JP6027565B2 - ゴルフクラブヘッド用合金を用いたゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ゴルフクラブヘッド用合金およびゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造方法に関するもので、特に、低密度高靱性を有するゴルフクラブヘッド用合金に関し、さらに上記合金を使用して比較的よい打撃の耐久性を有するゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造方法に関するものである。
従来の方法として、その多くはＳＵＳ６３０またはＳＵＳ４３１（アメリカ鋼鉄協会ＡＩＳＩの標準規格６３０型または４３１型）などのステンレス鋼材を利用した精密の鋳込み方式により、例えばヘッド本体、フェース板、蓋板またはバランスウェイトなどのゴルフクラブヘッドの部材を製造している。しかしながら、ステンレス鋼材の密度が比較的大きくかつ強度が比較的低いため、ゴルフクラブヘッドの各部材が製造された時、往々として一定の肉厚以上に達してから始めてクラブヘッドの強度の要求に適合するものであった。このため、ゴルフクラブヘッドの重心の調整可能な自由度を却って低く抑えてしまうことになり、成形されたゴルフクラブヘッドのスイング効果が悪くなってしまうという問題点があった。
一般的に、ゴルフクラブヘッドの重心位置を調整することによってよりよい打球効果を得るために、業者の多くはゴルフクラブヘッドの重量を減らすことを選択し、そして省かれた重量を新たにゴルフクラブヘッドのその他の部位に配置することにより、ゴルフクラブヘッドの重心を適当な位置に変えるようにしていた。
金属材料について言えば、チタン合金の密度はステンレス鋼と比較して低く、かつその強度はステンレス鋼と相当であるため、比較的良好な弾性変形の能力を有するように形成される。そのため、例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（即ち質量百分率で、６％のアルミニウム、４％のバナジウムをチタン金属に混合）などのチタン合金材料が生まれ、例えば中華民国公告第２６７３９６号（特許文献１）においてはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖのチタン合金材料を選択して使用している。チタン合金を用いてゴルフクラブヘッドを製造する場合、上述したゴルフクラブヘッドの重量をコントロールしてその重心の位置を適当に調整することができるだけではなく、さらにチタン合金が有する比較的良好な弾性変形の能力によって打球の過程において、ゴルフボールがフェース板にぶつかって生じる球体の圧縮変形を減らすことができるため、相対的に打球の応力によるエネルギーの損失を低く抑え、打球の飛距離を増やすことができる。
しかしながら、ゴルフクラブヘッドのフェース板は打球時において主にボルフボールと直接に接触する受圧面であるため、その強度、延性、強靭性などの機械的性質は依然として相当な程度を維持する必要がある。しかし、現在例えばＴｉ−６Ａｌ−４Ｖなどのチタン合金について言えば、比較的薄化のフェース板を製造することができ、上記フェース板は国際規範のＣＴ値（Characteristic time）に符合し、打球時の飛距離を増やすことができるが、薄化によってフェース板が打撃耐久テスの結果に影響を及ぼしてしまい、その衝撃靱性は明らかに理想的ではなく、そのためにフェース板は疲労になり易く、使用できなくなるという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みて発明されたものであって、低密度で比較的良好な打撃耐久性を有するゴルフクラブヘッド用合金を提供し、ゴルフクラブヘッドのフェース板を製造することにより、上述のような問題点をさらに解決する必要がある。
本発明の第一の目的は、高強度と低密度を有するゴルフクラブヘッド用合金を提供することにある。
本発明の第二の目的は、比較的良好な衝撃靱性を有し、かつ軽量化のフェース板の板材を成形することにより、フェース板の板材の打球性能を増やすとともに、使用寿命を維持することができるゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造方法を提供することにある。
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合金は、質量百分率で、７％から９．５％のアルミニウム、０．５％から２％のバナジウム、０．０５％から０．４％のシリコン、０．４％以下の鉄、０．１５％以下の酸素、０．１％以下の炭素、０．０５％以下の窒素、残部のチタンからなるゴルフクラブヘッド用合金であって、上記合金の密度は４．３２ｇ／ｃｍ３から４．３５ｇ／ｃｍ３である。
また、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合金は、質量百分率で、上記合金が含有するアルミニウムは７．５％から８．５％で、バナジウムは１．０％から１．５％で、シリコンは０．１５％から０．２５％で、鉄は０％から０．４％で、酸素は０．１５％以下で、炭素は０．１％以下で、窒素は０．０５％以下で、残部はチタンであって、上記合金の密度は４．３３ｇ／ｃｍ３である。
また、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合金を用いたゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造方法は次の段階を含む。上記ゴルフクラブヘッド用合金をチタンの合金棒に熔融し、さらに８９０℃から１２００℃で重複に加熱し、上記チタンの合金棒を扁平状の板状ブランク材になるまで鍛打する段階と、上記板状ブランク材を熱間圧延し、上記板状ブランク材を８５０℃以上で薄化になるまで圧縮させ、二回の熱間圧延を経て、上記板状ブランク材の圧縮量を７０％から７５％に形成させ、薄板のブランク材を成形させる段階と、上記薄板のブランク材を肉厚が１ｍｍから５ｍｍの合金板材になるまで冷間圧延し、焼き戻して修整研磨を経てゴルフクラブヘッドのフェース板の板材を製造する段階とを含む。
また、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合金を用いたゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造方法は、上記チタンの合金棒の鍛打過程において、加熱温度は１１５０℃で、２回から４回を繰り返して上記チタン合金の棒を扁平状の上記板状ブランク材になるまで加熱して鍛打することもできる。また、上記板状ブランク材を熱間圧延する過程においては、１０２０℃で一回目の熱間圧延を行ない、上記板状ブランク材が熱間圧延の作用を経た後、上記板状ブランク材の肉厚の圧縮量は７３％になり、再び１０２０℃で二回目の熱間圧延を行ない、上記板状ブランク材の肉厚の圧縮量は７５％になることもできる。
本発明のゴルフクラブの合金によれば、高強度と低密度を有するゴルフクラブヘッド用合金を提供することがきるという利点がある。
本発明のゴルフクラブヘッド用合金を用いたゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造方法によれば、比較的良好な衝撃靱性を有し、かつ軽量化のフェース板の板材を成形することにより、フェース板の板材の打球性能を増やすとともに、使用寿命を維持す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。
本発明のゴルフクラブヘッド用合金はゴルフクラブの各部位の部材を製造するのに用いることができ、好ましくは、上記合金を利用してゴルフクラブヘッドのフェース板を製造することを例にし、以下、ゴルフクラブヘッド用合金の成分およびフェース板の板材を製造する工程について詳しく説明する。
上記ゴルフクラブヘッド用合金は、質量百分率で、７％から９．５％のアルミニウム、０．５％から２％のバナジウム、０．０５％から０．４％のシリコン、０．４％以下の鉄、０．１５％以下の酸素、０．１％以下の炭素、０．０５％以下の窒素、残部のチタンからなる。このように、上述した元素により組成される合金の密度は４．３２ｇ／ｃｍ３から４．３５ｇ／ｃｍ３である。
好ましくは、本実施例では選択的に質量百分率で、７．５％から８．５％のアルミニウム、１．０％から１．５％のバナジウム、０．１５％から０．２５％のシリコン、０．２５％から０．４％の鉄、０．１５％以下の酸素、０．１％以下の炭素および０．０５％以下の窒素、８９％から９１％のチタンと共同で密度が４．３３ｇ／ｃｍ３のＴｉ−Ａｌ−Ｖ合金を組成する。これにより、本発明のゴルフクラブヘッド用合金はチタン、アルミニウム、バナジウムによる相互整合性の混合によってその合金の密度を低く下げると同時に、良好な機械的性質を維持することにより、さらにその他の例えばシリコン、鉄、酸素または窒素などの適量の元素の添加により、その衝撃靱性を増やすことができるため、上記合金でゴルフクラブヘッドの各部位の部材を加工するのに役立てることができる。
上述のように、本発明では上記合金を利用してゴルフクラブヘッドのフェース板を製造することを例にするもので、上記ゴルフクラブヘッドのフェース板の製造方法は次の階段を含む。
第一の段階は、上記ゴルフクラブヘッド用合金を一個のチタン合金棒に熔融し、さらに８９０℃から１２００℃で重複に加熱し、上記チタンの合金棒を扁平状の板状ブランク材になるまで鍛打する段階である。詳しく言えば、本実施例では先ずアルミニウム、バナジウム、シリコン、鉄、酸素、炭素、窒素をチタンと混合してなる合金を電極押出方式で一個のかさばったチタン合金棒材を形成させ、再び上記チタン棒材を電弧熔解炉の中に入れ、上記チタン棒材が熔融して冷却した後、上記チタン合金棒を形成する。
上記チタン合金棒は質量百分率で、７％から９．５％のアルミニウム、０．５％から２％のバナジウム、０．０５％から０．４％のシリコン、０．４％以下の鉄、０．１５％以下の酸素、０．１％以下の炭素、０．０５％以下の窒素および平衡量となるチタンからなる。その中に、本実施例において好ましくは二回の熔融によって上記チタン合金棒を成形することにより、成分が均一になるのを確保するとともに、内部において過多な細孔が生じるのを避けることができるため、良好な品質を有することができる。
それから、予定の配合に符合した上記チタン合金棒を１７００℃以上の真空アークを経て水冷銅るつぼの金型に熔融し、そして１２００℃より低い温度（好ましくは予熱１１５０℃）で２回から４回の加熱と鍛打を経て、扁平状の板状ブランク材を形成する。仮に加熱温度が１２００℃より高くなると、高温による酸化で板状ブランク材を成形の過程において窒素、酸素の含有量が影響を受けることにより、鍛造後の板状ブランク材の成分を変えてしまう。そして、仮に上記チタン合金棒を鍛造する温度が８９０℃より小さくなると、上記チタン合金棒の塑性変形の能力が下がって変形し難くなるため、上記板状ブランク材を成形できなくなる。
第一の段階を経て上記板状ブランク材を獲得した後、第二の段階においては上記板状ブランク材を熱間圧延し、上記板状ブランク材を８５０℃以上で薄化になるまで圧縮させ、そして二回の熱間圧延を経て、上記板状ブランク材の圧縮量を７０％から７５％に形成させ、薄板のブランク材を成形させる。その中に、一回目と二回目の熱間圧延を経た上記板状ブランク材の温度が仮に８５０℃より小さくなると、上記板状ブランク材は熱間圧延の過程において圧延亀裂が生じるかもしれない。そして、熱間圧延を経た上記板状ブランク材の圧縮量が仮に７５％より高くなると、上記板状ブランク材は同様に圧延亀裂が生じてしまう。
例を挙げると、本実施例は好ましくは選択的に１０２０℃で一回目の熱間圧延を行ない、上記板状ブランク材が約９０分間の予熱を経た後、上記板状ブランク材の肉厚は７５ｍｍから２０ｍｍになるまで圧縮され、このように上記板状ブランク材が一回目の熱間圧延を経た圧縮量は約７３％を維持することが好適である。そして、カット、修整研磨を経た後、再び１０２０℃で二回目の熱間圧延を行ない、さらに約４０分間の予熱を維持することにより、上記板状ブランク材の肉厚は２０ｍｍから５．２ｍｍになるまで引き続き圧縮され、そして同様に上記板状ブランク材の圧縮量は７５％を越えないように維持することが好適であり、これによって薄化になった上記薄板のブランク材を圧延する。
それから、第三段階においては第二段階で成形された上記薄板のブランク材を、肉厚が１ｍｍから５ｍｍの合金板材になるまで冷間圧延し、そして焼き戻して修整研磨を経てゴルフクラブヘッドのフェース板の板材を製造する。詳しく言えば、冷間圧延を通して再び上記薄板のブランク材に対して圧延を行なうことにより、上記薄板のブランク材は段々と予定される板材の肉厚になるまで圧縮され、さらに繰り返しの焼き戻しの処理と合わせて上記合金板材の製造を完成する。例えば、本実施例では二回の冷間圧延を通して上記薄板のブランク材の肉厚を、５．２ｍｍから２ｍｍ〜５ｍｍと予定される肉厚になるまで引き続き圧縮され、そして最後に修整研磨、熱圧を経た後、ゴルフクラブヘッドのフェース板に応用できる板材を製造することができる。それから、再び材料供給、成形などの段階を経てから、上記フェース板の板材をもってゴルフクラブヘッドのフェース板を製造することができる。
さらに、本発明においては選択的に第三段階を操作する前に先ず焼き戻し、酸洗い、修整研磨などの段階を通して上記薄板のブランク材に対して予備処理を行なうことができる。本実施例では特別に選択的に熱処理炉で焼き戻しの処理を行なうことができ、上記薄板のブランク材は８００℃から９００℃約５０分間から８０分間焼き戻しの作用を行なうことにより、上記薄板のブランク材の加工性をさらに維持することができる。以上、各段階の間で行なう焼き戻し、酸洗い、修整研磨または熱圧などの段階は多くは本発明の技術分野で慣用される手段であるため、ここではその説明と限制を省く。
総合すると、上述した製造工程を通して本発明のゴルフクラブヘッド用合金をゴルフクラブヘッドのフェース板の板材の製造に応用することができ、さらにここで従来のチタン合金で製造されたフェース板の板材と比較し、実際に測定して表れる良好な特性を下記のとおり詳しく列挙する。
表一に示すように、表一は本発明のゴルフクラブヘッド用合金で製造されるフェース板の板材（Ｔ９Ｓと称す）によって表れる機械的性質である。そして表二に示すように、表二は本発明のＴ９Ｓフェース板の板材が従来の６−４Ｔｉフェース板の板材と比較して表れた機械的性質に関するデータである。
以上のように、Ｌ向またはＴ向による機械的性質の試験であっても、本発明のゴルフクラブヘッド用合金で製造されるフェース板（Ｔ９Ｓ）は従来（６−４Ｔｉ）と比較し、その伸長量は従来よりも約５％から１０％高く、そして本発明において異なる方向で測定した引張強度と降伏強度の差異は全て従来より小さく（従来の差異は約１０Ksi から２０Ksi）、故に本発明によって製造されたフェース板は塑性変形における引張の過程において比較的均一になり（図１参照、上方のものは本発明で、下方のものは従来のもの）、サンプルの頸縮（necking）も比較的明らかではない。また、本発明によって表れる衝撃値は従来の衝撃値より約５５％高く、すなわち本発明によって製造されたフェース板は良好な衝撃靱性を有することを表す。
図２は本発明と従来のＣＴ値の比較説明図で、図３は本発明と従来の打撃耐久テストの比較説明図である。図２、３を参照すると、フェース板の中央と周辺において肉厚が異なる状況で測定を行なったもので、その結果として本発明のＴ９Ｓフェース板と従来の６−４Ｔｉフェース板と比較したＣＴ値（図２参照）および打撃耐久の回数（図３参照）を表す。その中に、フェース板の中心の肉厚が約２．９ｍｍから３．３ｍｍで、そしてフェース板の周辺に相対する肉厚は約２．１ｍｍから２．５ｍｍである（図面のＡは中心の肉厚２．９ｍｍ／周辺肉厚２．１ｍｍで材料供給はＴ方向、図面のＢは中心の肉厚３．１ｍｍ／周辺肉厚２．３ｍｍで材料供給はＬ方向、図面のＣは中心の肉厚３．１ｍｍ／周辺肉厚２．３ｍｍで材料供給はＴ方向、図面のＤは中心の肉厚３．３ｍｍ／周辺肉厚２．５ｍｍで材料供給はＴ方向）。
結果から知ることができるように、本発明は図２において表れたＣＴ値は従来より７μsから１０μs低く、しかしながら、その打球性能は依然として国際規範の標準（ＣＴ＜257μs）に符合する。しかも、打撃耐久テストにおいて、本発明は図３において表れた回数は全て従来より高く、Ａ組について言えば本発明は従来より約１８％高く、Ｂ、Ｃ組について言えば、材料供給方向がＬ方向またはＴ方向であっても、その打撃回数は全て従来より３０％高く、故に本発明によって製造されたフェース板は従来と比較して相当な優れた耐衝撃靱性を有する。
本発明において製造されるフェース板は低密度で高強度を有するゴルフクラブヘッド用合金によってフェース板の重量（本実施例では従来と比較してフェース板の重量を約１０％低く下げることができる）を低く下げることができるため、ゴルフクラブヘッドのフェース板の軽量化に役立つことができる。同時に、本発明のゴルフクラブヘッド用合金によって製造されるゴルフクラブヘッドのフェース板も高水準な強度、延性、靱性などの機械的性質を有するため、軽量化によって影響を受けることはない。そのため、本発明のゴルフクラブヘッド用合金によって製造されるフェース板は依然として良好な衝撃靱性を維持する条件で国際規範のＣＴ値に符合し、これによってフェース板の打球性能を増やすと同時に、フェース板の疲労を減らして使用寿命を維持することができる。
本発明は、その精神およ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形態は例示的なものであり、限定を意図するものではない。
Claims (2)
- ゴルフクラブヘッド用合金を用いたゴルフクラブヘッドのフェース板の板材を製造する方法であって、上記方法は、
上記ゴルフクラブヘッド用合金をチタンの合金棒に熔融し、さらに上記チタン合金の棒が扁平状の板状ブランク材となるまで２回から４回繰り返し上記板状ブランク材を１１５０℃で加熱して鍛打する段階と、
上記板状ブランク材を熱間圧延し、上記板状ブランク材を８５０℃以上で薄化になるまで圧縮させ、二回の熱間圧延を経て、上記板状ブランク材の圧縮量を７０％から７５％に形成させ、薄板のブランク材を成形させる段階と、
上記薄板のブランク材を肉厚が１ｍｍから５ｍｍの合金板材になるまで冷間圧延し、焼き戻して修整研磨を経てゴルフクラブヘッドのフェース板の板材を製造する段階と
を含み、
上記ゴルフクラブヘッド用合金は、質量百分率で、７％から９．５％のアルミニウム、０．５％から２％のバナジウム、０．０５％から０．４％のシリコン、０．４％以下の鉄、０．１５％以下の酸素、０．１％以下の炭素、０．０５％以下の窒素、残部のチタンからなり、上記ゴルフクラブヘッド用合金の密度は４．３２ｇ／ｃｍ３から４．３５ｇ／ｃｍ３である
ことを特徴とする方法。 - 上記板状ブランク材を熱間圧延する過程においては、１０２０℃で一回目の熱間圧延を行ない、上記板状ブランク材が熱間圧延の作用を経た後、上記板状ブランク材の肉厚の圧縮量は７３％になり、再び１０２０℃で二回目の熱間圧延を行ない、上記板状ブランク材の肉厚の圧縮量は７５％にな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のフェース板の板材の製造方法。
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