WO2004042097A1

WO2004042097A1 - 冷間加工性に優れた低剛性・高強度チタン合金、並びにめがねフレーム及びゴルフクラブヘッド

Info

Publication number: WO2004042097A1
Application number: PCT/JP2003/014079
Authority: WO
Inventors: Koichi Masahashi; Masaki Takashima; Kimiaki Sato; Minoru Fumoto
Original assignee: Aichi Steel Corporation; Sanyo Special Alloys Dco., Ltd.; Toho Technical Service Co., Ltd.; Nissey Co., Ltd.
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2004-05-21
Also published as: JPWO2004042097A1; AU2003280722A1; AU2003280722A8; JP4412174B2

Abstract

　質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但し、Ｎｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３～２０％、Ｚｒ：７．１～３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からなる。さらに、上記Ｔｉの一部に代えて、必要に応じてＡｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有させることができ、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下である。

Description

明細書

冷間加工性に優れた低剛性■高強度チタン合金、並びにめがねフレーム及びゴルフクラブへッド技術分野

本発明は、高強度かつ低剛性が要求される医療分野やめがねフレーム等に利用され、低コス卜な製造方法である溶製法による製造を前提とするチタン合金、並びにその合金により成形されるめがねフレーム及びゴルフクラブへッドに関する。背景技術

鉄に比べ軽量かつ高強度で、耐食性や生体適合性に優れるという特徴を有するチタン合金は、その特徴を活かして人工骨や人工関節等の医療分野及びめがねフレームや腕時計等の装身具に広く利用されてきている。このような用途に利用する際には、人体への適合性が最重要の要求項目となるが、人体に対するニッケルアレルギーの問題が明らかになって以来、これらの分野にチタン合金を適用するに際し、より厳しい評価がされるようになり、各特性の要求水準が高くなつてきている。特にこのような医療分野や装身具等の用途に使用される場合、人体組織に対する適合性だけでなく装着性の問題も大きな検討項目となることから、外力を加え変形させるのは容易だが、除荷すると元の形状に戻り、永久変形がしにくく、かつ軽量化が可能な材料、すなわち低剛性かつ高強度の特性を有する合金の開発が強く要求されるようになつた。

この要求に対し、従来のチタン合金を改良した新規合金が特許文献において公開されている。例えば、特許文献 1には、重量％で 1 0〜2 0 %あるいは 3 5〜5 0 %のニオブと重量で 2 0 %以下のジルコニウムを含有するチタン合金が開示されている（特許文献 1参照)。また、特許文献 2には 30~6 0質量％のバナジウム族元素を含有するチタン合金、及び該合金にジルコ二ゥム、ハフニウム、スカンジウムからなる金属元素中の 1種以上の元素を合計で 20質量。 /₀以下含有する合金あるいはさらにこれらのチタン合金に 0. 08〜0. 6質量％の酸素を含有する合金が開示されている（特許文献 2参照）。

また、チタン合金は比重が鉄に比べ低く、耐食性に優れ、比強度が高いという理由から、ゴルフクラブヘッドに広く利用されており、特に飛距離に影響が大きいフェース部には、 T i合金の中でも強度に優れた合金である 15 —3— 3— 3合金 (1 5%V - 3%A 1 - 3 % C r - 3 % S n - 76 %T i ) 15-5-3合金（ 1 5 %M o - 5 % Z r - 3 % A 1 - 77 %T i ) 等の β 型チタン合金が使用されている。さらに前記特許文献 2に記載の合金は、比ヤング率が優れゴルフクラブ用（フェース部及びシャフト）に適しているという理由から装飾品だけでなくゴルフクラブにも適用できるとする発明が開示されている（特許文献 3参照)。

[特許文献 1] 特開平 6— 73475号公報

[特許文献 2] 特開 2001— 247924号公報

[特許文献 3] 特開 2001— 246029号公報

しかしながら、前記公報に記載の合金には次の問題がある。

特許文献 1には、エージング処理により高強度化できる低剛性のチタン合金について記載されているが、この文献に記載の実施例を参照すると、得られる引張強度はエージング処理後においても、 100 OMP a未満である。また、冷間加工を行うことにより 100 OMP aを超える高強度を確保できることが記載されているが、冷間加工する場合でもエージング処理を実施した場合に可能な強度であって、熱処理なしに 100 OMP aを超える強度は達成できていない。また、特許文献 1の実施例の記載からも明らかなようにエージング処理すると強度は向上するが、同時にヤング率も上昇してしまレ、、折角の得られていた低剛性という特徴が失われてしまうという問題がある。さらにエージング処理を必要とするということは工程が増えるということであり、工程が複雑になるという問題がある。

また、アルミニウムや酸素等の元素を添加すると高強度化することが可能であるが、これらの元素を特許文献 1の合金に単純に添加すると、冷間加工性が低下し、細径の線材を製造することが難しくなつたり、ヤング率が上昇してめがねフレームとして使用する際に装着性が低下するという問題があつた。

また、特許文献 2及びゴルフクラブ用 T i合金について記載されている特許文献 3には、強度については一部の発明合金において 1 0 0 O M P a以上の弓 I張弾性限強度を有する合金の記載がされているが、この文献に記載の発明は、請求の範囲に明確な記載はないものの、実施例の記載から明らかなように、実質的に焼結による製造を前提とする発明となっている。この文献の実施例には 3 0 %以上の N bを含有する合金が多数記載されているが、本発明者等が実験により確認した結果、そのような多量 N b含有合金を溶製法で製造した場合には、成分が均一なインゴットを製造することが難しく、強度等の特性が均一な特性を有する材料を溶製法で製造することが困難であることが判明した。焼結法に限定された場合、溶製法による製造に比べコストが大幅に高くなり、低コスト化が困難になるという問題がある。

発明の開示

本発明はヤング率が低く、冷間加工性が良好で、エージング処理に頼ることなく 1 0 0 O M P a以上の高強度を容易に達成することができ、装身具等に適用した場合に高い装着性を維持しつつ軽量の製品を製造することが可能となり、かつ溶製法による製造が可能な低剛性■高強度チタン合金を提供し、その合金を用いて軽量で装着性の向上しためがねフレームを製造可能にすることを 1つの目的とする。

また、ゴルフクラブヘッドのフェース部に適用した場合に、大きな飛距離を得ることのできる新しいチタン合金を提供することも 1つの目的とする。本発明者等は前記した課題を解決するために高強度、低剛性、冷間加工性の全てについて優れた特性が得られ、かつ溶製法による製造が可能な成分範囲を見出すために鋭意研究を行った結果、次の知見を得て本発明を完成したものである。

( 1 ) チタン合金は 8 0〜1 1 O G P a程度のヤング率を有しているのが普通であるが、 N b、 Vを適量添加すると、降伏応力以下の低い応力で応力誘起変態により熱弾性マルテンサイトが生じて見掛け上の歪が生じ、応力除去時には逆変態により元の母相に戻るため、ヤング率を低下することができる。この点では前記特許文献 2の発明でも同じであるが、特許文献 2のように焼結による製造を前提の発明では N bの多量添加が可能であるが、本発明では、 N bの含有率の上限を 2 5 %に抑制することにより、焼結でなく溶製法でも製造が可能であることを見出した。また、後述の M o、 Z rの添加効果により、エージング処理に頼ることなく冷間加工のみで引張強さ 1 0 0 O M P a 以上の高強度を達成でき、熱弾性マルテンサイ卜の生成により得られる低剛性と両立させることができる。

( 2 ) ( 1 ) に記載の合金について優れた冷間加工性、低剛性を維持しつつ高強度化するのに、 M o、 Z rを複合添加することが効果的であり、かつ必要な冷間加工性を確保するための適切な添加範囲を見出した。

( 3 ) ゴルフクラブの飛距離を改善し、遠くへ飛ばすことを可能にするには、フェース部にボールが当たった瞬間に、フェース部のたわみが大きくなつて、蓄えられる弹性エネルギーが大きいことが必要であると言われている（例えば非特許文献 1参照)。すなわち、蓄えられた弾性エネギ一が復元力となつてボールをはね返すと考えられるからである。

[非特許文献 1] チタン Vo l . 50、 No. 3、 P 185〜： L 92 この蓄積可能な弾性エネギーを大きくするには、高強度を有し、フエ一ス部の板厚を薄くすることを可能にすることによって、ボールを打った際にたわみが大きくなるようにすることと、ヤング率を低くすることによって、より大きなたわみまで塑性変形しない材料を選択することの 2点が重要である。

このゴルフクラブに要求される特性に対し前記（1)、 (2) の考え方で開発された合金は、非常に適しており、変形させても除荷した際に元の形状に戻る限界の歪値が極めて高く、高い弾性エネルギーを蓄積できることが判明した。

本発明は、上記（1) 〜（3) の知見を得ることにより成されたものである。以上説明した知見を得ることにより完成した第 1の発明は、質量％で、 N b ： 25%以下、 V： 1 5%以下の 1種又は 2種（但し N b +V 0. 5%、 Nb、 Vの複合添加時の Vは 10%未満）、 Mo ： 3〜20%、 Z r ： 7. 1 〜30°/。、 O： 0. 30%以下を含有し、残部が T i及び不可避的不純物元素からなることを特徴とする冷間加工性に優れた低剛性 ·高強度チタン合金にある。

次に上記チタン合金の各成分範囲の限定理由について説明する。

N b ： 25 %以下、 V： 1 5 %以下、

Nb、 Vは、本発明にとって最も重要な元素であり、 Nb、 Vのうち 1種又は 2種を添加することにより前記したように応力負荷時に熱弾性マルテンサイトが生じ、応力除去時に元の母相に戻ることによって低いヤング率を達成することができる。その効果を得るためには、最低でも Nb、 Vの合計含有率が 0. 5%以上である必要がある。特に Nbはヤング率低減効果が大きいため、いずれか一方を選択するのであれば、 Nb単独添加の方がより好ましい。しかしながら、多量に添加すると焼結での製造であれば良いが、溶製法による製造では、性能の均一なィンゴットを製造することが困難となり、安定した性能が得られなくなるため、上限を Nbは 25%、 Vは 15%とした。また、 Nb、 Vを複合添加した場合には、同様の理由により Vの上限を 10%未満とする必要がある。

なお、 Nb、 Vは添加量が増加すると比重が高くなる傾向にあり、軽量化効果が小さくなる可能性がある。従って、比重を重視する場合には、 Nbと Vの合計含有率を 30%未満とすることが望ましい。

また、溶解性と冷間加工性の両者をより向上させるためには、 Nbを 1〜 18%の範囲にすると共に、 Vを 5%以下に限定することが好ましい。この場合において、 N bが 1 %未満の場合及び 18 %を超える場合、並びに Vが 5 %を超える場合には、溶解性と冷間加工性の両者を向上させることが困難となるおそれがある。さらに、この溶解性と冷間加工性の両者を向上させる場合における N bの含有量は、後述する M oの含有量の限定範囲に応じてさらに限定することによって、溶解性又は冷間加工性の一方をより一層向上させることができる。 M o ： 3〜 20 %、 Z r ： 7. ：！〜 30 %、

Mo、 Z rはエージング処理に頼ることなく冷間加工のみで 1000MP a以上の高強度を得るために必要な元素である。 Mo、 Z r共に添加量を增加するほど高強度効果が増加するが、目的の強度を得るためには、最低でも Moは 3%、 Z rは 7. 1%添加する必要がある。しかし、多量の添加はャング率増加につながるとともに、冷間加工性を低下させるため、これを防止すべく、上限を Moは 20%、 Z rは 30%とした。望ましくは、 Z rの上限を 25%未満とするのが良い。

また、溶解性と冷間加工性の両者をより向上させるためには、 Moを 3〜 1 2°/₀、より好ましくは 5〜1 2%の範囲にすると共に、 Z rを 7. 1 %以上 20%未満に限定することが好ましい。この場合において、 Moが 3%未満の場合及び 1 2 %を超える場合、並びに Z r力 S 7. 1 %未満の場合及び 2 0 %以上の合には、溶解性と冷間加工性の両者を向上させることが困難となるおそれがある。そして、 Moが 8%以上において、 Nbを 2〜6%の範囲に限定することにより、溶解性と冷間加工性のうち特に溶解性をさらに向上させることができ、一方、 Moが 3〜7%の範囲においては、 Nbを 1 2〜 1 6 %の範囲に限定することにより、溶解性と冷間加工性のうち特に冷間加ェ性をさらに向上させることができる。また、 ∑ を8〜1 4%、より好ましくは 9〜 1 1 %の範囲に限定することにより、溶解性と冷間加工性の両方をさらに向上させることができる。 0 : 0. 30 %以下、

Oは添加すると高強度化できることが知られているが、一方で添加量が増加するほど冷間加工性が低下し、ヤング率が上昇するという問題がある。従つて、優れた冷間加工性と低剛性の維持を重視する本発明ではできるだけ量を抑制することが望ましい。しカゝしながら、 Oは製造時に不可避に混入する不純物元素であるため、極端に上限値を低くすると製造が困難となるため、 0. 30 %以下の範囲での含有を許容することとした。次に、上記第 1の発明のチタン合金においては、上記 T iの一部に代えて、さらに、 A l、 S n、 T a、 Wのうち 1種又は 2種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で 2 5%以下であり、かつ A 1 と S nの合計が 5%以下、 T aと Wの合計が 20%以下であることが好ましい。これは、後述する第 2、第 3の発明においても同様である。以下、各元素の組成範囲限定理由について説明する。

A l、 S n、 T a、 Wは、前記した請求項 1記載の合金に必要に応じて添加することにより、さらに強度を向上させる効果のある元素である。但し、多量に含有させると高強度は得られるがヤング率が上昇して高強度と低剛性の両立が困難になるとともに、冷間加工性が低下して製品の製造が難しくなるので、冷間加工性、ヤング率への悪影響が小さい範囲（質量％で 1、 S nの 2元素の合計が 5 %以下、 T a、 Wの 2元素の合計が 2 0 %以下）で添加できるものとした。

但し、 T aは強度向上に効果を有するものの、多量に添加すると溶製法での製造が難しくなる。従って、製造性を考盧すると、 T a以外の元素を利用し、 T aは無添加とするのがより好ましい。

なお、 N b、 Vに加え T aも添加量が増加すると比重が増加する傾向にあり軽量化効果が小さくなる傾向にあるため、比重を重視する場合には、 3種類の元素の合計含有率を 3 0 %未満とすることが好ましい。

また、溶解性と冷間加工性の両方をより向上させるためには、 A 1 と S n の合計含有量を 1〜4 %の範囲に限定すると共に、 A 1の含有量を 1〜4 %、 S nの含有量を 1〜 3 %に限定することが好ましい。次に、第 2の発明は、チタン合金からなる冷間加工線材を少なくとも素材の一部分に使用して成形してなるめがねフレームにおいて、

上記チタン合金は、質量％で、 N b ： 2 5 %以下、 V： 1 5 %以下の 1種又は 2種（但し N b + V 0 . 5 %、 N b、 Vの複合添加時の Vは 1 0 %未満）、 M o ： 3〜 2 0 %、 Z r ： 7 . 1〜 3 0 %、 O： 0 . 3 0 %以下を含有し、残部が T i及び不可避的不純物元素からなることを特徴とするめがねフレームにある。上記第 2の発明における上記チタン合金は、上述した第 1の発明のチタン合金に相当するものであり、低剛性 ·高強度をエージング処理に頼ることなく冷間加工のみで達成でき、かつ焼結法でなく溶製法で製造可能なため低コストで製造可能なチタン合金である。この合金は優れた特性を有しているため、数多くの種類の装身具、携帯品（腕時計、ピアス、指輪、ネクタイピン、ブローチ、カフスボタン、携帯電話、ベルトのバックル、様々な鍵、ライタ一、各種筆記用具（ボールペン等）、キーホルダ、ネックレス、ブレスレット、イアリング、ハンドバッグや財布等の金具）や、人工骨等の医療分野へ適用が可能であるが、特にめがねフレームに適用すると大きな効果を得ることができる。

すなわち、めがねフレームは常時人が顔に身につけて活動するため、軽量化要求が強く、かつ顔とのフイツト性が要求されるため外力によって容易に変形できかつ外力を除去した場合にはすぐに元の形状にもどることが必要であり、低剛性と高強度が最も強く要求される製品であるからである。

上記チタン合金から製造した冷間加工線材を用いてめがねフレームを製造することにより、装着性、フィット性に優れ、従来合金を用いた場合に比べ大幅に軽量化しためがねフレームの製造が可能となる。なお、めがねフレームには、テンプル部、リム部、ブリッジ部からなっているが、本発明合金をその全てに使用しても良いし、一部分に使用しても良い。特にその中でもテンプル部が装着性、フィット性に最も関係の大きい部分であるため、一部に本発明合金を使用する場合には、テンプノレ部に本発明合金を使用すると装着性、フィット性に優れためがねフレームを製造することができる。また、本発明合金は高い強度を有しているため、前記した全ての部分に使用することにより、従来の純チタン製のフレームに比べ大幅に軽量化しためがねフレームを製造することも可能である。

また、上記第 2の発明においても、上述したように、上記チタン合金においては、上記 T iの一部に代えて、さらに、 A 1、 S n、 T a、 Wのうち 1 種又は 2種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で 25%以下であり、かつ A 1 と S nの合計が 5 %以下、 T aと Wの合計が 20 %以下であることが好ましレ、。次に、第 3の発明は、チタン合金からなる冷間加工板材をフェース部に用いてなるゴルフクラブへッドにおいて、

上記チタン合金は、質量％で、 Nb ： 25%以下、 V： 15%以下の 1種又は 2種（但し Nb+V 0. 5%、 Nb、 Vの複合添加時の Vは 10 %未満）、 Mo ： 3〜20%、 Z r ： 7. 1〜30%、 Ο : 0. 30%以下を含有し、残部が T i及び不可避的不純物元素からなることを特徴とするゴルフクラブへッドにある。

上記第 3の発明のチタン合金も上記第 1の発明のチタン合金に相当するものであり、上記第 1の発明の説明で記載した通り、上記チタン合金は、冷間加工のみで高強度が得られ、かつ低剛性である。前記した通り、ゴルフクラブのクラブへッドによつて打ち放ったゴルフボールの飛距離を高めるためには、ゴルフボールとクラブへッドが衝突した際にフェース部のたわみが大きくなるように設計し、たわんだフェース部が元の形状に戻ろうとする力をより大きく利用できるようにすること、大きくたわんでも、永久変形が残らないことが必要である。すなわち、弾性変形の範囲内で大きなエネルギーを蓄積できる合金であることが重要である。本発明者等は前記した合金について、その性能を詳細に調査した結果、従来合金ではほとんど困難であつた歪値まで永久変形が残らず、大きなエネルギー蓄積能力を有することを見出したものである。

なお、ゴルフクラブヘッドには、フェース部のほかに、クラウン部、ソール部、サイド部があるが、これらの部位は本発明の合金を使用しても良いし、他の合金でも構わない。但し最近では、 30 Om 1を超える大容量のクラブへッドが好まれており、 F eに比べ比重の低い材料を用いた方が適していること、フェース部に用いる本発明合金と溶接が可能な合金とする必要があることから、他の部位についても T i合金とした方が良いことは当然である。また、上記第 3の発明においても、上述したように、上記チタン合金においては、上記 T iの一部に代えて、さらに、 A 1、 S n、 T a、 Wのうち 1 種又は 2種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で 25%以下であり、かつ A 1 と S nの合計が 5 %以下、 T aと Wの合計が 20 %以下であることが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、実施例として製造しためがねフレームを示す説明図。

図 2は、実施例として適用できるゥッド型ゴルフクラブへッドを示す説明図。

図 3は、実施例として適用できるアイアン型ゴルフクラブヘッドを示す説明図。発明を実施するための最良の形態

次に本発明の特徴を実施例により明らかにする。表 1に実施例として使用した供試材の化学成分を示す。このうち No. 1〜 14が本発明の請求範囲内の合金であり、 No. 1〜8が請求項 1に該当する合金、 No. 9〜14 が請求項 2に該当する合金である。また、 No. 1 5〜26合金はいずれかの成分含有率が本発明の範囲外である比較合金であり、 No. 27、 28合金はそれぞれ従来合金である T i一 15V— 3C r— 3 S n— 3A 1合金、 T i -1 1. 5Mo-6 Z r -4. 5 S n合金（/3III合金とも呼ばれている。）であり従来合金の中で最も高強度を得られることが知られている合金である。

これらの供試材は、真空 2重アーク溶解により溶製された 1 O k gのインゴット（直径 12 Omm)を熱間鍛造及び熱間圧延で直径 6 mmの線材とし、表面の酸化層を酸洗で除去し、さらに断面減少率が 50%となる冷間圧延を中間での焼鈍を行わずに実施することにより準備した。そして、得られた供試材を用いて引張強度及びヤング率の測定を行った。

ヤング率は引張試験片に歪ゲージを取り付け、引張試験実施中における応カー歪曲線を測定し、弾性範囲内の前記曲線の勾配から求めた。

冷間加工性は、前記した供試材準備時の減面率 50%の冷間圧延が正常に行うことができた場合を〇、割れ、キズが発生し正常に圧延できなかった場合を Xで示した。前記した表 1にその結果を示す。

表 1から明らかなように、本発明合金である No. ：!〜 14合金は、いずれも断面減少率 50%の冷間圧延を正常に行うことができ、かつ 8 OGP a 以下の低いヤング率と 100 OMP a以上の高い引張強度を示し、めがねフレームでの適用時に重要視されるパネ特性に非常に優れていることがわかる。それに対し比較合金である No. 1 5〜26合金は、いずれかの元素の含有率が本発明の条件を満足しないために、ヤング率、引張強度、冷間加工性のいずれかが本発明合金に比べ劣るものである。具体的には No. 15〜1 6、 18、 20〜24合金は、表 1で *で示した元素が範囲外であるため、ヤング率が劣るものであり、 No. 1 7、 1 9合金は強度向上に効果の大きい元素である Mo、 Z rの含有率が低いため、強度が大きく劣るものであり、 No. 25、 26合金は Oの含有率が高いため、冷間加工性が大きく低下し、冷間圧延時に割れ、キズが発生したものである。

また、従来合金である No. 27、 28合金は、従来合金の中で最も高強度の得られる合金であり、強度については優れた値を示しているが、ヤング率が高く、高強度と低剛性の両立ができていないものである。以上の結果より本発明合金により優れた特性の得られることが明らかになつたので、実際に本発明合金を用いて図 1に示されるようなめがねフレームを製造した。なお、図中で 1はテンプル部、 2はリム部、 3はブリッジ部である。このうち、 1のテンプル部が最も装着性、フィット性の良し悪しに影響の大きい部品であるため、 1種類はテンプル部、リム部、ブリッジ部の全てが純チタン（ヤング率 1 0 0 G P a、引張強度 6 0 0 M P a ) からなるめがねフレーム（従来のめがねフレーム）を製造し、もう 1種類としてテンプル部のみ表 1に示す N o . 1に相当する合金を用い、リム部、ブリッジ部は前記と同じ純チタンからなるめがねフレームを製造した。そして、リム部、ブリッジ部については両者とも同じ寸法とし、テンプル部については引張による破断荷重が同一となるよう太さを変更し、長さは同一となるようにして製造した。製造後に質量を測定した結果、純チタンのみから製造しためがねフレームが 5 . 5 gであったのに対し、テンプノレ部に本発明合金を用いためがねフレームは 4 . 3 _§と 1 . 2 gの軽量化を実現することができた。

この試作しためがねフレームの使用した合金の違レ、による効果であるが、装着性、フィット性は個人によっても評価に差が生じ、数値で明確に評価することは困難であるため、無作為に 2 0人を選び装着性、フィット性について 5段階評価を実施（評価が 5、 4、 3、 2、 1のそれぞれについて点数を 5、 4、 3、 2、 1として評価）し、その平均点で評価した。その結果、従来合金のみにより製造しためがねフレームが平均 3 . 2点であったのに対し、本発明の合金を使用しためがねフレームは、平均 4 . 5点とかなりの改善がみられた。これは軽量化効果に加え、ヤング率の低下と高強度化により、めがねをかける時にテンプル部の間隔の調整の自由度が大きくなつたことにより、フイツト性が向上したことが大きな原因と推定される。次に本発明からなる T i合金をゴルフクラブへッドのフェース部に用いた場合に、飛距離の優れたクラブを製造できることを示す別の実施例を示す。実験は、前記実施例で使用した供試合金のうち、本発明合金として 2、 1 1、 1 2合金、従来合金（1 5— 3— 3— 3合金）である 2 7合金を選択し、前記した引張試験と同じ方法で引張試験片を準備した。

ここで、従来合金として、 1 5— 3— 3— 3合金である 2 7合金を選択したのは、 1 5— 5— 3合金（ 1 5 %M o - 5 % Z r - 3 %A 1 - 7 7 % T i ) とともに、従来から知られている丁 i合金の中でゴルフクラブヘッドのフエース部に現在も最も多く使用されている 3型 T i合金であり、この合金との性能の差異を明確にすることが必要だと判断したからである。

そして、様々な歪値まで試験片を引張って、各歪値における強度を記録し、さらに除荷後に永久歪が生じているかを調査した。その結果得られた弾性限強度（除荷後に元の寸法に戻る限界まで引張った時の強度)、弾性限歪 ε 1 (除荷後に元の寸法に戻る限界の歪）及び応力一歪曲線から、それぞれの合金について蓄積できる弾性エネルギーを求めた。弾性エネルギーは、応力一歪曲線と縦軸（歪 = 0 )、横軸（応力 = 0 )、歪 = Ε 1で囲まれる面積から求めることができる。なお、弾性エネルギーは、従来合金である 2 7合金のエネルギ一を 1 0 0として、整数比で示した。

この値は、それぞれの合金が、弾性変形の範囲内で蓄積できるエネルギーの大小を示すものであり、この値が大きいほど、フェース部に用いた際により大きくたわんでも、元の形状に戻ることを意味し、飛距離の上昇に貢献できるクラブの製造が可能となるからである。結果を表 2に示す。

(表 2 )

No. 弾性エネルギー

2 240

1 1 250

12 260

27 100 表 2から明らかなように、本発明合金は、従来合金 2 7に比べ 2〜 3倍の弾性エネルギーを蓄積できることが明らかとなった。従って、本発明合金をゴルフクラブに適用した場合には、このエネルギーをボールを跳ね返す復元力として有効利用できるように、適切な設計をすることによって、飛距離の優れたクラブの製造を可能とすることが期待できる。

なお、本発明合金を適用しうるゴルフクラブへッドの構造の 1例を図 2、図 3に示す。

図 2に示すものは金属製ウッド型のクラブヘッド 4であり、一般的に、ゴルフボールを捕捉するフェース部 4 1と、クラウン部、ソール部、サイド部を備えた本体部分 4 2とを組み合わせて構成される。

図 3に示すものはアイアン型のクラブへッド 5であり、全体を 1つの合金で作製したものもあるが、フェース部 5 1と、その周囲の部分 5 2を別合金で作製して組み合わせたものが本発明の適用例である。産業上の利用可能性

以上の結果から明らかなように、本発明合金は冷間加工による線材への加ェが可能な加工性を有しているため、加工硬化による高強度化を容易に達成することができ、エージング処理に頼ることなく 1 0 0 O M P a以上の引張強度を得ることができる。また、高強度と同時に 8 O G P a以下の低ヤング率を達成でき、数多くの種類の携帯品、装身具は勿論の事、人体の骨に近いヤング率を有しているため、人工骨等の医療分野にも適用でき、特にめがねフレームに適用すると、大幅に装着性、フィット性を改善できることが可能となる。

また、本発明合金は、従来合金に比べより多くの弾性エネルギーを蓄積できるので、ゴルフクラブヘッドのフェース部に用いた場合に、より大きな反発力をボールに与えることができ、飛距離の優れたクラブを製造することができる。

Claims

請求の範囲

1. 質量％で、 Nb ： 2 5%以下、 V ： 1 5%以下の 1種又は 2種（但し N b +V≥ 0. 5%、 Nb、 Vの複合添加時の Vは 1 0%未満）、 Mo ： 3〜

20 %、 Z r ： 7. 1〜 30 %、 O ： 0. 30 %以下を含有し、残部が T i 及び不可避的不純物元素からなることを特徴とする冷間加工性に優れた低剛性 ·高強度チタン合金。

2. 請求項 1において、上記 T iの一部に代えて、さらに、 A l、 S n、 T a、 Wのうち 1種又は 2種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で 2 5 %以下であり、かつ A 1 と S nの合計が 5 %以下、 T aと Wの合計が 20 %以下であることを特徴とする冷間加工性に優れた低剛性■高強度チタン合金。

3. チタン合金からなる冷間加工線材を少なくとも素材の一部分に使用して成形してなるめがねフレームにおいて、

上記チタン合金は、質量。 /。で、 Nb ： 25%以下、 V ： 1 5%以下の 1種又は 2種 GfiLNb+V≥ 0. 5%、 Nb、 Vの複合添加時の Vは 1 0 %未満）、 M o ： 3〜 20 %、 Z r ： 7. 1〜 30 %、 O ： 0. 30 %以下を含有し、残部が T i及び不可避的不純物元素からなることを特徴とするめがねフレーム。

4. 請求項 3において、上記チタン合金は、上記 T iの一部に代えて、さらに、 A l、 S n、 T a、 Wのうち 1種又は 2種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で 25 %以下であり、かつ A 1 と S nの合計が 5 % 以下、 T aと Wの合計が 20%以下であることを特徴とするめがねフレーム。

5. チタン合金からなる冷間加工板材をフェース部に用いてなるゴルフクラブへッドにおいて、

上記チタン合金は、質量％で、 Nb ： 2 5%以下、 V ： 1 5%以下の 1種又は 2種 GfiLNb+V≥ 0. 5%、 Nb、 Vの複合添加時の Vは 1 0 %未満）、 M o ： 3〜 20 %、 Z r ： 7. 1〜 30 %、 O : 0. 30 %以下を含有し、残部が T i及び不可避的不純物元素からなることを特徴とするゴルフクラブへッド。

6. 請求項 5において、上記チタン合金は、上記 T iの一部に代えて、さらに、 A l、 S n、 T a、 Wのうち 1種又は 2種以上を含有し、その含有量は、質量⁰ X»で、これら全体で 25 %以下であり、かつ A 1 と S nの合計が 5 % 以下、 T aと Wの合計が 20%以下であることを特徴とするゴルフクラブへッド。