专利名称：带加重块的高尔夫球杆杆头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及到一种高尔夫球杆，更具体地说，是涉及到一种带有由多种材料做成的加重块的高尔夫球杆。
高尔夫球杆设计的初旨通常是为着提高高尔夫球手的表现。尽管这种提高要涉及到多个领域，但设计者还是努力去设计一种更加顺手的高尔夫球杆。可以通过将球杆的重心移到一个合适的位置，并得到较大的惯性矩来实现高尔夫球杆的这种顺手性。
对于由同类或单一材料(比如说不锈钢)做成的高尔夫球杆杆头，因为能被有代表性的高尔夫球手接受的总体重量受到限制，所以增加其顺手性有着相当的难度。为了克服这个困难，设计者寻求将不同的材料(密度大的和密度小的)粘结起来，以便得到合适的重心和大的惯性矩。密度很大的材料可以让设计者在提高高尔夫球杆性能方面有最大的自由度，因为只需较小的体积就可以得到适当的重量，最经济及市场上可以得到的大密度材料是钨，其密度为19.3克/立方厘米。
在使用不同材料时的一个挑战性问题是高尔夫球杆杆头中不同材料粘结在一起的能力。高尔夫业界创造了很多的技术将不同材料粘结在高尔夫球杆杆头中。GREAT BIG BERTHA钨-钛铁头杆就是其中一个例子，这种铁头杆为加利福利亚，卡尔斯贝德的克勒威高尔夫制品公司(Callaway Golf Company of Carlsbad，California)研制。在这种铁头杆中，钨块用螺钉拧在钛铁头杆的后底部。另一个例子是GREATBIG BERTHA TUNGSTEN-INJECTED HAWK EYE铁头杆，同样也是由克勒威高尔夫制品公司研制，这种铁头杆的特征是其有一内腔，该内腔装有混在焊料里的钨颗粒用于带内腔的钨钛铁头杆，如在1999年6月11日提交的同时待审的美国专利09/330,292号申请所公开的。木头杆的例子有也是由克勒威高尔夫制品公司研制的GREAT BIGBERTHA HAWK EYE的长打球杆和草地球杆，在这类杆中，在钛杆头的底部拧有钨螺丝。其它的技术方法有采用粘接剂来粘合材料，对材料进行压入配合，对材料进行铜焊，或采用凹槽或开口的方式在结构上由一种材料件容纳另一种材料件。
大多数技术方法都需要将经过精密加工过的加重件配合安装到高尔夫球杆头的一个精确位置。最为经济的方法是在高尔夫球杆杆头上铸出个容纳加重块的腔，然后再将加重块用螺丝拧上去。不过，铸造的允许误差很小，并且还得对空腔本身进行加工或对加重块进行加工以便装入每一空腔中。而使用软材料又不合适，因为在对高尔夫球杆杆头进行磨光的过程中，这些软材料的玷污对成品的最后加工增加了难度。
还有一种共铸方法，就是在浇注基底金属之前将加重块加入模具中，但这种方法因其受材料的影响而存在问题，因为在将基底金属高温液体浇注到加重块上时，由于加重块温度相对低，会引起热冲击。同时，在这种异类材料的共铸中，材料的热膨胀不一致也是个问题。而且在去杆(re-shafting)时也会引发一些问题，去杆就是对高尔夫球杆头加热以便移去球杆。这种加热会导致熔点较低材料(如环氧树脂和焊料)的流动，可能导致加重物的移动。
本发明不用对加重块进行精密的加工就能使高尔夫球杆杆头很容易地得到加重。本发明通过对置于高尔夫球杆杆头空腔内的由多种成分的材料构成施加压力，在高尔夫球杆杆头内形成了由多种成分材料组成的加重块，从而能够达到前面所述目标。
本发明最为普遍的方面是提供一种高尔夫球杆杆头，该杆头由杆头体和加重块组成。杆头体包括冲击板、根端、趾端以及空腔。加重块由多种成分的材料做成并被放置在杆头体的空腔内。
本发明的另一方面是提供一种带有后腔的高尔夫球杆杆头，该杆头由杆头体和加重块组成。杆头体包括冲击板、根端、趾端以及面朝撞击板的主后腔。主后腔在顶壁、底壁、前壁和后壁之间形成。在底壁上还设有一个预定形状的第二腔。加重块放置在第二腔里面并且占据了整个空腔。加重块由多种成分的材料组成。
本发明的又一方面是提供一种制作高尔夫球杆杆头的方法。该方法包括将多种成分的粉末/颗粒混合物装进高尔夫球杆杆头的空腔，然后对所述多种成分的粉末/颗粒混合物施加预先设定大小的压力，压实腔体内的多种成分的粉末/颗粒混合物并使之形成加重块。也可以将多种成分的粉末/颗粒混合物加热到设定的温度，以便对空腔里面的多种成分的粉末/颗粒混合物进行热压实。该设定温度在所述多种成分的粉末/颗粒混合物中一种成分的熔点之上或非常与之接近。
多种成分的粉末/颗粒混合物可由一种密度很大的组分和一种粘结剂组分组成。所述多组分的粉末/颗粒混合物的一种变话可由钨和锡组成，或者由钨和锡铋材料组成。
在对本发明作了简要的描述之后，对本发明相关技术熟悉的人可以粘结附图，从下面的关于本发明的描述中认识到本发明上面所述的和进一步的目标，特征和优点。
图1为本发明高尔夫球杆杆头的后视图；图2为图1中高尔夫球杆杆头的前视图；图3为图1中高尔夫球杆杆头的顶部透视图；图4为图1中高尔夫球杆杆头的根端透视图；图5为图1中高尔夫球杆杆头的趾端透视图；图6为图1中高尔夫球杆杆头的底部透视图；图7为图1中高尔夫球杆杆头沿线7-7剖开的横截面图；图8为本发明高尔夫球杆杆头的另一实施例的后视图；图9为图8中高尔夫球杆杆头沿线9-9剖开的横截面图；图10为本发明的工艺流程图；图11为本发明高尔夫球杆杆头未成品的后视图；图12为图11中高尔夫球杆杆头未成品沿线12-12剖开的横截面图13为图11中装有粉末母体材料的高尔夫球杆杆头未成品的后视图；图14为图13中有冲压头压在上面的高尔夫球杆杆头未成品沿线14-14剖开的横截面图；图15为高尔夫轻击杆杆头图；图16为高尔夫木头杆杆头图；图17为锡的体积百分比与相对密度的关系图；图18为锡的体积百分比与相对密度的关系图；图19为锡的体积百分比与相对密度的关系图。
如图1到图7所示，高尔夫球杆杆头通常用数字20指代。高尔夫球杆杆头20是由杆头体22和加重块24组成的背后开有空腔的铁杆杆头20。高尔夫球杆杆头20有根端26、趾端28和底部29。在杆头体22的前边，有冲击板30，冲击板30上有许多格线32。用于插入球杆36的管口34位于高尔夫球杆杆头20的根端26。在高尔夫球杆杆头20的背部有主腔38，主腔38由顶壁40、底壁42、后壁44和前壁46围成。在高尔夫球杆杆头20上可以选择性地开出围绕主腔38并直接朝着主腔38的凹槽48。
加重块24由压实在杆头体22的空腔25(图11所示)中的多种成分的粉末或颗粒混合物组成。空腔25最好是朝着底部29和底壁42。不过对相关技术熟悉的人会认识到空腔25和加重块24可以布置在许多不同的位置来达到所需效果。如图7所示，加重件25让占高尔夫球杆杆头20质量很大百分比的质量处于高尔夫球杆杆头20中一个较低的位置，从而使得高尔夫球杆杆头20的重心下降，因此对高尔夫球手来说，高尔夫球杆杆头20变得更加顺手。
图8和图9显示了本发明的另一种实施例高尔夫球杆杆头20a。和图1到图7的背后开有空腔的铁杆杆头相比，高尔夫球杆杆头20a是一种叶片形铁杆杆头。图8和图9中的高尔夫球杆杆头20a没有主腔38，也没有凹槽48。加重块24a成环形地围绕杆头体22的背面39。另外，用于容纳加重块24a的空腔25a只是朝向背面39，并不和前面实施例中一样还朝向底部。环形加重块24a使得周边加重的高尔夫球杆杆头20a和背后带空腔的铁头杆差不多，因此这种传统的具有叶片形外观的杆头的顺手性和背后带空腔的铁杆杆头的顺手性差不多。环形加重块24a与图1到图7中的加重块24比较，其占高尔夫球杆杆头20a的体积更多一些，因此所占的质量百分比也更大。根据制造方法的不同，本发明加重块被置于不同轮廓形状的高尔夫球杆杆头空腔中。
图10显示了本发明带有加重块24或24a的高尔夫球杆杆头20或20a的生产工艺流程图，其中，加重块24或24a由多种成分的粉末或颗粒混合物组成。整个过程由制作高尔夫球杆杆头20开始，高尔夫球杆杆头20最好为方框202中所示惯常的溶模铸造方式制造。不过，对相关技术熟悉的人会认识到，高尔夫球杆杆头20或20a也可以使用其它高尔夫行业熟知的技术方法制造，如锻造。高尔夫球杆杆头20可由不锈钢、钛、钛合金、锆、锆合金、铜、镍、钴合金或类似材料制成。如图11所示，高尔夫球杆杆头20铸有空腔25，如图12所示，高尔夫球杆杆头20最好带有用来容纳混合物的边缘51。边缘51将在精加工中被去掉。根据高尔夫球杆杆头20的加重块24应有的质量，空腔25的容积预先设定。在方框204中，用于形成多种成分的粉末或颗粒混合物的母体粉末材料经压缩以便置入空腔25中。混合物可由粉末，颗粒或二者的混合物构成。母体粉末或颗粒材料由密度很大，颗粒大小各异(从1.0毫米到0.01毫米)的成分组成，这样是为了让加重块24具备低的疏松度。较佳的大密度材料是钨，其密度为19.3克/立方厘米(g/cm3)，不过，也可以使用其他一些大密度材料，如钼(10.2克/立方厘米)，钽(16.7克/立方厘米)，铂(21.4克/立方厘米)，金(19.3克/立方厘米)，银(10.3克/立方厘米)等等。另外，大密度陶瓷粉末也可用作为这种大密度成分。混合物中大密度成分占加重块24体积的5％到95％。
除了如钨之类的大密度材料外，多种成分的粉末或颗粒混合物还包括一种粘结成分，如锡或其他类似材料。多种成分的粉末或颗粒混合物中的粘结成分占加重块24体积的4％到50％。加重块24的整体密度在11.0克/立方厘米到17.5克/立方厘米之间。在12.5克/立方厘米到15.9克/立方厘米之间较合适，最好为15.4克/立方厘米。
回到图10，粉末经彻底混合是粘结成分充分分散到多种成分的粉末或颗粒混合物中。如图13所示，多种成分的粉末或颗粒混合物可以预先被压实成为金属块，如方框206所示，以便定位并在空腔25内加压。在置入空腔25中之前，先压实多种成分的粉末或颗粒混合物可以使得混合物的密度更大一些。在方框206中，混合物在10,000磅/平方英寸(psi)到100,000磅/平方英寸的压力下在空腔25内压缩，压力为20,000磅/平方英寸到60,000磅/平方英寸更好，50,000磅/平方英寸最好。如图14所示，压头57用来对混合物施加压力，压实混合物使之形成加重块24。
在多种成分的粉末或颗粒混合物在空腔25内被压实之后，在方框208中，未完成的高尔夫球杆杆头20b可选择性地置入炉子内，在标准大气压下和空气中对多种成分的粉末或颗粒混合物进行加热。更加准确地说，本发明的工艺既不需要真空，也不需要液相烧结工艺中所需要的惰性或还原环境。在炉子中，保持压头57对混合物施加常压，多种成分的粉末或颗粒混合物被加热1到30分钟，2到10分钟更好，最好为5分钟。炉子温度为混合物中至少一种成分的熔化温度，在300°F到550°F之间，450°F更好。如图14所示，最好是粘结成分被加热到其熔点并被液化。不过，对此技术熟悉的人会认识到加热温度是根据多种成分的粉末或颗粒混合物的组成而变化的。粘结成分最好是锡，在450°F下的热压使得锡填充到多种成分的粉末或颗粒混合物的空隙中，因此减小了加重块24的疏松度，增大了其密度。当锡熔化时，钨(熔点为3400℃)或其他大密度的成分仍保持粉末形态。
在方框210中，内含加重块24的高尔夫球杆杆头未成品经铣、磨、抛光等工序后最终完成。在此工艺阶段，边缘51被去掉。对此技术熟悉的人会认识到，加重块24的密度取决于铁头球杆，木头球杆或推拨求杆等杆类型。对密度的控制是通过改变锡之类粘结成分的数量，以及变化压力和温度来实现的，如图17到图19所示。
图17到图19是多种成分的粉末或颗粒混合物在不同成分，不同压力和温度下的关系图。每张图的Y轴为相对密度，即实际测量出的密度占理论或期望密度值的百分比。此过程在标准大气压力下(1个大气压)和空气中进行。理论或期望密度是混合物在高压和还原环境中加工得到的密度。本发明使用不需要还原环境和高压的方法，能达到70％到99％的理论或期望密度。
图17为处于50,000磅/平方英寸压力下的锡和钨混合物(忽略疏松度)中锡的体积与相对密度的关系图。在锡的体积达到22％时，混合物密度最高，为14.6克/立方厘米，而在锡的体积达到50％时，混合物相对密度最高为99％达到12.5克/立方厘米。
图18为处于50,000磅/平方英寸，100,000磅/平方英寸下的锡钨混合物(忽略疏松度)中锡的体积与相对密度的关系图。在锡的体积达到22％时，混合物密度最高，为15.4克/立方厘米，而在锡的体积达到40％压力为100,000磅/平方英寸时，混合物相对密度最高为99％达到13.9克/立方厘米。
图19为处于50,000磅/平方英寸，100,000磅/平方英寸以及室温和450°F下的锡钨混合物(忽略疏松度)中锡的体积与相对密度的关系图。在锡的体积达到12％时，混合物密度最高为16.6克/立方厘米；而在锡的体积达到25％，压力为100,000磅/平方英寸并且在450°F下时，混合物相对密度最高为99％达到16.4克/立方厘米。图19说明了在热压下，加重块24具有最高的密度和相对密度。
尽管本发明是参考铁头球杆进行说明，但对相关技术熟悉的人会认识到，本发明也可用在分别由图15和图16示出的推杆杆头91和木头杆杆头93上。
相信从前面的描述中，对相关技术熟悉的人可以认识到本发明的一些优点，并且易于理解到，尽管本发明是用一个优选实施例和附图中的其他实施例作介绍，但在不脱离本发明主旨和领域的情况下，大量的变化，修改和等同物的替换都是可以实施的，并且除了后面的权利要求中所阐明的，本发明并不局限于前面所述内容。因此，具有排他性特征或特权的本发明的一些实施例将在后面的权利要求中予以定义。
权利要求
1.一种高尔夫球杆杆头，包括杆头体，带有冲击板、根端、趾端和空腔；和置于所述杆头体空腔内的加重块；所述加重块由压实的多种成分的粉末材料构成，所述多种成分的粉末材料包括占所述多种成分的粉末材料体积50％到95％的钨和占所述多种成分的粉末材料体积5％到50％的锡。
2.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆杆头的所述加重块的密度在12.0克/立方厘米到17.0克/立方厘米之间。
3.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆杆头的所述加重块的密度在所述多种成分的粉末材料理论密度的80％到99％之间。
4.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆杆头的所述加重块的密度约为16.7克/立方厘米。
5.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆杆头为铁杆头。
6.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆为长打球杆，木头球杆或推拨球杆。
7.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆杆头为叶片状铁杆杆头，所述加重块是一个围绕所述叶片状铁杆杆头背壁的环形结构，并与所述叶片状铁杆杆头冲击板相对。
8.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆杆头的所述加重块的密度在15.5克/立方厘米和16.7克/立方厘米之间。
9.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆杆头的所述加重块的孔隙度小于所述加重块体积的10％。
10.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述钨的体积占所述加重块体积的80％到90％，所述锡的体积占所述加重块体积的10％到20％。
11.根据权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述钨的体积约占所述加重块体积的78％，所述锡的体积约占所述加重块体积的22％，所述加重块的密度约为16.0克/立方厘米。
12.一种高尔夫球杆杆头包括杆头体，带有冲击板、根端、趾端和与所述冲击板相对的主后腔，所述主后腔在顶壁、底壁、前壁和后壁之间形成，在底壁上还设有预定形状的第二腔；和放置在所述第二腔里面并且占据了整个空腔的加重块，所述加重块由压实的多种成分的粉末材料构成，所述多种成分的粉末材料包括占所述多种成分的粉末材料体积50％到95％的钨和占所述多种成分的粉末材料体积5％到50％的锡。
13.根据权利要求12所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述主后腔还包括在顶壁、底壁、前壁和后壁中至少一个壁上的凹槽。
14.根据权利要求12所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述杆头体可从下面材料中选择钛、钛合金、钢、锆、锆合金、镍、镍合金、铜、铜合金。
15.高尔夫球杆杆头的一种制造方法，所述方法包括将多种成分的材料装入高尔夫球杆的杆头体空腔内；和在20,000磅/平方英寸到150,000磅/平方英寸的压力下，对空腔内的多种成分的材料加压。
16.根据权利要求15所述的制造方法，所述方法还包括，在对空腔内的所述多种成分的材料加压的过程中对所述多种成分的材料进行加热。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述多种成分的材料被加热至300°F到600°F之间。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，对所述多种成分的材料的加压是在一个大气压力下的非封闭环境中进行。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，对所述多种成分的材料的加压是在惰性环境下进行。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法中的高尔夫球杆是铁头球杆、推拨球杆、长打球杆、或木头球杆。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法中的多种成分的材料由钨和锡组成，其中，所述钨的体积占所述加重块体积的80％到90％，所述锡的体积占所述加重块体积的10％到20％。
全文摘要
本文介绍用于高尔夫球杆杆头加重块的热压工艺。优选加重块材料包括大密度组分和粘结组分的多组分材料。优选的多组分材料包括钨和锡。所述热压工艺在标准大气压下的非封闭环境下进行。
文档编号A63B53/06GK1338321SQ0112083
公开日2002年3月6日 申请日期2001年5月30日 优先权日2000年5月31日
发明者U·V·德斯穆克 申请人:卡拉韦高尔夫公司