(57)【要約】【課題】本発明は、高温の固溶化処理が行われずに、形状調整などに適う伸び性や加工性が保たれる上、引張強さも良いアイアンクラブヘッドの製造と共に形成される鉄基合金を図る。【解決手段】総重量を基準として、Ｃｒ：２１．５〜２４．５重量％、Ｎｉ：４．４５〜６．０５重量％、Ｎ：０．１７〜０．２３重量％、Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｃ：０重量％以上、０．０６重量％以下、及び、残部：Ｆｅおよび不可避的な不純物の総成分比例となっていることを特徴とする、アイアンクラブヘッドの構成に適う鉄基合金を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
総重量を基準として、
Ｃｒ：２１．５〜２４．５重量％、
Ｎｉ：４．４５〜６．０５重量％、
Ｎ：０．１７〜０．２３重量％、
Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、
Ｃ：０重量％以上、０．０６重量％以下、及び、
残部：主成分のＦｅおよび不可避的な不純物、
の総成分比例となっていることを特徴とする、アイアンクラブヘッドの構成に適う鉄基合金。
【請求項２】
オーステナイト相をベースとして粒状のフェライト相を６〜１７％含んだ金相構造となっており、且つ、その下記式（１）
Ｃｒ当量＝％Ｃｒ＋１．５％Ｓｉ＋％Ｍｏ・・・（１）
に示すＣｒ当量が２２〜２６であり、下記式（２）
Ｎｉ当量＝％Ｎｉ＋３０（％Ｃ＋％Ｎ）＋０．５（％Ｍｎ＋％Ｃｕ＋％Ｃｏ）・・・（２）
（各式中、％成分元素は、重量％により示される前記各当該成分元素の含有率である。）
に示すＮｉ当量が１２〜１６であることを特徴とする請求項１に記載鉄基合金。
【請求項３】
前記Ｃｒ当量は、２２．５〜２５．８の範囲にあり、前記Ｎｉ当量は、１３．２〜１５．０の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載鉄基合金。
【請求項４】
総重量を基準として、Ｓｉ：０重量％以上、１．０重量％以下を更に含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載する鉄基合金。
【請求項５】
総重量を基準として、Ｍｎ：０重量％以上、１．０重量％以下を更に含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載する鉄基合金。
【請求項６】
その生地が請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の鉄基合金となっているアイアンクラブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイアンクラブヘッドの構成に適う鉄基合金及びそれからなっているアイアンクラブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブセットには、通常、ウッドクラブ、アイアンクラブ、ピッチングウエッジ、サウンドウエッジ及びパター等、数種類のクラブがある。
その中で、アイアンクラブは、ボールを目標まで正確に到達させることを目的とするものであって、その特徴は、ウッドクラブに比べて飛距離は短いが、打球が高くて、ボールを目標方向に打撃し易いという点にある。
【０００３】
現在の鉄基合金製のゴルフクラブヘッドの製造方法には、主にロストワックス法などの精密鋳造法及び鍛造加工法の二種類がある。ロストワックス鋳造法の方はコストが低いが、鍛造加工法の方は機械的性質の良い合金生地となっているクラブヘッドを造ることができる、など多方面で優れている。
【０００４】
本出願人が特許文献１に開示したように、従来のアイアンクラブヘッドの生地合金は、鉄基合金であって、オーステナイト相をベースとして粒状なフェライト相を６〜１７％含んだ金相構造の形成を目指す従来の鋳造法または鍛造法でなされているが、その総成分比例は、総重量を基準として、Ｃｒ：２１．８〜２４．８重量％、Ｎｉ：７．８〜８．８重量％、Ｎ及びＣ：０．０３〜０．１２重量％、及び、残部：主成分のＦｅおよび不可避的な不純物となっている（図１の、金相のＣｒ当量とＮｉ当量との関係図における分布状態図、参照）。
【０００５】
しかしながら、前記総成分比例だけからみても分かるように、この従来の鉄基合金は、伸び性や加工性を高めるために、ニッケル（Ｎｉ）を多く添加している。このニッケルに富んでいる鉄基合金を生地としたクラブヘッドは、形状調整のための加工性に優れた反面、機械的強度、特に引張強さが十分でないので、変形しやすいという欠点がある。
【０００６】
また、ロストワックス法などの鋳造加工法であれ、鍛造加工法であれ、前記従来の鉄基合金を使用すると、製造したクラブヘッドは、必ず１０５０℃の温度で３０分〜１６時間の固溶化処理を行わなければならない、という欠点もある。
【特許文献１】中華民国特許第５２４７０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ニッケルにそれ程富んでいなくても、形状調整などに適う伸び性や加工性が保たれる上、引張強さも良いアイアンクラブヘッドの製造と共に形成される鉄基合金を提供することを一つの目的とする。
【０００８】
本発明は、また、高温の固溶化処理が行われずに、ロストワックス法だけで、前記アイアンクラブヘッドの製造と共に形成される鉄基合金を提供することをもう一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、まず、総重量を基準として、Ｃｒ：２１．５〜２４．５重量％、Ｎｉ：４．４５〜６．０５重量％、Ｎ：０．１７〜０．２３重量％、Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｃ：０重量％以上、０．０６重量％以下、及び、残部：Ｆｅおよび不可避的な不純物の総成分比例となっていることを特徴とする、アイアンクラブヘッドの構成に適う鉄基合金を提供する。
【００１０】
本発明は、また、その生地が前記鉄基合金となっているアイアンクラブヘッドをも提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鉄基合金の総成分比例は、従来の７．８〜８．８重量％より遥かに少ない４．４５〜６．０５重量％のニッケルを含む上、銅も１．５〜３．５重量％含んでいるので、それからなっているアイアンクラブヘッドは、機械的強度、特に引張強さがかなり十分であるため、従来のような、変形しやすい欠点がない。
【００１２】
本発明の鉄基合金は、その成分に、従来のアイアンクラブヘッドの生地である鉄基合金より、ニッケルが遥かに少ないが、銅を１．５〜３．５重量％含んでいるので、アイアンクラブヘッドの形状調整に適う伸び性や加工性をもっている。
【００１３】
本発明の鉄基合金は、高温の固溶化処理を行われずに、ロストワックス法だけで形成されうるので、コストは従来の鋳造法よりも鍛造加工法よりも遥かに低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のアイアンクラブヘッドの構成に適う鉄基合金は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金であって、従来のアイアンクラブヘッドの生地である鉄基合金と同じく、オーステナイト相をベースとして粒状のフェライト相を６〜１７％含んだ金相構造となっているが、その総重量を基準として、Ｃｒ：２１．５〜２４．５重量％、Ｎｉ：４．４５〜６．０５重量％、Ｎ：０．１７〜０．２３重量％、Ｃｕ：１．５〜３．５重量％、Ｃ：０重量％以上、０．０６重量％以下、Ｓｉ：０重量％以上、１．０重量％以下、Ｍｎ：０重量％以上、１．０重量％以下、及び残部：主成分のＦｅおよび不可避的な不純物、の総成分比例となっているものである。
【００１５】
以下、まず、その構成原理を説明する。
【００１６】
Ｃｒの添加は、材料の耐食性及び酸化抵抗性だけでなく、材料の硬度及び高温強度をも高めることができ、特に高炭素鋼の耐摩耗性の向上には著しい効果がある。Ｃｒは、安定な体心立方格子構造のフェライト相を形成するためのものであって、含有量が２１．５重量％より少ない場合、フェライト相が６％以下になり、不足となるので、合金の引張強さは足りない。含有量が２４．５重量％より多い場合、フェライト相が１７％以上を生じ、過多で加工性や伸び性が悪くなる。
【００１７】
即ち、アイアンクラブヘッドの製造過程において、生地の合金構造を、オーステナイト相をベースとして粒状のフェライト相を６〜１７％含んだ金相構造にコントロールしやすくするために、Ｃｒの含有量は、２１．５〜２４．５重量％の範囲に制御することが好ましい。
【００１８】
Ｎｉは、材料の耐食性及び酸化抵抗性だけでなく、安定な面心立方格子構造のオーステナイト相を形成するものであって、含有量が４．４５重量％より少ない場合、オーステナイト相が不安定である上、フェライト相を１７％以上生じて過多となって、合金の加工性や伸び性が悪くなる。含有量が６．０５重量％より多い場合、オーステナイト相は安定であるが、フェライト相が６％以下になり、不足して、下記Ｃｕがあっても、引張強さは不十分になる。
【００１９】
即ち、アイアンクラブヘッドの製造過程において、生地の合金構造を、オーステナイト相をベースとして粒状のフェライト相を６〜１７％含んだ金相構造にコントロールしやすくするために、Ｎｉの含有量は、４．４５〜６．０５重量％の範囲に制御することが好ましい。
【００２０】
Ｃｕは、前記Ｎｉ含有量減少による伸び性の減少を補い、且つ合金の引張強さを高めるためのものであって、含有量が１．５重量％より少ない場合、クラブクラブ全体の強度が不足する。含有量が３．５重量％より多い場合、錆び易いため、合金の酸化抵抗性に悪い影響を与えるので、１．５〜３．５重量％の範囲にあることが好ましい。
【００２１】
Ｃ及びＮは、鉄基合金に不可欠な構成元素だけでなく、オーステナイト相に必要な元素でもある。ＣとＮの含有量増加によって、フェライト相の過度成長を抑える一方、オーステナイト相をも安定にさせることができるが、ＣとＮの量があまり多い場合、材料の耐食性に悪い影響を与える恐れがある。
【００２２】
即ち、アイアンクラブヘッドの製造過程において、生地の合金構造を、オーステナイト相をベースとして粒状のフェライト相を６〜１７％含んだ金相構造にコントロールしやすくさせる上、材料の耐食性に悪い影響を与えないために、ＣとＮの含有量は、０．２２〜０．２８重量％の範囲、特に、Ｃの含有量は、０重量％以上、０．０６重量％以下の範囲に、Ｎの含有量は、０．１７〜０．２３重量％の範囲に制御することが好ましい。
【００２３】
Ｓｉの添加は、合金における気孔の形成を防止すると共に、収縮作用を促進し、且つ溶融鉄鋼の流動性を高めるものであるが、含有量が１．０重量％より多い場合、合金が脆化し易くなり、合金の加工性や伸び性が悪くなる。そのため、本発明の合金において、Ｓｉの含有量が１．０重量％以下に限定される。
【００２４】
Ｍｎは、Ｆｅと共存するものであって、Ｓと結合し易いため、Ｓによる合金への熱脆化を防ぐことができ、それに合金中の酸化物を除去することもできる。更に、Ｍｎは、面心立方格子構造のオーステナイト相を安定させることができるので、本発明はその合金に、１．０重量％未満のＭｎ含有をコントロールする。
【００２５】
本発明の鉄基合金の各成分元素の含有量を前記総成分比例の範囲内で調整することで、本発明の鉄基合金は、引張強さが十分である上、ロストワックス鋳造法によってそれと共に形成されたアイアンクラブヘッドの形状調整に適う伸び性や加工性をもっている。
【００２６】
ちなみに、直立となるアイアンクラブのクラブヘッドにおける、打撃面としてのフェイス板と鉛直線とで挟んでなるロフト角は、ボール飛行軌跡の高さを決定する主な要因である。前記アイアンクラブヘッドの形状調整に適う伸び性や加工性は、加熱せずに、前記ロフト角を延性加工機器（例えば、油圧式のジャッキ）で±５度の角度範囲内に調整することができる伸び性をいう。
【００２７】
また、本発明の鉄基合金は、ロストワックス鋳造法によるアイアンクラブヘッドの形成と共になる。
【００２８】
さらに、本発明のフェライト相含有率は、次の式（１）及び式（２）を用いて、Ｃｒ当量、Ｎｉ当量を算出し、指標として利用してもよい。
Ｃｒ当量＝％Ｃｒ＋１．５％Ｓｉ＋％Ｍｏ・・・（１）
Ｎｉ当量＝％Ｎｉ＋３０（％Ｃ＋％Ｎ）＋０．５（％Ｍｎ＋％Ｃｕ＋％Ｃｏ）・・・（２）
（各式中、％成分元素は、重量％により示される前記各当該成分元素の含有率である。）
【００２９】
このようなＣｒ当量とＮｉ当量との、鉄基合金における金相分布に与える関係は、すでに図１の分布状態図に示されている。本発明の鉄基合金は、Ｃｒ当量とＮｉ当量とが、フェライト相含有率が６％以上１７％以下となる領域内に調整されてなるものである。即ち、図１における破線に囲まれた本発明の範囲に示すように、本発明の相構成の範囲は、オーステナイト相をベースとして、５％のフェライト相含有率を意味する５％Ｆ線と２０％のフェライト相含有率を意味する２０％Ｆ線との間にある。
【００３０】
図１に示すように、さらに詳しく言えば、本発明の相構成におけるＣｒ当量は、２２〜２６の範囲にあるのが好ましく、２２．５〜２５．８の範囲にあるのがより好ましい。また、本発明の相構成におけるＮｉ当量は、１２〜１６の範囲にあるのが好ましく、１３．２〜１５．０の範囲にあるのがより好ましい。
【００３１】
（実施例）
以下、本発明の実施例を説明する。
表１に示すように、本発明の鉄基合金の実施例（実施例１〜４）は、いずれも、高温の固溶化処理が行われずに、ロストワックス鋳造法だけでアイアンクラブヘッドを成形すると共に生成されたアイアンクラブヘッドの合金生地である。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
また、前記実施例の成分及び機械的性質を評価するために、前記表１にも、比較例（比較例１〜４）を４つ挙げ、そのうち、比較例４は従来の鍛造加工法で行った外、他の比較例はすべて従来のロストワックス鋳造法を行って生成したものであり、また、この４つの比較例は、すべて、クラブヘッドを成形した後、高温の固溶化処理を加えた。
【００３４】
（実施例１）
ロウでゴルフクラブヘッドと同じ形のロウ型を作り、周りを鋳砂で覆い固め、そして、ロウ型を溶融させて鋳砂からなった層にある開口から排出してキャビティのある砂型を構成し、そして、本発明の鉄基合金を形成するための成分、即ち、Ｃｒ：２２.２６重量％、Ｎｉ：５.４６重量％、Ｎ：０.１９重量％、Ｃｕ：２.３８重量％、Ｃ：０．０４重量％、Ｓｉ：０.５６重量％、Ｍｎ：０.３７重量％、及び残部：主成分のＦｅなどを溶融混合してから、従来のように、オーステナイト相をベースとして粒状なフェライト相を６〜１７％含んだ金相構造（図１の本発明概略の相構成状態図及び図２の顕微金相構成図参照）になるようにコントロールしながら砂型のキャビティに注入し固化させた後、砂型を破壊して成型物を取り出し、最後に、研磨や仕上げによりアイアンクラブヘッドの製造を完成し、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００３５】
（実施例２）
その添加成分をＣｒ：２３.３８重量％、Ｎｉ：４.７２重量％、Ｎ：０.２３重量％、Ｃｕ：２.９２重量％、Ｃ：０．０５重量、Ｓｉ：０.６０重量％、Ｍｎ：０.５１重量％、及び残部：主成分のＦｅとする外、他の手順はすべて実施例１と同様に行ってアイアンクラブヘッドの製造を完成し、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００３６】
（実施例３）
その添加成分をＣｒ：２１.８５重量％、Ｎｉ：６.０３重量％、Ｎ：０.１７重量％、Ｃｕ：１.５１重量％、Ｃ：０.０６重量％、Ｓｉ：０.５２重量％、Ｍｎ：０.４８重量％、及び残部：主成分のＦｅとする外、他の手順はすべて実施例１と同様に行ってアイアンクラブヘッドの製造を完成し、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００３７】
（実施例４）
その添加成分をＣｒ：２４.１６重量％、Ｎｉ：４.４８重量％、Ｎ：０.２３重量％、Ｃｕ：３.０２重量％、Ｃ：０.０３重量％、Ｓｉ：０.６３重量％、Ｍｎ：０.５２重量％、及び残部：主成分のＦｅとする外、他の手順はすべて実施例１と同様に行ってアイアンクラブヘッドの製造を完成し、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００３８】
（比較例１）
その添加成分をＣｒ：２３.３０重量％、Ｎｉ：８.５４重量％、Ｎ：０.０６重量％、Ｃ：０．０５重量％、Ｓｉ：０.５１重量％、及び残部：主成分のＦｅとする外、他の手順はすべて実施例１と同様に行ってアイアンクラブヘッドを成形してから、１０５０℃の温度で４時間の固溶化処理を行い、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００３９】
（比較例２）
その添加成分をＣｒ：２４.４５重量％、Ｎｉ：８.８９重量％、Ｎ：０.０４重量％、Ｃ：０.０４重量％、及び残部：主成分のＦｅとする外、他の手順はすべて実施例１と同様に行ってアイアンクラブヘッドを成形してから、１０５０℃の温度で４時間の固溶化処理を行い、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００４０】
（比較例３）
その添加成分をＣｒ：２０.４５重量％、Ｎｉ：８.１４重量％、Ｎ：０.０４重量％、Ｃ：０.０６重量、Ｍｎ：０.７８重量％、及び残部：主成分のＦｅとする外、他の手順はすべて実施例１と同様に行ってアイアンクラブヘッドを成形してから、１０５０℃の温度で４時間の固溶化処理を行い、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００４１】
（比較例４）
その添加成分をＣｒ：２６.１５重量％、Ｎｉ：９.８９重量％、Ｎ：０.０３重量％、Ｃ：０.０５重量％、Ｓｉ：０.２３重量％、Ｍｎ：０.４３重量％、及び残部：主成分のＦｅとする外、他の手順は従来の８５０〜９５０℃による鍛造法でアイアンクラブヘッドを成形してから、１０５０℃の温度で３０分の固溶化処理を行い、そして、その引張強さ、降伏強度及び伸びを測定してから表１に記入した。
【００４２】
表１に記入したデータを比較すると、実施例の鉄基合金（実施例１〜４）は、いずれも、高温の固溶化処理が行われずに、ロストワックス鋳造法だけでアイアンクラブヘッドを成形する際に合金化される。しかし、その合金の引張強さは、最小（実施例３）が１０１ｋｓｉとなり、最大（実施例４）は、従来の鍛造加工法による合金生地（比較例４）である１１８．１ｋｓｉに近い１１６ｋｓｉとなる。特に、本発明の鉄基合金は、従来のロストワックス鋳造法で形成されたもの（比較例１〜３）に比べて、引張強さが最小有意だけに高い（実施例３対比較例１）が、最大４８％に至る程度に高い（実施例４対比較例３）。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
叙上のように、本発明の鉄基合金は、従来のアイアンクラブヘッドの生地である鉄基合金と同じ合金相構造となっているが、その総成分比例は、従来のニッケルの一部に代えて銅を１．５〜３．５重量％含んでいるので、それからなっているアイアンクラブヘッドは、機械的強度、特に引張強さが十分である上、その形状調整に適う伸び性や加工性をもっているので、使用時に変形されにくく、且つ、加工時のロフト角調整などにもされやすい。
また、本発明の鉄基合金は、高温の固溶化処理を行われずに、ロストワックス法だけで形成されうるため、コストが従来の鋳造法よりも鍛造加工法よりも低いので、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】金相の、Ｃｒ当量とＮｉ当量との関係図における分布状態図である。
【図２】本発明の実施例１の倍率４００倍の顕微金相構成図である。
【図１】
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【図２】
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