(57)【要約】【課題】    硬式野球などのアルミニウム合金製野球用バットに好適に利用できる、高反発性で、残留変形が無く、軽量化が可能な、また耐食性にも優れたアルミニウム合金製バットを提供することを目的とする。【解決手段】  耐力が590MPa以上のアルミニウム合金中空材からなるバットであって、打撃部の肉厚が2.95mm以下であり、この打撃部の特性として、10mm幅当たりの偏平剛性値が31kgf/mm以下、反発係数が0.47以上、残留変形量が1.5mm 以下であることとする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐力が590MPa以上のアルミニウム合金中空材からなるバットであって、バットの打撃部の肉厚が2.95mm以下であり、かつ、この打撃部の特性として、10mm幅当たりの偏平剛性値が31kgf/mm以下、反発係数が0.47以上、残留変形量が1.5mm 以下であることを特徴とするアルミニウム合金製バット。
【請求項２】
前記アルミニウム合金中空材がZnを8.0%以上含む7000系アルミニウム合金からなる請求項１に記載のアルミニウム合金製バット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高反発性で、残留変形が無く、軽量化が可能なアルミニウム合金製バットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ソフトボールや軟式野球、あるいは硬式野球などのアルミニウム合金製野球用バット( 以下、単にバットとも言う) としては、熱処理型7000系アルミニウム合金中空材が汎用されている。この7000系アルミニウム合金としては、Al-Zn-Mg-Cu 系のJIS 7050、7075、7055等が使用されている。
【０００３】
そして、これら熱処理型7000系アルミニウム合金中空材からなるバットは、打球部の構造が単一層の金属部材からなるバットとして、SG規格の強度を満足し、かつ、圧縮の縦弾性率が高い。このため、打撃部（打球部）の肉厚を薄くし、バット本体の打球部を大きく撓ませることができる点で、打球の反発特性が良好な金属製バットを提供することができる。また、打撃部の構造がアルミニウム合金押出材の単一層からなるため、製造コストが安価な金属製バットを提供することができる (特許文献１参照) 。
【０００４】
因みに、バットはボールと衝突した際に変形を伴うことから、バットの打撃部の偏平剛性は反発特性に相関する重要なパラメータとなる。この点、従来から、バットの硬球に対する高反発性化のために、アルミニウム合金製バットや、FRP 製バット、チタン合金製バットなどを含めて、この偏平剛性値や、曲げ剛性値を規定したバットなども種々提案されている (特許文献２、３、４参照) 。
【特許文献１】特開平11-267257 号公報 (請求項、1 〜3 頁)
【特許文献２】特開平8-117374号公報 (請求項、図5 〜7 、1 〜2 頁)
【特許文献３】特開平8-289949号公報 (請求項、図4 〜5 、1 〜2 頁)
【特許文献４】特開平10-43338号公報 (請求項、図2 〜4 、1 〜2 頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
確かに、低偏平剛性値化させたバットは高反発性である。しかし、このようにバットの打撃部を低偏平剛性値化させるためには、バットの肉厚などの設計変更や、バットを構成する7000系アルミニウム合金中空材の強度などの機械的性質の改良が必要である。しかし、このような設計変更や機械的性質の改良などを行なった場合、バット打撃部に硬球などが当たった際の、バットの残留変形 (永久変形) 量が大きくなるなどの課題をなお残している。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高反発性で、残留変形が無く、軽量化が可能なアルミニウム合金製バットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明アルミニウム合金製バットの要旨は、耐力が590MPa以上のアルミニウム合金中空材からなるバットであって、バットの打撃部の肉厚が2.95mm以下であり、かつ、この打撃部の特性として、10mm幅当たりの偏平剛性値が31kgf/mm 以下、反発係数が0.47以上、残留変形量が1.5mm 以下であることとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、前記した特許文献２、３、４などと同様に、アルミニウム合金製バットを低偏平剛性化させて高反発化させる。但し、本発明では、この低偏平剛性化のために、バット打撃部の肉厚を2.95mm以下に薄肉化させる。そして、この薄肉化による残留変形量の増大を抑制するために、バットを構成する7000系アルミニウム合金中空材の耐力を590MPa以上に高耐力化させる。
【０００９】
この結果、アルミニウム合金製バットを、反発係数が0.47以上の高反発性で、残留変形量が1.5mm 以下と残留変形を抑制し、併せて軽量化させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明バットにおける、各要件の臨界的な意義と実施態様とを図面を用いて具体的に説明する。
【００１１】
(偏平剛性値) 
本発明バットにおける、打撃部の特性の先ずひとつとして、反発係数が0.47以上の高反発性とするために、10mm幅当たりの偏平剛性値を31kgf/mm以下とする。図１にバット打撃部の偏平剛性（横軸）と反発係数（縦軸）との関係を示す。図１は、種々の偏平剛性のみが異なるバットを試作し、反発係数との関係を調査した結果を整理したものである。
【００１２】
図１の通り、バット打撃部の偏平剛性と反発係数との間には負の相関関係がある。偏平剛性のみが異なるバットでは、偏平剛性の低いバットの方が高い反発係数を示し、偏平剛性が高くなるに従い、反発係数が低下する。この点、バットの打撃部を反発係数が0.47以上の高反発とするためには、この図１から、偏平剛性値を31kgf/mm以下とする必要があることが分かる。
【００１３】
ここで、バット打撃部の偏平剛性値は、バット打撃部の荷重−変位曲線から求めることができる。この荷重−変位曲線の測定方法および偏平剛性値の計算方法を図２、３に示す。
【００１４】
先ず、図２に示すように、インストロン万能試験機を用い、製作したバットの先端から１３０mm離れた打撃部を幅１０mmで切り出した円環状切片１０に、治具１１、１２によって、横圧縮荷重Ｆ（図の上下方向からの荷重）を負荷した時の荷重(Kgf) と変位(mm)とを求める。この際のクロスヘッドスピードは、例えば１０mm／min.の条件下で行う。
【００１５】
次に、図３に示すように、上記で求めた荷重−変位の曲線x （図中の実線で示す) の初期勾配y （図中の点線で示す) から、荷重/ 変位＝Ｘ/ Ｙ：式１にて、バット打撃部の10mm幅当たりの偏平剛性値を算出する。また、残留変形量(mm)は、図３に示す様に、上記で得られた荷重−変位曲線で、150kgf荷重を負荷した時の曲線x と初期勾配y との差(xとy の荷重150kgfとの各交点間の距離) で求める。
【００１６】
なお、バット打撃部の単位幅当たりの偏平剛性ＥF は、下記式２からも計算できるが、上記荷重−変位の曲線から求めた方がより正確に把握できる。
ＥF ＝Ｃ・Ｅ・｛ｔ／（Ｄ−ｔ）｝3 ≒Ｃ・Ｅ・（ｔ／Ｄ）3 ：式２
[但し、Ｅ：アルミニウム合金のヤング率、Ｃ：定数、ｔ：バット打撃部の肉厚、Ｄ: バット打撃部の外径] 
【００１７】
一方、バット打撃部の上記反発係数ｅは、前記特許文献３にも開示されている通り、下記式３から計算できる。
ｅ＝−［ｖ1 ＋｛（ｍ／Ｍ）＋（ｍ・l ／ＩＧ）｝（ｖ1 −ｖ0 ）］／Ｖ0 ：式３ [但し、ｖ1 ：衝突点におけるボールの衝突前の入射速度（Km/hr)、ｖ0 ：衝突点におけるボールの衝突後の反射速度（Km/hr)、ｍ：ボールの重量（g ）、Ｍ：バットの重量（g ）、 l：バットの重心Ｇから衝突点までの距離（衝突位置）（mm）、ＩＧ：バットの重心Ｇを通りバットの径方向に設定した軸のまわりの慣性モーメント（Kg・cm2)、Ｖ0 ：バットの重心の速度（Km/hr)] 
【００１８】
上記式３の計算のために必要なｖ1 とｖ0 とは、図７に示すような反発実験装置を用いて求める。図７において、１は反発実験供試材であるアルミニウム合金製硬式野球バット、２は硬式用野球ボールで、例えば、直径７０mm、重量１４５ｇのものである。３は、バット１の先端部１ｂから距離を置いた打撃部１ａにボール２を当てるエアーガン、４は図示しないＣＣＤカメラ、画像解析装置およびコンピュータにより構成される速度測定装置である。
【００１９】
このような装置を用い、バット打撃部の上記式３による反発係数ｅの計算に必要な、ｖ1 を速度測定装置４から、またｖ0 を速度測定装置４内の画像解析装置から得る。この際、実験では、先ず、ＩG 、Ｍ、ｍを測定した後、図７に示すようにバットを自由支持の状態に設置し、決定した衝突点にエアーガン３から発射されたボール２の衝突前後の速度ｖ0 およびｖ1 を測定する。これらのパラメータを上記式８に代入することにより、反発係数を算出できる。なお、ボール速度は例えばｖ0 ＝１３０Km/hr に固定し、衝突点Ｑを例えば１＝９０mmから２３０mmの範囲で２０mm間隔で変化させて反発係数を測定する。
【００２０】
尚、上記式３は、以下の過程を経て導出したものである。先ず、図７に示すように、一平面内においてボール２がバット１の長軸方向と垂直に衝突した場合、衝突の前後におけるボール衝突点Ｑの速度は、それぞれＶ0 −ω0 ×l 、Ｖ1 −ω1 ×l である。但し、Ｖ0 、Ｖ1 ：バットの重心の衝突前と衝突後の速度（Km/hr)、ω：バットの重心まわりの角速度で、ω0 は衝突前、ω1 は衝突後の各角速度、l ：バットの重心から衝突点までの距離（衝突位置）（mm）である。
【００２１】
このことから、反発係数ｅは次式４で表される。
ｅ＝｛−Ｖ1 ＋（Ｖ1 −ω1 ×l ）｝／｛Ｖ0 −（Ｖ0 −ω0 ×l ）｝：式４
【００２２】
ここで、前記図７の反発実験装置を用いた場合の仮定条件と、更にボールの衝突速度などを、以下の通り考慮して、上記式4 をベースに、前記式３を導出する。
（１）ボール２は回転しないものと仮定している。
（２）力積と運動量の変化が等しいことから、衝突点におけるボールの速度ｖ1 、ｖ0 、ボールの重量ｍ、バットの重量Ｍから、ｍ（ｖ1 −ｖ0 ）＝Ｐ、Ｍ（Ｖ1 −Ｖ0 ）＝Ｐ（Ｐ＝一定）、ＩG （ω1 −ω0 ）＝Ｐと各々設定できる。
（３）したがって、上記式4 におけるＶ1 とω1 とは各々、Ｖ1 ＝−Ｐ／Ｍ、ω1 ＝−l Ｐ／ＩG で表される。
（４）図７の反発実験ではバット１をスポンジ板の上に置いて自由支持しているから、ω0 ＝Ｖ0 ＝０である。
【００２３】
（打撃部の肉厚）
次ぎに、本発明バットにおける打撃部の他の特性として、反発係数0.47以上の高反発化のために必要な、偏平剛性値を31kgf/mm以下とするために、バット打撃部の肉厚を2.95mm以下とする。
【００２４】
図４に、バット打撃部の肉厚（横軸）と偏平剛性値（縦軸）との関係を示す。図４は打撃部の肉厚のみを変えたバットと、偏平剛性値との関係を調査した結果を整理したものである。
【００２５】
図４の通り、バット打撃部の肉厚と偏平剛性値との間には正の相関関係がある。バット打撃部の肉厚のみが異なるバットでは、バット打撃部の肉厚の薄いバットの方が低い偏平剛性値を示し、バット打撃部の肉厚が薄くなるに従い、偏平剛性値が低下する。この点、バット打撃部の偏平剛性値を31kgf/mm以下とするためには、この図４から、バット打撃部の肉厚を2.95mm以下とする必要があることが分かる。
【００２６】
（中空材の耐力）
更に、本発明バットにおける打撃部の他の特性として、バット打撃部の肉厚を2.95mm以下に薄肉化させた際の、バット打撃部の残留変形量の増大を抑制するために、バットを構成する7000系アルミニウム合金中空材の耐力を590MPa以上に高耐力化させる。
【００２７】
図５に、バット打撃部の残留変形量（縦軸）と、前記した偏平剛性値（横軸）との関係を示す。図５は図１で記載した偏平剛性肉厚のみを変えたバットと、残留変形量との関係を調査した結果を整理したものである。
【００２８】
図５の通り、バット打撃部の残留変形量と偏平剛性値との間には負の相関関係がある。バット打撃部の偏平剛性値のみが異なるバットでは、バット打撃部の偏平剛性値の低いバットの方が、大きい残留変形量を示し、バット打撃部の偏平剛性値が低くなるに従い、残留変形量が大きくなる。したがって、本発明によって、バット打撃部の高反発化のために、偏平剛性値を31kgf/mm以下としたバット打撃部では、残留変形量がバットの合格基準である1.5mm を超えて大きくなることが分かる。
【００２９】
図６に、バット打撃部の残留変形量（縦軸）と、バットを構成する7000系アルミニウム合金中空材の耐力（横軸）との関係を示す。図６では、バット打撃部の肉厚が2.9mm 、3.0mm 、3.1mm の3 通りを示している。この図６は、3 通りの肉厚で、各々耐力のみを変えたバットと、残留変形量との関係を調査した結果を整理したものである。
【００３０】
図６の通り、バット打撃部の肉厚が3.0mm 、3.1mm と比較的厚肉の場合には、この厚肉効果によって、アルミニウム合金中空材耐力の、残留変形量に対する影響は小さい。即ち、耐力が大きくなっても、あまり残留変形量は減らない。
【００３１】
これに対して、バット打撃部の肉厚が2.95mmと比較的薄肉の場合には、厚肉効果はあまり働かず、アルミニウム合金中空材耐力の、残留変形量に対する影響が著しく大きくなることが分かる。この関係から、バット打撃部の肉厚が2.95mmと比較的薄肉の場合には、残留変形量をバットの合格基準内である1.5mm 以下とするためには、アルミニウム合金中空材の耐力を590MPa以上に高耐力化させることが重要であることが分かる。
【００３２】
（中空材の高耐力化）
本発明バットを構成する7000系アルミニウム合金中空材の耐力を590MPa以上に高耐力化させるための冶金的な方法について、以下に説明する。
【００３３】
熱処理型7000系アルミニウム合金中空材からなるバットは、通常は以下の通りの主要工程で製造される。先ず、溶解鋳造後の7000系アルミニウム合金ビレットを、均質化熱処理後に熱間押出して、押出中空形材とする。その後、この押出中空形材を、必要に応じて冷間抽伸ならびに焼鈍を繰り返して、所定のサイズの管状の中空材にする。この中空材は、バットの形状へ加工された後、溶体化処理および焼き入れ後、最終的なバットの形状へ冷間矯正された後、人工時効処理 (人工時効硬化処理) が行われる。そして、その後製品バットに仕上げられる。
【００３４】
熱処理型7000系アルミニウム合金は析出硬化型の合金であり、溶体化処理および焼入れ後、人工時効処理すると強度が高くなり、耐力を590MPa以上に高耐力化させることができる。しかし、人工時効硬化処理すると、一方で、粒界上に、腐食環境下で溶出し易いη相などが連続的に析出するようになるので、耐SCC 応力および耐層状腐食特性が低くなる可能性がある。したがって、下記成分組成に応じて、人工時効硬化処理の温度と時間、あるいは回数などの条件選定は、前記高耐力化とともに、耐SCC 応力および耐層状腐食特性が低くならないような範囲から選択することが好ましい。この点、人工時効処理を多段 (複数回) にして、時効処理温度が比較的低温と比較的高温の処理を組み合わせて行なうことが好ましい。
【００３５】
この際の7000系アルミニウム合金の成分組成は、上記人工時効処理を含めた通常の製造方法によって、耐力を590MPa以上に高耐力化させるために、また、耐SCC 応力および耐層状腐食特性などの耐食性を向上させるために、特に重要となる。このため、以下に記載の7000系アルミニウム合金の化学成分組成範囲とすることが好ましい。
【００３６】
即ち、Zn:8.0〜9.0%、Mg:1.2〜3.0%、Cu:1.5〜3.0%、Zr:0.08 〜0.3%を主要元素として含み、かつ、Si: 0.12% 以下、Fe:0.15%以下、Mn:0.30%以下、Cr:0.20%以下、V:0.05% 以下、Ti:0.10%以下に各々規制した、残部Alおよび不可避的不純物からなる組成とすることが好ましい。なお、各元素量の% 表示は全て質量% である。
【００３７】
上記Zn、Mg、Cu、Zrなどの主要元素の含有量が、各々上記範囲の下限未満では、上記人工時効処理によっても、アルミニウム合金製バットとしての上記高耐力な引張特性や打撃感などが得られない。また、Zn、Mg、Cu、Zrの含有量が、各々上記範囲の上限を越えた場合、アルミニウム合金製バットとしての上記耐蝕性が得られない。そして、不純物元素である、Si、Fe、Mn、Cr、V 、Ti等を、上記各含有量上限を越えて各々含有した場合、やはり、アルミニウム合金製バットとしての上記耐蝕性が低下する。
【００３８】
なお、上記した図１〜図７の各試験に用いたアルミニウム合金製バットは、上記範囲内である化学成分組成からなる熱処理型7000系アルミニウム合金(Zn:8.3%、Mg:2.1% 、Cu:2.1% 、Zr:0.15%を含み残部Alおよび不可避的不純物、但し、Si、Fe、Mn、Cr、V 、Tiも上記範囲内に各々規制) からなる押出中空形材を、上記常法によりバットの形状に順次加工後、人工時効処理を行なったものである。このアルミニウム合金製バットは、勿論人工時効処理条件などにもよるが、バット打撃部相当部分の0.2%耐力は590MPa以上、耐SCC 応力性は140 MPa 以上を確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、高反発性で、残留変形が無く、軽量化が可能な、また耐食性にも優れたアルミニウム合金製バットを提供できる。このため、ソフトボールや軟式野球、あるいは硬式野球などのアルミニウム合金製野球用バットに好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】バット打撃部の偏平剛性（横軸）と反発係数（縦軸）との関係を示す説明図である。
【図２】バット打撃部の偏平剛性値の測定方法を示す斜視図である。
【図３】バット打撃部の偏平剛性値の計算方法を示す説明図である。
【図４】バット打撃部の肉厚（横軸）と偏平剛性値（縦軸）との関係を示す説明図である。
【図５】バット打撃部の残留変形量（縦軸）と偏平剛性値（横軸）との関係を示す説明図である。
【図６】バット打撃部の残留変形量（縦軸）とバットを構成する7000系アルミニウム合金中空材の耐力（横軸）との関係を示す説明図である。
【図７】反発係数を求める反発実験装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
1:バット、1a: バット打撃部、1b: バット先端部、2:ボール、3:エアーガン、
４: 速度測定装置、10: バット試験片、11、12: 治具、
【図１】
2005211466.tif 000003
【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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