JP3708792B2

JP3708792B2 - ゴルフクラブヘッド

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Publication number: JP3708792B2
Application number: JP2000140682A
Authority: JP
Inventors: 明久井上; 久嗣垣内; 由重高ノ
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP2001321468A; TW495364B; US20010051549A1; US6533681B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐久性を向上しつつボールとの反発性を高めうるゴルフクラブヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、例えばウッド型のゴルフクラブヘッドは、主としてステンレス、チタン合金等の金属材料が用いられている。とりわけチタン合金は、金属材料の中でも低比重、高強度という特性を具えることによりヘッドの大型化などを容易に実現でき、現在、ウッド型のゴルフクラブヘッド素材の主流となっている。
【０００３】
一方、種々の研究の結果、ゴルフクラブヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を、ゴルフボールのそれに近づけることにより、ボールを打撃したときのエネルギーロスが最小となって反発係数が増加し、打球の飛距離が最大限に高められることが分かっており（例えば特開平８−２２４３２８号公報参照）、このような理論は「インピーダンスマッチング理論」と呼ばれている。なお「メカニカルインピーダンス」とは、ある点に作用する力の大きさと、この力が作用した時の他の点の応答速度の大きさとの比であって、ある物体に外部から加えられる力をＦ、応答速度をＶとすると、メカニカルインピーダンスＺは、Ｚ＝Ｆ／Ｖで定義される。
【０００４】
現在知られている一般的なゴルフボールでは、メカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数が約１０００Hz程度であって、従来のゴルフクラブヘッドのメカニカルインピーダンスのそれよりも小さい。このため、インピーダンスマッチング理論を適用するためには、ゴルフクラブヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を小さくする（ゴルフクラブヘッドの剛性を下げる）ことが必要となってくる。
【０００５】
このようにゴルフクラブヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を小さくするためには、例えばフェース部の厚さを薄くしたり、またフェース部に低ヤング率の材料を用いること等が挙げられる。しかしながら、現在のゴルフクラブブヘッドは、ソール部やヒール部などに重量をより多く配分するために、フェース部の厚さは強度的にもほぼ限界近くまで薄く設定されている。このため、フェース部の薄肉化は、新規な材料の出現がない限り強度による制約のためあまり期待できない。また、低ヤング率の材料は、一般的に引張強度、硬さが小となるため、結局のところフェース厚さを薄くすることができず、現実にはヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を下げる（フェースの剛性を下げる）ことが難しい。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、ボールを打撃するフェース部の少なくとも一部に、従来では考えられなかった低いヤング率を有しかつ高い強度を具える合金を用いることを基本として、フェース部などの耐久性を十分に確保しつつメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を減じてボールのそれに近づけ、反発係数を向上させうるゴルフクラブヘッドを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一般に結晶質金属材料には、ヤング率は結晶質金属材料の構成原子の結合力が強くなればなるほど大きくなり、その結合力の増大により降伏強度や硬さも増大するという材料強度の基本原則がある。また結晶質金属材料の弾性伸び限界は概ね０．５％以下であって、これ以上の伸び変形を与えると永久的な塑性変形を起こし、元の形状には戻り得ない。つまり、降伏強度や硬さが高くかつヤング率が低い材料を得ることは、これまでの結晶質金属材料の強度と弾性の基本原則に反し、この基本原則から逸脱した結晶質金属材料は従来では存在しないと考えられていた。
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、意外にも
▲１▼ 元素の周期律表において隣接した族番号に属する３成分以上の金属元素からなること、
▲２▼ 少なくとも２成分の元素の原子半径の差が１０％以上であること、
▲３▼ 少なくとも主成分の元素と他の一つの構成元素との混合熱が−１０kcal／mol 以上であること、
▲４▼下記の組成式で表すことができること、
Ｔｉ 100-x-y Ｍ１ x Ｍ２ y （数値はすべて原子％）
ただし、Ｍ１は、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる１種又は２種以上の元素、
Ｍ２は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗから選ばれる１種又は２種以上の元素、かつ
ｘ＋ｙ≦５０（０＜ｘ＜５０、０＜ｙ＜５０）である。
という４つの要件を満たす結晶質合金は、引張強度や硬さを大としつつヤング率が著しく低く大きな弾性伸び、塑性伸びを示すことを見い出すとともに、この合金材料をボールを打撃するフェース部の少なくとも一部に用いることにより、フェース部などの耐久性を十分に確保しつつメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を減じてボールのそれに近づけ、反発係数を向上させうるゴルフクラブヘッドを完成させたものである。
【０００９】
発明者らの種々の実験の結果、このような新規の金属材料の機械的性質の特徴である高い強度と硬さは、主として上記要件▲２▼に基づく大きな原子半径差を有する元素を固溶することによる固溶体強化に、また低ヤング率は主として上記要件▲３▼に基づき構成元素が互いに引力相互作用を持たないため低応力で原子が可逆的に移動できることに、さらに、大きな弾性伸び限界などは上記要件▲１▼の相互作用を持たない多種類の元素による可逆的移動サイトの多様性のために可逆的原子移動が高いひずみ域まで起きることができるとともに変形応力の上昇も起こりづらくなることに夫々起因するものと考えられる。以下、順に詳述する。
【００１０】
ゴルフクラブヘッドのフェース部に用いられる合金は、要件(1) の如く元素の周期律表において隣接した族番号に属する３成分以上の金属元素を均一に分散固溶した多成分系の固溶体からなる。隣接した族番号に属する３成分以上の金属元素とは、換言すれば３成分以上の金属元素からなりかつその金属元素が属する族が隣接する２つ以上の場合を言う。このような合金は、例えば４族に属する２つの金属元素と、５族に属する１つの金属元素とから構成される場合の他、例えば連続する３つ以上の族、例えば４〜６族の各族から１つずつ選ばれた金属元素の組み合わせから構成される場合などの両方が含まれる。このように、前記「隣接した族番号」とは族番号が２以上で連続する場合を含むものとして定義される。
【００１１】
また元素の周期律表において隣接した族番号に属する３成分以上の金属元素を含むことにより、各金属元素が互いに強固に結合しない状態を作り出すのに役だつ。即ち、周期律表において隣接した族番号に属する金属元素同士は、一般に混合熱が正か或いは０〜−１０kcal／mol となり易く各元素が互いに反発しやすい状態になるためである。逆に合金に含まれる元素中に、周期律表での族番号で連続していない族に属する元素を含む場合には、前記混合熱が負（−１０kcalよりも小）となりやすい傾向があり、原子間の引力相互作用が強くなって低ヤング率化などを達成できなくなる他、金属元素が結合した金属間化合物が形成される可能性がある。また冷間加工性が低下し冷間加工（圧延加工）で割れが発生したり、作業性が低下する傾向がある。
【００１２】
また周期律表において隣接した族番号に属する成分元素は、少なくとも３成分以上が必要である。このような多成分系の固溶体とすることにより、可逆的原子移動を高いひずみ域までもたらすことができるが、２成分以下ではかかる効果は期待できない。なお合金を構成する元素は、４成分以上とすることもできる。この場合においても、合金に含まれる成分元素は、途切れることなく前記隣接した族番号に属している必要がある。なお合金の元素の成分数の上限は、上記の要件▲１▼〜▲３▼を満たす限り特に限定されないが、実用上、例えば９成分程度に抑えることが好ましい。また前記合金を構成する金属元素は、隣接した族番号に属するものであれば、いかなる族番号でも良いが、特に好ましくは、固溶させた際に互いの結合力がより小さくなる４〜６族のものを用いることにより、よりヤング率の小さい合金を製造することができる点で望ましい。
【００１３】
またゴルフクラブヘッドに用いられる合金は、少なくとも２成分の元素の原子半径の差が１０％以上であることが必要である。原子半径の差が大きい少なくとも２つの元素を含む構成元素を固溶すると、固溶強化が生じ合金に高い強度と硬さを付与しうる。また、原子の再配列が起こり難くなって拡散能が低下するため、例えば溶湯を急冷することなく、徐冷した場合においてもｂｃｃ固溶体単相ないしｂｃｃ固溶体を主体的に含む非平衡固溶体が得られるようになる。なおこのような固溶体は、例えば冷間加工を施して加工硬化を生じさせることによって、さらに高い強度を容易に付与することも可能である。これについては後述する。なお２つの元素の原子半径の差が１０％未満であると、合金の前記優れた機械的特性は得られない。
【００１４】
好ましくは前記原子半径の差は条件▲１▼の３成分以上の金属元素の内で少なくとも１組の組み合わせにおいて、１０％以上、より好ましくは１０〜１４％、特に好ましくは１１〜１２％とするのが望ましい。なお原子半径の差が１５％を超えると、寸法因子により広い範囲に亘る固溶体を形成することが困難になる。また前記原子半径の差の百分率は、一方の元素の原子半径をｒａ、他方の元素の原子半径をｒｂ（＜ｒａ）とするとき、（ｒａ−ｒｂ）／ｒａにより求め、この値が１０％以上であることが必要である。またこのような要件は、構成元素中から選択される１つのペア（２元素）で満たされていれば良いが、好ましくは構成元素から選ばれうる全てのペアにおいても前記原子半径の差が１０％以上、より好ましくは１０〜１４％、特に好ましくは１１〜１２％とするのが望ましい。なお原子半径は、日本金属学会編の「改訂３版金属データブック（平成９年４月１０日発行）」に記載の原子半径を用いて特定する。
【００１５】
さらに本発明のゴルフクラブヘッドに用いる合金は、構成元素のうち少なくとも主成分の元素と他の一つの構成元素との混合熱が−１０kcal／mol 以上であることにより、原子間の結合性が互いに反発しやすい状態にあることが必要である。ここで、前記混合熱は、等温等圧下で２成分の元素を混合したときに発生ないし吸収される熱量であって、構成原子、分子間の相互作用ポテンシャルの違いに起因するものである。また「主成分の元素」とは、合金の中で最も多量に含まれている元素とし、「他の一つの構成元素」とは、合金を構成する元素のなかで前記主成分の元素を除いたいずれか一つの元素とする。またこのような混合熱は、例えばパーキンエルマー社製の熱示差走査熱量計（Differential Scanning Calorimeter ）を用いて反応熱を測定することにより特定することができる。
【００１６】
また本発明で用いられる合金は、前記混合熱を−１０kcal／mol 以上、すなわち、０kcal／mol 、正の値、または０〜−１０kcal／mol の負の値のいずれかを持つように限定する。これにより、合金の原子間の結合性が互いに反発し合う状態になり、互いの元素が相互引力を持たずに低応力で原子が可逆的に移動しうる状態が形成され、ひいては従来にない低ヤング率が得られる。例えばＴｉとＮｉの混合熱は、−１２．４kcal／mol であるが、このように混合熱が−１０kcal／mol よりも小の場合、互いに引き合う相互作用が生じるために、低いヤング率が得られない。また金属間化合物が生成されやすくなったり、ｂｃｃ固溶体を主体的に含む合金ができない傾向がある。このような観点より、前記混合熱は−５kcal／mol 以上、さらに好ましくは０kcal／mol 以上とするのが特に望ましいものである。
【００１７】
またゴルフクラブヘッドに用いられる合金は、ｂｃｃ（体心立方）をなす固溶体の体積分率が合金全体の５０％以上であることが望ましい。ｂｃｃ固溶体の体積分率が合金全体の５０％未満になると、冷間加工性が低下したり、ヤング率が上昇するなどの不具合があるため好ましくない。このような観点より、前記合金は、より好ましくはｂｃｃ固溶体の体積分率が合金全体の８０％以上、さらに好ましくは９５％以上を占めることが望ましく、そのためにも周期律表において４〜６族のｂｃｃ元素が好ましい。なお合金中の残りの固溶体の結晶構造は、特に限定されるものではないが、例えばｈｃｐ（最密六方格子）固溶体（α相）や準安定相のω相などを含むことがある。なお、本明細書において、ｂｃｃ固溶体の体積分率は、Ｘ線回折ピーク強度比（積分法）により測定する。
【００１８】
またゴルフクラブヘッドに用いられる合金は、チタンをベースとしたもので下記の組成式で表される。
Ｔｉ100-x-y Ｍ１x Ｍ２y （数値はすべて原子％）
ただし、Ｍ１は、Ｚｒ、Ｈｆから選ばれる１種又は２種以上の元素、
Ｍ２は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗから選ばれる１種又は２種以上の元素、かつ
ｘ＋ｙ≦５０（０＜ｘ＜５０、０＜ｙ＜５０）である。
【００１９】
さらに詳しく説明すると、まずその組成はＴｉの含有量が５０原子％以上含まれていることが望ましい。Ｔｉの含有量が５０原子％を下回っても上記した合金の優れた機械的特性を発現させることはできるが、比重が大きくなる傾向があるためヘッドに適用するに際して重量増大化やコスト高を招きやすくなったり、高融点化を招く傾向がある。
【００２０】
またＺｒ、Ｈｆから選ばれる１種または２種の元素については、その含有量が０原子％よりも大かつ５０原子％よりも小とすることが望ましい。これらの元素が含まれていないと、前記要件(3) の混合熱の規定値を満たしつつ原子半径差の大きい金属元素を多量に固溶するのが困難な傾向があり、固溶強化できない傾向がある。またこれらの元素の含有量が５０原子％を上回ると、比重が大きくなったり、また高融点化を招くなどの不具合がある。本発明では、Ｚｒが選択される。
【００２１】
また、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗから選ばれる１種または２種の元素については、その含有量が０原子％よりも大かつ５０原子％よりも小とすることが望ましい。これらの元素が含まれていないと、徐冷により、ｂｃｃ固溶体が生成しずらくなったり、また強度の低下や耐食性の低下招き易い。またこれらの元素の含有量が５０原子％を上回ると、合金の比重が大となったり、高融点化を招いたり、コストの上昇をもたらす。本発明では、Ｎｂ及びＴａが選択される。
【００２２】
また、上述の要件▲１▼、▲２▼及び▲３▼を満たす合金に少なくとも断面減少率１０％以上、より好ましくは３０％以上、さらに好ましくは５０％以上、特に好ましくは７０％以上の圧延、引き延ばしといった冷間加工を施して加工硬化させることが良い。これにより、低ヤング率を維持したままさらに加工硬化によって引張強度を向上させることができる。なお冷間加工には、圧延、引き延ばしの他、鍛造、押出し、深絞りなど種々のものが含まれうる。
【００２３】
一例として、Ｔｉa Ｚｒb Ｎｂc Ｍd の組成で表されるいわゆるＴｉ- Ｚｒ基合金に、圧延、引き延ばしの冷間加工を施して９８０ＭＰａの降伏強度、１０７０ＭＰａの引張強さ、４０ＧＰａのヤング率、１．７％の弾性伸び、１５％の塑性伸び及び３５０Hvのビッカース硬さの合金が得られた。表１には、この合金と、純チタン、現在ウッド型ゴルフクラブヘッドの素材として主流となっているチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）の物性を比較して示している。また図４には、これらの材料の引張応力−伸び曲線を示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
表１、図４から明らかなように、前記合金は、純チタンないしチタン合金よりも高い引張強度σf を有しているにも拘わらず、ヤング率Ｅがそれらの半分以下の４０ＭＰａと非常に低いものであり、また弾性伸びが大きくかつ硬度等も大きいことが分かる。つまり、このような高強度かつ低ヤング率という特徴を有する合金をゴルフクラブヘッドの少なくともフェース部の一部に用いることにより、フェース部の耐久性、耐外傷性を十分に確保しつつヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を下げる（フェース部の剛性を下げる）ことができ、その結果、ボールを打撃したときの反発係数が向上し、ボール初速を高め、ひいては飛距離を増大させることができる。
【００２６】
また図５には、引張応力とヤング率との関係を示すグラフである今回開発された、Ｔｉ−Ｚｒ基合金は従来の結晶合金の関係とは大きく逸脱した位置にあることが注目される。
【００２７】
このような合金は、通常のアーク溶解炉で製造することができ、溶解後、既に低ヤング率を有するｂｃｃ固溶体（β相）が形成されており、好ましくは上述の圧延、引き延ばし等の冷間加工を加えることにより、より高い強度と硬さを持たせることができる。従って、成形しうる形状は、冷間加工が可能な板、薄板、ワイヤー等の線材、パイプなど種々のものが含まれる。なお使用する元素の比重の差が大きい場合には、その比重差による元素の偏析を防ぐために溶解後、急冷処理を行なって固化させることでも良い。
【００２８】
また本発明のゴルフクラブヘッドに用いられる合金は、引張強度σf とヤング率Ｅとの比（σf ／Ｅ）が０．０２２５〜０．０３０である。このように引張強度σf とヤング率Ｅとの比（σf ／Ｅ）を限定した場合には、ゴルフクラブヘッドのフェース部は、高い強度を具えつつしなやかに撓むことにより、該ヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を、ゴルフボールのそれにより近づけることができ、飛距離を確実に増大させることができる。
【００２９】
さらに本発明のゴルフクラブヘッドでは、前記合金を用いてボールを打撃するフェース部の主要部を占めること、例えばフェース部の全表面積Ｓ１とこのフェース部中に前記合金が占める表面積Ｓ２との比（Ｓ２／Ｓ１）を０．５以上、好ましくは０．７以上、さらに好ましくは０．９以上とすることが望ましい。このようにフェース部を形成する方法としては、フェース部の主要部を占める板状のフェース板を前記合金により形成し、これをヘッド本体部分に接着、溶接、かしめ等により接合する方法の他、ヘッド全体を上述の合金により形成する場合とが考えられ、いずれの方法を採用しても良い。特に、後者のようにヘッド全体を上記合金で構成することにより、より一層高い強度と高い反発を得ることができる点で好ましいものとなる。
【００３０】
またこのような合金によりフェース部を形成する場合、該フェース部の厚さは、例えば１．５〜４．０mm、より好ましくは１．５〜２．９mm、さらに好ましくは１．５〜２．４mmとすることが望ましい。これによって合金自体の低いヤング率と、高強度によるフェース部の薄肉化による撓み易さの相乗作用によって、より一層ヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を、ゴルフボールのそれにより近づけることができる。
【００３１】
また前記合金によりフェース部を形成した場合、該合金からなるフェース部の厚さｔ（mm）と、前記合金のヤング率Ｅ（ＧＰａ）との積（Ｅ×ｔ）は、４０〜３００（ＧＰａ・mm）であることが望ましい。特に上述のようにフェース部を構成する材料のヤング率が小さい程、インピーダンスマッチング理論に基づきボールの飛距離を向上しうるため、前記積（Ｅ×ｔ）は、好ましくは２５０（ＧＰａ・mm）以下、より好ましくは２００（ＧＰａ・mm）以下とするのが望ましい。他方前記フェース部の厚さｔ（mm）が過小になるとフェース部の強度が低下する他、ヤング率が過小になると、打撃時においてフェース部の変形が大きくなって、例えばフェース板を用いたときにはその接合部の強度低下を招くおそれがある。このような観点より、前記積（Ｅ×ｔ）の下限は、前記いずれかの上限との組み合わせにおいて、４０（ＧＰａ・mm）以上、より好ましくは６０（ＧＰａ・mm）以上、さらに好ましくは８０（ＧＰａ・mm）以上とするのが望ましい。
【００３２】
また前記合金によりフェース部を形成した場合、該合金からなるフェース部の厚さｔ（mm）と、前記合金の引張強度σｆ（ＧＰａ）との積（σｆ×ｔ）は１．０〜４．０（ＧＰａ・mm）、より好ましくは１．５〜３．５（ＧＰａ・mm）、さらに好ましくは２．０〜３．５（ＧＰａ・mm）であることが望ましい。前記引張強度σｆが大きい程、フェース部の強度が大となり、その分だけフェース部の厚さｔを小とすることが可能となる。そして、フェース部の厚さｔが小である程、フェース部の剛性が低くなってインピーダンスマッチング理論に基づき飛距離の増大を図りうる。なお引張強度σｆが特に大きい場合には、前記積（σｆ×ｔ）を満たす範囲にてフェース部の厚さをより小とし、耐久性を飛距離の両立を図ることが望ましい。逆に前記引張強度σｆが小さい場合には、前記フェース部の厚さｔを前記積（σｆ×ｔ）の範囲でより大とし、フェース部の強度を維持し耐久性を確保しておくことが望ましい。
【００３３】
【実施例】
以下本発明の実施例を図１、図２（ａ）に示すウッド型のゴルフクラブヘッドに適用した場合を例に挙げ図面に基づき説明する。図１、図２（ａ）には本発明のゴルフクラブヘッドの実施例として、内部を中空部としたウッド型のゴルフクラブヘッド１を例示している。本例のヘッド１は、ボールを打撃するフェース部４を形成するフェース板２と、このフェース板２を前面に配する開口５を有するヘッド本体３とから構成されている。
【００３４】
前記フェース板２は上記要件(1) 〜(4) を満たす合金Ｍとして、Ｔｉa Ｚｒb Ｎｂc Ｔａの４成分系のＴｉ−Ｚｒ系合金から形成されている（実施例１、比較例２）。このフェース板２は、真空引きされかつアルゴン置換された雰囲気中の真空アーク溶解炉にて構成元素を溶解し、上記組成を有する合金を塊状（直径１００mm×厚さ１０mm）又は棒状（直径２０mm×長さ１００mm）に製造した後、断面減少率５０〜７０％の冷間圧延加工を行うことにより厚さ略３mmに形成されている。なお冷間圧延加工は、例えば複数段の圧延ローラを用いて、圧延を複数回繰り返し少しづつ断面を減少させて所望の厚さに近づけることが望ましい。なおフェース部４の表面積Ｓ１と、前記合金Ｍからなるフェース板２の表面積Ｓ２との比（Ｓ２／Ｓ１）は０．９に設定した。
【００３５】
また、本発明のヘッドでは、インピーダンスマッチング理論による飛距離の向上と、フェース強度の両立を図りうるが、さらに前記フェース板２の打球側の面積を大とすることにより、より一層フェース部４のメカニカルインピーダンスを小にでき、さらに飛距離の向上を図りうる。また、前記合金は充分な引張強度を有しているため、フェース板を大型化しても強度的な問題は生じにくい。このような観点より、前記フェース板２の前記表面積Ｓ２は１０cm²以上、さらに好ましくは１５cm²以上とするのが良い。なおフェース板２の表面積Ｓ２が過大になると、ヘッド重量の過度の増大を招くおそれがあるため、前記いずれかの下限値との組み合わせにおいて６０cm²以下、さらに好ましくは４０cm²以下とするのが良い。なお実施例、比較例のフェース板４の表面積は全て３０cm²としている。また比較例のヘッドは、前記フェース板２をチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）から形成している。実施例、比較例の各フェース板の仕様を表２に示す。
【００３６】
【表２】

【００３７】
表２において、前記混合熱は便宜上、NORTH-HOLLAND PHYSICS PUBLISHING社発行の文献「COHESION IN METALS TRANSITION METAL ALLOYS（1988年発行）」に記載の値を採用している。また合金のｂｃｃ固溶体の体積分率については、上記装置を用いて公知のＸ線回折ピークの強度比により測定した。
【００３８】
次にヘッド本体部３は、実施例、比較例ともにチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）からなり、ロストワックス法により製造しており、また開口５に直接フェース板２を本例では溶接により接合している。なお図２（ｂ）のように、前記開口５にフェース板２の周縁部だけを支えるバックアップ部６を形成し、フェース板２を接着剤による接着や溶接、かしめ等の手法により接合することもできる。またヘッド本体部は、２以上に分割したパーツを溶接等により一体化したものでも良い。さらに実施例、比較例ともに、ヘッド体積は、３００cm³、ヘッド質量は１９５ｇとほぼ同じ条件となるように設定した。そして、これらの供試ヘッド１のメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を測定した。また各ヘッド１に同じシャフトを装着してゴルフクラブとし、スイングロボットに装着してメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数が１０００Hzのてゴルフボールをヘッドスピード４５m/s で打撃し、ヘッド速度Ｈｓとボール初速Ｈｂとの比（Ｈｂ／Ｈｓ）を測定した。テストの結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】

【００４０】
表３において、ヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数については、次のように測定した。先ず図３に示すように、ヘッド１のフェース部４を、加振機（株式会社国際機械振動研究所製ＰＥＴ−０１、ＰＥＴ−０Ａ）７の供試体取付台７ａに取り付け、ヘッド１のフェース部４に所定の振動を与えるとともに、加振機７及びフェース部４の振動を加速度ピックアップａ１、ａ２により加振機の加速度Ａ１、フェース部の加速度Ａ２を取り出して、ダイナミックシングルアナライザ（ＹＨＰ社製ＨＰ−５４２０Ａ）に入力し、前記加速度Ａ１を用いて「Ｆ＝ｍ・Ａ１」（ｍは定数）により加振力Ｆを演算し、又前記加速度Ａ２を１回積分して速度Ｖを演算し、さらに前記加振力Ｆと前記速度Ｖとにより、Ｚ＝Ｆ／Ｖを用いてメカニカルインピーダンスＺを求め、これによりヘッド１のメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を求めた。
【００４１】
表３から明らかなように、実施例１は比較例１、２に比べゴルフボールのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数（１０００Hz）に近づいていることがわかり、その結果、ヘッド速度Ｈｓとボール初速Ｈｂとの比（Ｈｂ／Ｈｓ）である反発係数も向上していることが確認できる。
【００４２】
また例えばウッド型のゴルフクラブヘッド１のフェース部４に使用する場合は、その強度、ヤング率に応じてフェース部４の厚さｔは２．０〜４．０mm程度に設定できる。前記厚さｔが２．０mm以下になると、フェース部４の耐久性に問題が生じ、逆に４mm以上になるとフェース部４の重量が重くなりヘッド１の設計の自由度が低下する。
【００４３】
また、本発明のヘッド１に使用される合金は加工性に富むため、フェース部４だけでなく、クラウン部９、ソール部１０、ネック部１１、サイド部１２も作製することができ、各パーツを溶接してクラブヘッドにすることも可能である。また上記実施例は、ウッド型クラブについて記述してきたが、本発明のゴルフクラブヘッド１は、これに限定されるものでもなく、アイアン型のゴルフクラブヘッド、パター型のゴルフクラブヘッド等にも使用できる。アイアン型ないしパター型のゴルフクラブヘッドとする場合、フェース部、ヘッド本体部の全てに使用しても良いし、またフェース部だけに上記合金を使用することでも良い。
【００４４】
また発明者らの実験によれば、アイアン型のゴルフクラブヘッドにおいては、強度や重量のバランスを考慮すると、フェース部の厚さを１．０mm〜４．０mmに設定することが可能である。またパター型のゴルフクラブヘッドに上記合金を使用する場合は、フェース部４のみならず、ヘッド本体部３のすべて使用しても良い。またアイアン型、パター型、ウッド型において、合金の特性を最大限有効に使用するために、フェース部４の裏面を空洞ないし開口とすることが望ましい。
【００４５】
【発明の効果】
上述したように、本発明のゴルフクラブヘッドは、純チタンないしチタン合金よりも高い引張強度を有しているにも拘わらず、ヤング率が非常に小さく、また弾性伸びが大きくかつ硬度等も大きい合金をゴルフクラブヘッドの少なくともフェース部の一部に用いることにより、フェース部の耐久性、耐外傷性を十分に確保しつつヘッドのメカニカルインピーダンスの一次の極小値の周波数を下げることができ、その結果、ボールを打撃したときの反発係数が向上し、ボール初速を高め、ひいては飛距離を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のゴルフクラブヘッドを例示する正面図である。
【図２】その断面図である。
【図３】メカニカルインピーダンスの測定方法を示す概念図である。
【図４】合金の引張応力−伸びの関係を示すグラフである。
【図５】合金の引張強度−ヤング率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ゴルフクラブヘッド
２フェース板
３ヘッド本体部
４フェース部

Claims

ボールを打撃するフェース部の少なくとも一部が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ及びＴａからなる結晶質合金から構成されており、
かつ、前記合金は少なくとも主成分の元素と他の一つの構成元素との混合熱が−１０ kcal ／ mol 以上であり、
しかも前記合金は、引張強度σf （ＭＰａ）とヤング率Ｅ（ＭＰａ）との比（σf ／Ｅ）が０．０２２５〜０．０３０であることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
前記合金は、ｂｃｃ固溶体の体積分率が合金全体の５０％以上であ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。
前記合金は、ボールを打撃するフェース部を形成し、かつ該合金からなるフェース部の厚さを１．０〜４．０mmとしたことを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のゴルフクラブヘッド。
前記合金は、少なくとも断面減少率が１０％以上の冷間加工を行うことにより板状のフェース板として形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のゴルフクラブヘッド。
前記合金は、ボールを打撃するフェース部を形成するとともに、該合金からなるフェース部の厚さｔ（mm）と前記合金のヤング率Ｅ（ＧＰａ）との積（Ｅ×ｔ）が４０〜３００（ＧＰａ・mm）であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゴルフクラブヘッド。
前記合金は、ボールを打撃するフェース部を形成するとともに、該合金からなるフェース部の厚さｔ（mm）と前記合金の引張強度σｆ（ＧＰａ）との積（σｆ×ｔ）が１．０〜４．０（ＧＰａ・mm）であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のゴルフクラブヘッド。