CN103657018A - 具有挠曲部的高尔夫球杆头 - Google Patents

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Abstract

高尔夫球杆头包括冠部、杆底、插鞘、球杆面和挠曲部。挠曲部在高尔夫球杆头与高尔夫球之间碰撞过程中提供柔性，并调整以便恰好在撞击后以预定频率振动。

Description

具有挠曲部的高尔夫球杆头
技术领域
本发明涉及改进的高尔夫球杆头。更特别地，本发明涉及具有与其面相邻的柔性部分（compliant portion）的高尔夫球杆头。
背景技术
高尔夫球杆设计的复杂性是众所周知的。球杆各部件（即球杆头、杆身、握把及其子部件）的规格直接影响球杆的性能。由此，通过改变设计规格，可以调整高尔夫球杆以具有特定的性能特性。
早已研究了球杆头的设计。其中球杆头设计中更为突出的考虑是杆面倾角、杆底角、杆面角、杆面水平膨凸弧度、杆面垂直膨凸弧度、重心、惯性、材料选择和整体球杆头重量。虽然这组基本标准通常是高尔夫球杆工程设计的焦点，一些其它设计方面也必须引起注意。球杆头的内部设计可以调整以实现特定性能，如包含插鞘或杆身连接装置、球杆头上的周缘重量和在中空球杆头中的填料。
高尔夫球杆头必须牢固以承受高尔夫球杆与高尔夫球之间碰撞过程中发生的反复冲击。在这瞬时事件过程中产生的载荷可以生成超过2,000lbs的峰值力。由此，主要挑战是设计球杆面和球杆体以抵抗材料屈服或断裂导致的永久形变破坏。由钛制成的常规中空金属一号木通常具有超过2.5毫米的面厚度以确保球杆头的结构完整性。
运动员通常寻找能够提供最大距离和落地准确度的金属一号木与高尔夫球的组合。撞击后球行进的距离由球的平动速度的大小与方向和球的旋转速度或自旋决定。环境条件，包括大气压力、湿度、温度和风速进一步影响球的飞行。但是，这些环境效应超出了高尔夫设备制造商的控制。高尔夫球落地准确度还取决于多个因素。这些因素中的一部分归结于球杆头设计，如重心和杆面挠性。
美国高尔夫球协会（USGA）——美国的高尔夫规则监管机构——有高尔夫球性能的规格。这些性能规格规定了合格高尔夫球的尺寸与重量。一条USGA规则将高尔夫球在规定的撞击后的初速限制为250英尺/秒+2%（或255英尺/秒最大初速）。为了获得更大的高尔夫球行进距离，必须在遵守规则的同时使撞击后的球速和球杆撞击的恢复系数最大化。
通常，高尔夫球行进距离是用球杆头撞击过程中赋予球的总动能的函数，忽略环境的影响。在撞击过程中，动能由球杆转移并以弹性应变能形式储存在球杆头中和以粘弹性应变能力形式储存在球中。在撞击后，球和球杆中储存的能量以球以及球杆的平动和旋转速度形式重新转化为动能。由于撞击并非是完全弹性的，一部分能量被消耗在球杆头振动和球的粘弹松弛中。粘弹松弛是所有制造的高尔夫球中使用的聚合材料的材料性质。
球的粘弹松弛是额外的能量源，其取决于形变速率。为了最小化此类效果，必须降低形变速率。这可以通过在撞击过程中允许更多的球杆面形变来实现。由于金属形变可以是纯粹弹性的，储存在球杆面中的应变能在撞击后返回到球，由此提高了撞击后球的出球速度。
可以使用多种技术以改变球杆面的形变，尤其包括均匀杆面减薄、具有加劲肋和变化厚度的减薄杆面。这些设计应具有足够的结构完整性以抵抗反复撞击，而不会使球杆面永久形变。通常，常规球杆头还表现出在撞击后初始球速方面的很大差异，取决于球杆面上的撞击位置。因此，在本领域仍然需要具有更大“甜蜜区”或基本均匀的高初始球速的区域的球杆头。
近年来的技术突破为中等水平高尔夫选手提供了更长的距离，如通过浇铸越来越薄的壳厚度并转向更轻的材料如钛，由此制造更大的球杆头同时保持重量不变或甚至更轻。同样，球杆面不断地变得极薄。更薄的面使恢复系数（COR）最大化。杆面在撞击时回弹越大，赋予球的能量越大，由此提高了距离。为了使杆面更薄，制造商已经转向通常比浇铸杆面更坚固的锻造、冲压或机械加工的杆面。常见的做法是通过将锻造或冲压的金属杆面焊接到杆体或杆底以粘接这些杆面。更薄的杆面更容易损伤。本发明提供了提供具有所需的柔韧性和冲击回弹的球杆面，由此最大化COR的新方法。
发明内容
发明概述
本发明涉及包括与已知高尔夫球杆头相比改变了柔度特性的挠曲部的高尔夫球杆头。
在一个实施方案中，高尔夫球杆头包括冠部（crown）、杆底（sole）、侧壁（side wall）、插鞘（hosel）、杆面（face）和挠曲部（flexure）。冠部限定了高尔夫球杆头的上表面，杆底限定了高尔夫球杆头的下表面，侧壁在冠部与杆底之间延伸。插鞘由冠部延伸并包括杆身孔（shaft bore）。杆面限定了击球面并在杆头前缘处与下表面相交。挠曲部是长形的并凹进杆底，且在通常由脚跟到脚趾的方向上并平行于高尔夫球杆头前缘延伸，并与高尔夫球杆头的侧壁相交。该挠曲部由在顶点处接合的第一部分和第二部分限定以形成通常为鲨鱼牙齿的横截面形状。挠曲部的高度为大约5.0mm至15.0mm，横过下表面处的凹部的挠曲部宽度为大约5.0mm至大约12.0mm，并调整该挠曲部以使面部到尾部方向上横穿挠曲部的宽度在撞击后立即以大约2900Hz至大约4000Hz的频率正弦变化。
在另一实施方案中，高尔夫球杆头包括冠部、杆底、侧壁、插鞘、杆面和挠曲部。冠部限定了高尔夫球杆头的上表面，杆底限定了高尔夫球杆头的下表面，侧壁在冠部与杆底之间延伸。插鞘由冠部延伸并包括杆身孔。杆面限定了击球面并在杆头前缘处与下表面相交，并且杆面的周边接合到冠部和杆底上。挠曲部是长形的并凹进杆底，并由第一部分和第二部分限定。第一部分的长度不同于第二部分的长度，使得该挠曲部具有通常鲨鱼牙齿的横截面形状。第一部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，第二部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，并且第一部分在顶点处与第二部分接界（interfaces）。挠曲部横穿（across）杆体在通常由脚跟到脚趾方向上在距离高尔夫球杆头前缘大约5.0mm至大约20.0mm内延伸，并与高尔夫球杆头的侧壁的至少一部分相交。
在又一实施方案中，高尔夫球杆头包括冠部、杆底、侧壁、插鞘、杆面和挠曲部。冠部限定了高尔夫球杆头的上表面，杆底限定了高尔夫球杆头的下表面，侧壁在冠部与杆底之间延伸。插鞘由冠部延伸并包括杆身孔。杆面限定了击球面并在杆头前缘处与下表面相交，其中杆面的周边耦合到冠部和杆底。挠曲部是长形的并凹进杆底，并由第一部分和第二部分限定。第一部分的长度不同于第二部分的长度，使得该挠曲部具有通常鲨鱼牙齿的横截面形状。第一部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，第二部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，并且第一部分在顶点处与第二部分接界。横穿长形挠曲部宽度延伸的覆盖物横穿该凹部。该挠曲部横穿杆体在通常由脚跟到脚趾方向上在距离高尔夫球杆头前缘大约5.0mm至大约20.0mm内延伸，并与高尔夫球杆头的侧壁的至少一部分相交。
附图说明
在附图中公开了本发明的优选特征，其中在多幅附图中，类似的附图标记表示类似的构件，并且其中：
图1是本发明的球杆头的实施方案的侧视图；
图2是图1的球杆头的实施方案的底平面图；
图3是相应于图2的线3-3的横断面图；
图4是在图3中作为细节A显示的图1的高尔夫球杆头部分的横断面图；
图5是本发明的球杆头的另一实施方案的一部分的透视图；
图6是相应于图5的线6-6的横断面图；
图7是本发明的高尔夫球杆头的另一实施方案的侧视图；
图8是图7的高尔夫球杆头的另一侧视图；
图9是本发明的高尔夫球杆头的另一实施方案的侧视图；
图10是图9的高尔夫球杆头的另一侧视图；
图11是本发明的高尔夫球杆头的另一实施方案的侧视图；
图12是图11的高尔夫球杆头的底平面图；
图13是相应于图12的线13-13的横断面图；
图14是本发明的高尔夫球杆头的另一实施方案的侧视图；和
图15是图14的高尔夫球杆头的底平面图。
具体实施方式
优选实施方案详述
除了在操作实例中，或除非另有明文规定，所有数值范围、量、值和百分比，如材料量、惯性矩、重心位置、杆面倾角与脱模角、以及说明书下文部分中的其它参数的那些，可以解读为如同前面有词语“大约”那样，即使术语“大约”并未与该值、量或范围一起明确出现。因此，除非有相反的说明，下面的说明书与所附权利要求书中列举的数值参数是近似的，其可以根据通过本发明寻求获得的所需性质而改变。最起码，而非试图限制等同原则应用于权利要求的范围，各数值参数应至少根据报道的有效数字并应用普通的舍入技术来解释。
尽管陈述本发明的宽范围的数值范围与参数是近似的，具体实例中所述的数值应尽可能精确地报道。但是，任何数值固有地包含必然由其各自的试验测量中发现的标准偏差所导致的一定误差。此外，当在本文中陈述变化范围的数值范围时，可以预期的是，也可以使用包含书面陈述值的这些值的任何组合。
恢复系数（coefficient of restitution）或“COR”是碰撞效率的量度。COR是分离速度对接近速度的比。作为实例，例如对于击出高尔夫球球座的高尔夫球而言，可以使用下式确定COR：
(Mball(Vball-post-Vball-pre)+Mclub(Vball-post-Vclub-pre))/Mclub(Vclub-pre-Vball-pre)
其中，Vclub-post代表撞击后球杆的速度；
Vball-post代表撞击后球的速度；
Vclub-pre代表撞击前球杆的速度（对USGA COR条件而言值为0）；和
Vball-pre代表撞击前球的速度。
由于在碰撞过程中球的初始速度为0.0（因为其固定在高尔夫球球座上），该式简化如下：
(MballVball-post+Mclub(Vball-post–Vclub-pre))/Mclub(Vclub-pre)
COR通常取决于碰撞体（colliding bodies）的形状和材料性质。完全弹性碰撞的COR为一（1.0），表明没有能量损失，而完全非弹性碰撞或完全塑性碰撞的COR为零（0.0），表明碰撞体在撞击后没有分离，导致了最大能量损失。因此，高COR值表现出更大的球速和距离。
参照图1-4，显示了本发明的高尔夫球杆头10的一个实施方案。球杆头10包括当被高尔夫球撞击时，特别是当杆面的下部被撞击时改善球杆特性的构造。球杆头10是中空体，其包括冠部12、杆底14、在冠部12与杆底14之间延伸的裙边（skirt）16或侧壁、提供击球面20的球杆面18，以及插鞘22。要理解的是，该裙边16可以包含朝向彼此弯曲的冠部12和杆底14的周边部分以便在高尔夫球杆头的上表面与下表面之间形成过渡。该中空体限定了可以保持中空或可以部分填充的内腔24。如果将其填充的话，优选用泡沫材料或另一低比重材料填充内腔24。
当球杆头10位于击球准备位置时，冠部12提供高尔夫球杆头的上表面，杆底14提供高尔夫球杆头的下表面。裙边16在冠部12与杆底14之间延伸并构成球杆头的周缘。球杆面18提供最前击球面20并包括接合到冠部12、杆底14和裙边16上的周缘以封闭腔室24。球杆面18包括趾部26和在球杆面18的几何中心相对一侧上的跟部28。插鞘22由冠部12向外延伸，裙边16与球杆面18的跟部28相邻的冠部12和裙边16向外延伸，并提供与高尔夫球杆杆身（未显示）的连接结构。
插鞘22可以具有通孔或盲件（blind）插鞘构造。特别地，插鞘22通常是管状构件，并可以由冠部12延伸穿过腔室24至杆底14处的球杆头10的底部，或者其可以终止于冠部12与杆底14之间的位置。此外插鞘22的近端可以终止于与冠部12平齐而不是如图1和2所示那样由球杆头向外延伸远离冠部12。
内腔24可以具有任意体积，但是优选大于100立方厘米，并且高尔夫球杆头可以具有混合杆(hybrid)、球道杆(fairway)或一号木型构造（driver typeconstructions）。本发明的球杆头10的质量优选大于大约150克，但是小于大约220克，尽管该球杆头可以对给定长度具有任何适当的重量以提供所需总重量和挥杆重量。该主体可以由焊接、钎焊和/或粘接在一起的冲压、锻造、浇铸和/或模制的组件构成。高尔夫球杆头10可以由钛合金、任何其它合适的材料或不同材料的组合构成。此外，由高密度物质，如钨构成的配重构件可以接合到该高尔夫球杆头的任何部分，如杆底。
球杆面18可以包括接合到球杆面周缘32的杆面嵌入件30，如平面法兰（face flange）。该杆面周缘32限定了接收该杆面嵌入件30的开口。杆面嵌入件30优选通过焊接连接到该周缘32上。例如，可以提供多个孔屑或调整片（未显示）以形成用于定位该杆面嵌入件30的支承件，或杆面嵌入件可以定位焊接到适当位置，随后通过激光或等离子体焊接以整体连接杆面嵌入件30和周缘32。杆面嵌入件30可以通过铣削、浇铸、锻造或冲压制得，并由任何合适的材料构成，如钛、钛合金、碳钢、不锈钢、铍青铜和碳纤维复合材料及其组合。此外，冠部12或杆底14可以单独成型并接合到该主体的其余部分上。
杆面嵌入件30的厚度优选为大约0.5mm至大约4.0mm。此外，嵌入件30可以具有均匀厚度或可变厚度。例如，杆面嵌入件30可以具有较厚的中心部分和较薄的外部部分。在另一实施方案中，杆面嵌入件30可以具有两种或多种不同的厚度，并且在厚度之间的过渡可以是圆角或阶梯状的。或者，杆面嵌入件30的厚度可以向趾部26、跟部28、冠部12和/或杆底14提高或降低。要理解的是，击球面之一或二者或球杆面18的背面可以具有至少一个为弯曲的、阶梯状的或平坦的部分以改变杆面嵌入件30的厚度。
如上所述，球杆头10包括当其撞击高尔夫球时，特别是当杆面的下部撞击高尔夫球时改善球杆特性的构造。挠曲部36在冠部、杆底和/或裙边的前部形成。挠曲部36是通常在由脚跟到脚趾的方向上延伸并在杆底14的前部形成的长形波纹。
挠曲部36通常在向前/向后方向上是挠性的，并远离球杆面18在球杆头10中提供挠性部分，使得当球杆面18撞击高尔夫球时，除了局部弯曲外，球杆面18的至少一部分能够作为一个单元平移或旋转。该高尔夫球杆头设计为具有在大约3000Hz至大约6000Hz之间的两种不同的球杆面振动模式，并且该挠曲部通常构造成增加该面的不同的第二振动模式。第一球杆面振动模式主要包括在中心面与高尔夫球撞击过程中该球杆面的局部挠曲。第二球杆面振动模式的挠曲形状通常包括类似手风琴的整个球杆面的挠曲，并对球杆面与高尔夫球之间的偏心撞击提供改善的性能。
挠曲部36还配置为通常在冠部/杆底方向上保持杆底14的刚度，使得不会显著影响高尔夫球杆头的声音。在冠部/杆底方向上较低的杆底刚度通常会降低球杆头产生的音调，并且较低的音调通常是不合意的。
挠曲部36使得球杆的前部（包括球杆面18）能够与本来可能的情况不同地弯曲而不改变球杆面18的尺寸和/或形状。特别地，与该球杆面相邻的高尔夫球杆头主体的一部分设计为在撞击过程中弹性弯曲。这种挠性减少了在位于理想撞击位置下方击球时本来会发生的球速降低与回旋。理想撞击位置是与垂直于击球面并穿过高尔夫球杆头重心延伸的轴线相交的击球面上的位置，并且因此该理想撞击位置通常位于几何面重心上方大约0.5mm至5.0mm距离处。通过在杆底14中靠近球杆面18提供挠曲部36，当球杆面18在低于理想撞击位置处撞击高尔夫球时，该球杆头提供较小的球速降低和较低的回旋。由此，对于相同的挥杆特点，在本发明的球杆头上的理想撞击位置和较低位置处的击球会比常规球杆头上的相同冲击位置走得更远。将挠曲部36定位在杆底14中是尤其有益的，因为理想撞击位置在金属木杆型高尔夫球杆中通常高于几何面中心。因此，该球杆面区域的大部分通常位于理想撞击位置下方。此外，高尔夫球选手的普遍倾向是在球杆面较低位置处击打高尔夫球。但是，对由几何面重心向挠曲部定位的撞击，对具有在球杆头10的其它部分上提供的挠曲部的球杆头10而言，可以发现类似的结果。例如，对于在冠部与几何面重心之间的球撞击，具有安置在冠部的挠曲部的球杆可以改善性能。
在一个实施方案中，提供挠曲部36，使得其基本平行于球杆头10的杆头前缘38的至少一部分，使得其通常与杆头前缘一起弯曲，并在距击球面20的所选距离D内提供。优选在击球面20的30mm内、更优选击球面20的20mm且更优选在大约5.0mm至20.0mm之间的距离D处提供挠曲部36。对于较小的高尔夫球杆头，如球道木或混合木构造的那些球杆头，优选在击球面20的10mm内提供该挠曲部36。
挠曲部36由第一构件40和第二构件42构成。第一构件40接合到杆底14的向前传送部分46（forward transmittal portion）的后部边缘上，并由杆底14向内腔24中弯曲。第二构件42接合到杆底14后部的向前边缘上，并也由杆底14向内腔24中弯曲。远离杆底14间隔的第一构件40与第二构件42的末端在顶点44处彼此接合。优选地，该挠曲部是长形的，并通常在由脚根到脚趾方向上延伸。
选择挠曲部36的尺寸以便在球撞击过程中提供所需挠性。如图4所示，挠曲部36具有高度H、宽度W和卷曲长度C。高度H在顶点44与杆底14外表面之间的Y轴方向上延伸。宽度W是由挠曲部36产生并在挠曲部36与杆底14交会处之间的Z轴方向上延伸的杆底中的开口的宽度。卷曲长度C在Z轴方向上延伸并在挠曲部36与杆底14的向前交会处和顶点44之间延伸。优选地，挠曲部36具有大于4.0mm、优选大约5.0mm至大约15.0mm、更优选大约6.0mm至大约11.0mm的高度。此外，挠曲部36优选具有大于4.0mm、优选大约5.0mm至大约12.0mm、更优选大约7.0至大约11.0mm的宽度。该挠曲部还具有大约0.8mm至大约2.0mm的壁厚，并且这些尺寸优选延伸超过沿X轴的球杆头总长度的至少25%的长度。此外，第一构件40由杆底向内弯曲至内腔中，并优选具有大约20.0mm至大约45.0mm的曲率半径。下表1例示了对低于高尔夫球杆头理想撞击位置的球撞击提供更有效的能量转移并因此提供更高COR的本发明实施例的尺寸。
表1：挠曲部尺寸
Figure BDA0000382752000000101
使用有限元分析法分析上述本发明的实施例以确定对COR和高尔夫球杆头的振动响应的作用。特别是将缺少挠曲部的球杆头（即基线）与本发明的实施例相比。表2概述了该比较。
表2：比较
Figure BDA0000382752000000102
在上表中，“额外模式(extra mode)”指的是除非存在挠曲部否则将不存在的振型或天然振动模态。额外模式通常在球杆面部分相对于高尔夫球杆杆体其余部分旋转和弯曲时出现。特别地，本发明的实施例包括延伸横穿杆底部分的挠曲部，额外模式包括在球杆面与冠部之间的界面附近转动的面以使得该挠曲部弯曲。调整该挠曲部以使得在已经分析为在击球后提高球速方面最为有效的大约2900Hz至大约4000Hz的频率范围内、更优选在大约3600Hz处发生额外模式。实际上来说，该调整导致挠曲部的宽度W在撞击后立即以大约2900Hz至大约4000Hz的频率正弦变化。如果在高于或低于该范围的频率下发生该额外模式，球速实际上与不包括挠曲部的基线实例相比将更低。采用本发明的实施例1的FEA分析已经确定，调整该挠曲部以提供频率低于2900Hz、特别是大约2157Hz的额外模式，球速降至不包括挠曲部的基线高尔夫球杆头以下。此外，如本发明实施例5所示，包括过于刚性的挠曲部提供了不包括该额外模式的高尔夫球杆头，并仅提供最小的击球后球速增加。
杆底14的传送部分（transmittal portion）46在挠曲部36与杆头前缘38之间延伸。优选构造传送部分46，使得将高尔夫球撞击的力传送至挠曲部18而不使该传送部分46明显弯曲。例如，将传送部分取向，使得其不容易弯曲。特别地，与传送部分46（在向前/向后和脚跟/脚趾方向上）的中心相切的传送平面相对于地面成一角度α。角度α优选小于或等于击球准备时高尔夫球杆头的杆面倾角，使得传送平面与击球面之间的角度通常等于或小于90°，以至于传送部分46不容易在击球过程中弯曲。
挠曲部36可以通过任何合适的方式成型。例如，挠曲部36可以作为杆底14的主要部分浇铸。或者，挠曲部36可以冲压或锻造成杆底部件。此外，该挠曲部可以通过包括增厚区域并在增厚区域中机械加工凹部以形成挠曲部来成型。例如，旋转铣削法可用于提供所需凹部，该旋转铣削法通常描述在应用于表面凹部的2012年8月14日提交的美国专利号US8,240,021中，但是可以通过提高旋转切削工具的尺寸并改变刀头的形状以使用该方法加工具有所需形状的挠曲部。通常，该方法使用一种工具，所述工具具有平行于该杆底并垂直于该高尔夫球杆头的杆头前缘的旋转轴和形状适于产生所需挠曲部形状的切削端。该工具随后沿着通常平行于杆头前缘的切削路径移动。作为下文中更详细描述的进一步替代方案，如图5和6中所示，可以将单独的挠曲部组件添加到杆底上的挠曲部以进一步调整杆底的挠曲部。
如图1的实施方案中所示，高尔夫球杆头的球杆面可以包括单独冲压、锻制和/或机械加工并接合到高尔夫球杆头的主体上的杆面嵌入件。或者，如图5和6中所示，整个球杆面可以冲压、锻制或浇铸成均匀壳体的一部分，从而省去将单独的杆面嵌入件粘接或以其它方式永久固定到该主体上。作为另一替代方案，如12中所示，该球杆面可以是冲压或锻制的杆面组件，如杆面杯（face cup）的一部分，该杆面组件包括杆底、冠部和/或裙边部分。在此类实施方案中，杆面组件接合到球杆头主体的剩余部分上，距离该杆面平面大约0.2英寸至大约1.5英寸。优选地，该杆面组件包括延伸至挠曲部的杆底的传送部分或该杆面组件包括传送部分与挠曲部。
在图5和6中例示的另一实施方案中，高尔夫球杆头60是包括冠部62、杆底64、在冠部62与杆底64之间延伸的裙边66、提供击球面70的球杆面68和插鞘69的中空主体。该中空主体限定了内腔74，内腔74可以保持中空或可以完全或部分填充。
挠曲部76在杆底前部形成，但是其或可以在冠部和/或裙边中形成。挠曲部76优选是在通常由脚跟到脚趾方向上延伸并在高尔夫球杆头60的主体的杆底64的前部形成的长形波纹。挠曲部76在球杆面68后方在球杆头60中提供挠性部分，使得在球杆面68撞击高尔夫球时至少一部分球杆面68除了局部弯曲外能够作为一个单元平移或旋转。
挠曲部76使得球杆的前部（包括球杆面68）能够与本来可能的情况不同地弯曲而不改变球杆面68的尺寸和/或形状。这种挠性减少了在击球失误（即在远离理想撞击位置处击球）时本来会发生的球速降低和在低于理想撞击位置处击球的回旋。例如，通过在靠近球杆面68处在杆底64中提供挠曲部76，当击球位于低于理想撞击位置处时球杆头可以减少球速降低。由此，在使用过程中，对于一般挥杆特点，在本发明的球杆头的球杆面上较低位置处发生的击球在与常规球杆头上的相同冲击位置相比时会走得更远。
在一个实施方案中，提供挠曲部76，使得其基本平行于球杆头60的杆头前缘78的至少一部分，并在距离击球面70的特定距离D以内提供。优选在击球面70的30mm内、更优选在击球面70的20mm内、最优选在10mm内的距离D处提供挠曲部76。
在本实施方案中，挠曲部76由第一构件80、第二构件62和第三构件83构成，并通常以接合到杆底64上的单独部件形式构造。第一构件80接合到杆底64的向前传送部分65的向后边缘上并由传送部分65向内腔74中弯曲。第二构件82接合到杆底64的后部的向前边缘上并由杆底64向内腔74中弯曲。远离杆底64间隔的第一构件80与第二构件82的末端在顶点84处彼此接合。优选地，该挠曲部是长形的，并通常在由脚跟到脚趾方向上延伸。
类似于前面的实施方案，选择挠曲部76的尺寸以响应击球提供所需弹性弯曲。挠曲部76具有高度H、宽度W和卷曲长度C。挠曲部76优选具有大于4mm、优选大约5mm至大约15mm的高度，和大于4mm、优选大约5mm至大约10mm的宽度，以及大约0.8mm至大约2.0mm的壁厚，并且这些尺寸优选延伸超过沿X轴的球杆头总长度的至少25%的长度。
挠曲部76包括可用于调整挠曲部76挠性的第三构件83。第三构件83可以接合到挠曲部76的内表面（如所示）或外表面上，并局部提高挠曲部76的刚性。第三构件83优选由具有比第一构件80和第二构件82之一的材料更低比重的材料构成。第三构件83可以粘接（如通过使用粘合剂）或机械接合（如通过紧固件、焊接或钎焊）到第一构件80和第二构件82上。第三构件可以由任何金属（如铝）或非金属材料（如碳纤维复合材料或聚氨酯）构成。
可以选择高尔夫球杆头中挠曲部的位置、尺寸和数量以提供所需特性。例如，如图7和8的高尔夫球杆头90所示，可以包括多个挠曲部。高尔夫球杆头90具有通常由杆底92、冠部94、裙边96、球杆面98和插鞘100限定的中空主体构造。冠部挠曲部102安置在冠部94的前部，杆底挠曲部104安置在杆底92的前部。挠曲部102、104各自的形状与尺寸优选如前文所述挠曲部那样。
在其它实施方案中，可以包括围绕高尔夫球杆头主体一部分或完全围绕高尔夫球杆头主体的挠曲部。如图9和10中所示，高尔夫球杆头110具有由杆底112、冠部114、裙边116、球杆面118和插鞘120限定的中空主体构造。挠曲部122在高尔夫球杆头的前部中形成，并围绕该高尔夫球杆头的周缘。挠曲部122通常以平行于高尔夫球杆头110的球杆面平面的平面形成。挠曲部122与球杆面118之间的距离可以沿其长度改变以调整挠曲部122所提供的对高尔夫球杆头挠性的局部效果。例如，挠曲部122的各部分与其它部分相比可以进一步与球杆面118隔开。如所示那样，在一个实施方案中，挠曲部122的跟部和趾部与挠曲部122的杆底和冠部部分相比进一步与球杆面118隔开。此外，还可以改变挠曲部122的尺寸以调整挠曲部122所提供的对高尔夫球杆头挠性的局部效果。如所示那样，挠曲部122的各部分可以具有不同的高度、宽度和/或卷曲长度以改变挠曲部122的各部分的特性。
在附加实施方案中，如图11-13所示，柔性的挠曲部可以与多材料低密度覆盖构件结合。例如，高尔夫球杆头130通常具有由杆底132、冠部134、裙边136、球杆面138和插鞘140限定的中空主体构造。高尔夫球杆头130还包括在高尔夫球杆头130的杆底132的前部形成的挠曲部142。覆盖物144也包括在高尔夫球杆头130中并构造为覆盖该挠曲部的外表面。
覆盖物144通常是横穿挠曲部142安置以通常包围挠曲部142的材料条带。覆盖物144的尺寸使得其覆盖挠曲部142的一部分或全部，并且是可以延伸到高尔夫球杆头130的不包括挠曲部的部分中。例如，如图11和12所示，覆盖物144横穿安置在杆底132上的挠曲部142延伸并覆盖挠曲部142。此外，覆盖物144构成裙边136和冠部134的一部分。覆盖物144优选由不同于杆底132、冠部134和裙边136的材料构成。覆盖物144通过焊接、钎焊或粘合到高尔夫球杆头130的相邻部分上来接合到那些相邻部分上。
可以包括该覆盖物以便当杆底放置在比赛场地表面上时参与控制高尔夫球杆头的击球准备位置和消除挠曲部的不合意的观感。特别地，可以包括该覆盖物，以便当球杆头放置在比赛场地表面上时通过改变高尔夫球杆头的接触表面调整高尔夫球杆头的视觉杆面角。该覆盖物可以构造成围绕高尔夫球杆头的周缘至该冠部，并可以取代周缘的一部分材料以获得更低密度的主体结构，由此提供额外的自由选择质量、更低和/或更深的重心位置和更高的惯性矩，由此改善性能和距离潜力。
现在参照图14和15，将描述包括挠曲部162的高尔夫球杆头150，所述挠曲部162沿其跟部到趾部长度具有对球杆面平面的可变空间关系。由于高尔夫球杆头面的几何形状与击球过程中施加到球杆面上的应力的圆形形状相关联（coupled with），球杆面的下部通常在不同的脚跟至脚趾位置处经历不同程度的应力。通常，在脚跟和脚趾末端处的高尔夫球杆头部分经历比球杆面重心正下方的高尔夫球杆部分更低的应力，并且在挠曲部162的区域中应力梯度转变为杆底上的应力。改变挠曲部相对于球杆面平面和/或球杆面/杆底相交的杆头前缘的距离以符合不同位置处的相对应力量。例如，挠曲部的跟部和趾部优选位于更靠近高尔夫球杆头的球杆面平面与杆头前缘的位置，使得这些部分即使在较低应力条件下且尤其在偏心击球过程中更有可能发生弯曲。
高尔夫球杆头150具有由杆底152、冠部154、裙边156、球杆面158和插鞘160限定的中空主体构造。挠曲部162在高尔夫球杆头的前部形成，并通常横穿高尔夫球杆头在脚跟到脚趾方向上延伸穿过杆底和裙边。挠曲部162通常包括中心部分164、趾部166和跟部168。如上所述，挠曲部162的各部分以相对于球杆面平面的不同空间关系安置，使得中心部分164与趾部166和跟部168相比在球杆面平面的更后方。此外，挠曲部162包括沿裙边156后方分别由跟部168和趾部166延伸的跟部和趾部延伸170、172。跟部和趾部延伸170、172还可以向后延伸并在裙边或杆底上的一位置处汇合。
如上所述，本发明的挠曲部在高尔夫球杆头的一部分中提供局部较低的刚度。通常，可以通过选择挠曲部的几何形状，如通过改变该挠曲部部分的形状和/或横截面厚度，和/或通过选择挠曲部部分的材料来获得较低的刚度。可以选择以提供较低刚度挠曲部的材料包括低杨氏模量的beta（β）或近beta（近β）钛合金。
β钛合金是优选的，因为它们提供具有相对低杨氏模量的材料。在施加的应力下支承在其周缘处的板的挠度是板的刚度的函数。板的刚度与杨氏模量和厚度的立方（即t3）直接成比例。因此，当比较具有相同的厚度和不同的杨氏模量的两种材料时，在相同的施加的力下具有较低杨氏模量的材料将挠曲更大。储存在该板中的能量与板的挠度直接成比例，只要该材料是弹性特性的，并且一旦移除施加的应力，储存的能量就会释放。由此，合意的是使用能够挠曲更多并因此储存更多弹性能量的材料。
此外，优选的是高尔夫球杆面的振动频率与高尔夫球的振动频率匹配以最大化撞击后离开该面的高尔夫球球速。球杆面的振动频率取决于球杆面参数，如材料的杨氏模量和泊松比，以及球杆面的几何形状。该alpha-beta（α-β）Ti合金通常具有105-120GPa的模量。相反，当前的β-Ti合金的杨氏模量为48-100GPa。
高尔夫球杆头的材料选择还必须考虑在与高尔夫球的多次撞击过程中高尔夫球杆头的耐久性。结果，必须考虑该球杆面的疲劳寿命，该疲劳寿命取决于所选材料的强度。因此，必须选择高尔夫球杆头的材料，该材料提供击球时的最大球速，并具有足够强度以提供可接受的疲劳寿命。
该β-Ti合金通常提供低杨氏模量，但是通常伴随着低材料强度。通常可以热处理该β-Ti合金以提高强度，但是热处理通常也会提高杨氏模量。但是，可以冷加工β-Ti合金以提高强度，而不会显著提高杨氏模量，因为该合金通常具有体心立方晶体结构，它们通常可以深度冷加工。
强度为大约900-1200MPa和杨氏模量为大约48-100GPa的材料优选用于该高尔夫球杆头部分。例如，此类材料优选用于该高尔夫球杆头的球杆面和/或挠曲部和/或挠曲部覆盖物。表现出这些范围内的特性的材料包括通常称为Gum Metals的钛合金。
尽管较不优选，可以对β-Ti采用热处理以便在材料中获得强度与杨氏模量的可接受的平衡。β-钛合金之前的应用通常需要热处理以最大化材料的强度，而不控制杨氏模量。当加热时，钛合金经历由六方密堆积晶体结构α相向体心立方β相的相变。该相变发生时的温度称为β-转变温度。添加到钛中的合金元素通常表现出对稳定α相或β相的偏好，并因此称为α稳定剂或β稳定剂。可以通过使用特定量的β稳定剂合金化钛即使在室温下也能够稳定该β相。但是，如果将此类合金再加热至提高的温度，低于β-转变温度，该β相如热力学规则所决定的那样分解并转变为α相。那些合金称为亚稳β钛合金。
虽然热力学定律仅预测了α相的形成，实际上，在β相分解时出现了大量非平衡相。这些非平衡相表示为α′、α′′和ω。已经报道了这些相各自具有不同的杨氏模量，并且杨氏模量的幅度通常符合β<α′′<α<ω。因此，可以推测，如果需要通过热处理提高β-钛的强度，有利的是以使得该材料包括α′′相作为优选分解产物的方式进行热处理，并且我们可以消除或最小化α与ω相的生成。通过由材料相图的α+β区淬火以促进α′′相的生成，这意味着应当由β-转变温度下方淬火该合金。因此，优选使用已经热处理以最大化α′′相由β相生成的β-Ti合金用于该高尔夫球杆头的一部分。
选择该热处理方法以提供所需的相变。选择热处理变量如最大温度、保持时间、加热速率、淬火速率以获得所需材料组合物。此外，热处理法对所选合金是特定的，因为不同的β稳定元素的作用是不同的。例如，Ti-Mo合金的表现不同于Ti-Nb合金，或Ti-V合金，或Ti-Cr合金；Mo、Nb、V和Cr均为β稳定剂，但是具有程度不同的效果。亚稳β-Ti合金的β-转变温度范围为大约700℃至大约800℃。因此，对此类合金，固溶退火温度为低于β-转变温度大约25-50摄氏度，在实际应用中，该合金将在大约650℃至大约750℃的范围内固溶退火。在水淬火后，可能在低温下老化该β-Ti合金以进一步提高强度。固溶退火的材料的强度测得为大约650MPa，而热处理合金的强度为1050MPa。
合适的β钛合金的实例包括：Ti-15Mo-3Al、Ti-15Mo-3Nb-0.3O、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-13Mo-7Zr-3Fe、Ti-13Mo、Ti-12Mo-6Zr-2Fe、Ti-Mo、Ti-35Nb-5Ta-7Zr、Ti-34Nb-9Zr-8Ta、Ti-29Nb-13Zr2Cr、Ti-29Nb-15Zr-1.5Fe、Ti-29Nb-10Zr-0.5Si、Ti-29Nb-10Zr-0.5Fe-0.5Cr、Ti-29Nb-18Zr-Cr-0.5Si、Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr、Ti-Nb、Ti-22V-4Al、Ti-15V-6Cr-4Al、Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-13V-11Cr、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4-Zr、Ti-1.5Al-5.5Fe-6.8Mo、Ti-13Cr-1Fe-3Al、Ti-6.3Cr-5.5Mo-4.0Al-0.2Si、Ti-Cr、Ti-Ta合金、由Ti+25摩尔%(Ta、Nb、V)+(Zr、Hf、O)表示的Gum Metal类合金，例如Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.35O等（按重量百分比计）。近β钛合金可以包括：SP-700、TIMET18等等。
通常，优选的是本发明的高尔夫球杆头的杆面杯或杆面嵌入件因其高强度而由α-β或近β钛合金构成，如Ti-64、Ti-17、ATI425、TIMET54、Ti-9、TIMET639、VL-Ti、KS ELF、SP-700等等。高尔夫球杆主体的后部，即除了杆面杯、杆面嵌入件、挠曲部和挠曲部覆盖物之外的部分，优选由α、α-β或β钛合金制成，如Ti-8Al-1V-1Mo、Ti-8Al-1Fe、Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo、Ti-3Al-2.5Sn、Ti-3Al-2V等等。
可以使用各种制造方法构造本发明的高尔夫球杆头的各个部件。优选所有部件通过焊接连接。该焊接过程可以是手动的，如TIG或MIG焊接，或它们可以是自动化的，如激光、等离子体、电子束、离子束或其组合。如果因材料选择而期望或需要的话也可以采用其它连接方法，如钎焊和粘合剂粘合。
可以使用冲压和成型法、浇铸法、模塑法和/或锻制法制造该部件。下面是采用冲压和成型法的高尔夫球杆头部分的材料选择的实施例：
a)α-β杆面构件+β挠曲部+α-β后部主体
b)β杆面构件+α-β杆面嵌入件+β挠曲部+α-β后部主体
c)β杆面构件+α-β杆面嵌入件+β挠曲部+β后部主体
d)β杆面构件+α-β杆面嵌入件+β挠曲部+α-β后部主体（热处理过）
下面是采用浇铸部件的高尔夫球杆头部分的材料选择的实施例：
a)浇铸α-β杆面构件+浇铸β挠曲部+浇铸α-β后部主体
b)成型α-β杆面构件+浇铸β挠曲部+浇铸α-β后部主体
c)成型α-β杆面构件+浇铸β挠曲部+成型α-β后部主体
d)浇铸α-β杆面构件+浇铸β挠曲部+成型α-β后部主体
下面是采用锻制部件的高尔夫球杆头部分的材料选择的实施例：
a)锻制α-β杆面构件+浇铸β挠曲部+浇铸α-β后部主体
b)锻制α-β杆面构件+浇铸β挠曲部+成型α-β后部主体
β合金的密度通常大于α-β或α合金的密度。结果，在高尔夫球杆头的不同部分使用β合金将使得那些部分具有更大的质量。轻重量合金可用于该主体的后部，使得整体高尔夫球杆头质量保持在所需范围内，如对一号木型高尔夫球杆头为大约170克至210克。可以使用诸如铝合金、镁合金、碳纤维复合材料、碳纳米管复合材料、玻璃纤维复合材料、增强塑料及这些材料的组合的材料。
虽然上面描述了本发明的各种方案，要理解的是各实施方案的各种特征可以单独使用或以其任意组合使用。因此，本发明不仅限于本文中所述的具体优选的实施方案。此外，应当理解，本发明所述技术领域的技术人员可以在本发明的精神与范围内进行变动和改良。例如，该杆面嵌入件的厚度可以以步进的连续方式变化。此外，槽的形状与位置不限于本文中公开的那些。因此，本领域技术人员由在本发明的范围和精神内的本文所述公开内容可以轻易获得的所有有利改良作为本发明的进一步实施方案包括在内。本发明的范围因此限定为所附权利要求中所述范围。

Claims (20)

1.高尔夫球杆头，所述球杆头包含：
限定所述高尔夫球杆头的上表面的冠部；
限定所述高尔夫球杆头的下表面的杆底；
在所述冠部与杆底之间延伸的侧壁；
由所述冠部延伸并包括杆身孔的插鞘；
限定击球面并在前缘处与所述下表面相交的球杆面；和
凹进杆底的长形挠曲部，在通常由脚跟到脚趾的方向上并平行于所述高尔夫球杆头的前缘延伸，并与所述高尔夫球杆头的侧壁相交，
其中该挠曲部由在顶点处接合的第一部分和第二部分限定以形成通常为鲨鱼牙齿的横截面形状，其中所述挠曲部的高度为大约5.0mm至15.0mm，其中横穿下表面处的凹部的挠曲部宽度为大约5.0mm至大约12.0mm，
其中调整该挠曲部以使面部到尾部方向上横穿挠曲部的宽度在撞击后立即以大约2900Hz至大约4000Hz的频率正弦变化。
2.权利要求1的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分是弯曲的并由所述高尔夫球杆头的下表面向内延伸，第二部分在所述第一部分的尾端与所述杆底之间通常垂直于所述杆底延伸。
3.权利要求2的高尔夫球杆头，其中所述第一部分具有大约0.9mm至大约2.0mm的壁厚。
4.权利要求1的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部具有大约7.0mm至大约11.0mm的宽度。
5.权利要求1的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部具有大约6.0mm至大约11.0mm的高度。
6.权利要求1的高尔夫球杆头，其中所述第一构件是弯曲的，具有大约20mm至大约45mm的曲率半径。
7.权利要求1的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部的至少一部分由β-Ti合金构成。
8.高尔夫球杆头，所述球杆头包含：
限定所述高尔夫球杆头的上表面的冠部；
限定所述高尔夫球杆头的下表面的杆底；
在所述冠部与杆底之间延伸的侧壁；
由所述冠部延伸并包括杆身孔的插鞘；
限定击球面并在前缘处与所述下表面相交的球杆面，其中所述球杆面的周缘接合到所述冠部和所述杆底上；和
长形挠曲部凹进杆底并由第一部分和第二部分限定，其中所述第一部分的长度不同于所述第二部分的长度，使得该挠曲部具有通常鲨鱼牙齿的横截面形状，其中所述第一部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，第二部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，其中所述第一部分在顶点处与所述第二部分接界，并且
其中所述挠曲部在通常由脚跟到脚趾方向上横穿杆体在距离高尔夫球杆头前缘大约5.0mm至大约20.0mm内延伸，并与所述高尔夫球杆头的侧壁的至少一部分相交。
9.权利要求8的高尔夫球杆头，其中所述第一部分具有大约0.9mm至大约2.0mm的壁厚。
10.权利要求8的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部具有大约7.0mm至大约11.0mm的宽度。
11.权利要求8的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部具有大约6.0mm至大约11.0mm的高度。
12.权利要求8的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部用工具机械加工，所述工具具有通常平行于所述杆底并垂直于所述前缘的旋转轴。
13.权利要求8的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部的至少一部分由β-Ti合金构成。
14.高尔夫球杆头，所述球杆头包含：
限定所述高尔夫球杆头的上表面的冠部；
限定所述高尔夫球杆头的下表面的杆底；
在所述冠部与杆底之间延伸的侧壁；
由所述冠部延伸并包括杆身孔的插鞘；
限定击球面并在杆头前缘处与所述下表面相交的球杆面，其中所述球杆面的周缘接合到所述冠部和所述杆底上；
长形挠曲部凹进杆底并由第一部分和第二部分限定，其中所述第一部分的长度不同于所述第二部分的长度，使得该挠曲部具有通常鲨鱼牙齿的横截面形状，其中所述第一部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，第二部分由杆底向高尔夫球杆头内部延伸，其中所述第一部分在顶点处与所述第二部分接界，和
横穿穿过所述凹部的长形挠曲部的宽度延伸的覆盖物，
其中所述挠曲部在通常由脚跟到脚趾方向上由所述高尔夫球杆头的杆头前缘大约5.0至大约20.0mm内延伸横穿该主体，并与所述高尔夫球杆头的侧壁的至少一部分相交。
15.权利要求14的高尔夫球杆头，其中所述第一部分具有大约0.9mm至大约2.0mm的壁厚。
16.权利要求14的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部具有大约7.0mm至大约11.0mm的宽度。
17.权利要求14的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部具有大约6.0mm至大约11.0mm的高度。
18.权利要求14的高尔夫球杆头，其中所述第一构件是弯曲的，具有大约20mm至大约45mm的曲率半径。
19.权利要求14的高尔夫球杆头，其中所述杆底由具有第一杨氏模量的材料构成，所述挠曲部由具有第二杨氏模量的材料构成，所述第二杨氏模量低于所述第一杨氏模量。
20.权利要求19的高尔夫球杆头，其中所述挠曲部的至少一部分由β-Ti合金构成。
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