JP2006026399A - 浸炭鋼から形成されたバット - Google Patents

Abstract

【課題】 適正なコストで、性能が向上し、かつ耐久性の高いバットを提供する。
【解決手段】 球技用バット１０は、ハンドル部１６及び主打撃部１８を有する実質的に管状のフレーム１２を含む。ハンドル部１６は非鉄材料から形成される。打撃部１８は、ハンドル部１６とは別に形成され、これに連結される。打撃部１８は、鋼から形成され、内側面及び外側面を有する。少なくとも打撃部１８の一部が浸炭されて浸炭層を形成している。
【選択図】図１

Description

この発明は概して球技用バットに関する。特に、この発明は、従来の炭素鋼、合金鋼又は高強度低合金鋼から形成されたバットであって、バットを形成するのに用いられたかかる鋼の少なくとも一部が、浸炭、窒化又は硼化によって強化されたものに関する。

野球用バット及びソフトボール用バット等の球技用バットは公知である。近年、管状ハンドル部及び管状打撃部を含む金属バットが登場しており、これは、割れの発生しやすい木製バットと比較して、性能及び耐久性が向上している。最も一般的な管状バットは、アルミニウム製単壁管状バットである。かかるバットは、一般に反発応答が優れているという利点を有しており、すなわちバットが、打ったボールに対して効率的に力を伝達する。

一般的に言って、バットの性能は、バットの質量、寸法及びバットの反発応答の関数である。バットの耐久性は、少なくとも一部は、耐凹み性に関連し、かつ管状バットフレームの強度及び剛度により決まる。バット技術の最近の革新は性能及び耐久性を向上させており、最新のバット設計は、設計要素が競合するために、性能又は耐久性の一方を向上させ、他方を犠牲にするのが典型的である。例えば、バットの耐久性を向上させる試みは、バットの耐久性に弊害をもたらす。

これらの利点を取り入れ、他のアルミニウム合金、チタン合金及び複合材料等の付加的な材料を用いることにより、非常に多様な高性能バットが得られている。バットの設計及び材料におけるこうした利点にもかかわらず、既存のバットの性能、耐久性及び感触をさらに改良することに対する継続的な必要性が存在する。

アルミニウム、チタニウム又は複合材料から形成された近年のバットの欠点は、そのコストにある。アルミニウム、チタニウム及び複合材料は、概して材料費が高い。例えば、アルミニウムは従来の鋼の価格の１０倍にもコストを上昇させ、チタンはアルミニウムよりもさらに高価であることは明らかである。さらに、チタン等の多くの材料は加工が難しく、非常に作業性が悪い。また、複合材料の製造コストも比較的高い。さらにまた、チタンを含む多くの材料の入手可能性はしばしば変動するので、概ね一定の価格で材料を安定して調達することが困難となる。これらの理由から、チタンの使用は現在のバット設計では非常に限定されている。材料密度が低く（軽量で）、作業性が高いことから、非木製バットにはアルミニウムが最も一般的に用いられている。しかし、アルミニウムの引張強さは一般に約８５ｋｓｉ（０．５８６ＧＰａ）であり、他の多くの材料と比較して顕著に低い。十分な強度と耐久性を与えるために、アルミニウム製バットは、０．１１０インチ（２．７９４ミリメートル）もの壁厚で形成されることが多い。

従来の鋼は、アルミニウム又はチタンに比べて、顕著に安価でかつ頑丈であり、比較的作業性が高いが、比較的質量又は密度が高いために、典型的には、バットを形成するのに従来の鋼が用いられることはない。さらに、熱処理した後の従来の鋼は、アルミニウムよりも大きな引張強度（典型的には約１５０ｋｓｉ（１．０３４ＧＰａ）以下）を有しているが、従来の鋼から形成され、競技に十分な耐久性のあるバットを作るのに必要な壁厚では、ほとんどの選手にとって重すぎるバットとなる。重い材料を用いると、選手のバットスピード及びバットの慣性モーメント（ＭＯＩ）に悪影響を及ぼし得る。マルエージング鋼等の高品質鋼は、より高い引張強度を具える。しかし、かかる高品質鋼は、非常に高価でかつ加工が難しいので、材料コスト及び製造コストが高くなる。

したがって、適正なコストで、性能が向上し、かつ耐久性の高いバットに対する継続的な要求が存在する。質量を含めた従来の競技の要件の全てに適合するが、材料コスト及び製造コストが過剰でない高性能バットを提供することは有利である。バットの質量分布及びＭＯＩを含めた、鋼の使用に関連する潜在的な負の特性に対応しつつ、鋼の有利な材料特性及び品質を取り入れ、かつこれらを向上させたバットが必要である。

この発明は、ボールを打つように構成された球技用バットを提供する。バットは、ハンドル部及び打撃部を有する実質的に管状のフレームを含む。ハンドル部は非鉄材料から形成される。打撃部はハンドル部とは別に形成され、かつハンドル部に連結される。打撃部は、鋼から形成され、内側面及び外側面を有する。少なくとも打撃部の一部が浸炭されて浸炭層を形成している。

この発明の主要な態様によれば、バットは長手方向軸線を有し、第１及び第２プラテンを有するリング荷重試験機で試験可能である。バットはハンドル部及び主打撃部を有する実質的に管状のフレームを含む。打撃部は、従来の炭素鋼又は高強度低合金鋼から形成される。打撃部は、０．０４０〜０．０６５インチ（１．０１６〜１．６５１ミリメートル）の範囲内の壁厚さの中央領域を有する。リング荷重試験機で測定して、打撃部は２００〜３００ｋｓｉ（１．３８〜２．０７ＧＰａ）の範囲内の耐力を有する。所定長さのリングを、打撃部の前記中央領域から取り外し、リング荷重試験機の第１プラテンと第２プラテンの間に配置する。第１プラテンは、実質的に長手方向軸に直交する方向に、リングの外周面に荷重を加え、これから荷重曲がりデータが得られる。

この発明の他の主要な態様によれば、バットはハンドル部及び主打撃部を有する実質的に管状のフレームを含む。打撃部は鋼から形成される。打撃部は、第１の壁厚、内側面及び外側面を有する。打撃部の少なくとも一部は高性能層を含む。高性能層は、１５Ｎ ロックウェル硬度で８０〜９３の範囲内の硬さを有する。高性能層は、第１の壁厚の少なくとも５％の寸法に形成された第２の厚さを有する。

この発明は、添付の図面を参照しつつ述べる以下の詳細な説明からさらによく理解されるであろう。図面において、類似の部品は類似の参照番号で示す。

図１において、バットは全体として１０で示されている。図１のバット１０はソフトボール用バットとして構成されているが、この発明は、野球用バット、ゴム球用バット又は他の形態の球技用バットとしても形成することができる。バット１０は、長手方向軸線１４に沿って延びるフレーム１２を含み、比較的直径の小さなハンドル部１６、比較的直径の大きな打撃又は衝突部１８、及びハンドル部１６と打撃部１８の間に延在する中間テーパー部を有する。あるいは、打撃部はテーパー部の一部又は全部を包含することができる。

図１及び２を参照して、フレーム１２のハンドル部１６及び打撃部１８は、別構造として形成されており、これらは互いに接続又は連結されている。この多部品フレーム構造により、ハンドル部１６を一つの材料から形成し、打撃部１８を第２の異なる材料から形成することが可能となる。

ハンドル部１６は、軸線１４に沿って延びる細長構造である。ハンドル部１６は、近位端領域２２及び遠位端領域２４を有する。ハンドル部１６は、軸線１４に沿って延び、軸線１４から外向きに広がって、実質的に円錐形状を形成し、打撃部１８に接続又は連結される。好ましくは、ハンドル部１６は、使用者が握る大きさにされており、ハンドル部１６の周りに巻き付けられ、長手方向に沿って延びるグリップ２と、ハンドル部１６の近位端２２に接続されたノブ２８とを含む。ハンドル部材１６は、頑丈で、可撓性があり、軽量な材料、好ましくは複合材料から形成される。あるいは、ハンドル部１６は、アルミニウム又は木材等の他の材料から形成される。他の代替的実施態様において、他の金属又は鋼等の重い材料を用いることができる。

フレーム１２の打撃部１８は「管状」、「略管状」又は「実質的に管状」であり、それぞれの用語は、実質的に円筒状の衝突部（又は「バレル」）を有するソフトボール型バットと、略円錐状バレルを有する野球型バットとを包含する。打撃部は、軸線１４に沿って伸び、遠位端領域３２、近位端領域３４、及び遠位端領域３２と近位端領域３４の間に配置された中央領域３６を有する。近位端領域３４は、打撃部１８の近位端に向かう方向において軸線１４に向かって収束し、ハンドル部１６の遠位端領域２４の形状と相補的な円錐形状を形成する。打撃部１８はハンドル部に直接接続することができる。接続は、ハンドル部の遠位端領域２４及び打撃部１８の近位端領域３４の一部又は実質的に全部に対して行うことができる。あるいは、中間部材を用いて、打撃部１８に対してハンドル部１６を分離及び／又は付着させることができる。中間部材は、打撃部１８の全部又は一部をハンドル部１６から分離することができ、エラストマー材料、エポキシ、接着剤、プラスチック又は任意の従来のスペーサー材料から形成することができる。バット１０は、打撃部１８の遠位端３２に取り付けられた端部キャップ３８をさらに含み、実質的に遠位端３２を閉鎖する。

管状フレーム１２は、特定の選手、特定の用途又は任意の他の関連する要求に適合するような寸法とすることができる。フレーム１２は、かかる要求に適合するために、種々の質量、長さ及び直径とすることができる。例えば、フレーム１２の質量を１５〜３６オンス（４２５〜１０２１グラム）の範囲内に形成し、フレームの長さを２４〜３６インチ（６１０〜９１４ミリメートル）の範囲内に形成し、打撃部１８の最大直径を１．５〜３．５インチ（３８．１〜８８．９ミリメートル）の範囲とすることができる。

典型的にはアルミニウム、チタン、木又は複合材料から形成される既存のバットとは異なり、この発明は鋼を用いてバットの打撃部１８を形成するものである。この発明の鋼バットは、非常に適正な価格で、優れた性能を提供する。アルミニウム、チタン及び複合材料の全てが欠点を有する。アルミニウムは軽量で加工性に優れているが、従来の鋼のコストの１０倍と非常に高価で、チタン又は熱処理した鋼と比べて耐力が低い。バットの性能は、バット材料の靱性及び強度に関連するので、打撃部１８の厚さは、アルミニウムの場合、他の高強度材料よりも厚くしなければならない。その結果、バットを作るのに、より多くのアルミニウムが必要となる。チタンは耐力が非常に高く、鋼よりも軽いが、非常に高価で（アルミニウムよりもずっと高価である）、加工性が低く、所望の形状にスエージ加工したり形成したりするのが困難である。複合材料は軽量で、所望の強度に形成することができるが、材料コスト及び製造コストが非常に高い。

既存のバットの打撃部は鋼からは形成されていない。その理由は、（１）鋼の密度（そして対応する質量）が非常に高いこと（アルミニウムの密度の約３倍、チタンの密度の約２倍）、及び（２）未処理の鋼は耐力が非常に低いこと、による。例えばマルエージング鋼、高炭素鋼及び他の高合金鋼等の高級鋼は非常に高い耐力を具えることができるが、これらの材料は、非常に高価で、かつ加工性が非常に低くもある。

この発明は、これらの欠点を、浸炭し焼戻しした鋼を用いてバットを形成することにより克服する。より具体的には、バット１０の打撃部１８の少なくとも一部を、浸炭し焼戻しした従来の炭素鋼、合金鋼又は高強度低合金鋼から形成することで、非常に適正な価格で優れた性能を具えた打撃部１８を作り出す。従来の炭素鋼、合金鋼及び高強度低合金鋼（以下「従来鋼」という。）は、一般にアルミニウム（１ポンド当たり約１０ドル）、チタン、高級鋼及び複合材料等の他の材料に比べて、非常に安価（１ポンド当たり１ドル以下であることが多い）である。また、従来鋼は、優れた加工性、延性及び靱性を具える。

しかし、未処理の従来鋼は、上述した高密度であることに加えて、低耐力（アルミニウムの耐力が約８５ｋｓｉ（０．５８６ＧＰａ）であるのに対して約３０ｋｓｉ（０．２０７ＧＰａ））である。バットの構成においては、高強度の材料ほど望ましい。高強度の材料ほど、競技中にボールを打った際に凹んだり塑性変形したりすることなく、管状壁の壁厚を薄く形成することができるからである。また、高強度の材料ほど可撓性が高い傾向にあり、したがって、ボールを打った際に、バットに対して「トランポリン」型の効果を与える。高強度材料を用いることによって薄い壁を達成することで、バットを形成するのに必要な材料が少なくなる。しかし、延性を犠牲にしてまで高強度を達成することはできない。延性の低い高強度材料は、脆弱になり、脆性故障又は脆性破壊に陥りやすい。このような故障又は破壊は、安全上の問題を引き起こすバットのひび割れや粉砕を招くので、望ましくない。

従来鋼の熱処理は、従来鋼の耐力を約１５０ｋｓｉ（１．０３４ＧＰａ）に高める。しかし、従来鋼が高密度であるため、熱処理した従来鋼の耐力は、バットの打撃部の壁厚を実行可能なレベルにまで薄くすることを可能とするには不十分である。熱処理した従来鋼バットに必要な壁厚は、従来の競技に対して望ましい全ての質量領域を超えるバットとなるであろう。

この発明は、これらの障害を、バット１０の打撃部１８の少なくとも一部を浸炭することにより克服する。従来鋼の浸炭は、以下で説明するリング荷重試験で測定した場合の打撃部のマイクロ硬さ及び耐力を顕著に向上する。従来鋼の浸炭は、バットの打撃部の体力を最大で３００ｋｓｉ（２．０６８ＧＰａ）にまで高めることができる。また、浸炭は、材料の延性及び靱性を顕著に損なうことなく、従来鋼にたいして適用することができる。浸炭により達成された高強度及び高延性によって、バットがバット質量等の従来の設計特性から外れることなく、従来鋼がバットに使用可能となる。

浸炭は冶金プロセスであり、炭素に暴露された従来鋼の単数又は複数の表面から開始され、炭素が従来鋼等の材料中に添加又は含浸される。浸炭は、バット１０又はバット１０の一部を加熱炉（又は他の従来の装置）内で加熱し、次いで加熱炉内に炭素の豊富な雰囲気を導入することを伴う。加熱温度、加熱時間、炭素濃度を含む雰囲気等の変数は、打撃部１８又はバット１０における浸透深さ及び炭素含量の度合い又は百分率を制御する。浸炭の後、バット１０及び／又は打撃部は焼入れされ、次いで焼戻しされて、硬度、強度及び靱性の最適な組合せを構築する。

バットを所望の形状に形成及び／又はスエージ加工した後に、バット１０又は打撃部の少なくとも一部に浸炭を行うことで、従来鋼が非常に高い加工性を有している間に従来鋼の加工及び／又は形成を行うことを可能にすることが好ましい。浸炭は打撃部１８の一部のみに行うことができるので、所望により、選択的に浸炭を適用することによって、特定の所望位置に優れた耐力特性を有するバットを形成することが可能となる。

図３を参照して、好適な実施態様において、打撃部の内側及び外側面を含んだ打撃部１８の略全体に浸炭を適用する。「肌焼き」としても知られる浸炭は、打撃部１８の露出面への拡散を通じて炭素を付加するので、浸炭層の形成は、本質的に打撃部１８の露出面から始まって従来鋼内部に向かって延びる。図３において、打撃部１８には、外側浸炭層４０及び内側浸炭層４２が形成される。

代替的実施態様において、阻止被膜（stop-off coating）又は他のマスキング手段を用いて、バット１０の露出面の一部への炭素の付加又は拡散を防止又は抑制することができる。かかる阻止被膜の一つは、オハイオ州ブランズウィックのアヴィオン・マニュファクチャリング（Avion Manufacturing）から供給された水性浸炭阻止被膜(Water-based Carburizing Stop-Off Coating)である。特に好適な代替的実施態様において、阻止被膜を、打撃部１８の遠位端領域３２及び近位端領域３４の一方又は両方に適用することで、中央領域３６のみを浸炭させることが可能となる。

図４及び５を参照し、他の好適な代替的実施態様において、阻止被膜を用いて浸炭を、打撃部１８の外側面のみ（図４）又は打撃部１８の内側面のみ（図５）に制限することができる。図６を参照し、他の好適な代替的実施態様において、打撃部１８は、炭素が打撃部１８の壁厚の全てに拡散する程度にまで、浸炭されることができる。

浸炭プロセスに用いられる温度、持続時間及び炭素含量を変更することによって、バット１０又は打撃部１８への浸透深さを変えることができる。図６に示すように、所望により、材料の全厚さにわたって浸炭を延ばすことができる。

従来鋼の浸炭によって得られた耐力の増加によって、管状打撃部１８の壁厚を、従来のアルミニウムバットの壁厚と比べて、顕著に薄くすることが可能となる。浸炭した従来鋼の打撃部１８の壁厚は、０．０３０〜０．０７５インチ（０．７６２〜１．９０５ミリメートル）の範囲内であることが好ましい。特に好適な実施態様において、０．０３０〜０．０７５インチ（０．７６２〜１．９０５ミリメートル）の範囲内のより狭い範囲を用いることができる。表１は、ソフトボール用、少年野球用及び青年野球用の従来のアルミニウムバット及び浸炭従来鋼バットにおける、単一壁バットの打撃部の壁厚の概略値を示す。壁が薄いほど必要となる従来鋼の量は減り、その結果、全体の質量が軽くなる。表１は単なる例であり、浸炭された従来鋼バットの壁厚を限定することを意図するものではない。

より高強度の浸炭従来鋼を用いることにより、従来のアルミニウムバットに対して、バットの打撃部の壁厚を最大で４５％まで低減することが可能となる。その結果、より薄い壁を、浸炭従来鋼から形成された打撃部に用いることができ、したがって、必要な浸炭従来鋼がより少量となり、質量を低減できる。

浸炭層の厚さ、すなわち浸炭の肌焼き深さは、０．００２インチ（０．０５０８ミリメートル）から最大で打撃部１８の全壁厚までの範囲とすることができる。特に好適な実施態様において、打撃部１８の浸炭層の厚さは、０．０１０〜０．０２０インチ（０．２５４〜０．５０８ミリメートル）の範囲内である。他の好適な代替実施態様において、打撃部１８の浸炭層の厚さは、０．００８〜０．０１２インチ（０．２０３２〜０．３０４８ミリメートル）の範囲内である。他の好適な厚さ範囲も用いることができる。管状壁の外側領域のみを浸炭することにより、従来鋼の延性及び靱性を、打撃部１８の非浸炭領域内に維持する。

打撃部１８の所望の位置の外側及び／又は内側表面に浸炭層を形成することにより、肌焼き又は浸炭した層に、残留圧縮応力を導入する。これら残留圧縮応力は、ボールの衝突の際に発生する、適用された引張応力を相殺する。打撃部１８の塑性変形及び割れを招き得るのは、これらの適用された引張応力であるので、残留圧縮応力は、打撃部の、ボールとの衝突に耐える能力を向上する。

浸炭従来鋼から形成された打撃部の耐力は、以下で説明するリング荷重試験で測定して、２００〜３００ｋｓｉ（１．３８〜２．０７ＧＰａ）の範囲内に増加する。特に好適な一実施態様において、この発明の浸炭した打撃部１８の耐力は、以下で説明するリング荷重試験で測定して、２１８〜２７８ｋｓｉ（１．５０〜１．９２ＧＰａ）の範囲内である。他の特に好適な実施態様において、この発明の浸炭した打撃部１８の耐力は、以下で説明するリング荷重試験で測定して、２６２〜２７８ｋｓｉ（１．８１〜１．９２ＧＰａ）の範囲内である。

この発明の浸炭した打撃部１８の局部的な硬度は、典型的には、ヌープ硬さ（ＨＫ）で３６０〜５６０（適用荷重＞５００ｇｆ）の範囲内であり、ロックウェル・スーパーフィシャル硬さ１５Ｎで７８〜８６の範囲内である。特に好適な実施態様において、浸炭した打撃部１８の局部的な硬度は、ヌープ硬さで４００〜５０５の範囲内であり、ロックウェル・スーパーフィシャル硬さ１５Ｎで７９〜８４である。

図１及び２の分離したハンドル部１６及び打撃部１８により、バットに浸炭従来鋼をさらに使用することが可能となる。打撃部１８からハンドル部１６を分離することで、ハンドル部１６を打撃部１８とは異なる材料から形成することが可能となるからである。例えば、好適な実施態様において、ハンドル部１６を軽量複合材料から形成する。バット１０の従来鋼を打撃部１８に限定した場合、バット１０を、バットに対して望まれる質量内に収まるように構成することがさらに容易となる。

図７はこの発明の好適な代替的実施態様を示しており、図中、バット１１０の打撃部１１８の断面図が拡大されており、長手方向軸線１４に沿って壁厚が変動することを示している。打撃部の変動可能な壁厚は、２００４年２月１８日出願の米国特許出願第１０／７８１，２４４号に開示されており、この出願を参照によりここに組み入れる。また、打撃部の構成に変動可能な壁厚を導入することによっても、打撃部１８又はその一部の形成に浸炭従来鋼を使用することが可能となる。

バット１１０の打撃部１１８は、第１及び第２管状壁移行領域１３６及び１３８、中間管状領域１４０、並びに遠位及び近位管状領域１４２及び１４４を含む。遠位及び近位管状領域１４２及び１４４は、それぞれバット１１０の遠位端及びフレーム１１２の中間部に隣接して配置される。中間管状領域１４０は、第１及び第２管状壁移行領域１３６、１３８の間に配置される。第１移行領域１３６は、中間管状領域１４０と遠位管状領域１４２の間に配置され、第２移行領域１３８は、中間管状領域１４０と近位管状領域１４４の間に配置される。

中間管状領域１４０は、バットのスイートスポットの辺りにセンタリングされることが好ましい。中間管状領域１４０は、変動が０．００３インチ（０．０７６２ミリメートル）以下の略均一な壁厚を有することが好ましい。打撃部１１８の壁厚も中間管状領域１４０で最大となることが好ましい。中間管状領域１４０の略均一な壁厚は０．０４０〜０．０６５インチ（１．０１６〜１．６５１ミリメートル）の範囲内である。好適な代替的実施態様において、中間管状領域１４０を他の厚さに形成することができる。中間管状領域１４０の長さは、０．２５〜９．０インチ（６．３５〜２２８．６ミリメートル）の範囲内であることが好ましい。特に好適な実施態様において、中間管状領域１４０の長さは１．０〜５．０インチ（２５．４〜１２７ミリメートル）の範囲内である。さらに他の好適な代替的実施態様において、中間管状領域無しに打撃部を形成することができる。

第１及び第２管状壁移行領域１３６、１３８のそれぞれは、長手方向軸線１４に沿って変動する壁厚を有する。第１移行領域１３６は、バット１１０の遠位端に最寄りの第１位置１４６からハンドル部に向かい、軸線１４に沿って略増加する壁厚を有する。第２移行領域１３８は、第１移行領域１３６と同様であるが、第１移行領域１３６とは反対又は対称に厚さが変化する。具体的には、第２移行領域１３８の壁厚は、ハンドル部に最寄りの第２位置１４８から遠位端に向かい、長手方向軸線１４に沿って略増加する。好適な実施態様において、図７に示すように、第１及び第２移行領域１３６、１３８の壁厚は、長手方向軸線１４に沿って略直線的に、かつ略均一に変化する。好適な代替的実施態様において、第１及び第２管状壁移行領域の一方又は双方の壁厚は、その長さに沿って、非線形、千鳥状、階段状又はこれらの組合せで増加することができる。第１及び第２移行領域１３６、１３８の一方又は双方の壁厚の長さに沿った変化は、０．０３０〜０．０６５インチ（０．７６２〜１．６５１ミリメートル）の範囲内で変化することができる。

第１及び第２管状壁移行領域１３６、１３８のそれぞれの長さは、０．２５〜７．０インチ（６．３５〜１７７．８ミリメートル）の範囲内であることが好ましい。好適な実施態様において、第１及び第２管状壁移行領域１３６、１３８の長さは、０．２５〜５．０インチ（６．３５〜１２７ミリメートル）の範囲内である。好適な代替的実施態様において、第１及び第２管状壁移行領域は、同一の長さ又は種々の長さを有することができる。

遠位及び近位管状領域１４２、１４４は、打撃部１１８の反対端に位置することが好ましい。遠位管状領域１４２は、バット１１０の遠位端に配置され、第１管状壁移行領域１３６まで延び、近位管状領域１４４は打撃部１１８の近位端に配置され、第２管状壁移行領域１３８まで延びる。遠位及び近位管状領域１４２、１４４のそれぞれは、その長さに沿った変動が０．００３インチ（０．０７６２ミリメートル）以下の略均一な壁厚を有することが好ましい。遠位及び近位管状領域１４２、１４４の略均一な壁厚は、０．０３０インチ（０．７６２ミリメートル）以上とすることができる。好適な代替的実施態様において、他の壁厚を用い、壁厚を遠位及び近位管状領域１４２、１４４の間で変化させることができる。

遠位管状領域１４２の長さは、０．２５〜４．０インチ（６．３５〜１０１．６ミリメートル）の範囲内であることが好ましく、近位管状領域１４４の長さは２．０〜６．０インチ（５０．８〜１５２．４ミリメートル）の範囲内であることが好ましい。他の長さ、他の厚さ及びこれらの組合せも、この発明で考慮される。

さらに他の好適な代替的実施態様において、打撃部１１８を、１つ以上のさらなる管状壁移行領域及び／又は１つ以上のさらなる中間領域とともに形成することができる。さらに他の好適な実施態様において、付加的な壁厚をバットの遠位端に用いて、バットの遠位端に強度又は質量を加え、端部キャップに対してさらなる支持を与える。打撃部１１８の壁厚を変化させて、使用した端部キャップの剛度及び／又は軟度を補償するとともに、バットフレームのテーパー端を補償する。

好適な実施態様において、打撃部１１８の外径はその長さに沿って略均一であり、打撃部１１８の内径はその長さに沿って変化し、打撃部１１８の長さに沿った壁厚の変動に対応する。好適な代替的実施態様において、インサートを、その長さに沿って略均一な内径と、その長さに沿って変化し、この発明のインサートの壁厚の変動に対応する外径とを有するように形成することができる。他の好適な代替的実施態様において、インサートの内径及び外径の双方を長さに沿って変えることができる。他の好適な代替的実施態様において、打撃部の内径及び／又は外径を、それらの長さに沿って変化させ、バットの形状に形成されたテーパーに対応させることができる。

この実施態様により、打撃部１１８の壁厚を特定の用途、ボールの種類又は選手に合わせて仕立て又は調整することが可能となる。さらに、壁厚を、バレル長さ、バット質量及び選択した材料等の他の因子に適合させて、バレルの全長（又は打撃部１１８）にわたりバットの材料の強度内で可塑性を最適化することができる。上述した多壁実施態様と同様に、本実施態様により、バットのＭＯＩを、特にバットの遠位端において、減少させて、選手のスイング速度を増大させることが可能となる。本実施態様は、スイートスポットを拡大し、バット性能を従来の単壁バットの性能よりも向上させる。さらに、阻止被膜を打撃部１１８の特定部分に適用することで、打撃部１１８の特定の所望の位置の浸炭を可能とする。

バット１１０の打撃部１１８に変動可能な壁厚を導入することで、浸炭従来鋼の使用が可能となり、打撃部１１８の種々の領域からさらなる材料及び質量を取り除くことが可能となる。取り除かれた材料は、バットの性能を低下させることはなく、むしろバットのＭＯＩを低減し、かつ浸炭従来鋼の位置及び壁厚を適正化することで性能を向上させる。したがって、打撃部１１８を作るのに必要な従来鋼の量はさらに減る。

図８は、リング荷重試験装置５０を示す。荷重試験装置５０は、荷重１８の適用下で、バット１０の一部、好ましくは打撃部１８の中央領域３６から切断されたリングセグメント５２の曲がりを測定する。曲がりと荷重データから、剛性、耐力、及び弾性係数が導かれる。リングセグメント５２は、打撃部１８から切断され、試験装置５０の第１及び第２プラテン５４、５６（すなわち支点）の間に配置される。リング試験装置５０は、ペンシルバニア州ウィローグローブのチニアス・オルセン・テスティング・マシン会社（Tinius Olsen Testing Machine Co., Inc.）により製造された万能試験機等の万能試験機又は同様の試験機である。第１及び第２プラテン５４、５６は、荷重試験中にリングセグメント５２と係合するための平坦な支持面を具える。

リングセグメント５２は、バット１０の長手方向軸線１４（図１参照）、すなわちリングの中心軸線が、リングセグメント５２に加わる荷重の方向と実質的に直交するように、第１及び第２プラテン５４、５６の間に整列される。リングセグメント５２の長さは、リングセグメント５２の長さが第１及び第２プラテン５４、５６の直径よりも小さいという条件で、１、２若しくは３インチ（２５．４、５０．８若しくは７６．２ミリメートル）、又は他の寸法とすることができる。第１プラテン５４は固定されており、リングセグメント５２の下方に位置する。第２プラテン５６は、試験装置５０の駆動ユニットに接続される。操作の間、約２〜３ポンド（８．９０〜１３．３４ニュートン）のプレ荷重を、第１及び第２プラテン５４、５６を介してリングセグメント５２に加え、第１及び第２プラテンの間にリングセグメント５２を係合する。次いで、荷重設定を零にし、荷重試験装置５０を、第２プラテンをリングセグメント５２に対して下方に駆動するようにし、第１プラテン５４を０．１インチ／分（２．５４ミリメートル／分）の速度で駆動するように設定する。第１プラテン５４が下方に動くと、リングセグメント５２に加えられた荷重及びその曲がりが測定され記録される。次いで、荷重−曲がりデータを用いて、リングセグメント５２の剛性、耐力及び弾性係数が導かれる。剛性、耐力、及び弾性係数を導く式は、例えば「Formulas for Stress and Strain」（Raymond J. Roark、Warren C. Young共著、第５版、McGraw-Hill Book Company出版）等の機械工学の参考書に見ることができる。

表２は、この発明に従う従来鋼から形成した３種類の浸炭及び焼戻ししたリングセグメント（ロットＡ〜Ｃ）と、浸炭していない熱処理従来鋼リングセグメント（ロットＤ）に対する降伏荷重、曲がり、剛性、弾性係数及び耐力を示す。ロットＡ〜Ｄのリングセグメントは、公称外径が２．２５インチ（５７．１５ミリメートル）であり、公称壁厚が０．０３９５インチ（１．００３３ミリメートル）である。ロットＡ〜Ｃは浸炭され、油中で冷却された後、６５０〜８００°Ｆ（３４３．３３〜４２６．６７℃）の間の温度で約２時間にわたり焼き戻された。ロットＤは浸炭されず、高周波熱処理された。

浸炭従来鋼リングセグメント（ロットＡ〜Ｃ）の耐力は、熱処理したが浸炭していない従来鋼リングセグメント（ロットＤ）の耐力よりも実質的に高い。上述のように、浸炭従来鋼打撃部の耐力の増加によって、より薄い壁厚を用いることが可能になるので、材料が少なく、かつバットの打撃部の可撓性及び「トランポリン」効果が向上する。

表３は、浸炭し焼戻した従来鋼リングセグメントの硬度プロファイルのグラフである。リングセグメントの壁厚は０．０４０インチ（１．０１６ミリメートル）である。リングセグメントは、０．７％炭素ポテンシャルで浸炭され、リングセグメントの内側面及び外側面上に０．０１０〜０．０１５インチ（０．２５４〜０．３８１ミリメートル）の浸炭層を形成する。用いた硬度は０〜６００の範囲のヌープ硬度である。

表３のグラフは、内側面及び外側面においてリングセグメントの硬度が増加していることを示している。内側面及び外側面はヌープ硬度で約５００の硬度を有しているが、リングセグメントの中央部はヌープ硬度で約４００という低い硬度を有している。内側面及び外側面は、浸炭され、内側面及び外側面の硬度を増大させる残留圧縮応力を有しているが、リングセグメントの中央部は、実質的に変化しておらず、その靱性及び延性を維持している。これら特性の組合せにより、優れた性能のバットが得られる。

図９は、従来鋼の浸炭を行う方法を示している。バット１０は従来鋼から形成されており、スエージ加工され所望の形状に細工される。次いで、バットを、約１６５０〜１７５０°Ｆ（８９８．８９〜９５４．４５℃）の範囲の温度に予熱された加熱炉２００に入れる。他の温度範囲も使用可能である。温度が高ければ急速な浸炭を促進し、従って熱処理サイクルが短くなる。しかし、過剰な高温は、粒成長を招き、衝撃靱性を損なう場合がある。±２５°Ｆ（±１３．８９℃）の許容範囲を用いることができる。

次いで、加熱炉２００の雰囲気中に炭素が誘導される。好ましくは、貯蔵容器２０２からの一酸化炭素の体積を加熱炉雰囲気中に導入する。加熱炉雰囲気の炭素含量は、バット１０又はバット１０の打撃部１８の露出面への炭素の吸着（又は拡散）の推進力を与える。この雰囲気炭素含量は炭素ポテンシャルと呼ばれる。炭素ポテンシャルが低いと、浸炭に必要な時間が顕著に増加する。過剰に高い炭素ポテンシャルは、浸炭層（又は肌焼き層）中にカーバイドの形成を招き得る。カーバイドの形成は、浸炭層又は肌焼き層の衝突靱性を低下するので、望ましくない。好適な実施態様において、０．７５〜０．８５％の範囲の炭素ポテンシャルが用いられる。この範囲は、効果的な浸炭と許容可能な肌焼き衝撃靱性との間の適正なバランスを取る。好適な代替的実施態様において、他の炭素ポテンシャル範囲を採用することができる。また、浸炭時間は、浸炭層又は肌焼き層の深さに影響を及ぼす。浸炭時間は、所望の肌焼き深さに合わせて予め選択される。好適な実施態様において、浸炭時間は約２時間である。他の好適な代替的実施態様において、他の持続時間を用いることができる。上記の浸炭法はガス型浸炭である。好適な代替的実施態様において、バット１０、打撃部１８又はこれらの一部の浸炭を、固体浸炭、液体浸炭、真空浸炭、又はプラズマ（イオン）浸炭により行うことができる。

浸炭に続いて、バット１０を焼入れステーション２０４に移し、ここでバット１０を、焼入れ媒体、好ましくは撹拌されたオイル２０６中に沈める。あるいは、他のオイル又は流体（空気を含む）を用いることができる。特に好適な実施態様において、焼入れオイル２０６は約１４０°Ｆ（６０℃）に保持されている。急速焼入れが望ましいが、急速すぎる焼入れは割れや歪みを招く場合がある。遅すぎる焼入れでは、バット１０の所望の硬度レベルが得られないであろう。

焼入れに続いて、バット１０を他の加熱炉２０８に移し、ここで焼戻しを行う。焼戻しにより、肌及び核硬さ並びに衝撃靱性を向上することが可能となる。好適な実施態様において、焼戻し温度は６５０〜８００°Ｆ（３４３．３３〜４２６．６７℃）の範囲内に設定される。あるいは、他の温度を用いることができる。また、焼戻し時間も変えることができる。好適な実施態様において、焼戻し時間は約２時間である。好適な代替的実施態様において、他の持続時間を用いることができる。焼戻しに続いて、バットをラックステーション２１０に吊るし、歪みを最小限にする。

また、この工程は、上記の阻止被膜を用いることによって、バット１０又は打撃部１８の一部にのみ行うこともできる。他の好適な実施態様において、浸炭、焼入れ及び焼戻しを１つ又はそれ以上の装置（加熱炉又はステーション）で行うことができる。

図１０に示すように、好適な代替的実施態様において、フレーム１２は、打撃部１８に一体に成形されたハンドル部１６を含むことができる。フレーム１２の全体又は一部を、この発明に従って浸炭することができる。

他の好適な代替的実施態様において、バット１０は、フレーム１２に同軸的に整列された管状インサート４４をさらに含むことができる。打撃部１８はインサート４４を収容するよう構成されることが好ましい。打撃部１８の遠位端は内向きに屈曲してインサート４４を保持することが好ましく、端部キャップ３８は打撃部１８の遠位領域に取り付けられてバット１０の遠位端を実質的に封鎖することが好ましい。インサート４４は、好ましくはフレーム１２の打撃部１８のかなりの部分内にわたって延びる寸法とされた、円筒構造である。インサート４４は、対向する遠位端４６及び近位端４８を有し、好ましくはこれらがフレーム１２に係合する。かかる係合は、フレーム１２内でのインサート４４の軸線方向の移動を抑制する。

インサート４４は、これがバットとボールの衝突の際にフレーム１２に対して独立して移動できるように、フレーム１２内に配置される。この独立した動きは、インサート４４及びフレーム１２が、板ばねの特性とともに用いられる間に機能することを可能にする。

この好適な代替的実施態様において、フレーム１２は、アルミニウム等の高強度軽量材料から形成される。あるいは、複合材料等の他の材料も使用可能である。インサート４４は、浸炭され焼戻しされた従来鋼から形成される。インサート４４の浸炭された従来鋼は、上記の打撃部１８用の従来鋼と同一の属性を有する。図１１は、内側面及び外側面の双方を浸炭したインサート４４を示しており、内側浸炭層５０及び外側浸炭層５２がインサート４４内に形成されている。インサート４４及び浸炭層５０、５２の特性は、上記のバット１０及び打撃部１８の特性と実質的に同じである。他の好適な代替的実施態様において、インサート４４の一部のみを浸炭するように、阻止被膜を用いることができる。

図１２に示すように、他の好適な代替的実施態様において、打撃部１８及びインサート４４はそれぞれ浸炭従来鋼から形成することができる。図１２において、インサート４４は内側浸炭層５０を含み、打撃部１８は外側浸炭層４０を含む。浸炭層の他の変形又は組合せを打撃部１８及びインサート４４に用いることができる。

好適な代替的実施態様において、従来鋼バット又は打撃部を浸炭する代わりに窒化することができる。窒化は、従来鋼の露出面に窒素を拡散又は含浸させるものであるが、これは気体、固体、液体、加圧、真空又はプラズマを用いて行うことができる。硼化は、従来鋼の露出面に硼素を拡散させるものであるが、これは本発明で考慮される従来鋼バットに対する他の代替的処理である。硼化は、気体、液体、ペースト、プラズマ蒸着又は化学蒸着によって達成することができる。窒化及び硼化によって、浸炭した従来鋼に対して上述したのと同様の利点が得られる。さらに、窒化及び硼化は、浸炭に対して上述したのと同様の手法で達成される。炭素及び窒素がバット又は打撃部に付加される熱反応処理も、本発明において考慮される。

この発明の好適な実施態様について図示し、説明してきたが、当業者により多様な変更及び変形が可能である。特許請求の範囲は、この発明の精神及び範囲に含まれる変更及び変形の全てを包含することを意図するものである。

この発明の好適な実施態様に従うバットの側面図であり、バットのフレームの打撃部の一部を取り除いて示す。 図１のバットの長手方向断面図であり、バットの分離したハンドル部及び打撃部を示す。 図１の円３におけるバットの打撃部の一部の断面図である。 この発明の代替的な実施態様に従う、図１の円３におけるバットの打撃部の一部の断面図である。 この発明の代替的な実施態様に従う、図１の円３におけるバットの打撃部の一部の断面図である。 この発明の代替的な実施態様に従う、図１の円３におけるバットの打撃部の一部の断面図である。 この発明の他の代替的な実施態様に従うバットの打撃部の長手方向断面図であり、打撃部の壁圧の変動を強調するために、打撃部の厚さが誇張されている。 バットの打撃部のリングを試験する耐力試験機を示す。 この発明の好適な実施態様に従うバットの製造方法を示す。 この発明の他の代替的実施態様に従う、インサートを有するバットの長手方向断面図である。 図１０の円１１におけるバットの打撃部及びインサートの拡大断面図である。 この発明の他の代替実施態様のバットの打撃部及びインサートの拡大断面図である。

符号の説明

１０ バット
１２ フレーム
１４ 長手方向軸線
１６ ハンドル部
１８ 管状打撃部
３２ 遠位端
３６ 中央領域
４０ 外側浸炭層
４４ 管状インサート
５０ 荷重試験装置
５２ リングセグメント
５４ 第１プラテン
１１０ バット
１３８ 第２移行領域
１４０ 中間管状領域
１４４ 近位管状領域
２００ 加熱炉
２０２ 貯蔵容器
２０４ 焼入れステーション
２０６ 焼入れオイル
２０８ 加熱炉

Claims (41)

1. 非鉄材料から形成されたハンドル部と、前記ハンドル部とは別に形成され、かつ前記ハンドル部に連結された打撃部とを含む実質的に管状のフレームを具え、
   該打撃部は、鋼から形成され、内側面及び外側面を有し、少なくともその一部が浸炭されて浸炭層を形成していることを特徴とする球技用バット。
2. 前記浸炭層は、打撃部の内側層の少なくとも一部を覆って延在する、請求項１に記載のバット。
3. 前記浸炭層は、打撃部の外側層の少なくとも一部を覆って延在する、請求項１に記載のバット。
4. 前記浸炭層は、打撃部の内側層及び外側層の少なくとも一部を覆って延在する、請求項１に記載のバット。
5. 前記打撃部は、０．０３５〜０．０７５インチ（０．８８９〜１．９０５ミリメートル）の範囲内の厚さを有する、請求項１に記載のバット。
6. 前記打撃部は、０．０４０〜０．０６５インチ（１．０１６〜１．６５１ミリメートル）の範囲内の厚さを有する、請求項１に記載のバット。
7. 前記打撃部の少なくとも一部が壁を貫通して浸炭されており、浸炭層の厚さが内側面から外側面にまで延びる、請求項５に記載のバット。
8. 前記打撃部の厚さは、打撃部の長さに沿って略均一である、請求項５に記載のバット。
9. 前記打撃部の厚さは、打撃部の長さに沿って変化する、請求項５に記載のバット。
10. 前記浸炭層の深さは、０．００２〜０．０２０インチ（０．０５０８〜０．５０８ミリメートル）の範囲内である、請求項１に記載のバット。
11. 前記浸炭層の深さは、０．００８〜０．０１７インチ（０．２０３２〜０．４３１８ミリメートル）の範囲内である、請求項１に記載のバット。
12. 前記フレームの打撃部と同軸に整列された実質的に管状の本体部をさらに具え、該本体部が内側面及び外側面を有する、請求項１に記載のバット。
13. 前記本体部の少なくとも一部が浸炭されて本体部内に浸炭層を形成している、請求項１２に記載のバット。
14. 前記本体部の浸炭層は、本体部の内側面の少なくとも一部にわたって延びる、請求項１３に記載のバット。
15. 前記本体部の浸炭層は、本体部の外側面の少なくとも一部にわたって延びる、請求項１３に記載のバット。
16. 長手方向軸を有し、第１及び第２プラテンを有するリング荷重試験機で試験可能な球技用バットにおいて、
    該バットはハンドル部及び主打撃部を有する実質的に管状のフレームを具え、
    該打撃部は、従来の炭素鋼及び高強度低合金鋼の一方から形成され、０．０４０〜０．０６５インチ（１．０１６〜１．６５１ミリメートル）の範囲内の壁厚さの中央領域を有し、
    所定長さのリングを、打撃部の前記中央領域から取り外し、リング荷重試験機の第１プラテンと第２プラテンの間に配置して、第１プラテンが、実質的に長手方向軸に直交する方向にリングの外側円周面に荷重を加えた場合に、前記打撃部は２００〜３００ｋｓｉ（１．３８〜２．０７ＧＰａ）の範囲内の耐力を有することを特徴とするバット。
17. 前記打撃部の中央領域の厚さは０．０３５〜０．０７５インチ（０．８８９〜１．９０５ミリメートル）の範囲内である、請求項１６に記載のバット。
18. 前記打撃部の耐力は２１０〜２８０ｋｓｉ（１．４５〜１．９３ＧＰａ）の範囲内である、請求項１６に記載のバット。
19. 前記打撃部の厚さは、打撃部の長さに沿って略均一である、請求項１６に記載のバット。
20. 前記打撃部の厚さは、打撃部の長さに沿って変化する、請求項１６に記載のバット。
21. 前記ハンドル部は前記打撃部と一体に形成される、請求項１６に記載のバット。
22. 前記ハンドル部は前記打撃部とは別に形成され、前記打撃部に連結される、請求項１６に記載のバット。
23. 前記フレームの打撃部と同軸に整列された実質的に管状の本体部をさらに具え、該本体部は内側面及び外側面を有する、請求項１６に記載のバット。
24. 前記打撃部の少なくとも一部が冶金的に処理されている、請求項１６に記載のバット。
25. 前記打撃部の少なくとも一部が浸炭されている、請求項２４に記載のバット。
26. 前記打撃部の少なくとも一部が硼化されている、請求項２４に記載のバット。
27. 前記打撃部の少なくとも一部が窒化されている、請求項２４に記載のバット。
28. ハンドル部及び主打撃部を有する実質的に管状のフレームを具え、
    前記打撃部は、鋼から形成され、かつ第１の厚さ、内側面及び外側面を有し、
    前記打撃部の少なくとも一部が高性能層を形成し、
    該高性能層は、１５Ｎ ロックウェル硬度で８０〜９３の範囲内の硬さを有し、かつ前記第１の厚さの少なくとも５％である第２の厚さを有することを特徴とする球技用バット。
29. 前記高性能層は浸炭鋼を有する、請求項２８に記載のバット。
30. 前記高性能層は窒化鋼を有する、請求項２８に記載のバット。
31. 前記高性能層は硼化鋼を有する、請求項２８に記載のバット。
32. 前記高性能層は、前記打撃層の内側面の少なくとも一部を覆って延びる浸炭鋼の層である、請求項２８に記載のバット。
33. 前記高性能層は、前記打撃層の外側面の少なくとも一部を覆って延びる浸炭鋼の層である、請求項２８に記載のバット。
34. 前記高性能層は、前記打撃層の内側面及び外側面の少なくとも一部を覆って延びる浸炭鋼の層である、請求項２８に記載のバット。
35. 前記第２の厚さは前記第１の厚さの少なくとも２５％である、請求項２８に記載のバット。
36. 前記打撃部の厚さは、前記打撃部の長さに沿って略均一である、請求項２８に記載のバット。
37. 前記打撃部の厚さは、前記打撃部の長さに沿って変化する、請求項２８に記載のバット。
38. 前記ハンドル部は前記打撃部と一体に形成される、請求項２８に記載のバット。
39. 前記ハンドル部は前記打撃部とは別に形成され、打撃部に連結される、請求項２８に記載のバット。
40. 前記鋼は従来の炭素鋼である、請求項２８に記載のバット。
41. 前記鋼は合金鋼である、請求項２８に記載のバット。

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