具有改进的惯性矩的金属木杆型球杆.pdf

本发明公开了一种用于金属木杆型或1号木杆型球杆的更高效的三角形形状。该三角形形状能使球杆在垂直和水平方向都具有更高的转动惯性矩和更低的重心。

1.  一种高尔夫球杆杆头，包括：
击打面，
后背壁，
连接所述击打面和所述后背壁的跟部壁，
连接所述击打面和所述后背壁的趾部壁，
其中，所述后背壁与所述击打面间隔开，其中所述后背壁的长度为所述击打面的长度的大约12.5％至33％；
其中所述高尔夫球杆杆头：体积大于450cc；围绕穿过所述高尔夫球杆杆头重心的水平轴的惯性矩Ixx为大约3410g·cm²到大约4400g·cm²；且围绕穿过所述高尔夫球杆杆头重心的垂直轴的惯性矩Iyy为大约4730g·cm²到大约5830g·cm²。

2.  如权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其中，所述后背壁的长度为所述击打面的长度的大约25％。

3.  如权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，还包括前击打杯、后背杯和中间部，其中所述前击打杯包含所述击打面，所述后背杯包含所述后背壁，所述中间部连接所述前击打杯和所述后背杯，其中，所述中间部的密度小于所述前击打杯或所述后背杯的密度。

4.  如权利要求3所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述中间部的密度等于或小于所述前击打杯或所述后背杯的密度的大约一半。

5.  如权利要求4所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述中间部的密度等于或小于所述前击打杯或所述后背杯的密度的大约三分之一。

6.  如权利要求3所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述前击打杯通过至少一块连接板与所述后背杯相连。

7.  如权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述球杆杆头的Ixx/Iyy比值大于约0.650。

8.  如权利要求7所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，球杆杆头的Ixx/Iyy比值大于约0.700。

9.  如权利要求1所述的高尔夫球杆杆头，其特征在于，所述跟部壁和趾部壁都各自包含大致平直的部分。

10.  如权利要求1所述的一号高尔夫球木杆杆头，还包括三角形的冠部。

具有改进的惯性矩的金属木杆型球杆
本申请是申请号为200710307483.X、申请日为2007年10月25日、申请人为“阿库施耐特公司”、发明名称为“具有改进的惯性矩的金属木杆型球杆”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种优化的金属木杆型或1号木杆型高尔夫球杆(drivergolf club)，尤其涉及一种中空的高尔夫球杆头，其重心更低而惯性矩更大。
背景技术
众所周知，高尔夫球杆的设计很复杂。球杆的各个组件(即，杆头、杆身、杆柄及其子部件)的规格直接影响着球杆的性能。因此，通过改变设计细节，能够定制具有特殊性能特征的高尔夫球杆。
人们已经对高尔夫球杆头的设计作了很长时间的研究。在球杆头的设计中，考虑的较多的是高击倾角(loft angle)、静止角(die angle)、击面角度(face angle)、水平面凸出量(horizontal face bulge)、立面弯曲度(verticalface roll)、重心、转动惯性矩、选材以及杆头整体重量。尽管这套基本标准是高尔夫球杆的设计者关注的焦点，但是还有其它几个方面也很重要。通过定制高尔夫球杆头的内部设计能获得特殊特征，例如插鞘(hosel)或杆身连接件的内含物，杆头的周缘重量，以及中空杆头内的填充物。
高尔夫球杆头必须有足够强度，才能经受住在高尔夫球杆头和高尔夫球之间碰撞时产生的反复冲击。在这一瞬时过程中产生的负载能够产生超过2000磅的峰值力。因此，主要的挑战就是设计球杆面和球杆身使其能够抵御由于材料屈服或开裂而产生的永久变形或破坏。常见的中空金属木杆型球杆由钛金属制成，一般具有超过2.5mm或0.10英寸的均匀厚度的面板来确保球杆头结构的整体性。
玩家一般会寻找金属木杆型球杆和高尔夫球的组合以打出最远的距离和精确的落点。球被击打后飞过的距离由球的初始速度和球的旋转速度或自旋的大小和方向决定。环境条件，包括大气压力、湿度、温度和风速也影响球的飞行。但是，这些环境影响因素不是高尔夫设备的设计者们所能左右的。高尔夫球落点的准确性也受很多因素影响。这些因素中有些就影响到球杆头的设计，例如重心和杆头面板的柔性。
考虑到对高尔夫设备的改进可能会使得游戏缺少挑战，制定美国境内高尔夫竞赛规则的组织全美高尔夫球协会(USGA)对高尔夫设备的性能作了详细规定。这些性能规定标明了合格的高尔夫球或高尔夫球杆的尺寸和重量。USGA的规则对1号木杆(driver)的参数作了大量限定。例如，1号木杆的体积被限制在460±10立方厘米，除轻杆(putter)之外的杆，其杆身的长度被限制在48英寸之内。1号木杆头必须装配在5平方英寸之内，而且从底板到冠部的高度不能超出2.8英寸。USGA还限定了1号木杆和高尔夫球之间的碰撞的回弹系数在0.830之内。
USGA还规定1号木杆的旋转惯性矩，或者杆头对于偏心击打带来的扭转的抵抗力从大约1990至2005提升到三倍，这与大尺寸1号木杆的引入相一致。由于具有较大旋转惯性矩的1号木杆对于偏心击打更具有相容性，USGA注意到，杆头惯性的进一步增加会减少游戏的挑战性，只有中度和高度残疾玩家才会从具有较大惯性矩的1号木杆中受益，因为他们容易做出偏心击打。2006年，USGA发布规定，将1号木杆的惯性矩限制在5900g·cm²±100g·cm²或者32.259oz·in²±0.547oz·in²。限制的惯性矩通过绕经过杆头重心的垂直轴(这里用y轴来表示)来测量。
大量专利文献已经公开了具有较大惯性矩的1号木杆杆头，例如，美国专利文献No.6607452和No.6425832。这些1号木杆杆头使用了设置在远离击打面的杆体周缘的环形配重带，以获得绕垂直轴的2800～5000g·cm²的惯性矩。美国专利申请公开号No.2006/0148586A1公开了一种1号木杆杆头，在垂直方向具有3500～6000g·cm²的惯性矩。但是，该‘586号申请限制了1号木杆杆头的形状，从俯视方向看，大致为正方形，并且在通过重心的水平方向的惯性矩比垂直方向的惯性矩显著减小。
然而，目前市场上多数超大尺寸的1号木杆的惯性矩的范围约在4000～4300g·cm²。因此，对于中度和高度残疾玩家而言，有必要使用更具相容性的1号木杆或金属木杆，以便利用在垂直方向和水平方向都有更高限制的惯性矩的优势。
发明内容
本发明包括用于例如金属木杆、1号木杆、球道木杆、推杆或多用杆的中空杆头的多种有效形状，这些形状包括但并不限定于三角形、截去顶角的三角形或梯形。这些形状使用的表面积较少，却有较大的重量可被重新分布，由此来改进旋转惯性矩和重心的位置。
本发明还包括有轻质中间部的中空杆头，这样更大的重量能够被重新分布，以改进旋转惯性矩和重心的位置。
附图说明
本发明的前述特征和其它特征及优点从下文对发明的说明并结合附图中的图示中能体现得更清楚。附图在此被结合并构成说明书的一部分，而且用于解释本发明的原理，使本领域相关技术人员能够利用和使用好本发明。
图1是本发明的球杆头的前视部分剖面图，显示了球杆头的内部；
图2a-2d分别是本发明的理想化的三角形球杆头的俯视图、透视图、侧视图和前视图；
图3a-3d分别是另一个理想化的球杆头的俯视图、透视图、侧视图和前视图；
图4是图1中的球杆头的侧视图；
图5是图1中的球杆头的俯视图；
图6是图1中的另一实施例的侧面透视图，其中球杆头包括轻质的中间部；及
图7-13是本发明的具有轻质中间部的球杆头的其它实施例透视图。
具体实施方式
高尔夫球杆头具有旋转惯性矩(“MOI”或者“Inertia”)是本领域公知的，并在包括美国专利No.4420156在内的众多文献中作了充分地讨论，这篇专利文献在此被整体结合作为参考。当惯性矩太小时，杆头容易由于偏心击打而过分旋转。惯性矩越大，表示旋转质量越大和偏心击打的旋转越小，由此使得偏心击打飞得更远并更接近预定的路线。如图1所示，可以通过绕经过球头重心的垂直轴来测量惯性矩(Iyy)，以及绕经过球头重心(c.g.)的水平轴来测量惯性矩(Ixx)。球头绕经过重心的垂直的y轴旋转的趋势表示偏离y轴的偏心击打产生的旋转量。类似地，球头绕经过重心的水平的x轴旋转的趋势表示偏离经过重心的x轴的偏心击打产生的旋转的量。大多数偏心击打都会导致绕x轴和y轴旋转的趋势。较高的Iyy和Ixx减小了旋转趋势，并且为偏心击打提供更多相容性。
还是如图1所示，也可以通过绕杆身轴线来测量惯性矩(Isa)。首先，在测量前将球杆的面板置于固定位置，然后计算面板和设定高击倾角和静止角。任何高尔夫球击打都会产生使球杆头绕轴心线旋转的趋势。朝向趾部(toe)方向的偏心击打会产生绕轴心线旋转的最大的趋势，而朝向跟部(heel)方向的偏心击打只会产生绕轴心线旋转的最小的趋势。较高的Isa减小了旋转趋势，并且为击打面提供了更多控制。
一般而言，为增加甜蜜区，球杆头的重心要移向杆头的底端和后部。这就使得一般水平的球手能把球在空中击打得更快，击打得更远。此外，球杆头的惯性矩的增大可以将偏心击打导致的距离和准确度的处罚减到最小。为了向下向后移动重量，而又不增加球杆头的整体重量，可以将材料或重量从球杆头的一个区域移动到另一个区域。材料可以从球杆的面板取，这样球杆面板就变薄，也可以从冠部和/或底板取，并把它们向球杆的后部放置。
本发明的发明者发现了一种球杆头的独特而有效的形状，其能在通过重心的垂直和水平轴的两个方向上提供较高的旋转惯性矩。这种形状的球杆头以一种理想化的形式图示在图2a-2d中。从俯视方向看，如图2a所示，理想化的球杆头10有一个截去顶角的三角形或梯形的冠部12，并且它的边缘/侧面从击打面14至背部16逐渐缩小，就如图2c所示那样。此处，术语“三角状”或“三角形”是指基本上为梯形或截去顶角的三角形，不管有没有被形成圆形的角部。
理想化的球杆头10满足USGA的所有的尺寸限制。尤其是，球杆头的体积设定在460cc，重量限制在200克内。正如图2a所示，从击打面14至背部(aft)16的距离为5英寸，而且球杆头10最宽的部分，如线条18所示，也是5英寸宽。因此，球杆头10满足USGA规定的5英寸见方的限制。击打面14为2英寸高，低于USGA限定的2.8英寸，其长度为4英寸。背部16的高度略大于0.75英寸，长度略大于1英寸。背部16的水平长度大约为击打面14的长度的大约1/8至大约1/3，优选为1/4。选择的这些尺寸使得理想化的球杆头满足USGA所作的体积限定。
击打面14的厚度设定为0.122英寸，以模拟实际的击打面，而球杆的其余侧壁的厚度设定在约0.026英寸。在保持球杆头的重量为200克的同时，由于表面区域的有效利用，即，最小化球杆头的表面积，来减少球杆头的重量，这样能够减少大约19克重量，并且将其置于接近背部16的位置处，使重心的位置和球杆头的转动惯性矩最大化。这一理想化的球杆头10的质量特性如表1所示。
表1