JP2004337445A - ゴルフクラブヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を損ねることなく反発性能を向上する。
【解決手段】フェース部材１Ａがβ型チタン合金からなるゴルフクラブヘッドを製造するゴルフクラブヘッドの製造方法である。前記チタン合金を熱間鍛造した後、空冷して前記フェース部材１Ａを得る工程を含む。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐久性を損ねることなく反発性能を向上しうるゴルフクラブヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
打球の飛距離を増大させるために、ゴルフクラブヘッドの反発性能を向上させる試みが種々なされている。具体的な方法の一つとして、フェース部の薄肉化が知られている。しかし、フェース部の薄肉化は、反発性能を向上させる反面、繰り返して生じるボール打球時の衝撃力に耐えうる疲労強度の低下も招き易い。このため、フェース部の薄肉化には、より高い疲労強度を具えた金属材料が必要となる。
【０００３】
従来、高い強度を有するβ型チタン合金がフェース部の材料として注目を浴びている。一般にβ型チタン合金は冷間での加工性に優れてはいるが、より精度の良くかつ複雑なフェース部材を成形する場合には、加工性を考慮して固溶化温度以上に加熱して鍛造（熱間鍛造）を行うことが多い。そして従来では、β型チタン合金の熱間鍛造を行った後、水冷等により急冷されることが一般的である。これは、β型チタン合金の加熱時間が大になるとβ相の結晶粒の粗大化を招き、強度や靱性が低下すると考えられていたためによる。
【０００４】
しかしながら、発明者らは、β型チタン合金、とりわけＴｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌでは、熱間鍛造の後、空冷すると、意外にも疲労強度に著しい向上が見られることを知見した。疲労強度の向上は、繰り返しボールを打球するゴルフクラブヘッドのフェース部材として、引張強度の向上よりもむしろ有利に作用する。
【０００５】
本発明は、以上のような実情に鑑み案出なされたもので、β型チタン合金を熱間鍛造した後、空冷してフェース部材を得る工程を含むことを基本として、耐久性を損ねることなく反発性能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。なお先行する特許文献として次のものがある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２８８５１８号公報
【０００７】
該特許文献１は、α＋β型チタン合金を、β域に加熱して加工を開始し、（βトランザス−１５０℃）以上βトランザス未満の温度で加工を終了した後、０．２〜２．０℃／秒の冷却速度で冷却することを開示している。しかし、このものはα＋β型チタン合金において、β粒界に生成する針状α相を成長させることを課題としており、β型チタン合金とは相容れない技術である。
【０００８】
【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、フェース部材がβ型チタン合金からなるゴルフクラブヘッドを製造するゴルフクラブヘッドの製造方法であって、前記β型チタン合金を熱間鍛造した後、空冷して前記フェース部材を得る工程を含むことを特徴としている。
【０００９】
また請求項２記載の発明は、前記β型チタン合金がＴｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌである請求項１記載のゴルフクラブヘッドの製造方法である。
【００１０】
また請求項３記載の発明は、前記熱間鍛造は、前記チタン合金を８００〜９５０℃の温度に加熱して行われ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の製造方法である。
【００１１】
また請求項４記載の発明は、前記フェース部材は、空冷後のβ結晶粒の平均粒径が５０μｍ以下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の製造方法である。前記β結晶粒の平均粒径は、フェース部から試験片（例えば長さ２５ｍｍ×巾１０ｍｍ×厚さ２．５ｍｍ）を切り出し、これを研磨、エッチングした後、光学顕微鏡によりミクロ組織を観察し、５００倍の顕微鏡写真から１５個のβ結晶粒を特定するとともにその最大長さを平均して求めることとする。
【００１２】
また請求項５記載の発明は、フェース部材がβ型チタン合金からなるゴルフクラブヘッドであって、前記フェース部材は、前記チタン合金を熱間鍛造した後、空冷された熱間鍛造品からなることを特徴とするゴルフクラブヘッドである。
【００１３】
【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は本発明の実施形態としてウッド型ゴルフクラブヘッドの斜視図、図２はその分解斜視図を示している。
【００１４】
図において、ウッド型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は、ボールを打撃するフェース面Ｆを表面とするフェース部２と、前記フェース面Ｆの上縁Ｅａに連なりかつヘッド上面をなすクラウン部３と、前記フェース面Ｆの下縁Ｅｂ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との間をフェース面のトウ側縁Ｅｃからヒール側縁Ｅｄまでのびヘッド側面を形成するサイド部５と、図示しないシャフトが装着されるネック部６とを具えたものが例示される。またヘッド１は、金属材料からなりかつ内部に中空部を有する中空形状のものが示される。
【００１５】
また本実施形態のヘッド１は、図２に分解して示すように、前記フェース面Ｆの主要部を含むフェース部材１Ａと、このフェース部材１Ａと本例では溶接により固着されて該ヘッド１を形成するヘッド本体１Ｂとからなるいわゆる２ピース構造のものが例示される。２ピース構造のヘッド１は、３ピース構造のものに比して溶接箇所を減じ、かつ作業工程を削減して生産性を向上しうる他、ヘッドの諸寸法や諸角度のバラツキなどを抑制するのにも役立つため、精度の良いヘッドを提供できる。
【００１６】
前記ヘッド本体１Ｂは、例えばクラウン部３の主要部をなすクラウン基体部１４と、ソール部４の主要部をなすソール基体部１５と、前記クラウン基体部１４とソール基体部１５との間を継ぎかつヘッド周囲をなすサイド基体部１６と、ネック部６とを一体に具えている。またヘッド本体１Ｂは、前面にフェース部材１Ａが配される開口部Ｏを有するものが示される。開口部Ｏには、例えば前記フェース部材１Ａを隙間を介して仮保持可能な爪片８などを適宜設け、両部材を溶接する際の仮固定を容易化するなど作業性を向上しうる。
【００１７】
ヘッド本体１Ｂは、例えばアルミニウム合金、チタン、チタン合金、ステンレスなどの各種の金属材料により形成することができる。本例ではα＋β型チタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖが採用され、ロストワックス精密鋳造法によって前記各部が一体に成形されたものを示す。ただしヘッド本体１Ｂは、図示の態様に限定されるものではなく、２以上のパーツを溶接等により接合して形成されても良く、また他の材料を用いることなど種々の態様で実施しうるのは言うまでもない。
【００１８】
前記フェース部材１Ａは、本例では、前記フェース面Ｆを形成する基部１２と、この基部１２の周縁からヘッド後方（バックフェース側）にのびる延長部１３とを一体に有するものが例示される。延長部１３は、例えばフェース面Ｆの周縁Ｅ（前記上縁Ｅａ、下縁Ｅｂ、トウ側縁Ｅｃ及びヒール側縁Ｅｄを含めて周縁Ｅと称する。）から例えば５〜３０ｍｍ程度の水平方向の長さＬを有して終端するのが望ましい。
【００１９】
前記基部１２は、本例ではフェース面Ｆの実質的に全域を形成する好ましい態様をしているが、フェース面Ｆの主要部を形成するものでも良い。また延長部１３は、本例ではクラウン部３の前縁部分を形成するクラウン部側の延長部１３ａと、ソール部４の前縁部分を形成するソール部側の延長部１３ｂと、サイド部５のトウ側部分の一部を形成するトウ側の延長部１３ｃと、サイド部５のヒール側部分の一部を形成するヒール側の延長部１３ｄとを含むことができる。ただし、延長部１３の形状は、この態様に限定されるものではない。また基部１２と延長部１３とは、溶接等により接合されているのではなく、後述する熱間鍛造により一体に加工される。これにより、フェース部材１Ａは、略お椀状といった複雑な形状に形成できる。
【００２０】
前記フェース部材１Ａは、β型チタン合金により形成される。より具体的には、β型チタン合金を熱間鍛造した後、空冷して前記フェース部材１Ａを得る。発明者らの種々の実験の結果、β型チタン合金を熱間鍛造後、空冷すると意外にも疲労強度が従来に増して向上することを見出した。このメカニズムについては、今後さらなる解析が必要となるが、概ね従来のβ型チタン合金のフェース部材は、熱間鍛造の後、急冷されていたため、熱間鍛造時の変形により生じた内部応力の多くが残留し疲労強度の向上を妨げていたものと考えられる。これに対して、本実施形態のフェース部材１Ａのように、熱間鍛造後、空冷することで、鍛造時の合金の内部応力を緩和させることができ、疲労強度が大幅に向上するものと推察される。本発明では、空冷によって内部応力の除去が可能であるが、β相の結晶粗大化を招き、疲労強度は向上するものの引張強度や靱性などはやはり低下しやすくなる。このような観点より、冷却後のβ結晶粒の平均粒径を５０μｍ以下とするときには、引張強度の低下などを抑えることができる点で特に望ましい。結晶粒径は合金組成によって種々異なったものになるが、好ましくは結晶粒径が小さいＴｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４ＡｌやＴｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌが望ましい。
【００２１】
β型チタン合金は、常温で単相のβ型結晶構造を安定して保有するチタン合金であって、例えばＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ、Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌ、Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ、Ｔｉ−８Ｍｏ−８Ｖ−２Ｆｅ−３Ａｌ、Ｔｉ−３Ａｌ−８Ｖ−６Ｃｕ−４Ｍｏ−４Ｚｒ、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ、又はＴｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ等が挙げられ、とりわけ空冷による疲労強度の向上効果が顕著に大きい前記Ｔｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌと、Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌとが特に好ましい。なおＴｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌは、質量％において、Ｖを１４．５〜１５．５％、Ｃｒを５．８〜６．２％、Ａｌを３．８〜４．２％、残部をＴｉと少量の不可避不純物（例えばＦｅ、Ｏなど）を含むことができる。
【００２２】
前記熱間鍛造は、前記チタン合金を８００〜９５０℃の温度に加熱して行われることが望ましい。前記温度が８００℃未満であると、鍛造時の加工性が低下するため特に前記お椀状のような複雑な形状のフェース部材１Ａを成形する際の寸法安定性に劣るほか、金型等の疲労が大きく生産性が悪化しやすい。逆に熱間鍛造の温度が９５０℃を超える場合、β相の結晶組織の粗大化が急激に生じ、強度や靱性を低下させる傾向がある。特に好ましくは、８３０〜９００℃、より好ましくは８４０〜８８０℃の温度に加熱して熱間鍛造を行うことが好ましい。また本実施形態では、β型チタン合金を、前記温度で５分以上かつ１時間以下加熱を保持した後、鍛造される。このような加熱、保持は、鍛造素材の温度を中心部まで均一化しうるため、加工性をより一層向上しうる。
【００２３】
熱間鍛造は、例えば板材、丸棒などの塊状の前記β型チタン合金材料を前記温度に加熱した後、ハンマーやプレス型で打撃ないし加圧する機械加工であり、ロール圧延は含めない。鍛造加工されたフェース部材１Ａは、鋳造に比して緻密な結晶構造が得られ、材料の強度を向上させうる点で好ましく、かつ材料に大きな塑性変形を伴わせることができるため、前記略お椀状のフェース部材１Ａを精度良く成形することが可能になる。また鍛造における成形法は、例えば自由鍛、型鍛造（開放型、密閉型、或いは半密閉型を含む）又は高速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。
【００２４】
またフェース部材１Ａは、上記熱間鍛造により成形された後、空冷される必要がある。空冷は熱間鍛造されたβ型チタン合金を室温で保持することにより該室温まで冷却する。その際、冷却速度が１〜１５（℃／秒）、より好ましくは３〜１５（℃／秒）、さらに好ましくは５〜１２（℃／秒）の範囲であることが特に望ましい。該冷却速度が１５（℃／秒）を超えると、熱間鍛造中の内部応力の多くが合金内部に残留する傾向があるため、疲労強度の向上が十分でない。逆に１（℃／秒）未満であると、β相の粗大化を招くため好ましくない。なお空冷は、不活性ガス雰囲気中で行うなどチタン合金の表面酸化を防止する適宜の手段を施すことも好ましい。
【００２５】
熱間鍛造後、空冷することにより得られたフェース部材１Ａは、ヘッド本体１Ｂと例えば溶接により固着されてヘッド１を構成する。このようなヘッド１は、フェース部材１Ａの疲労強度を大幅に向上しうるため、フェース部２の薄肉化を図り反発性能を向上しうる。特に好ましくは、フェース部材１Ａの最大厚さを２．７ｍｍ以下、より好ましくは２．０〜２．７ｍｍ、さらに好ましくは２．２〜２．５ｍｍとするのがより効果的である。
【００２６】
以上本発明の実施形態について説明したが、フェース部材１Ａの形状は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えばクラウン部側の延長部９ａのみとすること、またソール部側の延長部９ｂのみとすることなど、延長部は全周に設ける必要はない。また延長部を有しない平板状としても良い。またヘッド１は、ウッド型のみならず、アイアン型やパター型、さらにはユーティリティ型など種々の態様で具現化しうる。
【００２７】
【実施例】
（テストＩ）
β型チタン合金として、Ｔｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌ（質量％において、Ｖ：１５．２０％、Ｃｒ：５．９８％、Ａｌ：４．００％、Ｆｅ：０．１０％、Ｏ：０．１４％、残部：Ｔｉ）のφ１８ｍｍの丸棒を平板に熱間鍛造した後、空冷したもの（試料１〜３）と、水冷したもの（試料４〜５）をそれぞれ試作し、曲げについての疲労強度を比較した。各試料は、長さ１５０ｍｍ、巾２０ｍｍとし、厚さを２．５ｍｍ、２．７ｍｍ及び３．２ｍｍとし、一定厚さの平板とした。冷却条件は、空冷が３℃／秒、９℃／秒、１３℃／秒であり、水冷は２０（℃／秒）以上である。疲労強度は、両端を支持された水平な試料の中間部に荷重１２００ＭＰａの垂直荷重を作用させる３点曲げ疲労試験を行い、試料が破損するまでの荷重負荷回数をそれぞれ測定した。試料のスパン長は３０ｍｍとした。評価は、試料４の回数を１００とする指数で表示した。数値が大きいほど良好である。テストの結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
テストの結果、熱間鍛造後、空冷した試料１ないし３については、水冷した試料４ないし５に比べて著しく疲労強度を向上していることが確認できる。
【００３０】
（テストＩＩ）
上述のβ型チタン合金Ｔｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌを使用して図２に示した略お椀状のフェース部材を表２の仕様に基づき試作し、これを用いてヘッド体積が３８０ｃｍ^３ のウッド型ゴルフクラブヘッド（＃１：ドライバー）を製造して各種のテストを行った。ヘッド本体はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖの鋳造品とし、これにフェース部材を溶接した。テスト方法は、次の通りである。
【００３１】
＜ヘッド耐久性＞
各供試ヘッドにＦＲＰ製の同一のシャフトを装着して４５インチのウッド型ゴルフクラブを試作するとともに、該クラブをスイングロボットに取り付け、ヘッドスピードが５０ｍ／ｓとなるように調節して２ピースゴルフボールを各クラブ毎に５０００球づつ打撃し、フェース部が破損したときの打球数を調べた。破損しなかったものは「ＯＫ」と評価した。
【００３２】
＜反発係数＞
Ｕ．Ｓ．Ｇ．Ａ．の Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｉｎｇ ｔｈｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｒａｔｉｏ ｏｆ ａ Ｃｌｕｂ Ｈｅａｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｏ Ｒｕｌｅ ４−１ｅ， Ｒｅｖｉｓｉｏｎ ２ （Ｆｅｂｒｕａｒｙ ８， １９９９） に基づきヘッドの反発係数を測定した。数値が大きいほど反発性能が高く良好である。テストの結果などを表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
（テストＩＩＩ ）
フェース部材にチタン合金Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌを用いてテストＩＩに準じた試験を行った。テストの結果を表３に示す。
【００３５】
【表３】

【００３６】
テストの結果、実施例のものは比較例に比べると、耐久性を維持しつつ、反発性能を向上しており、良好な結果が確認できた。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし４記載の発明では、β型チタン合金を熱間鍛造した後、空冷して前記フェース部材を得る工程を含むことにより、該フェース部材の疲労強度をより一層向上できる。特にβ型チタン合金がＴｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌであるときには、かかる効果をより顕著に期待できる。従って、フェース部材のフェース部の厚さを減じることにより、耐久性を維持かつつ反発性能を向上しうる。また請求項４記載の発明のように、フェース部材のβ相の結晶サイズを限定したときには、β相の結晶の粗大化を防ぎ、引張強度や靭性の低下を防止しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すヘッドの斜視図である。
【図２】その分解斜視図である。
【符号の説明】
１ ウッド型ゴルフクラブヘッド
１Ａ フェース部材
１Ｂ ヘッド本体
２ フェース部
３ クラウン部
４ ソール部
５ サイド部
６ ネック
１２ 基部
１３ 延長部
１３ａ クラウン側の延長部
１３ｂ ソール側の延長部
１３ｃ トウ側の延長部
１３ｄ ヒール側の延長部
Ｆ フェース面

Claims (5)

1. フェース部材がβ型チタン合金からなるゴルフクラブヘッドを製造するゴルフクラブヘッドの製造方法であって、
   前記β型チタン合金を熱間鍛造した後、空冷して前記フェース部材を得る工程を含むことを特徴とするゴルフクラブヘッドの製造方法。
2. 前記β型チタン合金がＴｉ−１５Ｖ−６Ｃｒ−４Ａｌである請求項１記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
3. 前記熱間鍛造は、前記チタン合金を８００〜９５０℃の温度に加熱して行われ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の製造方法。
4. 前記フェース部材は、空冷後のβ結晶粒の平均粒径が５０μｍ以下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の製造方法。
5. フェース部材がβ型チタン合金からなるゴルフクラブヘッドであって、
   前記フェース部材は、前記チタン合金を熱間鍛造した後、空冷された熱間鍛造品からなることを特徴とするゴルフクラブヘッド。

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