專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有用箔片改進(jìn)過(guò)的扭矩的石墨球桿的制作方法
本申請(qǐng)是2001年12月21日提交的臨時(shí)申請(qǐng)、美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/342795的延續(xù)部分。
球桿設(shè)計(jì)成不同的抗彎剛度和抗扭剛度以及重量，以適應(yīng)客戶的喜好。球桿根據(jù)這些參數(shù)以及相關(guān)的球棒參數(shù)如第一頻率來(lái)分類(lèi)和銷(xiāo)售。有關(guān)高爾夫球的文獻(xiàn)將較大范圍的性能差異歸因于球桿和球桿驅(qū)動(dòng)球棒的參數(shù)的微小變化，這些參數(shù)中較重要的參數(shù)主要是球棒質(zhì)量、質(zhì)量分布和手感。在慣性力(阻力)回彈并因而在上桿和下桿過(guò)程中的棒頭軌跡中，球桿對(duì)手感而言其重要性是第一位的。質(zhì)量、質(zhì)量分布和第一彎曲模態(tài)對(duì)于這些運(yùn)動(dòng)都是很重要的。其次，球桿手感的影響與擊球后的揮動(dòng)無(wú)關(guān)。擊球的位置和能量決定了球棒的各種自然模態(tài)的激勵(lì)振幅。
球桿在限定模態(tài)形狀和頻率以及將“振動(dòng)”傳遞到高爾夫球員的手中起著主要的作用。在非高爾夫球練習(xí)范圍內(nèi)所顯示的第一模態(tài)頻率是加強(qiáng)練習(xí)并通常是令人放松和愉悅的頻率。這些模態(tài)由棒頭-球的撞擊來(lái)激勵(lì)，它作用于棒頭的質(zhì)心處或其附近。大多數(shù)球棒的第三模態(tài)包括了彎曲和扭曲。這種模態(tài)的固有頻率通常在35到60赫茲的頻率范圍和更高的范圍內(nèi)。這種特定的頻率范圍可與手部的神經(jīng)末梢很好地適配，并通常被高爾夫球員認(rèn)為是澀手的和不舒適的。棒頭的慣性影響了這種球棒模態(tài)，而且圍繞球桿軸向質(zhì)量的較大慣性減小了激發(fā)這種模態(tài)所需的擊球能量。對(duì)于帶有奇數(shù)慣性連接件或慣性較小的棒頭來(lái)說(shuō)，擊球?qū)⒓?lì)高爾夫球棒并帶來(lái)澀手的感覺(jué)，對(duì)于偏心擊球來(lái)說(shuō)尤其如此。改良球桿的抗扭剛度可改變高爾夫球棒的較高頻率，并得到全面提高的滿意度。采用阻尼可以加速澀手振動(dòng)的衰減，然而，它在增強(qiáng)回彈之后還會(huì)妨礙目標(biāo)探找。鋼制球桿具有高抗扭剛度，并受到某些球員的喜愛(ài)，但是它缺乏碳/環(huán)氧樹(shù)脂球桿所具有的較小質(zhì)量和固有阻尼。提高球桿的抗扭剛度可以降低組合模態(tài)的幅度并改變頻率，這是因?yàn)樵谶_(dá)到相同澀手感覺(jué)的限值時(shí)它會(huì)吸收更多的擊球能量。碳質(zhì)球桿提供了可調(diào)節(jié)球棒模態(tài)以達(dá)到通常較好的球棒組合模態(tài)的能力，這是通過(guò)纖維選擇并結(jié)合纖維的放置和方位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，碳/環(huán)氧樹(shù)脂的球桿通常必須使用較大的管、高模數(shù)纖維和高百分比的45°疊層，以便使高爾夫球員能獲得所需的手感。對(duì)于鋼制球桿和碳質(zhì)球桿來(lái)說(shuō)，其直徑通常是相同的，然而現(xiàn)在正有所變化。更高模數(shù)纖維的成本增加了球棒的生產(chǎn)成本。通過(guò)增加被動(dòng)阻尼來(lái)試圖提高球棒手感只獲得了有限的成功。在高爾夫球棒中，結(jié)合了棒頭、握柄和任何其它部件的球桿的彈性、損耗和質(zhì)量性能使其結(jié)構(gòu)具有特定的振動(dòng)模態(tài)形狀、頻率和衰減。這些頻率和模態(tài)形狀中的一些增強(qiáng)了高爾夫球員的手感和感覺(jué)。這些一般為較低頻率的模態(tài)，通常是第一和第二彎曲模態(tài)。
在高爾夫球棒中常規(guī)上要測(cè)量模態(tài)頻率，并將其用于球桿和球棒的質(zhì)量和性能的測(cè)量。球棒和球桿基于設(shè)計(jì)和測(cè)量的參數(shù)而適用于特定的球員類(lèi)別。這些參數(shù)包括在握緊情況下的球棒頻率；帶有典型棒頭質(zhì)量的球桿頻率；在隨機(jī)負(fù)載的情況下的球桿抗彎偏轉(zhuǎn)度；以及在隨機(jī)負(fù)載情況下的球桿偏轉(zhuǎn)形狀。這些參數(shù)與球棒模態(tài)相關(guān)。由于在揮桿過(guò)程中球桿上的伸展力將棒頭拉到一個(gè)近乎圓形的軌道中，因此使用時(shí)的實(shí)際頻率實(shí)際上與靜態(tài)測(cè)量結(jié)果不同。
對(duì)于高爾夫球棒的球桿來(lái)說(shuō)存在一種需求，需要其具有高抗扭剛度和低抗彎剛度，同時(shí)球棒和球桿的頻率保持在高爾夫球員所需的范圍內(nèi)。


圖1A-1G顯示了可以用于制造高爾夫球桿的預(yù)浸漬的碳素纖維板的一組疊層。
圖2顯示了在制造高爾夫球桿時(shí)可使用的心軸。
圖3是纏繞在心軸上的幾個(gè)預(yù)浸漬碳素纖維板的疊層的視圖。
圖4是纏繞在預(yù)浸漬疊層上的金屬箔片的透視圖，而疊層又纏繞在心軸上。
圖5是具有本發(fā)明的高爾夫球桿的高爾夫球棒的透視圖。
圖6是兩種木制高爾夫球棒的傳遞函數(shù)的大小與頻率的關(guān)系圖，其中一種球棒采用了根據(jù)本發(fā)明的高爾夫球桿。
圖7是兩種鐵制高爾夫球棒的傳遞函數(shù)的大小與頻率的關(guān)系圖，其中一種球棒采用了根據(jù)本發(fā)明的高爾夫球桿。
如圖1所示，球桿25包括具有近端28和遠(yuǎn)端29的基本剛性的桿體27。桿體27通常具有逐漸變細(xì)的圓柱形管的形狀。或者，桿體27可具有基本上均勻的橫截面、喇叭形尖端或多種其它的結(jié)構(gòu)。
桿體27的近端28包括握柄31(圖5)。握柄31可具有壓印在其上的預(yù)定的握柄幾何形狀或裝飾式樣，并可根據(jù)題為“整體模制的握柄和球桿”的美國(guó)專(zhuān)利No.6352662進(jìn)行制造。
桿體27可由多種復(fù)合材料制出，包括碳/環(huán)氧樹(shù)脂、纖維玻璃/環(huán)氧樹(shù)脂、鋼/環(huán)氧樹(shù)脂、鋼或鈦和碳/環(huán)氧樹(shù)脂的雜化組合物，或本領(lǐng)域中已知的任何其它的復(fù)合物。對(duì)于本發(fā)明的高爾夫球棒的桿體27來(lái)說(shuō)，其優(yōu)選材料為碳/環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料。然后，可在桿體27上纏繞一層或多層金屬箔片30，以便在增加質(zhì)量的同時(shí)提供抗扭剛度和抗彎剛度的更佳組合，使得所得高爾夫球棒的第一和第二頻率保持在高爾夫球員所需的頻率范圍內(nèi)。優(yōu)選的第一頻率范圍在2到10赫茲之間，最好在3到5赫茲之間。
金屬箔片30可包括鋼、不銹鋼、鋼合金、鈦、鈦合金、錫、其它金屬和/或陶瓷。金屬箔片30繞桿體27設(shè)置，使得箔片30在扭轉(zhuǎn)方向上連續(xù)而在縱向方向上不連續(xù)，從而形成了沿桿體27的螺旋。箔片30可以設(shè)在高爾夫球桿25的整個(gè)長(zhǎng)度上，或只設(shè)在其中的一部分上。另外，金屬箔片30可形成多個(gè)沿球桿長(zhǎng)度的螺旋33，其可為3到30個(gè)螺旋中的任意值。
金屬箔片30最好以相對(duì)球桿軸線26成約45度的角α來(lái)纏繞。角α因桿體27的外徑輪廓而沿其長(zhǎng)度變化。角度α的范圍可在約30度到約70度，較理想在35度到65度，最好在40度到50度。金屬箔片30可沿高爾夫球桿25的內(nèi)石墨層設(shè)置?；蛘?，金屬箔片30也可設(shè)在高爾夫球桿的中間石墨層上并在金屬箔片上設(shè)置一層石墨層，或者將金屬箔片30設(shè)置在桿體的外部層上，在金屬箔片上設(shè)置或不設(shè)置另外一層石墨層。
如圖4所示，金屬箔片30具有在0.001英寸到0.250英寸范圍內(nèi)的厚度T。箔片30具有在0.25英寸到2.0英寸范圍內(nèi)的寬度W。金屬箔片30的厚度T和寬度W不必沿金屬箔片30的長(zhǎng)度上保持恒定。厚度T和寬度W的其中之一或兩者都可在優(yōu)選范圍內(nèi)變化。距離D為金屬箔片30上相鄰螺旋33之間的間隔，其可從球桿25的遠(yuǎn)端29處的0.12英寸變化到球桿25的近端28處的2.0英寸。距離D最好在遠(yuǎn)端29處位于0.12英寸到0.60英寸之間，在近端28處位于0.50英寸到2.0英寸之間。
球桿25設(shè)計(jì)成可提高高爾夫球棒的增強(qiáng)頻率，比如2赫茲的靜態(tài)(在擊球時(shí)為4赫茲)彎曲頻率，同時(shí)使第一組合模態(tài)的典型粗糙模態(tài)變化到更高的頻率。具有較高密度和更大剛性的金屬箔片30繞復(fù)合材料桿體27的螺旋纏繞結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)選的模態(tài)頻率。
可將金屬箔片30的外部層與一種高損耗的中間阻尼層及內(nèi)部的石墨球桿相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)扭振質(zhì)量阻尼功能，其原理和執(zhí)行方式類(lèi)似于用于機(jī)械裝置如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭振阻尼器。
現(xiàn)參考圖1A-1G和圖2-4來(lái)討論高爾夫球桿25的制造過(guò)程。圖1A-1G顯示了預(yù)浸漬碳素纖維板的一組疊層10-22。確定預(yù)浸漬碳素纖維板的疊層10-22的尺寸和相對(duì)位置，并制備用于球桿的這組疊層10-22。選擇如圖2所示的具有預(yù)定尺寸的心軸24，并在其上覆蓋氣囊(未示出)。然后以預(yù)定方式將疊層10-22纏繞在覆蓋有氣囊的心軸24上。圖3顯示了纏繞在心軸24上的由標(biāo)號(hào)35統(tǒng)一表示的這種組合疊層。關(guān)于此制造過(guò)程的詳細(xì)信息可見(jiàn)于題目均為“高爾夫球桿及其制造方法”的美國(guó)專(zhuān)利No.6126557和No.6490960。
然后在圖4中將金屬箔片30纏繞在預(yù)浸漬碳素纖維板的纏繞疊層35上。最好采用粘合劑(未示出)來(lái)將金屬箔片30粘接到預(yù)浸漬碳素纖維板35上。該粘接層最出好是粘彈性材料，其可在預(yù)浸漬碳素纖維板35和金屬箔片30之間提供粘性阻尼。或者，可將預(yù)浸漬碳素纖維或其它材料的外部層(未示出)纏繞在金屬箔片30上，此外部層粘附在內(nèi)部的預(yù)浸漬碳素纖維板35的暴露部分上，從而將金屬箔片30固定到桿體27上。另外，在另一實(shí)施例中還可使用多層金屬箔片30，其中預(yù)浸漬碳素纖維板位于這些金屬箔片層之間。
在將預(yù)浸漬碳素纖維板35的疊層和金屬箔片30纏繞在心軸24上之后，將所纏繞的心軸放入模具中(未示出)。可將心軸24從氣囊中抽出，并將氣囊和圍繞在其上的疊層及金屬箔片留在模具中。然后采用加壓氣源對(duì)氣囊充氣，迫使金屬箔片30和預(yù)浸漬碳素纖維35的疊層壓緊在模具壁上。然后將模具放入爐中一段選定的時(shí)間，使得包括有各個(gè)疊層的樹(shù)脂正確地固化。之后，從爐中取出模具并對(duì)其進(jìn)行冷卻。然后從模具中取出球桿25，并從球桿25的心部取出氣囊。這種氣囊模制方法可生產(chǎn)出具有光整精面的球桿。
也可以使用另一種制造球桿25的方法，其使用膠帶而不是氣囊。在這種方法中，將預(yù)浸漬碳素纖維板35的疊層和金屬箔片30直接纏繞在心軸24上。然后在所纏繞的心軸上覆蓋薄膜條(未示出)，例如賽珞纏帶。在爐內(nèi)固化的過(guò)程中，薄膜帶對(duì)材料施加適度的壓力，以加固并將這些材料固定住。在材料固化后取出薄膜帶和心軸24，這樣就可對(duì)球桿25進(jìn)行精磨和修整。
圖5顯示了一種高爾夫球棒40，其包括高爾夫球棒的棒頭42和根據(jù)本發(fā)明的球桿25。帶有高抗扭剛度和低抗彎剛度的球桿25的高爾夫球棒40可將高爾夫球棒40的頻率保持在高爾夫球員所需的范圍內(nèi)。雖然這里采用木制高爾夫球棒來(lái)對(duì)高爾夫球棒40進(jìn)行說(shuō)明，然而球桿25也可以用于其它類(lèi)型的高爾夫球棒，例如鐵制高爾夫球棒。
圖6是兩種不同類(lèi)型的木制高爾夫球棒的傳遞函數(shù)的大小和頻率數(shù)據(jù)的比較圖其中木棒46具有根據(jù)本發(fā)明的球桿；而木棒48具有未改進(jìn)的球桿。圖7是兩種不同類(lèi)型的鐵制高爾夫球棒的傳遞函數(shù)的大小和頻率數(shù)據(jù)的比較圖其中鐵棒50具有根據(jù)本發(fā)明的球桿；而鐵棒52具有恒定重量的鋼制球桿。數(shù)據(jù)表明，與未設(shè)置用金屬箔片改進(jìn)過(guò)的球桿相比，本發(fā)明的高爾夫球桿可使頻率峰值變化并降低振幅。
權(quán)利要求
1.一種高爾夫球棒的球桿，包括桿體；和以螺旋形式纏繞在所述桿體的至少一部分上的金屬箔片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫球棒的球桿，其特征在于，所述桿體由碳/環(huán)氧樹(shù)脂制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫球棒的球桿，其特征在于，所述金屬箔片從包括鋼、不銹鋼、鋼合金、鈦、鈦合金和錫的組中選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫球棒的球桿，其特征在于，所述金屬箔片以相對(duì)于所述桿體的縱向軸線成35度到65度之間的某個(gè)角度而纏繞在所述桿體上，所述金屬箔片通過(guò)粘合劑固定到所述桿體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫球棒的球桿，其特征在于，所述金屬箔片包括多個(gè)纏繞在所述桿體部分上的螺旋，各所述螺旋與相鄰螺旋間隔開(kāi)，其間距在0.12英寸到2.0英寸的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫球棒的球桿，其特征在于，所述金屬箔片具有0.001英寸和0.100英寸之間的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爾夫球棒的球桿，其特征在于，所述金屬箔片具有0.25英寸和2.0英寸之間的寬度。
8.一種高爾夫球棒，包括棒頭；和與所述棒頭相連的球桿，所述球桿包括桿體和金屬箔片，所述金屬箔片纏繞在所述桿體的至少一部分上，所述金屬箔片沿所述桿體的所述部分形成多個(gè)螺旋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高爾夫球棒，其特征在于，所述桿體由碳/環(huán)氧樹(shù)脂材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高爾夫球棒，其特征在于，所述金屬箔片從包括鋼、不銹鋼、鋼合金、鈦、鈦合金和錫的組中選擇。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高爾夫球棒，其特征在于，所述金屬箔片以相對(duì)于所述桿體的縱向軸線成35度到65度之間的某個(gè)角度而纏繞在所述桿體上，所述金屬箔片通過(guò)粘合劑固定到所述桿體上。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高爾夫球棒，其特征在于，所述金屬箔片的各所述螺旋與相鄰螺旋間隔開(kāi)，其間距在0.12英寸到2.0英寸的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高爾夫球棒，其特征在于，所述金屬箔片具有0.001英寸到0.100英寸之間的厚度和0.25英寸到2.0英寸之間的寬度。
全文摘要
公開(kāi)了一種改進(jìn)的高爾夫球桿(25)。這種高爾夫球桿(25)包括由復(fù)合材料如碳/環(huán)氧樹(shù)脂制成的桿體(27)，以及螺旋地纏繞在桿體(27)的至少一部分上的金屬箔片(30)。此金屬箔片(30)增大了球桿的抗扭剛度并提高了它的抗彎剛度，從而使采用了此球桿(25)的高爾夫球棒(40)的第一和第二頻率保持在所需的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)A63B59/00GK1426824SQ0215963
公開(kāi)日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者J·A·加洛維 申請(qǐng)人:卡拉韋高爾夫公司