JP3152899U - 高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】フェース部の厚さを有効に低減させ、クラブヘッドの重心位置を調整することが可能な高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドを提供する。【解決手段】ゴルフクラブヘッド１００は、ゴルフボールの打撃に用いる打撃面１０２ａを有し、厚さが２．７ｍｍ〜３．５ｍｍである高強度アルミニウム合金のフェース部１０２と、フェース部１０２以外の部分を構成する本体１０４とを備える。【選択図】図１Ｂ

Description

本考案は、ゴルフクラブヘッドに関し、特に高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドに関する。

ゴルフクラブヘッドは、ゴルフクラブの番号に応じて略固定された規格値の重量を有する。例えば、♯５のゴルフクラブヘッドは、約２５６ｇの重量を有する。従来のフェース部は、重心位置を調整するために、高強度のステンレス鋼により製造されていた。フェース部をステンレス鋼で製造した場合、２．１ｍｍまで厚さを低減させることができるが、ステンレス鋼の密度が約７．８ｇ／ｃｍ^３と高かったため、総重量が約２４４．８７ｇのゴルフクラブヘッドの場合、ステンレス鋼のフェース部の重量は約５７．５９ｇとなった。このように、ゴルフクラブヘッド全体に占めるフェース部の重量％の割合が非常に高いため、ゴルフクラブヘッド全体の重心位置の調整にとって好ましくなかった。

ゴルフクラブヘッドの重心位置は、理想的な打球性能を得るために調整する必要があった。そのため、フェース部の重量を軽量化し、ゴルフクラブヘッドの総重量を変更せずに、もともとフェース部にあった重量をゴルフクラブヘッドの他の部分に移動させることにより、ゴルフクラブヘッドの重心位置を変えていた。密度が約４．５ｇ／ｃｍ^３であるチタン（Ｔｉ）合金によりフェース部を製造する場合、上述した総重量が約２４４．８７ｇのゴルフクラブヘッドは、フェース部（厚さ約２．８ｍｍ）の重量を約４４．４６ｇにまで低減させることができる。

密度のみを考慮した場合、密度が約２．７ｇ／ｃｍ^３のアルミニウム合金でフェース部を製造すると、理論上、フェース部の重量を有効に低減させることができる。しかし、ゴルフクラブヘッドのフェース部は、ゴルフボールに直接接触する打撃点として用いるため、密度および重量の他に強度、伸張性、靭性などの機械的性質も考慮しなければならなかった。これら機械的性質は、主にゴルフクラブヘッドのフェース部の疲労寿命に影響を与えた。

従来の高強度アルミニウム合金において、例えば、７０００系の７０７５の析出硬化型アルミニウム合金は、その機械的性質が不足する虞があり、ゴルフクラブヘッドに必要な機械的性質を得るために、フェース部を厚くする必要があった。つまり、従来の高強度アルミニウム合金は、フェース部の重量を有効に低減させたり、ゴルフクラブヘッドの重心位置を調整したりすることができなかった。

本考案の目的は、フェース部の厚さを有効に低減させ、クラブヘッドの重心位置を調整することが可能な高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドを提供することにある。

（１）本考案は上記目的を達成するため、ゴルフボールの打撃に用いる打撃面を有し、厚さが２．７ｍｍ〜３．５ｍｍである高強度アルミニウム合金のフェース部と、前記フェース部以外の部分を構成する本体と、を備えることを特徴とするゴルフクラブヘッドを提供する。

本考案の高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドによれば、フェース部の厚さを有効に低減させ、クラブヘッドの重心位置を調整することができる。

本考案の一実施形態による高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドを示す断面図である。 図１Ａの高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドを示す正面図である。 本考案の他の実施形態による高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドを示す断面図である。 本考案の一実施形態による高強度アルミニウム合金のキャノン試験に通過するフェース部の厚さと引張強度との関係を示すグラフである。 ゴルフクラブヘッドの重心高さを示す模式図である。 ゴルフクラブヘッドの重心深度を示す模式図である。 ゴルフクラブヘッドの重心距離を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本考案の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１Ａおよび図１Ｂを参照する。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本考案の一実施形態によるゴルフクラブヘッド１００は、フェース部１０２および本体１０４を含む。本体１０４は、炭素鋼（例えば、Ｓ２０ＣまたはＳ２５Ｃの炭素鋼）、ステンレス鋼（例えば、１７−４ＰＨのステンレス鋼）、合金鋼、鉄−マンガン−アルミニウム合金、ニッケル基合金、鋳鉄、超合金鋼、純チタン、チタン合金（例えば、Ｔｉ_６Ａｌ_４ＶまたはＣＰＴｉチタン合金）、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金などの金属材料からなる。フェース部１０２と本体１０４とは、鋳造、粉末焼結、鍛造、機械加工などにより一体成形させてもよい。本実施形態のゴルフクラブヘッド１００には、ロストワックス法により、フェース部１０２が配置される開口部を含む本体１０４が鋳造され、本体１０４の開口部にフェース部１０２を配置して半田接続される。フェース部１０２と本体１０４とを半田接続させる工程を行い、半田接続工程が完了したゴルフクラブヘッド１００には、研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）または時効硬化（ａｇｅ ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）をさらに行ってもよい。本体１０４に半田接続されるフェース部１０２は、押出成形（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）、鋳造または圧延により形成されてもよい。

図１Ｂを参照する。図１Ｂに示すように、フェース部１０２は、ゴルフボールの打撃に用いる打撃面１０２ａを含む。このフェース部１０２の打撃面１０２ａには、ゴルフクラブヘッド１００の底部１０６に対して略平行に設けられ、かつ、水平に延伸された複数のスコアライン（ｓｃｏｒｅ ｌｉｎｅ）１０２ｂが設けられている。ゴルフクラブヘッド１００は、フェース部１０２以外の部分である本体１０４をさらに含む。本実施形態において、フェース部１０２の背面１０２ｃ（打撃面１０２ａと表裏の関係にある面（図１Ｂを参照する））の周囲領域１０２ｄは、本体１０４に固着され、背面１０２ｃの残りの領域は、本体１０４の貫通孔１０４ｂ内に露出している。

図２を参照する。図２に示すように、本考案の他の実施形態によるゴルフクラブヘッド２００は、本体１０４ａの底部１０６ａに設けられたバランスウェイト１０８をさらに有すること以外は、図１Ａ，１Ｂに示される実施形態のゴルフクラブヘッド１００と略同じである。バランスウェイト１０８は、クラブヘッド本体の材料よりも比重が大きな材料（例えば、タングステン合金、タングステン−鉄−ニッケル合金、銅合金またはこれらの組み合わせ）からなり、鋳造、鍛造、粉末冶金などの方法によって製造されてもよい。バランスウェイト１０８の比重は、例えば、８〜１８である。

下記表１は、本実施形態のフェース部に使用される高強度アルミニウム合金の成分を示す成分表である。

上述したように高強度アルミニウム合金に含まれる成分および含有量が限定される理由を以下説明する。

本実施形態において、ＳｉおよびＦｅは、高強度アルミニウム合金中に存在が許容される不純物と見なすことができる。Ｓｉは、含有量が多い場合（即ち、０．０６％を超える場合）、アルミニウム合金中にＳｉ析出物が形成され、Ｓｃと結合してＳｃＳｉまたはＳｃ_２ＡｌＳｉ_２の析出物が形成されてアルミニウム合金の機械的性質に影響を与えるため、Ｓｉの含有量は高強度アルミニウム合金の全体重量の０．０６％以下であることであることが好ましい。Ｆｅの含有量が多すぎる場合（即ち、０．１％を超える場合）、高強度アルミニウムの中に形成されるＡｌ_３Ｆｅの析出物が、アルミニウム合金の再結晶温度を低下させるとともに、ひび割れの原因ともなるため、アルミニウム合金の破壊靭性を低下させることがある。そのため、Ｆｅの含有量は、高強度アルミニウム合金の全体重量の０．１％を超えないことが好ましい。

本実施形態では、高強度アルミニウム合金の中に適量のＣｕを添加することにより、化合物ＣｕＡｌ_２を有効に形成してＧＰゾーン（Ｇｕｉｎｉｅｒ−Ｐｒｅｓｔｏｎ ｚｏｎｅ）の形成を促進することができると共に、高強度アルミニウム合金の常温時の延伸率を向上させることができる。そのため、製造するフェース部１０２の靭性を向上させ、フェース部１０２の低サイクル疲労寿命（ｌｏｗ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ）を改善させることができる。また本実施形態では、フェース部１０２の高強度アルミニウム合金の常温時の延伸率を１％〜２％向上させるために、Ｃｕの含有量が高強度アルミニウム合金の全体重量の２％〜２．５％であることが好ましい。Ｃｕの含有量が少なすぎる場合（即ち、２％未満の場合）、高強度アルミニウム合金の靭性を有効に改善することができず、Ｃｕの含有量が多すぎる場合（即ち、２．５％を超える場合）、半田接続を行う際の耐高温割れ性が低下することがある。

Ｚｎの含有量を多くすると、好適な焼入れ反応（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｒｅａｃｔｉｏｎ）を起こさせることができる。そのため、高強度アルミニウム合金に好適な焼入れ反応を起こさせるために、本実施形態ではフェース部１０２に使用する高強度アルミニウム合金中のＺｎ含有量を多くしてもよい。本実施形態のＺｎは、フェース部１０２の全体重量の５％〜９．５％であることが好ましい。Ｚｎの含有量が多すぎる場合（即ち、９．５％を超える場合）、アルミニウム合金が凝固する過程で高温割れが発生する虞があるため、Ｚｎの含有量は高強度アルミニウム合金の全体重量の９．５％以下であることが好ましい。

Ｍｇは、アルミニウム合金における主な析出強化相である。Ｍｇの含有量は、高強度アルミニウム合金の全体重量の１．５％〜２．５％であることが好ましい。Ｍｇの含有量が多すぎる場合（即ち、２．５％を超える場合）、応力腐食に対する抵抗力を低下させる虞があり、反対にＭｇの含有量が少なすぎる場合（即ち、１．５％未満の場合）、機械的性質を低下させる虞がある。

さらに、アルミニウム合金の機械的性質（例えば、引張強度）を高めるために、他の実施形態によるフェース部１０２の高強度アルミニウム合金の中に含まれるＺｎとＭｇとの含有量は、重量比で３．２〜４．４である。高強度アルミニウム合金の中に含まれるＺｎとＭｇとの含有量の重量比を高めた場合、高い強度が得られるだけでなく、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ化合物を有効に形成し、高強度アルミニウム合金の抗腐食性を高め、機械的性質を有効に向上させることができる。応力腐食割れ性（Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ：ＳＣＣ）は、Ｚｎ／Ｍｇ比の増加に従い、低くなった後に高くなるため、Ｚｎ／Ｍｇ比が高すぎたり低すぎたりすることは、応力腐食割れ性の向上にとって不利である。

高強度アルミニウム合金の中には、主に結晶粒の微細化のためにＭｎ、Ｃｒ、Ｔｉが添加される。Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉは、析出物の分散に寄与して結晶粒の微細化に都合が良いが、含有量が多すぎる場合（即ち、各々０．０５％を超える場合）に焼入れ性が増大し、熱処理を行った後に厚さが異なるようになり、機械的性質を均一にすることが困難となる。そのため、Ｃｒの含有量は、高強度アルミニウム合金の全体重量の０．０５％以下であることが好ましい。ＭｎおよびＴｉの含有量は、それぞれ高強度アルミニウム合金の全体重量の０．０５％以下であることが好ましい。

本実施形態では、半田接続特性を改善させるために、フェース部１０２の材料として用いる高強度アルミニウム合金の中に、０．０１％〜０．１％（重量％）のＳｃと、０．１％〜０．２％（重量％）のＺｒと、が添加されている。ＳｃおよびＺｒを添加すると、半田接続特性を改善させて、引張強度（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を５２ＭＰａ〜１０７ＭＰａ増大させることができると共に、高強度アルミニウム合金の延伸率を３％〜５％向上させることができる。しかし、Ｓｃは高価なため、添加量を増やした場合（即ち、０．１％を超える場合）、コストが大幅に増大して商品開発および実用化にとって不利となる。Ｓｃの含有量が少なすぎる場合（即ち、０．０１％未満の場合）、半田接続の特性を有効に向上させることができない。Ｚｒの含有量は、高強度アルミニウム合金の全体重量の０．１％〜０．２％であることが好ましい。Ｚｒを添加すると、機械的性質を向上させることができるが、Ｚｒの含有量が少なすぎる場合（即ち、０．１％未満の場合）、伸長率を有効に向上させることができず、一方、Ｚｒの含有量が多すぎる場合（即ち、０．２％を超える場合）、大きな柱状結晶が形成されて機械的性質が低下してしまう虞がある。

（実施例）
以下、本考案の一実施例に基づき、高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドの製造方法を説明する。まず、ゴルフクラブヘッドのフェース部に必要な高強度アルミニウム合金を準備する。下記表２は、高強度アルミニウム合金の成分含有量を示す成分表である（連番１〜６）。続いて、高強度アルミニウム合金材料を用いてフェース部を押出成形するとともに、フェース部を配置するために用いる開口部を含むアルミニウム合金の本体を鋳造し、タングステン合金によりバランスウェイトを鋳造する。その後、半田接続方式により製造された本体およびバランスウェイトをフェース部に接合させ、連番１〜６のゴルフクラブヘッドを完成させる（ゴルフクラブヘッドの形状構造は図２を参照）。

図３を参照する。図３は、連番１〜４のゴルフクラブヘッドに使用される高強度アルミニウム合金のキャノン試験に通過するフェース部の厚さと引張強度との関係を示すグラフである。キャノン試験の条件は、３０００発であり、速度が５０ｍ／ｓであり、フェース部の永久変形量が０．１５ｍｍ以下であった。図３および上記表２に示すように、連番１のゴルフクラブヘッドに使用される高強度アルミニウム合金の引張強度は約１０９ｋｓｉであり、キャノン試験に通過するフェース部の最小厚さは約２．７ｍｍである。連番２のゴルフクラブヘッドに使用される高強度アルミニウム合金の引張強度は約９４ｋｓｉであり、キャノン試験に通過するフェース部の最小厚さは約３．５ｍｍである。さらに、連番３のゴルフクラブヘッドに使用される高強度アルミニウム合金の引張強度は約１１６ｋｓｉであり、キャノン試験に通過するフェース部の最小厚さは約２．３ｍｍである。連番４のゴルフクラブヘッドに使用される高強度アルミニウム合金の引張強度は約９７ｋｓｉであり、キャノン試験に通過するフェース部の最小厚さは約３．２ｍｍである。

図３を参照する。図３の７０７５は、従来の高強度アルミニウム合金のフェース部を表し、従来の高強度アルミニウム合金の引張強度は約８７ｋｓｉであり、従来の高強度アルミニウム合金のフェース部は、キャノン試験に通過する最小厚さが約３．８ｍｍである。

下記表３を参照する。下記表３は、上述した連番１および連番２のゴルフクラブヘッドおよびそのフェース部の幾何学的寸法を示す。さらに詳細には、下記表３は、従来のゴルフクラブヘッド（第１比較例および第２比較例）およびそのフェース部（従来のステンレス鋼およびチタン合金（例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）のフェース部）の幾何学的寸法を示す。下記表３の各ゴルフクラブヘッドは、それぞれ総重量がほぼ同一であり（２４４．８７〜２４４．８９ｇ）、外観寸法（但し、フェース部の厚さを除く）もほぼ同一である。

上記表３を参照する。上記表３に示すゴルフクラブヘッドは、それぞれの全体総重量がほぼ同一であり、全体の輪郭外形およびフェース部の面積（但し、フェース部の厚さを除く）もほぼ同一である。上記表３に示すように、高強度アルミニウム合金のフェース部は、従来の高強度ステンレス鋼のフェース部と比較して重量を約４２．３％〜５５．５％低減させることができ、従来のチタン合金のフェース部と比較して重量を約２５．０％〜４２．２％低減させることができる。また、高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドは、従来の高強度ステンレス鋼のフェース部を有するゴルフクラブヘッドと比較して全体の重心高さを約１２．０％〜１２．４％低減させることができ、従来のチタン合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドと比較して全体の重心高さを約７．０％〜７．４％低減させることができる。また、高強度アルミニウム合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドは、従来の高強度ステンレス鋼のフェース部を有するゴルフクラブヘッドと比較して全体の重心深度を約６．５％〜６．７％増大させることができ、従来のチタン合金のフェース部を有するゴルフクラブヘッドと比較して全体の重心深度を約２．９％〜３．１％増大させることができる。

再び上記表２を参照する。上記表２に示すように、本実施形態の高強度アルミニウム合金（上記表２の連番５のゴルフクラブヘッドで用いられる高強度アルミニウム合金）は、引張強度が１２２ｋｓｉに達する。図３に示すように、上記表２の連番５のゴルフクラブヘッドをキャノン試験に通過させるために、そのフェース部の最小厚さを図３の連番１のゴルフクラブヘッドのフェース部（約２．７ｍｍ）より小さくしてもよく、実際に行った試験結果もこのデータに合致する。しかし、実際の応用では、フェース部を構成する高強度アルミニウム合金は、一般に図３の連番１のゴルフクラブヘッドで使用される高強度アルミニウム合金と、連番２のゴルフクラブヘッドで使用される高強度アルミニウム合金との間の特性を有する（即ち、引張強度が実質１０９ｋｓｉ〜９４ｋｓｉであり、キャノン試験に通過する最小厚さは２．７ｍｍ〜３．５ｍｍの間である）。

上述したように、Ｚｎ／Ｍｇ比の増加に従い、応力腐食割れ性が低くなってから高くなる。そのため、高すぎたり低すぎたりするＺｎ／Ｍｇ比は、応力腐食割れ性の向上に都合が悪い。そのため、上記表１のＺｎとＭｇとの含有量は、重量比３．２〜４．４であることが好ましい。

上述したように、本実施形態では、ゴルフクラブヘッドのフェース部の製造に高強度アルミニウム合金を応用し、フェース部の引張強度を従来の高強度アルミニウム合金７０７５の引張強度である約８７ｋｓｉ（図３を参照）より高くすることにより、フェース部の延伸率を少なくとも５％にすることができる。さらに、本実施形態による高強度アルミニウム合金をゴルフクラブヘッドのフェース部の製造に応用する際、ゴルフクラブヘッドのキャノン試験に通過させるために、フェース部の厚さを２．７ｍｍ〜３．５ｍｍにするが、これだけに限定されるわけではない。例えば、上記表２の連番５のゴルフクラブヘッドのフェース部の厚さにしてもよい。

また、本考案の他の実施形態では、ゴルフクラブヘッドのフェース部の耐腐食性および耐磨耗性を向上させるために、厚さが５μｍ〜３０μｍの硬質陽極酸化処理薄膜を利用し、フェース部の表面に硬質陽極酸化処理を行ってもよい。さらに、他の実施形態ではゴルフクラブヘッドのフェース部をアルミインゴットの押出成形により形成してもよい。また、高強度アルミニウム合金で製造されたフェース部は、機械的性質を向上させるためにＴ６またはＴ６ｘの熱処理を行ってもよい。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本考案の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案を限定するものではない。本考案の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案による実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１００ ゴルフクラブヘッド
１００ａ ゴルフクラブヘッド
１０２ フェース部
１０２ａ 打撃面
１０２ｂ スコアライン
１０２ｃ 背面
１０２ｄ 周囲領域
１０４ 本体
１０４ａ 本体
１０４ｂ 貫通孔
１０６ 底部
１０６ａ 底部
１０８ バランスウェイト
２００ ゴルフクラブヘッド
ｄ１ 重心高さ
ｄ２ 重心深度
ｄ３ 重心距離

Claims (10)

1. ゴルフボールの打撃に用いる打撃面を有し、厚さが２．７ｍｍ〜３．５ｍｍである高強度アルミニウム合金のフェース部と、
   前記フェース部以外の部分を構成する本体と、を備えることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
2. 前記高強度アルミニウム合金は、０．０６％以下のＳｉと、０．１％以下のＦｅと、２％〜２．５％のＣｕと、１．５％〜２．５％のＭｇと、５％〜９．５％のＺｎと、０．０５％以下のＭｎと、０．１％〜０．２％のＺｒと、０．０５％以下のＣｒと、０．０５％以下のＴｉと、０．０１％〜０．１％のＳｃを含有し、かつ残部Ａｌからなり、
   前記％は重量％であり、ＺｎとＭｇとの重量比は３．２〜４．４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。
3. 前記高強度アルミニウム合金のフェース部の表面は、硬質陽極酸化処理された薄膜を有す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。
4. 前記硬質陽極酸化処理された薄膜の厚さは５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項３に記載のゴルフクラブヘッド。
5. 前記高強度アルミニウム合金のフェース部は、８７ｋｓｉ〜１２２ｋｓｉの引張強度を有す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。
6. 前記高強度アルミニウム合金のフェース部は、少なくとも５％の延伸率を有す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。
7. 前記ゴルフクラブヘッドは、重心高さが１６ｍｍ未満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。
8. 前記高強度アルミニウム合金のフェース部は、厚さが３．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載のゴルフクラブヘッド。
9. 前記高強度アルミニウム合金のフェース部は、前記本体に固着された周囲領域と、前記本体の貫通孔から露出された残りの領域と、を含み、前記打撃面と表裏の関係にある背面を有す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。
10. 前記本体の底部に配置され、比重が８〜１８であるバランスウェイトをさらに備え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。

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