JP2640415B2 - ゴルフドライバーヘッド用材料及びゴルフドライバー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チタン−バナジウム系
ゴルフドライバーヘッド用材料並びに該ゴルフドライバ
ーヘッド用材料から成るドライバーヘッドを備えるゴル
フドライバーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ゴルフドライバーヘッドは、当初パーシ
モン（柿の木）等で作られていたが、近年は、中空ヘッ
ドが主流となり、ステンレス鋼などを用いた金属ヘッド
が注目されてきた。この金属ヘッドは、パーシモンに比
べ、耐久性があり、しかも、飛距離もでることから、将
来さらに需要が伸びてゆくと考えられる。現在の所、金
属ヘッドの素材は、やはりステンレス鋼が主流である
が、最近チタンやチタン合金を素材とするヘッドが登場
してきた。チタン合金は、ステンレス鋼に比べ軽くしか
も強度が高いため、設計の自由度が上がり、一般にはス
テンレス鋼製ヘッドに比べて一層大きなヘッドを作製す
ることが可能である。これにより、スイートスポットが
広がり、安定した打球が得られるようになる。

【０００３】現在までのところ、チタン合金の中でドラ
イバーヘッド用材料として使用されているものは、Ｔｉ
−６Ａｌ−４Ｖ合金（以下、６４ＡＴと呼ぶ）およびＴ
ｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金である。６
４ＡＴは、チタン合金の中で様々の分野で最も多く使用
されており、特に航空機用材料としての実績が高い。し
かしながら、この合金は、冷間加工ができないため、ヘ
ッド用材料として一般に要求される１〜５ｍｍの板を製
造するには、非常に多くの労力を要し、多大のコストを
必要とする。そのため、現実には、例えば特開平３−２
３０８４５に記載されているように、鋳造により６４Ａ
Ｔ製ヘッドを作製している。しかしこれも、チタンは酸
化し易いため大気中で鋳造を行うことができず、さらに
鋳型と反応しやすいため、非常に高度な技術を必要と
し、結果的にコスト高となる。また、鋳造品は、圧延上
がり材に比べ組織コントロールができないため、強度的
にも弱くなる欠点を有する。これに対し、Ｔｉ−４．５
Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２Ｍｏ合金は、超塑性加工ができ
るため、鋳造品より高強度が得られ易い。しかしなが
ら、これとても、超塑性加工用に特殊な装置を必要と
し、さらに超塑性加工するのに多くの時間を要するため
大量生産には不向きである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】チタン系材料製中空ヘ
ッドを効率よく大量に生産するためには、ステンレス鋼
製ヘッドを生産する場合と同様に、冷間圧延されそして
目的の板厚および組織を持った板またはコイルを冷間ま
たは温間プレスにより目的形状に加工し、その後加工し
た部品同士を溶接にて組み立てるのが最適である。この
ような工程に供しうるチタン材料は、残念ながら純チタ
ンを除き今まで見いだされていなかった。純チタンは、
冷間圧延が可能で、しかも冷間プレスも容易なため、中
空ヘッド用材料としては製造面では問題なかったが、そ
の耐力があまり高くないため、ヘッド組立後の強度に重
大な問題があった。

【０００５】本発明の課題は、以上の加工性及び溶接性
を含めて製造上の問題を解決し、しかも高い強度（耐
力）を持ったゴルフドライバーヘッド用チタン系材料を
開発することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、冷間圧延
可能なチタン合金として１０重量％から２５重量％未満
のＶを含有するＴｉ合金の開発に成功した。この合金を
基礎として、チタンの不純物成分を調査したところ、酸
素濃度が特に重要であり、酸素濃度が０．２５重量％を
超えると伸びが極端に低下し始め、冷間圧延性、冷間、
温間プレス性が非常に悪くなることが判明した。さら
に、その製造及び性質面を改善するべく上記Ｔｉ−Ｖ合
金への添加材の影響を詳細に調査した結果、このＴｉ−
Ｖ合金にアルミニウム、クロム及び錫の１種乃至２種以
上を添加すると、性状或いは価格面で有益な効果が得ら
れることも判明した。また、溶接施工を好適ならしめる
ためにそして一定の打球感を得るためには水素濃度をコ
ントロールするのが有用であることが見出された。製造
面から、β単一相を有しそして等軸な組織であることが
好ましいことが見出された。こうして、加工及び溶接を
含めて製造上の問題を解決し、しかも高い強度（耐力）
を持ったゴルフドライバーヘッド用チタン材料を得るこ
とができた。

【０００７】かくして、本発明は、（１）１０重量％か
ら２５重量％未満のバナジウムを含み、酸素含有量を
０．２５重量％以下とし、そして残部チタンおよび不可
避的不純物からなるゴルフドライバーヘッド用材料、
（２）１０重量％から２５重量％未満のバナジウムと、
２〜５重量％アルミニウム、２〜５重量％クロム及び２
〜４重量％錫の内から選択される１種又は２種以上とを
含み、酸素含有量を０．２５重量％以下とし、そして残
部チタンおよび不可避的不純物からなるゴルフドライバ
ーヘッド用材料、（３）１０重量％から２５重量％未満
のバナジウムを含み、水素濃度を０．００２〜０．０１
３重量％とし、酸素含有量を０．２５重量％以下とし、
そして残部チタンおよび不可避的不純物からなるゴルフ
ドライバーヘッド用材料、（４）１０重量％から２５重
量％未満のバナジウムと、２〜５重量％アルミニウム、
２〜５重量％クロム及び２〜４重量％錫の内から選択さ
れる１種又は２種以上とを含み、水素濃度を０．００２
〜０．０１３重量％とし、酸素含有量を０．２５重量％
以下とし、そして残部チタンおよび不可避的不純物から
なるゴルフドライバーヘッド用材料並びに（５）β単一
相を有しそして等軸な組織であることを特徴とする上記
（１）乃至（４）のゴルフドライバーヘッド用材料を提
供する。

【０００８】さらに、本発明は、上記（１）乃至（５）
のゴルフドライバーヘッド用材料から成るドライバーヘ
ッドを備えるゴルフドライバーをも提供する。

【０００９】

【作用】本発明の基礎となる、１０重量％から２５重量
％未満のＶを含むＴｉ合金は冷間圧延可能なチタン合金
である。ここで、バナジウム添加量の下限を１０重量％
としたのは、１０重量％未満では、良好な冷間圧延性が
得られないためである。さらに、バナジウム添加量の上
限を２５重量％未満としたのは、これ以上添加しても冷
間圧延性の改善は見られず、逆に、強度が低下する傾向
が見受けられるためである。また、バナジウムの価格は
チタンよりかなり高いため、コスト面からバナジウムの
添加量は出来るだけ抑えるのが好ましい。好ましいバナ
ジウム含有量は１３〜２０重量％である。

【００１０】このＴｉ−Ｖ合金の酸素濃度は０．２５重
量％以下に規制されることが必要である。その理由は、
酸素が０．２５重量％を超えると伸びが極端に低下し始
め、冷間圧延性、冷間、温間プレス性が非常に悪くなる
からである。

【００１１】以上の合金でもヘッド用材料として十分使
用できるが、クロム、アルミニウム或いは錫の１種又は
２種以上を添加することにより、さらに幾つかの点で改
善を図ることができる。

【００１２】Ｔｉ−Ｖ合金にクロムを添加すると、伸び
がさらに増すことが確認された。これにより特に冷間プ
レス性が著しく良くなる。ただし、その効果を得るため
にはクロムを２重量％以上添加する必要があり、また５
重量％より多く添加すると脆化する傾向が現れるため、
上限を５重量％とする必要がある。

【００１３】さらに、アルミニウムをＴｉ−Ｖ系合金に
添加するのは主として経済的効果による。つまり、バナ
ジウムの単体金属はその価格が非常に高く、これを添加
材として使用すると、合金価格は非常に高くなってしま
う。一方、Ａｌ−Ｖ母合金を添加材として使用できる場
合には、この母合金がバナジウム単体金属よりかなり安
価であるため、結果的にＴｉ−Ｖ−Ａｌ合金はより安価
な原料代ですむことになる。また、Ｔｉ−Ｖ系合金はあ
る温度領域で時効硬化する現象を示すが、これにアルミ
ニウムを添加すると時効硬化を促し、強度上昇に寄与す
る。ここで、アルミニウム添加量の下限を２重量％とし
たのは、これ以下では、現在入手可能な８０％Ｖ−２０
％Ａｌ母合金を使用しても、非常に多くのＶ金属単体を
添加せねばならずコストメリットが消えてしまうためで
ある。また、アルミニウム添加量の上限を５重量％とし
たのは、これより上では、冷間加工性が難しくなるため
である。

【００１４】最後に、Ｓｎを添加する効果を述べる。Ｓ
ｎは機械的特性には影響をあまり与えないが、Ｔｉ−Ｖ
系合金を時効処理するときにでき易い脆いω相の析出を
抑える効果がある。この効果を得るためには、２重量％
以上のＳｎを添加する必要があり、他方４重量％より多
く添加しても、脆いω相の析出を抑える効果は変わら
ず、比重が増す分比強度が落ち、ドライバーヘッド用材
料として不適当となる傾向があるため、上限を４重量％
とした。

【００１５】前記したように、ドライバーヘッドを効率
よく作製するためには、冷間または温間プレスにより目
的形状に加工し、その部品を溶接にて組み立てるのが最
適である。この工程では、必ず溶接が含まれるが、ここ
で合金中に多量の水素を含んでいると、溶接の際、水素
が小爆発し、良好な溶接ができないことが判明した。調
査の結果、本願発明合金は、純チタン以上に水素を吸収
し易く、特に酸洗工程で多量の水素を吸収することがわ
かった。そこで、水素濃度を変化させ溶接に与える影響
を調査したところ、０．０１３５重量％以下であれば溶
接は問題なく行われることが判明した。一方、水素濃度
の変化は、ゴルフドライバーヘッドの特性に微妙な影響
を与える。これは、水素濃度が低下するに従いヤング率
が若干下がることや、時効温度に影響を与えているもの
と考えられる。いずれにしても、水素濃度は下限を０．
００２重量％そして上限を０．０１３５重量％とするの
がよく、好ましくは０．００３〜０．００９重量％の範
囲において一定レベルの打球感が得られる。

【００１６】以上、組成範囲を中心に述べてきたが、組
織もまた重要な因子である。本合金をゴルフドライバー
ヘッド用材料として用いる場合、最初に冷間プレスが行
われるため、β単一相でしかも等軸な組織を有していな
いと、割れが発生する。一般には、本材料をβ変態点以
上に保持した後、水冷もしくは空冷することにより加工
性の良いβ単一相でしかも等軸な組織を得ることができ
る。

【００１７】本発明のゴルフドライバーは、所要組成の
合金原料をアーク溶解にてインゴットを作製後、熱間及
び冷間圧延を行い１〜３ｍｍの板を作製し、これをβ変
態点以上に保持した後、水冷もしくは空冷し、必要に応
じて時効処理し、冷間もしくは温間プレスにより必要な
形状を備えた部品を作製し、それらを溶接により接合さ
せてヘッドを作製し、得られたヘッドをシャフトに組み
つけてゴルフドライバーに組立てることにより作製され
る。

【００１８】

【実施例】本発明の有用性を以下実施例に基づいて述べ
る。

【００１９】（実施例１）チタンにバナジウムを種々の
量添加し、アーク溶解にてインゴットを作製後、９００
℃で熱間圧延し、スケール除去後、８３０℃（不活性雰
囲気中）に加熱後水焼入れした供試材（酸素濃度は０．
１〜０．１５重量％の範囲内であり、不純物としてＦ
ｅ、Ｈ、Ｎ、Ｃ等を多少含む）の冷間加工性を調べた結
果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】Ｖ濃度が低いチタン合金は、冷間圧延性が
悪く、かなりの耳割れが発生する。Ｖ濃度が１０重量％
を超えた当たりから、冷間圧延性が良くなるが、Ｖ添加
量を２５重量％以上に多くしてもその傾向は変わらなく
なる。

【００２２】次に、Ｔｉ−１７Ｖ合金の酸素濃度を変化
させた場合の伸びの変化を図１に示す（Ｆｅ、Ｈ、Ｎ、
Ｃ等の不純物を多少含む）。酸素濃度が０．２５重量％
を超えた当たりから急激に伸びが出なくなることがわか
る。

【００２３】これら考察から、Ｖの濃度下限値は１０重
量％としそして酸素濃度の上限値は０．２５重量％とし
た。

【００２４】（実施例２）Ｔｉ−１８％Ｖに種々の濃度
のＣｒを添加し、アーク溶解にてインゴットを作製後、
９００℃で熱間圧延し、スケール除去後、８００℃（不
活性雰囲気中）に加熱後水焼入れした供試材の引張試験
による伸び（全伸び）の変化を図２に示す。明らかに、
Ｃｒを添加することにより伸びが増していることが確認
される。その効果は、特にＣｒ濃度が２％以上から確認
され、５％付近まで、顕著に伸びが上昇している。５％
を超えると伸びはあまり上昇せず、逆に熱間、冷間での
変形抵抗が増し、また耳割れも多くなってくる。以上か
ら、Ｃｒの添加量の下限は２重量％としそしてその上限
を５重量％とした。このＣｒ添加により冷間プレス性が
著しく良くなった。

【００２５】（実施例３）Ｔｉ−１７％Ｖ−３％Ｃｒに
種々の濃度のＡｌを添加し、アーク溶解にてインゴット
を作製後、９００℃で熱間圧延し、スケール除去後、８
００℃（不活性雰囲気中）に加熱後水焼入れした供試材
（溶体化上がり材）の引張試験による機械的特性の変化
を図３に示す。また、この供試材を時効処理（５００℃
×８時間）した後の時効硬化材の機械的特性の変化を図
４に示す。

【００２６】溶体化上がり材の場合の図３においては、
Ａｌの添加は伸びの向上に若干寄与しているだけであ
る。顕著なのは、時効硬化材についての図４におけるＡ
ｌの効果である。明らかに、Ａｌを添加することにより
強度の上昇が起きている。ゴルフ用ヘッドでは、強度が
要求されるため、時効処理を行う場合があるが、Ａｌの
添加量を適切にコントロールすることにより、延性があ
りしかも高い強度が得られる材料が得られる。

【００２７】（実施例４）Ｔｉ−１５％Ｖ−４％Ｃｒ−
３Ａｌ−３Ｓｎ合金の水素濃度を変化させた材料を用
い、Ａｒ雰囲気中でＴＩＧ溶接を実施した結果を表２に
示す。水素濃度が低い間はＴＩＧ溶接は問題なく実施で
きたが、水素濃度が０．０１３％から水素の反応と思わ
れる小さな火花が観察され始め、０．０５％以上では、
水素の小爆発により溶接部分が不完全となった。水素濃
度が０．１％を超えると、ほとんど溶接できないことが
判明した。これら結果より、水素濃度の上限を０．０１
３％とした。

【００２８】

【表２】

【００２９】（実施例５）Ｔｉ−１５％Ｖ−４％Ｃｒ−
３％Ａｌ−３％Ｓｎ−０．１５％Ｏ合金を溶体化処理し
た板（結晶粒径１００μｍ）とそれを時効処理（５００
℃×８時間）した板を冷間プレスしたところ、時効処理
した板は全部割れが発生した。これよりヘッド用材料と
しては、β単一相を有しそして等軸な組織であることが
好ましいことがわかる。

【００３０】（実施例６）以上、実施例１〜５において
本発明材料が、ヘッドを製造するのにいかに有利である
か述べてきたが、ここでは試作品を使用してヘッドの最
大の特徴であるゴルフボールの打球特性について試験し
た。Ｔｉ−１５％Ｖ−３．１％Ｃｒ−３．６％Ａｌ−３
Ｓｎ−０．１１％Ｏ合金（不純物として０．１％Ｆｅ，
０．００７％Ｃ，０．０１１％Ｎ，０．００４％Ｈを含
む）をアーク溶解にて製造後、熱間及び冷間圧延を行い
１〜３ｍｍの板を作製した。これを８００℃に加熱後、
空冷にて冷却した板を用い、冷間プレスおよび溶接によ
りヘッドを作製後、ゴルフドライバーに組立て試打し
た。その結果、従来のチタン合金製ゴルフドライバーよ
り約１割飛距離が伸びた。また、スイートスポットも格
段に広くなった。

【００３１】このように非常によい特性が得られたの
は、高い比強度および溶接組立により理想に近いヘッド
形状ができたこと、およびヤング率が８０００〜９００
０Ｋｇｆ／ｍｍ² （溶体化上がりで）というステンレス
鋼や他のチタン合金に比べて低い値であるにもかかわら
ず耐力はかなり高い値である、つまりスプリングバック
性が非常に強いという点等から来ているものと推測され
る。

【００３２】

【発明の効果】以上、本発明に従った材料を用いれば、
従来からのステンレス鋼ヘッドの製造方法と同様な方法
でヘッドが比較的安価に量産化でき、しかもその特性に
おいて従来販売されているチタン合金ドライバーに比べ
より大きなスイートスポットおよび飛距離を得ることが
可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔｉ−１７Ｖ合金の酸素濃度を変化させた場合
の伸びの変化を示すグラフである。

【図２】Ｔｉ−１８Ｖ−Ｃｒ合金のＣｒ濃度と伸びの関
係を示すグラフである。

【図３】Ｔｉ−１７％Ｖ−３％ＣｒにＡｌを添加した溶
体化上がり材のＡｌ濃度と機械的性質の関係を示すグラ
フである。

【図４】Ｔｉ−１７％Ｖ−３％ＣｒにＡｌを添加した時
効硬化材のＡｌ濃度と機械的性質の関係を示すグラフで
ある。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １０重量％から２５重量％未満のバナジ
   ウムを含み、酸素含有量を０．２５重量％以下とし、そ
   して残部チタンおよび不可避的不純物からなるゴルフド
   ライバーヘッド用材料。
2. 【請求項２】 １０重量％から２５重量％未満のバナジ
   ウムと、２〜５重量％アルミニウム、２〜５重量％クロ
   ム及び２〜４重量％錫の内から選択される１種又は２種
   以上とを含み、酸素含有量を０．２５重量％以下とし、
   そして残部チタンおよび不可避的不純物からなるゴルフ
   ドライバーヘッド用材料。
3. 【請求項３】 １０重量％から２５重量％未満のバナジ
   ウムを含み、水素濃度を０．００２〜０．０１３重量％
   とし、酸素含有量を０．２５重量％以下とし、そして残
   部チタンおよび不可避的不純物からなるゴルフドライバ
   ーヘッド用材料。
4. 【請求項４】１０重量％から２５重量％未満のバナジウ
   ムと、２〜５重量％アルミニウム、２〜５重量％クロム
   及び２〜４重量％錫の内から選択される１種又は２種以
   上とを含み、水素濃度を０．００２〜０．０１３重量％
   とし、酸素含有量を０．２５重量％以下とし、そして残
   部チタンおよび不可避的不純物からなるゴルフドライバ
   ーヘッド用材料。
5. 【請求項５】 β単一相を有しそして等軸な組織である
   ことを特徴とする請求項１、２、３乃至４のゴルフドラ
   イバーヘッド用材料。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４乃至５のゴルフド
   ライバーヘッド用材料から成るドライバーヘッドを備え
   るゴルフドライバー。