CN1426824A - 带有用箔片改进过的扭矩的石墨球杆 - Google Patents

Abstract

公开了一种改进的高尔夫球杆(25)。这种高尔夫球杆(25)包括由复合材料如碳/环氧树脂制成的杆体(27)，以及螺旋地缠绕在杆体(27)的至少一部分上的金属箔片(30)。此金属箔片(30)增大了球杆的抗扭刚度并提高了它的抗弯刚度，从而使采用了此球杆(25)的高尔夫球棒(40)的第一和第二频率保持在所需的范围内。

Description

带有用箔片改进过的扭矩的石墨球杆

本申请是2001年12月21日提交的临时申请、美国专利申请No.60/342795的延续部分。

技术领域

本发明涉及一种高尔夫球棒的球杆，其具有不同模态频率以提高高尔夫球棒的挥杆回弹和击球后的涩手感觉。更具体地说，本发明涉及高尔夫球杆的改进，这是通过在特定方向上使用一层或多层箔片以提高球杆在击打高尔夫球时的性能来实现的。

背景技术

高尔夫球棒是由棒头、球杆、握柄和各种的连接件和/或装饰件组成的组件。球杆开始由木头、然后由金属(钢、铝、钛和金属母材)制成。还使用过复合材料，如玻璃/环氧树脂和碳/环氧树脂。虽然还存在将钢或钛与碳/环氧树脂组合在一起的杂化型球杆，然而现在大部分的球杆均由钢或碳/环氧树脂制成。

球杆设计成不同的抗弯刚度和抗扭刚度以及重量，以适应客户的喜好。球杆根据这些参数以及相关的球棒参数如第一频率来分类和销售。有关高尔夫球的文献将较大范围的性能差异归因于球杆和球杆驱动球棒的参数的微小变化，这些参数中较重要的参数主要是球棒质量、质量分布和手感。在惯性力(阻力)回弹并因而在上杆和下杆过程中的棒头轨迹中，球杆对手感而言其重要性是第一位的。质量、质量分布和第一弯曲模态对于这些运动都是很重要的。其次，球杆手感的影响与击球后的挥动无关。击球的位置和能量决定了球棒的各种自然模态的激励振幅。

球杆在限定模态形状和频率以及将“振动”传递到高尔夫球员的手中起着主要的作用。在非高尔夫球练习范围内所显示的第一模态频率是加强练习并通常是令人放松和愉悦的频率。这些模态由棒头-球的撞击来激励，它作用于棒头的质心处或其附近。大多数球棒的第三模态包括了弯曲和扭曲。这种模态的固有频率通常在35到60赫兹的频率范围和更高的范围内。这种特定的频率范围可与手部的神经末梢很好地适配，并通常被高尔夫球员认为是涩手的和不舒适的。棒头的惯性影响了这种球棒模态，而且围绕球杆轴向质量的较大惯性减小了激发这种模态所需的击球能量。对于带有奇数惯性连接件或惯性较小的棒头来说，击球将激励高尔夫球棒并带来涩手的感觉，对于偏心击球来说尤其如此。改良球杆的抗扭刚度可改变高尔夫球棒的较高频率，并得到全面提高的满意度。采用阻尼可以加速涩手振动的衰减，然而，它在增强回弹之后还会妨碍目标探找。钢制球杆具有高抗扭刚度，并受到某些球员的喜爱，但是它缺乏碳/环氧树脂球杆所具有的较小质量和固有阻尼。提高球杆的抗扭刚度可以降低组合模态的幅度并改变频率，这是因为在达到相同涩手感觉的限值时它会吸收更多的击球能量。碳质球杆提供了可调节球棒模态以达到通常较好的球棒组合模态的能力，这是通过纤维选择并结合纤维的放置和方位来实现的。然而，碳/环氧树脂的球杆通常必须使用较大的管、高模数纤维和高百分比的45°叠层，以便使高尔夫球员能获得所需的手感。对于钢制球杆和碳质球杆来说，其直径通常是相同的，然而现在正有所变化。更高模数纤维的成本增加了球棒的生产成本。通过增加被动阻尼来试图提高球棒手感只获得了有限的成功。在高尔夫球棒中，结合了棒头、握柄和任何其它部件的球杆的弹性、损耗和质量性能使其结构具有特定的振动模态形状、频率和衰减。这些频率和模态形状中的一些增强了高尔夫球员的手感和感觉。这些一般为较低频率的模态，通常是第一和第二弯曲模态。

在高尔夫球棒中常规上要测量模态频率，并将其用于球杆和球棒的质量和性能的测量。球棒和球杆基于设计和测量的参数而适用于特定的球员类别。这些参数包括：在握紧情况下的球棒频率；带有典型棒头质量的球杆频率；在随机负载的情况下的球杆抗弯偏转度；以及在随机负载情况下的球杆偏转形状。这些参数与球棒模态相关。由于在挥杆过程中球杆上的伸展力将棒头拉到一个近乎圆形的轨道中，因此使用时的实际频率实际上与静态测量结果不同。

对于高尔夫球棒的球杆来说存在一种需求，需要其具有高抗扭刚度和低抗弯刚度，同时球棒和球杆的频率保持在高尔夫球员所需的范围内。

发明内容

本发明提供了一种高尔夫球棒的球杆，它包括缠绕有一层或多层箔片的碳/环氧树脂的杆体。金属箔片在纵向上是不连续的，但是在扭转方向上是连续的，这样就产生了螺旋。金属箔片缠绕在球杆的末端直径处或其附近，并在扭转方向上加强了球杆，从而提高了扭转模态的频率和激励能量。第一组合模态通常是第一扭转模态，它总是处于高尔夫球员认为是涩手的频率范围内。箔片提高了球棒的抗弯刚度，同时增加了质量，使得球杆和球棒的第一和第二频率保持在模态频率所需的范围内，通常为2-10赫兹。虽然棒头通常是减弱偏心击球的扭转冲击的主要部件，然而沿球杆外部分布的箔片的质量也有助于减弱这种冲击。如果这样设计的话，那么握柄就可以减轻较高频率的振动。

附图说明

图1是根据本发明的高尔夫球杆的正面平面图。

图1A-1G显示了可以用于制造高尔夫球杆的预浸渍的碳素纤维板的一组叠层。

图2显示了在制造高尔夫球杆时可使用的心轴。

图3是缠绕在心轴上的几个预浸渍碳素纤维板的叠层的视图。

图4是缠绕在预浸渍叠层上的金属箔片的透视图，而叠层又缠绕在心轴上。

图5是具有本发明的高尔夫球杆的高尔夫球棒的透视图。

图6是两种木制高尔夫球棒的传递函数的大小与频率的关系图，其中一种球棒采用了根据本发明的高尔夫球杆。

图7是两种铁制高尔夫球棒的传递函数的大小与频率的关系图，其中一种球棒采用了根据本发明的高尔夫球杆。

具体实施方式

本发明涉及一种具有改进球杆的高尔夫球棒，其可将高尔夫球棒的模态频率保持在高尔夫球员所需的范围内。这种高尔夫球杆包括一种带有缠绕在球杆上的一层或多层箔片的碳/环氧树脂球杆，可提高高尔夫球杆的抗扭刚度，同时将高尔夫球棒的模态频率保持在所需的范围内。

如图1所示，球杆25包括具有近端28和远端29的基本刚性的杆体27。杆体27通常具有逐渐变细的圆柱形管的形状。或者，杆体27可具有基本上均匀的横截面、喇叭形尖端或多种其它的结构。

杆体27的近端28包括握柄31(图5)。握柄31可具有压印在其上的预定的握柄几何形状或装饰式样，并可根据题为“整体模制的握柄和球杆”的美国专利No.6352662进行制造。

杆体27可由多种复合材料制出，包括碳/环氧树脂、纤维玻璃/环氧树脂、钢/环氧树脂、钢或钛和碳/环氧树脂的杂化组合物，或本领域中已知的任何其它的复合物。对于本发明的高尔夫球棒的杆体27来说，其优选材料为碳/环氧树脂的复合材料。然后，可在杆体27上缠绕一层或多层金属箔片30，以便在增加质量的同时提供抗扭刚度和抗弯刚度的更佳组合，使得所得高尔夫球棒的第一和第二频率保持在高尔夫球员所需的频率范围内。优选的第一频率范围在2到10赫兹之间，最好在3到5赫兹之间。

金属箔片30可包括钢、不锈钢、钢合金、钛、钛合金、锡、其它金属和/或陶瓷。金属箔片30绕杆体27设置，使得箔片30在扭转方向上连续而在纵向方向上不连续，从而形成了沿杆体27的螺旋。箔片30可以设在高尔夫球杆25的整个长度上，或只设在其中的一部分上。另外，金属箔片30可形成多个沿球杆长度的螺旋33，其可为3到30个螺旋中的任意值。

金属箔片30最好以相对球杆轴线26成约45度的角α来缠绕。角α因杆体27的外径轮廓而沿其长度变化。角度α的范围可在约30度到约70度，较理想在35度到65度，最好在40度到50度。金属箔片30可沿高尔夫球杆25的内石墨层设置。或者，金属箔片30也可设在高尔夫球杆的中间石墨层上并在金属箔片上设置一层石墨层，或者将金属箔片30设置在杆体的外部层上，在金属箔片上设置或不设置另外一层石墨层。

如图4所示，金属箔片30具有在0.001英寸到0.250英寸范围内的厚度T。箔片30具有在0.25英寸到2.0英寸范围内的宽度W。金属箔片30的厚度T和宽度W不必沿金属箔片30的长度上保持恒定。厚度T和宽度W的其中之一或两者都可在优选范围内变化。距离D为金属箔片30上相邻螺旋33之间的间隔，其可从球杆25的远端29处的0.12英寸变化到球杆25的近端28处的2.0英寸。距离D最好在远端29处位于0.12英寸到0.60英寸之间，在近端28处位于0.50英寸到2.0英寸之间。

球杆25设计成可提高高尔夫球棒的增强频率，比如2赫兹的静态(在击球时为4赫兹)弯曲频率，同时使第一组合模态的典型粗糙模态变化到更高的频率。具有较高密度和更大刚性的金属箔片30绕复合材料杆体27的螺旋缠绕结构可实现这些优选的模态频率。

可将金属箔片30的外部层与一种高损耗的中间阻尼层及内部的石墨球杆相结合，以实现扭振质量阻尼功能，其原理和执行方式类似于用于机械装置如汽车发动机的扭振阻尼器。

现参考图1A-1G和图2-4来讨论高尔夫球杆25的制造过程。图1A-1G显示了预浸渍碳素纤维板的一组叠层10-22。确定预浸渍碳素纤维板的叠层10-22的尺寸和相对位置，并制备用于球杆的这组叠层10-22。选择如图2所示的具有预定尺寸的心轴24，并在其上覆盖气囊(未示出)。然后以预定方式将叠层10-22缠绕在覆盖有气囊的心轴24上。图3显示了缠绕在心轴24上的由标号35统一表示的这种组合叠层。关于此制造过程的详细信息可见于题目均为“高尔夫球杆及其制造方法”的美国专利No.6126557和No.6490960。

然后在图4中将金属箔片30缠绕在预浸渍碳素纤维板的缠绕叠层35上。最好采用粘合剂(未示出)来将金属箔片30粘接到预浸渍碳素纤维板35上。该粘接层最出好是粘弹性材料，其可在预浸渍碳素纤维板35和金属箔片30之间提供粘性阻尼。或者，可将预浸渍碳素纤维或其它材料的外部层(未示出)缠绕在金属箔片30上，此外部层粘附在内部的预浸渍碳素纤维板35的暴露部分上，从而将金属箔片30固定到杆体27上。另外，在另一实施例中还可使用多层金属箔片30，其中预浸渍碳素纤维板位于这些金属箔片层之间。

在将预浸渍碳素纤维板35的叠层和金属箔片30缠绕在心轴24上之后，将所缠绕的心轴放入模具中(未示出)。可将心轴24从气囊中抽出，并将气囊和围绕在其上的叠层及金属箔片留在模具中。然后采用加压气源对气囊充气，迫使金属箔片30和预浸渍碳素纤维35的叠层压紧在模具壁上。然后将模具放入炉中一段选定的时间，使得包括有各个叠层的树脂正确地固化。之后，从炉中取出模具并对其进行冷却。然后从模具中取出球杆25，并从球杆25的心部取出气囊。这种气囊模制方法可生产出具有光整精面的球杆。

也可以使用另一种制造球杆25的方法，其使用胶带而不是气囊。在这种方法中，将预浸渍碳素纤维板35的叠层和金属箔片30直接缠绕在心轴24上。然后在所缠绕的心轴上覆盖薄膜条(未示出)，例如赛珞缠带。在炉内固化的过程中，薄膜带对材料施加适度的压力，以加固并将这些材料固定住。在材料固化后取出薄膜带和心轴24，这样就可对球杆25进行精磨和修整。

图5显示了一种高尔夫球棒40，其包括高尔夫球棒的棒头42和根据本发明的球杆25。带有高抗扭刚度和低抗弯刚度的球杆25的高尔夫球棒40可将高尔夫球棒40的频率保持在高尔夫球员所需的范围内。虽然这里采用木制高尔夫球棒来对高尔夫球棒40进行说明，然而球杆25也可以用于其它类型的高尔夫球棒，例如铁制高尔夫球棒。

图6是两种不同类型的木制高尔夫球棒的传递函数的大小和频率数据的比较图：其中木棒46具有根据本发明的球杆；而木棒48具有未改进的球杆。图7是两种不同类型的铁制高尔夫球棒的传递函数的大小和频率数据的比较图：其中铁棒50具有根据本发明的球杆；而铁棒52具有恒定重量的钢制球杆。数据表明，与未设置用金属箔片改进过的球杆相比，本发明的高尔夫球杆可使频率峰值变化并降低振幅。

Claims (13)

1.一种高尔夫球棒的球杆，包括：

杆体；和

以螺旋形式缠绕在所述杆体的至少一部分上的金属箔片。

2.根据权利要求1所述的高尔夫球棒的球杆，其特征在于，所述杆体由碳/环氧树脂制成。

3.根据权利要求1所述的高尔夫球棒的球杆，其特征在于，所述金属箔片从包括钢、不锈钢、钢合金、钛、钛合金和锡的组中选择。

4.根据权利要求1所述的高尔夫球棒的球杆，其特征在于，所述金属箔片以相对于所述杆体的纵向轴线成35度到65度之间的某个角度而缠绕在所述杆体上，所述金属箔片通过粘合剂固定到所述杆体上。

5.根据权利要求1所述的高尔夫球棒的球杆，其特征在于，所述金属箔片包括多个缠绕在所述杆体部分上的螺旋，各所述螺旋与相邻螺旋间隔开，其间距在0.12英寸到2.0英寸的范围内。

6.根据权利要求1所述的高尔夫球棒的球杆，其特征在于，所述金属箔片具有0.001英寸和0.100英寸之间的厚度。

7.根据权利要求1所述的高尔夫球棒的球杆，其特征在于，所述金属箔片具有0.25英寸和2.0英寸之间的宽度。

8.一种高尔夫球棒，包括：

棒头；和

与所述棒头相连的球杆，所述球杆包括杆体和金属箔片，所述金属箔片缠绕在所述杆体的至少一部分上，所述金属箔片沿所述杆体的所述部分形成多个螺旋。

9.根据权利要求8所述的高尔夫球棒，其特征在于，所述杆体由碳/环氧树脂材料制成。

10.根据权利要求8所述的高尔夫球棒，其特征在于，所述金属箔片从包括钢、不锈钢、钢合金、钛、钛合金和锡的组中选择。

11.根据权利要求8所述的高尔夫球棒，其特征在于，所述金属箔片以相对于所述杆体的纵向轴线成35度到65度之间的某个角度而缠绕在所述杆体上，所述金属箔片通过粘合剂固定到所述杆体上。

12.根据权利要求8所述的高尔夫球棒，其特征在于，所述金属箔片的各所述螺旋与相邻螺旋间隔开，其间距在0.12英寸到2.0英寸的范围内。

13.根据权利要求8所述的高尔夫球棒，其特征在于，所述金属箔片具有0.001英寸到0.100英寸之间的厚度和0.25英寸到2.0英寸之间的宽度。

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