CN1339978A - 具有管状网格图案的高尔夫球 - Google Patents
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Abstract
公开了其“陆地”面积接近0的一种高尔夫球(20)。该高尔夫球(20)包括其上有许多管状凸起(40)的一内球(21)。每一凸起(40)的顶点(50)的伸展高度符合USGA所批准的高尔夫球的1.68英寸要求。本发明高尔夫球(20)的内球(21)上的管状网格图案的互连凸起(40)在优选实施例中形成许多六边形和五边形。该优选实施例的分割线(100)沿相邻两行六边形呈锯齿形。
Description
发明领域
本发明涉及高尔夫球的空气动力学表面图案,特别涉及其内球面上具有管状网格图案的高尔夫球。
相关技术
高尔夫球员也许早在十九世纪就认识到,表面有凹痕的高尔夫球的飞行性能比表面光滑的高尔夫球好。在十九世纪60年代前就可买到手锤敲制的杜仲胶高尔夫球,带有藤刺(隆起而非凹痕)的高尔夫球在十九世纪-1908年流行。在1908年,英国人William Taylor获得带有凹痕、比带有藤刺的高尔夫球飞得更好、更精确的高尔夫球的英国专利。A.G.Spalding & Bros。购买美国专利权(可能为1918年授予的美国专利No.1,286,834)后引进带有Taylar凹痕的GLORY球。在二十世纪70年代前,GLORY球和大多数带有凹痕的高尔夫球有336个大小相同、使用相同ATTI图案的凹痕。ATTI图案是一种八面体图案,分成8个同心直线排,因高尔夫球模具的主要制造商得名。
过去60年中与高尔夫球表面有关的唯一革新是Albert Penfold作出的,他为Dunlop发明了一种网格图案高尔夫球。这一图案在1912年发明,到二十世纪30年代才被接受。网格图案与凹痕的组合见1935年授予Young的美国专利No.2,002,726“Golf Ball”。
被公众广为接受的传统高尔夫球为带有许多横截面呈圆形的凹痕的球。公开了许多打破这一传统的高尔夫球,但是,大部分非传统高尔夫球在商业上未获成功。
大多数非传统高尔夫球仍努力遵从美国高尔夫球联合会(“USGA”)和圣安德鲁斯皇家和古代高尔夫俱乐部(“R&A”)制订的高尔夫规则。如该高尔夫规则附录III规定,高尔夫球的重量不得大于1.620英两(45.93gm),球的直径不得小于1.680英寸(42.67mm),为满足这一要求,一球必须在其自身重量的作用下、在100个随机选择的位置中少于25个位置上穿过一1.680英寸直径的测量圈,该测试在23±1℃的温度下进行,高尔夫球不得设计、制造或故意改成其特性与一对称球的特性不同。
一个例子见Shimosaka等人的美国专利No.5,916,044“GolfBall”,该专利使用凸起满足USGA和R&A的1.68英寸(42.67mm)直径限制。Shimosaka专利公开了一种高尔夫球,其表面上有许多凹痕和若干行高度为0.001-1.0mm的凸起。因此,该表面的直径小于42.67mm。
非传统高尔夫球的另一个例子为Puckett等人的美国专利No.4,836,552“Short Distance Golf Ball”,该专利公开的高尔夫球带有藤刺而非凹痕,以把飞行距离减小到传统高尔夫球的一半而用于短距离。
非传统高尔夫球的另一个例子为Pocklington的美国专利No.5,536,013“Golf Ball”,该专利公开的高尔夫球在每一凹痕中有凸起部,而且公开了各种几何形状的凹痕如正方形、菱形和五边形。Pocklington的每一个凹痕中的凸起部用来控制这些凹痕的总体积。
另一个例子为Kobayashi的美国专利No.4,787,638“GolfBall”,在该专利公开的带有凹痕的高尔夫球中,每一个凹痕中有凹坑,Kobayashi的凹痕中的凹坑用来减小低速时气压阻力,以增加距离。
另一个例子为Treadwell的美国专利No.4,266,773“GolfBall”,该专利公开的高尔夫球表面上有粗糙带和光滑带,在高尔夫球飞行过程中使得气流边界层产生紊流。
Aoyama的美国专利No.4,830,378“Golf Ball With Uniform LandConfiguration”公开了其凹痕呈三角形的一种高尔夫球。Aoyama的总“陆地”平面面积不大于高尔夫球表面的20%,该专利的目的是使均匀“陆地”面积构型而不是凹痕最优化。
凹痕形状的另一变种见Steifel的美国专利No.5,890,975“GolfBall And Method Of Forming Dimples Thereon”。Steifel的某些凹痕呈横截面为椭圆形而非圆形的细长形。细长形凹痕可用来提高表面覆盖面积。Steifel的外观设计专利No.406,623的所有凹痕呈细长形。
该专利的一种变种见Moriyama等人的美国专利No.5,722,903“Golf Ball”,该专利公开的高尔夫球具有传统凹痕和椭圆形凹痕。
非传统高尔夫球的另一个例子为Shaw等人的美国专利No.4,722,529“Golf Balls”,该专利公开的高尔夫球具有凹痕和30片用来提高空气动力学性能的哑铃状裸片。
非传统高尔夫球的另一个例子为Cadorniga的美国专利No.5,470,076“Golf Ball”,该专利公开的高尔夫球具有许多凹痕,每一凹痕还有一凹座。据说,Cadorniga的主要和次要凹座凹痕在高尔夫球飞行时生成较小空气涡区。
Oka等人的美国专利No.5,143,377“Golf Ball”公开了圆形和非圆形凹痕。非圆形凹痕为正方形、正八边形、正六边形,它们占Oka的高尔夫球上332个凹痕的至少40%。Oka的这些非圆形凹痕有双斜坡把空气扫离周边而使空气成为紊流。
Machin的美国专利No.5,377,989“Golf Balls WithIsodiametrical Dimples”公开的高尔夫球的凹痕有奇数弧形边和拱形顶来减小作用在飞行高尔夫球上的阻力。
Lavallee等人的美国专利No.5,356,150公开的高尔夫球有重叠细长形凹痕,使得凹痕在高尔夫球表面上的覆盖率最大。
Oka等人的美国专利No.5,338,039公开的高尔夫球的凹痕的至少40%呈多边形,这些多边形为五边形、六边形和八边形。
尽管现有技术已公开了各种高尔夫球表面,但仍需要有一种高尔夫球,其表面在低速时使空气边界层生成紊流所需的体积最小,而在高速时阻力小。
本发明概述
本发明可提供满足USGA要求的高尔夫球,其陆地面积最小,从而使飞行中高尔夫球周围的空气的边界层生成提高飞行距离所需紊流。为此本发明提供一种高尔夫球,其内球表面上有管状网格图案。
本发明的一个方面是一种高尔夫球,该高尔夫球有一有一表面的内球和该内球面上的许多管状凸起。每一管状凸起的横截面轮廓在离该高尔夫球球心的最外围处有一顶点。这许多管状凸起在该表面上互相连接成预定图案。每一管状凸起从该内球面伸出0.005英寸-0.010英寸。
高尔夫球上的这许多管状凸起可覆盖该内球面的20%-80%。每一个管状凸起的顶点的宽度小于0.00001英寸。该内球的直径可至少为1.67英寸,每一个管状凸起顶点离该内球的高度可至少为0.005英寸。该高尔夫球还可包括该内球面上的许多光滑部分,这许多光滑部分和许多管状凸起覆盖整个内球面。
附图的简要说明
图1为本发明高尔夫球的“赤道”视图。
图2为图1高尔夫球的“地极”视图。
图3为图1的局部放大图。
图4为图3的局部放大图。
图4A为本发明高尔夫球表面的横截面图,示出一虚球。
图5为本发明高尔夫球凸起一实施例的横截面图。
图6为本发明高尔夫球凸起另一实施例的横截面图。
图6A为图6俯视图,示出每一凸起的顶点的宽度。
图7为从本发明高尔夫球内球面向外伸出的凸起的一实施例的局部横截面图。
图8为本发明高尔夫球的凸起一优选实施例的横截面图。
图9为本发明高尔夫球优选实施例的正视图,示出锯齿形分割线。
图9A为图9高尔夫球的立体图。
图9B为图9高尔夫球的地极图。
图9C同图9,示出由各六边形组成的五边形。
图10曲线示出传统高尔夫球的升力系数与雷诺数之间的关系。
图11曲线示出传统高尔夫球的阻力系数与雷诺数之间的关系。
图12曲线示出本发明高尔夫球4种不同回旋的升力系数与雷诺数之间的关系。
图13曲线示出本发明高尔夫球4种不同回旋的阻力系数与雷诺数之间的关系。
图14为本发明高尔夫球表面的放大图,示出本发明最小体积特征。
图15为与本发明最小体积特征进行比较的现有高尔夫球的表面的放大图。
图16为最小体积曲线图。
本发明最佳实施方式
如图1-4所示,一高尔夫球总的用标号20表示。该高尔夫球可为一两构件、三构件高尔夫球或一多层高尔夫球。此外,该三构件高尔夫球可有一卷绕层或一坚固边界层。此外,高尔夫球20的芯可实心、空心或充满流体如气体或液体。高尔夫球20的面层可为任何合适材料。优选的面层由热定形聚氨酯材料制成,但是,在本发明范围和精神内当然也可使用其他材料。高尔夫球20可有精整底漆和/或面漆。
高尔夫球20有一带内球面22的球21。高尔夫球20还有一把高尔夫球20分为第一半球26和第二半球28的赤道(中纬线)24。第一半球26中沿经线弧从赤道24转过90度为第一极30。第二半球28中沿经线弧从赤道24转过90度为第二极32。
许多凸起40从内球21的表面22向外伸出。在一优选实施例中,凸起40为管状凸起。但是,本领域普通技术人员不难看出,凸起40也可呈其他形状。这些凸起在内球21表面22上互相连接成网格结构42。这些互连的凸起形成许多环绕内球21的表面22的离散区的多边形。这些离散有界区44的大多数为六边形有界区44a,有几个为五边形有界区44b、四边形有界区44c和八边形有界区44d。在图1-4的优选实施例中,有380个多边形。在该优选实施例中,每一个凸起40与至少另一个凸起40连接。每一个凸起40在顶角46处与至少另两个凸起40连接。大多数顶角46为三个凸起40的汇合。但是,某些顶角46a为四个凸起40的汇合。这些顶角46a位于高尔夫球20的赤道处。每一凸起40的长度为0.005英寸-0.01英寸。
与使用密集的各种大小凹痕来减小“陆地”面积(非凹痕面积)的传统高尔夫球不同,本发明该优选实施例的“陆地”面积为0,因为在1.68英寸的球面上只有凸起40的一直线。确切说,传统高尔夫球的“陆地”面积为形成符合USGA和R&A的高尔夫球的至少1.68英寸的一球的面积。该陆地面积用凹入传统高尔夫球该球表面的凹痕减小。但是,本发明高尔夫球20的内球21的直径小于1.68英寸。本发明高尔夫球20由于凸起40在内球21的表面22上的高度而符合USGA和R&A的1.68英寸直径要求。凸起40的高度使得本发明高尔夫球20的直径满足或超过1.68英寸要求。在一优选实施例中,只是每一凸起40顶点处的一直线满足1.68英寸要求。
传统高尔夫球用凹痕使得飞行中的高尔夫球表面上边界层“生成紊流”,从而提高升力、降低阻力。本发明高尔夫球20用管状网格结构42使得飞行中的高尔夫球20表面周围空气的边界层生成紊流。
如图4A所示,用点划线45表示的一1.68英寸虚球环绕凸起40和内球21。凸起40的从内球面22到顶点50的体积为1.68英寸虚球与内球21之间的最小量体积。在该优选实施例中,顶点50位于1.68英寸虚球上。因此超过90%、接近95%的整个高尔夫球20的表面位于1.68英寸虚球底下。
如图5和6所示,为了使高尔夫球20满足或超过1.68英寸要求,凸起40从表面20到顶点50的高度h和h’变动。例如,如内球21的直径为1.666英寸,则图5中凸起40的高度h为0.007英寸,因为一半球26上的凸起40与第二半球28上的对应凸起40的高度相加而满足1.68英寸要求。在该优选实施例中,当如图6所示要求凸起40具有更高高度h’时,则减小内球21的直径。因此,图6中内球21的直径为1.662英寸,而凸起40的高度h’为0.009英寸。如图6A所示,每一顶点50的宽度最小,因为该顶点位于凸起40的一弧上。理论上,每一顶点50的宽度应接近一直线的宽度。实际上,每一凸起40的每一顶点50的宽度决定于用来制作高尔夫球20的模具的精度。而模具的精度决定于用来制作该模具的原模。实际上,每一直线的宽度为0.0001英寸-0.001英寸。
尽管图5和6所示凸起40的横截面呈圆形,但图7和8示出凸起40的优选横截面。在该优选横截面中,凸起40的轮廓52包括第一下凹部54、一上凸部56和第二下凹部58。每一凸起40的上凸部56的半径R2最好为0.0275英寸-0.0350英寸。第一和第二下凹部54和58的半径R1最好为0.150英寸-0.200英寸,更好为0.175英寸。内球的半径R球最好为0.831英寸。
图9、9A、9B和9C示出本发明一优选实施例。在该优选实施例中,高尔夫球20有一与由赤道24周围许多凸起40界定的多边形形状对应的分割线100。因此,如这些多边形为六边形,分割线100沿六边形的下半部和邻接六边形的上半部呈锯齿形。该优选实施例使得多边形更一致。在图9、9A、9B和9C实施例中,有332个多边形,其中12个为五边形,其余为六边形。
如图9所示,半球26和28在分割线100旁各有两行六边形70、72、74和76。如图9B所示,第一半球26的极30被一五边形44b环绕。极30处的五边形44b被由数量递增的六边形80、82、84、86和88构成的五边形环绕。底面处五边形90中有五边形44b,这些五边形之间为六边形44a。五边形80、82、84、86、88和99转换成相邻四行70、72、74和76。该实施例只有六边形44a和五边形44b。
图10和11示出传统高尔夫球在2000rpm和3000rpm回旋下的升力和阻力。图12和13示出本发明在4个不同回旋下的升力和阻力。作用在飞行高尔夫球上的力由如下轨道方程计算:
F=FL+FD+G (A)
其中,F为作用在高尔夫球上的力;FL为升力;FD为阻力;G为重力。方程A中的升力和阻力的计算式为:
FL=0.5CLAρv2 (B)
FD=0.5CDAρv2 (C)
其中,CL为升力系数;CD为阻力系数;A为高尔夫球的最大横截面面积;ρ为空气密度;v为高尔夫球飞行速度。
阻力系数CD和升力系数CL可用下式计算:
CD=2FD/Aρv2 (D)
CL=2FL/Aρv2 (E)
雷诺数R为表示作用在一在一流体中运动的物体上的惯性力与粘滞力之比的无量纲常数。带有凹痕的高尔夫球在R大于40000时出现紊流。当R小于40000时,气流为层流。飞行中的带有凹痕的高尔夫球周围的空气紊流使得它比光滑高尔夫球飞得更远。
雷诺数R由下式计算
R=vDρ/μ (F)
其中,v为高尔夫球的平均速度;D为高尔夫球的直径(通常为1.68英寸);ρ为空气密度(在标准大气条件下为0.00238slugs/ft3);μ为空气的绝对粘度(在标准大气条件下为3.74×10-7lb*sec/ft2)。其直径满足USGA1.68英寸要求的高尔夫球从球座击起、飞行中达到最高速度200ft/s或136mph时在标准大气条件下的雷诺数R约为180,000。其直径满足USGA1.68英寸要求的高尔夫球飞行中达到最高点、最低速度78ft/s或53mph时在标准大气条件下的雷诺数R约为70,000。达到最高点后重力将提高高尔夫球的速度。
图10示出传统高尔夫球如Titlelist PROFESSIONAL、TitlelistTOUR PRESTIGE、Maxfli REVOLUTION和Maxfli HT URETHANE的升力系数。图11示出传统高尔夫球如Titlelist PROFESSIONAL、Titlelist TOUR PRESTIGE、Maxfli REVOLUTION和Maxfli HTURETHANE的阻力系数。
用于比较测试的所有高尔夫球、包括本发明高尔夫球20都有一热定形聚氨酯面层。本发明高尔夫球20的制作见美国专利No.6,117,024“Golf Ball With A Polyurethane Cover”。但是,本领域普通技术人员不难看出,也可用其他材料制作本发明高尔夫球。本发明管状网格结构的空气动力学使得升力提高、阻力下降,从而使得高尔夫球20比同样结构的传统高尔夫球飞得更远。
与传统高尔夫球比较,本发明高尔夫球是在高速下阻力系数降低、而在低速下升力系数提高的唯一一种高尔夫球。确切说,如图10-13所示,其他高尔夫球没有一种在70,000雷诺数下升力系数CL大于0.18、而在180,000雷诺数下阻力系数CD小于0.23。例如,尽管Tiltelist PROFESSIONAL在70,000雷诺数下CL大于0.18,但其阻力系数CD在180,000雷诺数下大于0.23。此外,尽管MaxfliREVOLUTION在180,000雷诺数下阻力系数CD大于0.23,但其CL在70,000雷诺数下小于0.18。
在这方面,由USGA和R&A批准的高尔夫球规则把一高尔夫球的初速度限制在每秒250英尺(76.2m)(可有2%的误差,因此初速度最大为255m/sec)、总距离限制在280码(256m),可有6%的误差,因此最大距离为296.8码(6%的误差可降低为4%)。高尔夫球规则的完整说明可见USGA网页www.usga.org。因此,为了符合高尔夫球规则,一高尔夫球的初速度和总距离不得超过这些限制。因此,高尔夫球20的凹痕图案应使高尔夫球20满足、但不超过这些限制。
图14为本发明高尔夫球20表面的放大图,示出高尔夫球20的离高尔夫球20最外围预定距离的最小体积。确切说,高尔夫球20一实施例的最外围为位于直径为1.682英寸的球面(点划线45所示)上凸起40的顶点50。本领域普通技术人员不难看出,其他实施例的顶点50可位于1.70英寸、1.72英寸、1.64英寸、1.60英寸或高尔夫球20最外围的任何其他直径的球面上。确定高尔夫球20的最外围后,本发明有从该最外围向内球22的最小体积。例如,虚线130表示在离高尔夫球20最外围0.002英寸距离处(离球心0.839英寸半径处)与各凸起40相交的球面。本发明高尔夫球20在最外围球面45与球面130之间的体积只有0.0008134立方英寸。换句话说,高尔夫球20的最外部0.002英寸(在半径0.841英寸与0.839英寸之间)的体积为0.0008134立方英寸。
图15示出其传统凹痕142被“陆地”区144环绕的现有高尔夫球140的表面。“陆地”区表示现有高尔夫球140的最外围。与本发明高尔夫球20比较,现有高尔夫球140在最外围144与球面130’之间的体积为0.00213立方英寸。本发明高尔夫球20在0.004英寸、0.006英寸和0.008英寸处的球面132、134和136的体积分别为0.0023074立方英寸、0.0042164立方英寸和0.0065404立方英寸。而现有高尔夫球140在0.004英寸、0.006英寸和0.008英寸处的球面132’、134’和136’的体积分别为0.00498立方英寸、0.00841立方英寸和0.01238立方英寸。
因此,如图16和下表1进一步所示,本发明高尔夫球20在离高尔夫球20最外围预定距离处的体积最小。这一最小体积是使低速下边界层空气生成紊流、而在高速下降低阻力所需的最小量体积。表1的第一列为与高尔夫球20最外点即凸起40的顶点之间的距离。第二列为从该最外点向里该距离处830个管子的每一个管子的体积。第三列为从该最外点向里每一距离处球面的总体积。表2为现有高尔夫球140的对应信息。
表1管子高度 管子体积 总体积0.001 0.00000035 0.00029050.002 0.00000098 0.00081340.003 0.00000181 0.00150230.004 0.00000278 0.00230740.005 0.00000387 0.00321210.006 0.00000508 0.00421840.007 0.00000641 0.00532030.008 0.00000788 0.00654040.009 0.00001123 0.0093209
表2壳体 1/10直径差 剩余体积 总剩余体积0.001 0.000091 0.000910.002 0.000213 0.002130.003 0.000347 0.003470.004 0.000498 0.004980.005 0.000663 0.006630.006 0.000841 0.008410.007 0.001033 0.010330.008 0.001238 0.012380.009 0.001458 0.01458
Claims (20)
1.一种高尔夫球,包括:
一有一表面的内球;
该内球面上的许多管状凸起,每一管状凸起有一横截面曲线,这许多管状凸起在该表面上互相连接成预定图案,每一管状凸起从该内球面伸出0.005英寸-0.010英寸。
2.按权利要求1所述的高尔夫球,其特征在于,这许多管状凸起覆盖该内球面的20%-80%。
3.按权利要求1所述的高尔夫球,其特征在于,每一管状凸起的顶点的宽度小于0.00001英寸。
4.按权利要求3所述的高尔夫球,其特征在于,该内球的直径至少为1.67英寸,这许多互连管子的每一个的顶点在内球面上的高度至少为0.005英寸。
5.按权利要求1所述的高尔夫球,其特征在于,进一步包括该内球面上的许多光滑部,这许多光滑部和这许多管状凸起覆盖整个内球面。
6.按权利要求5所述的高尔夫球,其特征在于,这许多管状凸起形成许多环绕这许多光滑部的多边形。
7.按权利要求6所述的高尔夫球,其特征在于,这许多多边形不是六边形就是五边形。
8.按权利要求1所述的高尔夫球,其特征在于,这许多管状凸起的每一个的曲线包括一与第一下凹部和第二下凹部并置的上凸部,这两个下凹部靠近内球面。
9.按权利要求1所述的高尔夫球,其特征在于,这许多管状凸起的每一个的曲线呈上凸。
10.一种高尔夫球,包括:
一有一表面的内球;以及
该内球面上的许多管状凸起,每一管状凸起的横截面曲线有一弧,这许多管状凸起互相连接成许多互连的多边形;
其中,这些管状凸起覆盖该高尔夫球表面的20%-80%。
11.按权利要求10所述的高尔夫球,其特征在于,每一个管状凸起的该弧的宽度小于0.00001英寸。
12.按权利要求11所述的高尔夫球,其特征在于,该球的直径至少为1.67英寸,这许多管状凸起的每一个的顶点在该球面上的高度至少为0.005英寸。
13.按权利要求10所述的高尔夫球,其特征在于,进一步包括该内球面上的许多光滑部,这许多光滑部和这许多管状凸起覆盖整个内球面。
14.按权利要求10所述的高尔夫球,其特征在于,这许多多边形不是六边形就是五边形。
15.一种高尔夫球,包括:
一直径为1.60-1.70英寸的球;以及
该球上的一管状网格构型,该管状网格构型包括许多从该球向外伸出的互连管子,每一管子的顶点从该球面伸出0.005-0.010英寸。
16.一种非凹痕式高尔夫球,包括:
一直径为1.60-1.76英寸的球;
从该球向外伸出的许多互连管子,每一管子的顶点从该球面伸出0.005-0.010英寸;
该球面上的许多光滑部;
其中,高尔夫球的整个表面由这许多互连管子和这许多光滑部构成。
17.按权利要求16所述的非凹痕式高尔夫球,其特征在于,这许多互连管子的每一个的顶点的宽度小于0.00001英寸。
18.按权利要求16所述的非凹痕式高尔夫球,其特征在于,该球的直径至少为1.67英寸,这许多互连管子的每一个的顶点在该球面上的高度至少为0.005英寸。
19.按权利要求16所述的非凹痕式高尔夫球,其特征在于,这许多互连管子形成许多环绕这许多光滑部的多边形。
20.按权利要求19所述的非凹痕式高尔夫球,其特征在于,这许多多边形不是六边形就是五边形。
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