(57)【要約】【課題】低密度で、展延性の高いゴルフクラブヘッド用の合金を提供すること。【解決手段】重量％でチタン８９％〜９５％、アルミニウム３．５％〜６．５％、スズ１．５％〜３．５％を含むゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％でチタン８９％〜９５％、アルミニウム３．５％〜６．５％、およびスズ１．５％〜３．５％を含むゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項２】
前記チタン−アルミニウム−スズ合金の組成の密度範囲を４．２５〜４．４５ｇ／ｃｍ3とする請求項１に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項３】
前記チタン−アルミニウム−スズ合金は、延伸率を１１％〜１５％とし、引張強度を７００〜９５０Ｍｐａとするチタン合金であり、鋳造、鍛造または機械加工を応用して成形する請求項１に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項４】
前記チタン−アルミニウム−スズ合金は、ニオブ、バナジウム、モリブデン、ジルコニウム、クロム、鉄、ケイ素、酸素および窒素からなる群より選択される改質元素をさらに含む請求項１に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項５】
前記改質元素がニオブ２％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項６】
前記改質元素がバナジウム２％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項７】
前記改質元素がモリブデン２％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項８】
前記改質元素がジルコニウム２％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項９】
前記改質元素が鉄１％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項１０】
前記改質元素がケイ素１％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項１１】
前記改質元素が酸素０．３％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項１２】
前記改質元素が窒素０．０５％以下を含む請求項４に記載のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【請求項１３】
重量％でチタン８９％〜９５％、アルミニウム３．５％〜６．５％、スズ１．５％〜３．５％、ニオブ≦２％、バナジウム≦２％、モリブデン≦２％、ジルコニウム≦２％、クロム≦２％、鉄≦１％、ケイ素≦１％、酸素≦０．３％および窒素≦０．０５％を含むゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゴルフクラブヘッドのαチタン合金材料に関し、特にチタン、アルミニウムおよびスズを重量％の比率で配合し、ニオブ、バナジウム、モリブデン、ジルコニウム、クロム、鉄、ケイ素、酸素および／または窒素などの微量元素を添加することにより高延伸性を有するゴルフクラブヘッド合金材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、開発されているゴルフクラブヘッドに用いられる合金は、主にチタン合金材料であり、例えば特許文献１で開示された公知の６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉチタン合金（すなわち、重量％がアルミニウムおよびバナジウムであり、残部をチタン金属とする）のように、その成分は５．５〜６．７５重量％のＡｌ、３．５〜４．５重量％のバナジウム、最大値を０．３重量％とする鉄、および最大値を０．２重量％とする酸素を含むものである。
６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉチタン合金で製造されたゴルフクラブヘッドは、初期のステンレス鋼材料製のクラブヘッドに比べて、弾性変形力が大きく上回り、同じ強度を有し、密度が更に低いといった特性を有しているため、ゴルフクラブヘッドの重量を増やさない前提の下で、ゴルフクラブヘッドの体積を増やし、その最適打球点の面積を相対的に増加させることができて、打球成功率を高めることができる。
また、ステンレス鋼を上回る弾性変形力によって、打球時に比較的大きな弾性変形の能力を提供することができるとともに、比較的大きな弾性変形の程度−伸び率を生成することができるので、ボールがフェースにぶつかるときにもたらされる球体の圧縮変形を相対的に減少させ、打球応力が減衰によって吸収される程度を低減し、打球応力のエネルギー損失を防止して、打球距離をさらに向上させることができる。
【特許文献１】米国特許ＵＳ２００６／００４５７８９
【０００３】
しかし、目下、ゴルフクラブヘッドの体積の大型化および多様化したカスタム化が要求される下で、低密度、高展延性の製品を開発しつつ、本来の機械強度を保ち、設計の許容度を高める必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前記した需要に鑑みて成されたもので、本発明が解決しようとする課題は、塑性が高く、展延性が高いチタン−アルミニウム−スズ合金を提供し、ゴルフクラブヘッドの弾性変形の能力を調整することである。
本発明の解決しようとするもう１つの課題は、展延性が高いチタン−アルミニウム−スズ合金を提供し、微量の改質元素の特性を利用して、チタン−アルミニウム−スズ合金を改質し微調整できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明で開示する技術手段は、重量％でチタン８９〜９５％、アルミニウム３．５〜６．５％、スズ１．５〜３．５％を含み、密度範囲を４．２５〜４．４５ｇ／ｃｍ3とするチタン−アルミニウム−スズ合金を提供することである。
【０００６】
前記本発明のチタン−アルミニウム−スズ合金は、その密度範囲を４．２５〜４．４５ｇ／ｃｍ3とする。
【０００７】
前記本発明のチタン−アルミニウム−スズ合金は、延伸率を１１％〜１５％とし、引張強度を７００〜９５０Ｍｐａとするチタン合金であり、鋳造、鍛造または機械加工により成形する。
【０００８】
本発明で開示するもう１つの技術手段は、重量％でチタン８９％〜９５％、アルミニウム３．５％〜６．５％、スズ１．５〜３．５％、ニオブ≦２％、バナジウム≦２％、モリブデン≦２％、ジルコニウム≦２％、クロム≦２％、鉄≦１％、ケイ素≦１％、酸素≦０．３％および窒素≦０．０５％を含む。
【０００９】
前記本発明のチタン−アルミニウム−スズ合金は、その組成の密度範囲を４．２５〜４．４５ｇ／ｃｍ3とするチタン−アルミニウム−スズ合金を提供することである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明はチタン−アルミニウム−スズ合金におけるチタンおよびアルミニウムの含有量が、公知の６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉよりも高く、アルミニウム含有量を高めることは、合金の常温および高温強度を高め、比重を下げ、弾性係数を増加することに対し、顕著な効果がある。
ニオブ、バナジウム、モリブデン、ジルコニウム、クロム、鉄は、β安定化元素であり、６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉに比べ、バナジウムの添加量を大幅に減少させることにより、チタン−アルミニウム−スズ合金の製造コストを下げることができる。
また、本発明は、良好な熱加工成形性を有し、工場で量産しやすく、かつその密度も同類の合金より低いため、ゴルフクラブヘッドの大型化に有利であり、その設計の許容度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に図面を参照しながら本発明の優れた実施例について説明する。
【実施例】
【００１２】
図１、図２および図３のように、本発明の第１実施例のチタン−アルミニウム−スズ合金の合金元素は、重量％でチタン８９％〜９５％、アルミニウム３．５％〜６．５％およびスズ１．５％〜３．５％を含み、その組成の密度範囲は４．２５〜４．４５ｇ／ｃｍ3であり、延伸率を１１％〜１５％とし、引張強度を７００〜９５０Ｍｐａとするチタン合金で、鋳造、鍛造または機械加工を応用して成形する。
【００１３】
本発明はまた、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、クロム、モリブデン、鉄、ケイ素、酸素および窒素などの元素からなる群より選択される微量の改質元素を添加することにより、その特性を調整することができる。
例えば、微量のニオブを添加することにより、その延伸特性は下げずに、合金の強度を高めることができる。
バナジウムの添加量を相対的に下げることにより、本来の合金の機械的性質には影響を及ぼさずに、鋳造時の流動性および補助脱気効果を高めることができる。
微量のモリブデンを添加することにより、均一に分布した炭化物を合金に析出させ、耐熱性を高め、合金の溶接熱亀裂現象を減少させることができ、合金の硬化能力および高温強度を増加させることもできる。
微量のジルコニウムを添加することにより、成形後の合金の熱処理時に材料の強度を高め、変形しにくくすることができ、さらにモリブデンを添加することにより、高強度および高靭性を形成することができる。
適量のクロムを添加することにより、合金の防錆耐食性を高め、ゴルフクラブヘッドの使用寿命を増加させることができる。
微量の鉄を添加することにより、良好な塑性をもたせ、加工処理をしやすくすることができる。
微量のケイ素を添加することにより、溶融金属の流動性を改善することができる。
本発明において選択する添加改質元素のうち、その含有量の比率は、ニオブ≦２％、バナジウム≦２％、モリブデン≦２％、ジルコニウム≦２％、クロム≦２％、鉄≦１％、ケイ素≦１％、酸素≦０．３％および窒素≦０．０５％とする。
【００１４】
本発明の比較的優れた実施例並びに公知の６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉチタン合金の特性の比較は、次の表１のとおりである。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
公知の６Ａｌ４Ｖ−Ｔｉ合金に比べ、本発明は、バナジウム元素の含有量を下げることにより、合金密度を下げ、その靭性を増加させ、低密度の特性を保ちながら、優れた展延性、塑性を得ることができる。
【００１７】
本発明の実施例と公知のチタン合金の元素組成の比較表は、次の表２のとおりである。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
前記実施例の合金材料は、チタン−アルミニウム−スズ合金を主要合金とし、延伸率を１１〜１５％（８％以上）とし、引張強度を７００〜９５０（６５０Ｍｐａ以上）とするチタン合金であり、鋳造、鍛造、機械加工により成形する。
【００２０】
本発明は、強度および展延性が比較的高く、ゴルフクラブヘッドの本体およびフェースとするのに適しており、またもちろんその他の剛性の比較的優れた材料をフェースとすることができる。
その材料組成は、６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉチタン合金、βチタン合金などとし、鋳造、鍛造、機械加工により成形することができる。
本発明の展延性が高い本体を強度が高いフェース材料と組み合わせ、本体内部における構造設計をウェイトバランス構造とリブ設計で補うことにより、打感がよく（制振性がよく）、制球性がよく、かつネック角を調整してカスタム化することが可能なゴルフクラブヘッド製品を達成することができる。
本発明の８Ａｌ−Ｔｉと公知の６Ａｌ−４Ｖ−Ｔｉの加工性能の比較表は表３のとおりである。
【００２１】
【表３】
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【００２２】
また、本発明は、５Ａｌ−２．５Ｓｎ−Ｔｉ材料を実施例としてゴルフクラブヘッド本体を製造してから、ＳＰ７００高強度チタン合金をフェースとして溶接し、発射装置専用ゴルフボール（ボールの仕様は９０）を、５５．８ｍ／ｓの発射速度にて、３０００発を発射して試験し、フェースとヘッド本体を目視検査し、探傷検査した結果、割れおよびひびがなかった。
【００２３】
以上の記載内容は本発明の比較的優れた実施例の記載であって、本発明の実施範囲を限定するためのものではない。本発明の特許請求の範囲に従って行なわれた同等の変更および修飾は、いずれも本発明の特許範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金の実施例の５０倍拡大金相図である。
【図２】本発明のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金の実施例の１００倍拡大金相図である。
【図３】本発明のゴルフクラブヘッドに応用するチタン−アルミニウム−スズ合金の実施例の２００倍拡大金相図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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