JP4092133B2 - ゴルフクラブの反発係数の測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフクラブの反発係数の測定方法及び測定システムに関しする。特に、本発明はゴルフクラブを改造することなく現場で行うゴルフクラブの反発係数の測定方法及び測定システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
1998年に米国ゴルフ協会(“USGA”)は、USGA及びセンタアンドリュウースロイヤルエイシャントクラブによって発表されたように、ゴルフ規則の規則4.1をゆるやかに適用することによる技術的改良を定めることを決めた。USGAは、0.00から1.00のスケールにおいて、0.83より大きい反発係数(COR)を持つゴルフクラブヘッドはバネ効果を持つクラブヘッドのようにゴルフ規則に適合しないものと決定した。
【0003】
ゴルフクラブヘッドのCORを決定するために、USGAはゴルフクラブのシャフトを取り除くことを必要とする実験室で行うテストを案出した。このテストはUSGA実験室で行われており、適合のためにゴルフクラブはUSGAに提出される必要がある。シャフトのないゴルフクラブヘッドが台の上にクラブヘッドを台に固定しないで置かれる。ピナクル(登録商標)ゴールドツーピースボールが毎160秒フィートの速度でクラブヘッドのフェースに向けて発射される。クラブヘッドが後方にはじかれ、CORはゴルフボールのはね返りにより測定される。スコアラインと刻設された垂直線を使用してフェース上にグリッドが設けられ、この刻設された垂直線は更にクラブを壊すものであり、また更に不確実性を生むものである。この手順は、テストで最も高いCORの点が決定されるまで、ゴルフクラブのフェース上のグリッドのランダムなサイトで繰り返される。フェースに衝突した後跳ね返ったボールの速度は、例えば米国特許第5,682,230号に記載されるような光ゲートシステムを使用することにより決定される。より、詳細なテストの説明はwww.usga.comにより提供される。
【0004】
このようなテストはコースでのテストに適用できず、テストを実施するためには特別の設備と技術が必要であることは当業者であれば明らかである。更に、この“キャノンテスト”はクラブを壊す結果となる。更に、このテストはシャフトのないクラブヘッドで行われ、シャフトとグリップを完全に無視している。必要なことは、繰り返し行っても一致し、操作者による誤差の少ないコースで実施することができるテストである。
【0005】
[本発明の概要]
本発明は従来の方法によるCORのテストに関連する問題の解決を与えるものである。本発明は、ゴルフクラブのCORを、非破壊的に、またシャフトを取り除くことなく測定する方法及びシステムを提供することによりこれを達成している。
【0006】
本発明の一つの態様は、ゴルフクラブの反発係数を推定するための方法である。この方法は、ゴルフクラブのフェースに振動センサーを取り付けることを含む。次に、取り付けた振動センサー励起手段又は打撃手段を用いて励起又は衝撃を与えてフェースに振動を発生させる。次いで、その装置からの衝撃又は励起力と振動センサーで測定された振動がアナライザーに送られ、そのゴルフクラブの周波数領域を発生する。次に、そのゴルフクラブの周波数領域データそのゴルフクラブの伝達関数に変換される。そして、特定のゴルフボールのゴルフボールモデルが、衝撃速度にしたがって伝達関数に入力されてその特定のゴルフボールの特定の、ゴルフボールへのインパクト時のクラブヘッドの速度である衝撃速度(インパクトスピード)におけるゴルフクラブの推定されるCORを発生する。
【0007】
他の本発明の態様は、特定のゴルフボールが特定の速度で衝突している間のゴルフクラブの反発係数を推定するためのシステムである。このシステムは加速度計、励起又は打撃手段、及び計算手段を含む。加速度計はゴルフクラブのフェースの一点に取り付けられる。加速度計は、フェースの振動を測定する。フェースに振動を与えるためのゴルフクラブのフェースを励起又は衝撃する手段はフェースの励起力又は衝撃力を測定する手段を持つ。計算手段はフェースからの振動、励起手段又は打撃手段からのフェースの励起力又は衝撃力、ゴルフクラブの有効質量及びゴルフボールの質量からゴルフクラブの反発係数を計算する。
【0008】
本発明の他の態様は、ゴルフボールと衝突する間のゴルフクラブヘッドの反発係数を推定する方法及びシステムである。しかしながら、このシステム及び方法は、上述のように、ゴルフクラブ全体の代りにゴルフクラブヘッドだけがCORの推定のために使用される。
【0009】
更なる本発明の他の態様は、領域データを使用してゴルフクラブの反発係数を推定する方法及びシステムである。この方法はゴルフクラブのフェースに振動センサーを取り付けることを含む。次いで、振動センサは励起または打撃装置によりフェースに振動が発生するように励起又は衝撃が加えられる。次に、装置からの衝撃又は励起力と振動センサーにより測定された振動がゴルフクラブの時間領域データを発生するためにアナライザーに送られる。次に、そのゴルフクラブの時間領域データがゴルフクラブの状態ー空間表現に変換される。次いで、特定のゴルフボールモデルが状態―空間表現及び衝突スピードに入力され、特定のゴルフボールの特定の速度におけるゴルフボールのCORの推定値を生成する。
【0010】
本発明の主たる目的は、ゴルフクラブのCORを推定する方法及び装置を提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、非破壊的な方法でゴルフクラブのCORを推定する方法及び装置を提供することにある。
【0012】
本発明の他の目的は、持ち運び可能でコースで実施できるゴルフクラブのCORを推定する方法及び装置を提供することにある。
【0013】
本発明の他の目的は、USGAより少ない時間で実施できるゴルフクラブのCORを推定する方法及び装置を提供することにある。
【0014】
以上、本発明を簡単に説明したが、上記の、また更なる目的、特徴、その効果は、当業者であれば、図面を参照にした以下の詳細な説明により認められるところであろう。
[本発明の詳細な説明]
本発明は、ゴルフクラブの反発係数(ここでは「COR」と言う。)を非破壊的に測定するための方法及びシステムに向けられている。CORは一般的に以下の式により定まる。
【0015】
e=(v2−v1)/(U1−U2)
ここで、U1はインパクト前のクラブヘッドの速度;U2はインパクト前のゴルフボールの速度で零である;v1はクラブヘッドのフェースからボールが離れた直後のクラブヘッドの速度である;v2はクラブヘッドのフェースからゴルフボールが離れた直後のゴルフボールの速度である;eはゴルフボールとクラブフェースとの間の反発係数である。値eはエネルギーを加えることがない場合0から1.0の間に制限される。柔らかい粘度やパテのような材料では反発係数は0に近く、変形によるエネルギーの損失がない場合の完全弾性材料では値eは1.0となる。
【0016】
図1に示されるように、本発明のシステムは全体として20によって表される。このシステムは解析装置22、振動センサ24及び打撃装置26を含んでいる。振動センサ24と打撃装置24は好ましくは線28a,28bによって解析装置に接続される。しかしながら、当業者であれば、本発明の範囲と精神を離れない範囲で、無線伝送のような他の伝送手段も使用できることは理解できるであろう。振動センサ26はエポキシやビーズワックスのような接着剤によりゴルフクラブに固定される。図1−5に示されるように、ゴルフクラブ30はシャフト32、フェース34、ボディ37を持つゴルフクラブヘッド36を含む。クラブヘッド36のボディ37は全体としてフェース34、クラウン38及びソール40を含む。クラブヘッド36はシャフト32に近いヒールセクション42、ヒールセクション42の反対側のトオセクション44、及びフェース34と反対側の後部セクション50に区分される。フェース34はその上に複数のスコアライン48を有している。クラブヘッド36はシャフト32を受けいれるホーゼル46を持ち、そのホーゼル46は内部又は外部にあってもよい。
【0017】
クラブヘッド36は典型的にはステンレススチール又はチタニウムの材料からなる。しかしながら、当業者であればクラブヘッド36はガラス、セラミック、複合材料、カーボン、カーボン繊維や他のファイバーのような材料でもよいことは理解できるであろう。クラブヘッド36は典型的には鋳造または鍛造でつくられ、クラウン38、ソール40及びフェース34の厚さは一定であっても、変化していてもよい。代表的には、フェース34の構造はゴルフクラブのCORに影響を与える。例えば、ゴルフクラブの高いCORは、ここに関連部分が参照として組み入れられる、「鍛造材料により作られるゴルフクラブフェース」に関する1999年11月1日に出願された米国特許出願09/431,982に開示されている。ゴルフクラブの低いCORの例は、パーシモンウッドによるゴルフクラブであろう。図6−8に示されるように、フェース34のフレキシビリティはより大きい反発係数を与える。図6はフェース34はゴルフボール52を打撃する直前である。図7にはフェース34はゴルフボール52に接触し、ゴルフボール52ろフェース34の変形が示されている。図8において、ゴルフボール52はフェース34から丁度離れようとしている。
【0018】
好ましい実施例では、振動センサ24は打撃装置26によって発生するフェース34の振動を測定することのできる加速度計である。他の振動センサ24としてはレーザードップラー振動計がある。加速度計は衝撃の間、保護するためのチタニウムキャップを持つ。打撃装置26は、好ましくは、力の値を電圧で測定すし、力の情報を解析装置22に伝送する接続部を持つ。他の打撃装置26は操作エラーを避ける固定された打撃装置である。他の実施例においては、打撃装置はフェース34に振動を与える励起装置である。しかしながら、当業者であれば、他の衝撃又は励起装置26が本発明の範囲と精神を離れない範囲で使用できることは理解できるであろう。解析装置22は、好ましくは、フランスのOROS S.A.から入手できるOROS−OR763のようなスペクトルアナライザーである。
【0019】
方法全体は全体方法100のフローチャートとして図9に示されている。ブロック102において、以下に詳述するように、このシステム20によってゴルフクラブから情報が得られる。ブロック104において、得られたデータは、下記に詳述されるMALTLAB周波数領域システム同定(アイデンティフィケイション)ツールボックスのようなソフトウエアを使用して伝達関数に変換される。ブロック106において、伝達関数はクラブの数学的モデルを生成するための付加的情報と共に使用される。ブロック108において、下記のいずれかの式が、所定のインパクトスピードにおけるゴルフボール52に対するクラブ30のCORを生成するために使用される。:
COR=(V’ball/Vclub)(1+mball/meffective club)−1
COR=(−V’ball/Vball)(1+mball/meffective club)
+mball/meffective club)
Vballはクラブとインパクト後のゴルフボールの速度である。V’ballは静止しているゴルフボールに対してスイングするゴルフクラブに代わるゴルフクラブに当てられるゴルフボールの速度である。Vclubはクラブのスイング速度である。mballはゴルフボールの質量。meffective clubはゼロ周波数において定められるゴルフクラブの有効質量である。図9のブロック102におけるデータ取得プロセスは図10のフローチャートに更に詳しく説明されている。ブロック110において、クラブ30はクラブ30の質量を得るために秤量される。
【0020】
ブロック112において、クラブフェースを下にして平坦な面に置くことを含み、フェースを通る重心(CG)の突起が周知の方法により決定される。ブロック114において、CGがフェース35を通る点で振動センサ24が配置される。上述のように、センサ24はビーズワックスやエポキシのようなものを使用して取り付けられる。振動センサ24がフェース24のできるだけ真の振動を捕捉できるように振動センサ24を取り付けるのに少ない遮断性を持つ接着材が使用されるのが好ましい。ブロック116において、振動センサ24は打撃装置26により衝撃が与えられ、電圧として測定される衝撃力がケーブル28bにより解析装置22に送られる。ブロック118において、振動がフェース34で発生し、振動センサ24bにケーブル28aを経由して解析装置22に送られる。ブロック120では解析装置22が時間領域データを周波数領域等価データに変換する。入力/出力比(フェース34の振動により表される加速/ハンマー26の衝撃力)周波数領域として解析装置により生成される。周波数領域は振動センサ24の位置においてシステム20が打撃装置26により力が入力される位置に対しどのように応答したかを表す。この衝撃レスポンスはクラブ30がゴルフボール52による衝撃のような所定の力にどのように応答したかを表す。当業者は時間領域データは周波数領域データと置き換えられることを理解するであろう。ブロック122において、振動センサ24を配置するためにフェース34に新たな点が選ばれる。それから、ブロック116において、センサ24は打撃装置26により衝撃が与えられ、同じサイクルが繰り返される。このサイクルは複数回繰り返されてフェース34の異なる点でのレスポンスを表すフェース34のグリッドを得る。最終的にこのグリッド情報はフェース34のCORの最も高い点を得るのに使用される。図9のブロック104の周波数領域データの伝達関数えの変換は、図11のフローチャートにより更に詳しく説明される。この変換は、好ましくは、システム同定フトウエアを使用して実行される。システム同定ソフトウエアは物理学的システムのモデルを決定する手段である。動的物理学的システムのモデルを同定するために使用されるモデルは、通常は、微分方程式、即ち、定数を含む微分方程式である。線形システムは周波数と時間の二つのレジームで表すことができる。周波数領域はデジタルコンピュータの普及と高速フーリエ変換により好ましい。周波数領域の動的線形システムを特定するのに使用される一般モデルは図12に示される。伝達関数H(Ω)はクラブ30を表し、
Ω=s=jω=j2πfである。ここで、「f」は周波数、「j」は−1の平方根の虚数である。「ω」は角度周波数である。XmとYmはそれぞれ測定された入力及び出力の振幅複素数である。これらの値は、理論的な真の入力と出力の振幅XとYに重畳されたノイズ(Nx、Ny)の組み合わせである。伝達関数を有理分数で表すと下記のようになる。
【0021】
【数1】
最適化された曲線のあてはめと費用関数が、上式の有理分数の多項分子及び分母の係数(bnとan)を導き出すために使用される。これらの係数は、次に、真のX/Yモデルを最も良く表す理論的伝達関数を生成するために使用される。これは、次に、物理的システムを表す測定された伝達関数に最適なあてはめを見出すのに使用される。
【0022】
再び図11を参照すると、ブロック130では、周波数対伝達された加速度の大きさ(1kg)を示すグラフが図13に示される周波数領域データから生成される。ブロック132において、フェース34が内外に運動するとき、位相が解析されて決定される。ブロック134において、クラブ30の最も優れた数学的表示とノイズを最小にする周波数帯域がグラフから選択される。グラフはフェース34の1次振動である第1の最も大きいピーク131を見出すために解析される。グラフは、また、エネルギーシンクに似た第1次***振点133を見出すために使用される。グラフから第1の変曲点135も決定される。クラウン38、ソール、フェース34又は他の組合せに対応するより高い周波数の振動により、最も優れたクラブ30の数学的表示は、500ヘルツ(Hz)第1の変曲点135までである。ブロック136において、システム等価計算がソフトウエアにより実行される。ブロック138において、伝達関数がグラフからの当てはめられた情報から生成される。
【0023】
図12において、ニュートンの第2法則、力=質量×加速度(F=ma)及び1/m=a/Fに従い、クラブ30の有効質量が得られる。有効質量が測定された質量と比較される。
【0024】
ゴルフクラブ30のCORは、ゴルフボールと衝撃速度に依存し、したがって、ゴルフクラブのCORは、もしゴルフボールが変わったり、スピードが変わったりする場合は変化する。例えば、もしゴルフクラブ30のCORがキャラウェイゴルフ(登録商標)ルール35(登録商標)ソフトフィールTMゴルフボールが毎時110マイル(mph)で測定されるとすると、110mphの速度のキャラウェイゴルフ(登録商標)CB1TMゴルフボールで測定されたCORとは異なるであろう。また、もし、もしゴルフクラブ30のCORがキャラウェイゴルフ(登録商標)ルール35(登録商標)ソフトフィールTMゴルフボールが毎時110マイル(mph)で測定されるとすると、85mphのキャラウェイゴルフ(登録商標)ルール35(登録商標)ソフトフィールTMゴルフボールで測定されるCORと異なるであろう。
【0025】
本発明の方法及びシステムを非破壊的に操作するためには、図9のブロック106において、ゴルフクラブ30のCORを生成する手段を持つため伝達関数と共にゴルフボールモデルが使用される必要がある。伝達関数が特定のゴルフクラブ30に特有なものであるように、ゴルフボールモデルも特定のゴルフボールに特有のものである。したがって、キャラウェイゴルフ(登録商標)ルール35(登録商標)ソフトフィールTMゴルフボール(極めて薄いポリウレタンカバーを持つスリーピースボール)のゴルフボールモデルはキャラウェイゴルフ(登録商標)CB1TMゴルフボール(アイオノマーブレンドカバーを持つツーピースボール)のゴルフボールモデルとは異なる。ゴルフボールモデルは、打撃プレートのロフト角度0度で打撃された特定のゴルフボールのインバウンド速度とアウトバウンド速度、一定の時間、一定の力及びゴルフボールのCORを記録することにより得られる。このデータは異なる速度で得られ、非線形のボールモデルが、アラステアー コークラン(Alastair Cochran)の「科学とゴルフIII」、1998年、世界ゴルフ科学会議議事録、ヒューマン カイネティクス、」1999年に開示されている。
【0026】
図14のフローチャートに示されるように、ブロック150において、ゴルフボールモデルの力の出力が伝達関数に入力される。ブロック152において、ブロック150からの出力を伴うクラブ速度はコンタクトポイントの速度を生成する。ブロック154において、コンタクトポイント速度はゴルフボール52の周りのフェース34の曲がりを表すコンタクトポイント変位を与えるために積分される。この情報は図9のブロック108において、CORを得るための前述の式に入力するために使用される。
【0027】
COR=(Vball/Vclub)(1+mball/meffective club)−1
COR=(−V’ball/Vball)(1+mball/meffective club)
+mball/meffective club)
例えば、キャラウェイゴルフ(登録商標)ホークアイ(登録商標)9°のドライバー(クラブヘッドのみ)が本発明の実験に使用された。このドライバーは195.5グラムの質量と193.9グラムの有効質量を持つものであった。コンタクトポイント速度毎秒21.9フィートと0.485のVout/Vin比を使用し、CORは0.7905と推定された。
【0028】
図15は、本発明の方法とシステムにより生成されたCOR値と前述のUSGAウェブサイトwww.usga.com.に記載されているUSGAキャノンテストにより生成されるCOR値の比較を示すチャートである。9つのクラブヘッドは、チタニウム、チタニウム合金、ステンレススチール、キャラウェイ(登録商標)クラッシック(登録商標)ゴルフクラブ、パーシモンのウッドからなっている。図16は本発明の方法とシステムの値と9つのクラブのUSGAキャノンテストとの差を示す。下記表1に実際の数字が与えられている。前述のとおり、本発明はクラブ又はクラブヘッドに使用できる。USGAテストとより正確に比較するため、図15、図16及び表1に示される情報はクラブヘッドについてのものである。図16からも明らかなように、本発明のCOR推測値はUSGAの値の±0.008の範囲にある。
【0029】
上述のように、当業者であれば、本発明の効果を理解し、本発明が好ましい実施例に関連して説明され、以下の添付のクレームに示された以外は限定されないように示された添付図面に記載された他の実施例、多くの変更や変形及び均等物との置換が本発明の精神と範囲を逸脱することのない限りにおいて可能であることが理解できるであろう。
【0030】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシステムを示す図である。
【図2】ゴルフクラブヘッドの外観図である。
【図3】図2のゴルフクラブヘッドのトオ側の図である。
【図4】図2のゴルフクラブヘッドの底面から見た図である。
【図5】図2のゴルフクラブヘッドのヒール側の図である。
【図6】ゴルフボールとのインパクト前のゴルフクラブの側面図である。
【図7】ゴルフボールとインパクトの間のゴルフクラブの側面図である。
【図8】ゴルフボールのインパクト後のゴルフクラブの側面図である。
【図9】本発明の方法全体のフローチャートである。
【図10】本発明の方法のデータ取得のフローチャートである。
【図11】周波数領域データを伝達関数に変換するフローチャートである。
【図12】周波数領域における動的線形システムを特定するために使用される一般モデルを示す図である。
【図13】周波数領域データから得られる周波数対適合された曲線の大きさを示すグラフである。
【図14】伝達関数に入力されるボールモデルのフローチャートである。
【図15】複数のゴルフクラブについての本発明を使用した予測値とUSGAのキャノンテストとの比較チャートである。
【図16】図15のチャートのゴルフクラブについての本発明による値とUSGAのキャノンテストとの差を示すチャートである。
【符号の説明】
22 解析装置
24 振動センサ
26 打撃装置
30 ゴルフクラブ
34 フェース
Claims (7)
- ゴルフクラブヘッドのフェースに振動センサを取り付ける段階と、
打撃装置でフェースに振動を発生させるために取り付けた振動センサを打撃する段階と、
前記打撃装置からの力と前記振動センサにより測定される振動を解析装置に伝送してゴルフクラブヘッドの周波数領域データを生成する段階と、
前記ゴルフクラブヘッドの前記周波数領域データを前記ゴルフクラブヘッドの伝達関数に変換する段階と、
特定のゴルフボールのゴルフボールモデルを前記伝達関数及びインパクトスピードに入力し、前記特定のゴルフボールの前記インパクトスピードにおける前記ゴルフクラブヘッドのCORを推定する段階と、
を有するゴルフクラブの反発係数を推定する方法。 - 周波数領域データを変換する段階は、
周波数のグラフを生成する段階と、
ゴルフクラブヘッドのフェースの運動の位相を解析する段階と、
ノイズを最小にする周波数帯域を選択する段階と、
伝達関数を計算する段階、
を有する請求項1に記載の方法。 - 前記周波数帯域は0ヘルツから10,000ヘルツの範囲である請求項2に記載の方法。
- 周波数0ヘルツにおけるグラフより計算されるゴルフクラブの有効質量を入力する段階を更に有する請求項2に記載の方法。
- 前記振動センサはデータを解析装置に伝送することのできる加速度計である請求項1に記載の方法。
- 前記衝撃装置は衝撃力を測定し、その衝撃力を前記解析装置に伝送することのできる請求項1に記載の方法。
- 請求項1から請求項6の何れか1項に記載の方法を実施するシステム。
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