专利名称：杆面厚度变化的高尔夫球杆头的制造方法
技术领域：
本发明通常涉及高尔夫器件，特别涉及杆面厚度变化的高尔夫球杆头及其制造方法。
背景技术：
最近在高尔夫球杆设计中的发展包括对主要用于击打放置于高尔夫球球座(golf tee)上的高尔夫球的球棒(driver)的改进。这些改进的结果是产生了这样一种球棒，其具有通常由金属(例如钢、铝、钛)制成的中空外壳的杆头。这些中空外壳具有相对的薄壁，该薄壁包括用于撞击高尔夫球的薄前壁。为了避免这些中空外壳的前壁在撞击高尔夫球后永久变形或破裂，有必要对该前壁进行加固。在Schmidt的第4,511,145号美国专利中公开了包括具有加固前壁的中空金属外壳的高尔夫球杆头的实施例。公开在Schmidt的专利中的高尔夫球杆头在前壁的跟部(heel)和趾部(toe)之间具有拱形脊。Schmidt的这种拱形脊设计为中等杆头体积的球棒提供了足够的加固，但是，为了从这些中空金属木质球棒获得越来越好的性能，高尔夫球杆制造商在过去的十年内将杆头体积从200cc’s的中等体积增加到超过400cc’s。随着杆头尺寸的增大，在可接受的重量范围内(如，约200克质量)能用于加固球杆面前壁的材料越来越少。因此，更多的特殊材料(如与铸钛本体焊接的锻造或冷轧钛杆面)已被用于这些超大尺寸的高尔夫球杆中。这些超大尺寸高尔夫球棒的前壁的后表面必须被小心成型，以用最少的材料来提供足够的结构强度。
最关键的区域是加固前壁的理想击球点。因为大部分高尔夫球手的摆动在每次击出时都有一些改变，因此前壁的加固区必须围绕理想击球点来分布。但是，由于高尔夫球手的摆动更趋向于沿跟部和趾部的方向变化，而不是向上或向下，所以击球点就趋向于在水平椭圆区域内，而不是围绕以杆面中心为圆心的圆形区域进行分布。因此，椭圆形(而不是纯圆形)的加固是优选的。一个具有成型的后表面的杆面的高尔夫球杆头的实施例在Galloway等的第6,354,962号美国专利中披露。在Galloway等的专利中公开的这种球杆头具有用椭圆区加固的面板(face plate)，该椭圆区作为面板锻造工艺的一部分而形成。对于球杆中的杆面由锻造合金片或其他片状材料加工而成的高尔夫球杆来说，形成椭圆加固区时存在特殊的问题。由于车床只制造圆形加固区，所以杆面不能在车床上被合适加工。此外，用切削工具(cutter)以椭圆形方式去除部分球杆杆面会使得杆面易于产生疲劳裂纹(fatigue cracks)。
发明内容
根据本发明的第一个方面，高尔夫球杆头通过去除面板内表面的一部分，以形成被过渡区包围的中心加厚区而被制造，过渡区逐渐变薄到较薄的周边区。根据示出的实施方式，面板为厚度在0.130到0.180英寸之间的轧制片状钛合金，并且面板的一部分被去除以形成过渡区和较薄的周边区。
制造高尔夫球杆杆面插入物的方法可包括将绕通常垂直于面板的内表面的轴线旋转的圆头槽铣刀定位于中心加厚区外缘和过渡区之间的第一圆周交界处的起始位置上。通过以径向向外的方向朝向过渡区和周边区移动旋转的圆头槽铣刀，使其穿过过渡区和周边区以加工面板的内表面，随着圆头槽铣刀通过过渡区和周边区，在面板的内表面加工产生具有宽度的刀具槽线，因此改变面板插入物在刀具槽线上的厚度。以垂直于面板的表面的方向升高圆头槽铣刀，将旋转的圆头槽铣刀再次定位到第一圆周交界处上与先前的刀具槽线相邻的下一位置。重复加工、升高、再定位圆头槽铣刀的步骤，直到圆头槽铣刀通过第一圆周交界的整个圆周。在优选的实施方式中，加工步骤可以将过渡区的厚度从第一厚度改变到第二厚度。圆头槽铣刀也可以沿变化的路径通过过渡区，该路径可以是直线、曲线或任何其他合适的路径。
根据本发明的另一个实施方式，可形成包括被设置用于撞击高尔夫球的杆面插入物的高尔夫球杆头。杆面插入物优选地改变厚度，并包括被过渡区包围的中心加厚区，和位于中心加厚区与过渡区之间的圆周交界，该过渡区从中心加厚区逐渐变薄到较薄的周边区。杆面插入物的内表面优选地包括多个在该内表面中形成的刀具槽线，多个刀具槽线从圆周交界向外径向延伸到周边区的外缘。
图1为依据本发明的高尔夫球杆头的部分正剖视图；图2为图1的高尔夫球杆头的后截面图；图3为沿图2中3-3线截取的高尔夫球杆头的截面图；图4为沿图2中4-4线截取的高尔夫球杆头的截面图；图5为另一个图1的高尔夫球杆头的后截面图；以及图6示出了在本发明优选方法中对铣床的使用。
具体实施例方式
参见图1，高尔夫球杆10包括杆头12、接座(hosel)14和杆身16。杆头12包括由金属材料(如钛)制成的中空本体18。中空本体18被形成为壳体20，其可由一系列的锻造块组装而成，但是，在示出的实施方式中包括钛熔模铸造(investment casting)。面板22采用例如等离子体或电子束焊接等传统方法附着在壳体20内对应的开口(opening)23(图2)上，以形成中空本体18。面板22可以是常用的锻造毛坯，但是，在示出的实施方式中包括轧制钛毛坯板，轧制板状钛毛坯板在焊接到壳体20之前被加工，这在下文中进行详细说明。
如上所述，因为高尔夫球手的摆动更趋向于沿跟部到趾部的方向变化，而不是向上或向下，本发明的发明人发现最有效的加固应该是优选为椭圆形的加厚区，该加厚区的位置被设置为能够使得当高尔夫杆头在正常的位置准备击球时，该加固区的长轴基本上是水平的。因此，面板22包括优选为椭圆形状的、当球杆在正常的准备击球位置时其长轴26基本水平的中心加厚区24。在示出的实施方式中，中心加厚区24的厚度在0.130到0.180英寸之间。中心加厚区24被过渡区28包围，该过渡区从中心加厚区24到周边区30逐渐变薄，在示出的实施方式中，周边区30的厚度在0.080到0.120之间。过渡区28也优选为椭圆形，但是，为了在下文中进行更为详尽的阐述，过渡区的长轴和短轴为分别大于中心加厚区24的长轴和短轴的固定数值。因此，过渡区28的纵横比就小于中心加厚区24的纵横比(换句话说，过渡区28是比中心加厚区24更“胖(fatter)”的椭圆)。
参见图2-图6，在将面板22组装到壳体20之前，面板22内表面的后部轮廓通过如图6所示的加工操作来形成。工艺从毛坯面板32开始，在所示实施方式中的毛坯面板包括从轧制的钛合金板冲模(stamped)得到的毛坯。毛坯面板32的厚度等于成品的面板22(其厚度为从0.130到0.180英寸之间，如上所述)的中心加厚区24的最终的厚度。毛坯面板32的后或内表面用圆头槽铣刀34加工，以去除其中的一部分。在中心加厚区24外缘和过渡区28之间的第一圆周交界处36的起始位置上，旋转的圆头槽铣刀被定位成与毛坯面板32后表面垂直。从图6可看出，当使圆头槽铣刀34较低的切削表面38与毛坯面板32的后表面相接触时，较低的切削表面38开始切削毛坯面板32的后表面。通过沿径向方向向外移动旋转的圆头槽铣刀34，使其朝向并穿过过渡区28和周边区30，从而在毛坯面板32的内部后表面加工出宽度与圆头槽铣刀34的较低的切削表面38相同的刀具槽线40。随着圆头槽铣刀34穿过过渡区28，较低的切削表面逐渐靠近毛坯面板32的后表面，以此改变刀具槽线40中的过渡区厚度。优选地，在到达第二圆周交界处42后，圆头槽铣刀34被定位在过渡区28和周边区30的交界处，并未增加它对毛坯面板32的穿透深度，因此，形成的周边区30具有的厚度不变。圆头槽铣刀34可以沿各种路径穿过过渡区28，包括直线或曲线路径。在到达周边区30后，以垂直于面板32后表面的方式升高旋转的圆头槽铣刀34，然后将其移动到与之前的刀具槽线40相邻的加厚区24的外缘的位置上。重复这些工艺，即，加工刀具槽线40、升高圆头槽铣刀34和再次将旋转的圆头槽铣刀34定位到下一个与之前的刀具槽线40相邻的加厚区24的椭圆形外部边缘上的位置，直到形成整个面板22。在面板22的成形期间，圆头槽铣刀34可采用计算机控制。在优选实施方式中，形成面板22的工艺导致毛坯面板32的后表面的大约95％的表面积被加工，毛坯面板32的体积大约被去除25％。
参照图2-图4，中心加厚区24的长轴26的长度在0.65到1.05英寸之间。中心加厚区24的短轴48的长度在0.25到0.45英寸之间。因此，中心加厚区24的纵横比就介于1.4和4.2之间。在示出的实施方式中，长轴26大约为0.85英寸，短轴48大约为0.35英寸，所得的纵横比约为2.4。
过渡区28的长轴50和短轴52为固定的值“δ”，并分别大于中心加厚区24的长轴和短轴。在示出的实施例中，长轴50和短轴52大约为0.86英寸，分别大于中心加厚区24的长轴和短轴。因此，在示出的实施方式中的长轴50的长度大约为1.71英寸，过渡区28的短轴52的长度大约为1.21英寸。这样，过渡区28的纵横比大约为1.4，而中心加厚区24的纵横比约为2.4。被低纵横比的过渡区包围的高纵横比的中心升高部分提供了提高性能和可靠性的优化分布。
通过使用圆头槽铣刀在面板的内表面进行表面加工生成径向的刀具槽线，提高了疲劳强度，并更好地提高了杆面的耐用性，这是因为所生成的刀具槽线垂直于疲劳裂纹通常形成的方向。虽然在此公开了某些示出的实施方式和方法，从上述的公开中可以理解，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可对这些实施方式和方法进行改变和修改。因此，可以理解，本发明只受限于适用法律的所附的权利要求书、法规以及委托人要求的扩展。
权利要求
1.一种制造杆面厚度变化的高尔夫杆头的方法，所述厚度变化的杆面包括由过渡区包围的中心加厚区，所述过渡区从所述中心加厚区逐渐变薄到较薄的周边区；所述厚度变化的杆面还包括位于所述加厚区和所述过渡区之间的第一圆周交界和位于所述过渡区和所述周边区之间的第二圆周交界；所述方法包括提供具有外表面、内表面和第一厚度的面板；将绕通常垂直于所述面板的所述内表面的轴线旋转的圆头槽铣刀定位于所述第一圆周交界处的起始位置上；通过以径向向外的方向朝向所述过渡区和所述周边区移动旋转的所述圆头槽铣刀，使其穿过所述过渡区和所述周边区以加工所述面板的所述内表面，随着所述圆头槽铣刀通过所述过渡区和所述周边区，在所述面板的所述内表面加工产生具有宽度的刀具槽线，因此改变所述面板插入物在所述刀具槽线上的所述厚度；以垂直于所述面板的所述表面的方向升高所述圆头槽铣刀；将旋转的所述圆头槽铣刀再次定位到所述第一圆周交界处上与先前的所述刀具槽线相邻的下一位置；以及重复所述加工、升高、再定位步骤，直到所述圆头槽铣刀通过所述第一圆周交界的整个圆周。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述加工步骤将所述过渡区的厚度从所述第一厚度改变为第二厚度。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述加工步骤形成具有等于所述第二厚度的不变厚度的所述周边区。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述加工步骤还包括朝向所述过渡区和所述周边区沿直线向外地移动旋转的所述圆头槽铣刀，并通过所述过渡区和所述周边区。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述加工步骤还包括朝向所述过渡区和所述周边区沿曲线向外地移动所述旋转的圆头槽铣刀，并通过所述过渡区和所述周边区。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一圆周交界具有第一纵横比，所述第二圆周交界具有第二纵横比，所述第二纵横比的值小于所述第一纵横比。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一圆周交界具有处于0.65和1.05英寸之间的长轴，和处于1.4和4.2之间的纵横比。
8.如权利要求1所述的方法，还包括提供具有开口的壳体，以及使所述面板附着于所述壳体的所述开口，以形成中空体的高尔夫球杆头。
9.一种高尔夫球杆头，包括杆面插入物，所述杆面插入物用于撞击高尔夫球，并具有内表面和外表面；所述杆面插入物的厚度是变化的，并具有被过渡区包围的中心加厚区，以及在所述加厚区和所述过渡区之间的第一圆周交界，所述过渡区从所述中心加厚区从较薄的周边区逐渐变薄；以及所述杆面插入物的所述内表面具有在其中形成的多个刀具槽线，所述多个刀具槽线从所述第一圆周交界朝向所述过渡区和所述周边区径向地向外延伸，并穿过所述过渡区和所述周边区。
10.如权利要求9所述的高尔夫球杆头，其中，所述杆面插入物还包括位于所述过渡区和所述周边区的第二圆周交界。
11.如权利要求9所述的高尔夫球杆头，其中，所述刀具槽线朝向所述过渡区和所述周边区沿直线向外延伸，并穿过所述过渡区和所述周边区。
12.如权利要求9所述的高尔夫球杆头，其中，所述刀具槽线朝向所述过渡区和所述周边区沿曲线向外延伸，并穿过所述过渡区和所述周边区。
13.如权利要求9所述的高尔夫球杆头，其中所述第一圆周交界具有第一长轴和第一短轴；以及第二圆周交界具有第二长轴和第二短轴，所述第二长轴等于所述第一长轴加上预定的距离，所述第二短轴等于所述第一短轴加上所述预定的距离。
14.如权利要求13所述的高尔夫球杆头，其中，所述第一长轴为0.65到1.05英寸，所述第一短轴为0.25到0.45英寸。
15.如权利要求14所述的高尔夫球杆头，其中，所述预定的距离为0.40到1.20英寸。
16.如权利要求14所述的高尔夫球杆头，还包括具有开口的壳体，所述面板附着于所述壳体的所述开口，以形成中空体。
全文摘要
一种制造杆面厚度变化的高尔夫杆头的方法，该杆面具有被过渡区包围的中心加厚区，过渡区从中心加厚区到较薄的周边区逐渐变薄。该方法包括将绕通常垂直于面板的内表面的轴线旋转的圆头槽铣刀定位于中心加厚区的外缘和过渡区之间的圆周交界处的起始位置上，通过朝向并穿过过渡区和周边区径向地向外移动旋转的圆头槽铣刀加工面板的内表面，随着圆头槽铣刀通过过渡区，面板的内表面被加工生成具有宽度的刀具槽线，并因此改变面板在刀具路径上的厚度。然后垂直于面板的表面升高圆头槽铣刀，并将圆头槽铣刀再次定位到与之前刀具槽线相邻的圆周交界处的下一个位置上。重复加工、升高、再定位圆头槽铣刀的步骤，直到圆头槽铣刀转过圆周交界处的整个圆周。
文档编号B21K17/00GK1907520SQ20061009952
公开日2007年2月7日 申请日期2006年7月26日 优先权日2005年8月1日
发明者布拉德利D·施韦格特, 约翰A·索尔海姆 申请人:卡斯腾制造公司