(57)【要約】      （修正有）【課題】チタン合金の鋳造物欠陥が少ないゴルフクラブヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】ゴルフクラブの少なくとも一部を形成するためにチタン合金重量に対し、少なくとも０．０１％のビスマスを含むチタン合金を鋳造することによりゴルフクラブヘッドを形成する。その結果、従来のチタン合金を使った鋳造方法のものと比して、高い収率で、より高い強度および低い弾性率のチタン合金からなるゴルフクラブヘッドが作られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部分を形成するためにチタン合金を鋳造することを含むゴルフクラブヘッドを、チタン合金から製造する方法であって、前記チタン合金が前記チタン合金重量に対し、少なくとも０．０１％のビスマスを含む、ゴルフクラブヘッドを製造する方法。
【請求項２】
前記チタン合金は、前記チタン合金重量に対し、０．１〜１０％のビスマスを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記チタン合金は、前記チタン合金重量に対し、０．５〜５％のビスマスを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記チタン合金は、前記チタン合金重量に対し、１〜３％のビスマスを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記チタン合金は、本質的にビスマスおよびチタンからなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記チタン合金は、本質的にビスマス、チタンならびに、Ｍｏ、Ａｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、ＣｕおよびＰｂからなる群から選択される少なくとも１つの元素からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
１μｍ未満の平均表面粗さを有する研磨された鋳造物を得るように、前記鋳造から得られた鋳造物を研磨することをさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記平均表面粗さは、０．１μｍ未満である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部が、クラウンである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部が、フェースプレートである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも一部が、チタン合金の重量に対し、少なくとも０．０１％のビスマスを含むチタン合金から作られてなるゴルフクラブヘッド。
【請求項１２】
チタン合金は、チタン合金の重量に対し、少なくとも０．１〜１０％のビスマスを含む請求項１１に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１３】
チタン合金は、チタン合金の重量に対し、少なくとも０．５〜５％のビスマスを含む請求項１２に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１４】
チタン合金は、チタン合金の重量に対し、少なくとも１〜３％のビスマスを含む請求項１３に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１５】
前記チタン合金は、本質的にビスマスおよびチタンからなる、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１６】
前記チタン合金は、本質的にビスマス、チタンならびに、Ｍｏ、Ａｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、ＣｕおよびＰｂからなる群から選択される少なくとも１つの元素からなる、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１７】
前記ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部は、前記チタン合金を鋳造することを含む方法によって形成される、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１８】
前記方法は、１μｍ未満の平均表面粗さを有する研磨された鋳造物を得るように、前記鋳造物から得られた鋳造物を研磨することをさらに含む、請求項１７に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項１９】
前記平均表面粗さは、０．１μｍ未満である、請求項１８に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項２０】
前記ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部が、クラウンである、請求項１１〜９のいずれか１項に記載のゴルフクラブヘッド。
【請求項２１】
前記ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部が、フェースプレートである、請求項１１〜１９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】
発明の分野
本発明は、チタン合金のゴルフクラブヘッドの製造方法に関し、特に、ビスマス含有のチタン合金のゴルフクラブヘッドの製造方法と、ゴルフクラブヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
チタン合金から作るゴルフクラブヘッドは、現在非常に一般的であって、それは、真空誘導溶融（ＶＩＭ）または真空アーク再溶融（ＶＡＲ）による遠心力を利用した方法によってチタン合金を鋳造して、ゴルフクラブヘッドのクラウンを形成することを含む。酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウムから作られるシェル・モールドは、鋳造に使用され、この際シェル・モールドは、インジェクション成形によりワックスモールドを形成し、得られたワックスモールドを、コーティングを形成するためスラリー中に含浸し、乾燥し、ワックスを除去し、さらに焼結することによって製造される。酸化ジルコニウムおよび酸化イットリウムの物質は、溶融チタン合金に不活性である。シェル・モールドにおける溶融チタン合金の流動性は、遠心力によって向上されうるにもかかわらず、ゴルフクラブヘッドのクラウンの結果物たる鋳造物は、ピンホールや不完全充填等のような鋳造物欠陥が頻繁に生じる。
【発明の開示】
【０００３】
発明の要約
本発明の第一の目的は、チタン合金の鋳造物欠陥が少ないゴルフクラブヘッドの製造方法を提供するものである。
【０００４】
本発明の他の目的は、鋳造により、その少なくとも一部分が、ビスマス含有のチタン合金から作られる、ゴルフクラブヘッドの製造方法を提供するものである。
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明において開示されている、チタン合金からゴルフクラブヘッドを製造する方法は、ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部分を形成するためにチタン合金を鋳造することを含み、この際、その改良点は、チタン合金がチタン合金重量に対し、少なくとも０．０１％のビスマスを含むことを含む。
【０００６】
本発明により構成されたゴルフクラブヘッドは、チタン合金重量に対し、少なくとも０．０１％のビスマスを含むチタン合金から作られたゴルフクラブヘッドの少なくとも一部を含む。
【０００７】
チタン合金重量に対し、好ましくは、チタン合金は、０．１〜１０％のビスマスを含み、より好ましくは、０．５〜５％のビスマスを含み、さらに好ましくは、１〜３％のビスマスを含む。
【０００８】
好ましくは、チタン合金は、本質的にビスマスおよびチタンからなる。
【０００９】
好ましくは、チタン合金は、本質的にビスマス、チタンならびに、Ｍｏ、Ａｌ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｈｆ、ＣｕおよびＰｂからなる群から選択される少なくとも１つの元素からなる。
【００１０】
好ましくは、本発明の方法は、１μｍ未満、より好ましくは０．１μｍ未満の平均表面粗さの表面を有する研磨された鋳造物を得るために、前記鋳造から得られた鋳造物を研磨することをさらに含む。
【００１１】
好ましくは、前記ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部は、クラウンである。
【００１２】
好ましくは、前記ゴルフクラブヘッドの少なくとも一部は、フェースプレートである。
【００１３】
発明の詳細な説明
１９９０年から、ゴルフクラブのクラウンおよびフェースプレートを製造する際使用される物質は、その高い強度、低い弾性率、低い密度および防食性を考慮して、１７−４ＰＨスチールおよびパーシモン・ウッドから、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖに移行してきている。総重量を制限しつつ、スイートスポットのエリアおよびＭＯＩ（慣性モーメント）の値を増加させるために、ゴルフクラブヘッドのサイズを２００ｃｃから４５０ｃｃに増加させ、ゴルフクラブのクラウンの厚さをまた徐々に減少させてきている。さらに、ゴルフクラブヘッドのバランスの様々なデザインは、その形を複雑にする。米国特許公報第２００３−００３６４４２号は、０．８ｍｍ未満の厚さを有するゴルフクラブのクラウンを開示している。鋳造によってＴｉ−６Ａｌ−４Ｖからこのようなゴルフクラブのクラウンを作ることは容易ではない。米国特許第４８３０８２３号における示唆によると、ピュアなチタンの鋳造性は、１．５〜４ｗｔ％のアルミニウムおよび１〜３ｗｔ％のバナジウム、典型的にはＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖをドーピングすることにより向上されうる。しかしながら、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖの強度は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（１１００ＭＰａ）のそれのたった６０％である６２１ＭＰａであり、ゴルフクラブヘッド製造におけるＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖの使用は満足できるものではない。最近、Ｃａｌｌａｗａｙ（登録商標）およびＴａｙｌｏｒｍａｄｅ（登録商標）のような主要なブランドによって製造されたゴルフクラブヘッドは、Ｔｉ−４．５Ａｌ−３Ｖ−２Ｆｅ−２ＭｏおよびＴｉ−１５Ｖ−３Ｚｒ−３Ａｌ−３Ｓｎのようなβ相チタン合金によって作られた部分を多く含む。β相合金は、高い強度および低い弾性率を有し、これにより反発係数が高くおよび機械設計を最適化する上での選択肢が広がるというような利点がある。しかしながら、これらのβ相合金は、鋳造を困難にする合金化元素を多く含有している。したがって、向上した鋳造性を伴う高い強度のチタン合金の探求が求められている。
【００１４】
参照により全体として引用される、米国特許第６４０９８５２号および米国特許公報第２００４−０１３６８５９号の本出願に係る発明者らは、ビスマスをドーピングすることによってピュアなチタン金属およびチタン合金の鋳造性を向上させるための技術を開示している。ピュアなチタンの鋳造性は、前記技術に係る１ｗｔ％のビスマスをドーピングすることによって３４％向上させうる。Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｎｂ−１Ｂｉ、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ−１Ｂｉ、Ｔｉ−７．５Ｍｏ−１ＢｉおよびＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉのような、特定のビスマスドープされたチタン合金はまた、ビスマスドープされていない対応するチタン合金に比して、鋳造性において顕著な向上を示す。これらのビスマスドープされたチタン合金のすべては、ゴルフクラブヘッドを鋳造する際に使用されるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖのそれよりも優れた鋳造性を有する。本出願の発明者らのもうひとつの調査において、主要な相としてα”相を有するチタンモリブデン合金（典型的にはＴｉ−７．５Ｍｏ）は、強度、弾性率および延性の優れた組合せを示し、その強度／弾性率の割合（機械的性質のキーインデックス）は、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖおよびほとんどの既知のチタン合金の強度／弾性率の割合より、顕著に高い。詳細については、その開示の内容が参照により全体として引用される、米国特許第６４０９８５２号を参照されたい。係属中の米国特許出願番号１１／１０７８３３（２００５年４月１８日出願）において、本願の発明者らは、高い強度、低い弾性率および優れた冷間加工性能を有する典型的なβ相のＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉ合金から、室温において塑性変形させることによって、チタン合金の物品を製造する方法を開示している。
【００１５】
本出願の発明者らは、ビスマス含有のチタン合金を鋳造すること、さらに、ゴルフクラブヘッドの機械的性質、反発係数、および耐久性を評価することを含む、ゴルフクラブヘッドの新規な製造方法を開発するための努力を行う結果、そのゴルフクラブヘッドは、精密鋳造によっても容易に製造でき、なお、高い強度および低い弾性率を有しうることになる。
【００１６】
下記の表１は、米国特許公報第２００４−０１３６８５９号に開示されているＢｉの存在により、Ｔｉ合金の鋳造性（鋳造長さ）が向上したことを示している。
【００１７】
【表１−１】
2007090050.tif 000002
【００１８】
【表１−２】
2007090050.tif 000003
【００１９】
チタン合金の鋳造性が、ビスマスをドーピングすることによって、向上できることが表１により分かる。
【００２０】
構造上、ビスマス１、３および５ｗｔ％を含有させた場合の効果ならびにピュアなチタンおよび様々なチタン合金の機械的性質は、表２に示され、この際、相分析のためのＸ線回折（ＸＲＤ）および曲げ試験が行われた。ピュアなチタンおよびチタン合金の相は、１、３および５ｗｔ％のビスマスをドーピングした後に変化がなく、曲げ強度および弾性率（曲げ係数）は、両方とも増加していることが、表２により分かる。
【００２１】
【表２】
2007090050.tif 000004
【００２２】
表１および２におけるデータは、鋳造によりゴルフクラブヘッドを製造するためにビスマス含有チタン合金を初めて用いた本出願に係る発明者らは、先行技術の問題点、すなわち、チタン合金のゴルフクラブヘッドに続発する鋳造物欠陥を解決しうることを示す。さらに、ビスマス含有のチタン合金から本発明によって作られるゴルフクラブヘッドはなお、チタン合金の高い強度および低い弾性率を保持する。
【００２３】
本出願の発明者らは、Ｔｉ−ＭｏおよびＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉ試料の冷間圧延試験ならびに冷間圧延したＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉ試料の試曲げ疲労試験を行った。Ｔｉ−１５Ｍｏ（１５ｗｔ％Ｍｏ）およびＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉ（１５ｗｔ％のＭｏおよび１ｗｔ％のＢｉ）合金は、、市販のアーク溶融真空圧（ａｒｃ−ｍｅｌｔｉｎｇ  ｖａｃｕｕｍ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）タイプの鋳造システム（Ｃａｓｔｍａｔｉｃ，ＩｗａｔａｎｉＣｏｒｐ．，Ｊａｐａｎ）を用いて市販のピュアなチタン（ｃ．ｐ．Ｔｉ）バーで純度９９．９５％のモリブデンおよび９９．５％のビスマスから準備した。溶融チャンバを、まず脱気し、アルゴンでパージした。アルゴンの圧力を溶融中において、１．８ｋｇｆ／ｃｍ２に維持した。ｃ．ｐ．Ｔｉバー、モリブデンおよびビスマスの適量を、タングステン電極を有するＵ型銅炉（Ｕ−ｓｈａｐｅｄ  ｃｏｐｐｅｒ  ｈｅａｒｔｈ）において溶融した。このインゴットを、化学的均一性を向上させるために、３回再溶融した。
【００２４】
５．０ｍｍの厚さ、１３ｍｍの幅および７０ｍｍの長さを有する試料は、グラファイトモールドを使ってＴｉ−１５ＭｏおよびＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉ合金から準備した。モールドから除去された試料を、冷間圧延の前に、水中急冷し、表面仕上げした。冷間圧延は、室温において１００−トン圧延機（ＶＦ  ＰＣＡＫ−Ｐ１，Ｔｏｓｈｉｂａ  Ｃｏｒｐ．，Ｊａｐａｎ）を用いて行い、ここで、２つのローラーの間の間隙を調節することにより、異なる変形厚さで、何度も２つのローラーの間の間隙を通した。
【００２５】
冷間圧延が、１．５ｍｍ、０．９ｍｍ、０．９ｍｍ、０．３ｍｍおよび０．３ｍｍという順で、厚さを減じる状態で行われる際（トータルの厚みの減少が７８％）、Ｔｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉの試料はすべて、破断したり、または、試料の表面または端にひび割れを示すことなく、最終的な厚さ（トータルの厚さの減少が７８％)にまで冷間圧延することができた。しかしながら、Ｔｉ−１５Ｍｏの試料は、表面上で変形帯を、もしくは、試料の端においてひび割れを示すか、または圧延中に破断した。Ｔｉ−１５Ｍｏ合金に１ｗｔ％Ｂｉを添加すると、顕著に合金の冷間圧延加工性が向上することが、この冷間圧延試験によって分かった。
【００２６】
曲げ疲労試験は、冷間圧延したＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉ試料（厚さを７８％減少）の加熱処理（９００℃、１分）により行った。長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍおよび厚さ１．５ｍｍの寸法を有する平滑なプレート試料の疲労試験のために、サーボ流体圧式試験機（ＥＨＦ−ＥＧ，Ｓｈｉｍａｄｚｕ  Ｃｏ．，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）を用いた。平滑なプレート試料に、空気中、室温において、応力比Ｒ＝０．１で周波数４Ｈｚの正弦波形の疲労荷重をかけた。次の４つの異なった表面粗さのものが準備された：（１）＃６０のサンドペーパーによって得られた、表面粗さＲａ（Ｒａ値は、ＩＳＯ４２８７：２０００方法に従って測定した）＝０．９〜１．１μｍ；（２）＃１０００のサンドペーパーによって得られた表面粗さＲａ＝０．１〜０．２μｍ；（３）＃１５００のサンドペーパー、次いで、１μｍ、０．３μｍおよび０．０５μｍアルミナ粉末を順に用いて機械研摩をして得られた表面粗さＲａ＜０．１μｍ；および、（４）＃１５００のサンドペーパー、次いで、５秒間、５ｖｏｌ％ＨＦ、１５ｖｏｌ％ＨＮＯ３および８０ｖｏｌ％の水を含む溶媒において化学研磨をして得られた表面粗さＲａ＜０．１μｍ。
【００２７】
疲労寿命／疲労抵抗は、テストされた試料の表面粗さに極めて依存していることが、疲労試験データから見出された。＃６０のサンドペーパー（Ｒａ＝０．９〜１．１μｍ）（上記（１））によって準備された５つすべての試料の疲労寿命（疲労サイクル数）は、およそ４×１０３および１０４サイクルの間であり；＃１０００のサンドペーパー（Ｒａ＝０．１〜０．２μｍ）（上記（２））によって準備された５つすべての試料は、およそ１０４および６×１０４サイクルの間である。
【００２８】
注目すべきは、上記（３）および（４）において、機械的研磨された試料および化学的研磨された試料（すべてＲａ＜０．１μｍ）は、疲労寿命が非常に増加していることである。それぞれのグループにおいて、試験された６つの試料のうち４つは、１０６より長い疲労寿命を示した（試料は、１０６サイクル後損傷しなかった）。この結果は、実用化のためには、表面粗さＲａ＜０．１μｍであるＴｉ−１５Ｍｏ−１Ｂｉ合金を準備することが、非常に重要であることを示唆している。０．１μｍより大きい表面粗さを有するこの種の材料から作られたいずれのサイクル負荷耐久装置も、疲労破壊が早まるリスクを有する。
【００２９】
本発明は、その特定の実施例の特定の詳細について記載しているが、そのような詳細は、発明の範囲内および添付された特許請求の範囲に含まれる範囲内において、制限されるものとみなされることを意図するものではない。改良したり、変更させたりすることは、上記開示に照らして可能である。
【外国語明細書】
2007090050000001.pdf
2007090050000002.pdf
2007090050000003.pdf