JP2007332395A

JP2007332395A - ゴルフクラブヘッドの合金

Info

Publication number: JP2007332395A
Application number: JP2006162653A
Authority: JP
Inventors: Yan-Tung Su; 晏正蘇; Huang-Min Lin; 煌敏林
Original assignee: Fu Sheng Industrial Co Ltd; Nelson Precision Casting Co Ltd
Current assignee: Fu Sheng Industrial Co Ltd; Nelson Precision Casting Co Ltd
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-12
Also published as: JP4669444B2

Abstract

【課題】合金の成分に特定比率の高比重の成分を加え、さらに上記合金成分中の炭素、シリコン、マンガン、ニッケル、クロム、タングステンおよび鉄の成分の重量百分率を適当に調整することにより、応力の受ける能力と耐摩損性を相対的に高めると同時に、ゴルフクラブヘッドの重心配置の功能を提供することができる。
【解決手段】重量百分率が０．０８％以下の炭素、０．５％から２．０％のシリコン、０．５％から２．０％のマンガン、５．０％から１５．０％のニッケル、１５．０％から３０．０％のクロム、５．０％から１５．０％のタングステンおよびその他の比率の鉄が含まれることにより、高強度と高伸展率のゴルフクラブヘッドの合金を形成するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴルフクラブヘッドの合金に関するもので、特に高強度、高硬度と重りの功能を有するゴルフクラブヘッドの合金に係るものである。

従来のゴルフクラブヘッドの合金としては、通常としてＡＳＴＭ３０４規格のステンレス鋼の合金を鋳材とする。しかし、上記材質はＡＳＴＭ３０４規格のステンレス鋼そのものの合金性質を受けることにより、鋳造により製造されるヘッド本体とフェース板は約５．３０８９７×１０⁸ Ｐａ（約７７ksi）の引張強度と約２．５５１０６×１０⁸Ｐａ（約３７ksi）の降伏強度しか達することができないため、その応力の受ける能力はやや不足になる。このように、フェース板に十分な応力の受ける能力を有し、そして永久な塑性変形を生じないように確保するべく、鋳造の製造工程においてフェース板は少なくとも３．３mmより大きくなるような安全な肉厚を有するように設計しなければならない。しかし、厚過ぎるフェース板ではゴルフクラブヘッドの全体の重量を相対的に高めるだけではなく、ゴルフクラブヘッドの全体の重心の位置を調整するのに不利になると共に、比較的薄い周壁部を有する超大型のゴルフクラブヘッドの製造には不適である。また、上記材質の硬度はＨＲＢ８０から９０しか達していないため、ヘッド本体の耐摩損性が相対的に減ってしまう。その他に、上記材質の比重は７．８２しか達していないため、ゴルフクラブヘッドに重量調整の功能を提供することができないなどの問題点があった。

このように、もしステンレス鋼合金そのものの引張強度、硬度と比重などの機械性質を相対的に高めることができるならば、同時に応力の受ける能力を高め、耐摩損性を増やし、さらに重心配置の功能を提供することができるという利点を有することになる。このように、上記のような従来のゴルフクラブヘッドの合金をさらに改良しなければならない。

本発明はこのような問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、合金の成分に特定比率の高比重の成分を加え、さらに上記合金成分中の炭素、シリコン、マンガン、ニッケル、クロム、タングステンおよび鉄の成分の重量百分率を適当に調整することにより、応力の受ける能力と耐摩損性を相対的に高めると同時に、ゴルフクラブヘッドの重心配置の功能を提供することができるゴルフクラブヘッドの合金を提供しようとするものである。

本発明の第一の目的は、ステンレス鋼合金の成分に特定比率のタングステンの成分を加えることにより、機械性質を相対的に高めると共に、重心配置の功能を提供することができるゴルフクラブヘッドの合金を提供しようとするものである。

本発明の第二の目的は、ステンレス鋼合金の成分に特定比率のタングステンの成分を加えることにより、溶接の熱亀裂の敏感性と異種溶接の互換性を相対的に高めることができるゴルフクラブヘッドの合金を提供しようとするものである。

本発明の第三の目的は、ステンレス鋼合金の成分に特定比率のニッケルとクロムの成分を加えることにより、耐蝕性を相対的に高めることができるゴルフクラブヘッドの合金を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明によるゴルフクラブヘッドの合金は、下記のようになるものである。すなわち、
重量百分率が０．０８％以下の炭素、０．５％から２．０％のシリコン、０．５％から２．０％のマンガン、５．０％から１５．０％のニッケル、１５．０％から３０．０％のクロム、５．０％から１５．０％のタングステンおよびその他の比率の鉄が含まれる。

本発明によるゴルフクラブヘッドの合金は、他に微量の添加物の０．０４％以下の燐が含まれることもできる。また、他に微量の添加物の０．０４％以下の硫黄が含まれることもできる。また、他に１．０％以下のモリブデンが含まれることもできる。また、他に１．０％以下の銅が含まれることもできる。

本発明のゴルフクラブヘッドの合金によれば、ステンレス鋼合金の成分に特定比率のタングステンの成分を加えることにより、機械性質を相対的に高めると共に、重心配置の功能を提供することができるという利点がある。

本発明のゴルフクラブヘッドの合金によれば、ステンレス鋼合金の成分に特定比率のタングステンの成分を加えることにより、溶接の熱亀裂の敏感性と異種溶接の互換性を相対的に高めることができるという利点がある。

本発明のゴルフクラブヘッドの合金によれば、ステンレス鋼合金の成分に特定比率のニッケルとクロムの成分を加えることにより、耐蝕性を相対的に高めることができるという利点がある。

本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。

表１を参照すると、本発明の実施例のゴルフクラブヘッドの合金は、ステンレス鋼の成分の内に特定比率のタングステン（Ｗ）の成分を加え、さらに上記ステンレス鋼合金の成分中の各成分の比率を適当に調整し、例えば炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）および鉄（Ｆｅ）の成分の比率を適当に調整する。このように、本発明の実施例のゴルフクラブヘッドの合金の組成の比率（重量百分率ｗｔ％で計算）は下記の条件を符合し、すなわち０．０８％以下の炭素、０．５％から２．０％のシリコン、０．５％から２．０％のマンガン、５．０％から１５．０％のニッケル、１５．０％から３０．０％のクロムと５．０％から１５．０％のタングステンおよびその他の比率の鉄である。また、本発明における比較的よい組成の比率は、０．０８％以下の炭素、０．５％から１．５％のシリコン、０．５％から１．５％のマンガン、８．０％から１２．０％のニッケル、１５．０％から３０．０％のクロムと８．０％から１２．０％のタングステンおよびその他の比率の鉄である。そして、その比重は８から８．５である。

本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法は、特開２００５−２１６１８号「ゴルフクラブヘッドの重り」、特開２００５−２３４１４号「ゴルフクラブヘッドの重り」または特開２００５−３６２８０号「ゴルフクラブヘッドの鍛造合金」などの特許出願に掲示される合金の製造方法とは相似しているため、その製造工程および条件の相似する部分についてはここでは再び叙述しない。

本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法には下記の段階が含まれる。純鉄、フェロシリコン、フェロマンガン、フェロクロム、ニッケルとタングステンを高温溶炉（例えば高周波炉）の中に加えることにより、溶融の合金に混合する。上記原料を加えることにより溶融の合金の炭素、シリコン、マンガン、ニッケル、クロムとタングステンの重量百分率を調整し、さらに適当にサンプリングを行うことにより、その重量百分率がそれぞれ０．０８％以下、０．５％から２．０、０．５％から２．０％、５．０％から１５．０％、１５．０％から３０．０％、５．０％から１５．０％およびその他の比率が鉄であることを維持するように測定および制御する。上記溶融合金を精密鋳造の型の型穴の内に注入することにより、予備形状のゴルフクラブヘッドまたはフェース板を製造する。その他に、棒材として成形することにより、後続の鍛造の製造工程において鍛造を行うこともできる。写真１に示すように、本発明のゴルフクラブヘッドの合金で製造し得るステンレス鋼の基地は主にオーステナイト相（Austenite）に形成され、さらにタングステンの成分により上記基地中は二次相のフェライト相（Ferrite）の金相に形成される。

また、本発明の上記冶金の製造工程において使用される原料は他に純鉄、各元素（例えば炭素、シリコン、マンガン、クロム、ニッケルとタングステン）の純金属（僅か極少の添加物が含まれる）またはその鉄合金（Ferroalloy）から選択することができる。冶金時において、本発明においては純鉄、純金属または鉄合金の実質的に含まれる元素の組成に基づいてその個別の用量を適当に調整することにより、製造し得た合金は上記予定の比率に符合することができるため、ゴルフクラブヘッドの合金を製造することができる。その他に、上記ステンレス鋼の合金には製造工程と原料の差異に基づいて他に選択的に部分的かつ微量な添加物が含まれ、例えばモリブデン、銅、燐と硫黄などが含まれる。

表２を参照すると、本発明のゴルフクラブヘッドの合金と従来のＡＳＴＭ３０４ステンレス鋼合金との引張強度、降伏強度および伸長率などの機械性質の対照表（引張強度は最大な応力を受けられる値で、降伏強度は弾性変形と永久変形との臨界点である）が掲示される。

表３を参照すると、本発明のゴルフクラブヘッドの合金と従来のＡＳＴＭ３０４ステンレス鋼合金との硬度、嵌入性および耐蝕性などの応用特性の比較が掲示される。

再び表１を参照すると、従来のＡＳＴＭ３０４規格のステンレス鋼合金の合金組成物の成分と比較すると、本発明のステンレス鋼合金にはタングステンの成分（５．０％から１５．０％）と微量な添加物（１％以下のモリブデンと１％以下の銅）が含まれる。表１、２、３と写真１を比較して知ることができるように、本発明における炭素、シリコン、マンガン、クロム、燐、硫黄、ニッケル、タングステンとその他の金属成分の作用と利点は下記のとおりである。

ａ）本発明の炭素の成分の比率は０．０８％以下で、例えば選択的に０．０７％、０．０６％、０．０５％または０．０４％などである。このように、硬度と引張強度を増やすことができる。

ｂ）本発明のシリコンの成分の比率は０．５％から２．０％の間にあり、例えば選択的に０．７％、０．９％、１．１％、１．４％または１．７％などである。このように、溶融時の注入の流動性を増やすと共に、時効過程においてフェライト相から炭素化物を析出するのに役立つことができ、さらに鋳物の引張強度を６．２０５２８×１０⁸ Ｐａ（９０ksi）から７．５８４２４×１０⁸ Ｐａ（１１０ksi）の間（表２に示すように）まで高めることができるため、フェース板の応力の受ける能力を相対的に増やし、さらにフェース板の肉厚の需要性を相対的に薄く抑えることができる。このように、フェース板の肉厚が薄くなることで節約される重量は全体のゴルフクラブヘッドのその他の部位に配置することができるため、ゴルフクラブヘッドの全体の重心位置を低く調整することができる。また、本発明をヘッド本体に応用される時、本発明は従来のステンレス鋼より比較的高い比重を有するため、ヘッド本体の慣性モーメントを高めることができ、さらにゴルフクラブヘッドの打球の性能を相対的に増やすことができる。

ｃ）本発明のマンガンの成分の比率は０．５％から２．０％の間にあり、例えば選択的に０．７％、０．９％、１．１％、１．４％または１．７％などである。このように、オーステナイト相を強化することができるため、均一な耐蝕性を増やすと共に、伸展性を高めることができ、さらにゴルフクラブヘッドの鋳造に役立ち、後続におけるホーゼルの角度調整の自由度を増やし、打球時の強靭性を高めることができる。

ｄ）本発明のニッケルの成分の比率は５．０％から１５．０％の間にあり、例えば選択的に７．０％、９．０％、１１．０％または１３．０％などであり、さらにクロムの成分の比率は１５．０％から３０．０％の間にあり、例えば選択的に１７．０％、１９．０％、２１．０％、２４．０％または２７．０％などである。このように、パーライト（Pearlite）の組織の発生を抑制することができるため、ステンレス鋼合金そのものの耐蝕性（酸化により錆びたり、孔蝕したり或いは均一に錆びたりするのができ難い）を形成することができる。

ｅ）本発明のクロムの成分の比率は１５．０％から３０．０％の間にあり、例えば選択的に１７．０％、１９．０％、２１．０％、２４．０％または２７．０％などである。このように、パーライト（Pearlite）の組織の発生を抑制することができると同時に、クロムの元素はフェライト相の安定の元素で、凝固することによってオーステナイト相とフェライト相との二相の組織に形成させ、フェライト相が晶界に存在すると、応力腐食割れ（Stress Corrosion Crack，ＳＣＣ）はキーイング効果（keying effect）を有することにより、伝播が難しくなるため、亀裂の模様の成長が停止される。また、フェライト相が存在すると、オーステナイト相の凝固の柱状晶の組織の排列方式を変えてしまい、すなわち元の直線晶界の排列から交錯排列の晶界に変化することにより、比較的大き目の機械応力を受けることができると同時に、異種材が高強度鋼（例えば基地相マルテンサイト系）である溶接の希釈比を許容することができ、特に不充填の溶接に適用することができる。

ｆ）本発明のタングステンの成分の比率は５．０％から１５．０％の間にあり、例えば選択的に７．０％、９．０％、１１．０％または１３．０％などである。このように、凝固時において、先ずフェライト相（Ferrite）を析出することにより、高温において熱膨張の係数を相対的に低く抑えるため、熱応力の発生を避けることができる。その他に、フェライト相により比較的多い不純物を固溶することができるため、晶界において欠陥が生じるのを避けることができる。また、フェライト相が晶界に存在すると、キーイング効果（keying effect）を有することにより、亀裂の成長が停止される。さらに、フェライト相が存在すると、オーステナイト相の凝固の柱状晶の組織の排列方式を変えてしまい、すなわち元の直線晶界の排列から交錯排列の晶界に変化することにより、比較的大き目の機械応力を受けることができると同時に、異種材が高強度鋼（例えば基地相マルテンサイト系）である溶接の希釈比を許容することができ、特に不充填の溶接に適用することができる。その他に、タングステンの成分により全体の合金組成物の比重を相対的に高めることができるため、ゴルフクラブヘッドの部材の製造時における重心配置の功能を提供することができる。

ｇ）本発明のモリブデンの成分の比率は１％以下で、例えば選択的に０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％または０．４％などである。このように、フェライト相を強化し安定させることができるため、ステンレス鋼合金が溶接時における溶接の熱亀裂の敏感性を低く抑えることができ、さらに製造し得るフェース板は比較的高い異種材溶接の互換性を有するように形成されるため、溶接による組立の製造工程に適用することができる。

ｈ）本発明においては製造工程と原料の異なりにより、下記のように微量の添加物が含まれる。例えば、銅の成分の比率は１％より小さく、例えば０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％または０．４％などで、本発明において良好な機械性質を維持することができ、さらに材料が粉砕化になるのを避けることができる。また、硫黄の成分の比率は０．０４％以下で、例えば選択的に０．０３％、０．０２％または０．０１％などであり、燐の成分の比率は０．０４％以下で、例えば選択的に０．０３％、０．０２％または０．０１％などである。このように、硫黄と燐の成分を適当な範囲に制御することにより、溶接の熱亀裂性（hot cracking）の欠陥の発生を避けることができるため、ステンレス鋼合金の成分を確保することができる。

上述の如く、従来のＡＳＴＭ３０４ステンレス鋼合金には相対的に比較的低い引張強度、降伏強度と硬度を有するため、ゴルフクラブヘッドの応力を受ける能力と耐摩損性が相対的に低くなるという問題点があったが、本発明のゴルフクラブヘッドの合金によれば、ステンレス鋼合金の成分内に特定の比率のタングステンの成分を加え、さらに選択的に微量の添加物（モリブデン、銅、燐と硫黄）を加えることにより、オーステナイト相の基材においてフェライト相を生じることができるため、確実にゴルフクラブヘッドの機械性質を相対的に高めると共に、重心配置の功能を高めることができる。

本発明は、その精神及び必須の特徴事項から逸脱することなく他のやり方で実施することができる。従って、本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なものであり、限定的なものではない。

本発明の実施例のゴルフクラブヘッドの合金による金相の断面（×２００倍）の電子顕微写真である。

Claims

重量百分率が０．０８％以下の炭素、０．５％から２．０％のシリコン、０．５％から２．０％のマンガン、５．０％から１５．０％のニッケル、１５．０％から３０．０％のクロム、５．０％から１５．０％のタングステンおよびその他の比率の鉄が含まれることを特徴とするゴルフクラブヘッドの合金。
他に微量の添加物の０．０４％以下の燐が含まれることを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの合金。
他に微量の添加物の０．０４％以下の硫黄が含まれることを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの合金。
他に１．０％以下のモリブデンが含まれることを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの合金。
他に１．０％以下の銅が含まれることを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの合金。