专利名称：聚氨酯面层上有空气动力学表面的高尔夫球的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有聚氨酯面层的高尔夫球，特别涉及具有聚氨酯面层的高尔夫球的一种凹痕图案，该凹痕图案中的凹痕的大小不同。
相关技术高尔夫球员也许早在19世纪就认识到，表面有凹痕的高尔夫球的飞行性能比表面光滑的高尔夫球好。在1860’s前就可买到手锤敲制的杜仲胶高尔夫球，带有藤刺(隆起而非凹痕)的高尔夫球在19世纪-1908年流行。在1908年，英国人William Taylor获得带有凹痕、比带有藤刺的高尔夫球飞得更好、更精确的高尔夫球的英国专利。A.G.Spalding&Bros.购买美国专利权后引进带有Taylar凹痕的GLORY球。在二十世纪70年代前，GLORY球和大多数带有凹痕的高尔夫球有336个大小相同、使用相同ATTI图案的凹痕。ATTI图案是一种八面体图案，分成8个同心直线排，因高尔夫球模具的主要制造商得名。
过去60年中与高尔夫球表面有关的唯一革新是Albert Penfold作出的，他为Dunlop发明了一种网格图案高尔夫球。这一图案在1912年发明，到二十世纪30年代才被接受。
在二十世纪70年代一些高尔夫球大制造商开始对凹痕图案进行革新。1973年，Titlelist引入一种把高尔夫球分成20个三角形区的二十面体图案。但是，二十面体图案见John Vernon Pugh的英国专利No.377,354，该图案的凹痕位于高尔夫球的赤道上，该赤道一般为制作高尔夫球的模具的分界线。
在二十世纪70年代后期和80年代，高尔夫球大制造商的数学家们致力于增加高尔夫球的凹痕表面积(凹痕覆盖面积)。ATTI图案高尔夫球的凹痕表面约占50％。后来的突破把凹痕表面积提高到70％以上。在William Gobush的美国专利No.4,949,976公开的一种高尔夫球中，有422个凹痕，凹痕的覆盖率为78％。在二十世纪90年代，凹痕表面积的覆盖率突破80％。
在表面积覆盖率增加的同时，一高尔夫球上不同凹痕的数量也在增加。在ATTI图案公开的凹痕图案中，所有凹痕的大小都相同。在增加的不同凹痕数量中，不同凹痕的优选数量为三。在Oka等人的美国专利No.4,463公开的凹痕图案中，表面上有4种不同凹痕，其中，非凹痕表面上无法另有凹痕。Steven Aoyama的英国专利申请No.2157959公开了具有5种不同直径的凹痕。此外，在WilliamGobush发明的十四面体图案中，凹痕有11种不同直径。参见500Yearof Golf Balls，Antique Trade Books，page 189。但是，在一种高尔夫球上发明的具有多种凹痕的凹痕图案仅在一般高尔夫球手能在市场上买得到该种高尔夫球时才有价值。
此外，凹痕图案取决于截面形状如八面体、十二面体和二十面体图案。在美国专利No.5,201,522公开的一种高尔夫球凹痕图案中，有用相同数量凹痕形成的五边形。在美国专利No.4,880,241公开的一种具有改进二十面体图案的高尔夫球凹痕图案中，位于赤道上的三角形截面使得赤道处没有凹痕。
尽管与高尔夫球凹痕图案有关的专利已有成百篇，但仍需要对现有凹痕图案、特别是对具有聚氨酯面层的高尔夫球的凹痕图案作出改进。具有热定形聚氨酯面层的高尔夫球如Maxfli REVOLUTION、MaxfliHT、Titlelist PROFESSIONAL、Titlelist TOUR PRESTIGE和Slazenger RAM420都需要对聚氨酯材料的固有特性、包括回旋增加、阻力提高和制作难度增加作出补偿。还需要设计出使具有热定形聚氨酯面层的高尔夫球的空气动力学性能最优化的凹痕图案。
本发明概述本发明提供一种新颖凹痕图案，该图案减小高尔夫球上的高速阻力的同时提高其低速升力，从而提高高尔夫球的飞行距离。为此本发明提供布置成一图案的多组凹痕，这些凹痕覆盖多达86％的高尔夫球表面。
本发明的一个方面是一高尔夫球上的一种凹痕图案，该高尔夫球有一热定形面层，其表面至少涂有底漆。优选的热定形材料为聚氨酯，但本发明当然也可使用其他热定形材料。该高尔夫球的表面上有多组不同凹痕。各组凹痕的直径不同。各组凹痕离其凹痕的弦的深度不大于0.0060英寸。各组凹痕离其凹痕的弦的深度可为0.0045-0.0060英寸。各组凹痕各有一进入角，该进入角可为14°-16°。各组凹痕各有一边缘半径，该边缘半径可为0.020-0.050英寸。
本发明的另一个方面为一具有热定形聚氨酯面层的高尔夫球上的一种凹痕图案，该图案可提高低速升力和降低高速阻力。该高尔夫球包括该涂漆热定形聚氨酯面层表面上的多组不同凹痕。各组凹痕的直径不同。这多组不同凹痕至少覆盖该高尔夫球的表面的83％。该高尔夫球在70,000雷诺数和2000rpm下的升力系数大于0.20，在180,000雷诺数和3000rpm下的阻力系数小于0.232。
附图的简要说明
图1为本发明高尔夫球一优选实施例的“赤道”视图。
图1A同图1，但示出各行凹痕。
图1B同图1，但示出凹痕过渡区。
图2为图1高尔夫球的“地极”视图。
图2A同图2，但示出由凹痕构成的一连串五边形。
图2B同图2，但示出由凹痕构成的单个环绕五边形。
图3为图1高尔夫球的地极图，示出星形构型。
图4为本发明高尔夫球第一组凹痕的一凹痕的放大剖面图。
图4A为示出进入半径的定义的局部剖面图。
图5为本发明高尔夫球第二组凹痕的一凹痕的放大剖面图。
图6为本发明高尔夫球第三组凹痕的一凹痕的放大剖面图。
图7为本发明高尔夫球第四组凹痕的一凹痕的放大剖面图。
图8为本发明高尔夫球第五组凹痕的一凹痕的放大剖面图。
图9为本发明高尔夫球第六组凹痕的一凹痕的放大剖面图。
图10为本发明高尔夫球第七组凹痕的一凹痕的放大剖面图。
图11为本发明高尔夫球另一实施例的“地极”视图。
图12为本发明高尔夫球又一实施例的“赤道”视图。
图13为示出升力系数与雷诺数之间关系的曲线图。
图14为示出阻力系数与雷诺数之间关系的曲线图。
本发明最佳实施方式如图1-3所示，一高尔夫球总的用标号20表示。该高尔夫球可为一一构件、两构件、三构件等等高尔夫球。此外，该三构件高尔夫球可有一卷绕层或一坚固边界层。高尔夫球20的面层21可为任何合适材料。优选的面层21由热定形聚氨酯材料制成，但是，在本发明范围和精神内当然也可使用其他材料。高尔夫球20可有精整底漆和/或面漆。
高尔夫球20有一表面22。高尔夫球20还有一把高尔夫球20分为第一半球26和第二半球28的赤道24。第一半球26中沿经线弧从赤道24转过90度为第一极30。第二半球28中沿经线弧从赤道24转过90度为第二极32。
在两半球26和28的表面22上有分成七组不同凹痕的382个凹痕。从数量上看，第一组凹痕34的数量最多，在该优选实施例中为220个凹痕。其次是第二组凹痕36，在该优选实施例中为100个凹痕。其次是第三和第四组凹痕38和40，在该优选实施例中各有20个凹痕。其次是第五和第六组凹痕42和44，在该优选实施例中各有10个凹痕。第七组凹痕46只有两个凹痕。在一优选实施例中，这382个凹痕覆盖该高尔夫球表面22的86％。
第七组凹痕46的两个凹痕各位于两极30和32上。第五组凹痕42中的每一个凹痕与第七组凹痕46之一邻接。位于第一半球26中的第五组凹痕42的5个凹痕各与赤道24和第一极30等距。位于第二半球28中的第五组凹痕42的5个凹痕各与赤道24和第二极32等距。这些地极处凹痕42和46约占高尔夫球20表面22的2％。
图8示出第五组凹痕42的一凹痕的横截面。凹痕42的半径R5约为0.0720英寸，弦深C5约为0.0054英寸，进入角θ5约为15.7°，边缘半径ER5约为0.0336英寸。图10示出第七组凹痕46的一凹痕的横截面。凹痕46的半径R7约为0.0510英寸，弦深C7约为0.0049英寸，进入角θ7约为13.4°，边缘半径ER7约为0.0336英寸。
第六组凹痕44的10个凹痕约占高尔夫球20表面22的3％。位于第一半球26中的第六组凹痕44的5个凹痕各与赤道24和第一极30等距。位于第二半球28中的第六组凹痕44的5个凹痕各与赤道24和第二极32等距。此外，每一个第六组凹痕44与三组不同凹痕34、36和40邻接。
图9示出第六组凹痕44的一凹痕的横截面。凹痕44的半径R6约为0.0930英寸，弦深C6约为0.0051英寸，进入角θ6约为15.2°，边缘半径ER6约为0.0333英寸。由于每一个第六组凹痕44的直径很大，因此本发明凹痕图案的表面覆盖率也很大。这与用直径减小的凹痕提高表面覆盖率的现有想法相反。
所有第四组凹痕40与第六组凹痕44的至少一个凹痕邻接。第四组凹痕40的20个凹痕约占高尔夫球20表面22的2.7％。位于第一半球26中的第四组凹痕40的10个凹痕各与赤道24和第一极30等距。位于第二半球28中的第四组凹痕40的10个凹痕各与赤道24和第二极32等距。此外，每一个第四组凹痕40与三组不同凹痕36、38和44邻接。
图7示出第四组凹痕40的一凹痕的横截面。凹痕40的半径R4约为0.062英寸，弦深C4约为0.0052英寸，进入角θ4约为15.2°，边缘半径ER4约为0.0358英寸。
所有第三组凹痕38与第六组凹痕44的至少一个凹痕邻接。第三组凹痕38的20个凹痕约占高尔夫球20表面22的3.8％。位于第一半球26中的第三组凹痕38的10个凹痕各与“赤道”24和第一极30等距。位于第二半球28中的第三组凹痕38的10个凹痕各与“赤道”24和第二极32等距。此外，每一个第三组凹痕38与三组不同凹痕34、36和40邻接。
图6示出第三组凹痕38的一凹痕的横截面。凹痕38的半径R3约为0.074英寸，弦深C3约为0.0053英寸，进入角θ3约为15.3°，边缘半径ER3约为0.0344英寸。
第一组凹痕34的220个凹痕由于其数量、大小和在高尔夫球20表面22上的位置在不同组凹痕34-46中影响最大。第一组凹痕34的220个凹痕约占高尔夫球20表面22的53％。位于第一半球26中的第一组凹痕34的110个凹痕位于“赤道”24上方第一行80和第二行82中或环绕第一极30的伪星形构型84中，该伪星形构型在图3中可看得最清楚。同样，位于第二半球28中的第一组凹痕34的110个凹痕位于赤道24下方第一行90和第二行92中或环绕第二极32(未示出)的伪星形构型94(未示出)中。
图4示出第一组凹痕34的一凹痕的横截面。凹痕34的半径R1约为0.0834英寸，弦深C1约为0.0053英寸，进入角θ1约为15.3°，边缘半径ER1约为0.0344英寸。与现有技术中使用的术语“进入半径”或“边缘半径”不同，本文中边缘半径为一与进入角一起对凹痕轮廓的下凹部和上凸部划定界线的值。如图4所示，两Bézier曲线的第一和第二导数在由该边缘半径和该进入角界定的该点处必须相等。在不同组凹痕34-46中，由于其数量、大小和在高尔夫球20表面22上的位置其次影响最大的是第二组凹痕36的100个凹痕。第二组凹痕36的100个凹痕约占高尔夫球20表面22的22％。因此，第二组凹痕36与第一组凹痕34一起约占高尔夫球20表面22的75％。位于第一半球26中的第二组凹痕36的50个凹痕位于“赤道”24上方第三行86、环绕第一极30的第二五边形102中或纬度过渡区70上。同样，位于第二半球28中的第二组凹痕36的50个凹痕位于赤道24下方第三行96、环绕第二极32的第二五边形102a(未示出)中或纬度过渡区72上。图5示出第二组凹痕36的一凹痕的横截面。凹痕36的半径R2约为0.079英寸，弦深C2约为0.0053英寸，进入角θ2约为15.1°，边缘半径ER2约为0.0315英寸。
从图1A可看得最清楚，每一半球26和28有起始于“赤道”24的三行凹痕。第一半球26的第一和第二行80和82和第二半球28的第一和第二行90和92由第一组凹痕34构成。第一半球26的第三行86和第二半球28的第三行96由第二组凹痕36构成。这些行的图案用来提高凹痕在高尔夫球20上的表面覆盖率。但是，如前所述，按照现有技术，用另外若干行半径减小的凹痕来提高表面覆盖率。但是，本发明凹痕图案从各行赤道凹痕过渡成一五边形区98。该五边形区98从图2A中可看得最清楚。一相同五边形区98a(未示出)环绕第二极32。五边形区98从第一极30向外有5个五边形100、102、104、106和108。同样，从第二极32向外有五边形100a、102a、104a、106a和108a.。第一五边形100由第五组凹痕42构成。第二五边形102由第二组凹痕36构成。第三五边形104由第一组凹痕34构成。第四五边形106也由第一组凹痕34构成。第五五边形108由第一组凹痕34和第六组凹痕44构成。但是，较大第五五边形108’包括第五五边形108和位于第三行86和第五五边形108之间的所有凹痕。五边形区98用来提高本发明凹痕图案的表面积。
图2B示出构成五边形区98的5个三角形130-138。虚线140示出与纬度过渡区70重叠的较大五边形区98’的范围。
从图1B中可看得最清楚，第三组凹痕38、第四组凹痕40和第六组凹痕44的所有凹痕位于纬度过渡区70和72中。纬度过渡区70和72使得本发明凹痕图案从行80、82、86、90、92、96过渡到五边形区98和98’。两半球26和28中的纬度过渡区70和72各覆盖离“赤道”24经度40-60°之间的圆周区。第一纬度过渡区70的极边界120离“赤道”24约60经度，其“赤道”边界122离“赤道”24约40经度。同样，第二纬度过渡区72的极边界120a离“赤道”24约60经度，其“赤道”边界122a离“赤道”24约40经度。
图11和12示出本发明凹痕图案的另两个实施例。图11高尔夫球20a上的凹痕图案只有五组不同凹痕34、36、40、42和44。图12高尔夫球20b上的凹痕图案只有六组不同凹痕34、36、38、40、42和44。高尔夫球20a和20b的凹痕图案都将极30和32上的第七组凹痕46除去，高尔夫球20a的凹痕图案用第五组凹痕42中的凹痕取代第三组凹痕38的所有凹痕。
作用在飞行高尔夫球上的力由如下轨道方程计算F＝FL+FD+G(A)其中，F为作用在高尔夫球上的力；FL为升力；FD为阻力；G为重力。方程A中的升力和阻力的计算式为FL＝0.5CLAρv2(B)FD＝0.5CDAρv2(C)其中，CL为升力系数；CD为阻力系数；A为高尔夫球的最大横截面面积；ρ为空气密度；v为高尔夫球飞行速度。
阻力系数CD和升力系数CL可用下式计算CD＝2FD/Aρv2(D)CL＝2FL/Aρv2(E)雷诺数R为表示作用在一在一流体中运动的物体上的惯性力与粘滞力之比的无量纲常数。带有凹痕的高尔夫球在R大于40000时出现紊流。当R小于40000时，气流为层流。飞行中的带有凹痕的高尔夫球周围的空气紊流使得它比光滑高尔夫球飞得更远。
雷诺数R由下式计算R＝vDρ/μ(F)其中，v为高尔夫球的平均速度；D为高尔夫球的直径(通常为1.68英寸)；ρ为空气密度(在标准大气条件下为0.00238slugs/ft3)；μ为空气的绝对粘度(在标准大气条件下为3.74×10-7lb*sec/ft2)。其直径满足USGA1.68英寸要求的高尔夫球从球座击起、飞行中达到最高速度200ft/s或136mph时在标准大气条件下的雷诺数R约为180,000。其直径满足USGA1.68英寸要求的高尔夫球飞行中达到最高点、最低速度78ft/s或53mph时在标准大气条件下的雷诺数R约为70,000。达到最高点后重力将提高高尔夫球的速度。
图13为其上有本发明凹痕图案的高尔夫球20的升力系数与Titlelist PROFESSIONAL、Titlelist TOUR PRESTIGE、MaxfliREVOLUTION和Maxfli HT URETHANE的比较图。图14为其上有本发明凹痕图案的高尔夫球20的阻力系数与Titlelist PROFESSIONAL、Titlelist TOUR PRESTIGE、Maxfli REVOLUTION和Maxfli HTURETHANE的比较图。
用于比较测试的所有高尔夫球、包括具有本发明凹痕图案的高尔夫球20都有一热定形聚氨酯面层。具有本发明凹痕图案的高尔夫球20的制作见其相关部分作为参考资料包括在此、申请日为1999年7月27日的美国专利No.6,117,024“Golf Ball With A PolyurethaneCover”。但是，本发明凹痕图案的空气动力学使得升力提高、阻力下降，从而使得高尔夫球20比同样结构的传统高尔夫球飞得更远。
与具有聚氨酯面层的其他高尔夫球比较，本发明高尔夫球20是在高速下阻力系数降低、而在低速下升力系数提高的唯一一种高尔夫球。确切说，如图13和14所示，其他高尔夫球没有一种在70,000雷诺数下升力系数CL大于0.18、而在180,000雷诺数下阻力系数CD小于0.23。例如，尽管Tiltelist PROFESSIONAL在70,000雷诺数下CL大于0.18，但其阻力系数CD在180,000雷诺数下大于0.23。此外，尽管Maxfli REVOLUTION在180,000雷诺数下阻力系数CD大于0.23，但其CL在70,000雷诺数下小于0.18。
在这方面，由美国高尔夫球联合会(“USGA”)和圣安德鲁斯皇家和古代高尔夫球俱乐部批准的高尔夫球规则把一高尔夫球的初速度限制在每秒250英尺(76.2m)(可有2％的误差，因此初速度最大为255m/sec)、总距离限制在280码(256m)加6％的误差，因此最大距离为296.8码(6％的误差可降低为4％)。高尔夫球规则的完整说明可见USGA网页www.usga.org。因此，为了符合高尔夫球规则，一高尔夫球的初速度和总距离不得超过这些限制。因此，高尔夫球20的凹痕图案使高尔夫球20满足、但不超过这些限制。
权利要求
1.一种有一表面的高尔夫球，该高尔夫球包括多组凹痕，其中，该高尔夫球在70,000雷诺数和2000rpm下的升力系数大于0.18，在180,000雷诺数和3000rpm下的阻力系数小于0.232。
2.一种有一表面的高尔夫球，该高尔夫球包括该表面上第一多个凹痕，第一多个凹痕的每一个凹痕有第一直径0.124英寸；该表面上第二多个凹痕，第二多个凹痕的每一个凹痕有第二直径，第二直径大于第一直径；该表面上第三多个凹痕，第三多个凹痕的每一个凹痕有第三直径，第三直径大于第二直径；该表面上第四多个凹痕，第四多个凹痕的每一个凹痕有第四直径，第四直径大于第三直径；[以及]该表面上第五多个凹痕，第五多个凹痕的每一个凹痕有第五直径，第五直径大于第四直径；以及该表面上第六多个凹痕，第六多个凹痕的每一个凹痕有第六直径，第六直径大于第五直径，约为0.186英寸；其中，第一、第二、第三、第四、第五和第六多个凹痕至少覆盖该高尔夫球该表面的83％。
3.按权利要求2所述的高尔夫球，其特征在于，进一步包括该表面上多个具有第七直径的第七凹痕，第七直径小于第一直径；第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七多个凹痕至少覆盖该高尔夫球该表面的86％。
4.按权利要求1所述的高尔夫球，其特征在于，位于该高尔夫球的第一半球上的第一多个凹痕、第二多个凹痕、第三多个凹痕和第六多个凹痕中的各凹痕与第一极之间的距离相同，位于该高尔夫球的第二半球上的第一多个凹痕、第二多个凹痕、第三多个凹痕和第六多个凹痕中的各凹痕与第二极之间的距离相同。
5.一种有一表面的高尔夫球，该高尔夫球包括382个凹痕，其中，这382个凹痕分成7组不同凹痕，各组凹痕的直径不同；这382个凹痕至少覆盖该高尔夫球该表面的86％。
6.一种具有一热定形聚氨酯面层的高尔夫球，该聚氨酯面层有一表面，该表面至少涂有底漆，该高尔夫球包括382个凹痕，其中，这382个凹痕分成至少7组不同凹痕，各组凹痕的直径不同；这382个凹痕至少覆盖该高尔夫球该表面的86％；这7组不同凹痕的每一个凹痕从一从该凹痕的曲线的一偏转点伸出的一假想水平平面到该凹痕底部的弦深为0.0045英寸-0.0060英寸。
7.按上述任一权利要求所述的高尔夫球，其特征在于，该热定形聚氨酯面层的厚度为0.030-0.038英寸。
全文摘要
公开了一有一热定形聚氨酯面层(21)的高尔夫球(20)的一种凹痕图案。该凹痕图案包括多组凹痕(34、36、38、40、42、44和46),各组凹痕(34、36、38、40、42、44和46)的直径不同。一优选的凹痕组(34、36、38、40、42、44和46)为七组不同凹痕(34、36、38、40、42、44和46)。这些凹痕(34、36、38、40、42、44和46)可覆盖该高尔夫球(20)该表面(22)的83%。该独特凹痕图案使得一有热定形聚氨酯面层(21)的高尔夫球(20)包括进入角更陡的浅凹痕(34、36、38、40、42、44和46)。该独特凹痕图案还使得一有热定形聚氨酯面层(21)的高尔夫球(20)的低速升力提高、高速阻力减小。
文档编号A63B37/00GK1346294SQ00803913
公开日2002年4月24日 申请日期2000年9月14日 优先权日1999年9月16日
发明者S·S·奥格 申请人:卡拉韦高尔夫公司