(57)【要約】【課題】製造が容易で、耐傷性、耐摩耗性及び耐久性の高いゴルフクラブヘッドおよびゴルフクラブを提供する。【解決手段】ゴルフクラブのゴルフクラブヘッド１０は、所定のゴルフクラブヘッド形状を有する金属製のヘッド基材１１と、所定の厚さ以上となるようにヘッド基材１１上に形成され、過飽和状態の窒素が添加された窒素含有クロム層１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴルフクラブヘッド形状を有する金属製のヘッド基材と、
前記ヘッド基材上に形成され、窒素を過飽和に固溶した金属クロムを主体とする窒素含有クロム層と、
を備えたことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のゴルフクラブヘッドにおいて、
前記窒素含有クロム層は、２μｍ以上の厚さに形成されていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項３】
請求項２記載のゴルフクラブヘッドにおいて、
前記ヘッド基材は、フェイス面およびソール面を有し、
前記窒素含有クロム層は、前記フェイス面および前記ソール面において５μｍ以上の厚さに形成されていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項４】
請求項２記載のゴルフクラブヘッドにおいて、
少なくとも、前記フェイス面および前記ソール面における前記窒素含有クロム層の硬度が１０００〜２１００ＨＶとされていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のゴルフクラブヘッドにおいて、
前記ヘッド基材は、マルエージング鋼、ステンレス鋼、チタン合金、マグネシウム合金、アルミニウム合金あるいは軟鉄のいずれかにより形成されていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のゴルフクラブヘッドにおいて、
前記窒素含有クロム層の上層側にイオンプレーティング処理により形成されたイオンプレーティング層が形成されていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項７】
請求項６記載のゴルフクラブヘッドにおいて、
前記イオンプレーティング層は、炭化チタンあるいは炭窒化チタンにより構成されていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のゴルフクラブヘッドと、
一端側に前記ゴルフクラブヘッドが接続されたシャフトと、
前記シャフトの他端側に設けられたグリップ部と、
を備えたことを特徴とするゴルフクラブ。
【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およびゴルフクラブに係り、特にゴルフクラブヘッドの耐摩耗性および耐久性を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゴルフクラブヘッドの材料としてマルエージング鋼が知られている。マルエージング鋼は、炭素の含有量を０．０３％以下とした鋼で、ニッケル、コバルトなどを３０％程度含む特殊鋼であり、強度、靭性に優れている。
実際にゴルフクラブヘッドとしてマルエージング鋼を用いる場合には、マルエージング鋼製の基材に錆を防止するためのニッケルメッキを施し、さらにクロムメッキを施すことにより下地層を形成する。ここで、ニッケルメッキ層を設けているのは、クロムメッキ層は、メッキ膜の粒界で亀裂が生じやすく、当該亀裂から錆が進行しやすいためである。
さらに、より装飾性を高めるためにイオンプレーティング処理を施し、イオンプレーティング層を形成している。
【特許文献１】特開２００３−３３４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来のゴルフクラブヘッドにおいて、イオンプレーティング層のビッカース硬度は、２０００ＨＶ程度であるが、クロムメッキ層のビッカース硬度は１０００ＨＶ程度であり、その差が大きいため、密着性、耐傷性、耐摩耗性、耐久性をより高めるためには、よりビッカース硬度の高いコーティング層が望まれていた。
また、従来の製法においては、メッキ工程を２工程設けていたため、処理時間が長くなるとともに、歩留まりが悪くなってしまうという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、製造が容易で、耐傷性、耐摩耗性及び耐久性の高いゴルフクラブヘッドおよびゴルフクラブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、ゴルフクラブヘッドは、ゴルフクラブヘッド形状を有する金属製のヘッド基材と、前記ヘッド基材上に形成され、窒素を過飽和に固溶した金属クロムを主体とする窒素含有クロム層と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、窒素含有クロム層により、ヘッド基材のさびなどを防止することができるとともに、ゴルフクラブヘッドの耐傷性、耐摩耗性および耐久性を向上させることができる。
【０００５】
この場合において、前記窒素含有クロム層は、前記ヘッド基材のほぼ全面にわたって２μｍ以上の厚さに形成されているようにしてもよい。
上記構成によれば、ヘッド基材のほぼ全面にわたって耐傷性、耐摩耗性および耐久性を向上させることができる。
【０００６】
また、前記ヘッド基材は、フェイス面およびソール面を有し、前記窒素含有クロム層は、前記フェイス面および前記ソール面において５μｍ以上の厚さに形成されているようにしてもよい。
上記構成によれば、特にフェイス面およびソール面において、耐傷性、耐摩耗性および耐久性を向上させることができる。
【０００７】
また、少なくとも、前記フェイス面および前記ソール面における前記窒素含有クロム層の硬度が１０００〜２１００ＨＶとされているようにしてもよい。
上記構成によれば、ゴルフクラブヘッドのフェイス面およびソール面において、表面コーティングあるいは下地コーティングとして十分な強度が得られ、ゴルフクラブヘッドの耐傷性、耐摩耗性および耐久性の向上に貢献できる。
【０００８】
また、前記ヘッド基材は、マルエージング鋼、ステンレス鋼、チタン合金、マグネシウム合金、アルミニウム合金あるいは軟鉄のいずれかにより形成されているようにしてもよい。
上記構成によれば、様々な特性を有するゴルフクラブヘッドを構成することができる。
【０００９】
また、前記窒素含有クロム層の上層側にイオンプレーティング処理により形成されたイオンプレーティング層が形成されているようにしてもよい。
上記構成によれば、窒素含有クロム層により表面性状が向上し、かつ、硬度を確保できるので、ゴルフクラブヘッドの耐久性のみならず、装飾性も向上させることができる。
【００１０】
また、前記イオンプレーティング層は、炭化チタンあるいは炭窒化チタンにより構成されているようにしてもよい。
上記構成によれば、耐傷性、耐摩耗性および耐久性をより一層向上させることができる。
【００１１】
また、ゴルフクラブは、上記いずれかのゴルフクラブヘッドと、一端側に前記ゴルフクラブヘッドが接続されたシャフトと、前記シャフトの他端側に設けられたグリップ部と、を備えていることを特徴としている。
上記構成によれば、ゴルフクラブの耐傷性、耐摩耗性および耐久性が高く、ユーザが安心して使用することができるゴルフクラブが得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、工程が簡略化されるので製造が容易で歩留まりの向上が図れるとともに、ゴルフクラブヘッドの表層の硬度を高くすることができ、耐傷性、耐摩耗性、耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態のゴルフクラブヘッドの部分断面図である。
ゴルフクラブヘッド１０は、マルエージング鋼により形成された基材部１１と、この基材部１１上に形成された窒素含有クロム層１２と、窒素含有クロム層１２上に形成されたイオンプレーティング層１３と、を備えて構成されている。
窒素含有クロム層１２は、添加物として過飽和状態の窒素（Ｎ）が含まれるクロム（Ｃｒ）により形成されている。この窒素含有クロム層１２は、反応性スパッタリング（ＰＶＤ）により基材部１１のほぼ全域にわたって形成され、その厚さは、２μｍ以上とされている。そして、フェイスおよびソールにおける厚さは、より耐傷性、耐摩耗性および耐久性を向上させる観点から５μｍ以上とされている。
イオンプレーティング層１３は、イオンプレーティング処理により、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）などが蒸着されており、装飾性を向上させるとともに、耐傷性、耐摩耗性および耐久性を向上させている。このイオンプレーティング層の厚さは、２μｍ以上とされている。
【００１４】
図２は、反応性スパッタリング装置の概要構成説明図である。
反応性スパッタリング装置２０は、いわゆる、ＤＣマグネトロンプラズマスパッタリング装置であり、アルミ合金などで形成された成膜室２１と、成膜室２１内の排気を行うポンプユニット２２と、アルゴンガス（Ａｒ）を主体として、窒素ガス（Ｎ2）を供給するガス供給ユニット２３と、成膜室２１内にその一部が突設された冷却ヘッド２４を有し、後述するターゲットを冷却するための冷却ユニット２５と、後述する電極に電圧を印加するための電源ユニット２６と、を備えている。
成膜室２１内には、ゴルフクラブヘッド１０を固定し、支持する治具３１が設けられたヘッド側電極３２と、ヘッド側電極３２を回転させる回転駆動部３３と、クロム（Ｃｒ）で形成されたターゲット３４に電圧を印加するターゲット電極３５と、を備えている。
上記構成において、回転駆動部３３は、ターゲット３４からみてゴルフクラブヘッド１０の影になる部分を減らすためのものであり、コーティング層である窒素含有クロム層１２がゴルフクラブヘッド１０全体にまんべんなく形成されるようにするためのものである。
【００１５】
次に成膜時の動作について説明する。
まず、オペレータは、マルエージング鋼により形成されたゴルフクラブヘッドを治具３１に取り付けた後、成膜室２１を密閉状態とする。
そして、オペレータは、反応性スパッタリング装置２０のポンプユニット２２を駆動する。
これにより、ポンプユニット２２は、成膜室２１の排気を行い、成膜室２１内の圧力を１０-5Ｐａ程度の高真空状態とする。
成膜室２１内が所定の真空度となると、ガス供給ユニット２３は、アルゴンガスを１０〜５０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｃ／ｍｉｎ）程度、成膜室２１内に供給し、さらに窒素ガスを成膜室２１内に供給する。
これと並行して、回転駆動部３３は、ヘッド側電極３２を回転駆動する。
【００１６】
また、電源ユニット２６は、ヘッド側電極３２およびターゲット電極３５間に所定の電圧を印加する。このとき、冷却ユニット２５は、冷却ヘッド２４内に冷却水を循環させ、冷却ヘッド２４を介してターゲット電極３５の過熱を防止する。
この結果、成膜室２１内に供給されたアルゴンガス（Ａｒ）は、プラズマ状態となってターゲット３４に衝突し、その運動エネルギーによりターゲット３４の表面のクロム原子（Ｃｒ）を成膜室２１内に放出させる。
成膜室２１内に放出されたクロム原子は、ゴルフクラブヘッド１０の表面に薄膜を形成しつつ、アルゴンガスと一緒に供給された窒素ガスを薄膜内に取り込むこととなる。
すなわち、ゴルフクラブヘッド１０の表面には、窒素含有クロム層１２が形成され、スパッタ処理が完了することとなる。
【００１７】
図３は、窒素含有クロム層の膜厚と硬度との関係を示す図である。
図４は、実施形態のゴルフクラブヘッドを有するゴルフクラブの外観図である。
本実施形態において、アルゴンガスおよび窒素ガスの分圧比は制御されており、特に耐傷性、耐摩耗性および耐久性を要求される部分、すなわち、フェイス面１０Ｆおよびソール面１０Ｓに形成される部分は、窒素含有クロム層１２が厚く形成され、その他の部分は比較的薄く形成されている。その厚さは、図２に示したゴルフクラブヘッド１０のセッティングの向きおよび回転のさせかたによりターゲット３４に対向している時間によってその厚さがコントロールされる。
この厚く形成された部分をビッカース硬度計（微小硬度測定器）で測定した結果、圧針に対し、５０ｇの荷重で２１３８ＨＶ、１００ｇの荷重で１４７９ＨＶ、２００ｇの荷重で１０５６ＨＶという値が得られた。これに対し、比較例としてのニッケルクロムメッキでは、荷重５０ｇで９５０ＨＶという値が最も高い値であった。
この場合において、ビッカース硬度の測定においては、ビッカース硬度計の正四角錐形状の圧針（ダイアモンド製）が基材部１１に到達しない範囲内で測定を行っている。すなわち、窒素含有クロム層１２の表面からビッカース硬度計の圧針に一定の荷重（例えば、２５〜３００ｇ）を加え、圧針の先端が基材部１１に食い込まない、窒素含有クロム層１２の膜厚範囲内で測定を行っている。
これらをまとめると、窒素含有クロム層１２のビッカース硬度がおよそ１０００〜２１００ＨＶとなるようにされている。また、フェイス面１０Ｆおよびソール面１０Ｓにおける窒素含有クロム層１２の膜厚は、５μｍ以上（１０００ＨＶ以上相当）、より好ましくは、７μｍ以上（２１００ＨＶ以上相当）とされており、フェイス面１０Ｆおよびソール面１０Ｓ以外の面における窒素含有クロム層１２の膜厚は、２μｍ以上とされている。
【００１８】
図３に示すように、従来のニッケルメッキおよびクロムメッキの２層構造では、ビッカース硬度で８００〜１０００ＨＶ相当となっており、本実施形態の窒素含有クロム層１２は、１．２倍から２倍程度の硬度を有していることとなり、耐傷性、耐摩耗性および耐久性が向上していることは明白となっている。
この場合において、窒素含有クロム層１２のビッカース硬度は、イオンプレーティング層１３のビッカース硬度と同程度（１５００〜２１００ＨＶ）とするのが、機械的な強度、密着性の観点からより好ましい。
さらに処理温度は、２００℃程度となっており、マルエージング鋼のヘッド基材に悪影響を与えることはない。
これにより、オペレータは、表面に窒素含有クロム層１２が形成されたゴルフクラブヘッド１０を成膜室２１から取り出し、次にイオンプレーティング処理を施すこととなる。
これによりゴルフクラブヘッド１０の表面にはイオンプレーティング層１３が形成されることとなる。
【００１９】
ついで、このゴルフクラブヘッド１０をシャフト４０の一端側に取り付け、さらにシャフト４０の他端側にグリップ５０を取り付けることにより、ゴルフクラブ６０として完成させることとなる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、耐傷性、耐摩耗性および耐久性に優れたゴルフクラブを簡易な工程で歩留まり高く製造することができる。
また、本実施形態によれば、メッキ工程を用いていないので、環境負荷物質である６価クロムが生じることがない環境対応型表面処理となり、環境に優しいこととなる。
【００２０】
さらに本実施形態によれば、窒素含有クロム層１２の上層側にイオンプレーティング層１３を設けているが、この場合において、本実施形態の窒素含有クロム層１２は、メッキの場合と比較して、表面がなめらかで表面性状が向上しており、ビッカース硬度もイオンプレーティング層１３と近い値とすることができ、イオンプレーティング層１３の密着性を向上させることができる。
さらにまた、本実施形態の窒素含有クロム層１２によれば、従来のクロムメッキのようにメッキ膜の粒界で亀裂が生じて、当該亀裂から錆が進行することがないことが判明しており、従来におけるニッケルメッキのような下地層を設ける必要がなく、製造工程の簡略化および歩留まり率の向上に寄与することができる。
【００２１】
以上の説明においては、窒素含有クロム層の上層側にイオンプレーティング層１３を設けていたが、窒素含有クロム層をより厚く形成することにより、窒素含有クロム層が最上層となるように構成することも可能である。この場合において、より耐傷性、耐摩耗性および耐久性が要求されるフェイス面やソール面などの部分に形成される窒素含有クロム層は、５μｍ以上（硬度１０００ＨＶ以上相当）の厚さであれば良いが、より好ましくは、７μｍ以上（硬度２０００ＨＶ以上相当）とすればよい。
【００２２】
以上の説明においては、窒素含有クロム層１２に対し、処理を施すことなくイオンプレーティング層１３を形成するものとしていたが、窒素含有クロム層１２の形成後に、窒素含有クロム層１２とイオンプレーティング層１３の密着性を物理的に向上させるための素地表面処理を施すように構成することも可能である。具体的な素地表面処理としては、バフ研磨処理、サテン研磨処理、ビーズブラスト処理、あるいは、ショットブラスト処理などが挙げられる。
【００２３】
以上の説明においては、ゴルフクラブヘッドを構成するゴルフクラブヘッド記載をマルエージング鋼製としていたが、他の金属製であってもよい。具体的には、ステンレス鋼、チタン合金、マグネシウム合金、アルミニウム合金あるいは軟鉄等が挙げられる。
以上の説明においては、ゴルフクラブヘッドが金属製である場合について述べたが、カーボン製など非金属製であっても適用が可能である。
【００２４】
以上の説明においては、スパッタリング装置として、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用いる場合について説明したが、高周波スパッタリング装置を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態のゴルフクラブヘッドの部分断面図である。
【図２】反応性スパッタリング装置の概要構成説明図である。
【図３】窒素含有クロム層の膜厚と硬度との関係を示す図である。
【図４】実施形態のゴルフクラブヘッドを有するゴルフクラブの外観図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０…ゴルフクラブヘッド
１１…基材部
１２…窒素含有クロム層
１３…イオンプレーティング層
２０…反応性スパッタリング装置
２１…成膜室
２２…ポンプユニット
２３…ガス供給ユニット
２４…冷却ヘッド
２５…冷却ユニット
２６…電源ユニット
３１…治具
３２…ヘッド側電極
３３…回転駆動部
３４…ターゲット
３５…ターゲット電極
４０…シャフト
５０…グリップ
６０…ゴルフクラブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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