发明领域
本发明涉及一个高尔夫球杆头，其包含一个由金属材料制成的主体以及具有小于主体比 重的盖子构件。
背景技术
最近几年中，提出了由金属主体制成的中空高尔夫球杆头和由纤维增强树脂制成的盖子 构件。这些球杆头基于很小的树脂比重从而减轻其重量。更进一步，减轻的重量可以被分配 给，例如，球杆头的趾侧、跟侧或球杆头的背面。因此，这些球杆头使得在重量分配设计上 的自由度有所提高。
然而，上述提及的球杆头在击球时的声音(以下称为“击球音”)不佳。具体的，其具有 的趋势是击球音调降低并且混响时间缩短。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供一种击球音得以改进的高尔夫球杆头。更进一步，本发 明的另一个目标是提供其耐用性以及在重量分配设计的自由度得到改善的高尔夫球杆头。
根据本发明，一种高尔夫球杆头包括一个中空高尔夫球杆头，它具有用于撞击高尔夫球 的面部，包括：
由至少一种金属材料制成的主体，所述主体具有该面部和至少两个开口，且
盖子构件盖在所述主体上以覆盖所述开口，所述盖子构件包括
至少一个由纤维增强树脂制成的树脂盖子构件和
至少一个由金属材料制成的金属盖子构件，且
所述树脂盖子构件和所述金属盖子构件各自具有小于所述主体的比重。
附图说明
图1是根据本发明的一个木质高尔夫球杆头的立体图；
图2是该球杆头的俯视图；
图3是该球杆头的正视图；
图4是该球杆头的仰视图；
图5是根据图2中线A-A所切得的截面图；
图6所示的是一个主体和盖子构件的分解透视图；
图7所示的是本发明的另一实施方式的球杆头的俯视图；
图8所示的是该主体的正视图；和
图9所示的是该主体的一个仰视图。
具体实施方式
在此将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
图1至5所示的是在标准条件下，根据本实施方式的高尔夫球杆头1以指定的落地角α 和杆面倾角β(真杆面倾角)放置在水平表面HP上。在图中，根据本发明的球杆头1是一 个中空木质球杆头，例如#1发球杆以及具有空腔i的球道木杆。
球杆头1包括；面部3，其正面界定了用于击打高尔夫球的杆面2；顶部4，其与杆面2 相交在杆面2的上边缘2a处；底部5，其与杆面2相交在杆面2的下边缘2b处；侧部6，其 在顶部4和底部5之间，从杆面2的趾侧边缘2c经过杆头的背面延伸到杆面2的跟部侧边缘 2d；和颈部7，其具有插杆孔7a，从而与球杆(未示出)末端相接。插杆孔7a的轴心线CL 要调整使得球杆头1以落地角α放置。
根据本实施方式的球杆头1的容积优选等于或大于300cm3，更优选等于或大于400cm3， 更进一步优选等于或大于420cm3。因此，在准备击球时可以增加舒适度，并有可能增加甜蜜 (最佳击球)面积和惯性矩。在这种情况下，该球杆头容积的上限是不受特别限制的，然而， 理想的是，例如，等于或小于500cm3，且基于R&A和USGA的规定，优选地限定为等于或 小于470cm3。
如图6中所示，根据本实施方式的球杆头1包括一个由金属材料制成的主体M，该主体 M具有至少两个开口O和至少两个与主体M相连以覆盖开口O的盖子构件C。
在本实施方式中，主体M具有三个开口，包括位于最高位置上的开口O1，位于最低位 置上的下开口O2和位于上开口O1和下开口O2之间的中间开口O3。这些开口O1、O2、O3 提供在除面部3的部位中。这里，插杆孔7a没有被包括在开口的数量中。更进一步，在本实 施方式中，盖子构件C包括覆盖上开口O1的上盖C1，覆盖下开口O2的下盖C2和覆盖中 间开口O3的中间盖C3。
开口O1、O2和O3可以减少主体M中金属材料的用量。因此，根据本实施方式的球杆 头1能够制造轻型球杆头和/或提高重量分配设计的自由度等等。更进一步，通过提供两个或 更多开口O，每个开口的面积可以被设置得很小。同时，可以在不降低开口总面积的情况下 防止主体M强度的减弱。从这点考虑，开口数量优选不小于两个，更优选不小于三个。另一 方面，从主体M的生产率考虑，开口的数量优选不大于五个，更优选不大于四个。
主体M包括：面部3；形成顶部4的一部分且包围上开口O1的顶主壁10；形成底部5 的一部分且包围下开口O2的底主壁11；形成侧部6的一部分且包围中间开口O3的侧主壁 12；以及颈部7。这些开口O1至O3提供在除面部3的部位中。
根据本实施方式的主体M通过浇注而整体地形成每个部分。这种主体M可以得到关于 落地角和杆面倾角的精确尺寸。更进一步，由于主体M包括侧主壁12，因此许多重量通过球 杆头1的圆周被分散掉。因此，可以制造一种具有很大惯性矩的球杆头。根据另一实施方式， 主体M通过例如锻造、铸造、挤压或轧辊的方法形成两个或更多部件，随后通过焊接法或其 他方法将它们整体安装成形。
在本实施方式中，主体M是由钛合金例如适合于浇注的Ti-6Al-4V制成。钛合金具有一 个大约4.4至4.5范围内的比重。
关于主体M的比重ρ1，如果它太小，那么球杆头1的惯性矩有变小的趋势。反之，如 果比重ρ1太大，那么有个趋势就是球杆头容积很难增大。从这点考虑，主体M的比重ρ1 优选不小于2.0，更优选不小于4.0，但不大于10.0，更优选不大于9.0。
至于满足该比重的金属材料可以使用，例如，不锈钢(如ρ1≌7.8)，高镍合金钢(如ρ 1≌7.7)，一种铝合金(如ρ1≌2.7)，非晶态合金(如ρ1≌7.6)或其他。
在这种情况下，主体M可以使用两种或多种金属材料形成。这里的比重是目标材料与作 为标准材料的4摄氏度下的水的密度之比。
如图5中所示，顶主壁10包括一个形成顶部4的外和内表面的顶主体部10a和一个环绕 上开口O1的顶接收部10b。顶接收部10b具有一个阶梯面来连接和支持上盖C1外围部分的 内表面。
在本实施例中，上开口O1设置在顶部4的背面一侧。顶部4的杆面一侧在击球的时受 到一个很大的冲击力。因此，通过在远离杆面2的位置上设置上开口O1可以提高球杆头的 耐用性。
在如图1至6所示本实施方式中，上开口O1的形状包括一个基本与杆面2的上边缘2a 平行的前沿O1e以及一个基本与顶部后边缘4B平行的后沿O1r。结果是，上开口O1具有一 个类似月牙的形状。
虽未特别限制，但理想地是，在前后方向上从球杆头1的前沿Le(在标准条件下最靠近 球杆正面2的位置)到球杆头最末位置的最长长度所对应的球杆头长度La，与在前后方向上 从前沿Le到上开口O1的最短距离L1之比(L1/La)优选不小于0.15，更优选不小于0.20， 还要更优选不小于0.40。另一方面，如果最短距离L1太大，那么上开口O1的面积有变小的 趋势，因而球杆头1会有一个很高的重心G。从这个观点看，希望比值(L1/La)不大于0.80， 更优选不大于0.60。
这里，前后方向是指在标准条件下平行于从球杆头1平面图中的重心G指向球面2的法 线N的方向，如图2所示。
如图5中所示，底主壁11包括一个形成底部5的外和内表面的底主体部11a和一个环绕 下开口O2的底接收部11b。底接收部11b也具有一个阶梯面来连接和支撑下盖C2外围部分 的内表面。
底板开口O2的形状包括一个基本与球杆正面2的下边缘2b平行的前沿O2e以及一个基 本与底板后边缘5B平行的后沿O2r。结果是，下开口O2具有一个类似月牙的形状。
在图4和5中所示的本实施方式中，下开口O2设置在底部5的背面一侧。通过在远离 杆面2的位置上设置下开口O2，球杆头的耐用性得到进一步提高。出于与顶主壁10的情况 同样的原因，球杆头长度La与在前后方向上从前沿Le到下开口O2的最短距离L2之比 (L2/La)优选不小于0.15，更优选不小于0.20，还要更优选不小于0.30，但不大于0.70，更 优选不大于0.60，还要更优选不大于0.50。
如图4和5中所示，侧主壁12包括一个形成侧部6的外和内表面的侧主体部12a和一个 环绕中间开口O3的侧接收部12b。侧接收部12b也具有一个阶梯面来连接和支撑中间盖C3 外围部分的内表面。
在本实施方式中，中间开口O3设置在侧部6的背面一侧。球杆头长度La与在前后方向 上从前沿Le到中间开口O3的最短距离L3之比(L3/La)优选不小于0.20，更优选不小于0.30， 还要更优选不小于0.50，但不大于0.80，更优选不大于0.70，还要更优选不大于0.60。
为了提高球杆头1的耐用性，优选对比值(L1/La)、(L2/La)和/或(L3/La)中的至少一 个，更优选两个，更进一步优选三个加以限制。
接收部10b、11b和12b各自的阶梯的厚度基本等于连接其上的盖子构件C1、C2和C3 各自的厚度。因此，每个接收部分10b、11b和12b以与各自主体部10a、11a和12a的外表 面齐平的方式支撑着每个盖子构件C1、C2和C3。因此，可以省去抛光等过程因而球杆头的 生产率得以提高。
在本实施方式中，每个盖子构件C1、C2和C3用粘合剂等固定到各自的接收部10b、11b 和12b。如图5所示，从每个开口O的边缘以垂直方向测量得到的每个接收部10b、11b和 12b的宽度Wa没有特别地限制，然而，如果它太小，那么主体M和盖子构件之间的粘合面 积变小，由此粘合力降低，相反如果它太大，那么开口O的面积变小，由此会产生一个趋势 是节省重量的效果不充分。从这点考虑，希望宽度Wa优选不小于5.0mm，更优选不小于 10.0mm，但不大于30.0mm，更优选不大于20.0mm，还要更优选不大于15.0mm。在这种情 况下，宽度Wa可以固定，也可以变化。
在如图3所示的标准条件中，开口O包括优选地是至少两个区：下区A1，其占到最大 杆头高度H(从水平面HP到顶部3的最高高度)的1/3或更低；上区A3，其占到自水平面 HP起的高度H的2/3或更高；以及中区A2，它是位于下区A1和上区A3之间的区域。这样， 开口O可以分布在球杆头1的宽度范围内，且从整体上获得了大的开口面积，并防止了球杆 头硬度降低。
尤其是，希望上开口O1至少60％的表面积位于上区A3中。此外，希望下开口O2至少 60％的表面积位于下区A1中。在本实施方式中，上开口O1的整个表面积位于上区A3中， 且下开口O2的整个表面积位于下区A1中。而且，中间开口O3至少60％的表面积位于中间 区A2中。因此，根据本实施方式，开口O位于各自区域A1、A2和A3中。
这里，开口O各自的表面积是指投影到球杆头1表面上的表面积。
如图6所示，每个盖子构件C1、C2和C3被形成为与每个开口O的形状平滑相配的弯 曲薄板。在本实施方式中，每个盖子C1、C2和C3和主体M分开形成，且被固定到每个接 收部10b、11b和12b上使其覆盖每个开口O。
盖子构件C包括至少一个由纤维增强树脂制成的比重ρ3比主体M小的树脂盖子构件X， 和至少一个由金属材料制成的比重ρ2比主体M小的金属盖子构件Y。在本实施方式中，下 盖C2和中间盖C3形成为树脂盖子构件X，而上盖构件C1形成为金属盖子构件Y。这里， 当主体M由两种或更多种金属材料制成时，主体M的比重ρ1取平均密度，即主体M的质 量与体积的比值。
纤维增强树脂由基体树脂和增强纤维组成，具有比主体M小的比重。因此，根据本实施 方式的球杆头1通过使用树脂盖子构件X，可以在底部5和侧部6上获得较好的重量节省效 果。省下的重量是，例如，被分配到主体M的适当部分从而使重心G降低和/或增大惯性矩。
如果纤维增强树脂的比重ρ3太小，那么树脂的强度容易下降，相反地，如果比重ρ3太 大，那么不容易提高球杆头1的重量分配设计的灵活性。从这点出发，纤维增强树脂的比重 ρ3与主体M的比重ρ1之比(ρ3/ρ1)优选不小于0.10，更优选不小于0.15，但不大于0.8， 更优选不大于0.7，还要更优选不大于0.5。
关于基体树脂，可以使用例如环氧树脂，不饱和聚酯树脂，乙烯基醚树脂，酚醛树脂， 尼龙树脂和聚碳酸酯树脂可以被使用。此外，关于纤维，可以使用例如碳纤维；玻璃纤维； 有机纤维如芳香尼龙纤维，聚亚苯基苯并唑树脂纤维(PBO纤维)等等；以及金属纤维如非 晶态纤维，钛纤维等。尤其优选小比重和高拉伸弹性强度的碳纤维。这里，纤维包括短纤维 和/或长纤维。
此外，对纤维的拉伸弹性模量没有特别限制，然而，如果它太小，就不能确保树脂盖子 X的硬度且耐用性趋于降低，相反如果太大，则其成本增加，且抗拉强度趋于降低。从这点 出发，希望纤维的弹性模量优选不小于50GPa，更优选不小于100GPa，还要更优选不小于 200GPa，但优选不大于450GPa，更优选不大于350GPa，还要更优选不大于300GPa。在这里， 纤维的弹性模量是指拉伸下的弹性模量，是根据JIS R7601的“碳纤维测试方法”测量得到 的数值。在本实施方式中，树脂盖子构件X是由环氧树脂和碳纤维复合而成的纤维增强树脂 制成的。
根据本实施方式，金属盖子构件Y的比重ρ2大于树脂盖子构件X，但小于主体M。对 金属盖子Y的金属材料没有特别限制，然而可以列出的有，例如镁合金(ρ2≌1.7)，铝合金 (ρ2≌2.7)，和/或比重小于主体M的钛合金。在本实施方式中的金属盖Y使用的是镁合金。
包含两个或更多个全部由纤维增强树脂制成的盖子构件的球杆头在击球时具有一些缺 点，例如能量损失大，回弹性能降低，以及击球音调低且混响短。相反，根据本发明，金属 盖子构件Y可以延长击球音的混响，并在无需增加球杆头重量的情况下解决了其他提及的缺 点。
尤其是，由于顶部4击球时会发生大的弹性弯曲，顶部4的特性很大程度上影响了击球 音和能量损失。因此，根据本实施方式，通过在顶部4中使用金属盖子构件Y可以获得混响 长的高击球音，低能量损失和高耐用性。另一方面，根据本实施方式，通过使用用于中间盖 C3和下盖C2的树脂盖子构件X还可能获得足够重量下的余地并且在重量分配设计方面具有 很高的自由度，所述盖子构件C2和C3被设置在对击球音和能量损失没有太大影响的底部5 和侧部6中。这样，本实施方式的球杆头1可以充分平衡的改进击球音、耐用性和重量设计 的自由度。
此外，为了提高上述效果，金属盖子构件Y的比重ρ2和主体M的比重ρ1之比(ρ2/ ρ1)优选不小于0.15，更优选不小于0.20，但优选不大于0.8，更优选不大于0.7，进一步优 选不大于0.5。如果比重ρ2太小，那么金属盖子构件Y的强度有下降的趋势，如果比重ρ2 太大，就很难充分提高重量设计的灵活性。
如图1至6所示的本实施方式中，如果金属盖Y的比重ρ2相比树脂盖X的比重ρ3来 说太大，则球杆头的重心G有变高的趋势。从这点考虑，比重ρ2优选不大于树脂盖X的比 重ρ3的1.2倍，更优选不大于0.9倍。
为了充分改进上述提及的效果，所有用树脂盖子构件X覆盖的开口O的表面积的总面积 S3与所有用金属盖子构件Y覆盖的开口O的表面积的总面积S2之比(S2/S3)优选不小于 0.2，更优选不小于0.3，但是优选不大于0.8，更优选不大于0.6，且更进一步优选不大于0.4。 如果比值(S2/S3)太小，由于金属盖子构件Y的表面积太小而难以改进击球音。另一方面， 如果比值(S2/S3)太大，由于树脂盖X的表面积太小而难以改进重量分配设计上的自由度。
更进一步，为了改进球杆头1的击球音，能量损失以及耐用性，面积S2和面积S3的总 开口面积(S2+S3)优选不小于球杆头1的整个表面的15％，更优选不小于20％，更进一步 优选不小于30％，但不大于70％，更优选不大于60％，更进一步优选不大于50％。球杆头1 的整个表面积是在插杆孔7a被预先堵上的情况下测量的。
更进一步，为了改进球杆头1的击球音，能量损失和耐用性，每个开口O1、O2和O3 的表面积优选不小于整个球杆头1的表面积的3％，更优选不小于5％，但优选不大于40％， 更优选不大于35％，还要更优选不大于30％。当然，每个开口O的面积不必相同。
关于树脂盖子构件X的制造方法，可以使用一种所谓的内压形成方法在浇注的同时使盖 子构件C与主体M整体形成，例如，通过在接收部11b和12b上设置至少一个未固化的预浸 纱片以覆盖开口O2和O3，并且让它在一个模子(未显示)里铸型。在这个方法中，一个膨 胀内胆被预先安置到主体M的空腔i中。这样，预浸纱片受到来自内部和外部的热量和压力， 从而被铸造成需要的形状。
图7所示的是根据本发明的球杆头的另一实施方式。在标准条件下的平面图中，球杆头 1的上开口O1在杆面2的一侧具有弯曲的前沿O1e。弯曲前沿O1e是一个向着球杆头1的背 面平稳凸起的圆曲线。最终，上开口O1的球杆趾侧和跟侧部分都相对其中心部分向杆面2 延伸。
根据本实施方式的上开口O1可以给接受很大撞击力的顶部4的中心提供足够的硬度， 尤其是在不减少上开口O1面积的情况下。因此，根据本实施方式的球杆头1可以改进耐用 性以及进一步改进击球音。虽然对弯曲前沿O1e的弯曲度半径Ra没有限制，但优选地设置 为从50mm至150mm的范围内。
本发明适用于木质中空球杆头例如发球杆和球道木杆，但也可以应用发明在其它类型的 球杆头，例如多用途杆、铁杆和patter杆。此外，开口等的形状可以有各种改变。更进一步， 在根据本发明的其他实施方式中，有一种情况是盖子构件C的数量比开口的数量少。 对比测试：
制造一个容积为400cm3，整个表面积为300cm3，杆面倾角为11度和落地角为57度的的 #1木杆用高尔夫球杆头，并对其击球音，耐用性和回弹性能进行测定。
主体由比重ρ1为4.5的钛合金Ti-6Al-4V浇铸而成。主体的平面图和仰视图如图8和图 9所示。在图8和图9中，两条虚线显示当改变开口形状时的轮廓。
通过使用五个单向预浸纱片和一个模子，每个树脂覆盖构件(CFRP)被形成为厚度约 0.8mm、比重ρ3为1.6的薄板。预浸纱片包括一种双酚A环氧树脂和由三菱丽阳有限公司制 造的抗拉弹性模量为392GPa的平行炭纤维“HR40”。预浸纱片进一步包括纤维方向与前后方 向平行的第一层以及另一方面纤维方向与趾-跟方向平行的第二层。
金属盖子构件由厚度约1.0mm、比重ρ2为1.6的镁合金形成。每个盖子构件通过使用粘 合剂与开口的每个接收部分结合。
此外，评价方法如下。
击球音：
将每个球杆头安装到一个由SRI体育用品有限公司制造的炭杆“MP-200(Frex.R)”上得 到一个45英寸的木质高尔夫球杆。然后，十个高尔夫球手使用上述球杆击打高尔夫球并评价 击球音。然后，为每个高尔夫球杆记录下那些感觉击球音比参考例1的要好的高尔夫球手的 数量。数值越大，击球音越好。
惯性矩：
横向惯性矩是在标准条件下围绕穿越重心G的垂直轴的惯性矩。垂直惯性矩是在标准条 件下围绕在杆头趾-跟方向上穿越重心G的垂直轴的惯性矩。这些力矩是用“惯性矩测量仪器 型号NO.005-002，惯性动力学公司”测量的。数值越大，惯性矩越好。
回弹性能：
根据“美国高尔夫球协会，规则4-1e、附录II、修订本2(1999年2月8日)的测量球 杆头的速率的程序”，获得了每个球杆头的复原系数被。数值越大，回弹性能越好。
耐用性：
将上述提及的每个球杆装到一个挥杆机上以50m/s的球杆头速度以杆面甜蜜点反复地击 打高尔夫球直到能看到球杆头损坏，记录下击打的次数(Max.＝4000次)。
结果如表1所示。
表1 参考例1 参考例2 参考例3 参考例4 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 参考例5 球杆头的整个表面积S[cm2] 300 上开口表面积/S[％] 盖子材料 5 CFRP 5 CFRP 20 CFRP 30 CFRP 5 15 20 30 30 镁合金 中间开口表面积/S[％] 盖子材料 0 - 5 CFRP 5 CFRP 10 CFRP 5 CFRP 5 CFRP 5 CFRP 10 CFRP 10 镁合金 下开口表面积/S[％] 盖子材料 0 - 5 CFRP 30 CFRP 30 CFRP 5 CFRP 20 CFRP 30 CFRP 30 CFRP 30 镁合金 全部开口的总面积(S2+S3)/S[％] 5 15 55 70 15 40 55 70 70 用金属盖子构件覆盖的开口总面积S2/S[％] 0 0 0 0 5 15 20 30 70 用树脂盖子构件覆盖的开口总面积S3/S[％] 5 15 55 70 10 25 35 40 0 比值(S2/S3) 0 0 0 0 0.5 0.6 0.57 0.25 - 球杆头重量[指数] 100 100 100 100 100 100 100 100 100 比值(ρ2/ρ1) 比值(ρ3/ρ1) 比值(ρ2/ρ3) - 0.35 0 - 0.35 0 - 0.35 0 - 0.35 0 0.4 0.35 1.13 0.4 0.35 1.13 0.4 0.35 1.13 0.4 0.35 1.13 0.4 - - 试验结果 击球音[*] - 2 1 0 9 8 8 8 8 耐用性[球数量] 没有损坏 3700 3700 3600 没有损坏 3900 3850 3800 3500 回弹性能 0.850 0.846 0.840 0.835 0.849 0.848 0.847 0.845 0.846 横向惯性矩[g·cm2] 3500 3800 4100 4300 3750 3880 4050 4240 3880 水平惯性矩[g·cm2] 2000 2050 2300 2500 2020 2150 2260 2450 1980
[*]是指感觉击球音比参考例1更好的测试者的数量。
从试验的结果看，可以确认击球音、回弹性能和耐用性能得到了改进。此外，还可以确 定的是由于惯性矩大，重量分配设计的灵活性得以提高。