具有优化的垂直轴线和杆颈轴线惯性矩的高尔夫球杆的制作方法

专利名称：具有优化的垂直轴线和杆颈轴线惯性矩的高尔夫球杆的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高尔夫球杆，更具体地涉及具有改善的质量特性的金属木杆和实 用类型的高尔夫球杆。
背景技术：
高尔夫球杆设计的复杂是已知的。针对球杆的每个部件(即，球杆头、杆身、握杆 及其子部件)的规格直接影响球杆的性能。由此，通过改变设计规格，高尔夫球杆可以定制 为具有特定性能特性。已经长久地研究高尔夫球杆的设计。在高尔夫球杆中较为重要的考虑是杆面 仰角(loft angle)、杆身倾角(lie angle)、杆面角(face angle)、杆面水平膨凸弧度 (horizontal face bulge)、杆面垂直滚转弧度(vertical face roll)、重心位置、转动惯 量、材料选择和总杆头重量。虽然这组基本的标准通常是高尔夫球杆设计者的关注点，还必 须考虑多个其它设计方面。球杆头的内部设计可以被定制以获得特定的特性，诸如包含有 杆颈(hosel)或杆身附加机构、球杆头上的周边重量以及中空球杆头内的填充物。高尔夫球杆头还必须足够强固以抵抗在高尔夫球杆和高尔夫球之间的重复撞击 期间产生的应力。在该瞬间事件期间产生的载荷可产生超过2，OOOlbs的峰值力。由此，主 要的挑战是设计球杆杆面和球杆本体来抵抗永久变形或断裂。传统的中空金属木杆由钛制 成，其通常具有超过2. 5mm或0. 1英寸的均勻杆面厚度，来确保球杆头的结构完整性。球手通常追求金属木杆和高尔夫球组合，其传递最大的距离和落地准确性。球在 撞击后行进的距离通过球的初始速度的大小和方向以及球的旋转速度或翻滚来指示。环境 条件进一步影响球的飞行，诸如大气压力、湿度、温度和风速。但是，这些环境影响超过了高 尔夫器材设计者的控制。高尔夫球落地准确性由多种因素影响。这些因素中的一些有利于 球杆头设计，诸如重心和惯性矩。高尔夫球杆制造的当前趋势是生产大体积球杆头，以便使球杆头的惯性矩最 大化。考虑到对高尔夫器材的改进可使比赛缺少挑战性，美国高尔夫球规则的主管团体 United States Golf Association(USGA)对高尔夫器材性能制订了规格。这些规格规定了 合格高尔夫球或高尔夫高尔夫球杆的尺寸和重量。USGA规则限制了木杆的多个参数。例 如，木杆的体积已经被限制到460士 10立方厘米。除了推杆以外，杆身的长度已经被封顶为 48英寸。木杆球杆头必须小于5英寸平方，并且从杆底到杆顶的高度不能超过2. 8英寸。 USGA还进一步将木杆和高尔夫球之间的撞击的恢复系数限制为0. 830。USGA已经观察到，木杆的转动惯量或者球杆对偏心击打的扭转的阻力已经在 1990年至2005年增至三倍，这与特大型木杆的引入一致。由于具有更高转动惯量的木杆 更加容易容许偏心击打，USGA关注球杆头的惯性的进一步增加可降低比赛的挑战性，在 2006 年将木杆的惯性矩限制为 5900g · cm2士 IOOg · cm2 (590kg · cm2士 10k g · cm2)或者 32. 259oz · in2士0. 547oz · in2。USGA将木杆的惯性矩限制为相对于通过球杆头重心的垂直轴线的计算惯性矩。较
4大的绕垂直轴线MOI保存了偏心击打时的较大球速。但是，在下挥时，当高尔夫球杆头接近 高尔夫时，高尔夫球杆头绕球杆的杆身或杆颈旋转。绕该“杆颈轴线”的惯性矩倾向于比绕 通过重心的垂直轴线的惯性矩大得多。绕杆颈或杆身轴线的惯性矩是球杆的旋转质量或 “占据空间”，其是球手必须在打击之前克服的，以便击打直射。在被制造为具有大的绕垂直 轴线的惯性矩的大体积木杆中，惯性矩的不同甚至被夸大。球手发现难以控制绕杆颈轴线 的惯性矩大的球杆头，因为在下挥期间，其需要做更大的功，以使杆面“变正”并击打直射。尽管存在优化高尔夫球杆头的质量特性的方法，现有技术中仍存在对具有小体积 或占据空间(footprint)，和/或优化的绕杆颈轴线的惯性矩或旋转占据空间的需求。此 外，在现有技术中仍存在对以下高尔夫球杆头的需求，相对于绕大体积木杆的杆颈轴线的 惯性矩，该高尔夫球杆头具有大的绕穿过重心的垂直轴线的惯性矩和小的绕大体积木杆的 杆颈轴线的惯性矩。

实用新型内容本实用新型涉及一种中空本体高尔夫球杆头，其具有远离球杆头重心或几何中心 定位的离散聚集的重量或质量，以优化球杆头绕穿过球杆头重心或几何中心的垂直轴线 (此后称为“y轴线”)和绕穿过高尔夫球杆的杆身中心的轴线(此后称为“杆颈轴线”)的 惯性矩(MOI)。本实用新型大体涉及减小球杆头的占据空间或相对于MOI (杆颈轴线)优化MOI (y 轴线)。在一个方面，占据空间可以通过减小球杆头的体积而减小。在另一方面，球杆头的 MOI(杆颈轴线)可以被减小以使球杆头的旋转占据空间最小化，而不减小球杆头的体积。本实用新型提供一种高尔夫球杆，包括杆身和球杆头，且球杆头包括沿通过高尔 夫球杆头的几何中心的垂直方向延伸的y轴线，和平行于杆身中心延伸并延伸通过杆颈基 部的杆颈轴线，其中，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大于约0. 55。优选地，杆颈轴线MOI等于或小于约800kg · mm2。优选地，杆颈轴线MOI等于或小于约710kg · mm2。优选地，y轴线MOI等于或大于约450kg · mm2。优选地，y轴线MOI等于或大于约470kg · mm2。优选地，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大于约0. 75。优选地，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大于约1. 0。优选地，球杆头的体积在大约390cc和大约420cc之间。优选地，球杆头的体积在大约350cc和大约460cc之间。优选地，y轴线MOI在约470kg · mm2和约600kg · mm2之间，并且杆颈轴线MOI在 约 600kg · mm2 和约 725kg · mm2 之间。优选地，y轴线MOI在约545kg · mm2和约600kg · mm2之间，并且杆颈轴线MOI在 约 600kg · mm2 和约 725kg · mm2 之间。优选地，y轴线MOI对球杆头的体积的比值大于约0. 90kg · mm2/Cm3。优选地，y轴线MOI对球杆头的体积的比值大于约1. Okg · mm2/Cm3。优选地，y轴线MOI对球杆头的体积的比值大于约1. IOkg · mm2/Cm3。优选地，高尔夫球杆由多种材料制成。[0027]优选地，所述球杆头包括杆面、杆顶、裙边、杆颈和杆底，其中，所述杆底包括至少 第一和第二重量构件以及杆颈基部，其中，第一重量构件朝向杆底的杆面边缘定位并靠近 杆颈基部，和其中，第一和第二重量构件具有比杆底大的密度，或具有比杆底大的厚度，以 便增加球杆头的惯性矩。优选地，第二重量构件朝向杆底的趾部边缘和背部定位。优选地，第二重量构件朝向杆底的趾部边缘和杆面定位。优选地，第二重量构件靠近杆底的背部边缘定位并大致沿杆底的背部边缘的整个 长度延伸。优选地，第一重量构件大致沿杆底的杆面边缘的整个长度延伸，并且第二重量构 件靠近杆底的背部边缘定位并大致沿杆底的背部边缘的整个长度延伸。优选地，还包括第三重量构件，该第三重量构件布置在杆底上位于第一和第二重 量构件之间。另一方面，本实用新型还提供一种高尔夫球杆，包括杆身和球杆头，其特征在于， 球杆头包括沿通过高尔夫球杆头的几何中心的垂直方向延伸的y轴线，和平行于杆身中心 延伸并延伸通过杆颈基部的杆颈轴线，其中，球杆头具有大于约350cc的体积，并且其中，y 轴线MOI对球杆头体积的比值大于约0. 90kg · mm2/cm3。优选地，杆颈轴线MOI等于或小于约800kg · mm2。优选地，杆颈轴线MOI等于或小于约710kg · mm2。优选地，y轴线MOI等于或大于约450kg · mm2。优选地，y轴线MOI等于或大于约470kg · mm2。优选地，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大于约0. 55。优选地，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大于约0. 75。优选地，y轴线MOI对球杆头体积的比值在约0. 9kg · mm2/cm3和约1. 30kg · mm2/ cm3之间。优选地，高尔夫球杆由多种材料制成。本实用新型的高尔夫球杆头优选地具有在约470kg · mm2和约600kg · mm2之间的 绕1轴线的MOI，以及在约600kg · mm2和约72^g · mm2之间的绕杆颈轴线的MOI。根据本实用新型的实施例，MOI (y轴线)对MOI (杆颈轴线)的比值优选地大于 约0.55。更优选地，该比值大于约0.75。在某些实施例中，该比值大于约1.00，这意味着 MOI (杆颈轴线)有利地低于MOI (y轴线)。根据本实用新型的高尔夫球杆头优选地具有在390cc和约420cc之间的体积，以 具有绕杆颈轴线的较小旋转占据空间。当高尔夫球杆由包括塑料的多种材料制造，体积可 以高至460cc。MOI (y轴线)对球杆头的体积的比值优选地大于约0. 90kg · mm2/Cm3。优选 地，对于体积超过350cc的球杆头，该比值优选地大于约1.00kg ·πιπι7(3πι3和更优选地大于 约1. IOkg ·πιπι2/(3πι3。优选地，该比值小于约1. 70kg ·πιπι2/(3πι3。本实用新型的高尔夫球杆头 可包括在杆底上的离散重量构件，以增加MOI并实现上述质量特性。

图1的图表显示了绕本实用新型高尔夫球杆头的y轴线和杆颈轴线的惯性矩的优选范围；图2、4、6、8和10是本实用新型的理想高尔夫球杆头的底部平面图；图3、5、7、9和11是根据本实用新型的高尔夫球杆头的底部平面图；图12A是本实用新型的多材料木杆球杆的顶部透视图；图12B与图12A类似，但是为了清晰去除了一些部分；图12C是图12A的球杆头的底部透视图；图12D是图12B的球杆头的底部透视图；图13是本实用新型的高尔夫球杆头的端部平面图；和图14是本实用新型的高尔夫球杆头的横截面视图。
具体实施方式
高尔夫球杆中的转动惯量(“Μ0Ι”或“惯量”)在本领域中是已知的，并且在很多文 献中已充分论述，包括美国专利No. 4，420，156，其内容通过参考在此完全并入。当惯性非常 小时，杆头倾向于由于偏心击打而过度旋转。具有较高的惯性矩的高尔夫球杆头将阻碍因 球杆杆面和高尔夫球之间的偏心撞击引起的旋转，由此减小球速损失、缓解球左曲(hook) 或右曲(slice)的倾向、增加飞行距离并由此增加落地准确性。本实用新型涉及一种中空 本体高尔夫球杆头，其具有杆颈、杆面、杆顶、裙边和杆底，其中，球杆头还包括远离球杆头 重心或几何中心的离散聚集的重量或质量，以优化球杆头围绕通过球杆头重心或几何中心 的垂直轴线(此后称为“y轴线”)和通过高尔夫球杆的杆身中心的轴线(此后称为“杆颈 轴线”)的两条垂直轴线的惯性矩(MOI)。具体地，本实用新型涉及一种具有上述质量特性 的金属木杆或实用(utility)高尔夫球杆头。当前木杆球杆具有高至USGA限制的460cc的体积。更大的体积可导致更高的 MOI (杆颈轴线)，这需要由高尔夫球手做更大的功来控制球杆，从而杆面在撞击时垂直于 目标线。低于MOI (杆颈轴线)将减小对高尔夫球手的实际需求，而保持高的MOI (y轴线) 将保持对偏心击打时球速降低的期望容错性。本实用新型的高尔夫球杆头优选地具有大约在390cc和大约420cc之间的体积。 本实用新型的发明者决定MOI (y轴线)优选地在450kg -mm2和大约600kg ·mm2之间，更优 选地在约470kg 'mm2和大约600kg 'mm2之间。MOI (y轴线)还可以进一步在约545kg 'mm2 和大约600kg · mm2之间。MOI (杆颈轴线)优选地在约600kg · mm2和800kg · mm2之间，更 优选地在约600kg -mm2和大约725kg -mm2之间。图1的图表的阴影区域表示优选范围，阴 影区域内的虚线显示了绕本实用新型高尔夫球杆头的y轴线和杆颈轴线二者MOI值的更优 选范围。这些优选的MOI (y轴线)和MOI (杆颈轴线)值体现出高尔夫球手击打高尔夫球 时的较小的实际需求，并保持在偏心击打球时速度降低的期望容错性。高尔夫球杆头优选 地具有在180和220g之间的质量，更优选地在190g和210g之间。当球杆头由多种材料(包括一种或多种塑料)制成时或者当用于影响质量特性变 化的离散重量向内移动而与球杆头周边间隔开时，对于具有高至并超过大约460cc的体积 的球杆头，可以获得根据本实用新型的较小旋转占据空间，如下所述。另外，MOI (y轴线)与MOI (杆颈轴线)的比值优选地大于约0. 55，但更优选地大 于约0.75。如以下所示，该比值可以大于1.00，这意味着MOI(杆颈轴线)可以制成为低于MOI (y轴线)。这是本实用新型的另一优选实施例，因为其保存期望的高MOI (y轴线)，同时 使MOI (杆颈轴线)或旋转占据空间最小化。控制MOI (杆颈轴线)的另一方式是将MOI (y轴线)与球杆头的体积关联，因为降 低球杆头的体积是降低MOI (杆颈轴线)的一种方式。优选地，球杆头的体积大于350cc， 但更优选地在大约390cc和大约420cc之间。对于具有大约350cc或更大体积的球杆头， MOI (y轴线)与球杆头体积的比值优选地大于大约1. 30kg · mm2/Cm3。对于具有大约350cc 或更大体积的球杆头，MOI (y轴线)与球杆头体积的比值较优选地大于大约1. 45kg · mm2/ cm3和更优选地大于1. 50kg · mm2/cm3。优选地，该比值小于1. 70kg · mm2/cm3。控制MOI (杆颈轴线)的另一方式是将从击打杆面垂直测量的重心距离限制为大 约2/3英寸到大约1英寸。不约束于任何特殊理论，在大的或特大型木杆球杆中，重心可以 定位为自击打杆面多于1英寸，以提供在击打杆面上获得更大的甜蜜点。通过限制重心可 以位于自击打杆面靠后多少，即从大约2/3英寸到大约1英寸，人们可以控制球杆的体积和 球杆的MOI (杆颈轴线)，同时允许MOI (y轴线)在450kg · mm2和大约650kg · mm2之间，优 选地在 500kg · mm2 和 600kg · mm2 之间。本实用新型的木杆球杆具有与较大460cc木杆球杆大致类似的MOI特性，但具有 较小的体积，并且高尔夫球手更加容易在下挥时进行控制。根据本实用新型的一个方面，重量可以以创新的方式围绕球杆头分布，以获得期 望的MOI (y轴线)对MOI (杆颈轴线)的比值和/或与球杆头体积因子相关的期望MOI (y 轴线)。对于绕已知轴线旋转的物体，惯性矩I可以利用以下公式计算I = mr2其中，m是物体的质量，r是质量距旋转轴线的距离。矩形物体绕轴线的MOI可以通过公式描述I = 1/12 · m(a2+b2)其中，a是矩形的长度，b是矩形的宽度。当必须绕通过并非质量中心的点的旋转轴线计算MOI时，可以利用平行轴线定理 确定Μ0Ι。这样的物体的MOI可以利用等式计算I = mr2+me2其中，e是物体的质量中心距旋转轴线的距离。上述等式用于确定如图2、4、6、8和 10所示的理想高尔夫球杆头的MOI值。本实用新型的高尔夫球杆头可以利用多种质量分布样式，包括图2、4、6、8和10所 示的那些，以优化MOI (y轴线)和MOI (杆颈轴线)。每个理想球杆头的质量特性在表1中 总结。图2、4、6、8和10的理想球杆头适合预定USGA的预定5英寸平方，并具有200克的 质量。对于每个质量分布样式，200克质量分为球杆头的两个部分，部分A和部分B。在一 次迭代中，部分A包括球杆头质量的三分之二、或133克，部分B包括球杆头质量的三分之 一、或67克。在第二迭代中，部分A包括球杆头质量的四分之三、或150克，部分B包括球 杆头质量的四分之一、或50克。对于每个理想化的球杆头，y轴线延伸通过球杆头的几何 中心。在该示例中，质量部分A和B定位为靠近由USGA预定的5英寸乘5英寸包络线的周 边。表1显示了绕延伸通过几何中心和理想高尔夫球杆头的杆颈轴线的MOI值。如图2、4、 6、8和10所示的球杆头的杆颈轴线延伸通过点C。对于图2、4、6和8，点C定位在与趾部边缘18相距4英寸和与杆面边缘20相距0. 5英寸的位置。对于图10，点C定位在与趾部边 缘18相距4. 5英寸和与杆面边缘20相距0. 5英寸的位置。表1提供了对于质量分布每次 迭代的MOI (y轴线)对MOI (杆颈轴线)的比值，以及质量分布每次迭代的MOI (y轴线)对 体积的比值。
权利要求1.一种高尔夫球杆，包括杆身和球杆头，其特征在于，球杆头包括沿通过高尔夫球杆头的几何中心的垂直方向延伸的y轴线， 和平行于杆身中心延伸并延伸通过杆颈基部的杆颈轴线， 其中，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大于0. 55。
2.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，杆颈轴线MOI等于或小于 800kg · mm2。
3.如权利要求2所述的高尔夫球杆，其特征在于，杆颈轴线MOI等于或小于 710kg · mm2。
4.如权利要求2所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI等于或大于450kg· mm2。
5.如权利要求2所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI等于或大于470kg· mm2。
6.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大 于 0. 75。
7.如权利要求6所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大 于 1. 0。
8.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，球杆头的体积在390cc和420cc之间。
9.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，球杆头的体积在350cc和460cc之间。
10.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI在470kg· mm2和 600kg · mm2之间，并且杆颈轴线MOI在600kg · mm2和72^g · mm2之间。
11.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI在545kg· mm2和 600kg · mm2之间，并且杆颈轴线MOI在600kg · mm2和72^g · mm2之间。
12.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对球杆头的体积的比值 大于 0. 90kg · mm2/cm3。
13.如权利要求12所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对球杆头的体积的比 值大于 1. Okg · mm2/cm3。
14.如权利要求13所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对球杆头的体积的比值 大于 1. IOkg · mm2/cm3。
15.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述球杆头包括杆面、杆顶、裙边、 杆颈和杆底，其中，所述杆底包括至少第一和第二重量构件以及杆颈基部， 其中，第一重量构件朝向杆底的杆面边缘定位并靠近杆颈基部，和 其中，第一和第二重量构件具有比杆底大的密度，或具有比杆底大的厚度，以便增加球 杆头的惯性矩。
16.如权利要求15所述的高尔夫球杆，其特征在于，第二重量构件朝向杆底的趾部边 缘和背部定位。
17.如权利要求15所述的高尔夫球杆，其特征在于，第二重量构件朝向杆底的趾部边 缘和杆面定位。
18.如权利要求15所述的高尔夫球杆，其特征在于，第二重量构件靠近杆底的背部边缘定位并大致沿杆底的背部边缘的整个长度延伸。
19.如权利要求15所述的高尔夫球杆，其特征在于，第一重量构件大致沿杆底的杆面 边缘的整个长度延伸，并且第二重量构件靠近杆底的背部边缘定位并大致沿杆底的背部边 缘的整个长度延伸。
20.如权利要求19所述的高尔夫球杆，其特征在于，还包括第三重量构件，该第三重量 构件布置在杆底上位于第一和第二重量构件之间。
21.—种高尔夫球杆，包括杆身和球杆头，其特征在于，球杆头包括沿通过高尔夫球杆头的几何中心的垂直方向延伸的y轴线， 和平行于杆身中心延伸并延伸通过杆颈基部的杆颈轴线，其中，球杆头具有大于350cc的体积，并且其中，y轴线MOI对球杆头体积的比值大于0. 90kg · mm2/cm3。
22.如权利要求21所述的高尔夫球杆，其特征在于，杆颈轴线MOI等于或小于 800kg · mm2。
23.如权利要求22所述的高尔夫球杆，其特征在于，杆颈轴线MOI等于或小于 710kg · mm2。
24.如权利要求22所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI等于或大于450kg·πιπι2。
25.如权利要求M所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI等于或大于470kg·πιπι2。
26.如权利要求21所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值 大于0. 55。
27.如权利要求21所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值 大于0. 75。
28.如权利要求21所述的高尔夫球杆，其特征在于，y轴线MOI对球杆头体积的比值在 0. 9kg · mm2/cm3 和 1. 30kg · mm2/cm3 之间。
专利摘要高尔夫球杆头设置为具有中控本体球杆头，球杆头包括沿通过高尔夫球杆头的几何中心的垂直方向延伸的y轴线，和平行于杆身中心延伸并延伸通过杆颈基部的杆颈轴线，y轴线MOI对杆颈轴线MOI的比值大于约0.55。该球杆头具有远离球杆头重心或几何中心定位的离散聚集的重量或质量，以优化球杆头绕穿过球杆头重心或几何中心的垂直轴线(y轴线)和穿过高尔夫球杆的杆身中心的轴线(杆颈轴线)的惯性矩。球杆头绕y轴线的惯性矩对球杆头惯性矩的比值优选为0.55。更优选地，该比值为0.75。
文档编号A63B53/04GK201889042SQ20092029155
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月19日
发明者查尔斯·E·戈尔登, 约翰·莫林, 诺厄·德拉克鲁兹 申请人:阿库施耐特公司