JP4452008B2

JP4452008B2 - 湾曲金属板の製造方法、及びゴルフクラブヘッド

Info

Publication number: JP4452008B2
Application number: JP2001368941A
Authority: JP
Inventors: 啓松本; 望有安; 忠謙林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2021-12-03
Also published as: JP2002239641A; US6681612B2; US20020107090A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン又はチタン合金からなる湾曲金属板の製造方法、及びプレス曲げ加工によってリブの形成されたチタン合金等の金属板を用いたゴルフクラブヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタン合金は、比較的比重が小さいにも拘わらず強度が高いことから、従来から航空機材料や自動車部品材料や医療用材料として用いられている。
また、近年、ゴルフや自転車などのレジャー用品にも用いられている。
特に、ゴルフクラブのヘッドは複雑な形状をしているため、かかるヘッドを構成する部材としては、一般に、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖを用いた鋳造品が用いられているが、製造コストや強度等の点で問題がある。
この点、熱間加工性があるＳＰ７００や冷間加工性のあるＴｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎからなる金属板を塑性変形させ、この塑性加工品をゴルフクラブヘッドに用いることも知られている。
例えば、特許２６４０４１５号公報には、ゴルフクラブのドライバーヘッド材料として、バナジウムを１０〜２５重量％含み、アルミニウムを２〜５重量％、クロムを２〜５重量％、スズを２〜４重量％の中から１種または２種以上含むチタン合金からなる金属板を、冷間又は熱間プレスして所定形状に成形して各部材を作成し、これらを溶接にて接合してゴルフのドライバーヘッドを作製することが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報記載のチタン合金を用いた場合であっても、チタン等の金属板を、例えばゴルフクラブのヘッドのような複雑な形状に塑性加工する場合には、大きな荷重が必要である。さらに、チタン又はチタン合金はスプリングバックが大きいため、この金属板をプレス曲げ加工しても、プレス後ほとんど元に戻るため、塑性加工による湾曲金属板の製造は非常に困難である。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて、プレス加工をする際に比較的低荷重でもって、確実に曲げ加工を行うことができる湾曲金属板の製造方法を提供することを課題とする。
さらに、プレス加工で確実に作製でき、且つ強度的にも優れたゴルフクラブヘッドを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一般的に金型と材料の接触面積を減らすことによりプレス荷重を低減できるが、単純に金型を小さくするだけでは金属板のすべての部位に塑性加工を施すことができない。
本発明者等は、更に鋭意研究した結果、金属板のプレス曲げ加工に用いる金型に、溝状、穴状などの凹部を形成することにより、金属板と金型との接触面積が減少し、金型のサイズに拘わらず荷重を大幅に低減でき、且つスプリングバックも小さくなるという知見を得、本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち、本発明は、深さが０．５ｍｍ以上の凹部の形成された金型の湾曲凸面に、チタン又はチタン合金からなる金属板の一面を当て、該金属板の一面側の金属を金型の凹部へ流れ込むことを促すと共に、該凹部に金属を充満させないようにしてプレスすることにより、前記金属板の一面の全体的にリブを形成しつつ湾曲させる湾曲金属板の製造方法を解決手段とする。
かかる製造方法によれば、深さが０．５ｍｍ以上の凹部の形成された金型の湾曲凸面に、チタン又はチタン合金からなる金属板の一面を当て、該金属板の一面側の金属を金型の凹部へ流れ込むことを促すと共に、該凹部に金属を充満させないようにしてプレスすることにより、プレス曲げ加工時、金属板の一面側の金属を金型の凹部へ流れ込むことを促すと共に、該凹部に金属を充満させないことで接触面積が減少し、よって、荷重を低減させることができる。
また、凹部に一面側の金属が流れ込むことからその一面側のみ拘束され、これにより金属板の他面側の引張応力を増長させることで該他面の塑性変形を促すことができ、従って、得られる湾曲金属板のスプリングバックによる戻りを抑制することができる。
【０００７】
前記凹部は、溝状、長溝状、穴形状、その他の任意の形状を採用できるが、中でも、前記金属板の曲げ方向に対して交差する成分方向（より好ましくは直交する成分方向）を有する溝状の凹部が好ましく、又、複数の凹部のうち少なくとも１つの凹部が前記金属板の曲げ方向に対して交差する成分方向（より好ましくは直交する成分方向）を有する溝状であることが好ましい。
この好ましい態様によれば、金属板のプレス加工時、金属板の湾曲内面（一面）に於いて、曲げ方向に沿って集束する金属が、金属板の曲げ方向に対して交差する成分方向（より好ましくは直交する成分方向）に形成された凹部（溝）に確実に流れ込むこととなり、上記の作用効果、すなわち、より低荷重でもって湾曲させることができ、且つスプリングバックもより確実に抑制することができる。
【０００８】
金属板を構成するチタン又はチタン合金の組成は特に限定されないが、強度の点などを考慮すればβ型チタン合金が好ましく、更に、素材自体に於いても塑性加工性に優れることから、バナジウム１５〜２５重量％、アルミニウム２．５〜５重量％、スズ０．５〜４重量％を含有するβ型チタン合金がより好ましい。
【０００９】
上記製法により作製された湾曲金属板は、凹部に流れ込んだ金属によって、金属板の湾曲内面に於いてリブ（突起）が形成されることとなる。かかるリブは、湾曲金属板の面に対して垂直方向に加わる衝撃に対する強度を高め、湾曲金属板を補強する働きをする。
従って、本発明の製法で作製された湾曲金属板を少なくとも一部に用いたゴルフクラブのヘッドは、チタン又はチタン合金という素材自体の利点のみならず、形状的にも優れた強度を有するものとなる。
特に、金属板が、バナジウム１５〜２５重量％、アルミニウム２．５〜５重量％、スズ０．５〜４重量％を含有し、残部チタンおよび不可避不純物の組成からなるβ型チタン合金は、時効後に高強度となる性質を有するので、ゴルフクラブのヘッドとして好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明は、チタン又はチタン合金からなる金属板を、凹部の形成された金型の湾曲凸面を利用し、プレス加工によって塑性変形させて所望形状の金属板を製造するものである。
かかるチタン又はチタン合金の組成は特に限定されず、公知のものを用いることができる。
例えば、純チタン、β型チタン合金、α型＋β型チタン合金や、Ｖ：１５〜２５重量％、Ａｌ：２．５〜５重量％、Ｓｎ：０．５〜４重量％、Ｏ：０．１２重量％以下含有し、残部Ｔｉおよび不可避不純物の組成からなるβ型チタン合金（日本特許第２６６９００４号開示のもの）、Ｖ：１０〜２５重量％、Ａｌ：２〜５重量％、Ｃｒ：２〜５重量％、Ｓｎ：２〜４重量％、Ｏ：０．２５重量％以下含有し、残部Ｔｉおよび不可避不純物の組成からなるチタン合金（日本特許第２６４０４１５号開示のもの）などが例示され、中でも、製品強度に優れ且つ塑性加工性の良好な前記Ｖ：１５〜２５重量％、Ａｌ：２．５〜５重量％、Ｓｎ：０．５〜４重量％、Ｏ：０．１２重量％以下含有し、残部Ｔｉおよび不可避不純物の組成からなるβ型チタン合金が好ましい。
【００１１】
金属板は、チタン又はチタン合金が冷間圧延されて形成されたものや熱間圧延されたもの、或いは、更に溶体化処理が施されたものや溶体化処理された後に圧延されたものなど公知の手段によって製造されたものを用いることができる。
金属板の厚みは、プレスによる塑性加工が可能な程度であれば特に限定されず、例えば、０．１〜１５ｍｍ程度、好ましくは０．５〜５ｍｍ程度のものが例示される。
【００１２】
本発明の製法に使用される金型としては、例えば、金属板を挟んでプレス加工によって湾曲させるべく、２つ湾曲面を有し、該湾曲面のうち湾曲凸面にのみ凹部が形成された構成のものが用いられる。
このような金型１は、例えば、図１に示すように、固定側の金型１１に、湾曲した凸面１１ａ（本明細書で「湾曲凸面」という）が形成され、且つ可動側の金型１２に、湾曲した凹面１２ａ（該凹面１２ａは平滑面である）が形成されており、更に、湾曲凸面１１ａには、凹部２が形成されている。図示した凹部２は、金型１の湾曲凸面１１ａの曲げ方向に対して実質的に直交する成分方向に延設された溝２１であり、一つの湾曲凸面１１ａに５本略等間隔に形成されている（尚、湾曲凸面１１ａを有する金型は、固定されたものに限定されず可動側でもよく、又双方の金型１１ａ，１２ｂが可動してもよい）。
なお、前記金属板の曲げ方向とは、前記金型の湾曲凸面に沿う方向を意味している。そして、前記金属板の曲げ方向に対して交差する成分方向及び直交する成分方向とは、それぞれ、前記湾曲凸面が線状の頂部を有し且つ該線状頂部に平行な一の軸線回り（図１においては縦方向に平行な軸線回り）に湾曲されている場合には、前記一の軸線に直交する仮想平面によって切断された断面視において、該湾曲凸面の外形線の接線及び法線の双方に対し交差する方向及び直交する方向を意味する。
もっとも、凹部２は、湾曲凸面１１ａに対して１箇所若しくは少なくとも１箇所、又は２箇所以上（複数）設けてもよく、その数は限定されないが、金属の流れ込む箇所を多くするために、２箇所以上設けることが好ましい。さらに、均等に流れ込ませるために、図１に示すように、複数の凹部２は等間隔に配置されていることが好ましいが、全部又は一部の凹部２が異なる間隔に配設されていてもよい。加えて、凹部２の側面２ａは、金属をより流れ込み易くするために、図１に示すように、湾曲凸面１１ａに向かうに従い次第に拡がる傾斜状に形成されていることが好ましい。
【００１３】
尚、凹部２の形状については、図１のものに限定されず、図２に示す変更例のように、凹部２は穴２２であってもよい。また、図３に示す変形例のように、直線状の溝２３と曲線状の溝２４が組み合わされた凹部２でもよい。さらに、他の変形例として（図示せず）、穴状の凹部と溝状の凹部が併用されていてもよい。また、他の変形例として（図示せず）、湾曲凸面の曲げ方向に対して直交する方向に延設された溝状の凹部と該曲げ方向に非直交の溝状の凹部が併用されていてもよい。
【００１４】
さらに、湾曲凸面１１ａは、上記各図で示したように、一方向に湾曲されたものに限られず、例えば、図４及び図５に示すように、頂点１１ｄを有する湾曲凸面１１ａ（例えば逆碗状の如きの形状）の金型１１を用いてもよい。
かかる頂点１１ｄを有する湾曲凸面１１ａには、上記で例示した各態様の凹部２が形成されていてもよいが、頂点１１ｄを有する湾曲凸面１１ａに形成される凹部２としては、図４に示すように、頂部１１ｄを中心とした略同心状の凹部２５が好ましく、更には、頂部１１ｄから略放射状に延びる凹部２６が併用されているものがより好ましい。また、略同心状及び／又は略放射状の凹部２５，２６は１箇所でもよいが、複数設けられていることが好ましい。
前記湾曲凸面が、図４に示すように、点状の頂部を有する湾曲凸面の場合には、金属板の曲げ方向に対して交差する成分方向及び直交する成分方向とは、それぞれ、前記プレス方向に沿った仮想平面によって切断された任意位置の断面視において、該湾曲凸面の外形線の接線及び法線の双方に対して交差する方向及び直交する方向を意味する。
図４に示す形態においては、前記頂点１１ｄを中心とした略同心状の凹部２５及び該頂点１１ｄを中心とした略放射状の凹部２６の双方とも、金属板の曲げ方向に対して直交する方向成分を有している。
このような頂点１１ｄを有する湾曲凸面１１ａの金型１１を用いて金属板をプレス加工すると中央部が膨出した湾曲金属板が製造でき、特に、ゴルフクラブのヘッド用の湾曲金属板を製造する場合に好適である。
【００１５】
また、上記各凹部２の深さ（凹み度合い）は、プレス加工時に流れ込む金属が凹部２に充満しない程度の深さに設定する。なぜなら、プレス加工時に凹部２に金属が過剰に充満すると、もはや金属が流れ込まず、凹部２による荷重低減を期待できないからである。従って、凹部２は、プレス加工によって形成される湾曲金属板のリブの高さよりも深くなるように設計され、具体的には、０．５ｍｍ以上、好ましくは概ね１ｍｍ以上に形成される。
【００１６】
さらに、金型１の湾曲凸面１１ａの曲率（曲がり度合い）は特に限定されないが、概ね１５インチアール（約３８０mmアール）以下、好ましくは６インチアール（約１５２ｍｍアール）〜１５インチアール（約３８０mmアール）程度が本発明の製法の効果を最も享受できる。
【００１７】
そして、図６（ａ）に示すように、上記固定側の金型１１の湾曲凸面１１ａに、上記金属板３の一面３ａを当て、これを可働側の金型１２でプレス（矢印Ｐ）することにより、図６（ｂ）に示すように、金属板３は金型の湾曲凸面１１ａと湾曲凹面１２ａに沿って曲げられると共に、金属板３の一面３ａ（湾曲内面）側に存する金属が湾曲凸面１１ａの凹部２に流れ込み（矢印ｍ）、プレス後には、湾曲内面にリブが設けられた湾曲金属板を得ることができる。
本発明の製法によれば、プレス加工後にはスプリングバックを殆ど起こさない湾曲金属板が得られ、又、比較的小さいプレス荷重でこの湾曲金属板を得ることができる。
従って、大掛かりな設備を必要とせず、低コストで複雑な形状の湾曲金属板を製造することができる。
尚、得られた湾曲金属板は、そのまま、又は、所望形状に型抜き若しくは切削し、種々の用途に用いることができる。
【００１８】
得られた湾曲金属板の用途としては、ゴルフクラブのヘッド、自転車などのスポーツ用品、自動車や航空機などに代表される産業機械などが例示される。
特に、本発明の湾曲金属板は、製造と同時に、金属板の湾曲内面側にリブが形成されるので、面に対して衝撃の加わる場合が多い用途、例えば、ゴルフクラブのヘッド（中でもフェース部品）が好適である。
ゴルフクラブのヘッドは、ウッドクラブ、アイアンクラブなどクラブの種類や形状などを問わず何れのクラブにも適用でき、ゴルフクラブのヘッドを構成する部品（フェースなど）の１つに本発明の湾曲金属板を用いたり、該部品の少なくとも１つ又は２以上（複数）に本発明の湾曲金属板を用いることにより製造することができる。
具体的には、図７（ａ）に示すように、本発明の湾曲金属板をフェース部品２０とし、チタン合金などの金属鋳造品をソール部品３０、クラウン部品４０などのフェース以外の部品とし、これらを溶接することによりゴルフクラブのヘッドを作製することができる。さらに、同図（ｂ）に示すように、本発明の湾曲金属板をフェース部品２０と、ソール部品３０及びクラウン部品４０が一体的に鋳造された鋳造品とを、溶接することによりゴルフクラブのヘッドを作成してもよい。
また、フェース部品２０、ソール部品３０、クラウン部品４０のすべてが本発明の湾曲金属板で構成されたゴルフクラブのヘッドを作製してもよいし、或いは、フェース部品２０及びクラウン部品４０が本発明の湾曲金属板で構成されたゴルフクラブのヘッドを作製してもよい。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明を更に詳述する。
試験用の金属板の作製
Ｔｉ−２０Ｖ−４Ａｌ−１Ｓｎの組成からなるチタン合金の原板（板厚５ｍｍ）を冷間圧延して板厚３．０ｍｍ（縦横５０×５０）の冷延板を得、これを溶体化処理した金属板を作製した（このものを金属板Ａという）。
また、Ｔｉ−２０Ｖ−４Ａｌ−１Ｓｎの組成からなるチタン合金の５．０ｍｍ厚の溶体化処理済みの原板を冷間圧延し、板厚３．０ｍｍ（縦横５０×５０）の金属板を作製した（このものを金属板Ｂという）。
【００２０】
実施例１
湾曲凸面（凸面の曲率２００ｍｍ、平面から見た縦横５０×５０ｍｍ（図１参照））に、幅２ｍｍ且つ深さ１ｍｍの溝が湾曲方向に対して直交する方向に５本平行に且つ等間隔に形成された固定側金型と、該固定側金型と同じ曲率で且つ平滑面の湾曲凹面を有する可動側金型とからなる金型を準備した。
比較例１
湾曲凸面に溝がない（平滑面）こと以外は、上記実施例と同様の金型を準備した。
【００２１】
金属板のプレス加工
金属板Ａ及びＢのそれぞれについて、上記実施例及び比較例の金型を用いて、各金属板の厚みが２．５ｍｍに変形するようにプレスし、金属板を湾曲させた。尚、プレス時には、金型面に黒鉛系の潤滑剤を塗布した状態で行った。
各金属板のプレス時の荷重、及び処理後の金属板の湾曲度合い（曲率半径）を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１から明らかなように、圧延後に溶体化処理を施した金属板（金属板Ａ）及び圧延後には溶体化処理を施さなかった金属板（金属板Ｂ）の何れも、溝付き金型によって塑性加工を施した方（実施例）が、プレス荷重が大幅に低減していることが確認された。
また、曲率半径について、溝付き金型によって塑性加工を施した方が、スプリングバックが小さいのに対し、溝なし金型を用いた場合には、スプリングバックが大きく、特に、圧延後に溶体化処理を施さなかった金属板（金属板Ｂ）の場合には、平板状態ら殆ど塑性変形せず、湾曲の実効が殆ど見られなかった。
【００２４】
実施例２
異なる板厚の金属板Ａを用い、実施例１と同様にして、肉厚の異なる湾曲金属板を得た。これをフェース部品とし、汎用的な中空の１番ウッドクラブを作製し、このフェース部品（湾曲金属板）にロボットマシン（ヘッドスピード５０ｍ／ｓｅｃ）でゴルフボールを３０００発打球した強度試験を行ったところ、肉厚２．６ｍｍ（凹部に対応する部分の肉厚は２．４ｍｍ）以上のものは、フェース面に窪みや割れなどが生じなかった。
比較例２
Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｓｎ−３Ｃｒの組成からなるチタン合金の原板を冷間圧延して冷延板を得、これを溶体化処理した異なる板厚の金属板を、比較例１と同様にして、肉厚の異なる湾曲金属板（リブなし）を得た。このものを、上記実施例２と同様にして強度試験を行ったところ、肉厚２．８mm以上でなければ強度が保てなかった。
比較例３
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの組成からなるチタン合金（α＋β型）を鋳造して、肉厚の異なる湾曲金属板を得、このものを、上記実施例２と同様にして強度試験を行ったところ、肉厚３．０mm以上でなければ強度が保てなかった。
以上のことから、実施例２の湾曲金属板は、薄くても強度に優れていることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の湾曲金属板の製造方法によれば、チタンまたはチタン合金からなる金属板のプレス曲げ加工時に、大幅に荷重を低減でき且つ曲げ加工後にスプリングバックを起こし難いので、容易に且つ確実に曲げ加工を行うことができる。
また、得られた湾曲金属板は、チタン合金などからなるので、軽量で高強度であり、特に、バナジウム１５〜２５重量％、アルミニウム２．５〜５重量％、スズ０．５〜４重量％を含有し、残部チタンおよび不可避不純物の組成からなるチタン合金を用いた場合には、より高強度の製品を提供できる。
【００２６】
また、本発明の製法により得られた湾曲金属板を用いたゴルフクラブのヘッドは、複雑な形状に対応して容易に製造でき、且つ強度的にも優れており、更に、鍛造時には湾曲金属板の一面の全体的にリブが形成されるので、これを用いた本発明のゴルフクラブは、別途補強用のリブなどを設けるというような処理を行わなくても耐衝撃性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製法に用いる金型の一実施形態を示す参考斜視図。
【図２】金型の変更例を示す参考斜視図。
【図３】金型の変更例を示す参考斜視図。
【図４】（ａ）は、金型の変更例を示す斜視図、（ｂ）は同平面図。
【図５】（ａ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ線端面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線端面図。
【図６】金属板をプレス加工する際の状態を示す参考正面図。
【図７】本発明の湾曲金属板を用いたゴルフクラブのヘッドの一実施形態を示す分解斜視図。
【符号の説明】
１…金型、２…凹部、３…金属板、１１ａ…湾曲凸面、１２ａ…湾曲凹面

Claims

深さが０．５ｍｍ以上の凹部の形成された金型の湾曲凸面に、チタン又はチタン合金からなる金属板の一面を当て、該金属板の一面側の金属を金型の凹部へ流れ込むことを促すと共に、該凹部に金属を充満させないようにしてプレスすることにより、前記金属板の一面の全体的にリブを形成しつつ湾曲させることを特徴とする湾曲金属板の製造方法。
前記凹部が、前記金属板の曲げ方向に対して交差する成分方向を有する溝である請求項１記載の湾曲金属板の製造方法。
前記凹部が複数形成されており、そのうちの少なくとも１つの凹部が前記金属板の曲げ方向に対して交差する成分方向を有する溝である請求項１記載の湾曲金属板の製造方法。
前記金属板が、β型チタン合金である請求項１〜３の何れかに記載の湾曲金属板の製造方法。
前記β型チタン合金が、バナジウム１５〜２５重量％、アルミニウム２．５〜５重量％、スズ０．５〜４重量％を含有し、残部チタンおよび不可避不純物の組成からなるチタン合金である請求項４記載の湾曲金属板の製造方法。
請求項１〜５の何れかに記載の製造方法による湾曲金属板が、少なくとも一部に用いられていることを特徴とするゴルフクラブヘッド。