(57)【要約】高弾性率および破壊靭性を有するバルク凝固アモルファス金属（すなわち、金属ガラス）から形成されたゴルフクラブと、それを形成する方法とが提供される。構成要素の中でもとりわけ、開示されるゴルフクラブ材料は、曲げ荷重下で過負荷を掛けられたとき、塑性変形し、脆性破壊または壊滅的故障を回避する能力とともに、増強された撓みまたは曲げ弾性コンプライアンスを呈する、ゴルフクラブヘッド（ドライバー、フェアウェイ、ハイブリッド、アイアン、ウェッジ、およびパター）に使用される、撓み膜またはシェルの加工を可能にする。さらに、鋼鉄のものに匹敵する、材料の高強度とその密度は、所望の全体の標的質量を維持しながら、ゴルフクラブ内における質量の再分散を可能にする。
2016508546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴルフクラブであって、前記ゴルフクラブの少なくとも一部分は、１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも５０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する、金属ガラスから形成され、前記金属ガラスは、少なくとも１ｍｍの側方寸法を有する物体に形成されることが可能である、ゴルフクラブ。
【請求項２】
前記金属ガラスは、１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも７０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項３】
前記金属ガラスは、１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも９０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項４】
前記金属ガラスは、σＹ（０．３πｔ）１／２よりも大きい、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性を有し、但し、σＹは、前記金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ｔは、曲げ荷重に曝される前記金属ガラス部の厚さである、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項５】
前記金属ガラスは、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度と、５５ＧＰａ未満の剛性率と、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率と、少なくとも０．３５のポアソン比と、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度と、少なくとも１．４％の弾性歪み限界と、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、前記金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの切欠靭性である）と、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力とから成る群から選択される、少なくとも１つの付加的特性を有する、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項６】
前記金属ガラスは、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度と、５５ＧＰａ未満の剛性率と、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率と、少なくとも０．３５のポアソン比と、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度と、少なくとも１．４％の弾性歪み限界と、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、前記金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの切欠靭性である）と、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力とから成る群から選択される、少なくとも２つの付加的特性を有する、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項７】
前記金属ガラスは、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度と、５５ＧＰａ未満の剛性率と、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率と、少なくとも０．３５のポアソン比と、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度と、少なくとも１．４％の弾性歪み限界と、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、前記金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの切欠靭性である）と、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力とを有する、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項８】
前記金属ガラスは、
Ｘ１００−ａ−ｂＹａＺｂ
を含み、但し、
Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、
ａは、５〜１５ａｔ％であり、
ｂは、１５〜２５ａｔ％である、
請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項９】
前記合金は、最大３ａｔ％の濃度において、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｖ、およびＳｎの元素のうちの１つ以上を含んでもよい、請求項８に記載の金属ガラス。
【請求項１０】
前記金属ガラスは、
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃＷａＹｂＺｃ
を含み、但し、
Ｗは、Ｃｏ、Ｆｅ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、
ａは、最大４０ａｔ％であり、
ｂは、５〜１５ａｔ％であり、
ｃは、１５〜２５ａｔ％である、
請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項１１】
前記金属ガラスは、
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃＣｒａＹｂＺｃ
を含み、但し、
Ｙは、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、
ａは、５〜１０ａｔ％であり、
ｂは、２．５〜５ａｔ％であり、
ｃは、１５〜２５ａｔ％である、
請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項１２】
前記金属ガラスは、
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄＣｒａＹｂＰｃＺｄ
を含み、但し、
Ｙは、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｚは、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、
ａは、５〜１０ａｔ％であり、
ｂは、２．５〜５ａｔ％であり、
ｃは、１６〜１９ａｔ％であり、
ｄは、１〜３．５ａｔ％である、
請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項１３】
前記金属ガラスは、少なくとも３ｍｍの側方寸法を有する物体に形成されることが可能である、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項１４】
前記金属ガラスは、Ｎｉ７１．４Ｃｒ５．５２Ｎｂ３．３８Ｐ１６．６７Ｂ３．０３、Ｎｉ７２．５Ｃｒ５Ｎｂ３Ｐ１６．５Ｂ３、Ｎｉ７０．７５Ｃｒ７Ｔａ２．７５Ｐ１６．２５Ｂ３．２５、Ｎｉ６９Ｃｒ７．５Ｍｎ３Ｍｏ１Ｐ１６．５Ｂ３、Ｎｉ６９．９Ｃｏ１．５Ｃｒ５．５２Ｎｂ３．３８Ｐ１６．６７Ｂ３．０３、Ｎｉ６７．１Ｃｒ１０Ｎｂ３．４Ｐ１８Ｓｉ１．５、Ｎｉ７４Ｍｎ３．５Ｎｂ３Ｐ１６．５Ｂ３、およびＮｉ７２．３Ｍｏ３Ｎｂ４Ｍｎ１Ｐ１６．５Ｂ３．２から成る群から選択される、請求項１に記載のゴルフクラブ。
【請求項１５】
ゴルフクラブの少なくとも一部分を金属ガラスから形成する方法であって、
１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも５０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する、金属ガラスを形成することが可能である合金を選択し、溶融するステップであって、前記金属ガラスは、少なくとも１ｍｍの側方寸法を有するバルク物体に形成されることが可能である、ステップと、
前記ゴルフクラブの少なくとも一部分を加工するために、前記合金溶融物を形成するステップと、
前記金属ガラスからゴルフクラブの少なくとも一部分を形成するために、十分に迅速な冷却速度において前記形成された合金溶融物を急冷し、前記合金の結晶化を防止するステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
還元剤を使用することによって、急冷するステップに先立って、前記溶融合金を液体化するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記合金を溶融するステップは、前記合金の液相温度を上回る少なくとも１００℃の温度において、前記合金溶融物を加熱するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記合金を溶融するステップは、少なくとも１１００℃の温度において、前記合金溶融物を加熱するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属ガラスは、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度、５５ＧＰａ未満の剛性率、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率、少なくとも０．３５のポアソン比、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度、少なくとも１．４％の弾性歪み限界、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、前記金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの切欠靭性である）、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力から成る群から選択される、少なくとも１つの付加的特性を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属ガラスは、
Ｘ１００−ａ−ｂＹａＺｂ
を含み、但し、
Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、
Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、
ａは、５〜１５ａｔ％であり、
ｂは、１５〜２５ａｔ％である、
請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高弾性率および破壊靭性を伴うバルク凝固アモルファス金属（すなわち、金属ガラス）から形成されるゴルフクラブと、それを製造する方法とを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフクラブの設計および性能は、加工される材料の選択によって大幅に影響される。材料の部類としてバルク凝固アモルファス金属（すなわち、金属ガラス）が、高強度および硬度、高弾性歪み限界、ならびに有用な範囲にわたって変動する物質密度等のある特有の属性を保有し、これは、ドライバー、フェアウェイウッド、アイアン、およびパターを含む、種々のゴルフクラブの使用のためにそれらを非常に魅力的なものにすることが認識されている。具体的には、Ｓｃｒｕｇｇｓ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第６，６８５，５７７号）およびＪｏｈｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，３５７，７３１号）は、そのようなゴルフクラブの設計および性能における、バルク凝固アモルファス金属のこれらの特有の特性に起因する利点を説明している。例えば、Ｓｃｒｕｇｇｓ  ｅｔ  ａｌ．とＪｏｈｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．との両方は、金属ガラスの高弾性歪み限界が、例外的な高エネルギー反発係数を伴うゴルフドライバーを設計するために潜在的に活用される可能性があって、それによって、ゴルファーがドライバーショットでより長い距離を達成することを可能にすることをこれらの特許において主張している。また、金属ガラスの高強度は、クラブの質量がアイアンの外周上のより大きい範囲に集中されることができる、ゴルフアイアンの設計を可能にするであろうと推測されている。そのような設計自由度は、ボールがクラブの「芯」を離れるときに生じる、「フッキング」または「スライシング」により耐性を示すクラブを可能にするであろうと考えられている。
【０００３】
実際には、ゴルフクラブ内の金属ガラスの実用は、利用可能である金属ガラス材料の他の主要材料特性によって制限かつ制約されている。他の重要な特性の実施例は、弾性剛性（ヤング率）、破壊靭性（切欠靭性）、曲げ下の延性、周期的負荷下での耐性（疲労挙動）、および脆性による壊滅的故障に向かう一般的傾向を含む。これらの特性は、先述技術においてゴルフクラブの設計に関連のあるものとして見なされなかったが、しかしながら、前述の付加的特性に関する適切な高価値とともに、高弾性歪み限界、高強度、および有用な範囲内における密度の適切な組み合わせを伴う低コストの金属ガラスの欠如は、クラブ設計者およびエンジニアによるゴルフ産業界における金属ガラスの広範囲の採用を制限している。具体的には、商業用ゴルフクラブにおける金属ガラスの使用は、高弾性率、高破壊靭性、高疲労耐性、適切な曲げ延性、および有用な範囲内における物質密度を伴う、低コストの処理可能な金属ガラスの欠乏によって制約されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、高弾性率および破壊靭性を有するバルク凝固アモルファス金属（すなわち、金属ガラス）から形成されるゴルフクラブと、それを形成する方法とを提供する。
【０００５】
いくつかの実施形態では、本開示は、ゴルフクラブを対象とし、ゴルフクラブの少なくとも一部分は、１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも５０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する、金属ガラスから形成され、金属ガラスは、少なくとも１ｍｍの側方寸法を有する物体に形成されることが可能である。
【０００６】
いくつかのそのような実施形態では、金属ガラスは、１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも７０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する。
【０００７】
他のそのような実施形態では、金属ガラスは、１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも９０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する。
【０００８】
他の実施形態では、金属ガラスは、σＹ（０．３πｔ）１／２よりも大きい、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性を有し、但し、σＹは、金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ｔは、曲げ荷重に曝される金属ガラス部の厚さである。
【０００９】
さらなる他の実施形態では、金属ガラスは、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度と、５５ＧＰａ未満の剛性率と、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率と、少なくとも０．３５のポアソン比と、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度と、少なくとも１．４％の弾性歪み限界と、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性である）と、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力とから成る群から選択される、少なくとも１つの付加的特性を有する。
【００１０】
いくつかのそのような実施形態では、金属ガラスは、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度と、５５ＧＰａ未満の剛性率と、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率と、少なくとも０．３５のポアソン比と、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度と、少なくとも１．４％の弾性歪み限界と、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性である）と、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力とから成る群から選択される、少なくとも２つの付加的特性を有する。
【００１１】
さらなる他のそのような実施形態では、金属ガラスは、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度と、５５ＧＰａ未満の剛性率と、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率と、少なくとも０．３５のポアソン比と、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度と、少なくとも１．４％の弾性歪み限界と、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性である）と、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力とを有する。
【００１２】
さらなる他の実施形態では、金属ガラスは、以下の公式
Ｘ１００−ａ−ｂＹａＺｂ
によって与えられ、但し、Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１５ａｔ％であり、ｂは、１５〜２５ａｔ％である。
【００１３】
いくつかのそのような実施形態では、金属ガラスは、最大３ａｔ％の濃度において、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｖ、およびＳｎの元素のうちの１つ以上を含んでもよい。
【００１４】
さらにさらなる実施形態では、金属ガラスは、以下の公式
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃＷａＹｂＺｃ
によって与えられ、但し、Ｗは、Ｃｏ、Ｆｅ、またはそれらの組み合わせであり、Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、最大４０ａｔ％であり、ｂは、５〜１５ａｔ％であり、ｃは、１５〜２５ａｔ％である。
【００１５】
さらなる他の実施形態では、金属ガラスは、以下の公式
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃＣｒａＹｂＺｃ
によって与えられ、但し、Ｙは、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１０ａｔ％であり、ｂは、２．５〜５ａｔ％であり、ｃは、１５〜２５ａｔ％である。
【００１６】
さらにさらなる実施形態では、金属ガラスは、以下の公式
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄＣｒａＹｂＰｃＺｄ
によって与えられ、但し、Ｙは、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１０ａｔ％であり、ｂは、２．５〜５ａｔ％であり、ｃは、１６〜１９ａｔ％であり、ｄは、１〜３．５ａｔ％である。
【００１７】
さらにさらなる実施形態では、金属ガラスは、少なくとも３ｍｍの側方寸法を有する物体に形成されることが可能である。
【００１８】
さらにさらなる実施形態では、金属ガラスは、Ｎｉ７１．４Ｃｒ５．５２Ｎｂ３．３８Ｐ１６．６７Ｂ３．０３、Ｎｉ７２．５Ｃｒ５Ｎｂ３Ｐ１６．５Ｂ３、Ｎｉ７０．７５Ｃｒ７Ｔａ２．７５Ｐ１６．２５Ｂ３．２５、Ｎｉ６９Ｃｒ７．５Ｍｎ３Ｍｏ１Ｐ１６．５Ｂ３、Ｎｉ６９．９Ｃｏ１．５Ｃｒ５．５２Ｎｂ３．３８Ｐ１６．６７Ｂ３．０３、Ｎｉ６７．１Ｃｒ１０Ｎｂ３．４Ｐ１８Ｓｉ１．５、Ｎｉ７４Ｍｎ３．５Ｎｂ３Ｐ１６．５Ｂ３、およびＮｉ７２．３Ｍｏ３Ｎｂ４Ｍｎ１Ｐ１６．５Ｂ３．２から成る群から選択される。
【００１９】
他の実施形態では、本開示は、ゴルフクラブの少なくとも一部分を金属ガラスから形成する方法を対象とし、該方法は、
・１２０ＧＰａよりも大きいヤング率と、少なくとも５０ＭＰａ‐ｍ１／２の、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性とを有する、金属ガラスを形成することが可能である合金を選択し、溶融するステップであって、金属ガラスは、少なくとも１ｍｍの側方寸法を有するバルク物体に形成されることが可能である、ステップと、
・ゴルフクラブの少なくとも一部分を加工するために、合金溶融物を形成するステップと、
・金属ガラスからゴルフクラブの少なくとも一部分を形成するために、十分に迅速な冷却速度において形成された合金溶融物を急冷し、合金の結晶化を防止するステップと、
を含む。
【００２０】
他の実施形態では、本方法はさらに、還元剤を使用することによって、急冷するステップに先立って、溶融合金を液体化するステップを含む。
【００２１】
さらなる他の実施形態では、合金を溶融するステップは、合金の液相温度を上回る少なくとも１００℃の温度において、合金溶融物を加熱するステップを含む。
【００２２】
さらなる他の実施形態では、合金を溶融するステップは、少なくとも１１００℃の温度において、合金溶融物を加熱するステップを含む。
【００２３】
さらにさらなる実施形態では、金属ガラスは、少なくとも１つの付加的特性を有し、４．０ｇ／ｃｃ〜９ｇ／ｃｃの質量密度、５５ＧＰａ未満の剛性率、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率、少なくとも０．３５のポアソン比、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度、少なくとも１．４％の弾性歪み限界、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性である）、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍ直径の臨界ロッド直径または少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力から成る群から選択される。
【００２４】
さらにさらなる実施形態では金属ガラスは、以下の公式
Ｘ１００−ａ−ｂＹａＺｂ
によって与えられ、但し、Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１５ａｔ％であり、ｂは、１５〜２５ａｔ％である。
【００２５】
付加的実施形態および特徴は、続く説明において部分的に記載され、本明細書の検討に応じて、当業者に明白になるであろう、または開示される主題の実践によって習得されてもよい。本開示の本質および利点のさらなる理解が、本開示の一部分を形成する、本明細書およびデータの残りの部分を参照することによって、実現されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、付随の図およびデータと併せて検討されるとき、以下の詳述される説明を参照することによって、より良好に理解されるであろう。
【図１】図１は、ゴルフクラブの打撃面の概略図を提供し、厚さｔが指定されている。
【図２】図２は、Ｚｒ系、Ｆｅ系、および例示的Ｎｉ系金属ガラスに関する靭性対ヤング率のデータプロットを提供する。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本開示は、下記に説明されるようなデータと併せて検討される、以下の詳述される説明を参照することによって、理解されるであろう。
（ゴルフクラブの説明）
【００２８】
本開示は、少なくとも高弾性率および破壊靭性を有する成形金属ガラスから形成される少なくとも一部分を備える、ゴルフクラブと、それを形成する方法とを提供する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、本開示は、ヤング率Ｙ＞１２０ＧＰａと、少なくとも５０ＭＰａ‐ｍ１／２の切欠靭性ＫＱとを有する金属ガラスから加工される、ゴルフクラブを対象とし、いくつかの実施形態では、ＫＱは、少なくとも７０ＭＰａ‐ｍ１／２であり、いくつかの実施形態では、ＫＱは、少なくとも９０ＭＰａ‐ｍ１／２である。他の実施形態では、クラブは、ヤング率Ｙ＞１２０Ｇｐａと、σＹ（０．３πｔ）１／２よりも大きい切欠靭性（ＫＱ）（但し、σＹは、金属ガラス降伏強度であって、ｔは、曲げ荷重に曝される金属ガラス部の厚さである）とを有する、金属ガラスから加工される少なくとも一部分を備える。
【００３０】
いくつかの実施形態では、本開示のゴルフクラブはまた、既定の範囲内における、弾性歪み、降伏強度、切欠靭性、塑性ゾーン半径、プラスチック曲げ歪み、および臨界鋳造厚等の金属ガラスの特性を含んでもよい。いくつかのそのような実施形態では、本開示のゴルフクラブは、バルク金属ガラスから加工される少なくとも一部分を備え、該バルク金属ガラスは、ヤング率Ｙ＞１２０Ｇｐａと、少なくとも５０ＭＰａ‐ｍ１／２の切欠靭性ＫＱとを有し、そして、以下の群から選択される少なくとも１つの付加的特性、他の実施形態では、以下の群から選択される少なくとも２つの付加的特性、またさらなる他の実施形態では、以下の群から選択される特性の全てを有し、該群は、４．０ｇ／ｃｃ〜９．０ｇ／ｃｃの質量密度ρと、５５ＧＰａ未満の剛性率（または剛性係数）Ｇと、少なくとも１７０ＧＰａの体積弾性率Ｂと、少なくとも０．３５のポアソン比ｖと、少なくとも２．０ＧＰａの圧縮降伏強度σＹと、少なくとも１．４％の弾性歪み限界εＹと、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定される塑性ゾーン半径（但し、σＹは、金属ガラスの圧縮降伏強度であり、ＫＱは、少なくとも０．２５ｍｍの、１〜２ｍｍの長さと、０．１〜０．１５ｍｍの底半径とを伴う切欠を含有する３ｍｍ直径のロッド上で測定されたときの、亀裂発生時の応力拡大係数として定義される、切欠靭性である）と、少なくとも１ｍｍの曲げ荷重に曝される厚さを有し、少なくとも３ｍｍの臨界ロッド直径ｄｃｒまたは少なくとも１ｍｍの臨界プレート厚を有するサンプル中において、少なくとも１％の永久塑性曲げ歪み（３点の曲げ試験における）に耐える能力とから成る。
【００３１】
いくつかの実施形態では、本開示は、打撃ヘッドおよび／または打撃体を含む、ゴルフクラブのヘッドの任意の部分を対象とする。
【００３２】
本開示のある実施形態では、合金のガラス形成能力は、アモルファス相が高温度溶融状態を急冷することによって形成されることができる最大ロッド直径として定義される、「臨界ロッド直径」によって定量化される。他の実施形態では、合金のガラス形成能力は、アモルファス相が高温度溶融状態を急冷することによって形成されることができる最大プレート厚として定義される、「臨界プレート厚」によって定量化される。
【００３３】
本開示では、「切欠靭性」は、亀裂発生時の応力拡大係数ＫＱとして定義され、切欠の存在下において破壊に耐性がある材料の能力の測定値である。切欠靭性は、切欠が起源である亀裂を伝搬することを要求される仕事の測定値である。高ＫＱが、材料が欠陥の存在下において、靭性であろうことを確実にする。
【００３４】
「降伏強度ｏｙ」は、材料が塑性的に降伏する、応力として定義される。高降伏強度が、材料が強固であろうことを確実にする。本開示では、降伏強度は、圧縮降伏強度であると仮定され、これは、圧縮下で非弾性降伏に耐性がある材料の能力の測定値である。
【００３５】
ヤング率は、一軸応力に反応する材料の弾性の測定値である。高ヤング率が、材料が一軸応力下で剛性があるであろうことを確実にする。
【００３６】
剛性率は、剪断応力に反応する材料の弾性の測定値である。低剛性率が、材料が剪断応力に対応するであろうことを確実にする。
【００３７】
体積弾性率は、静水圧応力に反応する材料の弾性の測定値である。高体積弾性率が、材料が静水圧応力に耐性を示すであろうことを確実にする。
【００３８】
ポアソン比は、流体静力学的ではなく剪断によって、応力に弾性的に適応する材料の能力の測定値である。高ポアソン比が、材料が流体静力学的ではなく剪断によって優先的に変形するであろうことを確実にする。
【００３９】
「曲げ延性」は、切欠または予亀裂がない場合の曲げの破壊に耐性がある材料の能力の測定値である。
【００４０】
多くの特定の実施形態では、本開示のゴルフクラブは、以下の公式
Ｘ１００−ａ−ｂＹａＺｂ
を有するバルク凝固アモルファス金属から加工される少なくとも一部分を備え、但し、Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１５ａｔ％であり、ｂは、１５〜２５ａｔ％であり、バルク凝固アモルファス金属は、上記に説明される少なくとも弾性率および破壊靭性特性を有する。
（材料特性閾値または性能指数の導出）
【００４１】
そのようなバルク凝固アモルファス金属のための好適なバルク凝固アモルファス金属および好適な材料特性を決定する際、ゴルフクラブ自体の構築を検討する必要性がある。
【００４２】
いくつかの実施形態では、本開示は、ゴルフクラブの打撃面を対象とする。ドライバーまたはアイアン等のゴルフクラブの打撃面は、２次元の撓み膜と見なされることができる。ゴルフクラブの打撃面の概略図が、図１に提示される。ドライバーまたは木製クラブの場合、膜は、多くの場合、曲率を用いて設計され、これは、膜の平面内に配設される主方向に沿って変動し得る。膜は、均一または可変厚（クラブの表面に法線である方向において）であってもよい。均一厚さｔが、図１の例示的打撃面内に指定される。上記に説明されるように、高性能ゴルフクラブの工学的設計に使用され得る、いくつかの材料「性能指数」または「閾値」を検討することができる。最終的に、これらの材料「性能指数」または「閾値」は、ゴルフクラブの達成可能な性能を決定することに役立つ。
【００４３】
ドライバーの場合、ある広範囲に認識された性能ベンチマークは、ゴルフボールとのインパクトの際に測定されるようなドライバーのエネルギー反発係数、すなわちＣＯＲである。ＣＯＲは、ボールとのその衝突の際、支持打撃膜内に保存された弾性エネルギーＥの量に直接関連されることができる。仮定を簡略化すると、これは、
【数１】
2016508546.tif 000003
によって与えられることができ、但し、Ｗは、衝突の際の打撃面上に付与される最大力であり、ａは、膜の平均「半径」であり、ｔは、厚さ（打撃面は、単純化のために円板として近似化される）である。実際には、ｔは、プレートの材料特性によって決定される最小値を有する。ある次元の打撃面に対して圧潰がなく、インパクトに耐え得るｔの最小値（ａ＞＞ｔ）は、
【数２】
2016508546.tif 000004
によって与えられ、但し、σｙは、材料の降伏強度である。最大力Ｗ約４０００Ｎ（典型的な１２０ｍｐｈの高クラブスイング速度を伴うインパクト）を使用して、打撃膜内に保存された弾性エネルギーの最大値ＥＭＡＸを生じさせる。
【数３】
2016508546.tif 000005
但し、εＹ＝σＹ／Ｙは、材料の弾性歪み限界（一軸負荷における）であり、Ｙは材料の弾性率（ヤング率）である。この結果は、高性能ドライバーのための「性能指数」（ＦＯＭ）を確立し、このＦＯＭは、（１）「ａ２」のような膜サイズ、（２）材料の弾性歪み限界の２分の３乗εＹ３／２、および（３）弾性率の平方根Ｙ１／２に比例することを示す。
【００４４】
全ての金属ガラスは、εＹ＝０．０１４−０．０２２の、大きく、かつ略普遍的な弾性歪み限界を有することを示しており（その開示が、参照することによって本明細書に組み込まれる、Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｗ．  Ｌ．ａｎｄ  Ｓａｍｗｅｒ  Ｋ．，“Ａ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｙｉｅｌｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｇｌａｓｓｅｓ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｔ／Ｔｇ２／３  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９５，１９５５０１（２００５）参照）、これは、従来の結晶性金属のもの（εＹ＜０．０１）よりもはるかに大きく、その一方で、Ｙは、典型的には、対応する結晶性金属のものに類似しているので、金属ガラスが、高ＣＯＲゴルフクラブの設計のために従来の結晶性金属よりも優れているはずであるということになる。特に、これは、金属ガラス材料を使用したドライバーの性能を決定する際、ＹとεＹとの両方の重要性を実証する。さらに、下記に見られるであろうように、高εＹおよびＹだけを伴う材料を選ぶことは、方程式３によって予測されるＥＭＡＸを達成するために十分ではない。
【００４５】
また、その結果も、（上記に引用される、Ｓｃｒｕｇｇｓ  ｅｔ  ａｌ．およびＪｏｈｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．で説明されるもの等の）バルク凝固アモルファス金属からゴルフクラブを加工する以前の試行によって予期される上記の議論では、要約されていない。実際には、ゴルフ市場のためにバルク凝固アモルファス金属から高ＣＯＲドライバーを加工する試行は、この用途に不適切である利用可能な金属ガラスの他の特有の特性によって悩まされている。最も留意すべきことは、高ＣＯＲのために設計されるとき、金属ガラスドライバー表面が、ゴルフボールとのインパクトの際、容認不可能な脆性および壊滅的故障（粉砕）を呈し得ることである。故障は、１回または数回のインパクトの後に、または多数回のインパクト（サイクル）に続いて、発生し得る。典型的には、商業用ゴルフクラブは、約３，０００サイクルまでのインパクトを試験することにより、耐久性について適格化され、壊滅的に故障することはないはずである。
【００４６】
したがって、容認不可能な壊滅的脆性故障を回避するために、かつ十分な耐久性を確実にするために、数千回もの疲労サイクルに続いて、（１）十分な破壊靭性ＫＱと、（２）十分な耐久限界σ０との両方を伴う面材料が求められる。ここでは、耐久限界σ０は、材料が約３，０００の負荷サイクルの後に故障する、負荷応力振幅レベルとして定義される。概して、σ０＜σＹである。負荷応力振幅σ０は、（σｍａｘ−σｍｉｎ）／２として定義され、但し、σｍａｘおよびσｍｉｎは、負荷サイクルの間に被られる最大応力および最小応力である。
【００４７】
εＹ＝０．０１４−０．０２２およびＹ＞１２０ＧＰａを伴う高弾性率の金属ガラスに関して、脆性故障は、最大数千回ものインパクトイベントの単一の負荷と複数の負荷との両方の下で、回避されなければならない。実験的に、破壊靭性ＫＱが十分に大きく、降伏強度がそれほど高くない場合、曲げ荷重に曝される約１ｍｍの厚さｔの金属ガラスプレートは、塑性的に降伏し（塑性的に圧潰し）、脆性様式において破壊しない。経験的に、過負荷下で脆性破壊を回避するために、以下であると見出される。
【数４】
2016508546.tif 000006
但し、係数０．３は、近似値であって、実験から経験的に取得される。典型的な高ＣＯＲ打撃膜のＹ＝１３０ＧＰａ、εＹ＝０．０１８、およびｔ＝約２ｍｍを伴う金属ガラスを検討すると、以下の要件が得られる。
【数５】
2016508546.tif 000007
【００４８】
Ｙ＞１２０ＧＰａという要件とともに検討すると、
【数５−１】
2016508546.tif 000008
の材料要件が、求められている。典型的には、バルク金属ガラスのＹおよびＫＱは、相互に排他的である。具体的には、高Ｙ（約１２０ＧＰａよりも高い）を呈するバルク金属ガラスは、典型的には、低ＫＱ（５０ＭＰａ・ｍ１／２よりも低い）を呈する。逆に、高ＫＱ（５０ＭＰａ・ｍ１／２よりも高い）を実証するバルク金属ガラスは、典型的には、低Ｙ（約１００ＧＰａよりも低い）を呈する。したがって、バルク金属ガラスが高Ｙと高ＫＱとの両方を呈し得ることは、明らかではない。
【００４９】
図２は、Ｚｒ系およびＦｅ系金属ガラス合金に関する靭性対ヤング率のデータプロットを提供する。これらは、適切なガラス形成能力を実証し、ゴルフクラブの構成要素の加工を可能にするであろうコスト構造を有する、２つの合金ファミリーである。データは、３ｍｍを超える臨界ロッド直径を伴う金属ガラスを表す。靭性データは、０．１５ｍｍの底半径を超えない切欠で実施された測定値を表す。プロットに示されるように、Ｚｒ系ガラスは、１５０ＭＰａｍ１／２と同程度の高さの靭性値を有することができるが、そのヤング率は、１２０ＧＰａを下回る値に制限される。対照的に、Ｆｅ系ガラスは、２００ＧＰａを超えるヤング率を有することができるが、その靭性は、約５０ＭＰａｍ１／２に制限される。
【００５０】
高ＣＯＲゴルフクラブの設計および性能における疲労および耐久性の要件の役割は、ＥＭＡＸに関する方程式２において、σＹをσ０に置換することによって評価されることができる。実際には、約３０００の負荷サイクルの後に、疲労誘発脆性破壊を回避するために、係数ｒ＝σ０／σＹによって材料の使用可能な強度を減少させなければならない。高サイクル疲労（すなわち、１０７サイクル）におけるバルク金属ガラスに関して、ｒは、大幅に変動し、０．０５〜０．３の範囲にわたる一方、１０４サイクルの中間数に関して、ｒは、より大きく、０．２〜０．６の範囲にわたる。従来の結晶性金属に関して、対応するｒ係数は、類似する範囲内で低下することに留意されたい。所与のＹのバルク金属ガラス（または、従来の金属）に関して、ｔｍｉｎは、（方程式２に見られるような）係数ｒ１／２だけ増加される一方、ＥＭＡＸは、（方程式３に見られるような）係数ｒ３／２だけ減少される。単回のサイクルにおけるσ０までの負荷の間、脆性故障を回避するために要求されるＫＱの値は、（方程式４に見られることができるような）係数ｒ１／２だけ減少されるであろう。実際には、厚膜は、決して、塑性的に降伏する点まで負荷されない。ここで、耐久試験に合格するために曝される最大値のＣＯＲのために設計が行われる。Ｙ＝１３０ＧＰａおよびｒ＝０．５〜０．６（疲労耐性があるバルク金属ガラスに関する値）に関して、金属ガラスの要求されるＫＱは、以下となる。
【数６】
2016508546.tif 000009
いくつかの実施形態では、５０ＭＰａ‐ｍ１／２の最小値ＫＱを有する金属ガラス材料が、要求される。この破壊靭性の最小値は、高弾性率［Ｙ］の金属ガラスのために材料要件をより高く求めている。
（例示的金属ガラス）
【００５１】
上記に議論されるように、高ＣＯＲゴルフクラブをバルク凝固アモルファス金属から作製することは、概して、相互に排他的と見なされる材料特性の組み合わせを有する金属ガラスを使用する必要性があることが発見されている。特に、金属ガラスは、高弾性率（Ｙ）、また、高破壊靭性（ＫＱ）を有するべきである。図２では、これらの求める特性を有することと、また、バルク形態（ミリメートル厚）内で鋳造されることができることとが発見されている、例示的Ｎｉ系金属ガラスに関するデータが、プロット化される。以下に、そのような金属ガラス合金の実施例が、提供される。
【００５２】
本発明者は、最近、金属ガラスの新規ファミリーを開発している。（参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１３年１０月３０日出願の「Ｂｕｌｋ  Ｎｉｃｋｅｌ−Ｂａｓｅｄ  Ｃｈｒｏｍｉｕｍ  ａｎｄ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ  Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｇｌａｓｓｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｈｉｇｈ  Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ」と題された米国特許出願第１４／０６７，５２１号参照）。この金属ガラスファミリーは、ゴルフクラブの設計（ｔは、約ｌ〜２ｍｍである）のためのプレート、ビーム、および関連の厚さのロッドの塑性曲げに耐える能力と組み合わせられる、高弾性率（Ｙは、約１２５〜１４０ＧＰａ）と、高切欠靭性（ＫＱは、約６０〜１００ＭＰａ‐ｍ１／２）との一意の組み合わせを有する、比較的低コストの鉄類（Ｎｉ系含有Ｃｒ）に基づく。さらに、ガラス形成能力、高靭性、および曲げ延性は、材料がどのように処理されるかに大きく依存することが実証されている。その機械的特性および処理を伴う特性の相関関係に基づいて、好適な処理で、これらの金属ガラスが、優れた性能を保有するゴルフクラブを設計かつ製造するために、使用されることができることが期待される。
【００５３】
故に、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｎ、およびＭｏ等のＮｉ含有遷移金属と、Ｓｉ、Ｂ、およびＰ等の半金属とに基づくある新規のバルク金属ガラス合金が、高弾性率（ヤング率）（Ｙ＞１２０ＧＰａ）、大きい弾性歪み限界（εＹは約２％）、および高切欠靭性（ＫＱ＞５０ＭＰａ‐ｍ１／２）を有することができ、脆性破壊と対照的に、２ｍｍを下回る厚さ（または直径）のロッド、プレート、またはビームに加工されるとき、延性曲げに耐えることができる。さらに、これらのバルクガラス形成合金は、良好なガラス形成能力を呈し、少なくとも３ｍｍ、多くの場合、１０ｍｍの直径よりも大きい、ガラス状鋳造ロッドを完全に形成するように、鋳造されることができる。その密度は、典型的には、鋼鉄（７．８−８．２ｇ／ｃｃ）のものに匹敵する、またはそれ未満である。ガラス状合金はさらに、良好な腐食抵抗（多くの場合、ステンレス鋼のものを超える）を呈し、それらを環境劣化に対して耐久性および耐性があるものにすることができる。
【００５４】
バルクガラス形成合金およびバルク金属ガラスのこのファミリーは、概して、以下の公式
Ｘ１００−ａ−ｂＹａＺｂ
によって説明されてもよく、但し、Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１５ａｔ％であり、ｂは、１５〜２５ａｔ％である。
【００５５】
他の実施形態では、バルクガラス形成合金およびバルク金属ガラスは、概して、以下の公式
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃＷａＹｂＺｃ
によって説明されてもよく、但し、Ｗは、Ｃｏ、Ｆｅ、またはそれらの組み合わせであり、Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、最大４０ａｔ％であり、ｂは、５〜１５ａｔ％であり、ｃは、１５〜２５ａｔ％である。
【００５６】
他の実施形態ではバルクガラス形成合金およびバルク金属ガラスは、概して、以下の公式
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃＣｒａＹｂＺｃ
によって説明されてもよく、但し、Ｙは、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１０ａｔ％であり、ｂは、２．５〜５ａｔ％であり、ｃは、１５〜２５ａｔ％である。
【００５７】
他の実施形態では、バルクガラス形成合金およびバルク金属ガラスは、概して、以下の公式
Ｎｉ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄＣｒａＹｂＰｃＺｄ
によって説明されてもよく、但し、Ｙは、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１０ａｔ％であり、ｂは、２．５〜５ａｔ％であり、ｃは、１６〜１９ａｔ％であり、ｄは、１〜３．５ａｔ％である。
【００５８】
さらなる他の実施形態では、合金は、最大３ａｔ％の濃度において、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｖ、およびＳｎの元素のうちの１つ以上を含んでもよい。
【００５９】
下記の表Ｉは、本開示の実施形態による、高ＣＯＲゴルフクラブを形成する際に使用するために好適な特性を有する、そのようなバルク金属ガラス形成合金のいくつかの実施例を提供する。（ゴルフクラブヘッドの設計および性能を向上させるそれぞれの重要性および全てのこれらの特性の組み合わせは、上記に説明される）。
【表１−１】
2016508546.tif 000010
【表１−２】
2016508546.tif 000011
【００６０】
バルク金属ガラスの具体的な実施形態が、上記に提供されるが、この一覧は、例示的のみで、網羅的ではないものと意味されることを理解されたい。Ｎｉまたは任意の他の元素に基づく他のバルク金属ガラス合金もまた、必要特性を保有し得、したがって、本開示の範囲内にあるであろう。
（金属ガラスゴルフクラブ部分を形成する方法）
【００６１】
上記の議論は、金属ガラスから形成されるゴルフクラブ部分に焦点を当てているが、本開示はまた、ゴルフクラブの少なくとも一部分を金属ガラスから形成する方法も対象とする。
【００６２】
いくつかの実施形態では、本方法は、
・上記に説明される、（例えば、ヤング率、切欠靭性、弾性歪み、降伏強度、切欠靭性、塑性ゾーン半径、塑性曲げ歪み、既定の範囲内の臨界鋳造厚、および腐食抵抗を含む）特性のセットのうちの少なくとも１つを有する金属ガラスを形成することが可能である合金を選択し、溶融するステップであって、金属ガラスは、少なくとも１ｍｍの側方寸法を有するアモルファスバルク物体を形成することが可能である、ステップと、
・ゴルフクラブの少なくとも一部分を加工するために、合金溶融物を形成するステップと、
・金属ガラスからゴルフクラブの少なくとも一部分を形成するために、十分に迅速な冷却速度において形成された合金溶融物を急冷し、合金の結晶化を防止するステップと、
を含む。
【００６３】
多くの実施形態では、金属ガラスは、
Ｘ１００−ａ−ｂＹａＺｂ
に従う合金を含み、但し、Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせであり、Ｙは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ、またはそれらの組み合わせであり、Ｚは、Ｐ、Ｂ、Ｓｉ、またはそれらの組み合わせであり、ａは、５〜１５ａｔ％であり、ｂは、１５〜２５ａｔ％である。上記の公式は、１つのみの例示的実施形態と見なされるべきであり、本方法は、本明細書に説明される他の材料のいずれかを組み込んでもよい。
【００６４】
本方法はさらに、
・アモルファス部分を形成するために溶融物を迅速に急冷するステップに先立って、還元剤を使用することによって急冷するステップに先立って、溶融合金を液体化するステップ（例えば、その開示が、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１３年８月１６日出願の米国仮特許出願第６１／８６６，６１５号に説明されるような）と、
・アモルファス部分を形成するために、溶融物を迅速に急冷するステップに先立って、合金の液相温度を上回る少なくとも１００℃、または少なくとも１１００℃の温度等において、合金を溶融することによって、合金を過熱するステップ（その開示が、参照することによって本明細書に組み込まれる、例えば、２０１３年１月２２日出願の米国仮特許出願第６１／７５５，１７７号に説明されるような）と、
を含む、合金の特性を改善するために望まれるような付加的処理を含んでもよい。
【００６５】
ゴルフクラブの一部分を形成するステップは、限定ではないが、高温度溶融状態から鋳造するステップ、あるいは押出、動的鍛造、型鍛造、ブロー金型、または射出金型によって、ガラス状態を熱可塑的に形成する（ガラス状態の加熱は、抵抗加熱、誘導加熱、またはジュール加熱によって実施される）ステップを含み、任意の好適な形成方法を構成してもよいことを理解されたい。
【００６６】
さらに、付加的要素が、最終物品の品質を改善するために、これらの技術に追加されてもよい。例えば、上記の成形方法のいずれかに従って、形成される物品の表面仕上げを改善するために、金型または押型が、アモルファス材料のガラス遷移温度の前後またはその直下に加熱され、それによって、表面欠陥の形成を防止してもよい。加えて、より良好な表面仕上げまたは網形状部分を伴う物品を達成するために、高「ウェーバー数」流に起因する溶融前面分裂不安定性を回避するように、すなわち、流線の形成につながる微粒化または噴霧化を防止するように、上記の成形技術のうちの任意の成形技術の変形力が制御され得、そして射出金型技術の場合には、射出速度が制御され得る。
（技術的な説明）
【００６７】
上記表１および２に列挙される合金の特性は、下記に説明されるように取得される。
（サンプル合金を処理する方法の説明）
【００６８】
合金を生成するための方法は、不活性雰囲気下で石英管内における元素成分の適切な量の誘導溶融を伴う。構成元素の純度レベルは、Ｎｉ９９．９９５％、Ｃｏ９９．９９５％、Ｃｒ９９．９９６％、Ｍｏ９９．９５％、Ｎｂ９９．９５％、Ｔａ９９．９５％、Ｍｎ９９．９９９８％、Ｐ９９．９９９９％、Ｓｉ９９．９９９９％、およびＢ９９．５％であった。溶融るつぼは、代替として、アルミナまたはジルコニア等のセラミック、黒鉛、焼結結晶シリカ、あるいは銅または銀から作製される水冷式炉床であってもよい。
【００６９】
金属ガラスロッドを合金インゴットから生成するための特定の方法が、１１００°Ｃ以上である加熱炉内で０．５ｍｍ厚の壁を有する石英管内において合金インゴットを再溶融するステップを含み、いくつかの実施形態では、１２５０°Ｃ〜１４００°Ｃの範囲にわたり、高純度アルゴン下において、室温水溶液槽において迅速に急冷するステップを含む。代替として、溶液槽は、氷水または油であり得る。金属ガラス物品は、代替として、溶融合金を金属金型の中に、注入する、または注ぐことによって、形成されることができる。金型は、他の材料のうち、銅、黄銅、または鋼鉄から作製されることができる。
【００７０】
随意に、アモルファス物品を生成するステップに先立って、合金インゴットは、不活性雰囲気下で石英管内のインゴットを再溶融することによって還元剤を用いて液体化され、合金溶融物を溶融還元剤と接触させ、２つの溶融物が、１１００℃以上の温度において、そしていくつかの実施形態では、１２５０°Ｃ〜１４００°Ｃの範囲の温度において、不活性雰囲気下で、そして続いて、水分急冷下で、約１０００秒間、相互作用することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、還元剤は、酸化ホウ素である。
（切欠靭性を測定するための試験手法）
【００７１】
金属ガラスのサンプルの切欠靭性の測定は、３ｍｍ直径のロッド上で実施された。ロッドは、ロッド直径の約半分の深さに対して、０．１０〜０．１３ｍｍの範囲にわたる底半径を伴う線鋸を使用して、切欠された。切欠試験片は、１２．７ｍｍの全長を伴う３点のビーム構成で試験され、切欠側面は、慎重に整合され、かつ中心負荷点の対向側に対面させた。臨界破壊負荷は、スクリュー駆動試験フレームを使用して、０．００１ｍｍ／秒の一定クロスヘッド速度において単調に増加する負荷を印加することによって測定された。少なくとも３回の試験が、実施され、試験の間の分散は、切欠靭性プロットに含まれる。ここで採用された幾何学的構成に関する応力拡大係数は、Ｍｕｒａｋｉｍｉによる分析（Ｙ．  Ｍｕｒａｋａｍｉ，  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒｓ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，  Ｖｏｌ．  ２，  Ｏｘｆｏｒｄ：  Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ，  ｐ．  ６６６（１９８７）））を使用して、評価された。
（圧縮降伏強度を測定するための試験手法）
【００７２】
金属ガラスのサンプルの圧縮試験が、３ｍｍの直径および６ｍｍの長さの円筒状試験片で実施された。単調に増加する負荷が、スクリュー駆動試験フレームを使用して、０．００１ｍｍ／秒の一定のクロスヘッド速度において印加された。歪みは、線形可変差動トランスを使用して、測定された。圧縮降伏強度は、０．２％耐力基準を使用して、推定された。
（密度および係数を測定するための試験手法）
【００７３】
剪断および縦波速度は、２５ＭＨｚ圧電変換器を用いて、パルスエコー重複設定を使用して、３ｍｍの直径および約３ｍｍの長さの円筒状金属ガラス試験片上で超音波的に測定された。密度は、米国材料試験協会Ｃ６９３−９３に与えられるように、アルキメデス法によって測定された。密度および弾性定数値を使用して、剛性率および体積弾性率は、評価された。フックの法則の恒等式を使用して、ヤング率およびポアソン比は、剪断およびバルク係数から推定された。
（弾性歪み限界を決定するための手法）
【００７４】
弾性歪み限界は、ヤング率によって圧縮降伏強度を除算することによって決定される。
（塑性ゾーン半径を決定するための手法）
【００７５】
塑性ゾーン半径は、（ＫＱ２／πσＹ２）として推定され、但し、ＫＱは、切欠靭性であり、σＹは、圧縮降伏強度である。
【００７６】
ここで、バルクにおいて（いくつかの場合では１０ｍｍ程度の厚さのロッド中に）形成されることができる特定のニッケル系金属ガラスが、高弾性率（ヤング率）（Ｙ＞１２０ＧＰａ）、大きい弾性歪み限界（εＹは約２％歪み）、高切欠靭性（切欠靭性ＫＱ＞５０ＭＰａ‐ｍ１／２）、および持続的延性曲げを含む、特定の特性を有することが見出されており、そしてこれが、従来の金属または前述に報告された金属ガラスを用いて達成可能なものを超えて、ゴルフクラブの設計および性能を向上させるために活用され得ることが見出されている。具体的には、これらの材料の使用は、曲げ荷重下で過負荷を掛けられたとき、塑性変形し、脆性破壊または壊滅的故障を回避する能力とともに、増強された撓みまたは曲げ弾性コンプライアンスを呈する、ゴルフクラブヘッド（ドライバー、フェアウェイ、ハイブリッド、アイアン、ウェッジ、およびパター）に使用される、撓み膜またはシェルの加工を可能にすることができる。さらに、鋼鉄のものに匹敵する、材料の高強度とその密度は、所望の全体の標的質量を維持しながら、ゴルフクラブ内における質量の再分散を可能にする。これは、順に、多くの関連で、例えば、重心を特定する際、または慣性モーメントを調節する際、ゴルフクラブ設計者に追加される自由度を与える。
【００７７】
いくつかの実施形態が説明されたが、種々の修正、代替構成、および均等物が、本発明の精神から逸脱せずに、使用されてもよいことが当業者によって認識されるであろう。加えて、いくつかの周知のプロセスおよび要素は、本発明を不必要に不明瞭にすることを回避するために、説明されていない。したがって、上記の説明は、本発明の範囲を限定するものとして、検討されるべきではない。
【００７８】
当業者は、本開示される実施形態が、実施例として教示し、限定ではないことを認識するであろう。したがって、上記の説明に含有される、または付随の図面に示される内容は、例証として解釈されるべきであり、限定的な意味ではない。以下の請求項は、本明細書に説明される全ての一般的な特徴および具体的な特徴、ならびに、言語上、その間にあると言え得る、本方法およびシステムの範囲の全ての主張を網羅することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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