JPH11505145A - ゴルフクラブヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、外表面を有する中心コアー、クラブ面に最も近いコアーの外表面の少なくとも一部の回りに延圧する少なくとも１つの連続ファイバー、およびコアーおよび連続ファイバーを覆う外部樹脂層を有してなるゴルフクラブヘッドに関する。コアーは、好ましくは、複数の連続グラファイト複合体ファイバーの編組構造により完全に被覆されたシンタクチックフォームを含んでなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】 ゴルフクラブヘッドおよびその製造方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、向上したデザインおよび性能特性を有するウッド、アイアン、パタ ー等を包含するゴルフクラブを構成するのに有用なゴルフクラブヘッドに関する 。 ２．関連技術の説明 従来から知れているように、ゴルフクラブには基本的にいって２種類、すなわ ちウッドおよびアイアンがある。ウッドは主に、最大距離を得るために使用され 、一方、アイアンは、より短い距離をこなすために使用される。 「アイアン」クラブヘッドは、クロムめっきされていてもよいステンレス鋼を 包含する鋼または鋼合金から製造されている。ゴルフクラブのホーゼルすなわち ネック部分に統合されるブレードを作るために、ヘッド部分は、注型（cast）、 鋳造（forged）、または機械加工（machined）される。ブレード部分は、ボール を打つために使われ、一方、ホーゼル部分は、ブレードをクラブシャフトに連結 する役目をする。 一般に、ほとんどの「ウッド」クラブヘッドは今日、合成樹脂から構成され、 成形によって結合される硬質ウレタンフォームのコアーを取り囲むチョップトフ ァイバーピース（chopped fiber pieces）によって強化された樹脂の外殻から成 る。しかし、硬質ウレタンフォームコアーは圧縮強度が低く、外殻を圧縮成型す るときに、外殻表面上に割れ目（voids）が発生する。 ゴルフクラブヘッドに付加強度を与えるために、グラファイト織物を使用して 樹脂外殻を強化している。樹脂で予備含浸（プレプレグとしても既知）された平 織りグラファイト織物が、成形されたコアー上に被せられる（draped）か、また はグラファイト織物のパッチがコアー材料の回りに継ぎ合わされる（図１参照） 。得られる部品を次に、２つの成形表面の間でプレスし、樹脂が硬化するまで加 熱する。しかし、このようにして形成されるファイバーはコアー上で不連続であ るので、ゴルフクラブヘッ ドがゴルフボールを打つときに発生する衝撃荷重を分配する能力には限界がある 。 発明の要旨 本発明の第一の要旨として、本発明の目的は、向上した圧縮強度を有するコア ー物質を有するゴルフクラブヘッドを提供することである。 本発明の第二の要旨として、本発明の目的は、ゴルフクラブヘッドがゴルフボ ールを打つときに発生する衝撃荷重をヘッド上により均等に分配して、方向制御 を維持しつつエネルギー伝達を最適化するように、ボール衝撃時に向上した効率 的エネルギー移動を行わしめるファイバー強化外殻を有するゴルフクラブヘッド を提供することである。 本発明により、向上したゴルフクラブヘッドおよびその製造方法が開示され、 その結果として、軽量、耐久性であり、従来のゴルフクラブと比較して、衝撃時 におけるゴルフボールの増加した距離および正確さを得ることができるゴルフク ラブが得られる。 本発明の第一の要旨は、シンタクチックフォームから成る中心コアーを有して 成るゴルフクラブヘッドの使用によって達成される。ゴルフクラブヘッドに、本 発明のシンタクチックフォームコアーを使用することは、当分野において新規で ある。 本発明の第二の要旨は、コアーの回りに延在する（extending）連続ファイバ ーによって強化されたコアーから成るゴルフクラブヘッドの使用によって達成さ れる。クラブヘッドが衝撃荷重を均一に分配し、クラブヘッド全体に均一なファ イバー張力を与えるように、コアー表面を編組ファイバー構造（braided fiber construction）で完全に取り囲む複数のファイバーストランドでコアーを巻き付 けるのが好ましい。 さらに、本発明のゴルフクラブヘッドを構成することにおいて、さらに本発明 の第三の要旨は、成形されたコアーを準備する工程、コアーの回りに連続ファイ バーを巻き付ける工程、ファイバーを巻き付けたコアーを樹脂で覆う工程、およ び樹脂を硬化させる工程を含んで成るゴルフクラブヘッドの製造方法に関する。 図面の簡単な説明 前記の目的および関連する目的に鑑みて、本発明は、添付の図面を参照しなが ら読まれるとき、下記の記載からより充分に理解されるような、部品の構成およ び組み合わせに関する詳細を含むものである。 図１は、ヘッドのコアーの前面を覆う樹脂で予備含浸されたグラファイト織物 を有する先行技術のゴルフクラブヘッドの横断面図である。 図２は、コアー、およびコアーを取り囲む編組ファイバーの層を有するゴルフ クラブヘッドを示す本発明の実施態様の横断面図である。 図３は、樹脂粒子間に点在するマイクロバルーンを示すために側面の微細部分 を取り出したシンタクチックフォームの正面図および側面図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明のゴルフクラブヘッドを構成するためには、初めにゴルフクラブのコア ーの形を決め、次にコアーを製造しなければならない。 本発明の第二の要旨によれば、コアーは、フォーム、木材、金属、すなわち、 形を維持し、５０〜８０ポンド/平方インチ（psi）の均一に適用された力に耐え るのに充分に硬質であるすべての材料から、従来使用されてきたいずれの形にも 製造することができる。編組スキンを適用できるように、コアーが、全表面にお いて、最終所望寸法よりも約０.０５０インチ小さいのが最適である。コアーを 清浄にして、表面への良好な接着結合を得ることを妨げる、汚れ、ダスト、研磨 残留物等を除去しなければならない。ファイバーを保持する樹脂も、コアーの表 面に固着して、外部スキンとコアー表面との間に空隙が存在しないようにしなけ ればならない。空隙は、衝撃強度を低下させることになる。 コアーは、本発明の第一の要旨のシンタクチックフォームから成るのが好まし い。シンタクチックフォームは、ハニカムコアーの充填材として、およびアンテ ナレイダム（antena radomes）の表層間の充填材として、航空宇宙用途に使用さ れている。これらのフォームは、バルーンが充填された液体または粉末樹脂から なっている。 バルーンの寸法は、微鏡的寸法の粒子から、ＢＢすなわちショット寸法の材料の 範囲である。 シンタクチックフォームは、ガスが充填された物質構造（例えば、ガラス、プ ラスチック、またはセラミック）のバルーンを含有するもので、これは単に気泡 を含有するに過ぎない発泡フォーム（gas-blown foams）とは異なる。バルーン は粒子として機能するので、これらの材料から作られたフォームは、非常に高い 強度、低重量、および優れた耐熱性を有する。シンタクチックフォームは、商業 的製品においてより一般的な現場発泡フォーム材料に起こるような、硬化時の容 量変化がない。従って、これらの材料は、ゴルフクラブヘッドのコアーのような 用途に必要とされる正確な寸法に注型(cast)することができる。 本発明のシンタクチックフォームは、増量剤（例えば、油またはワックス）、 強化材、発泡剤、膨張マイクロバルーン（例えば、セラミックまたはプラスチッ ク）、セノスフィアー（cenospheres）、ガラスマイクロバルーン、フレーク（ 例えば、マイカ）、針状ファイバー、チョップトファイバー、固体球、粉末また はクレー（例えば、シリケートまたはアルミナ）、チキソトロープ剤、および反 応性稀釈剤のような、通常の充填材中に分散された樹脂を含有する。本発明の充 填材は、広範囲に用いることができる。しかし、最も好ましくは、バルーンおよ び他の球状粒子は、１ミクロン〜１/８インチであり、ファイバー（チョップト またはその他）の寸法は１０ミクロン〜１/４インチの変動であり、フレークの 寸法は５ミクロン〜１/８インチである。 ポリアミド、ポリエステル、およびグラフトコポリマーを包含する従来の広範 な樹脂が本発明に使用することができる。エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹 脂は、商業的に入手可能であり、プロピレンアミン硬化剤で硬化されたビスフェ ノール−Ａのジグリシジルエーテル（樹脂）のような低分子量エポキシ樹脂が最 も好ましい。充填材を導入し易くするのに役立つその低粘性（非常に流動性）の ために、特に低い分子量のエポキシ樹脂が選択される。 本発明に使用される好ましいシンタクチックフォームコアーは、好ましくは、 外部被覆層を構成するのに使用される樹脂と化学的に適合性のあるエポキシ樹脂 中にブレンドされたセラミック微小球から製造される。セラミック微小球である マイクロバル ーンは、石炭燃焼発電工程の副生物である。この物質は、洗浄およびサイジング された（sized）とき、非常に高い圧縮強度を有するアルミナ−シリカからなる マイクロバルーンを含有する。これらのマイクロバルーンは、シンタクチックコ アーにおける２つの目的のために有用である：（１）混合したときに、それらは エポキシ樹脂の密度を低下させる、および（２）球の高い圧縮強度によって、硬 化エポキシ樹脂混合物の硬度を増加させるJ セラミック微小球は、既に清浄およびサイジングされて（特定の粒子寸法範囲 のために篩にかけられて）、商業的に入手可能である。セラミック充填材（例え ば、微小球またはマイクロバルーン）は、約３５重量部（ＰＢＷ）までの濃度で 使用することができる。しかし、より大きい充填材マイクロバルーンを使用する ことができ、その結果、比重が減少し、結果として得られるクラブヘッドにおい て向上した衝撃および圧縮強度が得られるので、約２５ＰＢＷ未満の充填材濃度 が好ましい。 球は所定容量に対して最低表面積を示すので、ファイバー型の強化材上に、球 が選択される。ファイバー強化材を用いて、高表面積充填材を樹脂混合物に導入 すると、その結果として、混合物の粘性が著しく増加し（流動性の減少）、複雑 な形への加工がより困難となる。これとは対照的に、本発明において使用される 球形は、樹脂中により均一に分散し、その結果として、ファイバー強化材の使用 によって得られるよりもより異方性の機械的特性が得られる。この異方性という ことは、本発明のドライバー打撃表面の均一な硬度および応答を得ることと同じ ことを意味している。 充填材（例えば、セラミック微小球またはマイクロバルーン）を所望の特性を 有するエポキシ樹脂に混合するには、カップリング剤と称される化学添加剤が使 用される。本発明においては、湿潤剤、界面活性剤、分散剤、脱泡剤、および反 応剤のような通常のカップリング剤が考えられる。チタネート、ジルコネートお よびシランを使用する特定の有機金属カップリング剤が好ましく、有機金属チタ ネートが最も好ましい。これらのカップリング剤は、充填材の表面上に、活性化 学結合部位の単分子層を形成し、エポキシ樹脂が、樹脂の最少量で球の全表面を 容易に覆うことを可能にする。この結果、混合物があまりに濃厚であるために使 用できない点にまで粘性（または稠度）が増加する前に、樹脂中に増加した量の 充填材を使用することが可能になる。樹脂の バルーン含有量が増えると、カップリング材を使用しない場合よりも密度が大幅 に低下する。 カップリング剤の量は、使用される充填材の重量に対して、約０.５〜２.０重 量％である。充填材濃度は、全混合物の容量に対する％で示すと、約５〜５５％ である。好ましい実施態様においては、樹脂に対する充填材の混合容量の割合は 、約２５〜３０％である。例えば、樹脂の容量％が４７.５％であり、充填材（ 例えば、セノスフィアー）が３０％であり、硬化剤が２２％であり、カップリン グ剤が０.５％である実施態様は、本発明を例示するものである。 実際には、まず使用される充填材の重量に対して０.５〜１.５％のカップリン グ剤で、樹脂（例えば、エポキシ）が処理される。次に、樹脂混合物および硬化 剤を別々に１３０〜１５０°Fに加熱して、樹脂混合物の粘性をさらに減少させ る。充填材の所望量を均等に分け、次にエポキシ樹脂および硬化剤の個々の成分 にゆっくり導入する。工業用ペイントミキサーを用いて、低速（１００〜２００ ＲＰＭ）で操作して、混合物を攪拌する。樹脂混合物中に存在するマイクロバル ーンを破壊しないようにするために、低速は不可欠である。これらのバルーンは 非常に高い圧縮強度を有しているにもかかわらず、それらの寸法は、ミキサーブ レードの高速衝撃が、球を破壊し、それらの密度減少能力を無効にし、硬化混合 物の強度を減少させる非常に強い衝撃力を受けてしまうような寸法なのである。 次、マイクロバルーンを充填した樹脂および硬化剤を、所望の硬化のために適 正な比率に計り分ける。次に、マイクロバルーンを傷つけないが、適正な硬化化 学反応が起こるような完全な混合を可能にする静止ミキサー（static mixer）を 用いて、樹脂と硬化剤とを混合する。静止ミキサーは、ミキサー中に導入される 樹脂および硬化剤の割合を調節する市販のメーターポンプに取り付けることがで きる市場で入手可能な機械である。この機械は、低剪断力での物質混合を容易に し、硬化剤および樹脂の正確な量が使用されることを保証する。混合物質を、嵌 合成形型(matched tool mold)に注入し、１８０〜２００°Fにおいて、約１時間 で硬化させる。この期間の後に、部品を型から取り出し、材料の次のバッチのた めに成形型を準備する。 樹脂および硬化剤の加熱、カップリング剤（例えば、チタネートまたはジルコ ネー ト）の使用、シンタクチックフォームに最適な充填材（例えば、セラミック微小 球）の選択、および低圧/低剪断力混合工程の使用、を組み合わせることによっ て、独特の、望ましい特性を有するコアー物質が製造される。充填材の容量％の 変動、およびカップリング剤の妥当な適用によって、ウッド、アイアン、および パターを包含する様々な種類のゴルフクラブのデザインに対して、所望の密度お よび硬度が得られる。 コアーの製造が完了すると、コアーは張力をかけながら連続ファイバー材を巻 き付ける。コアーを巻き付ける方法としては、コアーが連続ファイバーできつく 巻き付けられる限り、および、ボールを打つゴルフクラブヘッドのクラブ面に最 も近いコアーの少なくとも一部の回りに連続ファイバーが延在する限り、本発明 は限定されない。そのような構造を用いることによって、ゴルフクラブヘッド面 がボールを打つときに発生する衝撃荷重が、ゴルフクラブヘッド面の樹脂外殻を 貫通した後に、その下に位置するコアー上の連続ファイバーに伝達される。次に 、衝撃荷重が連続ファイバー上に均一に分配される。 コアーの製造に使用することができる可能な形状としては、クラブ面に最も近 いおよび近接するコアーの少なくとも表面が連続ファイバーで覆われるように、 コアーの正面から背面の回りに延在する１種またはそれ以上の連続ファイバーを コアーが有していてもよい。１種またはそれ以上の連続ファイバーが、コアーの 全表面の回りに延在するのが好ましい。コアーの全表面が、編組ファイバー構造 で覆われるのがより好ましい。 さらに、本発明の目的は、２種またはそれ以上の部材から成るコアーを用いて 達成してもよい。例えば、第一のコアー部材が連続ファイバーで巻き付けられる か、または編組され（braided）、他方、第二のコアー部材は巻き付けられない 。そのような１つの実施態様においては、完全に編組された第一のコアー部材が 、全く覆われていない第二のコアー部材中の対応する窪みに挿入されて、所望の 形および特性を有する完成コアーが形成される。 本発明に使用されるファイバー物質として、カーボン（例えば、グラファイト ）、KEVLAR（登録商標）、SPECTRA（登録商標）、アラミド、ナイロン、ガラス 、金属、または他の適切なファイバーを使用してもよい。 連続ファイバーの１つまたはそれ以上の層（好ましくは、１〜２層）を、コア ーの回りに巻き付けるのが好ましい。これは、例えば、New England Butt Braid erまたはその同等物のような、多軸編組機を用いてなされる。編組のファイバー 容量は、約３５％〜６５％容量部であり、編組角度は、約３０〜６０度である。 種々の選択方向においてゴルフヘッドを特異的に強化させ得る特性を有意に形成 するような編組角度の異なるファイバーの種類の混合物を使用するのが好ましい 。 従って、本発明によれば、１つまたは複数の外部編組層と共に、シンタクチッ クコアー、特に、セラミック微小球から製造されるシンタクチックコアーを、ド ライバーヘッドに使用するのが最も好ましい。シンタクチックフォームコアーが 構成されると、編組グラファイト複合ファイバーがそれを取り囲む。 グラファイト複合物は、ゴルフクラブにとって新規ではないが、本発明に使用 される巻き付けおよび編組構造は新規である。その通常の用途において使用され る編組は、織り（weaving）の形態であり、撚り合わされて編組を形成する多ス トランドの使用を包含する。本発明の新規用途における編組は、所定の形のゴル フクラブヘッドコアーの回りに、複数の連続グラファイトファイバーを織ること を包含する（図２参照）。 ファイバーに関して使用される「連続」という語は、ファイバーが脂外殻中に ばらばらに切断されて（例えば、通常、約１/４インチまたは１/８インチの長さ ）分散されているという状態ではなく、いずれか特定の方向に少なくとも一回、 コアーまたはコアー部材の全周囲にファイバーが延在していることを意味する。 連続ファイバーは、複数回、コアーまたはコアー部材を取り囲むのが好ましい。 編組工程により、クラブはその表面から背面の回りに至るまで連続ファイバーで 巻かれることになり、樹脂は硬質表面を形成することによってファイバーを保持 する手段となる。編組構造は、表面のいずれかの接触点からヘッド全体への衝撃 荷重を、均等に分配するのを助ける。編組されたものは、クラブヘッド全体に均 一なファイバー張力を与えることを可能にし、またそれは、グラファイトが極め て低い重量にかかわらず、強度において金属に匹敵する張力を備えていることの 応用である。 編組されると、次に、コアーを、クラブヘッドの最終の形および寸法を規定す る嵌合成形型に入れる。この型は、エポキシ、ウレタン、または他の適切な樹脂 系の注入 を可能にするのに充分な入口および出口を備えている。次に、型をまるごと減圧 室内に入れ、好ましくは水銀柱２９インチの減圧下に脱気する。こうすることに よって、空気の閉じ込めを防止し、気泡を含まないヘッドが形成される。樹脂を 加熱し、混合し、３０〜１００psiの圧力下で型に注入する。樹脂がコアーの回 りの編組ファイバーに浸透し、クラブヘッドの外表面を形成する。充填されると 、型を減圧室から取り出し、適切な最終硬化のために予熱した炉（樹脂系により 、１５０°F〜３５０°F）に入れる。完全硬化に達した後に、型を開け、ヘッド を取り出し、完成ゴルフクラブに組み立てる前に化粧仕上げをする。最終ゴルフ クラブは通常、クラブヘッド中に掘るかまたはドリルで開けた穴の中に、シャフ トを接着剤で結合させることによって、ヘッドをゴルフクラブシャフトに連結す ることによって形成される。 詳細に、および特定の実施態様に関連して、本発明を説明したが、本発明の意 図および範囲を逸脱することなく、種々の変更および改質をなし得ることは当業 者にとって明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラミレツ，スタン，エル. アメリカ合衆国 テキサス州 76133，フ ォートワース，サンタ リタ コート 7005 (72)発明者 スパルティン，ルイス，ピー. アメリカ合衆国 テキサス州 76162，フ ォート ワース，私書箱 16704

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外表面を有する中心コアー、クラブ面に最も近いコアーの外表面の少な くとも一部の回りに延在する少なくとも１種の連続ファイバー、ならびにコアー および連続ファイバーを覆う外部樹脂層を有して成るゴルフボールを打つための クラブ面を含むゴルフクラブヘッド。 ２．複数の連続ファイバーが中心コアーの全外表面の回りに延在する請求項 １に記載のゴルフクラブヘッド。 ３．複数の連続ファイバーが編組されている請求項２に記載のゴルフクラブ ヘッド。 ４．樹脂がエポキシまたはウレタン樹脂である請求項１に記載のゴルフクラ ブヘッド。 ５．連続ファイバーがグラファイト複合体から成る請求項１に記載のゴルフ クラブヘッド。 ６．中心コアーがシンタクチックフォームを含んで成る請求項１に記載のゴ ルフクラブヘッド。 ７．シンタクチックフォームが、約３０重量部未満の濃度でセラミック微小 球を含有する請求項６に記載のゴルフクラブヘッド。 ８．請求項１に記載のゴルフクラブヘッドを有して成るゴルフクラブ。 ９．外表面を有する中心コアーおよびコアーを覆う外部樹脂層を有して成り 、コアーがシンタクチックフォームを含んで成るゴルフボールを打つためのクラ ブ面を含むゴルフクラブヘッド。 １０．シンタクチックフォームが、エポキシ樹脂、充填材、硬化剤、および カップリング剤を含んで成る請求項９に記載のゴルフクラブヘッド。 １１．充填材が、ガラス、プラスチック、またはセラミックである請求項１ ０に記載のゴルフクラブヘッド。 １２．カップリング剤が有機金属チタネートである請求項１０に記載のゴル フク ラブヘッドコアー。 １３．充填材が、約３０重量部未満の濃度のセラミック微小球である請求項 １０に記載のゴルフクラブヘッド。 １４．さらにクラブ面に最も近い中心コアーの外表面の少なくとも一部の回 りに延在する少なくとも１種の連続ファイバーを含んで成る請求項９に記載のゴ ルフクラブヘッド。 １５．中心コアーの全外表面の回りに、複数の連続ファイバーが延在する請 求項１４に記載のゴルフクラブ。 １６．複数の連続ファイバーが編組されている請求項１５に記載のゴルフク ラブ。 １７．請求項９に記載のゴルフクラブヘッドを有して成るゴルフクラブ。 １８．エポキシ樹脂およびセラミック微小球を含んで成るシンタクチックフ ォームを含んで成るゴルフクラブコアー。 １９．所定の形態のシンタクチックコアーを準備すること； コアーの回りに連続ファイバーを巻き付けること； ファイバーの回りに樹脂を注入すること；および 樹脂を硬化すること； を含んで成るゴルフクラブヘッドの製造方法。 ２０．ファイバーが完全にコアーを取り囲む請求項１９に記載のゴルフクラ ブヘッドの製造方法。