专利名称：优化惯量积的高尔夫球杆头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大体积高尔夫球杆头，它优化了转动惯量积。更具体地说，本发明涉及一种大体积高尔夫球杆头，它具有大转动惯量，并且其惯量积的绝对值较小。
因为普通高而球杆头通常由金属合金或其它密度基本上均匀的材料构成，所以这些高尔夫球杆头的重量特性通常由它们的整体形状所限定。因此，为了改变高尔夫球杆头重心位置，往往需要重新设计高尔夫球杆头的形状或结构。但是，这会对高尔夫球杆头的其它所要求的特性产生负面影响。
在使用复合材料(通常为碳素增强塑料)制造高尔夫球杆头的情况中，高尔夫球杆头设计工艺会更复杂。因为复合材料其密度通常小于金属和其它普通材料，所以复合高尔夫球杆头通常需要另外加重以便使成品高尔夫球杆头实现所要求的挥杆重量。
由美国高尔夫协会(USGA)和The Royal and Golf Club of SaintAndrews制定和解释的高尔夫规则对高尔夫球头提出了特定的要求。在规则4和附件II中可以找到针对高尔夫球杆头的这些要求。在位于www.usga.org的USGA网页上可以得到高尔夫规则的全部说明。虽然高尔夫规则没有明确地规定高尔夫球杆的具体参数，但是规则4-1d规定，高尔夫球杆头在形状上应该大体上为平的，并且所有部件应该使刚性的、实质上是结构的并且起特定作用的。
在过去几年中，发球杆和球道木杆的体积已经增加以便为高尔夫球手提供更大的宽容性(forgiveness)。由Callaway Golf Companyof Carlsbad，California生产的195立方厘米(cc)的BIG BERTHA是大体积发球杆的开始。BIG BERTHA不锈钢发球杆之后是GREAT BIGBERTHA钛发球杆，它也是由Callaway Golf公司生产的，其体积为295cc。最近，由Callaway Golf公司开发出锻造钛ERC发球杆，它具有300cc的体积。这些大体积发球杆部分由于它们的尺寸所以具有比先前的高尔夫球杆更大的转动惯量，并且需要将重心设置在令人满意的位置中。人们相信，增加发球杆的转动惯量Ixx、Izz和Iyy会使得发球杆更加宽容。但是，以减小偏移形式的宽容性不是转动惯量的函数，而是惯量积Ixy、Ixz和Iyz的结果。
惯量积涉及在杆头绕着一根轴线转动情况下绕着另一根轴线的力矩。这些杆头转动反过来产生垂直或水平变速效果，该作用为高尔夫球施加增加的或减小的后旋和左旋或右旋。和由与Iyy和Izz相关的普通变速效果所产生的旋转不同，这些旋转不能通过调节杆面凸起半径和杆面惯性半径来进行补偿。由于杆头开始超过300cc并且转动惯量越来越大，Izz大于3000克-平方厘米并且Iyy大于1800克-平方厘米，所以惯量积也倾向于变得越来越大。由于惯量积变得越来越大，所以在偏移上存在不好的影响。
因此，需要一种具有大转动惯量的大体积高尔夫球杆头，它具有更小的惯量积。由于大惯量积是伴随着大转动惯量，因此这种需要难以满足。
本发明的一个方面是一种高尔夫球杆，它包括具有顶部、底部和击球板的主体。该主体具有中空内部。该高尔夫球杆头的体积为300立方厘米(cm3)至600cm3。该高尔夫球杆头的惯量积Ixy、Ixz和Iyz的中的每一个的绝对值小于100克-平方厘米(g-cm2)。
本发明的另一个方面在于具有由顶部、底部和击球板构成的主体的高转动惯量高尔夫球杆。该主体具有中空内部。该高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量为3000g-cm2至5000g-cm2。该高尔夫球杆头其围绕着穿过高尔夫球杆头重心的水平轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2。高尔夫球杆头的惯量积Ixy、Ixz和Iyz中的每一个的绝对值小于100g-cm2。
本发明的另一个目的在于一种具有由钛合金构成的主体并且其质量小于250克(g)的高尔夫球杆头。在所述主体的中空内部中设有质量小于85g的多个配重件。高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2。该高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的水平轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2。高尔夫球杆头的惯量积Ixy、Ixz和Iyz中的每一个其绝对值小于100g-cm2。
本发明的另一个方面是一种具有由不锈钢材料构成的主体并且其质量小于250克(g)的高尔夫球杆头。在所述主体的中空内部中设有质量小于85g的多个配重件。高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2。该高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的水平轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2。高尔夫球杆头的惯量积Ixy、Ixz和Iyz中的每一个其绝对值小于100g-cm2。
本发明的另一个方面在于一种具有顶部、底部、击球板和从顶部向外延伸的外部插鞘的高尔夫球杆头。该高尔夫球杆头其围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2。该高尔夫球杆头其围绕着穿过高尔夫球杆头重心的水平轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2。高尔夫球杆头的惯量积Ixy、Ixz和Iyz中的每一个其绝对值小于100g-cm2。
本发明还有一个目的在于一种具有顶部、底部和击球板的高尔夫球杆头。该高尔夫球杆头具有中空内部并且由钛合金材料构成。该高尔夫球杆头其质量小于250g，并且击球板具有厚度变化的同心区域。在所述主体的中空内部中设有配重件。该高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2。该高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的水平轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2。高尔夫球杆头的惯量积Ixy、Ixz和Iyz中的每一个其绝对值小于100g-cm2。
附图的简要说明
图1为本发明的高尔夫球杆头的顶部平面图；图2为图1的高尔夫球杆头的后视图；图3为图1的高尔夫球杆头的尖部端视图；图4为图1的高尔夫球杆头的后跟端视图；图5为图1的高尔夫球杆头沿着直线5-5剖开的剖视图；图6为图1的高尔夫球杆头沿着直线6-6剖开的剖视图；图7为图1的高尔夫球杆头沿着直线7-7剖开的剖视图；图8为图1的高尔夫球杆头沿着直线8-8剖开的剖视图；图8A为具有带有附着插鞘的底板的可选实施方案的高尔夫球杆头的剖视图；图9为本发明的高尔夫球杆头的分解视图；图9A为本发明的高尔夫球杆头的另一个可选实施方案的分解视图；图9B为本发明的高尔夫球杆头的另一个可选实施方案的分解视图；图9C为本发明的高尔夫球杆头的一个可选实施方案的分解视图；图10为本发明的高尔夫球杆的顶部平面图，显示出Y轴线和X轴线；图10A为本发明的高尔夫球杆头的后跟侧平面图，显示出Z轴线和X轴线；图10B为本发明的高尔夫球杆头的前平面图，显示出Z轴线和Y轴线；图11为本发明的高尔夫球杆头的前平面图，显示出测试架坐标XT和YT以及变换后的头部架坐标YH和ZH；图12为使用用于本发明的高尔夫球杆头的重心工作台来沿着X轴线测量重心的视图；图12A为使用用于本发明的高尔夫球杆头的重心工作台来沿着Y轴线测量重心的视图；图12B为使用用于本发明的高尔夫球杆头的重心工作台来沿着Z轴线测量重心的视图；图12C为用于本发明的高尔夫球杆头的惯性动态转动惯量机，并且显示出沿着XT方向从杆头到旋转轴线的距离；图12D为用于本发明的高尔夫球杆头的惯性动态转动惯量机，并且显示出沿着YT方向从杆头到旋转轴线的距离；图12E为用于本发明的高尔夫球杆头的惯性动态转动惯量机，并且显示出沿着ZT方向从杆头到旋转轴线的距离；图13显示出惯量积Iyz在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的高-中心击打而产生的上升力上的作用；图14显示出惯量积Iyz在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的低-中心击打而产生的下降力上的的作用；图15显示出惯量积Izy在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心后跟击打而产生的闭合力上的作用；图16显示出惯量积Izy在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心尖部击打而产生的打开力上的作用；图17为其惯量积Iyz＝0的高尔夫球杆和惯量积Iyz＝300的高尔夫球杆的击球位置(x轴线)与偏移(y轴线)的曲线图；图18为高尔夫球杆的球杆面的示意图，并且具有在惯量积Iyz每增加100g-cm2的情况下在三个不同击球位置处的偏移变化；
图19为用于图案偏移散布的偏移(y轴线)与惯量积Iyz(x轴线)的曲线图；图20为高尔夫球杆的球杆面的示意图，并且具有在惯量积Iyz每增加100g-cm2的情况下在九个不同击球位置处的偏移变化；图21为击球距离(y轴线)与惯量积Iyz(x轴线)的曲线图；图22为高尔夫球杆的球杆面的示意图，并且具有在惯量积Iyz每增加100g-cm2的情况下在九个不同击球位置处的击球距离变化；图23显示出惯量积Ixy在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心后跟击打而产生的垂直力上的作用；图24显示出惯量积Ixy在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心尖部击打而产生的垂直力上的作用；图25显示出惯量积Ixy在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的高-中心击打而产生的上升力上的作用；图26显示出惯量积Ixy在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的低-中心击打而产生的下降力上的作用；图27为击球距离(y轴线)与惯量积Ixy(x轴线)的曲线图；图28为高尔夫球杆头的球杆面的示意图，并且具有在惯量积Ixy每增加100g-cm2的情况下在九个不同击球位置处的击球距离变化；图29为对于图案偏移散布的偏移(y轴线)与惯量积Ixy(x轴线)的曲线图；图30为高尔夫球杆头的球杆面的示意图，并且具有在惯量积Ixy每增加100g-cm2的情况下在九个不同击球位置处的偏移变化；图31显示出惯量积Ixz在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心后跟击打而产生的垂直力上的作用；图32显示出惯量积Ixz在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心尖部击打而产生的垂直力上的作用；图33显示出惯量积Ixz在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心后跟击打而产生的闭合力上的作用；图34显示出惯量积Ixz在由高尔夫球对在本发明的高尔夫球杆的击球板的偏心尖部击打而产生的打开力上的作用；图35为击球距离(y轴线)对惯量积Ixz(x轴线)的曲线图；图36为高尔夫球杆头的球杆面的示意图，并且具有在惯量积Ixz每增加100g-cm2的情况下在九个不同击球位置处的击球距离变化；图37为对于图案偏移散布的偏移(y轴线)对惯量积Ixz(x轴线)的曲线图；图38为高尔夫球杆头的球杆面的示意图，并且具有在惯量积Ixz每增加100g-cm2的情况下在九个不同击球位置处的偏移变化；图39为由穿过重心的X轴线和Y轴线分成四个象限的本发明的高尔夫球杆的顶视图；图40为由穿过重心的X轴线和Z轴线分成四个象限的本发明的高尔夫球杆的尖部侧视图；图41为由穿过重心的Y轴线和Z轴线分成四个象限的本发明的高尔夫球杆的前视图；图42为由穿过重心的Y轴线和Z轴线分成四个象限的本发明的高尔夫球杆的前视图，并且具有设置在象限I中的配重件；图43为由穿过重心的Y轴线和Z轴线分成四个象限的本发明的高尔夫球杆的前视图，并且具有设置在象限II中的配重件。
优选实施方案的详细说明如在图1-4中所示一样，本发明的高尔夫球杆头大体上由20表示。高尔夫球杆头的所有惯量积(Ixy、Ixz和Iyz)其绝对值低于100g-cm2。优选的是，惯量积Ixy、Ixz和Iyz小于50g-cm2，并且最优选的是，惯量积Ixy、Ixz和Iyz接近0。本发明的高尔夫球杆头20绕着Z轴线的转动惯量将为2800g-cm2至5000g-cm2，优选为3000g-cm2至4000g-cm2，并且最优选为3500g-cm2至4000g-cm2。本发明的高尔夫球杆头20绕着Y轴线的转动惯量将为1500g-cm2至2500g-cm2，优选为1800g-cm2至2100g-cm2，并且最优选1900g-cm2至2050g-cm2。该高尔夫球杆头20的体积优选为300立方厘米(cc)至600cc，并且更优选为325cc至525cc。
该球杆头20优选为发球杆或球道木杆。在优选的实施方案中，主体22具有顶部24、球杆面26、底部28和连接底部28和顶部24的带状部30。带状部30通常从尖部端32延伸到后跟端34。带状部30通常在球杆面26的一个端部处开始并且终止在球杆面26的相对端部处。主体22的后部36与球杆面26相对并且由带状部30、顶部24和底部28的部分所限定。带状部30加大了球杆头20的体积，并且有助于形成一种具有如在下面更详细地所述一样的更高的转动惯量。还有，在球杆头20的后跟端34处是具有用来在其中插入杆身的杆身孔39的内部插鞘38。
主体22由金属、复合材料、塑料材料等构成。在优选的实施方案中，主体22由碳预浸材料(预浸透)板层片(plies)或者类似的非金属材料构成。在可选的实施方案中，主体22由锻造的钛合金材料构成。在另一个可选实施方案中，主体22由锻钢材料构成。在还有另一个可选实施方案中，主体22由铸造钛合金材料构成。那些本领域普通技术人员将知道，在不脱离本发明范围和精神的情况下，主体22可以由其它材料构成。
主体22优选具有由顶部24、球杆面26、底部28和带状部30的壁所形成的中空内部44。顶部24、底部28和带状部30的壁相对较薄以便减小质量。由于必须承受高尔夫球的冲击，所以球杆面26的壁厚比其它壁更厚。如果球杆面26由金属材料构成的话，则优选的是，它具有如在美国专利No.5830084中所披露的可变厚度，该文献其全文在这里被引用作为参考。
如在图5-7中所示一样，球杆头20具有多个设置在球杆头20的中空内部44中的配重件40。配重件40设置用来设定重心以提高转动惯量并且减小惯量积。在优选的实施方案中，如在下面更详细地所述一样，配重件40优选嵌入在预浸材料层片的层中。在可选的实施方案例如由金属材料构成的主体中，每个配重件40是由与底部29相同的材料构成配重腔以便焊接在其上。配重腔限定了预定体积的腔室，并且设置在其中的材料密度为7-20克/立方厘米并且重量为3-10克(铋是一种这样的材料)。在于2000年8月4日申请的题目为“用于高尔夫球杆头的配重系统”的共同未决美国专利No.6364788中披露了这种配重件40，该文献其全文在这里被引用作为参考。在其它实施方案中，配重件是在适当位置处螺纹啮合到主体22中的钨螺钉或者焊接在主体22上的配重片。那些本领域普通技术人员将了解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以采用其它配重方法。
如在图8中所示的一样，底板42连接在底部28的外表面上，而插鞘38设置在球杆头20的中空内部44中。底板42优选由金属例如铝、钛或不锈钢构成。底板42重约5-15克。插鞘38优选由金属例如不锈钢或聚碳酸酯材料构成。插鞘38优选重为12-16克。在图8A中所示的另一个实施方案具有整体式底板和插鞘，例如在于1999年12约29日申请的题目为“用于高尔夫球杆头的整体式底板和插鞘”的美国专利No.6244976中所披露的一样，该文献其全文在这里被引用作为参考。那些本领域普通技术人员将了解，该插鞘可以是从高尔夫球杆头的后跟端向上延伸的外部插鞘，并且这种外部插鞘在惯量积上具有作用。
配重件40优选由带有高密度金属(如钨)的薄膜或金属材料例如铜、钨、钢、铝、锡、银、金、铂等构成。优选的配重件40是一种填充有金属以达到适当密度的热塑材料，并且金属填充剂可以是钨、青铜、铜、钢、锡等。每个配重件40的密度大于主体22的材料。每个配重带40分别重约3-35克，并且更优选为10-30克。在优选的实施方案中，所有配重件40的总组合重量大约为30-80克，并且最优选为60克。
如在图9中所示一样，优选的是将一个配重件40以U形的布置设置在上带状部30a中以提高高尔夫球杆头20的转动惯量。第二平衡配重件40′在高尔夫球杆头20的尖部端32处设置在下带状部30b中，用来使内部插鞘38平衡以便将高尔夫球杆头20的惯量积降低到100g-cm2以下。在上带状部30a中的配重件40从大约球杆面26的后跟端34穿过后部36延伸到球杆面26的尖部端32。但是，这个配重件40可以只沿着上带状部30a的后部36、上带状部30a的后跟端34、上带状部30a的尖部端32或者其任意组合延伸。在下带状部30b中的平衡配重件40′优选与内部插鞘38的转动惯量作用相配。
在具有由复合材料构成的主体22的优选实施方案中，配重件40是一种共同固化在上带状部30a上的整体件。但是，两个、三个、四个或更多配重件40可以沿着一部分上带状部30a共同固化和延伸。多个配重件40可以水平地或垂直地隔开。例如，如在图9A中所示一样，三个单独的配重件40a-c相互平行并且沿着上带状部30a的基本上整个长度延伸。在如图9B中所示一样的可选实施方案中，多个配重件40a-j沿着上带状部30a的整个长度均匀地分布。在图9C中所示的还有一个实施方案中，三个单独的配重件40a-c设置在带状部30的尖部端32、带状部30的后部36以及带状部30的后跟端32中。该实施方案没有平衡配重件40′，但是配重件40a-c重量是变化的以便提供一种其所有惯量积(Ixy，Ixz和Iyz)都小于100g-cm2的高尔夫球杆头20。那些在本领域普通技术人员将了解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对配重件40作出各种变化。
如上所述，优选的复合材料是预浸材料层片。预浸复合材料片层片是通过以平行的动作拉伸纤维束优选为碳素或玻璃纤维穿过树脂薄膜并且使得树脂部分固化或“分级”。当树脂部分分级时，树脂将纤维保持在一起，从而这些纤维形成一种韧性片，并且其所有纤维相对于该片的边缘处于特定取向中。示例性碳预浸材料纤维片可以从Newport Composites of Santa Ana，California、Cytec Inc.Of Anaheim，California或Hexcel Inc.Of Pleasonton，California中得到。或者，复合体22的各层41a-c可以包括多个没有任何树脂的复合纤维层片，每个层片通常包括有连续的纤维编织物或毡，如在于1997年10月23日申请的美国专利6010411中所披露的一样它们用来制作干燥的加强预制件，该文献其全文在这里被引用作为参考。
复合主体22可以包括一个或多个预浸材料层片，它们在结构上限定了高尔夫球杆头20的各个壁。根据高尔夫球杆头20的所要求的结构特性当然可以利用许多其它结构。在于1999年12月29日申请的题目为“复合高尔夫球杆头和制造方法”的共同未决美国专利No.6248025中披露了一种这样的结构，该文献其全文在这里被引用作为参考。
图10、10A和10B显示出穿过高尔夫球杆头重心的惯性轴。这些惯性轴由X、Y和Z表示。向前至向后的X轴线从击球板26延伸穿过重心CG并且通向高尔夫球杆头20的后面。水平Y轴线基本上与球杆面26平行地从高尔夫球杆头20的尖部端32延伸穿过重心CG并且通向高尔夫球杆头20的尖部端34。垂直轴线Z从顶部24延伸穿过重心CG并且通向底部28。X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
如在由Ralph Maltby所编的Golf Club Design，Fitting，Aleteration&Repair，4thEdition中所限定的一样，高尔夫球杆头重心或质心是在由当悬挂时球杆头平衡情况下两个或多个位置的垂直相交所确定的高尔夫球杆头内侧的点。在Golf Club Design，Fitting，Alteration&Repair中给出了该重心的这种定义的更全面的说明。
如图11和11A中所示一样，高尔夫球杆头20的重心和转动惯量优选使用测试架(XT、YT、ZT)来测量，然后转变成杆头架(XH、YH、ZH)。如在图12、12A和12B中所示一样，可以使用在其上具有两个重量刻度的重心台55的中心来获得高尔夫球杆头重心。如果存在杆身的话，则将它除去并且用具有多个与高尔夫球杆头20的轴垂直的杆面的插鞘球杆57来代替。给出高尔夫球杆头20的重量，在同时将高尔夫球杆头放置在两个秤上并且沿着特定方向X、Y或Z方向进行称重时，这些秤使得人们能够确定出该高尔夫球杆头的重量分布。这些重量秤与地球重力平行，从而使得可以计算出沿着每个方向的重量分布以确定出重心的位置，其中
WAO、WBO没有头部(紧固件)的重量，并且WAH、WBH具有头部的重量采用以下等式来确定X轴线位置∑MA＝0＝(WBH-WBO)l-rWr=(WBH-WBO)Wl]]>约束条件l2+d1=r+XcgT+s+d2]]>-XTcg=(WBH-WBO)Wl+S+d2-l2-dl]]>采用以下等式来确定Y轴线位置∑MA＝0＝(WBH-WBO)l-rWr=(WBH-WBO)Wl]]>约束条件l2+d1=r+YcgT]]>YTcg=-(WBH-WBO)Wl+l2+d1]]>采用以下等式来确定Z轴线位置∑MA＝0＝(WBH-WBO)l-rWr=(WBH-WBO)Wl]]>约束条件l‾2+d1=r+ZcgT]]>-ZTcg=-(WBH-WBO)Wl-l2-dl]]>一旦确定了测试架坐标，采用以下等式将它们变换成头部架坐标
XHcg＝-ZTcgYHcg＝-Xcgcos(∝lie)+Ycgsin(∝lie)-dz/tan(∝lie)ZHcg＝-Xcgsin(∝lie)+Ycgcos(∝lie)+dz或者 采用一种如在图12C、12D和12E中所示一样的惯性动态转动惯量机59来测量转动惯量。该机器59具有一块矩形板，该板上带有彼此间隔0.5英寸的插鞘孔。该矩形板安装在机器59上以使其进行振动。将高尔夫球杆头20安放在该矩形板上，并且通过该机器测量出一个振动周期的时间。振动周期时间与高尔夫球杆头绕着该机器的转动轴线的转动惯量直接相关，这实际上是具有通过由扭转弹簧所产生的回复力的单自由度。
通过改变高尔夫球杆头安装在该板上的取向，从而可以测量出所要求的对于某根轴线的转动惯量。需要九个不同的取向来产生惯性张量，并且由于所测量出的转动惯量包括板和插鞘，所以需要九次另外的测量来测量出初始装置的基准转动惯量。高尔夫球杆头的转动惯量是通过高尔夫球杆头、插鞘和板以及该机器的内部自身转动质量所取得的测量结果和只是通过插鞘和板和该机器的内部转动质量所获得的测量结构之间差值。对于用高尔夫球杆头完成的九次测量而言，杆头之间的取向是相同的，在矩形板的位置取决于具体高尔夫球杆头重心。在没有高尔夫球杆头的情况下进行的九次测量在插鞘的方位和位置方面是相同的。该机器具有一种重心和转动惯量程序，用来计算出矩形板上的插鞘孔，这些插鞘孔将重心设置在离转动轴线最近的地方，从而减小了误差。该程序采用了平行轴线定理来确保转动轴线没有包含高尔夫球杆头重心。这将产生出绕着重心的惯性张量，这反过来使得能够计算出该高尔夫球杆头绕着任何轴线的转动惯量。
表1
表1列出了现有技术高尔夫球杆头的重心位置、绕着重心的转动惯量以及惯量积。任意现有技术复合杆头其绕着Z轴线的转动惯量Izz小于2436.00g-cm2。Yonex 1 AERONA 300复合发球杆其围绕着Z轴线的最大转动惯量Izz为2435.72g-cm2。任意现有技术复合杆头其绕着Y轴线的最大转动惯量Iyy小于1300.00g-cm2。Daiwa1，G3复合发球杆其绕着Y轴线的最大转动惯量为1298.21g-cm2。表1的所有复合杆头的质量为186g-208.5g。具有高转动惯量或者体积大于300cc的表1的每根复合高尔夫球杆其惯量积的至少一个绝对值超过100g-cm2。例如，Yonex 1 AERONA 300具有表1的最大转动惯量，但是其惯量积Ixy为205.06g-cm2。Daiwal，G-3的所有惯量积绝对值低于100g-cm2，但是G-3高尔夫球杆头的体积只有195cc，并且其最高的转动惯量只有1951.54g-cm2。因此，Daiwal，G-3能够表明是具有高体积或高转动惯量以及低于100g-cm2的惯量积的高尔夫球杆。
表2
表2列出了由Callaway Golf Company of Carlsbad，California生产的现有技术金属高尔夫球杆头的绕着重心的转动惯量以及惯量积，从行1的GREAT BIG BERTHA铸钛发球杆开始，行2中的BIGGESTBIG BERTHA铸钛发球杆，行3中的GREAT BIG BERTHA铸钛发球杆，行4中的BIG BERTHASTEELHEAD PLUSTM铸造不锈钢发球杆以及在行5中的ERC锻造钛发球杆。表2的任意高尔夫球杆其绕着Z轴的转动惯量小于2900.00g-cm2。CALLAWAY GOLFBIGGEST BIGBERTHA发球杆其绕着Z轴的最大转动惯量Izz为2900g--cm2。表2中的任意高尔夫球杆头其绕着Y轴的转动惯量小于1800.00g-cm2。表2的所有高尔夫球杆头的质量为186克-208.5克。表2的所有高尔夫球杆头其惯量积的至少一个绝对值超过100g-cm2。例如，GREAT BIG BERTHA的惯量积Iyz和Ixz小于绝对值100g-cm2，但是惯量积Ixy其绝对值大于100g-cm2。
表3
表3列出了本发明高尔夫球杆头20的转动惯量和惯量积。“未配重”的球杆头20(没有配重件)重量为90克-120克，从而允许安放60克-105克的配重来实现减小本发明高尔夫球杆头20的惯量积。本发明高尔夫球杆头20绕着Z轴的转动惯量Izz将为2800g-cm2至5000g-cm2，优选为3000g-cm2至4500g-cm2，并且最优选为3500g-cm2至4000g-cm2。本发明高尔夫球杆头20绕着Y轴的转动惯量Iyy将为1500g-cm2至2500g-cm2，优选为1800g-cm2至2100g-cm2，并且最优选为1900g-cm2至2050g-cm2。本发明高尔夫球杆头20的惯量积Ixy其绝对值小于100g-cm2。优选的是，惯量积Ixy小于50g-cm2，并且最优选的是惯量积Ixy接近0。本发明高尔夫球杆头20的惯量积Ixz其绝对值小于100g-cm2。优选的是，该惯量积Ixz小于50g-cm2，并且最优选的是惯量积Ixz接近0。本发明高尔夫球杆头20的惯量积Iyz其绝对值小于100g-cm2。优选的是，该惯量积Iyz小于50g-cm2，并且最优选的是惯量积Iyz接近0。
图13-38显示出惯量积是怎样影响受到高尔夫球杆击打的高尔夫球的击球距离和偏移。
图13显示出惯量积Iyz对于由高中心击打产生的上升力的作用。高中心击打被定义为其打击区域位于高尔夫球杆头20的重心上方的击打，而低中心击打被定义为其打击区域位于高尔夫球杆头20的重心下面的击打。对于高中心击打而言，如在图13中所示一样，惯量积Iyz在高尔夫球杆头20中引起上升(lofting)力矩，这产生闭合转动，从而导致高尔夫球63出现右旋。
图14显示出惯量积Iyz对由低中心击打所产生下降力的作用，惯量积Iyz在高尔夫球杆头20中引起下降力矩，这产生打开旋转，从而导致在高尔夫球63出现左旋。
图15显示出惯量积Iyz对由偏心后跟击打所产生的闭合力的作用。惯量积Iyz在高尔夫球杆头20中产生闭合力矩，这产生上升转动，从而导致高尔夫球63出现上旋。
图16显示出惯量积Iyz对由偏心尖部击打而产生的打开力的作用。惯量积Iyz在高尔夫球杆头20中产生打开力，这产生下降力，从而导致高尔夫球63出现后旋。
图17显示出惯量积Iyz在高尔夫球的偏移上的作用。其惯量积Iyz为0的高尔夫球杆对于任意击打位置而言具有相对较小的偏移，而惯量积Iyz为300(绝对值)的高尔夫球杆其偏移根据击打位置而变化35英寸。
图18显示出由增加惯量积Iyz而在偏移上的作用。高中心击打Iyz每增加100g-cm2具有向右6.9英尺的偏移，而低中心击打Iyz每增加100g-cm2具有向左(L)4.2英尺的偏移。
图19显示出对于九个击打图案的平均值而言增加惯量积Iyz在偏移上的作用。图20显示出由增加惯量积Iyz而在偏移上产生的九次击打位置作用。
图21和22显示出对于九次击打图案的平均值而言由惯量积Iyz在击球距离上产生的作用。例如，高中心击打在Iyz每增加100g-cm2的情况下在击球距离上具有0.3码的作用，并且高尖部击打在Iyz每增加100g-cm2的情况下在击球距离上具有1.5码的作用。
图23显示出在偏心后跟击打情况下惯量积Ixy对于垂直力的作用。惯量积Ixy在高尔夫球杆头20中产生尖部向上力矩，这产生上升旋转，从而导致在高尔夫球63出现上旋。
图24显示出在偏心尖部击打情况下惯量积Ixy对于垂直力的作用。惯量积Ixy在高尔夫球杆头20中产生尖部向下力矩，这产生出下降转动，从而导致在高尔夫球63中产生后旋。
图25显示出在高中心击打情况下惯量积Ixy对于上升力的作用。惯量积Ixy在高尔夫球杆头20中产生出上升力矩，这产生出尖部向上转动，从而导致高尔夫球63对于后跟击打而言具有后旋，对于尖部击打而言具有上旋并且对于中心击打而言具有低速旋转(fadespin)。
图26显示出在低中心击打情况下惯量积Ixy对于下降力的作用。惯量积Ixy在高尔夫球杆头20中产生下降力矩，这产生尖部向下转动，从而导致高尔夫球63对于尖部击打而言具有后旋，对于后跟击打而言具有上旋并且对于中心击打而言具有低速旋转(fadespin)。
图27和28显示出对于九次击打图案的平均值而言在增加惯量积Ixy的情况下在击球距离上的作用。例如，高中心击打在Ixy每增加100g-cm2的情况下在击球距离上具有-0.3码的作用，而下尖部击打在Ixy每增加100g-cm2的情况下在击球距离上具有-0.9码的作用。
图29和30显示出对于九次击打图案的平均值而言在增加惯量积Ixy的情况下在偏移的作用。例如高中心击打在Ixy每增加100g-cm2的情况具有偏右3.9英尺的作用，而低尖部击打在Ixy每增加100g-cm2的情况下具有偏右2.1英尺的作用。
图31显示出在偏心后跟击打的情况中惯量积Izx对垂直力的作用。惯量积Izx在高尔夫球杆头20中产生尖部向上力矩，这产生闭合转动，从而导致高尔夫球63出现右旋。
图32显示出在偏心尖部击打情况中惯量积Izx对垂直力的作用。惯量积Izx使得在高尔夫球杆头20中产生尖部向下运动，这产生打开转动，从而导致高尔夫球63出现左旋。
图33显示出在偏心后跟击打情况中惯量积Izx对于闭合力的作用。惯量积Izx在高尔夫球杆头20中产生闭合力矩，这产生尖部向上转动，从而导致高尔夫球63出现后旋。
图34显示出在偏心尖部击打情况中惯量积Izx对于打开力的作用。惯量积Izx在高尔夫球杆头20中引起打开力矩，这产生出尖部向下转动，从而导致高尔夫球63出现后旋。
图35和36显示出对于九次击打图案的平均值而言在增加惯量积Ixz的情况下在击球距离上的作用。例如，高后跟击打在Ixz每增加100g-cm2的情况下在击球距离上具有-0.9码的作用，并且低尖部击打在Ixz每增加100g-cm2的情况下在击球距离上具有-0.9码的作用。
图37和38显示出在增加惯量积Ixz的情况下对于九次击打图案的平均值而言在偏移上的作用。例如，高后跟击打在Ixz每增加100g-cm2的情况下将具有向右4.5英尺的作用，并且高尖部击打在Ixz每增加100g-cm2的情况下具有向左3.9英尺的作用。
如在图39中所示一样，本发明的球杆头20被分成四个区域，I、II、III和IV。加入在区域I或III中的质量增加了惯量积Ixy，而加入在区域II或IV中的质量降低了惯量积Ixy。质量在任意给定区域内的加入位置决定了Ixy的改变大小。采用下面公式通过加入的质量“m”以及该质量的X和Y坐标(其中由高尔夫球杆头20的重心CG中测量出X和Y)来确定Ixy的递增改变Ixy＝§§mdxdy因此，沿着X或Y轴的增加质量在Ixy上没有任何作用，而沿着平分X和Y轴的对角线增加质量在Ixy上产生最大作用(添加或减小)。
如在图40中所示一样，本发明的球杆头20分成四个区域I、II、III和IV。加在区域I或III中的质量增加了惯量积Ixz，而加入在区域II或IV中的质量减小了惯量积Ixz。质量在任意给定区域内的加入位置确定了Ixz的改变大小。采用下面公式通过加入的质量“m”以及该质量的X和Z坐标(其中由高尔夫球杆头20的重心CG中测量出X和Z)来确定Ixz的递增改变Ixz＝§§mdxdz因此，沿着X或Z轴的增加质量在Ixz上没有任何作用，而沿着平分X和Z轴的对角线增加质量在Ixz上产生最大作用(添加或减小)。
如在图41中所示一样，本发明的球杆头20分成四个区域I、II、III和IV。加在区域I或III中的质量增加了惯量积Iyz，而加入在区域II或IV中的质量减小了惯量积Iyz。质量在任意给定区域内的加入位置确定了Iyz的改变大小。采用下面公式通过加入的质量“m”以及该质量的Y和Z坐标(其中由高尔夫球杆头20的重心CG中测量出X和Z)来确定Iyz的递增改变Iyz＝§§mdydz因此，沿着Y或Z轴的增加质量在Iyz上没有任何作用，而沿着平分Y和Z轴的对角线增加质量在Iyz上产生最大作用(添加或减小)。
为了说明在Iyz上影响，如在图42中所示一样将5克配重件40′加入到球杆头20上。该配重件加入在区域I中沿着Y轴线离重心4厘米并且沿着Z轴线离重心1厘米的位置处。采用上述公式Iyz＝§§mdydz，则Iyz＝5g*4cm*1cm＝20g-cm2。通过在配重件40′的面积上进行积分来说明质量的有限尺寸来确定配重件40′在Iyz上的精确作用。
在图43中显示出第二实施例，其中5克配重件40′设置在区域II中沿着Y轴线离重心3厘米并且沿着Z轴线在重心下方1厘米的位置处。采用上述公式Iyz＝§§mdydz，则Iyz＝5g*3cm*-1cm＝-15g-cm2。通过在配重件40′的面积上进行积分来计算质量的限定尺寸来确定配重件40′在Iyz上的精确作用。
权利要求
1.一种高尔夫球杆头，它包括主体，它具有顶部、底部和击球板，该主体具有中空内部；其中所述高尔夫球杆头的体积为300cm3至600cm3，并且高尔夫球杆头的每个惯量积Ixy、Ixz和Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
2.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的所述转动惯量Izz大于3000g-cm2。
3.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述主体由多层聚酯胶片材料层片(plies)构成。
4.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，该高尔夫球杆头的每一个惯量积Ixy、Ixz和Iyz其绝对值小于50g-cm2。
5.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述主体由选自钛、钛合金、不锈钢和非晶体金属中的材料构成。
6.如权利要求3所述的高尔夫球杆头，其特征在于，还包括配重带，它由选自压实薄膜、铜、钨和铋中的材料构成。
7.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的所述转动惯量Izz为3500g-cm2至5000g-cm2。
8.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆头绕着穿过高尔夫球杆头重心的转动惯量Iyy至少为1900g-cm2。
9.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆头的体积为350cm3至525cm3。
10.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，所述高尔夫球杆头的重量为150克-250克。
11.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2。
12.如权利要求1所述的高尔夫球杆头，其特征在于，绕着高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3700g-cm2至5000g-cm2。
13.一种高尔夫球杆头，包括具有中空内部并且由复合材料构成的主体，所述主体具有球杆面、底部、顶部、连接底部和顶部的带状部、后跟端和尖部端；以及多个配重带，这多个配重带中的每一个由密度大于所述复合材料的材料构成，所述多个配重带中的每一个设置在带状部上；其中所述高尔夫球杆头的体积为300cm3至600cm3，并且高尔夫球杆头的每个惯量积Ixy、Ixz和Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
14.一种高尔夫球杆头，包括具有顶部、底部和击球板的主体，该主体具有中空内部；其中所述高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2，其围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2，并且高尔夫球杆头的每个惯量积Ixy、Ixz和Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
15.一种高尔夫球杆头，包括具有顶部、底部和击球板的主体，该主体具有中空内部，该主体由钛合金材料构成，该主体的质量小于250g；设置在所述主体的中空内部的多个配重件，所述多个配重件的总质量小于85g；其中所述高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2，围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2，并且高尔夫球杆头的每个惯量积Ixy、Ixz和Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
16.一种高尔夫球杆头，包括具有顶部、底部和击球板的主体，所述主体具有中空内部，所述主体由钢合金材料构成；设置在所述主体的中空内部内的多个配重件，所述多个配重件其总质量小于85g；其中所述高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2，其围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2，并且高尔夫球杆头的每个惯量积Ixy、Ixz和Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
17.一种高尔夫球杆，包括具有顶部、底部、击球板和从顶部向外延伸的外部插鞘的高尔夫球杆头，该高尔夫球杆头具有中空内部；其中所述高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2，其围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2，并且高尔夫球杆头的每个惯量积Ixy、Ixz和Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
18.一种高尔夫球杆，包括具有顶部、底部和击球板的高尔夫球杆头，所述高尔夫球杆头具有中空内部，该高尔夫球杆头由钛合金材料构成，所述高尔夫球杆头其质量小于250g，所述击球板具有厚度变化的同心区域；多个设置在所述主体的中空内部里的配重件，所述多个配重件其总质量小于85g；其中所述高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2，其围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Y的转动惯量Iyy为1900g-cm2至2050g-cm2，并且高尔夫球杆头的每个惯量积Ixy、Ixz和Iyz绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
19.一种高尔夫球杆头，包括具有顶部、底部和击球板的主体，所述主体具有中空内部；其中所述高尔夫球杆头的体积为300cm3至600cm3，所述高尔夫球杆头的惯量积Ixy其绝对值小于50g-cm2，该高尔夫球杆头的惯量积Ixz的绝对值小于100g-cm2，并且该高尔夫球杆头的惯量积Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
20.一种高尔夫球杆头，包括具有顶部、带有带状部的底部以及击球板的主体，该主体具有中空内部；多个设置在所述主体的中空内部中的配重件，所述多个配重件的总质量为85g；其中所述高尔夫球杆头的体积为300cm3至600cm3，所述高尔夫球杆头围绕着穿过高尔夫球杆头重心的垂直轴线Z的转动惯量Izz为3000g-cm2至5000g-cm2，所述高尔夫球杆头的惯量积Ixy其绝对值小于50g-cm2，该高尔夫球杆头的惯量积Ixz的绝对值小于100g-cm2，并且该高尔夫球杆头的惯量积Iyz的绝对值小于100g-cm2，其中这些惯量积由穿过高尔夫球杆头的重心的垂直轴线Z、穿过高尔夫球杆头的重心并且与击球板基本上平行的水平轴线Y以及穿过高尔夫球杆头的重心的向前至向后的轴线X所限定，所述X轴线、Y轴线和Z轴线相互垂直。
全文摘要
这里披露了一种惯量积Ixy、Ixz和Iyz的绝对值小于100g－cm
文档编号B29C70/34GK1463196SQ02801890
公开日2003年12月24日 申请日期2002年7月18日 优先权日2001年7月26日
发明者马修·T·恰卡特, D·克莱顿·埃文斯, 里查德·C·黑尔姆施泰特, 弗兰克·H·法恩, 阿兰·豪克奈尔 申请人:卡拉韦高尔夫公司