CN201524387U - 具有高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高尔夫球杆头，至少包括：一高强度铝合金打击面板，具有一用以打击一高尔夫球的打击面，其中该高强度铝合金打击面板的厚度介于2.7mm至3.7mm之间；以及一主体，构成该高尔夫球杆头的其它部分。
Description
技术领域
本实用新型是有关于一种高尔夫球杆头，特别是有关于一种具有高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头。
背景技术
对应于不同的号数，高尔夫球杆头的重量约莫有其固定的规格值，例如：#5的高尔夫球杆头的重量约为256克。在已知的技术中，为了调整重心位置，是利用高强度的不锈钢来制造打击面板。虽然利用不锈钢来制造打击面板在厚度上可以低减至2.1mm，但是由于不锈钢密度较高，约为7.8g/cm3，故以总重量约为244.87克的高尔夫球杆头为例，不锈钢的打击面板重量约为57.59克。占整个高尔夫球杆头重量百分比相当高的比例，对于高尔夫球杆头整体的重心位置的调整并不理想。
为了调整高尔夫球杆头的重心位置以得到更好的击球性能，需从打击面板节省更多的重量，并在高尔夫球杆头总重量维持不变情况下，将这些由打击面板节省下来的重量重新配置在球头的其它部分，借此改变高尔夫球杆头的重心位置。由于钛合金的密度约为4.5g/cm3，因此当选用钛(Ti)合金来制造打击面板时，以前述总重量约为244.87克的高尔夫球杆头为例，可将打击面板(厚度约为2.8mm)的重量减低至约44.46克。
单就密度而言，制造打击面板更佳的材料为铝合金，铝合金的密度约为2.7g/cm3。虽然在理论上可有效减低打击面板的重量，但是高尔夫球打击面板除了密度与重量的考虑外，更是用来直接接触和打击高尔夫球时的主要受力点，因此需考虑其它如强度、延展性、及韧性等机械性质，这些机械特性主要是与高尔夫球杆头的打击面板的疲劳寿命相关。
在已知的高强度铝合金中，例如7系列的7075的析出硬化型铝合金，由于其机械性质仍嫌不足，故必须通过加厚打击面板的厚度来符合高尔夫球杆头的需求。因此，已知的高强度铝合金无法有效地降低打击面板重量进而达到调整高尔夫球杆头重心位置的目的。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种具有高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头，可有效地降低打击面板的厚度，以达到调整高尔夫球杆头的重心位置的目的。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头。此高尔夫球杆头至少包括打击面板及主体。其中打击面板具有用来打击高尔夫球的打击面，且打击面板的厚度介于2.7mm至3.7mm之间。而主体则构成高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头的其它部分。
在本实用新型的高尔夫球杆头中，其中制造高强度铝合金打击面板的高强度铝合金包含0.06％以下的Si，0.1％以下的Fe，2～2.5％的Cu，1.5～2.5％的Mg，5～9.5％的Zn，0.05％以下的Mn，0.1～0.2％的Zr，0.05％以下的Cr，0.05％以下的Ti，0.01～0.1％的Sc，以及剩余％的Al，其中％是指重量百分比，且Zn与Mg的重量比介于3.2至4.4之间。
本实用新型的优点为，在以厚度较薄的铝合金打击面板即可符合高尔夫球杆头的需求的情况下，则高尔夫球杆头重心位置的设计可拥有更大的自由度。
附图说明
为了能够对本实用新型的观点有较佳的理解，请参照上述的详细说明并配合相应的附图。要强调的是，根据工业的标准常规，附图中的各种特征并未依比例绘示。事实上，为清楚说明上述实施例，可任意地放大或缩小各种特征的尺寸。相关附图内容说明如下。
图1A是根据本实用新型的一实施例的高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头的剖面示意图；
图1B是图1A的高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头的正视示意图；
图2是根据本实用新型的另一实施例的高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头的剖面示意图；
图3是根据本实用新型的高强度铝合金可通过炮击测试的面板厚度与抗拉强度的对照曲线；
图4A是高尔夫球杆头重心高度定义的示意图；
图4B是高尔夫球杆头重心深度定义的示意图；
图4C是高尔夫球杆头重心深度定义的示意图。
【主要元件符号说明】
1：编号 2：编号
3：编号 4：编号
100：高尔夫球杆头 100a：高尔夫球杆头
102：打击面板 102a：打击面
102b：杆面沟槽 102c：背面
102b：周围区域 104：主体
104a：主体 104b：贯穿孔
106：底部 106a：底部
108：配重块 200：高尔夫球杆头
d1：重心高度 d2：重心深度
d3：重心距离
具体实施方式
图1A及图1B所示为根据本实用新型一实施例的高尔夫球杆头100，其包含打击面板102以及主体104。主体104可用碳钢(例如S20C或S25C碳钢)、不锈钢(例如17-4PH不锈钢)、合金钢、铁锰铝合金、镍基合金、铸铁、超合金钢、纯钛、钛合金(例如Ti6Al4V或CPTi钛合金)、铝合金、镁合金、或铜合金等金属材料加以制造。而打击面板102与主体104利用铸造、粉末烧结、锻造、或机械加工等方式一体成型。另外，本实用新型的高尔夫球杆头100可利用脱蜡法整体铸造具有打击面板102安装开口的主体104，再将打击面板102配置并焊接于主体104的开口而成。如果打击面板102与主体104有进行焊接的步骤，则焊接后的高尔夫球杆头100成品可进一步施以磨光(Grinding)、抛光(Polishing)或时效硬化(Age Hardening)。而欲焊接至主体104的打击面板102可利用挤型(Extrusion)、铸造或滚轧制造而成。
请参照图1B，打击面板102具有用以打击一高尔夫球的打击面102a，且此打击面板102的打击面102a设有多条水平延伸的杆面沟槽(ScoreLines)102b，这些杆面沟槽102b大致平行于高尔夫球杆头100的底部106。另外，在高尔夫球杆头100中，除了打击面板102外的其它部分是由主体104所构成。在此实施例中，打击面板102的背面102c(相对于打击面102a(参照图1B))的周围区域102d固接在主体104，且背面102c的其它区域由主体104的贯穿孔104b所暴露出。
图2所示为根据本创作另一实施例的高尔夫球杆头200，其与高尔夫球杆头100大致相同，除了高尔夫球杆头200还包含有设于主体104a的底部106a的配重块108。配重块108可由比重大于杆头本体的材料所制成，例如：钨合金、钨铁镍合金、铜合金或上述的组成，并可由铸造、锻造、粉末冶金等方法所制成，其中配重块108的比重介于8至18之间。
适用于制造本实用新型打击面板的高强度铝合金的成分，列于下表一。
表一
| 成分 | 重量％ | 成分 | 重量％ | 成分 | 重量％ |
| Si | ＜0.06 | Zn | 5～9.5 | Ti | ＜0.05 |
| Fe | ＜0.1 | Mn | ＜0.05 | Sc | 0.01～0.1 |
| Cu | 2～2.5 | Zr | 0.1～0.2 | Al | Balance |
| Mg | 1.5～2.5 | Cr | ＜0.05 | Zn:Mg | 3.2～4.4 |
前述高强度铝合金所含成分及含量限定的理由叙述如下。
在本实用新型高强度铝合金中，Si与Fe视为在特定含量下允许存在的杂质。若Si含量太高时，Si在铝合金中会形成Si析出物或与Sc结合而形成ScSi或Sc2AlSi2的析出物并影响铝合金的机械性质表现，故Si含量较佳是占高强度铝合金整体重量的0.06％以下。过高的Fe含量将使得高强度铝合金中形成Al3Fe的析出物，除了会降低铝合金的再结晶温度外，这些析出物也容易形成裂缝的起源而降低了铝合金的破裂韧性，故Fe含量较佳是不超过高强度铝合金整体重量的0.1％。
在本实用新型的高强度铝合金中，添加适量的Cu，除了能够有效地形成化合物CuAl2并促进GP区(Guinier-Preston Zone)的形成之外，更有助于提升高强度铝合金常温时的延伸率，借此可增加所制成打击面板102的韧性，并提升打击面板102的低周疲劳寿命(Low Cycle Fatigue Life)。在本实用新型中，Cu的含量较佳是介于高强度铝合金整体重量的2％至2.5％之间，可提升打击面板102的高强度铝合金常温时的延伸率1％～2％。当Cu含量过低(低于2％)时，则无法有效改善高强度铝合金的韧性。当Cu含量过高(高于2.5％)时，则会增加焊接时的热裂敏感性。
较高的Zn含量有助于淬火反应(Quenching Reaction)的进行，故为了使得高强度铝合金拥有较佳的淬火反应，故提高本实用新型的打击面板102所使用的高强度铝合金中的Zn含量。在较佳的实施例中，Zn的重量占打击面板102整体重量是介于5％至9.5％之间。Zn含量愈高则愈难克服铝合金在凝固过程中的热裂问题，故Zn含量较佳是占高强度铝合金整体重量的9.5％以下。
Mg是铝合金中的一种主要析出强化相。Mg含量占高强度铝合金整体重量较佳是介于1.5％至2.5％之间。若Mg含量太高(大于2.5％)时，会降低对应力腐蚀的抵抗能力。反之，若Mg含量太低(小于1.5％)时，会降低机械性质。
另外，为了提高铝合金的机械性质(例如：抗拉强度)，本实用新型将打击面板102的高强度铝合金中Zn与Mg含量的重量比设定在3.2至4.4之间。高强度铝合金中Zn与Mg含量的重量比的提高，除具有较高的强度外，更可以有效地形成Al-Zn-Mg化合物，以增加高强度铝合金的抗腐蚀性，并有效地提升机械性质。应力腐蚀断裂敏感性(Stress Corrosion Cracking，SCC)随Zn/Mg比增加呈现出先降后增的情况，因此Zn/Mg比太高或太低都不利于改善应力腐蚀断裂敏感性。
高强度铝合金中加入Mn、Cr、Ti主要是用于细化晶粒。Cr、Mn、Ti虽然有助于析出物的分散并利于细化晶粒，但过高的含量会增加淬火敏感性，反而不利于热处理后因厚度差异所造成的机械性质的均匀性，故Cr含量较佳是占高强度铝合金整体重量的0.05％以下，且Mn及Ti的含量较佳亦分别占高强度铝合金整体重量的0.05％以下。
在本实用新型的较佳实施例中，为了能够改善焊接特性，更在打击面板102所使用的高强度铝合金中添加0.05％～0.1％(重量百分比)的Sc及0.1％～0.2％(重量百分比)的Zr。除了改善焊接特性，及增加52～107Mpa的抗拉强度(Tensile Strength)外，Sc及Zr的添加更可增加高强度铝合金的延伸率3％～5％。因为Sc价格昂贵，当添加量较高(大于0.1％)时会大幅增加成本而不利于商品的开发及应用推广。而当Sc含量太低(小于0.01％)时，则无法有效改善焊接性。至于Zr含量较佳是介于高强度铝合金整体重量的0.1％至0.2％之间。Zr的添加有助于增加机械性质，但Zr含量太低时无法有效增加伸长率，但含量太高时反而会形成粗大的柱状晶而不利于机械性质。
实施例
制备设有高强度铝合金打击面板的高尔夫球杆头
首先制备高尔夫球杆头中打击面板所需的高强度铝合金材料，使得其成分含量如下列表二所示(编号1至6)，接着将高强度铝合金材料挤型成所需的打击面板，同时，利用铸造具有打击面板安装开口的铝合金主体，并以钨合金铸造配重块，然后利用焊接方式将制备好的主体及配重块与打击面板结合，完成编号1至6的高尔夫球杆头(其结构形状大致如图2所示)。
表二
| 编号 | Si重量％ | Fe重量％ | Cu重量％ | Mg重量％ | Zn重量％ | Mn重量％ | Zr重量％ | Cr重量％ | Ti重量％ | Sc重量％ | Al重量％ | Zn∶Mg(重量比) | 抗拉强度(Ksi) |
| 1 | 0.04 | 0.06 | 2.3 | 1.9 | 7.5 | 0.04 | 0.15 | 0.04 | 0.01 | 0.10 | Bal. | 3.9 | 109 |
| 2 | 0.05 | 0.04 | 2.4 | 1.9 | 6.4 | 0.05 | 0.13 | 0.01 | 0.01 | 0.04 | Bal. | 3.4 | 94 |
| 3 | 0.06 | 0.01 | 2.3 | 2.4 | 7.7 | 0.03 | 0.10 | 0.05 | 0.05 | 0.02 | Bal. | 3.2 | 116 |
| 4 | 0.03 | 0.02 | 2.5 | 1.8 | 6.7 | 0.04 | 0.11 | 0.03 | 0.03 | 0.08 | Bal. | 3.7 | 97 |
| 5 | 0.01 | 0.05 | 2.4 | 2.0 | 8.5 | 0.02 | 0.13 | 0.02 | 0.02 | 0.06 | Bal. | 4.3 | 122 |
| 6 | 0.04 | 0.09 | 2.5 | 1.9 | 8.3 | 0.05 | 0.20 | 0.03 | 0.01 | 0.10 | Bal. | 4.4 | 118 |
请参照图3，其是编号1至4的高尔夫球杆头使用的高强度铝合金的抗拉强度与可通过炮击测试的打击面板厚度的关系图，其中炮击测试的条件为3000发，速度50m/s，且打击面板永久变形量小于等于0.15mm。由图3及表二中可看出编号1高尔夫球杆头使用的高强度铝合金的抗拉强度约为109ksi，而可通过炮击测试的打击面板最小厚度约为2.7mm。而编号2的高尔夫球杆头使用的高强度铝合金的抗拉强度约为94ksi，可通过炮击测试的打击面板最小厚度约为3.5mm。另外，编号3与编号4高尔夫球杆头使用的高强度铝合金的抗拉强度分别约为116ksi及97ksi，而可通过炮击测试的打击面板最小厚度分别约为2.3mm及3.2mm。
在图3中，编号7075是表示以已知高强度铝合金制成的打击面板，已知高强度铝合金的抗拉强度约为87ksi，而以已知高强度铝合金制成的打击面板可通过炮击测试的最小厚度约为3.8mm。
请参照下列表三，上述编号1及2的高尔夫球杆头以及其打击面板的相关几何尺寸列于下列表三中。此外，表三还提供已知高尔夫球杆头(比较实施例1及比较实施例2)以及其打击面板(以已知的不锈钢以及钛合金(例如Ti-6Al-4V)制造)的相关几何尺寸。要说明的是，表三中各高尔夫球杆头总重量一致(约为244.88克)且其外观尺寸亦相同。
表三
| 编号1 | 编号2 | 比较实施例1 | 比较实施例2 | |
| 打击面板材质 | 高强度铝合金 | 高强度铝合金 | 高强度不锈钢 | 钛合金 |
| 打击面板厚度(mm) | 2.7 | 3.5 | 2.1 | 2.8 |
| 打击面板重量(g) | 25.71 | 33.41 | 57.59 | 44.46 |
| 高尔夫球杆头总重(g) | 244.89 | 244.89 | 244.87 | 244.88 |
| 高尔夫球杆头重心高度d1(mm)(参照图4A) | 15.38 | 15.44 | 17.56 | 16.61 |
| 高尔夫球杆头重心深度d2(mm)(参照图4B) | 14.82 | 14.79 | 13.83 | 14.36 |
| 高尔夫球杆头重心距离d3(mm)(参照图4C) | 38.56 | 38.87 | 40.43 | 39.59 |
在表三中所列的各高尔夫球杆头中，除了高尔夫球杆头整体总重量一致外，高尔夫球杆头的整体轮廓外型以及打击面板的面积均一致。由表三中所列的数据可以发现，利用本实用新型的高强度铝合金制造打击面板，相较于已知的高强度不锈钢，在重量上减少约42.3％～55.5％；若与已知的钛合金相比，在重量上减少约25.0％～42.2％。又具有本实用新型的高强度铝合金制造的打击面板的高尔夫球杆头，相较于以高强度不锈钢制造打击面板的高尔夫球杆头，其整体的重心高度降低约12.0％～12.4％；若与以钛合金制造打击面板的高尔夫球杆头相比，其整体的重心高度降低约7.0％～7.4％。在高尔夫球杆头整体重心深度方面，以本实用新型的高强度铝合金制造打击面板的高尔夫球杆头，与已知以高强度不锈钢制造打击面板的高尔夫球杆头相比，增加约6.5％～6.7％；若与以钛合金制造打击面板的高尔夫球杆头相比，增加约2.9％～3.1％。
请再次参照表一，由表一中可以看出，本实用新型所采用的高强度铝合金的抗拉强度甚至可以高达122Ksi(表一中编号5的高尔夫球杆头所采用的高强度铝合金)。而根据图3的趋势，表一中编号5的高尔夫球杆头如欲通过炮击测试，其打击面板的最小厚度可小于图3中编号1的高尔夫球杆头的2.7mm，而在实际的实验测试中，亦符合此一趋势。但在实际应用上，制造打击面板的高强度铝合金的特性通常是介于图3中编号1及编号2的高尔夫球杆头所采用的高强度铝合金之间，亦即抗拉强度实质介于109ksi及94ksi之间，而可通过炮击测试的最小厚度是介于2.7mm至3.7mm之间。
根据前面所述，应力腐蚀断裂敏感性随Zn/Mg比增加呈现出先降后增的情况，因此Zn/Mg比太高或太低都不利于改善应力腐蚀断裂敏感性，故表一中Zn与Mg含量的重量比是设定在3.2至4.4之间。
综合上述的说明，将本实用新型所发展的高强度铝合金应用于高尔夫球杆头的打击面板的制作上，可使得打击面板的抗拉强度高于已知的高强度铝合金7075的抗拉强度87ksi(参照图3)，且打击面板的延伸率至少为5％。另外，应用本实用新型所发展的高强度铝合金于高尔夫球杆头的打击面板的制作时，在高尔夫球杆头炮击测试的需求条件下，打击面板的厚度主要是介于2.7mm至3.7mm之间，但并不以此为限，如上述表一中编号5的高尔夫球杆头的打击面板厚度。
在另一实施例中，为了增加高尔夫球杆头的打击面板的耐腐蚀性及耐磨耗性，可针对打击面板的表面作硬阳极处理，且硬阳极处理薄膜的厚度是介于5μm至30μm之间。在又一实施例中，高尔夫球杆头的打击面板可利用铝锭经挤制成形来制造。而为了增加高尔夫球杆头的打击面板的机械性质，可利用T6或T6x的热处理方式来处理此高强度铝合金制造的打击面板。
上述已大略描述多个实施例的特征，以使得熟悉此技术的人员能够更了解与其对应的详细叙述。熟悉此技术的人员将可体会到，利用本揭露作为基础可设计或修改其它程序及结构，以达到本说明书所介绍的实施例的相同目的及/或优点。熟悉此技术的人员亦可了解到在不脱离本揭露的精神及范围的等价的架构，以及在不脱离本揭露的精神及范围内，当可作各种的更动、替代和润饰。
Claims (13)
1.一种高尔夫球杆头，其特征在于，至少包括：
一高强度铝合金打击面板，具有一用以打击一高尔夫球的打击面，其中该高强度铝合金打击面板的厚度介于2.7mm至3.7mm之间；以及
一主体，构成该高尔夫球杆头的其它部分。
2.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高强度铝合金打击面板的表面具有一硬阳极处理薄膜。
3.根据权利要求2所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该硬阳极处理薄膜的厚度介于5μm至30μm之间。
4.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高强度铝合金打击面板是一挤制成形面板。
5.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高强度铝合金打击面板是一T6热处理面板或一T6x热处理面板。
6.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高强度铝合金打击面板的抗拉强度为87ksi至122ksi。
7.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高强度铝合金打击面板的延伸率至少为5％。
8.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高尔夫球杆头的重心高度相较于钛合金打击面板高尔夫球杆头的重心高度的降低量大于7.0％，其中该高尔夫球头与钛合金打击面板高尔夫球杆头的整体重量一致且外观尺寸相同。
9.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高尔夫球杆头的重心高度相较于高强度不锈钢打击面板高尔夫球杆头的重心高度的降低量大于12.0％，其中该高尔夫球头与高强度不锈钢打击面板高尔夫球杆头的整体重量一致且外观尺寸相同。
10.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高尔夫球杆头具有一重心高度小于16mm。
11.根据权利要求10所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高强度铝合金打击面板的厚度小于3.5mm。
12.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高强度铝合金打击面板具有与该打击面相对的一背面，该背面的一周围区域固接于该主体，且该背面的其它区域是由该主体的一贯穿孔所暴露。
13.根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，还包括一配重块，位于该主体的底部，其中该配重块的比重是介于8至18之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: FUSHENG CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: NANSHENG CO., LTD. Effective date: 20111011 Owner name: FUSHENG APPLICATION TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: FUSHENG CO., LTD. Effective date: 20111011 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111011 Address after: Taiwan, Taipei, China Zhongshan District No. East Road, No. two, building 3, building 172 Patentee after: FUSHENG PRECISION CO.,LTD. Address before: 1,2,3, building two, 172 East Nanjing Road, Taipei, Taiwan, China Patentee before: FU SHENG INDUSTRIAL CO.,LTD. Effective date of registration: 20111011 Address after: 1,2,3, building two, 172 East Nanjing Road, Taipei, Taiwan, China Patentee after: FU SHENG INDUSTRIAL CO.,LTD. Address before: Taiwan City, Kaohsiung Chinese Nantze Export Processing Zone East five Street No. 2 Co-patentee before: FU SHENG INDUSTRIAL CO.,LTD. Patentee before: NANSHENG Co.,Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100714 Termination date: 20170213 |