(57)【要約】【課題】製造時に残留応力が発生せず、設計時の機械的性質を確保することができ、容易かつ効率良く製造することができるゴルフクラブヘッドの製造方法およびゴルフクラブヘッドを提供する。【解決手段】原料として合金粉末を用い、積層造形法によりゴルフクラブヘッドを一体的に製造する。原料の合金粉末は、２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の粉末、または、１４〜１６質量％のＶと、２．５〜３．５質量％のＣｒと、２．５〜３．５質量％のＳｎと、２．５〜３．５質量％のＡｌとを含み、残部がＴｉおよび不可避不純物から成るチタン合金の粉末である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料として合金粉末を用い、積層造形法によりゴルフクラブヘッドを一体的に製造することを特徴とするゴルフクラブヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記合金粉末は、２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の粉末であることを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記合金粉末は、１４〜１６質量％のＶと、２．５〜３．５質量％のＣｒと、２．５〜３．５質量％のＳｎと、２．５〜３．５質量％のＡｌとを含み、残部がＴｉおよび不可避不純物から成るチタン合金の粉末であることを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの製造方法。
【請求項４】
２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の積層造形体から成ることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項５】
１４〜１６質量％のＶと、２．５〜３．５質量％のＣｒと、２．５〜３．５質量％のＳｎと、２．５〜３．５質量％のＡｌとを含み、残部がＴｉおよび不可避不純物から成るチタン合金の積層造形体から成ることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項６】
内部に設けられた中空部を有し、前記中空部と外部とを連通する開口を有することを特徴とする請求項４または５記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項７】
前記中空部を複数の空間に仕切るよう設けられた１または複数の隔壁を有することを特徴とする請求項６記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項８】
フェース部の内側面に、前記中空部に向かって突出した突出部を有することを特徴とする請求項６または７記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項９】
ビッカース硬さが３００Ｈｖ以上、伸びが２０〜７５％、最大引張強さが９００ＭＰａ以上、０．２％耐力が５５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１０】
柱状晶を主体とした、１００μｍ以下の結晶粒が均一に分散された組織から成ることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴルフクラブヘッドの製造方法およびゴルフクラブヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のゴルフクラブヘッドは、フェース部、クラウン部、ソール部、ホゼル部から成り、これらの複数の部材をネジや溶接などにより接合して形成されている。また、それらの部材の材質としては、主に、チタン、チタン合金、アルミニウム系合金、銅系合金、ニッケル系合金、鉄系合金などが用いられている（例えば、特許文献１または２参照）。
【０００３】
なお、本発明者等により、２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成る窒素添加Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金の結晶粒微細化方法が開発されている（例えば、特許文献３参照）。この方法によれば、均一で微細な結晶粒から成る組織を有する窒素添加Ｃｏ−Ｃｒ−Ｍｏ合金を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−８００６０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１３０４１９号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１０／０２６９９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２に記載のような従来のゴルフクラブヘッドは、溶接で接合する場合には、冷却後の溶接部に引張の残留応力が発生するため、変形や割れの原因となり、設計時の機械的性質を確保することができないという課題があった。また、複数の部材を組み立てる必要があるため、煩雑で、生産効率が低いという課題もあった。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、製造時に残留応力が発生せず、設計時の機械的性質を確保することができ、容易かつ効率良く製造することができるゴルフクラブヘッドの製造方法およびゴルフクラブヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るゴルフクラブヘッドの製造方法は、原料として合金粉末を用い、積層造形法によりゴルフクラブヘッドを一体的に製造することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係るゴルフクラブヘッドの製造方法は、積層造形法によりゴルフクラブヘッドを一体的に製造するため、溶接やネジによる接合を行う必要がない。このため、製造時に溶接による残留応力が発生せず、設計時の性能を確保することができる。また、積層造形法により一体的に製造するため、複数の部材を組み立てる場合と比べて、容易かつ効率良く製造することができる。また、原料の合金粉末を適切に選択することにより、所望の機械的性質を有するゴルフクラブヘッドを容易に製造することができる。
【０００９】
本発明に係るゴルフクラブヘッドの製造方法で、前記合金粉末は、２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の粉末であってもよい。この場合、２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の積層造形体から成る、本発明に係るゴルフクラブヘッドを製造することができる。製造されたゴルフクラブヘッドは、柱状晶を主体とした、１００μｍ以下の微細な結晶粒が均一に分散された組織から成っている。また、ビッカース硬さが３００Ｈｖ以上、伸びが２０〜７５％、最大引張強さが９００ＭＰａ以上、０．２％耐力が５５０ＭＰａ以上にすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るゴルフクラブヘッドの製造方法で、前記合金粉末は、１４〜１６質量％のＶと、２．５〜３．５質量％のＣｒと、２．５〜３．５質量％のＳｎと、２．５〜３．５質量％のＡｌとを含み、残部がＴｉおよび不可避不純物から成るチタン合金の粉末であってもよい。この場合、１４〜１６質量％のＶと、２．５〜３．５質量％のＣｒと、２．５〜３．５質量％のＳｎと、２．５〜３．５質量％のＡｌとを含み、残部がＴｉおよび不可避不純物から成るチタン合金の積層造形体から成る、本発明に係るゴルフクラブヘッドを製造することができる。
【００１１】
本発明に係るゴルフクラブヘッドは、内部に設けられた中空部を有し、前記中空部と外部とを連通する開口を有していてもよい。この場合、積層造形法で製造した後、中空部に残った原料の合金粉末を、開口から排出することができる。排出後、開口には蓋を取り付ければよい。
【００１２】
本発明に係るゴルフクラブヘッドは、前記中空部を複数の空間に仕切るよう設けられた１または複数の隔壁を有していてもよい。この場合、隔壁により、補強したり、所望の機械的性質を確保したりすることができる。また、隔壁も積層造形法で一体的に製造することができる。このため、中空部の任意の場所に、横方向や縦方向などの任意方向に伸びる隔壁を容易に設けることができる。
【００１３】
本発明に係るゴルフクラブヘッドは、フェース部の内側面に、前記中空部に向かって突出した突出部を有していてもよい。この場合、突出部も積層造形法で一体的に製造することができる。このため、フェース部の内側面の任意の場所に、任意の厚さで、任意の形状を有する突出部を、容易に設けることができる。突出部の場所や厚さ、形状を変えることにより、飛距離や機械的性質を容易かつ自由に調節することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、製造時に残留応力が発生せず、設計時の機械的性質を確保することができ、容易かつ効率良く製造することができるゴルフクラブヘッドの製造方法およびゴルフクラブヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの、開口を有する変形例を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの、（ａ）隔壁を１枚、（ｂ）隔壁を２枚有する変形例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドのフェース部の、（ａ）突出部を有していない例、（ｂ）半球状の突出部を有する変形例、（ｃ）半球殻状の突出部を有する変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドに関し、Ｃｏ基合金の粉末を用いて積層造形法で作製された、（ａ）Φ６．５×１５０ｍｍ試料の上端部でのＰｈａｓｅ像およびＩＰＦ像、（ｂ）下端部でのＰｈａｓｅ像およびＩＰＦ像、（ｃ）Φ６．５×８０ｍｍ試料の上端部でのＰｈａｓｅ像およびＩＰＦ像、（ｄ）下端部でのＰｈａｓｅ像およびＩＰＦ像、（ｅ）縦断面でのＩＰＦ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの製造方法は、原料として合金粉末を用い、積層造形法により、図１に示す本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッド１０を製造するものである。本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの製造方法は、フェース部１１、クラウン部１２、ソール部１３、ホゼル部１４を一体的に製造することができる。
【００１７】
原料の合金粉末は、２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の粉末、または、１４〜１６質量％のＶと、２．５〜３．５質量％のＣｒと、２．５〜３．５質量％のＳｎと、２．５〜３．５質量％のＡｌとを含み、残部がＴｉおよび不可避不純物から成るチタン合金（ＡＳＭ４９１４）の粉末である。これらの合金粉末を用いることにより、それぞれ、２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の積層造形体から成るゴルフクラブヘッド１０、および、１４〜１６質量％のＶと、２．５〜３．５質量％のＣｒと、２．５〜３．５質量％のＳｎと、２．５〜３．５質量％のＡｌとを含み、残部がＴｉおよび不可避不純物から成るチタン合金の積層造形体から成るゴルフクラブヘッド１０を製造することができる。
【００１８】
本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの製造方法によれば、積層造形法によりゴルフクラブヘッド１０を一体的に製造するため、溶接やネジによる接合を行う必要がない。このため、製造時に溶接による残留応力が発生せず、設計時の性能を確保することができる。また、積層造形法により一体的に製造するため、複数の部材を組み立てる場合と比べて、容易かつ効率良く製造することができる。また、原料の合金粉末の種類や組成等を適切に選択することにより、所望の機械的性質を有するゴルフクラブヘッド１０を容易に製造することができる。
【００１９】
なお、図２に示すように、本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの製造方法は、内部に中空部２１を有し、中空部２１と外部とを連通する開口２２を有するゴルフクラブヘッド１０を製造するよう構成されていてもよい。この場合、積層造形法で製造した後、中空部２１に残った原料の合金粉末を、開口２２から排出することができる。排出後、開口２２には蓋を取り付ければよい。図２に示す一例では、クラウン部１２に開口２２が設けられている。
【００２０】
また、図３に示すように、本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの製造方法は、中空部２１を複数の空間に仕切る１または複数の隔壁２３を有するゴルフクラブヘッド１０を製造するよう構成されていてもよい。この場合、隔壁２３により、補強したり、所望の機械的性質を確保したりすることができる。また、隔壁２３も積層造形法で一体的に製造するため、中空部２１の任意の場所に、横方向や縦方向などの任意方向に伸びる隔壁２３を容易に設けることができる。図３（ａ）および（ｂ）に示す例では、それぞれ１枚および２枚の隔壁２３が、フェース部１１の内側面から中空部２１の反対側の面、および、クラウン部１２の内側面からソール部１３の内側面に向かって伸びるよう設けられている。
【００２１】
また、図４に示すように、本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドの製造方法は、フェース部１１の内側面に、中空部２１に向かって突出した突出部２４を有するゴルフクラブヘッド１０を製造するよう構成されていてもよい。この場合、突出部２４も積層造形法で一体的に製造するため、フェース部１１の内側面の任意の場所に、任意の厚さで、任意の形状を有する突出部２４を、容易に設けることができる。突出部２４の場所や厚さ、形状を変えることにより、飛距離や機械的性質を容易かつ自由に調節することができる。図４（ａ）には、突出部２４が設けられていない例を示す。図４（ｂ）に示す一例では、フェース部１１の内側面の中央部に半球状の突出部２４が設けられており、図４（ｃ）に示す一例では、フェース部１１の内側面の中央部に半球殻状の突出部２４が設けられている。
【実施例１】
【００２２】
２６〜３５質量％のＣｒと、２〜８質量％のＭｏと、０．１〜０．３質量％のＮとを含み、残部がＣｏおよび不可避不純物から成るＣｏ基合金の粉末を原料として用い、積層造形法により、直径（Φ）が６．５ｍｍ、高さが１５０ｍｍおよび８０ｍｍの、２種類の円柱状の積層造形体（Φ６．５×１５０ｍｍ、Φ６．５×８０ｍｍ）を作製した。積層造形法では、１層の厚さを７０μｍとし、１層ごとに電子ビームをスキャンして、焼結溶解した。積層造形法では、電子ビーム積層造形（ＥＢＭ）装置として、ARCAM A2X（Arcam AB, Molndal, Sweden）を使用した。また、積層造形の条件として、加速電圧を６０ｋＶ、予備加熱温度を８６０℃とした。なお、積層造形には電子ビームを用いたが、レーザービームを用いても同様に積層造形体を作製することができる。
【００２３】
作製した積層造形体の各試料について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、ＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折）解析を行った。Φ６．５×１５０ｍｍおよびΦ６．５×８０ｍｍの各試料の上端部および下端部での、Ｐｈａｓｅ像およびＩＰＦ（逆極点図）像、ならびに、Φ６．５×８０ｍｍの試料の縦断面でのＩＰＦ像を、図５（ａ）〜（ｅ）に示す。図５に示すように、各試料は、１００μｍ以下の微細な結晶粒がほぼ均一に分散した組織を有していることが確認された。また、Φ６．５×１５０ｍｍの試料では、上端部が柱状晶でγ相、下端部が等軸晶でε相になっていることが確認された。また、Φ６．５×８０ｍｍの試料では、上端から下端まで柱状晶でγ相になっていることが確認された。
【００２４】
次に、各試料について、ビッカース硬さ（Ｈｖ硬度）、伸び（ＥＬ）、最大引張強さ（ＵＴＳ）、０．２％耐力（０．２％ＰＳ）を測定し、その測定結果を表１に示す。表１に示すように、ビッカース硬さが３２９Ｈｖ以上、伸びが２９〜６３％、最大引張強さが９５０ＭＰａ以上、０．２％耐力が６００ＭＰａ以上であることが確認された。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
また、表２に示すように、このＣｏ基合金の積層造形体から成るゴルフクラブヘッドは、従来のステンレス鋼ＳＵＳ６３０製のゴルフクラブヘッドと比べて、耐摩耗性、反発性、成形性、耐食性に優れている。また、Ｃｏ基合金の積層造形体から成るゴルフクラブヘッドは、従来のステンレス鋼ＳＵＳ６３０製のゴルフクラブヘッドと比べて、同程度の密度、高弾性率および高硬度であるため、ゴルフボール衝突時の優れた頑丈さおよび低エネルギー損失化を体現することができる。
【００２７】
また、表２に示すように、本発明の実施の形態の、チタン合金（β−Ｔｉ合金）の積層造形体から成るゴルフクラブヘッドは、従来のステンレス鋼ＳＵＳ６３０製のゴルフクラブヘッドと比べて、軽く、方向安定性および成形性に優れており、特に耐食性が優れている。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
本発明の実施の形態のＣｏ基合金およびチタン合金の積層造形体から成るゴルフクラブヘッドは、従来のゴルフクラブヘッドと比べて、同等の機械的性質を有するだけでなく、積層造形による直接造形および製造時間の短縮が可能であり、また切削による材料損失を最低限に抑えた低コスト化も可能である。このように、本発明の実施の形態のゴルフクラブヘッドは、Ｃｏ基合金およびチタン合金の粉末材料から積層造形で作製することによる低コストパフォーマンス化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ゴルフクラブヘッド
１１  フェース部
１２  クラウン部
１３  ソール部
１４  ホゼル部
２１  中空部
２２  開口
２３  隔壁
２４  突出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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