JP3428899B2 - ゴルフクラブ - Google Patents

ゴルフクラブ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、打球特性に優れた
金属ガラス製フェース、いわゆるアモルファスフェース
を持つクラブヘッドを有するゴルフクラブ、詳しくは、
溶融金属の表面どうしが重ね合わされてアモルファス化
した部分、いわゆる湯境いのない強度特性に優れた種々
の所望の形状の金属ガラス製フェース(アモルファスフ
ェース)を持つゴルフクラブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、アモルファス合金材を製造す
るために金属や合金を溶融し、液体状態から急冷凝固さ
せて急冷金属(合金)粉末を得、得られた急冷金属粉末
を結晶化温度以下で所定形状に固化して真密度化する方
法や溶融金属や合金を急冷凝固させて直接所定形状のア
モルファス合金材を得る方法などが種々提案されてい
る。しかしながら、これら従来の方法によって得られる
アモルファス合金材は、小さい質量のものがほとんど
で、これらの方法ではゴルフクラブのヘッドのフェース
に用いることのできるバルク材を得ることは困難であ
る。一方、急冷粉の固化によってバルク状アモルファス
合金材を得る方法も試みられているが、満足のいくバル
ク材が未だ得られていない。
【0003】例えば、小さい質量で生成されるアモルフ
ァス材には、メルトスピニング法、単ロール法、プラナ
ーフロー鋳造法などによる薄い帯状(リボン状)、例え
ば最大板幅約200mm、最大板厚30μm程度のアモ
ルファス材などが得られており、これらのアモルファス
材のトランスのコア材等への応用が試みられているが、
未だ多くのものが材料化には至っていない。急冷粉から
小さい質量のアモルファス材を固化成形する技術とし
て、CIP、HIP、ホットプレス、熱間押出し、放電
プラズマ焼結法など種々の方法がとられているが、微細
な形状のため流動特性が悪く、ガラス遷移温度以上に昇
温できない温度特性の問題があり、成形もまた多工程を
要する上に、固化成形後もバルク材としての特性、特に
ゴルフクラブのフェースに要求される高強度や高靱性な
どの特性が充分得られない等の欠点を有し、必ずしも満
足する方法とはいえない。
【0004】ところで、本発明者らも、最近、Ln−A
l−TM、Mg−Ln−TM、Zr−Al−TM、Hf
−Al−TMおよびTi−Zr−TM(ここで、Ln=
ランタノイド金属、TM=VI−VIII族遷移金属)等の三
元系における多くのアモルファス金属を、102 K/s
のオーダーのガラス形成のための低臨界冷却速度を持
ち、金型鋳造法または高圧ダイキャスト法によって厚さ
約9mmまでのバルク形状に製造できることを報告して
いる。
【0005】しかしながら、従来のすべての方法では、
任意形状の大型のアモルファス合金を製造することはで
きない。大型のアモルファス合金の製造に至る新しい固
化技術の開発と同様にさらに低い臨界冷却速度を持つア
モルファス合金の開発が、アモルファス金属材料に対す
る形状の大型化を可能にするために強く要望されてい
る。
【0006】そこで、本発明者らは、先に提案した三元
合金によるバルク状アモルファス合金に関するさらなる
研究において、三元系合金の大きいガラス形成能は、互
いに10%より大きく原子サイズが異なる構成元素の最
適な原子サイズ比に主として依存することから、多成分
系合金における異なる原子サイズ比を持つ構成元素の増
加の効果に注目し、Zr−Al−Co−Ni−Cu系、
Zr−Ti−Al−Ni−Cu系、Zr−Ti−Nb−
Al−Ni−Cu系およびZr−Ti−Hf−Al−C
o−Ni−Cu系において1〜100K/sの範囲のは
るかに低い臨界冷却速度を持つアモルファス合金を見い
出し、直径16mm以下、長さ150mmのバルク状ア
モルファス合金をZr−Al−Ni−Cu系において、
石英管内の溶融物を水中に入れて急冷することにより製
造できることを特開平8−109419号公報に開示し
た。
【0007】また、本発明者らは、同公報に、得られた
バルク状アモルファス合金が、引張応力−伸び曲線に鋸
歯状のプラスチックフローを伴う圧縮強さおよび破壊
(割れ)とほぼ同様である1500MPaの高い引張強
さを示し、この高引張強さおよび鋸歯状プラスチックフ
ロー現象は、バルク状アモルファス合金が鋳造によって
製造された大きな厚さをもつにもかかわらず良い展延性
を持つことを示すことを開示した。
【0008】さらに、本発明者らは、同公報に、上述し
たバルク状アモルファス金属の製造における知見に基づ
いて、簡単な操作で容易に種々の形状のさらに大型の金
属ガラスを製造する方法を開発するために鋭意研究を重
ねた結果、差圧鋳造法を用いて、溶融状態の金属材料を
水冷鋳型に瞬時に鋳込むことにより、アモルファス材と
しての特性に優れた大型のアモルファス材を簡単な操作
で容易に製造することのできる差圧鋳造式金属ガラスの
製造方法を提案している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
が特開平8−109419号公報に開示した差圧鋳造式
金属ガラスの製造方法によっても、大型の柱状バルクア
モルファス材を製造することができるし、得られたアモ
ルファス材も優れた特性を示す。しかしながら、この従
来法では、水冷ハースの底部を高速度で下降させて、溶
融金属を縦型の水冷鋳型に瞬時に鋳込み、溶融金属の移
動速度を速くして、大きな冷却速度を得ている。
【0010】このため、この従来法では、縦型の水冷鋳
型に鋳込まれる時、溶融金属が流動化し、溶融金属が波
打つことから、溶融金属の表面積が増加し、溶融金属が
外気と接触する界面が増加する恐れがあるため、極端な
場合には、小さな塊滴に分離し、飛散した後に鋳型に充
填される恐れがあるため、縦型の水冷鋳型に鋳込まれる
際に界面どうしが重ね合わされることになり、界面どう
しの重ね合わさった部分、いわゆる湯境いができる結果
となる。このため、得られたバルクアモルファスの特性
がこの湯境い部分で劣化し、バルクアモルファス自体の
特性を劣化させる恐れがあるという問題があった。
【0011】また、金属材料を水冷ハースで溶解してい
るため、ハースと接触している金属材料は、たとえ、溶
解していても必ず融点以上の温度の溶融金属ではないた
め、不均一核生成の原因となるが、これらの不均一核生
成部分も一緒に縦型の水冷鋳型に鋳込まれるため、当該
部分に結晶核が生じてしまう恐れがあるという問題があ
った。さらに、金属材料を溶解する水冷ハースの底部を
高速で移動させるため、溶融金属がその移動部分やすき
間に入り込み、再現性を低下させたり、極端な場合に
は、かみ込んで装置を動作不良や動作停止や不能に追い
込む恐れがあるという問題があった。
【0012】一方、アモルファス合金材を高強度、高靱
性、高耐衝撃性等が要求されるゴルフクラブのフェース
に用いることが提案され、フェースインサートにアモル
ファス合金材を用いたゴルフクラブが上市され話題を集
めているが、湯境いなどの欠陥のないアモルファス合金
材の歩留りが低いことや成形の問題からフェースの機械
的な特性にばらつきが生じたり、フェースのコストが高
くなってゴルフクラブの特性のばらつきや高コストが避
けられないという問題があった。
【0013】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、融点以下の、例えば外気と接触した溶融金属の
冷却界面どうしが重ね合わされてアモルファス化した部
分など、いわゆる湯境いのない、好ましくは、さらに、
融点以下の溶融金属による不均一核生成によって結晶核
が成長した結晶部分のない、すなわち融点以上の溶融金
属のみを臨界冷却速度以上の速度で冷却して一気に簡単
な工程で再現性よく製造された、高強度および高靱性な
どの強度特性、かつ、ゴルフボールを打撃した時の反撥
効率を増加させ、ゴルフボールの初速を最大に近づける
などの打球特性に優れた所望形状のアモルファス製クラ
ブフェースを持つ、クラブ特性に優れたゴルフクラブを
提供するにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、クラブヘッドに金属ガラス製フェースを
有するゴルフクラブであって、前記金属ガラス製フェー
スが、ハース上に金属材料を充填し、この金属材料を溶
融可能な高エネルギ熱源を用いて前記金属材料を溶解
後、得られた融点以上の溶融金属を、溶融金属の融点以
下の冷却界面どうしを重ね合わせることなく押圧して、
融点以上の溶融金属に圧縮応力および剪断応力の少なく
とも一方を与えて所望の形状に変形し、変形後もしくは
変形と同時に前記溶融金属を臨界冷却速度以上で冷却し
て製造された前記所望の形状の金属ガラス製フェースで
あることを特徴とするゴルフクラブを提供するものであ
る。
【0015】ここで、前記金属ガラス製フェースのビッ
カース硬さが、300Hv以上であるのが好ましい。ま
た、前記金属ガラス製フェースのヤング率が、50GP
a〜150GPaであるのが好ましい。また、前記金属
ガラス製フェースの厚さが、1.5mm〜4.5mmで
あるのが好ましい。また、前記金属ガラス製フェースの
ヤング率E(GPa)と厚さT(mm)との積E×Tの
値が、100〜350であるのが好ましい。さらに、前
記金属ガラス製フェースの引張強度が、1000MPa
以上であるのが好ましい。
【0016】また、本発明は、上記ゴルフクラブであっ
て、前記溶解後の融点以上の溶融金属は、前述の溶融金
属の融点以下の冷却面どうしに加え、この冷却面と他の
融点以下の冷却面とが重ね合わせられることなく押圧さ
れることを特徴とするゴルフクラブを提供するものであ
る。ここで、前記溶融金属の押圧および変形は、前記ハ
ース上に配置された圧延冷却ロールによって前記融点以
上の溶融金属のみを板状または所望の形状に圧延すると
同時に冷却することによって行われるのが好ましい。ま
た、前記金属ガラス製フェースは、前記ハース内に充填
された金属材料を溶解した後、前記ハースを前記高エネ
ルギ熱源および前記圧延冷却ロールと相対的に移動させ
るとともに前記圧延冷却ロールを回転させることによ
り、前記ハース上に盛り上がった前記融点以上の溶融金
属のみを圧延し、かつ冷却して製造された、板状または
所望の形状を持つ金属ガラス製フェースであるのが好ま
しい。
【0017】また、前記ハースは、長尺状をなし、前記
金属ガラス製フェースは、前記長尺のハースを前記高エ
ネルギ熱源および前記圧延冷却ロールと相対的に移動さ
せることによって前記金属材料の前記高エネルギ熱源に
よる溶解および前記融点以上の溶融金属の圧延および冷
却を連続的に行って連続的に製造された、複数の板状金
属ガラス製フェースまたは所望の形状の金属ガラス製フ
ェースであるのが好ましい。また、前記圧延冷却ロール
は、前記ハースに対応する位置に前記ハース内の前記融
点以上の溶融金属を前記ハース外に排出させるための、
熱伝導率の低い材料からなる溶湯排出機構を有するのが
好ましい。
【0018】また、前記溶融金属の押圧および変形は、
前記ハースに近接して設けられた前記所望の形状のキャ
ビティを有する下型に前記融点以上の溶融金属のみを流
動化させずにそのまま前記ハースから移動させた後、直
ちに冷却上型で押圧して前記所望の形状に鍛造すると同
時に冷却することによって行うのが好ましい。また、前
記金属ガラス製フェースは、前記ハース内に充填された
前記金属材料を溶解した後、前記ハースおよび前記下型
を前記上型の直下に移動し、直ちにこの上型を前記下型
に向けて下降させることによって、前記ハース内の前記
融点以上の溶融金属のみを前記下型に移動させて押圧か
つ冷却し、鍛造して製造された前記所望形状の金属ガラ
ス製フェースであるのが好ましい。また、前記上型は、
前記ハースに対応する位置に前記ハース内の前記融点以
上の溶融金属を前記ハース外に排出させるための、熱伝
導率の低い材料からなる溶湯排出機構を有するのが好ま
しい。
【0019】本発明において、「冷却界面どうしを重ね
合わせる」とは、狭義には溶融金属の融点以下の冷却界
面を互いに重ね合わせる場合をいうが、より広義には、
溶融金属の融点以下の冷却界面と水冷ハースの冷却界面
などのような他の冷却界面とを重ね合わせる場合をもい
う。なお、「溶融金属の融点以下の冷却界面」とは、外
気や鋳型やハースとの接触等によって融点以下に冷却さ
れて生じた溶融金属の界面をいう。
【0020】また、「融点以上の溶融金属を、冷却界面
どうしを重ね合わせることなく押圧して、変形する」と
は、冷却ハースから融点以上の溶融金属を流動化や波立
ちによる上述した冷却界面どうしの重なり合いによる湯
境いを生じさせることなく鋳型に入れて押圧し、成形す
ることのみならず、対象とする金属材料融点以上でも熱
的なダメージを受けない材料製鋳型、例えば石英製鋳型
の下型を当初から融点に近い温度、好ましくは融点以上
の温度まで加熱し、高エネルギ熱源、例えば高周波熱源
によって溶解された溶融金属を融点以上のまま融点以下
の冷却面を生じさせることなく下型に鋳込み、冷却され
た上型で押圧、プレス成形および臨界冷却速度以上での
急速冷却を行うことも含まれる。
【0021】換言すれば、湯境いを生じるのは、臨界冷
却速度以上の速度で押圧、変形、圧縮、剪断などができ
ないからであり、冷却界面を重ね合わせてしまうからで
あるので、湯境いのないアモルファスバルク材は、所定
の、例えば、10℃/secの臨界冷却速度を持つ金属
が、溶融状態から変形を受けるまでの時間と温度落差と
が所定の臨界冷却速度、ここでは10℃/sec以上で
あり、冷却面を重ね合わせない工夫があれば、製造可能
である。
【0022】本発明において、「所望の形状」とは、ク
ラブヘッドのクラブフェースを構成するためにフェース
インサートやねじ等による取り付けをも考慮したフェー
ス形状であって、板状、異形板状、丸棒状、角棒状、異
形棒状など、クラブフェースとしての形状を有し、かつ
ロール表面や鍛鋳造上型に凹または凸状の上型を持ち、
圧延鋳面または鍛鋳造下型に凹または凸の下型を持ち、
各々の凹と凸とが同期して変形、冷却されれば、どのよ
うな形状であってもよく、任意の形状であってもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明に係るゴルフクラブを添付
の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【0024】図1(a)および(b)は、それぞれ本発
明に係るゴルフクラブの一実施例の正面模式図および別
の実施例の斜視模式図である。図1(a)に示すゴルフ
クラブ1は、いわゆるパターと呼ばれるものであって、
クラブシャフト(図示せず)に接続されるネック2と、
ヘッド3とを有し、ヘッド3のクラブフェースに金属ガ
ラス製フェース4をフェースインサートとして埋め込ん
だものである。図1(b)に示すゴルフクラブ5は、い
わゆるウッドと呼ばれるものであって、同様にヘッド3
に金属ガラス製フェース4を埋め込んだものである。な
お、本発明のゴルフクラブは、図1(a)および(b)
に示すパター1やウッド5に限定されず、いわゆるアイ
アン(図示せず)と呼ばれるものなどであってもよいこ
とはもちろんである。
【0025】ここで、本発明においては、ゴルフクラブ
(1、5)のヘッド3のクラブフェースに金属ガラス製
のフェース4を有することを特徴とするものであって、
ヘッド3のクラブフェースの一部または全部が金属ガラ
ス製フェース4で構成されていればよい。また、本発明
においては、クラブフェースが金属ガラス製フェース4
であれば、ヘッド3そのものを金属ガラスで構成しても
よい。
【0026】ヘッド3のクラブフェースの一部または全
部を金属ガラス製フェース4で、もしくはヘッド3その
ものを金属ガラスで構成する方法は、図1(a)および
(b)に示すように、金属ガラス製フェース4をヘッド
3にフェースインサートとして埋め込んで、ヘッド3の
クラブフェースを構成する方法であってもよいし、また
は、図1(a)に示すパター1やアイアン(図示せず)
やメタル製ウッド(図1(b)参照)などのような場合
には、ヘッド3のクラブフェース側を金属ガラスで製造
し、ヘッド3の他方側およびネック2をヘッド構成用金
属で構成し、両者を接合してもよいし、さらにはヘッド
3自体もしくはヘッド3自体とネック2自体とを金属ガ
ラスで製造してもよい。あるいは、図1(b)に示すウ
ッド5などのような場合には、図示しないが、金属ガラ
ス製フェース4をヘッド3のクラブフェース側にビス等
の緊締具によって固定するようにしてもよい。
【0027】なお、本発明においては、ゴルフクラブの
ヘッド3の材質は、鉄やチタン等を始めとする金属質や
ヒッコリーなどの木質などゴルフクラブに用いられるも
のであれば、特に限定されず、適宜適切なものを選択す
ればよい。
【0028】本発明のゴルフクラブ1および5は、ヘッ
ド3のクラブフェースに金属ガラス製フェース4を有す
る。ここで、本発明に用いられる金属ガラス製フェース
4は、後述する金属ガラスの製造方法によって製造さ
れ、以下に述べる強度特性を有するものであるのが好ま
しい。
【0029】以下に、本発明に用いられる金属ガラス製
フェースが備えるべき種々の好ましい機械的特性につい
て説明する。 (1)まず、金属ガラス製フェースのビッカース硬さH
vは、300Hv以上であるのが好ましい。ビッカース
硬さHvの値が小さいと、ゴルフクラブのフェースとし
て要求される耐傷性が不足し、よって、ビッカース硬さ
Hvは300Hv以上が好ましく、さらに好ましくは4
00Hv以上が良い。また、その上限は、前記いずれの
下限値との組み合わせにおいても製造上の問題などから
1300Hv以下と規定することもできる。
【0030】(2)次に、金属ガラス製フェースのヤン
グ率Eは、50GPa〜150GPaであるのが好まし
い。ヤング率Eが大きすぎると、ゴルフクラブヘッドの
メカニカルインピーダンスの1次の極小値を示す振動数
が大きくなり、これにより、ゴルフボールとゴルフクラ
ブとのインピーダンスマッチング(下記参照)が悪くな
り、該ゴルフクラブでゴルフボールを打撃した時の飛距
離が低下し、また、打球時の衝撃も大きくなって打球感
が低下する。よって、ヤング率Eは、150GPa以下
とするのが好ましく、より好ましくは120GPa以下
とするのが良い。また、ヤング率Eが小さすぎると、打
球時におけるフェースの変形が大きくなって、フェース
とヘッド本体の接合部分に損傷が発生する等の強度不足
を起こしやすくなり、よって、その下限値は、前記いず
れの上限値との組み合わせにおいても50GPa以上と
規定するのが好ましく、さらに好ましくは70GPa以
上と規定するのが良い。
【0031】ところで、本出願人の一人は、ヘッドとゴ
ルフボールとの反発性能を最大限に高めて飛距離を増大
させるゴルフクラブヘッドとして、日本国特許第213
0519号(特公平5−33071号公報)を取得して
いる。この特許には、ゴルフクラブヘッドのメカニカル
インピーダンスの1次の極小値を示す振動数(以下、単
に「ヘッドのインピーダンスの1次の振動数」というこ
とがある。)をゴルフボールのメカニカルインピーダン
スの1次の極小値を示す振動数(以下、単に「ボールの
インピーダンスの1次の振動数」ということがあり、約
600〜1600Hzとなる。)に近づけることによ
り、インパクトされたボールの打ち出し速度を最大限に
高めるという理論(以下、「インピーダンスマッチング
理論」ということがある。)が開示されている。
【0032】「メカニカルインピーダンス」とは、ある
点に作用する力の大きさと、この力が作用した時の他の
点の応答速度の大きさとの比として定義される。すなわ
ち、ある物体に外部から加えられる力をF、応答速度を
Vとすると、メカニカルインピーダンスZは、Z=F/
Vで定義される。ヘッドのインピーダンスの1次の振動
数を下げるためには、ヘッドのフェース面ないしフェー
ス部の剛性を小さくすることが効果的である。例えば、
フェース部の面積を大きくすること、フェース部の厚さ
を小さくすること、フェース部に低ヤング率の材料を使
用すること、などが挙げられる。特にヘッドのフェース
部に、低ヤング率の金属材料を用いると、ボールを打撃
した時のフィーリング(打球感)がソフトになり、かつ
ミスショット時でも手に伝わる衝撃が小さい利点がある
ことも経験的に知られている。
【0033】(3)また、金属ガラス製フェースの厚さ
Tは、1.5mm〜4.5mmであるのが好ましい。フ
ェースの厚さTが厚くなり過ぎると、上述したように、
ゴルフクラブヘッドのメカニカルインピーダンスの1次
の極小値を示す振動数が大きくなり、これにより、ゴル
フボールとゴルフクラブとのインピーダンスマッチング
が悪くなり、該ゴルフクラブでゴルフボールを打撃した
時の飛距離が低下し、また、打球時の衝撃も大きくなっ
て打球感が低下する。よって、フェース厚さTは4.5
mm以下とするのが好ましく、より好ましくは4.0m
m以下、さらに好ましくは3.5mm以下とするのが良
い。また、フェースが薄すぎると、ゴルフクラブのフェ
ースとして要求される強度が不足しやすく、よって、そ
の下限は、前記いずれの上限値との組み合わせにおいて
も、1.5mm以上とするのが好ましく、さらに好まし
くは2.0mm以上とするのが良い。
【0034】(4)また、金属ガラス製フェースのヤン
グ率E(GPa)と厚さT(mm)との積E×Tの値
は、100〜350であるのが好ましい。上述のよう
に、ゴルフクラブヘッドのメカニカルインピーダンスの
1次の極小値を示す振動数を小さくして、その振動数
を、ゴルフボールのメカニカルインピーダンスの1次の
極小値を示す振動数に近づけて飛距離を向上させる為に
は、「ヤング率を小さくする」、または「フェース厚さ
を薄くする」のが有効であり、また、ゴルフクラブのフ
ェースとして要求される強度を確保するためには「ヤン
グ率を大きくする」、または「フェース厚さを厚くす
る」のが有効である。よってそのバランスを考えて、ヤ
ング率E(GPa)にフェース厚さT(mm)を乗じた
値であるE×Tを、100以上とするのが好ましく、よ
り好ましくは150以上、さらに好ましくは170以上
とするのがよく、また、E×Tを350以下とするのが
好ましく、さらに好ましくは340以下とするのがよ
い。
【0035】(5)さらに、金属ガラス製フェースの引
張強度σfは、1000MPa以上であるのが好まし
い。引張強度σfが小さくなり過ぎると、ゴルフクラブ
のフェースとして要求される強度が不足しやすくなり、
打球時にフェースが割れる等の損傷が起こりやすくな
り、よって、引張強度σfは、1000MPa以上とす
るのが好ましく、さらに好ましくは1200MPa以上
とするのがよい。また、その上限値は、前記いずれの下
限値との組み合わせにおいても、5000MPa以下と
規定することができるが、さらに好ましくは4000M
Pa以下と規定することもできる。
【0036】本発明に用いられる金属ガラス製フェース
4は、以上のように限定される好ましい機械的特性を備
えるものであるので、本発明のゴルフクラブ1および5
は、優れたクラブ特性、特にゴルフボールを打撃した時
の反撥効率を増加させ、ゴルフボールの初速を最大に近
づけることができるなどの優れた打球特性を発揮するこ
とができる。この様な打球特性を発揮させる機械的特性
を持つ金属ガラス製フェースは、以下に示す金属ガラス
の製造方法によって製造することができる。
【0037】以下に、本発明に用いられるフェース用金
属ガラスの製造方法について説明する。本発明に用いら
れる金属ガラス製フェースの製造方法では、まずハー
ス、例えば凹型水冷銅製ハース上にフェース構成用金属
材料、好ましくはアモルファス形成能の高い金属粉末お
よびペレットの混合物を充填し、好ましくは、チャンバ
ー内部を真空引後、そのまま真空中(真空中の場合、大
気圧中と比較して、対流による冷却が少ないため溶湯温
度の冷却を防げることができる。例えば電子ビーム溶解
などの方法を用いる場合)で、または減圧中で、もしく
は不活性ガスにて置換して、ハースをそのまま、もしく
は強制冷却しながら高エネルギ熱源、例えばアーク熱源
にて金属材料を溶融する。この後、得られた融点以上の
溶融金属を、好ましくは水冷ハースの場合には融点以上
の溶融金属のみをそのまま新しい鋳型に挟み込んで押圧
し、もしくは溶融金属の表面、すなわち外気との界面ど
うしを重ね合わせることなく、すなわち溶融金属を流動
化もしくは波打たせることなく1つの塊として新しい鋳
型表面に移動して、押圧し、融点以上の溶融金属に圧縮
応力もしくは剪断応力の少なくとも一方を与えて所望の
形状に変形し、変形後、もしくは変形と同時に融点以上
の溶融金属をその臨界冷却速度以上で冷却する。
【0038】例えば、一つの具体的な手段としては、ハ
ース上に配置された圧延冷却ロールによって、ハース上
に盛り上がった融点以上の溶融金属のみを板状または所
望(任意)のフェース形状に圧延すると同時に急冷する
ことができる(以下、圧延法ともいう)。この時、ハー
スを圧延冷却ロールに対して相対的に移動させるととも
に圧延冷却ロールを回転させる。ここでハースが長尺で
あれば、ハースの相対的移動に伴って、高エネルギ熱源
によって金属材料を連続的に溶解し、連続的に得られた
融点以上の溶融金属を連続的に回転する圧延冷却ロール
によって、連続的に圧延するとともに急冷することによ
り、複数のフェースがつらなった長尺な板状物または所
望(任意)のフェース形状の金属ガラス製フェースを得
ることができる。なお、圧延冷却ロールのハース対応位
置にハース内の融点以上の溶融金属をハース外の新しい
フェース製造用鋳型面(圧延面)に排出させるための、
熱伝導率の低い材料製の溶湯排出機構を設けておくのが
よい。
【0039】また、他の一つの具体的な手段としては、
ハースに近接して設けられた所望形状のキャビティを有
する鋳型の下型にハース内の融点以上の溶融金属のみを
流動化させずにまたは波打たせることなくハースから下
型に移動させた後、直ちに下型のキャビティと嵌合する
冷却上型で押圧、すなわちプレス成型して、所望の形状
に鍛造する、もしくは鋳鍛造すると同時に急冷すること
ができる(以下、鍛造法という)。この時、ハースおよ
び下型と高エネルギ熱源および上型とを相対的に移動し
て、下型と上型とを位置合わせして、上型を下降もしく
は下型を上昇させるように嵌合し、下型内の融点以上の
溶融金属をプレス成型するとともに急冷して鍛造を行
う。なお、この場合にも、上型のハースに対応する位置
にハース内の融点以上の溶融金属をハースから下型のキ
ャビティに排出させるための、熱伝導率の低い材料製の
溶湯排出機構を設けておくのがよい。
【0040】ところで、本発明は、まず第1に、湯境い
のない、すなわち鋳造欠陥のない、所望の最終的なフェ
ース形状に成形された強度および靱性などの機械的特性
に優れたアモルファスフェースを製造して用いることに
あり、第2に、これに加え、不均一核生成による結晶核
の存在しない均質な機械的特性をもつアモルファスフェ
ースを製造して用いることにあるので、これらを達成す
るための具体的手段としては、上述した例に限定され
ず、融点以上の溶融金属のみを塊として、換言すれば流
動化や波立ちなどによって外気との界面が重ね合わされ
たり、先に流れた溶湯と後から来た溶湯とが合流したり
することなく、押圧し、圧縮応力や剪断応力をかけて、
所望の最終フェース形状に成形できればどのような手段
であってもよい。
【0041】例えば、最も好ましい手段としては、レビ
テーション装置などを用いて、金属材料を溶解して融点
以上の溶融金属を非接触で保持し、もしくはコールドク
ルーシブ(スカル溶解)装置などを用いて、金属材料を
溶解して融点以上の溶融金属を非接触に近い状態で保持
し、非接触または非接触に近い状態で保持されている融
点以上の溶融金属に向かってその周囲から割型、例えば
2つ以上に分割された鋳型を移動させ、溶融金属を拘束
し、所望の最終フェース形状にプレス成型するものであ
ってもよい。もしくは、溶融金属の融点以上でも溶解せ
ず、かつ溶融金属とも反応せず、かつ機械的強度に優れ
ている材料や、高温加熱、急速冷却でも熱衝撃ダメージ
を受けない材料、例えばカーボン、ニッケル、タングス
テン、セラミックスなどを溶融金属に応じて選択し、選
択された材料によってフェース製造用鋳型の下型自体を
作製し、金属材料を充填して溶融後、直ちに上型で押圧
し、プレス成型するとともにガスや水などの冷媒によっ
て上型および下型をも同時に冷却し、所望の最終形状の
アモルファスフェースを製造するようにしてもよい。こ
の場合、少なくとも溶解時には、下型は冷却せず、溶解
後冷却を開始するのがよい。この時、下型は、融点近傍
の温度が保持できれば、どのような材料で作製してもよ
く、例えば熱伝導性の良い材料で作製しても、悪い材料
で作製してもよい。
【0042】この他、上述した圧延法においても、ロー
ル表面が所望の形状のアモルファスフェースを製造可能
な双ロール式圧延方式であってもよい。また、単ロール
方式の場合であってもハースの一方向への往復動のみな
らずハースを水平に回転することで圧延冷却ロールによ
る圧延および冷却を行ってもよい。また、鍛造法におい
ても、ハースおよび下型の移動は一方向への往復動のみ
ならず水平回転移動であってもよい。本発明において
は、所望のフェース形状の金属ガラス製フェースは、溶
融金属から最終のフェース形状まで一気に製造される
が、一度に製造される個数は1個に限定されず、複数個
のフェースを一度に製造されたものであってもよい。ま
た、本発明における最終のフェース形状とは、1個であ
っても、複数個であっても、複数個が連なったものであ
っても、完全に完成されたフェースのみならず、簡単な
加工、例えばバリ取りなどの仕上げ加工を残した形状で
あってもよい。
【0043】こうして、板状もしくは所望形状のアモル
ファスフェース、すなわち金属ガラス製フェースを製造
することができる。こうして得られた金属ガラス製フェ
ースは、不均一に凝固したものでなく、いわゆる湯境い
がなく、すなわち鋳造欠陥がなく、不均一核生成による
結晶核が存在しない、強度特性、靱性、特に衝撃等の強
度特性にも均一に高密度のバルクアモルファスである。
また、こうして得られた金属ガラス製フェースは、ゴル
フクラブの種類に応じた所望の最終形状に一気に成形さ
れたものであるので、更なる加工を必要としない。
【0044】なお、金属ハース、特に水冷銅製ハースを
使って金属材料を溶融し、融点以上の溶融金属を得る場
合、ハースと接触する部分は不可避的に融点以下低温部
分が存在し、当該部分が不均一核生成の原因となり、結
晶核が存在することになり、これを用いてフェース用の
バルクアモルファスを製造する場合に、結晶相が混在す
るバルクアモルファス材となる恐れがある。しかし、仮
に結晶相がバルクアモルファス中に混在されていたとし
ても、湯境いなどの鋳造欠陥がなく機能性があれば、例
えば、アモルファス相だけの機能性と結晶相だけの機能
性が混在するバルク材、すなわち傾斜機能材料等であれ
ば、本発明のゴルフクラブのクラブフェースとしての目
的に適うアモルファスバルク材であるといえる。
【0045】本方法は、アーク熱源などの高エネルギ熱
源を用いて溶融できれば、上述した3元系合金、Zr−
Al−Ni−Cu、Zr−Ti−Al−Ni−Cu、Z
r−Nb−Al−Ni−CuおよびZr−Al−Ni−
Cu−PdなどのZr系合金を始めとして4元系以上の
多元系合金を含めほとんどあらゆる元素の組み合わせか
らなる合金について適用でき、またアモルファス相の生
成が可能である。これらの合金を本発明において金属材
料として用いる場合には、高エネルギ熱源による急激な
溶融がより容易なように、粉末状あるいはペレット状に
して用いるのが好ましいが、本発明はこれに限定され
ず、急激な溶融が可能であれば、どのような形状の金属
材料を用いてもよい。例えば、粉末状、ペレット状の
他、線状、帯状、棒状、塊状など、ハース、特に水冷ハ
ースと高エネルギ熱源に応じて適当な形状を適宜選択す
ればよい。
【0046】ここで用いられる高エネルギ熱源として
は、ハースや水冷ハースに充填された金属材料を溶融可
能であれば、特に制限はなく、どのような熱源を用いて
もよいが、例えば、代表的に高周波熱源、アーク熱源、
プラズマ熱源、電子ビーム、レーザなどを挙げることが
できる。これらの熱源は、ハースや水冷ハースに対し、
1個であっても、複数個を重畳して用いてもよい。
【0047】本発明のゴルフクラブの金属ガラス製フェ
ースは、基本的に以上のように製造されるが、以下にこ
の製造方法を実施する具体的手段について説明する。図
2は、本発明の金属ガラス製フェースを製造する圧延方
式金属ガラス製造装置の構成を模式的に示すフローシー
トである。同図に示すように、この圧延方式金属ガラス
製造装置10は、金属材料、例えば粉末状およびペレッ
ト状金属材料を充填する所定形状の凹部構造を持つ水冷
銅製ハース(以下、水冷ハースともいう)12と、この
水冷ハース12の周辺から延在し、所定のフェース形状
をもつ圧延鋳型部13と、水冷銅製ハース12上の金属
材料をアーク溶解するための水冷電極(タングステン電
極)14と、水冷ハース12から盛り上がった、アーク
溶解された金属材料の融点以上の溶融金属を水冷ハース
12の圧延鋳型部13上で板状のフェース形状に圧延す
るとともに、この金属材料(溶融金属)に固有の臨界冷
却速度より速い速度で急速冷却する圧延水冷ロール16
と、水冷ハース12、水冷電極14および圧延水冷ロー
ル16に冷水を循環供給する冷却水供給装置18と、水
冷ハース12、水冷電極14および圧延水冷ロール16
を収納する真空チャンバー20と、圧延水冷ロール16
の図中矢印a方向の回転と同期して、真空チャンバー2
0内において圧延鋳型部13を持つ水冷ハース12を図
中矢印b(水平)方向に移動するハース移動機構22と
を有する。
【0048】水冷ハース12から盛り上がった融点以上
の溶融金属のみを圧延鋳型部13と圧延水冷ロール16
との間で圧延し、かつ急冷するように、圧延水冷ロール
16は、駆動モータ17によって回転駆動され、一方、
この圧延水冷ロール16の回転に同期して水冷ハース1
2を水平移動するためのハース移動機構22は、駆動モ
ータ23によって駆動されるように構成される。なお、
図示例では、圧延水冷ロール16をモータ17によって
回転駆動しているが、本発明はこれに限定されず、圧延
水冷ロール16aを圧力調整可能なスプリングなどの付
勢手段(図示せず)によって水冷ハース12に圧接さ
せ、この圧延水冷ロール16と水冷ハース12との間の
摩擦によってハース移動機構22による水冷ハース12
の水平移動に伴って回転させるようにしてもよい。
【0049】水冷電極14は、アーク電源24に接続さ
れる。また、水冷電極14は、水冷ハース12の凹部1
2aの深さに対しわずかに傾斜させて配置され、ステッ
ピングモータ15によってX、YおよびZ軸方向に調整
可能に構成される。さらに、水冷ハース12上の金属材
料と水冷電極14との間の間隔(Z方向)を一定に保つ
ために金属材料の位置を半導体レーザセンサ26によっ
て測定し、モータ15によって水冷電極14の移動が自
動コントロールされるようにしてもよい。これはアーク
電極14と金属材料との間の間隙が一定でないと、アー
クが不安定になり、溶融温度にばらつきが生じるからで
ある。また、水冷電極14のアーク発生部近傍に冷却用
ガス(例えばArガス)噴出口を設け、ガス供給源(ガ
スボンベ)28から冷却用ガスを噴出させ、加熱後の急
速冷却を促進してもよい。
【0050】真空チャンバー20は、SUS製水冷ジャ
ケット構造で、真空引するために真空排気口によって油
拡散真空ポンプ(ディフュージョンポンプ)30および
油回転真空ポンプ(ロータリポンプ)32が連結され、
真空引後、不活性ガスによる置換が可能なようにアルゴ
ンガス導入口によってガス供給源(ガスボンベ)34と
連通される。また、冷却水供給装置18は循環戻り冷却
水をクーラントにより冷却した後に、再び冷却水として
水冷ハース12、水冷電極14および圧延水冷ロール1
6に供給する。水冷ハース12を図中矢印b(水平)方
向に移動するハース移動機構22は、特に制限的ではな
く、従来公知の並進機構や往復動機構等を用いることが
でき、例えば、ボールねじを用いたドライブスクリュー
とトラベリングナットやエアシリンダなどの空気圧機構
や油圧シリンダなどの油圧機構などを好適に用いること
ができる。
【0051】次に、本発明の圧延方式金属ガラス製フェ
ースの製造方法を図2、図3および図4を用いて説明す
る。図3は、図2に示す水冷銅製ハース12および圧延
鋳型部13を模式的に示す上面図であり、図4(a)
は、アーク溶解を用いる圧延方式金属ガラス製造装置に
おける板状アモルファスバルク材の製造プロセスの金属
材料溶解工程を示す断面模式図であり、図4(b)は、
圧延水冷ロール16と水冷銅製ハース12の圧延鋳型部
13とによる圧延冷却工程の断面模式図である。
【0052】まず、駆動モータ17によって圧延水冷ロ
ール16を回転駆動するとともに、この回転に同期して
駆動モータ23によってハース移動機構22を駆動し
て、水冷ハース12を初期位置まで移動し、図4(a)
に示されるように、その初期位置にセットする。この
後、水冷銅製ハース12の窪み(凹部)12aに金属材
料(粉末、ペレット、結晶体)を充填する。一方、水冷
電極14は、センサ26およびモータ15によってアダ
プタ14a(図4(a)および(b)参照)を介して、
X,Y,Z軸方向の位置調整がなされ、金属材料との間
の間隔(Z方向)が所定値にセットされる。この時、デ
ィフュージョンポンプ30およびロータリポンプ32を
用い、チャンバー20内を高真空、例えば5×10-4
a(液体窒素トラップ使用)にした後、Arガス供給源
34からArガスを供給してチャンバー20内をArガ
スにて置換する。また、水冷銅製ハース12、水冷電極
14および圧延水冷ロール16は、冷却水供給装置18
から供給される冷却水によって冷却されている。
【0053】以上の準備が終了した後、図4(a)に示
すように、アーク電源24をオンして水冷電極14の先
端から金属材料との間にプラズマアーク36を発生さ
せ、金属材料を完全に溶解して溶融合金38を形成させ
る。この後、アーク電源をオフしてプラズマアーク36
を消す。同時に、駆動モータ17および23の駆動を開
始し、図4(b)に示すように水冷銅製ハース12をハ
ース移動機構22によって図中矢印b方向に所定速度で
水平移動させるとともに、この水冷ハース12の水平移
動に同期して圧延水冷ロール16を矢印a方向に一定速
度で回転させる。こうして、水冷ハース12から盛り上
がった融点以上の溶融金属のみを、圧延水冷ロール16
で水冷ハース12の圧延鋳型部13のキャビティ(凹
部)13aに押し込み、この圧延鋳型部13と圧延水冷
ロール16との間に挟み込んで所定押圧力で圧延すると
ともに冷却する。このようして、金属溶湯(溶融金属)
38は、圧延水冷ロール16によって薄板状に圧延され
るとともに冷却されるので、大きな冷却速度を得ること
ができる。その結果、溶融金属38は、最終形状の薄板
状フェースに圧延されながら臨界冷却速度より速い速度
で冷却されることで、急速に固化することにより、圧延
鋳型部13において所望の最終形状の薄板状のアモルフ
ァスフェース39を製造することができる。
【0054】こうして得られた、薄板状アモルファスフ
ェース39は、水冷ハース12の底部近傍の融点より低
温の不均一核生成による結晶相の混在を招き易い部分3
7を全く含まない、融点以上の溶融金属、特に好ましく
は水冷ハース12から盛り上がった融点以上の溶融金属
のみを流動化や波立たせることなく、一気に最終形状の
薄板状フェースまで変形させ、かつ冷却したものである
ので、均一に冷却凝固され、不均一凝固や不均一核生成
による結晶相が混在せず、しかも湯境いなどの鋳造欠陥
のない高強度、高靱性アモルファスフェースであるとい
える。
【0055】なお、図4(a)および(b)に示す例で
は、水冷ハース12の底部近傍の融点より低温の部分3
7が混入することがなく、確実に高強度の薄板状アモル
ファスフェース39を製造できるが、水冷ハース12の
凹部12a内には融点以上の溶融金属38が残留してし
まい、これらは薄板状アモルファスフェース39の生成
に使用されず、効率の点では良いとはいえない。このた
め、本発明においては、図5(a)に示すように、圧延
水冷ロール16の水冷ハース12の凹部12aに相当す
る部分に、凹部12a内の融点以上の溶融金属のみを押
し出し、しかも不均一核生成を防止することのできる、
熱伝導率の悪い材料からなる突起状の溶湯排出機構16
aを設け、水冷ハース12内の融点以上の溶融金属38
を効率よく利用するように構成してもよい。この時、溶
湯排出機構16aを構成する突起状物は、溶融金属の融
点近傍まで加熱しておくのが好ましい。
【0056】また、図5(b)に示すように、水冷ハー
ス12の形状(凹部12aの形状)を棒状(長尺な半円
筒状)の窪み12aとすることにより、その片側もしく
はその両側に複数のフェース用キャビティ13aを持つ
圧延鋳型部13を設け、水冷電極14による水冷ハース
12内の金属材料の溶解を連続的に行いながら、溶解さ
れた融点以上の溶融金属のみを圧延水冷ロール16によ
って水冷ハース12の圧延鋳型部13のキャビティ13
aに連続的に押し込んで連続的に圧延かつ急冷を行うよ
うにしてもよい。この場合にも、図5(a)と同様に、
圧延水冷ロール16には、水冷ハース12内の融点以上
の溶融金属を効率よく、かつ不均一核生成を防止して、
キャビティ13aに排出するための溶湯排出機構16
a、例えば外周に沿って所定長連続する突起状の溶湯排
出機構16aを設けておくのが好ましい。上述したよう
に、溶湯排出機構16aの突起状物は、熱伝導率の悪い
材料からなるのが好ましく、より好ましくは、予め融点
近傍まで加熱しておくのが好ましい。
【0057】また、本発明の圧延方式の金属ガラス製フ
ェースの製造方法では、水冷ハース12に圧延鋳型部1
3を設けているが、水冷ハース12の圧延鋳型部13の
代わりに圧延水冷ロール16の下側にも圧延ロールを設
けて双ロール圧延方式とすることもできる。この時、下
側の圧延ロールの外周形状、例えばフェース用キャビテ
ィの形状を任意のフェース型形状とすることにより、圧
延によって得られる薄板状アモルファスフェースの断面
形状を矩形のみならず、種々の形状にすることができ
る。ここで、上述した例では、圧延水冷ロール16は位
置を変えずに回転しており、水冷電極14の水平位置は
ほぼ固定され、水冷ハース12を水平に平行移動してい
るが、本発明はこれに限定されず、逆に圧延水冷ロール
16は回転しながら水冷電極14とともに水平に平行移
動させ、水冷ハース12を固定するようにしてもよい。
【0058】また、本発明においては、溶融金属38を
適切に圧延できれば、図示例のように、水冷ハース12
の圧延鋳型部13や双ロール方式の下側圧延ロールなど
にキャビティ13aを設けてもよいが、本発明はこれに
限定されず、キャビティを設けなくともよい。また、上
述の例では、圧延水冷ロール16を強く水冷し、圧延鋳
型部13や双ロール方式の下側圧延ロールなどは強制的
に冷却していないが、強制的に冷却して良いことは勿論
である。また、上述した例では、水冷ハース12、水冷
電極14および圧延水冷ロール16は、冷却水によって
強制的に冷却されているが、本発明はこれに限定され
ず、他の冷却媒体(冷媒)、例えば冷媒ガスなどを用い
てもよい。本発明の金属ガラス製フェースは、基本的に
以上のような圧延方式の製造方法および装置によって製
造される。
【0059】次に、本発明のゴルフクラブの金属ガラス
フェースの製造を具体的に実施する鍛造方式の金属ガラ
ス製フェースの製造方法について詳細に説明する。図6
は、本発明の金属ガラス製フェースを製造する鍛造方式
金属ガラス製造装置の構成を模式的に示すフローシート
である。図6に示す鍛造方式金属ガラス製造装置50
は、図2に示す圧延方式金属ガラス製造装置10と、水
冷ハース12の圧延鋳型部13および圧延水冷ロール1
6の代わりに、水冷ハース12に近接して設けられるフ
ェース用下金型52およびこの下金型52との間に挟ん
で融点以上の溶融金属をプレス成型(鍛造または鋳鍛
造)し、かつ急冷する上金型54を有している点を除い
て、同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を
付し、その説明は省略する。
【0060】図6に示す鍛造方式金属ガラス製造装置5
0は、水冷ハース12と、水冷電極14と、水冷ハース
12に近接して設けられ、所望の最終形状のフェース用
キャビティ52aを持つ下金型52と、この下金型52
のキャビティ52a内に水冷ハース12内の融点以上の
溶融金属を不均一核生成を防止しながら、排出させるた
めの溶湯排出機構54aを備え、下金型52のキャビテ
ィ52aと嵌合してキャビティ52a内の融点以上の溶
融金属をプレス成型(鍛造)するとともに、この金属材
料(溶融金属)に固有の臨界冷却速度より速い速度で急
速冷却する上金型54と、水冷ハース12、水冷電極1
4および上金型54に冷水を循環供給する冷却水供給装
置18と、水冷ハース12、水冷電極14および上金型
54を収納する真空チャンバー20と、上金型54の直
下のプレス位置に下金型52が位置するように、真空チ
ャンバー20内において下金型52を持つ水冷ハース1
2を図中矢印b(水平)方向に移動するハース移動機構
22と、上金型54の溶湯排出機構54aがプレス位置
に移動された下金型52を持つ水冷ハース12から融点
以上の溶融金属のみを下金型52のキャビティ52aに
排出させ、次いでキャビティ52a内の融点以上の溶融
金属のみをプレス成型(鍛造)し、かつ急冷するよう
に、真空チャンバー20内において上金型54を図中矢
印c(鉛直)方向に移動する上金型移動機構56とを有
する。この上金型54を上下移動するための上金型移動
機構56は、駆動モータ57によって駆動されるように
構成される。
【0061】次に、本発明の鍛造方式金属ガラス製フェ
ースの製造方法を図6および図7を用いて説明する。こ
こで、図7(a)は、アーク溶解を用いる鍛造方式金属
ガラス製造装置における所望最終形状のアモルファスフ
ェースの製造プロセスの金属材料溶解工程を示す断面模
式図であり、図7(b)は、上金型54と水冷銅製ハー
ス12の下金型52とによる鍛造冷却工程の断面模式図
である。鍛造方式金属ガラス製造装置50においても、
まず、駆動モータ57および23によってそれぞれ上金
型移動機構56およびハース移動機構22を駆動して、
下金型52を持つ水冷ハース12および上金型54をそ
れぞれ移動し、図7(a)に示されるように、その初期
位置にセットする。この後、圧延方式金属ガラス製造装
置10と同様に、水冷銅製ハース12の凹部12aに金
属材料が充填され、鍛造方式の金属ガラスの製造の準備
が終了する。
【0062】以上の準備が終了した後、図7(a)に示
すように、圧延方式金属ガラス製造装置10と同様に、
アーク電源24をオンして水冷電極14の先端からプラ
ズマアーク36を発生させ、金属材料を完全に溶解して
溶融合金38を形成させる。この後、アーク電源をオフ
してプラズマアーク36を消す。同時に、駆動モータ2
3の駆動を開始し、図7(b)に示すように水冷銅製ハ
ース12をハース移動機構22によって図中矢印b方向
に所定速度で上金型54の直下のプレス位置まで水平移
動させる一方、駆動モータ57の駆動を開始し、上金型
54を上金型移動機構56によって図中矢印c方向に下
降させる。
【0063】こうして上金型54が下降し、その溶湯排
出機構54aが水冷ハース12内の融点以上の溶融金属
のみを、水冷ハース12の下金型52の所望の最終のフ
ェース形状を持つキャビティ52aに強制的に押し込
む。この時、溶湯排出機構54aは、水冷ハース12の
底部近傍の融点より低温の不均一核生成による結晶相の
混在を招き易い部分37を全く含まない、融点以上の溶
融金属のみをキャビティ52aに強制的に押し込むの
で、アモルファスフェースにおける不均一核生成などの
欠陥を防止することができる。なお、ここで、溶湯排出
機構54aを構成する突起状物は、熱伝導率の悪い材料
からなるのが好ましく、より好ましくは、予め溶融金属
の融点近傍まで加熱しておくのが好ましい。
【0064】この上金型54がさらに下降すると、下金
型52に達し、そのキャビティ52aに嵌合し、キャビ
ティ52a内の融点以上の溶融金属を上下金型54およ
び52との間に挟み込んで所定押圧力でプレス成型、す
なわち、圧縮応力を付加して鍛造するとともに水冷され
た上金型54で急速に冷却する。このようして、金属溶
湯(溶融金属)38は、上下金型54および52によっ
て所望の最終のフェース形状にプレス成型(鍛造)され
るとともに冷却されるので、大きな冷却速度を得ること
ができる。その結果、溶融金属38は、所望の最終フェ
ース形状に成型(鍛造)されながら臨界冷却速度より速
い速度で冷却されることで、急速に固化することによ
り、所望の最終のフェース形状の薄板状のアモルファス
フェース39を製造することができる。
【0065】こうして得られた、薄板状アモルファスフ
ェース39は、水冷ハース12の底部近傍の融点より低
温の不均一核生成による結晶相の混在を招き易い部分3
7を全く含まない、融点以上の溶融金属のみを流動化や
波立たせることなく、一気に所望の最終のフェース形状
まで変形させ、かつ冷却したものであるので、均一に冷
却凝固され、不均一凝固や不均一核生成による結晶相が
混在せず、しかも湯境いなどの鋳造欠陥のない高強度、
高靱性のアモルファスフェースであるといえる。
【0066】ここで、上述した例では、水冷電極14お
よび上金型54はそれらの水平位置がほぼ固定され、水
冷ハース12を水平に平行移動しているが、本発明はこ
れに限定されず、逆に水冷電極14および上金型54を
水平に平行移動させ、水冷ハース12を固定するように
してもよい。また、上述した例では、水平に平行移動さ
れる水冷ハース12は、1個の水冷ハース12と1個の
下金型52からなる1組しか備えていないが、本発明は
これに限定されず、2組以上の水冷ハース12および下
金型52の組を回転円盤上に所定角度で放射状に配置し
て、回転円盤を順次回転移動させるようにしてもよい。
こうすることにより、回転円盤を順次回転させて連続し
て鍛造する回転円盤式の連続鍛造方式を構成することが
できる。もちろん回転円盤上に配置する水冷ハース12
および下金型52の組は1組でもよいし、1組以上の水
冷ハース12および下金型52の組を配置でき、かつ回
転移動できれば、必ずしも回転円盤でなくともよく、矩
形板などであってもよい。
【0067】また、上述の例では、上金型54を強く水
冷し、下金型52などは強制的に冷却していないが、強
制的に冷却して良いことは勿論である。また、上述した
例では、水冷ハース12、水冷電極14および上金型5
4は、冷却水によって強制的に冷却されているが、本発
明はこれに限定されず、他の冷却媒体(冷媒)、例えば
冷媒ガスなどを用いてもよい。また、上金型54を下金
型52にプレスする上金型移動機構56は、特に制限的
ではなく、従来公知のプレス金型移動機構であれば良
く、例えば油圧機構、空気圧機構等を用いることができ
る。本発明の金属ガラス製フェースは、基本的に以上の
ような鍛造方式の製造方法および装置によって製造され
る。
【0068】
【実施例】本発明に係る金属ガラス製フェースおよびこ
れを用いるゴルフクラブを実施例に基づいて以下に具体
的に説明する。 (実施例I)図6および図7に示す構成の鍛造方式金属
ガラス製造装置50を用いて、以下のようにして、縦1
00mm×横30mm×厚さ2〜20mmの種々の寸法
の矩形板状のアモルファスフェース材を表1に示す種々
(14種)の合金について製造した。なお、本実施例に
おいては、水冷銅製ハース12および下金型52のフェ
ース材用キャビティ52aの寸法および形状は、直径3
0mmΦ×深さ4mmの半球状および縦210mm×横
30mm×深さ2〜20mmの矩形状であった。
【0069】水冷(アーク)電極14は3000℃のア
ーク熱源を最大に使用できるとともにICサイリスタに
より温度制御も可能なものとし、冷却用Arガスをアダ
プタ14aに設けられた冷却用ガス噴出口(図示せず)
から噴出させた。水冷電極14は、アーク発生部にトリ
ウム入りタングステンを使用したため、電極消耗とコン
タミネーションを極力低下でき、かつ水冷電極構造のた
め、機械的、熱的に安定しており、連続使用が可能で、
高い熱効率を達成できた。本実施例においては、鍛造方
式金属ガラス製造装置50が、以下の操作条件で操作さ
れた。アーク溶解中の電流と電圧は、それぞれ250A
と20Vであり、水冷電極14と粉末状およびペレット
状金属材料との間の距離は0.7mmに調節された。上
金型54に付加したプレス圧は、5M〜20MPaであ
り、製造される矩形板状のアモルファスフェース材の厚
さに応じて変化させた。
【0070】このようにして鍛鋳造法によって製造され
た矩形板状のアモルファス合金フェース材の構造は、X
線回折分析、光学顕微鏡検査(OM)、エネルギ分散X
線分光分析(EDX)とリンクされた走査型電子顕微鏡
検査によって試験された。OM試料に対するエッチング
処理は30%沸化水素酸溶液中、303Kで1.8ks
行われた。構造的緩和、ガラス転移温度(Tg)、結晶
化温度(Tx)および結晶化熱(ΔHx:過冷却液体領
域の温度幅)は示差走査熱量測定法(DSC)によって
加熱速度0.67K/sで測定された。また、得られた
矩形板状のアモルファス合金材の機械的特性も測定され
た。測定された機械的特性は、以下の破断エネルギ(E
s)、ビッカース硬さ(Hv)、引張強さ(σf)(な
お、実施例4、5、10および11では、引張強さでは
計測できず、圧縮強さで計測した。)、伸び(εf)お
よびヤング率(E)であった。なお、ビッカース硬さ
(Hv)はビッカース微小硬度計によって100g負荷
で測定された。得られた14種類の合金の矩形板状のア
モルファスフェース材の合金組成およびその特性も合わ
せて表1に示す。なお、表1中符号tは、矩形板状のア
モルファスフェース材の厚さを示す。
【0071】
【表1】
【0072】
【表2】
【0073】さらに、実施例14のZr55Al10Cu30
Ni5 合金材のX線回折の結果と結晶化熱の測定結果お
よび顕微鏡写真(倍率500)をそれぞれ図8と図9お
よび図10に示す。図8は、実施例14のZr55Al10
Cu30Ni5 合金材のほぼ中央部でしかも横断面の中心
域でのX線回折図形を示している。この合金材は縦30
mm×横40mm×厚さ20mmの矩形状であった。こ
の合金材のX線回折図形にはブロードなハローピークの
みしか見られず、構成相はアモルファス相単相であるこ
とがわかる。また、この合金材の横断面の光学顕微鏡写
真においても、合金材のほぼ中央域には結晶相の析出を
示すコントラストは見られず、アモルファス単相となっ
ており、X線回折の結果と一致した。これらから、銅製
ハース(銅炉床)に近い領域のアモルファス相と結晶相
との混在を引き起こす銅炉床に接触した領域の、融点よ
り低い温度の溶融金属が全く含まれていなかったことを
示し、その結果、銅炉床との接触による不均一核生成が
防止されたことが分かる。
【0074】図9は、実施例14のZr55Al10Cu30
Ni5 合金材のほぼ中央部でのアモルファス相から得た
DSC曲線を示している。ガラス遷移による吸熱反応と
結晶化による発熱反応の開始がそれぞれ680℃および
760℃に見られ、過冷却液体域が80℃のかなり広い
温度域において生成している。この結果は、真にガラス
状の金属が本発明法を適用した鍛造法という製造プロセ
スにおいても不均一核生成の発生を防止した、強度特性
に優れたアモルファス単相の矩形状合金材を製造できる
ことを実証している。なお、得られた矩形状のアモルフ
ァス合金フェース材の中央域のビッカース硬度(Hv)
はいずれもリボン状試料に対する値(550)とほぼ同
じ540であった。図10は、実施例14のZr55Al
10Cu30Ni5 合金材のほぼ中央部でしかも横断面の中
心域での金属組織を示す顕微鏡写真(500倍)であ
る。この写真によって、得られた矩形状のアモルファス
合金フェース材は、不均一核生成が防止され、結晶相の
混在がほとんどないアモルファス単相合金材であること
を実証されている。
【0075】表1から明らかなように、実施例1〜14
のいずれにおいても、優れた機械的強度を示しているこ
とから、本発明に適用される鍛鋳造法によって製造され
た矩形状のアモルファス合金フェース材は、湯境いなど
の鋳造欠陥のない、高い強度および靱性を持ち、強度特
性および打球特性に優れたゴルフクラブヘッドのフェー
ス用成形品であることが分かる。また、実施例14の解
析からも分かるように、これらの実施例で得られた矩形
状のアモルファス合金フェース材は不均一核生成を防止
し、結晶相の混在の全くないアモルファス単相からなる
ことが分かる。
【0076】(実施例II)実施例Iの実施例1〜14の
中で、アモルファス形成能が高く、しかもヤング率が低
く、強度の高い実施例14のZr55Al10Cu30Ni5
合金を用い、実際のウッド型クラブヘッド用のフェース
部材を成形し、クラブヘッド3に組み込み、実験を行っ
た。成形したフェース4の形状は、図11に示す形状で
あり、かつその厚みが、1mm、2mm、3mm、4m
mおよび5mmであるキャビティ52aを有する5種類
の下金型52を用意して、実施例Aの実施例14と同様
にして厚みの異なる5種類のフェース4を各々複数個ず
つ作製した。
【0077】まず、こうして作成されたフェース4自体
の強度評価を図12に示すように、フェース4そのもの
に曲げ荷重を負荷することで行った。図12に示すフェ
ース曲げ試験において、フェース4を直径10mmの丸
棒62,64で支持し、その支点間の距離を30mmと
し、その支点間の中心線上で、フェース4の上側に直径
10mmの丸棒66を圧子として配置し、この圧子で荷
重を負荷して行き、破壊時の荷重で強度を評価した。そ
の結果を表2に示す。
【0078】一方、作製されたフェース4をヘッド(容
積が270ccのチタン合金製のウッド型クラブヘッ
ド)3に接合した。ここでヘッド本体と作製したフェー
ス部材の接合は、両者の嵌め合わせ部を機械加工した
後、エポキシ系接着剤で接着接合した。こうして作製さ
れたクラブヘッド3にシャフト(住友ゴム工業(株)製
ファージェクトWT50V510ブラウンカーボン)を
取り付け、ゴルフクラブを作製し、クラブとしての性能
として反発効率(ボール初速/ヘッド速度の比で定義さ
れる)およびフェース部材の耐久性を評価した。はじめ
に、クラブとしての性能である反発効率は、次のように
行った。作製したゴルフクラブをスウィングロボットに
取り付け、ヘッド速度45m/sでゴルフボール(住友
ゴム工業(株)製 DDH TOUR SPECIAL )を打ち出した。
この際のボール初速を打撃直前のヘッド速度で割り算し
た値を反発効率と定義し、この反発効率の値で反発の良
し悪しを評価した。その結果を表2に示す。
【0079】次に、フェース部材の耐久性は、同様のス
ウィングロボットを用い、ヘッド速度50m/sで上記
ゴルフボールの実打を行い、フェース部材の破損の有無
を目視で判定した。なお、実打の回数は、最大5000
発とし、フェース部材の破損が生じた場合には、その時
点で実打を中止した。耐久性の評価指標は以下の通りで
ある。 5000発まで破損なし ○ 1000発以上5000発未満で破損 △ 1000発未満で破損 × その結果を表2に示す。
【0080】 *ヤング率は実施例14での結果をそのまま用いた。
【0081】表2に示すように、1mm〜5mm厚のフ
ェース部材を作製し、実験を行ったところ、フェース厚
みが薄くなるほど、いいかえるとE×Tの値が小さくな
るほどヘッドとボールの反発が高くなるという結果が得
られた。耐久性についてはフェース厚み1.0mmにお
いて、いいかえるとE×Tが小さくなりすぎると、10
00発未満で破損するという結果となったが、反発効率
は最も良好であった。その結果、E×Tの値で見てみる
と、100〜350 GPa・mmの範囲のものが、反発効率
および耐久性の点でクラブヘッドとして好ましいことが
わかる。
【0082】以上のようにして得られた金属ガラス製フ
ェースをクラブヘッドのクラブフェースに持つゴルフク
ラブは、特性にバラツキのなく、高強度、高靱性などの
強度特性にも優れ、歩留りがよく製造コストが低減さ
れ、安定的に製造された金属ガラス製フェースを用いて
いるので、ゴルフボールの打撃に際してもゴルフボール
とフェースとの衝突において安定して再現性を維持で
き、その結果、飛距離、方向性、衝撃特性、強度、靱性
などの優れた打球特性および強度特性を発揮することが
できる。
【0083】本発明に係るゴルフクラブについて、種々
の実施形態を挙げて、詳細に説明したが、本発明はこれ
らに限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において、種々の改良や設計の変更を行っても良
いことはもちろんである。
【0084】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、一気に簡単な工程で再現性よく製造された、湯境い
などの鋳造欠陥がなく、強度特性に優れた、所望の、好
ましくは最終のフェース形状のアモルファスフェースを
用いることができるので、ゴルフボールの打撃に際しゴ
ルフボールとフェースとの衝突においても安定して再現
性を維持でき、その結果、飛距離、方向性、衝撃特性、
強度、靱性などの優れた打球特性および強度特性を発揮
することができる。さらに、本発明によれば、一気に簡
単な工程で再現性よく得られた、融点以下の溶融金属に
よる不均一核生成によって結晶核が成長した結晶相が混
在しない、すなわち融点以上の溶融金属のみを臨界冷却
速度以上の速度で冷却したアモルファス単相からなる、
強度特性および打球特性に優れた所望のフェース形状の
アモルファスフェースを用いているので、特性にバラツ
キがなく、均質な特性を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)および(b)は、本発明に係るゴルフ
クラブの一実施例の正面模式図および別の実施例の斜視
模式図である。
【図2】 本発明に係るゴルフクラブに用いられる金属
ガラス製フェースを製造する圧延方式金属ガラス製造装
置の一構成例を模式的に示すフローシートである。
【図3】 図2に示す圧延方式金属ガラス製造装置の水
冷ハースおよび圧延鋳型の一実施例を示す上面模式図で
ある。
【図4】 本発明において、熱源としてアーク電極を用
いる圧延方式金属ガラス製造装置による板状アモルファ
スフェースの製造プロセスの一例を示す模式図であり、
(a)は金属材料溶解工程の模式図、(b)は溶融金属
の圧延冷却工程の模式図である。
【図5】 (a)および(b)は、それぞれ、本発明に
用いられる圧延方式金属ガラス製造装置の別の実施例の
要部の部分断面図および部分上面図である。
【図6】 本発明に用いられる金属ガラス製フェースを
製造する鍛造方式金属ガラス製造装置の一構成例を模式
的に示すフローシートである。
【図7】 本発明において、熱源としてアーク電極を用
いる鍛造方式金属ガラス製造装置による板状アモルファ
スフェースの製造プロセスの一例を示す模式図であり、
(a)は金属材料溶解工程の模式図、(b)は溶融金属
の鍛造冷却工程の模式図である。
【図8】 本発明の実施例14において製造されたZr
55Al10Cu30Ni5合金材の横縦断面における中央域
から取られたX線回折パターンである。
【図9】 本発明の実施例14において製造されたZr
55Al10Cu30Ni5合金材の横縦断面における中央域
から取られた示差走査熱量測定曲線である。
【図10】 本発明の実施例14において製造されたZ
55Al10Cu30Ni5 合金材の横縦断面における中央
域の金属組織を示す図である。
【図11】 本発明の実施例IIにおいて成形されたフェ
ースの一例の形状を示す模式図である。
【図12】 本発明の実施例IIにおいて成形されたフェ
ースの曲げ強度試験の状態を示す斜視模式図である。
【符号の説明】
1、5 ゴルフクラブ 2 ネック 3 ヘッド 4 金属ガラス製フェース 10 圧延方式金属ガラス製造装置 12 水冷銅製ハース 12a 凹部(窪み) 13 圧延鋳型 13a、52a キャビティ(凹部) 14 水冷(タングステン)電極 15、17、23、57 駆動モータ 16 圧延水冷ロール 16a、54a 溶湯排出機構 18 冷却水供給装置 20 真空チャンバー 22 ハース移動機構 24 アーク電源 26 半導体レーザセンサ 28,34 ガス供給源(ガスボンベ) 30 油拡散真空ポンプ(ディフュージョンポンプ) 32 油回転真空ポンプ(ロータリーポンプ) 36 プラズマアーク 38 溶融合金(溶融金属) 39 薄板状アモルファスバルク材 50 鍛造方式金属ガラス製造装置 52 下金型 54 上金型 56 上金型移動機構 a 圧延水冷ロール16の回転方向 b 水冷ハース12の移動方向 c 上金型54の移動方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内元支倉35番地 川内住宅11−806 (72)発明者 真壁 英一 宮城県仙台市宮城野区苦竹3丁目1番25 号 (72)発明者 大貫 正秀 兵庫県三木市別所町下石野722−2 (56)参考文献 特開 平4−336083(JP,A) 特開 平8−109419(JP,A) 特開 昭62−110849(JP,A) 特開 平8−120363(JP,A) 特開 平6−57309(JP,A) 特開 平9−323146(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A63B 53/04 C22C 1/00,45/00 - 45/10 B22D 18/02,27/09

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クラブヘッドに金属ガラス製フェースを有
    するゴルフクラブであって、 前記金属ガラス製フェースが、ハース上に金属材料を充
    填し、この金属材料を溶融可能な高エネルギ熱源を用い
    て前記金属材料を溶解後、得られた融点以上の溶融金属
    を、溶融金属の融点以下の冷却界面どうしを重ね合わせ
    ることなく押圧して、融点以上の溶融金属に圧縮応力お
    よび剪断応力の少なくとも一方を与えて所望の形状に変
    形し、変形後もしくは変形と同時に前記溶融金属を臨界
    冷却速度以上で冷却して製造された前記所望の形状の金
    属ガラス製フェースであることを特徴とするゴルフクラ
    ブ。
  2. 【請求項2】前記金属ガラス製フェースのビッカース硬
    さが、300Hv以上である請求項1に記載のゴルフク
    ラブ。
  3. 【請求項3】前記金属ガラス製フェースのヤング率が、
    50GPa〜150GPaである請求項1または2に記
    載のゴルフクラブ。
  4. 【請求項4】前記金属ガラス製フェースの厚さが、1.
    5mm〜4.5mmである請求項1〜3のいずれかに記
    載のゴルフクラブ。
  5. 【請求項5】前記金属ガラス製フェースのヤング率E
    (GPa)と厚さT(mm)との積E×Tの値が、10
    0〜350である請求項1〜4のいずれかに記載のゴル
    フクラブ。
  6. 【請求項6】前記金属ガラス製フェースの引張強度が、
    1000MPa以上である請求項1〜5のいずれかに記
    載のゴルフクラブ。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれかに記載のゴルフク
    ラブであって、 前記溶解後の融点以上の溶融金属は、前述の溶融金属の
    融点以下の冷却面どうしに加え、この冷却面と他の融点
    以下の冷却面とが重ね合わせられることなく押圧される
    ことを特徴とするゴルフクラブ。
  8. 【請求項8】前記溶融金属の押圧および変形は、前記ハ
    ース上に配置された圧延冷却ロールによって前記融点以
    上の溶融金属のみを板状または所望の形状に圧延すると
    同時に冷却することによって行われる請求項1〜7のい
    ずれかに記載のゴルフクラブ。
  9. 【請求項9】前記金属ガラス製フェースは、前記ハース
    内に充填された金属材料を溶解した後、前記ハースを前
    記高エネルギ熱源および前記圧延冷却ロールと相対的に
    移動させるとともに前記圧延冷却ロールを回転させるこ
    とにより、前記ハース上に盛り上がった前記融点以上の
    溶融金属のみを圧延し、かつ冷却して製造された、板状
    または所望の形状を持つ金属ガラス製フェースである請
    求項8に記載のゴルフクラブ。
  10. 【請求項10】前記ハースは、長尺状をなし、前記金属
    ガラス製フェースは、前記長尺のハースを前記高エネル
    ギ熱源および前記圧延冷却ロールと相対的に移動させる
    ことによって前記金属材料の前記高エネルギ熱源による
    溶解および前記融点以上の溶融金属の圧延および冷却を
    連続的に行って連続的に製造された、複数の板状金属ガ
    ラス製フェースまたは所望の形状の金属ガラス製フェー
    スである請求項8に記載のゴルフクラブ。
  11. 【請求項11】前記圧延冷却ロールは、前記ハースに対
    応する位置に前記ハース内の前記融点以上の溶融金属を
    前記ハース外に排出させるための、熱伝導率の低い材料
    からなる溶湯排出機構を有する請求項8〜10のいずれ
    かに記載のゴルフクラブ。
  12. 【請求項12】前記溶融金属の押圧および変形は、前記
    ハースに近接して設けられた前記所望の形状のキャビテ
    ィを有する下型に前記融点以上の溶融金属のみを流動化
    させずにそのまま前記ハースから移動させた後、直ちに
    冷却上型で押圧して前記所望の形状に鍛造すると同時に
    冷却することによって行う請求項1〜7のいずれかに記
    載のゴルフクラブ。
  13. 【請求項13】前記金属ガラス製フェースは、前記ハー
    ス内に充填された前記金属材料を溶解した後、前記ハー
    スおよび前記下型を前記上型の直下に移動し、直ちにこ
    の上型を前記下型に向けて下降させることによって、前
    記ハース内の前記融点以上の溶融金属のみを前記下型に
    移動させて押圧かつ冷却し、鍛造して製造された前記所
    望形状の金属ガラス製フェースである請求項12に記載
    のゴルフクラブ。
  14. 【請求項14】前記上型は、前記ハースに対応する位置
    に前記ハース内の前記融点以上の溶融金属を前記ハース
    外に排出させるための、熱伝導率の低い材料からなる溶
    湯排出機構を有する請求項12または13に記載のゴル
    フクラブ。
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