(57)【要約】【課題】接合部における接合強度が向上し、打球時に安定した反発力を発揮し、しかも設計における自由度を高めることができるゴルフクラブヘッドを提供することを目的とする。【解決手段】接合部３において、ヘッド本体１とフェース部材２とは、突き合わせ面５で当接されている。突き合わせ面５を含むその周囲には、撹拌部６が形成されている。この撹拌部６は、摩擦撹拌接合法の接合の際にヘッド本体１及びフェース部材２の材料が著しく撹拌を受けてなる部分である。撹拌部６の周囲には塑性変形部７が形成されており、この塑性変形部７は、塑性流動と摩擦熱の影響をともに残した部分である。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料で構成された複数の接合部材を接合することにより得られた接合部を有するゴルフクラブヘッドであって、前記接合部は、接合の際に前記金属材料が撹拌されることにより形成された撹拌部と、前記撹拌部の周囲に位置し、前記接合の際に前記金属材料が塑性変形することにより形成された塑性変形部と、を含むことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項２】
前記撹拌部における結晶粒は、０．５〜２０μｍの粒径を有することを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項３】
先端にピンを有する接合ツールを用いて、金属材料で構成された複数の接合部材を接合することにより得られたゴルフクラブヘッドであって、前記接合部材のそれぞれの接合部を当接する工程と、前記接合部材が当接した部分に、前記ピンを回転させながら挿入して前記ピンを前記当接した部分に沿って移動させることにより前記接合部材に生じる摩擦熱及び塑性変形を用いて前記接合部材を接合する工程と、により得られたことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項４】
前記複数の接合部材は、異なる金属材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はゴルフクラブヘッドに関し、特に接合部の接合強度が高いゴルフクラブヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、ゴルフクラブヘッドでは、ヘッド本体とフェース部材との間やヘッド本体とウェイト部材との間を溶接により接合している。例えば、特許文献１には、ヘッド本体とフェース部材との間の接合にレーザー溶接法を用いる技術が開示されている。
【０００３】
この公報に開示されている技術では、レーザー溶接において、レーザー光の幅を制御することにより発熱の範囲を少ない幅とし、レーザー溶接の際に発生する熱によって影響を受ける部分の範囲をできるだけ小さくして、接合部材であるヘッド本体やフェース部材の強度低下を防止している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−５２８６７公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したレーザー溶接においては、ヘッド本体とフェース部材との間の接合部上にレーザーを照射して接合部をレーザーによる熱で表面から肉厚方向に溶融することにより溶接を行うため、接合部においてレーザー光を照射した幅でレーザーの照射方向（肉厚方向）に沿って溶融溶接部が形成され、照射方向にほぼ直線状の境界が形成される。従って、接合部材と溶融溶接部との境界近傍における強度が弱くなりがちであり、その境界近傍で破損が生じる恐れがある。
【０００６】
また、レーザー溶接法では、接合部材の溶融により接合を行うため、接合部において部分的な肉不足やビードが生じ、これにより接合部に凹部や突部が形成される。その結果、突部に対する研磨処理が必要になったり、ゴルフクラブの重量にばらつきが生じる。さらに、フェース部材の接合では、接合部におけるヘッド本体とフェース部材との境界で剛性のつながりが不連続となり易く、打球時のフェースの撓みにより応力集中が生じたり、安定した反発力が得られ難いとい問題がある。
【０００７】
また、レーザー溶接では、接合部材を構成する材料の融点以上の温度で行なう必要があり、異種材料で構成される接合部材をレーザー溶接する場合、融点や熱伝導率などの特性が近い材料（例えば、融点差２５０℃以下）同士を使用しなければ、接合部に脆弱な金属間化合物が生じたり、過剰な熱により接合部に割れが生じたりする。このため、設計における自由度を狭めることになる。
【０００８】
本発明は上記した問題に基づいてなされたものであり、接合部における接合強度が向上し、打球時に安定した反発力を発揮し、しかも設計における自由度を高めることができるゴルフクラブヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明のゴルフクラブヘッドは、金属材料で構成された複数の接合部材を接合することにより得られた接合部を有するゴルフクラブヘッドであって、前記接合部は、接合の際に前記金属材料が撹拌されることにより形成された撹拌部と、前記撹拌部の周囲に位置し、前記接合の際に前記金属材料が塑性変形することにより形成された塑性変形部と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、接合部の組織が変化する境界（撹拌部と塑性変形部との境界：曲線）が従来の接合法で形成された接合部の組織が変化する境界（母材と接合部との境界：ほぼ直線）よりも広くとれ、これにより、接合強度が高くなる。また、レーザー溶接のように、融点差を考慮する必要が無く、接合強度が高くなることによって、異種金属の組み合わせの自由度が増すと共に、ヘッドの大型化、軽量化、高反発化などのヘッド特性の設計自由度が増すゴルフクラブヘッドとすることが可能となる。
【００１１】
また、本発明のゴルフクラブヘッドは、先端にピンを有する接合ツールを用いて、金属材料で構成された複数の接合部材を接合することにより得られたゴルフクラブヘッドであって、前記接合部材のそれぞれの接合部を当接する工程と、前記接合部材が当接した部分に、前記ピンを回転させながら挿入して前記ピンを前記当接した部分に沿って移動させることにより前記接合部材に生じる摩擦熱及び塑性変形を用いて前記接合部材を接合する工程と、により得られたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、従来のレーザー溶接法よりも材料に与える熱量を小さくすることができ、それによる接合部材の強度低下を防止できると共に、レーザー溶接において起こる部分的な肉不足やビードに起因する接合部における突部の発生を防止できる。したがって、接合部において剛性に連続性が生じるため、打球時の撓みが接合部でなめらかになり、反発力を向上することができる。
【００１３】
なお、本発明のゴルフクラブヘッドにおいては、上記した撹拌部における結晶粒は、０．５〜２０μｍの粒径を有することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態においては、接合部材がヘッド本体とフェース部材とである場合について説明するが、本発明は、接合部材がヘッド本体及びフェース部材以外である場合にも同様に適用することができる。また、各実施の形態においては、ゴルフクラブヘッドとしてアイアンを用いた場合について説明するが、本発明は金属材料からなる複数の接合部材を接合してなるゴルフクラブヘッドであれば、アイアン以外のクラブにも適用することができる。
【００１５】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るゴルフクラブヘッドを示す正面図であり、図１（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、ゴルフクラブヘッドはヘッド本体１を備えている。ヘッド本体１は、フェース部材２を収容するための凹部を有するフェース部１ａと、フェース部に一体形成されたホーゼル部１ｂとを備えており、ホーゼル部１ｂには、シャフトＳが差し込まれる。
【００１７】
前記フェース部１ａに形成された凹部には、凹部とほぼ同じ形状のフェース部材２が嵌め込まれ、その接合部３においてヘッド本体１とフェース部材２とが接合されている。ヘッド本体１とフェース部材２との間の接合部３は、フェース面に設けられていることが好ましい。フェース面のような平面に接合部３を設けることにより、接合処理が容易となる。
【００１８】
また、図１（ｂ）に示すように、ヘッド本体１のソール部の下面側で、バック側には、凹部１ｃが形成されており、その凹部１ｃには、ウェイト部材４が嵌め込まれ、その接合部３において、ヘッド本体１とウェイト部材４とが接合されている。
【００１９】
接合部３における接合は、接合部材であるヘッド本体１と、フェース部材２又はウェイト部材４とを当接し、その当接部分に、先端にピンを有する接合ツールのピンを回転させながら挿入してピンを当接部分に沿って移動させることにより接合部材に生じる摩擦熱及び塑性変形を利用する摩擦撹拌接合法により行う。この接合法を用いることにより、ヘッド本体１と、フェース部材２又はウェイト部材４との間の接合部３における接合強度を向上させることができる。
【００２０】
上記接合法は、複数の部材を複数の接合部により接合して形成されるゴルフクラブヘッドにおいて、少なくとも１箇所の接合部、又は接合部の一部に用いても良い。例えば、フェース部材以外は、マグ溶接やレーザー溶接により接合しても良い。又、略長方形状のフェース部材においては、少なくとも長辺側を上記の接合法にすることで、短幅方向の反発力を向上させることができる。
【００２１】
ヘッド本体１の材料としては、ステンレス、マルエージング鋼、クロモリ鋼等の炭素鋼などを挙げることができ、フェース部材２の材料としては、チタン、チタン合金、マルエージング鋼、クロモリ鋼等の炭素鋼などを挙げることができる。フェース部材をチタン、チタン合金とし、本体をステンレス、炭素鋼とした組み合わせにより、高反発で、重心深度を深くすることができる。又、フェースを炭素鋼とすることにより、慣性モーメントを大きくできる。さらに、ウェイト部材４の材料としては、タングステン、タングステン合金、銅、銅合金などを挙げることができ、高比重材を使用することで、低重心化が図れると共に、重心深さを深くすることができる。
【００２２】
摩擦撹拌接合法で接合された接合部３は、図２に示すような構造を有する。この図に示すように、接合部３において、ヘッド本体１とフェース部材２とは、突き合わせ面５で当接されている。突き合わせ面５を含むその周囲には、撹拌部６が形成されている。この撹拌部６は、後述する摩擦撹拌接合法の接合の際にヘッド本体１及びフェース部材２の材料が著しく撹拌を受けてなる部分である。この撹拌部６における組織は、図３（ｃ）に示すようになっており、粒径が約０．５〜２０μｍの微細な結晶粒８ｃから構成されている。なお、撹拌部６の組織に図３（ａ）に示すような母材の結晶粒（粒径約４００〜８００μｍ）８ａが混在していても良い。
【００２３】
撹拌部６の周囲には、塑性変形部７が形成されている。この塑性変形部７は、塑性流動と摩擦熱の影響をともに残した部分である。塑性変形部７の組織は、塑性変形した母材の結晶粒８ｂが多く存在しており、図３（ｂ）に示すように、撹拌部６における組織の結晶粒よりも大きく、母材における組織の結晶粒よりも小さい程度のサイズの結晶粒を有する。
【００２４】
なお、接合部３は、図２における幅Ｄの領域で形成され、この幅Ｄは、後述する接合ツールの段差部（図５（ａ）参照）の外径とほぼ同じサイズである。また、図２において、破線は、接合における塑性流動を示す概略線であり、塑性変形部７において塑性流動が起こっていることを示す。
【００２５】
この接合法においては、後述する接合ツールのピン（回転部材）を回転させながら部材当接面に沿って移動させるので、撹拌部６は、接合中心（図２における突き合わせ面５）に対して左右対称にならず、断面が楕円形状となる。このため、摩擦撹拌接合法で形成された接合部の組織が変化する境界（撹拌部６と塑性変形部７との境界：曲線）は、従来の接合法で形成された接合部の組織が変化する境界（母材と接合部との境界：ほぼ直線）よりも広くとれる。これにより、摩擦撹拌接合法で形成された接合部の方が、接合強度が高くなる。
【００２６】
摩擦撹拌接合法を用いてヘッド本体１とフェース部材２とを接合すると、内側に撹拌部６が位置し、その周囲に塑性変形部７が位置するので、レーザー溶接において起こる部分的な肉不足やビードに起因する接合部における突部の発生を防止できる。したがって、接合部３において剛性に連続性が生じる。このため、打球時のフェースの撓みが接合部３でなめらかになり、反発力を向上することができる。
【００２７】
次に、本発明のゴルフクラブヘッドを製造する際に使用する摩擦撹拌接合法について説明する。
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、上記したゴルフクラブヘッドを製造する際に用いられる摩擦撹拌接合法を説明するための図である。
図４（ａ）に示すように、まず、接合部材であるヘッド本体１とフェース部材２のそれぞれの接合部を当接させて支持部材（図示せず）に支持する。接合部材の上方には、接合ツールである回転部材９が回転可能、昇降可能及び水平方向に移動可能に設置されている。そして、ヘッド本体１とフェース部材２の接合部を当接させた状態で回転部材９を矢印Ｘの方向に回転させる。回転部材９は、円筒形状を有しており、その接合側の端面には、回転部材９よりも外径が小さい段差部９ａが取り付けられている。また、段差部９ａの接合側の先端面には、ピン９ｂが取り付けられている。
【００２８】
次いで、図４（ｂ）に示すように、回転部材９を回転させながら回転部材９を下降させ、ピン９ｂをヘッド本体１とフェース部材２の当接部分に接触させる。このとき、ピン９ｂの回転により当接部分には摩擦熱が発生し、摩擦熱により材料が軟化する。また、当接部分においては、材料の塑性流動が起こる。
【００２９】
図４（ｃ）に示すように、さらに回転部材９を下降させて、段差部９ａがヘッド本体１及びフェース部材２に接するまでピン９ｂを当接部分に押圧すると、ピン９ｂが当接部分に入り込む。
【００３０】
次いで、図４（ｄ）に示すように、ピン９ｂを当接部分に挿入した状態で、矢印Ｙの方向に回転部材９を水平移動させる。このように当接部分に沿って回転部材９を移動させることにより、摩擦撹拌接合で接合部３が形成される。接合部３においては、ピン９ｂの回転により導入される摩擦熱及び塑性流動により、ヘッド本体１及びフェース部材２の接合部が接合される。この摩擦撹拌接合においては、固相状態のまま材料が軟化、撹拌して接合がなされるため、材料を溶融させて接合する場合のように、金属間化合物が生成したり、熱応力により割れが生じたりすることを防止できる。
【００３１】
摩擦撹拌接合法においては、回転部材の回転数、ピンの挿入深さ、回転部材の移動速度などにより接合部の状態が影響される。ここで、回転部材９の条件について説明する。
図５（ａ）は、上記実施形態に係るゴルフクラブヘッドの製造において採用されたピン挿入位置について説明するための図であり、図５（ｂ）は、そのピン挿入位置で接合を行った際の接合部を示す断面図である。
【００３２】
回転部材９の段差部９ａの外径は、ピン９ｂの外径の２〜５倍にすることが好ましい。また、ピン９ｂの長さは、接合部材の当接部分の深さの８０〜９０％にすることが好ましい。このように設定することにより、安定して接合を行うことができる。
【００３３】
回転部材９の回転数や移動速度は、接合部材の材料の融点以上に摩擦熱が生じない程度に設定することが好ましい。このため、接合部材の材料に応じて適宜設定することが好ましい。また、段差部９ａやピン９ｂの材料としては、摩擦熱に耐え得る材料にすることが好ましい。
【００３４】
このようなピン９ｂの挿入深さ、回転数、移動速度で図５（ａ）に示すように、回転部材９を矢印Ｘ方向に回転し、かつ矢印Ｙ方向（紙面に奥に向かう方向）に回転部材９を移動させると、図５（ｂ）に示すような接合部３となる。この場合、回転部材９の回転方向と移動方向が一致する側（図面向かって右側）がフェース部材２側になるようにする。
【００３５】
図５（ｂ）に示すように、接合部３においては、フェース部材２側の塑性変形部７ａが突き合わせ面５を越えてヘッド本体１側に延在する。これにより、フェース部材２の特性有効面が広くなり、撓み領域を拡大することができ、その結果、反発力の高いフェース部を構成することが可能となる。
【００３６】
本実施の形態によれば、ヘッド本体１とフェース部材２との間の接合部３において、接合の際に前記金属材料が撹拌されることにより形成された撹拌部と、撹拌部の周囲に位置し、接合の際に金属材料が塑性変形することにより形成された塑性変形部とを含むので、接合部の組織が変化する境界（撹拌部６と塑性変形部７との境界：曲線）が従来の接合法で形成された接合部の組織が変化する境界（母材と接合部との境界：ほぼ直線）よりも広くとれる。これにより、接合強度が高くなる。
【００３７】
また、接合強度が高くなることにより、ヘッドの大型化、軽量化、高反発化などのヘッドの特性の設計自由度が増すゴルフクラブヘッドとすることが可能となる。
【００３８】
さらに、本実施の形態に係るゴルフクラブヘッドの接合部は、摩擦熱と塑性流動により形成されたものであるので、従来のレーザー溶接法よりも材料に与える熱量を小さくすることができ、それによるヘッド本体１とフェース部材２の強度低下を防止できると共に、レーザー溶接において起こる部分的な肉不足やビードに起因する接合部における突部の発生を防止できる。従って、接合部３において剛性に連続性が生じ、打球時のフェースの撓みが接合部３でなめらかになり、反発力を向上することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
本実施の形態では、摩擦撹拌接合の際の接合ツールのピン９ｂの挿入位置をヘッド本体１側にずらした場合について説明する。
図６（ａ）は、本実施の形態に係るゴルフクラブヘッドの製造において採用されたピン挿入位置について説明するための図であり、図６（ｂ）は、そのピン挿入位置で接合を行った際の接合部を示す断面図である。
【００４０】
本実施の形態においては、図６（ａ）に示すように、接合ツールである回転部材９のピン９ｂがヘッド本体１とフェース部材２との間の突き合わせ面５よりもヘッド本体１側にずれて（ピン９ｂの側面が突き合わせ面５とほぼ一致するように）挿入される。その他の条件については実施の形態１と同様である。
【００４１】
このようにしてヘッド本体１とフェース部材２とに摩擦撹拌接合を行った場合、図６（ｂ）に示すように、第１実施形態の場合よりも撹拌部６がヘッド本体１側にずれる。このため、フェース部材２への熱などの影響を少なくすることができ、フェース部材２における物性変化を抑えることがきる。その結果、撓み領域をより拡大することができ、その結果、反発力のより高いフェース部を構成することが可能となる。
【００４２】
（第３実施形態）
本実施の形態では、ヘッド本体１とフェース部材２との間の突き合わせ面５ａをヘッド本体１及びフェース部材２の表面に対して斜めにした場合について説明する。
図７（ａ）は、本実施の形態に係るゴルフクラブヘッドの製造において採用されたピン挿入位置について説明するための図であり、図７（ｂ）は、そのピン挿入位置で接合を行った際の接合部を示す断面図である。
【００４３】
本実施の形態においては、図７（ａ）に示すように、ヘッド本体１とフェース部材２との間の突き合わせ面５ａがヘッド本体１及びフェース部材２の表面に対して斜めに形成されている。その他の条件については、上記第１実施形態と同様である。
【００４４】
このようにしてヘッド本体１とフェース部材２とに摩擦撹拌接合を行った場合、図７（ｂ）に示すように、第１実施形態の場合よりもフェース部材２の塑性変形部７ａが広く延在する。このため、フェース部材２の特性有効面が広くなり、撓み領域をより拡大することができ、その結果、反発力のより高いフェース部を構成することが可能となる。
【００４５】
（第４実施形態）
本実施の形態においては、接合部３をヘッド本体の周辺部、すなわちトップ部及びトウ部にまで形成する場合について説明する。
図８（ａ）は、本実施の形態に係るゴルフクラブヘッドを示す正面図であり、図８（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４６】
図８（ａ），（ｂ）に示すように、接合部３がヘッド本体１の周囲、すなわちトップ部１ｄやトウ部１ｅにまで延在している。このように接合部３をヘッド本体１の周囲にまで延在させることにより、フェース部を広く形成することができ、反発力の高いフェース部を形成することができる。
【００４７】
この場合、図８（ｂ）に示すように、接合部３の厚さｔを接合部３の幅ｈ（トップ部１ｄ又はトウ部１ｅにおける平面部分の幅）の半分以下に設定することにより（ｔ≦ｈ／２）、安定して接合加工を行うことができる。なお、この設定はトップ部１ｄ、及びトウ部１ｅの少なくとも一方を設定すれば安定して接合加工を行うことができる。
【００４８】
本発明は、上記した実施の形態に限定されず種々変更して実施することができる。上記した実施形態においては、ゴルフクラブヘッドのヘッド本体とフェース部材との間の接合について説明しているが、それ以外の部分についても適用することができる。例えば、ウッド型のゴルフクラブヘッドでは、複数に分割されているヘッド本体の外殻部材同士を接合する際にも適用することが可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のゴルフクラブヘッドは、金属材料で構成された複数の接合部材を接合することにより得られた接合部が、接合の際に金属材料が撹拌されることにより形成された撹拌部と、撹拌部の周囲に位置し、接合の際に金属材料が塑性変形することにより形成された塑性変形部とを含むので、接合部における接合強度が向上し、打球時に安定した反発力を発揮し、しかも設計における自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は、ゴルフクラブヘッドを示す正面図、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図２】図１に示すゴルフクラブヘッドの接合部の構造を示す断面図。
【図３】（ａ）は母材の組織を示す図、（ｂ）は塑性変形部の組織を示す図、（ｃ）は撹拌部の組織を示す図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）を含み、上記したゴルフクラブヘッドを製造する際に使用する摩擦撹拌接合法を説明するための図。
【図５】（ａ）は、ゴルフクラブヘッドの製造において採用されたピン挿入位置について説明するための図、（ｂ）は、そのピン挿入位置で接合を行った際の接合部を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るゴルフクラブヘッドの製造法を説明する図であり、（ａ）は、ピン挿入位置について説明するための図、（ｂ）は、そのピン挿入位置で接合を行った際の接合部を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るゴルフクラブヘッドの製造法を説明する図であり、（ａ）は、ピン挿入位置について説明するための図、（ｂ）は、そのピン挿入位置で接合を行った際の接合部を示す断面図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るゴルフクラブヘッドを示す図であり、（ａ）は、正面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１  ヘッド本体
２  フェース部材
１ａ  フェース部
１ｂ  ホーゼル部
１ｄ  トップ部
１ｅ  トウ部
３  接合部
４  ウェイト部材
５，５ａ  突き合わせ面
６  撹拌部
７，７ａ  塑性変形部
８ａ，８ｂ，８ｃ  結晶粒
９  回転部材
９ａ  段差部
９ｂ  ピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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