JP2003226952A

JP2003226952A - ゴルフクラブのフェース部用チタン合金

Info

Publication number: JP2003226952A
Application number: JP2003036239A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kobayashi; 健治小林; Masae Tsurumaki; 政衛鶴巻
Original assignee: Endo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Endo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2003-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性に優れたゴルフクラブのフェース部用
チタン合金を提供する。【解決手段】複数の凹溝状のスコア−ライン12が形成
されているフェース部２を有する金属製の中空ヘッド１
を備える。フェース部２は、β単一相からなり冷間圧延
加工度が１０％以上で５０％以下であるβ型チタン合金
を冷間または温間プレスにより作成し、その後溶体化処
理をすることなく冷間加工組織とし、かつ前記フェース
部２の硬度は、Ｈｖ３５７以上４５０以下とする。ヘッ
ド１の耐久性を向上させることができ、したがって、材
厚を薄くできることにより、総重量を抑えながらヘッド
１を大型化でき、使いやすいウッドゴルフクラブを提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴルフクラブのフ
ェース部用チタン合金に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】ゴルフクラブにおい
て、スイートエリア、すなわちフェースにおいて打撃し
たボールが比較的真っ直ぐによく飛ぶ領域を広くするた
めの手段の一つはヘッド自体を大型化することである。
近年、ウッドクラブにおいて体積が300ccを越えるヘッ
ドも登場している。ヘッドを大型化しても、使い勝手を
確保するにはヘッドの総重量は抑えなければならないた
め、ヘッドを中空にし、かつその外殻を薄肉化せざるを
得ない。しかし、外殻を薄肉化すればヘッドの強度が弱
くなり、ボールの打撃時の衝撃などによりヘッドが破損
するおそれがある。特に、ボールが打撃されるフェース
部は強度を確保する必要があり、従来、フェース部の板
厚は3.0mm程度が下限の限界になっている。

【０００３】また、ゴルフクラブヘッドは、近年、チタ
ンやチタン合金を素材とするヘッドが主流になってきて
いる。チタン合金は、ステンレス鋼に比べ軽く、しかも
強度が高いため、設計の自由度が増し、一般にはステン
レス鋼製ヘッドに比べてより大きなヘッドを製作するこ
とが可能である。これにより、前述のようにスイートエ
リアが広がり、安定した打球が得られるようになる。

【０００４】従来、チタン合金の中でゴルフクラブヘッ
ドの材料として使用されているものとしては、Ｔｉ−６
Ａｌ−４Ｖ合金およびＴｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ
−２Ｍｏ合金等のα＋β型合金、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ
−３Ｓｎ−３Ａｌ合金等のβ型合金などがある。Ｔｉ−
６Ａｌ−４Ｖ合金は、チタン合金の中で様々な分野で最
も多く使用されている。しかし、この合金は、冷間加工
できないため、ヘッド用材料として一般に要求される厚
さ１〜５mmの板を製造するには、非常に多くの労力を要
し、多大のコストを必要とする。そのため、例えば特開
平３−２３０８４５号公報に記載されているように、鋳
造によりＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金製ヘッドを製作してい
る。しかし、鋳造でも、チタンは酸化しやすいため大気
中で鋳造を行うことができず、さらに鋳型と反応しやす
いため非常に高度な技術を必要とし、結果的にコストが
高くつく。それに加えて、鋳造品は、圧延上がり材に比
べ組織コントロールができないため、強度的にも弱くな
る欠点を有する。これに対し、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ
−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金は、超塑性加工ができるため、鋳
造品より高強度を得やすい。しかし、超塑性加工を行う
場合でも、特殊な装置を必要とし、さらに多くの時間を
要するため大量生産には不向きである。こうした中で、
Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃ
ｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ等の冷間加工性良好なβ型合金が多
く使用されるようになってきている。これらの合金は、
冷間加工により所定の厚みとし、冷間加工の歪みをとる
目的と溶体化処理をする目的とで熱処理された後、ゴル
フクラブヘッドに組み立てられる。

【０００５】しかし、近年、より遠くへボールを飛ばす
ため、フェースのいっそうの薄肉化が求められるように
なってきたが、従来の工程により製造されたβ型合金の
ゴルフクラブヘッド用材料では強度が不十分で、ボール
の打撃時の衝撃により割れが発生するという問題が生じ
た。３mm以上の従来の材厚ならば強度的に耐えられたの
に対して、それ以下の薄肉化により強度不足になったこ
とが割れ発生の原因と考えられる。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするもので、耐久性に優れたゴルフクラブのフェース
部用チタン合金を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のゴルフ
クラブのフェース部用チタン合金は、前記目的を達成す
るために、複数の凹溝状のスコア−ラインが形成されて
いるフェース部を有する金属製の中空ヘッドを備えたウ
ッドゴルフクラブにおいて、前記フェース部は、β単一
相からなり冷間圧延加工度が１５％以上で５０％以下で
あるβ型チタン合金を冷間または温間プレスにより作成
し、その後溶体化処理をすることなく冷間加工組織とし
たものである。

【０００８】これにより、冷間加工度を大きくすること
により、冷間加工で生じた加工硬化を残すことができ、
材料の耐力、表面硬さが向上する。

【０００９】請求項２の発明のゴルフクラブのフェース
部用チタン合金は、複数の凹溝状のスコア−ラインが形
成されているフェース部を有する金属製の中空ヘッドを
備えたウッドゴルフクラブにおいて、前記フェース部
は、β単一相からなり冷間圧延加工度が１５％以上で５
０％以下であるβ型チタン合金を冷間または温間プレス
により作成し、その後溶体化処理をすることなく冷間加
工組織から３００〜６００℃で時効処理したものであ
る。

【００１０】これにより、冷間加工度を大きくすること
により、冷間加工で生じた加工硬化を残すことができ、
材料の耐力、表面硬さが向上でき、さらに時効により、
材料の耐力、表面硬さが向上する。

【００１１】請求項３の発明のゴルフクラブのフェース
部用チタン合金は、請求項１又は２において前記フェー
ス部の硬度を、Ｈｖ３５７以上４５０以下としたもので
ある。

【００１２】これにより、表面硬さが向上する。

【００１３】請求項４の発明のゴルフクラブのフェース
部用チタン合金においては、前記β型チタン合金は、Ｔ
ｉ−１５Ｍｏ系またはＴｉ−１５Ｖ系であるものであ
る。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、本発明のゴルフクラブの実施
形態について、図面を参照しながら説明する。図１およ
び図２は、本発明が適用されるゴルフクラブの一例を示
している。このゴルフクラブはウッドクラブであり、ヘ
ッド１が金属製で中空のいわゆるメタルウッドである。
そのヘッド１は、前面がボールの打撃面をなすフェース
２、後側がバック３、下側がソール４、上側がクラウン
５、左右方向一側がトウ６、他側がヒール７をなしてい
る。このヒール７の上側にはネック８が形成されてお
り、このネック８からホーゼル９が上方へ突出してい
る。このホーゼル９は、シャフト10が接続される接続部
をなすものである。そして、ヘッド１は、内部が中空部
11になっているが、この中空部11にはポリウレタンなど
の充填材を充填してもよい。また、フェース２には複数
の凹溝状のスコアーライン12が形成されている。

【００１５】そして、前記ヘッド１は、例えば３分割さ
れて構成されている。すなわち、ヘッド１の外殻部は、
それぞれ板状のフェース部材16とボディ部材17とクラウ
ン部材18からなっている。フェース部材16はフェース２
を形成するものであり、クラウン部材18はクラウン５を
形成するものであり、ボディ部材17はそれ以外のバック
３やソール４を形成するものである。そして、これらフ
ェース部材16、ボディ部材17およびクラウン部材18は、
溶接などの手段により互いに接合されている。なお、ヘ
ッド１の分割は上述のものに限るものではなく、フェー
ス２側とバック３側とに２分割してもよいし、４分割以
上に分割するなどしてもよい。

【００１６】前述のように従来の材料を用いた場合、ヘ
ッド１を薄肉化すると打撃時の衝撃により割れが生じや
すくなるが、割れ部を調査したところ、溶接部等の強度
的に不十分と考えられた所からの割れではなく、スコア
ーライン12底部より亀裂が生じ、それがフェース全体２
に広がり割れとなることが見出された。図３には、スコ
アーライン12とその割れ21の発生状況を示してある。さ
らに、亀裂が発生する傾向は、フェース２の中心のスコ
アーライン12底部に主に見られることも判明した。これ
を材料強度的に分析したところ、ボールの打撃時に約１
トン以上の荷重が加わり、これによってフェース全体２
が強度不足によりヘッド１内部へ湾曲し、このとき発生
する応力がスコアーライン21底部に集中し、これにより
亀裂が発生進展することが判明した。そして、この現象
を防ぐには、材料の面では、耐力の向上および表面硬さ
の向上が必要であることがわかった。耐力の向上は、薄
くなったフェース２部の強度不足を補い、ボールの打撃
時のフェース２のヘッド１内への湾曲を防ぐ。表面硬さ
の向上は、被打球部の局所的な変形を防ぎ、これによる
被打球部近傍のスコアーライン12底部への応力集中をよ
り周辺に分散させる効果がある。さらに、好都合なこと
に脆化しない範囲内での適正な耐力の向上は、材料自身
の疲労特性も向上させ、割れ21防止に効果がある。

【００１７】前記材料面での解析結果を、材料特性に反
映させるため、種々の実験を繰り返した結果、従来の製
造装置を有効に利用しながら目的を達成するためには、
フェース２部に最適な時効処理を施し、割れが発生しな
い耐力および表面硬さを得なければならないことがわか
り、薄肉なフェース２部の最適材料特性を把握すること
ができた。反面、従来よりも高い耐力を得るための時効
条件は、非常に長い熱処理時間を必要とし、製造コスト
を大幅に上昇させるという新たな問題が生じた。この新
たな問題を解決するために検討した結果、製品厚まで加
工し終わったゴルフクラブヘッドを溶体化処理すること
なく直接時効することで、上記問題を解決でき、耐久性
に優れたチタン合金製のゴルフクラブヘッドを得ること
ができた。

【００１８】すなわち、本発明のゴルフクラブは、ヘッ
ド１を構成する部材16，17，18、特にフェース部材16の
材料として、冷間加工材、特にβ型チタン合金でβ単一
相からなる冷間加工材を直接時効した材料、さらには、
冷間加工度が１５％以上の加工組織である金属材料を用
いたものである。

【００１９】前述のように、従来β型チタン合金は基本
的に再結晶状態からの時効組織で、ゴルフクラブヘッド
のフェース材料に用いられている。しかし、この従来法
では比較的均一組織である程度の強度を得るためには比
較的高い温度での長時間時効（例えば５００℃で８時間
程度）を施さざるを得ない（全時効）。４００〜４５０
℃程度の温度で数１０時間時効することにより、さらに
均一な時効組織を得ることも可能であるが、均一組織が
得られた時点では極めて硬度が高くなりすぎ、均一組織
であっても、延性、なかんずく、切り欠き存在の下での
靭性は甚だ劣しい材質となる。

【００２０】また、低温時効であれ高温時効であれ、粒
界へのα相の優先析出は不可避であり、薄肉化に十分な
強靭性は得られず、耐久性を阻害する。

【００２１】これに対し、未再結晶組織よりα相を析出
させると粒界へのα相の優先析出は抑制され、粒界およ
び粒内がほぼ同程度に速やかにα相が析出するようにな
り、この全域に渡ってのα相析出の促進により、完全時
効状態になるまで時効させなくても均一な組織が得ら
れ、α相を完全に析出させ切らずともある程度の強度に
到達させられることにより、高延性、高靭性が維持され
る。この効果は冷間加工度数％（スキンパス圧延程度）
でも発揮されるが、より好ましくは、１５％以上の加工
度で耐久性は格段に向上する。

【００２２】さらに、従来から知られているようにβ相
におけるβ粒径を細かくしておけば、特に延性において
良好な特性が得られる。

【００２３】本発明で、時効前のチタン合金組織をβ単
一相としたのは、α＋βの二相組織やω相等の脆い組織
が存在すると、ヘッド１を構成する部材へ冷間または温
間プレス加工する際割れが生じるためである。

【００２４】また、時効前の材料を冷間加工組織とした
のは、最終のヘッド１の時効時に十分な強度を得るため
である。冷間加工組織ではなく溶体化処理をした組織で
は、短時間の時効では十分な強度が得られず、ボールの
打撃時の衝撃により割れなどが生じるおそれがある。さ
らに、冷間加工度を１５％以上にすることにより、この
効果が十分達成できる。

【００２５】さらに、ヘッド１の熱処理において溶体化
処理することなく直接時効処理するのは、ヘッド１を直
接時効することによってより高い強度を得るためであ
る。

【００２６】このように冷間加工組織を有する材料でヘ
ッド１を作製し、溶体化処理することなく時効すること
で高い強度を得られる。β型合金は析出硬化型の合金で
あり、時効処理を行うことでβ相内にα相を析出させ、
強度を得るものであるが、冷間圧延およびプレスなどに
よってヘッド1を構成する部材を加工するときに生じる
歪みを溶体化処理により解放することなく直接時効処理
すると、溶体化処理上がり材を時効した場合と比較し
て、α相の析出をより促進させることが可能になるとと
もに、冷間加工で生じた加工硬化を溶体化処理で取り去
ることなく、低温での時効のみの低い温度で加工硬化を
残すことが可能になる。そして、この２つの効果によ
り、短時間で従来よりも高い強度を得ることができる。

【００２７】従来製法による材料でも高い強度を得るこ
とはできるが、そのためには時効処理を長時間行うこと
が必要になり、製造コストの増加や生産性の低下などの
不具合が生じる。したがって、これは課題を解決するた
めの現実的な対応とはなりにくい。

【００２８】本発明のゴルフクラブの製造方法の一例に
おいては、所要組成の合金材料からアーク溶接によりイ
ンゴットを作製後、熱間圧延および冷間圧延を行うこと
により所定板厚の板材を作成し、この板材を冷間プレス
あるいは温間プレスして必要な形状を備えた部材（前記
フェース部材16、ボディ部材17およびクラウン部材18な
ど）を作製し、それらを溶接により接合させてヘッド１
を作製し、得られたヘッド１を時効処理し、これにより
得られたヘッド１をシャフト10に組み付けて組み立てる
ことによりゴルフクラブが作製される。

【００２９】ただし、本発明の有効な実施のためには、
まず熱間圧延に注意を払う必要がある。熱間圧延で、β
相以外の相が析出する場合には、その後溶体化処理する
必要がある。これは、その後の冷間加工を問題なく行う
ために必要である。しかし、可能ならば熱間圧延でβ単
一相に仕上がるように温度制御をすることにより、低コ
ストで製造できる。それに加えて、熱間圧延時に歪みを
発生するようにすることにより、その後の冷間加工を十
分行わなくても、加工硬化が十分に得られ、さらに低コ
ストで製造できる。また、冷間加工にも注意を要する。
従来の方法では、最終加工後溶体化処理するため、そこ
で熱を加え同時に形状を矯正することも可能である。一
方、本発明において冷間加工後溶体化処理を行わない実
施形態では、このような矯正が行われないため、冷間加
工で十分な形状を予め得る必要がある。

【００３０】さらには、水素吸収にも注意する必要があ
る。すなわち、一般にβ型チタン合金は、水素吸収を起
こしやすく、水素吸収が起こった場合には、真空もしく
はＡｒ雰囲気中で高温熱処理する必要がある。従来の工
程では、溶体化処理で脱水素を行うことが可能である
が、それには困難が伴うため、本発明の方法では、工程
途中で水素吸収しないように注意を払う必要がある。特
に、酸洗工程は水素吸収が生じやすい工程なので、酸洗
液（例えば、弗酸＋硝酸水溶液）、酸洗温度、酸洗時間
などを管理する必要がある。

【００３１】

【実施例】

【００３２】

【表１】

【００３３】表１は、各種材料の時効後の硬さと耐力の
測定結果を示したものである。より詳しくは、β型合金
であるＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金を熱
間圧延後溶体化処理し、それを冷間圧延しない材料と冷
間圧延した材料とをそれぞれ時効処理し、硬さの変化を
調べたものである。時効処理条件は４５０℃×８時間で
ある。熱間圧延後溶体化処理した材料を４５０℃×８時
間熱処理しても硬さは３４１程度でとどまるのに対し、
それを冷間加工した材料を同じ条件で時効すると、硬さ
がさらに上昇するのがわかる。これは、冷間加工による
加工硬化の効果と時効析出がより速く進行する効果とが
現われたためである。また、特に冷間加工度が１５％以
上になるとその効果が明白に現われる。さらには、熱間
圧延後、溶体化せず直接冷間圧延し時効処理を行うと、
さらに硬さが高くなることも判明した。本実施例は４５
０℃の時効温度であるが、より低い４００℃や３００℃
でも同様な効果があることが確認された。さらに、４５
０℃以上の温度でも同様な効果は得られるが、６００℃
以上の温度では時効が進まず、また、歪みが除去された
り、再結晶化が生じるため、効果が薄れるおそれがあ
る。すなわち時効温度は、３００〜６００℃程度が好ま
しい。

【００３４】

【表２】

【００３５】本実施例のＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ
−３Ａｌ合金により作成したヘッド１の耐久性を調べた
結果を表２に示す。これは、ゴルフ用実打試験機を用い
たものである。ヘッド１のフェース２に溶体化上がり材
を用いたものや、溶体化処理後に時効処理を行った材料
では、試打時に割れや凹み等がフェース２に生じ、良好
な結果は得られていない。しかし、冷間圧延を用い、か
つ時効処理とした本実施例では、５０００回の試打を行
った段階でも割れや窪みは認められず、良好な結果が得
られた。

【００３６】フェース２部の板厚t1を２．７mmとチタン
材料では従来になく薄くし、そのフェース部材16に本発
明を適用した場合としない場合とでは、明らかに割れ発
生までの試打回数が異なり、特に本発明はゴルフドライ
バーとして有効であることが本実施例により証明され
る。

【００３７】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、種々の変形実施が可能である。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明のゴルフクラブのフェー
ス部用チタン合金によれば、複数の凹溝状のスコア−ラ
インが形成されているフェース部を有する金属製の中空
ヘッドを備えたウッドゴルフクラブにおいて、前記フェ
ース部は、β単一相からなり冷間圧延加工度が１５％以
上で５０％以下であるβ型チタン合金を冷間または温間
プレスにより作成し、その後溶体化処理をすることなく
冷間加工組織としたので、ヘッドの耐久性を向上させる
ことができ、したがって、材厚を薄くできることによ
り、総重量を抑えながらヘッドを大型化でき、使いやす
いウッドゴルフクラブを提供できる。

【００３９】請求項２の発明のゴルフクラブのフェース
部用チタン合金によれば、複数の凹溝状のスコア−ライ
ンが形成されているフェース部を有する金属製の中空ヘ
ッドを備えたウッドゴルフクラブにおいて、前記フェー
ス部は、β単一相からなり冷間圧延加工度が１５％以上
で５０％以下であるβ型チタン合金を冷間または温間プ
レスにより作成し、その後溶体化処理をすることなく冷
間加工組織から３００〜６００℃で時効処理したので、
ヘッドの耐久性を向上させることができ、したがって、
材厚を薄くできることにより、総重量を抑えながらヘッ
ドを大型化でき、使いやすいウッドゴルフクラブを提供
できる。さらに時効により、材料の耐力、表面硬さが向
上し、フェース部の板厚を薄くすることも可能になる。

【００４０】請求項３の発明のゴルフクラブのフェース
部用チタン合金によれば、前記フェース部の硬度は、Ｈ
ｖ３５７以上４５０以下としたものであり、フェース部
の板厚を薄くすることも可能になる。。

【００４１】さらに、請求項４の発明のゴルフクラブの
フェース部用チタン合金によれば、前記β型チタン合金
は、Ｔｉ−１５Ｍｏ系またはＴｉ−１５Ｖ系であり、総
重量を抑えながらヘッドを大型化でき、使いやすいウッ
ドゴルフクラブを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウッドゴルフクラブの一実施例を示す
ヘッド付近の斜視図である。

【図２】同上ヘッド付近の断面図である。

【図３】同上図１のIII-III線断面図であり、（ａ）は
割れのない状態、（ｂ）は割れの状況を示している。

【符号の説明】

１ヘッド２フェース 12 スコアーライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９４Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の凹溝状のスコア−ラインが形成さ
れているフェース部を有する金属製の中空ヘッドを備え
たウッドゴルフクラブにおいて、前記フェース部は、β
単一相からなり冷間圧延加工度が１５％以上で５０％以
下であるβ型チタン合金を冷間または温間プレスにより
作成し、その後溶体化処理をすることなく冷間加工組織
としたことを特徴とするゴルフクラブのフェース部用チ
タン合金。
【請求項２】複数の凹溝状のスコア−ラインが形成さ
れているフェース部を有する金属製の中空ヘッドを備え
たウッドゴルフクラブにおいて、前記フェース部は、β
単一相からなり冷間圧延加工度が１５％以上で５０％以
下であるβ型チタン合金を冷間または温間プレスにより
作成し、その後溶体化処理をすることなく冷間加工組織
から３００〜６００℃で時効処理したことを特徴とする
ゴルフクラブのフェース部用チタン合金。
【請求項３】前記フェース部の硬度は、Ｈｖ３５７以
上４５０以下であることを特徴とする請求項１又は２記
載のゴルフクラブのフェース部用チタン合金。
【請求項４】前記β型チタン合金は、Ｔｉ−１５Ｍｏ
系またはＴｉ−１５Ｖ系であることを特徴とする請求項
１〜３のいずれか１項に記載のゴルフクラブのフェース
部用チタン合金。