CN100425306C - 高尔夫球杆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高尔夫球杆，包括：高尔夫球杆头，它具有顶部、底部、击球板、后跟端、尖端和具有顶部孔和底部孔的内部插鞘，该高尔夫球杆头的体积超过300立方厘米，并且其重量小于215克；插鞘衬垫，它具有上面部分、下面部分和贯穿的孔道，上面部分的直径大于下面部分的直径，下面部分设置在内部插鞘内，所述插鞘衬垫在上面部分下方具有台肩，所述台肩接合着顶部，并且所述插鞘衬垫由聚合物材料构成；以及杆身，它具有顶端和端头，顶端杆身设置成穿过插鞘衬垫的孔道并且穿过内部插鞘延伸到底部孔，所述杆身的重量小于85克。本发明的高尔夫球杆可克服现有技术中的配重问题，并能够根据高尔夫球手的要求调节其重量。

Description

高尔夫球杆
技术领域
本发明涉及一种高尔夫球杆。更具体地说，本发明涉及一种用于大体积高尔夫球杆头的配重系统。
背景技术
高尔夫球杆设计的主要目的一直在于改善高尔夫球手的表现。虽然改进方面可以考虑许多方面，但是设计者致力于设计一种更加理想和宽恕(forgiving)的高尔夫球杆。可以通过将高尔夫球杆的重心移到所要求的位置上并且形成更大的转动惯量来实现在高尔夫球杆中的宽恕性(forgiveness)。
提高在由均质或整块材料例如不锈钢构成的高尔夫球杆头中的宽恕性是很困难的，因为通常在高尔夫球手所可以接受的高尔夫球杆的整体重量上存在限制。为了克服该困难，设计者们已经借助于组合不同材料(高密度和低密度)来实现所要求的重心和大转动惯量。由于需要更小的体积来实现正确的配重，所以密度非常高的材料为设计者在改善高尔夫球杆头的性能方面提供了最大的自由度。可以在市场上买到的具有非常高密度的最经济材料是钨，该材料的密度为19.3克/立方厘米。
在使用非均质材料方面的一个挑战在于高尔夫球杆头中将材料结合在一起的能力。高尔夫工业中已经创造出许多技术来在高尔夫球杆头中将非均质材料结合在一起。一个例子是由Callaway Golf Companyof Carlsbad，California研制出的GREAT BIG
Figure C0181328500041
TUNGSTEN-TITANIUMTM铁杆，该铁杆使用螺钉将钨块安装在钛铁杆的后部和底部上。另一个例子是也是由Callaway Golf Company of Carlsbad，California研制出的GREAT BIG
Figure C0181328500051
TUNGSTEN-INJECTEDM铁杆，该铁杆的特征在于具有处于焊料中的钨小球的内部空腔，如于1999年6月11日申请的题目为“内部空腔钨钛铁杆”的美国专利申请No.09/330,292中所披露的一样。木杆的一个例子为也由CallawayGolf公司开发出的GREAT BIG
Figure C0181328500052
HAWK EYETM发球杆和球道木杆，该木杆在钛杆头本体的底部中使用了钨螺钉。其它技术使用了粘合剂来结合这些材料、压力配合这些材料、焊接材料或者使用凹槽或凹穴来在结构上将一种材料件固定在另一个材料件内。
对于大多数技术而言，均需要将经过非常精确地机加工的配重件安装在高尔夫球杆头上的精确位置中。最经济的方法是铸造具有用于配重件的空腔的高尔夫球杆头主体并且用螺钉安装该配重件。但是，铸造的允许误差较低，并且需要对空腔自身进行机加工或对配重件进行机加工，以便与每个空腔相配。使用较柔软的材料是不合要求的，因为柔软材料在高尔夫球杆头的抛光期间被损坏而出现污斑将在对最终产品进行抛光时产生困难。
另外，其中在浇铸基底金属之前将配重件装在模具中的共铸造工艺非常依赖于材料，因为配重件当热液态基底金属浇铸在它周围时相对较冷，从而引起热冲击。此外，在不均质材料的共同铸造情况下，材料的热膨胀不匹配也是一个问题。在重新安装杆身(reshafting)期间会出现其它问题，其中要对高尔夫球杆头进行加热以除去杆身。这种加热会导致低熔融温度材料(环氧树脂和焊料)流动，从而导致配重件可能移动。另外，现有技术中的安全和特殊的配重机构使得球杆不能根据特定高尔夫球手的具体挥杆操作来进行配重。
发明内容
本发明通过提供一种高尔夫球杆头来克服现有技术的这些配重问题，该杆头具有一种配重系统，该配重系统在整个高尔夫球杆头已经形成之后装入，从而使得能够在成形后进行配重。这使得本发明的高尔夫球杆头能够根据具体的高尔夫球手来调节其重量。
本发明的另一个方面在于提供一种高尔夫球杆，它包括高尔夫球杆头、杆身和用来降低在用于具有内部插鞘的高尔夫球杆头的杆身的高应力区域中的应力水平的插鞘衬垫。高尔夫球杆头具有顶部、底部、击球板、后跟端、尖部端和内部插鞘。内部插鞘具有顶部孔和底部孔。优选的是，高尔夫球杆头的体积大于300立方厘米并且重量小于215克。插鞘衬垫具有上面部分、下面部分和贯穿的孔道。上面部分的外径大于下面部分的外径，并且下面部分设置在内部插鞘内。插鞘衬垫在上面部分的下面具有台肩，它与顶部接合。插鞘衬垫由聚合物材料构成。杆身具有顶端和端头。杆身顶端设置成穿过插鞘衬垫的孔道并且穿过内部插鞘至底部孔。该杆身的重量小于85克。
虽然已经对本发明的进行了简短说明，但是本领域的普通技术人员可以从本发明的以下详细说明中并结合附图了解本发明的上述和其它目的、特征和优点。
附图说明
图1为本发明高尔夫球杆头的底部平面图；
图2为本发明高尔夫球杆头的底部平面图，并且在后部表面凹槽内设有圆形雕饰；
图3为本发明高尔夫球杆头的前视图；
图4为本发明高尔夫球杆头的顶部平面图；
图5为本发明高尔夫球杆头的顶部平面图；
图6为本发明高尔夫球杆头的后跟端的侧视图；
图7为本发明高尔夫球杆头的后视图；
图8为本发明高尔夫球杆头的底部的底视图，并且在该底部上具有标识；
图9为本发明高尔夫球杆头的优选实施例的组成部件的分解顶视图；
图10为本发明高尔夫球杆头的可选实施例的组成部件的分解顶视图；
图11为图10的分解底视图；
图12为图10的高尔夫球杆头的底视图，其中用阴影线显示出配重腔；
图13为图9的高尔夫球杆头的底视图，其中用阴影线显示出配重腔；
图14为图10的高尔夫球杆头的剖视图；
图15为图9的高尔夫球杆头的剖视图；
图16为本发明的配重腔的分离顶部平面图；
图17为本发明的配重腔的分离顶部平面图；
图18为本发明的配重腔的分离顶部平面图；
图19为本发明高尔夫球杆的前视图；
图20为图19的高尔夫球杆的顶部平面图；
图21为图19的高尔夫球杆的后跟端侧视图；
图22为图19的高尔夫球杆的分解透视图；
图23为沿着直线7-7的剖视图；
图24为本发明高尔夫球杆的插鞘衬垫的分离透视图；
图25为图24的插鞘衬垫的反向透视图；
图26为图24的插鞘衬垫的侧视图；
图27为图26的插鞘衬垫的四分之一圈的侧视图；
图28为图24的插鞘衬垫的顶部平面图；
图29为图26的衬垫的半圈侧视图；
图30为图24的插鞘衬垫的底部平面图；
图31为图26的插鞘衬垫的四分之三圈的侧视图；
图32为在本发明的高尔夫球杆的以虚线示出的插鞘衬垫的透视图；
图33为本发明的高尔夫球杆的可选插鞘衬垫；
图34为图33的插鞘衬垫的反面视图；
图35为图33的插鞘衬垫的剖视图；
图36为现有技术中的高尔夫球杆的分离杆身和插鞘的计算机图像，以显示出轴向应力区域；
图37为本发明高尔夫球杆的分离的杆身、插鞘衬垫和插鞘的计算机图像，以显示出轴向应力区域；
图38为用于图36和37的高尔夫球杆头的轴向应力与方位之间的关系曲线图；
图39为本发明高尔夫球杆头和现有技术中的高尔夫球杆头的击球容许量的曲线图；
图40为使用了两种不同碳素杆身的本发明的高尔夫球杆头与现有技术中的高尔夫球杆头相比时杆身冲击持久性的曲线图。
具体实施方式
如在图1-8中所示一样，本发明的高尔夫球杆头大体上由20表示。高尔夫球杆头20是一种发球杆，但是本发明的高尔夫球杆头也可以是一种球道木杆。高尔夫球杆头具有主体22，它优选由金属材料例如钛、钛合金、不锈钢等构成，并且最优选由锻造钛材料构成。但是，主体22或部分主体22可以由碳素复合材料等构成。主体22在设计作为发球杆时优选具有大的体积，其体积通常大于300立方厘米，并且对于由钛构成的主体而言最优选为350立方厘米。但是，在设计作为发球杆时，由不锈钢构成的主体22可以具有200-275立方厘米的体积，并且由碳素材料构成的主体可以具有325-400立方厘米的体积。在设计作为发球杆时，主体22优选的重量不大于215克，并且最优选的重量为180-205克。当主体22设计作为球道木杆时，主体的重量为135克-180克，优选为140克-165克。主体22具有中空内部23。
主体22具有顶部24、后跟端26、尖端28、底部30、击球板32和带状部34。杆身(未示出)设置在位于后跟端26处的插鞘(未示出)内。在优选的实施例中，插鞘位于主体22内部，并且杆身延伸到位于孔36处的底部30上。主体22还具有与击球板32相对的后部部分38。
本发明的底部30设计成用在高性能、大体积的发球杆或球道木杆中。这种高性能、大体积的发球杆或球道木杆设计成在与高尔夫球杆撞击期间具有顺应性，以便降低对于更长击球距离的能耗。在于1999年11月1日申请的题目为“具有锻造钛击球板的高尔夫球杆头”的美国专利申请No.09/431,982中披露了这种类型的发球杆或球道木杆，该文献的全文在这里被引用作为参考。
本发明的底部30具有中心面40、后跟面42、尖部面44和后部面46。后部面46优选形成有由圆形雕饰50覆盖的凹槽48。由于与中心面40之间具有一定角度，所以后跟面42和尖部面44分别具有过渡边缘52和54。后部面46也相对于中心面40倾斜，并且用于通过入口56通向主体22的中空内部23。
图9-15显示出本发明的高尔夫球杆头20的配重系统。主体61和配重腔66限定了配重隔室60。顶盖62允许进入配重腔66，但是顶盖62在对高尔夫球杆头20进行配重之前是密封的。如下面所进一步描述的那样，通过入口56将配重件64注入配重腔66中。入口56能够在已经将顶部24焊接在整个主体22上之后允许进入配重腔60。在注入配重件64之后，通过将圆形雕饰安放进凹槽48中来密封所述入口。
高尔夫球杆头成形后进行配重的设计允许将重量加入到高尔夫球杆头20上，以便针对具体的高尔夫球手进行调节和/或个性化。另外，能够在已经确定好主体22的重量之后将配重加入到高尔夫球杆头20上，以便满足对于高尔夫球杆头20的预定的具体要求。优选的是，在球杆头由铸钛或铸钢构成的情况下，配重腔60与主体22铸造在一起。或者，配重腔60在与主体22分开形成的情况下可以焊接在底部30的内表面上。
配重腔66的体积可以根据球杆在4-14立方厘米之间变化。在表1中给出了球道木杆的配重腔的优选体积。配重件66优选占据了配重腔66体积的30-95％，并且最优选的是，配重腔66体积的50％-80％。
表1
  球杆   配重材料最小体积   配重材料最大体积   配重腔体积
  2   2.116   6.001   7.045
  3   2.102   5.332   6.484
  强力3   3.103   7.984   9.354
  4   3.215   8.390   9.329
  强力4   3.630   9.619   10.943
  5   3.826   9.504   10.481
  7   3.854   9.639   11.119
  9   3.854   9.639   11.119
配重腔64的体积也可根据球杆而改变。在表1中给出了配重腔64的优选最小和最大体积。在优选实施例中，配重部件64由铋构成，通过入口同时以液态形式将它引进到配重腔66中。铋的熔融温度为271℃。铋的密度为9.80克/立方厘米，而钛的密度为4.5克/立方厘米。因此，铋的密度比钛大得多，从而能够具有最小的体积同时具有优化的质量。另外，铋在固化时将膨胀，因此在配重腔66内形成机械锁紧。配重腔64在液态形式中将与配重腔66的形状匹配。配重件64的重量优选为3-70克，更优选为7-20克，并且最优选为15克(包括配重腔66)。配重腔64的密度为7克/立方厘米-20克/立方厘米。如在表2中所示一样，配重件64的重量将根据具体的球道木杆和发球杆的杆面角而变化。
表2
  发球杆   主体重量   铋配重
  2号木杆   165.2   195.3
  强力3号木杆   157.4   199.3
  3号木杆   156.9   199.3
  强力4号木杆   150.3   202.3
  4号木杆   151.3   202.3
  5号木杆   147.3   206.3
  7号木杆   142.5   210.3
  9号木杆   149.6   215.3
配重腔60设置在主体22的中空内部23内，以调节高尔夫球杆头20的重心朝着后跟端26偏离。重心对于发球杆而言将随着杆面角(loft)而变化，并且对于球道木杆而言将随着球道木杆号而变化。在图5和6中显示出用于图1-8的发球杆高尔夫球杆头的重心CG。液态铋流动并且与特定配重腔相配的能力使得能够对高尔夫球杆头的重心进行更大的控制，并且还使得能够对高尔夫球杆头的转动惯量进行更好的控制。
通过入口56引入铋配重件64，而击球板32向下取向并且平躺在表面上。因此，铋配重件64将首先占据配重件66的空间，即朝着击球板32并且继续朝着主体22的后部填充配重腔66。在优选的方法中，引入液态铋配重件的预定量的90％，然后对高尔夫球杆20进行称重，以便确定是否需要额外的铋以满足特定高尔夫球杆的具体要求。如果需要的话，则将额外的铋加入到配重腔66中，以便满足具体要求。本领域的普通技术人员将了解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以采用其它材料作为配重件64。
在图16-18中显示出了各种配重腔60a-c的分离视图。配重腔60a-c的深度优选为0.5英寸-2.0英寸。特定配重腔60的面积根据球杆而变化。在图16中，配重腔60a的长度L1优选为1.474英寸，并且长度L2为0.754英寸。在图17中，配重腔60b的长度L1优选为1.836英寸，长度L2为1.609英寸，并且长度L3为1.269英寸。在图18中，配重腔60c的长度L1优选为1.511英寸，长度L2为1.395英寸，并且长度L3为0.934英寸。配重腔60的形状和位置将影响着高尔夫球杆头20的重心和转动惯量。
如在图19-22中所示一样，高尔夫球杆头20具有杆身40和插鞘衬垫50。高尔夫球杆头20具有主体22，该主体具有顶部24、底部30、带状部34和击球板32。击球板大体上从后跟端26延伸到高尔夫球杆头20前面的尖端28上。主体22优选具有中空内部23，该内部具有用于容纳穿过插鞘衬垫104的杆身102的顶端的内部插鞘100。高尔夫球杆头具有主体22，该主体优选由金属材料例如钛、钛合金、不锈钢等构成，并且最优选由锻造钛材料构成。例如在于1999年11月1日提出的美国专利申请09/431982中披露这样一种类型的高尔夫球杆头，该文献的全文在这里被引用作为参考。但是，本领域的普通技术人员将了解，该主体22可以由其它材料例如复合材料构成。
主体22优选具有大体积，更优选大于300立方厘米，并且最优选为350立方厘米。主体22优选为重量不超过215克，并且最优选的重量为180-215克。
杆身102优选由碳素材料构成，但是它可以由轻型金属材料例如钛构成。或者，杆身102可以由碳素和金属的混合物构成。此外，杆身102可以由薄的不锈钢材料构成。杆身102的重量优选为40-80克，更优选为50-75克，并且最优选为65克。
杆身102通过插鞘衬垫104连接在高尔夫球杆头20上。插鞘衬垫104设置在高尔夫球杆头20的内部插鞘100内。内部插鞘100基本上不会延伸到高尔夫球杆头20的顶部24的顶端外面。插鞘衬垫104安装穿过位于内部插鞘100中的顶孔106。
如图23所示，内部插鞘100具有两个腔室，一个上腔室108和一个下腔室110。上腔室108具有直径A，并且下腔室110具有直径B。直径A大于直径B，以便为插鞘衬垫104提供机械锁紧机构。在优选的实施例中，直径A大约为0.437英寸，而直径B为0.364英寸。过渡部分112与上腔室108和下腔室110连接。
内部插鞘100的壁114在中空内部23从顶部24延伸到底部30。内部插鞘100优选具有底部孔116。内部插鞘100可以与高尔夫球杆头20的主体22(除了顶部24)铸造在一起，或者如果主体23是单独的锻造部件的话，则内部插鞘100可以焊接在中空内部23内。
如图24-32中所示，插鞘衬垫104通常包括上面部分118和下面部分120。插鞘衬垫104具有外部孔122和内部孔124。下面部分120设置在内部插鞘100的上腔室108内。上腔室108的直径A应该牢固地容纳下面部分120的直径。下面部分120的直径大约为0.420英寸，但是外部肋条126的直径大约为0.437英寸。凸缘128的直径大约为0.437英寸。凸缘128还将插鞘衬垫104固定在内部插鞘100内。上面部分118在其最大直径(台肩72)处优选具有0.525英寸的直径。上面部分118座靠在顶部24上方。上面部分118具有在其中具有多个凹槽150的外表面130。上面部分的外表面130是弯曲的，并且外径朝着下面部分120增加。上面部分118终止在台肩132处，当插鞘衬垫104的下面部分120安放在内部插鞘100内时该台肩压靠在高尔夫球杆头20的顶部24上。插鞘衬垫104的上面部分118的弯曲外表面130与顶部24的表面不连续。
下面部分120具有带有狭缝152和外部肋条126的圆柱形表面134。狭缝152沿着大部分表面130延伸，并且在内孔124处开口。下面部分120的内表面具有接合杆身102的突起154。插鞘衬垫104优选由聚合材料例如聚碳酸酯材料构成。插鞘衬垫104设计用来缓解在高尔夫球杆头20和高尔夫球之间的撞击期间施加在杆身102上的应力。杆身衬垫104防止通常为碳素的杆身102和金属高尔夫球杆头20之间出现实质接触。在插鞘衬垫104中所使用的聚合物材料具有2-10尺磅的耐冲击性，并且具有350,000磅/平方英寸-1,000,000磅/平方英寸的弯曲模量。插鞘衬垫104的壁厚将随着所要求的弯曲模量而变化。壁厚将随着模量减小而增加，并且壁厚将随着模量增加而减小。0.035英寸的壁厚将具有500,000磅/平方英寸的弯曲模量。
图33-35显示出了插鞘衬垫104a的可选实施例。该实施例的上面部分118a具有完全光滑的表面130a。插鞘衬垫104a的壁可以具有嵌入在其中的金属环154，以便进一步降低应力并且在击打高尔夫球期间进行支撑。
图36为没有插鞘衬垫104的杆身102和内部插鞘100的计算机图像，用来说明在击打高尔夫球期间杆身102和插鞘100所承受的轴向应力。图37为杆身102、插鞘100和插鞘衬垫104的计算机图像，用来说明在击打高尔夫球期间杆身102、插鞘100和插鞘衬垫104所受到的轴向应力。图38显示出沿着杆身的距离和轴向应力的曲线图。插鞘平面160位于杆身102进入高尔夫球杆头20内的内部插鞘的地方。平面160是插鞘100终止在高尔夫球杆头20的底部30处的位置。图38显示出图36(没有插鞘衬垫104)的杆身102和图37的杆身102上的轴向应力的曲线图。图37的轴向应力曲线以粗线示出，并且图36的轴向应力曲线以虚线示出。最大的轴向应力出现在插鞘平面160处。没有插鞘衬垫104的高尔夫球杆头20承受了204,000磅/平方英寸(psi)的轴向应力。本发明具有插鞘衬垫104的高尔夫球杆头20只承受了167,000磅/平方英寸(psi)的轴向应力，这比没有插鞘衬垫的高尔夫球杆头20少22％。因此，本发明的插鞘衬垫104降低了在杆身102上的轴向应力，从而防止了杆身102断裂。
图39为杆头速度对直至断裂的击球数的曲线图。在该测试中，在高尔夫球杆头/杆身界面处击打高尔夫球。在85英里/小时(MPH)处的菱形代表没有插鞘衬垫104的高尔夫球杆，但是具有与本发明的高尔夫球杆18类似的体积和材料成分。在85.1英里/小时处的方形代表本发明的高尔夫球杆18。每个方形或菱形代表单个高尔夫球杆。该图表明本发明的高尔夫球杆18能够比没有插鞘衬垫104的高尔夫球杆头更好地承受在高尔夫球杆头/杆身界面处的冲击。
图40为对于两种不同的碳素杆身类型以及本发明的高尔夫球杆18而言的直到断裂的击球数的曲线图。与上述测试类似，在高尔夫球杆头/杆身界面处击打高尔夫球。本发明的高尔夫球杆18承受的击打数是其它碳素杆身高尔夫球杆的2-3倍。在高尔夫球杆头/杆身界面处击打高尔夫球的原因在于重现没有击中击球板32。尽管击打在高尔夫球杆头/杆身界面处的可能性非常低，但是高尔夫球杆头/杆身界面是高尔夫球杆的薄弱点，并且需要进行强度改进。但是，该改进不能妨碍高尔夫球杆的性能。
从上面描述可以相信，本领域的普通技术人员将认识到本发明的有价值的改进，并且容易理解，虽然已经对本发明的优选实施例以及附图中所示的其它实施例进行了说明，但是在不脱离将由下面所附权利要求所限定的本发明精神和范围内可以对其作出多种改变、改进和等价替换。因此，本发明的各种有利的实施例被限定在后附的权利要求书中。

Claims (8)

1.一种高尔夫球杆，它包括：
高尔夫球杆头，它具有顶部、底部、击球板、后跟端、尖端和具有顶部孔和底部孔的内部插鞘，该高尔夫球杆头的体积超过300立方厘米，并且其重量小于215克；
插鞘衬垫，它具有上面部分、下面部分和贯穿的孔道，上面部分的直径大于下面部分的直径，下面部分设置在内部插鞘内，所述插鞘衬垫在上面部分下方具有台肩，所述台肩接合着顶部，并且所述插鞘衬垫由聚合物材料构成；以及
杆身，它具有顶端和端头，顶端杆身设置成穿过插鞘衬垫的孔道并且穿过内部插鞘延伸到底部孔，所述杆身的重量小于85克。
2.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述杆身由碳素材料构成。
3.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述高尔夫球杆头由钛构成。
4.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述内部插鞘具有上腔室和下腔室，所述上腔室的直径大于下腔室的直径，所述插鞘衬垫的下面部分设置在所述上腔室内。
5.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述插鞘衬垫的上面部分具有在其中带有多个凹槽的弯曲表面。
6.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述插鞘衬垫的下面部分具有多个狭缝和多个内部突起。
7.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述高尔夫球杆头由不锈钢构成。
8.如权利要求1所述的高尔夫球杆，其特征在于，所述高尔夫球杆头的重量为180-205克。
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