TWI759682B - 複合材料高爾夫球桿頭製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種複合材料高爾夫球桿頭製造方法，其係以碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層通過模塑、正向氣壓與真空負壓分別作用於碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層的內部與外部，以及加熱作用而一體成形為包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體，另將包含碳纖維的複合材料或金屬材料成形的擊球面板膠合固接於該碳纖維複合材料桿頭本體的前端開口部，能減輕高爾夫球桿頭之桿頭本體的重量、易於因應不同高爾夫球桿頭的擊球距離或打感而調整改變重心與轉動慣量，提高設計自由度、以及球桿頭之剛性設計多元化等，且易於控制擊球面板的甜密點位置，使球桿頭能達到較佳的擊球性能。

Description

複合材料高爾夫球桿頭製造方法
本發明係關於一種高爾夫球桿頭，尤指使用複合材料製造高爾夫球桿頭之方法。
為了提高高爾夫球桿頭之重心與擊球時轉動慣量(Moment Of Inertia，MOI)等設計的自由度，部分的高爾夫球桿頭採取部分碳纖維複合材料的結構，或採取鑄造薄形冠部(crown)等技術手段，藉以減輕高爾夫球桿頭中之桿頭本體一部分重量，使其能將減輕的重量得以移轉至球桿頭的其他部位而改變球桿頭的重心及揮桿時之轉動慣量。
惟目前高爾夫球桿頭的製造方法與構造等技術手段，仍難以達成較佳的高爾夫球桿頭，例如：為使擊球面板之甜密點位置與幾何中心點相互重疊，在設計高爾夫球桿頭重心位置的同時，還要兼顧球桿頭輕量化之後的重量轉移以增加揮桿時之轉動慣量等。因現有的技術中，對於桿頭本體之厚薄差異控制難度高，且高爾夫球桿頭難以多元化之變化等問題，尚待加以克服。
本發明之目的在於提供一種複合材料高爾夫球桿頭及其製造方法，解決現有複合材料高爾夫球桿頭之製造及其構造，難以使控制擊球面板之幾何中心點與甜密點位置接近，桿頭本體厚薄之差異控制難度高，以及球桿頭難以多元化之變化等問題。
為了達成前述目的，本發明所提出之複合材料高爾夫球桿頭製造方法，其係使用一組具有模穴的模具、一組熱壓輔助成形機構與一組加熱器來執行，其步驟係包括： 將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層貼合於該模具的模穴的側壁，形成包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料；使用熱壓輔助成形機構與加熱器對模具內的碳纖維複合材料桿頭本體胚料內外同時施以加壓及加熱作用，其是以熱壓輔助成形機構之真空負壓作用氣袋密封具有該碳纖維複合材料桿頭本體胚料的模具，另以正向氣壓作用氣袋伸入該碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部，並通過真空負壓作用氣袋及模具對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料的外部施以真空負壓作用，同時通過正向氣壓作用氣袋對碳纖維複合材料桿頭本體胚料的內部施以正向氣壓作用，並使用該加熱器對碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以加熱作用，直至碳纖維複合材料桿頭本體胚料加熱加壓而固化成形為一碳纖維複合材料桿頭本體初胚後取出；對該碳纖維複合材料桿頭本體初胚施以邊角殘料去除與表面加工處理，形成碳纖維複合材料桿頭本體半成品；提供由包含碳纖維之複合材料或金屬材料預成形的擊球面板；以及將該擊球面板膠合固接於該碳纖維複合材料桿頭本體半成品的前端開口部，形成一複合材料高爾夫球桿頭。
如上所述複合材料高爾夫球桿頭製造方法中，所述使用熱壓輔助成形機構與加熱器對模具內的碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以胚料內外同時加壓及加熱作用的步驟中，加熱溫度為60℃至180℃，真空負壓的氣壓值為-0.1bar至-1bar，正向氣壓作用氣袋施以正向氣壓之壓力值為1bar至10bar，加熱加壓時間為5至60分鐘。
藉由前述複合材料高爾夫球桿頭製造方法之發明，其至少具備以下特點：
1、能使擊球面板的幾何中心與甜蜜點的位置相互接近或重疊：本發明係採取包含碳纖維的複合材料的具有桿柄部的桿頭本體與擊球面板各別成形，再固接一體之製法與構造發明，其能易於控制擊球面板的幾何中心與甜蜜點的位置接近或相互重疊，當複合材料高爾夫球桿頭擊球時，能讓擊球時球桿頭的能量更有效率地傳達至高爾夫球。
2、能減輕碳纖維複合材料桿頭本體之重量：本發明係採取碳纖維預浸材或包含碳纖維複合材料製成具有桿柄部的一體式桿頭本體之技術手段，其中，碳纖維複合材料桿頭本體藉由碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層而成，使高爾夫球桿頭的桿頭本體在具備必要剛性的條件下，利用碳纖維複合材料桿頭本體的冠部直接成形於碳纖維複合材料桿頭本體的底部與桿柄部上，冠部、底部與桿柄部三者之間無接縫，具有較佳的結構強度，且碳纖維複合材料桿頭本體能夠依據擊球時之應力作用所產生的應變，而經由疊層方式的變化作適應性的調整，故碳纖維複合材料桿頭本體能夠減輕其重量，且具備較大的重量減輕的裕度。
3、易於因應不同高爾夫球桿頭的性能特性(特別是重心位置和轉動慣量)而生產製造：承上所述，本發明係採取碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料製成具有桿柄一體式桿頭本體，再與獨立成形的擊球面板固接一體之製法與構造，其中，該碳纖維複合材料桿頭本體能夠依據擊球時之應力作用產生應變作疊層構造變化，因此可以透過層疊方式適應性改變來分配重量，使該高爾夫球桿頭能夠易於因應不同高爾夫球桿頭的性能特性(特別是重心位置和轉動慣量)來生產製造。
4、能使高爾夫球桿頭之剛性(flexible)設計多元化：承上所述，本發明能選用不同種類碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材，例如於碳纖維預浸材加入金屬絲材或金屬網材等，以及經過碳纖維預浸材或碳纖維的複合材料預 浸材的疊層變化，或者，再利用碳纖維複合材料桿頭本體與包含碳纖維的複合材料或金屬材料的擊球面板為同素材結合或異素材結合等，藉此達到多元變化組合，調整高爾夫球桿頭的擊球距離、易打性，擊球感或擊球音頻等，使球桿頭之剛性設計具備多元化。
5、提高高爾夫球桿頭之配重設計自由度：承上所述，本發明複合材料高爾夫球桿頭中之桿頭本體係由碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層熱壓成形，其中除能選用包含不同種類碳纖維預浸材或碳纖維的複合材料預浸材，且能透過碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材的疊層變化，在不影響桿頭本體自身必要的強度狀況下，除能減輕其冠部或其他部位的重量，移轉為配重，使其具備較大的重量減輕的裕度，相對提高配重裕度與配重設計的自由度。
6、具有較佳的結構強度：本發明複合材料高爾夫球桿頭製造方法中，桿頭本體係使用碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層通過模塑、加熱以及正向氣壓與真空負壓分別作用於碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層的內部與外部而一體成形為一包含有桿柄部與前端開口部的中空構造，其中係藉由氣壓之等壓均向性，使碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層於模具中內外同時加壓，且結合加熱作用，使碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材能夠充分產生交聯反應而塑形固化，並具有優異的結構強度。
本發明複合材料高爾夫球桿頭製造方法中，所述使用熱壓輔助成形機構與加熱器對模具內的碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以胚料內外同時加壓及加熱作用的步驟中，還能進一步設定其加熱溫度為60℃至180℃，真空負壓的氣壓值為-0.1bar至-1bar，正向氣壓之壓力值為1bar至10bar，作用時間為 5至60分鐘。藉此，使其固化成形的碳纖維複合材料桿頭本體初胚具有較佳的固化成形效果。
10:模具
100:模穴
11:第一模塊
12:第二模塊
20:碳纖維複合材料桿頭本體胚料
30:真空負壓作用氣袋
40:正向氣壓作用氣袋
50A:碳纖維複合材料桿頭本體
50B:碳纖維複合材料桿頭本體
51A:桿柄部
511A:桿柄內部件
51B:桿柄部
52:配重體
53A:前端開口部
60A:擊球面板
60B:擊球面板
600:幾何中心點
601:甜蜜點
61A:套合部
61B:套合部
CG:重心點
圖1係本發明複合材料高爾夫球桿頭製造方法之流程圖。
圖2係本發明複合材料高爾夫球桿頭製造方法中，以熱壓輔助成形機構之真空負壓作用氣袋密封具有該碳纖維複合材料桿頭本體胚料的模具，以正向氣壓作用氣袋伸入位於模具內之碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部之示意圖。
圖3係本發明製成的複合材料高爾夫球桿頭為木桿桿頭型態的外觀立體示意圖。
圖4係圖3所示木桿桿頭型態之複合材料高爾夫球桿頭的碳纖維複合材料桿頭本體與擊球面板分解示意圖。
圖5係圖3所示木桿桿頭型態之複合材料高爾夫球桿頭的前視平面示意圖。
圖6係圖3所示木桿桿頭型態之複合材料高爾夫球桿頭的側視剖面示意圖。
圖7係本發明製成的複合材料高爾夫球桿頭為鐵桿桿頭型態的外觀立體示意圖。
依據前揭發明內容，本發明係包括一種複合材料高爾夫球桿頭製造方法。以下分別就複合材料高爾夫球桿頭製造方法及其製成的複合材料高爾夫球桿頭構造提出說明。
本發明複合材料高爾夫球桿頭製造方法，係用於製造內部形成中空狀的木桿桿頭或是內部形成中空狀的鐵桿桿頭等高爾夫球桿頭。關於該複 合材料高爾夫球桿頭製造方法，其係使用一組模具、一組熱壓輔助成形機構與一組加熱器來執行，其中，如圖2所示，該模具10內具有自其前端朝後延伸的一模穴100，該模穴100的形狀係依預定成形的球桿頭的桿頭本體的實質外部形狀而設定。該熱壓輔助成形機構能容置該模具，並能通過模具同時施以真空負壓作用與正向氣壓作用，該加熱器則提供加熱作用。
前述中，該模具可為單一構件，或者，該模具可為包括能相對離合的複數模塊的組合，如圖2所示，於本較佳實施例中，該模具10選用包括一第一模塊11與一第二模塊12之組合。
前述中，如圖2所示，該熱壓輔助成形機構包括一真空負壓作用氣袋30以及一正向氣壓作用氣袋40，該真空負壓作用氣袋30能密封包覆模具10，真空負壓作用氣袋30能外接真空抽氣裝置，用以對該模具10之模穴100施以真空負壓作用，該正向氣壓作用氣袋40能外接氣壓供給裝置，並能伸入該模具10之模穴100內部提供正向氣壓作用。該加熱器能對位於容器內的模具10施以加熱作用，該加熱器以選用電熱式加熱器為佳，用以對模具10施以能穩定控制的加熱溫度。
前述氣壓供給裝置與該真空抽氣裝置可為各自獨立的裝置，或者整合為單一組兼具抽真空與供氣功能的裝置。該真空負壓作用氣袋與該正向氣壓作用氣袋皆為具有耐熱及耐壓等特性之高強度材質所製成的袋體。
前述中，該熱壓輔助成形機構還包括一能啟閉的容器，該容器的內部空間足以容置該模具、設於模具外部的真空負壓作用氣袋與設於模具內部的正向氣壓作用氣袋，且該加熱器設於容器中。
關於複合材料高爾夫球桿頭製造方法的具體實施步驟，請配合參看圖1及圖2所示，其包括： 將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層貼合於該模具10的模穴100的側壁，形成一包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料20；使用熱壓輔助成形機構與加熱器對模具10內的碳纖維複合材料桿頭本體胚料20內外同時施以加壓及加熱作用，其是以熱壓輔助成形機構之真空負壓作用氣袋30密封具有該碳纖維複合材料桿頭本體胚料20的模具10，另以正向氣壓作用氣袋伸入該碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部，並通過真空負壓作用氣袋30及模具10對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料20的外部施以真空負壓作用，同時通過正向氣壓作用氣袋40對碳纖維複合材料桿頭本體胚料20的內部施以正向氣壓作用，並使用該加熱器對碳纖維桿頭本體胚料20加熱，直至碳纖維複合材料桿頭本體胚料20加熱加壓而固化成形為一碳纖維複合材料桿頭本體初胚後取出；對該碳纖維複合材料桿頭本體初胚施以邊角殘料去除與表面加工處理，形成碳纖維複合材料桿頭本體半成品；提供由包含碳纖維的複合材料或金屬材料預成形的擊球面板，其中，所述金屬材料可以選用鈦合金、不鏽鋼等金屬材料；以及將該擊球面板膠合固接於該碳纖維複合材料桿頭本體半成品的前端開口部，形成一複合材料高爾夫球桿頭。
前述將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層貼合於該模具的模穴的側壁，形成一包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料之步驟中，所述碳纖維預浸材係屬已知的現有材料，一般而言，其係指碳纖維布浸置液態樹脂所構成，其中所述樹脂以熱固型樹脂為佳。此步驟中，還能依據不同的高爾夫球桿頭產品的性能需求，選用不同種類的碳纖維的複合材料預浸材，其中係於碳纖維預浸材中加入如金屬絲材料或金屬網 材料等，並能通過碳纖維預浸材或是包含碳纖維的複合材料預浸材的疊層進行多元性的變化，而製成特定疊層構造的碳纖維複合材料桿頭本體胚料。
前述將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層貼合於該模具的模穴的側壁，形成一包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料之步驟中，當該模具為單一構件時，碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層能直接貼覆於模穴的內側壁；當該模具包括能相對離合的一第一模塊與一第二模塊之組合時，於第一模塊與第二模塊分離的狀態，碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層分別貼覆於第一模塊與第二模塊的內側壁，於第一模塊與第二模塊相對合模後，分別貼覆於第一模塊內側壁與第二模塊內側壁的碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層相互接合，而構成具有一前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料。或者，於第一模塊與第二模塊合模狀態下，將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層貼覆於模具的模穴的內側壁，而構成具有桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料。
所述使用熱壓輔助成形機構與加熱器對模具內的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料內外同時施以加壓及加熱作用的步驟中，其加熱溫度為60℃至180℃，真空負壓作用的氣壓值為-0.1bar至-1bar，正向氣壓作用之壓力值為1bar至10bar，加壓與加熱的作用時間為5至60分鐘，並藉由氣壓之等壓均向性，使中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料中之碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層在內部與外部同時加壓作用與加熱作用，而產生交聯反應而固化。
當熱壓輔助成形機構具有能啟閉的容器時，於使用熱壓輔助成形機構對模具內的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料的外部施以真空負壓，同時，對中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料的內部施以正向氣壓，以及由加 熱器對中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以加熱作用之步驟，其係將具有中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料的模具、包覆模具外部的真空負壓作用氣袋與設於中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部的正向氣壓作用氣袋一同置入該容器內，並由加熱器於容器中對中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以加熱作用。
關於本發明製成之複合材料高爾夫球桿頭之具體構造，其可為內部形成中空狀的木桿桿頭(如圖3所示者)或是內部形成中空狀的鐵桿桿頭(如圖7所示者)等。請配合參看圖3至圖7所示，其包括一碳纖維複合材料桿頭本體50A、50B以及一擊球面板60A、60B。
該碳纖維複合材料桿頭本體50A、50B係碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層通過模塑、正向氣壓與真空負壓分別作用於碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層的內部與外部，以及加熱作用而一體成形為一包含有桿柄部51A、51B與前端開口部53A的中空構造。
該擊球面板60A、60B則係由包含碳纖維的複合材料或金屬材料所成形，所述金屬材料為鈦合金或不鏽鋼。該擊球面板60A、60B膠合固接於該碳纖維複合材料桿頭本體50A、50B的前端開口部53A。於本較佳實施例中，該擊球面板60A、60B背側形成一套合部61A、61B，並以該套合部61A、61B套接膠合於該碳纖維複合材料桿頭本體50A、50B的前端開口部固接一體。
所述複合材料高爾夫球桿頭中具有一重心點CG，該擊球面板60A具有一幾何中心點600，該複合材料高爾夫球桿頭中的重心點CG與該擊球面板60A垂直連接之交點形成一甜蜜點601，其中，以該甜蜜點601與該幾何中心點600相互重疊為最佳。
前述中，如圖6所示，該碳纖維複合材料桿頭本體50A的後端或底部還可設有至少一金屬材質的配重體52。此外，如圖3所示，該桿柄部51A內可裝設有一金屬材質的桿柄內部件511A。
由前述說明可知，本發明複合材料高爾夫球桿頭之製造方法及其製成的複合材料高爾夫球桿頭結構，其主要係利用碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層通過模塑、正向氣壓與真空負壓分別作用於碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層的內部與外部以及加熱作用，而一體成形為一包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體，另將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材或金屬材料成形的擊球面板膠合固接於該碳纖維複合材料桿頭本體的前端開口部，如此，使該複合材料高爾夫球桿頭能減輕桿頭本體之重量、易於因應不同球桿頭的擊球距離或打感而改變構造或碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材的疊層方式，達到使球桿頭之剛性設計多元化、且易於控制擊球面板的甜密點位置，使球桿頭能發揮最佳的擊球性能。

Claims (5)

  1. 一種複合材料高爾夫球桿頭製造方法，其係使用一組具有模穴的模具、一組熱壓輔助成形機構與一組加熱器來執行，其步驟係包括：將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層貼合於該模具的模穴的側壁，形成包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料；使用該熱壓輔助成形機構對該模具內的該碳纖維複合材料桿頭本體胚料外部施以真空負壓，同時該碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部施以正向氣壓，以及由該加熱器對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以加熱作用，其是以該熱壓輔助成形機構之真空負壓作用氣袋密封具有該碳纖維複合材料桿頭本體胚料的該模具，另以正向氣壓作用氣袋伸入該碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部，並通過該真空負壓作用氣袋及該模具對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料的外部施以真空負壓作用，同時通過該正向氣壓作用氣袋對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料的內部施以正向氣壓作用，並使用該加熱器對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以加熱作用，直至該碳纖維複合材料桿頭本體胚料加熱加壓而固化成形為一碳纖維複合材料桿頭本體初胚後取出；對該碳纖維複合材料桿頭本體初胚施以邊角殘料去除與表面加工處理，形成碳纖維複合材料桿頭本體半成品；提供包含碳纖維的複合材料或金屬材料預成形的擊球面板；以及將該擊球面板膠合固接於該碳纖維複合材料桿頭本體半成品的前端開口部，形成一複合材料高爾夫球桿頭。
  2. 如請求項1所述之複合材料高爾夫球桿頭製造方法，其中，所述使用熱壓輔助成形機構與加熱器對該模具內的該碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以胚料內外同時加壓及加熱作用的步驟中，加熱溫度為60℃至180℃，真 空負壓的氣壓值為-0.1bar至-1bar，正向氣壓之壓力值為1bar至10bar，加熱加壓時間為5至60分鐘。
  3. 如請求項2所述之複合材料高爾夫球桿頭製造方法，其中，所述模具係包括能相對離合之第一模塊與第二模塊之組合，於所述將碳纖維預浸材或包含碳纖維的複合材料預浸材疊層貼合於該模具的模穴的側壁，形成包含桿柄部與前端開口部的中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料之步驟中，其係將所述碳纖維預浸材或所述包含碳纖維的複合材料預浸材疊層分別貼合於分離狀態的該第一模塊的內側壁與該第二模塊的內側壁，於該第一模塊與該第二模塊合模時，分別疊層貼合於該第一模塊與該第二模塊的所述碳纖維預浸材或所述包含碳纖維的複合材料預浸材連接一體而構成所述中空狀碳纖維複合材料桿頭本體胚料。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之複合材料高爾夫球桿頭製造方法，其中，該熱壓輔助成形機構還包括一能啟閉的容器，該容器的內部空間足以容置該模具、設於該模具外部的該真空負壓作用氣袋與設於該模具內部的該正向氣壓作用氣袋，且該加熱器設於該容器中；於所述使用熱壓輔助成形機構對該模具內的該碳纖維複合材料桿頭本體胚料外部施以真空負壓，同時對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部施以正向氣壓，以及由該加熱器對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以加熱作用之步驟中，其係將具有該碳纖維複合材料桿頭本體胚料的該模具、包覆該模具外部的該真空負壓作用氣袋與設於該碳纖維複合材料桿頭本體胚料內部的該正向氣壓作用氣袋一同置入該容器內，並由該加熱器於該容器中對該碳纖維複合材料桿頭本體胚料施以加熱作用。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之複合材料高爾夫球桿頭製造方法，其中，所述擊球面板的金屬材料為鈦合金或不鏽鋼。
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