CN101264378A - 高尔夫球的空气动力学的表面几何学 - Google Patents
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Abstract
本文公开一种纹间面积接近0的高尔夫球(20)。该高尔夫球(20)具有分布着大量一级点阵成员(40)和大量子点阵成员(41)的内球形。大量一级点阵成员(40)中每一个具有顶点并且本发明高尔夫球(20)符合USGA－核准的高尔夫球的1.68英寸要求。互联的一级点阵成员(40)和大量子点阵成员(41)构成大量双多边形，优选双六边形和双五边形。
Description
相关申请
本申请是美国专利申请号11/163,589，2005-10-24提交，的部分继续，该申请号又是美国专利申请号10/711,250，2004-09-03提交，现在的美国专利号6,958,020的部分继续，后者是美国专利申请号10/709,018，2004-04-07提交，现在的美国专利号6,979,272，的部分继续申请。
技术领域
本发明涉及高尔夫球的空气动力学的表面几何学。更具体地说，本发明涉及具有点阵结构的高尔夫球。
背景技术
高尔夫球手可能早在18世纪就体会到表面带有凹窝的高尔夫球比表面光滑的球飞得好。手工锤制的古塔胶高尔夫球至少到1860年代才可买到，而带有荆棘(隆起而不是凹窝)的高尔夫球从十八世纪末到1908年曾风行一时。在1908年，英国人William Taylor取得带有凹穴(酒窝)的高尔夫球的英国专利，此种球比带有荆棘的高尔夫球飞得好而且更准确。A.G.Spalding & Brothers买下了该专利的权利(可以体现在美国专利号1,286,834中，1918年授予)并推出了以TAYLOR小凹窝为特征的GLORY球。直到上个世纪70年代，GLORY球以及大多数其它带有小凹窝的球都具有336个同样大小的小凹窝，采取同样的图案，ATTI图案。ATTI图案是一种八边形图案，分为8条同心的直线排，并由此高尔夫球模具的主要生产商得名。
在这60年期间涉及高尔夫球表面的唯一发明可能来自AlbertPenfold，他发明了网纹图案高尔夫球。该专利发明于1912年，但直到1930年代才被世人接受。一种网纹图案与凹窝的组合公开在Young的美国专利号2,002,726中，该专利，涉及高尔夫球，于1935年授予。
传统高尔夫球，正是被消费大众乐于的接受的，为带有大量小凹窝的球形，其中每个小凹窝具有圆形断面。虽然公开了许多打破这一传统的高尔夫球，但是这些非传统高尔夫球大多未取得商业上的成功。
这些非传统高尔夫球大多数依然试图固守由美国高尔夫球协会(″USGA″)和皇家古典圣安德鲁高尔夫俱乐部(″R&A″)规定的高尔夫规则。正如在高尔夫规则的附录III中规定的，球的重量不应大于1.620盎司重(45.93g)，球的直径不小于1.680英寸(42.67mm)，如果满足这些，则在其自量作用下，球将在100个随机挑选的位置中有少于25个能漏过1.680英寸直径圆环规，该试验在23±1℃的温度实施，而且球不得设计，制造或故意修改成使其性能不同于球形对称的球的性能。
一个例子是Simosaka等人，美国专利号5,916,044，关于高尔夫球，公开了许多凸起的采用，以便满足USGA和R&A关于1.68英寸(42.67mm)直径的限制。Simosaka的专利公开一种高尔夫球，其表面具有大量小凹窝以及几行从表面量起0.001～1.0mm高的凸起。于是，纹间表面区域的直径就小于42.67mm了。
非传统高尔夫球的另一个例子是Puckett等人的美国专利号4,836,552，关于短距离高尔夫球，公开一种高尔夫球，具有荆棘而不是凹窝，以便使飞行距离缩短到传统高尔夫球的一半，这样便可以在短距离球场上玩了。
非传统高尔夫球的另一个例子是Pocklington的美国专利号5,536,013，关于高尔夫球，公开一种高尔夫球，它在其每个凹窝内具有隆起的部分，并且还公开具有各种不同几何形状的凹窝，例如，方块、菱形和五边形。Pocklington的每个凹窝内的隆起部分帮助控制凹窝的总容积。
另一个例子是Kobayashi的美国专利号4,787,638，关于高尔夫球，公开一种高尔夫球，它具有在每个凹窝内的齿痕。Kobayashi的凹窝内的齿痕旨在降低低速时气压的拖曳力，以便增加距离。
又一个例子是Treadwell的美国专利号4,266,773，关于高尔夫球，公开一种高尔夫球，在其表面具有粗糙带和光滑带以便在高尔夫球飞行期间刮起气流边界层。
Aoyama，美国专利号4,830,378，关于具有均匀纹间表面构型的高尔夫球，公开一种高尔夫球，它具有三角形的凹窝。Aoyama的总纹间表面面积不大于高尔夫球表面的20％，，因此该专利的目的是优化该均匀的纹间表面构型而不是凹窝。
凹窝形状的另一种方案由Steifel在美国专利号5,890,975中提出，它涉及高尔夫球以及在其表面成形凹窝的方法。Steifel的某些凹窝是狭长的断面，而不是圆形断面的。该狭长凹窝能提高表面覆盖面积。一项授予Steifel的式样专利，美国专利号406,623，将所有凹窝都设计成狭长的。
有关这一课题的一种方案由Moriyama等人在美国专利号5,722,903，关于高尔夫球，中提出，它公开一种具有传统凹窝和椭圆形凹窝的高尔夫球。
非传统高尔夫球的另一个例子公开在Shaw等人的美国专利号4,722,529中，关于高尔夫球，它公开一种高尔夫球，具有凹窝和30个光面哑铃形块，用以改善空气动力学特性。
非传统高尔夫球的另一个例子是Cadorniga的美国专利号5,470,076，关于高尔夫球，它公开的大量凹窝中每一个具有附加的凹陷。据信，Cadorniga的主和辅下陷凹窝在高尔夫球飞行期间造成较小的空气尾流。
Oka等人在美国专利5,143,377，关于高尔夫球，中公开一种圆形和非圆形凹窝。非圆形凹窝是方形、矩形、规则八边形和规则六边形的。非圆形凹窝的数目占到高尔夫球表面332个凹窝的至少40％。Oka的这些非圆形凹窝具有双坡度，依靠此种坡度能将空气从周边扫开以便造成空气湍流。
Machin，美国专利号5,377,989，关于具有等径凹窝的高尔夫球，公开一种高尔夫球，其凹窝具有奇数曲面侧壁和弓形顶点，以便减少飞行期间作用在高尔夫球上的拖曳力。
Lavallee等人，美国专利号5,356,150公开一种高尔夫球，它具有重叠的狭长凹窝以便达到在高尔夫球表面最大的凹窝覆盖率。
Oka等人，美国专利号5,338,039公开一种高尔夫球，其凹窝的至少40％具有多边形的形状。Oka的高尔夫球形状是五角形、六角形和八角形。
Ogg，美国专利号6,290,615，关于具有管状点阵图案的高尔夫球，公开一种具有非-凹窝空气动力学图案的高尔夫球。
HX
RED高尔夫球和HX
BLUE高尔夫球，由Callaway Golf公司(Carlsbad，加利福尼亚)出品，是具有非-凹窝空气动力学图案的高尔夫球。该空气动力学图案大致由在高尔夫球表面围成六边形和五边形的管状点阵网络组成。每个六边形一般由13个小面围成，其中6个小面是共享的小面，而其余7个小面是内小面。
发明概述
本发明能提供一种高尔夫球，它满足USGA要求并且提供最小纹间表面面积以便在飞行期间刮起高尔夫球周围空气的边界层从而造成飞行更大距离所需要的湍流。本发明通过提供一种高尔夫球得以达到这一点，该球具有一种点阵结构，该结构包括一级多边形，和在一级多边形边界内的二级多边形。该双重多边形被设计成能通过激励该多小面、一级多边形内的气流来促进湍流倒圆。
本发明一个方面是一种高尔夫球，它具有一个内球形，内球形具有一个表面和大量点阵成员。每个点阵成员具有一个断面轮廓，该轮廓在从高尔夫球中心伸出最远之处具有顶点。点阵成员的顶点规定了一个外球形。大量点阵成员彼此连接在一起形成在高尔夫球表面的规定图案。该规定的图案由大量多小面的多边形构成，每个多边形具有至少14个小面和在大量多小面多边形每个内的一个多小面二级多边形。
在简要描述了本发明之后，上面以及进一步的目的及其优点，在本领域技术人员在结合附图研读了下面有关本发明的详细描述以后就会明白。
附图简述
图1是高尔夫球的赤道视图。
图2是双多边形的孤立俯视图。
图3是双多边形的孤立俯视图。
图4是沿图2的线4-4的断面视图。
图5是现有技术高尔夫球表面的孤立视图，用以展示飞行期间的湍流流动。
图6是本发明高尔夫球表面的孤立的视图，用以展示飞行期间的湍流流动。
图7是本发明高尔夫球的双多边形的孤立断面视图。
图8是本发明高尔夫球的局部断面视图。
图9是双多边形的一种替代实施方案的孤立俯视图。
图10是双多边形的一种替代实施方案的孤立俯视图。
图11是双多边形的一种替代实施方案的孤立俯视图。
图12是双多边形的一种替代实施方案的孤立俯视图。
图13是现有技术高尔夫球的多小面六边形的示意图。
图14是本发明多小面双多边形的示意图。
图15是从高尔夫球内球形表面高出的凸起的放大、孤立、断面视图。
图16是从高尔夫球内球形表面高出的凸起的放大、孤立、断面视图。
图17是从高尔夫球内球形表面高出的凸起的放大、孤立、断面视图。
发明详述
如图1所示，一个高尔夫球被总地称作20。高尔夫球20可以是一种两块(拼合)式高尔夫球、三块(拼合)式高尔夫球或更多块(拼合)式高尔夫球。下面将详细讨论高尔夫球的构造。
高尔夫球20优选具有内球形21，后者具有内球形表面22(图15)。高尔夫球20还具有赤道24(用虚线表示)，总地将高尔夫球20分割为第一半球26和第二半球28。第一极30大致地位于沿纵向弧从第一半球26中的赤道24开始90°的位置。第二极32大致位于沿纵向弧从第二半球28中的赤道24开始90°的位置。
朝内球形21的表面22(逐渐)下凹的是大量一级点阵成员40。在优选的实施方案中，一级点阵成员40由五次贝济埃曲线构成。然而，本领域技术人员公知的，点阵成员40可具有其它类似形状。一级点阵成员40连接在一起构成一个在高尔夫球20表面上的点阵结构。该互联的点阵成员40构成大量包围内球形21的表面22的半连续区域的一级多边形。这些不连续的一级被围区域44的大多数优选是六边形一级被围区域44a和44b，其余少数几个是五边形一级被围区域44c。在图1的实施方案中，有332个一级多边形。在优选的实施方案中，每个一级点阵成员40优选与至少另一个一级点阵成员40相连。每个一级点阵成员40优选在顶点处连接至少2个其它一级点阵成员40。大多数顶点是3个一级点阵成员40的线汇，某些顶点是4个一级点阵成员40的线汇。每个一级点阵成员40的长度优选介于0.150英寸～0.160英寸之间。
本发明优选的实施方案已将高尔夫球20的表面纹间表面面积减少到几乎零，因为优选地每个大量一级点阵成员仅有一条线位于高尔夫球20的优选具有至少1.68英寸直径的假想外球形23(图15)上。更具体地说，传统高尔夫球的纹间表面区域是构成，按照USGA和R&A，至少1.68英寸的球形的区域，它与高尔夫球共形。该纹间表面面积传统上利用小凹窝被大大减少，因为小凹窝相对于形成高尔夫非-凹陷表面上的纹间表面面积的传统高尔夫球球形表面下凹。但是，本发明高尔夫球20仅有一条沿每个一级点阵成员40顶点50延伸的线位于并规定高尔夫球20的外球形23。
传统高尔夫球设计成利用其小凹窝“刮起”飞行中的高尔夫球表面的边界层以造成湍流流动从而获得较大升力和较小拖曳力。本发明的高尔夫球20具有点阵结构42在飞行中在该高尔夫球20的表面刮起了空气的边界层。
如图15所示，外球形23由虚线23表示。在优选的实施方案中，每个一级点阵成员40的顶点50位于外球形23上，并且该外球形代表高尔夫球的直径1.68英寸。本发明高尔夫球20与传统小凹窝高尔夫球之间的一个区别在于，在本发明高尔夫球20的情况下，高尔夫球位于或接近外球形23的部分比传统高尔夫球少。因此，就本发明高尔夫球20来说，直径略小于外球形23直径的球形，与传统小凹窝高尔夫球的同样球形相比，将包含高尔夫球20的较大体积百分数。
如图16所示，每个大量一级点阵成员40从内球形21到一级点阵成员40的顶点50的高度HT，为使高尔夫球20满足或超过1.68英寸的要求，将有变化。例如，如果内球形21的直径DI(如图15所示)是1.666英寸，则图16中的距离HT优选是0.007英寸，因为在高尔夫球20一侧的一级点阵成员40与该高尔夫球20相反一侧对应的一级点阵成员40将合起来达到高尔夫球直径等于1.68的USGA要求。在替代的实施方案中，内球形21的直径DI小于1.666英寸，并且每个大量一级点阵成员40的高度HT大于0.007英寸。例如，在一种替代的实施方案中，内球形21的直径DI是1.662，而每个一级点阵成员40的高度HT是0.009英寸，由此导致外球形23的直径等于1.68英寸。在本发明优选的实施方案中，距离HT介于0.005英寸～0.015英寸。每个顶点50的宽度极小，因为每个顶点位于一级点阵成员40的弧上。在理论上，每个顶点50的宽度应接近线的宽度。实际上，每个一级点阵成员40的每个顶点50的宽度由生产高尔夫球20使用的模具的精度决定。
如图15～17所示，每个一级点阵成员40优选利用位于高尔夫球20的内球形21内的想象管集的半径RT构成。该想象的管子非常靠近顶端的部分伸出到内球形21的表面22以外。在优选的实施方案中，半径RT为约0.05英寸。一级点阵成员40的顶端50优选位于想象管子的半径RT上。点55a和55b代表一级点阵成员40的拐点，而该拐点55a和55b都优选地位于想象管子的半径RT上。在拐点55a和55b，点阵成员的表面轮廓优选地从凹陷改变到凸起。点57和57a代表一级点阵成员40的开始，然后将伸出到内球形21以外。点阵成员40的表面轮廓优选地在点57与拐点55a之间凹陷、在拐点55a与拐点55b之间凸起并在拐点55b与57a之间的凹陷。
如图16所示，倒圆长度LB是从点57到顶点50的距离。表1提供优选实施方案的一级点阵成员40的优选倒圆长度。进入角αEA是相对于拐点55a处的垂直线与通过顶点50的垂直线的(夹)角。在优选的实施方案中，进入角αEA是14.65°。
表1
| 被围区域 | 数目 | 倒圆半径，RB | 子-点阵距离，LD | 倒圆长度，LB | 管高度，HT |
| 五边形，44c | 12 | 0.15英寸 | 0.045英寸 | 0.075英寸 | 0.0103英寸 |
| 六边形，44b | 60 | 0.23英寸 | 0.062英寸 | 0.090英寸 | 0.0103英寸 |
| 六边形，44a | 260 | 0.23英寸 | 0.062英寸 | 0.100英寸 | 0.0103英寸 |
每个一级点阵成员40的轮廓优选具有第一凹陷段54(介于点57与拐点55a之间)、凸起段56(介于拐点55a与拐点55b之间)，和第二凹陷段58(介于拐点55b与点57a之间)。在优选的实施方案中，每个一级点阵成员40具有半径沿着整个表面轮廓变化的连续轮廓。每个一级点阵成员40的半径RT优选介于0.020英寸～0.070英寸，更优选0.040英寸～0.050英寸，最优选0.048英寸。规定凸起段56的起点和终点的拐点55a和55b由半径RT规定。然而，凸起段56的曲率不一定由半径RT决定。而是，本领域技术人员将懂得，凸起段56可具有任何合适的曲率。
如上面所讨论的，一级点阵成员40被互联形成大量多边形。2个点阵成员40的相交形成一个折痕，然后将其表面抹平顺或者采取倒圆半径RB倒圆。表1提供该优选实施方案的点阵成员40的优选倒圆半径。倒圆半径RB优选介于0.100英寸～0.300英寸，更优选0.15英寸～0.25英寸，最优选0.23英寸，对于大多数一级点阵成员40而言。作为例子，在图14所示六边形围成的区域中，小面72、72a和80是采取倒圆半径RB倒圆的折痕区。
每个二级多边形45由子-点阵成员41构成，其中每个子点阵成员41从多小面一级多边形44的一个小面延伸。每个子点阵成员41的高度优选地是0.0015英寸，从该小面的表面到子点阵成员41的顶点。优选的是，子点阵成员41的顶点介于0.045～0.062水平英寸，从一级点阵成员40的顶点50量起。每个子点阵成员的半径优选是0.038英寸。
高尔夫球20的连续表面轮廓提供高尔夫球20飞行期间空气的平滑过渡。高尔夫球20飞行期间作用在其上的空气压力由每个一级点阵成员40的轮廓推动。某些传统小凹窝在其过渡点具有不连续的曲率。减少轮廓的不连续性能降低高尔夫球20飞行期间气压分布的不连续性，这能减少高尔夫球20飞行期间造成的湍流边界层分离现象。
每个一级点阵成员40的表面轮廓优选地基于具有下式的五次贝济埃多项式：
P(t)＝3BiJn，i(t) 0≤t≥1
其中P(t)是规定点阵成员40的凸起段和凹陷段各点的参数，贝济埃倒圆函数是
Jn，i(t)＝(n i)ti(1-t)n-i
并且n等于定义贝济埃倒圆函数的次数(或阶数)，在本发明的情况下优选是5次。t是垂直于小凹窝旋转轴线的参数坐标。Bi是规定多边形的第i顶点的数值，i＝n+1。有关本发明采用的贝济埃多项式的描述可见诸于Mathematical Elements For Computer Graphics，第二版，McGraw-Hill，公司，David F.Rogers和J.Alan Adams，pp.289～305，在此收作参考。
就点阵成员40而言，规定断面形状的方程要求点57和57a、拐点55a和55b、顶点50的位置、进入角αEA、高尔夫球的半径Rball、想象的管的半径RT、在顶点50处的曲率和管高度HT。
另外，在图17所示，正切振幅点也规定了该过渡曲线。正切振幅点T1对应于顶点50(凸起曲线)，优选的正切振幅点值是0.5。正切振幅点T2对应于拐点55a(凸起曲线)，而优选的正切振幅点值是0.5。正切振幅点T3对应于拐点55a(凹陷曲线)，优选的正切振幅点值是1。正切振幅点T4对应于点57(凹陷曲线)，优选的正切振幅点值是1。
该信息使我们得以将点阵成员40的表面轮廓设计成沿整个一级点阵成员40到处都连续。在构建该轮廓的过程中，准备2个关联的过渡曲线作为该轮廓的基础。第一过渡曲线覆盖交叠在从点57起到拐点55a之间，这就消除了由于要使真弧点连续并相切所造成的曲率的阶梯不连续性。第二过渡曲线从拐点55a覆盖到顶点50。过渡曲线在拐点55a处的附加提供了曲率的等效并能控制点阵成员40的表面轮廓。在顶点50处，曲率的大小也控制点阵成员的表面轮廓。该轮廓的形状可利用在每个过渡曲线处存在的参数刚性控制加以精练。这些控制允许通过缩放过渡曲线的每个端点上的正切和曲率极点来微调每个点阵成员的形状。
本发明的附加特征是如图14所示多小面一级六边形围成的区域。本发明六边形围成的区域44a，与现有技术的六边形-围成的区域44′(图13)，也就是由Callaway Golf公司(Carlsbad，加利福尼亚)出品的HXRED高尔夫球和HX
BLUE高尔夫球相比，具有较大小面数目。小面数目的增加是因为在点阵成员相交处的倒圆区的贡献。六边形围成的区域44a具有外小面80和82、第一内小面72和第二内小面72a和73。二级多边形45由二级小面75、76和77构成。二级小面75、76和77从第一内小面72和第二内小面72a的汇合处朝上隆起。在优选的实施方案中，六边形围成的区域44a具有12个外小面80和82,12个第一内小面72、12个第二内小面72a和单一小面73。二级小面优选地包括18个二级小面75、12个二级小面76和12个二级小面77。现有技术的六边形围成的区域44′具有7个内小面170和172(内球形表面)和6个外小面。在本发明六边形围成的区域44a中的较大的小面数目提供对表面轮廓较好的控制，从而导致较好的提升和拖曳力性能，进而导致较大的距离。
如图15所示，子点阵成员41的顶点51与一级点阵成员40的顶点50之间的距离LD优选介于0.020英寸～0.030英寸范围，最优选0.025英寸。如图17所示，每个子点阵成员41的高度HD优选介于0.001英寸～0.002英寸，最优选0.0015英寸，按照从一级点阵成员40的表面测定。如图17所示，子点阵成员41的半径RD优选介于0.030英寸～0.045英寸，最优选0.038英寸。
在一种实施方案中，高尔夫球20按照美国专利号6,117,024，关于高尔夫球，公开的那样制造，具有聚氨酯包覆层，在此将有关内容收作参考。高尔夫球20具有大于0.7964的在143英尺每秒钟的复原系数(COR)，以及小于255.0英尺每秒钟的USGA初速度。优选的高尔夫球20具有约0.8152的在143英尺每秒钟的COR，和介于250英尺每秒钟～255英尺每秒钟的初速度，在USGA初始速度条件下。有关高COR高尔夫球的更详细描述公开在美国专利号6,443,858中，在此将有关内容收作参考。
另外，高尔夫球20的芯可以是实心的、空心的或者是充填流体如气体或液体的，或者具有金属心轴。高尔夫球20的包覆层可以是任何合适的材料。一种优选用于三块式高尔夫球的包覆层由热固性聚氨酯材料构成。替代地，包覆层可由热塑性聚氨酯、离聚物共混物、离聚物橡胶共混物、离聚物和热塑性聚氨酯共混物之类的材料构成。优选用于两块式高尔夫球的包覆层材料是离聚物的共混物。替代地，高尔夫球20可具有缠线层。相关技术人员将懂得，也可采用其它包覆层材料，仍不偏离本发明范围和精神。高尔夫球20可具有由1或2道底涂层和/或1或2道罩面涂层组成的涂饰。
在高尔夫球20的替代实施方案中，其构造正如图8所示，界面层16或包覆层14由高酸(即，大于16wt％酸)离聚物树脂或高酸离聚物共混物构成。更优选的是，界面层16由用不同金属阳离子中和到各种不同程度的2或更多种高酸(即，大于16wt％酸)离聚物树脂的共混物构成。
在高尔夫球20的替代实施方案中，其结构正如图8所示，界面层16或包覆层14由低酸(即，等于或小于16wt％酸)离聚物树脂或低酸离聚物共混物构成。更优选的是，界面层16由用不同金属阳离子中和到各种不同程度的2或更多种低酸(即，等于或小于16wt％酸)离聚物树脂的共混物构成。这里所描述的实施方案的界面层16组合物可包括高酸离聚物如由杜邦公司以SURLYN牌研发的那些，和由Exxon公司以ESCOR或IOTEK牌研发的那些，或其共混物。可用作这里的界面层16的组合物的例子详细描述在美国专利5,688,869中，在此收作参考。当然，界面层16高酸离聚物组合物从任何意义上都不局限于所述专利所列举的那些。在此将那些组合物收入本文仅作为参考。
可能适用于配制界面层16组合物的高酸离聚物是这样的离子共聚物，它是约2～8个碳原子的烯烃与约3～8个碳原子不饱和单羧酸的反应产物的金属(例如，钠、锌、镁等)盐。优选的是，离聚物树脂是乙烯与丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物。在某些情况下，也可包括附加共聚单体如丙烯酸酯(例如，异-或正-丁基的丙烯酸酯等)来生产较软的三元共聚物。共聚物的羧酸基团被金属离子部分地中和(例如，约10～100％，优选30～70％)。可包括在本发明内层包覆组合物中的高酸离聚物中每一种，包含大于16wt％羧酸，优选约17％～约25wt％羧酸，更优选约18.5％～约21.5wt％羧酸。据发现适合用于本发明的高酸甲基丙烯酸为基础的离聚物的例子包括但不限于，SURLYN 8220和8240(二者以前都被称作SURLYN AD-8422)、SURLYN 9220(锌阳离子)、SURLYN SEP-503-1(锌阳离子)和SURLYN SEP-503-2(镁阳离子)。按照杜邦公司，所有这些离聚物都包含约18.5～约21.5wt％甲基丙烯酸。适合用于本发明的高酸丙烯酸为基础的离聚物的例子包括但不限于，Exxon生产的高酸乙烯丙烯酸离聚物，例如，Ex 1001、1002、959、960、989、990、1003、1004、993和994。在这方面，ESCOR或IOTEK 959是钠离子中和的乙烯-丙烯酸中和、乙烯-丙烯酸共聚物。按照Exxon，IOTEKS 959和960包含约19.0～约21.0wt％丙烯酸，其中约30～约70％酸基团分别被钠和锌离子中和。
另外，根据本申请受让人的多种以几种不同类型金属阳离子如锰、锂、钾、钙和镍阳离子中和到各种不同程度的高酸离聚物的此前研发结果，除了钠、锌和镁高酸离聚物或离聚物共混物之外的几种高酸离聚物和/或高酸离聚物共混物也可应用于高尔夫球包覆层的生产。现已发现，用这些附加阳离子中和的高酸离聚物共混物生产出的界面层16组合物，由于加工期间协同效应的出现，表现出改善的硬度和回弹。因此，可掺混这些金属阳离子中和的高酸离聚物树脂，以产生大大高于比目前市售供应的低酸离聚物界面层16组合物产生的C.O.R.的C.O.R.
更具体地说，几种阳离子中和的高酸离聚物树脂已由本发明受让人通过以多种多样不同金属阳离子盐将α-烯烃和α，β-不饱和羧酸的高酸共聚物中和到各种不同程度而生产出来。多种金属阳离子中和的高酸离聚物树脂可通过令高酸共聚物(即，包含大于16wt％酸，优选约17～约25wt％酸，更优选约20wt％酸的共聚物)与能电离或中和该共聚物达到要求程度(例如，约10％～90％)的金属阳离子盐起反应获得。
该基础共聚物由大于16wt％α，β-不饱和羧酸与α-烯烃构成。任选地，在共聚物中可包括软化共聚单体。一般而言，α-烯烃具有2～10个碳原子并且优选是乙烯，该不饱和羧酸是约3～8个碳原子的羧酸。此类酸的例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、氯丙烯酸、巴豆酸、马来酸、富马酸和衣康酸，其中以丙烯酸为优选。
可任选地包括在本发明高尔夫球的界面层16中的软化共聚单体可选自：脂族羧酸的乙烯基酯，其中酸具有2～10个碳原子；乙烯基醚，其中烷基基团包含1～10个碳原子；和丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯，其中烷基基团包含1～10个碳原子。合适的软化共聚单体包括醋酸乙烯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯等。
因此，大量适合用于生产本发明包括的高酸离聚物的共聚物例子包括但不限于以下高酸实施方案：乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯/衣康酸共聚物、乙烯/马来酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物/醋酸乙烯共聚物、乙烯/丙烯酸/乙烯醇共聚物等。广义地，该基础共聚物包含大于16wt％不饱和羧酸、约39～约83wt％乙烯和0～约40wt％软化共聚单体。优选的是，共聚物包含约20wt％不饱和羧酸和约80wt％乙烯。最优选的是，共聚物包含约20％丙烯酸，其余为乙烯。
界面层16组合物可包括低酸离聚物如由杜邦公司以SURLYN的商品名和由Exxon公司以ESCOR和IOTEK品牌研发和销售的那些，其现场制作的离聚物或共混物。
另一种界面层16的实施方案包含非-离聚物热塑性材料或热固性材料。合适的非离聚物材料包括但不限于，金属茂催化的聚烯烃或聚酰胺、聚酰胺/离聚物共混物、聚苯醚/离聚物共混物等，它们优选地具有至少60的邵尔A硬度(或至少约90的邵尔C硬度)和大于约30,000psi的挠曲模量，优选大于约50,000psi，或其它硬度和挠曲模量数值，只要与上面描述的离聚物性能可比。其它合适的材料包括但不限于，热塑性或热固性聚氨酯、热塑性嵌段聚酯，例如，由杜邦公司以品牌HYTREL销售的聚酯弹性体，或热塑性嵌段聚酰胺，例如，聚醚酰胺如由Elf Atochem公司以品牌PEBEX销售的那种，2或更多种非离聚物热塑性弹性体的共混物，或1或多种离聚物与1或多种非离聚物热塑性弹性体的共混物。这些材料可与上面描述的离聚物掺混以降低使用较高数量离聚物造成的(高)成本。
适合用于本发明界面层16或包覆层14的附加材料包括聚氨酯、这些聚氨酯将在下面做详细描述。
在一种实施方案中，覆盖层14由较软、低挠曲模量(约500psi～约50,000psi，优选地约1,000psi～约25,000psi，更优选约5,000psi～约20,000psi)材料或材料共混物构成。优选的是，覆盖层14包含聚氨酯、聚脲、2或更多种聚氨酯/聚脲的共混物，1或多种离聚物或1或多种非离聚物热塑性材料与聚氨酯/聚脲的共混物，优选地热塑性聚氨酯或反应注塑聚氨酯/聚脲(下面将更详细地描述)。
覆盖层14优选地具有0.005英寸～约0.15英寸范围的厚度，更优选约0.010英寸～约0.050英寸，最优选0.015英寸～0.025英寸。在一种实施方案中，覆盖层14具有等于或小于60的邵尔D硬度(或等于或小于90的邵尔C)，更优选等于或小于55(或约80邵尔C或更低)。在另一种优选的实施方案中，覆盖层14比界面层16还硬。
在一种优选的实施方案中，覆盖层14包含聚氨酯、聚脲或聚氨酯/聚脲的共混物。聚氨酯是应用于成形多种多样产品的聚合物。它们一般地说是通过在加工期间混合2种主要组分而制成的。就大多数常用聚氨酯而言，这两种主要组分是多异氰酸酯(例如，4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯单体(“MDI”)和甲苯二异氰酸酯(“TDI”)及其衍生物)和多元醇(例如，聚酯多元醇或聚醚多元醇)。
多异氰酸酯与多元醇，乃至其它成分的多种多样组合有现成供应。另外，聚氨酯的最终使用性能可通过所用聚氨酯的类型，例如，该材料是热固性(不可通过加热而流动的交联分子结构)或热塑性(线型分子结构，可通过加热流动)的。
交联发生在异氰酸酯基团(-NCO)与多元醇羟端基(-OH)之间。交联也会发生在胺的NH2基团与异氰酸酯的NCO基团之间，形成聚脲。另外，聚氨酯的最终使用特性也可通过不同类型反应性化学品和加工参数来控制。例如，采用催化剂来控制聚合速率。视加工方法而定，反应速率可以非常快(像在某些反应注塑系统(″RIM″)中，或者可在几个小时或更长的数量级(像在若干涂布系统中，例如，在铸造系统中)。因此，有多种多样聚氨酯适用于不同最终用途。
聚氨酯一般被划分为热固性或热塑性的。聚氨酯在聚氨酯预聚物以多官能固化剂如多胺或多元醇进行交联时就不可逆地变得“固化”了。该预聚物一般由聚醚或聚酯制成。预聚物一般是通过令异氰酸酯与具有活性氢基团的部分如聚酯和/或聚醚多元醇起反应生产的异氰酸酯链端的聚合物。反应性部分是羟基基团。二异氰酸酯聚醚是优选的，因为它防水。
热固性聚氨酯的物理性能基本上由交联度和硬与软链段含量来控制。紧密交联的聚氨酯是相当硬和结实的。降低交联度导致材料柔软和具有回弹性。热塑性聚氨酯具有一定的交联，但主要靠物理方式，例如，氢键。该交联可通过提高温度被可逆地破坏，例如，在模塑或挤塑期间。就此而论，热塑性聚氨酯可以是注塑，和挤塑的片材和吹塑薄膜。它们可用到最高400°F，并且有宽范围硬度可供选择。
适用于本发明的聚氨酯材料可通过多异氰酸酯、多元醇以及任选地1或多种增链剂的反应生成。多元醇组分包括任何合适的聚醚-或聚酯多元醇。另外，在替代的实施方案中，多元醇组分是聚丁二烯二醇。增链剂包括但不限于，二醇、三醇和胺增链剂。任何合适的多异氰酸酯都可用来制备本发明聚氨酯。多异氰酸酯优选地选自二异氰酸酯，包括但不限于，4，4′-二苯甲烷二异氰酸酯(″MDI″)；2，4-甲苯二异氰酸酯(″TDI″)；间二甲苯二异氰酸酯(″XDI″)；亚甲基双-(4-环己基异氰酸酯)(″HMDI″)；六亚甲基二异氰酸酯(″HDI″)；萘-1，5-二异氰酸酯(″NDI″)；3，3′-二甲基-4，4′-联苯二异氰酸酯(″TODI″)；1，4-二异氰酸酯苯(″PPDI″)；亚苯基-1，4-二异氰酸酯；和2，2，4-或2，4，4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯(″TMDI″)。
其它较次优选的二异氰酸酯包括但不限于，异佛尔酮二异氰酸酯(″IPDI″)；1，4-环己基二异氰酸酯(″CHDI″)；二苯醚-4，4′-二异氰酸酯；对，对--二苯基二异氰酸酯；赖氨酸二异氰酸酯(″LDI″)；1，3-双-(异氰酸根合甲基)环己烷；和多亚甲基多苯基异氰酸酯(″PMDI″)。
可用于本发明的一种附加聚氨酯组分包括TMXDI(″META″)脂族异氰酸酯(Cytec工业公司，West Paterson，NJ)。基于间四甲基二甲苯二异氰酸酯(TMXDI)的聚氨酯能提供改善的光泽保持紫外光稳定性、热稳定性和水解稳定性。另外，TMXDI(″META″)脂族二异氰酸酯表现出有利的毒理学性能。另外，由于它具有低粘度，它可与较宽范围二醇(制备聚氨酯)和二胺(制备聚脲)一起使用。如果使用TMXDI，则一般地但不一定要求，将它直接作为部分或全部其它脂族异氰酸酯的替代物加入，像供应商建议的那样。由于TMXDI的反应性低，故可能有用和必须的是使用催化剂以达到实用的脱模时间。硬度、抗张强度和伸长可通过，按照供应商的说明，加入进一步的材料加以调节。
覆盖层14优选包含邵尔D硬度(试样片)约10～约55(邵尔C约15～约75)的聚氨酯，更优选约25～约55(邵尔C约40～约75)，最优选约30～55(邵尔C约45～约75)用以制造软覆盖层14；和约20～约90的聚氨酯，优选约30～约80，更优选约40～约70用以制造硬覆盖层14。
聚氨酯优选具有约1～约310Kpsi的挠曲模量，更优选约3～约100Kpsi，最优选约3～约4Kpsi以制造软覆盖层14；和40～90Kpsi，制造硬覆盖层14。
适用于覆盖层14(或界面层16)的聚氨酯的非限制性例子包括热塑性聚酯聚氨酯如拜耳公司的TEXIN聚酯聚氨酯(例如，TEXIN DP7-1097和TEXIN 285品级)和聚酯聚氨酯如固特异公司的ESTANE聚酯聚氨酯(例如，ESTANE X-4517品级)。热塑性聚氨酯材料可与软离聚物或其它非离聚物进行掺混。例如，聚酰胺能很好地与软离聚物掺混。
其它软、较低模量非离聚物热塑性或热固性聚氨酯也可使用，只要该非离聚物材料能产生所要求的可用和耐久特性，而不对高酸离聚物树脂组合物所产生的飞行距离的延长产生负面影响。这些材料包括但不限于，热塑性聚氨酯如PELLETHANE热塑性聚氨酯，由Dow化学公司出品；和非离聚物热固性聚氨酯，包括但不限于，美国专利号5,334,673中公开的那些，在此收作参考。
就典型而言，有2种类型热塑性聚氨酯材料：脂族聚氨酯和芳族聚酰氨酯。脂族材料由1或多种多元醇与脂族异氰酸酯如H12MDI或HDI生成；芳族材料由1或多种多元醇与芳族异氰酸酯如MDI或TDI生成。热塑性聚氨酯也可由脂族与芳族材料的共混物生产，例如，HDI和TDI与1或多种多元醇的共混物。
一般而言，脂族热塑性聚氨酯耐光，即，它们在受到紫外光照射后不显著变黄。相反，芳族热塑性聚氨酯在受到紫外光照射后趋于变黄。阻止芳族材料变黄的一种方法是在成品球外表面涂以包含颜料如二氧化钛之类的漆，以防止紫外光到达球的表面。另一种方法是在外包覆层上的清漆涂层乃至在热塑性聚氨酯材料本身中加入紫外吸收剂、荧光增白剂和稳定剂。通过在热塑性聚氨酯和涂层中加入紫外吸收剂和稳定剂，芳族聚氨酯能有效地用于高尔夫球的外包覆层中。这样做是有利的，因为芳族聚氨酯一般具有优于脂族聚氨酯的耐划伤特性，而且芳族聚氨酯的成本一般比脂族聚氨酯低。
其它适合用于本发明高尔夫球的聚氨酯材料包括反应注塑(″RIM″)聚氨酯。RIM是一种将高反应性液体注入到模具中，混合，通常借助在在线装置如“花生混合机”中，的冲击和/或机械混合作用，其中反应液主要在模具中起反应生成内聚性的整体模塑制品。RIM方法一般涉及1或多种反应性组分如聚醚多元醇或聚酯多元醇、多胺或其它材料与活性氢，以及1或多种含异氰酸酯组分之间的快速反应，通常在催化剂存在下。诸组分在模塑之前贮存在分开的罐中，然后可在模具上游的混合头中先进行混合，随后注入到模具中。诸液体流股按要求的重量比进行计量并喂入到冲击混合头中，其中在高压，例如，1,500～3,000psi下发生混合。诸液体流股在混合头的混合腔内彼此撞击，然后混合物被注入到模具中。液体流股之一一般包含反应用的催化剂。诸组分在混合后快速反应从而胶凝和形成聚氨酯聚合物。聚氨酯、环氧树脂和各种不同的不饱和聚酯也可通过RIM模塑。有关合适的RIM系统的进一步描述公开在美国专利号6,663,508中，在此将其相关部分收作参考。
适合用于本发明的RIM系统的非限制性例子是BAYFLEX弹性体聚氨酯RIM系统、BAYDUR GS实心聚氨酯RIM系统、PRISM实心聚氨酯RIM系统，全部由拜耳公司(匹兹堡，Pa。)供应；SPECTRIM可反应模塑聚氨酯和聚脲系统，由Dow化学(美国)公司(Midland，密西根)供应，包括SPECTRIM MM 373-A(异氰酸酯)和373-B(多元醇)；以及ELASTOLIT SR系统，由BASF(Parsippany，新泽西)供应。优选的RIM系统包括BAYFLEX MP-1000、BAYFLEX MP-7500和BAYFLEX110-50，充填或未充填的。另一些优选的例子是按照回收利用聚氨酯和聚脲的方法制备的多元醇、多胺和异氰酸酯。另外，这些不同的系统可通过在二醇试剂中加入丁二烯组分加以改性。
另一种优选的实施方案是这样的高尔夫球，其中界面层16和/或包覆层14至少之一包含快速-化学反应-生成的组分。该组分包含至少一种选自聚氨酯、聚脲、聚氨酯离聚物、环氧和不饱和聚酯的材料，优选包含聚氨酯、聚脲或包含聚氨酯和/或聚合物的共混物。本发明的一种特别优选的形式是其包覆层包含聚氨酯或聚氨酯共混物的高尔夫球。
多元醇组分一般包含添加剂，例如，稳定剂、流动改进剂、催化剂、阻燃改性剂、发泡剂、填料、颜料、荧光增白剂和脱模剂以便改善包覆层的物理特性。由回收的聚氨酯衍生的聚氨酯/聚脲成分分子可加入到多元醇组分中。
根据以上情况可以相信，本领域技术人员将在结合着本发明优选实施方案和附图中给出的其它实施方案研读了本发明说明以后很快认识到，从中可演绎出多种修改、改进和等价替代物，皆不偏离本发明的精神和范围，后者不拟受上述内容的限制，除非可能在下面的附属权利要求中做出。因此，下面的附录权利要求中规定了承载本文所要求的排他性产权或特权的本发明实施方案。
Claims (21)
1. 一种高尔夫球，包含：
芯；
覆盖层，围绕着芯配置，该覆盖层的厚度介于0.010英寸～0.100英寸，该覆盖层具有大量由大量点阵成员规定的多小面多边形，大量多小面多边形中每一个具有在该多小面多边形内的多小面二级多边形。
2. 权利要求1的高尔夫球，其中大量点阵成员覆盖高尔夫球的整个表面。
3. 权利要求1的高尔夫球，其中大量点阵成员中每一个具有宽度小于0.00001英寸的顶点。
4. 权利要求1的高尔夫球，其中大量多小面多边形中每一个是六边形或五边形。
5. 权利要求1的高尔夫球，其中大量多小面多边形中每一个的每个多小面二级多边形由大量子点阵成员规定。
6. 一种高尔夫球，包含：
芯；
覆盖层，围绕着芯配置，该覆盖层的厚度介于0.010英寸～0.100英寸，该覆盖层具有大量由大量点阵成员规定的多小面一级多边形，大量多小面一级多边形的大多数具有至少24个小面，该大量多小面一级多边形每一个具有在多小面多边形内的多小面二级多边形。
7. 权利要求6的高尔夫球，其中大量多小面一级多边形中每一个包含大量内小面和大量外小面。
8. 一种高尔夫球，包含：
芯；
界面层，围绕着芯配置；
覆盖层，围绕着界面层配置，该覆盖层的厚度介于0.010英寸～0.100英寸，该覆盖层具有大量由大量点阵成员规定的多小面多边形，大量多小面多边形的每一个具有至少14个小面，该大量多小面多边形每一个具有在多小面多边形内的多小面二级多边形.
9. 权利要求8的高尔夫球，其中覆盖层由聚氨酯材料构成。
10. 权利要求9的高尔夫球，其中覆盖层由反应注塑制成。
11. 权利要求9的高尔夫球，其中覆盖层由铸造制成。
12. 权利要求8的高尔夫球，其中覆盖层由离聚物材料的共混物构成。
13. 权利要求12的高尔夫球，其中覆盖层通过注塑制成.
14. 权利要求8的高尔夫球，其中芯包含中心和围绕着中心配置的外壳层构成.
15. 权利要求8的高尔夫球，其中界面层由离聚物材料的共混物构成。
16. 权利要求8的高尔夫球，其中高尔夫球还包含围绕着芯配置的绕线层。
17. 权利要求8的高尔夫球，其中包覆层的厚度介于0.015英寸～0.030英寸。
18. 一种高尔夫球，包含：
芯；
界面层，围绕着芯配置；
覆盖层，围绕着界面层配置，该覆盖层的厚度介于0.010英寸～0.100英寸，该覆盖层具有大量由大量点阵成员规定的多小面多边形，大量多小面多边形的大多数具有至少24个小面，该大量多小面多边形每一个具有在多小面多边形内的二级多小面多边形。
19. 一种高尔夫球，包含：
芯，由聚丁二烯材料构成；
界面层，围绕着芯配置；该界面层由离聚物材料的共混物构成；
覆盖层，围绕着界面层配置，该覆盖层由聚氨酯材料构成，覆盖层的厚度介于0.010英寸～0.100英寸，该覆盖层具有大量由大量点阵成员规定的多小面多边形，大量多小面多边形的每一个具有至少14个小面，该大量多小面多边形每一个具有在多小面多边形内的二级多小面多边形。
20. 一种高尔夫球，包含：
实芯，由聚丁二烯共混物构成并具有介于75点～120点的PGA压缩；
界面层，围绕着芯配置；
覆盖层，围绕着界面层配置，该覆盖层的厚度介于0.010英寸～0.100英寸，该覆盖层具有大量由大量点阵成员规定的多小面多边形，大量多小面多边形的大多数具有至少24个小面，该大量多小面多边形每一个具有在多小面多边形内的二级多小面多边形；
其中高尔夫球在143英尺每秒钟的复原系数大于0.7964且USGA初速度小于255.0英尺每秒钟，并且高尔夫球的邵尔D硬度介于45点～75点，按照在高尔夫球表面上测定。
21. 一种高尔夫球，包含：
实芯，由聚丁二烯共混物构成并具有介于90点～120点的PGA压缩并具有介于1.45英寸～1.55英寸的直径；
界面层，围绕着芯配置；边界层由离聚物共混物构成，具有介于50点～75点的邵尔D硬度，按照在边界层的弯曲表面上测定，并且边界层的厚度介于0.040英寸～0.09英寸；以及
覆盖层，围绕着界面层配置，该覆盖层由聚氨酯材料构成，该覆盖层的厚度介于0.010英寸～0.100英寸，该覆盖层具有大量由大量点阵成员规定的多小面多边形，大量多小面多边形的每一个具有至少14个小面，该大量多小面多边形每一个具有在多小面多边形内的二级多小面多边形；
其中高尔夫球在143英尺每秒钟的复原系数大于0.7964且USGA初速度小于255.0英尺每秒钟，并且高尔夫球的球邵尔D硬度介于50点～75点，按照在高尔夫球表面上测定。
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