专利名称：高尔夫球棒的头部的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种中空的高尔夫球棒的头部，该头部具有由金属制成的构成击球面的部分。
在玩高尔夫球时，总希望受打击后的球的飞行距离能有增加，因而正进行着与高尔夫球棒头部有关的种种改进。尤其是要把木制的或铁制的高尔夫球棒的头部做成可尽可能地增加球的飞行距离的结构。但是，用以前的高尔夫球棒的头部是没法使飞行距离有充分的增加，因而就需要将其进一步改进。
以前，设计高尔夫球棒的头部，一般是提高击球面部分的刚性，使击球时能把较大的冲击力传给球，因其抗冲系数高，使球的飞行距离能增加。根据这样的观点来构成高尔夫球的头部，是认为用刚性大的击球面部分击球时，能把较大的冲击力传给球，由此就使球的飞行距离增长。
但是，根据本发明人研究的结果已发现上述以前的观点中，它的基本点就有错误。其理由将在下面详细说明，从结论来说，当提高击球面部分的刚性时，把大的冲击力传给球，相反地会使球的能量损失增大，从而使球的飞行距离降低。由此可知，以前不能充分增长球的飞行距离的理由之一是普遍认定应提高击球面部分的刚性的观点就是错误的。
本发明是根据上述新的认识而做出的，其目的是提供一种用简单的结构就能有效地增长球的飞行距离的高尔夫球棒的头部。
为了达到上述的目的，本发明提出一种高尔夫球棒的头部，它是中空的，具有由金属制成的击球面部分，当把击球面部分的纵向弹性系数设为E，把它的弹性极限应力设为σ时，就把σ/E设定为5×10-3以上，而且把击球面部分的周缘部分的壁厚设定成比击球面部分的壁厚还厚。
为了达到上述目的，本发明又提出一种高尔夫球棒的头部，它是中空的，具有由金属制成的击球面部分，当把击球面部分的纵向弹性系数设为E，把它的弹性极限应力设为σ时，就把σ/E设定为5×10-3以上，而且在击球面部分的周缘部分的内侧面上，紧固着抑制其变形的增强构件。
图1是本发明的一个实施例的高尔夫球棒的头部的剖面图，图2是表示用超塑性成形法形成击球面构件的方法的剖面图，图3是表示用超塑性成形法形成击球面构件时的状态的剖面图，图4是表示用另一种超塑性成形法形成击球面构件时，构成其坯料的板材和厚壁构件的立体图，图5是表示把薄板重叠在图4所示的板材上面并经过焊接后的情况的立体图，图6是沿图5(VI-VI)线得到的剖面图，图7是把图5所示的坯料进行超塑性成形时的剖面图，图8是把图5所示的坯料经过超塑性成形后的剖面图，图9是表示用第三种超塑性成形法形成击球面构件的实施例的剖面图，图10是表示把图9所示的坯料成形时的情形的剖面图，
图11是表示把成形后的构件从图10所示的模子中卸出时的情形的剖面图，图12是表示与图1所示的形状不同的高尔夫球棒的头部的剖面图，图13是表示第三种形状的高尔夫球棒的头部的剖面图，图14是表示加强助紧固在周缘部分的内侧面上的高尔夫球棒头部的剖面图，图15是表示把增强板紧固在周缘部分的内侧面上的高尔夫球棒的头部的剖面图，图16是图15的局部放大图，图17是表示把增强板紧固在周缘部分的内侧面上的高尔夫球棒头部的剖面图，图18是图17所示的增强板的立体图，图19是表示把增强板紧固在周缘部分的内侧面上的高尔夫球棒头部的剖面图，图20是沿图19的XX-XX线得到的剖面图，图21是表示把增强板紧固在周缘部分的内侧面上的高尔夫球棒头部的剖面图，图22是沿图21的XXI-XXI线得到的剖面图。
下面，参照着附图，对本发明的实施例进行详细地说明。
图1是表示本发明一个实施例的木制的高尔夫球棒的头部1的剖面图，这个高尔夫球棒的头部1具有由金属制成的构成击球面的部分2和它的周缘部分4及壳体部分5，球棒的头部的内部被做成中空。6是把手柄7紧固在头部1上的连接件部分。图1所示的高尔夫球棒的头部1的整体都是由金属构成。
把上述的高尔夫球棒沿箭头B的方向摆动，就能使它的击球面部分2与用点划线表示的球3相碰地打击该球，使球飞出。如上所述，以前是用提高击球面都分的刚性，使其在击球时能把大的冲击力传给球的方式来构成高尔夫球棒头部。即，把击球面部分的壁厚设定成厚的，使击球面部分与球相碰时，击球面部分的凹入变形量能尽量少。
与此相反，图1所示的高尔夫球棒头部1是做成当它的击球面部分2打击球3时，它的击球面部分如点划线表示的那样，发生大的凹入变形，形成与以前完全相反的结构。由此就能如下所说地大大增长球飞出的距离。
击球时，是从球棒的击球面部分2与球3相碰开始，接着使击球面部分2如图1所示把发生大的凹入变形，直到使这凹入变形弹性复原为止的这段时间里，由蓄积在其中的应变能把打击力传给球3，使球飞出。把击球面部分2发生最大凹入变形时的弯曲量定为δ，这时，在如图1所示的高尔夫球棒的头部1中，由于它的弯曲量δ比以前的大，因而从球3与击球面部分2相碰开始，直到球3离开击球面部分2为止所接触的这段时间就比以前的球棒的击球面部分2的弯曲量较小时所接触的时间长。
当用图1所示的高尔夫球棒的头部1和以前的高尔夫球棒的头部，在相同条件下击球时，从球与击球面部分相碰到球离开击球面部分为止的冲量是相互相等的。但，如上所述，由于图1所示的高尔夫球棒的头部1与球3相接触的时间比以前的长，因而击球面部分2对球3的冲击力就比以前的小。由于冲量是用球与击球面部分的接触时间与它的冲击力之积来表示的，接触时间长则冲击力就小。
这样，当击球面部分2如图1所示地发生大的弹性变形时，则对球3的冲击力就小，由此就能使球3留下小的变形量。以前的击球面部分，由于凹入变形量较小，对球的冲击力就非常大，因而使该球发生大的弹性变形。而在图1所示的高尔夫球棒的头部1中，由于球3受击球面部分2的冲击力较小，因而能使球3的变形量比以前的大幅度地减小。
另一方面，如图1所示的变了形的球3，在其与击球面部分2接触的同时，由于它的弹性作用而使其处于恢复到原先球形的状态，其压缩变形发生在连续地沿着与图1所示方向相垂直的方向，然而，在由图1所示的状态回复到球形时伴有滞后现象。
由球3的粘弹性形成的滞后现象，当它的变形量越大时就越滞后。因此，以前的球从击球面部分接受大的冲击力，就发生大的压缩变形，在其回复到原始形态时，滞后现象带来的损失显然就变大，从而产生大的能量损失。由此使球的抗冲系数变小，因此使离开击球面部分的球的速度下降，从而就不能使球飞到较远处。
与此相对，由于在图1所示的高尔夫球棒的头部1中，由于击球面部分2发生大的弹性变形，借此能使球3留下小的变形量，因而当球3回复到它的原先球形时，滞后现象的损失就极少，使它的能量损失减少。由于抑制了球3的变形，能有效地降低滞后损失，因此，能使球3的抗冲系数比以前格外地提高，从而能使离开击球面部分2的球3的速度提高，从而能大大增长球的飞行距离。
另外，离开击球面部分2的在飞行中的球3在图1所示的方向和与其垂直的方向上交替地一边变形一边振动。但如果像图1所示地，在与击球面部分2相碰时，球3的变形量小，则飞行中的振动的振幅也就变小，这样就使由这振动引起的球3的能量损失也相应减少，由此就能增加球3的飞行距离。但以前的那种球棒的头部，当球与击球面部分相碰时变形大，该球在飞行中发生激烈的振动，由此使球的能量损失增大，从而使球的飞行距离缩短。
如上所述，用图1所示的高尔夫球棒的头部1，通过增大击球时的击球面部分2的弯曲量δ，就能使球的飞行距离比以前增长。而且加大这个弯曲量确实能有效地抑制球3的变形，使球的能量损失减少这就能进一步增加球的飞行距离。为了使击球面部分2如上所述地发生大的凹入变形，也可把它的壁厚减薄，使它的刚性降低，但是，击球面部分2的壁厚若过分减薄，它的强度就降低，这样，在击球时就有发生永久变形的问题。
在本发明的高尔夫球棒的头部1中，构成它的击球面部分2的材料是能使击球面部分发生大的凹入变形、纵向弹性系数小、而且不发生永久变形那样地具有大的弹性极限应力的金属。这样，在打击球3时，就能使击球面部分2发生大的凹入变形，而且能阻止它发生永久变形。
具体地说，即，在把击球面部分2的纵向弹性系数记为E、把它的弹性极限应力记为σ时，把E变小、而把σ加大地将σ/E设定为5×10-3以上，最好把纵向弹性系数E设定成200GPa以下，把弹性极限应力σ设定成1000MPa以上。这种条件，即σ/E≥5×10-3、最好是E≤200GPa、σ≥1000MPa的条件不仅适用于图1所示的高尔夫球棒的头部1，也同样适用于下述的各个实施例的高尔夫球棒的头部中。
应用上述的条件，能使击球面部分2的弯曲量δ增大，也能防止击球面部分产生永久变形。但在击球时，连击球面部分2的周缘部分4都发生较大的弹性变形，则这个周缘部分4和壳体部分5就会扭曲地变形，从而产生较大的能量损失。因此，击球面部分2的弯曲量δ达不到所希望的那样大，从而也不能充分达到所期待的上述效果。即，即使如上所述地设定击球面部分2的纵向弹性系数E和弹性极限应力σ，在击球时，周缘部分4发生较大的变形，则就不能得到击球面部分2的大的凹入变形，从而就降低了使球的飞行距离增长的效果。因此，最好是使周缘部分4完全不变形，只使击球面部分2发生凹入变形。
所以，在图1所示的实施例中，把击球面部分2的周缘部分4的壁厚T设定成比击球面部分2的壁厚t还大(T＞t)、做成在击球时能抑制周缘部分4变形、最好能使它的变形实质上为零。用这样的结构能有效地抑制能量损失，使击球面部分2发生大的凹入变形，能使球3的飞行距离比以前有很大的延伸。
这样，在图1所示的实施例中，通过同时满足使击球面部分2的材料采用容易发生凹入变形的金属，使击球面部分2的周缘部分4的厚度T设定成较厚的来抑制其变形的两个条件，就能形成有效地增大击球面部分2的弯曲量的结构。而且，头部1的内部是中空的，在周缘部分4的后边，设置着与其成一体的壳体部分5。由于这个壳体部分5的刚性起到在击球时能抑制周缘部分4变形的作用，并将其支撑着，因而周缘部分4的壁厚T即使不过分厚也能抑制其变形。
上述的高尔夫球棒的头部1，用那些已经公知的合适的方法，例如用铸造、锻造，压力加工等方法就能制造。尤其是用超塑性成形法制造头部时，把击球面部分2和它的周缘部分4的壁厚t、T设定成上述的关系后，能简便地得到高尔夫球棒的头部1，因此是特别有利的。
在用超塑性成形法制造高尔夫球棒的头部1时，可把这头部1分成如图1用虚线表示的三个部分，即包含击球面部分2和周缘部分4的击球面构件8、顶部构件9和底部构件10，在把这些构件分别成形之后，用焊接等方法将它们紧固成如图1所示的一体。
下面，说明用超塑性成形法制造击球面构件8时的具体例子。
先如图2所示地把击球面构件8的坯料12放在下模11上，把上模13放在坯料的上面，用上下模11、13夹紧坯料12。接着，通过在上模13上附设的供给通路14，把经过加压的高温气体导入到上模13的内部，如图3所示地，由这气体的压力和温度把坯料12压到下模11的成形面上，使坯料12超塑性变形，由此得到击球面构件8。也可预先加热坯料12。把经过这样成形的击球面构件8从下模11卸出后，再将它的周边不要部分切除就制成击球面构件8。顶部构件9和底部构件10也可这样地成形。
可把钛合金、铝合金、不锈钢、铜合金等超塑性金属用作坯料12，所谓超塑性是指这种金属在特定的温度范围不发生断裂而显示大延展性能。
由图3所见，当如上所述地用超塑性成形法成形击球面构件8时，由于能把中央部分102做得较薄，并形成击球面构件8的击球面部分2，也能把坯料周缘部分104做得较厚，并形成击球面构件8的周缘部分4，因而能简便地制造图1所示的头部1的击球面构件8。
图4至图8表示了能更确实地把周缘部分4的壁厚做成比击球面部分2厚的击球面构件的超塑性成形法。这时，先准备一块如图4所示的板材15，它是击球面构件的一个坯料，然后在这板材上面放上已做成环状的厚壁构件16，用焊接把这两者临时紧固在一起。
接着，如图5和6所示，把另一块用作坯料的薄板17从厚壁构件16的上边，重叠到板材15上，把板材15和薄板17的整个周缘都焊接上，使两者形成一体。这时，把导管18夹紧在两块板材15、17之间，并将其焊接在板材15与薄板17上。也可用上面例举的那些超塑性金属制造板材15、厚壁构件16和薄板17。
接着，通过上述的导管18把由板材15和薄板17包围着的内部的空气抽出，使其保持在减压状态下，如图7所示地把板材15和薄板17夹紧在下模11和上模13之间，从上模13的供给通路14导入例如900℃的高温气体，然后如图7和图8所示地使板材15、薄板17和厚壁构件16扩散结合，同时使它们超塑性成形。最后，把周缘不要部分切掉，制成具有击球面部分2和周缘部分4的击球面构件8。
当采用上述的方法时，由于用了厚壁构件16，因而能确实把制成的击球面构件8的周缘部分4的壁厚做成比击球面部分2的壁厚更厚些。又，由于把空气从板材15和薄板17之间抽出后进行超塑性成形，因而各个坯料15、16、17的结合面能防止由高温气体引起的氧化，能阻止它们之间发生结合不良。
图9至图11是表示另一种超型性成形法的说明图。如图9所示，在这个实施例中，下模11具有突出的成形面，把由超塑性金属构成的环状的厚壁构件16放在下模11的成形面上，接着把相同的超塑性金属的板材15夹在下模11和上模13之间，然后，如图10所示地，从供给通路14导入高温气体，使厚壁构件16与板材15扩散结合，同时使它们超型成形。最后，切掉图11上用符号19所示的部分就制成具有壁厚的周缘部分4和壁厚薄的击球面部分2的击球面构件8。
图2至图11所示的制造方法是把击球面部分2和它的周缘部分4成一体地形成击球两构件8的方法，也可如图12和图13所示地，把壁厚厚的周缘部分4与壳体部分5做成一体，把壁厚薄的板状击球面部分2，例如用焊接或螺栓固紧等方法紧固到周缘部分上。
又如图12和图13所示，在壳体部分5的内侧面上成一体地形成增强用的肋20，由此既能提高壳体部分5的刚性，又能提高壳体部分5对周缘部分4的支撑效果。设置这样的肋20，即使把周缘部分4的壁厚稍微做得薄些，与没有附设时相比，也能抑制击球时周缘部分4的变形。
在图12所示的例子中，肋20是沿着主应力方向设置的，而在图13所示的例子中，多条肋20从周缘部分4那一侧向背后部分、大致平行地延伸，它们的宽度D在周缘部分4那一侧较宽。这就使周缘部分4附近的壳体部分5的刚性特别高，从而提高对周缘部分4的支撑效果。
在用超塑性成形法制造高尔夫球棒的头部1时，不会产生用铸造法制造球棒的头部时的铸造缺陷，例如不会产生“气孔”，因而能提高头部的质量。
在上述的各个实施例中，都把周缘部分4的壁厚做得比击球面部分2的壁厚大，能抑制击球时周缘部分4发生变形。此外，在击球面部分的周缘部分内侧面上紧固能抑制其变形的增强构件也能得到同样效果。
在图14所示的实施例中，在击球面部分2的周缘部分4的内侧面上，通过焊接紧固着由肋21构成的多个增强构件。
在图15所示的实施例中，在周缘部分4的内侧面上，通过焊接紧固着由环状的增强板22构成的增强构件。
在图17所示的实施例中，配置着由从头部1的顶部一侧向底部一侧上下延伸的增强板23(参见图18)构成的增强构件，它的上下端部由焊接紧固在周缘部分4的内侧面上。
在图19和图20所示的实施例中，形成“十”字状的增强板24的各个端部焊接在周缘部分4的内侧面上。
在图21和图22所示的实施例中，把由薄板状的增强板25构成的增强构件的周缘，通过焊接紧固在周缘部分4的内侧面上。
用图14至图22所示的任意一种结构都能有效地抑制击球时周缘部分4的变形，都能使击球面部分2发生大的凹入变形。
此外，在图17和图19至图22所示的实施例中，击球时，击球面部分2如图17、图19和图21中点划线所示地发生大的凹入变形时，由于能由增强板23、24、25支撑这击球面部分2，因而当击球面部分2受到球的特大冲击力时，也能由增强板23、24、25支撑着它，因此能阻止击球面部分2发生永久变形。
在如图21和图22所示的实施例那样地使用薄板状的增强板时，可在这板上形成适当个数的通气孔26。当不设置这种通气孔26时，由于由增强板25和击球面部分2围成的空间S构成密闭状态，因而在击球时，击球面部分2发生凹入变形时会使上述空间S的压力过分提高，就会有由此压力妨碍击球面部分2凹入变形的问题。通过设置通气孔26，由于击球时空气从空间S排出，因而不会使空间S的压力过分增大，不会妨碍击球面部分2，能使其发生大凹入变形。
图14至图22所示的实施例中，高尔夫球棒的头部1都被分成击球面构件8、顶部构件9和底部构件10，用焊接将这些构件固紧在一起，而且在进行固紧作业时，能把肋21、增强板22、23、24、25同时焊接在周缘部分4的内侧面上。
这时，上述各个增强构件都分别与击球面构件8和顶部构件9及底部构件10相互配置，并与这些构件焊接成一体，因而能提高各个构件8、9、10与增强构件的结合强度。例如作为图15的部分放大图16所示，它是在用W所示部位把增强板22和击球面构件8焊接在一起，同时在与击球面构件8对着的顶部构件9与底部构件10的结合部位形成双重的“V”字形槽，在这里堆焊焊接金属，使击球面构件8、顶部构件9及底部构件10紧固成一体，从而提高它们的结合强度的。
又如图18所示，在增强板23的各个端部上形成切口28，能在这里增大堆焊焊接的金属量，因而能提高它们的结合强度。
上面，分别说明了把周缘部分4的壁厚做成比击球面部分2的壁厚还厚的结构和在周缘部分4的内侧面上紧固增强构件的结构，若同时采用这些结构，则能更进一步有效地抑制周缘部分4的变形。
此外，本发明并不局限于木制的高尔夫球棒的头部，它还能适用于铁制的高尔夫球棒的头部。
采用权利要求1和2所记载的高尔夫球棒的头部，由于在击球时能使击球面部分发生大的凹入变形，因而能抑制球的变形，能降低球的能量损失，能使球的飞行距离比以前更大地增长。
权利要求
1. 一种高尔夫球棒的头部，它是中空的，且具有由金属制成的击球面部分，其特征在于当把击球面部分的纵向弹性系数设为E，把它的弹性极限应力设为σ时，把σ/E定为5×10-3以上，而且把击球面部分的周缘部分的壁厚制成比击球面部分的壁厚更厚。
2. 一种高尔夫球棒的头部，它是中空的，且具有由金属制成的击球面部分，其特征在于当把击球面部分的纵向弹性系数设为E，把它的弹性极限应力设为σ时，把σ/E定为5×10-3以上，而且在击球面部分的周缘部分的内侧面上紧固着抑制其变形的增强构件。
全文摘要
本发明提供一种能使球的飞行距离大大增长的高尔夫球棒的头部，它是把击球面部分周围的周缘部分的壁厚做成比击球面部分的壁厚更厚些，由此抑制击球时周缘部分的变形，而且把击球面部分的弹性极限应力σ与它的纵向弹性系数E之比σ/E设定成5×10
文档编号A63B53/04GK1114911SQ9410918
公开日1996年1月17日 申请日期1994年7月11日 优先权日1994年7月11日
发明者清水哲雄, 野中诚一, 川濑春男, 伊藤知也, 泷泽广纪 申请人:丸万高尔夫株式会社