专利名称：制造复合的高尔夫球杆头的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种由多层聚酯胶片构成的高尔夫球杆头的制造方法，更具体地，本发明涉及一种由多层聚酯胶片(或预浸料坯)构成的高尔夫球杆头的囊状物模制制造方法。
背景技术：
由多层聚酯胶片材料构成的高尔夫球杆头的最初(如果不是第一个)公开文件之一是英国专利申请1201648，其以William CharlesCarlton的名义于1967年申请。
在1984年，美国专利US4449707被授予Haysshi等人，该专利基于1982年原始提交的一个日本专利申请，用于碳纤维增强塑料的高尔夫球杆头(for a Golf Club Head of Carbon Fiber ReinforcedPlastic)。Hayashi的专利披露了用纤维增强塑料环绕一个芯部以制作一个具有适当重心的高尔夫球杆头。
另一个公开文件是授予Tomita等人的美国专利US4545580，该专利基于1983年原始提交的一个日本专利申请，用于木头类型的高尔夫球杆头。Tomita的专利披露了一个耐用的高尔夫球杆头，其具有一个由纤维增强塑料材料构成的外壳，一个泡沫中央芯部，和一个由热塑性树脂材料形成的中间壳。
又一个公开文件是授予Nishigaki等人的美国专利US4630826，其用于高尔夫球杆头。Nishigaki的专利披露了由碳树脂层和铸塑树脂层构成的主体，其具有一个由陶瓷材料构成的面插入块。
还一个公开文件是授予Kurokawa的美国专利US4778185，该专利基于1984年原始提交的一个日本专利申请，用于木头类型芯部壳的高尔夫球杆头。Kurokawa的专利披露了一个高尔夫球杆头，其由泡沫芯部和外壳构成，外壳由具有长纤维和短纤维的纤维增强塑料材料构成。
又一个公开文件是授予Fernandez的美国专利US4793616，用于高尔夫球杆。Fernandez的专利披露了一种球杆头外壳，其由树脂浸渍纤维和树脂内的陶瓷微粒构成以提供一个高强度外壳。
还一个公开文件是授予Niskanen等人的美国专利US5154425，用于复合材料的高尔夫球杆头。Niskanen的专利披露了一种球杆头，其由陶瓷基复合材料的金属基复合材料构成。
虽然现有技术披露了许多由复合材料构成的球杆头，但是现有技术没能提供一种高尔夫球杆头，其由重量轻、广泛适用性并具有高的回弹系数的复合材料构成。
发明内容
本发明提供一种用于制造高尔夫球杆头的方法和设备，该高尔夫球杆头由复合材料构成并且是广泛适用性的，同时提供比其它复合材料的高尔夫球杆头更好的性能。
图1是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的分解图；图2是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的前视图；图2A是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的前视图；图3是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的顶视平面图；图4是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的根部端视图；图5是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的尖部端视图；图6由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的底视平面图；图7是图3的高尔夫球杆头沿线7-7的横截面图；图8是图2的高尔夫球杆头沿线8-8的横截面图；图9是本发明的表面预成型件的孤立的横截面图；图9A是图9的区域A的放大视图；图9B是图9的区域B的放大视图；图10是本发明的高尔夫球杆头的冠部/表面预成型件的孤立的横截面图；图11是本发明的底端预成型件的孤立的横截面图；图12是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的顶视平面图，表示高尔夫球杆头的壁的厚度上的变化；图13是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的前视平面图，表示高尔夫球杆头的壁的厚度上的变化；图14是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的底视平面图，表示高尔夫球杆头的壁的厚度上的变化；图15是由本发明的方法制造的高尔夫球杆头的根部端视图，表示高尔夫球杆头的壁的厚度上的变化；图16是具有90度取向的表面/冠部层的平面图；图17是具有90度取向的全表面层的平面图；图18是具有90度取向的表面倍增层的平面图；图19是具有负45度方向的底端层的平面图；图20是本发明的一般方法的流程图；图21是本发明方法的表面件产生步骤的流程图；图22是本发明方法的压制成型步骤的流程图；图23是预成型件制造设备的透视图；图24是预成型设备的左侧视图；图25是预成型设备的右侧视图；图26是预成型设备的底视平面图；图27a-b是用于表面件的柱塞头的示意图；图28a-b是用于底端部件的柱塞头的示意图；以及图29a-b是用于冠部部件的柱塞头的示意图。
具体实施例方式
如图1-6中所示，一个高尔夫球杆头一般地用附图标记20指示。球杆头20是草地木棒或长距球棒(driver)，长距球棒处于从六度到十五度的高击范围内。球杆头20具有一个主体22，其通常由复合材料构成，例如多层碳聚酯胶片(或预浸料坯)，然而，若干部分可以由金属或注制聚合物构成。主体22具有一个冠部24，一个击球板26，一个带有底部28a的底端28和带部30。带部优选地具有一个上带壁30a和一个下带壁30b，带部30通常从尖端32延伸到根端34，带部30通常在击球板26的一端开始和在击球板26的相对端结束。主体22的后部36与击球板26相对并由带部30、冠部24和底端28的各部分来确定。此外，在球杆头20的根端34是一个内部管38，其带有一个用于在其中放置一个轴的开口39。内部管38放置在主体22的中空内部44内，优选地，一个配重件40位于带部30内。
底板42设置在底端28的底部28a的凹入部分29内，底板42优选地由金属材料构成，例如铝或钛，并且优选地具有5克到20克的质量。一个铝底板42的优选质量大约是11克，一个钛底板42的优选质量大约是18克。底板42优选地通过使用粘合剂结合在凹入部分29内，优选地在底板42上压出图形。底板42增加球杆头20的耐用性，因为底端28在击打高尔夫球的过程中经常撞击地面。
在保持基本上低于或等于现有技术的重量时，球杆头20还具有一个比现有技术的复合材料球杆头更大的体积。球杆头20的体积范围从175立方厘米到450立方厘米，更优选地范围从300立方厘米到400立方厘米，而对一个长距球棒来说最优选地是360立方厘米。球杆头20的质量范围从165克到300克，优选地范围从175克到225克，而最优选地从188克到195克。多层聚酯胶片材料的主体22具有范围从80克到120克的质量，最优选地是98克。
与根端34到尖端32的水平距离相对，通过增加球杆头20从底端28到冠部24的垂直距离来增加高尔夫球杆头20的体积。该体积上的增加由带部30的双壁结构引起，上带壁30a近似垂直于冠部24，而下带壁30b优选地相对于冠部24具有25度和75度之间的角度。球杆头20的更大的体积允许球杆头20比现有技术的高尔夫球杆头更广泛适用性，同时提供更好的性能。球杆头20的质量比类似体积的金属球杆头低得多，因而大的体积不会妨碍高尔夫球手的挥杆。
击球板26具有比现有技术的击球板更小的高宽比，在此使用的高宽比由击球板26的高度“h”除击球板的宽度“w”确定，如图2A中所示。在一个实施方式中，宽度w是90毫米，而高度h是54毫米，给出了1.666的高宽比。在传统的高尔夫球杆头中，高宽比通常比1大得多，例如，最初的GREAT BIG BERTHA的长距球棒具有1.9的高宽比，本发明的高宽比优选地范围从1.0到1.7。
如图7中所示，内部管38位于球杆头20的中空内部44内，内部管优选地由金属材料构成并具有范围从8克到20克的质量，最优选地，内部管38由不锈钢构成并具有大约14克的质量。内部管38具有一个孔130以在其中接收未示出衬套和轴。优选地，球杆头20具有由主体22确定的中空内部44，然而，复合材料的主体22的轻重量使得在中空内部44内在重量、泡沫材料、声音增强装置等等的安排方面进行众多处理成为可能。
具体参考图1，球杆头20具有一个配重件40，其设置在构成球杆头20的带部30的多层聚酯胶片内。优选地，配重件40由三个配重件40a、40b和40c构成，配重件40优选地由与金属材料集成的聚合材料构成，金属材料优选地选自铜、钨、钢、铝、锡、银、金、铂或类似金属，一种优选的金属是钨。配重件40具有大于主体22的复合材料的密度，优选地，配重件40大致从击球板26的根端34经过后部36延伸到击球板26的尖端32。然而，配重件40可以只沿着带部30的后部36、带部30的根端34、带部30的尖端32或它们的任何组合延伸。
配重件40a-c的安排使得高尔夫球杆头20的惯性矩得到最优化成为可能。在本发明的高尔夫球杆头20的一个优选示例中，绕着通过重心的Ixx轴线的惯性矩大约是2566克-平方厘米(“g-cm2”)，绕着通过重心的Iyy轴线的惯性矩大约是1895g-cm2，而绕着通过重心的Izz轴线的惯性矩大约是3368g-cm2。
如图8、9、9A和9B所示，折返部100是从击球板26的周边29向后朝向冠部24的过渡区，折返部100具有范围从0.100英寸到0.200英寸的厚度以控制击球板26的顺应性。折返部100具有一个上部段100a，一个下部段100b，一个未示出的根部段100c，和一个未示出的尖部段100d。折返部100还具有一个锥形区域101，其包括一个上部锥形区域101a，一个下部锥形区域101b，一个未示出的根部锥形区域101c，和一个未示出的尖部锥形区域101d。锥形区域101在厚度上从较靠近击球板部26的较大厚度向后朝向冠部24逐渐减小到较小的厚度。
折返部100具有预定长度，其从击球板部26的周边29向后延伸到冠部24中。优选地，折返部100的跨距“Dr”范围从0.25英寸到2.0英寸，更优选地从0.5英寸到1.75英寸，最优选地是1.5英寸。优选地，从周边29到折返部100的锥形区域101的起始部分的距离范围从0.25英寸到1.5英寸，最优选地是1.0英寸。
主体22由一个表面件(或面形元件)125制造，其包括击球板部26和折返部100，冠部件124和底端件128。冠部件124与表面件125交迭，如图10中所示。底端件128包括带部30和底部28a，底端件128连接到冠部件124和表面件125。
图16-19表示用于形成高尔夫球杆头20的复合材料主体的优选聚酯胶片，图16表示一般地用附图标记55指出的表面/冠部层聚酯胶片。表面/冠部层55具有多个分散在树脂体53内的纤维51，纤维51优选地由碳材料构成。作为选择，纤维51也可以是芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维或类似纤维，树脂典型地是环氧材料。当击球板26处于一个击打高尔夫球的位置时，纤维51关于击球板26的关系确定了纤维51的取向，如果纤维51与地面平行，或换句话说从尖端横向延伸到根端，那么表面/冠部层55具有零度取向，如果纤维51近似垂直于地面，如图16中所示，或换句话说从冠部延伸到底端，那么表面/冠部层55具有九十度取向。
图17表示整个表面层聚酯胶片，其一般地用附图标记57指出。如同关于表面/冠部层55，整个表面层57具有多个分布在树脂体53内的纤维51，纤维51从底端28延伸到冠部24，从而当其处于击打高尔夫球的位置时，整个表面层57具有垂直于地面的纤维51。因而，图17的整个表面层57具有九十度取向。
图18表示表面倍增层聚酯胶片，其一般地用附图标记58指出。如同关于表面/冠部层55，表面倍增层58具有多个分布在树脂体53内的纤维51，纤维51从底端28延伸到冠部24，从而当其处于击打高尔夫球的位置时，表面倍增层58具有垂直于地面的纤维51。因而，图18的表面倍增层58具有九十度取向。
图19表示底端层聚酯胶片，其一般地用附图标记59指出。如同关于表面/冠部层55，底端层59具有多个分布在树脂体53内的纤维51，当其处于击打高尔夫球的位置时，纤维51相对于地面以四十五度角延伸，因而，图19的底端层59具有四十五度取向。
如前所述，优选的复合材料是多层碳聚酯胶片，通过将处于平行运动中的纤维束拉过树脂薄膜并允许树脂部分地固化或“分离”来制造多层聚酯胶片的复合材料片，纤维束优选地是碳、芳族聚酸胺纤维或玻璃纤维。当树脂部分地分离时，树脂将纤维保持在一起以便纤维形成有延展性的片，该片在一个相对于片的边缘的特定取向上具有全部纤维，优选的方向是零度、正四十五度、负四十五度和九十度。
与现有技术的复合材料的高尔夫球杆头相比，主体22的不同区域的厚度处理允许高尔夫球杆头20具有优良的耐用性、宽客性和性能。如图12-15中所示，主体22的厚度集中在击球板部26上，在大多数优选示例中，击球板部26的用附图标记A指出的区域具有大约0.169英寸的厚度；在冠部24和击球板26的接合处用附图标记B指出的区域具有大约0.188英寸的厚度；底端28的底部28a的用附图标记C指出的区域具有大约0.221英寸的厚度；带部30和底部28a的用附图标记D指出的区域具有大约0.202英寸的厚度；冠部24、底部28a和带部30的用附图标记E指出的区域具有大约0.033英寸的厚度；和冠部24的用附图标记F指出的区域具有大约0.191英寸的厚度。用附图标记Z1、Z2、Z3、Z4、Z5和Z6指出的区域是渐细的(或锥形)区域，在此厚度向后逐渐减小。
高尔夫球杆头20优选地用囊状物模制工艺制造，图20表示本发明的一般方法。在程序块200，表面件125或表面杯状预成型件通过铺置多层聚酯胶片形成，多层聚酯胶片形成击球板26和表面件125的折返部100。表面件125的详细示例在下面阐明。在程序块202，冠部件124或冠部预成型件通过在表面件125上铺置多层聚酯胶片形成，如图10中所示。多层聚酯胶片形成冠部24、击球板26和折返部100，冠部件124的详细示例在下面阐明。在程序块204，底端件128或底端预成型件通过铺置带有多个配重件40a-c的多层聚酯胶片形成，多层聚酯胶片折叠在多个配重件40a-c上面，多层聚酯胶片形成带部30和底部28a。底端件128的详细示例在下面阐明。
在程序块206，表面杯状件125、冠部件124和底端件128被装配形成一个组合(或组装)单元，一个可膨胀的囊状物在装配期间放置在组合单元的内部中，囊状物优选地由乳胶、硅树脂或相似材料制成，并且通过囊状物端口放置囊状物的一个接近端。在程序块208，组合单元放置在压紧装置内并被预压紧以形成一个预压紧单元。在程序块210，预压紧单元放置在一个压摸内，用来将预压紧单元的囊状物模制成一个模制的未完工的高尔夫球杆头。在程序块212，模制的高尔夫球杆头被完成以形成高尔夫球杆头20。
在囊状物模制期间，一个压缩气体源(未示出)通过一个气体管路连接到囊状物，且囊状物在预压紧单元的中空内部中膨胀，囊状物接合预压紧单元的内侧表面，迫使多层聚酯胶片紧靠压模的内壁。然后，模具在预定温度下加热一个选定的时间段，即一个足以允许聚酯胶片内的树脂适当固化的时间。在减压之后，通过囊状物端口43取出囊状物，且模制的未完成得高尔夫球杆头被从压模中取出。本领域技术人员应该理解，取决于所用树脂的类型，固化温度范围可以从250°F到800°F，必需的固化时间范围可以从几分钟(例如，在“快速固化”环氧树脂或热塑树脂的情况下)到1.5小时，以及通过乳胶或硅树脂囊状物施加的压力范围可以从100到300磅/平方英寸(psi)。
图21表示图20的程序块200的表面件形成过程。在程序块300，用于表面件125的第一预定数量的多层聚酯胶片被放置在一个构形成近似于表面件125的型腔(或模腔)内。在程序块302，通过用一个柱塞或其它类似装置压挤该用于表面件125的第一预定数量的多层聚酯胶片以形成一个压缩层的叠垛。在程序块304，用于表面件125的第二预定数量的多层聚酯胶片被放置在型腔中处于压缩层的上面。在程序块306，通过用一个柱塞或其它类似装置压挤该用于表面件125的第二预定数量的多层聚酯胶片以形成一个更多压缩层的叠垛。在程序块308，该过程被重复直到通过该过程达到希望的表面件125的厚度。
该过程可以重复以形成冠部件和底端件，在重复所述步骤之前，必需调换模腔以便合适的模腔在形成冠部预成型件期间构形成近似于冠部件124，或在形成底端预成型件期间构形成近似于底端件128。
图22是装配和预压紧步骤的流程图。在程序块400，表面件/冠部件通过在表面件125上面铺置多层冠部件而形成。在程序块402，可膨胀的囊状物被放置在底端件128内并延伸通过囊状物端口43。在程序块404，组合单元被放置在压模内，并且囊状物的一个延伸部分延伸过模具中的一个孔。在程序块406，压模被密封，组合单元被压紧以形成预压紧单元。
在一个优选实施方式中，表面件125由四十八层聚酯胶片构成四十个在零度、正四十五度、负四十五度和九十度取向上的整个表面层57；和八个在零度和九十度取向上的表面倍增层58。应用在表面件125上面的冠部件124由七个在零度、正四十五度、负四十五度和九十度取向上的表面/冠部层55构成，底端件128由七个在零度、正四十五度、负四十五度和九十度取向上的底端层59构成，第二对和第三对底端层59折叠在多个配重件40a-c上面。在一个优选实施方式中，外面的若干层是用于美学目的的斜纹图案和一些耐久支撑件。
图23-26表示一个在形成高尔夫球杆头的预成型件中使用的设备130。设备130包括一个模具132，该模具在顶部中具有一个孔133以确定一个型腔134。模具132通过模具支撑板136安装到设备130上，模具支撑板136在顶部位置连接到模具132和在底部位置连接到模具基板138。模具基板138通过连接到设备130的基部140被保持在合适位置中，设备130的基部140可以自由竖立或可以使用突出部141或其它连接装置安装到一个支撑结构上。
通过具有一个与被模制的元件的形状和体积一致的内表面，模腔134可以构形成近似于表面杯状件125、冠部件124或底端件128。一个柱塞头142安装在可拆卸的柱塞板144上，柱塞头142由硅树脂、氨基甲酸乙酯或其它弹性体材料构成，并优选地具有一个范围从25到85肖氏(shore)A级硬度的硬度计和100％到700％的伸长范围。柱塞头142和可拆卸的柱塞板144位于型腔134上方并用来将多层聚酯胶片压入型腔134中，柱塞头142可以是不同尺寸的以接近型腔134的尺寸，并如此设计以使得当柱塞头142的尺寸减小时，通过用柱塞头142形成的预成型件的对应的体积减小。可拆卸的柱塞板144使得柱塞头142的种类能互相交换，以接近被选择用来制造表面杯状件125、冠部件124或底端件128的预成型件的特定型腔尺寸。
一旦选择了被制造的特定预成型件，柱塞头142就被致动以将多层聚酯胶片挤压到型腔中以形成预成型件。优选的用于柱塞头142的压力范围可以从30到80磅/平方英寸(psi)，然而，取决于选择制作预成型件的材料上的变化，这些范围可以增大或减小。具有相连的柱塞头142的可拆卸的柱塞板144安装到一个固定板146上，固定板146随后通过一个连接件148连接到位于下支撑板152的底部中的可移动杆150上，下支撑板152用来支撑一个气压缸154，因而沿着一个纵向轴线对齐液压缸154、柱塞头142和型腔134，液压缸154在一个垂直方向上上下移动以允许柱塞头142沿着该纵向轴线振动进出型腔134。一个释放杆156位于模具支撑板136上，且其用来一旦聚酯胶片层已经在型腔134中压缩，就升高柱塞头142。通过一系列连接下支撑板152和上支撑板160的支撑杆158a-d将气压缸154保持在合适位置中，一个安装板162在一端连接到上支撑板160的后部，而在相对端连接到下支撑板152。一个支撑臂164用来在垂直方向上对齐安装板162，并且在一端连接到安装板162，而在相对端连接到设备基底140。
图27a-b、28a-b和29a-b分别是柱塞头142设备相对于表面件、底端件和冠部件的示意图。如从示意图中看到的，柱塞头的体积相对于被制造的特定部件增加和减小，在制造用于小表面件的预成型件中使用的柱塞头的优选体积范围可以从10立方英寸到18立方英寸，更优选的体积是14.4立方英寸。作为选择，对于大表面预成型件，柱塞头的优选体积范围可以从14.00立方英寸到18.00立方英寸，更优选的体积是16立方英寸。对于在制造用于底端件的预成型件中使用的柱塞头，一个优选体积范围应该是25立方英寸到32立方英寸，更优选的体积是30.4立方英寸，而对于在制造用于冠部件的预成型件中使用的柱塞头，一个优选体积范围应该是38立方英寸到45立方英寸，更优选的体积是41立方英寸。
权利要求
1.一种生产用于高尔夫球杆头的预成型件的设备，所述预成型件由多层聚酯胶片构成，所述设备包括确定型腔的模具，该模具具有顶表面，在顶表面中具有通向所述型腔的开孔；柱塞头，其构形成压挤放置在所述型腔内的多层聚酯胶片；和气压缸，所述柱塞头在一端连接到该气压缸，所述气压缸、柱塞头和模具沿着一个纵向轴线对齐，所述气压缸使得柱塞头沿着所述纵向轴线的振动成为可能。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模具确定有型腔，该型腔构形成用于复合的高尔夫球杆头的表面件，和所述柱塞头构形成将多层聚酯胶片压挤成所述表面件的形状，所述表面件具有击球板部和折返部。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模具确定有型腔，该型腔构形成用于复合的高尔夫球杆头的冠部件，和所述柱塞头构形成将多层聚酯胶片压挤成所述冠部件的形状。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模具确定有型腔，该型腔构形成用于复合的高尔夫球杆头的底端件，和所述柱塞头构形成将多层聚酯胶片压挤成所述底端件的形状。
5.一种形成用于高尔夫球杆头的预成型件的方法，所述预成型件由多层聚酯胶片构成，该方法包括将多层聚酯胶片放入模腔中，所述模腔构形成确定有用于高尔夫球杆头的部件的预成型件；沿着一个纵向轴线朝着所述模腔降低柱塞头，所述柱塞头构形成将所述多层聚酯胶片压挤成高尔夫球杆头的部件；用所述柱塞头压挤所述多层聚酯胶片以形成高尔夫球杆头的部件；和从所述模腔中取出所述高尔夫球杆头的部件。
6.一种形成用于高尔夫球杆头的底端件的方法，所述底端件由多层聚酯胶片构成，该方法包括将多层聚酯胶片放入模腔中，所述模腔构形成确定有用于高尔夫球杆头的底端件；沿着一个纵向轴线朝着所述模腔降低柱塞头，所述柱塞头构形成将所述多层聚酯胶片压挤成用于高尔夫球杆头的底端件；用所述柱塞头压挤所述多层聚酯胶片以形成用于高尔夫球杆头的底端件；和从所述模腔中取出用于高尔夫球杆头的底端件。
7.一种形成用于高尔夫球杆头的冠部件的方法，所述冠部件由多层聚酯胶片构成，该方法包括将多层聚酯胶片放入模腔中，所述模腔构形成确定有用于高尔夫球杆头的冠部件；沿着一个纵向轴线朝着所述模腔降低柱塞头，所述柱塞头构形成将所述多层聚酯胶片压挤成用于高尔夫球杆头的冠部件；用所述柱塞头压挤所述多层聚酯胶片以形成用于高尔夫球杆头的冠部件；和从所述模腔中取出用于高尔夫球杆头的冠部件。
全文摘要
一种制造用于高尔夫球杆头(20)的预成型件(124，125或128)的方法和设备(130)，高尔夫球杆头由多层聚酯胶片材料构成。预成型件是一个表面件(125)、一个冠部件(128)或一个底端件(124)，它们由多层聚酯胶片材料构成。该设备(130)具有一个连接到气压缸(154)的柱塞头(142)，用来压挤一个模腔(134)内的多层聚酯胶片，该模腔构形成确定一个预成型件(124，125或128)。
文档编号B29C70/34GK1646296SQ03807693
公开日2005年7月27日 申请日期2003年1月30日 优先权日2002年1月31日
发明者J·M·默菲, H·雷耶斯, R·贡茨, D·A·比斯特林, A·A·古德约翰, J·C·温克, J·A·尼库姆 申请人:卡拉韦高尔夫公司