特許 7569115 バイメタルアセンブリのゴルフヘッドの金属射出成形の一度焼結製造プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-08

(45)【発行日】2024-10-17

(54)【発明の名称】バイメタルアセンブリのゴルフヘッドの金属射出成形の一度焼結製造プロセス

(51)【国際特許分類】

   C22C 1/04 20230101AFI20241009BHJP

   A63B 53/04 20150101ALI20241009BHJP

   B22F 1/00 20220101ALI20241009BHJP

   B22F 3/02 20060101ALI20241009BHJP

   B22F 3/10 20060101ALI20241009BHJP

   C22C 27/04 20060101ALI20241009BHJP

   C22C 33/02 20060101ALI20241009BHJP

   B22F 7/08 20060101ALI20241009BHJP

   A63B 102/32 20150101ALN20241009BHJP

【ＦＩ】

C22C1/04 D

A63B53/04

B22F1/00 P

B22F1/00 T

B22F3/02 S

B22F3/10 J

C22C27/04 101

C22C33/02 C

B22F7/08 E

A63B102:32

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023079055

(22)【出願日】2023-05-12

(65)【公開番号】P2024127682

(43)【公開日】2024-09-20

【審査請求日】2023-05-12

(31)【優先権主張番号】2023102212329

(32)【優先日】2023-03-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】523176037

【氏名又は名称】美▲カ▼（広州）新材料股▲フン▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100230086

【弁理士】

【氏名又は名称】譚 粟元

(72)【発明者】

【氏名】易 立群

(72)【発明者】

【氏名】肖 飛

(72)【発明者】

【氏名】▲ドン▼ 広興

(72)【発明者】

【氏名】田 暁華

【審査官】坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３３４０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７５５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４５３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２５０９３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６３Ｂ ５３／０４，１０２／３２

Ｂ２２Ｆ １／００，３／０２，３／１０

Ｃ２２Ｃ １／０４，２７／０４，３３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製造原料が、タングステン合金、ステンレス鋼及び接着剤を含み、前記タングステン合金中のタングステンの質量含有量が３０～９９％であり、他の合金成分の含有量が０～２０％であり、前記ステンレス鋼が鉄系原材料から選択され、３０４ステンレス鋼、３１６Ｌステンレス鋼、１７－４ＰＨステンレス鋼から選択される１種であり、
タングステン合金、ステンレス鋼の粉末のそれぞれと接着剤との投入材料配合を行うステップ１と、
タングステン合金投入材料を一次射出成形してインモールド射出成形内蔵品を得てから、ステンレス鋼投入材料用金型に入れ、インモールド射出成形を行ってステンレス鋼投入材料がタングステン合金投入材料を包む射出成形体を得るステップ２と、
成形体を３段階法で脱脂するステップ３と、
脱脂後の成形体を、１３８０～１４２０℃の温度で、圧力が４０～４５Ｋｐａの窒素と水素との混合ガス雰囲気で焼結して、ゴルフヘッドの焼結生成物を得るステップ４と、を含む、
ことを特徴とするゴルフヘッドの製造方法。

【請求項2】

前記他の合金成分は、含有量が４～１５重量部であるニッケルと、含有量が２～１０重量部である銅／鉄と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【請求項3】

前記タングステン合金の粉末と前記ステンレス鋼の粉末の重量部の比は、１：４０～１：２０である、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【請求項4】

前記ステンレス鋼の粉末と接着剤を、１：０．４～３：０．８の重量部の比で配合する、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【請求項5】

ステップ２に記載の射出成形プロセスの可塑化温度を１８０℃～２２０℃とし、金型の加熱温度を９０℃～１２０℃とし、射出圧力を１１０～１３０ＭＰａとする、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【請求項6】

前記タングステン合金の密度は、焼結前に８～９ｇ／ｃｍ^３であり、焼結後に１４～１５ｇ／ｃｍ^３である、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【請求項7】

ステップ３に記載の３段階法脱脂は、まず、成形体を前洗浄し、脱脂炉に入れ、窒素ガスの雰囲気で、窒素ガス流量０．８Ｌ／ｍｉｎで、１００℃～１４０℃の温度で１３～２２ｈ脱脂してから、後洗浄して、一次成形した粗製品のゴルフヘッドを得ることである、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【請求項8】

ステップ４に記載の焼結プロセスは、３つのステップに分けられ、それぞれ負圧脱脂、真空焼結及び分圧焼結である、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【請求項9】

前記接着剤は、９０％のポリオキシメチレン、３％のエチレン共重合体、４％のエチレンプロピレンゴム、１％のグリセロールモノステアレート、１％の２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール及び１％の高密度ポリエチレンＨＤＰＥからなる、
ことを特徴とする請求項１に記載のゴルフヘッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、材料加工の分野に関し、具体的には、バイメタルアセンブリのゴルフヘッドの金属射出成形の一度焼結製造プロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

ゴルフヘッドは、一般的な金属本体（ステンレス鋼、低合金鋼）と高比重バランスウェイト（タングステン合金）の２つのアセンブリを含むことが多い。例えば、アイアン、サンドウェッジの底部に高比重バランスウェイトを取り付けると、スイング時の慣性モーメントを増加させ、飛距離を増加させることができ、パターの両側に高比重バランスウェイトを取り付けると、揺れを減少させ、ショット時の安定性を向上させることができる。現在、製造方法は、異なるプロセス（例えば、精密鋳造、鍛圧、ＣＮＣ加工、粉末冶金など）によりそれぞれ２種の異なるアセンブリを製造し、その後に溶接、ナット固定、鋲締めなどの方法で組み立てることであり、
従来のゴルフヘッドの金属加工プロセスは、プロセスフローが長く、環境保護圧力が大きく、ステップが多く、製造コストが高く、製造サイクルが長いなどの欠点があり、具体的には、以下のとおりである：
（ａ）精密鋳造は、まず型枠を製造する必要があり、型枠の乾燥周期が約１０日であり、製造周期全体が約１５日であり、型枠は、大量の砂及び粉体などの固体廃棄物を生じ、環境保護圧力が大きく、作業環境が悪く、高温、粉塵による労働衛生問題があり、鋳造品の表面が粗く、後加工の研磨コストが高く、鋳造品の内部気孔により歩留まり率が低下し、
（ｂ）鍛圧コストが高く、１つずつ鍛圧する必要があり、生産能力が低く、顧客の需要を満たすことができず、構造が複雑な部品を製造することができず、成形体を鍛圧した後に、取りしろが多く、ＣＮＣ加工を組み合わせる必要があり、コストが高く、
（ｃ）ＣＮＣ加工では、生産能力が最も低く、１つのゴルフヘッドを加工するたびに、ＣＮＣ装置を用いた加工に１～２時間かかり、大量の投資で装置を購入してこそ需要を満たすことができ、そして、労働力に対する需要も高い。

【0003】

金属成分が異なる２つの部品をゴルフヘッドに組み立てる場合、現在、いずれも一般的な比重の金属本体と高比重タングステン合金バランスウェイトを別々に製造してから、一体に組み立てる。組み立てるプロセスは、溶接、ねじ、鋲締めなどを含み、ステップが大きく、タングステン合金の靱性が低いため、脆性破断しやすく、製造及び使用の過程においてひびが発生しひいては破砕しやすい。

【0004】

粉末冶金技術に基づく金属射出成形（ＭＩＭ）は、ゴルフヘッドを製造する成熟プロセスになっている。ゴルフヘッド本体アセンブリを製造することができ、タングステン合金バランスウェイトアセンブリを製造することもできるが、２種の金属材料は、ＭＩＭプロセスにおいて相違点が存在するため、別々に製造されてから、一体に組み立てられる必要がある。これらの相違点は、焼結温度が異なり、タングステン合金の焼結温度が１４００℃以上であり、ステンレス鋼及び低合金鋼の焼結温度が１２００～１３８０℃であるという相違点（ａ）と、焼結収縮率が異なり、タングステン合金の収縮率が１．２０以上であり、ステンレス鋼及び低合金鋼の収縮率が１．１６５～１．２１６であるという相違点（ｂ）と、焼結雰囲気が異なり、タングステン合金を水素ガス又は不活性ガスの保護で常圧焼結する必要があり、ステンレス鋼及び低合金鋼を不活性ガスの保護で真空焼結する必要があるという相違点（ｃ）とを含むが、これらに限定されない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記発明の問題を解決するために、本発明は、タングステン合金粉末を組み合わせて、ステンレス鋼金属金型内で射出成形と後続の一連の操作を行うことができる粉体を得る。

【0006】

本発明の発明コアは、ステンレス鋼とタングステン合金の比率を調整し、収縮率が同じであるようにタングステン合金とステンレス鋼の収縮率を統一することにより、インモールド射出成形プロセスにより両者をはめ合わせて、インモールド射出成形及び一度焼結プロセスにより製造される、成形率が高く、品質に優れたゴルフヘッドを得ることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の技術手段は、以下のとおりである。

【0008】

本発明に係るバイメタルアセンブリのゴルフヘッドは、製造原料が、タングステン合金、ステンレス鋼及び接着剤を含み、前記タングステン合金中のタングステンの質量含有量が３０～９９％であり、他の合金成分の質量含有量が０～２０％であり、前記ステンレス鋼が鉄系原材料から選択され、３０４ステンレス鋼、３１６Ｌステンレス鋼、１７－４ＰＨステンレス鋼から選択される１種である、ことを特徴とする。

【0009】

本発明の前記他の合金成分は、含有量が４～１５重量部であるニッケルと、含有量が２～１０重量部である銅／鉄と、を含む。

【0010】

さらに、前記タングステン合金粉末とステンレス鋼粉末の重量部の比は、１：４０～１：２０である。

【0011】

さらに、前記ステンレス鋼粉末と接着剤を、１～３：０．４～０．８の重量部の比で配合する。

【0012】

さらに、前記ゴルフヘッドの製造方法は、
タングステン合金、ステンレス鋼粉末のそれぞれと接着剤との投入材料配合を行うステップ１と、
タングステン合金投入材料を一次射出成形してインモールド射出成形内蔵品を得てから、ステンレス鋼投入材料金型に入れ、インモールド射出成形を行ってステンレス鋼投入材料がタングステン合金投入材料を包む射出成形体を得るステップ２と、
成形体を３段階法で脱脂するステップ３と、
脱脂後の成形体を、１３８０～１４２０℃の温度で、４０～４５Ｋｐａの窒素と水素との混合ガス雰囲気で焼結して、バイメタルゴルフヘッドの焼結生成物を得るステップ４と、を含む。

【0013】

さらに、ステップ２に記載の射出成形プロセスの可塑化温度を１８０℃～２２０℃とし、金型の加熱温度を９０℃～１２０℃とし、射出圧力を１１０～１３０ＭＰａとする。

【0014】

さらに、前記タングステン合金の密度は、焼結前に８～９ｇ／ｃｍ^３であり、焼結後に１４～１５ｇ／ｃｍ^３である。

【0015】

さらに、ステップ３に記載の３段階法脱脂は、まず、成形体を前洗浄し、脱脂炉に入れ、窒素ガスの雰囲気で、窒素ガス流量０．８Ｌ／ｍｉｎで、１００℃～１４０℃の温度で１３～２２ｈ脱脂してから、後洗浄して、粗成形した粗製品のゴルフヘッドを得ることである。

【0016】

さらに、ステップ４に記載の焼結プロセスは、３つのステップに分けられ、それぞれ負圧脱脂、真空焼結及び分圧焼結である。

【0017】

さらに、前記接着剤は、９０％のポリオキシメチレン、３％のエチレン共重合体、４％のエチレンプロピレンゴム、１％のグリセロールモノステアレート、１％の２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール及び１％の高密度ポリエチレンＨＤＰＥからなる。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、バイメタルアセンブリのゴルフヘッドの製造プロセスを提供し、該製造プロセスは、バイメタル射出成形後に一度に脱脂焼結を行うプロセスを用いて完了し、１種の金属タングステン合金を射出成形し、成形後のタングステン合金射出成形体をステンレス鋼射出成形用金型に埋め込み、ステンレス鋼投入材料とタングステン合金射出成形体を射出成形してインモールド射出成形の一体射出成形体を得た後、脱脂し焼結してバイメタルアセンブリのゴルフヘッドを製造し、本発明は、バランスウェイトを組み立てる必要のあるゴルフヘッドに適用され、バイメタル射出成形後に一度に脱脂焼結を行うプロセスを用いて完了し、従来の金属射出成形（ＭＩＭ）技術における、一回で１種の金属成分の部品のみを製造する制限を突破し、一回でステンレス鋼とタングステン合金の金属部品を成形することができ、製造ステップが少なく、工期時間が短く、コストが低いなどの利点を有し、製造されたゴルフヘッドは、外観が良く、かつ靭性が高く、ひびが入りにくい。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】バイメタルアセンブリのゴルフヘッドの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（実施例１）
本実施例に係るバイメタルアセンブリのゴルフヘッドは、製造原料が、タングステン合金、ステンレス鋼及び接着剤を含み、上記タングステン合金は、質量百分率で、８０％タングステン、１５％銅、５％ニッケルを含み、上記ステンレス鋼が１７－４ＰＨステンレス鋼から選択される。

【0021】

上記タングステン合金粉末とステンレス鋼粉末の重量部の比は、１：２０である。

【0022】

前記ステンレス鋼粉末と接着剤を、３：０．８の重量部の比で配合する。

【0023】

実施例のゴルフヘッドの製造方法は、以下のステップ１～ステップ４を含む。

【0024】

ステップ１では、タングステン合金と接着剤粉末を混合して混練し、射出成形して一次射出成形体を形成する。

【0025】

ステップ２：投入材料形成では、ステンレス鋼金属粉末を１８０℃に予熱し、撹拌し、回転数を１５ｒ／ｍｉｎとし、 接着剤を添加し、１８０℃の温度で、２．５ｈ混練し、その後に１６０℃まで冷却し、２ｈ混練し続け、撹拌し、回転数を４５ｒ／ｍｉｎとし、混練が完了し、押し出して造粒して、粒子状の投入材料を得る。

【0026】

使用された接着剤は主に、９０％のポリオキシメチレン、３％のエチレン共重合体、４％のエチレンプロピレンゴム、１％のグリセロールモノステアレート、１％の２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチル－４－メチルフェノール及び１％の高密度ポリエチレンＨＤＰＥからなる（ＣＮ２０１８１０８９７７４４６で認可され金属射出成形用接着剤のケース９の配合成分）。

【0027】

ステップ３では、タングステン合金と接着剤粉末を混合して混練し、射出成形して一次射出成形体を形成し、ステンレス鋼粉末３０４を投入材料形態に製造して一次射出成形を行い、射出成形済みのタングステン合金成形体と共に射出成形機に入れ、３０４ステンレス鋼合金を射出成形するとき、タングステン合金成形体を射出成形金型に入れ、３０４ステンレス鋼合金と共に再び射出成形を行い、２種の金属を１つの金型に統合して、ケース材料がステンレス鋼合金３０４で、内部にタングステンニッケル鉄合金バランスウェイトが埋め込まれたバイメタルゴルフヘッドの成形体を得て、
バイメタルインモールド射出成形の条件は、可塑化温度が２１０℃で、金型の加熱温度が１２０℃であり、射出圧力が１３０ＭＰａであり、バイメタル射出成形されたゴルフヘッド成形体を得ると、一次成形体を得ることができる。

【0028】

ステップ４では、バイメタル射出成形されたゴルフヘッド成形体に脱脂焼結を行い、まず、成形体を前洗浄し、脱脂炉に入れ、窒素ガスの雰囲気で、１２０℃の温度で２２ｈ脱脂してから、後洗浄して、脱脂焼結パラメータは、脱脂炉内の温度が１３０℃で、窒素ガス流量０．８Ｌ／ｍｉｎで、脱脂時間が２４時間である。焼結炉内の温度が１３８０℃であり、焼結時間が２４時間であり、焼結雰囲気は、タングステン合金焼結に必要な水素ガス雰囲気を必要とせず、直接窒素ガスの雰囲気で焼結を行い、圧力が４０Ｋｐａであり、バイメタル射出成形されたゴルフヘッドの粗製品を得て、
研磨及びサンドブラストなどの後処理工程を経て、最後、バイメタル射出成形されたゴルフヘッドの最終製品を得る。

【0029】

（実施例２）
本実施例に係るバイメタルアセンブリのゴルフヘッドは、製造原料が、タングステン合金、ステンレス鋼及び接着剤を含み、上記タングステン合金は、質量百分率で、８０％タングステン、１５％鉄、５％ニッケルを含み、上記ステンレス鋼として３０４ステンレス鋼を選択する。

【0030】

上記タングステン合金投入材料とステンレス鋼投入材料の重量部の比は、１：３０である。

【0031】

上記ステンレス鋼粉末と接着剤を、２：０．６の重量部の比で配合する。

【0032】

実施例２のゴルフヘッドの製造方法は、実施例１と一致する。

【0033】

（実施例３）
本実施例に係るバイメタルアセンブリのゴルフヘッドは、製造原料が、タングステン合金、ステンレス鋼及び接着剤を含み、上記タングステン合金は、質量百分率で、９０％炭化タングステン、１０％鉄を含み、上記ステンレス鋼として３１６Ｌステンレス鋼を選択し、
上記タングステン合金投入材料とステンレス鋼投入材料の重量部の比は、７：２である。

【0034】

上記ステンレス鋼粉末と接着剤を、１：０．４の重量部の比で配合する。

【0035】

実施例３のゴルフヘッドの製造方法は、実施例１と一致する。

【0036】

（比較例１）
比較例１と実施例２とを対比すると、比較例１では、選択されたタングステン合金は、質量百分率で、８９％タングステン、３．５％銅、７．５％モリブデンを含むという点で相違する。

【0037】

（比較例２）
比較例２と実施例２とを対比すると、比較例２では、ステンレス鋼として４１０ステンレス鋼を選択するという点で相違する。

【0038】

（比較例３）
比較例３と実施例２とを対比すると、比較例３では、タングステン合金粉末とステンレス鋼粉末との質量部の比が１：２１であるという点で相違する。

【0039】

（比較例４）
比較例４と実施例２とを対比すると、比較例４では、ステンレス鋼粉末と接着剤を１：１の質量部の比で配合するという点で相違する。

【0040】

（比較例５）
比較例５と実施例２とを対比すると、比較例５では、射出成形プロセスの可塑化温度が１６０℃であり、金型の加熱温度が７０℃であり、射出圧力が９０ＭＰａであるという点で相違する。

【0041】

（比較例６）
比較例６と実施例２とを対比すると、比較例６では、焼結温度が１２８０℃であるという点で相違する。

【0042】

（比較例７）
比較例７と実施例２とを対比すると、比較例７では、焼結温度が１４８０℃であるという点で相違する。

【0043】

（試験結果）
実施例で製造されたバイメタル射出成形されたゴルフヘッドの最終製品は、歩留まり率が９４．０～９７．０％であり、比較例１で他のタングステン合金金属粉末を用いて、金属中空粉末を得て、プロセスが成立せず、比較例２～７で製造されたバイメタル射出成形されたゴルフヘッドの最終製品は、歩留まり率が７０％～８５．０％であり、比較例２～４から分かるように、本発明のステンレス鋼金属成分の配合比率、タングステン合金とステンレス鋼の比重、及び接着剤とステンレス鋼との配合比率を選択して、製造した２種の金属投入材料は、射出成形脱脂焼結の一体化プロセスにより適合し、比較例５から分かるように、本発明の射出成形条件を選択してこそ、成功して射出成形してバイメタル射出成形されたゴルフヘッド成形体を得ることができ、２種の金属の合致度が高く、中空率が低く、比較例６～７から分かるように、本発明の焼結温度は、最適な焼結条件である。

【0044】

実施例で選択されたタングステンニッケル鉄の配合比率により、タングステン合金の密度を低下させ、ステンレス鋼合金の成分と合致し、ステンレス鋼合金との接着性を向上させ、タングステン合金バランスウェイトとステンレス鋼金属ケースとの間に空洞が存在することを防止し、製造されたタングステン合金粉末の粒径の区間は、０．５～４０μｍであり、Ｄ５０は、２．０～４．０μｍであり、ステンレス鋼粉末の粒径分布の区間は、２．６２～２３．６６μｍであり、Ｄ５０は、８．００μｍであり、かさ密度区間は、３．１０～３．２０ｇ／ｃｍ^３であり、タップ密度区間は、４．８０～４．９０ｇ／ｃｍ^３である。タングステン合金粉末は、ステンレス鋼粉末に比べて、粒径がより細かく、成形体の後続の脱脂と焼結に必要な時間がより長く、２２時間であり、製造された最終製品の緻密性がより高い。

【0045】

選択されたタングステン合金成分の配合比率、ステンレス鋼金属成分の配合比率、用いられた接着剤、及び接着剤とステンレス鋼及びタングステン合金との配合比率により、タングステン合金とステンレス鋼の収縮率を統一し、選択されたタングステン合金とステンレス鋼の比重は、ステップ３とステップ４のプロセス要求を満たすことができる。

【0046】

ステップ３で選択された射出成形プロセス条件は、ステンレス鋼金属の射出プロセスに適合した上で、２種の異なる金属の合致度を増加させる。

【0047】

ステップ４で用いられた３段階法脱脂は、低沸点の接着剤材料を徹底的に焼失させることができ、脱脂効率が高い。

【0048】

以上の結果によると、本発明のタングステン合金成分の配合比率、ステンレス鋼金属成分の配合比率、タングステン合金とステンレス鋼の比重、用いられた接着剤の配合成分、及び接着剤とステンレス鋼及びタングステン合金との配合比率により、２種の金属が同じ収縮率、脱脂焼結温度及び雰囲気要求を有し、インモールド射出成形プロセス及び一度焼結成形プロセスを用いて最終製品の歩留まり率が非常に高いゴルフヘッドを製造することができる。

【0049】

実施例で製造されたゴルフヘッドモデルを図１及び図２に示す。

【0050】

なお、以上の実施例は、本発明の技術手段を説明するものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。好ましい実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の技術手段の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の技術手段に修正又は同等置換を行うことができることを理解すべきである。

【符号の説明】

【0051】

１ 高比重タングステン合金
２ ステンレス鋼。

【図1】