具有由粘弹性材料制成的衬垫的高尔夫球棒

摘要

一种高尔夫球棒（10），其被构造成当击打高尔夫球时耗散碰撞期间的动能，从而减少从高尔夫球棒（10）传递到球的动能的量且减少球行进的距离。球行进的减少鼓励运动员在碰撞瞬间使用更多同心的肌肉动作且因而更好地控制碰撞。高尔夫球棒（10）包括杆（18）和头（14），且头（14）包括连接到杆（18）的支撑结构（22）和限定高尔夫球（10）的面（46）的冲击吸收结构（16）。冲击吸收结构（16）包括设置在面（46）和支撑结构（22）之间的衬垫（48），且衬垫（48）由剪切增稠材料制成。

说明书

技术领域

本发明涉及在打高尔夫球时精度的提高。具体地，本发明涉及用 于提高短杆比赛精度的高尔夫球棒。

背景技术

当打高尔夫球时，运动员挥动高尔夫球棒，以使球棒头的面撞击 高尔夫球且动能从高尔夫球棒传递到球-然后球朝草地行进，且在后续 的碰撞之后朝洞行进。因而动能从运动员传递到球棒杆、传递到球棒 面并且最后传递到球。

大多数高尔夫球棒已被开发成使得从高尔夫球棒到高尔夫球传递 的能量最大化，以试图允许将高尔夫球尽可能远地驱动。该方法在目 标是朝草地尽可能远地驱动球长杆比赛中适用，但是在短杆比赛中， 球需要行进的距离更容易达到且击打精度-方向和距离两者的精度变得 更重要。

由与推杆的其它部分不同的材料制成的面嵌件已被用于推杆中， 但是这些面嵌件被构造成增加推杆的周边配重以为推杆提供更柔软的 感觉和声音，和/或增强推杆面和球之间的抓握（减少打滑和改变球的 滚动）。这些推杆嵌件并不导致精度的充分改进。事实上，很多这些嵌 件的声称效果很大地归因于心理效果（“安慰剂效果”）。

本发明寻求在高尔夫短杆比赛中的距离和方向两方面提供提高的 精度。

发明内容

根据本发明，提供一种高尔夫球棒，所述高尔夫球棒被构造成当 击打高尔夫球时消散碰撞期间的动能，从而减少从高尔夫球棒传递到 球的动能的量且减少球行进的距离。高尔夫球棒包括杆和头，且头包 括：

支撑结构，该支撑结构被连接到所述杆；和

冲击吸收结构，所述冲击吸收结构限定高尔夫球棒的面，所述冲 击吸收结构包括设置在所述面和支撑结构之间的衬垫，

其中所述衬垫由剪切增稠的粘弹性材料制成且该材料可以是胀流 性的（dilitant）和/或震凝的。

“剪切增稠”、“胀流性”和“震凝”的定义是变化的，且通常是 指流体的“粘度”。适于本发明的粘弹性材料类似固体而不是流体，且 这里使用术语“刚性”（意味着“抗应变”），尽管在上下文中它具有与 “粘度”相同的含义。此外，在该说明书中，术语“剪切增稠”指随 着剪切负载增加而刚性增加，“胀流性”指随着剪切负载增加而刚性以 时间不相关方式增加，以及“震凝性”指刚性以与时间相关的方式增 加。清楚的是，材料能够同时表现这些特性中的多于一个特性。

冲击吸收结构可包括一个或更多比衬垫硬的硬层，且该硬层被设 置成与高尔夫球棒的面邻近。在该说明书中术语“硬”指抗应变性且 对于该说明书的目的也能够等同于“刚性”。

硬层可被形成高尔夫球棒的面或可被嵌入衬垫中，与高尔夫球棒 的面间隔开。冲击吸收结构可包括柔软的可压缩面层，该可压缩面层 形成高尔夫球棒的面，硬层设置在衬垫和面层之间。

所述支撑结构可限定凹部，冲击吸收结构能够被接收在该凹部 中—例如冲击吸收结构可以是“面嵌件”。

动能可通过转化成可被储存在球棒头中的势能或热和/或通过产 生用于高尔夫球棒作用在球上的负载的可选择的负载路径的来耗散。

可通过允许球棒面在接触球时被压缩而实现动能的耗散，其中压 缩被缓冲，接着缓冲回弹，优选地球棒面相对于球棒头的其它部分夸 大地缓冲回弹到其初始位置。

高尔夫球棒可具有允许缓冲压缩和/或缓冲回弹的机械构造并且 缓冲可包括通过产生热来耗散动能。

高尔夫球棒可包括被构造成监测高尔夫球棒的运动的一个或更多 生物计量式遥测传感器。

附图说明

为了更好地理解本发明，且为了示出本发明如何付诸实施，现在 将参考附图通过非限制性示例描述本发明。

图1-8中的每一个是带有一短段的杆的高尔夫球棒的头的概略剖 面侧视图，该杆与球棒头相邻，这些图中的每一个示出根据本发明的 高尔夫球棒的不同概念性实施例的球棒头和杆；

图9示出根据本发明的高尔夫球棒头的优选实施例的三维视图；

图10示出图9的高尔夫球棒头的放大图；

图11至15示出图9的具有不同嵌件的高尔夫球棒头的剖面侧视 图；

图16示出用于图9的高尔夫球棒头的嵌件的放大图；

图17示出用于图9的高尔夫球棒头的嵌件的三维视图；

图18示出用于图9的高尔夫球棒头的嵌件的部分放大图；

图19示出实验设备的示意图；和

图20示出利用图19的设备在不同高尔夫球棒头上进行的实验的 结果。

具体实施方式

在高尔夫挥杆期间，与所有其它主动人类运动相同，运动中所涉 及的每个肌肉能够以同心方式或偏心方式作用。当高尔夫球棒被加速 时主要通过同心肌肉动作实现，当高尔夫球棒被减速时主要通过偏心 肌肉动作实现。

在同心肌肉动作中，肌肉收缩同时产生在收缩方向上且因而在运 动方向上的拉力。在偏心肌肉动作中，由于反作用力大于由肌肉产生 的拉力，肌肉在张力下拉伸。因而肌肉作用以减速运动或另外地控制 负载，而不产生在运动方向上的力。

肌纤维通过肌球蛋白头到肌动蛋白丝的结合位置的重复结合和释 放以通过厚肌球蛋白丝和薄肌动蛋白丝之间的交联产生张力。如上所 述，在同心肌肉动作中，肌肉需要施加的拉力被在中枢神经系统中计 算且通过肌肉的交联和收缩起作用。因而力的程度较简单地受中枢神 经系统的控制。相反，在偏心肌肉动作中，肌肉施加的力是作用在肌 肉上的拉长外力和通过肌球蛋白和肌动蛋白交联在肌肉中产生的较小 拉力的结果。中枢神经系统能够控制肌肉拉伸力的程度，但是并不控 制外力，因此必需通过随时地断开肌球蛋白-肌动蛋白桥重复地对外力 再评估。因而与同心动作的情况相比，中枢神经系统对偏心肌肉动作 的控制更复杂且不连续或不平滑。

由于当肌肉在同心和偏心作用时施加张力的不同方式并且具体地 肌肉在这些环境中受到控制的方式，对于同心肌肉动作的控制要好于 对偏心肌肉动作的控制。

当这些原则被应用到高尔夫挥杆时，在高尔夫球棒加速期间（此 时肌肉动作主要是同心的）对肌肉动作的控制要好于在减速期间（此 时肌肉动作主要是偏心的）对肌肉动作的控制。因此，为了允许在击 打球时对高尔夫挥杆更好地控制且因而提高运动精度，高尔夫球棒应 该优选地在击打时加速。这在长杆比赛期间合理地自然发生，此时运 动员寻求尽可能远地驱动球且因而不试图减速高尔夫球棒。然而，在 短杆比赛中，在试图防止过于猛烈地撞击球时，运动员趋向于在碰撞 之前开始高尔夫球棒的减速，结果是在碰撞的临界时刻，球棒受偏心 肌肉运动而非同心肌肉运动控制。

本发明寻求缩短球被高尔夫球棒驱动的距离，从而运动员被迫更 猛烈地击打球且因而被鼓励保持加速高尔夫球棒直到碰撞之时。为了 缩短球行进的距离，需要减少从高尔夫球棒传递到球的动能的量且寻 求通过耗散动能来实现。耗散动能以防止球远地行进的方案极大地不 同于当前高尔夫球棒开发所遵循的方案，在当前高尔夫球棒开发中寻 求使到球的动能传递最大化。

参考附图的图1至8，示出高尔夫球棒的八个不同的概念性实施 例，每个实施例动能的一部分能够被如何耗散的示例，该部分动能否 则会被传递到高尔夫球。每个高尔夫球棒总体上以附图标记10示出， 不同实施例之间的共同特征以相同的附图标记加上指示实施例（和图 号）的后缀标识。

参考图1，高尔夫球棒10.1的第一概念性实施例包括杆12.1和头 14.1，杆12.1和头14.1形成由弹性缓冲材料形成的邻接的整体式构造， 带有适当刚性的球棒面嵌件16.1。杆12.1和头14.1的材料是弹性可压 缩的，从而嵌件16.1在与球碰撞时能够被压缩且能够回弹，但是压缩 和回弹均被缓冲以减少动能从球棒头14.1和嵌件16.1到球的传递。

严格地说，不是嵌件16.1而是球棒头14.1被嵌件16.1的运动压 缩，反之对于球棒面的回弹也是如此。然而，为了避免不必需的冗长 描述，本说明书中以可互换的方式参考对球棒面的或对球棒面嵌件的 或对球棒头的压缩—都是指其中球棍面相对于棒棍头的其余部分移位 的压缩。

参考图2，高尔夫球棒10.2的第二概念性实施例包括能够对球棍 面嵌件16.2的压缩和回弹进行缓冲的由弹性可压缩材料形成的球棒头 14.2，如高尔夫球棒10.1的情况中那样，但是球棒头14.2被连接到传 统杆18.2。

参考图3，高尔夫球棒10.3的第三概念性实施例也包括弹性可压 缩材料形成的球棒头14.3，如高尔夫球棒10.1的情况中那样，该材料 可以缓冲球棒面嵌件16.3的压缩和回弹，但是缓冲效果主要由嵌入在 球棒头14.3中的由缓冲材料形成的嵌件20.3引起。

参考图4，高尔夫球棒10.4的第四概念性实施例包括与图2中所 示相类似的杆18.4，且该杆与在实体球棒头14.4的除球棒头前部之外 的部分周围延伸的硬保持罩筒或外壳22.4邻接，该硬保持罩筒或外壳 22.4在前部处开口。球棒头包括面嵌件16.4。球棒头14.4的材料是弹 性可压缩的以允许球棒面16.4被压缩和回弹并且材料对压缩和回弹进 行缓冲以减少从球棒头14.4和嵌件16.4到球的动能传递。球棒头14.4 可被连接到壳体22.4内侧，从而压缩和回弹单纯地由球棒头的变形引 起，或者（或如果能够允许）在球棒头和壳体之间-具体是在球棒面附 近-允许一定程度的滑动。

参考图5，高尔夫球棒10.5的第五概念性实施例包括与在球棒头 14.5周围延伸的球棒头护套24.5邻接的杆18.5，其方式与图4所示的 壳体类似，但是护套24.5在球棒面并且在球棒后部处开放。球棒头14.5 和面嵌件16.4与图4中所示的那些大致类似，但是在护套24.5的后部 处开口使得对于球棒头14.5在球棒面嵌件16.5的压缩和回弹期间的变 形的限制较少。与图4中示出的高尔夫球棒类似，球棒头14.5可被连 接到护套24.5内侧，从而压缩和回弹单纯地因球棒头的变形而发生， 或者（如果能够允许），在球棒头和护套之间-具体在球棒面附近-可以 允许一定程度的滑动。

参考图6，高尔夫球棒10.6的第六概念性实施例包括邻接的杆18.6 和壳体22.6，带有被保持在壳体内侧的球棒头14.6，与图4所示的类 似，但是球棒头14.6不延伸到壳体22.6的后部内侧。相反，弹簧26.6 或其它机构被设置成辅助允许球棒面的压缩和回弹。优选地，该机构 被构造成对压缩和回弹进行缓冲。与图4所示的高尔夫球棒类似地， 球棒头14.6可被连接到壳体22.6内侧，从而压缩和回弹单纯地因球棒 头的变形而发生，其中弹簧26.6影响压缩和回弹，或者（如果能够允 许），在球棒头和壳体之间可允许一定程度的滑动。

参考图7，高尔夫球棒10.7的第七概念性实施例包括形成连续的 整体式构造的杆18.7和球棒头28.7。弹性可压缩层30.7被设置在球棒 头的前方且大致刚性的外罩筒32.7被配合在球棒头的前方并围绕可压 缩层30.7。罩筒32.7限定球棒面。在球棒面的压缩期间，罩筒32.7能 够在压缩层30.7的同时相对于头28.7滑动，并且层的弹性使得在球棒 面的回弹期间罩筒背离所述头滑动。可压缩层30.7对压缩和回弹运动 进行缓冲，以减少动能到球的传递。

参考图8，高尔夫球棒10.8的第八概念性实施例包括与球棒头36.8 邻接的杆34.8并且杆和球棒头都由合成材料制成，该合成材料被构造 成（例如通过材料选择和/或取向）允许球棒面的被缓冲的压缩和回弹， 以减少动能从球棒头36.8到球的传递。

此外，高尔夫球棒10.8包括嵌入在球棒头36.8中的生物计量式遥 测系统38.8，尽管在其它实施例中，遥测系统可被临时安装。遥测系 统38.8被构造成监测动能从球棒10.8到球的直接或间接传递。遥测系 统可通过外部设备进一步增强，这些外部设备测量或接收涉及运动精 度的在方向和/或距离方面的数据，该数据能够与遥测系统38.8上的读 数相关。

参考图9至18，根据本发明的高尔夫球棒的优选实践实施例被以 推杆的形式示出，其中具有一些变化。图1至8中使用的附图标记同 样用于图9至10，但无后缀。

高尔夫球棒10被构造成在击打高尔夫球时的冲击期间耗散动能， 且包括杆18（但在附图中仅示出杆的短的下部）和头14。头14包括 通常为金属铸件且与杆18相连的外壳22形式的支撑结构，以及限定 了高尔夫球棒10的面46的球棒面嵌件16形式的冲击吸收结构。

外壳22具有后腔体40，且可互换的配重42能够在后腔体的尾端 和前端与本体相联，以改变高尔夫球棒的重量和/或转动惯量（MOI）。 配重被定位在后腔体40的尾部和前部而非中央部也增大了高尔夫球棒 的MOI。凹部44被限定在壳体22的面中限定凹部44，面嵌件16能够 被接收在该凹部44中，并且面嵌件可被永久地连接在该凹部中，或者 可以被可拆除地连接-例如它可以利用摩擦配合、夹子等被保持到位- 依赖于高尔夫比赛的管理规则的许可。

参考图11，面嵌件16的整个第一实施例包括从面46延伸到壳体 22的衬垫，且该衬垫由如下的粘弹性材料制成：其中材料的刚性随衬 垫的压缩速率（速度）而增大，即高尔夫球冲进衬垫越猛烈，则衬垫 变得更坚硬。适合的材料的例子包括E-A-R ISODAMP C-1000Series 材料（可从Aearo Specialty Composites获得），这些材料呈现适当速 度敏感性压缩阻力，即当它们被缓慢压缩时它们似乎是软的，但是当 被快速压缩时它们似乎是硬的。这些C-1000Series材料的高的内缓冲 特性还将振动和冲击抑制在受限的变形内，而不会“触底”（即并不压 缩至其失去其粘弹性的程度）。

C-1000系列材料之外的材料能够用于衬垫（48），但是这样的材 料必需是非线性（指它们的应力-应变特性）、非牛顿的、剪切增稠、胀 流性和/或震凝的。

参考图12，面嵌件16的第二实施例主要由衬垫48构成，但是衬 垫并不一直延伸到面46。相反，硬层50被联接到衬垫且形成面。硬层 50将来自高尔夫球的冲击更均匀地分布在整个衬垫48上，并且提供足 够硬以满足高尔夫比赛的管理规则例如“R&A”规则的面46。

参考图13，面嵌件16的第三实施例与图12中示出的实施例的不 同之处仅在于，它包括由表面涂层52形成的附加软面层，以在击打高 尔夫球时形成更软的感觉和/或缓冲效果。

参考图14，面嵌件16的第四实施例与图11中示出的实施例的不 同之处仅在于，两个更硬层50被嵌入在衬垫48中。硬层50用作与图 12和13中示出的实施例相同的目的，并且衬垫48的在面46和硬层 50之间延伸的薄部用作与图13中示出的软表面涂层相同的目的。

参考图15，面嵌件16的第五实施例与图14中示出的实施例的不 同之处仅在于，硬层50不完全嵌入衬垫48中，而是延伸到衬垫的顶 部并且能够从衬垫退回且能够用具有不同特性（例如不同重量、刚性 等）的其它硬层替换。

图16至18示出在图15中示出的面嵌件的实施例中或在包括单个 而不是两个可拆除的硬层50的类似实施例中如何将硬层50插入衬垫 48和从衬垫48退回。

图9至18中示出的高尔夫球棒也可被装配有一个或更多个生物计 量式遥测传感器，诸如被构造成监测高尔夫球棒的运动的加速度计， 以直接或间接地监测动能从球棒到球的传递和/或监测在方向和/或距 离方面的运动精度-如以上参考图8所述的。生物计量式遥测系统可被 永久或临时地安装在球棒头上。

高尔夫球棒10被构造成在击打高尔夫球时耗散动能，从而减少从 高尔夫球棒传递到球的动能的量且减少球行进的距离。效果在于，将 球击出同样的距离需要更多的肌肉投入和募集，并且将同样的力施加 到球要求运动员同心地使用肌肉并且使用更多的肌肉。

参考图19和20，进行实验以评估本发明的高尔夫球棒10在击打 高尔夫球时耗散动能的能力。

参考图19，实验步骤包括：将预选择的各种高尔夫球54（从软到 硬变化的宽范围内的球，但是每个球均符合R&A和USGA规则）经由 下降引导器65从静态条件下落到推杆形式的高尔夫球棒的面上。下落 引导器56用于确保球54的垂直自由落体且包括内径>=42，67mm的低 摩擦材料（以最小化球的旋转）形成的管。下落引导器56被定位成确 保球54在推杆头最有效击球点的中央碰撞推杆的面。

推杆被固定地安装在推杆座58中，推杆座58被固定到载荷传感 器60上，载荷传感器60被固定到整体式混凝土基底62上。基底62、 载荷传感器60或推杆座58的谐振频率均不会影响实验结果。载荷传 感器60是HBM CFT120载荷传感器，并且包括输出记录和调节系统 以及具有按照ISO6487:1987的通道频率等级（CFC）1000的频率响应 的测量系统。

竖立的刻度杆64被设置成邻近上述装置，并且在实验期间使用高 速相机来记录高尔夫球的图像—以有助于精确的高度测量。

每个实验的设备设置包括：

将下落引导器56调整到要求球54从此处下落的希望高度。 从推杆面上方的200cm、150cm和100cm的下落高度进行实验。

通过旋拧或夹紧将待测试的推杆刚性地固定在推杆座58中， 以使谐振将不会影响实验结果。

确保高尔夫球54碰撞推杆头的最有效击球点。

实验测试包括：使每个高尔夫球54通过下落引导器56下落到每 个推杆上，并且借助于高速相机测量球从推杆面回弹的高度-从推杆的 面到球的最下边缘测量。每个实验被重复若干次，以保证获得一致的 结果。对于每个实验，还测量传输到载荷传感器60上的力。

用于实验的推杆是：

·“标准”：使用三个标准推杆，且对于这三个推杆对实验 结果取平均。这三个推杆是Odyssey[white hot xg]、Wilson[P Steff  lady-soft feel]和如本发明图9和10中示出的推杆，其中带有实体 不锈钢面嵌件；

·“Straight Aim”：具有旨在有助于推出距离控制的面嵌件 的推杆；

·“Leatt R&A”：如上参考图2所述的推杆，在其衬垫48 使用C-1002材料和由约2mm厚度的硬木形成的硬层50（但当层 50由钢、铝或硬塑性材料形成时，实验结果并无明显不同）；和

·“Leatt Max”：如上参考图11所述的推杆，在其衬垫（48） 中使用C-1002材料。

参考图20，示出了对于标准推杆和Lett Max推杆在下落测试中在 从200cm、150cm和100cm的下落高度获得的最大回弹高度的实验结 果。

在下面的表格中，给出了对于全部四个推杆和全部三个下落高度 的包括最大回弹高度（厘米）和载荷传感器力（牛顿）的另外测试结 果（括弧中示出的量是与“标准”推杆相比较的减少百分比）：

实验结果显示，虽然从标准推杆到Straight Aim推杆的回弹高度 略有减少，但与使用本发明的Leatt R&A和Leatt Max时的回弹高度 的非常明显的减少相比，这是非常小的。回弹高度的减少确证了本发 明的推杆在击打高尔夫球时在耗散碰撞期间的动能、减少传递到球的 动能以及减少球行进的距离方面是极其有效的-结果使得在碰撞瞬间使 用同心的肌肉动作且改进了控制，如上所述。

传递到载荷传感器60的最大力也减少了，这确证了对于动能的耗 散。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种高尔夫球棒（10），包括杆（18）和头（14），所述头（14） 包括：

支撑结构（22），所述支撑结构被连接到所述杆（18）；和

冲击吸收结构（16），所述冲击吸收结构限定所述高尔夫球棒的面 （46），所述冲击吸收结构（16）包括设置在所述面（46）和所述支撑 结构（16）之间的衬垫（48），

其特征在于：所述衬垫（48）由震凝的粘弹性材料制成。

2.根据权利要求1的高尔夫球棒（10），其特征在于：所述冲击 吸收结构（16）包括至少一个硬层（50），所述硬层比所述衬垫（48） 硬，所述硬层（50）被设置成与所述高尔夫球棒（10）的所述面（46） 邻近。

3.根据前述权利要求中任一项的高尔夫球棒（10），其特征在于： 所述硬层（50）形成所述高尔夫球棒（10）的所述面（46）。

4.根据权利要求1或2的高尔夫球棒（10），其特征在于：所述 硬层（50）被嵌入所述衬垫（48）中且与所述高尔夫球棒（10）的所 述面（46）间隔开。

5.根据权利要求4的高尔夫球棒（10），其特征在于：所述冲击 吸收结构（16）包括更软的可压缩面层（52），所述可压缩面层（52） 形成所述高尔夫球棒（10）的所述面（46），所述硬层（50）被设置在 所述衬垫（48）和所述面层（52）之间。

6.根据前述权利要求中任一项的高尔夫球棒（10），其特征在于： 所述支撑结构（22）限定有凹部（44），所述冲击吸收结构（16）能够 被接收在所述凹部（44）中。

7.根据前述权利要求中任一项的高尔夫球棒（10），其特征在于： 所述高尔夫球棒（10）包括被构造成监测所述高尔夫球棒（10）的运 动的至少一个生物计量式遥测传感器（36）。