JP2005007049A - ゴルフクラブヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】高強度化，強靭化に適した合金設計の採用により耐力を一層高めた鋼板をフェース部として使用し、フェース部の薄肉化によって、反発力並びに周辺質量配分による慣性モーメントを向上させ、比較的安価で、製造が容易なゴルフクラブヘッドを提供する。
【構成】Ｃ：０．４０〜０．８０質量％，Ｓｉ：０．６０質量％以下，Ｍｎ：０．６０〜１．５０質量％，Ｐ：０．０２０質量％以下，Ｓ：０．０２５質量％以下，Ｃｒ：０．３０〜１．００質量％，Ｎｉ：０．３０〜０．８０質量％，Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％，Ｖ：０．０５〜０．４０質量％を含む鋼板をフェース形状に成形加工した後、８００〜９００℃の温度域に加熱しての焼入れ処理と、その後の２３０〜３００℃の温度域での焼戻し処理を施した後、別途成形されたヘッド本体のフェース部に嵌め込んで溶接接合し、その後さらに表面仕上げ処理を施すことによりゴルフクラブヘッドを製造する。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フェース部材の強靭化によりフェース部の板厚を薄くすることが可能であり、この薄肉化による反発力の向上とともに、薄くなった分の質量の再配分による重心位置のより最適な設定を可能としたゴルフクラブヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ゴルフクラブヘッド材としての鉄系材料としては、Ｓ２０Ｃなどの低炭素鋼を鍛造したものが使用されている。そして、スイングの安定性とボールの反発力を高めるために、フェース部材の厚みを薄くし、周辺質量配分による慣性モーメントを向上させた、いわゆるキャビティタイプのアイアンクラブが好評を博している。
本出願人等も、中炭素鋼を改良した素材を用いたゴルフクラブ用スチールシャフトを提案し（特公平３−４４１２６号公報参照）、さらに同じ素材を使用したアイアンヘッドも製造している。特許第２８２５０２２号公報に記載しているように、フェース部の厚みを薄くしても所望の強度や耐疲れ性を発現させるために表面硬化処理を施している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
フェース部材の厚さを薄くするために、フェース部を構成する材料として、マルエージング鋼を使用したものが特開平７−３０８４１０号公報で、ばね鋼を使用したものが特開２００３−６２１３６号公報で提案されている。
マルエージング鋼は非常に強度が高いので、これを素材として用いるとフェース部の厚みを従来と比べて格段に薄くすることができる。しかしながらマルエージング鋼は合金元素を多量に含有させているために、非常に高価な材料である。このため、ゴルフクラブの価格が高くなってしまう。また、マルエージング鋼は板素材の入手が困難であり、さらに溶体化状態でもＨＲｃ３０程度と硬質で、加工も難しい。具体的には、金型のヘタリが早い。また、冷間プレスでスコアラインを入れるとスコアラインの縁が盛り上がってしまい、奇麗に入れることができないなどという不具合を生じる。
【０００４】
また、ばね鋼は疲労強度が高いので、フェース部材の厚さをある程度薄くすることは可能である。しかしながら、ばね鋼は耐力の点で、昨今のゴルフクラブフェース部材の更なる薄肉化要求には十分に応えることができていない。具体的に特開２００３−６２１３６号公報に記載の技術で、例えば厚み２．０ｍｍのフェース板を製造することは困難であった。
本発明は、ゴルフクラブヘッド、特にフェース部材の要求特性に応えるべく案出されたものであり、高強度化，強靭化に適した合金設計を採用し、焼戻し軟化抵抗を増大して耐力を一層高めた鋼板をフェース部材として使用し、フェース部の板厚を薄くすることが可能であるとともに、この薄肉化によって反発力を向上させ、薄くなった分の質量の再配分による重心位置のより最適な設定を可能とし、いずれの添加元素も１．５質量％以下であるため比較的安価で、圧延，ブランク加工，冷延プレスといった製造が容易なゴルフクラブヘッドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のゴルフクラブヘッドは、その目的を達成するため、Ｃ：０．４０〜０．８０質量％，Ｓｉ：０．６０質量％以下，Ｍｎ：０．６０〜１．５０質量％，Ｐ：０．０２０質量％以下，Ｓ：０．０２５質量％以下，Ｃｒ：０．３０〜１．００質量％，Ｎｉ：０．３０〜０．８０質量％，Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％，Ｖ：０．０５〜０．４０質量％を含み、所定形状に成形加工された後の焼入れ・焼戻し処理により０．１％耐力で１３００Ｎ／ｍｍ^２以上の高耐力を有する鋼板がフェースとして組み込まれていることを特徴とする。
【０００６】
このようなゴルフクラブヘッドは、上記成分組成を有する鋼板をフェース形状に成形加工した後、フェース板単独で８００〜９００℃の温度域に加熱して焼入れ処理し、その後２３０〜３００℃の温度域で焼戻し処理した後、別途成形されたヘッド本体に嵌め込んで溶接接合した後、両者の表面に仕上げ処理を施すことにより製造される。
【０００７】
【作用】
ゴルフクラブヘッドフェース部材の薄肉化は、フェース部に使用される材料自体の強靭性に大きく影響される。そこで、本発明者等は、中炭素鋼をべースに種々の合金元素を添加し、焼入れ・焼戻し処理条件を変化させて材料の強靭化について検討した。
一般に、焼戻し温度の低下は耐力，強度の向上に有効であるが、低い温度に焼き戻された鋼材は靭性に劣る。そこで、本発明においては、フェース部材料として使用する際の耐力，強度の向上を狙って焼戻し温度を低く設定することを前提とした合金設計を行い、焼入れ・焼戻し処理を施すことで、フェース部材に必要な弾性，反発力，強度を得ることができた。
さらに本発明では、含有させたＣｒ，Ｍｏ，Ｖ等の合金元素の微細炭化物形成作用により焼戻し軟化抵抗を増大することで、焼戻し後の耐力を高くすることができている。
【０００８】
【実施の形態】
以下、本発明で規定した要件を個別に説明する。
〔Ｃ：０．４０〜０．８０質量％〕
熱処理された鋼材の強度，耐力，弾性に影響を及ぼす合金成分であり、Ｃ含有量に応じ焼入れ硬さ，残留オーステナイト量が大きく変動する。十分な焼入れ硬さを得る上で０．４０質量％以上のＣが必要であり、Ｃ含有量の調整によって焼入れ・焼戻し処理後の残留オーステナイト量も確保できる。しかし、０．８０質量％を超える過剰量のＣが含まれると、靭性，溶接性が低下しやすい。
〔Ｓｉ：０．６０質量％以下〕
製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であるが、十分な脱酸を行わせるためには０．１５質量％以上とすることが好ましい。しかしながら多量のＳｉ添加は溶接性を低下させることにもなるので、０．６０質量％以下に制限する。
【０００９】
〔Ｍｎ：０．６０〜１．５０質量％〕
焼入れ性を向上させると共に、残留オーステナイトの生成にも有効な合金成分である。十分な焼入れ性，残留オーステナイト量を得るため、Ｍｎ含有量を０．６０質量％以上に設定する。しかし、１．５０質量％を超える過剰量のＭｎを含ませると、パーライトバンド組織の成長や偏析が促進される結果として靭性が却って低下しやすい。
【００１０】
〔Ｐ：０．０２０質量％以下〕
低温焼戻し脆化の原因となる成分であるが、０．０２０質量％以下に規制することによりＰ起因の悪影響を抑制できる。
〔Ｓ：０．０２５質量％以下〕
介在物となって鋼中に存在し、靱性を劣化させる成分である。０．０２５質量％を超える量のＳを含む鋼材では、接合時に溶接部のメタルフローに沿って介在物起因の割れが発生しやすくなる。
【００１１】
〔Ｃｒ：０．３０〜１．００質量％〕
焼入れ性の向上に有効である。また、焼戻し処理時に微細な炭化物を形成して焼戻し軟化抵抗を増大させ、強度，靱性を向上させる上で必要な合金成分である。このような効果は、０．３０質量％以上のＣｒ添加でみられる。しかし、過剰量のＣｒを添加すると、増量に見合った強度の上昇が熱処理後に得られず、却ってヘッド本体への接合時の溶接性が低下するので、Ｃｒ含有量の上限を１．００質量％に規制した。
〔Ｎｉ：０．３０〜０．８０質量％〕
焼入れ性の改善に有効な合金成分であり、残留オーステナイトの生成を促進させる作用も呈する。十分な残留オーステナイト量を生成させる上で、０．３０質量％以上のＮｉが必要である。しかし、高価な合金元素であるので、０．８０質量％以下にＮｉ含有量を規制して鋼材コストの上昇を抑える。
【００１２】
〔Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％〕
Ｃｒと同様に焼入れ性を改善し、焼戻し処理時に微細な炭化物を形成して焼戻し軟化抵抗を増大させ、強度，靭性を向上させる。このような効果は０．１０質量％以上のＭｏ添加でみられるが、０．５０質量％を超えるＭｏの過剰添加は素材の成形性，溶接性に悪影響を及ぼす。
〔Ｖ：０．０５〜０．４０質量％〕
焼入れ・焼戻し時にオーステナイト結晶粒を細粒化し、また焼戻し処理時に微細な炭化物を形成して焼戻し軟化抵抗を増大させ、強度，靭性を向上させる作用を呈する。これらの効果は、Ｖ：０．０５質量％以上でみられるが、Ｖ：０．４０質量％で飽和する。
【００１３】
フェース板は、所定組成に調整された鋼材を常法に従って熱間圧延鋼帯とした後、所定の形状にブランク加工（外形抜き加工）して形成される。その後、フェース板表面には、金型を用いた冷間プレスによりスコアラインを形成する。なお、ブランク加工の際に、スコアラインを同時に形成してもよい。また、焼鈍後の硬度をＨＲＢ９８〜８８程度にすることができるため、これらの加工を問題なく行うことができる。
〔焼入れ・焼戻し処理〕
その後、フェース板単独で、焼入れ・焼戻し処理すると、０．１％耐力で１４００Ｎ／ｍｍ^２以上の高い強度，弾性等が得られる。また焼戻し処理時に、含有するＣｒ，Ｍｏ，Ｖ等の炭化物形成元素が均一微細な炭化物を形成し、焼戻し軟化抵抗を増大するので、高い強度が得られる。
【００１４】
焼入れ・焼戻し処理は次の手順および条件で行う。
フェース板を単独で８００〜９００℃の温度域に３〜３０分保持すると、フェース板を構成する鋼の組織が十分にオーステナイト化する。次いで、油中焼入れにより残留オーステナイトを含むマルテンサイト組織に改質される。焼戻し温度が低いほど残留オーステナイトが多くなって強度，耐力低下の原因になる。逆に高すぎる焼戻し温度では、残留オーステナイトが少なくなり靭性が低下するとともに、形成された炭化物が粗大化して焼戻し軟化抵抗が減少する。焼戻し温度は、均一微細な炭化物を得るために２３０〜３００℃の範囲で設定する。
【００１５】
ヘッド本体は、フェース板とは別に、例えばＳ２０Ｃ等の低炭素鋼を素材として、金型を用いた鍛造等により作製される。切削具や研磨具を使用してヘッド本体の形状を整えた後、前記フェース板をヘッド本体に嵌め込み、レーザー溶接等により、両者を溶接接合する。
このように、上記のように成分組成を特定し、条件を特定した熱処理を施すと、鋼板は０．１％耐力で１３００Ｎ／ｍｍ^２以上の高耐力を発揮し、高強度と、焼戻し軟化抵抗の増大による高強度を活用してフェース材料の薄肉化が可能となり、薄くなった分の質量の再配分により慣性モーメントを向上させたゴルフクラブヘッドが得られる。作製されたゴルフクラブヘッドは、重心を下げることができて安定したスイングが期待できるとともに、強度，靭性のバランスが良く、反発力が高いため飛距離アップにもつながる。
【００１６】
〔表面の仕上げ処理〕
フェース板をヘッド本体に嵌め込み溶接接合した後、両者の表面に通常の仕上げ処理を施す。
すなわち、両者を機械的に研磨した後、２０μｍ程度の厚さで通常のニッケルめっきを施す。外観の問題から、さらにその上に５μｍ程度の厚さで通常の硬質クロムめっきを施してもよい。その後、打球部にサンドブラスト又はガラスビーズ処理を施す。
【００１７】
【実施例】
実施例１：高強靭化鋼板の製造（鋼の成分組成）
表１に示した２種類の組成をもつ熱延鋼帯を酸洗した後、焼鈍を施し、板厚２．１ｍｍの熱延鋼帯を製造した。なお、比較例は従来から使用されているばね材であるＳＵＰ１０鋼である。
各熱間圧延鋼帯から引張試験，硬さ試験，シャルピー試験用の試験片を切り出し、８３０℃×１６分の加熱保持→６０℃の油中焼入れ→２８０℃×７０分加熱保持→空冷の焼入れ・焼戻し処理を施した。
なお、引張試験では、ＪＩＳ５号試験片を引張り、耐力，引張強さを測定した。耐力に関しては、歪み０．１％での応力値（０．１％耐力）を指標にとった。硬さはビッカース硬さを測定した。シャルピー衝撃試験では、ＪＩＳ４号サブサイズ試験片を用い衝撃吸収エネルギーを測定した。
その測定結果を表２に示す。
【００１８】

【００１９】

【００２０】
表２の調査結果にみられるように、本発明に従った合金設計の試験片は、含有Ｍｏ等の作用と相俟って強度，硬さ，靭性のいずれの点でも優れた特性を示し、表面性状も良好であった。
他方、ＳＵＰ１０のばね鋼を使用した比較例では、Ｎｉ含有量が少ないために規定の熱処理を施しても所望の衝撃特性が得られていない。さらにＮｉやＭｏの含有量が少ないために、低温焼戻し状態で所望の強度、靭性が得られていない。
【００２１】
実施例２：ヘッド本体へ嵌め込んだ後の実機テスト
実施例１の鋼材について板厚を、それぞれ２．５ｍｍ，２．３ｍｍ，２．１ｍｍ，１．９ｍｍに変えた鋼板を準備し、所定形状にブランク加工した後、実施例１と同じ、８３０℃×１６分の加熱保持→６０℃の油中焼入れ→２８０℃×７０分加熱保持→空冷の焼入れ・焼戻し処理を施した。その後、別途準備したＳ２０Ｃ製ヘッド本体に嵌め込みレーザー溶接で接合した後、通常の研磨処理とめっき処理及び通常のブラスト処理を施して試験用のキャビティタイプのアイアンゴルフクラブヘッドを製作した。
【００２２】
この試験用ヘッドを固定して，フェース面にゴルフボールを連続的に打ち付けて、フェース面の変形の有無を調査した。ところで、一般のアマチュアゴルファーの３番アイアンのゴルフクラブスイングスピードは通常３６ｍ／秒程度であるが、上記フェース面により過酷な条件である４３ｍ／秒の速さでゴルフボールを打ち付けた。
そして２０００球打ち付けた時点で、フェース面の変形の有無を観察した。目視で窪み等の変形が認められるものを×，変形が認められないものを○で評価した。
その結果を表３に示す。
【００２３】

【００２４】
表３に示す結果からもわかるように、従来から使用されているばね鋼であるＳＵＰ１０を用いた比較例では、２．３ｍｍ厚にするのが限界であるのに対して、本発明例では、２．０ｍｍを下回る１．９ｍｍ厚でも、過酷な打撃衝撃テストをクリアできている。
高強度化，強靭化した鋼板をフェース部として使用することにより、フェース部材料の薄肉化が可能であることがわかる。
なお、上記実施例では、アイアンヘッドを例にとって説明したが、ドライバーやフェアウェイウッドなどのウッドタイプやパターなどにも適用可能である。また、アイアンヘッドでも、キャビティタイプや中空タイプなど、種々の変形が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、含有炭素量を制限するとともに、含有Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等をも細かく規制し、焼入れ・焼戻し後の組織を調整することにより、高強度化，強靭化した鋼板をゴルフクラブのフェース部材料として使用するとき、強度，靭性のバランスがとれているので、フェース部の薄肉化が可能となる。
したがって、反発力の向上や、薄くなった分の質量の再配分による重心位置のより最適な設定ができるようになった。しかも、従来の素材に比べて安価で、製造も問題なく行うことができる。

Claims (2)

1. Ｃ：０．４０〜０．８０質量％，Ｓｉ：０．６０質量％以下，Ｍｎ：０．６０〜１．５０質量％，Ｐ：０．０２０質量％以下，Ｓ：０．０２５質量％以下，Ｃｒ：０．３０〜１．００質量％，Ｎｉ：０．３０〜０．８０質量％，Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％，Ｖ：０．０５〜０．４０質量％を含み、所定形状に成形加工された後の焼入れ・焼戻し処理により０．１％耐力で１３００Ｎ／ｍｍ^２以上の高耐力を有する鋼板がフェースとして組み込まれていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
2. Ｃ：０．４０〜０．８０質量％，Ｓｉ：０．６０質量％以下，Ｍｎ：０．６０〜１．５０質量％，Ｐ：０．０２０質量％以下，Ｓ：０．０２５質量％以下，Ｃｒ：０．３０〜１．００質量％，Ｎｉ：０．３０〜０．８０質量％，Ｍｏ：０．１０〜０．５０質量％，Ｖ：０．０５〜０．４０質量％を含み、所定形状に成形加工された鋼板をフェースとして、フェース板単独で８００〜９００℃の温度域に加熱して焼入れ処理し、その後２３０〜３００℃の温度域で焼戻し処理した後、別途成形されたヘッド本体に嵌め込んで溶接接合した後、両者の表面に仕上げ処理を施すことを特徴とするゴルフクラブヘッドの製造方法。