JP2010155075A - ゴルフクラブヘッドのためのチタン合金およびそれを含むクラブヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低いコストで、クラブヘッド打撃面または打撃面挿入物または打撃面挿入物の金属キャップまたはクラブヘッド本体の製造を可能とし、ドライバー、フェアウェイウッド、ユーティリティクラブヘッドまたはアイアンを提供する。
【解決手段】クラブ本体および打撃面を含むゴルフクラブヘッドであって、打撃面が、Ａ）約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；Ｂ）約１．５〜約２．２重量％の鉄；Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％の珪素およびＤ）残部のチタンより本質的になるチタン合金を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、ゴルフクラブおよびゴルフクラブヘッド（「クラブヘッド」）に関する。さらに詳しくは、本発明は、少なくとも一部がチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）およびＳｉ（Ｓｉ）の合金からつくられたクラブヘッドの打撃面に関する。

ゴルフクラブのセットには、ゴルフのラウンドの際にボールを打たねばならない様々な条件または状況で用いるための各種クラブが含まれる。一般には、ゴルフクラブの一定のセットには、ボールを（ティーから）コースの最も長い距離に打つための「ドライバー」、ボールを（ティーからまたはティーではない所から）ドライバーよりも短い距離に打つためのいくつかのフェアウェイ「ウッド」、ウッドを使用して打つときよりも一般に短い範囲の距離にボールを打つ一組のアイアン、および少なくとも１本のパターが含まれる。セットにはフェアウェイウッドおよびロングアイアンの特徴を組み合わせた「ユーティリティ」または「ハイブリッド」クラブも含まれる。ドライバーおよびパターは非常に特殊なそれぞれの目的を有するが、フェアウェイウッド、ユーティリティクラブおよびアイアンでは、個々の状態でのゴルファーの使用クラブの選択は個人的なものである。クラブの形、クラブの使い易さ、および個人的な選択は、ゴルファーがクラブの選択を決定する通例の要素である。

ゴルフクラブは、ヘッド（「クラブヘッド」とも呼ばれる）、クラブヘッドに固定された柄、および柄に固定されたグリップを含む。ドライバーのための例となるクラブヘッド１０を図１に示す。このゴルフクラブヘッド１０は金属体１２および打撃面挿入物１４を有する。他のクラブヘッド、例えばフェアウェイウッドまたはユーティリティクラブが同様の特徴を有することは（各クラブの種類に応じて形および／または形態は変わるが）理解されるであろう。

ドライバーおよびフェアウェイウッドに関しては、用語「ウッド」は、そのようなクラブはもともと木材でできていたので伝統に基づくが、この種の現代のクラブは複合材料および／または金属合金で普通できており、それらは現在まとめて「メタルウッド」と呼ばれている。金属合金はウッドよりも特定の利点、例えば、強度対重量比がより高く、耐久性がより大きいというような利点を有する。この目的に従来用いられてきた合金には、各種ステンレス鋼（例えば、３０４ＳＳ、２５５ＳＳ、４３１ＳＳ）、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ｂｅ−Ｃｕ合金、純粋（Ｔｉ）、および特定のＴｉ合金が含まれる。

「合金」は、純粋な金属では応じることができない１つ以上の特別な目的を満たすように配合される、純粋な金属と、他の金属および／または他の元素１種以上との混合物である。金属が合金になるときはいつも、金属の１つ以上の性質、例えば溶融温度、強度、耐久性、電気抵抗、熱伝導性、熱処理性、耐腐食性、および磁性が変化する。合金は一般に特定の望ましいこれら性質の組み合わせを得るために配合される。

近年、特に、実際のゲームプレースキルがあまりなくても多くの人々がゴルフのプレーを楽しむことができる、ゴルフクラブの改良に向けた研究および開発がかなり行われてきた。改良の例には、次のものがある：（１）クラブヘッドのサイズを大きくして「スイートスポット」（下記参照）を大きくし、それによってクラブを用いてボールをうまく打つ可能性を改善すること、（２）クラブヘッドの重心を低くして安定なボールの打撃、所望のロフト、及び所望の弾道距離を得ること、（３）クラブヘッドを空気力学的にスイング時の空気抵抗が少なくなるようにすること、および（４）クラブヘッドのソールの形状を、ボールを打つ直前、地面に沿って動くときのスイングされたクラブヘッドの摩擦が少なくなるようにすること。

クラブヘッドを大きくすることは軽量にすることで容易になるが、強力な金属がウッドおよびアイアンに取って代わってきた。例えば、純粋なチタン（Ｔｉ）およびＴｉ合金がクラブヘッドに使われることが増えてきた。一例として、７．６〜７．９ｇ／ｃｍ^３の密度を有する鋼と比べて、Ｔｉの密度は４．５ｇ／ｃｍ^３である。金属の比較的高い強度は、全てが金属のドライバー、ウッド、およびユーティリティクラブを中空にすることを可能にした。これに対して、これらタイプの従来クラブの多くは、中実の（ｓｏｌｉｄ）構造である。最近のトレンドは、クラブヘッドの壁をできるだけ薄くして最大の裁量質量（discretionary mass）にすることが含まれる。中空クラブヘッドの製造に用いられる金属は、高い強度とゴルフクラブに特に適した他の機械的性質を有していなければならない。

ゴルフクラブに最も広く用いられるＴｉ合金は「６−４Ｔｉ」であり、これは名目６％（ｗ／ｗ）アルミニウム（Ａｌ）、名目４％（ｗ／ｗ）バナジウム（Ｖ）、および残部のＴｉを含有する。（６−４合金はまた、その規格によると、非常に少量の他の元素を一般に含有する：最高０．０８％（ｗ／ｗ）炭素（Ｃ）、最高０．０１２５水素（Ｈ）、０．２５％（ｗ／ｗ）鉄（Ｆｅ）、および０．１３％（ｗ／ｗ）酸素（Ｏ））。「％（ｗ／ｗ）」単位は重量％である。「６−４」という命名は、名目６％（ｗ／ｗ）Ａｌおよび４％（ｗ／ｗ）Ｖの濃度を示す；従って、この合金は「６Ａｌ−４ＶＴｉ」とも呼ばれる。６−４Ｔｉ合金の実際の規格は、ＡｌおよびＶの濃度において、名目からの±０．５％までの変動が許される。

ゴルフクラブに従来用いられる他の合金は、「ＳＰ７００−Ｔｉ」、「１５−３−３−３Ｔｉ」および「２０４１Ｔｉ」である。ＳＰ７００合金は、名目４．５％（ｗ／ｗ）Ａｌ、３％（ｗ／ｗ）Ｖ、２％（ｗ／ｗ）Ｆｅ、２％（ｗ／ｗ）Ｍｏ、および残部のＴｉを含有する。１５−３−３−３合金は、名目１５％（ｗ／ｗ）Ｖ、３％（ｗ／ｗ）クロム（Ｃｒ）、３％（ｗ／ｗ）Ａｌ、３％（ｗ／ｗ）ジルコニウム（Ｚｒ）、および残部のＴｉを含有する。２０４１合金は、名目２０％（ｗ／ｗ）Ｖ、４％（ｗ／ｗ）Ａｌ、１％（ｗ／ｗ）スズ（Ｓｎ）、および残部のＴｉを含有する。

ＴｉおよびＴｉ合金は低密度および高強度のそれぞれの組み合わせをもたらし、アイアンクラブヘッド、パターヘッド、およびドライバーのヘッド並びにフェアウェイウッドに用いられてきた。上記のように、ＴｉおよびＴｉ合金の低密度は、従来のクラブヘッドに比べて、クラブヘッドの質量を許容限度内で維持しながらクラブヘッドを大きくすることを可能にする。より大きなクラブヘッドは、より大きなスイートスポットを含めた様々な利点をもたらす形状にすることができる。特定のＴｉ合金の高強度は、クラブヘッドの壁を非常に薄く（例えば、１ｍｍ以下）することを可能にする。

本質的に、全ての金属クラブヘッドは２つの広く用いられる製造法（鍛造および鋳造）の１つによって組み立てられる（あるいは組み立てられる部分を有する）。鍛造はより初期の、より単純なそしてより一般的なクラブヘッドデザインによく用いられた。しかしながら、鍛造は複雑なクラブヘッドの形状および構造、例えばアイアンの中のキャビティ−バックを作ることはできない。さらに、アイアン、ウッドおよびドライバーを含めたより高度に「工学設計された」クラブヘッドの最近の出現では、鍛造プロセスを用いて可能なよりも厳しい耐性で形成して、経費のかかる下流の機械加工工程をできる限り少なくするのが望ましい。その結果、クラブ製造業者は様々な鋳造法、特に、例えばメタルウッド、ドライバー、アイアン、パター等の組み立てに広く用いられるインベストメント鋳造法を用いてきた。

それらの組み立てにおいてより特殊な材料（exotic materials）を最近用いることに伴い、クラブヘッドはまた内面的にも外面的にもより精巧な形態となるよう一般に「工学設計される」。例えば、上記のように、少なくとも部分的に金属でつくられたたいていの種類のドライバーおよびウッドは中空であり、厳しい規格に従って成形される内部および外部形態を有する薄い壁をもつ。例えば、壁は各種のリブ、ポケット、オリフィスおよび／または性能を高めるための他の特徴を有することができる。さらに、ある製造業者はカートリッジ、プラグ等を１つ以上の壁にまたはその中に組み込んで、クラブヘッドの質量分布を変え、従って、例えば、クラブを用いてもたらされるロフト、ドローおよび／またはフェードをコントロールする。いずれにせよ、これらの特徴を鋳造クラブヘッドに加えることは、クラブヘッドの鋳造部分の複雑さを増すことになる。

さらに、クラブヘッドは、ゴルフクラブ面プレートに一致させ、そしてゴルフクラブの打撃面を提供するように引き続いてトリミングされる金属カバーシートから製造される別の打撃面または打撃面挿入物を有しうる。打撃面挿入物はまた、複合材部分および金属キャップもしくはカバーを含んでいてもよい。打撃面、打撃面挿入物または金属キャップもしくはカバーは、ゴルフクラブ面プレートの必要とされる形に一致させ、そしてゴルフクラブの打撃面を提供するように引き続いてトリミングされる金属カバーシートから製造うる。

ゴルフクラブに用いることができる有望なＴｉ合金の分野は非常に限られている。なぜなら多くのＴｉ合金は、低い質量にもかかわらず高い剛性を示すが、クラブをゴルフボールの打撃に使用する間に繰り返し受ける衝撃によってあまりにも容易に傷つけられるからである。最近、上記のように、鋳造クラブヘッドおよびそれらの一部（別の打撃面または打撃面挿入物を含む）に最も広く用いられるＴｉ合金はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖである。

チタンベースの合金のコストをより高くするいくつかの要素、例えばベース金属のコスト、は現在実質的に変えることはできない。コストの観点から有利に変わる要素は合金元素のコストである。特に、従来のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖでは、バナジウムが合金の全体コストにかなり加わる。

従って、ゴルフクラブでの使用に適した物理的特性を有しながら、バナジウムのような高価な合金物質を必要としないよりコストの低いＴｉ合金が必要である。本発明者らはこのたび、強度および延性の良好な組み合わせを有するチタンベースの合金が、バナジウムのような高価な合金物質を必要とせず、従って、比較的低いコストで、クラブヘッド打撃面または打撃面挿入物または打撃面挿入物の金属キャップまたはクラブヘッド本体の製造を可能にすることを見出した。この低コスト合金組成物（「ＬＣＡＣ」）は次の組成を有する：
Ａ）約５．５〜約６．５重量％、好ましくは約５．９〜６．５重量％のアルミニウム；
Ｂ）約１．５〜約２．２重量％、好ましくは約１．４〜約２．０重量％の鉄；
Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％、好ましくは約０．０１〜約０．８重量％、最も好ましくは約０．０１〜約０．０５重量％の珪素；
Ｄ）残部のチタン。

合金は、０．２重量％未満に制限される酸素、０．０５重量％未満に制限される炭素、０．０４重量％未満に制限される窒素、および０．０２重量％未満に制限される水素を有していてもよい。

合金は、８６０〜１１６０℃で鍛造され、９２０〜９８０℃で熱間圧延され、そして８４０℃で焼き戻しされうる。
得られる低コスト合金は熱間圧延または冷間圧延シートの形で製造され、そしてｉ）約４００〜約１５００、好ましくは約６００〜約１２００、より好ましくは約８００〜約１０００ＭＰａの降伏強さ；ｉｉ）約４００〜約１５００、好ましくは約６００〜約１４００、より好ましくは約８００〜約１２００ＭＰａの引っ張り強さ、＞１０％の延性、約２５〜５５、好ましくは約２７〜約５０、最も好ましくは約３０〜約４０ＨＲＣのロックウェル硬度、および約１１５〜約１３５、好ましくは約１２０〜約１３０ＧＰａの弾性率（modulus）を含む機械的性質を有しうる。別の打撃面または打撃面挿入物として用い、そして約４０〜５０ｍ／ｓのボール速度でそれらの部分に繰り返し衝撃を加える耐久試験を行ったとき、打撃面挿入物が＜０．１ｍｍの撓みで＞７０００ショットの耐久性を示すことができたばかりでなく、耐久試験の間に測定した打撃プレートとの平均固有ボール接触時間（ＣＴ）は従来のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のようなよりはるかに高いコストのものと同様であった。

図１は、金属体１２および面挿入物１４を有するゴルフクラブヘッド１０を示し、面挿入物１４は耐久性があり、しかも軽量である。好ましい態様では、本体１２はチタン合金をインベストメント鋳造することによって形成される。適所の面挿入物１４では、クラブヘッド１０は、好ましくは少なくとも２００ｃｃの体積、より好ましくは少なくとも３００ｃｃの体積となっている。 図２は、複合部分１６および金属キャップ１８を含む面挿入物を示す。

１つの側面では、本発明は、クラブ本体；および約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；約１．５〜約２．２重量％の鉄；約０．０１〜約０．１重量％の珪素および残部のチタンより本質的になるチタン合金を含む打撃面を有するゴルフクラブヘッドに関する。

別の側面では、本発明は、クラブ本体；および約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；約１．５〜約２．２重量％の鉄；約０．０１〜約０．１重量％の珪素および残部のチタンより本質的になるチタン合金を含む打撃面挿入物を有するゴルフクラブヘッドに関する。

別の側面では、本発明は、クラブ本体；および約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；約１．５〜約２．２重量％の鉄；約０．０１〜約０．１重量％の珪素および残部のチタンより本質的になるチタン合金を含む金属キャップを含む打撃面挿入物を有するゴルフクラブヘッドに関する。

別の側面では、本発明は、約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；約１．５〜約２．２重量％の鉄；約０．０１〜約０．１重量％の珪素および残部のチタンより本質的になるチタン合金を含むクラブ本体を有するゴルフクラブヘッドに関する。

限定されない代表的な態様をここでは示す。
濃度は「重量％または％（ｗ／ｗ）」で表す。例えば、合金元素に関しては、４％（ｗ／ｗ）は合金の単位質量に対する合金元素の重量に基づく４％である。
チタン合金
チタンの冶金は、純粋な金属において約８８２℃の「トランザス（transus）」温度で生じる同素体結晶学的変態（allotropic crystallographic transformation）によって支配される（トランザス温度は、約１６７０℃である純粋なチタンの溶融温度よりずっと下の温度である）。トランザス温度より下では、純粋なＴｉは「アルファ相」（α−相）と呼ばれる六方最密構造（「ＨＣＰ」）を有する。トランザス温度より上では、純粋なＴｉは「ベータ相」（β−相）と呼ばれる体心立方（「ＢＣＣ」）構造を有する。従って、室温では、純粋なＴｉはα−相構造を有し、トランザス温度までは安定である。β−相構造はトランザス温度から溶融温度まで安定である。

合金元素をＴｉに加える１つの基本的な効果は、α−およびβ−相をコントロールすることができるトランザス温度の変更である。チタン合金は「α−合金」、「β−合金」または「α＋β−合金」として分類される。

α−相中で高い溶解度を有するが、β−相ではそうではない元素はトランザス温度を上げる傾向があり、従って、「α−安定剤」と呼ばれる。重要なα−安定剤はアルミニウム（Ａｌ）であり、これはより低い濃度で非常に効果的である。（また、Ａｌは質量が軽い点で有利である。）しかし、より高い濃度（一般に、＞８％（ｗ／ｗ））では、Ａｌは脆いＴｉアルミニド（主にＴｉ_３Ａｌ）化合物を形成する傾向があるので、Ｔｉへ加えることができるＡｌの量は限定される。他のα−安定剤はいわゆる「格子間」元素酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）および炭素（Ｃ）である。

トランザス温度を下げ、β−相に容易に溶解しかつβ−相を強化する、そしてα−相をにおいて低い溶解度を有する元素は「β−安定剤」と呼ばれる。典型的なβ−安定剤は、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、およびバナジウム（Ｖ）である。ＭｏおよびＶは最も重要なα−安定剤であり、β−相Ｔｉにおいて完全相互溶解性であるため「β−同晶型（β-isomorphous）」元素と呼ばれる。

実質的に１種以上のα−安定剤（例えば、Ａｌ）のみを含有するＴｉは「α−合金」または「準α−合金（near-α-alloy）」と呼ばれる。α−合金およびほぼα−合金は良好な強度を一般に有する。少量のβ−安定剤はこれらの合金の成形適性を高める。

調節された特定量の１種以上のβ−安定剤をＴｉへ加えると、トランザス温度より下の合金において、α−相と共に、少なくともいくらかのβ−相の存在を招く。室温で得られる合金は２相合金（いわゆる、「α＋β−合金」）である。入手しうる各種Ｔｉ合金の中で、最もよく知られかつ最も一般的なα＋β−合金（ゴルフクラブのヘッドを組み立てるためのものを含む）はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（６−４Ｔｉ合金とも呼ばれる；名目６％（ｗ／ｗ）アルミニウム（Ａｌ）および名目４％（ｗ／ｗ）バナジウム（Ｖ）を含有し、Ａｌはα−相を安定化および強化し、Ｖはかなりの量のβ−相を提供する）である。Ａｌの名目濃度が４．５％（ｗ／ｗ）そしてＶおよびＭｏの名目濃度がそれぞれ３％（ｗ／ｗ）および２％（ｗ／ｗ）であるため、ＳＰ７００Ｔｉ合金もα＋β−合金である。α＋β−合金は良好な高い強度を一般に有する。

少なくとも１種のβ−安定剤を含有し、α−安定剤はわずかないし含有しないＴｉ合金は、「β−合金」と呼ばれる（ＭｏおよびＶはβ−安定性に最も大きな影響を及ぼす傾向がある）。１５−３−３−３Ｔｉ合金および２０４１Ｔｉ合金は、Ｖの名目濃度がそれぞれ１５％（ｗ／ｗ）および２０％（ｗ／ｗ）であるためβ―合金である。β−合金はα−合金よりも低い耐変形性（より大きな延性）を有し、ゴルフクラブの打撃プレートを組み立てるための圧延性および成形適性（例えば、冷間圧延シート成形）を促進する。

米国特許第５，２１９，５２１号および第５，３４２，４５８号（参照することによって全てここに記載されたものとする）には、バナジウムを含まないアルファ−ベータチタンベースの合金およびその製法が開示されている。本発明者らはこのたび、そのようなチタンベースの合金の使用が、バナジウムのような高価な合金材料を必要とせず、従って比較的低コスト組成物を用いて、十分な機械的性質を有する、クラブヘッド打撃面または打撃面挿入物または打撃面挿入物の金属キャップまたはクラブヘッド本体の製造を可能にすることを見出した。この低コスト合金組成物（「ＬＣＡＣ」）は次の組成より本質的になる：
Ａ）約５．５〜約６．５重量％、好ましくは約５．９〜６．５重量％のアルミニウム；
Ｂ）約１．５〜約２．２重量％、好ましくは約１．４〜約２．０重量％の鉄；
Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％、好ましくは約０．０１〜約０．８重量％、最も好ましくは約０．０１〜約０．０５重量％の珪素；
Ｄ）残部のチタン。

「より本質的になる」とは、ＬＣＡＣは上に挙げた元素を（上記の各濃度で）含有するが、合金はまた０．５％よりずっと少ない少量（「不純物」レベル）で付随元素を含有していもよいことを意味する。これらの付随元素は、必ずしも限定される必要はないが、０．２重量％未満に制限される酸素、０．０５重量％未満に制限される炭素、０．０４重量％未満に制限される窒素、および０．０２重量％未満に制限される水素を有していてもよい。

ＬＣＡＣは熱間圧延または冷間圧延シートの形で製造され、そしてｉ）約４００〜約１５００、好ましくは約６００〜約１２００、より好ましくは約８００〜約１０００ＭＰａの降伏強さ；ｉｉ）約４００〜約１５００、好ましくは約６００〜約１４００、より好ましくは約８００〜約１２００ＭＰａの引っ張り強さ、＞１０％の延性、約２５〜５５、好ましくは約２７〜約５０、最も好ましくは約３０〜約４０ＨＲＣのロックウェル硬度、および約１１５〜約１３５、好ましくは約１２０〜約１３０ＧＰａの弾性率を含む機械的性質を有しうる。

図、特に図１は、本体１２および面挿入物１４を有するゴルフクラブヘッド１０を示し、面挿入物１４は耐久性であり、しかも軽量である。本発明の１つの態様では、本体１２はチタン合金をインベストメント鋳造することによって形成され、面挿入物１４はＬＣＡＣ合金を含み、金属体１２へ、例えば、溶接またはろう付けによって、取り付けうる。

他のクラブヘッド、例えばフェアウェイウッドまたはユーティリティクラブが同様の特徴を有することは（各クラブの種類に応じて形および／または形態は変わるが）理解されるであろう。適所の面挿入物１４では、クラブヘッド１０は、好ましくは少なくとも２００ｃｃの体積、より好ましくは少なくとも３００ｃｃの体積となっている。クラブヘッド１０は、好ましくは少なくとも０．７９の反発係数（ＣＯＲ）を含め、すぐれた耐久性およびクラブ性能を有する。

クラブヘッド本体１２は、成形、冷間成形、鋳造および／または鍛造のような技術を用いて一体成形することができ、面挿入物１４は本技術分野で公知の手段によって本体へ取り付けることができる。例えば、打撃面１４は米国特許出願公開第２００５／０２３９５７５号および第２００４／０２３５５８４号に記載のように本体１０へ取り付けることができる。本体１０は、金属合金（例えば、チタン、鋼、アルミニウムおよび／またはマグネシウム）、複合材料、セラミック材料、またはそれらの組み合わせからつくることができる。本体１０はまた２００５年２月２５日付け米国出願第１１／０６７，４７５号（参照することによってここに記載されたものとする）に記載のような薄肉構造を有することもできる。

面挿入物１４は、ＬＣＡＣからできていることに加えて、米国特許第６，９９７，８２０号および第６，９０４，６６３号（参照することによってここに記載されたものとする）に記載のような様々な厚さを有しうる。

別の打撃面または打撃面挿入物として用い、そして約４０〜５０ｍ／ｓのボール速度でそれらの部分に繰り返し衝撃を加える耐久試験を行ったとき、打撃面挿入物が＜０．１ｍｍの撓みで＞７０００ショットの耐久性を示すことができたばかりでなく、耐久試験の間に測定した打撃プレートとの平均固有ボール接触時間（ＣＴ）は従来のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のようなよりはるかに高いコスト合金のものと同様であり、そして一方、２０％を越える材料コストの節約となる。

ＬＣＡＣ打撃面挿入物は溶接可能であり、他のチタン合金でできた本体へ溶接することができる。例えば、ＬＣＡＣ打撃面挿入物は、クラブヘッド本体の組み立てに一般に用いられるＴｉの各種β−合金の本体構成鋳造物へ溶接することができる。Ｔｉ合金は空気中で加熱すると酸化するので、溶接は希薄または不活性雰囲気中で行わなければならない。真空溶接は、真空チャンバー内で電子ビームまたはレーザービームを用いてまたは従来の「タングステン不活性ガス」（ＴＩＧ）法によって行うことができる。さらに望ましくは、ＴＩＧ溶接は、例えば、アルミニウムの溶接の減少を避けたりまたはとにかく最小限にするために、ＴＩＧ溶接は溶接される部分と同じ合金でできた溶接棒を用いて行うことができる。溶接の合金濃度を調節すると、より強力で、よりシャドゥのない溶接が得られる。

鋳造本体およびＬＣＡＣ打撃面挿入物を組み立てる別の方法は接着剤結合であり、これは接着剤を使用する必要がある。特定の接着剤の選択は、ＬＣＡＣ構成部材を結合する個々の材料および硬化接着剤結合部が耐えなければならない個々の応力による。接着剤の例は、限定されないが、二液性エポキシ接着剤、例えば３Ｍ社（ミネソタ州ミネアポリス）製造のＤＰ４２０およびＤＰ４６０、アクリル接着剤、例えば３Ｍ社製造のＤＰ８１０、各種ウレタン接着剤、並びにフィルム接着剤、例えば３Ｍ社製造のＡＦ−４２である。

ＬＣＡＣ打撃面挿入物を別の構成部材へ取り付けるさらに別の方法は、例えば、クラブヘッド製造業の分野に熟練した人々によって一般に行われるようなプレス嵌めまたはリップ封入を形成するプレスを行うことによる機械接合である。これに関しては、これらの技術が論じられている米国特許第５，６９７，８５５号および米国特許第６，７４３，１１４号を参照されたい。

ＬＣＡＣ打撃面挿入物を別の構成部材へ取り付けるさらに別の方法は、機械的ファスナー、例えばリベット、ネジ、またはクラブヘッド製造業の分野に熟練した人々によって一般に行われるような同様のファスナーを用いることによる機械的接合である。

本発明の別の側面においておよび図２に示すように、打撃面挿入物は、軽量領域１６およびＬＣＡＣを含む金属キャップ１８を含みうる。軽量領域１６に適した材料には、米国特許第７，２６７，６２０号および係属米国特許出願第１１／８２５，１３８号（２００７年７月２日付け）、第１１／９６０，６０９号、第１２／００４，３８６号および第１２／００４，３８７号（いずれも２００７年１２月１９日付け）、第１２／３３２，２１０号（２００８年１２月１０日）および第１２／１５６，９４７号（２００８年６月３日付け）（参照することによってそれぞれここに記載されたものとする）に記載の複合材料が含まれる。あるいは、軽量領域１６は、面挿入物１４の前面をカバーしかつリム３６を有するＬＣＡＣを含む金属キャップ１８と共に、本体１２の金属材料より小さい密度の非金属材料を含んでいてもよい。本発明の面挿入物１４は、例えば、繊維強化プラスチックまたはチョップトファイバー配合物（バルク成形配合物またはシート成形配合物）のような複合材料を含む他に、射出成形ポリマーを単独でまたは複合材のプレプレグプライと組み合わせて含んでいてもよい。面挿入物１４の厚さは実質的に一定であるか、あるいは少なくとも２つの厚さの変化、一方は幾何学的中心で測定されるもの、他方は面挿入物１４の周辺で測定されるものよりなっていてもよい。面挿入物１４の全体の厚さは約１〜約８ｍｍ、好ましくは約２〜約７ｍｍ、より好ましくは約２．５〜約４ｍｍ、最も好ましくは約３〜約４ｍｍである。

本発明の１つ側面においておよび図４を参照すると、複合材料軽量領域１６およびＬＣＡＣを含む金属キャップ１８を含む打撃面挿入物１４は、本体１２および面挿入物１４の境界面に沿った過度の強化を必要とせず、有利な重量配分効果をさらに高める、十分な構造強度を有する。この態様では、本体１２はチタン合金、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖで形成されているが、他の適した材料を用いることもできる。面挿入物１４は環状押縁３２によって支持され、好ましくは接着剤で固定されている。環状押縁３２は約１．５ｍｍの厚さを有し、内側に約３〜約６ｍｍ広がっている。環状押縁３２は、面挿入物１４が本体の転移端３４と一般に同一平面となれるように十分に嵌め込まれている。この態様では、環状押縁３２は前面開口部周辺に広がっているが、他の態様では複数の間隔を置いた環状押縁、例えば、複数のタブを用いて、面挿入物１４を支持しうることも認められる。

図４を続けて参照すると、面挿入物１４の金属キャップ１８は複合材料領域１６の周辺のまわりにリム３６を含む。好ましい態様では、金属キャップ１８は面挿入物１４の前面に取り付けられ、複合材料領域１６および面挿入物１４の金属キャップ１８の合わせた厚さは、本体１２の前面開口部において環状押縁３２の深さＤ以下である。リム３６は複合材料領域１６の側端３８をカバーして複合材料の剥離および離層に対してさらに保護する。好ましくは、リム３６は面挿入物１４の厚さと実質的に同じ高さを有する。別の態様では、リム３６は、複合材料領域１６の側端３８上の連続カバーではなく一連のセグメントを含んでいてもよい。金属キャップ１８およびリム３６は、例えば、スタンピングまたは本技術分野における当業者に公知の他の方法によって形成しうる。金属キャップ１８の好ましい厚さは約０．５ｍｍ未満、より好ましくは約０．３ｍｍ未満である。

好ましくは、複合材料領域１６の厚さは約４．５ｍｍ以下であり、金属キャップ１８の厚さは約０．５ｍｍ以下である。より好ましくは、複合材料領域１６の厚さは約３．５ｍｍ以下であり、金属キャップ１８の厚さは約０．３ｍｍ以下である。金属キャップはＬＣＡＣを含む。

金属キャップ１８は複数の溝４２を有する打撃面４０となる。金属キャップ１８は、砂をかぶったときでも、ゴルフボールでの繰り返しの衝撃による磨耗に耐えるようさらに助ける。好ましくは約０．０５〜０．２ｍｍ、より好ましくは約０．１ｍｍの結合ギャップ４４が、金属キャップ１８の複合材料領域１６への接着剤取り付けに提供される。別の態様では、結合ギャップ４４は０．２ｍｍ以下でありうる。クラブヘッド本体またはその部分は、クラブヘッドのＣＧを望ましい位置に置くように戦略的に配置された１種以上の高密度材料（例えば、タングステン、鉛等）から形成される１つ以上の加重部材を含んでいてもよい。クラブヘッド本体またはその部分はまたあるいは別に、振動調節または減衰、音響調節または減衰、ＣＯＲ操作等のために用いられるような１つ以上の挿入物または適用物体を含んでいてもよい。

本発明の別の側面では、クラブヘッドはＬＣＡＣを含む打撃面およびリターン部分であって、上側部、下側部、ヒール側部およびクラブヘッド本体の尾翼部分をかみ合わせるつま先側部を一般に含む打撃プレート部分の周辺から横に内側に広がった打撃面およびリターン部分を含みうる。従って、リターンは打撃プレート部分を３６０°いっぱい取り囲むのが好ましい。しかしながら、本技術分野における当業者にとって、リターン部分が打撃プレート部分の一部のみ、例えば２７０°または１８０°を囲み、不連続であってもよいことは明らかであろう。そのようなクラブヘッド打撃面およびリターン部分については米国特許第７１２８６６１号（参照することによってここに記載されたものとする）にさらに詳しく記載されている。リターン部分をかみ合わせるまたはかみ合わせられるクラブヘッド本体の尾翼部分は、チタン合金を含みうる。ＬＣＡＣばかりでなく、非金属材料、好ましくは連続繊維プレプレグ材料（樹脂の場合、熱硬化性材料または熱可塑性材料を含む）のような複合材料を含んでいてもよい。尾翼体用の他の材料には、他の熱硬化性材料または他の熱可塑性材料、例えば射出可能なプラスチックが含まれる。尾翼体はブレーダー成形、樹脂トランスファー成形、樹脂注入成形、射出成形、圧縮成形または類似の方法により製造されるのが好ましい。好ましい方法では、リターン部分の内面に接着剤を有する面構成部材は、ブレーダー成形用の尾翼体のプレフォームを有する型内に置く。ブレーダーは、プレフォームおよび面構成部材の中空内部に置き、型の中を加圧し、加熱する。同時成形プロセスは尾翼体を面構成部材へ固定する。あるいは、尾翼体は面構成部材へ接着剤を用いて結合するか、あるいはリターン部分へ機械的に固定する。

本発明の別の側面では、クラブヘッドは、上記打撃面形態を有する他に、限定されないがＬＣＡＣを含むチタン合金からのクラブヘッド本体鋳造物を含んでいてもよい。クラブヘッド本体１０の鋳造は様々な方法、例えば、必ずしも限定されないが、インベストメント鋳造、レビテーション鋳造、遠心鋳造および砂型鋳造によって行うことができる。

高温では、チタンは、特に大気からの酸素および窒素、並びに水素と非常に反応性である。従って、チタンの溶融は希薄（「真空」）環境で通常行われ、チタン合金の鋳造は希薄または不活性（例えば、アルゴン）雰囲気下で行って、合金の望ましくない変化を避ける。

砂型鋳造は、不活性雰囲気中で鋳造しなければならない以外は、他の金属の鋳造に用いられる従来の方法で行われる。砂型鋳造は、現在望まれる詳細および厳しい耐性を形成することができないので、ゴルフクラブ部材の鋳造にはほとんど用いられない。また、砂型鋳造によって形成される部材は多くの仕上機械加工を通常必要とする。

インベストメント鋳造はクラブヘッドの形成に現在望まれる厳しい耐性および形態の詳細を提供することができ、従って、下流の機械加工および仕上工程をできるだけ少なくすることができる。ゴルフクラブ製造に一般に用いられるどのようなインベストメント鋳造法も用いることができる。レビテーション鋳造は、Ｄｅｍｕｋａｉ等の米国特許第５，１９３，６０７号、Ｃｈａｎｄｌｅｙの米国特許第５，０４２，５６１号（いずれも参照することによってここに記載されたものとする）に記載の方法または他の適した方法によって行うことができる。溶融金属はるつぼから型へ従来は注ぎ落とされるが、レビテーション鋳造では、溶融金属は空間で懸濁し、溶融し、型（通常はセラミック材料でできている）へ吸引によって急ぎ入れる。溶融は水冷銅るつぼ中で通常行われる。この方法では、汚染物質を実質的に含まないチタンのメルト、よりきれいな鋳造物、および鋳造製品の良好な収率が得られる。メルトからの熱損失は、溶融金属がるつぼに接する面積を少なくすることによって低く保たれる。

鋳造法はまた、クラブヘッド本体のどの構成部材も、１つ以上のカートリッジ、増量部材、および／またはＣＧ配置、振動調節もしくは減衰、音響調節もしくは減衰、ＣＯＲ（反発係数）操作等のために用いられるような挿入物または適用物体を含むことができるように合わせうる。

本体構成部材を別の構成部材へ接合する前および／または後に、必要に応じまたは望ましいならば、必要とされる仕上げ機械加工（切断、ミリング、穴あけ、中ぐり、研削、平滑化、磨き）および表面処理（メッキ、塗装、被覆）工程が行われる。各種仕上げ機械加工工程は関連分野における熟練者によく知られており、ここに記載しない。

必要とされる仕上げ機械加工が完了した後、クラブヘッドの適した表面処理を、例えばメッキ、塗装、粉末被覆、浸炭、不動態化、または他の処理によって行うことが望ましいかもしれない。これらの各種処理は関連分野における熟練者によく知られている。

１０ クラブヘッド
１２ 本体
１４ 打撃面挿入物
１６ 軽量領域
１８ 金属キャップ

Claims (8)

1. クラブ本体；および
   打撃面
   を含むゴルフクラブヘッドであって、
   打撃面が、
   Ａ）約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；
   Ｂ）約１．５〜約２．２重量％の鉄；
   Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％の珪素および
   Ｄ）残部のチタン
   より本質的になるチタン合金を含む、ゴルフクラブヘッド。
2. クラブ本体；および
   打撃面挿入物
   を含むゴルフクラブヘッドであって、
   打撃面挿入物が、
   Ａ）約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；
   Ｂ）約１．５〜約２．２重量％の鉄；
   Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％の珪素および
   Ｄ）残部のチタン
   より本質的になるチタン合金を含む、ゴルフクラブヘッド。
3. クラブ本体；および
   打撃面挿入物
   を含むゴルフクラブヘッドであって、
   打撃面挿入物が、
   Ａ）約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；
   Ｂ）約１．５〜約２．２重量％の鉄；
   Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％の珪素および
   Ｄ）残部のチタン
   より本質的になるチタン合金を含有する金属キャップを含む、ゴルフクラブヘッド。
4. クラブ本体；および
   チタン合金材料から構成される打撃面構成部材、該面構成部材は打撃プレート部分およびリターン部分を含む
   を含むゴルフクラブヘッドであって、
   チタン合金が、
   Ａ）約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；
   Ｂ）約１．５〜約２．２重量％の鉄；
   Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％の珪素および
   Ｄ）残部のチタン
   から本質的になる、ゴルフクラブヘッド。
5. クラブ本体が複合材料を含む、請求項４に記載のゴルフクラブヘッド。
6. クラブ本体がチタン合金を含む、請求項１、２、３または４に記載のゴルフクラブヘッド。
7. チタン合金が、
   Ａ）約５．５〜約６．５重量％のアルミニウム；
   Ｂ）約１．５〜約２．２重量％の鉄；
   Ｃ）約０．０１〜約０．１重量％の珪素および
   Ｄ）残部のチタン
   より本質的になる、請求項６に記載のゴルフクラブヘッド。
8. ゴルフクラブが、ドライバー、フェアウェイウッド、ユーティリティクラブヘッドまたはアイアンとして形成されている、請求項１、２、３または４に記載のゴルフクラブヘッド。

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