專利名稱：具有合成橡膠層的剛性外殼層狀壘球棒的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及了一種主要用于壘球的空心球棒，尤其是涉及了金屬和復合材料的硬殼球棒。這種球棒通常包括一個金屬外殼，它可以用鋁或鈦合金或其它金屬形成，或者用復合材料構(gòu)造形成。在這里，名稱“鋁”和“鈦”包含了為制造球棒外殼配制的金屬和合金以及金屬和合金混合物。
Bhatt的美國專利號5,676,610公開了一種管狀球棒，它具有纏繞成螺旋彈簧形式的金屬帶，與球棒筒體的內(nèi)壁接觸。剪應力不會從外殼傳到金屬插件上，使得球棒比較柔順。
1996年7月9日授予Baum的美國專利號5,533,723公開了一種復合材料球棒，它具有木制層板表面和膠接到復合材料或鋁的管狀芯上的中間復合材料層。管狀芯包括了彈性的聚氨酯泡沫，在擊球區(qū)的管狀芯中留有一個空腔，空腔內(nèi)可充以較低密度的材料。可以改變沿球棒長度上管狀芯的密度，最好靠近球棒端為較高密度區(qū)。
McNeely的美國專利號5,511,777公開了一種球棒，它具有一個可回彈的芯。在外殼和黃銅之類材料制作的內(nèi)部阻尼件之間壓入一個彈性減震套。彈性減震套可以用聚苯乙烯閉孔泡沫制作。
1995年10月24日授予Baum的美國專利號5,460,369公開了一種復合材料球棒，它具有膠接到復合材料管狀芯上的木制層板表面。
1995年10月17日授予Baum的美國專利號5,458,330公開了一種復合材料球棒，它具有木制層板表面和帶空腔的泡沫芯。
Eggiman的美國專利號5,511,777和5,415,398公開了一種管狀球棒，它具有剛性的外殼和在擊球區(qū)的管狀插件，插件與外殼隔開和獨立作用，據(jù)說可增加球棒的柔度，同時適度地限制了筒體的凹陷。由于在插件和外殼之間的間隙，這種設計不能從外殼把剪應力傳到插件上。
1995年3月7日授予Souders等的美國專利號5,395,108是一個纖維增強復合材料外殼球棒之例，它充以可膨脹的聚氨酯泡沫來產(chǎn)生泡沫和外殼之間的壓縮應力。
1994年11月15日授予Easton等的美國專利號5,264,095公布了一種管狀金屬球棒，采用與外殼牢固壓縮配合的碳纖維復合材料層作為內(nèi)部增強。
1992年5月19日授予Baum的美國專利號5,114,144公開了一種看起來像木制球棒的復合材料壘球棒，采用了泡沫塑料或擠壓鋁的中間芯，芯上覆蓋一層用浸漬樹脂纖維編結(jié)或編織的布，以及一層縱向延伸厚板條或涂樹脂木制層板條的表面層。
本發(fā)明的主要目的是提供更柔順輕質(zhì)，但堅強耐用的金屬外殼壘球棒。
本發(fā)明提供一種球棒包括a)一個剛性的外殼，它具有一條中心軸線和一個手柄和一個與上述手柄沿軸向隔開的筒體；b)一個在上述筒體中基本為圓柱形的剛性插件，上述剛性插件沿徑向與上述外殼隔開；以及c)一個合成橡膠層，它具有不少于約40％的COR，大致為圓柱形的內(nèi)外表面分別以可傳力關(guān)系與上述外殼和上述剛性插件配合。


圖1是本發(fā)明球棒的部分被切開的透視圖。
圖2是一個條形圖，比較了本發(fā)明球棒與各種先前技術(shù)球棒的凹陷特性。
圖3是一個條形圖，比較了本發(fā)明球棒與各種先前技術(shù)球棒的縱向筒體柔度特性。
圖1表示了一種球棒，它具有一個最好為鋁的金屬或金屬合金外殼10，外殼包括手柄12、筒體14和連接手柄和筒體的錐形段16。一個圓頭20閉合了球棒的手柄端，以及一個塞頭22通常以已知方式固定到球棒的筒體端。球棒的擊球區(qū)一般沿筒體段14整個長度延伸，部分地進入球棒的錐形段16。
管狀球棒外殼10壁厚的減少有利地減少了球棒的重量，但增加了縱向柔度，因而吸收了一部分可以施加到球上的打擊能量，并且如果壁太薄時可能造成球棒的永久凹陷。金屬外殼球棒壁的減薄也造成了壁柔度的增加，即由于球棒壁的更大的撓曲提高了球的回彈速度，通常稱為“蹦床效應”。具有彈性壁的復合材料外殼球棒和金屬外殼球棒故意設計成容許球棒外壁具有受控的局部撓曲。
由于采用了重量輕但堅強而抗凹陷的獨特層狀構(gòu)造，本發(fā)明的球棒設計成增加了壁的柔度和蹦床效應、強度和耐用性。已經(jīng)知道，縱向彎曲非常柔順的球棒會吸收能量，因而減少了由打擊產(chǎn)生的有效杠桿比。同時，具有高截面剛度的球棒，如實心木球棒，產(chǎn)生極小(即使有的話)的蹦床效應，并且造成了剛性外殼球棒可得到的更高擊球速度。按照主要用于常直徑筒體的壘球棒的本發(fā)明，球棒的剛性外殼10包含了在筒體14中的基本為圓柱形的剛性插件30。插件沿徑向與外殼10隔開。一個基本為圓柱形內(nèi)外表面的彈性合成橡膠層40夾在外殼10和插件30之間，分別以可傳力的關(guān)系與外殼和剛性插件配合，使得球棒的功能好像是一個葉片彈簧。具有與個別層組合厚度相同厚度的單層球棒過于剛硬，不能像希望那樣撓曲。層狀球棒產(chǎn)生損失能量的層間摩擦。不同于用作減小層狀球棒摩擦損失和在外殼10和插件30之間不傳遞剪應力的潤滑層，本發(fā)明的合成橡膠層能夠同時傳遞剪應力和臨時貯存、然后釋放大部分能量，這些能量會損失在層狀而作潤滑球棒的摩擦中。
本發(fā)明的球棒外殼10包括一個鋁或鈦的管狀金屬件，或者如碳纖維增強樹脂的復合材料構(gòu)造。應該注意到，外殼10不一定是單層或用單種材料制成?？刹捎镁哂刑祭w維或其它材料的增強帶的一層或多層復合材料，增強帶相對于球棒縱軸成不同的角度方位，如現(xiàn)有技術(shù)中已知的±45°或其它方位。在外殼和插件均采用高強度鋁合金的優(yōu)選實施例中，筒體或擊球區(qū)中外殼厚度略小于插件的壁厚。最好是，筒體14的壁厚為插件徑向壁厚的55～85％范圍內(nèi)。另外，外殼壁厚(在0.036″～ 0.055″范圍內(nèi))比先前典型技術(shù)的多層鋁壁壘球棒的外殼壁厚(0.055″到0.060″)薄得多。如果對外殼材料采用更強但貴得多的金屬(如鈦)，則壁厚還可變薄。當采用同樣材料時外殼和插件之間的所希望的關(guān)系可表示為它們的慣性矩I=1/12wt3之比，其中w是不同元素的寬度，t是元素所取的外殼或插件的總壁厚。外殼慣性矩與插件慣性矩之比應該在1.825到3.375范圍內(nèi)。
剛性插件30可以是鋁、鈦或復合材料的單個管子，或者它可以包括兩層或多層32,34的剛性材料，如鋁、鈦或鋼箔，或者一層或多層復合材料，或者金屬和復合材料的組合，其尺寸與球棒的筒體14配合。插件30最好是一個大致為圓柱形的單件，雖然插件可以由分開的弧形件，例如兩個或三個由C形段形成的大致為圓柱的構(gòu)形。在一個優(yōu)選實施例中，一個圓柱形鋁管在中心定位并沿縱向插入筒體中，它的壁厚范圍為0.050″～0.065″，長度和寬度與外殼10的筒體14配合，具有徑向間隙約0.050″～ 0.060″。如果希望，在插件30插入筒體14之前，插件本身可在內(nèi)部作進一步增強，例如，采用纖維增強樹脂復合材料層壓縮地卡緊在插件的鋁管內(nèi)，如在以上提到的美國專利號5,364,095中所說明，引入這里作為參考。剛性插件沿球棒軸線的長度最好小于筒體的長度約2″，例如對于11″的筒體，9″插件是合適的。
合成橡膠層40最好具有徑向厚度范圍為0.050″～0.060″，可以是單層合成橡膠材料，或者包括兩層或多層的預成形合成橡膠或合成橡膠和非合成橡膠的單獨層42,44，只要整個合成橡膠層作為整體具有不小于65％的較高回彈系數(shù)(COR)。合成橡膠層40最好包括一個壓縮模制套，然后用適合的膠粘劑把它膠在剛性插件30的外表面上。再把插件30和合成橡膠層40作為一件插入筒體14，并用補充的膠粘劑膠在筒體上?；蛘呤牵捎每晒袒后w形成的合成橡膠層，把它灌入筒體14和插件30之間的環(huán)形間隙中，在常溫或高溫下固化。動態(tài)凹陷試驗從位于距離約2′的一個發(fā)球器，以速度約150mph沿水平方向重復地投擲每個重量約6.6盎司的二百個14″周長的壘球，沿徑向與本發(fā)明球棒筒體的同一點接觸，以及相似地對著各種先前技術(shù)球棒的筒體。
本發(fā)明的試驗球棒是高強度鋁合金金屬外殼10，在筒體14上的壁厚為0.040″。插件是壁厚0.060″的圓柱形鋁管，沿中心定位在筒體14中，在外殼和插件之間具有間隙0.057″。在間隙空間中充以COR約為65％的液態(tài)合成橡膠，容許在高溫固化形成合成橡膠層40。
用于比較目的的先前技術(shù)球棒包括a)一個筒體壁厚為0.050″的鋁外殼球棒，0.009″厚的鈦內(nèi)層膠到球棒筒體的內(nèi)壁上；b)一個鋁外殼球棒，具有也為鋁制的筒體和管狀插件，每個具有約0.057″的基本相同壁厚，插件直接定位在筒體壁內(nèi)；以及c)一個外筒體壁厚為0.056″的鋁外殼球棒，用包括碳纖維增強樹脂的復合材料芯增強，壓縮地卡緊在鋁外殼內(nèi)部。
試驗結(jié)果在圖2中圖解說明。鋁/鈦球棒(a)受到約0.005″的最小凹陷。盡管較厚的筒體14具有約0.008″的凹陷深度，雙鋁壁球棒(b)受到最大的永久凹陷。以上鋁/復合材料增強球棒(c)和以上本發(fā)明合成橡膠芯球棒每個均受到約0.007″的永久凹陷，但凹陷小于雙鋁壁球棒(b)。靜態(tài)筒體截面柔度試驗還進行了上述球棒的截面剛度試驗，以確定在橫向作用的靜載荷下筒體14的徑向位移值。這些試驗是這樣進行把筒體水平支承在一個平支承上，通過垂直球棒軸線的一個1英寸鋁柱，向下作用一個500英鎊的垂直載荷，從上面壓縮筒體14。結(jié)果在圖3中圖解說明。通常具有0.020″位移的木制球棒圖中沒有表示。先前技術(shù)的鋁/鈦芯球棒(a)表示了最小的蹦床效應，僅約0.0395″的較低位移。鋁/鋁雙壁球棒(b)和鋁/碳纖維復合材料芯球棒(c)的每一個具有稍高和相似的約0.045″位移，碳芯球棒的位移略高。本發(fā)明的合成橡膠芯球棒具有約0.047″的最大位移，因此提供了所有試驗球棒中最好的蹦床效應，它超過了鋁/碳芯球棒(c)的蹦床效應，但具如圖2所示的可接受的凹陷值。
熟悉該技術(shù)的人員將理解到，從上述優(yōu)選實施例可以作出本發(fā)明的各種變化，并且僅由以下權(quán)利要求來限制保護的范圍。
權(quán)利要求
1．一種球棒包括a)一個剛性的外殼，它具有一條中心軸線和一個手柄和一個與上述手柄沿軸向隔開的筒體；b)一個在上述筒體中的基本為圓柱形的剛性插件，上述剛性插件沿徑向與上述外殼隔開；以及c)一個合成橡膠層，它具有不小于約40％的COR，大致為圓柱形的內(nèi)外表面分別以可傳力關(guān)系與上述外殼和上述剛性插件配合。
2．權(quán)利要求1的球棒，其中上述插件的慣性矩范圍為上述筒體慣性矩的1.825到3.375。
3．權(quán)利要求2的球棒，其中上述筒體和上述插件由相同材料制成，上述筒體的上述壁厚范圍為上述插件的上述壁厚的55％到85％。
4．權(quán)利要求2的球棒，其中上述筒體的上述壁厚約為上述插件的上述壁厚的67％。
5．權(quán)利要求1的球棒，其中用膠粘劑把上述合成橡膠層膠到上述筒體和上述插件上。
6．權(quán)利要求5的球棒，其中上述合成橡膠層包括多個合成橡膠層。
7．權(quán)利要求1的球棒，其中上述外殼是金屬。
8．權(quán)利要求7的球棒，其中上述外殼是鋁。
9．權(quán)利要求8的球棒，其中上述外殼在擊球區(qū)的厚度為0.036″到0.055″。
10．權(quán)利要求9的球棒，其中上述外殼在擊球區(qū)的厚度約為0.040″。
11．權(quán)利要求9的球棒，其中上述剛性插件至少包括一個弧形金屬段。
12．權(quán)利要求11的球棒，其中上述金屬段至少由一層鋁組成。
13．權(quán)利要求12的球棒，其中上述剛性插件由多層金屬箔和復合材料組成。
14．權(quán)利要求13的球棒，其中上述復合材料包括纖維增強樹脂。
15．權(quán)利要求14的球棒，其中上述纖維為石墨。
16．權(quán)利要求10的球棒，其中上述鋁插件件厚度約為0.060″。
全文摘要
一種薄壁管狀球棒,尤其是用于壘球的球棒,具有不變的筒體直徑和與筒體隔開的內(nèi)部管狀插件,傳遞剪應力的合成橡膠層夾在筒體和插件之間,使插件增強了筒體,減少了可能會發(fā)生的凹陷,因為合成橡膠有效地把應力傳遞到插件,并且在球棒與球撞擊時貯存和釋放能量。
文檔編號A63B59/06GK1325745SQ01121329
公開日2001年12月12日 申請日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者約翰·布亞蒂, 杜威·肖萬, 加里·W·費力斯 申請人:賈斯·D·伊斯頓公司