JPH03267077A - ゴルフクラブの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金
を用いてなるゴルフクラブヘッドの製法に関し、特定の
温度範囲で行う熱間鍛造加工を利用することにより、伸
びと耐破壊応力に優れ、疲労特性が良好であるとともに
、割れやしわを生じさせることなくライ角とロフト角の
修正ができるものに関する。

「従来の技術」 従来、伸びと耐破壊応力に優れた熱弾性型マルテンサイ
トを生ずる合金をゴルフクラブのヘッド用として用いる
技術が、特開昭５９−２２２１７２号明細書において特
許出願されている。

この特許出願においては、Ｃｕ−Ｚ　ｎ系、Ｃｕ−Ａ　
Ｉ系、Ｃｕ−３ｂ系、Ｃｕ−８ｉ系、Ｎ　ｉ−Ｚ　ｎ系
、ＮｉＴ　ｌ　％ＮｉＡ１合金などの熱弾性型マルテン
サイト変態を生ずる合金を使用し、鋳造法によってゴル
フクラブヘッドを製造する技術の開示がなされている。

そこで、前記の熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合
金を用いてアイアン型のゴルフクラブヘッドを製造しよ
うとする場合、製造可能な方法として以下に示す３通り
の方法が考えられる。

■機械加工法 熱弾性型マルテンサイトを生ずる合金からなるブロック
を作製し、このブロックに切削あるいは研削などの機械
加工を施し、ゴルフクラブヘッド状に加工して製造する
方法。　■鋳造法熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる
合金の溶湯を用意し、この溶湯をゴルフクラブヘッド状
の成形空所を有する鋳型に鋳込んで製造する方法。

■粉末冶金法 熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金の粉末を用意
し、この粉末を型に入れて加熱し加圧して焼結し、目的
の形状のゴルフクラブヘッドを製造する方法。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、■に記載した機械加工法では、加工コストが
かかり過ぎ、量産性も低くなる問題がある。しかも、熱
弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金のブロックから
ゴルフクラブヘッドを削り出す場合、合金ブロックの結
晶組織がランダムな方向に配向し、得られた製品毎に結
晶組織の方向性に違いが生じているので、打球時のゴル
フクラブヘッドの変形状態が製品毎に異なることになり
、安定したボール追従性を得られない問題がある。

また、■に記載した鋳造法では、鋳造時の偏析を生じ易
く、一部柱状晶が発生するので、結晶粒度分布が不均一
になり易く、強度と疲労特性に問題を生じるおそれがあ
る。

また、鋳造時の条件によって柱状組織が発達することが
あるが、この柱状組織の発達方向は鋳型の形状と溶湯の
冷却条件などによって左右され、通常はゴルフクラブの
フェース面に直角な方向になることが多い上に、その方
向性も不揃いであることが多いために、打球時のゴルフ
クラブヘッドの変形状態が製品毎に異なることになり、
鋳造法で得られたゴルフクラブヘッドでは十分に安定し
たボール追従性が得られない問題がある。

更に、通常、ゴルフクラブにおいては、使用者の好みに
合わせて、あるいは、製造時の不適性の修正などのため
に、ホーゼルの角度を調整し、ライ角とロフト角を修正
することがなされている。

ところが、熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金を
用いて鋳造法で得られたゴルフクラブヘッドの結晶粒の
サイズは、０．５〜５ｍｍであって比較的大きいために
、ホーゼルの曲げ角度修正のための力を加えると、ホー
ゼルとヘッド本体の接合部分の結晶粒界に曲げ応力が集
中し、冷間加工であっても熱間加工であっても、前記接
合部分に亀裂やしわが入って欠陥品となる問題があった
。

■に記載した粉末冶金法では、組成は均一になるものの
、ボア等の欠陥が導入され易く、強度と疲労特性がやは
り問題になるおそれがある。しかも、粉末冶金法で得ら
れたゴルフクラブヘッドにおいては、微細な粒子が結合
された粒状組織を示し、粒界には微細な空隙が多数、無
秩序に存在するので、製品毎に打球時の変形状態が変化
することになり、安定したボール追従性のゴルフクラブ
が得られない問題がある。

本願発明は前記課題を解決するためになされたもので、
打球時の安定したボール追従性を発揮できるとともに、
強度と疲労特性に優れたゴルフクラブを提供すること、
更にはライ角とロフト角の修正が容易にできるゴルフク
ラブの製法を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本願発明は前記課題を解決するために、ヘッド本体とホ
ーゼルを超弾性合金で一体形成してなり、熱弾性型マル
テンサイト変態を生ずる合金の平均結晶粒径を５００μ
ｍ以下にしてなるゴルフクラブの製法であって、３００
〜１２００℃の温度範囲でホーゼルを曲げ加工してホー
ゼルの曲げ角度を調節し、ライ角とロフト角を修正する
ものである。

１作用　」 熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金を３００〜１
２００℃で鍛造加工してヘッド本体を製造するので、熱
弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金の硬度を低くし
た加工容易な状態でヘッド本体が製造される。

更に、３００〜１２００℃で加熱してホーゼルを曲げ加
工することにより、熱弾性型マルテンサイト変態を生ず
る合金の硬度を低くした加工容易な状態で亀裂やしわを
生じさせることなくホーゼルの角度を調節することがで
き、ライ角とロフト角の修正が可能になる。

ヘッド本体のうち、少なくともフェース部を熱弾性型マ
ルテンサイト変態を生ずる合金から形成しているので、
超弾性特性と疲労特性に優れる。

得られたヘッド本体において、熱弾性型マルテンサイト
変態を生ずる合金の繊維状組織がフェース面に略平行に
配向されているので、フェース部が打球点を中心として
均一に変形してボールを飛ばずのでボールに対する追従
性が優れ、打球コントロールか容易なゴルフクラブが得
られる。

以下に本願発明を更に詳細に説明する。

第１図と第２図は本願発明を実施して製造されたアイア
ン型ゴルフクラブヘッドの一例を示すもので、この実施
例のゴルフクラブヘッドＨでは、ヘッド全体が熱弾性型
マルテンサイト変態を生ずる合金から構成されている。

このゴルフクラブヘッドＩ４において、ｌはホーゼル、
２はヒール、３はフェース部のフェース面、４はトウ、
５はソールをそれぞれ示している。

熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金は、その（マ
ルテンサイト）逆変態温度以上の温度領域で応力を付加
した場合、歪の増加とともに母相中マルテンサイト相が
応力誘起される。その後応力を除荷すると、歪の減少と
ともに誘起されたマルテンサイト相が母相に逆変態する
ために形状が回復し、いわゆる超弾性効果を示す。

つまり、超弾性効果とは熱弾性型マルテンサイト変態を
生ずる合金に、弾性限度以上の応力を加え、見損は上組
成変形させても、応力を除荷するど、塑性歪が解消し、
元の形状に戻る効果である。

熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金の復元可能な
歪量が通常のバネ材料よりも極めて（Ｉ桁程度）大きい
ものである。

熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金について更に
補足説明すると、この合金に作用する応力と歪との間に
は、第３図に示すようなヒステリノスループを示す関係
があり、第３図のＡ点が超弾性伸びを示す。なお、これ
に対し、一般の金属材１ｓ＋の応力と歪の関係では、第
４図に示すように、へ゛点が弾性伸びを示し、Ｂ点は塑
性伸びを示し、それらの値は熱弾性型マルテンサイト変
態を生ずる合金の超弾性伸びよりも遥かに小さい。

即ち、超弾性伸びとは、熱弾性型マルテンサイト変態を
生ずる合金に応力を加えて一般の金属材料の伸び、例え
ば約０．５％以上にひずませた場合に回復可能な伸びを
示す。従って超弾性特性の優れた材料とは、超弾性伸び
の大きな材料となる。

今日、熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金として
、Ｃｕ系、Ｎｉ系、Ａｇ系などの各県のβ相の合金、あ
るいは化合物Ｎ　ｉＴ　ｉ、およびＮｉＡｌなどが知ら
れている。ここで、使用できる熱弾性型マルテンサイト
変態を生ずる合金として具体的に、Ｃｕ−Ｚ　ｎ系の４
．５％Ｚ　ｎ−Ｃｕあるいは４％Ａ１２６％Ｚｎ−Ｃｕ
、Ｃｕ−Ａｌ系の１２．５　Ａ　ｌ−Ｃｕまたは４０３
％Ｎｉ−１３，４％Ａ１−ｃ　ｕ、　Ｃｕ−６ｂ系の３
６％５ｂ−Ｃｕ、　Ｃｕ−９ｉ系の６８％Ｓ　＋　Ｃｕ
ｓＮ　ｉ−Ｚ　ｎ系の６６％Ｚ　ｎ−Ｎ　ｉ、、Ｎ　ｉ
−Ｔ　ｎ系の５５〜５７％Ｎｉ−Ｔｉ、　６３．５１％
Ｎｉ−Ａ１などを例示することができる。

次にゴルフクラブヘッドＩ（の製造方法について説明す
る。

前記の熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金を用い
てゴルフクラブヘッド１１を製造するには、第５図に示
すような熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金塊か
らなる丸棒７を用意する。なお、ここで用いる合金塊は
、角柱状、あるいは、ブロック状など、丸棒以外の形状
でも良い。また、この合金塊の製法は、鍛造法、鋳造法
、粉末冶金法などいずれの方法でも良い。また、その組
織、状態はどのような状態で６良い。

次に、この丸棒７を３００〜１２００℃１より好ましく
は４００〜１２００℃で熱間鍛造して第６図に示すよう
にゴルフクラブヘッドＨの形状に加工する。

この熱間鍛造を行う場合、第５図に示す丸棒７の径方向
に鍛造装置のダイスを打ち付けて第６図に示すように変
形させてゴルフクラブヘッドを製造する。即ち、丸棒７
の一端部側でゴルフクラブヘッド１１のトウ４側を形成
するように、丸棒７の他端側でゴルフクラブヘッドトＩ
のホーゼル１側を形成するように、丸棒７の中央部でフ
ェース部を形成するように鍛造加工する。

以上のように鍛造加工することでフェース部のフェース
面３に対してほぼ平行に熱弾性型マルテンサイト変態を
生ずる合金の繊維状組織を配向させることができる。こ
の理由は、鍛造加工する際に、丸棒７の金属組織が第４
図の矢印に示す方向に変形するので、この変形に沿って
合金の金属組織が繊維状に揃うためである。

更に、鍛造加工によりゴルフクラブヘッドＩ−１を製造
する場合、フェース面３を含む部分の肉厚が他の部分の
肉厚（例えば、トウ４側の肉厚とヒール２側の肉厚）に
比較してより薄くなるように加工することが好ましい。

このように鍛造加工することで、フェース面３を含むフ
ェース部の鍛造比を他の部分の鍛造比より大きくするこ
とができ、この結果、ゴルフポールの打球時に最も応力
のかかるフェース面３に対して略平行に熱弾性型マルテ
ンサイト変形を生ずる合金の繊維状組織を配向させるこ
とができる。

このように繊維状組織を配向させることで、打球時にフ
ェース面３が変形した場合、フェース面３が打球点を中
心としてその左右側で均一に変形するので、フェース面
３のボール追従性を向」ニさせることができる。

なお、前記繊維状組織（繊維状結晶）において、その粒
径（繊維の直径）は５００μｍ以下が好ましく、５０μ
ｍ以下がより好ましい。粒径の調節には、型鍛造による
鍛造比を調節すれば良い。型鍛造により鍛造比を大きく
して粒径の小さな結晶を作り、再結晶温度（約８００℃
）以上に加熱する熱処理により結晶を成長させて粒径を
調節することもできる。

また、繊維状組織のアスペクト比（繊維状結晶の長さ（
ρ）／直径（ｄ））は３以上が好ましく、ＩＯ以」二が
より好ましい。

更に、繊維状組織とフェース面３とのなす角度αは、０
≦α≦３０６の範囲が好ましく、繊維状組織の全長ａの
約４０％以」二が前記のαで示す範囲に入っていれば有
効である。従って繊維状組織がフェース面３に略平行と
は、繊維状組織の全体がフェース面３に対して完全に平
行になっている状態から、各繊維状組織の全長ｅの約４
０％以上が、フェース面３とのなす角度を３０°以下に
している場合までを含むものとする。

「製造例」 ＮｉＴｉ合金の丸棒を用い、この丸棒を６００℃におい
て第５図に示すように径方向外方からダイスで叩いて加
工する鍛造加工を行ってゴルフクラブヘッドを製造した
。

第７図は、このゴルフクラブにおけるフェース面３のト
ウに近い側の断面にお（プる金属組織写真の模式図であ
る。第７図に示される筋状の多数の曲線ａは微細な細長
い結晶粒が繊維状に連なった状態を示している。

これに対し第８図は、ステンレス鋼（１７−４ＰＡ）を
用い、鋳造法によって作製された従来のゴルフクラブヘ
ッドＤにおいて、フェース面のトウに近い部分の断面に
おける金属組織写真の模式図である。このゴルフクラブ
ヘッドＤの断面組織では、不定形の結晶粒が多数混在し
た状態を示している。このステンレス鋼からなる従来の
ゴルフクラブヘッドは、平均結晶粒径が約１ｍｍと大き
く、粒度分布も不均一である。

これに対し、本願発明による第７図に示すゴルフクラブ
ヘッドＨにあっては、フェース面３と略平行に平均結晶
粒径２０μｍの微細な繊維状組織が発達している。

以上のことから、第５図と第６図を基に説明したように
鍛造加工することで、フェース面３に対して略平行に熱
弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金の金属の繊維状
組織を配向できることが明らかとなった。

第９図は、熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金（
Ｎ　ｉＴ　ｉ合金）の高温域における硬度変化を測定し
た結果を示す。第９図に示す結果から、前記合金は、４
００℃近傍から硬度が低下し始め、６００℃以」二で１
／１０程度の硬度まで低下することが判明した。従って
前記合金を鍛造加工する場合の温度は４００℃以上が好
ましく、６００℃以上がにり好ましいことが明らかとな
った。なお、熱間鍛造時の」二限の温度は、ＮｉＴｉ合
金の融点以下とすることが必要であるので、１２００℃
以下に設定することが必要である。

第１０図は熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金（
Ｎ　ｉＴ　ｉ合金）の高温域におυる伸びを測定した結
果を示す。第１Ｏ図に示す結果から、４００℃以上に加
熱することで、熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合
金の伸びが増加し、加工性が向上することが判明した。

第１Ｉ図は、ＮｉＴｉ合金製の前記ゴルフクラブヘット
にお１プる平均結晶粒径と超弾性伸びの関係を示したも
のである。第１１図によれば、平均結晶粒径を５００μ
ω以下にすることで超弾性伸びを２％以上にできること
が明らかであるとともに、平均結晶粒径を５０μｍ以下
にすることで超弾性伸びが４％以上を示すことが明らか
になった。

第１２図は、ＮｉＴｉ合金製の前記ゴルフクラブヘッド
に２％の歪が加わるように繰り返し歪ませた場合の疲労
特性を示したものである。第１２図から、平均結晶粒径
を５００μｍ以下にすることで１０４回以上の耐久性を
有するゴルフクラブヘッドを製造できることが明らかに
なった。

第１３図は前記ゴルフクラブヘッドの引張り強さと繊賄
状組織のアスペクト比の関係を示したものである。第１
３図から、アスペクト比を３以上にすることで引張り強
さを向」二できることが明らかとなった。

第１４図は前記ゴルフクラブヘッドの飛距離とアスペク
ト比の関係を試打結果から算出したものである。第１４
図から、アスペクト比を３以」二とすることで飛距離が
向上することが明らかとなった。

以」二の結果をまとめると、本願発明方法を実施するこ
とで以下の特性を有するゴルフクラブヘッドを製造でき
ることが判明した。

引張り強さ　　　　　　　　８０　ｋｇ／　ｍｍ２以上
超弾性伸び　　　　　　　５％以上 疲労特性（歪０．５％時）　　１０４回以上これに対し
、ステンレス鋼製の従来のゴルフクラブヘッドにおいて
は以下の特性が得られた。

５ ６ 引張り強さ　　　　　　　　５０　ｋｇ／　ｍｍ２弾性
伸び　　　　　　　　１．５％以上疲労特性（歪０．５
％時　　１０２回以上以」二のことから本願発明方法の
実施によって、従来のゴルフクラブよりも飛距離が長く
、引張り強さが大きく、疲労強度も高いゴルフクラブを
製造できることが判明した。

続いて、前述のように製造されたゴルフクラブヘッドの
ホーゼルに曲げ加工を施し、ライ角（第１図に符号Ｑで
示す角度）とロフト角（第２図に符号Ｒで示す角度）の
修正を行う試験を行った。ここで一般に、ライ角とロフ
ト角の修正角度は、最大でもライ角ｌＯ°、ロフト角５
°であるので、この修正試験では、ライ角の修正角度を
１５°に設定し、ロフト角の修正角度を１０°に設定し
、割れやしわを生じることなく修正が可能であるかどう
かについて試験を行った。

修正試験にあたり第１の修正試験として、修正時（曲げ
加工時）の加熱温度を３００℃に設定し、ゴルフクラブ
ヘッドの平均結晶粒径を第１表に示す如く２０〜１００
０μｍの各位にそれぞれ変えたゴルフクラブヘッドにつ
いて試験を実施した。

粒径の調節には、型鍛造により鍛造比を大きくして粒径
の小さな結晶を作り、再結晶温度以上に加熱する熱処理
により結晶を成長させて粒径を調節する手段を用いた。

また、第２の修正試験として平均結晶粒径５００μｍの
ゴルフクラブヘッドについて、修正時（曲げ加工時）の
加熱温度を第２表に示す如く２０〜１２００℃の各位に
設定した場合について修正試験を実施した。

以上の結果を第１表と第２表に示す。

第　　１　　表 第　　２ 表 第１表と第２表において、○印のものは、曲げ加工部分
に割れやしわなどを全く発生させることなく実用上問題
のない形状にホーゼルを曲げることができたものであり
、Ｘ印で示すものは曲げ加工部分に割れやしわを生じた
ものである。

第１表と第２表に示す結果から、曲げ加工時の加熱温度
を３００〜１２００℃以上に設定し、平均結晶粒径を５
００μｍ以下とすれば、割れやしわを生じることなくホ
ーゼルを曲げ加工することができ、ライ角とロフト角の
修正を容易にできることが判明した。

ところで、以」二の説明においては、アイアン型のゴル
フクラブヘッドに本願発明を適用した例について説明し
たが、本願発明をウッド型のゴルフクラブヘッドに適用
しても良いのは勿論である。

ウッド型のゴルフクラブヘッドに本願発明を適用する場
合は、ヘッド本体の打球点となるべき部分、お、ｊ；び
その周囲の部分、即ち、フゴース部に熱弾性型マルテン
サイト変態生ずる合金からなる金属板を取り付けるよう
にゴルフクラブヘッドを構成し、この金属板において、
前記合金の繊維状組織がフェース面に略平行になるよう
に鍛造してゴルフクラブヘッドを製造すれば良い。また
、アイアン型のゴルフクラブを製造する場合、ヘッド全
体を熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金で製造し
なくとも、フェース部のみをこの合金で製造しても差し
支えない。

「発明の効果−１ 以上説明したように本願発明は、３００〜１２００℃の
温度範囲で熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金塊
を熱間鍛造加工するので、この合金の硬度を低くして加
工し易い状態として鍛造することかでき、鍛造法により
ゴルフクラブヘッドを製造することができる。これによ
り、緻密な結晶粒を有し、引張り強さと超弾性伸びと疲
労特性に優れたゴルフクラブヘッドを得ることができる
。

従って、従来のゴルフクラブに比較して飛距離を伸ばす
ことができるとともに、耐久性を向上させたゴルフクラ
ブを提供することができる。

また、本願発明の方法によれば、ヘッド本体とホーゼル
の結合部分を３００〜１２００℃に加熱して硬度を下げ
た状態でホーゼルの曲げ加工を行うので、亀裂やしイつ
を生じさせることなくゴルフクラブヘッドのライ角とロ
フト角の修正ができるようになる。

更に、平均結晶粒径５００μｍ以下の緻密な結晶粒の超
弾性合金からなるヘッドに前記温度範囲で曲げ加工する
ので、曲げ加工部分の結晶粒界に応力を集中させること
が少なくなり、硬度を下げた状態で曲げ加工できるので
、亀やしわを生じさせることなくライ角とロフト角を修
正できる。

従って、使用者の好みに合わせたライ角とロフト角を有
し、熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金製のゴル
フクラブを提供できるとともに、ライ角とロフト角を設
計値と異なって製造した場合であってもこれらを容易に
修正できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明方法を実施して得られたゴルフクラブ
ヘッドの一例を示す正面図、 第２図は同ゴルフクラブヘッドの一例を示す側面図、 第３図は熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金の歪
と応力の関係を示す線図、 第４図は一般金属材料の歪と応力の関係を示す線図、 第５図は本願発明のゴルフクラブヘッドの素材となる丸
棒を示ず斜視図、 第６図は本願発明のゴルフクラブへ・ソドの製造方法を
説明するための側面図、 第７図は同ゴルフクラブヘッドの一例の一部を断面とし
た場合の金属組織の模式図、 第８図は従来のステンレス鋼製のゴルフクラブヘッドの
一部を断面とした場合の金属組織の模式第９図は熱弾性
型マルテンサイト変態を生ずる合金の温度と硬さの関係
を示す線図、 第１Ｏ図は熱弾性型マルテンサイト変態を生ずる合金の
温度と伸びの関係を示す線図、第１＋図は本願発明のゴ
ルフクラブヘッドの平均結晶粒径と超弾性伸びの関係を
示す線図、第１２図は同ゴルフクラブヘッドの平均結晶
粒径と疲労特性の関係を示す線図、 第１３図は同ゴルフクラブヘッドのアスペクト比と引張
り強さの関係を示す線図、 第１４図は同ゴルフクラブヘッドのアスペクト比と飛距
離の関係を示す線図である。 ■１・・ゴルフクラブヘッド、ｌ・・・ホーゼル、２・
・・ヒール、３・・・フェース面、４・・・トウ、５・
ソール、Ｑ・・ライ角、Ｒ・・・ロフト角、７・・丸棒
、ａ・・・繊維状組織。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ヘッド本体とホーゼルを熱弾性型マルテンサイト変態を
   生ずる合金で一体形成してなり、前記合金の平均結晶粒
   径を５００μｍ以下に形成してなるゴルフクラブの製法
   であって、 ３００〜１２００℃の温度範囲でホーゼルを曲げ加工し
   てホーゼルの曲げ角度を調節し、ライ角とロフト角を修
   正することを特徴とするゴルフクラブの製法。