JP2003000775A - ゴルフクラブヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性を向上しうるゴルフクラブヘッドを提
供する。 【解決手段】 ボールを打球するフェース部２の少なく
とも一部に、下記の組成式で表されるチタン合金からな
りかつ厚さ減少率が１０％以上の熱間鍛造加工を経て形
成されたフェース部材７を用いたことを特徴とするゴル
フクラブヘッド１である。 Ｔｉ100-x-y Ｍ１x Ｍ２y （数値はすべて原子％） ただし、Ｍ１は、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる１種又は２種
以上の元素、Ｍ２は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ
から選ばれる１種又は２種以上の元素、かつｘ＋ｙ≦５
０（０＜ｘ＜５０、０＜ｙ＜５０）である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐久性を向上しう
るゴルフクラブヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばウッド型のゴルフクラブヘッドに
おいては、打球の飛距離を増大させるために、ボールを
打球するフェース部に反発性の良い金属材料を用いるこ
とが行われている。近年では、反発性に優れた金属材料
として、Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌなど
のβ型のチタン合金が多用されつつある。またβ型チタ
ン合金は、冷間での加工性に優れるため、従来では冷間
プレス等によりフェース部材の形状に成形される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フェー
ス部材の形状などが複雑化すると、加工性に優れるβ型
チタン合金と言えども冷間加工での成形ではおのずと限
界がある。また冷間圧延工程において、圧下率を大きす
ると、圧延時にクラック等が生じ耐久性や歩留まりを低
下させるなどの問題がある。

【０００４】本発明は、以上のような問題点に鑑み案出
なされたもので、ボールを打球するフェース部の少なく
とも一部に、一定の組成式で表されるチタン合金からな
りかつ厚さ減少率が１０％以上の熱間鍛造加工を経て形
成されたフェース部材を用いることを基本として、より
複雑な形状等の加工も可能となり、しかも耐久性を向上
しうるゴルフクラブヘッドを提供することを目的として
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記
載の発明は、ボールを打球するフェース部の少なくとも
一部に、下記の組成式で表されるチタン合金からなりか
つ厚さ減少率が１０％以上の熱間鍛造加工を経て形成さ
れたフェース部材を用いたことを特徴とするゴルフクラ
ブヘッドである。 Ｔｉ100-x-y Ｍ１x Ｍ２y （数値はすべて原子％） ただし、Ｍ１は、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる１種又は２種
以上の元素、Ｍ２は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ
から選ばれる１種又は２種以上の元素、かつｘ＋ｙ≦５
０（０＜ｘ＜５０、０＜ｙ＜５０）である。

【０００６】また請求項２記載の発明は、前記フェース
部材は、厚さ減少率が４０〜９０％の熱間鍛造加工を経
て形成されたことを特徴とする請求項１記載のゴルフク
ラブヘッドである。

【０００７】また請求項３記載の発明は、前記フェース
部材は、厚さ減少率が７５〜８５％の熱間鍛造加工を経
て形成されたことを特徴とする請求項１記載のゴルフク
ラブヘッドである。

【０００８】また請求項４記載の発明は、前記熱間鍛造
加工は、鍛造温度Ｔ（℃）と厚さ減少率Ｒ（％）との比
（Ｔ／Ｒ）が１０以上であることを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載のゴルフクラブヘッドである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面に基づき説明する。図１は本実施形態のゴルフクラブ
ヘッド（以下、単に「ヘッド」ということがある。）１
の正面図、図２はそのＹ−Ｙ線端面図、図３はフェース
部材を単体で示す斜視図をそれぞれ示しており、図１、
図２では、いずれもヘッド１を規定のライ角α、ロフト
角βで水平面ＨＰに載置した基準状態を示している。

【００１０】図において、本実施形態のヘッド１は、ボ
ールを打撃するフェース部２と、このフェース部２の上
縁２ａに連なりヘッド上面をなすクラウン部３と、前記
フェース部２の下縁２ｂに連なりヘッド底面をなすソー
ル部４と、前記クラウン部３とソール部４との間を前記
フェース部２のトウ２ｔからバックフェースを通りヒー
ル２ｈまでのびるサイド部５と、図示しないシャフトが
装着されるシャフト取付部６とを具える。また本実施形
態のヘッド１は、金属材料からなりかつ内部を中空形状
としたウッド型のものが例示されている。

【００１１】前記ヘッド１は、前記フェース部２の少な
くとも一部、本例では主要部をなす板状のフェース部材
７と、このフェース部材７を打球面側に配する開口を有
した本体部９とを一体に固着することにより形成された
ものを例示する。なお図１には、前記フェース部材７の
境界が鎖線で示されており、フェース部２の全表面積Ｓ
１とフェース部材７の表面積Ｓ２との比（Ｓ２／Ｓ１）
は、例えば０．９以上に設定するのが望ましい。

【００１２】前記本体部９は、一つの部材又は２以上の
部材を適宜溶接することにより形成され、好適にはチタ
ン合金が用いられる。本例ではこのヘッド本体９をα＋
β型チタン合金としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖをロストワッ
クス鋳造により一体に成形したものを例示する。また前
記シャフト取付部６は、本例では上部に突出形成されて
おり、その内部にはシャフト（図示省略）を挿入し接着
剤等にて固着しうるシャフト取付孔６ａが形成されてい
る。このシャフト取付孔６ａの孔中心線ＣＬは後に取り
付けられるシャフトの軸中心線と実質的に一致するた
め、本明細書ではこの孔中心線ＣＬを基準にライ角αを
定めている。

【００１３】また前記フェース部材７には、下記の組成
式（１）で表されるチタン合金が用いられる。 Ｔｉ100-x-y Ｍ１x Ｍ２y （数値はすべて原子％）…（１） ただし、Ｍ１は、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる１種又は２種
以上の元素、Ｍ２は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ
から選ばれる１種又は２種以上の元素、かつｘ＋ｙ≦５
０（０＜ｘ＜５０、０＜ｙ＜５０）である。

【００１４】本発明者らの実験の結果、上記式（１）で
表されるチタン合金は、引張強度や硬さを大としつつ
も、ヤング率が著しく低く、また大きな弾性伸び、塑性
伸びを示すため高反発のフェース部材に好適であること
を見い出した。このようなチタン合金の高い強度と硬さ
は、主として大きな原子半径差、例えば上述の組み合わ
せから１０％以上の原子半径差を有する元素を固溶して
いることによる固溶体強化に、また低ヤング率は主とし
て構成元素が互いに引力相互作用を持たないために低応
力で原子が可逆的に移動できることに、さらに、大きな
弾性伸び限界などは相互作用を持たない多種類の元素に
よる可逆的移動サイトの多様性のために可逆的原子移動
が高いひずみ域まで起きることができるともに変形応力
の上昇も起こりづらくなることに夫々起因するものと考
えられている。

【００１５】とりわけ前記の如く原子半径の差が大きい
少なくとも２つの元素を含む構成元素を固溶することに
より、原子の再配列が起こり難くなって拡散能が低下す
るため、例えば溶湯を急冷することなく、徐冷した場合
においてもｂｃｃ固溶体単相ないしｂｃｃ固溶体を主体
的に含むβ型のチタン合金を得ることができる。そし
て、このような固溶体は、熱間鍛造により比較的大きな
厚さ減少率で加工することにより、高い強度と成型性の
向上、さらには耐疲労特性の向上を実現できる。

【００１６】なお上記式（１）において、チタンの含有
量が５０原子％を下回る場合、上記した合金の優れた機
械的特性を発現させることはできるが、比重が大きくな
る傾向があるためヘッドに適用するに際して重量増大化
やコスト高、さらには高融点化を招く傾向がある。また
Ｚｒ又はＨｆの元素が含まれていないと、原子半径差の
大きい金属元素を多量に固溶するのが困難な傾向があ
り、固溶強化できない傾向がある。逆に、Ｚｒ、Ｈｆの
元素のトータル含有量が５０原子％を上回ると、比重が
大きくなったり、また高融点化を招くなどの不具合があ
る。さらに、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗから選ば
れる１種または２種の元素が含まれていない場合、強度
の低下や耐食性の低下を招き易い。またこれらの元素の
トータル含有量が５０原子％を上回ると、合金の比重が
大となったり、高融点化を招いたり、コストの上昇をも
たらしやすいためである。特に好ましくは、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｎｂ及びＴａの組み合わせである。即ち、Ｍ１をＺ
ｒとし、Ｍ２はＮｂ、Ｔａとする。またＺｒは、より好
ましくは１０〜４０原子％、さらに好ましくは１５〜３
０原子％とすることが望ましく、残部を実質的にＮｂ及
びＴａで構成するのが良い。

【００１７】また本実施形態では、前記式（１）で表さ
れるチタン合金を熱間で鍛造することにより、加工に必
要な力を小とし、かつフェース部材への成形性を向上し
ている。またチタン合金の内部に存在する空隙を圧縮で
き、結晶組織の緻密化、内部欠陥の減少、偏析の均一化
を図ることができる。さらに、熱間鍛造により、チタン
合金は引張強さ、硬さなどの機械的性質のばらつきが抑
制されるとともに、製品形状に沿った鍛流線が得られ、
靱性の向上と耐疲労特性の向上にも役立つ。また鍛造で
は、比較的複雑な形状に成形することができるため、例
えば図３（Ｂ）に示すように、フェース部材７を、フェ
ース部２の周縁で折れ曲がりかつ小巾で後方にのびるク
ラウン側の張り出し部２Ａ、トウ側の張り出し部２Ｂ、
ヒール側の張り出し部２Ｃ又はソール側の張り出し部２
Ｄの少なくとも一つを一体に形成することもできる。ま
た図４（Ａ）に示すように、フェース部材７は、トウ側
の張り出し部２Ｂとヒール側の張り出し部２Ｃとが大き
く突出する態様（トウ側の張り出し部２Ｂ及び／又はヒ
ール側の張り出し部２Ｃのみが突出する態様を含む）
や、図４（Ｂ）に示すように、クラウン部側の張り出し
部２Ａとソール側の張り出し部２Ｄとが大きく突出する
態様（クラウン部側の張り出し部２Ａ及び／又はソール
側の張り出し部２Ｄのみが突出する態様を含む）など種
々のものが含まれ得る。さらに鍛造では、圧延などと異
なりフェース部材の厚さの分布を各部で異ならせること
が容易に行えるため、例えば図３（Ａ）に示すように、
厚さが小の薄肉部７ａと、厚さが大の厚肉部７ｂとをフ
ェース部材７に一体に形成することもできる。

【００１８】熱間鍛造は、塊状の素材（ビレット）を再
結晶温度以上に加熱して打撃または加圧し所定の形状に
成形する成形法であり、本明細書でいう「鍛造」には一
対のロールに素材材料を噛み込ませて延伸する圧延を含
まないものとする。また鍛造時の素材の加熱温度である
鍛造温度Ｔは、好ましくは６００〜２０００℃、より好
ましくは７００〜１５００℃とするのが望ましい。上記
式（１）で表されるチタン合金は、融点が比較的高くな
る傾向があるため、前記鍛造温度Ｔが６００℃未満では
素材の組成流動が起こりにくく、加工性が悪くなるため
高出力の鍛造装置が必要となるほか、加工の際に亀裂や
割れが生じやすくなる傾向がある。逆に、鍛造温度Ｔが
２０００℃を超えると、高出力の鍛造設備が必要となる
ため、製造コストを上昇させる傾向があるほか、材料の
劣化などを招きやすい。

【００１９】また鍛造における成形法は、例えば自由鍛
造、型鍛造（開放型、密閉型、或いは半密閉型を含
む）、高速鍛造又は等温鍛造など各種のものを含み、素
材に圧縮塑性変形を生じさせるものであれば適宜のもの
が採用できる。好ましくは、鍛造によって得られた素形
材の表面に酸化膜（スケール）が生じにくい密閉型型鍛
造法などを用いるのが望ましい。

【００２０】熱間鍛造工程では、先ず前記チタン合金の
鋳塊から例えば角柱状（円柱状等でも勿論良い）のビレ
ット等の素材が準備される。そして、この素材を所定の
温度まで加熱した後、鍛造機で鍛造される。熱間鍛造で
は、冷間圧延加工などに比べると材料の変形抵抗が小さ
いため、下記式（２）で表される厚さ減少率を１０％以
上、より好ましくは４０〜９０％、さらに好ましくは７
５〜８５％程度まで高めるのが望ましい。 厚さ減少率＝｛（ｈ１−ｈ２）／ｈ１｝×１００［％］ （ただし、ｈ１は素材の鍛造前の最大厚さ、ｈ２は鍛造
後の厚さ）

【００２１】熱間鍛造時における厚さ減少率が１０％よ
りも小さいと、組成流動が少なくなって、鍛造加工によ
る曲げ強度や疲労強度等の機械的特性の向上が得られな
い傾向があり好ましくない。他方、厚さ減少率が大きす
ぎると、鍛造時にクラックが発生したり、またクラック
を防止するために、鍛造温度を高くする必要があるな
ど、設備コスト、加工コストを大とする傾向があるため
好ましくない。

【００２２】また熱間鍛造加工は、前記鍛造温度Ｔ
（℃）と厚さ減少率Ｒ（％）との比（Ｔ／Ｒ）が１０以
上、より好ましくは１５以上、さらに好ましくは２０以
上であることが望ましい。前記比（Ｔ／Ｒ）が１０未満
であると、厚さ減少率に対して鍛造温度が低くなって、
加工性が悪化しクラックなどが生じやすい傾向がある。
なお前記比（Ｔ／Ｒ）の上限は特に限定されるものでは
ないが、大きすぎると、厚さ減少率に対して過度に鍛造
温度を高めることとなり実用面で問題があるため、前記
いずれかの下限値との組み合わせにおいて１００以下、
より好ましくは７５以下、さらに好ましくは５０以下に
設定するのが良い。

【００２３】なお熱間鍛造工程では、荒打ち、仕上げ打
ちなど加工具を替えて複数段の鍛造を行うことができ、
しかる後、形成されたフェース部材は、バリ取りなどが
行われる。また熱間鍛造後のフェース部材の表面に酸化
膜が形成されているときには、表面研磨によってこれを
除去する。

【００２４】仕上がり後のフェース部材７の厚さｔ（図
２に示す）は、特に限定されるものではないが、例えば
１．０〜４．０mm、より好ましくは２．０〜３．０mm、
さらに好ましくは２．２〜２．７mmの厚さｔとすること
が望ましい。前記厚さｔが１．０mm未満であると実用的
な強度が不足し耐久性が低下する傾向にあり、逆に４．
０mmを超えるとフェース部２の剛性が過度に高められ、
反発性能が低下して打球の飛距離が低下しやすい傾向が
ある。

【００２５】またこのようにして得られたチタン合金か
らなるフェース部材７は、概ねその曲げ最大応力（ＪＩ
Ｓ Ｚ２２０４準拠）が１６００ＭＰａ以上、より好ま
しくは１７００ＭＰａ以上、さらに好ましくは１８００
ＭＰａ以上であることが望ましい。このような曲げ最大
応力は、熱間鍛造時の前記厚さ減少率を大とすることに
よって高めることができる。

【００２６】また前記曲げ最大応力が大であっても、フ
ェース部材７の絶対的な厚さｔが小さかったり、逆にフ
ェース部材７の厚さｔが大であっても曲げ最大応力が著
しく低い場合には、いずれもへッド１としての実用上の
強度が不足する傾向がある。このような観点より、フェ
ース部材７の曲げ最大応力ｋとフェース部材７の厚さｔ
との積ｋ×ｔ（ＭＰａ・mm）の値を４３００〜７００
０、より好ましくは４５００〜７０００、特に好ましく
は４８００〜７０００とすることが望ましい。

【００２７】以上のように成形されたフェース部材７
は、前記本体部９の打球面側に例えば接着、カシメ、溶
接、圧接、ロウ付け等の固着手段により固着される。

【００２８】以上本発明の実施形態についてウッド型の
ゴルフクラブヘッドを例に取り説明したが、本発明は、
ウッド型のゴルフクラブヘッドに限定されるものではな
く、アイアン型やパター型、ユーティリティ型の各ヘッ
ドなどにおいても好適に適用しうるのは言うまでもな
い。

【００２９】

【実施例】次に本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法
をより具体的に説明する。前記式（１）を満たすチタン
合金として「Ｔｉ50Ｚｒ30Ｎｂ10Ｔａ10」の組成（原子
半径差は最小−最大で約１１．７％）のものを以下の方
法で試作した。先ず真空引きされかつアルゴン置換され
た雰囲気中の真空アーク溶解炉にて前記構成元素を溶解
し、上記組成を有する合金を矩形状の鋳塊に製造した。
そして、この鋳塊を１０００℃に予熱するとともに、３
５０屯クランク式プレス機にて熱間型鍛造し厚さ３mmの
フェース部材を得た。そして、フェース部材に形成され
た酸化膜を研磨により除去し中央部の厚さが２．７mmの
フェース部材を得るとともに、これをヘッド本体部に溶
接した。なおヘッドの共通仕様は次の通りである。 ヘッド体積：３００cm³ ロフト角 ：１０゜ ヘッド本体：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖのチタン合金をロスト
ワックス精密鋳造法により製造

【００３０】このようなヘッドに同一のシャフト（４６
インチ、フレックスＳ）を装着してウッド型のゴルフク
ラブとし、これをツルーテンパー社製のスイングロボッ
トに取り付けてヘッドスピード５４ｍ／ｓかつフェース
中央でゴルフボールを試打しフェース部が破壊するまで
耐久テストを行った。評価は、フェース部が破壊したと
きの打球数で評価した。打球数が多いほど耐久性に優れ
る。

【００３１】また機械的強度として、各フェース部材か
らそれぞれＪＩＳＺ２２０４に準拠して３号試験片を切
り出し、曲げ試験を行って曲げ弾性限応力（ｎ＝３）を
測定した。テストの結果などを表１に示すが、実施例の
ものでは、厚さ減少率が大となる程、耐久性、曲げ最大
応力が向上していることが確認できた。またヤング率に
ついては実質的な変化がなくヘッドの反発性能の低下が
ないことも確認できた。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】上述したように、請求項１記載の発明で
は、ボールを打球するフェース部の少なくとも一部に、
一定の組成式で表されるチタン合金からなりかつ厚さ減
少率が１０％以上の熱間鍛造加工を経て形成されたフェ
ース部材を用いたことにより、フェース部の低ヤング率
と高い強度を両立しうる結果、飛距離の増大と耐久性の
向上とを図りうる。またフェース部材は、熱間鍛造加工
を経て形成されるため、複雑な形状であっても成形で
き、かつ材料の品質を向上しかつ耐疲労性を高めうる。

【００３４】また請求項２ないし３記載の発明のよう
に、前記フェース部材の厚さ減少率を一定範囲に限定し
たときには、鍛造時のクラックの発生などを防止し品質
ないし歩留まりを向上しうるとともに、鍛造されたフェ
ース部材の曲げ最大応力をさらに大にでき、耐久性をよ
り一層向上しうる。

【００３５】また請求項４記載の発明のように、前記熱
間鍛造加工は、鍛造温度Ｔ（℃）と厚さ減少率Ｒ（％）
との比（Ｔ／Ｒ）を一定範囲に限定することにより、厚
さ減少率に見合った鍛造温度を設定でき、鍛造加工時の
クラックの発生などをより効果的に抑制しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のゴルフクラブヘッドの基準状態に
おける正面図である。

【図２】そのＹ−Ｙ線端面図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、フェース部材の一例を示す
斜視図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、フェース部材の他の例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ ゴルフクラブヘッド ２ フェース部 ３ クラウン部 ４ ソール部 ５ サイド部 ６ シャフト取付部 ７ フェース部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボールを打球するフェース部の少なくとも
   一部に、下記の組成式で表されるチタン合金からなりか
   つ厚さ減少率が１０％以上の熱間鍛造加工を経て形成さ
   れたフェース部材を用いたことを特徴とするゴルフクラ
   ブヘッド。 Ｔｉ100-x-y Ｍ１x Ｍ２y （数値はすべて原子％） ただし、Ｍ１は、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる１種又は２種
   以上の元素、 Ｍ２は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗから選ばれる
   １種又は２種以上の元素、かつｘ＋ｙ≦５０（０＜ｘ＜
   ５０、０＜ｙ＜５０）である。
2. 【請求項２】前記フェース部材は、厚さ減少率が４０〜
   ９０％の熱間鍛造加工を経て形成されたことを特徴とす
   る請求項１記載のゴルフクラブヘッド。
3. 【請求項３】前記フェース部材は、厚さ減少率が７５〜
   ８５％の熱間鍛造加工を経て形成されたことを特徴とす
   る請求項１記載のゴルフクラブヘッド。
4. 【請求項４】前記熱間鍛造加工は、鍛造温度Ｔ（℃）と
   厚さ減少率Ｒ（％）との比（Ｔ／Ｒ）が１０以上である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のゴ
   ルフクラブヘッド。