JP2000516108A - バルク凝固非晶質金属製ゴルフクラブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ゴルフクラブ（２０）は、クラブのシャフト（２２）と、クラブのヘッド（２４）とよりなる。シャフト（２２）またはヘッド（２４）は、少なくともその一部がバルク凝固非晶質金属により形成されている。好ましいバルク凝固非晶質金属の組成は、原子パーセントで、ジルコニウムとチタンの合計が約４５乃至約６７％、ベリリウムが約１０乃至約３５％、銅とニッケルの合計が約１０乃至約３８％、それに付随的な不純物を含み、パーセントの合計は１００原子パーセントとなる。種々の体積を有するクラブセットの種々のクラブのヘッド重量は、バルク凝固非晶質合金の組成、従って密度を変えることによって決める。

Description

【発明の詳細な説明】 バルク凝固非晶質金属製ゴルフクラブ 発明の背景 本発明はゴルフクラブに関し、さらに詳細には、ゴルフクラブのシャフト及び ヘッドの構成材料に関する。 ゴルフというスポーツは、ゴルファーがゴルフクラブでゴルフボールをヒット するものである。ゴルフクラブは、細長いシャフトの一端に拡大ヘッドが固定さ れ、他端がグリップ材料で覆われて取手を形成する。ゴルフクラブは、その機能 によりいくつかの群に分けられる。これらの群としては、ドライバ、アイアン（ ウエッジを含む）及びパターがある。 ゴルフは見るだけでなく自分でプレーするスポーツとして人気上昇中であるた め、ゴルフクラブの開発には大きな努力が払われている。近年、ゴルフクラブの 設計やその構成材料につき改良が重ねられている。本発明は主として、ゴルフク ラブの構成材料に関し、以下の説明ではこの分野に力点をおく。 最近まで、クラブのシャフトもヘッドも、主として、スティール及び／または アルミニウム合金のような金属で作られていた。グラファイトファイバで補強し た高分子材料の複合材料製シャフトが、重量を減少させ、材質の硬度を増加させ るために導入されている。チタン合金のような特殊金属製のヘッドが、クラブヘ ッドの質量及び密度を減少させ、材質の硬度を増加させて、ヘッドスピードを上 げる目的で開発されている。かかる材料を用いると、同じ質量を持つ或いは重量 を再配分して性能を向上させた大型のクラブヘッドを製造することが可能となる 。ゴルフクラブのシャフトやヘッドに用いる新しい材料についてのこの短い記述 は決して全てを網羅するものではなく、クラブの性能についての種々の理論に基 づいてクラブの特定の挙動を得るために他の多くの材料が試験されている。 しかしながら、材質の硬度、硬度対重量比及び強度対重量比を増加してゴルフ クラブをさらに改良すべき必要性が存在する。これらの特性を改善すると、ヘッ ドスピード及びインパクト時におけるクラブからボールへのエネルギー伝達率が 増大し、いかなるゴルファーもゴルフクラブの性質による制限を受けることなく 各人の能力を最大限に発揮することができる。本発明はかかる必要性を充足する ものであり、さらに関連の利点を提供する。 発明の概要 本発明は、構成材料を改良したゴルフクラブを提供する。このゴルフクラブは 、インパクト時クラブからボールへのエネルギー伝達率を増加するため、その材 料の並外れた弾性を利用する。このクラブはまた耐腐食性、耐磨耗性を有し、ヘ ッドのフェースは低い摩擦係数をもつ。クラブのシャフト及びヘッドは容易に製 造できる。この構成材料を使用すると、クラブによっては形状を修正して性能を 向上することができる。 本発明によれば、ゴルフクラブはシャフトとヘッドよりなる。シャフト及びヘ ッドのいずれかまたは両方の少なくとも一部がバルク凝固非晶質金属(bulk-soli difying amorphous metal)で作られる。シャフトの少なくとも一部をバルク凝固 非晶質金属で作る場合、シャフト全体をそのバルク凝固非晶質材料で作るのが望 ましい。ヘッドの少なくとも一部をバルク凝固非晶質金属で作る場合、少なくと もヘッドのフェースをバルク凝固非晶質金属で作る。ヘッドのフェースをバルク 凝固非晶質金属で作れば従来の金属で作る場合と比べて薄くまたは軽くできるた め、所望によりヘッドの重量をその周面部の方へ再配分する設計が可能となる。 バルク凝固非晶質金属の好ましい組成としては、原子パーセントで、ジルコニ ウムとチタニウムの合計が約４５乃至約６７％、ベリリウムが約１０乃至約３５ ％、銅とニッケルの合計が約１０乃至３８％、それに付随的な不純物が含まれ、 これらパーセントの合計は１００原子パーセントとなる。他のバルク凝固非晶質 金属を使用することも可能である。 ゴルフクラブの一部をバルク凝固非晶質金属で形成すると、驚異的且つ予期し なかったクラブ性能の向上が実現する。クラブのシャフトをバルク凝固非晶質金 属で作った場合、シャフトは高い硬度と強度を有する。クラブヘッドをバルク凝 固非晶質金属で作った場合、ヘッドは高い硬度、強度及び堅牢性を有し、ヘッド とボールのインパクトによる損傷に耐える。これらの部品では共に、非晶質金属 が非常に高いレベルの弾性変形を受けるが、塑性変形は本質的に零である。最大 約２％の弾性引張ひずみが得られるが、その際の材料の擬弾性または塑性応答は 本質的に零であることが確かめられている。従って、クラブヘッドはボールにイ ンパクトするとき大きな弾性ひずみを受けるが、擬弾性または塑性応答は本質的 に零である。かくして、クラブヘッドがボールへインパクトして変形する時に吸 収されるエネルギーは事実上零である。そのため、擬弾性または塑性変形により エネルギーのかなりの部分が吸収される材料を用いる場合と比較して、ゴルファ ーのスイングによるエネルギーの大きな部分がインパクト時ゴルフボールへ伝達 される。 本発明のアプローチによると、ゴルフクラブのセットのうちの種々のクラブの ヘッドの重量をヘッドの体積とは無関係に、或いはヘッドの体積に関連させて任 意に変えることができる。セットに含まれる種々のクラブのヘッド形状及び体積 は様々である。伝統的に、クラブの重量は２番アイアンからサンドウエッジへ向 けて増加する。従来のアプローチでは、最適設計を得るためにクラブヘッドの形 状（即ち、体積）を種々変化させる扱う。個々のクラブの重量は、ゴルフ協会に よる基準またはユーザーの好みにより決まる限界を越えることができない。普通 の材料を用いてクラブヘッドを作る場合、ヘッドの重量はヘッドの体積に正比例 して変化する。 バルク凝固非晶質合金系における組成及び密度は、小さい増分で、しかしなが ら広い範囲に亘り、変えることができるため、材料の組成を広い範囲の中で選択 することによりクラブヘッドの重量を任意に決めることが可能である。この点を 説明するにあたり一例を挙げる。２本の異なるクラブのヘッドが同じ重量をもつ ようにするのが望ましい場合、第１の体積と第１の密度の第１の積、即ち第１の クラブのヘッド重量は、第２のクラブのヘッドの第２の体積と第２の密度の第２ の積、即ちその重量にほぼ等しいようにする。即ち、重量を一定に保とうとすれ は、クラブヘッドの形成に用いる合金組成の選択は、クラブヘッドの体積とは反 比例させてそれらの密度を変えるようにする。既知のバルク凝固非晶質合金族は 、実現可能なクラブヘッドの設計範囲の中でかかる密度の変化を可能にする。セ ッ トの他のクラブについても同じ原理が当てはまる。従って、ゴルファーはヘッド の重量が実質的に一定であるがバルク凝固非晶質合金の他の利点を享受できるク ラブセットをもつことになる。 重量を一定にする上記例は、クラブヘッドの重量をヘッドの体積とは無関係に 任意に変えられる本発明の利点を示す１つのケースに過ぎない。セットのクラブ のヘッド重量をその体積とは無関係に別の態様で変化させてもよい。この利点は クラブの設計者にクラブヘッドの形状及び重量を選択するにあたり大きい自由度 を与える。広い重量範囲の中から、同質の合金材料を用いて、適当な重量を選択 できるが、その際インパクト及びクラブヘッドの質量配分性を変える厄介な重り 、プラグ或いは他の挿入物を使用しなくてもよい。 本発明の他の特徴及び利点は、本発明の原理を例示的に示す添付図面に関連す る好ましい実施例の以下のさらに詳細な説明から明らかになるであろう。しかし ながら本発明の範囲はこの好ましい実施例に限定されるものではない。 図面の簡単な説明 図１は、ゴルフクラブの斜視図である。 図２は、図１の線２−２に沿うクラブのシャフトの拡大断面図である。 図３Ａ−３Ｃは、図１の線３−３に沿うクラブヘッドの３つの実施例の拡大断 面図であり、図３Ａはパターのヘッドを、図３Ｂはアイアンのヘッドを、図３Ｃ はドライバのヘッドを示す。 図４は、チタン合金及びバルク凝固非晶質合金につき測定した応力−ひずみ曲 線である。 図５は、チタン合金及び好ましいバルク凝固非晶質合金(Vitreloy-1)を周期的 にひずませて測定した応力対ひずみを示すグラフである。 図６Ａは、第１の体積をもつ第１のアイアンのヘッドの側断面図である。 図６Ｂは、第２の体積をもつ第２のアイアンのヘッドの側断面図である。 図７は、ゴルフクラブの鋳造部品の製造方法を示すブロック流れ図である。 発明の詳細な説明 図１はゴルフクラブ２０を示す。ゴルフクラブ２０は、シャフト２２と、その 下端部に固着したヘッド２４とよりなる。シャフト２２の上端部には、その周り をグリップ材で覆うことにより取手２６が形成されている。クラブ、シャフト及 びヘッドの実施例を示す図１−３はいくぶん概略的であり、これら部品の輪郭を 示す。ゴルフクラブの基本的な設計形状には多くの例があるが、構成材料に関す る本発明はこれら全ての例に利用可能である。 シャフト２２は細長いほぼ棒の形をしている。シャフトは横断面が中実である か、または図２に示すように中空である。本発明では、シャフトは横断面が中空 であるのが好ましい。 ヘッド２４の設計には多くの例があるが、一般的に、図３に示すような３つの 群に分けられる。パターのヘッド２８（図３Ａ）は、フェイス３０と、端部の支 持部３２とを有する。ヘッドのフェイス３０は通常、ユーザーがクラブを構えた とき地面に対してほぼ直角であるのが一般的である。アイアンのヘッド３４（本 明細書ではアイアンはウエッジを含む）は図３Ｂに示すように同様な構成である が、ゴルファーがショットのロフトを決めるのを支援するためにヘッドのフェイ ス３０と地面の角度がそれぞれ異なるものが多数ある。（用語「アイアン」は、 本明細書ではクラブの種類を表わす用語として使用し、クラブヘッドが金属鉄で 作られていることを示唆するものではない）。ドライバーのヘッド３６はパター のヘッドと同じ基本的形状をもつが、パターよりも好ましくは質量が大きく、図 ３Ｃに示すような丸みを帯びたボディーを備えている。アイアンのヘッドと同様 、ドライバーのヘッドのフェイス３０が地面となす角度は、ドライバーの種々の タイプにより異なる。ヘッドのフェイス３０はヘッドの本体と一体的であっても よい。フェイス３０は、図３Ｃの破線で示すように、別に製造してヘッドの本体 に接合する別個のプレート３０’であってもよい。 クラブのシャフト２２またはヘッド２４は、少なくとも一部をバルク凝固非晶 質合金で、好ましくはその合金を正しい形状の型内で鋳造することにより形成す る。バルク凝固非晶質合金は近年開発された種類の非晶質合金であり、合金の組 成により高い温度から約５００℃またはそれ以下の臨界冷却速度で冷却してもそ れらの非晶質構造を保持するものである。バルク凝固非晶質合金は、例えば米 国特許第５，２８８，３４４；５，３６８，６５９及び５，０３２，１９６号に 記載されている。 バルク凝固非晶質合金製のゴルフクラブの部品は、好ましくは金型鋳造(perma nent mold casting)により作られる。この本明細書で用いる用語「金型鋳造」は 、ダイカスト、または流し込み、注入、真空吸引等により金属が導入される金型 を使用する他の任意の鋳造法を包含する。図７を参照して、後で詳説するバルク 凝固非晶質合金を、数字４０で示すように、用意する。クラブのヘッドのような クラブの部品の形状を画定するキャビティを有する金型を、数字４２で示すよう に、用意する。バルク凝固非晶質合金を、数字４４で示すように、高温に加熱し て金型に導入する。バルク凝固非晶質合金を、数字４６で示すように、室温のよ うな比較的低い温度へ、最終的な鋳造品が非晶質構造を保持するような充分に早 い速度で冷却する（４６）。 このアプローチは、従来の材料を用いる処理方法とは対照的である。チタン及 びスティールのような従来の高強度材料製のゴルフクラブのヘッドは、ロスト・ ワックス法による焼き流し精密鋳造か或いは鍛造により成形される。これらの方 法は共に切削加工やグラインダ研削のような仕上げを必要とする。焼き流し精密 鋳造法によると、鍛造製品と技術的に等価ではない比較的低コストの製品が得ら れる。一方、鍛造法によると高品質の製品が得られるが製造コストがかなり高く なる。鍛造製品が高品質なのは、鍛造金属の高強度、より均一で細孔がない構造 、及び焼き流し精密鋳造よりも良好な壁厚のような寸法の制御性による。ゴルフ クラブのヘッドのような製品を焼き流し精密鋳造で製造すると、細孔により低強 度となり、鋳造作業で収縮する。焼き流し精密鋳造する各クラブのヘッドにつき 、ワックスパターンとは異なる型を作る。従って、ワックスパターンの移動及び 他のファクターにより、壁厚のようなクラブヘッドの寸法をいつも同じものとし て再生できない。このため、出来上がった製品には設計と比べてかなりばらつき のある場合がある。ばらつきが大きいと、クラブのヘッドの一部は焼き流し精密 鋳造法の比較的大きい許容誤差内ではあるが、クラブの設計基準の比較的狭い許 容誤差内に収まらず、廃棄しなければならなくなる。鍛造法の許容誤差は小さい が、この方法は焼き流し精密鋳造法と比較してかなり高コストであり、通常、製 品の 切削加工を必要とする。 バルク凝固非晶質合金の金型鋳造により作られるゴルフクラブの部品は、焼き 流し精密鋳造または鍛造法によるクラブヘッドよりも格段に低いコストで良好な 精度を得ることができるため、従来法の欠点を克服するものである。そのゴルフ クラブの部品は設計にぴったり合致する。金型鋳造によるバルク凝固非晶質製の 部品の収縮性及び多孔性は低いか無視できる程度であるため、高強度で形状のば らつきが少ない。また、これらの部品は表面の仕上がりが素晴らしく、型の内面 転写性も卓越している。焼き流し精密鋳造品に時として見られるワックスパター ンまたは鍛造品に時として見られる鍛造欠陥部分による本物とは異なる特徴も存 在しない。ただ１個の金型を用いるか、或いはそれらを繰り返し用いるために互 いに入念にマッチさせた一群の金型を使用する。いずれの場合でも、金型はクラ ブの設計に入念にマッチさせる。従来のゴルフクラブのヘッドに用いるチタン合 金及びスティールのような結晶合金の金型鋳造は、既知のバルク凝固非晶質合金 よりも鋳造温度が高く、型に大きな磨耗が生じるため、経済的に実用的ではない 。これら従来の結晶合金は、凝固により収縮でゆがみが生じるため、バルク凝固 非晶質合金とは異なり正味形状への鋳造が不可能である。 バルク凝固非晶質金属合金は、溶融物から毎秒５００℃もしくはそれ以下の比 較的低い冷却速度で冷却しても、依然として非晶質構造を保持する。かかる金属 は、冷却時、普通の金属のように液体／固体結晶変態しない。その代わり、高温 時に見られる金属の高い流動性をもつ非結晶形態の粘性が温度が低下するにつれ て増大し、最終的に普通の固体のような物理的外側形状と特性をもつようになる 。かかる金属には液体／固体結晶変態はないが、有効「凝固温度」Ｔ_g（ガラス 転移温度と呼ばれることが多い）を、それ以下において冷却液体の粘性が１０¹³ ポイズ以上に上昇する温度として定義することができる。温度がＴ_g以下では、 その材料は全ての実際的な目的について固体である。有効「流体温度」Ｔ_fは、 それ以上だと粘性が１０²ポイズ以下に低下する温度として定義される。温度が Ｔ_gより高いとその材料は全ての実際的な目的について液体である。Ｔ_fとＴ_gの 間の温度では、バルク凝固非晶質金属の粘性は温度と共にゆっくり且つ滑らかに 恋化する。好ましい実施例のジルコニウム−チタン−ニッケル−銅−ベリリウ ム合金では、Ｔ_gは約３５０−４００℃、でありＴ_fは約７００−８００℃である 。 冷却速度が比較的遅くても非晶質構造を保持できるということは、冷却時非晶 質構造を保持するためには溶融物から少なくとも毎秒１０⁴−１０⁶℃の冷却速度 で冷却しなければならない他の種類の非晶質金属の振舞と対照的である。かかる 金属は、薄いリボンまたは粒子として非晶質にできるに過ぎない。かかる金属は 、普通の鋳造法により作られるタイプの典型的な物品にとって必要な厚い部材と しては製造できず、また当然、ゴルフクラブのシャフト及びヘッドのような三次 元製品の製造には使用できないため、用途が限られている。 バルク凝固非晶質合金の好ましいタイプは、強共晶(deep eutectic)組成物の 組成によく似た組成である。かかる強共晶組成物は、比較的低い融点と傾きの大 きい液相線とを有する。このため、バルク凝固非晶質合金の組成は、低共晶融点 の利点を失わないように非晶質合金の液相線温度が共晶温度より約５０−７５℃ 以上高くならないように選択することが好ましい。 最も好ましいタイプのバルク凝固非晶質合金族は、共晶温度が６６０℃のオー ダーの強共晶組成物のような共晶組成物に近い組成をもつ。この材料は、原子パ ーセントで、ジルコニウムとチタンの合計が約４５乃至約６７％、ベリリウムが 約１０乃至約３５％、銅とニッケルの合計が約１０乃至約３８％、それに付随的 な不純物を含み、パーセントの合計は１００原子パーセントとなるものである。 ジルコニウムとチタンの一部を実質的な量のハフニウムで置き換えてもよい。ま た、存在するベリリウムの最大で約半分の量をアルミニウムで置き換えてもよい 。さらに、銅及びニッケルの一部を最大で数％の鉄、クロム、モリブデンまたは コバルトで置き換えてもよい。このバルク凝固合金は公知であり、米国特許第５ ，２８８，３４４号明細書に記載されている。最も好ましいかかる金属合金材料 であるVitreloy-1は、原子パーセントで、約４１．２％のジルコニウム、１３． ８％のチタン、１０％のニッケル、１２．５％の銅、２２．５％のベリリウムよ りなる組成である。 かかる金属合金の別の材料の組成は、原子パーセントで、ジルコニウムとハフ ニウムの合計が約２５乃至約８５％、アルミニウムが約５乃至３５％、ニッケル 、 銅、鉄、コバルト及びマンガンの合計が約５乃至７０％、それに付随的な不純物 を含み、そのパーセントの合計は１００原子％で，ある。この群の最も好ましい 金属合金の組成は、原子パーセントで、約６０％のジルコニウム、約１５％のア ルミニウム、約２５％のニッケルである。この合金系は、アルミニウムの含有量 のため、この前の段落で説明したもの程好ましいものではない。アルミニウムと マグネシウムの含有量が高いもののような他のバルク凝固非晶質合金族は使用可 能であるが、それ程好ましいものではない。 ゴルフクラブのシャフト及び／またはヘッドにバルク凝固非晶質合金を用いる と、構成材料として従来の金属、金属複合物及び非金属複合物を用いる場合と比 べて、いくつかの驚くべき且つ予期せぬ利点が得られる。バルク凝固非晶質合金 は、Vitreloy-1のケースの図４に示すように、降伏を伴わない大きい完全弾性変 形を示す。このバルク凝固非晶質合金は、約２７０ｋｓｉ（平方インチ当り数千 ポンド）の応力に対して降伏を伴わずに２％ひずむが、これはバルク材料として は全く注目すべきことである。Ｕ_dと呼ばれることがある、降伏点まで材料に応 力を加えたとき蓄積されるエネルギーは２．７ｋｓｉである。これと比較して、 一部の最新型ゴルフクラブのシャフト及びヘッドの材料として人気のある現在の チタン合金は約０．６５％のひずみと約１１０ｋｓｉの応力で降伏し、降伏点ま でに蓄えられるエネルギーＵ_dは約０．３５ｋｓｉである。蓄積されるエネルギ ーの点で最良の従来技術材料である銅−ベリリウム合金は、Ｕ_dが約１．１５ｋ ｓｉであり、これは好ましいバルク凝固非晶質合金の半分以下である。 クラブヘッドの性能に影響を与えるもう１つの重要な材料特性は、ボールをヒ ットする時クラブヘッドで消費されるエネルギーである。金属合金の多くは、塑 性微小すべり(plastic microslip)のために配向された結晶粒において微小降伏 （microyielding）を応力及びひずみが降伏点以下でも受ける。多くの用途にお いて、この微小降伏は重要な問題ではない。しかしながら、クラブヘッドがゴル フボールをヒットする瞬間に大きなインパクト力がかかるクラブヘッドのフェー スにこの材料を用いる場合には、この微小降伏により、ボールに伝達されるはず のエネルギーが吸収され、消費される。 図５は、ゴルフクラブのヘッドに用いる公知の材料である航空機品質の鍛造／ 熱処理、チタン６重量％、アルミニウム６重量％、バナジウム(Ti-6Al-4V)と、V itreloy-1とに、ドライバーのヘッドのフェースでゴルフボールにインパクトし た時の局部ひずみをほぼ示すレベルのひずみが加えられたときの変形挙動を比較 して示す。負荷と逆負荷を繰り返し加えたとき、たとえその負荷がマクロ的降伏 点以下であっても（「微小降伏」と呼ぶ現象）、循環的な応力−ひずみ曲線のヒ ステリシスから、降伏の発生が明らかである。このTi-6Al-4Vは、降伏及び微小 降伏に起因する広範なヒステリシス現象を示す。Vitreloy-1のバルク凝固非晶質 合金は、負荷及び逆負荷を繰り返し加えてもヒステリシスは示さない。Vitreloy -1合金の負荷挙動にヒステリシスが存在しないのは、負荷及び逆負荷時、微小塑 性変形、従って微小降伏を示す結晶粒または他の内部構造が存在しないこの材料 の非晶質構造による。従来の多結晶クラブヘッド合金とこの非晶質合金の振舞の 違いは、金属ボールを材料の表面に落下させる弾み試験における良好な性能によ りさらに証明される。この非晶質合金は多結晶合金と比べて著しく大きい弾み特 性を示すが、このことにより非晶質合金はエネルギーの吸収が少ないが（事実上 、実質的に零）、多結晶合金はかなりエネルギーを吸収することが分かる。 本発明に従って製造したクラブの材料の望ましい変形挙動特性は、弾性ひずみ 限界が少なくとも約１．５％、好ましくは１．８％以上、最も好ましくは約２． ０％であり、それに伴う塑性ひずみが、弾性ひずみ限界までで約０．０１％以下 、好ましくは約０．００１％以下である。即ち、この材料はその破断強度の約８ ０％の負荷をかけても塑性変形は実質的に零である。 バルク凝固非晶質合金は、結晶粒界がないことにより優れた耐腐食性を示す。 これらの合金は滑らかな表面に対して鋳造されると非常に滑らかな鋳造表面を有 し、その摩擦係数は低い。滑らかな表面は見た目が素晴らしく、摩擦係数が低い とフックやスライスの弾道になりやすいボールに対するひっかかりが減少する。 非晶質合金は多数の方法、最も好ましくは金型鋳造により容易にクラブのシャフ トまたはヘッドの形に鋳造することができるため、これらの部品を手頃なコスト で製造することを可能である。 ゴルフクラブに用いる好ましい合金は、スティール及びTi-6Al-4V合金のよう なゴルフクラブのヘッドに現在用いられている金属の２倍のオーダーの極めて高 い強度対密度比を有する。この材料特性の特徴点は、強度対密度比が少なくとも 約１×１０⁶インチ、好ましくは約１．２×１０⁶インチよりも大きいことである 。この特徴は、非晶質材料の高い弾性限界（図４）及び低い減衰特性（図５）と 相俟って、性能を向上させるためのゴルフクラブの驚くべきそして予期せぬ設計 変更を可能にする。 例えば、ボールのインパクト点に近いクラブヘッドのフェース（３０及び／ま たは３０’）の厚みを少なくして、その質量をヘッドのフェース及びヘッドの周 辺に再配分することができる。この設計変更によりゴルフクラブのヘッドはイン パクト点を中心とするより大きな慣性モーメントをもつようになり、これがクラ ブヘッドの望ましくないねじり運動に対する安定性を増加させる。この設計変更 は、クラブヘッドの全体質量を変えずに行うことができる。従来のスティールま たはチタン材料で製造したクラブヘッドのフェースは通常、厚さが約３ミリメー トルまたはそれ以上であり、ボールのインパクト時塑性座屈しない。本発明の非 晶質材料で製造したクラブヘッドのフェースは、厚さを２．５ミリメートル以下 、最も好ましくは約１．５乃至２ミリメートルの範囲内にすることができる。そ れよりも薄くすると、インパクト時塑性座屈が生じる危険性がある。それよりも 厚いと、叙上の利点が失われる。クラブヘッドのフェースが薄いと、ボールのイ ンパクト時クラブに「柔らかい」感じが伝わる。クラブヘッドのフェースの厚さ を減少することによって削減される質量をクラブヘッドのフェースの周辺または クラブの周辺の他の所に再配分することにより、叙上のように慣性モーメントの 増加及び安定性を向上が可能となる。 図６Ａ及び６Ｂは、ゴルフクラブセットに本発明を適用する特に望ましい場合 を示す。ドライバ、アイアン及びパターを含むクラブセットの中で、ヘッドの体 積にはかなりのばらつきがある。例えば、図６Ａに示す典型的な３番アイアンの 体積は約３１．２立法センチメートル（ｃｃ）、図６Ｂに示す典型的な８番アイ アンの体積は約３５．６ｃｃである。クラブヘッドの形状、従ってそれらの体積 は主としてプロゴルフ協会の仕様により決まる。しかしながら、大型のアイアン を使用するという傾向が存在する。２つのクラブヘッドが通常の金属合金のよう な同一材料で作られておれば、各クラブのヘッドの重量はその体積に比例して変 わる。 バルク凝固非晶質合金の密度特性は、ゴルフクラブの設計に当たり、他の候補 材料では得られない重要な利点を与える。その第１のものは材料の密度範囲の絶 対値であり、第２のものは他の関連の機械的及び物理的特性を受入れ可能な範囲 内に維持しながら密度を広い範囲に亘り変えられるという点である。密度範囲の 絶対値については、好ましいバルク凝固非晶質合金の密度は約５．０グラム／ｃ ｃ乃至約７．０グラム／ｃｃである。これらの密度を従来のゴルフクラブのヘッ ド材料の密度と比較すると、例えば銅−ベリリウムは密度が８．０グラム／ｃｃ 、スティールは７．８グラム／ｃｃ、チタンは４．５グラム／ｃｃ、アルミニウ ムは２．７グラム／ｃｃである。これらの従来の材料の密度は比較的一定であり 、容易に変えることはできない。高い方の銅−ベリリウム及びスティールと、チ タンとの間には密度に大きなギャップが存在する。本発明の合金は密度のこのギ ャップ領域内にある。従って、本発明の材料を用いると、例えばアイアンのサイ ズと体積を、重量をほぼ同じに保ちながら、スティール製のアイアンよりも大き くすることが可能である。 非晶質合金を用いてクラブヘッドを製造する第２の重要な利点は、それらの密 度をかなり広い範囲の値に亘り選択的に変えられることである。例えば、好まし い合金の広い組成範囲内において（原子パーセントで、ジルコニウムとチタンの 合計が約４５乃至約６７％、ベリリウムが約１０乃至約３５％、銅とニッケルの 合計が約１０乃至約３８％、それに付随的な不純物を含み、パーセントの合計は １００原子パーセントとなる）、バルク凝固非晶質合金になる許容範囲内を維持 しながら組成を変えることにより、密度を約５．０グラム／ｃｃから約７グラム ／ｃｃの間で変化させることができる。 本発明の発明者等にとって特に関心のある範囲は、約５．７グラム／ｃｃ乃至 約６．２グラム／ｃｃである。特に関心のある範囲内の密度を与える好ましい範 囲内のバルク凝固非晶質合金の組成を以下の表に示す。組成（原子パーセント） 密度 Ｚｒ Ｃｕ Ｔｉ Ｎｉ Ｂｅ 6.2 44.4 13.5 10.9 10.4 20.8 6.0 37.3 9.7 18.9 9.3 24.8 5.9 35.6 8.9 20.3． 9.3 25.9 5.7 29.6 8.3 27.7 8.1 26.3 金属の密度を変えられるというこの特徴を、バルク凝固非晶質合金の密度とク ラブヘッドの体積の積、即ちクラブヘッドの重量がクラブ設計者が決めた設計値 に合致するように合金の組成を選択することにより、有利に利用できる。本発明 の発明者等はゴルフクラブのヘッドの設計者ではないが、以下の例は例示の目的 を持つものにすぎない。第１のクラブヘッド（例えば、２番アイアン）の設計体 積が約３９．３ｃｃであり、第２のクラブヘッド（例えば、８番アイアン）の設 計体積が約４２．７ｃｃである場合、これら２つのクラブヘッドの重量をほぼ一 定の２４４グラムに維持するためには、第１のクラブのヘッドを密度が６．２グ ラム／ｃｃのバルク凝固非晶質合金で、また第２のクラブのヘッドを密度が約５ ．７グラム／ｃｃのバルク凝固非晶質合金で作ればよい。上記の表はこれらの密 度を得るために適した組成を与える。これら両方の合金の組成はバルク凝固非晶 質合金の許容範囲内で選択されるため、クラブヘッドは共に非晶質であり、ほぼ 同じ全体重量（材料の密度とヘッドの体積の積）を有し、上述したような類似の 材料特性を持つ。これらの原理は、種々のヘッド体積を有するそのセットの複数 のクラブに直接適用される。 その他のケースとして、クラブヘッドの設計者は重量を一定にすることを望ま ず、重量をある所定の態様で変化させる方を選ぶ場合がある。前の例に引続いて 、体積が３９．３ｃｃの２番アイアンを密度が５．７グラムのバルク凝固非晶質 合金で製造する場合、その重量は２２４グラムであり、身体の小さい人にとって はより適当な値であろう。体積が４２．７ｃｃの８番アイアンを密度が６．２グ ラムのバルク凝固非晶質合金で作る場合、その重量は２６５グラムであり、この 重量は大きな人にとってより適当な値であろう。いずれの場合においても、クラ ブ ヘッドはそれぞれ優れた特性をもつ非晶質合金で製造し、金型鋳造により同じ２ 番アイアン及び８番アイアンの金型を用いて鋳造すればよい。この例では、この 特性範囲は５．７乃至６．２グラム／ｃｃの密度範囲のみを変えることによって 得られる。好ましいバルク凝固非晶質合金族内で合金の組成を変えることにより 、密度を約５．０乃至約７．０グラム／ｃｃのようにかなり広く変化させること ができ、さらに広い範囲で重量を変えることができる。 上記の実施例から、ゴルフクラブの物理的形状及び寸法（従って、体積）や別 個に選択可能な材料密度の点でゴルフクラブを設計する重要な新しい手法がゴル フクラブの設計者に与えられることが明らかである。これら特性の選択により、 ゴルフクラブをゴルファーの個々の能力及び特徴に適合させることができる。 本発明の特定実施例を例示の目的で詳細に説明したが、種々の変形例及び設計 変更を本発明の精神及び範囲から逸脱することなく想到することが可能である。 従って、本発明は後記の特許請求の範囲による場合を例外として限定されるべき でない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョンソン，ウィリアム，エル アメリカ合衆国，カリフォルニア州 91107，パサデナ，マウンテンビュー・ア ベニュー 3546 (72)発明者 ペカー，アタカン アメリカ合衆国，カリフォルニア州 92656，アリソ・ビィエジョ，フルマー・ レーン 97

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． クラブシャフトとクラブヘッドとよりなり、クラブシャフトとクラブヘッ ドのうち少なくとも一方の少なくとも一部がバルク凝固非晶質金属により形成さ れているゴルフクラブ。 ２． クラブシャフトの少なくとも一部がバルク凝固非晶質金属により形成され ている、請求項１のゴルフクラブ。 ３． クラブヘッドの少なくとも一部がバルク凝固非晶質金属により形成されて いる、請求項１のゴルフクラブ。 ４． ゴルフクラブのヘッドがドライバーのヘッドである、請求項３のゴルフク ラブ。 ５． ゴルフクラブのヘッドがアイアンのヘッドである、請求項３のゴルフクラ ブ。 ６． ゴルフクラブのヘッドがパターのヘッドである、請求項３のゴルフクラブ 。 ７． クラブのヘッドがバルク凝固非晶質金属で形成したフェースを有する、請 求項１のゴルフクラブ。 ８． バルク凝固非晶質金属の組成は、原子パーセントで、ジルコニウムとチタ ンの合計が約４５乃至約６７％、ベリリウムが約１０乃至約３５％、銅とニッケ ルの合計が約１０乃至約３８％、それに付随的な不純物を含み、パーセントの合 計は１００原子パーセントとなる、請求項１のゴルフクラブ。 ９． バルク凝固非晶質金属の組成は、原子パーセントで、ジルコニウムとハフ ニウムの合計が約２５乃至約８５％、アルミニウムが約５乃至約３５％、ニッケ ル、銅、鉄、コバルト、マンガンの合計が約５乃至約７０％、それに付随的な不 純物を含み、パーセントの合計は１００原子パーセントとなる、請求項１のゴル フクラブ。 １０． 第１のクラブと、第２のクラブとよりなり、 第１のクラブは第１の体積を有する第１のヘッドを備え、第１のヘッドは第１ の組成及び第１の密度を有する第１のバルク凝固非晶質合金により形成されてお り、 第２のクラブは第２の体積を有する第２のヘッドを備え、第２のヘッドは第２ の組成及び第２の密度を有する第２のバルク凝固非晶質合金により形成されてい る、ゴルフクラブのセット。 １１．第１の組成及び第２の組成はそれぞれ組成が同一の連続組成範囲内にある 同一の合金族から選択される、請求項１０のゴルフクラブのセット。 １２．第１及び第２の組成はそれぞれ、原子パーセントで、ジルコニウムとチタ ンの合計が約４５乃至約６７％、ベリリウムが約１０乃至約３５％、銅とニッケ ルの合計が約１０乃至約３８％、それに付随的な不純物を含み、パーセントの合 計は１００原子パーセントとなる組成範囲内にある、請求項１０のゴルフクラブ のセット。 １３．第１の体積と第１の密度の第１の積は第２の体積と第２の密度の第２の積 とほぼ等しい、請求項１０のゴルフクラブのセット。 １４．バルク凝固非晶質合金を提供し、 ゴルフクラブの部品の形状を画定するキャビティを有する金型を提供し、 バルク凝固非晶質合金を金型に導入し、 バルク凝固非晶質合金をその非晶質構造を維持するに充分な冷却速度で冷却す るステップよりなるゴルフクラブの部品の製造方法。