JP4981369B2

JP4981369B2 - ゴルフクラブヘッド用低密度合金

Info

Publication number: JP4981369B2
Application number: JP2006174593A
Authority: JP
Inventors: 泰富陳; 銘瑞 ▲蒋▼; 書群郭; 維鈞蕭
Original assignee: 泰富陳; 銘瑞 ▲蒋▼; 書群郭; 維鈞蕭
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2026-06-23
Also published as: JP2007084915A; TW200714318A; TWI324078B

Description

本発明は、ゴルフクラブヘッド用低密度合金に関するもので、チタン、アルミとバナジウムの混合の比例を制御し、さらに選択的にモリブデン、クロム、鉄、シリコンおよび／またはホウ素などの微量の元素を添加することにより、重心の位置を調整すると共に、弾性変形の能力を高めるゴルフクラブヘッド用低密度合金に係るものである。

従来のゴルフクラブヘッドの構造としては、通常としてステンレスにより製成され、例えばＳＵＳ６３０またはＳＵＳ４３１（アメリカ鋼鉄協会ＡＩＳＩ標準６４０型と４３１型）をもって、さらに精密鋳造法（ロストワックス）により製成される。しかし、上述した材料の密度が比較的大きく、さらに強度が比較的低いため、上述した材料で製成されたヘッドではその壁の厚さは一定の厚さ以上に達しなければならず、それによってヘッドに求められた強度に達することができる。しかし、実際に使用してみると、上記ヘッドの重量が重過ぎないようにヘッドの設計のポイントが要求されることにより、上述した材料により製成されたヘッドの体積を大きく増やすことができず、上記ヘッドのフェース板において比較的よい打球のポイントの範囲も大幅に縮小されるため、打球の失敗の確率も大幅に増えてしまうという問題点があった。

上述した問題点を解決するべく、業界においてはチタン合金によって製造されたヘッドが研究し開発されてきた。例えば、アメリカ特許第５，５０５，７９５号の「ゴルフクラブの製造方法（Method of manufacturing golf club）」、第５，６４３，１０８号の「ゴルフクラブヘッドの構造およびその製造方法（Structure for golf club head and the method of its manufacture）」、第６，８３２，９６１号の「ウッド型のゴルフクラブヘッド（Wood-type golf club head）」、第６，８８０，２２２号の「ゴルフクラブヘッドの製造方法（Method of manufacturing a golf club head）」および第６，９０５，０６１号の「ゴルフクラブヘッドの製造方法（Method of making a golf club head）」などにおいてＴｉ‐６Ａｌ‐４Ｖのチタン合金（すなわち重量百分率が６％のアルミと４％のバナジウムで、その他はチタン金属である）を採用してゴルフクラブヘッドを製造していたが、チタン合金の密度がステンレスより相対的に低いため、そしてその強度はステンレスと相当になり、さらに相対的に比較的高い弾性変形の能力を現すことができ、ヘッドの重量を増やさないという前提の下でゴルフクラブヘッドの体積の増加を許すことができることにより、ゴルフクラブヘッドにおいて比較的よい打球のポイントの面積を増やすことができるため、打球の成功率を高めることができるようにしたものがある（例えば、特許文献１、２、３、４、５を参照）。
アメリカ特許第５，５０５，７９５号アメリカ特許第５，６４３，１０８号アメリカ特許第６，８３２，９６１号アメリカ特許第６，８８０，２２２号アメリカ特許第６，９０５，０６１号

その他に、Ｔｉ‐６Ａｌ‐４Ｖのチタン合金の密度はステンレスより相対的に低くなるため、ゴルフクラブヘッドの部分的な部材に用いられてゴルフクラブヘッドの重心の位置を調整することができ、例えばヘッド本体、フェース板、蓋板または重りなどに用いることができる。また、Ｔｉ‐６Ａｌ‐４Ｖのチタン合金の弾性変形の能力（伸長率）はステンレスより相対的に高くなるため、通常としてその比較的よい弾性変形の能力を利用して打球時において比較的大きい弾性変形の程度を生じさせることができ、さらにゴルフボールがフェース板にぶつかった時に生じた球体の圧縮変形を相対的に減少するのに用いられることにより、打球の応力が抵抗によって吸収される程度を相対的に低くすることができるため、打球応力のエネルギーの損失を避けると共に、打球の距離を増やすことができる。

しかし、ヘッドの体積の大型化と重心調整の自由度を考慮した上、上記チタン合金の密度をさらに改良する必要性があり、そして元の機械強度を保有することにより、上記チタン合金の応用の自由度を高める必要性がある。その他の関係するチタン合金は、以下の表１に示すように、ここでは参考として例に上げる。

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、チタン‐アルミ‐バナジウム合金には重量百分率が８４％から９４％のチタン、６．５％から９．５％のアルミおよび１．５％以下のバナジウムが含まれ、または選択的にモリブデン、クロム、鉄、シリコンおよび／またはホウ素などの微量の元素を添加することにより、密度が４．４０ｇ／ｃｍ^３以下のチタン合金を組成する。上記チタン合金によりゴルフクラブヘッドの全体の重心を調整すると共に、弾性変形の能力を高めることができるため、ヘッドの大型化に役立ち、さらにヘッドの設計の自由度を高めることができるゴルフクラブヘッド用低密度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、チタン合金のアルミとバナジウムとの比例を調整することにより、密度を低くすると共に、元の機械強度を保有するため、ゴルフクラブヘッドの全体の重心を調整し、さらに弾性変形の能力を高めることができるゴルフクラブヘッド用低密度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、チタン合金のアルミとバナジウムとの比例を調整し、さらに選択的にモリブデン、クロム、鉄、シリコンおよび／またはホウ素などの微量の元素を添加することにより、密度を低くすると共に、元の機械強度を保有するため、ゴルフクラブヘッドの全体の重心を調整し、さらに弾性変形の能力を高めることができるゴルフクラブヘッド用低密度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用低密度合金は、以下のようになるものである。すなわち、
重量百分率で８４％から９４％のチタン、６．５％から９．５％のアルミおよび１．５％以下のバナジウムおよび不可避的不純物からなり、密度が４．３２ｇ／ｃｍ ^３より大きく４．３７ｇ／ｃｍ ^３より小さいチタン−アルミ−バナジウム合金が成形され、上記チタン−アルミ−バナジウム合金には他に重量百分率で０．２５％から０．５％のモリブデン、０．４％から０．６％のクロム、０．２％から０．４％の鉄および０．２５％から０．３５％のシリコンからなる。

本発明によるゴルフクラブヘッド用低密度合金は、上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金には重量百分率で８％のアルミおよび１％のバナジウムからなることもできる。また、上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金には他に重量百分率で１．０％以下のホウ素が含まれることもできる。また、上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金には重量百分率で７．２％から７．８％までのアルミおよび０．０２％から０．０６％までのバナジウムが含まれることもできる。また、上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金には他に重量百分率で０．０６％の炭化ホウ素が含まれることもできる。

本発明のゴルフクラブヘッド用低密度合金によれば、チタン合金のアルミとバナジウムとの比例を調整することにより、密度を低くすると共に、元の機械強度を保有するため、ゴルフクラブヘッドの全体の重心を調整し、さらに弾性変形の能力を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用低密度合金によれば、チタン合金のアルミとバナジウムとの比例を調整し、さらに選択的にモリブデン、クロム、鉄、シリコンまたはホウ素などの微量の元素を添加することにより、密度を低くすると共に、元の機械強度を保有するため、ゴルフクラブヘッドの全体の重心を調整し、さらに弾性変形の能力を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。

〔実施例１〕
表２と写真１を参照すると、本発明の実施例１のゴルフクラブヘッド用低密度合金は、チタン金属（密度４．５１ｇ／ｃｍ^３）、アルミ金属（密度２．７０ｇ／ｃｍ^３）およびバナジウム金属（密度５．７９ｇ／ｃｍ^３）を主な合金の成分とし、上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金には重量百分率が８４％から９４％のチタン、６．５％から９．５％のアルミおよび１．５％以下のバナジウムが含まれることにより、密度が４．４０ｇ／ｃｍ^３以下のチタン合金が組成され、好ましくは選択的にチタン９１％、アルミ８％およびバナジウム１％のチタン‐アルミ‐バナジウム合金（表２に示すＴｉ‐８Ａｌ‐１Ｖ合金）を使用する。従来のＴｉ‐６Ａｌ‐４Ｖの合金と比較してみると、本発明においてはアルミの添加量を相対的に増やすことにより、合金の密度を低くすると共に、強靭性を改良することができるため、必要とする低密度の性質を獲得することができる。バナジウムの添加量を相対的に低くすることにより、合金の機械的性質に影響を及ぼすことなく、鋳造時における流動性を有効に高めると共に、排気の効果を補助することができる。上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金は選択的にゴルフクラブヘッドの部材を製造するのに用いられ、例えばヘッド本体、フェース板、蓋板および／または重りなどを製造するのに用いられることができ、好ましくはフェース板を製造するのに用いられる。

その他に、Ｔｉ‐６Ａｌ‐１Ｖ合金の密度（４．４０ｇ／ｃｍ^３から４．３４ｇ／ｃｍ^３）はＴｉ‐６Ａｌ‐４Ｖ合金の密度（４．４２ｇ／ｃｍ^３）より相対的に低いため、ゴルフクラブヘッドの部分的な部材に用いられると、ゴルフクラブヘッドの重量を減らすことができ、しかもその機械的性質に大幅に影響を及ぼすことがないため、ゴルフクラブヘッドの重心の位置を調整するのに用いられることができ、例えばヘッド本体、フェース板、蓋板または重りとして用いることができる。

〔実施例２、３、４、５〕
表２を参照すると、本発明の実施例２、３、４、５のゴルフクラブヘッド用低密度合金が掲示される。実施例１と比較してみると、実施例２、３、４、５においては上記Ｔｉ‐６Ａｌ‐１Ｖ合金にはさらに選択的に微量の元素が添加され、例えば重量百分率が１．２％以下のモリブデン、１．２％以下のクロム、０．６％以下の鉄、０．６％以下のシリコンと１％以下のホウ素が添加される。適量なモリブデンを添加することにより、合金から均一に分布された炭化物を析出させることができ、さらに耐熱性を高めることができるため、合金の熔接の熱亀裂を減らし、さらに硬化能力と高温強度を増やすことができる。また、適量なクロムを添加することにより、合金の防錆耐蝕性を高めることができるため、ゴルフクラブヘッドの使用寿命を増やすことができる。また、適量な鉄を添加することにより、良好な塑性を獲得することができる。また、適量なシリコンを添加することにより、溶融金属の流動性を改善することができる。また、ホウ素は高温において組織が安定しており、しかも比較的よい酸化防止の能力、強靭性と塑性を有するため、適量なホウ素を添加することにより、合金の機械的性質を改善することができる。

本発明の実施例２においては、重量百分率が０．２５％から０．５％のモリブデンが添加される。また、本発明の実施例３においては、重量百分率が０．４％から０．６％のクロムが添加される。また、本発明の実施例４においては、重量百分率が０．２％から０．４％の鉄が添加される。また、本発明の実施例５においては、重量百分率が０．２５％から０．３５％のシリコンが添加される。上述した実施例の外に、本発明においては選択的に重量百分率が１．０％以下のホウ素を添加することにより、上記ゴルフクラブヘッドを製成することもできる。本発明の実施例２から実施例５における上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金も同様に選択的にゴルフクラブヘッドの部材を製造するのに用いられ、例えばヘッド本体、フェース板、蓋板および／または重りなどを製造するのに用いられることができ、好ましくはフェース板を製造するのに用いられる。

このように、上述した実施例１から実施例５においては上記チタン‐アルミ‐バナジウム合金を主な合金の成分とし、さらに選択的にモリブデン、クロム、鉄、シリコンおよび／またはホウ素などの微量の元素を添加することにより、密度がＴｉ‐６Ａｌ‐４Ｖチタン合金より低くかつ伸長率がＴｉ‐６Ａｌ‐４Ｖチタン合金より高いゴルフクラブヘッドが形成される。また、材料そのものの弾性の限度（elastic limit）を超過しないという前提の下で、上記低密度のチタン‐アルミ‐バナジウム合金の伸長率Ｅ％（弾性変形の能力）は高くなる。そのため、その比較的よい弾性変形の能力を利用して打球時において比較的大きい弾性変形の程度を形成することができ、さらに打球の飛距離を高めることができる。また、低密度のＴｉ‐６Ａｌ‐１Ｖ合金を利用することにより、ゴルフクラブヘッドの全体の重量を低くすることができ、さらに上記ゴルフクラブヘッドの部分的な部材に用いられてゴルフクラブヘッドの重心の位置を調整することができ、例えばヘッド本体、蓋板、フェース板または重りなどの部材に用いられることができる。これにより、本発明において上記ゴルフクラブヘッドの重量を増やさないという前提の下で、ゴルフクラブヘッドの体積を大型化にすることにより、ゴルフクラブヘッドにおいて比較的よい打球のポイントの面積を増やすことができるため、打球の成功率を高めることができる。

〔実施例６〕
表２、３、４と写真１を参照すると、本発明の実施例６のゴルフクラブヘッドの低密度の合金が掲示される。実施例１、２、３、４、５と比較してみると、実施例６においてはＴｉ‐７．５Ａｌ‐０．０５Ｖ‐０．２Ｓｉ‐０．０６Ｂ_４Ｃの低密度の合金が採用されると共に、重量百分率が７．２％から７．８％までのアルミ、０．０２％から０．０６％までのバナジウム、０．２２％のシリコン、０．０６％の炭化ホウ素、０．０６％の鉄、０．０４％の炭素、０．０１％の窒素と０．２１％の酸素が含まれ、その他の比例はチタンである。本発明の実施例６におけるＴｉ‐７．５Ａｌ‐０．０５Ｖ‐０．２Ｓｉ‐０．０６Ｂ_４Ｃの低密度の合金は従来のＴｉ‐６Ａｌ‐４Ｖのチタン合金と類似する機械性質を有するが、その４．３２ｇ／ｃｍ^３の密度は従来のＴｉ‐６Ａｌ‐４Ｖのチタン合金の密度（４．４２ｇ／ｃｍ^３）より低くなる。打撃テスト（打撃速度５５メートル／秒、＃２打撃試験機）おいて、本発明の実施例６におけるＴｉ‐７．５Ａｌ‐０．０５Ｖ‐０．２Ｓｉ‐０．０６Ｂ_４Ｃの低密度の合金を鋳造によりフェース板の製成に応用すると、上記フェース板は全て打撃テストの標準を通過することができる。このように、上記Ｔｉ‐７．５Ａｌ‐０．０５Ｖ‐０．２Ｓｉ‐０．０６Ｂ_４Ｃの低密度の合金を利用すると、同様にゴルフクラブヘッドの全体の重量を低く抑えることができると共に、上記ゴルフクラブヘッドの部材に応用してゴルフクラブヘッドの重心の位置を調整することができ、例えばヘッド本体、蓋板、フェース板および／または重りなどを製造するのに用いられることができる。このように、本発明においては上記ゴルフクラブヘッドの重量を増やさないとの前提で、上記ゴルフクラブヘッドの体積を大型化にし、上記ゴルフクラブヘッドの比較的よい打球のスポットの面積を増やすことにより、打球の成功率を高めることができる。

表５を参照すると、本発明のチタン合金において重量百分率が８４％から９４％のチタン、６．５％から９．５％のアルミおよび１．５％以下のバナジウムからなる場合、従来のチタン合金と比較すると、密度を低く下げ、機械性を高め、さらに流動性を高めることができるとの効果を増進することができる。

表６参照すると、本発明のチタン合金において他に重量百分率が１．２％以下のモリブデンを添加すると、熱亀裂の防止の効果を増進することができる。また、他に重量百分率が１．２％以下のクロムを添加すると、耐食性の増進との効果を増進することができる。また、他に重量百分率が０．６％以下の鉄を添加すると、塑性の増進との効果を増進することができる。また、他に重量百分率が０．６％以下のシリコンを添加すると、流動性の増進との効果を増進することができる。さらに、他に重量百分率が１．０％以下のホウ素を添加すると、組織の安定との効果を増進することができる。

上述の如く、従来のゴルフクラブヘッドによれば、比較的高密度と比較的低強度を有すると共に、ヘッドの体積を大きく増やすことができないため、比較的よい打球のポイントの範囲は大幅に縮小されてしまうなどの問題点があったが、本発明のゴルフクラブヘッド用低密度合金によれば、低密度の図１に示す本発明のゴルフクラブヘッドのワックスパターンの製造方法によれば、Ｔｉ‐６Ａｌ‐１Ｖ合金を利用することにより、または選択的にモリブデン、クロム、鉄、シリコンおよび／またはホウ素などの微量の元素を添加することにより、密度が４．４０ｇ／ｃｍ^３以下のチタン‐アルミ‐バナジウム合金を組成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を調整すると共に、弾性変形の能力を高めることができ、さらにヘッドの大型化に役立ち、ヘッドの設計の自由度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用低密度合金による電子顕微写真である。

Claims

重量百分率で８４％から９４％のチタン、６．５％から９．５％のアルミおよび１．５％以下のバナジウムおよび不可避的不純物からなり、密度が４．３２ｇ／ｃｍ ^３より大きく４．３７ｇ／ｃｍ ^３より小さいチタン−アルミ−バナジウム合金が成形され、上記チタン−アルミ−バナジウム合金には他に重量百分率で０．２５％から０．５％のモリブデン、０．４％から０．６％のクロム、０．２％から０．４％の鉄および０．２５％から０．３５％のシリコンからなることを特徴とするゴルフクラブヘッド用低密度合金。
上記チタン−アルミ−バナジウム合金には重量百分率で８％のアルミおよび１％のバナジウムからな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用低密度合金。
上記チタン−アルミ−バナジウム合金には他に重量百分率で１．０％以下のホウ素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用低密度合金。
上記チタン−アルミ−バナジウム合金には重量百分率で７．２％から７．８％までのアルミおよび０．０２％から０．０６％までのバナジウム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用低密度合金。
上記チタン−アルミ−バナジウム合金には他に重量百分率で０．０６％の炭化ホウ素が含まれることを特徴とする請求項４記載のゴルフクラブヘッド用低密度合金。