には、上述の７つのパラメーターはすべて、特定の数量の代わりに範囲として表わすことができる。この意味で、この処理パラメーターは、以下のように表わすことができる（図４（Ａ）−４（Ｃ）参照）：
Ｔ_ｓ：望ましい樹脂の硬化温度±ΔＴ、ただし、ΔＴ＝２０、５０、７５度Ｆ。
Ｔ_ｉ：初期の金型温度（すなわちＴ_ｓ／２）±ΔＴ。
Ｐ_１：０−１００ｐｓｉｇ±ΔＰ、ただし、ΔＰ＝５、１０、１５、２５、３５、５０ｐｓｉ。
Ｐ_２：２００−５００ｐｓｉｇ±ΔＰ。
ｔ_１：ｔ（最小値±Δｘ粘度）±Δｔ、ただし、Δｘ＝１、２、５、１０、２５％およびΔｔ＝１、２、５、１０分。
ｔ_２：ｔ（８０％±Δｘ最大値粘度）±Δｔ。
ｔ_３：ｔ（９０％±Δｘ最大値粘度）±Δｔ。

複合材のフェース・プレートの少なくとも一部分を加工することから得られた潜在的な質量の「保留分」は、上述のように、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのチタン合金から形成された２．７ｍｍ厚のフェース・プレートと比べて、約１０−３０ｇ、又はそれ以上である。

上述の複数の方法は、既存技術の方法によって製造された複合材コンポーネントと比較して、この方法に従って製造されたフェース・プレートと他のクラブ・ヘッド・コンポーネントの改善された構造的完全性を提供する。

これらの方法は、アイアン、ウェッジ、パター、フェアウェイ・ウッドなどのいかなる種類のクラブ用のフェース・プレートを加工するに当っても、皆無かそれに近いプロセス・パラメータの変更で使用することができる。

フェース・プレートは、ゴルフ・クラブ・ヘッド内に最も厳格に取り付けられたコンポーネントであるので、主題の方法はフェース・プレートの製造には特に有利となる。従来のそれほど高価でない、例えばブラダー成形など複合材処理技術は、クラブ・ヘッドのこのような厳格な取り付けに制約されない他の部分を作成する際に使用することができる。

クラブ・ヘッド本体に複合材フェース・プレートを取り付けることは、適切な接着剤（一般的にエポキシ系接着剤又はフィルム接着剤）を使用して達成することができる。クラブ・ヘッドの本体と全て複合材のフェース・プレートとの接合部における剥離および層間剥離の障害を防ぐために、複合材フェース・プレートを接合部の金属本体の前方表面の平面から奥まった箇所に配置するか、又は接合部の金属本体の前方表面の平面と実質的に同一平面にすることができる。望ましくは、プライ内のファイバーの端部が露出しないように、複合材フェース・プレートを十分に奥まった箇所に配置する。

他の実施形態において、例えば、図５に描かれた部分的な断面図に示すように、フェース・プレート１２は、ストライク面１３を形成するために複合材プレート９２上に形成されるか、または設置される金属「キャップ」９０を含む。キャップ９０は周縁部９４を含み、複合材プレート９２の周端部９６を保護する。周縁部９４は連続にも又は不連続にもでき、後者は多数のセグメント含む（図示せず）。チタン合金で作られたキャップ９０については、チタンの厚さは望ましくは約１ｍｍ未満とし、より望ましくは０．２ｍｍ未満とする。候補チタン合金はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖに限定されず、合金の母材はチタンに限定されない。必要により他の材料又はチタン合金を使用することもできる。１つの実施例では、複合材プレート９２の厚さは約３．６５ｍｍであったし、約０．３ｍｍの厚さを有するチタン・キャップ９０を使用した。

金属キャップ９０は、望ましくはエポキシ、ポリウレタン又はフィルム接着剤などの適切な接着剤９８を使用して複合材プレート９２に接合する。接着剤９８は、キャップ９０と複合材プレート９２間の隙間（この隙間は、通常約０．０５−０．２ｍｍの範囲内であり、望ましくはおよそ０．１ｍｍである）を完全に埋めるように塗布する。望ましくは、フェース・プレート１２は、周縁部９４とフェース・サポート１８の周辺部材８０間の隙間を完全に埋めるエポキシ系接着剤などの適切な接着剤１００を使用して本体１４に接合する。このようにして組み立てられた時、フェース・プレート１２はフェース・サポート１８の裏面部材８４と接触する。同様に、フェース・プレート１２に金属キャップ９０が欠けている場合、フェース・プレートはフェース・サポート１８上に設置することができ、この複合材プレートが裏面部材８４と接触するにつれて、複合材プレートの周端部９６と周辺部材８０間の隙間を完全に埋める適切な接着剤を使用して、本体１４に接合することができる。

キャップ９０用に特に望ましい金属は、本体の加工用に使用する特殊合金などのチタン合金（例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ）である。チタン合金製のキャップ９０については、チタンの厚さは望ましくは約１ｍｍ未満とし、より望ましくは０．２ｍｍ未満とする。候補チタン合金はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖに限定されず、また合金の母材はＴｉに限定されない。必要に応じて他の材料またはＴｉ合金を使用することができる。１つの実施例では、複合材プレート９２の厚さは約３．６５ｍｍであったし、約０．３ｍｍの厚さを有するチタンのキャップ９０が使用された。

表面の粗さを複合材プレート９２に（とりわけクラブ・ヘッドの本体、および／または金属キャップ９０に接着して接合できるその任意の表面に）付与することができる。第１のアプローチでは、織り目加工されたフィルムのレイヤーは、このフィルム（例えば「上端」および／または上で検討した「下端」レイヤー）を硬化する前に複合材プレート９２の上に設置する。そのような織り目加工されたフィルムの一例は、通常のナイロン織物である。接着剤９８および１００が正常に硬化する条件は、ナイロン織物を劣化させないので、ナイロン織物は、複合材プレートの表面へのナイロン織物の表面地形の刷り込みのために簡単に使用される。そのような表面粗さを付与することによって、３ＭＲ（商標）ＤＰ４６０などのウレタン又はエポキシ系接着剤の、そのようにして処置された複合材プレートの表面への接着は、鋳造チタン合金などの金属面への接着と比較して改善されている。

第２のアプローチでは、織物を、複合材プレート９２の形成に使用するこの金型の表面の中に取り込むことができ、それによって、織り目加工されたエリアを正確かつ自動的にコントロールすることができる。例えば、鋳造体に結合した複合材プレートを有する１つの実施形態において、せん断と剥離が主な障害となる表面に織物を設置することができる。

上述の複合材フェース・プレートは、従来のクラブ・ヘッド上の一般的なフェース・プレートと同一の広がりの（寸法、面積および形状）を持つ必要はない。又は、主題の複合材フェース・プレートは、「スイート・スポット」のエリアのようなフルサイズのフェース・プレートの一部分になり得る。そのような両方の複合材フェース・プレートを本開示において一般に「フェース・プレート」と呼ぶ。

本実施例において、樹脂はＮｅｗｐｏｒｔ ３０１−１エポキシ樹脂であった。Ｔ_ｓ＝２７０±５度Ｆ；Ｔ_ｉ＝１４０±５度Ｆ；Ｐ_１＝３０±１０ｐｓｉ；Ｐ_２＝２００±１０ｐｓｉ；ｔ_１＝５±２分；ｔ_２＝８±２分；およびｔ_３＝２５±５分。

本発明は代表的な実施形態に関して記述されてきたが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。むしろ、本発明は、添付した請求項により規定されるように、発明の精神および範囲に含まれ得るすべての変更態様、代替物および等価物を包含するように意図されている。

本即時開示に関するある一般的な特徴を示す「メタル・ウッド」クラブ・ヘッドの透視図である。 複合材フェース・プレートを作る際に、プライを積み重ねることができる典型的な方法を示す概略図である。 ３（Ａ）−３（Ｃ）は、複合材コンポーネントを形成するプロセスの代表的な実施形態における時間に対する温度、粘度および圧力それぞれのプロット図である。 ４（Ａ）−４（Ｃ）は、プロセスの代表的な実施形態における時間に対する温度、粘度および圧力のプロット図であって、これらの変数の各々は指定されたそれぞれの範囲（斜線エリア）内とすることができる。 フェース・プレートが複合材プレートと金属キャップを含むクラブ・ヘッドの実施形態の上部リップ領域の部分的な断面図である。

符号の説明

１２ … フェース・プレート
１３ … ストライク面
１６ … 開口部
１８ … フェース・サポート（１８ａ …クラウンのリップ部位，１８ｂ …ソールのリップ部位，１８ｃ …ヒールのリップ部位，１８ｄ …トーのリップ部位）
２０ … ヒール
２２ … トー
８４ … 裏面部材
９０ … キャップ
９２ … 複合材プレート
９４ … 周縁部
９６ … 周端縁
９８ … 接着剤

Claims (22)

1. ゴルフクラブのクラブ・ヘッド用複合材フェース・プレートの加工方法において：
   多数のプリプレグ・レイヤーを含むレイアップを形成し、各プリプレグ・レイヤーは各配向においてそれぞれのファイバーの少なくとも１つのレイヤーを含み、少なくとも１つのファイバー・レイヤーに樹脂を含浸させ；
   前記レイアップは初期の金型温度Ｔｉおよび初期の圧力Ｐ１の金型に配置され、且つ前記初期の圧力Ｐ１は少なくとも大気圧であり；
   初期時間ｔ_０において、前記レイアップの圧力が前記圧力Ｐ１に維持されたまま、且つ前記レイアップの温度がＴｉから漸進的に上昇するように前記金型温度Ｔｉを漸進的に上昇させ始め、；
   前記初期時間ｔ０の後で前記樹脂が最小の液粘度を示す時間ｔ１において、前記レイアップの圧力の上昇がＰ１から漸進的に開始し、前記レイアップの温度が所定の設定温度Ｔｓ＞Ｔｉに達するように前記金型の温度は引き続き上昇し、；
   前記時間ｔ１から後の時間ｔ２まで、前記金型内のレイアップの温度は徐々にＴＳまで上昇し、かつ前記レイアップの圧力が所定圧力Ｐ２＞Ｐ１まで漸進的に上昇し、前記樹脂が粘度の比較的迅速な漸進的な上昇を示している間、前記レイアップが前記時間ｔ２に所定圧力Ｐ２に達し；かつ
   前記時間ｔ２からその後の所定時間ｔ３まで、前記金型を前記設定温度Ｔｓに、および前記レイアップを圧力Ｐ２に維持し、それにより前記樹脂の粘度を規定の硬化前の粘度レベルまで比較的遅いが持続的に増加させることを含むことを特徴とする加工方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記時間ｔ３の後に、前記温度をＴｓから低下させ、かつ前記圧力をＰ２から低下させることをさらに含む方法。
3. 請求項１記載の方法において、クラブ・ヘッド用フェース・プレートとして使用するために規定の寸法および形状を持たせるように前記レイアップを成形することをさらに含む方法。
4. 請求項１記載の方法において、前記時間ｔ３の後に、前記レイアップの完全な硬化を完了させることをさらに含み、前記完全な硬化は前記樹脂が最大粘度を示すことを特徴とする方法。
5. 請求項４記載の方法において、クラブ・ヘッド用フェース・プレートとして使用するために規定の寸法および形状を持たせるように前記完全に硬化したレイアップを成形することをさらに含む方法。
6. 請求項１記載の方法において、前記金型内で、前記レイアップを形成することを特徴とする方法。
7. 請求項６記載の方法において、前記レイアップが前記規定の硬化前の粘度レベルに達したとき、前記金型から前記レイアップを取り出すことをさらに含む方法。
8. 請求項６記載の方法において、前記レイアップが前記金型内にある間に前記レイアップの輪郭を成形することをさらに含む方法。
9. 請求項１記載の方法において、前記圧力Ｐ１は０−１００ｐｓｉｇ（ゲージ圧１平方インチ当たりポンド：（０−６９０ｋＰａｇ））の範囲内にあることを特徴とする方法。
10. 請求項１記載の方法において、前記圧力Ｐ１は０−１５０ｐｓｉｇ（０−１１３６ｋＰａｇ）あることを特徴とする方法。
11. 請求項１記載の方法において、前記圧力Ｐ２は２００−５００ｐｓｉｇ（１３７９−３４４８ｋＰａｇ）の範囲内にあることを特徴とする方法。
12. 請求項１記載の方法において、前記圧力Ｐ２は２００−５００ｐｓｉｇ（１３７９−３４４８ｋＰａｇ）±ΔＰの範囲内にあって、ΔＰの最大値は５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）であることを特徴とする方法。
13. 請求項１記載の方法において、前記温度ＴｓはＴｒ±ΔＴであって、Ｔｒはメーカーの推奨する前記樹脂の硬化温度であり、かつΔＴの最高値は７５度Ｆ（２３度Ｃ）であることを特徴とする方法。
14. 請求項１３記載の方法において、前記温度ＴｉはＴｓ／２±ΔＴであることを特徴とする方法。
15. 請求項１記載の方法において、前記時間ｔ１で：
    前記樹脂の粘度は前記樹脂の最小粘度Ｘｍｉｎの±ΔＸの範囲内にあり；
    ΔＸの最大値は前記最小粘度Ｘｍｉｎの２５％であり；
    前記時間ｔ１は時間ｔ１±Δｔの範囲内に
    あることを特徴とする方法。
16. 請求項１記載の方法において、前記時間ｔ_２で：
    前記樹脂はその最大粘度Ｘｍａｘの８０％に達し；
    前記最大粘度Ｘｍａｘは最大粘度Ｘｍａｘ±ΔＸの範囲内にあり；かつ
    ΔＸは前記最大粘度Ｘｍａｘの最大値の２５％であることを特徴とする方法。
17. 請求項１記載の方法において、前記時間ｔ３で：
    前記樹脂はその最大粘度Ｘｍａｘの９０％に達し；
    前記最大粘度Ｘ_ｍａｘは前記最大粘度Ｘ_ｍａｘ±ΔＸの範囲内にあり；かつ
    ΔＸの前記最大粘度Ｘ_ｍａｘの最大値の２５％であることを特徴とする方法。
18. 請求項１記載の方法において：
    前記圧力Ｐ_１は０−１５０ｐｓｉｇ（０−１１３６ｋＰａｇ）の範囲内であり；
    前記圧力Ｐ _２ は１５０−５５０ｐｓｉｇ（１１３６−３８９３ｋＰａｇ）±ΔＰの範囲内にあり；
    前記温度Ｔ_ｓはＴ_ｒ±ΔＴであって、Ｔ_ｒはメーカーの推奨する前記樹脂の硬化温度であり、かつΔＴの最高値は７５度Ｆ（２４度Ｃ）であり；
    前記温度Ｔ_ｉはＴ_ｓ／２±ΔＴであって；かつ
    前記時間ｔ_１で前記樹脂の最小粘度Ｘ_ｍｉｎは最小粘度Ｘ_ｍｉｎ±ΔＸの範囲内にあって、ΔＸは前記最小粘度Ｘ_ｍｉｎの最大値の２５％であり、前記時間ｔ_１は時間ｔ_１±Δｔの範囲内にあり、かつΔｔの最大値は１０分であることを特徴とする方法。
19. 請求項１８記載の方法において、前記時間ｔ_２で前記樹脂はその最大粘度Ｘ_ｍａｘの８０％に達し、前記最大粘度Ｘ_ｍａｘは最大粘度Ｘ_ｍａｘ±ΔＸの範囲内にあることを特徴とする方法。
20. 請求項１９記載の方法において、前記時間ｔ_３で前記樹脂はその最大粘度Ｘ_ｍａｘの９０％に達し、前記最大粘度Ｘ_ｍａｘは最大粘度Ｘ_ｍａｘ±ΔＸの範囲内にあることを特徴とする方法。
21. 請求項１記載の方法において、前記樹脂粘度の比較的迅速な増加が止まる前に前記圧力Ｐ_２に到達する割合で前記圧力をＰ_１からＰ_２まで上昇させることを特徴とする方法。
22. 請求項１記載の方法において、前記プリプレグ・レイヤーはカーボン・ファイバーおよびエポキシレジンを含むことを特徴とする方法。