JP2006034414A - Spike for shoe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、野球その他のスポーツシューズに用いられるスパイクに関する。 The present invention relates to spikes used in baseball and other sports shoes.
野球その他の屋外スポーツではシューズの裏面にＬ字状断面、コの字状断面のスパイクが取り付けられた、いわゆるスパイクシューズが使用される。スパイクは、地面に食い込むことでスリップを防止するため、できる限り高い強度を有するのが望ましい。一方で、スパイクの形状は、冷間圧延、曲げ加工等の冷間加工により形成されるため、スパイクの素材には冷間加工性も要求される。このような観点から、従来、スパイクの素材としては鉄ベースの合金が使用されるのが一般的であった。 In baseball and other outdoor sports, so-called spiked shoes are used, in which spikes having an L-shaped cross-section and a U-shaped cross-section are attached to the back of the shoe. The spike is preferably as strong as possible in order to prevent slipping by biting into the ground. On the other hand, since the shape of the spike is formed by cold working such as cold rolling or bending, the material of the spike is also required to have cold workability. From such a viewpoint, conventionally, an iron-based alloy has been generally used as a spike material.
スパイクシューズの重さは、使用時の疲労度に直接影響を及ぼすため、使用者がシューズを選ぶ上で重要な要素である。特に、スパイクの重さは、通常、スパークシューズ全体の重さの30〜40％程度を占めるため、その低減が強く求められている。このため、スパイクの爪部以外の部分に貫通孔を設ける等の軽量化が試みられているが、鉄ベースの合金では軽量化に限界がある。 The weight of the spiked shoes directly affects the degree of fatigue during use, and is therefore an important factor for the user to select a shoe. In particular, since the weight of the spike usually occupies about 30 to 40% of the weight of the entire spark shoe, there is a strong demand for its reduction. For this reason, attempts have been made to reduce the weight by providing a through-hole in a portion other than the claw portion of the spike. However, there is a limit to reducing the weight of the iron-based alloy.
このような鉄ベースの合金に替わるスパイク用材料として、例えば、特許文献１にはβ型チタン合金で構成されるスパイクが開示されている。β型チタン合金とは、高温のβ単相域から室温まで急冷して、室温での組織がβ単相状態であるチタン合金を意味する。β型チタン合金には、室温でβ相を安定的に得るべく、Ｖ、Mo、Cr、Fe等のβ相安定化元素が多く添加される。特許文献１には、β型チタンとしてTi−15Mo−5Zr−3Al、Ti−13Ｖ−11Cr−3Al、Ti−8Mo−8Ｖ−2Fe−3Al、Ti−3Al−8Ｖ−6Cr−4Mo−4Zr、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−10Ｖ−2Fe−3AlおよびTi−15Ｖ−3Cr−3Al−3Snが例示されている。 As a spike material that can replace such an iron-based alloy, for example, Patent Document 1 discloses a spike made of a β-type titanium alloy. The β-type titanium alloy means a titanium alloy that is rapidly cooled from a high-temperature β single phase region to room temperature and has a β single phase structure at room temperature. In order to stably obtain a β phase at room temperature, a β-type titanium alloy is often added with a β-phase stabilizing element such as V, Mo, Cr, or Fe. In Patent Document 1, Ti-15Mo-5Zr-3Al, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al, Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti- Illustrative are 11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-10V-2Fe-3Al and Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn.
しかし、β型チタン合金は、比重の大きいβ相安定化元素を多量に含有させる必要があるため、スパイクの軽量化が不十分となる。また、β相安定化元素は高価であるため、その含有量は極力低減するのが望ましい。さらに、β型チタン合金は、溶体化処理後や圧延のままでは強度が低いため、製造の最終工程において時効処理を施すことが必要であり、製造コストの上昇を招く。 However, since the β-type titanium alloy needs to contain a large amount of a β-phase stabilizing element having a large specific gravity, the weight of the spike is insufficient. Further, since the β-phase stabilizing element is expensive, it is desirable to reduce its content as much as possible. Furthermore, since the β-type titanium alloy has low strength after the solution treatment or as it is rolled, it is necessary to perform an aging treatment in the final manufacturing process, resulting in an increase in manufacturing cost.
本発明者は、シューズ用スパイクに用いる材料としてα＋β型チタン合金に着目した。α＋β型チタン合金とは、一般に、α相安定化元素のAlと、少量のβ相安定化元素（Ｖ、Mo、Cr、Fe等）を含むチタン合金であり、高温から徐冷された熱力学的に安定な状態で最密六方構造を有するα相と体心立方構造を有するβ相との二層から構成されるチタン合金である。
このようにα＋β型チタン合金に着目したのは、α＋β型チタン合金であれば、比重が大きく、かつ高価なβ相安定化元素の含有量を低減でき、しかも、時効処理を実施しなくても十分な機械的特性を有するからである。そして、α＋β型チタン合金の強度と冷間加工性のバランスの観点から研究を重ねた結果、α＋β型チタン合金の25℃におけるビッカース硬さが一定の範囲内にある場合に、シューズ用スパイクに用いるのに最適であることを知見した。
本発明は、β型チタン合金と比較して軽量で、かつ安価であり、しかも強度と冷間加工性のバランスに優れるα＋β型チタン合金で構成されるシューズ用スパイクを提供することを目的とする。
The inventor has focused on α + β type titanium alloys as materials used for spikes for shoes. An α + β type titanium alloy is generally a titanium alloy containing an α phase stabilizing element Al and a small amount of a β phase stabilizing element (V, Mo, Cr, Fe, etc.), and is thermodynamically cooled from a high temperature. It is a titanium alloy composed of two layers of an α phase having a close-packed hexagonal structure and a β phase having a body-centered cubic structure in a stable state.
In this way, the α + β type titanium alloy is focused on the α + β type titanium alloy. The specific gravity is large and the content of the expensive β phase stabilizing element can be reduced, and the aging treatment is not performed. This is because it has sufficient mechanical properties. As a result of repeated research from the viewpoint of the balance between strength and cold workability of α + β type titanium alloy, when the Vickers hardness of α + β type titanium alloy at 25 ° C is within a certain range, it is used for spikes for shoes. It was found that it is optimal for.
An object of the present invention is to provide a spike for shoes composed of an α + β-type titanium alloy that is lighter and cheaper than a β-type titanium alloy and that has an excellent balance between strength and cold workability. .
本発明は、「板形状のα＋β型チタン合金で構成されるシューズ用スパイクであって、25℃におけるビッカース硬さがHv230〜330であることを特徴とするシューズ用スパイク」を要旨とする。
なお、上記のシューズ用スパイクは、質量％で、Al：１〜６％を含むのが好ましい。最も好ましいのは、Al：１〜６％に加えて、更に、Ｖ：0.1〜15％、Mo：0.1〜11％、Nb：0.1〜37％、Ta：0.1〜45％、Fe：0.1〜４％、Cr：0.1〜７％、Ni：0.1〜９％、Cu：0.1〜13％、Sn：0.1〜10％およびZr：0.1〜10％の中から選択された１種以上を含有するものである。
The gist of the present invention is “a spike for a shoe made of a plate-shaped α + β-type titanium alloy having a Vickers hardness of Hv 230 to 330 at 25 ° C.”.
In addition, it is preferable that said spikes for shoes contain the Al: 1-6% by the mass%. Most preferably, in addition to Al: 1-6%, V: 0.1-15%, Mo: 0.1-11%, Nb: 0.1-37%, Ta: 0.1-45%, Fe: 0.1-4 %, Cr: 0.1-7%, Ni: 0.1-9%, Cu: 0.1-13%, Sn: 0.1-10% and Zr: containing at least one selected from 0.1-10% is there.
本発明のシューズ用スパイクは、β型チタン合金製のスパイクと比較して軽量かつ安価であり、冷間加工性に優れ、時効処理が不要であるので、製造コストも低減できる。しかも、本発明のシューズ用スパイクは、十分な耐摩耗性を有している。このため、野球その他のスポーツに使用されるシューズ用スパイクとして最適である。 The spike for shoes of the present invention is lighter and cheaper than a spike made of β-type titanium alloy, has excellent cold workability, and does not require an aging treatment, so that the manufacturing cost can be reduced. In addition, the shoe spike of the present invention has sufficient wear resistance. For this reason, it is optimal as a spike for shoes used in baseball and other sports.
１．本発明のシューズ用スパイクについて
本発明のシューズ用スパイクは、板形状のα＋β型チタン合金で構成されるものであり、その25℃におけるビッカース硬さはHv230〜330である。
1. About the spike for shoes of this invention The spike for shoes of this invention is comprised with a plate-shaped alpha + beta type titanium alloy, and the Vickers hardness in 25 degreeC is Hv230-330.
上述のように、シューズ用スパイクには冷間加工性と共に強度も要求される。製造者が重視する冷間加工性とシューズの使用者が重視する強度とはトレードオフの関係にある性能であるため、これらの性能のバランスを調整することは、シューズ用スパイクの設計において非常に重要となる。これは、スパイクの製造工程においては必ず冷間圧延および冷間での曲げ加工が実施されるため、冷間加工性が要求され、スパイクの使用中においては曲げ部の強度が要求されるからである。 As described above, the spikes for shoes are required to have strength as well as cold workability. There is a trade-off between cold workability, which is important to the manufacturer, and strength, which is important to the user of the shoe, so adjusting the balance of these performances is very important in the design of spikes for shoes. It becomes important. This is because, in the spike manufacturing process, cold rolling and cold bending are always performed, so cold workability is required, and the strength of the bent part is required during use of the spike. is there.
これらの性能の指標として本発明者が着目したのが、合金の硬さ（ビッカース硬さ）である。即ち、シューズ用スパイクの25℃におけるビッカース硬さがHv230未満の場合にはシューズ使用時の強度が十分ではなく、使用者のスパイク交換の間隔が短くなる。一方、Hv330を超える場合には、冷間圧延および冷間での曲げ加工のときに割れなどの不具合が生じる。従って、本発明のシューズ用スパイクの25℃におけるビッカース硬さは、強度と冷間加工性のバランスの観点から、Hv230〜330とした。ビッカース硬さは、Hv240〜290とするのが望ましい。 The inventors have focused on the hardness of the alloy (Vickers hardness) as an index of these performances. That is, when the Vickers hardness at 25 ° C. of the spike for shoes is less than Hv230, the strength when using the shoe is not sufficient, and the interval between spike replacement by the user is shortened. On the other hand, when it exceeds Hv330, defects such as cracks occur during cold rolling and cold bending. Therefore, the Vickers hardness at 25 ° C. of the spike for shoes of the present invention is set to Hv 230 to 330 from the viewpoint of balance between strength and cold workability. The Vickers hardness is preferably Hv 240 to 290.
本発明のシューズ用スパイクは、Alを１〜６質量％含むα＋β型チタン合金で構成されるのが望ましい。以下、含有量についての「％」は「質量％」を意味する。 The shoe spike of the present invention is preferably composed of an α + β type titanium alloy containing 1 to 6 mass% of Al. Hereinafter, “%” for the content means “% by mass”.
Alは、α相安定化元素であり、チタン合金の強度を上昇させるのに有効な元素である。しかし、その効果は１％未満では不十分であり、６％を超えると冷間加工性が劣化する。従って、Alを含有させる場合の含有量は１〜６％が望ましい。
本発明のシューズ用スパイクの１つは、Alを１〜６％含み、残部はTiおよび不純物であるα＋β型チタン合金で構成されたものである。特に、不純物中のＯ（酸素）は、合金の脆化をもたらし、高強度化を阻害するので、0.2％以下に制限するのが望ましい。
本発明のシューズ用スパイクのもう１つは、Alを１〜６％含み、更に、Ｖ：0.1〜15％、Mo：0.1〜11％、Nb：0.1〜37％、Ta：0.1〜45％、Fe：0.1〜４％、Cr：0.1〜７％、Ni：0.1〜９％、Cu：0.1〜13％、Sn：0.1〜10％およびZr：0.1〜10％の中から選択された１種以上を含有するα＋β型チタン合金で構成されたものである。
Al is an α-phase stabilizing element and is an effective element for increasing the strength of the titanium alloy. However, if the effect is less than 1%, it is insufficient, and if it exceeds 6%, the cold workability deteriorates. Therefore, the content when Al is contained is preferably 1 to 6%.
One of the spikes for shoes of the present invention contains 1 to 6% of Al, and the balance is composed of Ti and an α + β type titanium alloy which is an impurity. In particular, O (oxygen) in the impurities causes embrittlement of the alloy and hinders high strength, so it is desirable to limit it to 0.2% or less.
Another of the spikes for shoes of the present invention contains 1 to 6% Al, and further, V: 0.1 to 15%, Mo: 0.1 to 11%, Nb: 0.1 to 37%, Ta: 0.1 to 45%, One or more selected from Fe: 0.1-4%, Cr: 0.1-7%, Ni: 0.1-9%, Cu: 0.1-13%, Sn: 0.1-10% and Zr: 0.1-10% It is comprised by the alpha + beta type titanium alloy containing this.
これらの元素は、いずれのβ相安定化元素であり、チタン合金の組織をα＋β型とするためには、高温のβ単相域から急冷して常温でβ単相とならない範囲でこれらの元素を含有させる必要がある。そして、これらの元素の含有量が少なすぎる場合、β相の生成量が少なくなり、過剰な場合にはα相の量が少なくなって、いずれの場合もα＋β型合金とならないおそれがある。従って、Alに加えて、更に、これらの元素の１種以上を含有させる場合には、Ｖは0.1〜15％、Moは0.1〜11％、Nbは0.1〜37％、Taは0.1〜45％、Feは0.1〜４％、Crは0.1〜７％、Niは0.1〜９％、Cuは0.1〜13％、Snは0.1〜10％、Zrは0.1〜10％の範囲で含有させるのが望ましい。 These elements are any β-phase stabilizing elements. In order to make the structure of the titanium alloy α + β type, these elements are within the range where they are rapidly cooled from a high-temperature β single phase region and do not become a β single phase at room temperature. It is necessary to contain. When the content of these elements is too small, the amount of β phase generated is small, and when it is excessive, the amount of α phase is small, and in any case, there is a possibility that the α + β type alloy is not formed. Therefore, in addition to Al, when one or more of these elements are contained, V is 0.1 to 15%, Mo is 0.1 to 11%, Nb is 0.1 to 37%, and Ta is 0.1 to 45%. , Fe 0.1-4%, Cr 0.1-7%, Ni 0.1-9%, Cu 0.1-13%, Sn 0.1-10%, Zr 0.1-20% .
２．本発明のシューズ用スパイクの製造方法について
本発明のシューズ用スパイクの製造方法については、特に制限はないが、例えば、下記のような方法で、本発明のシューズ用スパイクを製造することができる。
2. About the manufacturing method of the spike for shoes of this invention Although there is no restriction | limiting in particular about the manufacturing method of the spike for shoes of this invention, For example, the spike for shoes of this invention can be manufactured with the following methods.
溶解は、真空アーク炉、小規模の溶解の場合にはAr雰囲気アーク溶解炉等の一般的な溶解炉を用いて行えばよい。溶解後には、一旦、β単相域である1000℃以上で加熱して鍛造を行い、室温まで冷却すればよい。このような温度で鍛造するのは、高温のβ単相域では合金元素の拡散が早く、合金成分が均質な状態となりやすいからである。 Melting may be performed using a general melting furnace such as a vacuum arc furnace or, in the case of small scale melting, an Ar atmosphere arc melting furnace. After melting, the forging may be performed by heating at 1000 ° C. or higher, which is a β single phase region, and cooling to room temperature. The reason for forging at such a temperature is that in the high-temperature β single phase region, the diffusion of the alloy elements is fast and the alloy components tend to be in a homogeneous state.
上記の冷却後には、α＋β相域である700〜880℃に加熱して、熱間圧延を実施するのが望ましい。これは、等軸α相とβ相の混合組織とすることにより、強度と延性のバランスに優れた組織を形成しやすいからである。 After the cooling described above, it is desirable to perform hot rolling by heating to 700 to 880 ° C. which is an α + β phase region. This is because by forming a mixed structure of equiaxed α-phase and β-phase, it is easy to form a structure having an excellent balance between strength and ductility.
上記の熱間圧延の後には、表面切削加工により、表面に形成された酸化スケールを除去するのが望ましい。脱スケールは、ショットピーニングおよび酸洗の実施やグラインディング等の機械加工により行ってもよい。 After the above hot rolling, it is desirable to remove the oxide scale formed on the surface by surface cutting. The descaling may be performed by machining such as shot peening and pickling or grinding.
上記の脱スケールの後には、前述の条件で冷間加工を実施し、さらに、700〜800℃で１時間程度保持する焼鈍処理を実施するのが望ましい。上記の焼鈍処理の後には、スパイク形状とすべく曲げ加工が実施される。 After the descaling, it is desirable to carry out cold working under the above-mentioned conditions, and further to carry out an annealing treatment that is held at 700 to 800 ° C. for about 1 hour. After the annealing treatment, bending is performed to form a spike shape.
Arアークボタン熔解により表１に示す化学組成を有する純チタンまたはチタン合金の約500ｇの小型鋳塊（厚さ：15mm、長さ：100mm、幅：75mm）を溶製した。その後、全ての鋳塊を1100℃に加熱し、１時間保持した後に25℃まで冷却し、さらに800℃に加熱して熱間圧延を行い、厚さ6mmの熱間圧延板を得た。この熱間圧延板を機械加工による厚さ5mmの板材とし、冷間圧延により厚さ1.5mmの冷間圧延板を得た。この冷間圧延板に700℃で30分真空中に保持し、冷却する焼鈍処理を実施して供試材とした。比較例19の合金については、800℃で30分保持し、水冷する溶体化処理を行った。比較例18、20および21の合金については、比較例19の合金と同じの溶体化処理を行った後、450℃で24時間保持し、空冷する時効処理を行った。これらの供試材の比重、硬さおよび曲げ特性を調査した。これらの結果も表１に併記する。 A small ingot (thickness: 15 mm, length: 100 mm, width: 75 mm) of pure titanium or titanium alloy having the chemical composition shown in Table 1 was melted by Ar arc button melting. Thereafter, all the ingots were heated to 1100 ° C., held for 1 hour, then cooled to 25 ° C., further heated to 800 ° C. and hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 6 mm. This hot-rolled plate was made into a plate material having a thickness of 5 mm by machining, and a cold-rolled plate having a thickness of 1.5 mm was obtained by cold rolling. This cold-rolled plate was held in a vacuum at 700 ° C. for 30 minutes and then subjected to an annealing treatment for cooling to obtain a test material. The alloy of Comparative Example 19 was subjected to a solution treatment that was held at 800 ° C. for 30 minutes and then cooled with water. The alloys of Comparative Examples 18, 20, and 21 were subjected to the same solution treatment as that of the alloy of Comparative Example 19, followed by aging treatment that was held at 450 ° C. for 24 hours and air-cooled. The specific gravity, hardness and bending properties of these specimens were investigated. These results are also shown in Table 1.
なお、比重は、水中懸架法で測定した。硬さは、JIS Z 2244に規定される方法に従い、ビッカース硬さを求めた。曲げ特性は、20mm×100mmの板状試験片を用い、90°Ｖブロック上で３Ｒのポンチを押し付け90°曲げを行ったときの表面状態を肉眼で観察し、クラックの生成が認められなかった場合を「○」、認められた場合を「×」として評価した。 The specific gravity was measured by the underwater suspension method. The hardness was determined according to the method specified in JIS Z 2244. As for the bending characteristics, using a 20mm x 100mm plate-shaped test piece, the surface state when the 3R punch was pressed on the 90 ° V block and bent 90 ° was observed with the naked eye, and no cracks were observed. The case was evaluated as “◯”, and the case where it was recognized as “×”.
表１に示すように、本発明例1〜15はいずれも硬さ条件を満たし、曲げ試験においても割れ等の不具合が発生することはなかった。一方、比較例16は純チタンの例であるが、曲げ加工性は良いものの、硬さが低すぎてスパイクの耐久性に劣る。比較例17はα＋β型チタン合金であり、比重が小さく、高硬度で耐久性に優れるが、曲げ加工性が悪く、冷間加工が困難となる。比較例18〜21はβ型チタン合金であり、いずれも比重が高すぎる。また、溶体化処理後、時効処理を実施しなかった比較例19では曲げ加工性は良好であるが、時効処理を実施した比較例18、20および21では、強度が上昇しすぎて曲げ加工性が劣化した。 As shown in Table 1, Examples 1 to 15 of the present invention all satisfied the hardness condition, and no defects such as cracks occurred in the bending test. On the other hand, Comparative Example 16 is an example of pure titanium, but although the bending workability is good, the hardness is too low and the durability of the spike is poor. Comparative Example 17 is an α + β-type titanium alloy having a small specific gravity, high hardness and excellent durability, but has poor bending workability and makes cold work difficult. Comparative Examples 18 to 21 are β-type titanium alloys, and the specific gravity is too high. In addition, in Comparative Example 19 in which the aging treatment was not performed after the solution treatment, the bending workability was good, but in Comparative Examples 18, 20, and 21 in which the aging treatment was performed, the strength was too high and the bending workability was increased. Deteriorated.
本発明のシューズ用スパイクは、β型チタン合金製のスパイクと比較して軽量かつ安価であり、冷間加工性に優れ、時効処理が不要であるので、製造コストも低減できる。しかも、本発明のシューズ用スパイクは、十分な耐摩耗性を有している。このため、野球その他のスポーツに使用されるシューズ用スパイクとして最適である。
The spike for shoes of the present invention is lighter and cheaper than a spike made of β-type titanium alloy, has excellent cold workability, and does not require an aging treatment, so that the manufacturing cost can be reduced. In addition, the shoe spike of the present invention has sufficient wear resistance. For this reason, it is optimal as a spike for shoes used in baseball and other sports.
Claims (3)
In mass%, Al: 1 to 6%, V: 0.1 to 15%, Mo: 0.1 to 11%, Nb: 0.1 to 37%, Ta: 0.1 to 45%, Fe: 0.1 to 4%, It contains at least one selected from Cr: 0.1-7%, Ni: 0.1-9%, Cu: 0.1-13%, Sn: 0.1-10% and Zr: 0.1-10% The spike for shoes according to claim 1.
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