(57)【要約】フェース部材の背面に、アークハイト値０．３０〜０．８０ｍｍＡというハードなピーニング処理を施し、フェース部材の背面に大きな圧縮応力を残留させる。これにより、ボールの打撃時にフェース背面に発生する最大応力が低下し、フェース部の疲労、破壊、変形を防止する効果が得られる。ピーニングに用いるショット材は直径１〜３ｍｍの球形のものが好適である。本発明により、ゴルフクラブヘッドのフェース部は薄肉にすることが可能となり、これを利用して、ゴルフクラブヘッドの反発性の向上、慣性モーメントの増大更に重心位置の最適化を図ることができる。その結果、飛距離、方向性とも優れるゴルフクラブを提供することが可能となる。
2004078277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェースの背面にアークハイト値０．３ｍｍＡ以上のハードピーニング処理されたことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項２】
粒径１〜３ｍｍのショット材を使用してピーニング処理したことを特徴とする上記１に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項３】
フェースの背面の中央部分のみにハードピーニング処理されたことを特徴とする上記１に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項４】
アークハイト値を０．８ｍｍＡ未満としたことを特徴とする上記１に記載のゴルフクラブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】    本発明は金属製のゴルフクラブヘッドに関する。
【背景技術】    従来、ゴルフクラブヘッドの内面に、ピーニング処理を施すことで、スケール除去と応力残留による疲労強度の向上を図ることが出来ると考えられてきた。例えば、日本国特開２００３−１０３６６号公報等に記載されている。
しかし、本発明者らの研究によれば、単にピーニング処理を施しても効果が得られない場合が多く、条件によっては逆に疲労破壊の原因になることが判明した。具体的には、アークハイト値０．３ｍｍＡ未満の一般的なショットピーニング処理を行った場合は、疲労強度の向上が見られなかった。また、ピーニングにより表面に傷がつく場合が判明し、これが疲労破壊の発端になるおそれが予測された。
また、ピーニングによって部材に好ましくない変形を生じたり、ピーニングによる微細な傷が疲労破壊を起こすおそれも判明した。アークハイト値０．８ｍｍＡを超えるハードなショットピーニングを行った場合は、ピーニングによって部材が大きく変形してしまい、ゴルフクラブヘッドの機能や美観を損ねるなど、事実上ゴルフクラブの製造が困難であった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、ピーニング処理によるフェース部の疲労、破壊、変形を防止効果を実効あるものとし、より薄肉で反発性が高く、慣性モーメントが大きく、飛距離、方向性とも優れるゴルフクラブヘッドを提供することを課題とする。
【発明の開示】
本発明は、フェースの背面にアークハイト値０．３ｍｍＡ以上０．８ｍｍＡ未満のハードピーニング処理されたことを特徴とするゴルフクラブヘッドにかかるものである。固体のショット材を用いたショットピーニングの場合は、ショット材は角の無い形状のものを用いるべきであり、直径１〜３ｍｍの球体が理想的である。ショットピーニング法以外では、レーザーピーニング法も好適である。ピーニング処理は、最低限フェース背面の中央部にピーニング処理を施すべきである。
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
１、フェース背面にアークハイト値０．３ｍｍＡ以上のハードなピーニング処理を行うため、フェース背面部に大きな圧縮応力が残留する。
２、ショットピーニングの場合は、角の無い形状を有するショット材を用いるため、ピーニング処理によって表面に傷がつくことを防止できる。
３、材料表面には圧延その他の加工時に生じた筋状の微細傷があるが、ピーニング処理により、この筋状の微細傷が消える。但し、ショットピーニングの場合はショット材が直径１〜３ｍｍの場合である。
４、アークハイト値０．８ｍｍＡ未満としたため、ピーニングによって生じる部材の変形を抑えられる。ピーニング処理をフェース中央部のみに限定することで、更に部材の変形を最小に抑えられる。
ゴルフクラブのフェース部は、打撃時にその背面に大きな引張応力が働くところ、上記１の通り本発明のゴルフクラブヘッドはフェース背面に圧縮応力が残留しているため、引張応力が圧縮応力に相殺されて打撃時に生じる応力が小さくなる。更に、上記３の通り材料がそもそも有している表面の微細傷を消し、疲労破壊の発端となりうる要素を消している。これらにより、本発明のゴルフクラブヘッドは極めて疲労強度が高く、加えて打撃による永久変形を生じにくいものとなる。しかし、ピーニングにより新たな微細傷を作っては逆効果となりかねない。そこで、上記２の通り、微細傷を作るおそれのあるショットピーニングの場合は、角の無いのショット材、理想的には球体のショット材を用いて、これを防止している。
本発明を利用すれば、ゴルフクラブヘッドを一層薄肉にすることができ、これを利用して反発性の向上、慣性モーメントの増大更に重心位置の適切化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】    図１、図２は、いずれも本発明を適用するに好適なウッドヘッドの一例の斜視図であり、符号１はフェース、符号２はヘッド本体を示す。なお、以下全ての図においてこれらの符号は共通である。
図３は、本発明を適用するに好適なアイアンヘッドの一例の斜視図である。
図４は、本発明を適用するに好適なウッドヘッドの更に他の例であって、フェースの上下から後方に延びる延出部を有する例の斜視図である。
図５は、本発明を適用するに好適なアイアンヘッドの更に他の例であって、フェースの上下から後方に延びる延出部を有するの例の斜視図である。
図６は、本発明の効果を検証するために用いた試験用ヘッド本体２−Ｔと試験用フェース１−Ｔの正面図である。
図７は、ボール打撃試験におけるアークハイト値とフェース破壊に至る打数の関係を示すグラフである。
図８は、ボール打撃試験におけるアークハイト値と１０００打後のフェースの凹み変形量の関係を示すグラフである。
図９は、ショットピーニングの一般的説明図であって、ショット材３とワーク４の衝突状態を示す図である。本発明においてショットピーニングを実施する場合、ワーク４はフェース１に該当する。
【発明を実施するための最良の形態】    まず、ピーニング処理の一般的効果について、ショットピーニングの場合で説明する。ショットピーニングは、図９に示す通りショット材３の衝突によってワーク４の表面付近を局部的に変形する。ショット材３と衝突を多数繰り返すことで、ワーク４の衝突面付近にはワーク４の肉厚方向及び衝突面方向に圧縮応力が残留することとなる。この結果、ワーク４の衝突面方向に生じる応力は、おおよそ衝突面の表面側が大きく、内側ほど小さいという分布になる。詳細に見ると残留応力が最大となるのは表面ではなく、表面より僅かに内側になるが、これについては後に詳述する。他のピーニング方法も、ほぼ同様な応力を残留させる。
本発明のゴルフクラブを製造する場合の概要について説明する。本発明はあらゆる形状、構造のゴルフクラブヘッドに適用可能であるが、図１〜５に示すような一又は二以上の部材からなるヘッド本体２にフェース１を接合する構造のゴルフクラブヘッドが好適である。ピーニング処理を施すフェース背面を有するフェース１がヘッド本体２とは別部材になるため、ピーニング処理が容易だからである。更に、フェース１に高強度な材料を採用し、本発明の効果とあわせ、より一層の高強度化を図ることも可能である。
フェース１とヘッド本体２を接合する工程は、ピーニング処理を行った後にするのが好適である。前述のとおりフェース単体の状態でピーニング処理することが出来るために処理がしやすいからである。また、不要な部分にピーニング処理がなされ、不要な変形してしまうことも防止できる。もっとも、フェース１とヘッド本体２を接合する工程をピーニング処理の前に行うことも可能である。例えば、ヘッド本体２の一部に開口部を設け、該開口部を通じて処理を行う方法がある。但し、ヘッド本体２の構造が複雑になりがちである。一方、ゴルフクラブヘッドで最も一般的な接合である溶接の熱によって本発明の効果が失われる可能性を排除できる効果もあり、他の要素との兼ね合いを考慮して選択すべきである。
熱による本発明の効果の消失のおそれについて、及びフェース１とヘッド本体２の接合について説明する。金属材料は温度によって組織が変化することが知られており、熱処理はこれを利用したものである。組織が変化してしまえば、残留した応力は消失してしまう。残留応力が失われる温度としては、金属材料の再結晶化温度が目安と考えられる。従って、ピーニング処理の効果を必要とする部分が再結晶化温度以上にならないようにしなければならない。再結晶化温度は金属の種類によって異なるが、ゴルフクラブヘッドに使用されるステンレス鋼、マルエージング鋼、チタン合金の場合は、およそ３００℃と比較的低い温度である。
よって、本発明のゴルフクラブヘッドを製造するにあたっては
・接合を要しないゴルフクラブの形状とするか、
・加熱を要しない接合を選択するか、
・ピーニング処理前に接合する
ことができれば理想的と考えることもできる。
接合を要しない形状とする場合、接合強度を考慮する必要がなくなり、極めて製造が容易である。しかし、ゴルフクラブの形状が著しく制限され、極めて少ない種類のゴルフクラブにしか適用できない。一般にウッドクラブや中空アイアンと言われる中空型のゴルフクラブヘッドの製造は不可能である。また、いわゆるポケット型アイアンと言われる背面の凹部がアンダー構造となっているゴルフクラブヘッドの製造も困難である。
加熱を要しない接合の例として、かしめ、ピン・ねじ止めといった機械的接合方法あるいは接着が考えられる。加熱を要しない点で非常に好ましいが、接合強度の点で問題がある。隙間、がたつき等を生じやすいことも難点である。
ピーニング処理前に接合する方法は、前述の通りである。
以上を考慮し、本発明者らは、前記３つの方法よりも、ピーニング処理後に各種溶接法で接合を行う方法が現実的と判断した。ピーニング処理前に接合する方法が次善の策と考える。もっとも、あくまで発明時点の接合技術を前提にした判断であるので、本発明の範囲をこれらに限るものではない。
以下、ピーニング処理後に行う接合を行う場合に好適な溶接手段を説明する。レーザー溶接や電子ビーム溶接といった極めて小さい範囲のみを加熱する接合方法が最適である。これらの接合方法は効率よく接合部のみに加熱するため、ピーニング処理部に到達する熱量が少ないため、ピーニング処理部の温度の上昇は最小限ですむ。ただし、それでもピーニング処理部の温度上昇はあるので、これを防止する策を併用するのが、より好ましい。例えば、ピーニング処理部に冷却気体を吹き付けながら溶接を行う方法、ピーニング処理部に放熱部材を接触させながら溶接を行う方法等である。これら冷却・放熱の能力を高めることが出来れば、一般的なティグ溶接等の選択も可能になってくる。なお、冷却気体は、接合部及びその周辺の酸化等を防止する観点から、不活性ガスを用いるのが好適である。
レーザー溶接や電子ビーム溶接は、接合される部材間の隙間が小さくなければならないので、双方の接合部分に機械加工を加えるのが理想的である。
ゴルフクラブヘッドの部材形状でも、ピーニング処理部への熱伝導を防止することが可能である。一例として、図４、５に示すような上下から後方へ伸びる延出部を有するフェース１をあげることができる。接合部がピーニング処理の効果が最も必要なフェース中央から離れるため、接合時の熱が伝導する量が少なくなり、当該部分の温度上昇を小さくすることができる。
なお、上記のピーニング効果減少、消失は、接合時に限るものではなく、ピーニング処理後の全ての処理に関係するものであるから、特にフェース１の中央付近については、３００℃以上の温度となる熱処理等も行うことが出来ない。従って、熱処理を必要とする場合はピーニング処理の前に行うべきである。当然のことながら、３００℃を超えない低温処理は、ピーニング処理後でも可能である。
以上より、本発明者らが考える本発明の最良の実施形態は以下の通りである。
・ヘッド構造として、図４、５に示すような上下から後方へ伸びる延出部を有するフェース１を採用する。
・フェース１には予め熱処理を行う。
・その後、フェース１の背面にアークハイト値０．３ｍｍＡ以上０．８ｍｍＡ未満のピーニング処理を行う。
・ピーニングの方法は、直径１〜３ｍｍの球体のショット材を用いたショットピーニング、あるいはレーザーピーニングとする。
・ピーニング処理の前又は後に、フェース１とヘッド本体２の接合部分に機械加工を加え、接合部の隙間が小さくなるようにする。
・更にその後、レーザー溶接あるいは電子ビーム溶接にて接合する。
・上記溶接は、ピーニング処理部には冷却した不活性ガスを吹き付けながら行う。
以下、本発明者らが本発明を実施、試験した結果を示す。
ピーニングの効果を確認するため、図６に示す試験用ヘッド本体２−Ｔに試験用フェース１−Ｔをねじ止めしたゴルフクラブヘッドにて、ゴルフボールを繰り返し打撃し、１０００打後の変形量及び破壊に至った打撃数を記録した。なお、打撃はヘッドスピード４０ｍ／ｓｅｃで行った。
試験用ヘッド本体２−Ｔは、外側９０ｍｍ×７０ｍｍ、内側７０ｍｍ×４０ｍｍの枠であり、側部にシャフト取り付け用のネックが、ロフト角１５°になるように設けられている。また、四隅には試験用フェース１−Ｔを固定するためのねじ穴が設けられている。試験用フェース１−Ｔは、試験用ヘッド本体２−Ｔの外形と同じ９０ｍｍ×７０ｍｍの板材とし、肉厚は約２．２ｍｍである。また、試験用ヘッド本体２−Ｔに接しない中央部７０ｍｍ×４０ｍｍの部分の背面側にほぼ均等に超音波ショットピーニング装置でショットピーニング処理を施し、四隅に設けられた穴にねじを通して試験用ヘッド本体２−Ｔに固定される。
試験用フェース１−Ｔの第一の試験材料は１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌの組成を有するチタン合金の圧延材である。第二の試験材料は１５Ｖ−６Ｃｒ−３Ａｌの組成を有するチタン合金の圧延材、第三の試験材料は１５Ｖ−３Ｓｎ−３Ｃｒ−３Ａｌの組成を有するチタン合金の時効処理材である。これらにアークハイト値の異なるショットピーニング処理を施した。
実験結果を表１〜３及び図７、８に示す。表１〜３中、破壊打数は試験用フェース１−Ｔが破壊した時の打数である。１０００打後の変形量は、最初は平面であった試験用フェース１−Ｔの打撃面の中央部が、１０００回の打撃後に凹んだ量を示している。また、比較例１−１、２−１、３のアークハイト値は０．００ｍｍＡとなっているが、これはピーニング処理を施していないことを意味している。実測肉厚は、ショットピーニング後に実測した肉厚であり、試験用フェース１−Ｔの肉厚を数箇所計測した平均値である。アークハイト値は、その試験用フェース１−Ｔに施したピーニング処理の値である。使用ショット材径はショットピーニングに使用したショット材の直径である。図７、８は、ぞれぞれ破壊打数、１０００打後の変形量を材料毎にアークハイト値でプロットしたものである。
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表１は、上記第一の試験材料の実験結果である。比較例１−２はアークハイト値０．２０ｍｍＡであり、ゴルフクラブヘッドへのピーニング処理として従来知られている方法では、これでもかなり強いピーニング処理である。しかし、ピーニング処理をしていない比較例１−１とほぼ同じ打数で破壊に至っており、疲労強度の改善は見られなかった。一方、アークハイト値０．４０、０．６６ｍｍＡという非常に強いピーニング処理を施した実施例１−１〜３では、破壊打数で比較例１−１〜２の倍以上となっており、疲労強度が明らかに改善された。これは図７により一層明らかである１０００打後の変形量を比べても、実施例は比較例より改善されている。
以上より、本試験においては、疲労強度の向上、永久変形の防止の両面において、アークハイト値は大きいほど効果があり、特に疲労強度の向上においてはアークハイト値０．２０ｍｍＡと０．４０ｍｍＡの境界があって、これ以上のアークハイト値を取らないと効果が得られないことが判明した。
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表２は、上記第二の試験材料の実験結果である。１０００打後の変形量を見ると、アークハイト値０．２０ｍｍＡではピーニング処理をしていない場合と同じであるが、アークハイト値０．４０ｍｍＡ以上では明確に変形量が小さくなっており、この間に境界がある。図８からは一層これが明確である。図７から、破壊打数においてはアークハイト値の臨界的境界は見いだせないが、アークハイト値が大きくなるほど破壊打数が増え、疲労強度が向上していることが分かる。
以上より、本試験においては、疲労強度の向上、永久変形の防止の両面において、アークハイト値は大きいほど効果があり、特に永久変形の防止においてはアークハイト値０．２０ｍｍＡと０．４０ｍｍＡの境界があって、これ以上のアークハイト値を取らないと効果が得られないことが判明した。
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表３は、上記第三の試験材料の実験結果である。本例は、ピーニング処理を施した場合とアークハイト値０．６０ｍｍＡのピーニング処理を施した場合の比較であるが、ピーニング処理を施した場合に破壊打数、１０００打後の変形量とも向上しており、疲労強度の向上と永久変形の防止という本発明の効果が確認された。
以上のとおり、疲労強度の向上と永久変形の防止という両方の効果を、ゴルフクラブヘッドで一般的な材料で確実に得られる境界はアークハイト値で０．２０ｍｍＡと０．４０ｍｍＡの間、即ちアークハイト値０．３０ｍｍＡにあることが明らかとなった。
一方、このような部分的に残留した応力は、ピーニング処理面と平行な方向のモーメントを発生せしめ、ピーニング処理面側が凸となる変形、そりを発生させてしまう。このそりによって、衝突面側近傍の圧縮応力は低下し、反対の面近傍には引っ張り応力を発生するため、前記モーメントがゼロとなり、安定するからである。即ち、一方の面近傍に面方向の圧縮応力を残留させる限り、そりは不可避である。なお、ピーニング処理部とはピーニング処理により応力の残留した部分全てを意味し、ピーニング処理面とはピーニング処理部のうちの処理を施した側の表面を意味する。
本発明者らは、表１〜３に記載した材料、条件で、アークハイト値０．８０ｍｍＡのショットピーニングもテストしたが、ショットピーニングにより試験用フェース１−Ｔは大きなそりが発生し、打撃試験を行うことが出来なかった。ゴルフクラブヘッドのフェースは、ウッドヘッドの場合は外に凸、アイアンヘッドの場合は平面でなければならないが、フェース１の背面にピーニング処理を施した場合、そりはフェースを凹ます方向に発生するため、そりが大きいとゴルフクラブヘッドとして機能しない。即ち、ピーニング処理で残留させる応力が大きいほど、打撃時に発生する応力を小さく抑えることが出来る一方、フェース面のそりも大きくなってしまい、ゴルフクラブの製造が困難になる問題を有するのである。前述の通りアークハイト値０．６６ｍｍＡの試験用フェース１−Ｔは十分に平面性を保っており、試験用ヘッド本体２−Ｔに取り付けて打撃することが可能であった。以上より、アークハイト値が０．８０ｍｍＡ以上では実際のヘッドでの使用は困難であり、アークハイト値は０．８０ｍｍＡ未満とすべきと考えられた。
但し、予め試験を行い、ピーニングによる変形量を測定し、その変形を見込んだ形状にフェース１を成形してピーニング処理を行い、所望の形状のフェース１を得る方法もある。アークハイト値０．８０ｍｍＡ以上の、よりハードなピーニング処理を必要とする場合、又はこれ未満のアークハイト値でも、より高精度なフェース１を必要とする場合に適用できるであろう。アークハイト値０．８０ｍｍＡ未満とした場合は、そのような予備試験や成形が不要ということである。
以下、ピーニング処理の詳細について説明する。まず、上述の通り、ピーニング処理は圧縮応力を残留させるので、打撃時に引っ張り応力の発生する部位に施せば最大応力を小さくすることができる。逆に圧縮応力の発生する部位に施すと、ピーニング処理による圧縮応力と打撃による圧縮応力が加えられ、最大応力が大きくなってしまい、疲労を促進し、破壊を招くおそれがある。ゴルフクラブヘッドのフェース１の表面側にピーニングを施したゴルフクラブヘッドが知られているが、まさにこの逆効果の場合に該当するので留意すべきである。フェース１の表面側にピーニング処理を施すとしたら、せいぜいスケール除去等を目的とし、残留応力の極めて小さい処理にとどめるべきである。
また、ピーニング処理は変形を発生させることから、処理範囲は必要最小限に留めるのが好ましく、打撃時に大きな引っ張り応力が発生するフェース背面の中央近傍のみに施すのが最適である。ゴルフクラブヘッドやフェース１の形状で大きな引っ張り応力の発生する範囲が変わるので、ＦＥＭによるシミュレーションなどを行って個別に処理範囲を決定するのが望ましいが。おおよその目安としてはフェース中央を中心とする横３ｃｍ、縦２ｃｍの楕円の範囲程度にピーニング処理をするのが好適であろう。
前述の通りピーニング処理の方法は、ショットピーニングのほかにレーザーピーニングも好適である。レーザーピーニングは、材料表面にレーザーを照射し、材料がアブレーションすることにより発生する高圧のプラズマによって生み出される高いインパルス（力積）を利用して応力を残留させるものである。一般にレーザーピーニングは、ショットピーニングよりも深い層まで応力を残留させることが出来るとされており、疲労強度をより高めることが出来る。また、ショット材を使用しないので、ショット材による凹みが悪影響をもたらすおそれも無い。
ショットピーニングの場合は、超音波ショットピーニングが有利である。ショット材の粒数が少なく、かつ交換も容易で、滑らかな面が得やすいからである。エア式ショットピーニングでは、大量に高価な粒を使用し、長期間の使用で粒新円度がくずれ、安定して滑らかな表面が得にくい点で不利である。また、ショット材と同時に液体を噴射する方法も考えられる。ウエットピーニング、ウオーターピーニング又はウオータージェットピーニングと呼ばれるものである。
ショットピーニングの場合、使用するショット材３はフェース１の材料より硬度の大きい材料を使用する必要がある。本発明者らが行った前述の試験では、高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２を用いた。これは硬度Ｈｖ７９０程度であり、試験用フェース１−Ｔに用いた各種チタン合金の硬度（大体Ｈｖ３５０程度）より大きい。ショット材の硬度が小さいと、フェース１と衝突しても十分な局部的変形を生じさせることができず、圧縮応力を残留させることが出来ないからである。
また、ショット材３はある程度以上の大きさのものを使用すべきである。前述のとおり、本発明はピーニング処理面の微細傷を消す効果もある。この微細傷は金属材料の圧延等に従って生じる筋状のものである。ショット材３が小さいと、十分にこの微細傷を消せないからである。またショットピーニングはショット材３による凹みをつくるから、ショット材３が小さいと凹みも小さくなり、その凹み自体が疲労破壊の発端になりかねないからである。本発明者らの試験では、ショット材３を直径１ｍｍ以上の球とすれば前記微細傷を十分に消せ、かつショット材３の作る凹みが疲労破壊の発端にもならなかった。以上より、ショット材３は角の無い形状で且つある程度大きいものを使うべきと者えられ、直径１ｍｍ以上の球体が理想的である。
但し、ゴルフクラブヘッドの処理に用いることが出来る現状のピーニング装置を考慮すると、ショット材径は上限を３ｍｍとすべきである。これ以上大きいと、ショット材が重くなり、ピーニング装置がショット材を十分に加速できず、必要なアークハイト値を得られなくなるからである。
ピーニングに関する更に好適な例について説明する。まず、ピーニング処理を２回行う方法がある。最初に行ったピーニング処理より穏やかな、即ちアークハイト値の小さいピーニング処理を２回目に施すのである。ピーニング処理によって硬度が最も大きくなり、応力が最も残留するのは表面ではなく、多少内側になる。しかし、打撃時に最も大きな引張応力が発生するのは表面なので、できれば表面の硬度、残留応力を高めたい。そこで、ややソフトなピーニングを加えてこれを実現するものである。
前述のショット材による凹みが疲労破壊の発端になることの防止策として、ピーニング処理面に樹脂をコーティングする方法がある。樹脂としてはエポキシ系が好適であり、これに金属粉を混合することも好適である。小さな傷状になっている前記凹部に樹脂が入り込むことで、ノッチ効果が防止されるからである。
本発明に窒化処理を併用するのも好適である。前述のようにショットピーニングによる残留応力は比較的浅い層に限られるので、打撃により発生する応力が大きい場合は不十分である場合もありえる。窒化は金属組織内に窒素原子又は分子を強制的に侵入させるので、残留応力を生じる。しかも、ショットピーニングの効果が及ぶ層よりも深い層まで窒素が入り込むので、残留応力も深い層まで生じさせることができる。但し、侵入させる窒素原子等の量に限界があるので、発生させられる残留応力にも限界がある。一方、打撃によりフェース１に発生する引張応力は背面が最も大きく、内側になるほど小さくなり、肉厚の中央付近でゼロとなる。残留応力はこれをキャンセルするように発生させておけばよいので、窒化で深い層まで応力を残留させ、ピーニング処理で背面付近の残留応力を更に高めてやるのである。
前述のとおり、残留応力は再結晶化温度を超えると消失するので、先に窒化を行い、後でピーニング処理をするのが好ましい。但し、最近行われつつある低温での窒化方法ならば、ピーニング処理後に行うことも可能である。このような低温窒化をゴルフクラブに適用することについては、本出願人が行った日本国特許出願２００３−１２１２５９号の明細書及び図面を参照されたい。
また、ショット材３にＣ６０やＣ７０などのフラーレン類、カーボンナノチューブ又はナノダイヤモンドなどのナノスケール物質を混ぜてショットピーニングを行うことも好適である。ショットピーニング時にナノスケール物質が金属材料内に侵入し、これによる強度の向上も得られるからである。なお、ナノスケール物質を混入した金属材料でゴルフクラブヘッドを製造することについては、本出願人が行った日本国特許出願２０００−１９０１９２号（日本国特開２００２−０００７７８号公報）の明細書及び図面を参照されたい。ナノダイヤモンドには、直径５ｎｍ程度の単結晶ダイヤモンド又は直径１５ｎｍ程度の多結晶構造からなる若しくはクラスター化したダイヤモンドがある。
尚、本発明のゴルフクラブヘッドは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】    以上のように、本発明にかかるゴルフクラブヘッドは、フェースを薄肉化し、反発性の向上、慣性モーメントの増大および重心位置の最適化が可能であって、打球の飛距離及び方向性、ゴルファーにとっての操作性に優れたゴルフクラブの提供を可能とするものである。
【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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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月12日(2004.7.12)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）フェースの背面に、粒径１〜３ｍｍのショット材を使ったショットピーニング処理又はレーザーピーニング処理を、アークハイト値０．３ｍｍＡ以上０．８ｍｍＡ未満の範囲で施したことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項２】
（補正後）フェースの背面に、粒径１〜３ｍｍのショット材を使ったショットピーニング法又はレーザーピーニング法により、アークハイト値０．３ｍｍＡ以上０．８ｍｍＡ未満の範囲で１回目のピーニング処理を施し、更に１回目のアークハイト値より小さなアークハイト値で２回目のピーニング処理を施したことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項３】
（補正後）熱処理、溶接等の部材の高温化を従う接合や処理を、ピーニング処理前に完了させることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のゴルフクラブヘッド。
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月17日(2004.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェースの背面に、粒径１〜３mmのショット材を使ったショットピーニング処理又はレーザーピーニング処理を、アークハイト値０．３mmA以上０．８mmA未満の範囲で施したことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項２】
フェースの背面に、粒径１〜３mmのショット材を使ったショットピーニング法又はレーザーピーニング法により、アークハイト値０．３mmA以上０．８mmA未満の範囲で１回目のピーニング処理を施し、更に１回目のアークハイト値より小さなアークハイト値で２回目のピーニング処理を施したことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項３】
熱処理、溶接等の部材の高温化を従う接合や処理を、ピーニング処理前に完了させることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴルフクラブヘッド。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製のゴルフクラブヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴルフクラブヘッドの内面に、ピーニング処理を施すことで、スケール除去と応力残留による疲労強度の向上を図ることが出来ると考えられてきた（例えば、特記巨文献１参照）。
【特許文献１】特開2003-10366号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、本発明者らの研究によれば、単にピーニング処理を施しても効果が得られない場合が多く、条件によっては逆に疲労破壊の原因になることが判明した。具体的には、アークハイト値0.3mmA未満の一般的なショットピーニング処理を行った場合は、疲労強度の向上が見られなかった。また、ピーニングにより表面に傷がつく場合が判明し、これが疲労破壊の発端になるおそれが予測された。
【０００４】
また、ピーニングによって部材に好ましくない変形を生じたり、ピーニングによる微細な傷が疲労破壊を起こすおそれも判明した。アークハイト値0.8mmAを超えるハードなショットピーニングを行った場合は、ピーニングによって部材が大きく変形してしまい、ゴルフクラブヘッドの機能や美観を損ねるなど、事実上ゴルフクラブの製造が困難であった。
【０００５】
本発明は、斯かる実情に鑑み、ピーニング処理によるフェース部の疲労、破壊、変形を防止効果を実効あるものとし、より薄肉で反発性が高く、慣性モーメントが大きく、飛距離、方向性とも優れるゴルフクラブヘッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、フェースの背面にアークハイト値0.3mmA以上0.8mmA未満のハードピーニング処理されたことを特徴とするゴルフクラブヘッドにかかるものである。固体のショット材を用いたショットピーニングの場合は、ショット材は角の無い形状のものを用いるべきであり、直径1〜3mmの球体が理想的である。ショットピーニング法以外では、レーザーピーニング法も好適である。ピーニング処理は、最低限フェース背面の中央部にピーニング処理を施すべきである。
【０００７】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
１、フェース背面にアークハイト値0.3mmA以上のハードなピーニング処理を行うため、フェース背面部に大きな圧縮応力が残留する。
２、ショットピーニングの場合は、角の無い形状を有するショット材を用いるため、ピーニング処理によって表面に傷がつくことを防止できる。
３、材料表面には圧延その他の加工時に生じた筋状の微細傷があるが、ピーニング処理により、この筋状の微細傷が消える。但し、ショットピーニングの場合はショット材が直径1〜3mmの場合である。
４、アークハイト値0.8mmA未満としたため、ピーニングによって生じる部材の変形を抑えられる。ピーニング処理をフェース中央部のみに限定することで、更に部材の変形を最小に抑えられる。
【０００８】
ゴルフクラブのフェース部は、打撃時にその背面に大きな引張応力が働くところ、上記１の通り本発明のゴルフクラブヘッドはフェース背面に圧縮応力が残留しているため、引張応力が圧縮応力に相殺されて打撃時に生じる応力が小さくなる。更に、上記３の通り材料がそもそも有している表面の微細傷を消し、疲労破壊の発端となりうる要素を消している。これらにより、本発明のゴルフクラブヘッドは極めて疲労強度が高く、加えて打撃による永久変形を生じにくいものとなる。しかし、ピーニングにより新たな微細傷を作っては逆効果となりかねない。そこで、上記２の通り、微細傷を作るおそれのあるショットピーニングの場合は、角の無いのショット材、理想的には球体のショット材を用いて、これを防止している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を利用すれば、ゴルフクラブヘッドを一層薄肉にすることができ、これを利用して反発性の向上、慣性モーメントの増大更に重心位置の適切化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、ピーニング処理の一般的効果について、ショットピーニングの場合で説明する。ショットピーニングは、図９に示す通りショット材３の衝突によってワーク４の表面付近を局部的に変形する。ショット材３と衝突を多数繰り返すことで、ワーク４の衝突面付近にはワーク４の肉厚方向及び衝突面方向に圧縮応力が残留することとなる。この結果、ワーク４の衝突面方向に生じる応力は、おおよそ衝突面の表面側が大きく、内側ほど小さいという分布になる。詳細に見ると残留応力が最大となるのは表面ではなく、表面より僅かに内側になるが、これについては後に詳述する。他のピーニング方法も、ほぼ同様な応力を残留させる。
【００１１】
本発明のゴルフクラブを製造する場合の概要について説明する。本発明はあらゆる形状、構造のゴルフクラブヘッドに適用可能であるが、図１〜５に示すような一又は二以上の部材からなるヘッド本体２にフェース１を接合する構造のゴルフクラブヘッドが好適である。ピーニング処理を施すフェース背面を有するフェース１がヘッド本体２とは別部材になるため、ピーニング処理が容易だからである。更に、フェース１に高強度な材料を採用し、本発明の効果とあわせ、より一層の高強度化を図ることも可能である。
【００１２】
フェース１とヘッド本体２を接合する工程は、ピーニング処理を行った後にするのが好適である。前述のとおりフェース単体の状態でピーニング処理することが出来るために処理がしやすいからである。また、不要な部分にピーニング処理がなされ、不要な変形してしまうことも防止できる。もっとも、フェース１とヘッド本体２を接合する工程をピーニング処理の前に行うことも可能である。例えば、ヘッド本体２の一部に開口部を設け、該開口部を通じて処理を行う方法がある。但し、ヘッド本体２の構造が複雑になりがちである。一方、ゴルフクラブヘッドで最も一般的な接合である溶接の熱によって本発明の効果が失われる可能性を排除できる効果もあり、他の要素との兼ね合いを考慮して選択すべきである。
【００１３】
熱による本発明の効果の消失のおそれについて、及びフェース１とヘッド本体２の接合について説明する。金属材料は温度によって組織が変化することが知られており、熱処理はこれを利用したものである。組織が変化してしまえば、残留した応力は消失してしまう。残留応力が失われる温度としては、金属材料の再結晶化温度が目安と考えられる。従って、ピーニング処理の効果を必要とする部分が再結晶化温度以上にならないようにしなければならない。再結晶化温度は金属の種類によって異なるが、ゴルフクラブヘッドに使用されるステンレス鋼、マルエージング鋼、チタン合金の場合は、およそ３００℃と比較的低い温度である。
【００１４】
よって、本発明のゴルフクラブヘッドを製造するにあたっては
・接合を要しないゴルフクラブの形状とするか、
・加熱を要しない接合を選択するか、
・ピーニング処理前に接合する
ことができれば理想的と考えることもできる。
【００１５】
接合を要しない形状とする場合、接合強度を考慮する必要がなくなり、極めて製造が容易である。しかし、ゴルフクラブの形状が著しく制限され、極めて少ない種類のゴルフクラブにしか適用できない。一般にウッドクラブや中空アイアンと言われる中空型のゴルフクラブヘッドの製造は不可能である。また、いわゆるポケット型アイアンと言われる背面の凹部がアンダー構造となっているゴルフクラブヘッドの製造も困難である。
【００１６】
加熱を要しない接合の例として、かしめ、ピン・ねじ止めといった機械的接合方法あるいは接着が考えられる。加熱を要しない点で非常に好ましいが、接合強度の点で問題がある。隙間、がたつき等を生じやすいことも難点である。
【００１７】
ピーニング処理前に接合する方法は、前述の通りである。
【００１８】
以上を考慮し、本発明者らは、前記３つの方法よりも、ピーニング処理後に各種溶接法で接合を行う方法が現実的と判断した。ピーニング処理前に接合する方法が次善の策と考える。もっとも、あくまで発明時点の接合技術を前提にした判断であるので、本発明の範囲をこれらに限るものではない。
【００１９】
以下、ピーニング処理後に行う接合を行う場合に好適な溶接手段を説明する。レーザー溶接や電子ビーム溶接といった極めて小さい範囲のみを加熱する接合方法が最適である。これらの接合方法は効率よく接合部のみに加熱するため、ピーニング処理部に到達する熱量が少ないため、ピーニング処理部の温度の上昇は最小限ですむ。ただし、それでもピーニング処理部の温度上昇はあるので、これを防止する策を併用するのが、より好ましい。例えば、ピーニング処理部に冷却気体を吹き付けながら溶接を行う方法、ピーニング処理部に放熱部材を接触させながら溶接を行う方法等である。これら冷却・放熱の能力を高めることが出来れば、一般的なティグ溶接等の選択も可能になってくる。なお、冷却気体は、接合部及びその周辺の酸化等を防止する観点から、不活性ガスを用いるのが好適である。
【００２０】
レーザー溶接や電子ビーム溶接は、接合される部材間の隙間が小さくなければならないので、双方の接合部分に機械加工を加えるのが理想的である。
【００２１】
ゴルフクラブヘッドの部材形状でも、ピーニング処理部への熱伝導を防止することが可能である。一例として、図４、５に示すような上下から後方へ伸びる延出部を有するフェース１をあげることができる。接合部がピーニング処理の効果が最も必要なフェース中央から離れるため、接合時の熱が伝導する量が少なくなり、当該部分の温度上昇を小さくすることができる。
【００２２】
なお、上記のピーニング効果減少、消失は、接合時に限るものではなく、ピーニング処理後の全ての処理に関係するものであるから、特にフェース１の中央付近については、300℃以上の温度となる熱処理等も行うことが出来ない。従って、熱処理を必要とする場合はピーニング処理の前に行うべきである。当然のことながら、300℃を超えない低温処理は、ピーニング処理後でも可能である。
【００２３】
以上より、本発明者らが考える本発明の最良の実施形態は以下の通りである。
・ヘッド構造として、図４、５に示すような上下から後方へ伸びる延出部を有するフェース１を採用する。
・フェース１には予め熱処理を行う。
・その後、フェース１の背面にアークハイト値0.3mmA以上0.8mmA未満のピーニング処理を行う。
・ピーニングの方法は、直径1〜3mmの球体のショット材を用いたショットピーニング、あるいはレーザーピーニングとする。
・ピーニング処理の前又は後に、フェース１とヘッド本体２の接合部分に機械加工を加え、接合部の隙間が小さくなるようにする。
・更にその後、レーザー溶接あるいは電子ピーム溶接にて接合する。
・上記溶接は、ピーニング処理部には冷却した不活性ガスを吹き付けながら行う。
【００２４】
以下、本発明者らが本発明を実施、試験した結果を示す。
【００２５】
ピーニングの効果を確認するため、図６に示す試験用ヘッド本体２-Ｔに試験用フェース１-Ｔをねじ止めしたゴルフクラブヘッドにて、ゴルフボールを繰り返し打撃し、1000打後の変形量及び破壊に至った打撃数を記録した。なお、打撃はヘッドスピード40m/secで行った。
【００２６】
試験用ヘッド本体２-Ｔは、外側90mm×70mm、内側70mm×40mmの枠であり、側部にシャフト取り付け用のネックが、ロフト角１５°になるように設けられている。また、四隅には試験用フェース１-Ｔを固定するためのねじ穴が設けられている。試験用フェース１-Ｔは、試験用ヘッド本体２-Ｔの外形と同じ90mm×70mmの板材とし、肉厚は約2.2mmである。また、試験用ヘッド本体２-Ｔに接しない中央部70mm×40mmの部分の背面側にほぼ均等に超音波ショットピーニング装置でショットピーニング処理を施し、四隅に設けられた穴にねじを通して試験用ヘッド本体２-Ｔに固定される。
【００２７】
試験用フェース１-Ｔの第一の試験材料は13V-11Cr-3Alの組成を有するチタン合金の圧延材である。第二の試験材料は15V-6Cr-3Alの組成を有するチタン合金の圧延材、第三の試験材料は15V-3Sn-3Cr-3Alの組成を有するチタン合金の時効処理材である。これらにアークハイト値の異なるショットピーニング処理を施した。
【００２８】
実験結果を表１〜３及び図７、８に示す。表１〜３中、破壊打数は試験用フェース１−Ｔが破壊した時の打数である。1000打後の変形量は、最初は平面であった試験用フェース１−Ｔの打撃面の中央部が、1000回の打撃後に凹んだ量を示している。また、比較例1-1、2-1、3のアークハイト値は0.00mmAとなっているが、これはピーニング処理を施していないことを意味している。実測肉厚は、ショットピーニング後に実測した肉厚であり、試験用フェース１-Ｔの肉厚を数箇所計測した平均値である。アークハイト値は、その試験用フェース１-Ｔに施したピーニング処理の値である。使用ショット材径はショットピーニングに使用したショット材の直径である。図７、８は、ぞれぞれ破壊打数、1000打後の変形量を材料毎にアークハイト値でプロットしたものである。
【表１】
2004078277.tif 000015
【００２９】
表１は、上記第一の試験材料の実験結果である。比較例1-2はアークハイト値0.20mmAであり、ゴルフクラブヘッドへのピーニング処理として従来知られている方法では、これでもかなり強いピーニング処理である。しかし、ピーニング処理をしていない比較例1-1とほぼ同じ打数で破壊に至っており、疲労強度の改善は見られなかった。一方、アークハイト値0.40、0.66mmAという非常に強いピーニング処理を施した実施例1-1〜3では、破壊打数で比較例1-1〜2の倍以上となっており、疲労強度が明らかに改善された。これは図７により一層明らかである1000打後の変形量を比べても、実施例は比較例より改善されている。
以上より、本試験においては、疲労強度の向上、永久変形の防止の両面において、アークハイト値は大きいほど効果があり、特に疲労強度の向上においてはアークハイト値0.20mmAと0.40mmAの境界があって、これ以上のアークハイト値を取らないと効果が得られないことが判明した。
【表２】
【００３０】
2004078277.tif 000016
【００３１】
表２は、上記第二の試験材料の実験結果である。1000打後の変形量を見ると、アークハイト値0.20mmAではピーニング処理をしていない場合と同じであるが、アークハイト値0.40mmA以上では明確に変形量が小さくなっており、この間に境界がある。図８からは一層これが明確である。図７から、破壊打数においてはアークハイト値の臨界的境界は見いだせないが、アークハイト値が大きくなるほど破壊打数が増え、疲労強度が向上していることが分かる。
【００３２】
以上より、本試験においては、疲労強度の向上、永久変形の防止の両面において、アークハイト値は大きいほど効果があり、特に永久変形の防止においてはアークハイト値0.20mmAと0.40mmAの境界があって、これ以上のアークハイト値を取らないと効果が得られないことが判明した。
【表３】
2004078277.tif 000017
【００３３】
表３は、上記第三の試験材料の実験結果である。本例は、ピーニング処理を施した場合とアークハイト値0.60mmAのピーニング処理を施した場合の比較であるが、ピーニング処理を施した場合に破壊打数、1000打後の変形量とも向上しており、疲労強度の向上と永久変形の防止という本発明の効果が確認された。
【００３４】
以上のとおり、疲労強度の向上と永久変形の防止という両方の効果を、ゴルフクラブヘッドで一般的な材料で確実に得られる境界はアークハイト値で0.20mmAと0.40mmAの間、即ちアークハイト値0.30mmAにあることが明らかとなった。
【００３５】
一方、このような部分的に残留した応力は、ピーニング処理面と平行な方向のモーメントを発生せしめ、ピーニング処理面側が凸となる変形、そりを発生させてしまう。このそりによって、衝突面側近傍の圧縮応力は低下し、反対の面近傍には引っ張り応力を発生するため、前記モーメントがゼロとなり、安定するからである。即ち、一方の面近傍に面方向の圧縮応力を残留させる限り、そりは不可避である。なお、ピーニング処理部とはピーニング処理により応力の残留した部分全てを意味し、ピーニング処理面とはピーニング処理部のうちの処理を施した側の表面を意味する。
【００３６】
本発明者らは、表１〜３に記載した材料、条件で、アークハイト値0.80mmAのショットピーニングもテストしたが、ショットピーニングにより試験用フェース１-Ｔは大きなそりが発生し、打撃試験を行うことが出来なかった。ゴルフクラブヘッドのフェースは、ウッドヘッドの場合は外に凸、アイアンヘッドの場合は平面でなければならないが、フェース１の背面にピーニング処理を施した場合、そりはフェースを凹ます方向に発生するため、そりが大きいとゴルフクラブヘッドとして機能しない。即ち、ピーニング処理で残留させる応力が大きいほど、打撃時に発生する応力を小さく抑えることが出来る一方、フェース面のそりも大きくなってしまい、ゴルフクラブの製造が困難になる問題を有するのである。前述の通りアークハイト値0.66mmAの試験用フェース１-Ｔは十分に平面性を保っており、試験用ヘッド本体２-Ｔに取り付けて打撃することが可能であった。以上より、アークハイト値が0.80mmA以上では実際のヘッドでの使用は困難であり、アークハイト値は0.80mmA未満とすべきと考えられた。
【００３７】
但し、予め試験を行い、ピーニングによる変形量を測定し、その変形を見込んだ形状にフェース１を成形してピーニング処理を行い、所望の形状のフェース１を得る方法もある。アークハイト値0.80mmA以上の、よりハードなピーニング処理を必要とする場合、又はこれ未満のアークハイト値でも、より高精度なフェース１を必要とする場合に適用できるであろう。アークハイト値0.80mmA未満とした場合は、そのような予備試験や成形が不要ということである。
【００３８】
以下、ピーニング処理の詳細について説明する。まず、上述の通り、ピーニング処理は圧縮応力を残留させるので、打撃時に引っ張り応力の発生する部位に施せば最大応力を小さくすることができる。逆に圧縮応力の発生する部位に施すと、ピーニング処理による圧縮応力と打撃による圧縮応力が加えられ、最大応力が大きくなってしまい、疲労を促進し、破壊を招くおそれがある。ゴルフクラブヘッドのフェース１の表面側にピーニングを施したゴルフクラブヘッドが知られているが、まさにこの逆効果の場合に該当するので留意すべきである。フェース１の表面側にピーニング処理を施すとしたら、せいぜいスケール除去等を目的とし、残留応力の極めて小さい処理にとどめるべきである。
【００３９】
また、ピーニング処理は変形を発生させることから、処理範囲は必要最小限に留めるのが好ましく、打撃時に大きな引っ張り応力が発生するフェース背面の中央近傍のみに施すのが最適である。ゴルフクラブヘッドやフェース１の形状で大きな引っ張り応力の発生する範囲が変わるので、ＦＥＭによるシミュレーションなどを行って個別に処理範囲を決定するのが望ましいが。おおよその目安としてはフェース中央を中心とする横3cm、縦2cmの楕円の範囲程度にピーニング処理をするのが好適であろう。
【００４０】
前述の通りピーニング処理の方法は、ショットピーニングのほかにレーザーピーニングも好適である。レーザーピーニングは、材料表面にレーザーを照射し、材料がアブレーションすることにより発生する高圧のプラズマによって生み出される高いインパルス（力積）を利用して応力を残留させるものである。一般にレーザーピーニングは、ショットピーニングよりも深い層まで応力を残留させることが出来るとされており、疲労強度をより高めることが出来る。また、ショット材を使用しないので、ショット材による凹みが悪影響をもたらすおそれも無い。
【００４１】
ショットピーニングの場合は、超音波ショットピーニングが有利である。ショット材の粒数が少なく、かつ交換も容易で、滑らかな面が得やすいからである。エア式ショットピーニングでは、大量に高価な粒を使用し、長期間の使用で粒新円度がくずれ、安定して滑らかな表面が得にくい点で不利である。また、ショット材と同時に液体を噴射する方法も考えられる。ウエットピーニング、ウオーターピーニング又はウオータージェットピーニングと呼ばれるものである。
【００４２】
ショットピーニングの場合、使用するショット材３はフェース１の材料より硬度の大きい材料を使用する必要がある。本発明者らが行った前述の試験では、高炭素クロム軸受鋼SUJ2を用いた。これは硬度Hv790程度であり、試験用フェース１-Ｔに用いた各種チタン合金の硬度（大体Hv350程度）より大きい。ショット材の硬度が小さいと、フェース１と衝突しても十分な局部的変形を生じさせることができず、圧縮応力を残留させることが出来ないからである。
【００４３】
また、ショット材３はある程度以上の大きさのものを使用すべきである。前述のとおり、本発明はピーニング処理面の微細傷を消す効果もある。この微細傷は金属材料の圧延等に従って生じる筋状のものである。ショット材３が小さいと、十分にこの微細傷を消せないからである。またショットピーニングはショット材３による凹みをつくるから、ショット材３が小さいと凹みも小さくなり、その凹み自体が疲労破壊の発端になりかねないからである。本発明者らの試験では、ショット材３を直径1mm以上の球とすれば前記微細傷を十分に消せ、かつショット材３の作る凹みが疲労破壊の発端にもならなかった。以上より、ショット材３は角の無い形状で且つある程度大きいものを使うべきと考えられ、直径１mm以上の球体が理想的である。
【００４４】
但し、ゴルフクラブヘッドの処理に用いることが出来る現状のピーニング装置を考慮すると、ショット材径は上限を3mmとすべきである。これ以上大きいと、ショット材が重くなり、ピーニング装置がショット材を十分に加速できず、必要なアークハイト値を得られなくなるからである。
【００４５】
ピーニングに関する更に好適な例について説明する。まず、ピーニング処理を２回行う方法がある。最初に行ったピーニング処理より穏やかな、即ちアークハイト値の小さいピーニング処理を２回目に施すのである。ピーニング処理によって硬度が最も大きくなり、応力が最も残留するのは表面ではなく、多少内側になる。しかし、打撃時に最も大きな引張応力が発生するのは表面なので、できれば表面の硬度、残留応力を高めたい。そこで、ややソフトなピーニングを加えてこれを実現するものである。
【００４６】
前述のショット材による凹みが疲労破壊の発端になることの防止策として、ピーニング処理面に樹脂をコーティングする方法がある。樹脂としてはエポキシ系が好適であり、これに金属粉を混合することも好適である。小さな傷状になっている前記凹部に樹脂が入り込むことで、ノッチ効果が防止されるからである。
【００４７】
本発明に窒化処理を併用するのも好適である。前述のようにショットピーニングによる残留応力は比較的浅い層に限られるので、打撃により発生する応力が大きい場合は不十分である場合もありえる。窒化は金属組織内に窒素原子又は分子を強制的に侵入させるので、残留応力を生じる。しかも、ショットピーニングの効果が及ぶ層よりも深い層まで窒素が入り込むので、残留応力も深い層まで生じさせることができる。但し、侵入させる窒素原子等の量に限界があるので、発生させられる残留応力にも限界がある。一方、打撃によりフェース１に発生する引張応力は背面が最も大きく、内側になるほど小さくなり、肉厚の中央付近でゼロとなる。残留応力はこれをキャンセルするように発生させておけばよいので、窒化で深い層まで応力を残留させ、ピーニング処理で背面付近の残留応力を更に高めてやるのである。
【００４８】
前述のとおり、残留応力は再結晶化温度を超えると消失するので、先に窒化を行い、後でピーニング処理をするのが好ましい。但し、最近行われつつある低温での窒化方法ならば、ピーニング処理後に行うことも可能である。このような低温窒化をゴルフクラブに適用することについては、本出願人が行った日本国特許出願2003-121259号の明細書及び図面を参照されたい。
【００４９】
また、ショット材３にC60やC70などのフラーレン類、カーボンナノチューブ又はナノダイヤモンドなどのナノスケール物質を混ぜてショットピーニングを行うことも好適である。ショットピーニング時にナノスケール物質が金属材料内に侵入し、これによる強度の向上も得られるからである。なお、ナノスケール物質を混入した金属材料でゴルフクラブヘッドを製造することについては、本出願人が行った日本国特許出願2000-190192号（日本国特開2002-000778号公報）の明細書及び図面を参照されたい。ナノダイヤモンドには、直径5nm程度の単結晶ダイヤモンド又は直径15nm程度の多結晶構造からなる若しくはクラスター化したダイヤモンドがある。
【００５０】
尚、本発明のゴルフクラブヘッドは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかるゴルフクラブヘッドは、フェースを薄肉化し、反発性の向上、慣性モーメントの増大および重心位置の最適化が可能であって、打球の飛距離及び方向性、ゴルファーにとっての操作性に優れたゴルフクラブの提供を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】  本発明を適用するに好適なウッドヘッドの一例の斜視図
【図２】  本発明を適用するに好適なウッドヘッドの他の例の斜視図
【図３】  本発明を適用するに好適なアイアンヘッドの一例の斜視図
【図４】  本発明を適用するに好適なウッドヘッドの更に他の例であって、フェースの上下から後方に延びる延出部を有する例の斜視図
【図５】  本発明を適用するに好適なアイアンヘッドの更に他の例であって、フェースの上下から後方に延びる延出部を有するの例の斜視図
【図６】  本発明の効果を検証するために用いた試験用ヘッド本体２−Ｔと試験用フェース１−Ｔの正面図
【図７】  ボール打撃試験におけるアークハイト値とフェース破壊に至る打数の関係を示すグラフ
【図８】  ボール打撃試験におけるアークハイト値と1000打後のフェースの凹み変形量の関係を示すグラフ
【図９】ショットピーニングの一般的説明図であって、ショット材３とワーク４の衝突状態を示す図である。本発明においてショットピーニングを実施する場合、ワーク４はフェース１に該当する。
【符号の説明】
【００５３】
１  フェース
２  ヘッド本体
１−Ｔ  試験用フェース
２−Ｔ  試験用ヘッド本体
３  ショット材
４  ワーク
【国際調査報告】
2004078277.tif 000018
2004078277.tif 000019