(57)【要約】【課題】  金属を母材とするゴルフクラブヘッドの表面にＰＶＤ法で薄い皮膜を形成させ表面を硬くすると飛距離が伸びるが、被膜が薄く硬いので、剥離が発生し、破損しやすくなる。【解決手段】  チタンおよびチタン合金を材料とするゴルフクラブヘッドに窒素を０．００２ｍｍ以上侵入させ窒素化合物層を生成させることにより表面はＰＶＤ法の被膜と同等の硬さで、内部に向かって徐々に硬さが下がっていくので破損しにくく飛距離の伸びるゴルフクラブヘッドを提供することが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンおよびチタン合金を材料とするヘッドの表面に窒素原子を０．００２ｍｍ以上侵入させて表面から連続的な硬さ勾配を持った硬化層を形成したことを特徴とするゴルフクラブヘッド。
【請求項２】
硬化層にチタンの窒素化合物を生成しチタンの窒素化合物の内、ＴｉＮの比率を３３％以下としたことを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、表面に窒素化合物を主体とする硬化層を形成したチタンおよびチタン合金をを母材とするゴルフクラブヘッドに関するものである。
【背景技術】  従来、この種のゴルフクラブヘッドは金属を母材とし、フェース面にＰＶＤ法による皮膜を形成している
（例えば、特許文献１参照）。また、３層構造の皮膜を形成しているものもある（例えば、特許文献２参照）。
図７は、特許文献１に記載された従来のゴルフクラブヘッドを示すものである。図７に示すように、ゴルフクラブヘッド１と、その表面に形成されたＰＶＤ法による皮膜１ｂから構成されている。
【特許文献１】    特許公開平８−２９９５０６号公報
【特許文献２】    特許出願平８−１７５８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】  しかしながら、前記従来の構成では、金属を母材とするゴルフクラブヘッドの表面にＰＶＤ法によりＨｖ２０００程度の非常に硬くて数マイクロメートルの薄い皮膜を物理的に蒸着して形成しているので、飛距離は伸びるがゴルフ球を打球する回数が多くなったり、地面と接触した時に、蒸着皮膜が剥離してゴルフクラブヘッドが傷つきやすいという課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、チタンおよびチタン合金を材料とするゴルフクラブヘッドの表面に窒素原子を０．００２ｍｍ以上侵入させることにより表面から連続的な硬さ勾配を持つ硬い窒素化合物層を形成し、飛距離が伸びて傷が付きにくいゴルフクラブ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】  前記従来の課題を解決するために、本発明のゴルフクラブヘッドは、チタンおよびチタン合金を材料とするヘッドに窒化で窒素原子を０．００２ｍｍ以上侵入させて表面から連続的な硬さ勾配を持った硬化層を形成したものである。この硬化層は、窒化で形成される化合物層であるため硬く、また窒素原子が侵入することにより格子歪みが発生し硬くなるが、表面から徐々に窒素原子の濃度が低くなって行きそれに従って硬さも連続的な勾配で生地硬さとなるので、従来のＰＶＤ法による表面に非常に硬く薄い蒸着皮膜を物理的に表面に形成する方法に比べ硬さの変化が緩やかである為、剥離しない特性を持つ。
これによって、チタンおよびチタン合金を材料とするゴルフクラブヘッドの表面から窒素原子が侵入しチタンと窒素原子の化合物を形成するので表面が硬くなり、また窒素原子の侵入量が表面から徐々に減少するので硬さも連続的な勾配で生地硬さとなり剥離しない硬い表面層を得ることが出来るので、飛距離が伸びるゴルフクラブヘッドとなる。
また、硬化層は上述のように剥離しない特性を持つが、硬い化合物層の成分でＴｉＮの比率が大きいと、靱性が小さくなり、度重なる打球や地面との接触に化合物層のひび割れが起こる可能性が大きくなってくる。第２の本発明のゴルフクラブヘッドは、チタンと窒素の化合物層の中の硬いＴｉＮの生成割合を３３％以下とすることにより化合物層に靭性を持たせ、剥離はもとより、ひび割れも発生しない、すなわち、更に傷が付きにくく飛距離が伸びるゴルフクラブヘッドとすることが出来る。
【発明の効果】  本発明のゴルフクラブヘッドは、表面にチタンと窒素の窒素化合物層を形成し、内部に向かって徐々に連続的な硬さ勾配を持った硬化層とすることにより、打球の繰り返しや地面との接触による傷つきを大きく軽減し、更に、表面が硬いので飛距離の出るゴルフクラブヘッドとすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】  第１の発明はチタンおよびチタン合金を材料とするヘッドの表裏を問わず表面から窒素原子を侵入させてチタンと窒素の化合物を形成しさらに窒素原子が侵入することにより格子歪みを発生させ硬くしているが窒素原子の侵入量は表面から徐々に少なくなるのでそれに伴い硬さも表面から徐々に勾配を持って生地硬さとなる硬化層を形成する事により、繰り返し打球や地面との接触でも剥離しないので傷が付きにくく、表面が硬いので飛距離が増大するゴルフクラブヘッドとする事が出来る。
第２の発明は、特に、第１の発明の硬化層の中のチタンの窒素化合物のうち、硬いＴｉＮを３３％以下とすることにより硬い化合物層の靱性が向上し、さらに剥離やひび割れが発生しにくい硬い表面が実現するので、傷が付きにくく飛距離が増大するゴルフクラブヘッドとする事が出来る。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるゴルフクラブヘッド１１の断面図を示したものである。
図１のゴルフクラブヘッド１１は、アルミニウム６％、バナジウム４％とチタンの合金で製作されており、ゴルフクラブヘッド１１を９００℃、４時間の窒化処理を行うことにより、ゴルフクラブヘッド１１の裏側と表側を問わず表面全体に図２に示すように窒素が０．００６ｍｍ侵入し、チタンの窒素化合物１２が形成された。このチタンの窒素化合物１２の表面の硬さはｍＨｖ０．００５１９８７と非常に硬く、またその硬さは図３に示すように徐々に低下している。
以上のように構成されたゴルフクラブヘッドについて、以下その作用を説明する。
窒化によりチタンおよびチタン合金を材料とする金属に侵入した窒素原子により、表面にチタンと窒素原子の化合物が生成し、さらに内部は窒素原子が侵入することにより格子歪が発生し圧縮応力が発生して硬くなった窒素化合物層は、最表面はｍＨｖ２２００程度とガラスに傷が付くくらいに硬いが、図３のユニバーサル硬さで表面から測定した硬さに示すように、内部に行くに従ってその硬さが徐々に低くなっている事が判る。ＰＶＤ法による蒸着被膜の様に非常に硬い表面となっているが剥離は発生しないことがわかる。また、窒化なので、図２に示すように窒素原子は表面から０．００６ｍｍ侵入しており、窒素原子が侵入している範囲で母材硬さより硬くなっていることがわかる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態のゴルフクラブヘッド２１の断面図を示したものである。
図４のゴルフクラブヘッド２１は、アルミニウム６％、バナジウム４％とチタンの合金で製作されており、ゴルフクラブヘッド２１を７７３℃、４時間の窒化処理を行うことにより、ゴルフクラブヘッド２１の裏側と外側を問わず表面全体に図５に示すように窒素が０．００３ｍｍ侵入し、チタンの窒素化合物２２が形成された。この、チタンの窒素化合物２２はＴｉＮとそれ以外のチタンの窒化物となっている。また、この窒素化合物２２は表面の硬さはｍＨｖ０．００５１２５９と非常に硬く、またその硬さは徐々に低下している。
以上のように構成されたゴルフクラブヘッドについて、以下その作用を説明する。
窒化によりチタンおよびチタン合金を材料とする金属に侵入した窒素原子により、表面にチタンと窒素の化合物が生成し、さらに内部は窒素原子が侵入することにより格子歪が発生し圧縮応力が発生して硬くなった窒素化合物層は、図６に示すように窒素原子の侵入している範囲で母材硬さより硬くなっている。また、このチタンの窒化化合物を分析すると、ＴｉＮの量が２８％、それ以外のチタンの窒素化合物の量が７２％となっている。これは、窒化温度が７７３℃と低い為、Ｎの侵入量が少なく、Ｔｉ２Ｎ、Ｔｉ３Ｎなどのチタンリッチの窒素化合物の割合が増えた為である。その為、図６に示すように最高硬さは若干低下しているものの、絶対値としてはガラスに傷が付く程度に十分硬く、しかも、高い靭性を実現している。Ｔｉ２Ｎ、Ｔｉ３ＮなどのＴｉＮ以外の窒素化合物を生成させるには、窒化の温度を下げるか、窒素の濃度を下げて窒素の侵入量を減少させれば出来ることが確認されているが、チタンは出来るだけ低温で処理することにより疲労強度の低下が少なくなるため、窒化処理出来る最低の温度で窒化処理を行うことにより疲労強度の低下が少ない、すなわち通常の窒化処理品に比べて靭性の高いチタンの窒素化合物を生成することが出来る。また、比較的低温の窒化処理としてイオン窒化も考えられるが、減圧するという処理の特性上、装置が高価となり処理も高価となってくる。その点、窒化処理は安価に処理することが出来る。また、発明者らの実使用テストによれば、２０〜３０ヤードは窒化処理前に比べて飛距離が伸びている事が確認されている。
従って、靭性が高いのでひび割れなどの傷付きが少なく、窒化処理を行うので安価で、硬いので飛距離の出るゴルフクラブヘッドとなっていることがわかる。
尚、実施の形態の説明ではチタン合金で製作されたゴルフクラブヘッドで説明したが、チタンおよびチタン合金で出来た板状のものに本発明の処理を施し、他の金属で製作されたヘッドに取り付けて使用した場合でも、同様の効果を得ることが出来、この場合は更に安価なゴルフクラブヘッドとすることが出来る。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明にかかるゴルフクラブヘッドは硬いが、剥離せず、ひび割れも発生しにくく、疲労強度の低下も少なく、靭性も高いので、航空機部品や人工骨などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるゴルフクラブヘッドの断面図
【図２】本発明の実施のゴルフクラブヘッドの窒素原子の侵入状態
【図３】本発明のゴルフクラブヘッドの硬さ分布曲線
【図４】本発明の実施の形態２におけるゴルフクラブヘッドの断面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるゴルフクラブヘッドの窒素原子の侵入状況
【図６】本発明の実施の形態２におけるゴルフクラブヘッドの硬さ分布曲線
【図７】従来例
【符号の説明】
１、１１、２１  ゴルフクラブヘッド
１ｂ  ＰＶＤ法による被膜
１２、２２  チタンの窒素化合物
【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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【図６】
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【図７】
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