具有改善的击打面的高尔夫球杆头的制作方法

具有改善的击打面的高尔夫球杆头的制作方法
【专利摘要】这里公开了具有改善的击打面的高尔夫球杆头。更具体地，本发明使用可以改变击打面材料杨氏模量的创新性钢模淬火方法。本发明击打面部分通常由α+β钛合金，例如包含富β合金组分的SP700，制造的以形成合金元素中更多的相变。在一个优选的实施方案中，钢模淬火步骤能够制造贯穿击打面不同区域的材料杨氏模量的局部改变，使得相同击打面中材料的杨氏模量变化。
【专利说明】具有改善的击打面的高尔夫球杆头

【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及一种具有改善的击打面的高尔夫球杆头。更具体地，本发明涉及 使用可以改变材料杨氏模量的创新淬火方法制备的高尔夫球杆头击打面。根据本发明的击 打面部分通常由材料杨氏模量降低以改良击打面的性能的富β，接近β的α+β钛合金， 例如SP700,制成。本发明甚至能够在保持相同合金的情况下改变击打面杨氏模量，从而进 一步改良击打面的性能。

【背景技术】
[0002] 为了改良高尔夫球杆的性能，球杆设计师不断地努力使高尔夫球杆达到更好的性 能。改良高尔夫球杆性能的一个近期趋势集中在改良金属木型高尔夫球杆头的击打面。
[0003] 金属木型高尔夫球杆头的击打面由于是唯一与高尔夫球接触的部分，因此是高尔 夫球杆头中最重要的一个组件。为了使高尔夫球杆头的性能最大化，高尔夫球杆设计者进 行多种实验，例如改良回弹系数（C0R)以及增加"甜蜜区"的大小。"甜蜜区"在高尔夫球产 品中通常指的是基本均匀的高初始球速或高C0R的区域。"甜蜜区"和C0R的概念已经在 Bissonnette等人的美国专利6, 605, 007中讨论过，且其公开的内容整体通过引用包含于 此。
[0004] 一种制造更大"甜蜜区"的方法在Schmitt等人的美国专利8, 318, 300中阐述，其 中击打面的前壁具有可变的厚度。更具体地，美国专利8, 318, 300讨论了具有可变厚度的 高尔夫球杆将如何抗破裂弯曲和如何有效地将冲击力传递到球杆头的顶壁。
[0005] Soracco等人的美国专利7, 682, 262通过创建"挠曲刚度"的概念详细说明了上述 可变面厚度的基本概念，其中可以通过不同的材料、不同厚度或不同材料和不同厚度的结 合达到击打面的不同的挠曲刚度。
[0006] 尽管在尝试改良高尔夫球杆头击打面的性能中的所有进步，没有一个所述参考技 术能够不改变材料或厚度而调节击打面的性能，它们都具有一些小缺点。改变击打面的材 料要求在击打面部分进行粘结步骤，当对高尔夫球实施高冲击力时这存在潜在的破裂。改 变击打面的厚度虽然消除了破裂的问题，但是增厚击打面的某些部分需要在击打面部分的 额外质量。
[0007] 更重要的是，没有一个现有技术认识到改变用于击打面部分的相同材料的杨氏模 量，来改良高尔夫球杆头的性能。
[0008] 因此，基于上述理解，存在通过改变材料的杨氏模量来利用材料固有性能改变高 尔夫球杆头击打面性能的需求。更具体地，本领域需要一种高尔夫球杆头的打击面，其中该 打击面的杨氏模量可以独立变化或与改变厚度的调节结合变化。


【发明内容】

[0009] 本发明的一个方面是包含击打面部分和附着于所述击打面部分后面的尾部分的 1?尔夫球杆头。该击打面部分由由钥当量为4. 0-9. 75的α-β钛制成，且其中该击打面部 分的至少一部分具有的杨氏模量小于约90GPa。
[0010] 本发明的另一个方面是一种制备高尔夫球杆头的方法，包括加热由α-β钛合金 制成的击打面部分至一定温度的步骤，该温度比用于制成所述击打面部分的材料的转 变温度低25-100°C，随后使用钢模淬火所述击打面部分，该淬火是通过保持所述钢模与所 述击打面部分直接接触超过约15秒而进行导热。获得的面嵌件部分将包括至少一个相是 体心立方体β结构且至少一部分具有杨氏模量小于约90GPa。 toon] 本发明的这些和其它特点、方面以及优势将参考下面的附图，说明和权利要求来 更好的理解。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 本发明的上述以及其它特点和优势将在下述插有附图的发明描述中显示。这里包 含并形成说明书中一部分的附图进一步用来解释本发明的原理且能够使本领域技术人员 生产和使用本发明。
[0013] 图1是根据本发明的高尔夫球杆头的透视图；
[0014] 图2是根据本发明的高尔夫球杆头的正视图，显示横截线A-A' ；
[0015] 图3a是现有技术面嵌件透视图；
[0016] 图3b是图3a中所示现有技术面嵌件的剖视图；
[0017] 图3d是图3b中所示现有技术面嵌件穿过剖视区域的杨氏模量曲线；
[0018] 图3c是图3b中所示现有技术面嵌件穿过剖视区域的挠曲刚度曲线；
[0019] 图4a是不同的现有技术面嵌件透视图；
[0020] 图4b是图4a中所示不同的现有技术面嵌件的剖视图；
[0021] 图4c是图4中所示不同的现有技术面嵌件穿过剖视区域的杨氏模量曲线；
[0022] 图4d是图4b中所示不同的现有技术面嵌件穿过剖视区域的挠曲刚度曲线；
[0023] 图5a是使用根据本发明的示例性实施方案中钢模的面嵌件透视图；
[0024] 图5b是图5a中所示面嵌件的剖视视图；
[0025] 图5c是图5b中所示面嵌件穿过剖视区域的杨氏模量曲线；
[0026] 图5d是图5b中所示面嵌件穿过剖视区域的挠曲刚度曲线；
[0027] 图6a是用于根据本发明的示例性实施方案中面嵌件的钛合金的相图；
[0028] 图6b是用于根据本发明的示例性实施方案中面嵌件的钛合金的晶体结构；
[0029] 图7a是使用根据本发明的示例性实施方案中钢模的面杯的透视图；
[0030] 图7b是图7a中所示面杯的剖视图；
[0031] 图7c是图7b中所示面杯穿过剖视区域的杨氏模量曲线；
[0032] 图7d是图7c中所示面杯穿过剖视区域的挠曲刚度曲线；
[0033] 图8a是使用根据本发明的示例性实施方案中钢模的面嵌件透视图；
[0034] 图8b是图8a中所示面嵌件的剖视视图；
[0035] 图8c是图8b中所示面嵌件穿过剖视区域的杨氏模量曲线；
[0036] 图8d是图8b中所示面嵌件穿过剖视区域的挠曲刚度曲线；
[0037] 图9a是使用根据本发明的示例性实施方案中钢模的面嵌件透视图；
[0038] 图9b是图9a中所示面嵌件的剖视视图；
[0039] 图9c是图9b中所示面嵌件穿过剖视区域的杨氏模量曲线；
[0040] 图9d是图9b中所示面嵌件穿过剖视区域的挠曲刚度曲线；
[0041] 图l〇a是使用根据本发明的示例性实施方案中钢模的面嵌件透视图；
[0042] 图10b是图10a中所示面嵌件的剖视视图；
[0043] 图10c是图10b中所示面嵌件穿过剖视区域的杨氏模量曲线；
[0044] 图10d是图10b中所示面嵌件穿过剖视区域的挠曲刚度曲线；
[0045] 图11a是使用根据本发明的另一实施方案中钢模的面杯透视图；
[0046] 图lib是图11a中所示面杯的剖视视图；
[0047] 图11c是图lib中所示面杯穿过剖视区域的杨氏模量曲线；和
[0048] 图lid是图lib中所示面杯穿过剖视区域的挠曲刚度曲线。

【具体实施方式】
[0049] 下述详细说明是实施本发明的目前最佳预期模式。该说明不作为限制概念，但仅 仅出于说明本发明一般原理的目的，因为本发明的范围通过附加的权利要求最优限定。
[0050] 下面描述的多种发明特点可以单独使用也可以与其它特点结合使用。然而，任何 单独的发明特点可能不解决任何或所有上述讨论的问题或可能解决一个上述讨论的问题。 进一步，上述讨论的一个或多个问题可能不完全由下述特点中任意一个解决。
[0051] 附图中的图1显示了根据本发明的高尔夫球杆头100的透视图。该高尔夫球杆头 100可以通常具有主体102部分和击打面104部分，其中击打面104可以进一步包含面嵌件 106。高尔夫球杆头100的面嵌件106可以通常具有从击打面104的中心108径向变化的 可变杨氏模量。在本发明替代的实施方案中，击打面104可以利用面杯构造来代替面嵌件 106同时保持从击打面104的中心108径向变化的可变杨氏模量。
[0052] 如在该示例性实施方案中讨论的，击打面104的面嵌件106可以通常由富β的 α+β钛材料，例如SP-700,组成。富β的钛材料是优选的，因为本发明中涉及的面嵌件 106的杨氏模量的改变是通过热处理和淬火处理在α和β相之间的钛相变而实现的。 关于优选材料SP-700的更多信息可以在JFE's名为Advantages of High Formability SP700Titanium Alloy and Its Applications (March2005)的技术报告中找到，其公开内 容整体通过引用包含于此。然而，有很多其它合金可以潜在地表现出这样的行为，其通常被 描述为近β钛合金。如α或β的钛合金命名法是基于在室温下存在于合金中的是哪一 相占主导。因此可以预期α钛合金在室温下占主导的是α相。相反地，β合金在室温下 占主导的是β相。α-β合金中两相均存在很大数量。应该指出的是对于大多数重要的 钛合金，根据热力学原理在室温下β相是不平衡相；其实际上是α相。在室温下依然存在 β相的原因是β到α的转变被快速冷却或淬火压制。一些特定元素，例如Mo、V、Cr、Fe、 附、〇)^11、他、了 &和1，趋于稳定0相，因此钛与这些元素合金化使合金能够慢慢冷却同时 保持β相。当包含大量β相的钛合金被加热到高温，β相转变成平衡的α相。因此认 为在大多数钛合金中β相是亚稳定的。对钛可以进行这种程度的合金，即β相变成平衡 相且该合金不能被加热到高温转变成α相。属于这种类型的合金不是本发明的部分。上 述关于β相的转变和稳定的描述能够通过所谓的"钥当量"参数进行描述，如下述式（1)概 括的：
[0053] Mo-Eq = % M〇-〇. 2% Ta+0. 28% Nb-〇. 4% ff+0. 67% V+l. 25% Cr 式（1)
[0054] +1. 25% Ni+1. 7% Mn+1. 7% Co+2. 5% Fe
[0055] 其中％表示合金中元素的重量百分比。
[0056] 钥当量大于约10被认为对于在室温下保持全部β相是必须的。钥当量接近10但 不大于10时，钛合金被认为是近β合金，虽然没有近β钛合金的明确定义，出于该讨论的 目的，钥当量大于约10则可以被认为是富β合金。对于本发明，可以推测钥当量在4-9.5 的范围内的合金适合用于钢模淬火来得到上述讨论的低杨氏模量。应该指出的是杨氏模量 将取决于合金元素而完全取决于钥当量。例如，钛与9wt%的Mo或3. 6wt%的Fe合金可以 达到钥当量为9。对于所有合金所获得的杨氏模量是不同的。
[0057] 从中心径向变化的面嵌件106的杨氏模量可以不要求面嵌件106的杨氏模量在每 个从击打面104的中心移开的部分是不同的。当然，本发明提及的杨氏模量的径向变化可 以替代地被描述为仅仅改变了面嵌件106在不同位置的杨氏模量。如本发明描述的面嵌件 106可以通常由单一合金，例如上述描述的SP-700钛，制成，然而，也可以使用其它能够进 行α和β相变换的合金也不超出本
【发明内容】
和范围。
[0058] 附图中的图2显示了根据本发明的高尔夫球杆头200的正视图，沿着线Α-Α'显示 其剖面。图2除了显示了具有面嵌件206的击打面204,也显示了中心区域201，中间区域 203,和外部区域205。显示在图2中的中心区域201，中间区域203,和外部区域205的位置 和大小不重要且不按比例绘制。由于后面区域将涉及与击打面204的杨氏模量有关，这里 的附图用于说明区域之间的关系。
[0059] 为了理解高尔夫球杆头的击打面204对变化的杨氏模量的需要，其中杨氏模量从 中心区域201，中间区域203,和外部区域205径向改变，有必要对现有技术中高尔夫球杆头 击打面的发展进行简短讨论。附图3a，3b，3c，和3d通过显示现有技术中面嵌件306以及 其杨氏模量和挠曲刚度（FS)在水平剖面上的曲线来进行简短讨论。附图3a显示了根据现 有技术中面嵌件306的透视图，其具有横穿整个面嵌件306而不变的厚度。图3b显示了面 嵌件306的剖视视图，其水平地由击打面204的跟部到趾部方向上穿过中心208,如图2中 横截线A-A'所示。如上述提及的，现有技术实施方案中面嵌件306的厚度通常具有恒定约 2. 5mm的厚度dl。由于希望击打面的面嵌件306是有弹性的来增加撞击高尔夫球的回弹系 数，通常希望所述面具有低杨氏模量以及具有高张力与低屈服强度。图3c显示现有技术面 嵌件306穿过整个面嵌件306的宽度杨氏模量恒定约llOGPa。最后，附图3d显示了穿过如 图3b所示剖面的面嵌件306的挠曲刚度曲线。挠曲刚度的概念在下式中定义，如式（2)所 示：
[0060] FS = E*t3 式⑵
[0061] 其中
[0062] E=材料的杨氏模量，和
[0063] t=材料的厚度
[0064] 确定高尔夫球杆击打面的挠曲刚度的概念在Bissonnette等人共同拥有的美国 专利6, 605, 007中讨论，且其公开内容整体通过引用包含于此。
[0065] 在停止讨论材料的杨氏模量之前，这里有必要知道由于材料的杨氏模量涉及泊松 t匕(其为声速的纵波和横波之间的函数）相关，例如高尔夫球杆头的击打面的材料的杨氏 模量通常使用非破坏性超声波测试设备来测量。可以使用许多装置例如奥林巴斯厚度仪 38DL Plus (Olympus Thickness Gauges38DL Plus)，具有单兀素软件（Single Element Software)的45MG，或Model3roL。替代地，具有速度测量能力的奥林巴斯流速探测仪 (Olympus Flaw Detector)例如EPOCH系列仪器或奥林巴斯脉冲/接收器（Olympus Pulse/ Receiver)例如Model5072PR或5077PR都可以使用而不超出本
【发明内容】
和范围。
[0066] 这里给定面嵌件306的杨氏模量为约llOGPa且面嵌件的厚度dl约2. 5mm，此现有 技术面嵌件的挠曲刚度保持恒定为约1，700kN-mm。
[0067] 用于确定面嵌件306在较大范围内改善回弹系数能力的一个因素是计算面嵌件 306的挠曲刚度比，其中挠曲刚度比如下式（3)定义：
[0068]

【权利要求】
1. 一种高尔夫球杆头包括： 击打面部分；和 附着于所述击打面部分后面的尾部分； 其中所述击打面部分由钥当量为4. 0-9. 75的α-β钛制成，和 其中所述击打面部分的至少一部分具有小于约90GPa的杨氏模量。
2. 根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面的所述杨氏模量小于约 85GPa。
3. 根据权利要求2所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面的所述杨氏模量小于约 80GPa。
4. 根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述钛合金具有钥当量小于约 9. 5〇
5. 根据权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面部分横穿至少一个剖面区域 具有变化的杨氏模量。
6. 根据权利要求5所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面部分具有杨氏模量最大变化 量大于约20GPa的击打面。
7. 根据权利要求6所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面部分具有杨氏模量最大变化 量大于约25GPa的击打面。
8. 根据权利要求7所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面部分具有杨氏模量最大变化 量大于约30GPa的击打面。
9. 根据权利要求5所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面部分具有的挠曲刚度比大于 约 2. 6， 所述挠曲刚度比定义为所述击打面的挠曲刚度最大值除以所述击打面的挠曲刚度最 小值。
10. 根据权利要求9所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面部分具有的挠曲刚度比大 于约2. 65。
11. 根据权利要求10所述的高尔夫球杆头，其中所述击打面部分具有的挠曲刚度比大 于约4. 0。
12. -种制备高尔夫球杆头的方法包括： 加热由α-β钛合金制成的击打面部分至一定温度，该温度比用于制成所述击打面部 分的材料的β -转变温度低25-KKTC ; 使用钢模淬火所述击打面部分，该淬火通过保持所述钢模在与所述击打面部分直接接 触传导超过约15秒； 其中所述方法形成包括至少一个相是体心立方体β结构的击打面；和 其中所述击打面部分的至少一部分具有小于约90GPa的杨氏模量。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中所述击打面的所述杨氏模量小于约85GPa。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中所述击打面的所述杨氏模量小于约80GPa。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中所述钢模与所述击打面部分的整个后面部分完 全结合。
16. 根据权利要求12所述的方法，其中所述钢模与所述击打面部分的整个后面部分仅 仅部分结合。
17. 根据权利要求12所述的方法，其中所述钢模保持在小于约250°C的温度。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中所述钢模的容积导热系数大于约15W/mK。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述钢模的容积导热系数大于约15W/mK。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中所述钢模的容积导热系数大于约20W/mK。
【文档编号】A63B53/06GK104096344SQ201410128683
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2013年4月1日
【发明者】杉前竜一, 乌代·V·德神穆科, 叶恒瑞 申请人:阿库施耐特公司