チタンおよびチタン合金のゴルフヘッドへの応用

チタンおよびチタン合金のゴルフヘッドへの応用

 

1. はじめに

1990年3月以来、日本のJOY社は世界で初めてチタン製ゴルフクラブを販売し、チタン製ゴルフクラブの幕開けを開きました。 JOY Company と四川鉄道の協力、および Shuiye と三菱マテリアルの協力により、チタン製ゴルフクラブの商品化が可能になりました。 Sichuan Iron のロッドヘッドは Ti-6Al-4V チタン合金製で、三菱素材のロッドヘッドのトップと打撃面は Ti-6Al-4 製です。 Vチタン合金で、ボトムとネックは純チタン製。

現在市販されているゴルフクラブ用チタン及びチタン合金の用途について簡単に紹介した。

2. ゴルフクラブのヘッド素材の開発と変更

ゴルフクラブも木製です。 この記事では木製クラブ（通称クラブ）の1番を例に挙げていますが、この他にフラットコースで使用するクラブやアイアンクラブもあり、必ずしも高価なチタン合金クラブを使用するわけではありません。 . ゴルフ場で使われている14本のクラブの中で、どのクラブが最も飛距離が大きいかを知るためには、ボールスピードを向上させるのは当然です。 クラブは長くて軽いです。 クラブヘッドのボリュームも大きい方が良い。 具体的には、ボールヘッドの重量が約190gで、ボールヘッドの体積が300ml以上の場合、比重は190÷300=0.63と簡単に計算できます。 比重がこれ以下になると、ボールとボールが衝突したときの衝撃力は1tに近くなります。 このようなテストを何度も繰り返し、非常に過酷な条件を明らかにしてきましたが、ボールヘッドに使用されている素材には独自の特性があります。

柿の木は木材の中で最も軽く、強度が非常に高いことから、古くから木製バットに使われてきました。 ボールヘッド下部にはアルミプレートを採用し、打球面には樹脂を採用。 底の重さを調整するために、鉛を入れています。 ボールヘッドの重量は200gに達し、容量は最大190mlに制限され、一般的なタイプは170から180の間です.

1981年に日本で初めてメタルゴルフクラブヘッド（弾丸）が開発されました。容量は150mlと柿玉ヘッドよりも小さいですが、打球率は非常に高いです。 柿玉バットよりも速く飛ぶからです。 容量は150mlとカキバットほど小さくはありませんが、市場では大人気です。 以来、メタルボールヘッドの時代に突入。 高強度ステンレス鋼 - SUS431精密鋳造は当初、ボールロッドのヘッド材料に使用されていました。 当時、鉄製ボールジョイントの精密鋳物はSUS304やSUS431が主流でしたが、高強度のSUS431が活躍。 しかし、インパクト球が凹んでいるため、クレームが発生するまでに時間はかかりませんでした。 ダンガンの開発責任者として、使用する素材をSUS630(17-4PH)に置き換えることにした。 SUS431の引張強さが840MPaなのに対し、SUS630の引張強さは1.070MPaしか上がらないが、耐食性はSUS630よりも優れているため、置き換えの理由。 やがてSUS431ボール雲台は市場から姿を消し、SUS304ボール雲台も同じ運命をたどりました。 SUS630ボール雲台だけは一時期人気がありました。 これは、ボールヘッドの強度、耐食性、鋳造性、およびコストが優れているためです。 重要なのは、鏡面研磨の深み、高度な色彩感、そして表面硬度の高さです。 小さな傷があっても、その光沢を長期間維持できるので、ゴルフヘッドに最適です。 その意味で、SUS630はゴルフボール素材としての総合特性に優れ、先進的なステンレス合金としてふさわしい素材です。

しかし、ゴルフクラブヘッドとしてのSUS630材は長らく整備されていませんでした。 最大の理由はサイズが小さいことです。 代わりに、グラファイト繊維をベースにエポキシ樹脂で熱成形したカーボン ボール ヘッドは CFRP と呼ばれ、その内部構造は中空です。 ご存知のように、グラファイトファイバーは非常に強く軽量であるため、ボールロッドの素材に非常に適しています。 容量は200mlを超えることもあり、作り方も異なります。 また、表面に浮いているグラファイト繊維の水平線もあり、長繊維と短繊維の両方があります。 価格競争が激しい中、ABS樹脂の短繊維との組み合わせ、射出成形による優れた性能により、価格は当然ながら驚くほど安価です。 しかし、CFRPの性能表示基準が統一されておらず、見た目から製品の性能が分かりにくいことが主な理由で、カーボンロッドヘッドが主流にはなっていません。 消費者にとって最も重要なことは、製品の信頼性です。 他の側面では、表面の耐久性と製造時の金型のコストにより、この材料は普及しませんでした。

金属からカーボンへ、金属からチタン熱へ、ゴルフクラブの開発過程です。 打率の高い新素材バットを採用。 一方で、新素材のバットは機能を上げようとすると、当然コストも高くなります。 しかし、それはまた、価格の高いゴルフクラブの性能が当然良いという錯覚を人々に与えます. -1990年代半ばのアルミニウムは、量の競争に勝ったアルミニウムの全盛期でした。 アルミ合金の初期段階でボールジョイント材としてデュラアルミ(7075)を使用。 7075 T6の引張強度は約600MPaですので、より比強度の高いボールロッドと言えます。 しかしチタンの存在により、いつ消滅するかわかりません。 実際のところ、アルミニウム合金のボール ジョイントは、市場でいくつかの浮き沈みを経験しています。 アルミニウムがボール ジョイント材料として分類できない主な理由は、耐食性のためです。 表面処理を行う必要があります。 最適な表面処理はアルマイトです。 しかし、表面硬度が低いため、耐久性の問題を解決するのは困難です。

最後に、鉄球ヘッドへのチタンの使用例を紹介します。 つまり、わずか3mm厚のチタンプレートを打面に埋め込んだアイアンボールヘッドは、少量のチタンを使用することで性能が大幅に向上し、性能対価格比も良好です。

3. ゴルフクラブヘッドの機能と素材の関係

ボールヘッドの剛性が高いほど、バットの飛距離が伸びます。 これがカキコウモリ時代の常識です。 柿の打球面には、球面インサートと呼ばれる台状の樹脂が埋め込まれています。 打球部の補強と耐久性を向上させるため、素材は紙繊維、ABS樹脂、CFRPへと徐々に進化。 CFRP埋め込みの高硬度・高剛性化の時代に、飛距離は大幅に向上。 木製ボールヘッドの時代には、打球面の縦方向に3～4本の補強を施した例がありました。 これは打面の剛性を高めるためでもあります。

しかし1997年春、マルマン社は「チタンチタン」にSP-700チタン合金を採用し、打球の肉厚を薄くし、打球を曲げ、ボールの変形を抑え、エネルギーロスを防ぎ、飛距離を伸ばす。 翌年、別の会社も同様の反発力を打球面にもたらし、打面の固有振動数が球面に近づくインピーダンス整合理論を発表しました。 ボールヘッドのエネルギーを効果的にボールに伝えることができ、飛距離をアップさせることができます。 この商品は当時、市場でよく売れた。

R&A と USGA が規定するゴルフ ルールの 1 つは、「設計は、打面のインパクト ポイントでボールの動きに悪影響を与える弾性効果を回避する必要があります」です。

しかし、実際には打球が薄くなり、弾みの飛距離が伸びます。 ほとんどのクラブの打撃球の薄化は、世界のゴルフ業界に大きな問題を引き起こしています。

USGA は 2000 年 4 月 2 日より前にゴルフ規則違反を公表し、6 月には反発係数が 0.830 を超えるクラブの違反を報告しました。

一方、日本のゴルフ業界を代表するR&Aは、9月に弾性効果ルールへの希望を表明しなくなり、「現在のゴルフクラブは初期の金属製ゴルフクラブよりも反発係数が高いという研究結果が発表されました。 、しかし、飛距離の向上はゴルフゲームに影響を与えません。」

現在、世界のゴルフ業界は2つの規格が共存している状況です。

アメリカではルールに違反するゴルフクラブは使用されませんが、ヨーロッパや日本ではそのようなクラブも使用できます。 このように、現在の日本のゴルフクラブはまだ打面が薄いため、高反発の打球熱が発生しています。 有名なチタンの全盛期には、このような高反発の球面競争で多くの新しいチタン合金が登場しました。

しかし、5 月 2002 に、USGA と R&A は突然、リバウンド係数に関する統一宣言を発表しました。 内容の主なポイントは次のとおりです。「2003 からの 5 年間で、リバウンド係数は 0.830 から 0.860 の範囲で変動しやすくなり、2008 年以降は 0.830 未満に回復しました」 . 突然の発表で、ゴルフメーカーは雲隠れした。

オペレーターのバット名 球体材質 球体材質 容量(ml) 価格(円)

アキラプリグタク アキラヴィンテージモデル SP-700 6-4 415 OP

Accinet Japan タイトリスト 975J-VS 15-3-3-3 6-4 312 58000

Accinet Japan King Copra SS370 SAT-2041 6-4 370 OP

E時代のゴルフスタジオリョーマ320 15-5-3 6-4 320 68000O

ウィルソン・ダイアードPF400バクラ・チタニウム6-4 400 0P

カタナ ゴルフ TM320Ti 15-5-3 KS-100 320 88000

カスカDD4 SP-700 6-4 400 85000

キヤノンセールスBUMP415 SP-700 6-4 415 98000

観光グループ ウェーブ Cバット 390 SP-700 6-4 390 70000

サロモン & テラ製 320Ti ツアー SP-700 6-4 340 OP

サロモンとテラが XR-03 SP-700 6-4 410 OP を作成

ディオ テック ゴルフ HSW ヘビー 360 15-3-3-3 6-4 360 OP

サイボジャパン サイボコンプレッションバット SP-700 6-4 410 OP

セイコーのヤード T{{0}}FA 0.5 15-5-3 15-3-3-3 320 95000

セイコー es ヤード T-9BL 15-3-3-3 KS 100 360 88000

ダイワ オノフ トラベ 15-5-4-4 6-4 320 72000

大河オノフツアー 15-5-4-4 6-4 320350 77000

ダンロフ ニューゼグシオ SP-700 6-4 350 80000

ダンロフ・エリダソンW201 SP-700 6-4 303 OP

余暇 360RS SP-700 6-4 360 70000

レジャー プロジェクト 380ED 10-2-3 6-4 380 8000

つるゃPG Ver.02 SP-700 6-4 350 70000

つるゃRX-400MM SAT-2041 6-4 400 80000

Naiki Ti350X SAT-2041 6-4 350 OP

ナイキ ティ275 450ティ 15-3-3-3 275 OP

フォーティン・ディーンプワン 15-3-3-3 6-4 348 48000

英国スポーツRV-10 330 SP-700 15-3-3-3 330 85000

英国スポーツRX-1 275 15-5-3 15-3-3-3 275 95000

ベンジャン ゴルフ 15-5-3 SP-700 6-4 450 120000

Magulega Mucktech navvy2 380 ティ-9 6-4 380 55000

マスター・アストロ・ツアー380 10-2-3 6-4 385 78000

マルマン ビソニック 350 SP-700 6-4 350 70000

シュイエ300SII 315 15-5-3 15-3-3-3 315 90000

シュイエ300SII 330 15-5-3 15-3-3-3 330 90000

ヤマハミステリー01 DAT51 KS-100 340 75000

横濱ゴム TR-X 15-5-3 15-3-3-3 350 83000

ヨニックス 3000 スペック 400 SP-700 6-4 400  70000

表から次のことがわかります。

(1) 高反発の時代、ボール素材に使用するメイン合金と打球面素材に使用する合金が全く異なる。 特に打面材には高強度の車両用高級チタン合金を採用。

(2) 打面の素材は鍛造や圧延材が多く、ボールの素材は6-4が主体で、基本的に精密鋳造品で、それ以外は鍛造素材です。

(3) SP-700 は主に表面材料を打つために使用され、41% を占めます。 次に 15-5-3 で、22% を占めています。

(4) 比較的新しい合金 SAT-2041 が 3 つのサンプルで使用されており、今後の市場の見通しは楽観的です。

5. ボールジョイント材料用新合金

日本では、さまざまなチタン メーカーがボール ジョイント材料用に次のような新しいチタン合金を提案しています。

神戸製鋼

(1) KS100/KS120(O:0.3--0.35,Fe:0.35--0.5,Si:0--0.6 )

この合金の合金元素はわずか1%で、純チタンと同様に、低コストで6-4合金と同等の強度があるため、性能対価格比の高さが最大の特徴です。 純チタンに匹敵する温熱加工に適しています。 ボールヘッドのネックとボトムを鍛造できます。

(2) KSELF(Ti-4.5Al-4Cr-0.5Fe-0.2C プラス合金)

6-4と同じ強度特性を持ち、鍛造特性は純チタンに匹敵します。 その切削性能は6-4合金の2倍で、コストは6-4よりも安いです。 顔、おしり、首などに使用できます。

(3) KSTi-9(Ti-2Mo-1.6V-0.5Fe-4.5Al-0.3Si プラス合金)

KSELFと同様に、6-4と同様の強度特性、高い熱間および冷間延性、優れた溶接性を備えています。 顔、おしり、首などに使用できます。

(4) TVC(KS13-11-3Ti-13V-11Cr-3Al合金)

このB型チタン合金は被削性に優れているため、運動量は超高強度合金15-5-3-3より高く、引張強さは1550MPaまであり、極薄打の面材として使用できます。ボール。

(5) KS15-5-4-4(Ti-15Mo-5Zr-4Al-4V)

15-5-3と同じ自動車用の高級チタン合金ですが、強度が高く、弾力性に見合っています。 打面材として使用される可能性が高くなります。

大同特殊鋼

(1)DAT51(Ti-22V-4Al合金)

時効処理後の加工性に優れ、高強度・高弾性を有し、打球面材として最適です。

(2) バクラチタン (DAT55GTi-15V-6Cr-4Al合金)

特に打面の薄肉素材として開発された最新の合金です。 その強度と靭性は15-5-3合金に劣りません。 反発係数の向上が期待できます。

NKK

(1)SP-700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe プラス合金)

前述のとおり、この合金は今年の新製品で最も広く使用されている表面材料です。 これは、チタン ボール ロッドの鍛造に広く使用されている 15-3-3-3 合金と比較できます。 ボールヘッド用としては最も心強い合金です。 加工性、強度、靭性、打球感、コストに優れたボールヘッド用チタン合金です。

住友金属

(1)SAT2041(Ti-20V-3.5Al-1Sn合金)

最近、ボールの表面素材に新しい合金が多く使われています。 冷間加工性に優れています。 適度な時効処理を施すことで、高強度・高靭性を実現し、打球感も良好です。

新日本製鐵

(1) 21S (Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si合金)

加工性は言うまでもなく、強度と靭性のバランスに優れ、時効処理強度は1500MPaまであり、打面薄肉の新合金として期待されています。

愛知製鋼

(1) 多孔質純チタン

既存のライトバットヘッドとウェッジアイアンバットヘッドの使い分けで好評を頂いております。 前者は柔らかな打球感、後者は回転性を重視。 バットの応用は今後の課題です。

6. 今後のニーズと新素材

今後の代替素材は次のとおりです。

(1) アモルファス金属

未熟な技術が原因である可能性があります。 基本的なアモルファス金属は、高強度、良好な粘度、低錆、軽量という特徴があります。 そして、軽さはまさにゴルフクラブが求めるものです。 現在、比重の軽いAl、Mg、Tiのアモルファス金属の研究が進められており、その見通しは楽観的です。

(2) 金属間化合物

耐久性のある熱材料として研究されている金属間化合物の中で、Ni3Al は 90u フォイルの加工に成功しており、TiAl は宇宙船の本体またはエンジン バルブの材料になることも期待されています。 多くの研究があり、その可能性は高いです。

(3) 形状記憶合金、超弾性合金

弾性係数が小さく、強度が高く、耐食性に優れ、打球面の反発性が高く、可能性が十分にあります。

(4) ナノテクノロジー

金属の強度と靭性を向上させる研究は、注目すべき分野は言うまでもなく、部分的に成功しています。

最後に、日本のゴルフクラブの市場規模は1,230億円で、うち木製クラブ655億円、約240万本（2001年推計）で約7割を占めています。