特開 2022-45056 アイアンクラブヘッドとその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022045056

(43)【公開日】2022-03-18

(54)【発明の名称】アイアンクラブヘッドとその製造方法

(51)【国際特許分類】

   A63B 53/04 20150101AFI20220311BHJP

   A63B 102/32 20150101ALN20220311BHJP

【ＦＩ】

A63B53/04 F

A63B102:32

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020150540

(22)【出願日】2020-09-08

(71)【出願人】

【識別番号】591002382

【氏名又は名称】株式会社遠藤製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【識別番号】100139789

【氏名又は名称】町田 光信

(74)【代理人】

【識別番号】100168468

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 曜

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 将志

(72)【発明者】

【氏名】天野 淳一

(72)【発明者】

【氏名】岡田 誠

【テーマコード（参考）】

2C002

【Ｆターム（参考）】

2C002AA03

2C002CH01

2C002MM04

2C002PP03

(57)【要約】

【課題】溶接の熱影響があっても軟化し難い材料をフェース部に用いることにより、耐久性、機械特性が変わらない。
【解決手段】クラブヘッドの本体１２と、これにレーザ溶接により固着されたもので、異なる材質を備えたフェース部１１を有するアイアンクラブヘッドである。フェース部１１は、熱間圧延によって造られた板状の合金工具鋼鋼材であり、溶接により前記本体に固着されている。合金工具鋼鋼材は、Ｃ：０．３５～０．４２重量％、Ｓｉ：０．８０～１．２０重量％、Ｍｎ：０．２５～０．５０重量％、Ｃｒ：４．５０～５．５０重量％、Ｍｏ：１．００～１．５０重量％、Ｖ：０．８０～１．１５重量％、不可避的不純物、及びＦｅ：残部である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アイアンクラブヘッドの本体と、前記本体と異なる材質を備えたフェース部を有するアイアンクラブヘッドにおいて、
前記フェース部は、圧延によって造られた板状の合金工具鋼鋼材であり、溶接により前記本体に固着されたものであり、前記溶接される前の調質された硬さが平均４７０Ｈｖ以上である
ことを特徴とするアイアンクラブヘッド。

【請求項2】

請求項１に記載のアイアンクラブヘッドにおいて、
前記溶接は、レーザ光を熱源とするレーザ溶接である
ことを特徴とするアイアンクラブヘッド。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のアイアンクラブヘッドにおいて、
前記合金工具鋼鋼材は、Ｃ：０．３５～０．４２重量％、Ｓｉ：０．８０～１．２０重量％、Ｍｎ：０．２５～０．５０重量％、Ｃｒ：４．５０～５．５０重量％、Ｍｏ：１．００～１．５０重量％、Ｖ：０．８０～１．１５重量％、不可避的不純物、及びＦｅ：残部である
ことを特徴とするアイアンクラブヘッド。

【請求項4】

請求項２に記載のアイアンクラブヘッドの製造方法であって、
前記本体に貫通孔を形成し、前記本体に前記調質された前記フェース部材の接合面である取付け面に、前記取付け面の外周側から前記レーザ溶接により、前記フェース部材を溶接する
ことを特徴とするアイアンクラブヘッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アイアンクラブヘッドとその製造方法に関する。更に詳しくは、アイアンクラブヘッドに溶接により組立されるフェース部の素材に、溶接熱による影響が少ない、熱抵抗性に優れた素材を用いた、アイアンクラブヘッドとその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ゴルフクラブに求められる性能としては、ドライバーに代表されるウッドは一般には飛距離を追及したものであり、一方、アイアンは飛距離の正確性を追及したものが多い。しかし、近年はアイアンも飛距離追求型が登場して、プレイヤーに好まれている。アイアンで飛距離を追及する場合、用具の技術的な面から言えば、ウッドと同様に反発係数（ＣＯＲ）を大きくする方法がある。反発係数を大きくする手段としては、ボールとのインパクトでフェース部を撓み易くすることである。そのための要素としては、フェース部の板厚を薄くする、フェース部のヤング率を下げる、フェース部を大きくする、といった方法等が知られている。この中で、ヤング率は素材固有のものであり、アイアンのフェース部が鉄系が主流であることを考えると、材質で決まるヤング率を大きく変えることは難しいので、ヤング率を下げることはできない。他方、フェース部を大きくすることは、直接地面にあるボールを打撃するアイアンとしては、重心点が上がるだけで意味がない。

【0003】

上記の状況から、アイアンの反発係数を上げる方法としては、フェース部の板厚を薄くする方法がもっとも容易である。しかし、このフェース部の板厚を薄くすると、耐久性が低下するという問題がある。そこで、アイアンは、一般的にはヘッド本体とは別の高強度の材料をフェース部に採用している場合が多い。本出願人は、ヘッド本体とは素材が異なる高強度材料の圧延鋼板から、フェース形状にブランクされた板部材を、焼入れ・焼戻し、調質等の熱処理を行ってフェース部として作製し、ヘッド本体にレーザ溶接するゴルフクラブト及びその製造方法を提案した（特許文献１）。また、本出願人は、フェース部を薄肉化するために、フェース部の素材として、ニッケル・クロム・モリブデン合金鋼（ＳＡＥ８６５５）を基材として、これにモリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）を添加した特殊鋼を提案した（特許文献２）。特殊鋼は、強靭性を保つために低い温度で焼戻しても靭性が低下せず、機械的な弾性、反発力、強度がえられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－２２３６８６号

【特許文献2】特開２００５－７０４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ヘッド本体と別材質であるフェース部の固定（組立）は、レーザ溶接で行うが、ボンド部「溶融部（溶接金属）と母材との境界の部分」、及びその近傍は、レーザ溶接による溶接部の溶融熱により、溶接前に硬度等が最適に調質されたフェース部の一部が、焼き戻しされ軟化してしまうという問題がある。このボンド部とその近傍の軟化は、フェース部のバネ性を低め、フェース部の薄肉化の効果を半減してしまい、かつ機械的強度も低下させてしまい打撃疲労破壊にも繋がる。
本発明の目的は、溶接の熱影響があっても軟化し難い材料をフェース部に用いることにより、耐久性、機械特性が変わらない、アイアンヘッドとその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、フェース部の材料として、他の製品分野で汎用されている合金工具鋼鋼材を採用した、アイアンヘッドとその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明１のアイアンクラブヘッドは、
アイアンクラブヘッドの本体と、前記本体と異なる材質を備えたフェース部を有するアイアンクラブヘッドにおいて、
前記フェース部は、圧延によって造られた板状の合金工具鋼鋼材であり、溶接により前記本体に固着されたものであり、前記溶接される前の調質された硬さが平均４７０Ｈｖ以上であることを特徴とする。
本発明２のアイアンクラブヘッドは、本発明１のアイアンクラブヘッドにおいて、前記溶接は、レーザ光を熱源とするレーザ溶接であることを特徴とする。

【0007】

本発明３のアイアンクラブヘッドは、本発明１又は２のアイアンクラブヘッドにおいて、前記合金工具鋼鋼材は、Ｃ：０．３５～０．４２重量％、Ｓｉ：０．８０～１．２０重量％、Ｍｎ：０．２５～０．５０重量％、Ｃｒ：４．５０～５．５０重量％、Ｍｏ：１．００～１．５０重量％、Ｖ：０．８０～１．１５重量％、不可避的不純物、及びＦｅ：残部であることを特徴とする。

【0008】

本発明４のアイアンクラブヘッドの製造方法は、本発明２のアイアンクラブヘッドの製造方法であって、前記本体に貫通孔を形成し、前記本体に前記調質された前記フェース部材の接合面である取付け面に、前記取付け面の外周側から前記レーザ溶接により、前記フェース部材を溶接することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明のアイアンクラブヘッドとその製造方法は、フェース部の素材に合金工具鋼鋼材を使用して、溶接熱による焼戻し軟化抵抗性を高めたので、溶接後もフェース面を調質後の一様の硬さの維持が可能となる。また、この合金工具鋼鋼材は、溶接熱による熱衝撃と熱疲労に強いので、ボールの打撃による疲労破壊にも耐えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施の形態のアイアンクラブヘッドを示す正面図である。

【図2】図２は、図１に示すアイアンクラブヘッドの分解斜視図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態のアイアンクラブヘッドをスコアラインの中央で切断したときの断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態のアイアンクラブヘッドの溶接部の拡大断面図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態のアイアンクラブヘッドのソール側の溶接部を切断した断面図であり、溶接部の近傍を測定したビッカース硬度である。

【図6】図６は、従来のアイアンクラブヘッドのソール側の溶接部の近傍を切断した断面図であり、溶接部の近傍を測定したビッカース硬度である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１～図４は、本発明を適用した実施の形態のアイアンクラブヘッドの構造例を示すものである。アイアンクラブヘッド１には、概略ヘッド本体１２とシャフト２からなる。クラブヘッド１は、前面にゴルフボール（図示せず）を打撃するためのフェース面３が形成され、このフェース３の上部にトップと称する上面４、下部にソール５、一側にトウ６、他側にヒール７を形成している。そしてヒール７の上部に、シャフト２を取り付けるホーゼル８を有している。このホーゼル８に、シャフト２の下端が連結固定されている。アイアンクラブヘッド１のヘッド本体１２の背面中央に、キャビティと称される背面凹部９が形成されている。この背面凹部９の下部は削られたような底面凹部１０が形成されている（図３参照）。

【0012】

次に、クラブヘッド１の製造方法について説明する。本例のクラブヘッド１は、図２に示すように、フェース３を有する板材のフェース部材１１と、このフェース部材１１の背面側に配置されるヘッド本体１２の二部材を一体化したものである。フェース部材１１とヘッド本体１２とは、異なる材料によって形成されている。ヘッド本体１２の素材は、本例では機械構造用炭素鋼（Ｓ２０Ｃ等）である。フェース部材１１の素材は、圧延によって造られた板状の合金工具鋼鋼材（日本工業規格（ＪＩＳ）ＳＫＤ６１等）である。ヘッド本体１２は、下部にソール５を形成すると共に、上部に上面４を形成し一側にはトウ６を形成すると共に他側にホーゼル８を形成している。更に、ヘッド本体１２には、ヒール７側を除いて前面にはフェース部材１１を取り付けるために、このフェース部材１１の厚みと同等の深さを形成する段部１３が形成され、この段部１３を含んで、フェース部材１１の取付け面１４が形成されている。更に、ヘッド本体１２には、背面凹部９の他に底面凹部１０も形成されている（図３参照）。

【0013】

フェース部材１１の一側縁１５及び上縁１７、下縁１８は、ヘッド本体１２のトウ７側の前縁６Ａ、上面４の前縁４Ａ及びソール５の前縁５Ａと同じ大きさに形成されており、更に、他側縁１６は、段部１３と同じ大きさに形成されている。そして、フェース部材１１の背面を取付け面１４に当接させ、ヘッド本体１２の前記トウ６側の前縁６Ａ、上面４の前縁４Ａ及びソール５の前縁５Ａのそれぞれに、フェース部材１１の一側縁１５、上縁１７及び下縁１８のそれぞれの背面側をそれぞれ揃えて突き合せる。この突き合せ部１９Ａを溶接し（図３）、この溶接部１９によって、フェース部１１をヘッド本体１２に固着するものである。尚、フェース部１１の他側縁１６は、ヘッド本体１２の段部１３に突き合わせて、この突き合わせ部も溶接部１９Ｂによって固着する（図１参照）。

【0014】

溶接方法は、レーザ溶接によって行うものであり、図４に示すように、レーザ溶接装置のノズル２０を突き合せ部１９Ａの外縁に対向させて、突き合せ部１９Ａの外縁にレーザビーム２０Ａを向けて照射して溶接部１９を形成するものである。このような溶接における前記ノズル２０は、突き合せ部１９Ａの長手方向Ｚ（図１参照）、すなわちヘッド１の上面４、トウ６及びソール５、或いはソール５、トウ及び上面４に沿って移動して、連続した溶接部１９を形成するものである。なお、ヘッド本体１２の背面中央の背面凹部９は、フェース部材１１を溶接する前は貫通孔であるが、このフェース部材１１側の貫通孔のフェスー部材１１側で内周面の角部は、面取り１９Ａされている。そして、レーザ溶接においてはレーザビーム２０Ａは指向性が優れているので、溶接部１９の溶け込み部がフェース３の中央部、すなわちフェース３の面方向に沿って溶接ビードが流れる。

【0015】

このようにして、フェース部材１１をヘッド本体１２に固着した後、或いはその前にフェース部材１１の正面にはスコアラインである横向きの小溝２１が上下多段に形成されており、そしてクラブヘッド１は研磨や鍍金等を施された後に、ホーゼル３にシャフト２が接着剤等により連結、固定されるものである。

【実施例0016】

上記のような構造、及び製造方法で得られたクラブヘッド１を、規格された標準ゴルフボールによる打撃試験で、フェース部材１１の耐久性、及びレーザ溶接によるフェース部材１１の溶接熱による焼戻し軟化の硬度を測定した。以下、その試験結果を実施例に換えて実験例として示す。表１は、実験方法の概要を示すものである。

【表1】

【0017】

［実験例１］
実験条件および実験結果は、以下に示す通りである。
・フェース部素材：ＳＫＤ６１（ＪＩＳ合金工具鋼鋼材）、板厚１．８ｍｍ、熱処理条件（１０５０℃空冷焼き入れ後、６００℃で２回の焼き戻し）、熱処理による目標硬度（５００Ｈｖ±３０Ｈｖ）
このフェース部を構成する素材の成分は、次の表２に示す通りである。

【表2】

【0018】

・ヘッド本体の素材：機械構造用炭素鋼（Ｓ２０Ｃ）
・製造方法の概要：機械加工されたヘッド本体に、上記条件で熱処理された上記フェース素材をレーザ溶接し、表面にメッキ処理した。
・レーザ溶接：出力１６００Ｗ、送り速度７００～８５０ｍｍ／min.で溶接した。
・打撃試験方法：上記メッキ処理後、打撃ロボットでボールを打撃速度４０ｍ／ｓで、フェース部が破壊されるまで上記打撃ロボットで打撃した。上記破断後、溶接部の近傍の断面の硬度を測定した。
・打撃試験機：圧縮空気でボールを加速する「打撃耐久試験機」（株式会社遠藤製作所（本出願人）製）を用いた。
・打撃に用いた使用ボール：USGA/R&A Calibration

【0019】

（試験結果）
上記打撃試験装置による３０２２球で、ソール５側の最下段のスコアラインに沿って、フェース部１１の割れ（小溝２１に沿った割れ）が生じた。図５は、スコアラインである小溝２１方向から直角の断面を示すソール５側の断面である。溶接部の近傍のビッカース硬度を示す（０．２ｍｍピッチ）。測定した各部の硬度は、概ね、次の通りである。
・図５の四角形内の硬度（溶接の影響がない部分）：平均５１３．５Ｈｖ
・４６２Ｈｖ以下の硬度領域（上記平均５１３．５Ｈｖの１０％減以下の硬度の領域）：図５の点線内（上下幅で最大で約０．２５ｍｍ）

【0020】

以上の実験例１の結果から、この合金工具鋼鋼材を用いたフェース部１１の硬度は、レーザ溶接による溶接部１９の外延のボンド部も含めて、概ね５００～６００Ｈｖの範囲内にあり、レーザ溶接による溶接熱の影響を殆ど受けず、レーザ溶接前に熱処理して調質した硬度を、あまり低下させていない。但し、小領域ではあるが、４６２Ｈｖ以下の硬度領域（点線内）があった。なお、背面凹部９の面取り部９Ａ（図４参照）の硬度（３５６Ｈｖ、３７２Ｈｖ）は、低下しているが、この部分は溶接部１９のビードが流れた部分であり、フェース部１１のボディ部１２への取付け強度には影響ない部分である。

【0021】

［実験例２］（比較例）
下記の実験条件以外は、実験例１と同一である。
・フェース部の素材：ＳＡＥ８６５５（ニッケル・クロム・モリブデン鋼）-ＭＯＤ－ＡＹ、板厚１．９ｍｍ、熱処理条件（８５０℃油焼入れ後、３００℃で焼き戻し）、熱処理による目標硬度（５００Ｈｖ±３０Ｈｖ）
このフェース部を構成する素材の成分は、次の表３に示す通りである。

【表3】

・ヘッド本体の素材：機械構造用炭素鋼（Ｓ２０Ｃ）
レーザ溶接した後、表面にメッキ処理した後、実験例１と同様に、溶接部の近傍の断面の硬度を測定した。
・レーザ溶接：出力１６００Ｗ、送り速度７００～８５０ｍｍ／min.で溶接した。

【0022】

（試験結果）
打撃試験装置による約４,０００球で、ソール５側の最下段のスコアラインに沿って、フェース部１１の割れ（小溝２１に沿った割れ）が生じた。測定した各部の硬度（０．２ｍｍピッチ）は、図６に示すように、概ね、次の通りである。
・図６の四角形内の硬度（溶接の影響がない部分）：平均４９７．６Ｈｖ
・４４８Ｈｖ以下の硬度領域（平均４９７．６Ｈｖの１０％減以下の硬度）：図６の点線内（上下幅で約１．４ｍｍ）

【0023】

実験例２（比較例）は、図６に示す硬度から理解されるように、溶接の熱影響によりフェース部１１の硬度は、溶接熱により調質されたフェース部１１の硬度（５００Ｈｖ以上）よりも低く広い領域に確認される。特に、溶接部１９の近傍である「連結部」の硬度は、３３７～４５３Ｈｖ（点線内の領域）と、調質前よりかなり低下している。

【符号の説明】

【0024】

１…アイアンクラブヘッド
２…シャフト
３…フェース
４…上面
４Ａ…前縁
５…ソール
６…トウ
７…ヒール
８…ホーゼル
９…背面凹部
１０…底面凹部
１１…フェース部材
１２…ヘッド本体
１３…段部
１４…取付け面
１５…一側縁
１６…他側縁
１７…上縁
１８…下縁
１９，１９Ｂ…溶接部
１９Ａ…突き合せ部
２０…ノズル
２０Ａ…レーザビーム
２１…小溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】