表面改质的高尔夫杆头及其表面改质方法

专利名称：表面改质的高尔夫杆头及其表面改质方法
技术领域：
本发明涉及高尔夫杆头，尤其关于一种表面经改质的高尔夫杆头及其改质方法。本发明是利用一高能量装置对高尔夫杆头的局部进行热处理，以改变其机械性能，使高尔夫杆头厚度相同的不同区域，其机械性能有明显差异，从而有效增加击球距离及改善后旋等，可同时提升高尔夫杆头硬度及拉伸强度的表面改质的高尔夫杆头及其表面改质方法。
背景技术：
在高尔夫杆头的设计上，为了提高高尔夫杆头的反发能力，通常的做法是减少高尔夫杆头击球面板的厚度，但是，如此一来却会降低高尔夫杆头的耐撞击强度。因而，如何提升高尔夫杆头的反发能力，使其能在满足所期望需求的同时，又能维持高尔夫杆头的耐用性，就成为高尔夫杆头设计上的重要课题。针对此种减小击球面板的厚度与提升耐撞击强度的设计问题，已有若干文献提出各种不同的解决方案。
举例而言，美国公告第6,652,391号专利《具可变厚度前墙之高尔夫杆头(Golf Club Head with Variable Thickness Front Wall)》揭示了高尔夫杆头的击球前墙厚度具有变化，特别是在前墙内表面的几何中心位置附近形成一厚度较大的突起区，且该突起区上更形成一由前墙突伸而出的环形块体。藉此，高尔夫杆头前墙的强度及击球反发能力可同时获得提升，然而由于其可变厚度前墙的制作必须经铸造或粉末冶金等制程才能形成，无疑增加了制程的难度及生产成本，在实际制造中并不十分适合。
另外，美国公开的第20030060306号专利申请案，提出了一种利用镭射光对高尔夫杆头表面进行改质的方法，而台湾公告第448064号专利《高尔夫球头打击面的加工方法及该高尔夫球头》，则披露了一种利用高能量的重熔机构，例如镭射或电浆加工，来获得较佳硬度击球面的方法。原则上，利用这种镭射加工或重熔加工方法是可以改变击球面的机械性能，例如增加硬度及疲劳阻抗，但这样的镭射装置或重熔机构在不具备改善能量分布不均的配件条件下，能量光束射击在厚度过大的击球面上时，容易造成能量分布不均的情况，必然导致高尔夫球头加工精度的降低或产生缺陷。
再如美国公告第6,776,726号专利《高尔夫杆头(Golf Club Head)》，披露一种击球面板的热处理方法。该方法主要是先对一区分为中央区域及周边区域的金属材质的击球面板整体，进行固熔热处理(solution heattreatment)及时效热处理(aging heat treatment)，再以镭射束对击球面板的周边区域进行精确的局部热处理，直至周边区域的表面硬度降低至中央区域表面硬度的0.45至0.9的间。藉此，除了增加高尔夫杆头击球面板周边区域的弹性变形能力而提升恢复系数(restitution coefficient)外，也可同时确保击球面板中央区域的表面硬度及耐久性。
然而在这样的热处理过程中，当以镭射束进行精确的局部热处理时，仍有可能因为镭射机台不具备改善能量分布不均的配件，使得击球面板厚度过大导致能量分布不均匀，造成周围区域的热处理区表面发生部分熔融或发生凹陷的情况。因而，为了避免表面凹陷情况发生，镭射的照射时间及强度势必要受到限制，将使镭射热处理的品质大打折扣。
有鉴于此，本发明提出一种表面经改质的高尔夫杆头及其制造方法，可克服上述缺点，使高尔夫杆头热处理区的能量分布均匀，且确保薄壁部的热处理品质，进而使高尔夫杆头具有较佳的硬度、拉伸强度及耐磨耗度。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种在高尔夫杆头的一预定部位，如一厚度相对较薄的薄壁部形成一改质区，该改质区具有不同于其它区域机械性能的表面改质的高尔夫杆头。
本发明的次要目的是提供一种由一高能量装置输出的一能量束，且以离焦方式通过一能量均匀化装置后，照射到高尔夫杆头的杆头本体或击球面板之一的局部区域，进行高能量热处理的高尔夫杆头的表面改质方法。
本发明的技术方案一种表面改质的高尔夫杆头，包含一杆头本体；及一击球面板；其中，该杆头本体与击球面板至少形成有一改质区，具有不同于其它区域机械性能的该改质区外侧表面，是经过一高能量装置通过一能量均匀化装置的高能量热处理而形成。
一种高尔夫杆头的表面改质方法，该高尔夫杆头包含一杆头本体及一击球面板，该表面改质方法包含下列步骤设置一高能量装置及一配套的能量均匀化装置；该高能量装置输出一能量束，以离焦方式通过该能量均匀化装置后，照射到该杆头本体或该击球面板的一局部区域，进行改质的高能量热处理，使该局部区域具有不同于其它区域的机械性能。
由于经过一高能量装置通过一能量均匀化装置的高能量热处理的局部改质区外侧表面具有不同于其它区域的机械性能，因此，本发明的表面改质的高尔夫杆头的击球距离及后旋等明显改善许多，从而可同时提升高尔夫杆头的硬度及拉伸强度。


图1、为本发明第一实施例及处理装置的立体示意图。
图2、为本发明第一实施例的2-2剖视图。
图3、为本发明第二实施例及处理装置的立体示意图。
图4、为本发明第二实施例的4-4剖视图。
图5、为本发明第三实施例的立体图。
图6、为本发明第三实施例的6-6剖视图。
图7、为本发明第四实施例的立体图。
图8、为本发明第四实施例的8-8剖视图。
具体实施例方式
为让本发明的上述目的、技术特征及其优点，能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图详细说明如下请参见图1、2所示，本发明第一实施例，一种表面改质的高尔夫杆头1包含一具有顶部(crown，图中未示)、底部、侧面、背面及套颈的杆头本体11、一击球面板12及一套颈13，且由一体成型方式制成。杆头本体11至少具有一金属基材的薄壁部a(如图2所示)，薄壁部a形成于杆头本体11的顶部，其厚度较杆头本体11其它部位的厚度小，一般在1.5mm(毫米)以下，而在1.2mm以下较佳，在1.0mm以下更佳，在0.8mm以下最佳。此外，薄壁部a上形成有呈圆环状的改质区111及112，改质区111及112的机械性能有别于其它非改质区的机械性能。
在本实施例中，高尔夫杆头1可选用一体成型方式或组件结合方式制成，例如精密铸造、锻造、机械加工、焊接、嵌入压合、黏著、硬焊或螺合等方式。当采用一体成型方式制造时，高尔夫杆头1取材于金属材料(等方性材料isotropic)。当采用组件结合方式制造时，高尔夫杆头1可由金属材料与非金属材料(非等方性材料anisotropic)等异种材料复合制成。上述金属材料可选用不锈钢(如17-4PH不锈钢)、碳钢、低碳钢、合金钢、低合金钢、铁锰铝合金、铸铁、镍基合金、结构钢、超合金钢或钛合金(如6铝-4钒的钛合金)等材质。上述非金属材料可选用各种高分子及其纤维复合材料(polymer or fiber reinforced composite)，如碳纤维(carbon fiber)预浸布及克维拉纤维(Kevlar聚醯胺甲酸脂纤维(p-phenylene terephthalamide；PPTA)。
在本实施例中，改质区111及112是将来自一高能量装置2，且通过一能量均匀化装置3(如积分镜)的能量束照射到高尔夫杆头1的薄壁部a的二局部区域的外侧表面，进行高能量热处理而形成，高能量装置2可采用电浆(plasma)装置、YAG(掺钕钇铝石榴石)镭射(laser)装置或二氧化碳(CO2)镭射装置及其构成的群组。当高能量装置2为镭射装置时，能量均匀化装置3可确保镭射装置的镭射光束(图中未示)在薄壁部a的外侧表面上能量分布的均匀性，进而提升热处理品质。此外，当以镭射装置对薄壁部a进行热处理时，镭射装置的对焦方式可为正离焦或负离焦，藉此可避免热处理时，镭射束焦点处(图中未示)的功率密度过高，而造成薄壁部a表面的缺陷。就进行高能量热处理区域的位置而言，改质区111形成于杆头本体11的弹性变形量较大区域，即杆头本体11顶部的中央区域；而改质区112形成于杆头本体11的主要应力集中区域，即靠近套颈13的区域。就进行高能量热处理区域的范围而言，改质区111及112的较佳外径分别为30mm及10mm，而且较佳的内外径差分别为8mm及4mm。
与杆头本体11未经热处理的区域相比，经高能量热处理的改质区111及112因具有较高的硬度、拉伸强度及耐磨耗度等机械性能，故厚度较薄的薄壁部a可提供足够的硬度及摩擦力，以确保高尔夫杆头1的整体强度。在本实施例中，改质区111及112的较佳硬度大于38HRC。
另一方面，在前述改质区111及112的形成过程中，高能量装置2仅仅对杆头本体11的薄壁部a进行单面改质处理，亦即仅仅对薄壁部a的二局部区域的外侧表面进行照射或高能量热处理，在此情况下，改质区111及112的较佳改质深度或能量束照射深度小于1.5mm。然且，还可以利用高能量装置2对杆头本体11的薄壁部a进行双面改质处理，也就是说对杆头薄壁部a的二局部区域的外侧及内侧表面同时进行高能量的热处理，在此情况下，改质区111及112的内、外侧表面的较佳改质深度小于1mm。
请参见表(一)，其揭示表面经高能量热处理改质与表面未经高能量热处理改质的高尔夫杆头的击球效能测试结果
表(一)

请参见图3、4所示，本发明第二实施例的结构与第一实施例基本相同不同之处在于第二实施例中，杆头本体11、击球面板12及套颈13是由多件组合焊接方式结合而成。杆头本体11及击球面板12的结合部分位于薄壁部a，且结合处形成一交界线b。此外，沿薄壁部a交界线b二侧的周边区域形成改质区113，改质区113的机械性能有别于其它非改质区的机械性能。
本实施例中，改质区113也要利用与第一实施例相同的高能量装置2及能量均匀化装置3进行高能量热处理，即，沿着杆头本体11及击球面板12结合部分的交界线b二侧周边区域的外侧表面进行高能量热处理所形成。在此，高能量装置2采用的是离焦方式，当然亦可对改质区113进行单面或双面改质处理，不再赘述。因此，同样可相对提升高尔夫杆头1的杆头本体11与击球面板12焊接部位的强度等机械性能。
请参见图5、6所示，本发明第三实施例的结构与第一实施例基本相同不同之处在于第三实施例中，杆头本体11、击球面板12及套颈13，由一体成型方式制成，但是，位于击球面板12中央平板部c的甜蜜区(sweet spot)周围形成环状改质区121。
本实施例中，环状改质区121也要利用与第一实施例相同的高能量装置2及能量均匀化装置3进行高能量热处理，即，由对平板部c甜蜜区周围区域的外侧表面进行高能量热处理所形成。在此，高能量装置2采用的是离焦方式，当然亦可对改质区121进行单面或双面改质处理，不再赘述。因此，同样可提供击球面板12的较佳弹性变形能力，进而提升高尔夫杆头1的击球性能。
请参见图7、8所示，本发明第四实施例的结构与第一实施例基本相同不同之处在于第四实施例中，杆头本体11、击球面板12及套颈13，由一体成型方式制成，但是，击球面板12上的二局部区域分别形成依序以同心圆的方式由内而外排列的改质区122及123。
本实施例中，改质区122及123也要利用与第一实施例相同的高能量装置2及能量均匀化装置3进行高能量热处理，即，由对平板部c甜蜜区周围区域(sweet spot)以及位于甜蜜区周围区域的外侧表面进行不同功率的高能量热处理所形成。藉此使甜蜜区及位于甜蜜区外侧区域的机械性能，如硬度及拉伸强度等具有差异性。在此，高能量装置2采用的是离焦方式，当然亦可对改质区122及123进行单面或双面改质处理，不再赘述。
综上所述，本实施例中，击球面板12的甜蜜区可具有较小厚度，而甜蜜区周围区可具有较大厚度，进行高能量热处理时，可对甜蜜区进行功率较大的高能量热处理以形成改质区122，而对甜蜜区周围进行功率较小的高能量热处理以形成改质区123。从而使包含改质区122的甜蜜区具有较佳的硬度及耐久性，而包含改质区123的周围区域具有较佳的弹性变形能力，进而提升高尔夫杆头1的整体击球性能。
本发明以上各实施例虽对表面改质的高尔夫杆头及其表面改质方法进行了详细说明。须注意的是，前述薄壁部a并不仅限于杆头本体11的顶部，也可以位于杆头本体11的任意区域，例如底部、侧面、背面及套颈13，而前述薄壁部c同样可位于击球面板12的任意区域。
如上所述，由于本发明采用设有能量均匀化装置3的高能量装置2，并以适当的离焦方式对高尔夫杆头1进行高能量热处理，因而可克服习知以重熔加工方式对高尔夫杆头进行改质所造成的能量分布不均及降低可靠度的问题，确实可提升热处理良率，因此，能有效改变高尔夫杆头1的机械性能。
权利要求
1.一种表面改质的高尔夫杆头，包含一杆头本体；及一击球面板；其中，该杆头本体与击球面板至少形成有一改质区，具有不同于其它区域机械性能的该改质区外侧表面，是经过一高能量装置通过一能量均匀化装置的高能量热处理而形成。
2.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述改质区形成于该杆头本体或该击球面板的一弹性变形量较大区域。
3.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述改质区呈圆环状。
4.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述改质区呈环状。
5.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述改质区外侧表面的改质深度小于1.5毫米。
6.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述改质区的内侧表面亦可进行该高能量热处理。
7.根据权利要求6所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述改质区的外侧表面及内侧表面的改质深度小于1.0毫米。
8.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述高能量装置选用雷射装置或电浆装置及其所构成的群组。
9.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述能量均匀化装置是一积分镜。
10.根据权利要求1所述的表面改质的高尔夫杆头，其特征在于所述杆头本体及该击球面板一体成型而成。
11.一种高尔夫杆头的表面改质方法，该高尔夫杆头包含一杆头本体及一击球面板，该表面改质方法包含下列步骤设置一高能量装置及一配套的能量均匀化装置；该高能量装置输出一能量束，以离焦方式通过该能量均匀化装置后，照射到该杆头本体或该击球面板的一局部区域，进行改质的高能量热处理，使该局部区域具有不同于其它区域的机械性能。
12.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述局部区域位于一薄壁部。
13.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述局部区域的外侧表面经过改质的高能量热处理。
14.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述局部区域外侧表面的改质深度小于1.5毫米。
15.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述局部区域的外侧表面及内侧表面均经过改质的高能量热处理。
16.根据权利要求15所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述局部区域的外侧表面及内侧表面的改质深度小于1.0毫米。
17.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述高能量装置选用镭射装置或电浆装置及其构成的群组。
18.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述能量均匀化装置为一积分镜。
19.根据权利要求11所述的高尔夫杆头的表面改质方法，其特征在于所述离焦方式为正离焦或负离焦。
全文摘要
一种表面改质的高尔夫杆头及其表面改质方法，其高尔夫杆头包含一杆头本体及一击球面板，杆头本体或击球面板上形成有至少一改质区，改质区是由一高能量装置通过一能量均匀化装置的高能量热处理而形成。因此，改质区具有不同于其它区域的机械性能，可有效增加击球距离，同时提升高尔夫杆头硬度及拉伸强度。
文档编号C21D1/09GK101053691SQ20061007318
公开日2007年10月17日 申请日期2006年4月10日 优先权日2006年4月10日
发明者蒋铭瑞, 钟震洲 申请人:复盛股份有限公司