專利名稱：高爾夫球棒頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合型高爾夫球棒頭，它由金屬部件和FRP部件尤其是一種能夠提高回彈能力的FRP部件構(gòu)成。
背景技術(shù)：
近來，木桿型高爾夫球棒頭呈現(xiàn)頭部容積變大的趨勢。在一個大尺寸木桿型球棒頭中，由于球棒頭的重量受到了限制，隨著容積增大，其厚度將不可避免的減小。尤其是頂部的厚度變得非常小。另一方面，對面部而言，為了增加受沖擊時面部的撓曲性以提高回彈性能，通常采用的做法是降低厚度。
然而，即使面部的厚度降低到最佳狀態(tài)，回彈性能卻未必得到提高。
因此，本發(fā)明人經(jīng)過對回彈性能和受沖擊時面部撓曲性之間的關(guān)系進行研究后發(fā)現(xiàn)，通過在頂部和用以支撐面部上下邊緣的底部上使用特別設(shè)計的FRP部件可以提高受沖擊時面部的表觀撓曲性，并進一步提高面部的表觀回彈力。因此提高了回彈性能。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種高爾夫球棒頭，其回彈性能因使用了一種為面部提供支承的FRP部件而得到提高，這種面部支承能夠增大受沖擊時的表觀屈曲和面部的表觀回彈力。
根據(jù)本發(fā)明的高爾夫球棒頭包括由至少一種金屬材料制成的空心主體，球棒頭的頂部和底部中至少有一個具有開口；以及覆蓋所述開口并由至少一種纖維增強樹脂材料制成的FRP部件，所述纖維包括，沿著與球棒頭前-后向基本平行方向?qū)虻目v向纖維，和與球棒頭前-后向基本垂直方向?qū)虻臋M向纖維，其中縱向纖維在下列至少一項上小于橫向纖維(1)單位面積上纖維的總重；(2)單位面積上纖維的總拉伸彈性模量；以及(3)單位面積上纖維的總重與纖維的平均拉伸彈性模量的乘積。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的木桿型高爾夫球棒頭的立體圖；圖2是該高爾夫球棒頭的俯視圖；圖3是沿圖2中直線A-A所切得的截面圖；圖4是FRP頂板和空心主體的立體分解圖；圖5(a)和5(b)是圖1-4所示高爾夫球棒頭一個改良型的俯視圖和背視圖；圖6是本發(fā)明高爾夫球棒頭的仰視圖；圖7是顯示增強纖維層排列方式的立體圖；圖8是顯示增強纖維層另一種排列方式的立體圖；圖9(a)、9(b)和9(c)是三種不同的由兩種用于制造FRP部件的預(yù)浸紗制得的預(yù)浸紗的平面圖；圖10(a)和10(b)是用于說明制造本發(fā)明的高爾夫球棒頭的方法的截面圖；圖11是圖3所示高爾夫球棒頭一個變體的截面圖；圖12(a)、12(b)、12(c)和12(d)是主體的平面圖和顯示圖11所示的高爾夫球棒頭制造方法的截面放大圖；圖13(a)、13(b)和13(c)顯示了下述對照測試中所用高爾夫球棒頭的增強纖維的排列方式。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述。
在這些附圖中，根據(jù)本發(fā)明的高爾夫球棒頭1包含有面部3，其正面確定了用于擊球的高爾夫球棒面2；頂部4，其與高爾夫球棒面2相交在后者的上邊緣3c處，確定了球棒頭的頂面；底部5，其與高爾夫球棒面2相交在后者的下邊緣3d處，確定了球棒頭的底面；側(cè)部6，其在頂部4和底部5之間、從高爾夫球棒面2的尖側(cè)3a經(jīng)過高爾夫球棒頭的背面一直延伸到高爾夫球棒面2的跟側(cè)3b；以及頸部7，其在頂部跟側(cè)端與高爾夫球桿(未標出)的底端相連。高爾夫球棒頭1是具有封閉空腔(i)的相對大尺寸的木桿型球棒頭(#1長打棒)。
球棒頭的容積不低于200cc，但不超過500cc。容積的優(yōu)選范圍為大于300cc，進一步優(yōu)選大于380cc。但是按照R&A或USGA規(guī)定其上限為470cc。球棒頭在標準狀態(tài)下繞垂直軸經(jīng)過球棒頭重心G的慣量的水平轉(zhuǎn)矩優(yōu)選為不低于2000，更優(yōu)選大于3000，進一步優(yōu)選大于3500(g·sq·cm)。此外，在標準狀態(tài)下繞水平軸沿球棒頭尖-跟方向延伸并經(jīng)過重心G的慣量的垂直轉(zhuǎn)矩優(yōu)選為不低于1500，更優(yōu)選不低于2000(g·sq·cm)。
這里，標準狀態(tài)是指高爾夫球棒頭被放置在水平面HP上以滿足其停止角和高擊斜面角(真高擊斜面角)的狀態(tài)。尖-跟方向是與球棒頭的前-后方向相垂直的方向。前-后方向是從重心G沿法線N到高爾夫球棒面2的方向。尖-跟方向和前-后方向平行于水平面HP。
根據(jù)本發(fā)明，球棒頭1由帶有開口Op1、Op2的空心主體M和覆蓋開口Op1、Op2(一般作“開口Op”)的FRP部件Fr1、Fr2(一般作“FRP部件Fr”)組成。
FRP部件Fr由至少一種埋有增強纖維的樹脂材料制成。對于樹脂材料，各種樹脂，例如，熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂，熱塑性樹脂如尼龍樹脂和聚碳酸酯樹脂，以及其他類似物均可使用。至于增強纖維，各種纖維，例如，無機纖維如碳纖維和玻璃纖維，有機纖維如聚芳基酰胺纖維和聚對苯撐苯并雙噁唑(PBO)纖維，金屬纖維如非晶態(tài)金屬纖維和鈦纖維，以及其他類似物均可使用。，優(yōu)選使用碳纖維因其拉伸強度特別大且比重較小，從優(yōu)異的粘結(jié)性、成型時間、成本等因素考慮則優(yōu)選使用熱固性樹脂。
增強纖維包括在頂部或底部的縱向纖維，其取向基本與球棒頭的前-后方向平行；以及在相同部位的橫向纖維，其取向基本與球棒頭前-后方向垂直。
設(shè)定Gl是拉伸模量E(Gpa)和縱向纖維的重量(克)的乘積(如果有兩種或更多種模量不同的纖維用作縱向纖維，則取各種纖維各自乘積的總和)，Gt是拉伸模量E(Gpa)和橫向纖維的重量(克)的乘積(如果有兩種或更多種模量不同的纖維用作橫向纖維，則取各種纖維各自乘積的總和)，為了提高回彈性能，積Gl需降到低于積Gt。比值Gl/Gt的優(yōu)選范圍為不超過0.9，更優(yōu)選小于0.8，進一步優(yōu)選小于0.6，但不小于0.1，更優(yōu)選大于0.2，進一步優(yōu)選大于0.3。如果比值Gl/Gt小于0.1，其耐用性肯定會下降。如果縱向纖維和橫向纖維的模量幾乎相同，縱向纖維的總重對橫向纖維總重的比值可因同樣的理由設(shè)置在與Gl/Gt相同的范圍內(nèi)。這從下述的高爾夫球棒頭的制造方法中變得更為明顯。
主體M由至少一種金屬材料制成。例如，不銹鋼，高鎳合金鋼，純鈦，鈦合金，鋁合金，鎂合金，非晶態(tài)合金等。特別的，優(yōu)選具有高的比拉伸強度的金屬材料，如鈦合金、鋁合金和鎂合金。
主體M可通過將兩種或更多種分別用適當?shù)姆椒ㄖ瞥傻慕饘俨考M裝/焊接而成，例如鑄造，鍛造，壓制，軋制等。但是，優(yōu)選采用鑄造法等將主體M一體化成型。
在下面的實施方式中，主體M由一種金屬材料(鈦合金Ti-6Al-4V)制成，并采用精密鑄造法制成。為提高面部3受沖擊下的撓屈性，面部3的最大厚度限定在1.8～3.0mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選2.1～2.9mm，進一步優(yōu)選2.3～2.9mm。為在不降低耐用性和強度的條件下進一步提高受沖擊下的撓屈性，面部3優(yōu)選，以具有最小厚度的較薄的外圍區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)出上述最大厚度的較厚的中心區(qū)域包圍。此較厚的中心區(qū)域包括球棒面的中點。最大和最小厚度之差優(yōu)選在0.1～1.5mm的范圍內(nèi)。
在圖1～4中，開口Op1位于頂部4的內(nèi)部。但是，如圖5(a)和5(b)所示，位于頂部4內(nèi)部的開口Op1可延伸至背面。在圖6中，開口Op2形成于底部5的內(nèi)部，但是位于底部5內(nèi)部的開口Op2可類似于如圖5(b)所示的開口Op1延伸至背面。
在如圖1～4所示的實施方式中，主體M包括上述面部3，底部5，側(cè)部6和頸部7。對于頂部4，其只包括外圍區(qū)域10或邊緣區(qū)域，因為比頂部4稍小的開口Op1形成于頂部的內(nèi)部。因此，當從如圖2所示的上方俯視，球棒頭的重心G幾乎在開口Op1的中心處。在這種實施方式中，幾乎整個頂部4由FRP部件Fr1形成。
在如圖5(a)和5(b)所示的實施方式中，隨著開口Op1向后延伸到側(cè)部6中，主體M包括了面部3，底部5和頸部7。對于頂部4而言，僅包括其在尖側(cè)、跟側(cè)和球棒面?zhèn)鹊倪吘墔^(qū)域10。還是在這個實施方式中，幾乎整個頂部4由FRP部件Fr1形成。
在圖6中，由于開口Op2形成于底部5的內(nèi)部，因此只有底部5的外圍區(qū)域10包含在主體M內(nèi)。在這種情況下，開口Op1也可以如前述的實施方式一樣在頂部內(nèi)形成。但是在本實施方式中沒有形成開口Op1。因此，主體M進一步包括面部3，頂部4，側(cè)部6和頸部7。
如果開口Op的面積太小，或者更具體的說開口Op的面積在被FRP部件Fr所覆蓋的頂部或底部中所占的比例太小，則由FRP部件Fr的彈性帶來的回彈性能的提高以及球棒頭重量的減少將難以達到。因此，如圖2俯視時，開口Op1的面積S1與被球棒頭1的輪廓線所包圍的面積S的比值(S1/S)優(yōu)選為不小于0.5，進一步優(yōu)選大于0.6，但不大于0.9，進一步優(yōu)選小于0.8。
同樣的對于底部，當如圖6仰視時，底部5中開口Op2的面積S2與被球棒頭1的輪廓線所包圍的面積S的比值(S2/S)優(yōu)選為不小于0.5，進一步優(yōu)選大于0.6，但不大于0.9，進一步優(yōu)選小于0.8。
在任何情況下，開口Op的前邊緣幾乎與相鄰的面部的上邊緣3c或下邊緣3d相平行，且前邊緣與相鄰的邊緣3c、3d的之間的間距w3c、w3d小于20mm，優(yōu)選小于15mm，進一步優(yōu)選小于10mm。這種幾乎平行的部分的長度優(yōu)選超過面部邊緣(上或下)的50％，當俯視或仰視時，其基本上位于球棒面的中心。
平頭接合部當FRP部件Fr的外圍部圍繞開口Op與環(huán)繞部10重疊接合時，沿開口Op的邊緣形成了平頭接合部10b。平頭接合部10b具有階梯式界面以接觸并支承FRP部件Fr的外圍部的內(nèi)表面，而其外表面則與環(huán)繞部10的外表面10a齊平。如果只考慮這些界面間的粘結(jié)力，當垂直于開口Op的邊緣測量時，平頭接合部10b的寬度Wa設(shè)置在大于10mm但小于20mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選小于15mm。不管怎樣，寬度Wa至少為5mm。即使平頭接合部10b的厚度很薄，寬度Wa最多為30mm。
本實施例中的平頭接合部10b連續(xù)形成于開口Op邊緣的整個長度L上。但平頭接合部10b也可以以一定間隔非連續(xù)的形成。在任何情況下，滿足上述對寬度Wa下限的平頭接合部10b的總長優(yōu)選為不小于長度L的50％，更優(yōu)選超過60％，進一步優(yōu)選超過70％，以確保主體M和FRP部件Fr之間具有足夠的結(jié)合區(qū)，并獲得足夠的粘結(jié)力。
因此，F(xiàn)RP部件Fr被成形為與包括平頭接合部10b的開口形狀相適應(yīng)。
在FRP部件Fr中，上述增強纖維具有層狀結(jié)構(gòu)，其包括數(shù)個分別由單向取向的增強纖維(f)制成的層12A和12B，以及可任選的由編織或雙向取向的增強纖維(f)制成的層12C。
在頂部和底部中，每個層12A中的纖維(f)基本沿球棒頭的前-后方向延伸(即，縱向纖維)，每個層12B中的纖維(f)基本沿垂直于前后方向的尖-跟方向延伸(即，橫向纖維)。雙向?qū)?2C中的纖維(f)呈四方形編織，并與前-后方向基本上呈45度(下文稱斜向纖維)。
對于層12A和12B，纖維的定向方向允許在最大10度角(優(yōu)選5度角)范圍內(nèi)變化。換句話說，層12A中的縱向纖維(f)與前-后方向呈不超過10度角優(yōu)選5度角的方向定向。層12B中的橫向纖維(f)與尖-跟后方向呈不超過10度優(yōu)選5度方向定向(即，與前-后方向呈80～100度，優(yōu)選85～95度)對于層12C，纖維的定向方向允許稍有更大的偏差，其中沿一個方向延伸的斜向纖維(f)(而其他的則與其垂直延伸)與前-后方向呈大于30度角定位，優(yōu)選大于40度，但小于60度，優(yōu)選小于50度。
通常將交錯層12C放置在單向?qū)?2A和12B的外側(cè)作為最外層。但也可以將其放置在單向?qū)?2A和12B的內(nèi)側(cè)作為最內(nèi)層。此外，可以將層12C放置在兩邊分別作為最外層和最內(nèi)層。
對于單向?qū)?2A和12B的排列方式，圖7展示了一個實施例。在該例中，單向?qū)?2A的數(shù)量比單向?qū)?2B的數(shù)量少。這種配置適用于層12A和12B在纖維性質(zhì)如埋入層內(nèi)的纖維的模量和密度上差異很小的情況(密度是指下述預(yù)浸紗的纖維面積重量)。
圖8是另一個實施例，與圖7的實施例不同，其中單向?qū)?2Bw的纖維密度增加到層12B的2倍。因此，在層12A的外側(cè)使用了一層12Bw，而圖7中則是使用了兩層12B。還是在該例中，單向?qū)?2A的數(shù)量仍比單向?qū)?2B(12Bw)的數(shù)量少。但是，如果纖維的性質(zhì)和/或密度的差異足夠大，可使用相同數(shù)量的層12A和層12B。對于圖7和圖8所示的任何一種情況，對耐用性而言優(yōu)選采取將縱向纖維層12A夾在橫向或斜向纖維層12B、12Bw、12C之間的形式。
如果增強纖維的彈性拉伸模量E太小，則難以給FRP部件Fr提供必要的剛度。因此，彈性難以提高且耐用性會下降。如果彈性拉伸模量E太大，彈性難以再提高，且相反FRP部件Fr的拉伸強度反而下降。
因此，增強纖維的彈性拉伸模量E，根據(jù)日本工業(yè)標準R7601中所描述的測試方法測試，優(yōu)選設(shè)定在不小于50GPa，更優(yōu)選大于100GPa，進一步優(yōu)選大于150GPa，更進一步優(yōu)選大于200GPa，但不超過450GPa，進一步優(yōu)選小于350GPa的范圍內(nèi)。如果層(或下述預(yù)浸紗)中組合使用了k(復(fù)數(shù))種不同模量的纖維fi(i＝1-k)，以纖維重量計的平均拉伸模量按照下面的公式計算。
∑(Ei×Vi)/∑Vi其中Ei為纖維fi的彈性拉伸模量；Vi是纖維fi的總重。例如，在一個層中使用了兩種纖維f1和f2，則平均拉伸模量為E1×V1/(V1+V2)+E2×V2/(V1+V2)。
對于上述層12A和12B之間的差異非常小或為零的情況下，則層12B和12A的數(shù)量差設(shè)定在1～4的范圍內(nèi)，優(yōu)選2～4，進一步優(yōu)選2～3。當層12A和12B中使用的纖維是模量在上述范圍內(nèi)的碳纖維時，則層12A和12B的總數(shù)優(yōu)選在不小于4，進一步優(yōu)選不小于5，但不大于8，進一步優(yōu)選不大于7的范圍內(nèi)。例如，為了降低層12A和層12B之間數(shù)量上的差異，縱向纖維層12A的彈性模量可降到橫向纖維層12B的彈性模量之下。也在這種情況下，下限為50GPa。上限約245GPa，優(yōu)選為150GPa，進一步優(yōu)選100GPa。
為降低相鄰層12A和12B之間的剪切應(yīng)力，層12A中纖維的拉伸模量與層12B中的拉伸模量之比值為至少0.50。該比值優(yōu)選大于0.60，進一步優(yōu)選大于0.70。但是，為取得降低模量的效果，該比值至多為0.95，優(yōu)選至多0.90，進一步優(yōu)選至多0.85。順便提及，如果使用多個層12A，可降低其所有的模量。此外，可降低層12A中的一個或一些。
具有上述層結(jié)構(gòu)的FRP部件Fr可使用預(yù)浸紗片11制備。如該領(lǐng)域所共知，預(yù)浸紗是用樹脂浸漬的片狀纖維。
圖9(a)是用于形成上述縱向纖維層12A的預(yù)浸紗片11A，其纖維(f)沿前-后方向單取向。圖9(b)是用于形成橫向纖維層12B的預(yù)浸紗片11B，其纖維(f)沿尖-跟方向單取向。圖9(c)是用于形成層12C的預(yù)浸紗片11C，其纖維呈四方形編織并與前-后方向呈45度角雙向或正交取向。因此，將這些預(yù)浸紗片(11A，11B，11C)依照具體預(yù)定的次序配置來制備粗FRP部件P(Fr)。
在每個預(yù)浸紗片中，纖維的面積重量“FAW”(g/sq·m)設(shè)置在20～300的范圍內(nèi)。FAW優(yōu)選為大于30，更優(yōu)選大于40，進一步優(yōu)選大于55，但優(yōu)選小于200，更優(yōu)選小于150，進一步優(yōu)選小于125。如果FAW超過300，成型變得困難且缺陷百分比將變大。同樣，如果FAW小于20則不利于產(chǎn)率和成本。
例如圖7的實施例，通過將預(yù)浸紗片11B、11A、11B、11B和11C依次后一個疊在前一個之上，可制得如圖4所示的FRP部件Fr1。在該實施例中，預(yù)浸紗片11A和11B由使用如切邊模制得的同樣的預(yù)浸紗片制成。因此，預(yù)浸紗片11A和11B具有相同的基底樹脂、纖維的材料和模量、以及纖維面積重量。
在將預(yù)浸紗片(11A、11B、11C)疊成一片前，可將預(yù)浸紗片成形為與包括平頭接合部的開口形狀相適應(yīng)的相同的形狀。但是，也可以將(單向或可任選的編織)預(yù)浸紗一層疊于另一層之上以滿足最終的FRP部件Fr中纖維取向的關(guān)系。先制備一個較寬的層壓預(yù)浸紗片，然后使用如切邊模從其上切下粗FRP部件P(Fr)。
如上所述，比值Gl/Gt設(shè)定在一特定范圍內(nèi)。為容易做到這一點，使用下面所述的預(yù)浸紗的纖維面積重量FAW(g/sq·m)。
當把“G”定義為每個預(yù)浸紗片的纖維面積重量FAW(g/sq·m)和纖維彈性拉伸模量E(GPa)之積(當用到多種不同模量的纖維時，取上述所得的平均模量)，所有預(yù)浸紗片11A的“G”的總和GL優(yōu)選設(shè)置在不小于10,000，更優(yōu)選大于15,000，進一步優(yōu)選大于17,000，但不超過40,000，更優(yōu)選小于35,000，進一步優(yōu)選小于30,000的范圍內(nèi)。
另一方面，所有預(yù)浸紗片11B的“G”的總和GT優(yōu)選設(shè)置在不小于20,000，更優(yōu)選大于30,000，進一步優(yōu)選大于34,000，但不超過150,000，更優(yōu)選小于100,000，進一步優(yōu)選小于90,000的范圍內(nèi)。
比值GL/GT設(shè)置在不大于0.9，優(yōu)選小于0.8，更優(yōu)選小于0.6，但不小于0.1，優(yōu)選大于0.2，更優(yōu)選大于0.3的范圍內(nèi)。
如果總和GL小于10,000和/或總和GT小于20,000，則難以提供必要的耐用性。如果總和GL大于40,000和/或總和GT大于150,000，則難以提高回彈性能。如果比值GL/GT小于0.1，耐用性肯定會下降。
這樣的粗FRP部件P(Fr)在模20中在加熱加壓下熟化。
當FRP部件分別從主體M上熟化，使用粘結(jié)劑等將完成熟化的FRP部件Fr固定到平頭接合部10b上。
但是，也可以將粗FRP部件P(Fr)連同主體M一道放入模20中同時進行熟化和固定。例如，模20是包含上塊20a和下塊20b的分瓣模。
為提高粗FRP部件P(Fr)和主體M間的粘結(jié)性，優(yōu)選在平頭接合部10b和/或粗FRP部件P(Fr)上應(yīng)用熱固性粘結(jié)劑或樹脂底涂劑。在主體M上應(yīng)用粗FRP部件P(Fr)以覆蓋開口Op。在應(yīng)用粗FRP部件P(Fr)時，可以先將主體M放入模20的下塊20b中用作支承體。通過孔道22，將高壓流體沖入到事先置入到主體M的空腔(i)中的內(nèi)膽B(tài)中。同時對模20進行加熱。從而，在加熱過程中，隨粗FRP部件的內(nèi)部受到膨脹內(nèi)膽B(tài)的推壓，粗FRP部件P(Fr)的外部受壓貼靠于模面C上。結(jié)果，熟化成形的FRP部件Fr的外圍部分與主體M的平頭接合部10b熔合。然后，將內(nèi)膽減壓縮小并通過孔道22將其從空腔中取出。
本實施例中的上述孔道22位于側(cè)部6上。因此，可以用帶有商品名、裝飾圖案等的片或板將其封閉。除了側(cè)部6，孔道22還可以在其他部位，例如，甚至可以安置在撓性導(dǎo)管1的底部。
通過使用編織預(yù)浸紗片11C，可有效防止加壓過程中因內(nèi)膽膨脹導(dǎo)致單向預(yù)浸紗11A、11B中的纖維出現(xiàn)無序的狀態(tài)。還可以防止操作過程中的無序狀態(tài)。因此，可以將單層編織預(yù)浸紗片11C安置在單向預(yù)浸紗片11A和11B的外側(cè)或內(nèi)側(cè)或兩側(cè)。此外，可以在單向預(yù)浸紗片11A和11B的至少一側(cè)(如外側(cè))安置數(shù)個編織預(yù)浸紗片11C。
FRP部件Fr優(yōu)選如圖3所示的平行于前-后方向的截面中呈中間凸起的彎曲狀，因為這種彎曲可有助于提高回彈性能的初始撓屈性。另一方面，在平行于尖-跟方向的截面中，它可以是幾乎平直的，或是比平行于前-后方向的截面的半徑RL更大的半徑RT的中間凸起的彎曲狀。同樣道理，優(yōu)選如圖7所示，位于縱向纖維層12A外側(cè)的橫向纖維層12B的數(shù)量比位于縱向纖維層12A內(nèi)側(cè)的橫向纖維層12B的數(shù)量大。因為如果要是反過來的話，內(nèi)部的基底樹脂增多，并在受沖擊下抵制了壓縮應(yīng)力。因此，F(xiàn)RP部件Fr變硬且難以提高回彈性能。
在上述實施方式中，由于頂部的FRP部件Fr的彎曲很輕微，因此當移動視點時纖維的定向方向或角度基本不變。但是嚴格講，該角度被定義為纖維向水平面HP投影所得。換句話說，該角度是從如圖2所示的俯視或如圖6所示的仰視得出的。
從提高回彈性能同時降低重心的角度考慮，希望在靠近面部3的頂部4處提供一個更大的開口Op1。但這需要減少平頭接合部10b的寬度Wa，接合強度會相應(yīng)變得不足。在這種情況下，如圖11所示，為FRP部件Fr提供了一個額外的內(nèi)部16b，其沿著平頭接合處10b的內(nèi)側(cè)延伸，從而將平頭接合部10b固定于雙叉狀部16中。因此，即使寬度Wa很小也可以極大提高結(jié)合強度。
這種額外的內(nèi)部16b可形成如圖12(a)，12(b)，12(c)和12(d)所示。
在如圖10(a)所示在主體M上施加粗FRP部件P(Fr)之前，在平頭接合部10b的內(nèi)表面上如圖12(a)所示施加預(yù)浸紗帶15，以使得縱向邊緣15b如圖12(b)所示向開口Op1伸出。然后如圖12(c)所示施加粗FRP部件P(Fr)。隨后的工序同前述。結(jié)果，如圖12(d)所示，預(yù)浸紗帶15和粗FRP部件P(Fr)熔融并緊密的結(jié)合在一起形成上述雙叉狀部16。
由于可在任意必要的位置形成額外的內(nèi)部16b，因此可部分施加預(yù)浸紗帶15。但是，從結(jié)合強度考慮，希望能沿開口Op1邊緣的整個長度上施加所述的預(yù)浸紗帶。
要求預(yù)浸紗帶15有柔韌性以在內(nèi)膽B(tài)膨脹過程中其與平頭接合處10b和粗FRP部件P(Fr)緊密接觸。因此，其纖維(f)的彈性拉伸模量設(shè)定在相對小的值，其范圍為不超過245GPa，優(yōu)選小于200GPa，進一步優(yōu)選小于150GPa，但不小于50GPa。此外，纖維(f)優(yōu)選與前一后方向BL呈約30～60度范圍內(nèi)的角度雙向(交叉方向)取向。
當在頂部內(nèi)配置開口Op1但未配置Op2時，在頂部受沖擊下沿前-后方向的撓屈性變得比底部的大。從而，面部在受沖擊下傾向于向后傾斜，結(jié)果增大了動態(tài)高擊斜面角。如果不需要這種效果，最好開口Op1和Op2都配置。當頂部具有開口Op1、底部具有開口Op2時，隨著金屬材料的重量朝側(cè)部6偏移，則有可能提高上述球棒頭的慣量的水平轉(zhuǎn)矩。此外，由于FRP部件重量相比金屬部件重量通常較輕，使用FRP部件還有利于減輕重量，從而使球棒頭的設(shè)計自由度更大。
對比測試制造了用作#1木桿球棒的容積為420cc高爾夫球棒頭，對其回彈性能和耐用性進行了測試。
球棒頭具有如圖1～4所示的除FRP部件以外的相同的結(jié)構(gòu)。
由碳纖維預(yù)浸紗片制成的FRP部件如圖13(a)、13(b)和13(c)所示。其規(guī)格如表1所示。成品球棒頭中FRP部件的厚度為0.8mm。
主體采用鈦合金Ti-6Al-4V鑄造成型，然后使用數(shù)控機床對開口Op1和平頭結(jié)合部進行高精度加工。開口Op1的面積S1與被球棒頭1的輪廓線所包圍的面積S的比值(S1/S)為0.7。
實施例6的球棒頭具有根據(jù)如圖12(a)～12(d)中所述方法得到的如圖11所示的雙叉狀部16，其中施加了20mm寬的無紡雙向預(yù)浸紗帶15，以使如圖12(a)所示伸出約為10mm。
回彈性能測試根據(jù)“美國高爾夫球協(xié)會，符合規(guī)則4-1e條的測量高爾夫球棒頭速率的方法，附錄II，第二次修訂(1999年2月8日)”，得到了每個高爾夫球棒頭的回復(fù)系數(shù)。其數(shù)值越大，回彈性能越好。
耐用性測試將每個球棒頭安裝在碳球桿“MP-200，SRI體育有限公司制造”得到45英寸的木桿型高爾夫球棒。然后，將高爾夫球棒安裝在揮桿機“Shotrobo-4，Miyamae公司制造”上以51m/s的球棒頭速度用面中心一個一個的擊打高爾夫球并計擊打次數(shù)(最大值＝5000次)，直到觀察到球棒頭損壞。結(jié)果見表1。
測試結(jié)果證實，可以在提高回彈性能的同時不對耐用性造成破壞。
本發(fā)明適用于木桿型球棒頭如驅(qū)動棒型和平草地木質(zhì)棒型在面部的后部具有空腔的的球棒頭，但也可以將本發(fā)明應(yīng)用于各種高爾夫球棒頭如鐵桿棒型、多功能棒型和輕擊棒型。
表1

1*)294GPa商品名“MR350C-050S”，Mitsubishi Rayon有限公司制造(纖維面積重量＝58克/平方米，樹脂含量＝25％)235GPa商品名“TRC350C-125S”，Mitsubishi Rayon有限公司制造(纖維面積重量＝125克/平方米，樹脂含量＝25％)
權(quán)利要求
1.一種高爾夫球棒頭，具包含由至少一種金屬材料制成的空心主體，其頂部和底部中至少有一個具有開口，以及覆蓋所述開口并由至少一種纖維增強樹脂材料制成的FRP部件，其中，所述纖維包括沿著與球棒頭前—后向基本平行方向取向的縱向纖維，以及沿著與球棒頭前—后向基本垂直方向取向的橫向纖維，而縱向纖維在單位面積上纖維的總重比橫向纖維的小。
2.一種高爾夫球棒頭，其包含由至少一種金屬材料制成的空心主體，其頂部和底部中至少有一個具有開口，以及覆蓋所述開口并由至少一種纖維增強樹脂材料制成的FRP部件，其中，所述纖維包括沿著與球棒頭前—后向基本平行方向取向的縱向纖維，以及沿著與球棒頭前—后向基本垂直方向取向的橫向纖維，而縱向纖維在單位面積上纖維的總拉伸彈性模量比橫向纖維的小。
3.一種高爾夫球棒頭，其包含由至少一種金屬材料制成的空心主體，其頂部和底部中至少有一個具有開口，以及覆蓋所述開口并由至少一種纖維增強樹脂材料制成的FRP部件，其中，所述纖維包括沿著與球棒頭前—后向基本平行方向取向的縱向纖維，以及沿著與球棒頭前—后向基本垂直方向取向的橫向纖維，而縱向纖維在單位面積上纖維的總重和纖維的平均拉伸彈性模量的乘積比橫向纖維的小。
4.如權(quán)利要求1、2或3中任一項所述的高爾夫球棒頭，其特征在于，所述纖維具有層狀結(jié)構(gòu)，其中，所述橫向纖維形成有至少兩層，所述縱向纖維形成有至少一層且少于所述橫向纖維的層數(shù)，以及所述縱向纖維層被夾在所述橫向纖維層之間。
5.如權(quán)利要求4所述的高爾夫球棒頭，其特征在于，所述纖維進一步包括作為所述層狀結(jié)構(gòu)最外層的四方形編織纖維。
6.如權(quán)利要求5所述的高爾夫球棒頭，其特征在于，所述纖維進一步包括作為所述層狀結(jié)構(gòu)最內(nèi)層的四方形編織纖維。
7.如權(quán)利要求1、2或3中任一項所述的高爾夫球棒頭，其特征在于，所述纖維進一步含有至少一層編織纖維。
全文摘要
一種高爾夫球棒頭，其包括由至少一種金屬材料制成的空心主體，其球棒頭的頂部和底部中至少有一個具有開口；以及覆蓋所述開口并由至少一種纖維增強樹脂材料制成的FRP部件，其中所述纖維包括沿著與球棒頭前－后向基本平行方向取向的縱向纖維；和與球棒頭前－后向基本垂直方向取向的橫向纖維，且縱向纖維在單位面積上纖維的總重和/或單位面積上纖維的總拉伸彈性模量上小于橫向纖維的。
文檔編號A63B53/04GK1669605SQ20051005593
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者山本晃生 申請人:住膠體育用品株式會社