JP2005028170A

JP2005028170A - ゴルフクラブの製造方法

Info

Publication number: JP2005028170A
Application number: JP2004310441A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nishitani; 将史西谷; Masae Tsurumaki; 政衛鶴巻
Original assignee: Bridgestone Sports Co Ltd; Endo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Sports Co Ltd; Endo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP3727326B2

Abstract

【課題】複数の金属製部分同士を固着してクラブヘッドの同一面を形成する複合金属板を作製した金属製ゴルフクラブヘッドの製造方法であって、溶接部の外観が良く、また上記複合金属板の重量のばらつきが少ない上、溶接部付近が硬くしかも脆くなったり、溶接部付近にひけや歪みが生じたりすることのないクラブヘッドを得ることができる製造方法を提供する。
【解決手段】複数の金属製部分同士をレーザ溶接により固着して金属製ゴルフクラブヘッドの同一面を形成する複合金属板を作製した後、この複合金属板を用いて金属製ゴルフクラブヘッドを作製する。例えば、ゴルフクラブヘッドのフェース部材２を、センター部４、中間部６及び外縁部８の３つの金属製部分をレーザ溶接で固着することにより作製した後、ヘッド本体にフェース部材を溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製ゴルフクラブヘッドにシャフトを取り付けたゴルフクラブの製造方法に関する。

金属製ゴルフクラブヘッドの製造において、ゴルフクラブヘッドの金属製部分、例えばフェース部、ソール部、ホゼル部などを互いに固着する場合、従来、金属製の溶接棒を用い、アーク溶接により上記金属製部分同士を固着している。

しかし、前述したアーク溶接による金属製ゴルフクラブヘッドの製造方法は、溶接する両方の金属製部分と溶接棒を同時に溶かし、ビードを盛り上げながら溶接していくので、溶接部の外観が悪くなるとともに、ゴルフクラブヘッドの重量にばらつきが生じるという欠点を有するものであった。また、溶接する両方の金属製部分に多量の熱が加わるため、溶接部付近は結晶粒が大きくなり、硬くしかも脆くなるとともに、溶接部付近に熱収縮によるひけや歪みが生じるという問題を有するものであった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、複数の金属製部分同士を固着してクラブヘッドの同一面を形成する複合金属板を作製した金属製ゴルフクラブヘッドの製造方法であって、溶接部の外観が良く、また上記複合金属板の重量のばらつきが少ない上、溶接部付近が硬くしかも脆くなったり、溶接部付近にひけや歪みが生じたりすることのない金属製ゴルフクラブヘッドを得ることができる製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するため、下記１〜５に示す金属製ゴルフクラブヘッドの製造方法を提供する。
１．複数の金属製部分同士をレーザ溶接により固着して金属製ゴルフクラブヘッドの同一面を形成する複合金属板を作製した後、この複合金属板を用いて金属製ゴルフクラブヘッドを作製することを特徴とするゴルフクラブの製造方法。
２．前記複合金属板を作製した後、この複合金属板をプレス成形で加工してから金属製ゴルフクラブヘッドを作製することを特徴とする１のゴルフクラブの製造方法。
３．ヘッド本体の開口部に前記複合金属板を固着して金属製ゴルフクラブヘッドを作製することを特徴とする１または２のゴルフクラブの製造方法。
４．ヘッド本体の開口部に前記複合金属板をレーザ溶接により固着することを特徴とする４のゴルフクラブの製造方法。
５．厚さの異なる金属製部分同士をレーザ溶接により固着することを特徴とする１〜４のゴルフクラブの製造方法。

レーザ溶接はレーザ光線のエネルギーを利用する溶接であり、溶接棒を用いることなく溶接を行うことができるとともに、アーク溶接に較べて微小な溶接や精密な溶接を行うことができる。本発明は、このレーザ溶接によって複数の金属製部分同士を固着して金属製ゴルフクラブヘッドの同一面を形成する複合金属板を作製した後、この複合金属板を用いて金属製ゴルフクラブヘッドを作製するので、下記に示す効果を奏する。
（ａ）溶接部の外観が良く、また上記複合金属板の重量のばらつきが少ない上、溶接部付近が硬くしかも脆くなったり、溶接部付近にひけや歪みが生じたりすることのない金属製ゴルフクラブヘッドを得ることができる。
（ｂ）レーザ溶接によれば、複数の金属製部分を溶接して複合金属板を作製した後、この複合金属板をプレス成形などで加工することができる。したがって、上記複合金属板を用いてゴルフクラブヘッドを作製することにより、ゴルフクラブヘッドの製造工程を簡略化することができる。
（ｃ）複数の金属製部分として、厚さの異なる金属製部分同士をレーザ溶接により固着した場合には、クラブヘッドの１つの面を形成する複合金属板に所望の特性を付与して、クラブヘッドに様々な特性を付与することが可能となる。例えば、厚さの異なる金属製部分同士をレーザ溶接により溶接した複合金属板をフェース部に用い、部分的にフェース部の弾性率を変えることによって、フェース部の反発性を上げることができる。また、厚さの異なる金属製部分同士をレーザ溶接により溶接した複合金属板をソール部、クラウン部、サイド部などに使用することにより、ヘッドの重量配分を変えてヘッドの重心軸周りの慣性モーメントを向上させたり、重心位置を深くしたり、浅くしたりすることができる。

以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明において、レーザ溶接に用いるレーザの種類に限定はないが、ＣＯレーザ、ＣＯ_２レーザ等の気体レーザや、ＹＡＧレーザ等の固体レーザを好適に用いることができる。ＹＡＧレーザは、ＣＯ_２レーザに比べてレーザ光の波長を短くすることができるため、金属の熱吸収率が高くなり、アルミニウムなどの溶接しにくい金属に効果的である。また、ＣＯ_２レーザはレーザ出力を大きくすることができるため、肉厚の厚い金属部分でも溶接することができる。

レーザ溶接は、レーザ光を集光することにより、溶接部分に照射するレーザ光の幅を制御することができ、金属の種類や肉厚にもよるが、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．２〜０．５ｍｍの幅で溶接を行うことができる。したがって、アーク溶接などに比べ溶接部の周辺をそれほど溶かさなくて済むので、熱による歪みが殆ど生じない。

また、レーザ溶接によれば、複数の金属板を溶接して複合金属板を作製した後、この複合金属板をプレス成形などで加工することができる。したがって、本発明では、複数の金属板をレーザ溶接で溶接してなる複合金属板をゴルフクラブヘッドに加工することにより、ゴルフクラブヘッドの製造工程を簡略化することができる。このような複合金属板を作製する場合、各金属板としては鍛造材や圧延材が好ましく、特に析出硬化型の金属などの熱処理によって硬度が増す合金が好ましい。

本発明において、ゴルフクラブヘッドの同一面を形成する金属製部分同士をレーザ溶接により精度良く溶接するには、金属製部分を単なる切断ではなく、打ち抜きやレーザ切断により作製することが好ましい。また、切断面をさらにミーリングすることにより、金属製部分の接合部の精度を上げることができる。溶接部の外観をよりきれいに仕上げたい場合は、一度レーザ溶接によって溶接した箇所にさらに仕上げ溶接を施すこともできる。

本発明では、レーザ溶接機に１０００ＷのＣＯ_２レーザ発振器を用いることにより、板厚３ｍｍまでの金属製部分が溶接可能であり、２０００ＷのＣＯ_２レーザ発振器を用いることにより、板厚５ｍｍまでの金属製部分が溶接可能である。また、レーザ溶接機に１０００ＷのＹＡＧレーザ発振器を用いることにより、ステンレスであれば板厚３ｍｍまでの金属製部分、チタニウム合金やアルミニウム合金であれば板厚２ｍｍまでの金属製部分が溶接可能である。通常、金属製のウッド型ゴルフクラブヘッドの場合、フェース部が最も厚く、このフェース部の材料はステンレス鋼、マルエージング鋼、チタニウム合金、ベリリウム銅合金からなる板厚３ｍｍ以下のものが多いので、２０００ＷのＣＯ_２レーザ発振器を有するレーザ溶接機で十分に溶接可能である。

本発明では、ゴルフクラブヘッドの同一面を形成する金属製部分同士をレーザ溶接により固着する。この場合、上述の同一面としては、例えばフェース面、ソール面、クラウン面、サイド面などが挙げられる。

本発明では、厚さの異なる金属製部分同士をレーザ溶接により固着することができる（後記図２参照）。このように厚さの異なる金属製部分同士を溶接する場合、治具を用いて平面側の面作りを行うことができる。また、厚さの異なる金属製部分同士を溶接した複合金属板をフェース部に用い、部分的にフェース部の弾性率を変えることによって、反発性を上げることが可能となる。さらに、厚さの異なる金属製部分同士を溶接した複合金属板をソール部、クラウン部、サイド部などに使用することにより、ヘッドの重量配分を変えてヘッドの重心軸周りの慣性モーメントを向上させたり、重心位置を深くしたり、浅くしたりすることができる。

また、本発明では、種類の異なる金属からなる金属製部分同士をレーザ溶接により固着することができる。例えば、金属製部分を形成する金属の６０％以上が同一な、異種金属同士をレーザ溶接することが可能である。このように金属製部分の主材料が同一であると、溶融温度、熱伝導度などの溶融条件が近いため、レーザ溶接を良好に行うことができる。ただし、全く異なる金属同士でも、熔解温度や熱伝導度などの条件が近ければ、レーザ溶接は可能である。例えば、鉄の溶融温度は１５３０℃、ニッケルの溶融温度は１４５３℃と非常に近いため、鉄とニッケルはレーザ溶接が可能である。すなわち、溶融温度の差が２５０℃以下、好ましくは１２０℃以下であれば、全く異なる金属同士でも、レーザ溶接は可能である。

さらに、従来、金属製部分同士を固着する場合、図７のソール部材２０の例に示すように、一方の金属製部分２２に枠状の保持リブ２４を設け、この保持リブ２４の中に他方の金属製部分２６を圧入、かしめ、ビス止め、アーク溶接等によって固定していた。したがって、一方の金属製部分２２に保持リブ２４を設ける必要があり、加工が複雑になっていた。これに対し、金属製部分同士をレーザ溶接で固着する本発明によれば、図５（Ａ）及び（Ｂ）のソール部材３０の例に示すように、一方の金属製部分３２には他方の金属製部分３６の位置決めや脱落防止ができる程度の保持リブ３４を設けるだけでよく、加工が簡単である。また、例えば図５のように下面を平面にした場合は、保持リブ３４が無くても他方の金属製部分３６の位置決めや脱落防止ができるので、このような場合には図６（Ａ）及び（Ｂ）のように保持リブを省略することも可能である。

図１に示す構成の中空部を有するウッド型のゴルフクラブヘッドを作製した。この場合、ゴルフクラブヘッドのフェース部材２をレーザ溶接により作製した。このフェース部材２は、図２に示すように、センター部４、中間部６及び外縁部８の３つの金属製部分を固着した複合金属板であり、それぞれの材料及び寸法は下記のとおりである。
センター部４
・材料：チタン合金（Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ）
・弾性率：１０７．６ＧＰａ
・硬度：４１５Ｈｖ
・厚さａ：３．０ｍｍ
・フェースの高さ方向の短径ｂ：１０ｍｍ
・フェースの長さ方向の長径ｃ：２０ｍｍ
中間部６
・材料：チタン合金（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、厚さ３．０ｍｍの板材を冷間圧延したもの）
・弾性率：１１１．５ＧＰａ
・硬度：４１４Ｈｖ
・厚さｄ：２．７ｍｍ
・フェースの高さ方向の短径ｅ：２５ｍｍ
・フェースの長さ方向の長径ｆ：４０ｍｍ
外縁部８
・材料：チタン合金（Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｍｏ−２Ｆｅ（ＳＰ７００）の圧延材）
・弾性率：１１２ＧＰａ
・硬度：３９２Ｈｖ
・厚さｇ：２．５ｍｍ
それぞれの金属製部分は、互いにうまく嵌合するように打ち抜き加工によって作製した。そして、溶接する面が平らになるように各金属製部分を嵌合させた後、出力２０００ＷのＣＯ_２レーザ溶接機を用いて金属製部分同士の溶接を行った。溶接は、金属製部分の境界部分（図２において符号Ｘ，Ｙで示す箇所）にレーザ光を照射して行った。また、チタン及びチタン合金は酸化しやすいため、アルゴンガスを溶接部に吹き付けながら溶接を行った。

溶接完了後、フェース部材２にプレス加工によってほぼ半径１０インチのロールとバルジをつけた。このプレス加工時に溶接部に割れが生じたか否かを確認したが、割れは生じていなかった。また、ヘッド本体にフェース部材２を溶接し、ヘッドを研磨してから塗装した後、フェース面にひけが生じているか否かを確認したが、ひけは生じていなかった。

また、図３に示す構成の中空部を有するウッド型のゴルフクラブヘッドを作製した。この場合、ゴルフクラブヘッドのソール部材１２をレーザ溶接により作製した。このソール部材１２は、図４に示すように、前端部１４及び後端部１６の２つの金属製部分を固着した複合金属板であり、それぞれの材料及び寸法は下記のとおりである。
前端部１４
・材料：チタン合金（Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ）
・縦ｈ：１００ｍｍ
・横ｉ：８０ｍｍ
・厚さｊ：１．１５ｍｍ
後端部１６
・材料：純チタン
・縦ｋ：１００ｍｍ
・横ｌ：５０ｍｍ
・厚さｍ：２．０ｍｍ
前端部１４と後端部１６を接触させた後、出力２０００ＷのＣＯ_２レーザ溶接機を用いて金属製部分同士の溶接を行った。溶接は、肉厚の厚い材料（後端部１６）の端部（図２において符号Ｚで示す箇所）に０．２〜０．３ｍｍの幅でレーザ光を照射して行った。また、チタン及びチタン合金は酸化しやすいため、アルゴンガスを溶接部に吹き付けながら溶接を行った。溶接完了後、ヘッド本体のソール開口部に前記ソール部材１２をさらにレーザ溶接で固着し、ゴルフクラブヘッドに仕上げた。

前端部１４と後端部１６をレーザ溶接で固着した場合（実施例）及びＴＩＧ溶接で固着した場合（比較例）における前端部１４及び後端部１６の重量変化を調べた。結果を下記表１に示す。

表１からわかるように、レーザ溶接では殆ど重量の変化がなく、また、板厚の薄い前端部１４に関しても、歪みが生じることがなかった。

ヘッド本体をステンレススチール（ＳＵＳ３０４）で作製し、このヘッド本体のソール開口部に嵌合するようにソール部材を作製した。ソール部材は、前記と同様に前端部及び後端部の２つの金属製部分を固着した複合金属板であり、それぞれの材料及び寸法は下記のとおりである。
前端部
・材料：ＳＵＳ３０４
・厚さｊ：１．５ｍｍ
後端部
・材料：ニッケルを９８％含むベリリウム−ニッケル合金（Ｂｅ−Ｎｉ３６０）
・厚さｍ：１．５ｍｍ
また、上記ＳＵＳ３０４及びＢｅ−Ｎｉ３６０の金属組成及び融点を下記に示す。
ＳＵＳ３０４
Ｃ：０．０８％以下
Ｓｉ：１．００％以下
Ｍｎ：２．００％以下
Ｐ：０．０４５％以下
Ｓ：０．０３０％以下
Ｎｉ：８．００〜１０．５０％
Ｃｒ：１８．００〜２０．００％
Ｆｅ：残部
融点温度：１６７１〜１７００℃
Ｂｅ−Ｎｉ３６０
Ｂｅ：１．８５〜２．０５％
Ｔｉ：０．４〜０．６％
Ｃｕ：０．２５％以下
Ｎｉ：残部
融点温度：１３２５℃
前端部と後端部を接触させた後、出力２０００ＷのＣＯ_２レーザ溶接機を用いて金属製部分同士の溶接を行った。溶接は、金属製部分の境界部分にレーザ光を照射して行った。溶接完了後、ヘッド本体のソール開口部に前記ソール部材をさらにレーザ溶接で固着し、ゴルフクラブヘッドに仕上げた。

作製したゴルフクラブヘッドの塗装後の外観を確認した後、ゴルフクラブヘッドにシャフトを取り付けてゴルフクラブを作製した。このゴルフクラブは、ヘッドスピードの最も速い領域で使用されるウッド型ゴルフクラブであった。該ゴルフクラブを用いてゴルフ練習場にて実打テストを行い、溶接部に割れが生じるか否かを調べたが、割れは生じなかった。これにより、レーザ溶接が実用上問題ないことが確認された。また、作製したゴルフクラブヘッドのフェース部、ソール部を調べたところ、レーザ溶接による溶接は溶接棒を使わないため、殆ど重量の増加がなく、また溶接部は非常にきれいであった。さらに、レーザ溶接により作製した複合金属板に溶接による歪みや反りが殆どないため、研磨行程やゴルフクラブヘッドのそれぞれのパーツを組み合わせて溶接する行程でも、非常に作業を行いやすかった。

実施例で作製したウッド型のゴルフクラブヘッドを示す断面図である。図１のゴルフクラブヘッドのフェース部材を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。実施例で作製したウッド型のゴルフクラブヘッドを示す断面図である。図３のゴルフクラブヘッドのソール部材を示すもので、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は断面図である。本発明によるゴルフクラブヘッドのソール部の一例を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は底面図である。本発明によるゴルフクラブヘッドのソール部の一例を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は底面図である。従来のゴルフクラブヘッドのソール部の一例を示す断面図である。

符号の説明

２フェース部材
４センター部
６中間部
８外縁部
１２ソール部材
１４前端部
１６後端部
３０ソール部材
３２一方の金属製部分
３６他方の金属製部分

Claims

複数の金属製部分同士をレーザ溶接により固着して金属製ゴルフクラブヘッドの同一面を形成する複合金属板を作製した後、この複合金属板を用いて金属製ゴルフクラブヘッドを作製することを特徴とするゴルフクラブの製造方法。
前記複合金属板を作製した後、この複合金属板をプレス成形で加工してから金属製ゴルフクラブヘッドを作製することを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブの製造方法。
ヘッド本体の開口部に前記複合金属板を固着して金属製ゴルフクラブヘッドを作製することを特徴とする請求項１または２に記載のゴルフクラブの製造方法。
ヘッド本体の開口部に前記複合金属板をレーザ溶接により固着することを特徴とする請求項４に記載のゴルフクラブの製造方法。
厚さの異なる金属製部分同士をレーザ溶接により固着することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のゴルフクラブの製造方法。