专利名称：高尔夫球杆杆头的制作方法
技术领域：
本申请基于2011年10月28日向日本提交的N0.2011-236582的在先申请，因此将其全部内容通过引用结合在此。
背景技术：
本发明的领域本发明涉及闻尔夫球杆杆头。具体地说，本发明涉及具有CFRP部件的闻尔夫球杆杆头。相关技术的说明在高尔夫球杆杆头中，可依靠规则调整杆头的回弹系数和体积。就挥杆平衡而言，可限制杆头的重量。此外，就实用性而言，需要高强度。规则和限制使得设计具有提高的性能的杆头变得复杂。为了改进杆头的性能，使用CFRP的杆头是已知的。CFRP是指碳纤维强化塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)。CFRP可具有比钦更高的特定强度。通过使用CFRP可产生超重(excess weight)。通过对超重进行重新处理，可以改变杆头重心位置。超重可以改进杆头设计的自由度。日本申请公开N0.4222118 (US 2005/0026721)公开了具有由基于整体钛的金属材料、金属基板、以及纤维强化树脂主体组成的中空的高尔夫球杆杆头。段落
公开了沿顺时针方向朝向跟趾方向倾斜60度定位的碳纤维的薄片、以及沿逆时针方向朝向跟趾方向倾斜60度定位的碳纤维的薄片。在日本专利申请公开N0.2005-253606的图6中，公开了沿四个方向定位的层板(laminate)。日本专利申请公开N0.2005-312646 (US2005/0245328、US 2009/0139643、US 2009/0176600)公开了其中纤维以 30 90。的角交叉的构造。日本专利申请公开N0.2005-296626 (US 2005/0209022)公开了一种树脂部件，该部件包括其中纤维基本上相对于杆头前后方向线0°的O方向预浸料(pr印reg)、以及其中纤维基本上相对于杆头前后方向线90°的90方向预浸料。
发明内容
CFRP具有大于金属的阻尼比率(损耗系数)。因此，击球声易于变短。此外，在使用CFRP的杆头中，击球声的初峰频率(primarypeak frequency)趋向于较低。具有低频率的较短击球声易于给高尔夫球手提供不良的印象。击球声可能对对高尔夫球手的心理和挥杆有影响。优选改进击球声。本发明的目标在于提供一种具有CFRP部件且具有出色击球声的高尔夫球杆杆头。根据本发明的高尔夫球杆杆头具有杆头主体和CFRP部件。CFRP部件构成顶部(crown)的至少一部分或底部(sole)的至少一部分。CFRP部件具有含有层叠UD层的UD层叠部。在UD层叠部中，纤维的方向基本设置为三个方向。
三个方向是第一方向、第二方向和第三方向。此时，优选第二方向相对于第一方向的角度基本上为+60° ,第三方面相对于第一方向的角度基本上为-60°。优选，UD层叠部在纤维定向角中具有层叠对称性。优选，UD层叠部的层数为5以上且12以下。优选，CFRP部件构成顶部的至少一部分。优选，杆头的体积等于或大于400cc。优选，杆头的重量等于或低于200g。优选，横向惯性矩等于或大于4600g.cm2。可以获得具有CFRP部件且具有出色击球声的高尔夫球杆杆头。
图1是根据本发明实施方式的杆头的透视图。图2是显示用于图1的杆头的杆头主体部分的平面图。图3是用于图1的杆头的CFRP部件的分解透视图。图4显示图3的CFRP部件的各层中纤维的方向。图5是说明层叠对称性的横截面图。图6是显示杆头平面图的模拟图，并且CFRP部件16在图6中显示为黑色。图7是显示杆头底视图的模拟图。图8是显示杆头平面图的模拟图，并且顶部打开位置cpl如图8所述。图9是显示在模拟A中一阶(first-order)固有频率；图10是显示在一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头AfAS如图10中所示；图11是显示在一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头A9116如图10中所示；图12是显示在模拟B中固有频率(顶部的一阶模式中的固有频率)fm的计算结果的曲线图；图13是显示在顶部的一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头Bxl、x3如图13中所示；图14是显示在顶部的一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头Bx4、x7如图14中所示；图15是显示在顶部的一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头Byl、y3如图15中所示；图16是显示在顶部的一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头By4、y7如图16中所示；图17是显示在模拟C中固有频率(顶部的一阶模式中的固有频率)fm的计算结果的曲线图；图18是显示在一阶模式、二阶模式、三阶模式、以及四阶模式中杆头Cl的振动形态的模拟图；图19是显示在顶部的一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头C2飞5如图19中所示；并且图20是显示在顶部的一阶模式中振动形态的模拟图，并且杆头C6 C8如图20中所示。
具体实施例方式在下文中，将适当参考附图，基于优选实施方式，对本发明进行详细描述。在本发明中，定义了基态、跟趾方向、前后方向FB。[基态]基态是杆头以预定杆头倾角(lie angle)和实际杆面角度(loft angle)设置在水平面h上的状态。更详细的说，基态是以下状态。杆头以如下状态放置在水平面h上:杆头的轴孔(shafthole)的中心轴线z设定为在可选的竖直表面VPl中，所述中心轴线z以杆头倾角倾向水平面h，并且所述杆面表面以实际杆面角度倾向竖直表面VP1。竖直表面VPl是平行于垂线的平面。[跟趾方向]在基态的杆头中，平行于竖直表面VPl和水平面h的相交线的方向是跟趾方向。[前后方向]在基态的杆头中，垂直于竖直表面VPl和水平面h的相交线的方向是前后方向。图1是根据本发明实施方式的杆头2的透视图。杆头2是木型杆头。杆头2具有杆面4、顶部6、底部8、以及棒颈(hosel) 10。棒颈10具有轴孔12。杆头2具有空心结构。此外，杆头2具有侧面14。杆头2通过组合多个部件形成。所述具体实施方式
的杆头2通过结合杆头主体hi和顶部部件Cl形成。所述杆头2通过结合杆头主体hi和底部部件形成。此外，杆头主体hi可以通过结合多个部件形成。例如，杆头hi可以由具有打开的杆面部(opened face portion)的第一部件以及形成杆面的第二部件形成。图2是从顶部侧面观察的杆头主体hi的平面图。在实施方式中，杆头主体hi具有顶部打开位置cpl。顶部部件cl未在图2中显不。因此，在图2中，画出了底部8的内表面Sn。在杆头2中，顶部打开位置cpl可被顶部部件Cl闭合。因此，在杆头2中，看不见底部8的内表面8n。如图2所示，杆头主体hi具有在顶部打开位置cpl周围设置的水平差异部(leveldifference part) cp2。水平差异部cp2的高度基本等于顶部部件cl的厚度。因此,在杆头2的外表面上，顶部部件Cl和杆头主体hi之间的分界线kl没有水平差异。顶部部件Cl形成顶部6的一部分。顶部部件Cl形成顶部6的大部分。顶部部件Cl占顶部6的面积的50%以上。用于结合顶部部件Cl和杆头主体hi的方法是粘合。粘合剂被用于粘合。在顶部打开位置cpl和水平差异部cp2之间的区域是重叠部分al。在重叠部分al中，顶部部件cl和杆头主体hi是重叠的。在重叠部分al中，顶部部件Cl和杆头主体hi结合在一起。重叠部分al设置为覆盖顶部打开位置cpl的全部圆周。在除了重叠部分al以外的部分中，顶部部件Cl并不由杆头主体hi支持。在除了重叠部分al以外的部分中，顶部部件Cl单独形成顶部6。顶部部件Cl由CFRP形成。CFRP是指碳纤维强化塑料。在该实施方式中，顶部部件Cl是CFRP部件16。在本申请中，包括仅CFRP部件的部分被称为CFRP单一部分(single part)。在顶部部件Cl中，除了重叠部分al之外的部分是CFRP单一部分。换言之，CFRP单一部分是在顶部打开位置cpl内部的部分。CFRP单一部分不被杆头主体hi支持。CFRP单一部分占顶部6面积的50%以上。CFRP部件16可位于除了顶部6之外的部分。CFRP部件16可设置在顶部6和侧面14中。CFRP部件16可以设置在顶部6、侧面14、和底部8。CFRP部件16可以设置在底部8。CFRP部件16可以设置在底部8和侧面14。CFRP部件16是层叠片。CFRP部件16由数层形成。所有的层皆可由CFRP形成。预浸料可用于生产CFRP部件16。预浸料具有基质树脂和碳纤维。一个层可由一个预浸料形成。层叠片可通过层叠多个预浸料而形成。图3是显示CFRP部件16(顶部部件cl)的层叠片的分解透视图。图4是显示CFRP部件16的层叠片的平面图。CFRP部件16具有七层。CFRP部件16具有第一层S1、第二层s2、第三层s3、第四层s4、第五层s5、第六层s6、第七层s7。第一层si是最内层。第一层Si形成杆头2的内表面。换言之，第一层Si与杆头的空心部分接触。第七层s7是最外层。第七层s7形成杆头2的最外面的表面。关于外观，第七层7s (最外层)的外表面通常是抛光的。此外，通常将涂层施加于抛光表面上。在该实施方式中，在第七层7s的外侧形成涂层膜。在图3中，各个层都是平的。然而，在实际杆头2中，各层可以形成弯曲表面。在图3中，各层的厚度画得比实际更厚。可制备用于模制CFRP部件16的金属模具，从而生产CFRP部件16。如图3所示，可切出多个预浸料。接着，在层叠这些预浸料的同时，将预浸料放入金属模具中。然后，将预浸料加热加压。基质树脂通过加热固化，形成CFRP部件16。CFRP部件16具有UD层叠部18和布层20。UD层叠部18是具有层叠的UD层的部分。术语“UD”表示单向。在UD层中，纤维的方向是一个方向。UD层通过UD预浸料形成。在布层20中，碳纤维的方向通常设定为两个方向。典型的布层20具有碳纤维织物。典型的布层20由织物预浸料形成。在本实施方式中，第一层si至第六层s6被包含在UD层叠部18中。第七层s7是布层20。布层20位于UD层叠部18外侧。UD层叠部18和布层20彼此接触。[层叠对称性]术语“层叠对称性”在本申请中使用。该术语单独地在本申请中进行说明。在UD层叠部18中限定层叠对称性。可以对每一规格进行层叠对称性限定。规格的例子包括纤维的定向角、层厚、碳纤维的种类、以及预浸料种类。层叠对称性是指在总η层中从中性面(neutral plane)数起的外部第η层中的规格基本上与从中性面数起内部第η层的规格相同。η是整数，等于或大于I。图5Α和图5Β对层叠对称性进行说明。图5Α和图5Β显示了 UD层叠部的横截面图。在横截面图中，各层是平的。然而，事实上，各层可以形成弯曲表面。当UD层叠部的层数量N是偶数，中性层是指在第[Ν/2]层和第[(N/2)+l]层之间的分界。例如，如图5Α所示，当UD层叠部的层数量N是6时，中性层ml是第三层s3和第四层s4之间的分界。图5A的实施方式满足以下条款(al)、(a2)、和(a3)。因此，图5A的实施方式在纤维定向角中具有层叠对称性。(al)在第三层S3中纤维定向角与第四层s4基本相同。
(a2)在第二层s2中纤维定向角与第五层s5基本相同。(a3)在第一层si中纤维定向角与第六层s6基本相同。另一方面，当UD层叠部的层数量N是奇数时，中性层是指第[(N/2)+l]层本身。例如，如图5B所示，当UD层叠部的层数量N是5时，中性层ml是第三层s3。图5B的实施方式满足以下条款(bl)和(b2)。因此，图5B的实施方式在纤维定向角中具有层叠对称性。(bl)在第二层s2中纤维定向角与第四层s4基本相同。(b2)在第一层Si中纤维定向角与第五层s5基本相同。在纤维的定向角中，术语“基本(上)”具有允许±10° (优选±5° )误差的意图。通常，杆头2的外表面由自由曲面形成，而不是一个平面。因此，在纤维定向角中一定程度上不可避免地会产生误差。在纤维定向角中的层叠对称性如上所述。在其它规格中，层叠对称性也进行相似的限定。例如，当m)层叠部的层数量N是6时，满足以下条款(a4)、(a5)和(a6)的UD层叠部在层厚中具有层叠对称性。(a4)第三层S3的层厚与第四层s4的层厚基本相同。(a5)第二层s2的层厚与第五层s5的层厚基本相同。(a6)第一层si的层厚与第六层s6的层厚基本相同。在层厚中，术语“基本(上)”具有允许±10% (优选±5%)误差的意图。通常，基质树脂在UD层叠部18的成型加工中会有部分流动。因此，在层厚中一定程度上不可避免地
会产生误差。类似地，例如，当UD层叠部的层数量N是6时，满足以下条款(a7 )、( a8 )和(a9 )的UD层叠部在预浸料种类上具有层叠对称性。(a7)在第三层S3中使用的预浸料种类与第四层s4中使用的预浸料种类相同。(a8)在第二层s2中使用的预浸料种类与第五层s5中使用的预浸料种类相同。(a9)在第一层Si中使用的预浸料种类与第六层s6中使用的预浸料种类相同。预浸料的种类可以通过预浸料的型号进行区分。本申请中，纤维的定向角由数值表示。为了易于理解，为了表示本申请中的定向角Θ，限定以下规则(参见图4)。[规则I]:在从顶部侧观察的平面中确定纤维的定向角。[规则2]:相对于前后方向的45°倾斜角定义为参考方向XI。参考方向Xl定义为O。。[规则]:从顶部侧观察的顺时针方向定义为正，从从顶部侧观察的逆时针方向定义为负。定向角Θ具有±10° (优选±5° )的误差允许范围。如图4所示，在CFRP部件16中，第一层Si的定向角Θ为60° (+60° )。第二层s2的定向角Θ为-60°。第三层s3的定向角Θ为0°。第四层s4的定向角Θ为0°。第五层s5的定向角Θ为-60°。第六层s6的定向角Θ为60°。第七层s7的定向角Θ为O。和45。。因此，UD层叠部18在纤维定向角中具有层叠对称性。在UD层叠部18中，在第三层S3中使用的预浸料种类与第四层s4中使用的预浸料种类相同。在第二层s2中使用的预浸料种类与第五层s5中使用的预浸料种类相同。在第一层Si中使用的预浸料种类与第六层s6中使用的预浸料种类相同。因此，UD层叠部18在预浸料种类中具有层叠对称性。当预浸料种类相同时，层厚相同；碳纤维种类也相同；并且纤维含量(质量％)也相同。因此，UD层叠部18在层厚中具有层叠对称性。UD层叠部18在碳纤维种类中具有层叠对称性。UD层叠部18在碳纤维含量中具有层叠对称性。如上所述，在UD层叠部18中，纤维的定向角是-60° (±10° )、0度(±10° )、以及60度(±10° )。也就是说，在UD层叠部18中纤维的方向实际设定为三个方向。三个方向限定为第一方向、第二方向和第三方向。在UD层叠部18中，第二方向对第一方面的角度为+60° (±10° )。此外,第三方向对第一方向的角度为-60° (±10° )。在层叠部18中，不存在以除了三个方向之外的其他方向定位的纤维。本发明人发现，与以两个方向和四个方向定位的情况相比，具有基本上以三个方向定位的纤维的UD层叠部18呈现出有利效果。本发明人发现三个方向的定位有利于改进击球声。该效果会在下文中所述的实施例中显示出来。使用CFRP部件16的一个目的是产生超重。因此，期望有较轻的CFRP部件。为了实现重量的减轻，可限制层数。在有限的层数中期望呈现击球声的改进。三个方向的纤维设置能够在限制层数的情况下有效改进击球声。此外，本发明人发现，层叠对称性有利于提高杆头的固有频率。层叠对称性有利于改进击球声。具体原因未知。层叠对称性的效果会在下文中所述的实施例中显示出来。UD层叠部18的层数没有限制。就将纤维设定为三个方向而言，UD层叠部18的层数设定为等于或大于3。就提高击球声的频率而言，UD层叠部18的层数优选设定为等于或大于5，更优选等于或大于6。就减轻重量而言，UD层叠部18的层数优选为大于或小于12，更优选为等于或小于9，并且更优选等于或小于7。就提闻击球声的频率而目，UD层置部18的层厚优选等于或大于0.5mm、且优选等于或大于0.6mm。就减轻重量而言，UD层叠部18的层厚优选等于或小于0.9mm,且更优选等于或小于0.8mm。就提高击球声频率而言，CFRP部件的厚度(总厚度)优选等于或大于0.5mm,更优选等于或大于0.6_。就减轻重量而言，CFRP部件的厚度优选等于或小于0.9mm,更优选等于或小于0.8mmο超重由CFPR部件的使用引起。超重增加了杆头设计的自由度。更优选为了降低杆头重心位置，使用CFPR部件。通过降低杆头重心位置，能够实现高发射角和低后旋率(backspin rate)。底重心位置有利于增加飞行距离。在此方面，CFRP部件的重心位置优选高于整个杆头的重心位置。CFRP部件安置的优选例子包括以下安置Al。[安置A]=CFRP部件构成顶部的一部分。[安置B]:CFRP部件构成整个顶部。[安置C]:CFRP部件构成顶部的一部分和侧面的一部分。[安置D]:CFRP部件构成整个顶部和侧面的一部分。如上所述CFRP单一部分很大程度上有助于超重的产生。换言之，CFRP单一部分很大程度上有助于重心位置的移动。就此方面而言，更优选以下安置EU。[[安置E]:CFRP单一部分构成顶部的一部分。
[[安置F]:CFRP单一部分构成整个顶部。[[安置G]:CFRP单一部分构成顶部的一部分和侧面的一部分。[[安置H]:CFRP单一部分构成整个顶部和侧面的一部分。就降低杆头重心而言，优选CFRP部件不构成底部。使用CFRP部件，由此可实现击球声的改进。此外，使用CFRP部件，由此可在增加杆头体积和杆头惯性矩的同时抑制杆头重量。在此方面，杆头体积优选等于或大于400cc。就降低空气阻力和易于瞄准(address)而言，杆头的体积优选等于或小于500cc，更优选等于或小于470cc，并且更优选等于或小于460cc。通过具有上述结构的CFRP部件，能将杆头重量减小到等于或小于200g。就耐久性而言，杆头重量优选等于或大于100g，更优选等于或大于150g。就击球方向稳定性而言，杆头的横向惯性矩(横向Ml)优选等于或大于4600g更优选等于或大于5000g.cm2,更优选等于或大于5500g.cm2。不需要在性能上限定横向ML.然而，考虑到所使用的材料和结构，横向MI可以限定为等于或小于8000g 并且可以进一步限定为等于或小于7000g.cm2。在横向MI的测定(计算)中考虑Z轴。Z轴是在基态中垂直于水平面h的轴线。横向MI是围绕穿过杆头重心且平行于Z轴的轴的惯性矩。可以使用布层20，也可以不使用。布层20能够改进成型性。在CFRP部件形成期间，可能在各层中产生皱纹。布层20可抑制皱纹的产生。关于获得该效果，布层20优选设置在最外层和/或最内侧，更优选设置在最外层。在杆头的制造工艺中，CFRP部件的表面通常是抛光的。设置在最外层的布层20可防止UD层叠部18的最外层被抛光。当抛光UD层叠部18的最外层时，UD层叠部18的层叠对称性会丧失。即使当抛光表面时，仍可通过布层20的存在而维持UD层叠部18的层叠对称性。布层20设置在最外层可用于在抛光后使表面平滑。平滑能够改进杆头的外表美观。就这些方面而言，布层20优选设置在最外层。就增强这些效果、以及成本降低而言，布层20优选具有彼此相差90°的双向定向纤维。如下文中实施例所显示的那样，本发明人发现，在布层20中，纤维的定向影响较小。在UD层叠部18中的纤维定向是重要的。就该方面而言，在布层20中的纤维定向没有限制。就抑制重量而言，布层20的层数优选等于或小于2，更优选I。用于CFRP部件的碳纤维的拉伸弹性模量没有限制。就强度和刚度之间的平衡性而言，拉伸弹性模量优选为23.5 (tonf/mm2)以上、且40 (tonf/mm2)以下。可用于CFRP部件材料的预浸料的例子如表I所示。[表I]表1:能够使用的预浸料的例子
权利要求
1.尔夫球杆杆头，其包含: 杆头主体；和 CFRP部件， 其中CFRP部件构成顶部的至少一部分或底部的至少一部分； CFRP部件具有含有层叠UD层的UD层叠部；并且 在UD层叠部中，纤维的方向基本设置为三个方向。
2.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，当三个方向是第一方向、第二方向和第三方向时,第二方向相对于第一方向的角度基本上为+60° ,第三方向相对于第一方向的角度基本上为-60°。
3.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，UD层叠部在纤维定向角度上具有层叠对称性。
4.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，UD层叠部的层数为5以上且12以下。
5.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，CFRP部件构成顶部的至少一部分。
6.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，杆头的体积等于或大于400cc；杆头的重量等于或小于200g ;并且横向惯性矩等于或大于4600g.cm2。
7.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，CFRP部件具有CFRP单一部分；并且 CFRP单一部分构成顶部的至少一部分。
8.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，CFRP部件存在于顶部的至少一部分中，且不存在于底部中。
9.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，UD层叠部的厚度为0.5mm以上且0.9mm以下。
10.权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，CFRP部件的厚度为0.5mm以上且0.9mm以下。
11.权利要求3所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，UD层叠部在层厚中具有层叠对称性。
12.权利要求7所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，在顶部的一阶模态中最大振幅点不位于CFRP单一部分中。
全文摘要
高尔夫球杆杆头2具有杆头主体h1和CFRP部件16。CFRP部件16构成顶部6的至少一部分或底部8的至少一部分。CFRP部件16具有含有层叠UD层的UD层叠部18。在UD层叠部18中，纤维的方向基本设置为三个方向。当三个方向是第一方向、第二方向和第三方向时，第二方向相对于第一方向的角度基本上为+60°，第三方面相对于第一方向的角度基本上为-60°。优选UD层叠部18在纤维定向角中具有层叠对称性。优选UD层叠部18的层数为5以上且12以下。
文档编号A63B53/04GK103083884SQ20121041739
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2011年10月28日
发明者早濑盛治, 大贯正秀, 山本晃生 申请人:邓禄普体育用品株式会社