专利名称：高尔夫球棒头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高尔夫球棒头。更具体地说，本发明涉及一种高尔夫球棒头，它有一个包括一种高强度材料的外部框架和一个包括一种低密度材料的一个本体。
背景技术：
当高尔夫球棒头击打高尔夫球时产生大的冲击力，这种冲击加到球棒头的表面和高尔夫球上。大部分能量由球棒头转移到高尔夫球上，然而，作为碰撞的结果，某些能量会损失掉。高尔夫球典型地由围绕着橡胶状的芯的高聚物覆盖材料(比如离子交换聚合物)构成。这些软的高聚物材料有阻尼(损失)性能，这些性能取决于应变和应变速率，这些阻尼性能比金属球棒表面的阻尼性能大10-100倍。因此，在碰撞过程中，与金属球棒表面的小变形相比较，作为高尔夫球的高应力和变形(0.001到0.20英寸)的结果，将会损失掉大部分能量。由球棒头到高尔夫球的更有效的能量转移可以使高尔夫球产生更大的飞行距离。一般接受的手段是提高球棒头表面的刚硬度，以便减小金属或球棒头的变形。然而，这样会使高尔夫球造成更大的变形，并且因此增加能量转移的问题。
一些人已经认识到这个问题，并且公开了可能的解决方案。一个示例是Campau的美国专利4398965关于制作带有柔性冲击表面的钢铁高尔夫球棒的一种方法(Making Iron Golf Club With FlexiableImpact Surface)，该专利公开了一种球棒，它有带一个狭缝的柔性和弹性表面板，使得表面板可以变形。Campau的表面板由一种二价铁材料构成，它的厚度在0.1英寸到0.125英寸的范围内。
授予Rigal等人的美国专利5570886和5547427公开了一种模制的热塑料的高尔夫球棒头，它的击打表面由一种耐冲击的金属密封件形成。该密封件形成球棒头的击打表面的前壁，并且该密封件向上、并沿着冲击表面的侧面伸展，形成一个颈部，用来把轴安装到球棒头上。该密封件的厚度最好在2.5与5毫米之间。
授予Lo等人的美国专利5624331公开了一种中空的金属高尔夫球棒头，其中球棒头的金属外壳包括至少两个开口。该球棒头也包括设置在球棒头内部的一种复合材料，其中复合材料的一部分位于高尔夫球棒头的外壳的开口中。
授予Daniel等人的美国专利1167387公开了一种中空的高尔夫球棒头，其中壳体由金属比如铝合金构成，并且表面板由一种硬的木头比如榉木，柿木或者类似木材构成。使得表面板对准，从而在击打板的端部有木材的颗粒。
授予Sun的美国专利4872685公开了一种木材类型的高尔夫球棒头，其中一个内凹的单元与一个外凸的单元匹配，形成一个统一的高尔夫球棒头。内凹单元包括高尔夫球棒头的上部，并且最好由塑料，合金或者木材构成。外凸单元包括底板的结构部分，一个表面插入件由击打板和加重件组成。该外凸单元有相当大的重量，最好由一种轻金属合金构成。通过粘接或者通过机械装置把这些单元装配起来或者保持在一起。
Anderson的美国专利5024437，5094383，5255918，5261663和5261664公开了一种高尔夫球棒头，它有由一种铸造金属材料构成的一个充满的本体和由一种热锻造金属材料构成的一个表面插入件。
Viste的美国专利5282624公开了一种高尔夫球棒头，它有铸造金属的本体和锻造钢的表面插入件，在表面插入件的外表面和内表面上有凹槽，并且表面插入件的厚度为3毫米。
Rogers的美国专利3970236公开了一种铁的球棒头，它有熔化粘接到一个铸铁本体上的一个成形的金属表面板插入件。
由美国高尔夫联合会(“USGA”)和Saint Andrews皇家和古老高尔夫俱乐部确定并且解释的高尔夫规则对于高尔夫球棒头提出了某些要求。在规则4和附录II中可以找到对高尔夫球棒头的要求。在USGA的网页www.usga.org上可以找到对高尔夫规则的完整描述。虽然高尔夫规则没有明确地说明高尔夫球棒表面的具体参数，但是，规则4-1e禁止表面在与高尔夫球撞击时有弹簧效应。在1998年，USGA采用了依据规则4-1e的检验步骤，该步骤测量球棒表面的COR。可以采用这个USGA的检验步骤以及与它类似的步骤测量球棒表面的COR。
许多现有的高COR的球棒头利用焊接到一种相容的金属合金上的高强度钛合金和超高强度钢合金。表面的边缘和把表面焊接到本体上的焊接影响COR和球棒头的使用寿命。
在球的冲击作用力的作用下，表面的弹性挠曲(elasticdeflection)集中在球的下面，但是伸展到表面的边缘。在球下面以及离开冲击的表面经受弯曲和伸展(拉伸)应变。只要边缘离开冲击区域相对较远，应变将以接近均匀的方式扩展，将图案由球散布开。然而，当应变接近在表面边缘处型线的改变时，应变在金属中的分布按照在边界处刚性/约束的改变变化。在现有的球棒中，边缘一般是刚硬的，并且当金属的区段由薄板改变成接近90度弯曲时，挠曲应变变成金属中集中起来的应力。混合的区段增加了刚性，减小了柔性，并且增加了应力。在许多情况下，局部的边缘混合区段仅只产生很小的应变，并且通过刚体状的转动和平动的结合，该混合区段拉(拉紧)球棒头的下一个几何部件，比如冠部或者底部。在这些已有的驱动器中，必须将最靠近冲击的边缘设计成能经得住近距离的冲击。这限制了对于柔性的设计能力。圆滑的边缘形状通常有好的区段钢性。可以减小局部厚度，使得当围绕表面缠绕表面材料产生出这个边缘时，即使是在表面边缘处球棒头仍将能经得住球的冲击。许多实际考虑限制了在表面的边缘将结构变薄或者成形的能力。
现有的装置一般在表面首先与本体混合区段相交的区域采用一个厚区段和/或高强度材料，以便保持可以接受的使用寿命。厚区段降低了柔性，并且对于球棒头的质量性能可能有负面影响。薄的高强度的区段要求与之相适应的成形精加工和连接过程。这些过程要求提高成本，并且可能限制设计形状。接近临界连接部位精加工和焊接的误差可能会缩短使用寿命。
虽然先有工艺已经公开了对于多种材料的球棒头的许多改型，但是先有技术没能提供一种多种材料的球棒头，它有很大的复原系数，并且对于典型的高尔夫人有较高的满意度。
发明内容
本发明确定了一种新的高尔夫球棒头组件和材料，以产生一种多材料的高尔夫球棒头，通过在表面边缘提供限制较少的设计选择和更宽地使用离开表面的材料，这种球棒头改进了COR。
本发明的一个方面是一种高尔夫球棒头，它有一个包括一种重量轻的材料的本体，一块金属的击打板，以及为击打板提供一个安装装置的框架。
本发明的另一方面是一种高尔夫球棒头，它有一个本体，一块击打板，以及一个框架。该本体有一个冠部，一个底部，和一个带状部(或件)。该本体在前端也有一个开口，还有一个根冠部凹槽，一个趾冠部凹槽，一个根底部凹槽，以及一个趾底部凹槽。该本体最好包括一种热塑性材料，该材料的密度小于每立方厘米4.5克。把击打板定位在开口上。该击打板有范围在0.040英寸到0.250英寸的均匀厚度。该击打板有一个上根孔，一个下根孔，一个上趾孔，以及一个下趾孔。该击打板插入件最好包括一种金属材料。该框架有一个中心本体，一个上根臂，一个下根臂，一个上趾臂，以及一个下趾臂。上根臂定位于本体的根冠部凹槽中，以与击打板的上根孔接合。下根臂定位于本体的根底部凹槽中，以与击打板的下根孔接合。上趾臂定位于本体的趾冠部凹槽中，以与击打板的上趾孔接合。下趾臂位于本体的趾底部凹槽中，以与击打板的下趾孔接合。高尔夫球棒头的复原系数为0.80到0.94，并且高尔夫球棒头的体积范围由300立方厘米到500立方厘米。
图1是高尔夫球棒的一个优选实施例的部件分解顶透视图；图2是高尔夫球棒头的底视图；图3是高尔夫球棒头的顶视图；图4是高尔夫球棒头的后视图；图5是高尔夫球棒头的后透视图；以及图6是高尔夫球棒的一个替代实施例的部件分解顶透视图。
具体实施例方式
如在图1-5中所示，高尔夫球棒头整体地用附图标记20表示。该高尔夫球棒头20包括一个本体22、一个击打板24、一个框架26，以及一个可选的支承垫圈28。本发明的高尔夫球棒头20对于宽容度而言，具有关于重心“CG”的大的惯性矩，以及高的复原系数，以便当击打高尔夫球时产生较远的距离。
本体22有一个冠部34、一个底部36、一个带状部(或件38)、一个开口39和多个凹槽40a-d。本体22最好有中空内部50，此中空内部由冠部34、底部36和带状部38形成。高尔夫球棒头20有一个根端56、一个趾端58和一个后端57。该本体22最好包括一种重量轻或者低密度的材料，最好是一种非金属材料或者一种低密度(小于每立方厘米4.5克)的金属材料。优选的非金属材料是一种可注入的热塑性材料，比如聚碳酸酯材料。用于本体22的其它材料包括复合材料，比如一种连续的纤维预浸处理的材料(包括关于树脂的热固化材料或者热塑性材料)，其它的热固化材料比如热固化的聚氨酯，或者其它的热塑性材料比如尼龙(或聚酰胺)，聚酰亚胺，聚碳酸酯，PBT(聚丁烯对苯二酸酯)，聚碳酸酯与聚氨酯的混合物，以及类似物。最好通过注制、囊模制、树脂转移模制、树脂浸渍、加压模制，或者类似过程制造出本体22。对于本体22的优选的金属材料是铝、锡或者镁。
把击打板24安装到框架26上，并且安装在开口39上。最好，击打板24定位在支承垫圈28上，并且安装到该垫圈上。
击打板24最好包括一种成形的金属材料。然而替代地，击打板24可以包括经过机械加工的金属材料、经过锻造的金属材料、铸造金属材料或者类似物。击打板24优选包括形成的钛材料或钢材料。优选的材料是4340号钢，对它进行热处理，并且随后用氮化钛进行涂布。用于击打板24的钛材料包括纯钛和钛合金，比如6-4钛合金，SP-700钛合金(由Nippon Steel of Tokyo，Japan公司可以获得)，由DiadoSteel of Tokyo，Japan公司可以获得的DTA 55G钛合金，由RTIInternational Metals of Ohio公司可以获得的Ti 10-2-3Beta-C钛合金，以及类似物。用于击打板24的其它金属包括其它的高强度钢合金金属，和非晶态金属。这样的钢材料包括17-4PH，Custom 450，455，465和465+不锈钢，AERMET 100和AERMET 310合金钢，所有这些材料可以由Carpenter Specialty Alloys of Pennsylvania公司获得，以及可以由Allvac of North Carolina公司获得的C35马氏体时效钢。这样的非晶态金属包括以铍为基础的合金，比如在美国专利5288344中公开的合金，五元的金属玻璃合金，比如在美国专利5735975种公开的合金，以及三元合金。击打板24的外表面上典型地有多个未示出的刻痕线。
击打板24最好具有椭圆形的形状或者梯形的形状。击打板24最好有多个孔48a-d，为的是穿过它们插入螺栓32a-d。
在一个优选实施例中，击打板24有均匀的厚度，厚度的范围由0.040英寸到0.250英寸，更可取地厚度为0.080英寸到0.120英寸，最可取地对于钛合金击打板24为0.108英寸，对于不锈钢击打板24为0.090英寸。
框架26最好包括一种金属材料，比如不锈钢，钛合金，铝，镁和其它类似的金属材料。在一个替代的实施例中，框架26包括一种热塑性材料。框架26最好包括四个臂42a-d和一个中心本体44。在优选实施例中，臂42a-d中的每个臂定位于本体22的一个对应的凹槽40a-d内。一般将凹槽40a-d中的每个凹槽的形状做成容纳一个臂42a-d。每个臂42a-d的长度足以由本体22的后端57伸展到开口39。在一个优选实施例中，每个臂42a-d为管状，在它的前端(与中心本体44相反的那端)带有一个带螺纹的孔，以容纳一个用来把击打板24装接到其上的螺栓。框架26最好在击打板24的每个角部(上根，下根，上趾和下趾)与击打板24接合。由于质量的位置在高尔夫球棒头20的最外端，框架26也提高了高尔夫球棒头20的惯性矩。把击打板24装接到框架26上使得可以使击打板24的反应点达到最佳成为可能，用以对改进的高尔夫球棒头20的COR和惯性矩产生更大的弹性响应。
进而，把击打板24装接到框架26上能够使得对于击打板24可以使用非晶态的金属，并且对于框架26和本体22可以使用不同的材料，从而消除了与把非晶态的金属粘接到其它金属上有关的问题。虽然通过使用螺栓进行安装是优选的，但是也可以采用其它的连接装置或手段，比如铆接，自攻螺丝，局域化的摩擦或者焊接，点焊，局部粘接，熔化或者溶剂粘接，以及类似方式。
如在图1中所示，一个球杆孔30设置在中空内部50内，并且其位置靠近根端56。球杆孔30最好包括一种铝材料，并且它的质量范围最好由3克到10克，更可取地为由4克到8克，最可取地质量为6克。替代地，球杆孔30可以包括一种高强度的高聚物材料，比如聚氨酯或者ABS材料。
图6示出了高尔夫球棒头20的一个替代的实施例，它的框架26的中心本体44有不同的构形。
本发明的目的是涉及一种高尔夫球棒头，它有高的复原系数，从而使得用本发明的高尔夫球棒头击打能使高尔夫球可以有更远的距离。复原系数(在这里也被称为“COR”)由下式确定e＝(v2-v1)/(U1-U2)其中U1为在冲击之前球棒头的速度；U2为在冲击之前高尔夫球的速度，此速度为零；v1为高尔夫球刚刚与球棒头的表面分开之后球棒头的速度；v2为高尔夫球刚刚与球棒头的表面分开之后高尔夫球的速度；而e为高尔夫球与球棒表面之间的复原系数。
对于没有能量添加的系统，e的数值被限制在0与1.0之间。对于比如软的粘土或者腻子的材料，复原系数e可能接近为零，而对于完全弹性的材料，没有任何能量由于变形而损失掉，e的数值可能为1.0。本发明提供了在传统的检验条件下进行测量时复原系数优选在由0.80到0.94的范围内的球棒头20。
本发明的球棒头20在标准的USGA检验条件下用一种给定的球的复原系数优选在由大约0.80到0.94的范围内，更可取地范围在由0.82到0.89，最可取地为0.86。
本发明的高尔夫球棒头20的体积的范围由250立方厘米到600立方厘米，更可取地范围由330立方厘米到500立方厘米，甚至更可取地范围由360立方厘米到450立方厘米，最可取地为420立方厘米。高尔夫球棒头20的体积也将在有较小体积的fairway woods(最好范围由3-woods到11woods)与比fairway woods体积更大的驱动器之间变化。
本发明的高尔夫球棒头20的质量的范围由165克到300克，更可取地范围由175克到250克，甚至更可取地范围由190克到225克，最可取地为196克。最好，击打板24的质量的范围由40克到90克，更可取地范围由50克到80克，甚至更可取地范围由55克到75克，最可取地为65克。本体22(没有加重件)的质量的范围最好由30克到100克，更可取地范围由40克到90克，甚至更可取地范围由60克到80克，最可取地为70克。框架26的质量的范围由30克到90克，更可取地范围由40克到70克。球杆孔30的质量的范围最好由3克到10克，更可取地范围由4克到8克，最可取地为6克。此外，可以将数量范围在由0.5克到5克的环氧树脂或者其它类似的可以流动的材料注入到高尔夫球棒头20的中空内部50中，用作它的选择性的配重。
如在图3和4中所示，球棒头20由击打板24到冠部24的后端37的深度“D”最好范围为由3.0英寸到4.5英寸，最可取地为3.74英寸。球棒头20当处于寻址(address)位置由底部26到冠部24测量的高度“H”最好范围为由2.0英寸到3.5英寸，最可取地为2.62英寸。球棒头20由趾端38到根端36的宽度“W”最好范围为由4.0英寸到5.5英寸，最可取地为4.57英寸。球棒头20的高度“h”最好范围为由1.8英寸到2.5英寸，最可取地为2.08英寸。击打板的插入件由趾端到根端的宽度“w”最好范围为由3.0英寸到5.0英寸，最可取地为3.52英寸。
最好使用一个检验框架(XT，YT，ZT)随后转移到一个头部框架(XH，YH，ZH)上测量高尔夫球棒头20的重心和惯性矩。如果存在一根轴，就将它移开，并且用一个球杆孔立方体(hosel cube)替换它，该立方体有多个与高尔夫球棒头的轴线垂直的表面。给定了高尔夫球棒头的重量之后，当把高尔夫球棒头同时放在两个天平上并且沿着一个特定的方向即X方向，Y方向，或者Z方向称重时，两个天平使得可以确定出高尔夫球棒头的重量分布。
一般说来，本发明的高尔夫球棒头20关于Z轴线的惯性矩Izz的范围将由2800g-cm2到5000g-cm2，最好由3000g-cm2到4500g-cm2，更可取地为由3200g-cm2到4000g-cm2，最可取地为3758g-cm2。本发明的高尔夫球棒头20关于Y轴线的惯性矩Iyy的范围将由1500g-cm2到4000g-cm2，最好由2500g-cm2到3400g-cm2，更可取地为由2900g-cm2到3100g-cm2，最可取地为3003g-cm2。
权利要求
1.一种高尔夫球棒头，它包括本体，它具有冠部、底部和带状部，所述本体在前端有开口，并且有多个凹槽，所述本体包括密度小于每立方厘米4.5克的材料；定位在开口上的击打板，所述击打板有范围在0.040英寸到0.250英寸的均匀厚度，所述击打板插入件包括一种金属材料；以及有多个臂的框架，每个臂定位于所述本体的对应的凹槽中，每个臂与击打板接合，为的是把击打板安装到其上；其中，高尔夫球棒头的复原系数为0.80到0.94之间，并且高尔夫球棒头的体积范围由300立方厘米到500立方厘米。
2.按照权利要求1所述的高尔夫球棒头，其特征在于，所述击打板包括一种成形的金属材料。
3.按照权利要求1所述的高尔夫球棒头，其特征在于，所述击打板由包括下面材料的一组中选择的一种材料构成锻造的金属材料，成形的金属材料，经过机械加工的金属材料，以及铸造的金属材料。
4.按照权利要求1所述的高尔夫球棒头，其特征在于，所述本体的质量范围由50克到90克。
5.按照权利要求1所述的高尔夫球棒头，其特征在于，所述高尔夫球棒头关于轴线(Z)的惯性矩(Izz)大于3000g-cm2。
6.按照权利要求1所述的高尔夫球棒头，其特征在于，所述本体由包括下面材料的一组中选择的一种材料构成镁，铝，聚碳酸酯，热塑性聚碳酸酯，PBT(聚丁烯对苯二酸酯)，聚碳酸酯与聚氨酯的混合物，碳环氧树脂，以及多层的聚酯胶片。
7.按照权利要求1所述的高尔夫球棒头，其特征在于，所述击打板由包括下面材料的一组中选择的一种材料构成非晶态的金属，钛合金，不锈钢，以及碳钢。
8.一种高尔夫球棒头，它包括本体，它有冠部，底部和带状部，所述本体在前端有开口，并且有多个凹槽，所述本体包括密度小于每立方厘米4.5克的热塑性材料；定位在开口上的击打板，所述击打板有范围在0.040英寸到0.250英寸的均匀厚度，所述击打板插入件包括一种金属材料；以及有多个臂和中心本体的框架，每个臂定位于本体的对应的凹槽中，并且中心本体与本体的后端接合，每个臂与击打板接合，为的是把击打板安装到其上，所述框架包括一种金属材料；其中，高尔夫球棒头的复原系数为0.80到0.94之间，并且高尔夫球棒头的体积范围由300立方厘米到500立方厘米。
9.一种高尔夫球棒头，它包括本体，它有冠部，底部和带状部，所述本体在前端有开口，所述本体有根冠部凹槽，趾冠部凹槽，根底部凹槽，以及趾底部凹槽，所述本体包括密度小于每立方厘米4.5克的热塑性材料；定位在开口上的击打板，所述击打板有范围在0.040英寸到0.250英寸的均匀厚度，所述击打板有上根孔，下根孔，上趾孔，以及下趾孔，所述击打板插入件包括一种金属材料；以及有中心本体，上根臂，下根臂，上趾臂，以及下趾臂的框架，其中上根臂定位于所述本体的根冠部凹槽中，以与击打板的上根孔接合，其中下根臂定位于所述本体的根底部凹槽中，以与击打板的下根孔接合，其中上趾臂定位于所述本体的趾冠部凹槽中，以与击打板的上趾孔接合，其中下趾臂定位于所述本体的趾底部凹槽中，以与击打板的下趾孔接合；其中，高尔夫球棒头的复原系数为0.80到0.94之间，并且高尔夫球棒头的体积范围由300立方厘米到500立方厘米。
全文摘要
一种高尔夫球棒头(20)，它有一个本体(22)，一块击打板(24)，以及一个框架(26)。本体(22)最好包括一种低密度材料。框架(26)有多个臂(42a－d)，用来安装到击打板(24)上。该高尔夫球棒头(20)最好有300立方厘米与500立方厘米之间的体积。该高尔夫球棒头(20)最好有105克与300克之间的质量。
文档编号A63B53/04GK1767877SQ200480009179
公开日2006年5月3日 申请日期2004年2月4日 优先权日2003年2月6日
发明者A·J·加洛维 申请人:卡拉韦高尔夫公司