KR20050085389A - 골프 클럽 헤드 및 골프 클럽 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 골프 클럽 헤드는 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분을 가지며 또한 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는다. 외각 구성 부분에 사용되는 부재의 두께와 페이스부의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율과의 곱으로서 환산 강성을 정의할 때, 솔부에 사용하는 솔 부재의 환산 강성의 0.8배 이하의 환산 강성을 갖는 부재가 크라운 부재에 사용된다. 또한 크라운 부재가 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층은 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 보강 섬유 배향각을 갖는다. 본 발명의 골프 클럽은 상기 골프 클럽 헤드를 구비하여 구성된다.

Description

골프 클럽 헤드 및 골프 클럽{Golf club head and golf club}
본 발명은 우드 타입(wood type)의 골프 클럽 헤드 및 골프 클럽에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 두개 이상의 부재로 구성된 골프 클럽 헤드 및 이러한 골프 클럽 헤드를 갖는 골프 클럽에 관한 것이다.
종래부터 골프 클럽 헤드로서 우드 타입의 중공 금속제 골프 클럽 헤드가 공지되어 있다. 이러한 우드 타입의 골프 클럽 헤드는 용적이 크고, 페이스 면적을 크게 하여 넓은 스위트 스팟(sweet spot)을 형성할 수 있는 점으로부터 점점 대용적화가 되는 경향이 있다. 한편, 골프 클럽 헤드가 대형화되면 중량도 증가하여 골프 스윙할 때에 스윙 스루(swing through)가 어려워지므로 경량화가 필요해진다. 이들 대용적화와 경량화라는 이율배반적인 요구를 만족시키기 위해, 티타늄 또는 티탄 합금과 같은 경금속을 사용하는 중공 금속제의 우드 타입의 골프 클럽이 제안되어 있다(참조: 일본 공개특허공보 제2002-186691호 및 제2002-315855호).
이러한 경금속을 사용하는 중공형 우드 타입의 골프 클럽 헤드는 대용적화와 경량화라는 이율배반적인 요구를 만족시키는 것이다. 그러나, 티타늄 또는 티탄 합금과 같은 특수한 금속은 재료 자체가 고가이므로 골프 클럽 헤드의 비용이 높아진다는 문제가 있다. 또한, 가공성이나 골프 클럽 헤드의 부분마다 사용되는 재료를 변경하는 설계의 자유도가 제한된다는 문제도 있다.
따라서, 경금속 이외의 복합 재료를 사용하는 골프 클럽 헤드를 제안하는 것도 있다[참조: 일본 공개특허공보 제2001-190719호 및 제(평)11-290488호). 상기 일본 공개특허공보 제2001-190719호에서는 복합 재료의 프리프레그 시트를 자형의 성형 형내에 수용하여 복합 재료로 이루어진 골프 클럽 헤드를 제조한다. 또한 일본 공개특허공보 제(평)11-290488호에서는 금속 기재 위에 장섬유를 적층하여 금속 기본 복합 재료를 형성하여 페이스면에 사용한다.
그러나, 일본 공개특허공보 제2001-190719호와 같이 자형의 성형 형내에 복합 재료의 프리프레그 시트를 수용하여 일체 성형하는 방법에서는 제조에 손이 많이 가며 공정이 복잡해진다는 문제가 있다. 또한 충분한 반발성이 얻어지지 않는다는 문제도 있다.
한편, 일본 공개특허공보 제(평)11-290488호와 같이 용접하여 접합되는 방법에서는 충분한 반발성 및 내구성이 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 또한, 상이한 종류의 금속으로 형성된 부재를 접합하는 경우에는 용접할 수 없으며, 기계적 체결에 의해 접합되는 것이 필요하며, 비용 증가로 연결된다는 문제가 있다.
본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며 높은 수준의 반발성과 내구성을 구비하여, 반발성과 내구성의 균형이 취해지며, 또한 저비용으로 제조할 수 있는 골프 클럽 헤드 및 이러한 골프 클럽 헤드를 사용하는 골프 클럽을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 골프 클럽 헤드의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 골프 클럽 헤드의 분해 사시도이다.
도 3A는 본 발명의 골프 클럽 헤드의 사시도이며, 도 3B는 도 3A에 도시한 골프 클럽 헤드를 사용하는 골프 클럽의 사시도이다.
도 4A 및 도 4B는 본 발명에서 골프 클럽 헤드의 크라운 부재를 설명하는 도면이다.
도 5A 및 도 5B는 골프 클럽으로 골프공을 타격할 때의 변형을 알기 쉽게 설명한 설명도이다.
도 6A 내지 도 6C는 크라운 환산 강성의 변화에 대한 골프공의 백 스핀량의 변화를 도시하는 도면이다.
도 7A 내지 도 7C는 크라운 환산 강성의 변화에 대한 골프공의 타출각(launch angle)의 변화를 도시하는 도면이다.
도 8A 내지 도 8C는 크라운 환산 강성의 변화에 대한 골프공의 초기 속도의 변화를 도시하는 도면이다.
도 9는 골프 클럽 헤드에서 크라운 부재의 섬유 배향각을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 골프 클럽 헤드의 제조방법의 플로우 챠트이다.
발명의 개시
본 발명은 호젤부(hosel portion), 페이스부(face portion), 솔부(sole portion), 크라운부(crown portion) 및 사이드부(side portion)를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 외각 구성 부분에 사용하는 부재들에 있어서, 외각 구성 부분에 사용하는 부재의 두께와 페이스부의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율의 곱을 당해 부재에서의 환산 강성으로 정의할 때, 솔부에 사용하는 솔 부재의 환산 강성의 0.8배 이하의 환산 강성을 갖는 부재가 크라운 부재에 사용되는 것을 특징으로 하는 골프 클럽 헤드를 제공한다.
여기서, 환산 강성에 사용하는 크라운 부재는, 페이스부와 접속된 크라운부의 접속 말단을 따라서, 이러한 접속 말단으로부터 50mm 이내의 크라운부의 영역에 있어서, 크라운부의 총 표면적의 5% 이상의 표면적을 차지하는 영역에 사용하는 부재를 말한다. 또한, 환산 강성에 사용하는 솔 부재는 페이스부와 접속된 솔부의 접속 말단을 따라서, 이러한 접속 말단으로부터 50mm 이내의 솔부의 영역에서 솔부의 총 표면적의 5% 이상의 표면적을 차지하는 영역에 사용하는 부재를 말한다.
이때에 접합부에서, 서로 상이한 재료로 형성된 부재가 접합되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 접합부에서 접합되는 부재가 각각, 금속, 섬유 강화금속(FRM), 금속 기본 복합 재료(MMC), 섬유 강화 플라스틱(FRP) 및 세라믹 기본 복합 재료(CMC)로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이때에 크라운 부재가 예를 들면, 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 형성된다.
또한, 본 발명은 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층은 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 수가 적층된 층수의 50% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 골프 클럽 헤드를 제공한다.
또한, 본 발명은 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층은 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 보강 섬유의 질량이, 적층된 층의 전체의 보강 섬유의 질량의 50% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 골프 클럽 헤드를 제공한다.
여기서, 섬유 배향각이 45 내지 90도란 페이스면이 향하는 방향에 대하여 절대치로 45도 내지 90도인 것을 말하며, 보다 구체적으로는 -45도 내지 -90도 또는 +45도 내지 +90도의 범위에 있는 것을 말한다. 바람직하게는 45도 내지 90도이다. 이러한 경우, +45도와 -45도는 포함되며, +90도와 -90도는 포함되지 않는다.
또한, 보강 섬유를 상이한 2방향으로 배향한, 예를 들면, 배향각 -45도 및 +45도로 보강 섬유를 배향한 직포상의 크로쓰 프리프레그상의 것을 사용하여 구성할 수 있다.
이때, 외각 구성 부분에 사용하는 부재들에 있어서, 외각 구성 부분에 사용하는 부재의 두께와 페이스부의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율의 곱을 당해 부재에서의 환산 강성으로 정의할 때, 솔부에 사용하는 솔 부재의 환산 강성의 0.8배 이하의 환산 강성을 갖는 부재가 크라운 부재에 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 크라운 부재는 섬유 강화금속(FRM)과 섬유 강화 플라스틱(FRP) 중 어느 하나의 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 갖는 2개 이상의 층은 보강 섬유가 서로 페이스면이 향하는 방향에 대하여 상이한 방향으로 경사되어 교착층을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 보강 섬유의 교차하는 각도는 대략 직각(85도 내지 95도)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층은 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 외각 구성 부분에 사용하는 부재들에 있어서, 외각 구성 부분에 사용하는 부재의 두께와 페이스부의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율의 곱을 당해 부재에서의 환산 강성으로 정의할 때, 크라운 부재는 솔부에 사용하는 솔 부재의 환산 강성의 0.8배 이하의 환산 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 골프 클럽 헤드를 제공한다.
또한, 본 발명은 골프 클럽 헤드, 골프 클럽 샤프트(shaft) 및 그립(grip)을 갖는 골프 클럽이며, 골프 클럽 헤드는 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 성분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 가지며, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층은 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 크라운 부재에서 예를 들면, 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 수가 적층된 층수의 50% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 골프 클럽을 제공한다.
또한, 본 발명은 골프 클럽 헤드, 골프 클럽 샤프트 및 그립을 갖는 골프 클럽으로서, 상기 골프 클럽 헤드는 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 가지며, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층은 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 크라운 부재에서 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 보강 섬유의 질량이, 적층된 층의 전체 보강 섬유의 질량의 50% 이상을 차지하는 것을 특징으로 하는 골프 클럽을 제공한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 골프 클럽 및 골프 클럽 헤드에 관해서 설명한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 골프 클럽 헤드(1)의 분해 사시도이며, 도 3A는 본 발명의 골프 클럽 헤드(1)의 사시도이며, 도 3B는 골프 클럽 헤드(1)를 사용하는 골프 클럽(4)의 사시도이다. 도 3A에 도시된 바와 같이 본 발명의 골프 클럽 헤드(1)는 크라운부(11), 사이드부(21), 솔부(31), 호젤부(51) 및 페이스부(41)를 외곽 구성 부분으로서 구비하는 중공 골프 클럽 헤드이다.
골프 클럽(4)은 도 3B에 도시된 바와 같이 골프 클럽 헤드(1), 골프 클럽 샤프트(6) 및 그립(8)을 가지며 골프 클럽 헤드(1)는 골프 클럽 샤프트(6)의 한쪽 끝에 설치되고, 그립(8)은 골프 클럽 샤프트(6)의 다른쪽의 끝에 설치되어 있다.
여기서, 골프 클럽 헤드(1)의 외각 구성 부분에 사용되는 구성요소를 부재라고 한다. 예를 들면, 크라운부(11)가 독립 구성요소로부터 형성되는 경우, 크라운부(11)를 형성하는 구성요소를 크라운 부재라고 한다. 동일하게 페이스부(41)를 형성하는 구성요소를 페이스 부재, 솔부를 형성하는 구성요소를 솔 부재라고 한다. 단, 예를 들면, 사이드부(21)와 솔부(31)가 일체 성형되어 있는 경우, 솔 부재란 일체 성형한 구성요소 중에서 솔부(31)를 형성하는 부분을 말한다. 또한, 사후적으로 부가된 구성요소는 부재에는 포함되지 않는다. 또한, 하기하는 환산 강성비에 사용되는 크라운 부재는 도 4A 및 도 4B에 도시한 사선 영역(영역 R1, R2, R3)에 사용되는 부재를 말한다. 이러한 점은 하기한다.
도 1에 도시된 바와 같이 이들 크라운부(11), 사이드부(21), 솔부(31), 호젤부(51) 및 페이스부(41) 중에서 크라운부(11) 및 페이스부(41)는 각각 1개의 독립된 크라운 부재(10) 및 1개의 페이스 부재(40)로 구성되어 있다. 한편, 사이드부(21), 솔부(31) 및 호젤부(51)는 일체 성형된 골프 클럽 헤드 본체(60)로 구성되어 있다. 이들 크라운 부재(10), 페이스 부재(40) 및 골프 클럽 헤드 본체(60)는 각각 중공 골프 클럽 헤드를 구성하는 별개의 외각 구성부재이며, 이들을 접합함으로써 골프 클럽 헤드(1)가 형성된다.
페이스 부재(40), 골프 클럽 헤드 본체(60)는 금속, 예를 들면, 티타늄 또는 티탄 합금으로 형성되어 있으며 크라운 부재(10)는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 형성되어 있다. 크라운 부재(10)는, 예를 들면, 3층 내지 7층의 탄소 섬유를 보강 섬유로 하며 배향각을 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45도 내지 90도의 범위로 변경하여 적층하며 이러한 적층체를 에폭시 수지 등에 함침하여 건조시킨 프리프레그를 크라운부(11)를 평면에 전개한 전개도의 윤곽에 따라 재단하며 이것을 크라운부(11)의 형상으로 성형하여 경화한 것으로 이루어진다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 크라운 부재(10)는 대략 구면의 일부를 절단한 형상으로 만곡되어 있다. 크라운 부재(10)의 두께는 타구시의 충격에 견디는 강도를 유지할 수 있는 두께이면 양호하며 특별히 한정되지 않는다. 대표적으로는 크라운 부재(10)의 두께는 0.3 내지 2.0mm인 것이 바람직하다. 크라운 부재(10)의 질량은 특별히 한정되지 않지만, 골프 클럽 헤드(1) 전체의 질량의 3 내지 10%인 것이 바람직하다.
크라운 부재(10)에서 페이스부(41)의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율(영율)과 이러한 크라운 부재(10)의 두께의 곱을 크라운 환산 강성으로서 정의하고 솔부(31)에서 페이스부(41)의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율과 당해 솔부(31)의 두께의 곱을 솔 환산 강성이라고 정의할 때, 크라운 환산 강성이 솔 환산 강성의 O.8 이하로 되어 있다.
여기서 상기 탄성율은 골프 클럽 헤드(1)를 수평인 기준면 위에 통상적인 어드레스 포지션(address position)에 설치할 때, 아래와 같이 정의된다.
즉, 탄성율은 골프 클럽 헤드(1)를 수평인 기준면 위에 통상적인 어드레스 포지션에 설치할 때에 정해지는 페이스면이 향하는 방향에 따르며 또한 상기 기준면에 대하여 수직하며 또한 페이스부의 페이스면에 수직한 평면으로 크라운부를 절단할 때에 크라운부의 절단선에 따르는 방향에서의 값이다.
여기서, 페이스면이 향하는 방향이란 통상적인 어드레스 포지션에 설치한 골프 클럽 헤드(1)를 기준면에 대하여 수직 상방에서 볼 때에 기준면에 평행한 평면 위에서의 페이스면이 향하는 방위 방향을 말한다. 통상적인 어드레스 포지션에 설치한다라는 것은 골프 클럽 헤드(1)를 라이 각도(lie angle)에 따라 설치하며, 또한 이때의 골프 클럽 샤프트의 중심축과 골프 클럽 헤드의 페이스부의 리딩 에쥐(leading edge)가 기준면의 수직 상방에서 보아 서로 평행하게 되도록, 결국 페이스 앵글이 O도가 되도록 설치하는 것을 말한다. 라이 각도에 따르는 설치란 골프 클럽 헤드의 바닥면을 이루는 솔부의 라운드면과 기준면 사이 사이극이 토우측 및 힐측에서 대략 동등하게 되도록 설치하는 것을 말한다. 솔부의 라운드면이 불명료한 경우, 페이스면에 형성되어 있는 스코어 라인과 기준면이 평행하게 되도록 설치할 수 있다. 또한, 골프 클럽에서 솔부의 라운드면이 불명료하고, 또한 스코어 라인이 직선상이 아닌 등에 의해 기준면과의 평행인지 여부의 판별이 곤란한 경우에는 라이 각도는 라이 각도(도)= [100-클럽 길이(인치)]로써 설정된다. 예를 들면, 44인치의 클럽 길이이면, 라이 각도는 100 - 44 = 56도가 된다.
여기서, 클럽 길이는 사단법인 일본 골프용품 협회가 정하는 측정법에 따라 측정된다. 측정기로서는 가모시타 세이코죠 코포레이션(Kamoshita Seikoujyo Corporation)의 클럽·메저(Club Measure) II를 들 수 있다.
이와 같이 정해지는 솔 환산 강성에 대한 크라운 환산 강성의 비율(환산 강성비), 솔 환산 강성/크라운 환산 강성의 값은 하기하는 바와 같이 골프공의 초기 탄도 특성을 효과적으로 변화시키는 데는 0.8 이하이면 양호하다. 이와 같이 크라운 환산 강성을 솔 환산 강성의 0.8배 이하로 함으로써, 타격면에서 골프공을 타격할 때에 골프공의 백 스핀량을 감소시키고 타출각를 크게 할 수 있다.
도 5A 및 도 5B는 골프 클럽으로 골프공을 타격할 때의 모양을 이해하기 쉽게 설명한 설명도이다. 도 5A에 도시한 바와 같이 골프공 B를 타격할 때, 페이스부(41)의 페이스면에 골프공의 임팩트 힘(impact force)이 가해지며 이러한 임팩트 힘은 크라운부 및 솔부에 전해지지만, 임팩트 힘에 의해 생기는 크라운부 및 솔부의 전단 변형에 관해서 생각하면 크라운 환산 강성이 솔 환산 강성의 0.8배 이하로 되어 있으므로 크라운부의 전단 변형는 솔부의 전단 변형과 비교하여 커진다. 따라서 페이스부(41)의 페이스면은 근소하게 소프트 각도가 커지는 방향으로 변형된다. 이러한 골프공의 임팩트시의 페이스면의 변형은 골프공의 백 스핀량 및 타출각에 영향을 준다.
도 6A 내지 도 6C는 솔 환산 강성을 일정[113(GPa·mm)]하게 하여 크라운 환산 강성을 변화시킨 경우에 백 스핀량의 변화를 헤드 스피드 34m/초, 40m/초 및 46m/초마다 도시하고 있다. 도 6A 내지 도 6C에 도시된 바와 같이 헤드 스피드에 의해 변화 정도는 변하지만, 어느 경우라도 크라운 환산 강성이 저하되면 백 스핀량이 저하되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 7A 내지 도 7C는 솔 환산 강성을 일정[113(GPa·mm)]하게 하여 크라운 환산 강성을 변화시킨 경우에 타출각의 변화를 헤드 스피드 34m/초, 40m/초 및 46m/초마다 도시하고 있다. 도 7A 내지 도 7C에 도시된 바와 같이 헤드 스피드에 의해 변화 정도는 변하지만, 어느 경우라도 크라운 환산 강성이 저하되면 타출각이 커지는 것을 알 수 있다.
또한 도 8A 내지 도 8C는 솔 환산 강성을 일정[113(GPa·mm)]하게 하여 크라운 환산 강성을 변화시킨 경우의 골프공의 초기 속도의 변화를 헤드 스피드 34m/초, 40m/초 및 46m/초마다 도시하고 있다. 도 8A 내지 도 8C에 도시된 바와 같이 어느 경우라도 골프공의 초기 속도가 최대로 되는 크라운 환산 강성이 존재함을 알 수 있다.
이러한 크라운 환산 강성을 갖는 부재로서, 섬유 강화 플라스틱 재료(FRP)를 사용하는 복합 재료, 예를 들면, 탄소 섬유를 보강 섬유로 하는 탄소 섬유 강화 플라스틱 재료(CFRP)가 적합하게 사용된다. 예를 들면, 하기 표 1에 기재된 바와 같이 7층의 복합 재료나 3층의 복합 재료를 제조할 수 있으며 기준치에 대하여 0.37배 내지 5.63배 사이의 배율로 환산 강성을 변화시킬 수 있다. 여기서, 기준치란 소정의 기준 방향에 대하여 배향각을 ±45도로 교대로 경사시켜 적층한 4층의 탄소 섬유 강화 플라스틱 재료의 위에 소정의 기준 방향에 대하여 배향각이 90도인 탄소 섬유 강화 플라스틱 재료를 최상층에 적층한 5층 복합 재료에서의 환산 강성 값이다. 기준 방향이란 골프 클럽 헤드를 평면상의 기준면 위에 통상적인 어드레스 포지션에 설치할 때, 페이스면이 향하는 방향(방위 방향)이 정해지지만, 이 때의 페이스면이 향하는 방향(방위 방향)을 말한다. 크라운 부재가 만곡되어 있는 점에서 보다 구체적으로는 페이스면이 향하는 방향을 포함하는 기준면에 수직한 평면으로 크라운부를 절단할 때에 절단선에 따르는 방향이다. 이후, 배향각은 이러한 기준 방향에 대한 경사각도를 말한다.
여기서, 표 1 중에서 예를 들면, 3층의 적층수로 배향각 0, 90o의 부재는 최하층으로부터 최상층으로 향해 90o, 0o, 90o의 배향각으로 형성된 것이며, 7층의 적층수로서 배향각 ±60o, 90o의 부재는 최하층으로부터 최상층으로 향해 +60o, -60o, +60o, -60o, +60o, -60o, 90o의 배향각으로 구성된 것이다. 이러한 복합 재료를 크라운 부재(10)에 사용하여 골프 클럽 헤드(1)를 제작하며 골프공의 시험 타격을 실시하여 골프공의 초기 탄도 특성을 계측함으로써 도 6A 내지 도 6C, 도 7A 내지 도 7C 및 도 8A 내지 도 8C에 도시된 그래프를 얻을 수 있다.
크라운부를 구성하는 섬유 강화 플라스틱(FRP)층의 적층수는 특별히 한정되지 않지만, 대표적으로는 2층 내지 10층이며, 3층 내지 7층인 것이 바람직하다. 적층수를 이 범위내로 함으로써 내구성과 반발성의 균형을 보다 향상시킬 수 있다. 또한 이들의 적층된 섬유 강화 플라스틱(FRP)층 중에서 적층수의 50% 이상의 층이 기준 방향(배향각 0도의 방향)에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각의 보강 섬유를 갖는 층으로 구성되어 있다. 또한, 적층된 복수의 FRP층의 두께가 상이한 경우, 이러한 복수의 FRP층 중에서 45 내지 90도 배향각의 보강 섬유를 갖는 층의 보강 섬유의 질량이 적층되는 층 전체의 보강 섬유의 질량의 50% 이상을 차지하도록 구성할 수 있다.
또한, 섬유 강화 플라스틱(FRP)층에 사용하는 보강 섬유의 탄성율은 35×103kg중/mm2 이하인 것이 바람직하다. 이러한 범위로함으로써 충분한 내구성이 확보된다. 또한, 하기 표 2는 각종 합금 재료에서 환산 강성의 기준치에 대한 배율을 나타내고 있다. 합금 재료의 환산 강성은 탄소 섬유 강화 플라스틱 재료를 사용하는 적층 복합 재료의 환산 강성과 비교하여 대체로 높다.
본 발명에서는 크라운 부재가 적층된 층들 중 2개 이상의 층은 골프 클럽 헤드의 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 보강 섬유의 배향각(섬유 배향각)을 갖는다. 여기서, 45 내지 90도란 페이스면이 향하는 방향에 대한 배향각의 절대치가 45 내지 90도인 것을 의미하며 구체적으로는 배향각이 -45도 내지 -90도 또는 +45도 내지 +90도의 범위에 있는 것을 말한다. 바람직하게는 90도(+90도, -90도)의 배향각은 제외된다. 45도 내지 90도로 하는 것으로 반발성과 내구성의 보다 우수한 균형을 잡을 수 있다. 도 9는 페이스면이 향하는 방향 D에 대한 크라운 부재에서 보강 섬유의 배향각의 범위 R4를 도시하고 있다. 또한, 본 발명에서는 섬유 강화 플라스틱층에서 보강 섬유가 상이한 2방향, 예를 들면, 배향각 -45도 및 +45도로 보강 섬유를 배향한 직포상의 크로쓰 프리프레그상의 것을 사용하여 구성할 수 있다. 이 경우의 구성되는 층은 2층 구성으로서 취급한다.
골프 클럽 헤드 본체(60)는 사이드부(21), 솔부(31) 및 호젤부(51)를 일체 성형한 부재이며, 예를 들면, 티탄 합금을 주조하여 형성되어 있다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 사이드부(21)를 구성하는 측면은 우드 타입의 골프 클럽 헤드의 측면에 대응하는 외측으로 팽창된 만곡된 형상을 구비하고 있다. 한편, 사이드부(21)의 상단 테두리에서 연장된 이어 붙이는 부분(20a)은 크라운부(11)의 외주 테두리에 대응하는 외측으로 팽창된 만곡형상을 구비하고 있다. 이어 붙이는 부분(20a)의 상부 표면에 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 또는 시아노아크릴레이트 수지 등에 의한 두께 0.03 내지 1.5mm의 접착제층(도시 생략)이 형성되어 있으며, 이러한 접착제층을 개재시켜 크라운 부재(10)의 하면과 접합한 접합부가 형성되어 있다. 이어 붙이는 부분(20a)에 접착제 대신에 수지 필름을 설치하여 접착층을 구성할 수 있다. 예를 들면, 수지 필름으로서, 폴리우레탄 수지, 나일론 수지, 변성 나일론 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리염화비닐 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리염화비닐리덴 수지, 에틸셀룰로스 수지 및 아세트산셀룰로스 수지 등의 열가소성 수지 필름이 예시된다. 접착층으로서 형성되는 접착제나 수지 필름은 하기하는 이어 붙이는 부분(40a)에도 동일하게 사용할 수 있다.
사이드부(21)의 두께는 타구시의 충격에 견딜 수 있는 두께이면 양호하며 특별히 한정되지 않는다. 대표적으로는 사이드부(21)의 두께는 0.5 내지 2.0mm인 것이 바람직하다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 솔부(31)를 구성하는 면은 우드 타입의 골프 클럽 헤드의 바닥면에 대응하는 외측으로 팽창된 만곡된 형상을 구비하고 있다. 솔부(31)의 두께는 타구시의 충격에 견딜 수 있는 두께이면 양호하며 특별히 한정되지 않는다. 대표적으로는 솔부(31)의 두께는 1.0 내지 3.0mm인 것이 바람직하다.
페이스 부재(40)는 골프 클럽 헤드(1)의 페이스부(41)를 평면에 눌러 편 전개도의 상부에, 이어 붙이는 부분(40a)을 부가한 도면에 따라, 티타늄 또는 티탄 합금판을 트리밍한 것을 프레스 가공하여 페이스부(41)와 이어 붙이는 부분(40a)을 형성한 것이다. 도 1과 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이 페이스부(41)를 구성하는 면은 우드 타입의 골프 클럽 헤드의 페이스면에 대응하여 대략 평면을 이루고 있다.
본 실시 형태에서는 페이스 부재(40)에, 이어 붙이는 부분(40a)이 설치되어 있지만, 크라운 부재나 솔 부재에, 이어 붙이는 부분이 설치될 수 있다. 또한, 크라운부와 접합되는, 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)는 도 2에 도시한 바와 같이 크라운 부재의 둘레 위에 걸쳐 설치되어 있지만, 크라운 부재의 일부분, 예를 들면, 한쪽 가장자리 위에 가질 수 있다. 이러한 경우라도, 하기하는 반발성 및 내구성을 균형이 양호하게 확보할 수 있으며 본 발명의 실시 형태에 포함된다.
한편, 페이스부(41)의 상단 테두리로부터 연장된, 이어 붙이는 부분(40a)는 크라운부(11)의 외주 테두리에 대응하는 외측으로 팽창된 만곡형상을 구비하고 있다. 또한 이어 붙이는 부분(40a)의 양쪽 말단은 사이드 부재(20)의 이어 붙이는 부분(20a)의 양쪽 말단과 일치하는 형상으로 형성되어 있으며 이어 붙이는 부분(40a)는 이어 붙이는 부분(20a)와 연속된 곡면을 형성하고 있다. 이어 붙이는 부분(40a)의 상부 표면에 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 또는 시아노아크릴레이트 수지에 의한 두께 0.03 내지 1.5mm의 접착제층(도시 생략)이 접착을 위해 형성되며, 이러한 접착제 층을 개재시켜 크라운 부재(10) 하면과 접합된 접합부가 형성되어 있다. 물론, 상기한 수지 필름에 의해 접착층을 구성할 수 있다. 이와 같이 페이스부(41)를 금속으로 형성함으로써 타구시에 기분좋은 타구음을 울릴 수 있다.
한편, 페이스 부재(40)의 하단측과 양측면에는, 이어 붙이는 부분은 형성되어 있지 않다. 페이스 부재(40)의 두께는 타구시의 충격에 견딜 수 있는 두께이면 양호하며 특별히 한정되지 않는다. 대표적으로는 페이스 부재(40)의 두께는 1.5 내지 4.0mm인 것이 바람직하다. 페이스 부재(40)의 하단과 솔부(31) 정면은 일치하도록 하는 형상으로 형성되어 있으며 페이스 부재(40) 하단과 솔부(31) 정면은 예를 들면, 용접에 의해 접합되어 있다. 페이스 부재(40)의 좌우 양쪽 말단과 골프 클럽 헤드 본체(60)의 사이드부(21)의 좌우 양쪽 말단은 일치하는 형상으로 형성되어 있으며 페이스 부재(40)의 좌우 양쪽 말단과 사이드부(21)의 좌우 양쪽 말단은 예를 들면, 용접으로 접합되어 있다.
또한, 골프 클럽 헤드 본체(60)를 구성하는 솔부(31), 사이드부(21) 및 호젤부(51)는 각각 독립된 부재로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 한장의 티타늄 또는 티탄 합금판을 전개도상으로 트리밍하여 프레스 가공하여, 솔 부재, 사이드 부재를 형성하며 별도로 형성한 호젤 부재를 각부의 경계 부분에서 용접하거나 각 부재의 외주 테두리에 연장한, 이어 붙이는 부분을 개재시켜 접착하여 일체화하는 방법이다.
도 2에 도시된 바와 같이 골프 클럽 헤드(1)는 크라운 부재(10)가 탄소 섬유로 보강된 섬유 강화 플라스틱(CFRP)을 사용하는 복합 재료로 형성되며 티타늄 또는 티탄 합금으로 형성된 골프 클럽 헤드 중간체(101)와 접착제로 접착되고 접합되어 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 크라운 부재(10) 및 솔 부재(31)의 각각이 동일한 재료로 구성되어 있지만, 이들 부재는 각각 복수 종류의 재료로 구성된 것일 수 있다. 이 경우, 환산 강성비에 사용하는 크라운 부재는 페이스부(41)와 접속된 크라운부(11)의 접속 말단을 따라서, 이러한 접속 말단으로부터 50mm 이내의 크라운부(11)의 영역에서, 크라운부(11)의 총 표면적의 5% 이상의 표면적을 차지하는 영역에 사용되는 부재이다. 또한, 환산 강성비에 사용되는 솔 부재는 페이스부(41)와 접속된 솔부의 접속 말단을 따라서, 이러한 접속 말단으로부터 50mm 이내의 솔부의 영역에서, 이러한 솔부의 총 표면적의 5% 이상의 표면적을 차지하는 영역에 사용하는 부재이다.
여기서, 크라운부의 총 표면적은 사이드부와의 접속 말단, 페이스부와의 접속 말단 및 네크(neck) 부재의 접속 말단에 의해 포위되는 부분의 총 표면적이며, 이들 접속 말단은 곡율반경의 변화에 따라 알 수 있다. 동일하게 솔부의 총 표면적은 사이드부 및 페이스부와의 접속 말단에 의해 포위되는 부분의 총 표면적이다. 골프 클럽 헤드는 외표면에 도포가 실시되어 크라운부의 영역이 명확하지 않은 경우, 골프 클럽 헤드를 절단하여, 내면의 접합부분을 조사하는 것으로 사이드부, 크라운부 및 솔부의 말단을 알 수 있다. 또한, 크라운부가 명확하지 않은 경우, 골프 클럽 헤드를 수평의 기준면 위에 통상적인 어드레스 포지션에 설치하여, 골프 클럽을 기준면에 대하여 수직 상방으로부터 내려다 볼 때의 타격면을 제외하는 투영 면적을 크라운부의 총 표면적으로서 사용할 수 있다.
도 4A 및 도 4B에 도시된 골프 클럽 헤드를 사용하여 크라운 부재에 관해서 상세하게 설명한다. 또한, 솔 부재에 관해서도 동일하게 정의된다.
도 4A에 도시된 골프 클럽 헤드는 크라운 부재가 합금이나 복합 재료 등을 사용하는 1개의 재료로 구성된 것이며 도 4B에 도시된 골프 클럽 헤드는 크라운 부재가 합금이나 복합 재료 등의 종류가 상이한 2개의 재료로 구성된 것이다.
도 4A에 도시된 골프 클럽 헤드의 경우, 페이스부(41)와 접속된 크라운부(11)의 접속 말단 E를 따라서, 이러한 접속 말단으로부터 50mm 이내의 크라운부(11)의 영역(도면 중의 사선으로 나타내는 영역 R1)에서 크라운부(11)의 총 표면적의 5% 이상의 표면적을 차지하는 영역에 사용되는 부재가 본 발명에서 환산 강성비에 사용하는 크라운 부재로 된다. 한편, 도 4B에 도시된 골프 클럽 헤드는 영역 R2와 상이한 2개의 재료가 층상으로 구성(예를 들면, 하층에 티탄 합금으로 이루어진 층, 상층에 5층의 섬유 강화 플라스틱재로 이루어진 층으로 구성됨)되며, 한편 영역 R3은 1개의 재료에 의해 구성되어 있다(예를 들면, 5층의 섬유 강화 플라스틱재로 이루어진 층으로 구성되어 있다). 이 경우, 영역 R2와 크라운부(11)의 접속 말단을 따라서, 이러한 접속 말단으로부터 50mm 이내의 크라운부(11)의 영역(도 4A 중의 영역 R1 참조)와의 겹치는 부분의 표면적이 크라운부(11)의 총 표면적의 5% 이상인 경우, 이러한 겹치는 부분에 사용되는 부재가 본 발명의 환산 강성비에 사용되는 크라운 부재로 된다. 또한, 동일하게 영역 R3과 영역 R1이 겹치는 부분의 표면적이 크라운부(11)의 총 표면적의 5% 이상인 경우, 이러한 겹치는 부분에 사용되는 부재가 본 발명에서 환산 강성비에 사용되는 크라운 부재로 된다. 따라서, 도 4B에 도시된 바와 같은 크라운부를 갖는 골프 클럽 헤드의 경우, 크라운 부재가 복수 정해지는 경우가 있다. 동일하게 솔 부재에 관해서도 복수 정해지는 경우가 있다. 이 경우, 환산 강성비는 복수가 정해지는 크라운 부재 및 복수의 솔 부재 중에서 어느 하나의 크라운 부재 및 솔 부재의 조합에서 0.8 이하이면 양호하다. 예를 들면, 섬유 강화 플라스틱의 층으로 이루어진 크라운 부재와, 금속이나 합금으로 이루어진 크라운 부재와, 섬유 강화 플라스틱의 층 및 합금이 층상으로 적층된 크라운 부재가 정해지는 경우, 이들 크라운 부재의 환산 강성을 각각 구하고, 이중의 어느 하나의 환산 강성이 솔부의 환산 강성과의 비율에서 0.8 이하로 되어 있으면 양호하다.
다음에 본 실시 형태에 따른 골프 클럽 헤드(1)의 제조방법에 관해서 설명한다. 도 10은 본 실시 형태에 따른 골프 클럽 헤드(1)의 제조방법의 흐름을 나타낸 플로우 차트이다. 본 실시 형태에 따른 골프 클럽 헤드(1)를 제조하는 데는 우선 사이드부와 솔부가 일체화된 골프 클럽 헤드 본체(60)를 티탄 합금, 예를 들면, 6-4 Ti 합금을 주조함으로써 제조한다(스텝 1). 골프 클럽 헤드 본체(60)를 제작한 후, 이러한 골프 클럽 헤드 본체(60)의 페이스부(41)에 페이스 부재(40)를, 예를 들면, 용접함으로써 접합한다(스텝 2). 이와 같이 하여 골프 클럽 헤드 본체(60)에 페이스 부재(40)가 용접된 골프 클럽 헤드 중간체(101)가 수득된다.
상기 골프 클럽 헤드 중간체(101)의 제조와 병행하여, 크라운 부재(10)를 제작한다. 크라운 부재(10)를 제작하는 데는 우선 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 시트(이하, 「CFRP 시트」 또는 「카본 시트」라고 한다.)를 준비한다. 이러한 CFRP 시트를 원하는 섬유 배향 방향에서 원하는 형상, 예를 들면, 본 실시 형태에서는 크라운 부재(10)를 평면에 눌러 편 형상으로 재단한다. 이어서, 3층 내지 7층의 예를 들면, 섬유 배향 방향이 45 내지 90도인 CFRP 시트를 적층하여 크라운 부재(10)를 수득한다.
이어서, 이와 같이 형성된 크라운 부재(10)를 형틀, 즉 크라운 부재(10)의 최종 형상의 곡면을 구비한 형틀 내에 고정하며 소정온도, 소정압력으로 경화하여 접착한다(스텝 3). 이러한 접착공정에서는 예를 들면, 3 내지 8kg/cm2의 내압을 걸은 상태에서 15분 동안 155℃의 상태로 유지하여 내압 성형한 다음, 135℃의 온도로 1시간 동안 유지하여 포스트큐어시킨다. 본 실시 형태에서는 크라운 부재(10)를 형성하는 CFRP의 매트릭스를 구성하는 수지, 예를 들면, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지 또는 시아노아크릴레이트 수지 등이 접착제로서 기능한다. 이상의 공정에 따라 미도포의 골프 클럽 헤드가 수득된다.
크라운부(11)를 CFRP 시트를 사용하여 형성함으로써 골프 클럽 헤드(1)의 상부를 경량화할 수 있으며 나아가서는 골프 클럽 헤드(1)의 중심을 낮출 수 있다. 또한, CFRP 시트로 크라운부(11)를 형성하여 크라운부(11)의 탄성율을 조정함으로써 타출된 골프공의 반발계수가 조정된 각종 골프 클럽 헤드를 제공할 수 있다. 또한, 복잡한 곡면 등의 각종 형상의 크라운부(11)를 구비한 골프 클럽 헤드를 용이하면서 또한 염가로 제조할 수 있다. 또한, 하기하는 바와 같이 내충격성 및 내환경성 등의 내구성이 높은 크라운부를 구비한 골프 클럽 헤드를 제공할 수 있다.
크라운 부재(10)를 골프 클럽 헤드 중간체(101)에 접착하기 전에, 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)의 각 표면과, 이들에 붙여진 크라운 부재(10) 외주 테두리 하면에는 블라스트 처리 등의 표면 조화처리(粗化處理)를 실시하는 것이 바람직하다. 접합 표면을 표면 조화처리함으로써 기계적 강도가 높은 접합부를 형성할 수 있다.
각 부재의 접착에 사용되는 접착제로서는, 예를 들면, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 시아노아크릴레이트 수지 등을 들 수 있다. 이와 같이 접착제, 접착해야 할 크라운 부재(10)의 부분 및 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)로 형성되는 접합부는 200kgf/cm2 이상의 인장 전단 강도를 구비하는 것이 바람직하며, 온도 50℃ 및 상대습도 95%의 환경하에 2주 동안 방치한 후에 200kgf/cm2 이상의 인장 전단 강도를 유지하는 것이 보다 바람직하다. 200kgf/cm2 이상이라는 높은 인장 전단 강도를 갖는 접합부를 형성함으로써 보다 우수한 내구성을 구비한 골프 클럽 헤드를 수득할 수 있다.
상기 인장 전단 강도를 구비한 접합부를 수득하기 위해서는. 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)의 폭을 5mm 내지 20mm로 하거나 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)의 면적을 1500mm2 내지 4500mm2로 하는 방법을 들 수 있다.
이와 같이 형성한 골프 클럽 헤드(1)에 대해 다시 페이퍼 작용 등에 의해 버(burr)를 제거하며(스텝 4), 예를 들면, 나일론과 같은 프라이머를 도포하며, 한참 후에 소정의 패턴에 도장한다(스텝 5). 이와 같이 하여 도 3에 도시된 바와 같은 완성품으로서 골프 클럽 헤드(1)가 수득된다.
도 1로부터 명백한 바와 같이 본 실시 형태의 골프 클럽 헤드(1)는 중공 구조를 구비하고 있다. 이와 같이 골프 클럽 헤드를 중공화함으로써 골프 클럽 헤드 자체를 경량화할 수 있다. 또한, 박판상의 금속이나 각종 복합 재료를 접착함으로써 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 크라운 부재(10)로서 CFRP로 이루어진 부재를 사용하고 있지만, 골프 클럽 헤드가 질량 비율로 4% 이상을 차지하는 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 이루어진 부재와, 금속재료로 이루어진 부재로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 골프 클럽 헤드를 구성하는 각 부재가 섬유 강화 플라스틱(FRP)과 금속을 사용하여 구성될 수 있다. 질량 비율로 4% 이상의 FRP로 이루어진 부재를 사용함으로써 대용적화와 경량화를 양립시키는 동시에 타출된 골프공의 초기 탄도 특성, 즉 초기 속도, 타출각, 백 스핀량 등을 효과적으로 조정할 수 있다. 이러한 효과를 효과적으로 발생시키는 데는 질량 비율이 4 내지 48%인 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 골프 클럽 헤드(1)는 크라운 부재(10), 사이드부(21), 솔부(31) 및 호젤부(51)를 구비하는 골프 클럽 헤드 본체(60)와 페이스 부재(40)를 각각 별개로 제작하여, 이들 부재를 접합한 구조로 되어 있으므로 상기 각 부재마다 두께를 선택할 수 있다. 직접 타구시의 충격력이 작용하지 않는 구성부, 예를 들면, 사이드부(21), 솔부(31)는 비교적 얇게 성형함으로써 골프 클럽 헤드(1)의 중량 마진(weight margen)이 종래의 일체 성형한 것과 비교하여, 보다 많이 수득되며 설계의 자유도를 확대할 수 있다.
이의 한쪽에서, 사이드부(21) 및 페이스 부재(40)의 외주 테두리에 각각, 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)를 형성하며 이들 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)에 접착제를 도포하여, 사이드부(21), 솔 부재(31) 및 호젤부(51)를 일체화한 골프 클럽 헤드 본체(60)와 페이스 부재(40)로 이루어진 골프 클럽 헤드 중간체(101)와 크라운 부재(10)를 접착에 의해 접합하고 있다. 따라서 접착제의 층(접착층)과 이러한 접착층을 양측으로부터 끼우는 크라운 부재(10)와, 이어 붙이는 부분 (20a) 및 (40a)로 형성되는 접합부의 면적이 용접이나 스크류 고정의 경우와 비교하여 넓어진다. 몸통 두께도 불연속적으로 두꺼워지지 않으며 비교적 얇은 부분이 접합부 전체에 확대된다. 따라서 타구시의 응력이 집중되지 않으며 분산된다. 또한, 접착제층 자신이 완충재로서 기능하므로 타구시의 충격이 접착제층에 흡수되어 완화된다. 따라서 사용되는 판재의 두께를 얇게함에도 불구하고, 충분한 기계적 강도가 수득된다.
이와 같이 기계적 강도를 유지하면서 경량화할 수 있으므로 중량을 종래 제품과 동일한 정도로 유지하면서, 골프 클럽 헤드(1)의 부피를 300 내지 580cc까지 대형화할 수 있으며 스위트 스포트의 면적을 크게 할 수 있다. 또한 상기 실시 형태에서는 금속으로서 티타늄 또는 티탄 합금과, 복합 재료로서 CFRP와의 2종류의 재료를 조합하여 이루어진 골프 클럽 헤드(1)를 예로 하여 설명했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 접합부를 갖는 부재가 복수 있을 수 있으며 접합되는 부재는 동일 부재 또는 이종 부재일 수 있다. 또한 예를 들면, 크라운 부재, 사이드 부재, 솔 부재, 페이스 부재, 호젤 부재를 각각 상이한 재료로 형성하여, 이들을 접착제를 사용하여 접합할 수 있다. 이와 같이 구성 부분마다 상이한 재료, 예를 들면, 이종 금속으로 형성한 각 부재를 사용함으로써 설계의 자유도를 확대하며 신규한 특성을 구비한 골프 클럽 헤드를 형성할 수 있다.
또한, 여기서 이종 금속이란 단체 금속의 경우, 종류가 상이한 금속 이외에 합금의 경우에는 비교하는 합금 사이에서, 공통되는 금속원소의 조성 비율 중에서 작은 쪽의 값을 인출하여 합계할 때의 값이 20% 미만인 경우를 말한다. 예를 들면, 6-4 티탄 합금(Ti:Al:V= 90:6:4)과 15-5-3 티탄 합금(Ti:Mo:Zr:Al= 77:15:5:3)을 비교하는 경우, 상기 합계치가 80%(77+3)로 되므로 6-4 티탄 합금과 15-5-3 티탄 합금은 이종 금속이라고는 하지 않는다.
이와 같이 부재끼리를 접착함으로써 접합하므로 이종 금속으로 형성된 부재끼리를 접착제에 의해 접합하여 골프 클럽 헤드를 형성할 수 있다. 따라서, 용접에 의한 접합을 할 수 없는 이종 금속을 조합하여 골프 클럽 헤드를 형성할 수 있다.
또한, 예를 들면, 복합 재료로서는 금속제의 매트릭스 중에 Al2O3로 이루어진 보강 섬유를 분산시킨 섬유 강화금속(FRM), 금속제의 매트릭스 중에 카본 섬유의 보강재를 분산시킨 금속 기본 복합 재료(MMC), 수지제의 매트릭스 중에 무기재료제의 보강 섬유를 분산시킨 섬유 강화 플라스틱(FRP) 및 세라믹제의 매트릭스 중에 SiC 섬유의 보강재를 분산시킨 세라믹 기본 복합 재료(CMC)로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료를 들 수 있다.
이와 같이 다양한 특성을 구비한 재료를 조합하여 사용할 수 있으므로 설계의 자유도가 넓어진다. 즉, 특정한 성질을 구비한 재료를 적소에 사용함으로써 골프공의 초기 탄도 특성이나 중심 위치 등의 다양한 특성을 구비한 골프 클럽 헤드를 제공할 수 있다. 또한, 염가인 재료를 적소에 사용함으로써 제조 비용을 억제할 수 있다. 또한, 다른 종류의 복합 재료를 접착제에 의해 접합하므로 일체 성형시와 같은 자형 성형 형이나 대형의 설비를 필요로 하지 않는다. 따라서 저비용 및 용이하게 제조할 수 있는 골프 클럽 헤드를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 관해 설명한다. 하기에 기재된 방법으로 시험편 및 시험 헤드를 제작하여, 환경 시험을 실시한 다음, 시험편에 관해서는 인장 전단시험을 실시하며 시험 헤드에 관해서는 실제 타격 내구시험을 실시한다.
1.시험편의 제작
시험편으로서는 길이 100mm×폭 25.4mm의 골프 클럽 헤드용 6-4 Ti제 티탄 합금판을 사용하고, 2장의 시험편의 각각의 말단부로부터 13mm의 위치까지 접착제를 도포하여 접합한다. 또한 접착제로서는 에폭시계 접착제와 아크릴계 접착제를 사용한다. 시험편의 종류로서는 블라스트 처리(TH01, TH03), 블라스트 처리없이(TH02, TH04)의 시험편을 제작한다.
2.시험 헤드(골프 클럽 헤시드)의 제작
CFRP 시트(카본 시트)를 사용하여 도 2에 도시한 바와 같이 크라운 부재(10)를 구성하며 별도 제작된 6-4 Ti제의 골프 클럽 헤드 중간체(101)에 접착제를 사용하여 붙여서 도 2에 도시된 바와 같은 시험 헤드를 제작한다. 접착제로서는 에폭시계 접착제와 아크릴계 접착제를 사용한다. 시험 헤드의 종류로서는 블라스트 처리(TH01-H, TH03-H), 블라스트 처리없는(TH02-H, TH04-H) 것을 제작한다. 이와 같이 제작한 시험 헤드에 요코하마 고무 가부시키가이샤(Yokohama Rubber Co., Ltd)제 TRX-DUO M40(상품명)용의 골프 클럽 샤프트를 장착시켜 45인치의 클럽 길이의 골프 클럽을 제조한다.
3.시험방법
시험편과 제작한 골프 클럽을 온도 50℃, 상대습도 95%의 환경에 노출시키며 각각 0주간, 2주간 후에 초기 속도 50m/초로 타출한 골프공을 페이스부의 중심으로부터 10mm 위의 위치에 충돌시켜 시험 헤드가 파괴되기까지의 볼 충돌수를 기록한다. 볼 충돌수는 최대로 5000발로 한다. 골프공은 요코하마 고무 가부시키가이샤제 TRX(상품명)을 사용한다. 한편, 시험편은 각 시험편의 접착강도(인장 전단 강도)를 측정함으로써 평가한다. 각 시험의 결과를 표 3 및 표 4에 기재한다.
시험 헤드 내구시험 결과(공 속도: 50m/초)
시험 헤드 접착제 피접착재 블라스트처리 환경 시험조건 내구 시험 결과
0주 2주
TH01-H 에폭시 6-4Ti와카본 시트 수행함 50℃,95% 5000 이상 5000 이상
TH02-H 수행하지 않음 5000 이상 5000 이상
TH03-H 아크릴 수행함 2650 파괴 2100 파괴
TH04-H 수행하지 않음 1800 파괴 1050 파괴
타점 위치: 센터에서 위로 10mm
6-4Ti제 티탄 합금판에 의한 고온 고습 환경시험 결과(50℃, 95%, 0 내지 2주)
시험편 접착제 피접착재 블라스트처리 환경 시험조건 인장 전단 시험 결과
0주 2주
TH01 에폭시 6-4Ti와 6-4Ti 수행함 50℃,95% 310.5 293.1
TH02 수행하지 않음 239.8 215.9
TH03 아크릴 수행함 176.1 147.6
TH04 수행하지 않음 121.4 106.2
표 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 시험 헤드에 에폭시계 접착제를 도포하여 CFRP 시트(카본 시트)로 이루어진 크라운 부재를 접착한 시험 헤드 TH01-H, TH02-H는 5000발 타격해도 변화가 없으며 우수한 내구성을 구비하고 있는 것을 알았다. 한편, 아크릴계 접착제를 도포하여 CFRP 시트로 이루어진 크라운 부재를 접착한 시험 헤드 TH03-H, TH04-H는 3000발 타격하기 전에 CFRP 시트가 박리하며 강도적으로는 불충분한 것을 알았다.
또한, 표 4의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 시험편 TH01 및 TH02는 200kgf/cm2 이상의 인장 전단 강도를 구비하고 있다. 시험편 TH03 및 TH04는 200kgf/cm2 미만의 인장 전단 강도임을 알았다. 단, 블라스트 처리를 실시하지 않은 시험편 TH02 및 TH04는 블라스트 처리를 실시한 시험편 TH01, TH03, TH04와 비교하면, 상대적으로 환경성 시험 값이 떨어지는 경향이 있는 것이 실증됐다. 이러한 점으로부터 블라스트 처리를 실시하는 것이 바람직한 것이 판명됐다.
(실험예)
각종 재료로 형성된 크라운 부재(10)와 골프 클럽 헤드 중간체(101)를 접착한 경우의 효과를 확인하기 위해 하기의 실험을 실시한다. 즉, 크라운 부재(10)를 형성하는 재료, 크라운 부재(10)를 형성하는 복합 재료 중의 보강 섬유의 배향각 및 크라운 부재와 골프 클럽 헤드 중간체(101)를 접합하는 방법이 상이한 8종류의 시험 헤드(테스트 골프 클럽 헤드)를 준비하며 이러한 테스트 골프 클럽 헤드에 요코하마 고무 가부시키가이샤제 TRX-DUO M40(상품명)용의 골프 클럽 샤프트를 장착시켜 45인치 클럽 길이의 골프 클럽을 제작한다. 각 테스트 골프 헤드의 강성치, 반발성 및 내구성을 조사한다. 또한, 시험에 사용하는 골프공은 요코하마 고무 가부시키가이샤제 TRX(상품명)이다.
테스트 골프 클럽 헤드는 CH01 내지 CH05, FH01 내지 FH03의 8종류의 골프 클럽 헤드이다. 각 테스트 골프 클럽 헤드 CH01 내지 CH05, FH01 내지 FH03의 크라운 부재의 형성재료, 각 크라운 부재의 복합 재료 중의 보강 섬유의 배향각, 강성치, 크라운 부재와 골프 클럽 헤드 중간체의 접합 방법, 반발성 시험 결과, 내구성 시험 결과를 표 5에 기재한다.
보강 섬유의 배향각은 페이스-백 방향(페이스면이 향하는 방향, 골프공의 타구 진행방향)을 O도로 하며 토우힐 방향(페이스부의 표면에 평행한 방향)을 90도로 한다. 또한, 실시예 1 내지 실시예 4의 크라운 부재에서는 적층한 카본 시트의 전체 플라이수의 1/2이상이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 배향각을 구비하고 있다. 또한, 카본 시트 중의 탄소 섬유의 탄성율은 24×103kg중/mm2, 두께 0.173mm이다. 표중의 「CFRP」는 카본 섬유 강화 플라스틱을 의미하여, 동 「AFRP」는 아라미드 섬유를 보강 섬유로서 사용하는 아라미드 섬유 강화 플라스틱을 의미한다. 상기 시험을 실시한 바, 표 5에 기재된 결과가 얻어진다. 표 5중의 반발성 및 내구성의 값은 클수록 각 특성이 우수하다.
실시예 시험헤드 접착재료 형성재료 배향각 크라운 환산 강성 접합방법 반발성 내구성
솔 환산 강성
비교예1 FH01 크라운부재 Ti합금 - 1.00 용접 100 100
실시예1 CH01 CFRP +45°2플라이, -45° 2플라이 0.11 접합 116 106
실시예2 CH02 CFRP 0°3플라이, 90° 3플라이 0.64 접합 108 102
실시예3 CH03 CFRP +30°1플라이, -30° 1플라이,+45°1플라이, -45° 1플라이 0.21 접합 112 104
실시예4 CH04 AFRP 0°3플라이, 90° 3플라이 0.32 접합 113 104
실시예5 CH05 Mg합금 - 0.74 접합 109 100
비교예2 FH02 CFRP 0°4플라이, 90° 2플라이 0.90 접합 102 101
비교예3 FH03 CFRP +45°2플라이, -45° 2플라이 0.11 스크류고정 114 91
표 5의 결과로부터 명백한 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 5(CH01 내지 CH05)와 비교예 1(FH01)을 비교하면, 크라운 부재와 골프 클럽 헤드 중간체의 접합 방법에 용접을 사용하는 비교예 1과 비교하면 접착을 사용하는 실시예 1 내지 5는 반발성, 내구성 모두 우수하며 반발성과 내구성의 균형이 좋은 것으로 판명됐다. 이들 실시예 1 내지 5는 모두 환산 강성비(크라운 환산 강성/솔 환산 강성)가 모두 0.8 이하이다. 또한, 보강 섬유의 배향각을 0도 및 90도로 한 비교예 2에서는 환산 강성비가 실시예 1 내지 5보다 높은 0.90이며, 비교예 1과 동일한 정도의 낮은 반발성과 내구성밖에 얻어지지 않는다. 또한, 스크류 고정을 사용하는 비교예 3은 환산 강성비가 0.11이며, 반발성은 비교예 1보다 개선되지만, 내구성이 현저하게 저하된다. 또한, 배향각 90도의 보강 섬유를 갖지 않는 실시예 1 및 실시예 3은 배향각 90도의 보강 섬유를 갖는 실시예 2와 비교하여 반발성 및 내구성이 함께 향상된다.
또한, 실시예 1 내지 4의 결과를 보면 적층된 보강 섬유 시트 중에서 보강 섬유의 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도 경사진 층의 층수의 비율이 50% 이상일 때에 반발성, 내구성이 높으며 반발성과 내구성의 균형이 잡힌 것으로 판명됐다. 반발성 시험은 볼 스피드 160ft/초의 조건으로 실시한다. 내구성 시험은 볼 스피드 50m/초의 조건으로 실시하며 타점 위치는 페이스부의 센터에서 10mm 위의 위치로 한다.
이상, 본 발명의 골프 클럽 헤드 및 골프 클럽에 관해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정은 되지 않으며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 개량 및 변경을 할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명에 따르면 높은 수준의 반발성 및 내구성을 구비하며 반발성과 내구성의 균형이 잡힌 골프 클럽 헤드를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 호젤부(hosel portion), 페이스부(face portion), 솔부(sole portion), 크라운부(crown portion) 및 사이드부(side portion)를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 외각 구성 부분에 사용하는 부재들에 있어서, 외각 구성 부분에 사용하는 부재의 두께와 페이스부의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율의 곱을 당해 부재에서의 환산 강성으로 정의할 때, 솔부에 사용하는 솔 부재의 환산 강성의 0.8배 이하의 환산 강성을 갖는 부재가 크라운 부재에 사용됨을 특징으로 하는, 골프 클럽 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 접합부에서 서로 상이한 재료로 형성된 부재들이 접합되어 있는, 골프 클럽 헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 접합부에서 접합되는 부재가 각각, 금속, 섬유 강화금속(FRM), 금속 기본 복합 재료(MMC), 섬유 강화 플라스틱(FRP) 및 세라믹 기본 복합 재료(CMC)로 이루어진 그룹으로 선택된 재료로 형성되어 있는, 골프 클럽 헤드.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 크라운 부재가 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 형성되어 있음을 특징으로 하는, 골프 클럽 헤드.
  5. 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층이 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 수가 적층된 층수의 50% 이상을 차지함을 특징으로 하는, 골프 클럽 헤드.
  6. 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층이 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 보강 섬유의 질량이, 적층된 층의 전체의 보강 섬유의 질량의 50% 이상을 차지함을 특징으로 하는, 골프 클럽 헤드.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 외각 구성 부분에 사용되는 부재들에 있어서, 외각 구성 부분에 사용되는 부재의 두께와 페이스부의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율과의 곱을 부재에서의 환산 강성으로 정의할 때, 솔부에 사용하는 솔 부재의 환산 강성의 0.8배 이하의 환산 강성을 갖는 부재가 크라운 부재에 사용되는, 골프 클럽 헤드.
  8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 크라운 부재가 섬유 강화금속(FRM)과 섬유 강화 플라스틱(FRP) 중의 어느 하나의 재료로 형성되어 있는, 골프 클럽 헤드.
  9. 제5항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 갖는 2개 이상의 층이, 보강 섬유들이 서로 페이스면이 향하는 방향에 대하여 상이한 방향으로 경사져서 교착층을 형성하는, 골프 클럽 헤드.
  10. 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 갖는 골프 클럽 헤드로서, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층이 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 외각 구성 부분에 사용하는 부재들에 있어서, 외각 구성 부분에 사용하는 부재의 두께와 페이스부의 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향으로의 탄성율의 곱을 당해 부재에서의 환산 강성으로 정의할 때, 크라운 부재가 솔부에 사용하는 솔 부재의 환산 강성의 0.8배 이하의 환산 강성을 가짐을 특징으로 하는, 골프 클럽 헤드.
  11. 골프 클럽 헤드, 골프 클럽 샤프트(shaft) 및 그립(grip)을 갖는 골프 클럽으로서, 골프 클럽 헤드는 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 성분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 가지며, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층이 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 수가 적층된 층수의 50% 이상을 차지함을 특징으로 하는, 골프 클럽.
  12. 골프 클럽 헤드, 골프 클럽 샤프트 및 그립을 갖는 골프 클럽으로서, 골프 클럽 헤드는 호젤부, 페이스부, 솔부, 크라운부 및 사이드부를 구비한 외각 구성 부분과, 크라운부에 사용하는 크라운 부재와 외각 구성 부분에 사용하는 다른 부재들을 접착시키고 있는 접합부를 가지며, 크라운 부재가, 적층된 복수의 섬유 강화재로 구성된 층으로 이루어지며, 적층된 층들 중 2개 이상의 층이 페이스부에서 골프공을 타격하는 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도의 섬유 배향각을 가지며, 섬유 배향각이 페이스면이 향하는 방향에 대하여 45 내지 90도인 층의 보강 섬유의 질량이, 적층된 층의 전체의 보강 섬유의 질량의 50% 이상을 차지함을 특징으로 하는, 골프 클럽.
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