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JP2002085602A - Golf club head - Google Patents

Golf club head

Info

Publication number
JP2002085602A
JP2002085602A JP2000285736A JP2000285736A JP2002085602A JP 2002085602 A JP2002085602 A JP 2002085602A JP 2000285736 A JP2000285736 A JP 2000285736A JP 2000285736 A JP2000285736 A JP 2000285736A JP 2002085602 A JP2002085602 A JP 2002085602A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
golf club
titanium alloy
club head
composite
head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000285736A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshie Takano
由重 高ノ
Hisatsugu Kakiuchi
久嗣 垣内
Akihisa Inoue
明久 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Rubber Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Rubber Industries Ltd filed Critical Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority to JP2000285736A priority Critical patent/JP2002085602A/en
Publication of JP2002085602A publication Critical patent/JP2002085602A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the durability of a golf club head. SOLUTION: At least a part of a face section F striking ball is formed out of a complex 4 including nano-crystal grains of a ceramic as a dispersant in a base material made of a titanium alloy.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、耐久性を向上しう
るゴルフクラブヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a golf club head having improved durability.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
ゴルフクラブヘッドのボールを打球するフェース部に、
チタン合金が多用されている。チタン合金は、ステンレ
ス鋼などに比べると、高強度、高硬度であるにも拘わら
ずヤング率が小さい。このため、チタン合金は、高強度
の特徴を活かしてフェース部の厚さを薄くでき、かつ低
ヤング率という特徴と相俟って打球時にフェース部を撓
ませ易い。その結果、打球時のボールの反発効率を高
め、飛距離を増大しうる。また高硬度という特徴は、フ
ェース部の耐外傷性を向上させる。
2. Description of the Related Art In recent years,
In the face part hitting the ball of the golf club head,
Titanium alloys are frequently used. Titanium alloy has a small Young's modulus in spite of having high strength and high hardness as compared with stainless steel and the like. For this reason, the titanium alloy can reduce the thickness of the face portion by utilizing the feature of high strength, and easily bend the face portion at the time of hitting the ball in combination with the feature of low Young's modulus. As a result, the resilience efficiency of the ball at the time of hitting the ball can be increased, and the flight distance can be increased. The feature of high hardness improves the trauma resistance of the face portion.

【0003】ところが、発明者らの種々の実験の結果、
チタン合金は、静的な機械的強度は優れているものの、
金属疲労特性に若干の課題、すなわち、弾性限界以下の
応力であっても、これが繰り返して作用するうちに材料
の弱化が生じ易る場合がることが判明した。特に冷間圧
延加工などを施したチタン合金では、加工歪が内在して
いるため金属疲労特性が低下し易い。
However, as a result of various experiments by the inventors,
Titanium alloy has excellent static mechanical strength,
It has been found that there is a slight problem in the metal fatigue properties, that is, even if the stress is lower than the elastic limit, the material may be easily weakened while the stress is repeatedly applied. In particular, in a titanium alloy subjected to cold rolling or the like, metal fatigue characteristics are liable to be reduced due to the inherent processing strain.

【0004】このようなチタン合金をフェース部に用い
たゴルフクラブヘッドの耐疲労性能を向上するために
は、フェース部の厚さを増すことが効果的である。しか
しながら、フェース部の厚さを増すと、薄肉化によって
得られたフェース部の撓み特性が失われてしまい、ボー
ルとの反発効率が低下し、ひいては飛距離の増大効果も
低下する。また例えば熱処理によって合金内部の加工歪
を緩和させることも可能であるが、この場合には、加工
硬化が緩和されてチタン合金の機械的特性が低下すると
いう問題もある。
In order to improve the fatigue resistance of a golf club head using such a titanium alloy for the face, it is effective to increase the thickness of the face. However, when the thickness of the face portion is increased, the bending characteristics of the face portion obtained by thinning are lost, so that the resilience efficiency with the ball is reduced and the effect of increasing the flight distance is also reduced. Further, for example, it is possible to alleviate the work strain inside the alloy by heat treatment, but in this case, there is a problem that the work hardening is eased and the mechanical properties of the titanium alloy are reduced.

【0005】本発明は、以上のような問題点に鑑み案出
なされたもので、ボールを打撃するフェース部の少なく
とも一部を、チタン合金とセラミックスのナノ結晶粒と
からなる複合体により形成することを基本として、チタ
ン合金の利点を活かしつつ耐久性、耐疲労性をも向上し
うるゴルフクラブヘッドを提供することを目的としてい
る。
The present invention has been devised in view of the above problems, and at least a part of a face portion for hitting a ball is formed of a composite comprising a titanium alloy and ceramic nanocrystal grains. On the basis of this, it is an object of the present invention to provide a golf club head capable of improving durability and fatigue resistance while taking advantage of a titanium alloy.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の発明は、ボールを打撃するフェース部の少なくとも
一部を、チタン合金からなる母材にセラミックスのナノ
結晶粒を分散材として含む複合体で形成したことを特徴
とするゴルフクラブヘッドである。
According to a first aspect of the present invention, at least a part of a face portion for hitting a ball includes a base material made of a titanium alloy and nanocrystalline grains of ceramics as a dispersing material. A golf club head formed of a composite.

【0007】ここで「ナノ結晶粒」とは、平均粒子径が
5nm以上かつ300nm以下、特に好ましくは45〜
150(nm)の粒子ないし粉末である。
[0007] The term "nano-crystal grains" used herein means an average particle diameter of 5 nm or more and 300 nm or less, particularly preferably 45-300 nm.
150 (nm) particles or powder.

【0008】また請求項2記載の発明は、前記ナノ結晶
粒は、周期律表の4族の金属元素の炭化物、窒化物又は
硼化物の1種または2種以上からなるとともに、前記チ
タン合金は、下記の組成式で表されることを特徴とする
請求項1に記載のゴルフクラブヘッドである。 Ti100-x-y M1x M2y (数値はすべて原子%) ただし、M1は、Zr、Hfから選ばれる1種又は2種
以上の元素、M2は、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W
から選ばれる1種又は2種以上の元素、かつx+y≦5
0(0<x<50、0<y<50)である。
According to a second aspect of the present invention, the nano crystal grains are made of one or more of carbides, nitrides or borides of a metal element belonging to Group 4 of the periodic table, and the titanium alloy is The golf club head according to claim 1, wherein the golf club head is represented by the following composition formula. Ti100-xy M1x M2y (all numerical values are atomic%) where M1 is one or more elements selected from Zr and Hf, and M2 is V, Nb, Ta, Mo, Cr, W
One or more elements selected from the group consisting of: and x + y ≦ 5
0 (0 <x <50, 0 <y <50).

【0009】また請求項3記載の発明は、前記ナノ結晶
粒は、平均粒子径が5〜300(nm)であることを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載のゴルフクラブヘ
ッドである。
According to a third aspect of the present invention, in the golf club head according to any one of the first to third aspects, the nanocrystalline grains have an average particle size of 5 to 300 (nm). is there.

【0010】また請求項4記載の発明は、前記複合体
は、断面減少率が10%以上の冷間加工を行うことによ
り板状のフェース部材として形成されたことを特徴とす
る請求項1〜3のいずれかに記載のゴルフクラブヘッド
である。
According to a fourth aspect of the present invention, the composite is formed as a plate-like face member by performing cold working with a cross-sectional reduction rate of 10% or more. 4. The golf club head according to any one of 3.

【0011】また請求項5記載の発明は、前記フェース
部は、該フェース部を形成する前記複合体の厚さを1.
0〜4.0mmとしたことを特徴とする請求項1〜4のい
ずれかに記載のゴルフクラブヘッドである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the face part, the thickness of the composite forming the face part is 1.
The golf club head according to any one of claims 1 to 4, wherein the golf club head has a thickness of 0 to 4.0 mm.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を図面
に基づき説明する。図1は本実施形態のゴルフクラブヘ
ッド(以下、単に「ヘッド」ということがある。)1の
斜視図、図2はその断面図、図3は、図2のフェース部
材の微細組織の略図をそれぞれ示している。図におい
て、本実施形態のヘッド1は、内部に中空部iを有する
ウッド型のもの例示しており、本実施形態ではヘッド本
体2と、フェース部Fの主要部を構成するフェース部材
3とから構成されたものを例示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a golf club head (hereinafter, may be simply referred to as “head”) 1 of the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view thereof, and FIG. 3 is a schematic view of a fine structure of the face member of FIG. Each is shown. In the figure, a head 1 of the present embodiment is exemplified by a wood type having a hollow portion i inside. In the present embodiment, a head body 2 and a face member 3 constituting a main part of a face portion F are illustrated. An example of the configuration is shown.

【0013】前記ヘッド本体2は、ヘッド上部をなすク
ラウン部2a、ヘッド底部をなすソール部2b、前記ク
ラウン部2aとソール部2bとの間を継ぐサイド部2
c、クラウン部2aのヒール寄りに突設されたネック部
2d、及びフェース部材3を配する開口5を具える。ま
たこの開口5には、本例ではフェース部材3の周縁だけ
を支えるバックアップ部6が形成されたものを例示して
いるが、このようなバックアップ部6を無くすこともで
きる。また本例のヘッド本体2は、例えばアルミニウム
合金、チタン、チタン合金、ステンレスなどの各種の晶
質金属或いは非晶質金属、樹脂、さらにはこれらの複合
材などにより形成しうる。
The head body 2 includes a crown 2a forming an upper part of the head, a sole 2b forming a bottom of the head, and a side part 2 connecting between the crown 2a and the sole 2b.
c, a neck portion 2d protruding toward the heel of the crown portion 2a, and an opening 5 in which the face member 3 is disposed. In this embodiment, the opening 5 is formed with a backup portion 6 that supports only the peripheral edge of the face member 3, but the backup portion 6 can be omitted. Further, the head body 2 of this example can be formed of various crystalline metals or amorphous metals such as aluminum alloy, titanium, titanium alloy, stainless steel, resin, and a composite material thereof.

【0014】前記フェース部材3は、図3に略示する如
く、母材としてのチタン合金4aと、分散材としてのセ
ラミックスのナノ結晶粒4bとからなる複合体4から形
成されたものを例示している。一般に、チタン合金に繰
り返し応力が負荷されたときの疲労破壊は、チタン合金
の表面に発生した表面欠陥に応力が負荷されるにつれて
亀裂が内部に進展し、最終的には負荷応力に耐えられず
破壊することにより生じる。このようなチタン合金の疲
労特性を改善するには、結晶構造的に、チタン合金内部
の亀裂進展を抑制することが効果的である。本発明の前
記複合体4は、チタン合金マトリックス中にセラミック
スのナノ結晶粒4bを分散させて含むことにより、チタ
ン合金相に発生した微細な亀裂の進展が、前記セラミッ
クスのナノ結晶粒4bによって食い止められるいわゆる
「ピン止め効果」を生じさせる。これにより、チタン合
金4aが効果的に補強されるためフェース部材3の耐疲
労性が大幅に向上する。
As shown in FIG. 3, the face member 3 is formed of a composite 4 composed of a titanium alloy 4a as a base material and nanocrystalline grains 4b of ceramics as a dispersing material. ing. In general, fatigue fracture when stress is repeatedly applied to a titanium alloy is such that cracks grow inside as stress is applied to surface defects generated on the surface of the titanium alloy, and ultimately cannot withstand the applied stress. Caused by destruction. In order to improve the fatigue characteristics of such a titanium alloy, it is effective to suppress the crack growth inside the titanium alloy in terms of the crystal structure. The composite 4 of the present invention includes the nanocrystal grains 4b of ceramics dispersed in the titanium alloy matrix, so that the growth of fine cracks generated in the titanium alloy phase is prevented by the nanocrystal grains 4b of ceramics. A so-called "pinning effect". Thereby, since the titanium alloy 4a is effectively reinforced, the fatigue resistance of the face member 3 is greatly improved.

【0015】本実施形態に使用されるチタン合金4a
は、金属組成においてチタンを最も多くものであれば特
に限定はされず、例えばTi−6Al−4V等に加え、
より高強度なチタン合金として、Ti−15V−3Cr
−3Al−3Sn、Ti−15Mo−5Zr−3Al、
Ti−10V−2Fe−3Al、Ti−4.5Al−3
V−2Mo−2Fe(SP700)、Ti−22V−4
Al(DAT51)等を用いることができる。
The titanium alloy 4a used in this embodiment
Is not particularly limited as long as it has the largest amount of titanium in the metal composition. For example, in addition to Ti-6Al-4V,
As a higher strength titanium alloy, Ti-15V-3Cr
-3Al-3Sn, Ti-15Mo-5Zr-3Al,
Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-4.5Al-3
V-2Mo-2Fe (SP700), Ti-22V-4
Al (DAT51) or the like can be used.

【0016】特に好ましくは前記複合体4に下記の組成
式(1)で表されるチタン合金を用いるのが望ましい。 Ti100-x-y M1x M2y (数値はすべて原子%)…(1) ただし、M1は、Zr、Hfから選ばれる1種又は2種
以上の元素、M2は、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W
から選ばれる1種又は2種以上の元素、かつx+y≦5
0(0<x<50、0<y<50)である。
It is particularly preferable to use a titanium alloy represented by the following composition formula (1) for the composite 4. Ti100-xy M1x M2y (all numerical values are atomic%) (1) where M1 is one or more elements selected from Zr and Hf, and M2 is V, Nb, Ta, Mo, Cr, W
One or more elements selected from the group consisting of: and x + y ≦ 5
0 (0 <x <50, 0 <y <50).

【0017】本発明者らは、種々の実験の結果、上記式
で表されるチタン合金は、引張強度や硬さをより大とし
つつヤング率が著しく低く大きな弾性伸び、塑性伸びを
示すことを見い出した。このようなチタン合金の高い強
度と硬さは、主として大きな原子半径差を有する元素を
固溶していることによる固溶体強化に、また低ヤング率
は主として構成元素が互いに引力相互作用を持たないた
めに低応力で原子が可逆的に移動できることに、さら
に、大きな弾性伸び限界などは相互作用を持たない多種
類の元素による可逆的移動サイトの多様性のために可逆
的原子移動が高いひずみ域まで起きることができるとも
に変形応力の上昇も起こりづらくなることに夫々起因す
るものと考えられている。
As a result of various experiments, the present inventors have found that the titanium alloy represented by the above formula has a significantly lower Young's modulus and a large elastic elongation and a plastic elongation while increasing the tensile strength and the hardness. I found it. The high strength and hardness of such a titanium alloy is mainly for solid solution strengthening by dissolving elements having a large atomic radius difference, and the low Young's modulus is mainly for the constituent elements having no attractive interaction with each other. In addition to the fact that atoms can be reversibly moved with low stress, and the large elastic elongation limit, etc., the reversible movement of atoms due to the diversity of reversible movement sites due to various types of elements that do not interact has a high range up to the strain region. It is thought that this can be caused by the fact that it can occur and that the deformation stress does not easily rise.

【0018】一例として、上記式(1)を満たす「Ti
a Zrb Nbc Md 」の組成で表されるチタン合金(T
i- Zr合金)に、圧延、引き延ばしの冷間加工を施し
たところ、980MPaの降伏強度、1070MPaの
引張強さ、40GPaのヤング率、1.7%の弾性伸
び、15%の塑性伸び及び350Hvのビッカース硬さの
合金を得ることが確認された。表1には、このようなチ
タン合金と、純チタン、現在ウッド型ゴルフクラブヘッ
ドの素材として主流となっているチタン合金(Ti−6
Al−4V)の物性を比較して示している。また図4に
は、これらの材料の引張応力−伸び曲線を、図5には他
の金属材料を含んで引張強度とヤング率との関係を夫々
示す。
As an example, “Ti
a Zrb Nbc Md ”titanium alloy (T
(i-Zr alloy) was subjected to cold working of rolling and elongation, yielding 980 MPa, tensile strength of 1070 MPa, Young's modulus of 40 GPa, elastic elongation of 1.7%, plastic elongation of 15% and 350 Hv It was confirmed that an alloy having a Vickers hardness of 5% was obtained. Table 1 shows such titanium alloys, pure titanium, and titanium alloys (Ti-6) which are currently the mainstream materials for wood-type golf club heads.
Al-4V) are shown in comparison. FIG. 4 shows tensile stress-elongation curves of these materials, and FIG. 5 shows the relationship between tensile strength and Young's modulus, including other metal materials.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】表1、図4から明らかなように、このよう
なチタン合金は、純チタンないしチタン合金よりも高い
引張強度σf を有しているにも拘わらず、ヤング率Eが
それらの半分以下の40MPaと非常に低いものであ
り、また弾性伸びが大きくかつ硬度等も大きいことが分
かる。つまり、このような高強度かつ低ヤング率という
特徴を有するチタン合金をゴルフクラブヘッド1の少な
くともフェース部Fの一部に用いることにより、フェー
ス部Fの耐久性、耐外傷性を十分に確保しつつヘッドの
反発係数が向上し、ボール初速を高め、ひいては飛距離
を増大させることができる。
As apparent from Table 1 and FIG. 4, such a titanium alloy has a Young's modulus E of less than half of that of pure titanium or titanium alloy, despite having a higher tensile strength σf than that of pure titanium or titanium alloy. Of 40 MPa, which is very low, and shows that the elastic elongation is large and the hardness and the like are also large. That is, by using a titanium alloy having such characteristics of high strength and low Young's modulus for at least a part of the face portion F of the golf club head 1, the durability and trauma resistance of the face portion F are sufficiently ensured. In addition, the coefficient of restitution of the head is improved, the initial velocity of the ball is increased, and the flight distance can be increased.

【0021】なお上記式(1)において、各元素の含有
量を限定したのは次の理由に基づいている。先ず、チタ
ンの含有量が50原子%を下回る場合、上記した合金の
優れた機械的特性を発現させることはできるが、比重が
大きくなる傾向があるためヘッドに適用するに際して重
量増大化やコスト高、さらには高融点化を招く傾向があ
る。またZr、Hfの元素が含まれていないと、原子半
径差の大きい金属元素を多量に固溶するのが困難な傾向
があり、固溶強化できない傾向がある。逆に、Zr、H
fの元素のトータル含有量が50原子%を上回ると、比
重が大きくなったり、また高融点化を招くなどの不具合
がある。
In the above formula (1), the contents of the respective elements are limited based on the following reasons. First, when the content of titanium is less than 50 atomic%, the above-described alloy can exhibit excellent mechanical properties, but tends to have a large specific gravity, so that when it is applied to a head, the weight increases and the cost increases. In addition, the melting point tends to be increased. Further, if the elements Zr and Hf are not contained, it tends to be difficult to form a solid solution of a metal element having a large difference in atomic radius in a large amount, and solid solution strengthening tends to be impossible. Conversely, Zr, H
If the total content of the element f exceeds 50 atomic%, there are disadvantages such as an increase in specific gravity and an increase in melting point.

【0022】また、V、Nb、Ta、Mo、Cr、Wか
ら選ばれる1種または2種の元素が含まれていない場
合、強度の低下や耐食性の低下招き易い。またこれらの
元素のトータル含有量が50原子%を上回ると、合金の
比重が大となったり、高融点化を招いたり、コストの上
昇をもたらしやすい。
When one or two elements selected from V, Nb, Ta, Mo, Cr and W are not contained, the strength and the corrosion resistance are liable to be reduced. Further, when the total content of these elements exceeds 50 atomic%, the specific gravity of the alloy becomes large, the melting point becomes high, and the cost tends to increase.

【0023】次に前記複合体4に用いられるセラミック
スナノ結晶粒4bは、周期律表の4族の金属元素、すな
わちTi、Zr、Hf、La又はAc、とりわけTi、
Zr、Hfの炭化物、窒化物又は硼化物が好ましい。具
体的には、TiB2 、TiC、TiCN、ZrC、Zr
2 、HfN、HfCが好適であり、これらの1種また
は2種以上を含んで分散材として用いることができる。
Next, the ceramic nanocrystal grains 4b used in the composite 4 are made of a metal element of Group 4 of the periodic table, ie, Ti, Zr, Hf, La or Ac, especially Ti,
Preference is given to carbides, nitrides or borides of Zr and Hf. Specifically, TiB 2 , TiC, TiCN, ZrC, Zr
B 2 , HfN, and HfC are suitable, and one or more of these can be used as a dispersant.

【0024】一般にナノ結晶のような超微細結晶は、微
細化により結晶が不安定になり、マクロ結晶体の特性が
維持できない傾向がある。このため、前記のピン止め効
果を十分に発現させるためには、ナノ結晶が安定してい
ることが必須となる。そこで本発明では、原子間の結合
が強固でありナノ結晶でも非常に安定したセラミックス
のナノ結晶粒を用いている。
In general, ultrafine crystals such as nanocrystals tend to be unstable due to miniaturization and cannot maintain the characteristics of macrocrystals. For this reason, it is essential that the nanocrystals be stable in order to sufficiently exhibit the pinning effect. Therefore, in the present invention, nanocrystalline grains of ceramics, in which bonds between atoms are strong and nanocrystals are very stable, are used.

【0025】また前記セラミックスのナノ結晶粒4bの
平均粒子径は、例えば5〜300(nm)であることが望
ましい。前記粒子径が、5(nm)未満になると、ナノ結
晶粒4bが結晶的に不安定になり易く、チタン合金中の
亀裂の進展を抑制するピン止め効果が低下する傾向があ
り、逆に粒子径が300(nm)を超えると、該セラミッ
クスのナノ結晶粒4bが亀裂の起点になりやすく耐疲労
性の向上効果が得られ難い傾向にある。このような観点
より、前記ナノ結晶粒4bの平均粒子径は、より好まし
くは20〜200(nm)、さらに好ましくは30〜15
0(nm)、特に好ましくは45〜150(nm)であるの
が望ましい。このナノ結晶粒4bの平均粒子径は、チタ
ン合金相の一定の領域内に含まれるナノ結晶粒の粒径を
測定しその平均により表される。
The average particle diameter of the ceramic nanocrystal grains 4b is desirably, for example, 5 to 300 (nm). When the particle diameter is less than 5 (nm), the nanocrystal grains 4b tend to be crystallographically unstable, and the pinning effect for suppressing the growth of cracks in the titanium alloy tends to decrease. When the diameter exceeds 300 (nm), the nanocrystalline grains 4b of the ceramic tend to be a starting point of a crack, and the effect of improving fatigue resistance tends to be hardly obtained. From such a viewpoint, the average particle size of the nanocrystal grains 4b is more preferably 20 to 200 (nm), and further preferably 30 to 15 (nm).
0 (nm), particularly preferably 45 to 150 (nm). The average particle size of the nanocrystal grains 4b is represented by the average of the particle sizes of the nanocrystal grains contained in a certain region of the titanium alloy phase.

【0026】また前記複合体4は、前記セラミックスの
ナノ結晶粒4bの体積含有率が5〜40%であることが
望ましい。前記セラミックスのナノ結晶粒4bの体積含
有率が5%未満の場合、チタン合金中の亀裂進展を抑制
する効果が低下する傾向にあり、逆に40%を超える
と、前記セラミックスのナノ結晶粒同士が凝集してしま
い、この部分が破壊の起点となり機械的特性が低下する
傾向がある。このような観点より、複合体4は、より好
ましくは前記セラミックスのナノ結晶粒4bの体積含有
率を10〜30%、さらに好ましくは15〜25%とす
るのが望ましい。
The composite 4 preferably has a volume content of the ceramic nanocrystal grains 4b of 5 to 40%. When the volume content of the nanocrystal grains 4b of the ceramics is less than 5%, the effect of suppressing the crack growth in the titanium alloy tends to decrease. Are agglomerated, and this portion serves as a starting point of destruction, and the mechanical properties tend to decrease. From such a viewpoint, it is more desirable that the composite 4 has a volume content of the nanocrystal grains 4b of the ceramics of 10 to 30%, more preferably 15 to 25%.

【0027】また前記フェース部材3は、略一定の薄い
厚さ、例えば1.0〜4.0mm、より好ましくは1.0
〜2.8mm、さらに好ましくは1.0〜2.5mmといっ
た厚さtを有し、薄肉化を図りながらフェース部Fの主
要部を構成する板状にて形成されている。このように、
本実施形態のフェース部材3は、前記複合体4からなる
ことにより強度が高いので、通常よりも薄くしてもフェ
ース強度が保たれ、軽量化を図りつつフェース部Fを効
果的に撓ませることができる。従って、打球の飛距離を
増大しつつ耐疲労性を向上できる。なおフェース部材3
の厚さtが1.0mm未満の場合、フェース部Fの強度が
確保できないために破壊の危険があり、逆に4.0mmを
超えると、フェース部Fの強度及び耐疲労性は確保でき
るが、ボールとの反発特性が低くなり打球の飛距離増大
効果が低下しやすい。
The face member 3 has a substantially constant thin thickness, for example, 1.0 to 4.0 mm, more preferably 1.0 to 4.0 mm.
It has a thickness t of about 2.8 mm, more preferably 1.0 to 2.5 mm, and is formed in a plate shape constituting a main part of the face portion F while reducing the thickness. in this way,
Since the face member 3 of the present embodiment is made of the composite 4 and has high strength, the face strength is maintained even when the face portion F is thinner than usual, and the face portion F is effectively bent while reducing the weight. Can be. Therefore, fatigue resistance can be improved while increasing the flight distance of the hit ball. The face member 3
When the thickness t is less than 1.0 mm, the strength of the face portion F cannot be secured, and there is a risk of breakage. On the other hand, when the thickness t exceeds 4.0 mm, the strength and fatigue resistance of the face portion F can be secured. In addition, the rebound characteristics with the ball are reduced, and the effect of increasing the flight distance of the hit ball is likely to be reduced.

【0028】またフェース部材3は、前記ヘッド本体2
のバックアップ部6の前面に配され、例えば接着、カシ
メ、溶接等の固着手段にてヘッド本体2と強固に接合さ
れる。そしてフェース部材3は、ボールを打球するフェ
ース部Fの少なくとも一部、本例ではフェース部Fの実
質的な全域を構成する。特に前記複合体4でフェース部
材3を形成する場合、複合体4の表面積S1と、フェー
ス部Fの全表面積S2との比(S1/S2)は、0.5
0以上とするのが望ましく、より好ましくは0.70以
上、さらに好ましくは0.90以上とするのが特に望ま
しい。これにより、複合体4を広範囲にわたってフェー
ス部Fに配することができ、耐疲労性の向上と飛距離の
増大とがより好ましく両立される。
The face member 3 is provided on the head main body 2.
And is firmly joined to the head main body 2 by a fixing means such as adhesion, caulking, welding or the like. The face member 3 forms at least a part of the face portion F for hitting a ball, in this example, substantially the entire area of the face portion F. In particular, when the face member 3 is formed of the composite 4, the ratio (S1 / S2) of the surface area S1 of the composite 4 to the total surface area S2 of the face F is 0.5.
It is preferably set to 0 or more, more preferably 0.70 or more, and further preferably 0.90 or more. Thereby, the composite body 4 can be arranged on the face portion F over a wide range, and both improvement in fatigue resistance and increase in flight distance are more preferably achieved.

【0029】また前記複合体4を形成する方法として
は、例えば、所定の組成としたチタン合金にセラミック
スのナノ結晶粉末を添加するとともに、アーク溶解にて
複合体のインゴットを作製し、このインゴットを所定形
状に加工することにより行うことができる。本実施形態
では、このインゴットを冷間圧延機にて冷間圧延加工を
施すことにより薄板を製造し、この薄板に例えば打ち抜
き加工等を行って前記フェース部材3を形成している。
そしてこのフェース部材3をヘッド本体2と溶接しゴル
フクラブヘッド1が製造される。なお前記複合体4のイ
ンゴットは、浮遊溶解法により製造することもできる。
As a method of forming the composite 4, for example, a ceramic alloy nanocrystal powder is added to a titanium alloy having a predetermined composition, and an ingot of the composite is produced by arc melting. It can be performed by processing into a predetermined shape. In the present embodiment, the ingot is cold-rolled by a cold rolling mill to produce a thin plate, and the thin plate is subjected to, for example, punching to form the face member 3.
The face member 3 is welded to the head body 2 to manufacture the golf club head 1. The ingot of the composite 4 can also be manufactured by a suspension dissolution method.

【0030】また前記複合体4は、断面減少率が10%
以上、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは5
0%以上、特に好ましくは70%以上の圧延、引き延ば
しといった冷間加工を施して加工硬化させつつフェース
部材3に加工することが良い。これにより、フェース部
材3は、低ヤング率を維持したままさらに加工硬化によ
って引張強度を向上させることができる点で好ましい。
なお冷間加工には、圧延、引き延ばしの他、鍛造、押出
し、深絞りなど種々のものが含まれうる。また断面減少
率は、原則として、加工前の長手方向と直角な断面積を
A1、加工後の同断面積をA2とするとき、1−(A1
/A2)の百分率により求めうるが、圧延加工では巾が
殆ど変化しないため、便宜的に厚さの減少率により定め
るものとする。
The composite 4 has a cross-sectional reduction rate of 10%.
Or more, more preferably 30% or more, still more preferably 5% or more.
It is preferable that the face member 3 is processed while being cold-worked such as rolling or elongation of 0% or more, particularly preferably 70% or more, and hardened. Thereby, the face member 3 is preferable in that the tensile strength can be further improved by work hardening while maintaining a low Young's modulus.
The cold working may include various things such as forging, extrusion, and deep drawing, in addition to rolling and stretching. In principle, the sectional reduction rate is 1- (A1) where A1 is a sectional area perpendicular to the longitudinal direction before processing and A2 is the same sectional area after processing.
/ A2), but the width hardly changes during rolling, so that the width is determined by the thickness reduction rate for convenience.

【0031】また前記微細粉末セラミックスは、公知の
方法で適宜製造することができ、その製造方法は問わな
い。例えば微細粉末セラミックスは、原料金属を貴ガス
雰囲気中で蒸発させるとともに、この蒸発の工程中、又
は該工程の後の窒化、炭化又は硼化処理によって製造す
ることができる。また複合体4は、チタン合金4aとセ
ラミックナノ結晶粒4bとを複合してあれば足り、どの
ようにして製造されたかは特に問わない。
The fine powder ceramics can be appropriately manufactured by a known method, and the manufacturing method is not limited. For example, fine powder ceramics can be produced by evaporating the raw material metal in a noble gas atmosphere and performing a nitriding, carbonizing, or boring treatment during or after this evaporation step. The composite 4 only needs to be a composite of the titanium alloy 4a and the ceramic nanocrystal grains 4b, and it does not matter how the composite 4 is manufactured.

【0032】また上記実施形態ではウッド型のゴルフク
ラブヘッドを例に挙げ説明したが、本発明のヘッド1
は、例えば図6(A)、(B)に示すようなアイアン型
のゴルフクラブヘッド1においても適用しうる。これら
の例のヘッド1においても、ヘッド本体2と、このヘッ
ド本体2の前面に配されかつ前記複合体4からなるフェ
ース部材3とから構成されている。なおヘッド本体2
は、本例ではフェース部材3の周縁部を保持しており、
フェース部材3の実質的な裏面を支えてはいない。この
ようなアイアン型のヘッド1や、前記実施形態のウッド
型のヘッド1にあっては、フェース部材3の裏面が実質
的に空所となっている場合、特にフェース部材3の強度
が要求されるため、本発明を適用した場合の効果がより
大となる。
In the above embodiment, a wood type golf club head has been described as an example.
Is applicable to an iron type golf club head 1 as shown in FIGS. 6A and 6B, for example. The head 1 of these examples also includes a head body 2 and a face member 3 disposed on the front surface of the head body 2 and made of the composite 4. The head body 2
Holds the periphery of the face member 3 in this example,
The substantial back surface of the face member 3 is not supported. In such an iron-type head 1 and the wood-type head 1 of the embodiment, when the back surface of the face member 3 is substantially empty, the strength of the face member 3 is particularly required. Therefore, the effect when the present invention is applied is further enhanced.

【0033】また、このようなフェース部材3の裏面が
実質的に空所となっている場合には、チタン合金の優れ
た特性による低ヤング率、薄肉化により、優れた反発性
能と耐久性能とが両立される。また本発明は、ウッド
型、アイアン型のみならず、パター型、ユーティリティ
型といったヘッドにおいても適用しうる。
When the back surface of the face member 3 is substantially vacant, a low Young's modulus and a thinner wall due to the excellent properties of the titanium alloy provide excellent resilience and durability. Are compatible. The present invention can be applied not only to a wood type and an iron type but also to a putter type and a utility type head.

【0034】[0034]

【実施例】図1、図2に示す基本構成を有するフェース
部材を、表2に示すチタン合金、セラミックスのナノ結
晶粒をそれぞれ用いた複合体でそれぞれ試作するととも
に、該フェース部材をチタン合金(Ti−6Al−4
V)製のヘッドに溶接してウッド型ゴルフクラブヘッド
を製造した。なおフェース部材は、チタン合金(いずれ
もTi50Zr30Nb10Ta10)とセラミックスのナノ結
晶粉末とをアーク溶解して複合体のインゴットを形成す
るとともに、これを断面減少率70%の冷間圧延加工に
より薄板状とし型抜きを行って製造した。
EXAMPLE A face member having the basic structure shown in FIGS. 1 and 2 was trial-produced using a titanium alloy shown in Table 2 and a composite using nanocrystal grains of ceramics, respectively. Ti-6Al-4
A wood type golf club head was manufactured by welding to a V) head. The face member is formed by arc melting a titanium alloy (both Ti 50 Zr 30 Nb 10 Ta 10 ) and a ceramic nanocrystal powder to form a composite ingot, which is formed into a cold ingot having a cross-sectional reduction rate of 70%. It was manufactured by rolling into a thin plate and punching.

【0035】またこれらの各供試ヘッドに、同一のシャ
フトを固着してウッド型ゴルフクラブを試作するととも
に、各クラブをツルーテンパー社製のスイングロボット
に装着し、ヘッドスピードを54(m/s)に設定して
ゴルフボールを5000回打撃する耐久試験を行った。
5000球打撃後、フェース部材に全く損傷がないもの
を○、微細をクラックが見られるものを△、5000回
未満の打球数でフェース部が破損したものを×として評
価した。また比較のために、セラミックスのナノ結晶粒
を複合させていないチタン合金のみからなるフェース部
材を使用したウッド型のゴルフクラブ(比較例1、2)
についても同様の試験を行った。複合体の仕様及び試験
結果を表2に示す。
The same shaft was fixed to each of the test heads to produce a wood type golf club as a trial, and each club was mounted on a swing robot manufactured by True Temper, and the head speed was set to 54 (m / s). ), And a durability test was conducted in which the golf ball was hit 5000 times.
After hitting 5000 balls, the face member was not damaged at all, を: fine cracks were seen, Δ: the face portion was broken by less than 5,000 hits, and × was evaluated. Further, for comparison, a wood-type golf club using a face member made of only a titanium alloy that is not composited with ceramic nanocrystal grains (Comparative Examples 1 and 2)
A similar test was also performed for. Table 2 shows the specifications and test results of the composite.

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】表1に示すように、実施例のものは、いず
れも耐久試験においては、フェース部の損傷は全く見ら
れなかったが、セラミックスのナノ結晶粒の粒子径が小
さく添加量も少ない実施例2、セラミックスのナノ結晶
粒の添加量がやや多い実施例3、セラミックスのナノ結
晶の添加量がやや少ない実施例6、実施例14、セラミ
ックスのナノ結晶粒の粒径がやや大きい実施例10、実
施例14などでは、破損には至らなかったものの小さな
クラックが生じていた。但し、テストを行ったヘッドス
ピードからすれば、これらのクラックが生じていたヘッ
ドも実用上の耐久性を十分に具えるものである。
As shown in Table 1, no damage to the face was observed in the durability test in any of the examples, but the nanocrystal grains of the ceramics had a small particle size and the addition amount was small. Example 2, Example 3 in which the addition amount of ceramic nanocrystals is slightly larger, Example 6 and Example 14 in which the addition amount of ceramic nanocrystals is slightly smaller, Example 10 in which the particle size of ceramic nanocrystals is slightly larger In Example 14 and the like, small cracks were generated although they were not damaged. However, in view of the head speed at which the test was performed, the head in which these cracks occurred had sufficient practical durability.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のゴルフク
ラブヘッドは、ボールを打撃するフェース部の少なくと
も一部を、チタン合金とセラミックスのナノ結晶粒との
複合体により形成しているため、セラミックスのナノ結
晶粒が金属結晶相で生じた疲労による亀裂の進展を阻止
するピン止め効果を発揮し、チタン合金の耐疲労性を大
幅に向上しうる。これにより、耐久性を向上しつつ例え
ばフェース部を薄肉化し高反発でボールを打ち出しする
ゴルフクラブヘッドを提供することが可能になる。
As described above, in the golf club head of the present invention, at least a part of the face portion for hitting the ball is formed by a composite of a titanium alloy and ceramic nanocrystal grains. The nanocrystalline grains of the ceramics exhibit a pinning effect of preventing the growth of cracks due to fatigue generated in the metal crystal phase, and can greatly improve the fatigue resistance of the titanium alloy. Thus, it is possible to provide a golf club head that launches a ball with high rebound by, for example, thinning the face portion while improving durability.

【0039】また請求項2記載の発明は、合金組成を一
定の範囲に限定したことにより、より高強度かつ低ヤン
グ率のチタン合金の耐久性を向上でき、フェース部をよ
り薄くして反発性を向上しつつ耐久性をも同時に確保す
ることが可能となる。
According to the second aspect of the present invention, by limiting the alloy composition to a certain range, the durability of a titanium alloy having higher strength and a lower Young's modulus can be improved, and the face portion can be made thinner to improve resilience. And durability can be secured at the same time.

【0040】また請求項3記載の発明は、前記ナノ結晶
粒は、平均粒子径が5〜300(nm)であることによ
り、ナノ結晶粒を結晶的に安定化でき、チタン合金中の
亀裂の進展を抑制するピン止め効果を確実とする他、こ
のナノ結晶粒が亀裂の起点になることを防止でき、さら
に耐疲労性の向上効果を高めうる。
According to a third aspect of the present invention, the nano crystal grains have an average particle diameter of 5 to 300 (nm), so that the nano crystal grains can be crystallized stably and cracks in the titanium alloy can be reduced. In addition to ensuring the pinning effect of suppressing the progress, the nanocrystalline grains can be prevented from becoming the starting point of the crack, and the effect of improving the fatigue resistance can be enhanced.

【0041】また請求項4記載の発明は、前記複合体
は、断面減少率が10%以上の冷間加工を行うことによ
り板状のフェース部材として形成されていることによ
り、チタン合金の低ヤング率を維持したまま、さらに加
工硬化によって引張強度を向上させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the composite is formed as a plate-shaped face member by performing cold working with a cross-sectional reduction rate of 10% or more. While maintaining the ratio, the tensile strength can be further improved by work hardening.

【0042】また請求項5記載の発明では、前記フェー
ス部は、該フェース部を形成する前記複合体の厚さを
1.0〜4.0mmとしたことにより、フェース部の強
度、耐疲労性を確保しつつボールとの反発特性の低下を
防止しうる。
According to the fifth aspect of the present invention, the strength and fatigue resistance of the face portion are improved by setting the thickness of the composite forming the face portion to 1.0 to 4.0 mm. , And a decrease in resilience characteristics with the ball can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施形態のゴルフクラブヘッドを例示する正
面図である。
FIG. 1 is a front view illustrating a golf club head according to an embodiment.

【図2】その断面図である。FIG. 2 is a sectional view thereof.

【図3】複合体の微細組織を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a microstructure of a composite.

【図4】チタン合金等の引張応力−伸びの関係を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between tensile stress and elongation of a titanium alloy or the like.

【図5】チタン合金等の引張強度−ヤング率の関係を示
すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between tensile strength and Young's modulus of a titanium alloy or the like.

【図6】(A)はアイアン型ゴルフクラブヘッドの実施
例を示す正面図、(B)はそのX−X端面図である。
FIG. 6 (A) is a front view showing an embodiment of an iron type golf club head, and FIG. 6 (B) is an XX end view thereof.

【符号の説明】 1 ゴルフクラブヘッド 2 ヘッド本体 3 フェース部材 4 複合体 4a チタン合金 4b セラミックスのナノ結晶粒 F フェース部[Description of Signs] 1 golf club head 2 head body 3 face member 4 composite 4a titanium alloy 4b nanocrystal grains of ceramic F face

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 垣内 久嗣 兵庫県神戸市中央区脇浜町3丁目6番9号 住友ゴム工業株式会社内 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内元支倉35番地 川 内住宅11−806 Fターム(参考) 2C002 AA02 AA03 CH01 MM04 MM06 MM07 PP02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hisashi Kakiuchi 3-6-9, Wakihama-cho, Chuo-ku, Kobe City, Hyogo Prefecture Within Sumitomo Rubber Industries, Ltd. (72) Inventor Akihisa Inoue No. 35 Kawauchi House 11-806 F term (reference) 2C002 AA02 AA03 CH01 MM04 MM06 MM07 PP02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ボールを打撃するフェース部の少なくとも
一部を、チタン合金からなる母材にセラミックスのナノ
結晶粒を分散材として含む複合体で形成したことを特徴
とするゴルフクラブヘッド。
1. A golf club head wherein at least a part of a face portion for hitting a ball is formed of a composite material comprising a base material made of a titanium alloy and nanocrystalline grains of ceramics as a dispersing material.
【請求項2】前記ナノ結晶粒は、周期律表の4族の金属
元素の炭化物、窒化物又は硼化物の1種または2種以上
からなるとともに、 前記チタン合金は、下記の組成式で表されることを特徴
とする請求項1に記載のゴルフクラブヘッド。 Ti100-x-y M1x M2y (数値はすべて原子%) ただし、M1は、Zr、Hfから選ばれる1種又は2種
以上の元素、M2は、V、Nb、Ta、Mo、Cr、W
から選ばれる1種又は2種以上の元素、かつx+y≦5
0(0<x<50、0<y<50)である。
2. The nanocrystalline grains are made of one or more of carbides, nitrides, or borides of a metal element belonging to Group 4 of the periodic table, and the titanium alloy is represented by the following composition formula. The golf club head according to claim 1, wherein: Ti100-xy M1x M2y (all numerical values are atomic%) where M1 is one or more elements selected from Zr and Hf, and M2 is V, Nb, Ta, Mo, Cr, W
One or more elements selected from the group consisting of: and x + y ≦ 5
0 (0 <x <50, 0 <y <50).
【請求項3】前記ナノ結晶粒は、平均粒子径が5〜30
0(nm)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれ
かに記載のゴルフクラブヘッド。
3. The nanocrystalline grains have an average particle size of 5 to 30.
The golf club head according to claim 1, wherein the golf club head is 0 (nm).
【請求項4】前記複合体は、断面減少率が10%以上の
冷間加工を行うことにより板状のフェース部材として形
成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
載のゴルフクラブヘッド。
4. The composite according to claim 1, wherein the composite is formed as a plate-shaped face member by performing cold working with a cross-sectional reduction rate of 10% or more. Golf club head.
【請求項5】前記フェース部は、該フェース部を形成す
る前記複合体の厚さを1.0〜4.0mmとしたことを特
徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のゴルフクラブ
ヘッド。
5. The golf club according to claim 1, wherein the thickness of the composite forming the face portion is 1.0 to 4.0 mm. head.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7479071B2 (en) 2005-08-25 2009-01-20 Adams Golf Ip, L.P. Golf club head
US7556571B2 (en) 2005-08-25 2009-07-07 Adams Golf Ip, L.P. Golf club head
JP2021133173A (en) * 2020-02-28 2021-09-13 住友ゴム工業株式会社 Golf club head
CN117582646A (en) * 2023-12-15 2024-02-23 常州世竟液态金属有限公司 Golf club head

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