JP2004183058A - チタン合金およびゴルフクラブ - Google Patents

Abstract

【課題】反発力をより高くすることができると共に、ゴルフクラブに最低限必要とされる強度を有するゴルフクラブ用チタン合金、およびそのようなチタン合金を用いたゴルフクラブを提供する。
【解決手段】本発明のゴルフクラブ用チタン合金は、Ｍｏ：１２〜２０％およびＡｌ：２〜４．５％を夫々含有し、残部がＴｉおよび不可避的不純物からなり、室温における引張強度が９００ＭＰａ以上のものであり、こうしたチタン合金をゴルフクラブのヘッドフェイスの素材として用いることによって良好な反発力を示すゴルフクラブが実現できる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフクラブの素材として有用なチタン合金およびその用なチタン合金を用いたゴルフクラブに関するものであり、殊にゴルフクラブに用いたときに高反発力を発揮することのできるチタン合金、および高反発力を発揮するゴルフクラブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフは多くの人々に愛好されているスポーツであり、使用される用具（ゴルフクラブやゴルフボール）も様々な角度から検討され改善されている。特に、ゴルフクラブは、ボールを打ったときにボールの飛距離がより大きくなるものが望まれている。こうしたことから、ゴルフクラブのヘッドフェイスには、より高い反発力を持つ材料が求められている。
【０００３】
ゴルフクラブの反発力を表す指標として反発係数（以下、「ＣＯＲ」と略記することがある）が知られており、このＣＯＲは或る一定の条件で測定した反発力を示す値であり、この値が大きいほどボールがよく跳ね返ることになる。
【０００４】
これまで、ゴルフクラブの素材（金属材料）として、ステンレス鋼やアルミニウム合金等が使用されてきたのであるが、より強い反発力を持つ素材としてチタン合金が注目されている。
【０００５】
チタン材料は、優れた引張強度や耐力を有することから、これまでにも自動車やめがねフレームなど様々な分野で使用されている。こうしたチタン合金のうちでゴルフクラブの素材として、従来からＴｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ合金やＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金等が用いられており、特に前者のものではこれまで開発されているチタン合金のなかで最も高い反発係数ＣＯＲを示す材料として知られている。
【０００６】
しかしながら、これまで提案されている各種チタン合金においても、ボールをより遠くに飛ばしたいというユーザーの要求に十分に対応できているとは言えず、更に大きな反発係数ＣＯＲを発揮することのできる素材が望まれているのが実状である。また、チタン合金をゴルフクラブに用いる場合には、ゴルフクラブとして要求される最低限の強度も備えていることも必要である。
【０００７】
チタンにＮｂやＺｒを含させることによって、チタン合金のヤング率を低め、ゴルフクラブに用いたときに飛距離が出るようなチタン合金も提案されている（例えば、特許文献１、２）。しかしながら、これらのチタン合金では、ＮｂやＺｒを多量に（例えば、３０〜６０質量％）含有するものであるので、コストが非常に高くなるという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２４６０２９号公報 特許請求の範囲
【特許文献２】
特開２００１−３１２７号公報 特許請求の範囲
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、反発力をより高くすることができると共に、ゴルフクラブに最低限必要とされる強度を有するチタン合金、およびそのようなチタン合金を用いたゴルフクラブを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
上記の目的を達成し得た本発明のチタン合金とは、Ｍｏ：１２〜２０％およびＡｌ：２〜４．５％を夫々含有し、残部がＴｉおよび不可避的不純物からなり、室温における引張強度が９００ＭＰａ以上のものである点に要旨を有するものである。このチタン合金は、ゴルフクラブのヘッドフェイスに用いることが最も有用である。
【００１１】
一方、ゴルフクラブのヘッドフェイスに上記のようなチタン合金を用いることによって、希望する特性を発揮するゴルフクラブが実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ゴルフクラブの反発力を表す指標として、上述のごとくＣＯＲがあるが、このＣＯＲは或る条件下での跳ね返り係数である。そして、この跳ね返り係数（ゴルフボールとクラブの打撃プレート間の跳ね返り係数）は、一般的に下記（１）式のｅの値で示される。
【００１３】
ｅ＝（Ｖ_２＋Ｖ_１）／（Ｕ_１＋Ｕ_２） ‥‥（１）
但し、Ｖ_１：ゴルフボールがクラブヘッドのフェイスを離れた直後のクラブヘッドのスピード（ｍ／ｓ）
Ｖ_２：ゴルフボールがクラブヘッドのフェイスを離れた直後のゴルフボールの速度（ｍ／ｓ）
Ｕ_１：インパクト（打撃）前のクラブヘッドの速度（ｍ／ｓ）
Ｕ_２：インパクト前のゴルフボールの速度（ｍ／ｓ：静止状態では０ｍ／ｓ）
【００１４】
上記跳ね返り係数ｅの値は、外部からのエネルギーの増加の無い系では０〜１．０に制限される。また跳ね返り係数ｅの値は、柔らかい粘土などの材料では０に近くなり、変形の結果としてエネルギーが失われないような完全に弾性の材料ではｅの値はほぼ１．０となる。跳ね返り係数ｅが高くなれば反発力も大きくなり、ボールは遠くに飛ぶことになる。
【００１５】
本発明者らは、上記跳ね返り係数ｅの値をより高くすることのできるチタン合金の開発を目指して様々な角度から検討した。その結果、ＭｏとＡｌを所定量含有させた合金で、その引張強度を９００ＭＰａ以上としたものでは、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。本発明のチタン合金において、ＭｏとＡｌを含有量の範囲限定理由は下記の通りである。
【００１６】
Ｍｏ：１２〜２０％
Ｍｏの含有量が１２％未満では、加工誘起α’’変態［β相が加工誘起によって斜方晶マルテンサイト（α’’）に変態する］が起こり、強度を上昇させるための加工量を大きく取る必要があり、そのとき延性が大幅に低下して、ゴルフクラブのヘッドフェイスの耐久性が大幅に低下することになる。一方、Ｍｏ含有量は２５％程度まで多くしても特性上ではそれほど問題にはならないが、非常に高価な元素であるので、その上限は２０％とした。尚、Ｍｏ含有量の好ましい下限は１３．５％程度であり、好ましい上限は１６．５％程度である。
【００１７】
Ａｌ：２〜４．５％
Ａｌの含有量が２％未満になると、焼入れでω相が出現し易くなり、冷間加工で双晶変形が顕著に起って加工硬化せず、所定の加工を施しても（後述する）必要となる９００ＭＰａ以上の強度を確保することが困難になる。こうしたことから、Ａｌ含有量は２％以上とする必要がある。しかしながら、Ａｌ含有量が過剰になって４．５％を超えると、冷間加工により生じる加工誘起α’’相が脆くなり、ゴルフクラブのヘッドフェイスの耐久性が大幅に低下するのでその上限を４．５％とした。尚、Ａｌ含有量の好ましい下限は２．５％であり、好ましい上限は３．５％程度である。
【００１８】
本発明のチタン合金の基本的な成分は上記の通りであり、残部はチタンおよび不可避不純物からなるものである。このうち不可避不純物としては、Ｏ，Ｆｅ，Ｎ，Ｃ，Ｈ等の成分が挙げられるが、これらの不可避不純物は、夫々Ｏ：０．３％、Ｆｅ：０．８％、Ｎ：０．０２％、Ｃ：０．１％、Ｈ：０．０８％程度までなら許容できる。
【００１９】
ところで、ゴルフクラブのヘッドフェイスには、ボールを打ったときの凹みを防止する観点から、９００ＭＰａ以上の強度［室温（２５℃）における引張強度］を必要とする。しかしながら、上記組成のチタン合金では、熱間加工後の溶体化処理だけでは９００ＭＰａ以上の強度を確保することができない。
【００２０】
こうしたことから、９００ＭＰａ以上の引張強度を確保するためには、例えば加工率を２０％以上とした冷間加工を施すことが好ましく、こうした冷間加工を施すことによって必要とされる引張強度：９００ＭＰａ以上を確保することができる。但し、冷間加工時の加工率をあまり大きくすると、強加工による延性低下を招いて、ゴルフクラブのヘッドフェイスの耐久性を低下させることになる。こうした観点からして、少なくとも伸びは５％以上を確保する必要があり、そのためには加工率は５０％以下とすることが好ましい。また、このときの加工方法は、冷間加工に限らず、例えば高速鍛造などの熱間加工硬化処理であっても良く、高速鍛造するときの加工率については上記の趣旨から適切な範囲に設定すれば良い。
【００２１】
本発明のチタン合金（Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ）を用いて冷間加工したときに、冷間加工率がチタン合金の機械的特性（室温での引張強度、伸び）に与える影響を図３に示す。この結果から明らかなように、室温での引張強度を９００ＭＰａ以上に確保するためには、冷間加工率を２０％以上とする必要があり、また良好な延性（伸び）を確保するためには加工率を５０％以下にする必要があることが分かる。
【００２２】
上記のようなチタン合金によって、高い反発力が発揮される理由については、その全てを解明し得た訳ではないが、通常加工硬化によりヤング率は変動しないものと理解されているものの、実際問題としてβ合金では加工によりヤング率が高くなる傾向があるのに対し、低いヤング率が加工硬化によっても維持されるためと考えることができる。
【００２３】
また本発明では、上記のようなチタン合金をヘッドフェイスに用いることによって、優れた反発力を発揮するゴルフクラブが実現できる。
【００２４】
以下、実施例によって本発明の作用効果を具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定するものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００２５】
【実施例】
実施例１
下記表１に示す化学成分組成の各種チタン合金について、小型誘導加熱炉にて２５ｋｇの鋳塊を溶製し、１１００℃で２時間加熱後、鍛造にて５０ｔ×１６５Ｗ×６５０Ｌ（ｍｍ）のスラブを作製した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
各スラブの表裏面を夫々２ｍｍ切削後、１２００℃で２時間加熱し、圧延にて厚さ：４ｍｍの板にした。更に、１０００℃で溶体化処理を行い、ショットブラストと酸洗にて表層の酸化層を除去した。その後、冷間圧延にて厚さ：２．５ｍｍの板を作製した（加工率：３７．５％）。
【００２８】
加工した各チタン合金板を用いて、ゴルフクラブのヘッドフェイスに加工し、ゴルフクラブを作製した。このときのゴルフクラブのヘッド形状を図１、２［図１は斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図］に示す。このゴルフクラブはウッドクラブであり、ヘッド１が金属製で中空のいわゆるメタルウッドである。そのヘッド１は、前面がボールに打撃面をなすフェイス２、その下側がソール３、上側がクラウン４、および上方へ突き出しているネック５からなる。またネック５には、シャフト６が接続されている。
【００２９】
フェイス２に加工した上記各チタン合金（厚さ：２．５ｍｍ）、ソール３に板厚：１．１５ｍｍのＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金、クラウン４に板厚：１．０ｍｍのＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金を用い、これらを、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金をフィラーメタルとして用いてＴＩＧ溶接し、ヘッドの体積が３５５ｍｌのゴルフクラブとした。このゴルフクラブを用いて、下記の条件で反発係数（ＣＯＲ）の測定と打撃耐久試験を行った。
【００３０】
（反発係数の測定）
各ゴルフクラブを保持（前記速度Ｕ_１：０ｍ／ｓ）し、速度（前記Ｕ_２）を変化させてゴルフボールをインパクトし、ボールスピード（前記Ｖ_２）を測定し、前記（１）式に基づいて跳ね返り係数ｅ（反発係数ＣＯＲ）を計算した。
【００３１】
ボールスピードＶ_２と反発係数ＣＯＲの関係を図４に示すが、従来ＣＯＲが最も高くなる材料として知られているＴｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌに比べても、本発明のチタン合金（Ｔｉ−１５Ｍｏ−３Ａｌ）は高いＣＯＲが達成されていることが分かる。
【００３２】
（打撃耐久性試験）
各ゴルフクラブを用いてヘッドスピードを４８ｍ／ｓ、打点をフェイスセンターにして、打撃耐久試験を行った。その結果を、従来合金（Ｔｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ）を用いた場合と比較して下記表２に示すが、本発明のチタン合金の耐久性は従来合金と比べて遜色がないことが分かる。
【００３３】
【表２】

【００３４】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、反発力をより高くすることができると共に、ゴルフクラブに最低限必要とされる強度を有するゴルフクラブ用チタン合金、およびそのようなチタン合金を用いたゴルフクラブが実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作成したゴルフクラブのヘッド部分を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である
【図３】冷間加工率がチタン合金の機械的特性（室温での引張強度、伸び）に与える影響を示すグラフである。
【図４】ボールスピードと反発係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ヘッド
２ フェイス
３ ソール
４ クラウン
５ ネック
６ シャフト

Claims (3)

1. Ｍｏ：１２〜２０％（質量％の意味、以下同じ）およびＡｌ：２〜４．５％を夫々含有し、残部がＴｉおよび不可避的不純物からなり、室温における引張強度が９００ＭＰａ以上のものであることを特徴とするチタン合金。
2. ゴルフクラブのヘッドフェイスに用いられるものである請求項１に記載のチタン合金。
3. ゴルフクラブのヘッドフェイスに請求項１のチタン合金を用いたものであることを特徴とするゴルフクラブ。

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