CN103505856A - 多材料高尔夫球杆 - Google Patents

Abstract

一种包括具有改进的质量分布特性的高尔夫球杆头的高尔夫球杆。所述高尔夫球杆包括高尔夫球杆头，该球杆头由多种材料构造，并包括主体构件、质量构件以及允许质量构件连接至主体构件的接合件。

Description

多材料高尔夫球杆

技术领域

本发明总体上涉及高尔夫球杆，更确切地说，涉及一种具有多材料构造的高尔夫球杆头。

背景技术

典型的铁杆杆头是实心的，具有平的击打面，并通常构造成刀背式或者凹背式球杆。传统上，所有铁杆均构造成刀背式球杆，它们在背部是平滑的，具有低杆面后移(offset)、薄顶线(topline)和薄底部。凹背式铁杆具有挖空的背部，杆头质量被重新分配至杆头的底部和周界，这使重心朝向地面下降并向后移动。重量分布使得铁杆击出的球更高，并增加了转动惯量，由此降低了在未击中时旋转的趋势，并增大了甜蜜点。

一些刀背式铁杆具有内部中空部分，使得球杆的外部类似于刀背，但是内部中空部分改变了球杆的质量特性。一个示例是Teramoto等人的美国专利No.4,645,207。Teramoto的专利公开了一套铁型高尔夫球杆，其中，铁杆通过失蜡法铸造而成，并且背部构件被焊接在杆面构件的后部以在背部构件和杆面构件之间形成中空部分。随着球杆从较长的铁杆变化至较短的铁杆，中空部分逐渐减小至零，并且底部宽度逐渐减小。

另一示例是Kobayashi的美国专利No.4,754,969。Kobayashi的专利公开了一套高尔夫球杆，其中，每个一体的杆头包括位于击打面后面的中空部分。每个杆头由不锈钢通过例如失蜡铸造工艺制成。然后，杆头的每个杆面部分的材料被退火。

另一示例是Nagai等人的美国专利No.7,126,339，其公开了通常包括中空内部的实用(utility)高尔夫球杆。

在本领域中仍需要一种改进的铁型高尔夫球杆。特别地，需要一种铁型高尔夫球杆，其提供了允许更加集中地放置自由支配质量的构造。

发明内容

本发明涉及铁型高尔夫球杆。本发明的铁型高尔夫球杆提供了改进集中放置自由支配质量的能力的杆头。因此，这增加了使杆头的转动惯量和重心位置最优化的能力。

在一个实施例中，铁型高尔夫球杆头包括主体构件、质量构件以及接合件(interface)。主体构件包括插鞘和杆面，并由包括基本元素(base element)的第一材料制成。质量构件由包括基本元素的第二材料制成，第二材料的比重大于第一材料的比重。接合件插在主体构件和质量构件之间。接合件由第三材料制造，所述第三材料是第二材料的基本元素的合金，该接合件至质量构件冶金结合，并且与主体构件连接。

在另一个实施例中，铁型高尔夫球杆头包括主体构件和纵长的配重构件。主体构件包括插鞘和杆面，并由包括基本元素的第一材料制成。纵长的配重构件包括质量构件和接合件。质量构件由包括基本元素的第二材料制成，第二材料的比重大于第一材料的比重。该接合件覆盖(clad)质量构件，并且由第三材料制成，所述第三材料是第二材料的基本元素的合金。

附图说明

在附图中，所述附图形成了说明书的一部分并且与说明书结合地阅读，附图中的相似附图标记用于表示各个视图中的相似部件：

图1是根据本发明的铁型高尔夫球杆头的后视图；

图2是图1的高尔夫球杆头的分解后视图；

图3是图1的高尔夫球杆头的配重构件的透视后视图；

图4是图3的配重构件的分解后视图；

图5是根据本发明的铁型高尔夫球杆头的后视图；

图6是图5的高尔夫球杆头的配重构件的透视后视图；

图7是图6的配重构件的分解后视图；

图8至11是说明图3的配重构件的构造方法中的各步骤的透视图；

图12至16是说明图6的纵长配重构件的构造方法中的各步骤的透视图；

图17是可用于图1的高尔夫球杆头的配重构件的透视后视图；

图18是沿图17所示线18-18截取的剖面图；以及

图19是沿图17所示线19-19截取的剖面图。

具体实施方式

本发明涉及高尔夫球杆，该高尔夫球杆的杆头包括多材料构造。本发明的构造利用由多种材料构成的高尔夫球杆头，其中一种材料插入两种其它材料之间并在两种其它材料之间形成接合件。本发明的若干实施例描述如下。

除了在操作示例中，或除非有其它明确说明，说明书下述部分中的所有的数值范围、量、数值和百分比，比如那些材料的数量、转动惯量、重心位置、球面倾角、脱模角和其它等可以理解为理解如同前面带有“约”字，即使术语“约”在数值、量或范围上没有明确出现。因此，除非表示相反，列于说明书和所附权利要求中的数值参数是近似值，其变化取决于本发明寻求获得的期望性能。本申请根本不试图限制把等同原则应用于权利要求的范围，每一个数值参数至少应按照给出的有效数字以及通过四舍五入进行解释。

尽管描述本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但是在特定示例中应已尽可能精确地描述所提出的数值。然而，任何数值本质上包含一定的误差，这些误差由在它们各自的测量中存在的标准偏差产生。而且，当在此列出不同范围的值域时，很容易理解，可以使用包括所描述数值在内的这些数值的任何组合。

参考图1-4，高尔夫球杆头10包括杆头主体构件12、刀背壳体14和多个多材料配重构件16。主体构件12通常包括杆面18、上周界配重部分19和插鞘20。杆面18限定出前击球面和后表面22。杆面18在顶线24、前缘(leading edge)26、跟部28和趾部30之间延伸。

周界配重部分19包括顶部轨道21、趾部轨道23、跟部轨道25和中心轨道27。周界配重部分19向后延伸远离杆面18的后表面22，并且限定出上部空腔29。顶部轨道21向后延伸远离杆面18的上部边缘，并形成杆头10的顶线24的一部分。趾部轨道23沿杆面18的周界向后延伸远离杆面18的趾侧，并在顶部轨道21和中心轨道27之间延伸。跟部轨道25在顶部轨道21和中心轨道27之间向后延伸远离杆面18的跟侧，并与杆面18和插鞘20连接。

杆头10的底部32在前缘26和后缘(trailing edge)34之间沿前／后方向延伸，并且在杆头10的跟部和趾部之间延伸。在当前实施例中，底部32由主体构件12、刀背壳体14以及配重构件16的各部分的组合构成。特别地，主体构件12的前缘26形成底部32的前部边缘，所述前部边缘通常在跟部28和趾部30之间延伸。刀背壳体14的下表面36形成底部32的中心部分。配重构件16的下表面38形成底部32的跟部和趾部。

配重构件16放置在杆头10的跟部端和趾部端。每个配重构件16构造成多材料部件。例如，每个配重构件16包括由不同材料构造的质量构件14和接合件42。质量构件40提供配重构件16的大部分质量，并连接至接合件42。优选地，质量构件40通过冶金结合而连接至接合件42。如本文所使用的，冶金结合是一种连接，其中，两种材料紧密地接触使得它们共享两种材料之间的电子，优选地，在接合件处不存在孔或者间隙，并且未使用任何中间结合材料，例如钎焊材料或焊料。然而，由于特别的工艺，即使在冶金结合的情况下也可能存在一些孔。例如，粉末冶金可在匹配部件内产生一些孔。生成冶金结合的方法包括覆层、扩散焊、冷轧、共锻、共同模制或者共同烧结。

接合件42提供配重构件16的一部分，该部分构造有易于连接到主体构件12和刀背壳体14的形状和材料。优选地，质量构件和主体构件由具有不同基本元素的材料构成，例如质量构件的基本元素为钨，主体构件的基本元素为铁。在一个示例中，质量构件40由高比重的钨镍合金构造，接合件42由低比重的钨合金构造，其能够焊接至钢主体构件12和钢刀背壳体14。

配重构件16的部件优选地通过冶金结合而连接起来。在一个示例中，通过将粉末状接合件材料压缩成用于接收质量构件40的预制坯41的预制坯43，制成接合件42的预制坯。类似地，通过将粉末状质量构件材料压缩成期望的预制坯形状而制成质量构件40的预制坯。图4示出在连接之前的接合件42和质量构件40的预制坯。接合件的预制坯43限定出容座45，所述容座的形状做成接收质量构件的预制坯41。所述预制坯配合在一起以形成组合的预制坯，然后压缩并加热所述组合的预制坯直至预制坯熔合成配重构件16为止。通常，预制坯的尺寸构造成比上述每个部件在熔合之后的最终尺寸大，以允许在熔合过程中的尺寸变化，即，选择尺寸以便为因烧结粉末冶金部件所引起的收缩做准备。

刀背壳体14是附接至主体构件12的薄金属构件。特别地，刀背壳体14包括连接至主体构件12的跟部44、趾部46和底部48。刀背壳体14连接至主体构件12的下部以及周界配重部分19的中心轨道27。刀背壳体14包括跟部台阶50和趾部台阶52，当与主体构件12组合时，它们形成用于配重构件16的跟部和趾部容座。所述容座朝向高尔夫球杆头10的下部空腔敞开，或者刀背壳体14可包括将一个或两个容座与下部空腔隔离的有壁的凹槽(walled recess)。在当前实施例中，所述容座朝向下部空腔敞开，配重构件16通过例如用焊接将接合件42连接至容座周界而连接至主体构件12和刀背壳体14。

作为替代例，另外的材料可以包含在刀背壳体14和／或接合件42中，且额外的材料可以用作焊接材料。作为示例，额外的材料可并入位于与部件之间的边界相邻的壳体14和／或接合件42的外表面上的脊(ridge)中。然后可以通过例如激光的能量源加热额外的材料并使其熔化，使得所述额外的材料流进刀背壳体14和配重构件16之间的空间中，并形成提供部件之间的机械连接的焊缝。

如图5-7所示，在另一实施例中，高尔夫球杆头70包括主体构件72和多材料配重构件74。主体构件72通常构造成包括上部空腔部分和下部刀背部分的凹背式铁杆。主体构件72包括杆面76、周界配重部分78、刀背部分80和插鞘82。杆面76限定出前击球表和后表面77。杆面76在顶线84、前缘86、跟部88和趾部90之间延伸。

周界配重部分78向后延伸远离后表面77，并限定出上部空腔79。周界配重部分78包括顶部轨道92、趾部轨道94和跟部轨道96。顶部轨道92从杆面76向后延伸，并形成杆头70的顶线84的一部分。趾部轨道94沿杆面76的周界从杆面76的趾部98向后延伸。跟部轨道96大致沿杆面76的周界从杆面76的跟部100向后延伸，并与插鞘82的下部合并。趾部轨道94和跟部轨道96还在顶线84和刀背部分80之间延伸。

刀背部分80形成主体构件72的下部，并且是高尔夫球杆头70的从跟部向趾部延伸的纵长部分。优选地，例如通过锻造或者铸造金属材料(例如钢或钛合金)而将刀背部分80、杆面76、周界配重部分78和插鞘82构造成整体式主体(monolithic)。刀背部分80包括从刀背部分80的下表面延伸进刀背部分80中的容座102，该容座的形状和尺寸做成接收配重构件74并连接至该配重构件74。

配重构件74包括接合件104和质量构件106。在配重构件74中，接合件104和质量构件106都是纵长构件，并连接起来以形成配重构件74。接合件104提供了配重构件74的一部分，该部分构造成具有在容座102中易于连接到主体构件72的形状和材料。接合件104在跟部端108和趾部端110之间延伸。在当前实施例中，接合件104在内表面112和外表面114之间的厚度大致是恒定的。接合件104在前缘116和后缘118之间的宽度可以在跟部端108和趾部端110之间变化。接合件104的宽度通常选择成匹配质量构件106的期望宽度。优选地，接合件104由能够焊接至钢主体构件72的材料构成。

质量构件106提供配重构件74的大部分质量，并通过冶金结合而连接至接合件104。质量构件106具有变化的厚度，并包括厚度大于中心部分124的跟部120和趾部122。在一个示例中，质量构件106由高密度钨镍合金构造，接合件104由能够焊接至钢主体构件72的低密度钨镍合金构造。

在一个示例中，通过将粉末状接合件材料压缩成预制坯而制成接合件104的预制坯。所述预制坯的形状通常与接合件104的最终构造相同，但是该预制坯的尺寸较大，以允许在压缩和熔合步骤期间产生收缩。类似地，通过将粉末状质量构件材料压缩成预制坯而制成质量构件106的预制坯，质量构件106的预制坯的尺寸也比最终的质量构件106大，以为形成期间的收缩做准备。在当前实施例中，接合件104和质量构件106的预制坯堆叠在模具中，堆叠的预制坯被压缩和加热直至它们熔合在一起为止。

高尔夫球杆头主体构件72优选地由密度低于质量构件106的材料构造，并且优选地由密度低于接合件104的材料构造。优选地，主体构件72的密度在大约4g／cm3至大约8g／cm3的范围内，接合件104的密度在大约4g／cm3至大约12g／cm3的范围内，质量构件106的密度在大约12g／cm3至大约19g／cm3的范围内。用于球杆头主体构件72的合适材料包括但不限于铝、不锈钢或者钛以及它们的合金。用于接合件104的合适材料包括但不限于具有铝、铁、铜、镍、锌、锡、钛、铅、钨、钽、金、铂或银的基本元素以及它们的合金的材料。用于质量构件的合适材料包括但不限于具有铅、钨、钽、金、铂、钼、铪、铌或者银的基本元素以及它们的合金的材料。上述材料替代物适用于本文所述的所有实施例。

参考图8-11，描述构造配重构件16的另一示例的工艺中的各步骤。第一步，通过锻造、铸造、压制、机加工等使多个第一构件140形成为期望形状。在当前实施例中，第一构件140的形状大致做成具有梯形截面形状的块。第二构件42构造成具有多个空腔，所述空腔的形状做成接收第一构件140。第一构件140由质量构件40的材料构造，而第二构件142由接合件42的材料构造。优选地，所述材料具有不同的密度，并且接合件42的材料的属性允许其易于连接至主体构件12。

将第一构件140插入第二构件142中，并对该组合进行连接操作。所述构件可以被滚压在一起、共锻或者扩散焊，以使第一构件140与第二构件142形成冶金结合。如图9所示，连接工艺得到配重构件预制坯144。在预制坯中，第一构件140和第二构件142的尺寸已经被连接工艺改变，但是多个构件连接起来，使得它们组合以形成单个一体单元。

在一个示例中，钽可以用于第一构件140，钢或者钛用于第二构件142。钽在室温下通常是柔软的和有延展性的，并且对于钛和钢来说具有很好的亲和力，这使得它成为与高尔夫球杆头结合的不错的候选材料，所述高尔夫球杆头由钢(例如，铁)或者钛(例如，金属木)构造。而且，钽金属的密度大约是16.6g／cc，明显大于钢和钛的密度，这使得它成为合适的配重材料。第一构件可以插入第二构件的空腔中，该组合构件可以被加热和共锻。金属-金属的接触以及提升的温度会剪切任何氧化层，所述氧化层在任一部件上形成，并提供新的金属-金属接触，从而生成良好的冶金结合。此外，在一些实施例中，进一步的热处理可以增加锻造部件(例如，退火锻造的β钛合金)的扩散水平。

在另一个示例中，将钽第一构件140压配合到钢或钛第二构件142中。然后，在高压下滚压该组合构件以使部件彼此冶金结合。在滚压之前和／或作为后续的热处理，可以加热所述组合构件。

作为另一种选择，可通过将第一构件140焊接至第二构件142来制成配重构件。钽为配重构件提供了优势，因为它的密度相对于钛来说要高并且它可以被焊接至钛。因此，由钽构造的第一构件140可以焊接至由钛构造的第二构件142。然后，作为接合件的第二构件可以焊接至钛杆头主体。通过包括作为接合件的第二构件，简化了配重构件的制造，这是因为更易于操纵和固定与整个高尔夫球杆头主体分离的第一和第二构件。还可将钽配重构件直接焊接至钛高尔夫球杆头。

在生成预制坯144之后，从预制坯144中切掉一块，以生成配重构件坯料146。配重构件坯料146是由第一构件140的一部分和第二构件142的一部分构造的部件。在当前实施例中，配重构件坯料146是具有多材料构造的矩形块。可例如通过机加工改变配重构件坯料146的形状，以生成具有用于与主体构件12和刀背壳体14最终组装的期望形状的配重构件16。

现在参考图12-16，描述在构造配重构件74的另一个示例性工艺中的各步骤。例如，可使用例如覆层工艺来制成配重构件74，其中，使用滚压工艺将两种材料冶金结合起来。例如，可通过辊系统154将钽合金薄片150和钢薄片152滚压在一起，使得在薄片之间生成压力和热，并且它们冶金结合起来，如图12所示。滚压工艺将两个薄片连接成结合的薄片156，如图13所示，其中，不同材料结合在一起，而不需要粘合剂或者钎焊材料。

如图14所示，在连接不同材料之后，可以形成结合的薄片156使得其具有中间形状。在结合的薄片156部分形成后，它被分割成与配重构件74的最终尺寸更类似的小件，使得形成多个配重构件坯料158。最后，坯料158被机加工成配重构件74的最终构造。例如以及如图16所示，可以移除坯料158的中心部分以使质量更加集中在坯料的端部。因此，在最终的配重构件74中，质量将会更加集中在配重构件74的跟部端和趾部端。

图17-19示出可以包含在高尔夫球杆头10中的配重构件的另一实施例。每个配重构件160构造成多材料部件。例如，每个配重构件160包括由不同材料构成的质量构件162和接合件164，在当前实施例中，接合件164形成在质量构件162的大部分外表面上的壳体。质量构件162提供配重构件160的大部分质量，并连接至接合件164。优选地，质量构件162通过冶金结合而连接至接合件164。接合件164提供配重构件160的外部壳体部分，其可由易于连接至高尔夫球杆主体构件和刀背壳体的材料构造。在一个示例中，质量构件162由高密度钨镍合金构造，接合件164由能够焊接至钢主体构件和钢刀背壳体的低密度钨镍合金(例如10g／cc的钨镍合金)构造。

配重构件160的部件优选地通过冶金结合而连接起来。在一个示例中，通过将粉末状高密度材料压缩成选择的形状而制成质量构件162。如图18和19所示，质量构件162可以包括将其定位在用于接合件材料的二次模具内的结构。特别地，所述定位结构可以包括从质量构件162的一个或者多个表面延伸的突起166。优选地，突起166设置在质量构件162的涉及完成的高尔夫球杆头内部的部分上，使得如果接合件材料没有完全覆盖突起，则它们不会形成完成的高尔夫球杆头的外表面的任何部分。

接合件164可以形成在模具内，所述模具在插入接合件材料之前接收质量构件162。例如，质量构件162可以插入模具内，并通过突起166定心于模具。然后可以将粉末状接合件材料引入模具中，围绕质量构件162，优选地在陶瓷模具中压缩并加热该组合件，以关于质量构件162形成接合件164，并熔合两种材料。

如上所述，可以独立地或一起地制造配重构件的各部件。例如，可以使用粉末冶金使每个部件单独地形成，然后组合两种部件并进一步一起压缩和加热以使它们结合。在另一示例中，第一部件例如通过铸造、锻造或者粉末冶金而生成，并被放置在模具中。粉末状的第二部件材料围绕第一部件的一部分或全部放置在模具内，并且该组合件被压缩和加热。在另一示例中，粉末状的两种或者多种材料相对于彼此按照最终配重构件所需要的放置在模具内，并且组合的粉末被压缩和加热。

尽管本文中公开的本发明的说明性实施例完成了上述目标，但应该理解的是大量的修改和其他实施例是可以由本领域技术人员构想到的。因此，应理解，所附的权利要求意在覆盖所有上述修改和实施例，它们将落入本发明的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种铁型高尔夫球杆头，包括：

主体构件，所述主体构件包括插鞘和杆面，所述主体构件由包括基本元素的第一材料制造；

质量构件，所述质量构件由包括基本元素的第二材料制造，所述第二材料的比重大于所述第一材料的比重；以及

接合件，所述接合件插在所述主体构件和所述质量构件之间，并由第三材料制造，所述第三材料是所述第二材料的基本元素的合金，其中所述接合件与所述质量构件冶金结合，并且与所述主体构件连接。

2.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述第三材料的比重小于所述第二材料的比重。

3.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述第二材料和所述第三材料是不同的钨合金。

4.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述第一材料和所述第三材料是可焊材料，而所述第一材料和所述第二材料是不可焊材料。

5.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述高尔夫球杆头包括多个质量构件和多个接合件。

6.如权利要求5所述的高尔夫球杆头，其中至少一个质量构件和至少一个接合件设置在所述主体构件的下趾部。

7.如权利要求5所述的高尔夫球杆头，其中至少一个质量构件和至少一个接合件设置在所述主体构件的下跟部。

8.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述质量构件和所述接合件是纵长的。

9.如权利要求8所述的高尔夫球杆头，其中所述质量构件包括具有第一厚度的第一部分以及具有不同于第一厚度的第二厚度的第二部分。

10.如权利要求8所述的高尔夫球杆头，其中所述质量构件包括趾部、跟部以及中心部分，所述中心部分的厚度小于所述趾部的厚度和所述跟部的厚度。

11.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其中所述接合件是纵长的，并形成所述高尔夫球杆头的底部表面的一部分。

12.一种铁型高尔夫球杆头，包括

主体构件，所述主体构件包括插鞘和杆面，所述主体构件由包括基本元素的第一材料制造；以及

纵长的配重构件，所述纵长的配重构件包括质量构件和接合件，其中所述质量构件由包括基本元素的第二材料制造，所述第二材料的比重大于所述第一材料的比重，所述接合件覆盖所述质量构件，并由第三材料构造，所述第三材料是所述第二材料的基本元素的合金。

13.如权利要求12所述的高尔夫球杆头，其中所述第三材料的比重小于所述第二材料的比重。

14.如权利要求12所述的高尔夫球杆头，其中所述第二材料和所述第三材料是不同的钨合金。

15.如权利要求12所述的高尔夫球杆头，其中所述第一材料和所述第三材料是可焊的，而所述第一材料和所述第二材料是不可焊的。

16.如权利要求12所述的高尔夫球杆头，其中所述接合件被焊接至所述主体构件。

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