(57)【要約】質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但し、Ｎｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からなる。さらに、上記Ｔｉの一部に代えて、必要に応じてＡｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有させることができ、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下である。
2004042097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但しＮｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とする冷間加工性に優れた低剛性・高強度チタン合金。
【請求項２】
請求項１において、上記Ｔｉの一部に代えて、さらに、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下であることを特徴とする冷間加工性に優れた低剛性・高強度チタン合金。
【請求項３】
チタン合金からなる冷間加工線材を少なくとも素材の一部分に使用して成形してなるめがねフレームにおいて、
上記チタン合金は、質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但しＮｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とするめがねフレーム。
【請求項４】
請求項３において、上記チタン合金は、上記Ｔｉの一部に代えて、さらに、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下であることを特徴とするめがねフレーム。
【請求項５】
チタン合金からなる冷間加工板材をフェース部に用いてなるゴルフクラブヘッドにおいて、
上記チタン合金は、質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但しＮｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からな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５において、上記チタン合金は、上記Ｔｉの一部に代えて、さらに、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下であることを特徴とする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、高強度かつ低剛性が要求される医療分野やめがねフレーム等に利用され、低コストな製造方法である溶製法による製造を前提とするチタン合金、並びにその合金により成形されるめがねフレーム及びゴルフクラブヘッドに関する。
【背景技術】  鉄に比べ軽量かつ高強度で、耐食性や生体適合性に優れるという特徴を有するチタン合金は、その特徴を活かして人工骨や人工関節等の医療分野及びめがねフレームや腕時計等の装身具に広く利用されてきている。このような用途に利用する際には、人体への適合性が最重要の要求項目となるが、人体に対するニッケルアレルギーの問題が明らかになって以来、これらの分野にチタン合金を適用するに際し、より厳しい評価がされるようになり、各特性の要求水準が高くなってきている。特にこのような医療分野や装身具等の用途に使用される場合、人体組織に対する適合性だけでなく装着性の問題も大きな検討項目となることから、外力を加え変形させるのは容易だが、除荷すると元の形状に戻り、永久変形がしにくく、かつ軽量化が可能な材料、すなわち低剛性かつ高強度の特性を有する合金の開発が強く要求されるようになった。
この要求に対し、従来のチタン合金を改良した新規合金が特許文献において公開されている。例えば、特許文献１には、重量％で１０〜２０％あるいは３５〜５０％のニオブと重量で２０％以下のジルコニウムを含有するチタン合金が開示されている（特許文献１参照）。また、特許文献２には３０〜６０質量％のバナジウム族元素を含有するチタン合金、及び該合金にジルコニウム、ハフニウム、スカンジウムからなる金属元素中の１種以上の元素を合計で２０質量％以下含有する合金あるいはさらにこれらのチタン合金に０．０８〜０．６質量％の酸素を含有する合金が開示されている（特許文献２参照）。
また、チタン合金は比重が鉄に比べ低く、耐食性に優れ、比強度が高いという理由から、ゴルフクラブヘッドに広く利用されており、特に飛距離に影響が大きいフェース部には、Ｔｉ合金の中でも強度に優れた合金である１５−３−３−３合金（１５％Ｖ−３％Ａｌ−３％Ｃｒ−３％Ｓｎ−７６％Ｔｉ）、１５−５−３合金（１５％Ｍｏ−５％Ｚｒ−３％Ａｌ−７７％Ｔｉ）等のβ型チタン合金が使用されている。さらに前記特許文献２に記載の合金は、比ヤング率が優れゴルフクラブ用（フェース部及びシャフト）に適しているという理由から装飾品だけでなくゴルフクラブにも適用できるとする発明が開示されている（特許文献３参照）。
［特許文献１］  特開平６−７３４７５号公報
［特許文献２］  特開２００１−２４７９２４号公報
［特許文献３］  特開２００１−２４６０２９号公報
しかしながら、前記公報に記載の合金には次の問題がある。
特許文献１には、エージング処理により高強度化できる低剛性のチタン合金について記載されているが、この文献に記載の実施例を参照すると、得られる引張強度はエージング処理後においても、１０００ＭＰａ未満である。また、冷間加工を行うことにより１０００ＭＰａを超える高強度を確保できることが記載されているが、冷間加工する場合でもエージング処理を実施した場合に可能な強度であって、熱処理なしに１０００ＭＰａを超える強度は達成できていない。また、特許文献１の実施例の記載からも明らかなようにエージング処理すると強度は向上するが、同時にヤング率も上昇してしまい、折角の得られていた低剛性という特徴が失われてしまうという問題がある。さらにエージング処理を必要とするということは工程が増えるということであり、工程が複雑になるという問題がある。
また、アルミニウムや酸素等の元素を添加すると高強度化することが可能であるが、これらの元素を特許文献１の合金に単純に添加すると、冷間加工性が低下し、細径の線材を製造することが難しくなったり、ヤング率が上昇してめがねフレームとして使用する際に装着性が低下するという問題があった。
また、特許文献２及びゴルフクラブ用Ｔｉ合金について記載されている特許文献３には、強度については一部の発明合金において１０００ＭＰａ以上の引張弾性限強度を有する合金の記載がされているが、この文献に記載の発明は、請求の範囲に明確な記載はないものの、実施例の記載から明らかなように、実質的に焼結による製造を前提とする発明となっている。この文献の実施例には３０％以上のＮｂを含有する合金が多数記載されているが、本発明者等が実験により確認した結果、そのような多量Ｎｂ含有合金を溶製法で製造した場合には、成分が均一なインゴットを製造することが難しく、強度等の特性が均一な特性を有する材料を溶製法で製造することが困難であることが判明した。焼結法に限定された場合、溶製法による製造に比べコストが大幅に高くなり、低コスト化が困難になるという問題がある。
【発明の開示】
本発明はヤング率が低く、冷間加工性が良好で、エージング処理に頼ることなく１０００ＭＰａ以上の高強度を容易に達成することができ、装身具等に適用した場合に高い装着性を維持しつつ軽量の製品を製造することが可能となり、かつ溶製法による製造が可能な低剛性・高強度チタン合金を提供し、その合金を用いて軽量で装着性の向上しためがねフレームを製造可能にすることを１つの目的とする。
また、ゴルフクラブヘッドのフェース部に適用した場合に、大きな飛距離を得ることのできる新しいチタン合金を提供することも１つの目的とする。
本発明者等は前記した課題を解決するために高強度、低剛性、冷間加工性の全てについて優れた特性が得られ、かつ溶製法による製造が可能な成分範囲を見出すために鋭意研究を行った結果、次の知見を得て本発明を完成したものである。
（１）チタン合金は８０〜１１０ＧＰａ程度のヤング率を有しているのが普通であるが、Ｎｂ、Ｖを適量添加すると、降伏応力以下の低い応力で応力誘起変態により熱弾性マルテンサイトが生じて見掛け上の歪が生じ、応力除去時には逆変態により元の母相に戻るため、ヤング率を低下することができる。この点では前記特許文献２の発明でも同じであるが、特許文献２のように焼結による製造を前提の発明ではＮｂの多量添加が可能であるが、本発明では、Ｎｂの含有率の上限を２５％に抑制することにより、焼結でなく溶製法でも製造が可能であることを見出した。また、後述のＭｏ、Ｚｒの添加効果により、エージング処理に頼ることなく冷間加工のみで引張強さ１０００ＭＰａ以上の高強度を達成でき、熱弾性マルテンサイトの生成により得られる低剛性と両立させることができる。
（２）（１）に記載の合金について優れた冷間加工性、低剛性を維持しつつ高強度化するのに、Ｍｏ、Ｚｒを複合添加することが効果的であり、かつ必要な冷間加工性を確保するための適切な添加範囲を見出した。
（３）ゴルフクラブの飛距離を改善し、遠くへ飛ばすことを可能にするには、フェース部にボールが当たった瞬間に、フェース部のたわみが大きくなって、蓄えられる弾性エネルギーが大きいことが必要であると言われている（例えば非特許文献１参照）。すなわち、蓄えられた弾性エネルギーが復元力となってボールをはね返すと考えられるからである。
［非特許文献１］チタン  Ｖｏｌ．５０、Ｎｏ．３、Ｐ１８５〜１９２
この蓄積可能な弾性エネルギーを大きくするには、高強度を有し、フェース部の板厚を薄くすることを可能にすることによって、ボールを打った際にたわみが大きくなるようにすることと、ヤング率を低くすることによって、より大きなたわみまで塑性変形しない材料を選択することの２点が重要である。
このゴルフクラブに要求される特性に対し前記（１）、（２）の考え方で開発された合金は、非常に適しており、変形させても除荷した際に元の形状に戻る限界の歪値が極めて高く、高い弾性エネルギーを蓄積できることが判明した。
本発明は、上記（１）〜（３）の知見を得ることにより成されたものである。
以上説明した知見を得ることにより完成した第１の発明は、質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但しＮｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とする冷間加工性に優れた低剛性・高強度チタン合金にある。
次に上記チタン合金の各成分範囲の限定理由について説明する。
Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下、
Ｎｂ、Ｖは、本発明にとって最も重要な元素であり、Ｎｂ、Ｖのうち１種又は２種を添加することにより前記したように応力負荷時に熱弾性マルテンサイトが生じ、応力除去時に元の母相に戻ることによって低いヤング率を達成することができる。その効果を得るためには、最低でもＮｂ、Ｖの合計含有率が０．５％以上である必要がある。特にＮｂはヤング率低減効果が大きいため、いずれか一方を選択するのであれば、Ｎｂ単独添加の方がより好ましい。しかしながら、多量に添加すると焼結での製造であれば良いが、溶製法による製造では、性能の均一なインゴットを製造することが困難となり、安定した性能が得られなくなるため、上限をＮｂは２５％、Ｖは１５％とした。また、Ｎｂ、Ｖを複合添加した場合には、同様の理由によりＶの上限を１０％未満とする必要がある。
なお、Ｎｂ、Ｖは添加量が増加すると比重が高くなる傾向にあり、軽量化効果が小さくなる可能性がある。従って、比重を重視する場合には、ＮｂとＶの合計含有率を３０％未満とすることが望ましい。
また、溶解性と冷間加工性の両者をより向上させるためには、Ｎｂを１〜１８％の範囲にすると共に、Ｖを５％以下に限定することが好ましい。この場合において、Ｎｂが１％未満の場合及び１８％を超える場合、並びにＶが５％を超える場合には、溶解性と冷間加工性の両者を向上させることが困難となるおそれがある。さらに、この溶解性と冷間加工性の両者を向上させる場合におけるＮｂの含有量は、後述するＭｏの含有量の限定範囲に応じてさらに限定することによって、溶解性又は冷間加工性の一方をより一層向上させることができる。
Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、
Ｍｏ、Ｚｒはエージング処理に頼ることなく冷間加工のみで１０００ＭＰａ以上の高強度を得るために必要な元素である。Ｍｏ、Ｚｒ共に添加量を増加するほど高強度効果が増加するが、目的の強度を得るためには、最低でもＭｏは３％、Ｚｒは７．１％添加する必要がある。しかし、多量の添加はヤング率増加につながるとともに、冷間加工性を低下させるため、これを防止すべく、上限をＭｏは２０％、Ｚｒは３０％とした。望ましくは、Ｚｒの上限を２５％未満とするのが良い。
また、溶解性と冷間加工性の両者をより向上させるためには、Ｍｏを３〜１２％、より好ましくは５〜１２％の範囲にすると共に、Ｚｒを７．１％以上２０％未満に限定することが好ましい。この場合において、Ｍｏが３％未満の場合及び１２％を超える場合、並びにＺｒが７．１％未満の場合及び２０％以上の合には、溶解性と冷間加工性の両者を向上させることが困難となるおそれがある。そして、Ｍｏが８％以上において、Ｎｂを２〜６％の範囲に限定することにより、溶解性と冷間加工性のうち特に溶解性をさらに向上させることができ、一方、Ｍｏが３〜７％の範囲においては、Ｎｂを１２〜１６％の範囲に限定することにより、溶解性と冷間加工性のうち特に冷間加工性をさらに向上させることができる。また、Ｚｒを８〜１４％、より好ましくは９〜１１％の範囲に限定することにより、溶解性と冷間加工性の両方をさらに向上させることができる。
Ｏ：０．３０％以下、
Ｏは添加すると高強度化できることが知られているが、一方で添加量が増加するほど冷間加工性が低下し、ヤング率が上昇するという問題がある。従って、優れた冷間加工性と低剛性の維持を重視する本発明ではできるだけ量を抑制することが望ましい。しかしながら、Ｏは製造時に不可避に混入する不純物元素であるため、極端に上限値を低くすると製造が困難となるため、０．３０％以下の範囲での含有を許容することとした。
次に、上記第１の発明のチタン合金においては、上記Ｔｉの一部に代えて、さらに、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下であることが好ましい。これは、後述する第２、第３の発明においても同様である。以下、各元素の組成範囲限定理由について説明する。
Ａｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗは、前記した請求項１記載の合金に必要に応じて添加することにより、さらに強度を向上させる効果のある元素である。但し、多量に含有させると高強度は得られるがヤング率が上昇して高強度と低剛性の両立が困難になるとともに、冷間加工性が低下して製品の製造が難しくなるので、冷間加工性、ヤング率への悪影響が小さい範囲（質量％でＡｌ、Ｓｎの２元素の合計が５％以下、Ｔａ、Ｗの２元素の合計が２０％以下）で添加できるものとした。
但し、Ｔａは強度向上に効果を有するものの、多量に添加すると溶製法での製造が難しくなる。従って、製造性を考慮すると、Ｔａ以外の元素を利用し、Ｔａは無添加とするのがより好ましい。
なお、Ｎｂ、Ｖに加えＴａも添加量が増加すると比重が増加する傾向にあり軽量化効果が小さくなる傾向にあるため、比重を重視する場合には、３種類の元素の合計含有率を３０％未満とすることが好ましい。
また、溶解性と冷間加工性の両方をより向上させるためには、ＡｌとＳｎの合計含有量を１〜４％の範囲に限定すると共に、Ａｌの含有量を１〜４％、Ｓｎの含有量を１〜３％に限定することが好ましい。
次に、第２の発明は、チタン合金からなる冷間加工線材を少なくとも素材の一部分に使用して成形してなるめがねフレームにおいて、
上記チタン合金は、質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但しＮｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とするめがねフレームにある。
上記第２の発明における上記チタン合金は、上述した第１の発明のチタン合金に相当するものであり、低剛性・高強度をエージング処理に頼ることなく冷間加工のみで達成でき、かつ焼結法でなく溶製法で製造可能なため低コストで製造可能なチタン合金である。この合金は優れた特性を有しているため、数多くの種類の装身具、携帯品（腕時計、ピアス、指輪、ネクタイピン、ブローチ、カフスボタン、携帯電話、ベルトのバックル、様々な鍵、ライター、各種筆記用具（ボールペン等）、キーホルダ、ネックレス、ブレスレット、イアリング、ハンドバッグや財布等の金具）や、人工骨等の医療分野へ適用が可能であるが、特にめがねフレームに適用すると大きな効果を得ることができる。
すなわち、めがねフレームは常時人が顔に身につけて活動するため、軽量化要求が強く、かつ顔とのフィット性が要求されるため外力によって容易に変形できかつ外力を除去した場合にはすぐに元の形状にもどることが必要であり、低剛性と高強度が最も強く要求される製品であるからである。
上記チタン合金から製造した冷間加工線材を用いてめがねフレームを製造することにより、装着性、フィット性に優れ、従来合金を用いた場合に比べ大幅に軽量化しためがねフレームの製造が可能となる。なお、めがねフレームには、テンプル部、リム部、ブリッジ部からなっているが、本発明合金をその全てに使用しても良いし、一部分に使用しても良い。特にその中でもテンプル部が装着性、フィット性に最も関係の大きい部分であるため、一部に本発明合金を使用する場合には、テンプル部に本発明合金を使用すると装着性、フィット性に優れためがねフレームを製造することができる。また、本発明合金は高い強度を有しているため、前記した全ての部分に使用することにより、従来の純チタン製のフレームに比べ大幅に軽量化しためがねフレームを製造することも可能である。
また、上記第２の発明においても、上述したように、上記チタン合金においては、上記Ｔｉの一部に代えて、さらに、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下であることが好ましい。
次に、第３の発明は、チタン合金からなる冷間加工板材をフェース部に用いてなるゴルフクラブヘッドにおいて、
上記チタン合金は、質量％で、Ｎｂ：２５％以下、Ｖ：１５％以下の１種又は２種（但しＮｂ＋Ｖ≧０．５％、Ｎｂ、Ｖの複合添加時のＶは１０％未満）、Ｍｏ：３〜２０％、Ｚｒ：７．１〜３０％、Ｏ：０．３０％以下を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物元素からなることを特徴とするゴルフクラブヘッドにある。
上記第３の発明のチタン合金も上記第１の発明のチタン合金に相当するものであり、上記第１の発明の説明で記載した通り、上記チタン合金は、冷間加工のみで高強度が得られ、かつ低剛性である。前記した通り、ゴルフクラブのクラブヘッドによって打ち放ったゴルフボールの飛距離を高めるためには、ゴルフボールとクラブヘッドが衝突した際にフェース部のたわみが大きくなるように設計し、たわんだフェース部が元の形状に戻ろうとする力をより大きく利用できるようにすること、大きくたわんでも、永久変形が残らないことが必要である。すなわち、弾性変形の範囲内で大きなエネルギーを蓄積できる合金であることが重要である。本発明者等は前記した合金について、その性能を詳細に調査した結果、従来合金ではほとんど困難であった歪値まで永久変形が残らず、大きなエネルギー蓄積能力を有することを見出したものである。
なお、ゴルフクラブヘッドには、フェース部のほかに、クラウン部、ソール部、サイド部があるが、これらの部位は本発明の合金を使用しても良いし、他の合金でも構わない。但し最近では、３００ｍｌを超える大容量のクラブヘッドが好まれており、Ｆｅに比べ比重の低い材料を用いた方が適していること、フェース部に用いる本発明合金と溶接が可能な合金とする必要があることから、他の部位についてもＴｉ合金とした方が良いことは当然である。
また、上記第３の発明においても、上述したように、上記チタン合金においては、上記Ｔｉの一部に代えて、さらに、Ａｌ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗのうち１種又は２種以上を含有し、その含有量は、質量％で、これら全体で２５％以下であり、かつＡｌとＳｎの合計が５％以下、ＴａとＷの合計が２０％以下であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】  図１は、実施例として製造しためがねフレームを示す説明図。
図２は、実施例として適用できるウッド型ゴルフクラブヘッドを示す説明図。
図３は、実施例として適用できるアイアン型ゴルフクラブヘッドを示す説明図。
【発明を実施するための最良の形態】  次に本発明の特徴を実施例により明らかにする。表１に実施例として使用した供試材の化学成分を示す。このうちＮｏ．１〜１４が本発明の請求範囲内の合金であり、Ｎｏ．１〜８が請求項１に該当する合金、Ｎｏ．９〜１４が請求項２に該当する合金である。また、Ｎｏ．１５〜２６合金はいずれかの成分含有率が本発明の範囲外である比較合金であり、Ｎｏ．２７、２８合金はそれぞれ従来合金であるＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ合金（βＩＩＩ合金とも呼ばれている。）であり従来合金の中で最も高強度を得られることが知られている合金である。
（表１）
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これらの供試材は、真空２重アーク溶解により溶製された１０ｋｇのインゴット（直径１２０ｍｍ）を熱間鍛造及び熱間圧延で直径６ｍｍの線材とし、表面の酸化層を酸洗で除去し、さらに断面減少率が５０％となる冷間圧延を中間での焼鈍を行わずに実施することにより準備した。そして、得られた供試材を用いて引張強度及びヤング率の測定を行った。
ヤング率は引張試験片に歪ゲージを取り付け、引張試験実施中における応力−歪曲線を測定し、弾性範囲内の前記曲線の勾配から求めた。
冷間加工性は、前記した供試材準備時の減面率５０％の冷間圧延が正常に行うことができた場合を○、割れ、キズが発生し正常に圧延できなかった場合を×で示した。前記した表１にその結果を示す。
表１から明らかなように、本発明合金であるＮｏ．１〜１４合金は、いずれも断面減少率５０％の冷間圧延を正常に行うことができ、かつ８０ＧＰａ以下の低いヤング率と１０００ＭＰａ以上の高い引張強度を示し、めがねフレームでの適用時に重要視されるバネ特性に非常に優れていることがわかる。
それに対し比較合金であるＮｏ．１５〜２６合金は、いずれかの元素の含有率が本発明の条件を満足しないために、ヤング率、引張強度、冷間加工性のいずれかが本発明合金に比べ劣るものである。具体的にはＮｏ．１５〜１６、１８、２０〜２４合金は、表１で＊で示した元素が範囲外であるため、ヤング率が劣るものであり、Ｎｏ．１７、１９合金は強度向上に効果の大きい元素であるＭｏ、Ｚｒの含有率が低いため、強度が大きく劣るものであり、Ｎｏ．２５、２６合金はＯの含有率が高いため、冷間加工性が大きく低下し、冷間圧延時に割れ、キズが発生したものである。
また、従来合金であるＮｏ．２７、２８合金は、従来合金の中で最も高強度の得られる合金であり、強度については優れた値を示しているが、ヤング率が高く、高強度と低剛性の両立ができていないものである。
以上の結果より本発明合金により優れた特性の得られることが明らかになったので、実際に本発明合金を用いて図１に示されるようなめがねフレームを製造した。なお、図中で１はテンプル部、２はリム部、３はブリッジ部である。このうち、１のテンプル部が最も装着性、フィット性の良し悪しに影響の大きい部品であるため、１種類はテンプル部、リム部、ブリッジ部の全てが純チタン（ヤング率１００ＧＰａ、引張強度６００ＭＰａ）からなるめがねフレーム（従来のめがねフレーム）を製造し、もう１種類としてテンプル部のみ表１に示すＮｏ．１に相当する合金を用い、リム部、ブリッジ部は前記と同じ純チタンからなるめがねフレームを製造した。そして、リム部、ブリッジ部については両者とも同じ寸法とし、テンプル部については引張による破断荷重が同一となるよう太さを変更し、長さは同一となるようにして製造した。製造後に質量を測定した結果、純チタンのみから製造しためがねフレームが５．５ｇであったのに対し、テンプル部に本発明合金を用いためがねフレームは４．３ｇと１．２ｇの軽量化を実現することができた。
この試作しためがねフレームの使用した合金の違いによる効果であるが、装着性、フィット性は個人によっても評価に差が生じ、数値で明確に評価することは困難であるため、無作為に２０人を選び装着性、フィット性について５段階評価を実施（評価が５、４、３、２、１のそれぞれについて点数を５、４、３、２、１として評価）し、その平均点で評価した。その結果、従来合金のみにより製造しためがねフレームが平均３．２点であったのに対し、本発明の合金を使用しためがねフレームは、平均４．５点とかなりの改善がみられた。これは軽量化効果に加え、ヤング率の低下と高強度化により、めがねをかける時にテンプル部の間隔の調整の自由度が大きくなったことにより、フィット性が向上したことが大きな原因と推定される。
次に本発明からなるＴｉ合金をゴルフクラブヘッドのフェース部に用いた場合に、飛距離の優れたクラブを製造できることを示す別の実施例を示す。実験は、前記実施例で使用した供試合金のうち、本発明合金として２、１１、１２合金、従来合金（１５−３−３−３合金）である２７合金を選択し、前記した引張試験と同じ方法で引張試験片を準備した。
ここで、従来合金として、１５−３−３−３合金である２７合金を選択したのは、１５−５−３合金（１５％Ｍｏ−５％Ｚｒ−３％Ａｌ−７７％Ｔｉ）とともに、従来から知られているＴｉ合金の中でゴルフクラブヘッドのフェース部に現在も最も多く使用されているβ型Ｔｉ合金であり、この合金との性能の差異を明確にすることが必要だと判断したからである。
そして、様々な歪値まで試験片を引張って、各歪値における強度を記録し、さらに除荷後に永久歪が生じているかを調査した。その結果得られた弾性限強度（除荷後に元の寸法に戻る限界まで引張った時の強度）、弾性限歪ε１（除荷後に元の寸法に戻る限界の歪）及び応力−歪曲線から、それぞれの合金について蓄積できる弾性エネルギーを求めた。弾性エネルギーは、応力−歪曲線と縦軸（歪＝０）、横軸（応力＝０）、歪＝ε１で囲まれる面積から求めることができる。なお、弾性エネルギーは、従来合金である２７合金のエネルギーを１００として、整数比で示した。
この値は、それぞれの合金が、弾性変形の範囲内で蓄積できるエネルギーの大小を示すものであり、この値が大きいほど、フェース部に用いた際により大きくたわんでも、元の形状に戻ることを意味し、飛距離の上昇に貢献できるクラブの製造が可能となるからである。結果を表２に示す。
（表２）
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表２から明らかなように、本発明合金は、従来合金２７に比べ２〜３倍の弾性エネルギーを蓄積できることが明らかとなった。従って、本発明合金をゴルフクラブに適用した場合には、このエネルギーをボールを跳ね返す復元力として有効利用できるように、適切な設計をすることによって、飛距離の優れたクラブの製造を可能とすることが期待できる。
なお、本発明合金を適用しうるゴルフクラブヘッドの構造の１例を図２、図３に示す。
図２に示すものは金属製ウッド型のクラブヘッド４であり、一般的に、ゴルフボールを捕捉するフェース部４１と、クラウン部、ソール部、サイド部を備えた本体部分４２とを組み合わせて構成される。
図３に示すものはアイアン型のクラブヘッド５であり、全体を１つの合金で作製したものもあるが、フェース部５１と、その周囲の部分５２を別合金で作製して組み合わせたものが本発明の適用例である。
【産業上の利用可能性】  以上の結果から明らかなように、本発明合金は冷間加工による線材への加工が可能な加工性を有しているため、加工硬化による高強度化を容易に達成することができ、エージング処理に頼ることなく１０００ＭＰａ以上の引張強度を得ることができる。また、高強度と同時に８０ＧＰａ以下の低ヤング率を達成でき、数多くの種類の携帯品、装身具は勿論の事、人体の骨に近いヤング率を有しているため、人工骨等の医療分野にも適用でき、特にめがねフレームに適用すると、大幅に装着性、フィット性を改善できることが可能となる。
また、本発明合金は、従来合金に比べより多くの弾性エネルギーを蓄積できるので、ゴルフクラブヘッドのフェース部に用いた場合に、より大きな反発力をボールに与えることができ、飛距離の優れたクラブを製造することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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