JP2019014965A - ゴルフクラブヘッド用合金及びそれを用いたゴルフクラブヘッドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来のゴルフクラブヘッド用合金により製造されたゴルフクラブヘッドが重過ぎる問題を解決するためのゴルフクラブヘッド用合金を提供することにある。
【解決手段】本発明のゴルフクラブヘッド用合金は、６．５〜７．５重量％のアルミニウム、１．０〜２．５重量％の鉄、０．０５〜０．２重量％のケイ素、０．１５重量％以下の酸素、０．１重量％以下の炭素、０．０５重量％以下の窒素、残部となるチタン及び不可避的不純物を含み、かつ密度が４．３５〜４．３９ｇ／ｃｍ3である。
【選択図】図１
【解決手段】本発明のゴルフクラブヘッド用合金は、６．５〜７．５重量％のアルミニウム、１．０〜２．５重量％の鉄、０．０５〜０．２重量％のケイ素、０．１５重量％以下の酸素、０．１重量％以下の炭素、０．０５重量％以下の窒素、残部となるチタン及び不可避的不純物を含み、かつ密度が４．３５〜４．３９ｇ／ｃｍ3である。
【選択図】図１
Description
本発明は、合金に関し、特にゴルフクラブヘッド用合金に係るものである。また、本発明はさらに前記ゴルフクラブヘッド用合金を用いてゴルフクラブヘッドを製造する方法に関するものである。
軽量ゴルフクラブヘッドの需要に応えるために、製造者は一般的にチタン合金によりゴルフクラブヘッドを製造する。従来のゴルフクラブヘッド用合金は、例えば、６重量％のアルミニウム、４重量％のバナジウム、残部となるチタン及び不可避的不純物を含むものである（すなわち６４-Ｔｉ）。このゴルフクラブヘッド用合金の密度は約４．４１ｇ／ｃｍ3に達するので、製造されたゴルフクラブヘッドのフェース板の重量は約４１．１０ｇに達し、改善の余地がある。よって、上記の問題を解決するために、ゴルフクラブヘッド用合金及びそれを用いてゴルフクラブヘッドを製造する方法を提供する必要があった。
本発明は、軽量ゴルフクラブヘッドの製造に用いることができるゴルフクラブヘッド合金を提供することを目的とする。
本発明はさらに、前記ゴルフクラブヘッド用合金を用いて軽量ゴルフクラブヘッドを製造、獲得するためのゴルフクラブヘッド製造方法を提供することを目的とする。
本発明のゴルフクラブヘッド用合金は、６．５〜７．５重量％のアルミニウム、１．０〜２．５重量％の鉄、０．０５〜０．２重量％のケイ素、０．１５重量％以下の酸素、０．１重量％以下の炭素、０．０５重量％以下の窒素、残部となるチタン及び不可避的不純物を含み、かつ密度が４．３５〜４．３９ｇ／ｃｍ3である。また、本発明のゴルフクラブヘッド用合金は、６．８〜７．５重量％のアルミニウム、１．５５〜１．９５重量％の鉄及び０．１１〜０．１５重量％のケイ素を含むことが好ましい。本発明に係るゴルフクラブヘッド用合金はこの組成比により、ゴルフクラブヘッド用合金が低い密度を有するので、軽量ゴルフクラブヘッドの製造に応用することができるという効果を有する。
また、本発明のゴルフクラブヘッド用合金は、アルミニウム当量が７．５〜９．２である。これにより、ゴルフクラブヘッド用合金の圧延率及び後続工程におけるプレート材成形率を向上させることができる。
本発明によるゴルフクラブヘッドの製造方法は、前記ゴルフクラブヘッド用合金により製造されたブランクプレートを提供し、前記ブランクプレートに対して５００〜８００℃の温度で３０〜９０分の焼なまし処理を行い、フェース板を成形し、前記フェース板をヘッド本体に結合し、ヘッド半製品を形成させ、前記ヘッド半製品に対して４００〜７００℃の温度で３０〜２４０分の時効処理を行う。このように、前記ゴルフクラブヘッド用合金を使用することにより、製造し獲得したゴルフクラブヘッドが適度な耐衝撃性を有することを維持する前提で、製造し獲得したゴルフクラブヘッドの重量を減少できるという効果を有すると共に、ヘッド半製品に対して時効処理を行うことにより、ゴルフクラブヘッドの耐衝撃性をさらに向上させ、衝撃後のフェース面の水平方向及び垂直方向における湾曲度変形量を低減させることができるという効果を有する。
また、本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法は、前記フェース板の引張強度が１７０ｋｓｉ以上であり、降伏強度が１５０ｋｓｉ以上であり、伸び率が１０％以上であり、硬度がＨＲＣ３３〜３９である。
また、本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法は、前記ブランクプレートに対して６５０〜８００℃の温度で４０〜５０分の焼なまし処理を行い、かつ、前記ヘッド半製品に対して５５０〜６５０の温度で３０〜１２０分の時効処理を行う。
本発明の実施例について、以下、図面を参照して説明する。
本発明のゴルフクラブヘッド用合金は、６．５〜７．５重量％のアルミニウム、１．０〜２．５重量％の鉄、０．０５〜０．２重量％のケイ素、０．１５重量％以下の酸素、０．１重量％以下の炭素、０．０５重量％以下の窒素、残部となるチタン及び不可避的不純物を含むことができる。好ましくは６．８〜７．５重量％のアルミニウム、１．５５〜１．９５重量％の鉄及び０．１１〜０．１５重量％のケイ素を含む。上記のようなゴルフクラブヘッド用合金の密度は約４．３５〜４．３９ｇ／ｃｍ3であり、ゴルフクラブヘッド用合金の組成比を調整することで、低い密度を有するゴルフクラブヘッド用合金とすることができる。
また、ゴルフクラブヘッド用合金のアルミニウム当量（[Ａｌ]eq）は、次式：[Ａｌ]eq＝[Ａｌ]＋１０[Ｏ＋Ｃ＋２Ｎ] を満たすことができる。かつ、[Ａｌ]eqが７．５〜９．２であることが好ましい。これにより、ゴルフクラブヘッド用合金の密度を低く維持できると共に、ゴルフクラブヘッド用合金の圧延率及び後続工程におけるプレート材成形率を向上させることができる。
このように、製造者は上記のゴルフクラブヘッド用合金を用いて、軽量ゴルフクラブヘッドを製造して獲得することができる。詳しく述べると、図１に示されるように、本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法は、ブランクプレート成形工程Ｓ１、焼なまし処理工程Ｓ２、ヘッド半製品成形工程Ｓ３及び時効処理工程Ｓ４を含む。
ブランクプレート成形工程Ｓ１において、ブランクプレートは上記のゴルフクラブヘッド用合金により製造し獲得されるものである。例えば、製造者はゴルフクラブヘッド用合金を金属鋳塊に圧延し、さらに金属鋳塊を溶融してチタン合金棒に形成し、そのチタン合金棒を鍛造して板状ブランク材を成形させ、最後にその板状ブランク材を熱間圧延して前記ブランクプレートを形成することができる。
焼なまし処理工程Ｓ２において、ブランクプレートに対して５００〜８００℃の温度で３０〜９０分の焼なまし処理を行い、フェース板を成形する。また、ブランクプレートに対して６５０〜８００℃の温度で４０〜５０分の焼なまし処理を行うことが好ましく、焼なまし処理の温度を調整することにより、加工の過程において残留した応力を効果的に除去し、材料を軟化させることができる。注意すべきことは、焼なまし処理工程Ｓ２において、材料が軟化し過ぎることで結晶粒が大きくなりすぎて、ブランクプレートの引張強度を低下させてしまうことを避けるために、焼なまし処理の温度を８００℃より高くしてはならない。本実施例では、フェース板の引張強度が１７０ｋｓｉ以上であり、降伏強度が１５０ｋｓｉ以上であり、伸び率が１０％以上であり、硬度がＨＲＣ３３〜３９である。
ヘッド半製品成形工程Ｓ３において、製造者はフェース板をヘッド本体に結合し、ヘッド半製品を形成させることができる。例えば、溶接によりフェース板をヘッド本体に結合することができ、これについては当業者が容易に理解できるため、ここではその説明を省略する。
時効処理工程Ｓ４において、ヘッド半製品に対して４００〜７００℃の温度で３０〜２４０分の時効処理を行う。また、ヘッド半製品に対して５５０〜６５０の温度で３０〜１２０分の時効処理を行うことが好ましい。これにより、ゴルフクラブヘッドを獲得することができる。
本発明に係るゴルフクラブヘッド用合金により、ブランクプレート成形工程Ｓ１、焼なまし処理工程Ｓ２、ヘッド半製品成形工程Ｓ３及び時効処理工程Ｓ４を経て、軽量ゴルフクラブヘッドを製造し獲得できることを証明するために、以下の試験を行った。
（Ａ）フェース板の機械的性質
本試験では、本発明のゴルフクラブヘッド合金（すなわち、６．５〜７．５重量％のアルミニウム、１．０〜２．５重量％の鉄、０．０５〜０．２重量％のケイ素、０．１５重量％以下の酸素、０．１重量％以下の炭素、０．０５重量％以下の窒素、残部となるチタン及び不可避的不純物を含むゴルフクラブヘッド用合金）をブランクプレートに成形した後、７８０℃で４５分の焼なまし処理を行って獲得されたフェース板（Ａ１組）について、その機械的性質を測定した。また、従来のゴルフクラブヘッド用合金（すなわち、６４チタン）で同様の工程を経て獲得されたフェース板をコントロールグループ（Ａ０組）とした。その測定結果を表１に示す。
本試験では、本発明のゴルフクラブヘッド合金（すなわち、６．５〜７．５重量％のアルミニウム、１．０〜２．５重量％の鉄、０．０５〜０．２重量％のケイ素、０．１５重量％以下の酸素、０．１重量％以下の炭素、０．０５重量％以下の窒素、残部となるチタン及び不可避的不純物を含むゴルフクラブヘッド用合金）をブランクプレートに成形した後、７８０℃で４５分の焼なまし処理を行って獲得されたフェース板（Ａ１組）について、その機械的性質を測定した。また、従来のゴルフクラブヘッド用合金（すなわち、６４チタン）で同様の工程を経て獲得されたフェース板をコントロールグループ（Ａ０組）とした。その測定結果を表１に示す。
上記試験結果によると、従来のゴルフクラブヘッド合金（Ａ０組）に比べ、本発明に係るゴルフクラブヘッド用合金は密度が低いので、製作し獲得されるゴルフクラブヘッドの重量が低いことと、さらに、本発明のゴルフクラブヘッド用合金の引張強度が優れていることがわかった。
（Ｂ）ゴルフクラブヘッドの耐衝撃強度試験
本試験では、本発明のゴルフクラブヘッド用合金によりブランクプレート成形工程Ｓ１、焼なまし処理工程Ｓ２、ヘッド半製品成形工程Ｓ３及び時効処理工程Ｓ４を経て獲得したゴルフクラブヘッド（Ｂ１組）と、従来のゴルフクラブヘッド用合金（すなわち、６４チタン）により同様の工程を経て獲得されたゴルフクラブヘッド（Ｂ０組）とを比較試験した。その結果を表２に示す。
本試験では、本発明のゴルフクラブヘッド用合金によりブランクプレート成形工程Ｓ１、焼なまし処理工程Ｓ２、ヘッド半製品成形工程Ｓ３及び時効処理工程Ｓ４を経て獲得したゴルフクラブヘッド（Ｂ１組）と、従来のゴルフクラブヘッド用合金（すなわち、６４チタン）により同様の工程を経て獲得されたゴルフクラブヘッド（Ｂ０組）とを比較試験した。その結果を表２に示す。
上記試験結果によると、本発明のゴルフクラブヘッド用合金より獲得したゴルフクラブヘッド（Ｂ１組）は、より多くの衝撃回数に耐えることができ、より良い耐衝撃性が示されたので、フェース板の厚さを低減することができる。同等の耐衝撃性を維持することを前提とすると、本発明のゴルフクラブヘッド用合金より獲得したゴルフクラブヘッドは、約３〜４ｇの重量を減少することができる。
（Ｃ）時効処理工程の効果
本試験では、本発明のゴルフクラブヘッド用合金によりブランクプレート成形工程Ｓ１、焼なまし処理工程Ｓ２、ヘッド半製品成形工程Ｓ３及び時効処理工程Ｓ４を経て獲得したゴルフクラブヘッド（Ｃ１組）と、時効処理工程Ｓ４を省いて獲得したゴルフクラブヘッド（Ｃ０組）とを比較した。その結果を表３に示す。
本試験では、本発明のゴルフクラブヘッド用合金によりブランクプレート成形工程Ｓ１、焼なまし処理工程Ｓ２、ヘッド半製品成形工程Ｓ３及び時効処理工程Ｓ４を経て獲得したゴルフクラブヘッド（Ｃ１組）と、時効処理工程Ｓ４を省いて獲得したゴルフクラブヘッド（Ｃ０組）とを比較した。その結果を表３に示す。
上記試験結果によると、時効処理工程Ｓ４は確実にゴルフクラブヘッドの耐衝撃性を効果的に向上させることができる。かつ、衝撃回数を重ねたゴルフクラブヘッドは、フェース面の水平方向（Bulge）及び垂直方向（Roll）における湾曲度変形量が顕著に低減された（両方共３０ｍｍ以下であった。）。
以上により、本発明に係るゴルフクラブヘッド用合金の組成比により、ゴルフクラブヘッド用合金の密度を約４．３５〜４．３９ｇ／ｃｍ3とすることで、軽量ゴルフクラブヘッドの製造に応用されることができるという効果を有する。
さらに、本発明に係るゴルフクラブヘッドの製造方法は、前記ゴルフクラブヘッド用合金を使用することにより、製造し獲得したゴルフクラブヘッドが適度な耐衝撃性を有することを維持する前提で、製造し獲得したゴルフクラブヘッドの重量を減少できるという効果を有すると共に、ヘッド半製品に対して時効処理を行うことにより、ゴルフクラブヘッドの耐衝撃性をさらに向上させ、衝撃後のフェース面の水平方向及び垂直方向における湾曲度変形量を低減させることができるという効果を有する。
Ｓ１ ブランクプレート成形工程
Ｓ２ 焼なまし処理工程
Ｓ３ ヘッド半製品成形工程
Ｓ４ 時効処理工程
Ｓ２ 焼なまし処理工程
Ｓ３ ヘッド半製品成形工程
Ｓ４ 時効処理工程
Claims (9)
- ６．５〜７．５重量％のアルミニウム、１．０〜２．５重量％の鉄、０．０５〜０．２重量％のケイ素、０．１５重量％以下の酸素、０．１重量％以下の炭素、０．０５重量％以下の窒素、残部となるチタン及び不可避的不純物を含み、かつ密度が４．３５〜４．３９ｇ／ｃｍ3であるゴルフクラブヘッド用合金。
- 前記ゴルフクラブヘッド用合金のアルミニウム当量が７．５〜９．２であることを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド用合金。
- ６．８〜７．５重量％のアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド用合金。
- １．５５〜１．９５重量％の鉄を含むことを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド合金。
- ０．１１〜０．１５重量％のケイ素を含むことを特徴とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッド用合金。
- 請求項１〜５のいずれかに記載のゴルフクラブヘッド用合金により製造されたブランクプレートを提供し、
前記ブランクプレートに対して５００〜８００℃の温度で３０〜９０分の焼なまし処理を行い、フェース板を成形し、
前記フェース板をヘッド本体に結合し、ヘッド半製品を形成させ、
前記ヘッド半製品に対して４００〜７００℃の温度で３０〜２４０分の時効処理を行うことを特徴とするゴルフクラブヘッドの製造方法。 - 前記フェース板は引張強度が１７０ｋｓｉ以上であり、降伏強度が１５０ｋｓｉ以上であり、伸び率が１０％以上であり、硬度がＨＲＣ３３〜３９であることを特徴とする請求項６に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
- 前記ブランクプレートに対して６５０〜８００℃の温度で４０〜５０分の焼なまし処理を行うことを特徴とする請求項６に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
- 前記ヘッド半製品に対して５５０〜６５０の温度で３０〜１２０分の時効処理を行うことを特徴とする請求項６に記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
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