包括筒体内的加强元件的球棒的制作方法

棒球和垒球管理机构多年来已经施加各种球棒性能限制，目的是调节击球速度。每个协会通常独立地开发各种标准和方法以实现期望的比赛等级。球棒设计者通常通过调节他们的棒筒的性能或棒-球的恢复系数(“BBCOR”)来符合这些性能标准。控制BBCOR的典型方法包括通过选择特定材料和纤维角度来增厚中空金属棒的筒壁，或增加复合棒的径向刚度。然而，复合棒的径向刚度和纤维取向受到给定材料厚度的限制。因此，复合球棒中的筒壁通常也被增厚以提供额外的刚度，这又限制了BBCOR和筒体的性能。

增厚筒壁通常增加了球棒的重量，更重要的是，它增加了“挥动重量”或惯性矩(“MOI”)。MOI是以下的乘积：(a)质量，和(b)质心和质量枢转的点之间的距离的平方。在数学上，这表示如下：

MOI＝∑Massx(距离)²

因此，MOI决定随着球棒的质量增加或者球棒的质心移动远离挥动的枢转点(即，远离击球手的手)，挥动球棒变得越来越困难。因为增厚筒壁增加了在相对远离球手的手的区域的球棒的重量，所以这也增加了球棒的MOI。因此，虽然增厚筒壁有效地加强(强化，硬化)筒体并且降低其性能，但是随之而来的MOI的增加对于球手而言通常是不期望的。

技术实现要素：

球棒包括其中设置有一个或多个加强元件的筒体。加强元件可以定位在多个位置，并且可以具有多种构造，以用于选择性地限制筒体的性能，而不会明显增加球棒的惯性矩。在一种构造中，加强元件包括两个径向外凸缘，径向内凸缘和将外凸缘连接到内凸缘的两个连接件。径向外凸缘的径向外表面接触并且可固定到筒壁的内表面。其它特征和优点将在下文中出现。上述特征可以单独地或一起使用，或者以它们中的一个或多个的各种组合使用。

附图说明

图1是根据一个实施例的球棒的侧视截面图。

图2示出了根据一个实施例的球棒中的加强元件。

具体实施方式

现在将描述本发明的各种实施例。以下描述提供了用于彻底理解和能够实现这些实施例的描述的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些细节中的许多细节的情况下实践本发明。另外，一些公知的结构或功能可能未被详细示出或描述，以避免不必要地模糊各种实施例的相关描述。

在下面给出的描述中使用的术语旨在以其最广泛的合理方式解释，即使其与本发明的某些具体实施例的详细描述结合使用。下面甚至可以强调某些术语；然而，旨在以任何限制的方式解释的任何术语将在本详细描述部分中明确且特定地定义如此。

在上下文允许的情况下，单数或复数术语也可以分别包括复数或单数术语。此外，除非词语“或”明确限于仅意指在两个或更多个项目的列表中的与其他项目排除的单个项目，则在这样的列表中使用“或”将被解释为包括(a)列表中的任何单个项目，(b)列表中的所有项目，或(c)列表中的项目的任何组合。此外，除非另有说明，诸如“附接”或“连接”的术语旨在包括整体连接以及物理上分离的部件之间的连接。

本文所述的实施例涉及一种具有有限的球棒-球的恢复系数(“BBCOR”)或有限的球筒性能的球棒，允许球棒在管理协会性能限制内执行。例如，国家大学运动协会(“NCAA”)已经建议将球筒的BBCOR限制在0.510以下或0.500以下。BBCOR的限制优选地在不明显增加(或减小)球棒的惯性矩(“MOI”)的情况下实现。

现在详细地转到附图，如图1所示，棒球或垒球10(以下统称为“球棒”或“棒”)包括手柄12，筒体14和将手柄12连接到筒体14的锥形(渐细)部分16。手柄12的自由端包括把手18或类似结构。筒体14优选通过合适的盖20或塞子封闭。球棒10的内部可选地是中空的，允许球棒10相对较轻，使得球员在挥动球棒10时可以产生显著的球棒速度。球棒10可以是单件构造，或者可以包括两个或更多个单独的附接件(例如，单独的手柄和筒体)，例如在美国专利No.5,593,158中所描述的，其通过引用并入本文。

球棒10优选地由一种或多种复合材料或金属材料构成。合适的复合材料的一些实例包括纤维增强玻璃，石墨，硼，碳，芳族聚酰胺，陶瓷，Kevlar或铝或另一种合适的金属材料也可以用于构造球棒10。也可以构造包括金属和复合材料的组合的球棒。例如，在本文所述的实施例中可以使用具有金属筒体和复合手柄的球棒，或者复合筒体和金属手柄的球棒。

球棒筒体14可以包括单壁或多壁构造。多壁筒体可以包括，例如，通过一个或多个界面剪切控制区(“ISCZ”)彼此分开的筒壁，如在美国专利No.7,115,054中详细描述的，其通过引用并入本文。ISCZ可以包括例如剥离层或适于防止相邻筒壁之间的剪切应力传递的其它元件、机制或空间。剥离层或其它ISCZ优选地进一步防止相邻的筒壁在球棒10的固化和整个寿命期间彼此粘合。

球棒10可以具有任何合适的尺寸。球棒10可以具有20至40英寸或26至34英寸的总长度。整个筒体直径可以是2.0至3.0英寸，或2.25至2.75英寸。典型的球棒具有2.25，2.625或2.75英寸的直径。本文中考虑具有这些总长度和筒体直径或任何其它合适尺寸的各种组合的球棒。球棒尺寸的特定优选组合通常由球棒10的用户指定，并且可在用户之间变化很大。

球棒10的击球区域通常延伸穿过筒体14的整个长度，并且可以部分地延伸到球棒10的锥形部分16中。为了便于描述，该击打区域在整个说明书的剩余部分将通常被称为“筒体”。球棒筒体14通常包括最大性能位置或“最佳点”，其是从球棒10到球的能量传递最大的击球位置，而到运动员的手能量的传递最小。最佳点通常位于球棒的敲击中心(COP)和其前三个振动基本节点的交点。当球棒在其第一(或基本)弯曲模式下振动时，该位置，通常距离筒体14的自由端约4至8英寸，不移动。

筒体14的最佳点和筒体14的自由端之间以及球棒10的最佳点和锥形部分16之间的筒体区域不提供发生在筒体14的最佳点处的最大性能。实际上，在典型的球棒中，当冲击位置远离最佳点时，筒体的性能或蹦床效应减小。因此，最佳点通常需要BBCOR的最大限制或减少以使球棒在管理协会限制内。

减少BBCOR而不显著增加MOI的一种方法是在棒筒中包括一个或多个加强元件，例如在美国专利8,298,102中所描述的，其通过引用并入本文。在一个实施例中，加强元件22被定位在棒筒14中，在筒体14的最佳点处或附近，以限制或减少筒体14的BBCOR。加强元件22可以与复合棒筒的内表面共模制，或者可以粘合，焊接或以其他方式固定到复合或金属棒筒的内表面。在一些实施例中，加强元件22可以可选地与棒筒14的内表面间隔开并固定到棒筒14的内表面。在其他实施例中，加强元件22可替代地通过过盈配合保持在筒中的适当位置。此外，在一些实施例中，多于一个的加强元件可以定位在棒筒14中。

除非另有说明，本文所述的任何加强元件可由任何合适的加强材料制成。加强元件可以由例如铝、钛或钢；聚酯，环氧树脂或聚氨酯树脂与碳纤维，玻璃纤维，硼纤维，的复合材料，等等制成，包括片状模塑料复合材料或块状模塑料复合材料；或热塑性塑料如ABS，尼龙，聚碳酸酯，丙烯酸树脂，PVC，等，具有或不具有添加纤维，片晶和颗粒，例如纳米粘土，纳米颗粒，玻璃，碳的短或长纤维等。

尽管加强元件的尺寸和重量可以根据特定管理协会或击球手的需要而大大变化，但是通常优选的是它们的重量小于1盎司，以便最小化对球棒的MOI的影响。然而，在一些应用中，可以使用较重的加强元件。

此外，虽然通常优选的是，加强元件被定位在筒体14的最佳点处或附近，但是在一些实施例中可优选地将加强元件定位在其他球棒区域中，例如更靠近手柄12以限制由于包含加强元件而导致的MOI的增加。虽然这样做可能需要在加强或阻尼元件的位置处的BBCOR中的“过度减小”(因为最佳点仍然需要进入关联性能极限内，并且BBCOR的较小减少通常发生在与加强或阻尼元件隔开的位置)，对于某些球棒或击球手而言，实质上减少的MOI的权衡可能是优选的。因此，根据特定球棒的设计目标，可以在球棒10的一个或多个位置使用加强元件。

与显著地增厚筒体14的实质部分相反，在筒体14中包括一个或多个加强元件22提供了BBCOR的显著减少，而不实质增加球棒的MOI。令人惊讶的是，包括单个加强元件22可以明显减少沿着棒筒14的大部分长度的BBCOR。

图2示出了包括加强元件84的一个实施例的球棒，该加强元件84在筒的大部分长度上增加了筒体的刚度。球棒包括筒壁82，其可以是均匀的或变化的厚度，这取决于局部刚度目标。加强元件84包括两个环形基部构件或径向外凸缘86a和86b，环形径向内凸缘88以及将外部凸缘86a和86b连接到内凸缘88的两个连接件或网状物90a和90b。径向外凸缘86a和86b的径向外表面接触筒壁82的内表面。在一些实施例中，它们可以固定或以其他方式连接到筒壁82的内表面。

具有细长内凸缘88的“双网”加强元件84包括比典型的单网设计更多地朝向棒筒82的中心线98定位的材料，导致具有更高十字形截面惯性矩的加强元件84。此外，如果径向内凸缘88具有足够的长度，则加强元件84的质心可以更靠近筒的中心线98，导致相对于单网设计的增加的筒刚度。

这种构造还增加了筒体82的较大长度上的刚度，因为径向内凸缘88在其两个端部处均通过加强网状物90a和90b连接。另外，较小直径的管或凸缘具有比较大直径的管或类似材料的凸缘更高的环向刚度，并且凸缘88越长，对筒体的刚度效应越大。结果，双网加强元件84可以相对轻，这以单网设计通常不可能的方式最小化整个棒重量和MOI。实际上，单网加强元件的限制在于，它们增加了网状物所处的筒体刚度，但是刚度区的总长度可能有些受限。

加强元件84可以具有任何合适的尺寸以满足期望的刚度和性能目标。在一个实施例中，径向外部凸缘86a和86b各自为大约0.375英寸长并且平行于球棒轴线104延伸。每个径向外凸缘86a和86b的外径可以设计成紧密地配合在棒筒内。例如，外凸缘86a和86b可以各自具有大约2.400英寸的外径，以紧密地配合在典型的棒球筒体内部。连接网状物90a和90b可以从垂直于球棒中心线或轴线98延伸的线成大约10-45度。在一个实施例中，连接网状物90a和90b与这样的线成大约15度角(即，与外凸缘86a和86b的纵向轴线成105度)。

径向内凸缘88在网状物90a和90b的径向内端之间延伸。内凸缘88可以沿与外凸缘86a和86b相同的方向或基本上相同的方向定向(即平行或基本上平行于筒82的中心线98)。内凸缘88可以具有大约0.10英寸至0.60英寸的长度。在一个实施例中，内凸缘88具有大约0.13英寸的长度。

内凸缘88的径向外表面可以与每个外凸缘86a和86b的径向外表面(沿垂直于筒的中心线98的方向)间隔大约0.10-0.40英寸。在一个实施例中，该间距大约为0.32英寸。内凸缘88的厚度可以是大约0.03英寸至0.150英寸。在一个实施例中，内凸缘具有大约0.08英寸的厚度。加强元件84在筒体中心线98的方向(即，外凸缘86a和86b的极端末端之间的距离)的总长度可以为大约1.0-2.0英寸。在一个实施例中，加强元件84具有大约1.25英寸的长度。

如上所述，加强元件84可以由一种或多种合适的材料制成。例如，其可以由金属或复合材料制成。一些合适的金属包括铝和铝合金，以及轻质金属例如钛和镁。金属加强元件84可以通过机械加工，锻造，铸造或焊接制成。一些合适的复合材料包括碳，玻璃，芳族聚酰胺，亚麻，硼，陶瓷或纳米基材料的纤维。用于复合材料的合适的树脂可以包括环氧树脂，聚酯，酚醛树脂或乙烯基酯的热固性树脂，或聚酰胺，聚氨酯，聚丙烯，聚苯硫醚或聚醚醚酮的热塑性树脂。

在一个实施例中，碳纤维增强环氧树脂材料或其它纤维增强环氧树脂材料用于形成加强元件84。加强元件84可以例如使用以环氧树脂预浸渍的碳纤维条带形成。条带可以具有任何合适的尺寸和纤维角度。相对于球棒的中心线98或轴线的90度的纤维角产生加强元件的最高有效模量。然而，由于由筒压缩产生的剪切载荷，可能期望相对于筒轴线以大约+/-60度定向的层以充分地传递应力。

预浸渍的条带可以卷成管状预成型件以符合用于形成加强元件84的模具的尺寸。典型的模具可以包括具有使加强元件84成形的环形突起的两个半部。一旦形成，管状预成型件放置在模具中，并且囊状件位于预成型件内部。囊状物可以由硅橡胶或限制预浸渍条带移动的另一种材料制成。然后关闭模具并施加热。当预成型件加热时，气囊内施加空气压力。预成型件膨胀以符合模具腔。在模制循环完成后，释放空气压力并冷却模具。一旦加强元件84冷却，其可以从模具中移除。

上述实施例的特征可以单独使用或彼此组合使用。此外，球棒可以包括本文中未描述的附加特征。尽管已经示出和描述了若干实施例，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当然可以进行各种改变和替换。因此，本发明不应受到限制，除非是由所附权利要求及其等同物。