JPS6039745B2

JPS6039745B2 - チタン合金製テ−パ管の製造法

Info

Publication number: JPS6039745B2
Application number: JP2034579A
Authority: JP
Inventors: 義治前
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1979-02-23
Filing date: 1979-02-23
Publication date: 1985-09-07
Also published as: JPS55113866A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、軽量にして高い強度と靭性を有し、さらに
耐久性にもすぐれたＴｊ−６％ＡＩ−４％Ｖ（重量％）
の標準組成を有するチタン合金（Ｔｉ合金）製テーパ管
の製造法に関するものである。

現在、テーパ管が主としてゴルフシャフトの製造に広く
使用され、材質的にはクロムモリブデン鋼（Ｃｒ−Ｍｏ
鋼）が主流を占めていることも良く知られるところであ
る。

このＣｒ−Ｍｏ鋼製ゴルフシャフトは、抗張力：約１８
０ｋ９／柵，耐力：約１６０ｋ９／協を有し、十分な強
度と剛性を備えたものであるが、反面鞠性不足や発錆の
問題があり、さらに比重が約７．９と大きいために、最
近の軽量化の要請には必ずしも十分に対応できないのが
現状である。

このようなことから、軽量化をはかる目的でアルミニウ
ム合金（ＡＩ合金）製ゴルフシャフトが提案されている
が、ＡＩ合金のもつ弾性率はＣｒ−Ｍｏ鋼のそれの約１
／３ときわめて低く、ゴルフシャフトに要求される強度
と剛性とを満足して備えたものにはなっておらず、しか
も鋤性不足や発釜声の問題も上記Ｃｒ−Ｍｏ鋼製ゴルフ
シャフトと同様に残された問題となっている。

そこで、近年、これらＣｒ−Ｍｏ鋼製あるいはＡＩ合金
製のゴルフシャフトのもつ問題点を解決する目的で、ゴ
ルフシャフトを靭性および耐食性にすぐれたＴｉ合金で
製造することが試みられるようになった。

しかし、一般にＴｊ合金は、素管としての円形直管の製
造およびそのテーパ加工に困軟性を伴う材料であること
から、現在焼錨状態で抗張力：約６６ｋ９／柵，０．２
％耐力：５７ｋ９／柵，伸び：２０％，焼入れ時効処理
後の状態で抗張力：９１ｋ９／地，０．２％耐力：７７
ｋ９／桝，伸び：１４％の引張特性をもつ、強度を犠性
にして加工性を重要視したＴｊ−３％ＡＩ−２．５％Ｖ
（重量％）の標準組成を有するＴｉ合金が使用されてい
るにすぎない。

このＴｉ−３％Ｎ−２．５％Ｖ合金は、上記のように加
工性は比較的よいが、強度が低く、しかも比重を考慮し
た比強度（強度／比重）がＣｒ−Ｍｏ鋼を上回ることは
なく、軽量化の要請にマッチするものではないのが現状
である。

そこで、高い強度と鞠性をもち、耐食性のもすぐれ、さ
らに比強度もＣｒ−Ｍｏ鋼を上回る軽量なＴｉ−６％Ｎ
−４％Ｖ（重量％）の標準組成をもったＴｉ合金でゴル
フシャフトを製造することも考えられたが、このＴｉ−
６％ＡＩ−４％Ｖ合金は、Ｔｉ−３％ＡＩ−２．５％Ｖ
合金に比してきわめて加工の困難な材料であるため、通
常のテーパ製造方法、すなわち、帯状板材にＵ−○加工
を施した後、そのつき合せ部を溶接して連続的に直管を
製造し、ついで前記直管にスウェージ加工を施してナー
パ管とする方法によってはゴルフシャフトを製造するこ
とは全く不可能であった。

これは、Ｔｉ−６％Ｍ−４％Ｖ合金の帯状板材を製造す
る技術が未だ開発されておらず、したがってこの帯状板
材に曲げ加工および熔接を施して直管を製造することが
不可能であるということができ、また例え何らかの方法
で直管を製造し得たとしても、これをテーパ管とするこ
とは難しく、例えばゴルフシャフトの場合、その最細部
では外径の減少率が６０％以上の加工率が必要であり、
この高加工率を前記Ｔｉ−６％ＡＩ−４％Ｖ合金に施す
ことは全く不可能であるなどの理由のもとずくものであ
る。本発明者は、上述のような観点から、特に、ゴルフ
シャフトにとって材質的に理想の特性、すなわち軽量に
して高い強度と靭性を有し、耐食性に−もすぐれた特性
を有するが、従来テーパ管製造技術では加工が全く不可
能であったＴｉ一６％ＡＩ−４％Ｖ合金に着目し、この
Ｔｊ合金よりテーパ管、特にゴルフシャフトとして使用
するのに通したテーパ管を製造すべ〈研究を行なった結
果、素材として工業的に製造が可能な通常のＴｊ−６％
山一４％Ｖ合金製の板材を使用し、この板材より、後工
程における曲げ加工に際して、前記Ｔｉ合金に規定され
ている最少曲げ半径より大きな曲げ半径、すなわち比較
的ゆるやかな曲げ加工におさめるようにすると共に、同
じく後工程でのスウェージ加工における外径の減少率を
小さくする、すなわち真円度を出すのに必要な最少の外
怪減少率２％から、スウージ加工で割れが発生する２０
％外摩滅少率より低い外径減少率での加工を可能にする
目的で、扇形板材を切り出し、この扇形板材に曲げ加工
を施すことによってテーパ秦管を成形し、前記Ｔｉ合金
のもつ良好な溶接性を利用して、そのつき合せ部に溶接
を施し、ついで上記の通り２〜２０％の外径減少率でス
ウェ−ジ加工を施して所定の最終寸法を成形し、引続い
て通常の条件での溶体化処理を施した後、上記溶接、ス
ウェージ加工、および溶体化処理の工程を経る間に変形
したテーパ管を矯正拾具を用いて所定形状に矯正固定し
た状態で、温度４００〜７５０ｏｏに３０分〜１時間保
持の矯正時効処理を施すと、前記矯正給具を取りはずし
た後でもスプリングバックの発生がなく、しかも著しく
強化されたテーパ管、特にゴルフシャフトとして使用す
るのに適したテーパ管が得られるという知見を得たので
ある。

なお、この場合スウェージ加工を行なうに先だって上記
矯正時効処理条件と同一の条件で溶体化処理を伴なわな
い矯正処理を施し、溶接の際に生じた変形を矯正してや
るとスウエージ加工がしやすくなるので、必要に応じて
溶接直後に前記矯正処理を施す場合もある。この発明は
上記知見にもとづいてなされたものであり、以下に外蚤
減少率および矯正時効処理条件を上記の通りに限定した
理由を説明する。

｛ａ｝外軽減少率外怪減少率が２％未満では、Ｔｉ−
６％ＡＩ−４％Ｖ合金のテーパ管に真円度を確保するこ
とができず、一方２０％を越えた外怪減少率のスゥェー
ジ加工を行なうと、前記Ｔｉ合金製テーパ管に割れが発
生するようになることから、スウェージ加工において前
記Ｔｉ合金製テーパ管に施される外径減少率を２〜２０
％と限定した。

【ｂ｝矯正時効処理条件加熱温度が４００ｑｏ未満では、どんなに保持時間を長
くとっても、時効硬化はするものの、満足な矯正を行な
うこと、すなわち所定形状への矯正固定を解放した時ス
プリングバックの発生を皆無とすることはできず、一方
７５０午０を越えた加熱温度にすると、過時効して軟化
してしまい、所望の強度を得ることができなくなること
から、加熱温度を４００〜７５０ｑｏと定めた。

また、保持時間が３粉ご未満では、１業的規模での処理
をスムーズに行なうことが、時間不足をきたして難しく
なり、一方１餌時間を越えた保持時間では、どのような
加熱温度条件をとろうとも、所望の矯正と時効硬化とを
同時に行なうことができないことから、保持時間を３０
分〜１餌時間と定めたのである。

ついで、この発明の方法を実施例により図面を参照しな
がら説明する。

まず、第１図に斜視図で示されるように、Ｔｉ−６％Ａ
Ｉ−４％Ｖの標準組成をもった厚さ０．５柵のＴｉ合金
板材１から、広幅端：５８帆，狭幅端：２７肋，長さ：
１２０仇豚の寸法をもった細長い扇形の板材２を切り出
した後、プレスブレーキを用いて前記扇形板材２に端曲
げを施した。

ついで第２図および第３図に斜視図で示されるように、
扇形板材に上型３ａおよび下型３ｂを用いてＵ曲げ加工
を、続いてテーパ管状成形面を有する上型４ａおよび下
型４ｂからなる成形型を用いて○曲げ加工をそれぞれ施
すことによってテーパ秦管５を成形し、さらに第４図に
斜視図で示されるようにＵ−○曲げ加工されテーパ秦管
５を縦割り２分割の固定治具６内にセットし、そのつき
合せ部５ａをＴＩＣ溶接により熔接７した。この結果最
終形状に近い最大型：１８．５側，最紬蓬：８．４脚，
長さ：１２０仇奴の寸法をもったテーパ管が得られたが
、溶接ままでは真円度がでないことと、ゴルフシャフト
とする場合、一方端から長さ１００側に亘る紬蓬部を外
径８．２柳の直管状とすると共に、他方端から長さ２０
仇岬こ亘る大窪部を外径１７．物奴の直管状とする必要
があるため、これら必要条件を満足するようにスウェー
ジ加工を行なった。このスウヱージ加工において、パイ
プ全長に亘って外摩滅少率：５％以上のスウヱージ加工
を施したが、紬雀部での最大外蓬減少率は１１％，太径
部でのそれは１０％であった。ついで、このようにして
得られたゴルフシャフト用テーパ管に、温度９５０℃に
２０分間保持後、水焼入れの溶体化処理を施したが、前
記テーパ管は熱応力のためにかなり変形していた。

そこで、第５図に平面図で、第６図および第７図にそれ
ぞれ左側正面図および右側正面図で示されるように、所
定間隔をもって対向配置され、中心部にはそれぞれテー
パ管の外径に対応して順次大径から小径となる中心孔を
有する所要数の管板８と、これら管板の四隅部を貫通し
て設けられた４本の支柱９とで構成された矯正治具に、
前記テーパ管１０をセットし、このように所定形状に矯
正固定した状態で加熱炉に入れ、前記テーパ管に、温度
６００℃に４時間保持の矯正時効処理を施した。処理後
、矯正治具よりテーパ管１０を引き抜いたが、前記７ー
パ管は全くスプリングバックが発生せず、所定の最終形
状となっており、そさも引張強ざ：１１５ｋ９／紘，０
．２％耐力：１０ｋ９／桝，伸び：ｉ２％のきわめてす
ぐれた引張特性をもつものであった。この結果得られた
テーパ管をセンタレスグラィンダで研磨してゴルフシャ
フトとしたが、最終重量：９８９のきわめて軽いもので
あった。上述のように、この発明の製造法によれば、従
来テーパ管の製造が全く不可能とされていたＴｉ−６％
Ｎ−４％Ｖ合金を使用して、きわめて簡単な工程でコス
ト安くテーパ管を製造することができ、しかもＴｉ−６
％ＡＩ−４％Ｖ合金は、特にゴルフシャフトに要求され
るすべての特性を満足して備えるものであるため、この
Ｔｉ合金で製造されたゴルフシャフトは理想のゴルフシ
ャフトということができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴｉ合金板材からの扇形板材の切り出し態様を
示す斜視図、第２図はＵ曲げ加工態様を示す斜視図、第
３図は○曲げ加工態様を示す斜視図、第４図は溶接態様
を示す斜視図、第５図は矯正治具の平面図、第６図は矯
正治具の左側正面図、第７図は矯正拾具の右側正面図で
ある。図面において、１・・・・・・板材、２・・・・・・扇
形板材、３ａ，３ｂ・・・・・・Ｕ曲げ加工用成形型、
４ａ，４ｂ・・・・・・○曲げ加工用成形型、３・・・
・・・７ーパ素管、５ａ・・・・・・つき合せ部、５・
・・・・・固定治具、７…・・・熔接、８・・・・・・
矯正治具の管板、９・・・・・・矯正治具の支柱、１０
・・・・・・７ーパ管。鯖↑図完２図精３図精４図第５図第６図鷺フ図

Claims

【特許請求の範囲】

１標準組成：Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ（重量％）を有
するチタン合金製板材より扇形板材を切り出し、これに
曲げ加工を施してテーパ素管とした後、そのつき合せ部
に溶接を施し、引続いて外径の減少率が２〜２０％の範
囲内でスウエージ加工を行ない、ついで溶体化処理を施
し、その後矯正治具を用いて所定形状に矯正固定した状
態で、４００〜７５０℃の温度範囲に３０分〜１０時間
保持の矯正時効処理を施すことを特徴とするチタン合金
製テーパ管の製造法。