JPH1076029A - ゴルフクラブヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のチタン合金製のヘッドに匹敵する性能を
持ち、しかも安価なゴルフクラブヘッド、または従来の
チタン合金製のヘッドよりも性能の優れたゴルフクラブ
ヘッドを提供する。 【解決手段】鉄を 0.5重量％以上含有し、マトリックス
にチタンと鉄の金属間化合物が析出したチタン合金を用
い、鋳造法により製造したゴルフクラブのヘッド。上記
のチタン合金の望ましい例は、鉄の含有量が 0.5〜２重
量％、酸素の含有量が１重量％以下、窒素の含有量が
0.5重量％以下の合金、である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、価格面または性能
面で既存のチタン合金製のヘッドに勝るチタン合金製の
ゴルフクラブヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ゴルフクラブの中、ウッドクラブと呼ば
れるもののヘッドは、従来、木製（パーシモンと呼ばれ
る柿材）であった。しかし、近年、天然のパーシモンの
枯渇から、原料が豊富で工業的に安定して生産すること
が可能な金属製品、即ち、ステンレス鋼、チタン合金、
アルミニウム合金等のヘッドが主流となっている。

【０００３】金属製のゴルフクラブヘッドは、ウッドク
ラブ用では内部を中空とすることによって重心の位置を
任意に変えることが可能であるという特徴を持つ。従っ
て、木製のヘッドよりも打球を遠く、かつ正確に飛ばす
ことができるという機能面での優れた特性を持つので、
その普及が著しい。また、アイアンクラブのヘッドにお
いても、デザインの多様化が可能で、キャビティーバッ
ク等の様々な形状のヘッドが実用化されている。

【０００４】上記のような金属製ゴルフクラブヘッドの
特徴を生かすには、使用する金属（合金）には次のよう
な性質が備わっていることが必要である。

【０００５】 ヘッドの体積を大きくすることができ
ること。これは、プレーヤーの「安心感」および「安定
感」という心理面での好影響と、それに伴う正確に打球
を飛ばすことができるという機能面からの要請である。

【０００６】 ヘッドのデザインの上での融通性が高
いこと。これは、上級者から初級者までの各々のゴルフ
ァーの特性に合わせた「重心位置の微妙なコントロー
ル」による性能の向上という点で、また、ゴルファーの
要求する「ファッション性」を備えるという点で重要で
ある。

【０００７】 強度その他の機械的特性が十分である
こと。これは、繰り返しボールをヒットしても変形や破
壊が生じないこと、即ち、耐久性が必要だからである。

【０００８】 原料費が安く、製造が容易で、総合的
に安価であること。これは、ゴルフの大衆化に伴う必然
の要請である。

【０００９】他方、ゴルフクラブヘッドには、実用上ヘ
ッドの重量が材質およびデザインによらず、ある一定の
範囲になければならない、という制約がある。従って、
ヘッドの体積を増やした結果、重量が増加してはならな
い。また、重量を増加させてヘッドの強度を確保するこ
とができない。さらに、重量を増加させてヘッドのデザ
インの可変性を拡張することもできない。

【００１０】チタンやチタン合金などの比強度 (重量に
対する強度の比) の高い素材をヘッドに用いることの利
点は、重量および強度を変えることなく、ヘッドの体積
の増加およびデザインの可変性の拡張が可能であること
にある。

【００１１】チタンおよびチタン合金を用いたゴルフク
ラブヘッド（以下、単に「ヘッド」と記す）は、既に広
く普及しつつあるが、それには下記の問題がある。

【００１２】(A) 強度を重視するために、ヘッドに既存
のチタン合金（６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉ合金等) を用いた場
合、純チタン（ＪＩＳ２種等）に比べて高価になるこ
と。

【００１３】(B) 価格の安い純チタンは、チタン合金に
比べて低強度であり，フェイスなどの強度を必要とする
部分には用いることができないこと。即ち、その使用が
フェイス部分以外に限定されること。

【００１４】特開平5-111554号公報には、Ｎｉ−Ｔｉ合
金（Ｎｉ：約56％、Ｔｉ：残部）という特殊な合金を用
いることによって機能性を高めたヘッドの発明が開示さ
れている。これは、上記の合金の性質である「超弾性」
を利用し、「ボールとヘッドの接触時間を長くすること
によって打球の方向を正確にコントロールする」との考
えに基づいた発明であるが、原料が高価なためにヘッド
も高価になること、素材がＮｉを多量に含むため比重が
大きく、デザインの自由度に乏しいこと、などの問題が
ある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
のチタン合金製のヘッドと性能面では劣らず、はるかに
安価なヘッド、または、価格においてはほぼ同等であっ
ても、性能面では従来のチタン合金製のものを凌ぐヘッ
ドを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は『鉄の含
有量が 0.5重量％以上のチタン合金であって、マトリッ
クスにチタンと鉄の金属間化合物が析出したチタン合金
製の鋳造ゴルフクラブヘッド』にある。特に望ましいの
は、チタン合金として『鉄の含有量が 0.5〜２重量％、
酸素の含有量が１重量％以下、窒素の含有量が 0.5重量
％以下の合金』を使用することである。

【００１７】チタン合金として、チタンスポンジまたは
／および純チタンをベースとし、これに鉄を添加したも
のを用いれば、従来のチタン合金製のヘッドよりも遙に
安価なヘッドが得られる。

【００１８】価格面では従来のチタン合金製ヘッドと大
差がないが、性能面で一層改良されたヘッドとする場合
は、チタン合金をベースとして鉄を添加した合金、例え
ば、６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉ合金に鉄を添加した合金を用い
るのがよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、ゴルフクラブヘッドに
用いるチタン材料についての詳細な検討によって得られ
た下記の知見を基にしてなされた。

【００２０】(1) スポンジチタンあるいは既存の純チタ
ンに鉄を添加した合金を用いて、鋳造法によって製造し
たゴルフクラブヘッドは、使用時の変形や破壊などに対
する強度が十分で、実用上問題がないこと。

【００２１】(2) 上記のゴルフクラブヘッドの金属組織
を調査した結果、チタンのマトリックスにチタンと鉄の
金属間化合物（以下「Ｔｉ−Ｆｅ金属間化合物」と記
す）が析出しており、その強化作用によって既存のチタ
ン合金と同等以上の強度が得られていること。

【００２２】(3) 上記のＴｉ−Ｆｅ金属間化合物の析出
は、鍛造や圧延を施す展伸用材料の場合には、熱間加工
性および冷間加工性を悪化させたり、製品の使用中に破
壊の起点となる重大欠陥となる。しかし、鋳造製品であ
れば加工性は重要ではないので、この金属間化合物の析
出は何ら障害にはならない。従って、鉄の添加量を調整
してＴｉ−Ｆｅ金属間化合物の析出量を適正範囲にすれ
ば、ゴルフクラブヘッドとして十分に実用に耐えるもの
となること。

【００２３】(4) ゴルフクラブヘッドを鋳造法により製
造する場合の溶解および鋳造工程で、既存の純チタン
（規格品）または低級の純チタン（規格外品，スクラッ
プ）に、安価な原料である鉄を適量添加するだけで容易
に目的とするチタン合金を得ることができること。つま
り、ゴルフクラブヘッド用として新規に真空アーク溶解
法（ＶＡＲ法）による大重量インゴットの溶製工程を必
要とせず、低コストの多品種少量生産に適応できるこ
と。

【００２４】(5) これまで用途がなく廃棄されていた鉄
の含有率の高いスポンジチタンを使用することができ、
原料コストが大きく削減できること。

【００２５】(6) ６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉ合金のような既存
の合金に鉄を添加してＴｉ−Ｆｅ金属間化合物を析出さ
せれば、その強度が一層向上し、従来のヘッドよりも性
能に優れたヘッドが得られること。この場合、６Ａｌ−
４Ｖ−Ｔｉ合金のスクラップを原料とすれば、製造コス
トの低減も可能である。

【００２６】図１は、Ｔｉ−Ｆｅ状態図のＴｉ側を示す
図である。この図によれば、Ｆｅが0.01wt％以上では、
Ｔｉ−Ｆｅ金属間化合物が析出することになる。ただ
し、実際の製造では、冷却速度が大きいので、Ｆｅ含有
量が 0.1重量％以下の場合、その殆どは固溶状態にな
る。このＦｅの固溶による強化作用もあるが、その効果
はごく僅かである。

【００２７】本発明では、Ｆｅの含有量を 0.5重量％以
上とすることにより、Ｔｉ−Ｆｅ金属間化合物を積極的
に析出させ、その析出強化を利用する。このようにＦｅ
の含有量が多いと、鋳造後に特別な熱処理を施さなくて
も、強化に十分な量のＴｉ−Ｆｅ金属間化合物を析出さ
せることができる。この金属間化合物の析出強化により
比強度が増加するため、純チタンをベースとする安価な
合金であっても、既存のチタン合金（例えば、６ＡＬ−
４Ｖ−Ｔｉ合金）製のものと同程度の性能を有するゴル
フクラブヘッドとすることが可能になる。

【００２８】他方、Ｔｉ−Ｆｅ金属間化合物の析出は、
破断延性（延び、絞り）を低下させるので一般には有害
とされてきた。実際、この金属間化合物の過剰な析出
は、長期の使用ではゴルフクラブヘッドの破壊を引き起
こす。従って、Ｔｉ−Ｆｅ金属間化合物の析出量は、ボ
ールを打つという応力負荷に対して変形を生じない強度
（硬さ）を付与するのに十分で、一方、延性劣化により
ヘッドに亀裂（破壊）を生じさせない範囲でなければな
らない。

【００２９】換言すれば、ゴルフクラブヘッドとして使
用することができれる範囲内でＴｉ−Ｆｅ金属間化合物
の析出が許容される。以下、本発明のヘッド用チタン合
金の成分含有量について説明する。

【００３０】鉄の含有量について 合金中の鉄の含有量は 0.5重量％以上とする。それ未満
では金属間化合物の析出量が少な過ぎて強度が不足し、
多数回ボールを打つことによってヘッドが塑性変形する
場合があるからである。

【００３１】他方、鉄の含有量が２重量％を超えると、
金属間化合物の量が過剰となり、延性が乏しくなって繰
り返しボールを打つ回数が増えるとヘッドが破壊する場
合がある。従って、鉄の含有量は、0.5 〜2.0 重量％と
するのが望ましい。

【００３２】酸素の含有量について 酸素は、原料となるスポンジチタンおよび市販の純チタ
ンに不可避的に含まれる範囲でもよい。しかし、酸素に
はチタンの強度を上げる作用があるので、酸化チタニウ
ム（チタニア）などの形態で積極的に添加してもよい。
ただし、酸素が過剰に存在するとチタン合金の延性が低
下し、ボールを打つことによってヘッドが破壊する場合
があるので、積極的に添加する場合でもその含有量は１
重量％以下に抑えるのが望ましい。

【００３３】窒素の含有量について 窒素も、原料となるスポンジチタンおよび市販の純チタ
ンに不可避的に含まれる範囲でもよく、また、強度を調
整するために窒化チタニウムなどの形態で積極的に添加
してもよい。

【００３４】ただし、窒素含有量が 0.5重量％を超える
と、チタン合金の延性が低下し、繰り返しボールを打つ
ことによってヘッドが破壊する場合がある。従って、窒
素の含有量は 0.5重量％以下に抑えるのが望ましい。

【００３５】その他の合金成分について 前記の成分の外、残部はチタンと不可避不純物からなる
のであってもよい。また、ゴルフクラブヘッドの強度、
耐久性を重視する場合は、市販の純チタンにアルミニウ
ム（Ａｌ）などの強化合金元素を添加した上で、更に、
鉄を添加してもよい。更に、市販のチタン合金、例えば
６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉ合金に鉄を添加してもよい。要する
に、鉄の添加によってチタンと鉄の金属間化合物を析出
させるのであれば、ベースとなるチタン合金の種類は問
わない。

【００３６】なお、本発明のヘッドにはウッドクラブ用
ヘッドだけでなく、アイアンクラブのヘッドも含まれ
る。また、ヘッド全体をこれまでに述べた合金で製造す
ることは勿論、ヘッドの一部だけをその合金製にしても
よい。

【００３７】本発明のゴルフクラブヘッドの製造方法
は、概略、次のとおりである。

【００３８】1.ヘッドの金型を作製し、この金型でワッ
クス模型を作る。

【００３９】2.ワックス模型を利用してセラミックス鋳
型を作る。

【００４０】3.ワックスを抜いたセラミックス鋳型を焼
成する。

【００４１】4.真空中で水冷坩堝を使用して成分調整し
た原料をアーク溶解し、チタン合金の溶湯を準備する。

【００４２】5.溶湯をセラミックス鋳型に流し込む。

【００４３】以上の工程で鋳造ヘッドができ上がる。そ
の後は、研磨、塗装等の後処理を必要に応じて行う。

【００４４】

【実施例】純チタン(JIS２種）のスクラップ、６Ａｌ−
４Ｖ−Ｔｉ合金棒材および鉄粉を原料として、表１に示
す化学組成の合金を真空アーク溶解法で溶製し、ロスト
ワックス精密鋳造法により、ウッドクラブのヘッドに鋳
造した。ヘッドはフェイス部分の肉厚が３mm、それ以外
の部分の肉厚が約1.2 mmで、重量が約 600ｇ、体積が約
260ccである。

【００４５】上記の各ヘッドを同一仕様のカーボン製の
シャフトに取り付け、試験用ロボットによる耐久試験を
実施し、フェイス部分の塑性変形および亀裂の発生を調
査した。表１にその調査結果を併記する。

【００４６】

【表１】

【００４７】ロボットにより1000球打つごとにヘッドの
フェイスを観察し、塑性変形と亀裂の有無を調べた。塑
性変形については、フェイスの曲率（Ｒ400 mm）に合わ
せたゲージを作製し、これをフェイスに当てて１mm以上
の隙間が有ったときに「変形有り」と判定した。亀裂は
目視によってその有無を判定した。

【００４８】表１には、変形又は亀裂のいずれかが発生
した打球数を示す。4000回までに変形又は亀裂のどちら
かが発生したものは「×」、9000回までを「△」、1400
0 回までを「○」、15000 回以上を「◎」で示した。通
常、5000回の打球で変形も亀裂も発生しなければ、実用
に耐えるものと評価されている。

【００４９】比較例１は既存の代表的なチタン合金であ
る６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉ合金である。

【００５０】この合金製のヘッドは性能面では優れてい
る。しかし、バナジウムおよびアルミニウムを含有する
合金を用いているため原料コストが高く、当然、クラブ
製品が高価になる。なお、このヘッドのコストを 1.0と
して、他の例のコストの相対値を表１に併記してある。

【００５１】比較例２は、特別な合金元素を添加してい
ない純チタン（JIS ２種）である。

【００５２】これは原料コストは低いが、わずか1000球
の試験後に強度不足による塑性変形が確認された。即
ち、ヘッドの性能としては著しく劣っている。比較例３
および４は、鉄の含有量が少な過ぎるもので、これらも
性能面で劣る。

【００５３】実施例１から９までは、鉄含有量を0.5 重
量％以上にした合金製のヘッドである。すべて性能評価
は△以上で、実用に耐えるものであり、しかも製造コス
トは低い。これらの中でも、鉄、酸素および窒素の含有
量を望ましい範囲にしたチタン合金を用いた例（実施例
１〜４、６、８）は、優れた性能を示している。

【００５４】実施例９は、６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉ合金に鉄
を添加した例である。これは、製造コストはやや高くな
るが、性能面では既存の代表的なチタン合金ヘッドであ
る比較例１よりもはるかに勝っている。

【００５５】

【発明の効果】本発明のゴルフクラブヘッドは、チタン
ベース合金製であるから、既存のチタン合金製ヘッドの
全ての特徴を備えている。その上、純チタンに安価な鉄
を少量添加した合金でも製造することができ、その場合
でも性能においては従来の高価なチタン合金製のヘッド
に匹敵するものとなる。また、チタン合金にＦｅを添加
して製造した場合には、性能において、従来のチタン合
金製のヘッドに勝るものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｔｉ−Ｆｅ状態図のＴｉ側を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄の含有量が 0.5重量％以上のチタン合金
   であって、マトリックスにチタンと鉄の金属間化合物が
   析出したチタン合金製の鋳造ゴルフクラブヘッド。
2. 【請求項２】チタン合金が、鉄の含有量が 0.5〜２重量
   ％、酸素の含有量が１重量％以下、窒素の含有量が 0.5
   重量％以下の合金である請求項１に記載の鋳造ゴルフク
   ラブヘッド。