JP6845073B2 - ゴルフクラブヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を用いて軽量化したゴルフクラブヘッドの製造方法に関する。

ゴルフクラブヘッドは重心位置によってインパクト時の感触が異なるため、ウェイトなどによって重心位置をコントロールする自由度の高さが求められており、そのためには本体をできるだけ軽量化することが重要である。ゴルフクラブヘッド本体を軽量化する方法として、比剛性の高い繊維強化プラスチック、特に炭素繊維を強化繊維としたＣＦＲＰの利用が拡大している。

例えば特許文献１では成形性の良いＢＭＣ（Bulk Molding Compound）を用いることで、繊維強化プラスチックを含むゴルフクラブヘッドの製造を容易にしている。特許文献２では繊維強化プラスチックを適宜使用することで、軽量化しつつ余剰重量を周辺部分に用いることにより慣性モーメントを向上させている。特許文献３でも繊維強化プラスチックのクラウン、ソールを用いることで軽量化したゴルフクラブヘッドを製造している。特許文献４では繊維強化プラスチックのクラウンを用いることで軽量化し、金属製ヘッドとの接着性の高いゴルフクラブヘッドを提供している。

特開２０１３-２５５５８７号公報 特開２０１４−８１４１号公報 特開２００５−２９６６０９号公報 特開２０１０−５１８２５号公報

しかしながら、ゴルフクラブヘッドに用いられるＣＦＲＰの量を多くすることで、さらなる軽量化を達成できる余地はある。そのためには、接合部を極力減らすことができ、かつ高い力学特性を有するＣＦＲＰを製造可能な中間基材を用いて薄肉化する必要がある。

本発明の課題は、このような点に着目し、とくに接合部を極力減らしたＣＦＲＰ部分を作製可能で、本体のさらなる軽量化を可能にするとともに、余剰重量による重心調節の自由度の高く、かつ高い力学特性を有するゴルフクラブヘッドの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るゴルフクラブヘッドの製造方法は、炭素繊維と熱硬化性樹脂とからなるＣＦＲＰを２０〜１５０ｇ使用したゴルフクラブヘッドの製造方法であって、下記一体部を含み略ゴルフクラブヘッド形状を有するプリフォームを作製するプリフォーム工程と、作製されたプリフォームを型にセットし加熱加圧することでＣＦＲＰとする成形工程と、成形されたＣＦＲＰに金属製のフェースを取り付けるフェース取付け工程と、を含むことを特徴とする方法からなる。
（一体部）
一方向に配向した炭素繊維と樹脂とからなるプリプレグに複数の切込を挿入し、少なくとも一部の炭素繊維を繊維長が５〜５０ｍｍとなるように分断した切込プリプレグまたは切込プリプレグを複数枚積層した切込プリプレグ積層体を、雄型に押し当ててソール部とクラウン部が一体化した形状へ賦形した賦形体

本発明によれば、ソール部とクラウン部との間の接合部のないＣＦＲＰを用いて、本体が軽量で余剰重量による重心調節の自由度の高く、かつ高い力学特性を有するゴルフクラブヘッドの製造方法を提供することができる。

本発明におけるゴルフクラブヘッドの一例を示す概念図である。 本発明における一体部の賦形の様子の一例を示す概念図である。 本発明におけるプリフォームの概略断面の一例を示す概念図である。 本発明における成形工程の例を示す概念図である。 実施例で製造したゴルフクラブヘッドの概略部分断面図である。

本発明者らは、ソール・クラウン間の接合部がなく、軽量なＣＦＲＰ製のゴルフヘッドを提供するために、鋭意検討し、炭素繊維と熱硬化性樹脂とからなるプリプレグを含む略ゴルフクラブヘッド形状のプリフォームを製造するプリフォーム工程と、プリフォームを型にセットし加熱加圧することでＣＦＲＰとする成形工程と、金属製のフェースを取り付けるフェース取付け工程とを含む、ゴルフクラブヘッドの製造方法において、プリフォームに一体部を含むことで、かかる課題を解決したものである。ＣＦＲＰの重量は重心バランスを調整するために、２０〜１５０ｇが好ましく、さらに好ましくは３０〜８０ｇである。

図１は、本発明におけるゴルフクラブヘッドの構成の一例を示している。本発明のゴルフクラブヘッド２０はクラウン部１、ソール部２、ネック部３、フェース部４、ウェイト部５で構成される。本発明において、クラウン部、ソール部とは、ゴルフクラブヘッドをネック部が上になるように水平面に置いた際に、真上から表面が見える領域で、フェース部以外の部位をクラウン部、フェース部とクラウン部を除いた領域をソール部と定義する。以降、特に指定のない場合、クラウン部の面積はゴルフクラブヘッドをネック部が上になるように水平面に置いた際に、真上から見える領域の面積、ソール部の面積は真下から見える領域の面積とする。

フェース部は、ボールの当たるインパクト面と、インパクト面とソール部・クラウン部を接合する領域を含んでいてもよい。フェース部は耐久性の観点から金属製が好ましく、特にチタン製が好ましい。ゴルフクラブヘッドとシャフトを連結するネック部は、上記の定義によりソール部・クラウン部のいずれか、もしくは両方に含まれる。ウェイト部は、ゴルフクラブヘッドの重量バランスを調節する部品で必要に応じてクラウン部、ソール部に接合され、ＣＦＲＰ製であっても金属製であってもよい。ウェイト部は、板状であっても、ネジ状であってもよく、それらを組み合わせてゴルフクラブヘッドのユーザーが重量バランスを微調整できる構造であってもよい。ゴルフクラブヘッドは意匠性を追及するため、塗装や装飾を追加する場合があり、本発明ではそれらの総称を装飾部という。ソール部、クラウン部、ウェイト部、フェース部は塗装部を含んでいてもよいが、特に指定のない場合、本発明のゴルフクラブヘッドは装飾部を含まない。

略ゴルフクラブヘッド形状のプリフォームとは、該プリフォームを固化した際に、それ以上の基材の追加なく、フェース部、ウェイト部、装飾部以外のゴルフクラブヘッドの部位を成形でき、所定の形状に賦形されたプリプレグのことを指す（以下、特別な指定がない場合、単にプリフォームとは略ゴルフクラブヘッド形状のプリフォームを指す）。ただし、プリフォームを固化しただけでは、加熱加圧時に基材の流動により生じたバリなどが発生する場合やウェイトを取り付けるために穴あけ加工をする必要性があるため、プリフォームをＣＦＲＰ化した際に、そのような削り代は生じてもよい。本発明において、特別な指定がない場合、プリプレグとは一方向に配向した炭素繊維に樹脂が含浸した基材であり、後述の切込プリプレグも含み、単層の場合もプリプレグを複数枚積層した積層体も含む。

プリプレグを構成する強化繊維として、本発明では、比強度、比剛性に優れる炭素繊維を使用する。炭素繊維の種類に特に限定はなく、用途に応じてＰＡＮ系、ピッチ系を任意に選択すればよい。樹脂は特に限定はないが、熱硬化性樹脂が賦形性の観点で好ましいことから、本発明では熱硬化性樹脂を使用することとし、熱硬化性樹脂としては、特にエポキシ樹脂が炭素繊維との接着性の観点から好ましい。

プリプレグにおける、炭素繊維の体積含有率は、力学特性の観点から４０％以上が好ましいが、炭素繊維の含有率が多すぎると成形工程にて十分な流動性が得られず、一般に密度が樹脂よりも大きく重量が増加するため、６５％以下が好ましい。

本発明における一体部とは、プリプレグに複数の切込を挿入し、少なくとも一部の炭素繊維を繊維長が５〜５０ｍｍとなるように分断した切込プリプレグまたは切込プリプレグを複数枚積層した切込プリプレグ積層体１枚を、雄型に押し当ててソール部とクラウン部が一体化した形状へ賦形した賦形体である。一体化しているとは、ソール部とクラウン部のつなぎ目の６０％以上が接着部や溶接部など不連続な接合部を有さずに連続的であることを指す。ソール部とクラウン部のつなぎ目の８０％以上が接合部を有さずに連続的であることがより好ましい。

図２は複数の切込６ａを有する切込プリプレグ６を雄型７に押し付け、一体部８を賦形する様子の一例を示した概念図を示している。一体部は、雄型に押し付けた切込プリプレグの余剰分をトリミングしたものであってもよい。切込プリプレグを用いることで、ソール部とクラウン部が接合部なく一体化した形状を賦形することができる。接合部がないため、ソール部とクラウン部が剥がれることはなく、軽量であっても高い剛性を保つことができる。

また、一体部のクラウン部は、ゴルフクラブヘッドにおけるクラウン部の面積の８０％以上、一体部のソール部はゴルフクラブヘッドにおけるソール部の面積の８０％以上を有することが好ましい。一体部の体積を増やすことで、本発明のゴルフクラブヘッドの剛性を確保する。一体部は、成形工程後にトリミングする場合もあるため、クラウン部およびソール部の面積の１００％以上となってもよいが、歩留まりの向上や雌型への噛み込みを考慮すると１５０％以下が好ましい。

切込プリプレグは、強化繊維が全て切込によって分断されていることが好ましい。切込によって分断された強化繊維の長さが長すぎると賦形性が低下し一体部を賦形することが困難となり、短すぎると一体部へと賦形する際に切込プリプレグが割けてしまう可能性があるため、分断された強化繊維の長さとしては５〜５０ｍｍが好ましい。さらに好ましくは１０〜３０ｍｍである。

切込プリプレグに挿入する切込の長さは、短すぎると賦形性が低下し一体部を賦形することが困難となり、長すぎると一体部へと賦形する際に切込プリプレグが割けてしまう可能性があるため０．５〜５ｍｍが好ましい。さらに好ましくは１〜３ｍｍである。

切込プリプレグに挿入する切込と、切込プリプレグの強化繊維の配向方向（以下、繊維方向という）とがなす角度（以下、切込角という）は、大きいと一体部へと賦形する際に切込が開口し、凹凸が表面へ残る可能性があるが、小さすぎると安定して切込を挿入することが困難となる。したがって、切込角は６〜３０°が好ましい。切込プリプレグ内に、切込角の正負の異なる切込が混在する場合、切込開口がより抑制されるため好ましい。

図３はネック部３を含む一体部８の断面を示している。一体部はネック部まで含まれていても、含まれていなくてもよいが、ネック部の強度を向上させるためにネック部を含んだクラウン部を有する一体部を有することが好ましい。図示例の如く複数の一体部８、８をプリフォームの中に含ませる場合はネック部を含まない一体部が含まれていてもよい。

雄型は、金属製でも樹脂製でもよいが、十分な加熱・加圧に耐えられるよう、金属製が好ましい。硬化後のＣＦＲＰを効率よく取り出すために、分割可能な雄型であってもよい。

プリフォームは雄型にセットしたまま、雌型で挟み込む。図４は雄型７にセットしたプリフォーム２１を雌型１１で挟み込んだ概念図を示している。雌型１１はゴルフクラブヘッドの形状に応じて、適宜脱型しやすいように、図示の如く２つ以上の雌型で挟み込むことが好ましい。雌型同士の間には、基材の噛み込みにより、雌型を押し切れなくすることを防止するための噛み込み防止用の溝１５が設けられていてもよい。雌型も、十分な圧力を与えることができ、耐熱性のある金属製が好ましい。

成形工程では、雄型と雌型に挟まれたプリフォームを加熱・加圧する。予め加熱した雌型にプリフォームをセットし、そのまま加圧しても、常温の雌型にプリフォームをセットし、加圧しながら徐々に加熱してもよい。

成形工程において、クラウン部やソール部にＣＦＲＰ製のリブを生成してもよい。特許文献１のように、クラウン部またはソール部をＣＦＲＰに置換する際に、切込プリプレグを用いることで、リブのあるＣＦＲＰパーツとすることができるが、本発明では例えば図４（ｂ）に示すように、リブ成形用の溝１４を設けておくことで、成形工程にて強化繊維が流動して流れ込み、クラウン部またはソール部にリブを生成することができる。リブをＣＦＲＰ製とすることで、薄いクラウン部、ソール部であっても軽量性を保ちつつ剛性を向上させることができる。リブの個数や形状に限定はなく、必要に応じて複数のリブや十字型のリブなどを設けてもよい。

フェース取り付け工程では、金属製のフェース部を成形工程によって得たＣＦＲＰに取り付ける。取り付け方法は、接着剤であっても、ネジ止めであってもよいが、重量の観点から接着剤を使用することが好ましい。フェース部とＣＦＲＰの接着部は、ＣＦＲＰが表面にきてもよいし、フェース部が表面にきてもよい。

本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法では、プリフォーム工程、成形工程、フェース取り付け工程が含まれていれば他の工程が含まれていてもよく、成形工程で生じたバリなどをトリミングする工程や、塗装工程、ウェイトを取り付ける工程を必要に応じて追加してもよい。

本発明において、一体部への賦形方法は、プレス機を用いても、手作業で行ってもよいが、より精度よく複雑形状を有する一体部へと賦形するためには、手作業で雄型に切込プリプレグまたは切込プリプレグ積層体を手作業で雄型に押し付けて賦形し一体部とすることが好ましい。切込プリプレグ積層体を手作業で雄型に押し付ける際、ドライヤーなどを用いて、適宜基材を加熱することで、切込プリプレグ積層体を伸張させやすくなる。伸張して型に収まりきらなくなった切込プリプレグは適宜切断し、型に収まるようにしてもよい。型に収まりさえすれば、プリフォームにシワが残っていたとしても、成形工程にて切込プリプレグが流動し、シワを消すことができる。

一体部を賦形する際、切込プリプレグは単層であっても積層体であってもよいが、繊維方向が直角に交わるように切込プリプレグを積層したクロスプライ積層体が特に賦形性が良く、好ましい。クロスプライ積層体とすることで繊維方向に対して±４５°方向へ切込プリプレグが伸張しやすくなり、手作業で雄型へ賦形する際に、特に好ましい。クロスプライ積層体は、繊維方向が直角に交わる切込プリプレグで構成されていれば、３枚以上の切込プリプレグで構成されていてもよい。

本発明のさらに好ましい態様としては、プリフォームに、一体部が２つ以上含まれており、少なくとも一つはゴルフクラブヘッドの略表面形状、少なくとももう一つはゴルフクラブヘッドの略内面形状を有する態様が挙げられる。ゴルフクラブヘッドの略表面形状を有する一体部とは、図４に示すように、雌型１１に沿った一体部９を指し、ゴルフクラブヘッドの略内面形状を有する一体部とは、雄型７に沿った一体部１０を指す。ネック部はインパクト時の衝撃に耐えるため厚肉構造が好ましいため、図４（ａ）に示すようにネックの形状を有する部品（以下、ネックパーツという）１２の厚肉部を挟み込むような一体部とすることで、ネック部を強固な厚肉部とすることができる。ネックパーツは、予め硬化もしくは半硬化した形状の部品を一体部と接着剤もしくは、成形工程時に一体部と同時に硬化してもよく、例えば図４（ｂ）に示すように成形工程にて切込プリプレグを流動させて形成してもよい。前者の場合、ネックパーツはＣＦＲＰ製であることが、軽量化の観点から好ましく、その製造方法は射出成形やＳＭＣ、ＢＭＣ、切込プリプレグによるプレス成形もしくは鋳造成形の中から選択してもよい。ネック部はプリプレグとの接触面積を大きくすることで、ネックパーツがゴルフクラブヘッドに強固に接着される。

本発明では、プリフォームが、ソール部とクラウン部が一体化されていないプリプレグ１３を含んでいてもよい。以下、一体化されていないプリプレグを追加積層プリプレグという。例えば図４に示したように追加積層プリプレグ１３を含むことで、成形時にクラウン部またはソール部に凹凸のデザインを設けたり、ゴルフクラブヘッドの剛性を高めることができる。単に剛性を高めることが目的であれば、追加積層プリプレグは切込の入っていないプリプレグでもよいが、凹凸形状を設ける目的であれば、追加積層プリプレグは切込プリプレグであることが好ましい。追加積層の切込プリプレグは、切込によって分断された炭素繊維の繊維長が１５ｍｍ以下であることが流動性の観点から好ましい。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定されるものではない。本実施例では、“トレカ”（登録商標）プリプレグシートＰ３２５２Ｓ−１５（以下、単にプリプレグと称する場合、このプリプレグシートを意味する）を用いて、ゴルフクラブヘッドを製造した。

（実施例１）
＜切込プリプレグのクロスプライ積層体準備＞
プリプレグに切込を挿入し、切込プリプレグを作製した。切込の長さは１ｍｍ、切込角度は＋１４°と−１４°の切込が交互に存在し、切込によって全ての炭素繊維が分断される切込パターンとした。切込によって分断される炭素繊維の長さが異なる２種の切込プリプレグを準備し、炭素繊維が２５ｍｍに分断されている切込プリプレグを切込プリプレグＡ、１２．５ｍｍに分断されている切込プリプレグを切込プリプレグＢとした。

切込プリプレグＡを繊維方向が直角に交差するように２枚積層し、３５０ｍｍ×３５０ｍｍのクロスプライ積層体Ａを作製した。切込プリプレグＢについても繊維方向が直角に交差するように２枚積層し、ソール部の面積の６０％を有するクロスプライ積層体Ｂと、クラウン部の面積の６０％を有するクロスプライ積層体Ｃを作製した。

＜プリフォーム工程＞
雄型に、クロスプライ積層体を押し付け、ゴルフクラブヘッドの略内面形状の一体部を賦形した。一体部賦形時には、クロスプライ積層体をドライヤーで適宜加熱しながら、±４５°方向に伸ばしながら雄型の形状に追従させた。

続いて、略内面形状の一体部の上から１枚切込プリプレグＢのクロスプライ積層体を追加積層した。追加積層プリプレグは、ソール部、クラウン部に積層し、それぞれソール部、クラウン部の面積の８０％とした。

続いて、ネックパーツを略内面形状の一体部の上にはめこんだ。ネックパーツは予め専用の型に、繊維長２０ｍｍの炭素繊維とエポキシ樹脂とからなり、繊維の体積含有率が４０％ＢＭＣを流し込み、型を閉じて硬化させることで製造した。

再び、３５０ｍｍ×３５０ｍｍのクロスプライ積層体を準備し、略内面形状の一体部、ネックパーツの上から、さらにゴルフクラブヘッドの略表面形状を有する一体部を賦形した。

＜成形工程＞
プリフォームを雄型にセットしたまま、常温の雌型にセットした。雌型は、図５（ａ）に賦形後のプリフォーム２２の概略断面構造を示すように、クラウン部、ソール部ともに凹凸のない表面形状に賦形できる雌型とした。プレス機を用いて、クラウン部およびソール部に、１ＭＰａの圧力が与えられるように加圧しながら、加熱した。プレス機の盤面は１５０℃に設定し、加圧開始から１時間後にＣＦＲＰとなったプリフォームを取り出した。雌型は分割型となっており、雌型を分割しながら雄型からＣＦＲＰを脱型した。

＜重量測定＞
成形工程を経たＣＦＲＰから、所定の形状のＣＦＲＰを得るためにバリなどの不要部分をトリミングした。得られたＣＦＲＰの重量を電子天秤で測定したところ、３５ｇであった。

＜ゴルフドライバー完成＞
型から取り外したＣＦＲＰに チタン製のフェースおよびソール を、接着剤を用いて取り付けた。接着剤は３Ｍ製ＤＰ４２０を使い、８０℃×２０分 の条件で硬化させた。そして、ウェイトとして、２０ｇの部品を装着 し、ＣＦＲＰをゴルフクラブヘッドとした。続いて、ネック部にＣＦＲＰ製シャフト（品番：ＨＯＮＭＡ ＶＩＺＡＲＤ ＥＸ−Ｚ６５）を接着剤（品番：ハードロック）で固定した。

＜打撃音＞
平均スコア８０〜９０ の試打者５人が試打を行い、打撃音を評価したところ、金属音に近い打撃音であることが確認できた。

＜耐久性＞
試打回数が合計３０００打の時点で、異常はみられなかった。

（実施例２）
雌型を、図５（ｂ）に賦形後のプリフォーム２３の概略断面構造を示すように、ソール部に凹凸のある表面形状に賦形できる雌型とし、プリフォームの追加積層プリプレグの量を３倍に増やしたこと以外は、実施例１と同様にしてゴルフクラブヘッドを製造し、ゴルフドライバーを完成させた。ソール部の凹凸にもＣＦＲＰが充填しており、意匠性のよいゴルフクラブヘッドとなった。ＣＦＲＰの重量は４３ｇであった。打撃音は実施例１と同様に金属音に近い音、耐久性も３０００打の時点で異常はみられなかった。

（比較例１）
切込プリプレグＡの代わりに切込の入っていないプリプレグを用いた以外、実施例１と同様に賦形を試みた。しかし、一体部を賦形する際に、クロスプライ積層体Ａを伸ばしきることができず、シワが発生し、一体部を賦形することができなかった。

（比較例２）
一体部を賦形せず、代わりに、ソール部、クラウン部の形状を有する積層体をクロスプライ積層体Ａから切り出し、それぞれ雄型のソール部、クラウン部に相当する箇所に貼り付け、プレス機にセットした以外は、実施例１と同じ条件でゴルフクラブヘッドを製造し、ゴルフドライバーを完成させた。ＣＦＲＰの重量は３５ｇであった。

打撃音を評価したところ、実施例１、２に比べると若干乾いた音がした。耐久性を確認したところ、５０打でソール部とクラウン部の間にヒビが入り、割れてしまった。

１：クラウン部
２：ソール部
３：ネック部
４：フェース部
５：ウェイト部
６：切込プリプレグ
６ａ：切込
７：雄型
８：一体部
９：略表面形状の一体部
１０：略内面形状の一体部
１１：雌型
１２：ネックパーツ
１３：追加積層プリプレグ
１４：リブ成形用の溝
１５：噛み込み防止用の溝
２０：ゴルフクラブヘッド
２１：プリフォーム
２２、２３：賦形後のプリフォーム

Claims (5)

1. 炭素繊維と熱硬化性樹脂とからなるＣＦＲＰを２０〜１５０ｇ使用したゴルフクラブヘッドの製造方法であって、
   下記一体部を含み略ゴルフクラブヘッド形状を有するプリフォームを作製するプリフォーム工程と、
   作製されたプリフォームを型にセットし加熱加圧することでＣＦＲＰとする成形工程と、
   成形されたＣＦＲＰに金属製のフェースを取り付けるフェース取付け工程と、
   を含むことを特徴とする、ゴルフクラブヘッドの製造方法。
   （一体部）
   一方向に配向した炭素繊維と熱硬化性樹脂とからなるプリプレグに複数の切込を挿入し、少なくとも一部の炭素繊維を繊維長が５〜５０ｍｍとなるように分断した切込プリプレグまたは切込プリプレグを複数枚積層した切込プリプレグ積層体を、雄型に押し当ててソール部とクラウン部が一体化した形状へ賦形した賦形体
2. 切込プリプレグまたは切込プリプレグ積層体を雄型に押し付けて賦形し一体部とする、請求項１に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
3. 複数枚の切込プリプレグを繊維方向が交差するように積層した切込プリプレグ積層体を雄型に押し付けて賦形し一体部とする、請求項２に記載のゴルフヘッドの製造方法。
4. プリフォームに、一体部が２つ以上含まれており、少なくとも一つはゴルフクラブヘッドの略表面形状、少なくとももう一つはゴルフクラブヘッドの略内面形状を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
5. プリフォームが、さらに、ソール部とクラウン部が一体化されていないプリプレグを含む、請求項１〜４のいずれかに記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。

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