高尔夫球杆头和其制造方法
【专利摘要】一种高尔夫球杆头，其包含由至少一种金属材料制成的金属部件和被焊接至所述金属部件的由树脂材料制成的树脂部件。用于制造该高尔夫球杆头的方法，其包括将树脂部件焊接至金属部件的步骤。
【专利说明】高尔夫球杆头和其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有空心结构的高尔夫球杆头以及制造该高尔夫球杆头的方法，该空心结构包含金属部件和树脂部件。更具体地讲，本发明涉及一种用于接合树脂部件和金属部件的不使用粘合剂的焊接技术。
【背景技术】
[0002]近年来，已经建议通过连接两个以上部件制造的具有空心结构的高尔夫球杆头。
[0003]下述专利文献I公开了一种金属高尔夫球杆头，其通过焊接杆头主体、以及冠部部件而形成，所述杆头主体由金属材料制成，并且被设置于具有开口的冠部；并且所述冠部部件由金属材料制成，并且覆盖所述开口。
[0004]下述专利文献2和3每个都公开了一种包含杆头主体和冠部部件的混合式高尔夫球杆头，所述杆头主体由金属材料制成、并且被设置于具有开口的冠部，所述冠部部件由树脂材料制成、并且利用粘合剂被固定到杆头主体上从而覆盖所述开口。
[0005]在专利文献I公开的高尔夫球杆头中，所有的部件都由金属材料制成，因此，杆头的总质量趋向于增加，并且难以在有限的总质量范围内增加杆头的体积。
[0006]在专利文献2和3公开的混合式高尔夫球杆头中，由于冠部部件由相对轻的树脂材料制成，故杆头的总质量可以被降低。但是，由于粘合剂的缘故，在冠部部件和杆头主体之间的粘合强度趋向于变得相对低。因此，耐久性存在问题。
[0007]专利文献1:日本专利申请公开N0.2007-125242
[0008]专利文献2:日本专利申请公开N0.2007-229002
[0009]专利文献3:日本专利申请公开N0.2009-183620
【发明内容】
[0010]因此，本发明的一个目的在于提供一种高尔夫球杆头和其制造方法，其中在金属部件和树脂部件之间结合强度增加，从而提高了杆头的耐久性。
[0011]根据本发明，高尔夫球杆头包含由至少一种金属材料制成的金属部件和由树脂材料制成的树脂部件，它们利用焊接被连接起来。
[0012]根据本发明，用于制造该高尔夫球杆头的方法包括焊接树脂部件和金属部件的步骤。
[0013]因此，在将树脂部件焊接至金属部件期间，一部分树脂部件被热分解并且在熔化部分造成鼓泡。鼓泡迫使熔化树脂沿着金属部件的表面流动，因此熔化树脂紧密地与金属部件接触。其结果是，在金属部件和树脂部件之间提供了强的在纳米规模或原子规模上的界面结合。通常，这样的界面结合具有相当于树脂本身抗剪强度的强度。因此，在根据本发明的高尔夫球杆头中，在金属部件和树脂部件之间的接头具有高结合强度和高耐久性。另夕卜，不必使用粘合剂来将树脂部件连接至金属部件上，因此可以防止通常在粘合剂中包含的挥发性有机化合物的散发。另外，快速结合是有可能的。因此，生产效率可以得到提高。[0014]根据本发明的高尔夫球杆头和方法可以包括下述特征(I) - (9):
[0015](I)树脂材料是热塑性树脂。
[0016](2)高尔夫球杆头具有空心结构，金属部件在其形成杆头的上表面的冠部上设置有开口，并且树脂部件封闭该开口。
[0017](3)树脂部件用纤维补强。
[0018](4)在金属部件和树脂部件之间的焊接接头中，它们的端部被一个重叠在另一个上。
[0019](5)在金属部件和树脂部件之间的焊接接头中，它们的端面互相对接。
[0020](6)金属部件和树脂部件的端面之一上设置有凹陷部，而另一个端面上设置有突出部，该突出部与凹陷部适配。
[0021](7)在焊接接头的横截面中，对接的端面或者沿焊接接头的厚度方向延伸、或者相对于焊接接头的厚度方向倾斜、或者呈锯齿形延伸。
[0022](8)通过用激光光束透过树脂材料辐照金属部件而完成焊接。
[0023](9)通过用不透过树脂材料的激光光束辐照金属部件而完成焊接。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是作为本发明实施方式的高尔夫球杆头的透视图。
[0025]图2是其俯视图。
[0026]图3是沿着图2中A-A线截取的杆头的横截面图。
[0027]图4是杆头的部件分解图。
[0028]图5A是在杆头主体和冠部部件之间的接头的横截面图，用于解释冠部部件和杆头主体的焊接。
[0029]图5B是在树脂部件和金属部件之间的接头的横截面图，用于解释激光焊接的效
果O
[0030]图6是作为本发明另一个实施方式的高尔夫球杆头的俯视图。
[0031]图7是沿着图6中A-A线截取的接头的横截面图。
[0032]图8、图9和图10A-10C是横截面图，每个图都显示了一种在树脂部件和金属部件之间的接头的实施例。
[0033]图11是一个表，显示了下文中对比试验中采用的接头结构。
【具体实施方式】
[0034]现在结合附图，对本发明的实施方式进行详细描述。
[0035]根据本发明，高尔夫球杆头I由金属部件IA和树脂部件IB组成，其中金属部件IA由至少一种金属材料制成,树脂部件IB由树脂材料制成。
[0036]在附图中，每个根据本发明的杆头I都具有空心结构，该空心结构具有其中为木杆型高尔夫球杆比如一号木杆(#I)、球道用木杆(fairwaywood)等设计的中空(i)。
[0037]高尔夫球杆头I包括具有用于击球的杆面2的杆面部3、形成杆头上表面的冠部
4、形成杆头底面的底部5、在冠部4和底部5之间的侧部6、以及杆颈部7，其中杆颈部7设置有供杆身(未显示)插入的杆身插入孔7a。[0038]就木杆型高尔夫球杆头I而言，杆头的体积优选不小于360cc、更优选不小于380cc,以便增加杆头的惯性矩并且加深杆头的重心。但是，为了避免杆头重量不适宜的增力口、并且符合高尔夫球规则，杆头的体积优选是不大于470cc、更优选不大于460cc。另外，考虑到摆动平衡性，杆头的重量优选是不小于170g、更优选不小于180g,但是不大于250g、更优选不大于240g。
[0039]在下述实施方式中，金属部件IA是杆头主体1A，在其冠部上设置有对应于冠部4的开口 0，并且树脂部件IB是用于封闭开口 O的冠部部件1B，以使得冠部4的质量被降低。减少的质量可以被加至杆头的下部和/或后部以调节杆头的重心和/或杆头的惯性矩，或者可以被用于增加杆头的尺寸。因此，设计自由度增加。
[0040]如图2、4和6所示，开口 O被形成在冠部4内，S卩，没有延伸进入侧部6。因此，杆头主体IA形成了杆面部3、底部5、侧部6、杆颈部7和冠部外缘部分10,其中冠部外缘部分10是冠部4围绕开口 O延伸的一部分。
[0041]冠部部件IB的弧面几乎与开口 O的弧面相同、或者略小。
[0042]冠部部件IB的厚度tc不小于0.3mm、优选不小于0.5mm、更优选不小于1.0mm,以避免焊接困难；但是又不大于4.0mm、优选不大于3.5mm、更优选不大于3.0mm,以避免杆头的顶部出现不适宜的重量增加。
[0043]杆头主体IA可以通过铸造技术被制成一个整体片材。另外，其可以通过组装两个以上部件而被制造，所述部件通过适当的技术比如锻造、浇注、冲压和辊压而被制成。
[0044]至于金属材料，可以使用各种金属材料，例如不锈钢、马氏体钢、纯钛、钛合金等。
[0045]至于树脂材料，可以优选使用复合材料，其中树脂作为基质，纤维作为树脂的补强。
[0046]至于作为基质的树脂，可以使用各种热塑性树脂，只要相对于金属材料而言显示出出色的粘合性。具体而言，最期望使用激光透射系数为60%以上的热塑性树脂。例如，聚酰胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等可以被用作热塑性树脂，它们具有这样的高激光透射。
[0047]至于增强纤维，可以使用各种纤维。例如，可以单独使用或者组合使用碳纤维、玻璃纤维等。
[0048]树脂材料的比重小于金属材料的比重。
[0049]根据本发明，树脂部件或者冠部部件IB被激光焊接至金属部件或者杆头主体1A。
[0050]在图1、2和3所示的实施方式中，冠部外缘部分10包括:
[0051]主体部分11，其外表面限定了冠部4外表面4a的一部分，以及
[0052]接收部12，其外表面从主体部分11外表面向内形成台阶。
[0053]接收部12可以沿着开口 O的边缘不连续地形成。但在本实施方式中，接收部12围绕开口 O连续形成。
[0054]这样，接收部12可由开口 O的边缘突出进入开口 O。
[0055]当冠部部件IB被安装在开口 O中时,接收部12的外表面紧靠冠部部件IB内表面IBi的外缘部分并且承接该外缘部分。
[0056]为了使被安装的冠部部件IB的外表面和主体部分11的外表面变平，以便节省表面抛光工序比如研磨、并且因此提高生产效率，在主体部分11的外表面和接收部12的外表面之间的台阶被设定为基本上等于冠部部件IB外缘部分的厚度。
[0057]在冠部部件IB放置于接收部12上的状态下，进行焊接。
[0058]如果冠部部件IB的激光透射系数是60%以上，则如图5A所示，激光光束LB可以从杆头I外表面一侧透过冠部部件被辐照到接收部12上。
[0059]激光光束LB以预先确定的移动速度沿着焊接部分移动。
[0060]因此，激光光束LB加热接收部12的金属材料。被加热的金属材料加热熔化冠部部件IB的内表面一侧，并且熔化部分变得可流动。熔化部分被进一步加热至超过树脂的分解温度，以使得在其中引起鼓泡，如图5B所示。由于熔化树脂由鼓泡引起的膨胀，熔化树脂沿着接收部12的表面流动，并且紧密地与接收部的表面12接触。然后，焊接部分被冷却，并且树脂被固化，借此在杆头主体IA和冠部部件IB之间提供强的在纳米规模或者原子规模上的界面结合。
[0061]这样，在根据本发明的高尔夫球杆头中，在金属部件IA和树脂部件IB之间的结合强度变得非常高，并且接合变得耐久。
[0062]根据本发明，没有粘合剂被用于将树脂部件IB连接至金属部件IA上。因此，可以防止通常包含在粘合剂中的挥发性有机化合物的散发。另外，快速结合是可能的，因此生产效率可以得到提闻。
[0063]至于激光光束LB，例如可以使用在大约0.8至1.0微米处的半导体激光器、在大约
1.06微米处的钇铝石榴石激光器(YAGlaser)等。
[0064]在透过激光透射系数是60%以上的树脂部件辐照激光光束LB的情况下，优选激光焊接在下列条件下进行:激光功率是大约50至1500W ;激光光束的焊接速度或者移动速度是5至60mm/s ;激光光束的散焦是O至40mm ;并且保护气体是IS气、氮气等等(流速40至501/min)。
[0065]在树脂部件的激光透射系数小于60%、特别是几乎为零的情况下，为了加热冠部部件1B，激光光束LB不透过冠部部件、例如从杆头I内表面一侧被辐照到接收部12上。
[0066]在该情况下，例如，激光功率是2000W以上；激光光束的散焦是Omm ;激光光束的焊接速度或者移动速度是10mm/s ;保护气体是氮气(流速40至501/min)。
[0067]在图3、4和5所示的实施例中，在金属部件IA (接收部12)和树脂部件IB (冠部部件)之间形成接头J，作为搭接接头(Iappedjoint) Jl。
[0068]为了减小包括在接头J中的金属材料(即接收部12)的质量或者体积，接头J可以被形成为对焊接头(buttjoint) J2而不是搭接接头Jl。在此处，搭接接头Jl的厚度基本上等于在接头外侧测量的金属部件和树脂部件的厚度之和。对焊接头J2的厚度基本上等于在接头外侧测量的金属部件或者树脂部件的厚度。
[0069]图6显不了作为本发明另一个实施方式的杆头I，其与前一实施方式相同，不同的是接头J被形成为对焊接头J2，其中，树脂部件IB的端面IBE和金属部件IA的端面IOE被互相对接。
[0070]在本实施方式中，上述接收部12被省略，因此杆头主体IA的冠部外缘部分10仅通过主体部分11而被构建。因此，杆头I的质量在其顶部被减少，并且因此杆头的重心的位置可以被降低。
[0071]可以被并入本实施方式中的对焊接头J2的实例，如图7、8、9和10A-10C所示。[0072]在图7所示的实例中，主体部分11的端面IOE从杆头I的外侧朝着杆头I的内侧向开口 O倾斜。相应地，冠部部件IB的端面IBE也倾斜，从而与端面IOE适配。
[0073]冠部部件IB可以被设置于杆头主体IA的冠部外缘部分10的端面IOE上，为焊接操作准备。在该场合中，倾斜的端面IOE有助于进行冠部部件IB的精确定位。
[0074]在冠部部件IB的这种状态下，进行激光焊接。
[0075]如果冠部部件IB的激光透射系数是60%以上，则激光光束LB可以从杆头I外表面一侧透过冠部部件被辐照到冠部外缘部分10的端面IOE上。因此，端面IOE和端面IBE用和上述关于图5A和5B解释的一样的方法被焊接，并且形成所谓“斜面接头(bevel joint)”的对焊接头J2。
[0076]不同于图7中的描述,激光光束LB的轴CL可以被设定为相对于端面IOE基本上
呈90度。
[0077]图8显示了对焊接头J2的另一种实例。在该实例中，主体部分11的端面IOE从杆头I内侧朝着杆头I外侧向开口 O倾斜。相应地，冠部部件IB的端面IBE也倾斜，从而与端面IOE适配。
[0078]激光光束LB可以从杆头主体IA的外侧与端面IOE相对地被辐照到冠部外缘部分10的外表面上。
[0079]在冠部部件IB的激光透射系数较高、并且激光光束LB将要透过冠部部件IB辐照在端面IOE上的情况下，通过利用在杆头主体IA底部一侧形成的另一个开口(未显示)，冠部部件IB被设置在杆头主体IA的中空(i)内、并且安装在开口 O中、以及激光光束LB从内侧辐照变得有可能。
[0080]如果杆头主体IA倒置，则冠部部件IB可以被容易地放置于冠部外缘部分10的端面IOE上。
[0081]在该实例中，也形成所谓“斜面接头”的对焊接头J2。
[0082]在图7和图8所示对焊接头J2的实例中，在杆头I的端面IOE和外表面之间形成的锐角所限定的端面IOE的倾角Θ被设定在5至30度、优选7至15度的范围内。
[0083]图9显示了对焊接头J2的另一种实例。在该实例中，端面IOE和IBE基本上垂直于杆头的外表面。
[0084]在垂直于杆头外表面的横截面中，端面IOE和IBE是直的。
[0085]在该实例中，激光光束LB例如透过树脂部件被倾斜地辐照在述端面IOE上。
[0086]作为对焊接头J2的另一个实例，也可以使用所谓的“槽接接头(shiplapjoint)”，其中在垂直于杆头外表面的横截面中，端面IOE和IBE形成锯齿形曲线，从而彼此啮合。每个锯齿形曲线由三个片段组成:与杆头外表面平行地延伸的中间片段；以及由中间片段的两个末端开始彼此相反地、并且与杆头外表面垂直地延伸的两个片段。
[0087]图10A、10B和IOC显示了对焊接头J2的其他实例。这些实例是图7和8、特别是图7中所示“斜面接头”的变型。
[0088]在图1OA和IOB中，与前述实例的差异是端面IOE和IBE中的一个上设置有凹陷部21，而另一个端面上设置有突出部20以便与所述凹陷部21适配。
[0089]突出部20和凹陷部21沿着开口 O的边缘可以是连续的或者不连续的。不连续的突出部20可以被形成得像是有许多销(pin)。[0090]由于突出部20和凹陷部21的啮合，结合强度可以被增大。另外，定位变得更容易。
[0091]在图1OC中，与前述实例的差异是，在垂直于杆头外表面的横截面中，端面IOE和IBE被形成锯齿形，以便彼此啮合。该类型的对焊接头J2被称作“钩嵌接头(hookedscarfjoint)，，。
[0092]无论如何，在形成焊接接头J之后，至少焊接接头J的外表面可以被抛光。另外，杆头的外表面可以涂敷着色涂料等，从而形成硬膜。
[0093]如上所述，在上述实施方式中，金属部件IA和树脂部件IB分别是杆头主体IA和冠部部件1B。
[0094]但是，金属部件可以形成为各种部件，例如，形成杆面部3、底部5、侧部6和杆颈部7中的一个以上部件，并且进一步作为重量部件等。
[0095]树脂部件可以形成为各种部件，例如，形成底部5的部件、形成侧部6的部件、形成冠部4和侧部6的部件等。
[0096]在上述实施方式中，金属部件IA形成高尔夫球杆头的大部分。但是，也可以将本发明应用于如下一种高尔夫球杆头:使得树脂部件(包括纤维增强树脂部件在内)形成高尔夫球杆头的大部分。
[0097]除了木杆型高尔夫球杆头以夕卜，可以将本发明应用于铁杆型、实用型(utility-type)和推杆型(patter-type)高尔夫球杆头。
[0098]比较试验
[0099]对于每一个下文所述的具有不同接头结构的杆头，利用电脑计算围绕穿过杆头重心的竖轴的杆头惯性矩。
[0100]结果如表I所示，并且图11中系统地显示了各个接头结构。
[0101][实施例1和实施例2]
[0102]实施例1相当于图1-3中所示的高尔夫球杆头。实施例2相当于图6-7中所示的高尔夫球杆头。除接头结构不同外，实施例1与实施例2相同，包括冠部部件的质量在内皆相同。杆头主体由钛合金制成。冠部部件是碳纤维增强树脂的模制品。
[0103][实施例3]
[0104]实施例3相当于具有图9中所示接头的高尔夫球杆头。除接头结构不同外，实施例3与实施例1相同,包括冠部部件质量在内皆相同。
[0105][对比例I]
[0106]对比例I与实施例3基本相同，不同之处在于冠部部件由钛合金制成。杆头的总质量是192.7克。
[0107][对比例2]
[0108]对比例2与实施例1基本相同，不同的是冠部部件通过粘合剂与杆头主体相连接，并且接收部具有比实施例1更宽的宽度，并且比实施例1的质量大1.6克。
[0109]为了将杆头的总质量调节成相同的值，按如下所述增加重量部件。
[0110]对比例2的冠部变得比对比例I轻5.2克。因此，将5.2克的重量部件固定到杆头侧部中最后面的位直。
[0111]实施例1变得在接收部比对比例2轻1.6克。因此，将(1.6+5.2=)6.8克的重量部件固定到杆头侧部中最后面的位置。[0112]实施例2和实施例3变得比对比例2轻5.4克。因此，将(5.4+5.2=)10.6克的重量部件固定到杆头侧部中最后面的位置。
[0113]表I
[0114]
【权利要求】
1.一种高尔夫球杆头，其包含由至少一种金属材料制成的金属部件和被焊接至所述金属部件的由树脂材料制成的树脂部件。
2.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于， 所述树脂材料是热塑性树脂。
3.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于， 所述高尔夫球杆头具有空心结构，所述金属部件在形成其杆头的上表面的冠部中设置有开口，并且所述树脂部件封闭该开口。
4.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于， 所述树脂部件用纤维增强。
5.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于， 在所述金属部件和所述树脂部件之间的焊接接头中，它们的端部一个重叠在另一个上。
6.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于， 在所述金属部件和所述树脂部件之间的焊接接头中，它们的端面互相对接。
7.如权利要求6所述的高尔夫球杆头，其特征在于， 所述金属部件和所述树脂部件的端面中的一个设置有凹陷部，而另一个端面设置有突出部，该突出部与凹陷部适配。
8.如权利要求6所述的高尔夫球杆头，其特征在于， 在焊接接头的横截面中，对接的端面或者沿焊接接头的厚度方向延伸、或者相对于焊接接头的厚度方向倾斜、或者呈锯齿形延伸。
9.一种用于制造具有空心结构的高尔夫球杆头的方法，所述高尔夫球杆头包括由金属材料制成的金属部件和由树脂材料制成的树脂部件，所述方法包括将树脂部件焊接至金属部件的步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于， 所述焊接通过用激光光束透过树脂材料辐照金属部件来完成。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于， 所述焊接通过用激光光束不透过树脂材料辐照金属部件来完成。
【文档编号】A63B53/04GK103446731SQ201310201935
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月27日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】早濑盛冶, 大贯正秀 申请人:邓禄普体育用品株式会社