多种材料的高尔夫球棍头的制作方法

专利名称：多种材料的高尔夫球棍头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高尔夫球棍头，它有由一种金属材料构成的表面部件，以及由一种重量轻的材料构成的后部本体(an aft-body)。
背景技术：
当高尔夫球棍头击打高尔夫球时，会产生很大的冲击，这种冲击对高尔夫球棍头面和高尔夫球加载。大部分能量会由球棍头传递到高尔夫球上，然而，作为碰撞的结果会损失某些能量。典型地，高尔夫球由包围着橡胶状的芯的聚合物覆盖材料(比如离子键聚合物)构成。这些较软的聚合物材料有阻尼(损失)性质，这些阻尼性质取决于应变和应变速率，聚合物材料的阻尼性质比金属球棍表面的阻尼性质大10-100倍。因此，在冲击过程中，大部分能量作为高尔夫球的高应力和变形(0.001到0.20英寸)的结果损失掉，相比之下，金属球棍表面的变形很小(0.025到0.050英寸)。更有效地将能量由球棍头转移到高尔夫球上可能会使高尔夫球的飞行距离更远。
一般被人们接受的方法一直是提高球棍头表面的刚硬度，从而减小金属或球棍头的变形。然而，这样将产生高尔夫球更大的变形，因此在能量转移方面造成更大的问题。
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的题为a Method Of Making Iron Golf Clubs WithFlexible Impact Surface的美国专利号4398965，这个专利公开了一种球棍，它具有柔性的和弹性的表面板，其带有一个狭缝，以容许表面板变形。Campau的表面板由铁质材料比如不锈钢构成，并且它的厚度在0.1英寸到0.125英寸的范围内。
另一个示例是Eggiman的题为a Golf Club Head With ElasticallyDeforming Face And Back Plates的美国专利号5863261，这个专利公开了采用多块板，这些板一致地起作用，以在冲击过程中在高尔夫球上产生弹簧一样的效果。至少在这些板中的两块板之间设置一种流体，用作粘性耦合器。
又一个示例是Jepson等人的题为a Golf Club With A PolyurethaneInsert的美国专利号3937474。Jepson公开了聚氨酯插入件的硬度在40shore D与75shore D之间。
再一个示例是Inamori的题为a Golf Club Head With CeramicFace Plate的美国专利号3975023，这个专利公开了采用一种表面板，此表面板由能量转移系数高的陶瓷材料构成，但是陶瓷常常是较硬的材料。Chen等人的题为a Golf Club Head的美国专利号5743813公开了在表面中采用多层，以吸收高尔夫球的冲击。这些材料中的一种材料是非金属材料。
Lu的题为a Hollow Club Head With Deflecting Insert Face Plate的美国专利号5499814公开了一种由塑料或铝合金构成的增强件，它容许表面板的微小偏转，对于多种材料包括不锈钢，钛，KEVLAR，以及类似物，表面板的厚度的范围由0.01英寸到0.30英寸。另一个Campau的发明，题为a Golf Club Having Insert Capable Of ElasticFlexing的美国专利号3989248公开了一种由带有金属插入件的木材构成的木质球棍。
虽然没有想让表面板可以变形，但是Viste的美国专利号5282624公开了一种高尔夫球棍头，它的表面板由锻造的不锈钢构成，并且厚度为3毫米。Anderson的题为a Golf Club Head And Method OfForming Same的美国专利号5344140公开了对于表面板采用锻造的材料。Anderson的表面板可以由几种锻造材料包括钢，铜和钛构成。经过锻造的板具有0.090英寸到0.130英寸的均匀厚度。
针对球棍头中的经过锻造的材料的另一个发明是Su等人的题为aGolf Club Head的美国专利号5776011。Su公开了一种由三件构成的球棍头，每件由一种经过锻造的材料构成。Su的主要目的是产生一种球棍头，它有较高的高弧线角精度(loft angle accuracy)，另一个主要目的是减少结构的弱点。Aizawa的题为a Golf Club Head的美国专利号5346216公开了一种表面板，它有弯曲的击打球的表面。
授予Vincent等人的美国专利6146571公开了一种制造高尔夫球棍头的方法，其中，通过将一种材料比如塑料注入到固定到可熔化的芯上的一个插入件上获得壁。芯的熔点比可注入的塑料的熔点低，使得一旦将芯移开之后，仍然保留一个内部体积，以形成内腔。插入件可以包括一个抗变形件(a resistance element)，为的是在移开芯的情况下增强壳体的前壁的内部的强度，在这种情况下，增强件由铝构成，其带有由钢构成的横向伸展的部分。
授予Peters等人的美国专利6149534公开了一种高尔夫球棍头，它具有沿着单一平面接口形成的上金属接合表面和下金属接合表面，其中，下表面的金属比上表面的金属重并且有更高的密度。
授予Rigal等人的美国专利5570886和5547427公开了一种由模制的热塑性材料制成的高尔夫球棍头，它的击打表面由一种耐冲击的金属密封件形成。此密封件形成球棍头的击打表面的前壁，且向上并沿着冲击表面的侧面伸展，以形成一个用来将球杆装接到球棍头上的颈部。该密封件的厚度最好在2.5毫米与5毫米之间。
授予Vincent等人的美国专利5425538公开了一种中空的高尔夫球棍头，它具有一个钢壳体和由多层重叠的纤维编织网构成的复合击打表面。
授予Viollaz等人的美国专利5377986公开了一种高尔夫球棍头，它具有由一系列金属板构成的本体和由塑料或复合材料构成的击打板，其中使击打板有向前凸起的形状。此外，授予Viollaz等人的美国专利5310185公开了一种中空的高尔夫球棍头，它具有由一系列金属板构成的本体，将一个金属支承板设置在前击打表面上，将由塑料或复合材料构成的击打板装接到该金属支承板上。金属支承板具有向前凸起的前板，此前板与击打板的向前凸起的后板相关联，从而形成一个向前凸起的击打表面。
授予Desboilles等人的美国专利5106094公开了一种高尔夫球棍头，它具有一个金属击打表面板，其中，击打表面板是用在球棍头内部的一定数量的填充材料安装到高尔夫球棍头上的一个分开的单元。
授予Karahashi的美国专利4568088公开了一种用木材-塑料复合材料的混合物增强的木质的高尔夫球棍头本体。非均匀地分布这种木材-塑料复合材料，使得范围在5毫米与15毫米之间的较高的密度邻近球棍头的前表面，并且基本上与前表面平行地伸展。
授予Mader的美国专利4021047公开了一种高尔夫球棍，其中，将底板(sole plate)，表面板，根部(heel portion)，趾部(toe portion)和球杆孔部分做成一个整体的金属铸造件，并且其中，把一个木质的或者复合材料的冠状件装接到这个整体件上，从而在球棍头中形成一个中空的腔室。
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棍头，其中，球棍头的金属壳体有至少两个开孔。球棍头也包含设置在球棍头内的复合材料，其中一部分复合材料在高尔夫球棍头壳体的开孔中。
授予Daniel的美国专利1167387公开了一种中空的高尔夫球棍头，其中，壳体由金属比如铝合金构成，而表面板由一种硬木比如榉木，柿木或类似物构成。将表面板对准，使得木纹的端部在击打板。
授予Glover的美国专利3692306公开了一种高尔夫球棍头，它具有一个托架，在此托架上整体地形成底板和击打板。底板和击打板中的至少一块板具有一个嵌入的细长管，用来固定可移开的可调节的配重装置。
授予Lo的美国专利5410798公开了一种采用一个金属壳体制作复合的高尔夫球棍头的方法，把一个层压件插入该金属壳体中。接着在层压件和金属壳体的开孔上覆盖一个复合材料的薄片，以将两者顶部的开孔封闭起来。随后将一个可扩展的口袋插入中空的层压件中，此中空的层压件包括亚硝酸钠、氯化铵和水，以使得当把球棍头放进一个模具中并且加热时将层压件整体地装接到金属壳体上。
授予Thomson的美国专利4877249公开了一种层压的上表面和金属的底表面的木制的高尔夫球棍头，它具有一个龙骨。为了增加层压件的强度并且保持本体在与特别坚硬的物体撞击时不会发生层的剥离，穿过球棍头的冠部插入一个螺栓，其中把螺栓在龙骨处连接到底板上，并且将螺栓拧紧，以对层压件加压。
授予Belmont的美国专利3897066公开了一种木制的高尔夫球棍头，它具有一个可移开地插入的重量调节件。这些重量调节件与由表面段伸展到球棍头的后段的一个中心竖直轴线平行，并且与到达趾部轴线的冠部垂直。可以采用充满聚氨酯树脂的封壳将这些重量调节件保持在它们的位置，也可以采用这些封壳形成表面板。这些封壳在球棍头的后表面上具有开孔，带有盖，以提供调节配重装置用的入口。
授予Clark的美国专利2750194公开了一种木制的高尔夫球棍头，它具有重量调节装置。该高尔夫球棍头包括一个盘状件，此盘状件带有侧面和底面，用来保持重量调节件，此重量调节件最好是与跟板整体地铸造或成形。把带有装接的配重件的跟板通过一个开孔插入高尔夫球棍头中。
授予Okumoto等人的美国专利5193811公开了一种木制类型的高尔夫球棍头本体，它主要由合成树脂和金属的底板构成。为了与球棍头本体连接起来金属的底板在它的表面上具有整体地形成的件，这些件包括在跟侧面上的一个插球杆的孔，在趾部和后面上的配重件，以及连接配重件和球杆孔的一个横梁。此外，授予Okumoto等人的美国专利5516107公开了一种高尔夫球棍头，它具有一个最好由合成树脂构成的外壳和位于球棍头内部的金属配重件。将一种可发泡的材料注入球棍的中空内部，以形成芯。一旦将可发泡的材料注入并且将底板装接上之后，对球棍头加热，使得可发泡的材料膨胀，因此通过将配重件推入外壳的内表面中把配重件保持在位于趾部，跟部和/或背面区域的凹进部分中的位置。
授予Sun的美国专利4872685公开了一种木制类型的高尔夫球棍头，其中，将一个中凹单元与一个中凸单元配接起来，以形成一个整体的高尔夫球棍头。中凹单元包括高尔夫球棍头的上部，并且最好由塑料，合金或木材构成。中凸单元包括底板的结构部分，表面插入件由击打板和配重件组成。中凸单元具有大得多的重量，最好由一种轻的金属合金构成。通过粘接和/或机械手段将这些单元配接或保持在一起。
授予Katayama的美国专利5398935公开了一种木制类型的高尔夫球棍头，它具有一个击打表面，其中，击打表面在高尔夫球棍头的趾端的高度几乎等于或大于击打表面在球棍头中心的高度。
授予Mattern等人的美国专利1780625公开了一种球棍头，它带有由一种重量轻的金属比如镁构成的后部。授予Butchart的美国专利1638916公开了一种球棍头，它带有由柿木或类似木材构成的一个平衡件，和一个装接到该平衡件上的由铝构成的壳状的本体，由美国高尔夫协会(United States Golf Association(“USGA”))和Saint Andrews皇家古典高尔夫俱乐部(The Royal and Ancient Golf ofSaint Andrews)确立并解释的高尔夫规则(The Rules of Golf)叙述了对于高尔夫球棍头的某些要求。在Rule 4和Appendix II可以找到对高尔夫球棍头的这些要求。在USGA的网页www.usga.org可以找到对该高尔夫规则的完整描述。虽然该高尔夫规则没有明确地说明对于高尔夫球棍表面的具体参数，但是，Rule 4-1e限制表面有弹簧在与高尔夫球冲击时的效果。在1998年，USGA采用了按照Rule 4-1e的检验步骤，该步骤测量球棍表面的COR。可以采用这个USGA的检验步骤以及与它类似的检验步骤测量球棍表面的COR。
用大体积的驱动器(或长打棒)很难获得最佳性能。大体积驱动器的形式和形状必须满足许多相互矛盾的要求和优先考虑。为了在大体积驱动器中获得最佳性能，对于形状和质量性质的最佳组合比如惯量矩(moment of inertia)来说，与驱动器的形状无关的一定数量的质量即“自由质量”是必须的。在许多当前的大体积驱动器中，自由质量的数量不足以获得想要的形状和质量性质的组合。

发明内容
通过提供一种带有由重量轻的材料构成的表面部件并且具有为了获得必需的耐用性的增强层的高尔夫球棍头，本发明能够获得想要的形状与质量性质的组合。
本发明的一个方面是一种高尔夫球棍头，它包括重量轻的金属表面部件和重量轻的后部本体，并且在检验条件下比如在DSGA规定的条件下有至少0.81的恢复系数。在由USGA可以获得的the USGAProcedure for Measuring the Velocity Ratio of a Club Head forConformance to Rule 4-1e，Appendix II.Revision I，August 4，1998 andRevision 0，July 6，1998中叙述了用于测量恢复系数的标准的USGA条件。


图1是一个高尔夫球棍的前视图；图1A是一个高尔夫球棍的前视图，示出了对于长宽比的测量；图2是一个高尔夫球棍头的后视图；图3是图2的高尔夫球棍头的趾侧视图；图4是图2的高尔夫球棍头的跟侧平面图；图5是图2的高尔夫球棍头的顶视平面图；
图6是图2的高尔夫球棍头的底视图；图7是沿着图5中的线7-7取的剖面图；图7A是图7的圆A的隔离图；图8是与后部本体重叠的表面部件的隔离剖面图；图9是本发明的高尔夫球棍的跟侧平面图，示出了Z轴线和X轴线；图10是本发明的高尔夫球棍的前平面图，示出了Z轴线和X轴线；图11是高尔夫球棍的前平面图，示出了检验框架坐标XT和YT和变换的球棍头框架坐标YH和ZH；图11A是高尔夫球棍的趾端视图，示出了检验框架坐标ZT和变换的球棍头框架坐标XH和ZH；图12是高尔夫球棍的表面部件的隔离的后透视图；图13是高尔夫球棍头的表面部件的隔离的前视图；图13A是图13的表面部件的内部视图；图13B是图13的表面部件的底视平面图；图13C是图13的表面部件的顶视平面图；图13D是图13的表面部件的趾侧视图；图13E是图13的表面部件的跟侧视图；图14是高尔夫球棍头的后部本体的隔离的顶视平面图；图14A是图14的后部本体的内部视图；图14B是图14的后部本体的跟侧视图；图14C是图14的后部本体的趾侧视图；图14D是图14的后部本体的底视平面图；图14E是图14的后部本体的后视图；以及图14F是图14的后部本体的底视透视图。
具体实施例方式
如在图1-5中所示，将高尔夫球棍整体地以附图标记40表示。高尔夫球棍40具有一个高尔夫球棍头42，它带有示出的中空的内部。一个杆48与球棍头42接合，此杆在平接端部(at a butt end)52具有一个未示出的夹紧装置50，并且在顶端56将此杆插入球杆孔54中。
球棍头42一般包括两个部件，一个表面部件60和一个后部本体61。后部本体61具有一个冠部62和一个底部64。最好将球棍头42分成最靠近杆48的跟段66，与跟段66相对的趾段68，以及与表面部件60相对的后段70。将一个底部配重件133设置在底部的底部凹切部分133a内。此底部配重件的质量范围由0.5克到15克。
表面部件60一般由金属构成，并且最好由锻造的金属材料构成。更可取地，锻造的金属材料是一种锻造的铝合金材料。这样的锻造铝合金材料包括7049，7050和7075模锻的铝合金以及7075精锻铝合金。替代地，可以通过铸造，成形，机械加工，粉末金属成形，金属注入模制(metal-injection-molding)，电化学研磨，以及类似手段制作出表面部件60。
图12，13，13A，13B，13C，13D，13E和13F示出了处于隔离状态的表面部件60。表面部件60一般包括击打板部分(在这里也把它称为表面板)72和一个横向上由击打板部分72的周边向内伸展的返回部分74。击打板部分72上典型地具有多个刻痕线(scorelines)75。
击打板部分72最好具有第一层72a和第二层72b。第一层72a最好与返回部分74一起形成为一个单体件。最好把第二层72b装接到击打板部分72的第一层72a的内表面上。第二层72b最好由一种高强度的材料构成，比如钛合金材料，钢合金材料，-铜材料，或者锻造黄铜，这样的钛材料包括纯钛和钛合金比如6-4钛合金，SP-700钛合金(由日本Nippon Steel of Tokyo公司可以得到)，由日本Diado Steel ofTokyo公司可以得到的DAT 55G钛合金，由RTI International Metals ofOhio公司可以得到的Ti 10-2-3 Beta-C钛合金，以及类似材料。第二层的厚度范围最好由0.020英寸到0.080英寸，更可取地由0.030英寸到0.060英寸，最可取地为0.040英寸。第一层72a的厚度范围最好由0.020英寸到0.090英寸，更可取地由0.030英寸到0.060英寸，最可取地为0.050英寸。第一层72a最好由一种低密度材料构成，比如铝合金，铝，镁合金，以及类似材料。第一层72a的密度最好低于每立方厘米5.0克(“g/cc”)，更可取地低于3.0g/cc。
最好用一种粘结剂接附第二层72b。替代地，可以采用一种铜焊合金连接第二层。还有，采用爆炸焊接(explosion welding)比如转让给Callaway Golf Company的题为Golf Club Head With Face Insert美国专利申请号10/709902中公开的方法形成该第二层72b，该申请的有关部分结合于此作为参考。
在一个优选实施例中，返回部分74一般包括一个上横向段76，一个带有底部延伸部95的下横向段78，一个跟横向段80，以及一个趾横向段82。因此，返回部分74最好以整个360度包围着击打板部分72。然而，本领域技术人员将会认识到，返回部分74可能仅只包围击打板部分72的一部分段，比如270度或者180度，并且也可能是不连续的。
上横向段76向内朝向后部本体61伸展一个预先确定的距离d，以与冠部62接合。在一个优选实施例中，此预先确定的距离的范围由0.2英寸到1.0英寸，更可取地由0.40英寸到0.75英寸，最可取地为0.68英寸，这个距离是由击打板部分72的周边73到上横向段76的后边缘测量的。在一个优选实施例中，上横向段76具有一个由跟段66到趾段68的有一个总体弯曲(或大致的曲率)。上横向段76具有离击打板段72的周边73一定长度，该长度优选是接近击打板段72中心的部位的最小长度，并且朝向趾段68和跟段66增加。
击打板部分72的周边73被定义为过渡点，在该过渡点，表面部件60由基本上与击打板部分72平行的平面过渡到基本上与击打板部分72垂直的平面。替代地，确定过渡点的一种方法是取一个与击打板部分72平行的平面和一个与击打板部分72垂直的平面，并且随后取一个相对于平行平面和垂直平面为45度角的平面。45度角的平面与表面部件接触的部位是过渡点，从而确定出击打板部分72的周边。
本发明最好具有沿着基本上水平的平面与冠部62接合的表面部件60。冠部62具有一个冠状的凹切部分62a，此凹切部分位于返回部分74的下面。这样的接合增强了击打板部分72的柔性，可以有更大的恢复系数。将冠部62与上横向段76彼此接附起来，如下面将进一步解释的那样。
跟横向段80基本上与击打板部分72垂直，且在与可选的带状段90和后部本体61的底部64的底段91接合之前跟横向段80覆盖球杆孔54。把跟横向段80装接到底部64上，既装接到带状段90上又装接到底段91上，如下面将更详细地解释的那样。跟横向段80由周边73向内伸展一定距离d″，此距离为0.250英寸到1.50英寸，更可取地为0.50英寸到1.0英寸，最可取地为0.950英寸。跟横向段80在它的边缘最好具有有一个总体弯曲(或大致的曲率)。
趾横向段82在表面部件60的另一端。把趾横向段82装接到底部64上，既装接到带状件90上又装接到底段91上，如下面将更详细地解释的那样。趾横向段82由周边73向内伸展一定距离d″’，此距离为0.250英寸到1.50英寸，更可取地为0.75英寸到1.30英寸，最可取地为1.20英寸。趾横向段82在它的边缘最好有一个总体弯曲(或大致的曲率)。
下横向段78向内朝向后部本体61伸展一定距离d′，以与底部64接合，并且底部延伸部95进一步向内伸展一定距离d5，以对球棍头42最好起保护作用。在一个优选实施例中，距离d′的范围由0.2英寸到1.25英寸，更可取地由0.50英寸到1.10英寸，最可取地为0.9英寸，这个距离是由击打板部分72的周边73到下横向段78的边缘测量的。在一个优选实施例中，距离d5的范围由0.2英寸到3.0英寸，更可取地由0.50英寸到2.0英寸，最可取地为1.50英寸，这个距离是由下横向段78的边缘到底部延伸部95的顶点97测量的。在一个优选实施例中，底部延伸部的形状为三角形，带有较小的顶端99。在一个未示出的替代的实施例中，底部延伸部95具有一个新月形的形状。在另一个替代方案中，底部延伸部95具有一个长方形的形状，并且伸展到带状件90。本领域技术人员将会认识到，底部延伸部95可以为多种形状和尺寸，而不偏离本发明的范围和精神。
底部64具有一个底部凹切部分64a，位于返回部分74的下面。将底部延伸部95设置在底部凹切部分的延伸部64aa内。将底部64与下横向段78，以及跟横向段80与趾横向段82彼此装接在一起，如下面将更详细地解释的那样。
后部本体61最好由一种非金属材料构成，最好是一种复合材料，比如连续的纤维预浸处理材料，(包括热固性材料或者用于树脂的热塑性材料)。用于后部本体61的其它材料包括其它的热固性材料或者其它的热塑性材料，比如可注入的塑料。后部本体可以替代地由一种低密度材料构成。优选的低密度材料包括镁合金，铝合金，镁或铝材料。示例性的镁合金可以由Phillips Plastics Corporation以品牌AZ-91-D(标称组成为镁，带有铝，锌和锰)，品牌AM-60-B(标称组成为镁，带有铝和锰)，和品牌AM-50-A(标称组成为镁，带有铝和锰)获得。最好通过金属注入模制，铸造，成形，机械加工，粉末金属成形，电化学研磨，以及类似手段制作出低密度金属的后部本体61。
最好通过气囊模压(bladder-molding)，树脂转移模制，树脂浸渍，注入模制，压力模制，或者类似过程制作出非金属的后部本体61。在一种优选过程中，将表面部件60与在返回部分74的内表面上的粘结剂一起放在一个模具内，该模带有后部本体61的用于气泡模制的预成形件。把返回部分74放置并且配装到凹切部分62a和64a中。也可以将粘结剂设置在凹切部分62a和64a上。这类粘结剂包括液体状态或者一种薄膜介质的热固性粘结剂。优选的粘结剂是Minnesota的3Mof Minneapolis公司以商标名DP420NS和DP460NS销售的两部分的液体环氧树脂。其它替代的粘结剂包括改性的丙烯酸液体粘结剂，比如也是由3M公司销售的DP810NS。替代地，可以与本发明一起使用泡沫胶带比如Hysol Synspan。
把气囊放在预成形件和表面部件60的中空的内部中，并且在模具内对它加压，同时也对模具进行加热。共模制过程将后部本体61固定到表面部件60上。替代地，可以采用一种粘结剂将后部本体61粘接到表面部件60上，或者用机械的方式将后部本体61固定到返回部分74上。
如在图8中所示，返回部分74与凹切部分62a和64a重叠一定距离Lo，此距离的范围最好为由0.25英寸到1.00英寸，更可取地由0.40英寸到0.70英寸，最可取地为0.50英寸。在冠部62和底部64的边缘190与返回部分74的边缘195之间产生一个环形的间隙170。此环形间隙170最好具有一定距离Lg，此距离的范围最好为由0.020英寸到0.100英寸，更可取地由0.050英寸到0.070英寸，最可取地为0.060英寸。一个由凹切部分62a和64a的上表面伸出的伸出部分175确定在返回部分74的内表面与凹切部分62a和64a的上表面之间的最小粘接厚度。此粘接厚度的范围最好为由0.002英寸到0.100英寸，更可取地由0.005英寸到0.040英寸，最可取地为0.030英寸。液体粘结剂200最好将后部本体61固定到表面部件60上。可以将凹切部分62a和64a的前边缘180密封起来，以防止液体粘结剂进入中空的内部46。
图14，14A，14B，14C，14D，14E和14F示出了后部本体61的一个优选实施例。后部本体61的冠部62一般是朝向底部64中凸的，并且在与表面部件60的接合部位的外面与底部64的带状段90接合。冠部62的厚度的范围最好为由0.010英寸到0.100英寸，更可取地由0.025英寸到0.070英寸，甚至更可取地由0.028英寸到0.040英寸，最可取地为0.033英寸。底部64包括底段91和基本上与底段91垂直的可选的带状段90，底部64的厚度的范围最好为由0.010英寸到0.100英寸，更可取地由0.025英寸到0.070英寸，甚至更可取地由0.028英寸到0.040英寸，最可取地为0.033英寸。凹切部分62a，64a，64aa和133a的厚度与底部64和冠部62的厚度类似。在一个优选实施例中，底部本体61由多片经过预浸处理的层构成，典型地六或七层片，比如在题为Composite Golf Head And Method Of Manufacturing的美国专利号6248025中公开了此优选实施例，因此将该专利的全文结合进来作为参考。底段91一般是朝向冠部62中凸的。可选的气囊口135位于底部凹切部分64a中。
图7示出了本发明的球棍头42的中空的内部46。将插球杆的孔54设置在此中空的内部46中，并且将插球杆的孔(或球杆孔)54设置为表面部件60的一部分。插球杆的孔54可以由与表面部件60类似的材料构成，并且最好通过焊接或者类似手段把它紧固到表面部件60上。也可以与表面部件60的形成一起制作出插球杆的孔54。此外，插球杆的孔可以由一种不类似的材料构成，这种材料重量轻，并且采用粘接或其它的机械固定技术固定它。由球杆孔壁120确定插球杆的孔54的中空的内部118，此中空的内部形成一个由孔59到底部64的带锥度的管。在一个优选实施例中，球杆孔壁120不与跟横向段80接合，从而在球杆孔壁120与跟横向段80之间留下一个空间115。将杆48设置在一个球杆孔插入件121内，将此插入件设置在球杆孔54内。在2000年8月31日注册的题为Golf Club With Hosel Liner的美国专利号6352482中描述了这样的球杆孔插入件121和插球杆的孔54，因此将该专利的相关部分结合进来作为参考。进而，插球杆的孔54的位置最好在击打板部分72的后面，为的是在与高尔夫球撞击的过程中击打板部分72有足够的柔顺性。在一个实施例中，将插球杆的孔54设置在击打板部分72的后面0.125英寸。
如在图7中所示，最好将一个配重件122设置在球棍头42的中空的内部46中。在一个优选实施例中，将配重件122设置在底部64的带状段90的内表面上，为的是增加惯量矩并且控制高尔夫球棍头42的重心。然而，本领域技术人员将会认识到，可以将配重件122和附加的配重件122设置在球棍头42的其它位置，为的是影响重心，惯量矩或者高尔夫球棍头42的其它内在性能。配重件122最好是有钨的薄膜，涂布了钨的聚合物，或者类似的配重机构，比如在1999年12月29日提交的题为A Composite Golf Club Head With An Integral WeightStrip的美国专利号6386990中描述的配重机构，在此将该专利的全文结合进来作为参考。本领域技术人员将会认识到，可以采用其它的高密度材料作为可选的配重件，而不偏离本发明的范围和精神。
在一个优选实施例中，配重件122包括三个配重件122a，122b和122c，把它们嵌在后部本体61的底部64的带状段90的经过预浸处理的各层片内。跟配重部件122a，中心配重部件122b和趾配重部件122c都设置在构成带状段90的经过预浸处理的层片内。单个地，每个配重部件122a-c的质量范围由10克到30克，最好由14克到25克，更可取地由15克到20克。每个配重部件122a-c的密度范围由每立方厘米5克到每立方厘米20克，更可取地由每立方厘米7克到每立方厘米12克，最可取地为每立方厘米8.0克。
每个配重部件122a-c最好由与一种金属材料集成在一起的聚合物材料构成。这种金属材料最好由下述金属中挑选铜，钨，钢，铝，锡，银，金，铂，或类似金属。优选的金属是钨，由于它有很高的密度。聚合物材料是一种热塑性或者热固性材料。一种优选的聚合物材料是聚氨酯，环氧树脂，尼龙，聚酯，或类似材料。最可取的聚合物材料是热塑性的聚氨酯。优选的配重部件122a，122b或122c是与钨集成在一起的注入模制的热塑性聚氨酯，其密度为每立方厘米8克。在一个优选实施例中，每个配重部件122a-c由体积百分比50到95的聚氨酯和体积百分比50到5的钨构成。同样，在一个优选实施例中，每个配重部件122a-c由重量百分比10到25的聚氨酯和重量百分比90到75的钨构成。
最好，配重部件122a-c大致由击打板部分72的跟段66穿过后段70伸展到击打板部分72的趾段68。然而，配重部件122a-c也可以仅沿着带状段90的后段70，带状段90的跟段66，带状段90的趾段68，或者它们的任何组合伸展。同样，与将它们串联地设置相反，也可以将配重部件122a-c设置成彼此平行。本领域技术人员将会认识到，对于配重部件122a-c可以采用其它的重量材料，而不偏离本发明的范围和精神。配重部件122a-c的设置使得高尔夫球棍头40的惯量矩可以达到最佳。
图13A示出了高尔夫球棍头42的表面部件的一个优选实施例。
用来制作出表面部件60的额外方法包括由平的金属薄片形成表面部件60，由平的金属薄片通过超塑性成形(super-plastic forming)得到表面部件，由实心的金属块体机械加工出表面部件60，由锻造的预成形件对表面进行电化学研磨，以及类似的制造方法。另外的方法包括对钛薄片进行扩散粘合，以获得表面厚度可以变化的表面，随后进行超塑性成形。
替代地，表面部件60可以由无定形的金属材料构成，比如在2002年4月4日提交的美国专利号6471604中公开的那样，在此将该专利的全文结合进来作为参考。
本发明针对一种高尔夫球棍头，它有很高的恢复系数，从而用本发明的高尔夫球棍头击打的高尔夫球能够飞行更远的距离。恢复系数(在这里也被称为“COR”)由下公式确定e＝(v2-v1)/(U1-U2)其中U1是在撞击之前球棍头的速度；U2是在撞击之前高尔夫球的速度，此速度为零；v1是在高尔夫球刚刚离开球棍头表面之后球棍头的速度；v2是在高尔夫球刚刚离开球棍头表面之后高尔夫球的速度；而e是高尔夫球与球棍头之间的恢复系数。
对于没有能量添加的系统来说，e的数值被限制在0与1.0之间。对于一种材料比如软的粘土或腻子，恢复系数e可能接近0，而对于一种理想的弹性材料，没有任何能量由于变形被损失掉，e的数值可能为1.0。当在传统的检验条件下测量时，本发明的球棍头的恢复系数的范围由0.81到0.94。
在一种给定的高尔夫球的标准的USGA检验条件下，本发明的球棍头42的恢复系数的范围由大约0.81到0.94，范围最好由0.83到0.883，最可取地为0.87。
此外，表面部件60的击打板部分72的长宽比要比先有技术的表面板的长宽比小。在这里使用的长宽比被定义为表面的宽度“w”除以表面的高度“h”，如在图1A中所示出的那样。在一个优选实施例中，宽度w为78毫米，而高度h为48毫米，给出长宽比1.625。在传统的高尔夫球棍头中，长宽比常常比1大得多。例如，原来的GREAT BIGBERTHA驱动器的长宽比为1.9。本发明的击打板部分72的长宽比不大于1.7。本发明的长宽比的范围最好由1.0到1.7。一个实施例的长宽比为1.3。本发明的击打板部分72比先有技术的表面更接近圆形。本发明的击打板部分72的表面积的范围由4.00平方英寸到7.50平方英寸，更可取地由5.00平方英寸到6.5平方英寸，最可取地由5.8平方英寸到6.0平方英寸。
本发明的球棍头42的体积也比先有技术的球棍头的体积大，同时保持重量基本上与先有技术的重量相等。本发明的球棍头42的体积的范围由290立方厘米到600立方厘米，更可取地由350立方厘米到510立方厘米，甚至更可取地由385立方厘米到475立方厘米，最可取地为460立方厘米。
本发明的球棍头42的质量的范围由165克到225克，范围最好由175克到205克，最可取地由190克到200克。表面部件60的质量的范围最好由50克到110克，更可取的范围由65克到95克，甚至更可取地由70克到90克，最可取地为78克。后部本体61(没有配重件)的质量的范围最好由10克到60克，更可取地由15克到50克，最可取地由35克到40克。配重件122(最好由三个分开的配重件122a，122b和122c构成)的质量的范围最好由30克到120克，更可取的范围由50克到80克，最可取地为60克。内部的插球杆的孔54的质量的范围最好由3克到20克，更可取的范围由5克到15克，最可取地为12克。此外，环氧树脂或其它类似的可流动材料的数量范围由0.5克到5克，可以把这些材料注入高尔夫球棍头42的中空的内部46中，用做球棍头的选择性的配重。
球棍头42由击打板部分72到冠部62的后段的深度的范围最好由3.0英寸到4.5英寸，最可取地为3.5英寸。当处于击打位置时测量得到的球棍头42的高度“H”的范围最好由2.0英寸到3.5英寸，最可取地为2.50英寸。球棍头42由趾段68到跟段66的宽度“W”的范围最好由4.0英寸到5.0英寸，更可取地为4.4英寸。
图10和10A示出了穿过高尔夫球棍头的重心的惯性轴线。惯性轴线被标记为X，Y和Z。X轴线由击打板部分72穿过重心CG伸展到高尔夫球棍头42的后面。Y轴线由高尔夫球棍头42的趾段68穿过重心CG伸展到高尔夫球棍头42的跟段66。Z轴线由冠部62穿过重心CG伸展到底部64。
如在Ralph Maltby写的第4版Golf Club Design，Fitting，Alteration& Repair中所定义的那样，高尔夫球棍头的重心或质心是在球棍头内的一个点，它由两点或多点在竖直方向上的交点确定，这些点为当把球棍头悬挂起来时球棍头达到平衡的点。在Golf Club Design，Fitting，Alteration & Repair中提供了对重心的这个定义的更充分的解释。
最好采用一个检验框架(a test frame)(XT，YT，ZT)测量高尔夫球棍头42的重心和惯量矩，以及随后变换到一个球棍头框架(XH，YH，ZH)，如在图11和11A中所示出的那样。可以采用在其上有两个重量天平的重心台获得高尔夫球棍头的重心，如在题为HighMoment Of Inertia Composite Golf Club的美国专利号6607452中公开的那样，在此把该专利的全文结合进来作为参考。如果存在杆(或轴)，就将它移开，并且用一个球杆孔的立方体替代它，此立方体有多个表面与高尔夫球棍头的轴线垂直。给定高尔夫球棍头的重量，当把高尔夫球棍头同时放在两个天平上并且沿着一个特定的方向即X，Y或Z方向称重时，天平使得测量人员可以确定出高尔夫球棍头的重量分布。
一般，本发明的高尔夫球棍头42关于Z轴线的惯量矩Izz的范围将由2800g-cm2到5000g-cm2，最好由3000g-cm2到4500g-cm2，最可取地由3750g-cm2到4250g-cm2。本发明的高尔夫球棍头42关于Y轴线的惯量矩Iyy的范围将由1500g-cm2到2750g-cm2，最好由2000g-cm2到2400g-cm2，最可取地由2100g-cm2到2300g-cm2。
一般，高尔夫球棍头42有惯量积(products of inertia)，比如在美国专利号6425832中公开的惯量积，在此将该专利的全文结合进来作为参考。最好，高尔夫球棍头42的每个惯量积Ixy，Ixz和Iyz的绝对值小于100g-cm2。
权利要求
1.一种高尔夫球棍头，它包括表面部件，它的质量范围由25克到100克，所述表面部件包括击打板部分和由一种低密度材料构成的返回部分，所述表面部件也包括设置在所述击打板部分的内表面上的第二层，所述第二层由一种材料构成，所述材料的密度比所述低密度材料的密度大；以及连接到所述表面部件上的后部本体，所述后部本体的质量范围由10克到60克；其中，所述高尔夫球棍头的质量范围由165克到225克，且体积范围由290立方厘米到600立方厘米。
2.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，其还包括配重件，所述配重件的质量范围由30克到120克。
3.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分由一种材料构成，所述材料的密度低于5.0g/cc，而所述表面部件的所述第二层由密度大于5.0g/cc的材料构成。
4.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述后部本体由多个经过预浸处理的材料层片构成。
5.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述后部本体的质量范围由15克到50克。
6.按照权利要求2所述的高尔夫球棍头，其特征在于，配重件的质量范围由50克到80克。
7.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述高尔夫球棍头的体积范围由385立方厘米到475立方厘米。
8.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分由一种铝合金材料构成，而所述表面部件的所述第二层由一种钛合金材料构成。
9.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分由一种材料构成，所述材料的密度低于3.0g/cc，而所述表面部件的所述第二层由密度大于5.0g/cc的材料构成。
10.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分由一种铝合金材料构成，而所述表面部件的所述第二层由一种钢合金材料构成。
11.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分由一种镁合金材料构成，而所述表面部件的所述第二层由一种钢合金材料构成。
12.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分由一种镁合金材料构成，而所述表面部件的所述第二层由一种钛合金材料构成。
13.按照权利要求1所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分的厚度范围由0.030英寸到0.060英寸，而所述表面部件的所述第二层的厚度范围由0.030英寸到0.060英寸。
14.一种高尔夫球棍头，它包括表面部件，它的质量范围由25克到100克，所述表面部件包括击打板部分和由一种铝合金材料构成的返回部分，所述表面部件也包括设置在所述击打板部分的内表面上的第二层，所述第二层由一种材料构成，所述材料的密度比所述低密度材料的密度大；以及连接到所述表面部件上的后部本体，所述后部本体的质量范围由10克到60克，所述后部本体由一种非金属材料构成；装接到所述后部本体上的至少一个配重件，所述至少一个配重件的质量范围由30克到120克；其中，高尔夫球棍头的质量范围由165克到225克，而体积范围由290立方厘米到600立方厘米。
15.按照权利要求14所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述高尔夫球棍头的体积范围由385立方厘米到475立方厘米。
16.按照权利要求14所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述高尔夫球棍头的关于Izz轴线的惯量矩大于3000g-cm2。
17.按照权利要求14所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述击打板部分和所述返回部分的厚度范围由0.030英寸到0.060英寸，而所述表面部件的所述第二层的厚度范围由0.030英寸到0.060英寸。
18.按照权利要求14所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述表面部件的所述第二层由一种钛合金材料构成。
19.按照权利要求14所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述后部本体包括冠部和底部。
20.按照权利要求19所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述后部本体的所述底部包括底段和带状段。
21.按照权利要求18所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述返回部分包括上横向段和下横向段。
22.按照权利要求18所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述返回部分包括跟横向段和趾横向段。
23.按照权利要求18所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述返回部分包括上横向段。
24.按照权利要求18所述的高尔夫球棍头，其特征在于，所述返回部分包括下横向段。
全文摘要
一种高尔夫球棍(40)，它有一个球棍头(42)，此球棍头有一个表面部件(60)和一个后部本体(61)。表面部件(60)有一个击打板部分(72)，一个返回部分(74)，以及装接到击打板部分(72)上的第二层(72b)。后部本体(61)由一个冠部(62)，一个底部(64)，以及一个可选的带状段(90)构成。球棍头(42)的体积范围由290立方厘米到600立方厘米，重量范围由165克到300克，而击打板部分(72)的表面积范围由4.00平方英寸到7.50平方英寸。在检验条件下比如遵照Rule 4－1e，Appendix II，of the Rules of Golf for 1998－1999的USGA检验条件，球棍头(42)的恢复系数大于0.81。
文档编号A63B53/06GK101076381SQ200580042369
公开日2007年11月21日 申请日期2005年10月6日 优先权日2004年10月8日
发明者A·霍克内尔, J·A·加拉韦 申请人:卡拉韦高尔夫公司