JP4591881B2

JP4591881B2 - ゴルフクラブヘッドの設計方法

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Publication number: JP4591881B2
Application number: JP2003035507A
Authority: JP
Inventors: 昌也角田
Original assignee: Ｓｒｉスポーツ株式会社
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP2004242867A; US20040162158A1; US7223179B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴルフクラブヘッドの設計方法に関し、詳しくは、ゴルフクラブヘッドとゴルフボールのインパクト時の両者の接触状況をコンピュータ上で分析し、ヘッドの肉厚、材料、形状をコンピュータ上で変更することにより、ゴルフボールのバックスピン量の低減と打出角度の増大を実現し、特に、ウッド型ヘッドや低番手のアイアン型ヘッドに好適なゴルフクラブヘッドを効率良く設計するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフクラブの種類や番手により、その程度に差はあるものの、いかに効率良くゴルフボールに大きな飛距離を与えられるかという点がゴルフクラブヘッドの設計において非常に重要である。
【０００３】
特に大きな飛距離性能が要求されるウッド型クラブや低番手のアイアン型クラブのヘッドでは、飛距離を向上させるために、打撃されたゴルフボールのバックスピン量を低減させるのが良く、これによりゴルフボールの打出角度を大きくすることが効果的であることが知られている。
一方、打球のコントロール性が特に要求される高番手のアイアン型クラブでは、ある程度の飛距離性能を維持しながらコントロール性を向上させるために、打球されたゴルフボールのバックスピン量を増大させることが効果的であることが知られている。
【０００４】
このように、ゴルフボールのバックスピンとゴルフボールの飛距離及び、ゴルフボールを打撃するヘッドの関係については、従来、種々の提案がなされている。例えば、本出願人は、特開２００１−３４６９０７号公報（特許文献１）及び特開２００２−２６３２１６号公報（特許文献２）で、ゴルフボールの構造を工夫することにより、ヘッドとの接触中にバックスピンを減らす側に働く力を相対的に増やしていき、バックスピン量が少なく、かつ打出角度が高くなるゴルフボールについて提案している。
【０００５】
また、本出願人は、特開平１１−２５３５８４号公報（特許文献３）では、ヘッドのフェース面の表面状態をコントロールすることにより、ゴルフボールとクラブヘッドの接触面を粗くして両者間の摩擦係数を増加させ、これによりゴルフボールとの接触中にバックスピンを減らす側に働く力を相対的に増やしていき、バックスピン量が少なく、かつ打出角度が高くなるアイアンクラブヘッドセットを提案している。特に、ロフト角が３０度未満の番手で有効であることが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３４６９０７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−２６３２１６号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平１１−２５３５８４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２のようにゴルフボール自体の性能が優れていても、これを打撃するゴルフクラブヘッドの構造によっては、その効果に差が生じることも考えられる。上記したように、バックスピンを低減できるゴルフクラブヘッドで打撃するのが好ましいが、どのようなゴルフクラブヘッドが適しているのかを容易に予測できないという問題がある。
【００１０】
また、上記特許文献３では、アイアンクラブヘッドセットにおいて、ヘッドのフェース面の摩擦係数を番手により変更させており、番手に応じてバックスピン量を調整しているが、摩擦係数の特定のみでは、より大きな飛距離を得るには不十分である。また、フェース面の状態は、打撃の繰り返しにより変化することも考えられ、安定して大きな飛距離を得るにはさらに改良の余地がある。
【００１１】
さらに、ゴルフボールのバックスピン量と、打撃するゴルフクラブヘッドとの関係を把握するためには、実際に多数のヘッド等の部材を試作し、実験によりバックスピン量等の測定を行う必要がある。しかし、このような試作には手間と費用が必要である上に、打撃時のバックスピンの解析に必要な摩擦力等の測定は複雑な装置が必要であり、精度良い測定は非常に困難である。よって、上記のような目標性能を有するゴルフクラブヘッドを的確かつ簡易に設計することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、ゴルフボールのバックスピン量を低減し打出角度を高くできるゴルフクラブヘッドを効率良く設計することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、コンピュータを用いて、有限要素で分割したゴルフクラブのヘッドモデルとゴルフボールモデルを作成し、衝撃解析ソフトを使用して、前記有限要素モデルのヘッドモデルをゴルフボールモデルに衝突させて打撃のシミュレーションを行ってゴルフクラブヘッドの設計を行う方法であり、
上記ヘッドモデルで上記ゴルフボールモデルを実使用速度範囲でインパクトし、該インパクト時における上記ヘッドモデルのフェース面が上記ゴルフボールモデルと接触する時間Ｔ２と、上記フェース面にかかる垂直力が接触開始時からピーク値をとるまでの時間Ｔ１とを計測し、
上記ヘッドモデルの肉厚、材料あるいは／および形状の諸元の設定を変更して、上記垂直力がピーク値をとるまでの時間Ｔ１と上記接触時間Ｔ２との関係を、Ｔ２／Ｔ１の値を２．２以下１．９以上に設定し、上記ゴルフボールモデルのバックスピンを減らす方向に働く摩擦力を大きく且つ該摩擦力の作用時間を長くして、バックスピン量を少なくかつ打出角度を高くすることを特徴とするゴルフクラブヘッドの設計方法を提供している。
【００１４】
このように、ヘッドモデルにおいて特にフェース部の肉厚、材料、形状等のヘッドの緒元を全体的あるいは部分的に変更し、ゴルフボールモデルとヘッドモデルとのインパクト時の上記垂直力の立ち上がりを滑らかにして、垂直力がピーク値をとるまでの時間Ｔ１が上記接触時間Ｔ２中で占める割合を長くするように設定する。その結果、ゴルフボールモデルのバックスピンを減らす方向に摩擦力が働いている時間に、ゴルフボールに高い垂直力を加えることができ、バックスピンを減らす方向の力積を増大することができる。よって、低バックスピンで、かつ高打出角度になり、大きな飛距離が得られるゴルフクラブヘッドを、試作を繰り返すことなく、コンピュータ上で設計することが可能となる。
【００１５】
即ち、物体が運動しているときの摩擦力をＦ、垂直力をＮとすると
Ｆ＝μＮ（μ：動摩擦係数）
の関係が成り立ち、ＦとＮは比例関係にあることが知られている。
ここで、ヘッドとゴルフボールの接触中において、バックスピンを減らす方向に摩擦力Ｆが働く時間帯である接触後期における垂直力Ｎが大きいとバックスピンを減らす方向の摩擦力Ｆが働きやすくなる。よって、バックスピンを減らす方向の力積が大きくなり、バックスピンを低減することができる。
【００１６】
また、本発明の設計方法において、ゴルフクラブのヘッドモデルとゴルフボールモデルとして有限要素モデルを用いているため、ヘッドモデルやゴルフボールモデルの肉厚、材質、重量、形状等の変更は、各モデルを構成する要素への入力データを変更するだけで簡単に行うことができる。このため、様々なパターンのヘッドモデルとゴルフボールモデルをコンピュータ上で作成し、インパクト時の時間Ｔ１及び時間Ｔ２をコンピュータ上で容易に計測することができる。
【００１７】
このように、ヘッドモデルの肉厚、材料、形状等の諸元を変更して、インパクト時の時間Ｔ１と時間Ｔ２を計測するシミュレーションとを繰り返すことにより、効率の良いヘッドの設計を行うことができる。
【００１８】
ウッド型やアイアン型等の各ヘッドの種類に応じ、かつ、インパクト後のボールの打出速度で変化するが、目標とするバックスピン量や打出角度を適宜変更することができる。
上記ヘッドモデルで上記ゴルフボールモデルを打撃する時の速度はアイアン型ヘッドモデルでは２０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓ、ウッド型ヘッドモデルでは４０ｍ／ｓとしている。上記速度は、通常のゴルファーが各ヘッドを取り付けたゴルフクラブでゴルフボールを打撃する際に生じうるヘッドスピードである。他のヘッドスピードで打撃した際でも、同様にバックスピンの低減と打出角度の増大を図ることができる。
【００１９】
具体的には、ボール打出速度、使用するボールの種類によっても相違するが、例えば、ボール初速が５１ｍ／ｓでは、バックスピン量は１８００〜２２００ｒｐｍ、打出角度は１９〜２１°、ボール初速が５８ｍ／ｓでは、バックスピ１４００〜１８００ｒｐｍ、打出角度は１５〜１７°となるように目標を設定することが好ましい。
【００２０】
上記時間Ｔ１と時間Ｔ２との関係は、Ｔ２／Ｔ１の値を２．２以下に設定していることが好ましい。これはＴ２／Ｔ１の値が２．２より大きくなるとバックスピンを低減する力が弱くなり、打出角度を大きくしにくいためである。Ｔ２／Ｔ１の値がより小さくなると、バックスピンを低減する力がより大きくなるが、Ｔ２／Ｔ１が小さくなりすぎると打球感が悪くなることより、Ｔ２／Ｔ１は１．９以上に設定するのが良い。
よって、Ｔ２／Ｔ１の値は１．９以上２．２以下、より好ましく、１．９５以上２．１以下である。
また、Ｔ１及びＴ２はＴ２／Ｔ１の値が２．２以下となる組み合わせであれば良いが、具体的には、Ｔ１は０．２２７ｍｓ〜０．３５ｍｓが良く、Ｔ２は０．５ｍｓ〜０．７ｍｓが良い。
【００２１】
上記ゴルフボールモデルのバックスピン量及び打出角度は、該ゴルフボールモデルの全体運動量、角運動量を算出し、その運動量から並進速度を求め、各成分の比率から上記打出角度を算出し、上記角運動量よりバックスピン量を算出している。
インパクト後、ゴルフボールは振動しているため、幾何学的にバックスピン量や打出角度を求めることは困難であるが、上記のように運動量から算出すると、精度良くバックスピン量や打出角度を求めることができる。
【００２２】
本発明の設計方法は、中空部を有するウッド型ヘッド、アイアン型ヘッド等のあらゆる形状のヘッドに適用することができる。特に、＃１、＃２、＃３、・・＃９等のドライバークラブやフェアウェイウッドクラブのヘッド、＃１、＃２、＃３、・・＃７等の低番手のアイアンクラブのヘッドの設計に有効である。
【００２３】
ヘッドモデル全体及びフェース部の形状は、コンピュータによりモデルを作成するだけであるため、あらゆる形状に対応することができ、平面あるいは／及び曲面等を有する種々の形状等とすることができる。ヘッドの材質は、従来用いられるパーシモン（ウッド）、繊維強化樹脂、スチール・アルミニウム合金・チタン・チタン合金・ジュラルミン・ステンレス等の金属材料あるいはこれらの合金等の種々の材質とすることができる。材質は部分的に変更することもでき、モデルにおいてその材質の該当部分に該当する材質の物性値が入力されていれば良い。ゴルフボールの材質は、従来ゴルフボールに使用されうる材料とすることができ、各種ゴム、合成樹脂等を用いたポリマー組成物等とすることができる。
【００２４】
ヘッドモデル及びゴルフボールモデルは、シェル要素やソリッド要素等でモデル化することができる。各モデルの要素の数は、多ければ多いほど計算の精度が高くなるが、設計効率を考慮すると、シェル要素でモデル化する場合、５０００〜１００００要素とするのが好ましい。なお、この範囲は現段階での計算機の能力を鑑みてのものであり、今後計算機の能力が向上するにつれ、計算時間が短縮され、さらに多くの要素の数とすることもできる。
【００２５】
また、本発明の設計方法に係わるゴルフクラブヘッドは、その肉厚を全体的あるいは部分的に薄くし、或いは／およびフェース面を柔らかい材質とすることで、ゴルフボールを実使用速度範囲でゴルフクラブヘッドで打撃した時に、上記ゴルフクラブヘッドのフェース面にかかる垂直力がピーク値をとるまでの時間Ｔ１と、上記ゴルフクラブヘッドと上記ゴルフボールの接触時間Ｔ２との関係を、Ｔ２／Ｔ１の値が２．２以下１．９以上としていることを特徴とするものとなる。
【００２６】
上記のように、ゴルフクラブヘッドのフェース部の肉厚を薄くする、フェース部に軟らかい材料を用いる、フェース面積を大きくする等の緩衝効果をフェース部に持たせることによって、上記Ｔ２／Ｔ１の値を上記設定とし、低バックスピンで、かつ高打出角度になるゴルフクラブヘッドを実現することができる。
【００２７】
本発明のゴルフクラブヘッドの設計方法は、短期間で効率良く設計できるため、上述した本発明の設計方法により設計されるのが特に好ましい。時間Ｔ１及び時間Ｔ２は、多軸の加速度ピックアップやロードセルをフェース部の裏面に貼り付けて、実際にインパクトしている時の接触力等を実測すること等により求めることもでき、それに基づいて本発明のゴルフクラブを得ることもできる。
【００２８】
具体的には、ゴルフクラブヘッドのフェース部は、全体的あるいは部分的に肉厚を薄くした薄肉部を有し、該薄肉部の肉厚はウッド型ヘッドでは１．５ｍｍ〜２．７ｍｍ、アイアン型ヘッドでは１．５ｍｍ〜２．５ｍｍであるのが好ましい。また、フェース部は、全体的あるいは部分的に軟らかくした柔軟部を有し、該柔軟部の弾性率はウッド型ヘッドでは１０００ｋｇｆ／ｍｍ^２〜２１０００ｋｇｆ／ｍｍ^２、アイアン型ヘッドでは８００ｋｇｆ／ｍｍ^２〜２１０００ｋｇｆ／ｍｍ^２であるのが好ましく、より緩衝効果をもたせるには柔軟部がフェース面となるのが好ましい。
具体的には、フェース面にチタンまたはチタン合金を配置して上記薄肉の柔軟部となるフェース部を形成している。
フェース面にチタン合金が配置される場合、該チタン合金の弾性率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ^２）は９０００≦Ｅ≦１２０００、肉厚Ｔ（ｍｍ）は１．５≦Ｔ≦２．７に設定している。
また、薄肉部、柔軟部は、少なくともスイートエリア内に配置されるのが良く、フェース面の面積は、ある程度の緩衝効果を持たせるには、ウッド型ヘッドでは３５ｃｍ^２〜５０ｃｍ^２、アイアン型ヘッドでは２８ｃｍ^２〜３５ｃｍ^２であるのが好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１に本発明のゴルフクラブヘッドの設計方法のフローチャートを示し、まず、該フローチャートに基づいて概略的に説明する。
【００３０】
まず、ステップ＃１で、ゴルフクラブヘッドとゴルフボールを、有限要素に分割した有限要素モデルでモデル化する。
ステップ＃２で、ヘッドモデルでゴルフボールモデルを実使用速度範囲でインパクトさせるシミュレーションを行う。
ステップ＃３で、インパクト時におけるヘッドモデルのフェース面がゴルフボールモデルと接触する時間Ｔ２と、フェース面にかかる垂直力が接触開始時からピーク値をとるまでの時間Ｔ１とを計測する。
ステップ＃４で、時間Ｔ１が時間Ｔ２中で占める割合を評価する。
ステップ＃５で、ゴルフボールのバックスピンを減らす方向に働く摩擦力を大きくすると共に該摩擦力の作用時間を長くして、バックスピン量を少なくかつ打出角度を高くするように定めた許容範囲内に、Ｔ１とＴ２の評価値が含まれるか判定する。
ステップ＃６で、評価値が許容範囲内であれば設計を終了し、試作、評価する。一方、許容範囲外であれば、ヘッドモデルの肉厚あるいは／及び材料を変えて、再度、シミュレーションを行い、許容範囲内になるまでヘッドモデルの肉厚あるいは／及び材料の制御とシミュレーションを繰り返す。
【００３１】
以下、上記設計方法について詳述する。
まず、コンピュータによりゴルフクラブヘッドとゴルフボールをモデル化し、初期条件を設定する。
【００３２】
図２（Ａ）にシミュレーションで用いたウッド型のヘッドモデル１０を示す。
ヘッドモデル１０は中空型であり、その体積を３００ｃｃ、重量を１８８．０ｇとし、材質はチタンとしている。ヘッドモデル１０のフェース部１３は略楕円形状の板状としている。ヘッドモデル１０は、７４９８個の要素１１に分割し、多数の節点１２を得ており、有限要素の一辺の平均長さは約２．５ｍｍとし、全体を４節点シェル要素の弾性体でモデル化している。要素１１の肉厚を各部位で変更させることで、実形状のモデル化を行っている。比重、弾性定数等の材料物性値については、文献値を用いている。フェース部の肉厚は１．９ｍｍで一定とし、弾性率は１１０２０ｋｇｆ／ｍｍ²としている。
【００３３】
なお、ヘッドモデルの作成には三次元形状計測、もしくは設計時に用いた三次元ＣＡＤデータを使用することができ、要素モデルに連続体要素を用いる場合は、その肉厚付きの三次元ＣＡＤデータを用いて４面体、もしくは６面体で要素分割を行う。シェル要素を用いてモデル化しても良いが、その場合、シェル要素は肉厚の中立面に配置するようにし、肉厚を正しく定義する。ヘッドモデルは、ソリッドモデルを用いて解析を行っても良い。また、材料物性値は、ＪＩＳ等の規格に基づいて実測した値を用いても良いし、文献値を用いても良い。
【００３４】
また、図２（Ｂ）に示すように、シミュレーションで用いたゴルフボールモデル（以下、ボールモデルとも称す）２０は、直径４２．８ｍｍ、全体を８節点ソリッド要素の弾性体でモデル化している。弾性率については、材料モデルは線形弾性モデルとし、静的な圧縮試験の結果が実験値と合うように逆同定した値を用いている。ボールモデル２０は、６４０００個の要素２１に分割している。
【００３５】
次に、ヘッドモデル１０とボールモデル２０を用い、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ゴルフクラブヘッドによるゴルフボールの打撃を想定したシミュレーションを行う。即ち、ヘッドモデル１０のフェース面１３ａの幾何学的なセンター位置にボールモデル２０が衝突するように配置し、ヘッドモデル１０に初速４０ｍ／ｓを与え、ボールモデル２０に衝突させる。ヘッドモデル１０を衝突させた後、ボールモデル２０がヘッドモデル１０から完全に離れるまで計算を行う。フェース面１３ａとボールモデル２０の接触面にはクローン摩擦を定義し、動摩擦係数、静止摩擦係数を共に０．３としている。
【００３６】
本シミュレーションでは、汎用衝撃解析ソフト（ｌｓ−ｄｙｎａ：ＬＳＴＣ社製）を使用している。他に、ＰＡＭ−ＣＲＡＳＨ（ＥＳＩ社製）、ＡＢＡＱＵＳ−ＥＸＰＬＩＣＩＴ（ＨＫＳ社製）等を用いてもよい。
【００３７】
図４に示すように、ヘッドモデル１０とボールモデル２０の接触中において、バックスピンを減らす方向（あるいはバックスピンをかける方向）に摩擦力Ｆが働くと共に、フェース面１３ａに垂直方向に垂直力Ｎが働いている。
【００３８】
インパクト時の両者の接触状況をシミュレーションすることにより、摩擦力Ｆと垂直力Ｎの時刻歴データを計算する。図５は垂直力Ｎの時刻歴データを示し、これに基づき、インパクト時におけるヘッドモデル１０のフェース面１３ａがボールモデル２０と接触する時間Ｔ２と、フェース面１３ａにかかる垂直力Ｎが接触開始時からピーク値をとるまでの時間Ｔ１とを特定する。
【００３９】
図６は摩擦力Ｆの時刻歴データを示す。図６において、摩擦力が正の値を示すときはバックスピンがかかる方向に摩擦力が働き、摩擦力が負の値を示すときはバックスピンを減らす方向に摩擦力が働く。
【００４０】
図６において、バックスピンをかける方向の力積を表す面積Ｓａから、バックスピンを減らす方向の力積を表す面積Ｓｂを引いた値が小さいほど、ボールモデル２０のバックスピンを低減することができる。
即ち、垂直力Ｎがピーク値をとるまでの時間Ｔ１が接触時間Ｔ２中で占める割合を長くするように設定すると、ボールモデル２０のバックスピンを減らす方向に摩擦力Ｆが働いている時間に、ボールモデルに高い垂直力Ｎを加えることができ、バックスピンを減らす方向の力積を増大することができる。よって、バックスピンを低減し、高い打出角度を得ることができる。
【００４１】
ここで、時間Ｔ１が時間Ｔ２中で占める割合を評価する。即ち、ゴルフボールのバックスピンを減らす方向に働く摩擦力を大きくすると共に該摩擦力の作用時間を長くして、バックスピン量を少なくかつ打出角度を高くするように定めたい場合には、具体的に、時間Ｔ１と時間Ｔ２との関係が、Ｔ２／Ｔ１の値（評価値）が２．２以下になっているか評価する。
【００４２】
そして、許容範囲内に、Ｔ１とＴ２の評価値が含まれるか否かを判定する。評価値が許容範囲内であれば設計を終了し、試作、評価する。一方、許容範囲外であれば、ヘッドモデルの肉厚あるいは／及び材料を変えて、再度、シミュレーションを行い、許容範囲内になるまでヘッドモデルの肉厚あるいは／及び材料の制御とシミュレーションを繰り返し、最終的にヘッドモデルの仕様を決定する。
【００４３】
これにより、低バックスピンで、かつ高打出角度になり、大きな飛距離が得られるゴルフクラブヘッドを非常に効率良く設計することができる。
【００４４】
また、ゴルフボールモデルのバックスピン量及び打出角度は、ゴルフボールモデルの全体運動量、角運動量を算出し、その運動量から並進速度を求め、各成分の比率から上記打出角度を算出し、上記角運動量よりバックスピン量を算出することができる。
【００４５】
上記実施形態では、ウッド型ヘッドを設計しているが、アイアン型ヘッドとしても良く、打撃速度は適宜変更することができる。また、フェース部の肉厚、材質（弾性率）、フェース面の面積等も目的性能に応じて全体的あるいは部分的に変更することができる。
【００４６】
以下、本発明のゴルフクラブヘッドの実施例、比較例について詳述する。
上述した設計方法により下記に示す実施例及び比較例のゴルフクラブヘッドを設計した。各ゴルフクラブヘッドの計測値を下記の表１及び表２に示す。シミュレーションの条件は上記実施形態と同様とした。なお、表中の値はシミュレーションにより得られた計算値である。
【００４７】
【表１】

【００４８】
（実施例１）
Ｔ２／Ｔ１の値を２．１２７とした。フェース部の材質はチタンとし、フェース部の肉厚を全体的に１．９ｍｍ、弾性率は１１０２０ｋｇｆ／ｍｍ²とした。
【００４９】
（比較例１〜４）
Ｔ２／Ｔ１の値が２．２より大きくなるように、表１のように設定した。フェース部の肉厚を各々変更した。その他は実施例１と同様とした。
【００５０】
【表２】

【００５１】
（実施例２〜４）
Ｔ２／Ｔ１の値を１．９９９９９、２．０３３６４、１．９６０５とした。フェース部の肉厚を全体的に２．７ｍｍとし、弾性率[ｋｇｆ／ｍｍ²]を表２のように設定した。その他は実施例１と同様とした。
【００５２】
（比較例５、６）
Ｔ２／Ｔ１の値が２．２より大きくなるように、表２のように設定した。フェース部の肉厚を全体的に２．７ｍｍとし、フェース部の弾性率[ｋｇｆ／ｍｍ²]を各々変更した。その他は実施例１と同様とした。
【００５３】
（バックスピン量、打出角度の算出）
上述したようにボール全体での運動量、角運動量を算出し、その運動量から並進速度を求め、各成分の比率から打出角度を算出すると共に、角運動量からバックスピン量を算出した。表中にこの算出値を示す。
【００５４】
図７は、実施例１、比較例１〜４のゴルフクラブヘッドで計測したフェース面にかかる垂直力の時刻歴データを示す。ゴルフクラブヘッドのフェース面にかかる垂直力がピーク値をとるまでの時間Ｔ１と、ゴルフクラブヘッドとゴルフボールの接触時間Ｔ２はこのグラフより求められ、これによりＴ２／Ｔ１の値を各々計算した。また、図８は、実施例１、比較例１〜４のゴルフクラブヘッドで計測した摩擦力の時刻歴データを示す。
【００５５】
実施例１、比較例１〜４のゴルフクラブヘッドにおいて、Ｔ２／Ｔ１を２．２以下とした実施例１は、比較例１〜４に比べ、バックスピン量が低減されており、打出角度が大きくなっていることが確認できた。
即ち、フェース部の厚みを変量させていったときに、フェース部に働く摩擦力がどのように変化していくかを計測した。フェース部を薄くしていくと、衝撃力が和らぎ、Ｔ１が大きくなっていく。そのため、摩擦力のバックスピンを減らす方向に働く力が大きくなるため、打出時に働くバックスピン量は少なく、かつ打出角度は大きくなることが確認できた。
【００５６】
図９は、実施例２〜４、比較例５、６のゴルフクラブヘッドで計測したフェース面にかかる垂直力の時刻歴データを示す。上記同様にＴ２／Ｔ１の値を各々計算した。また、図１０は、実施例２〜４、比較例５、６のゴルフクラブヘッドで計測した摩擦力の時刻歴データを示す。
【００５７】
実施例２〜４、比較例５、６のゴルフクラブヘッドにおいて、Ｔ２／Ｔ１を２．２以下とした実施例２〜４は、比較例５．６に比べ、バックスピン量が低減されており、打出角度が大きくなっていることが確認できた。
【００５８】
また、実際に実施例及び比較例のゴルフクラブヘッドを試作し、スイングロボットを用いて実打したところ、バックスピン量、打出角度共に、表１及び表２と同様の結果が得られ、上記Ｔ２／Ｔ１の設定により、バックスピン量が低減し、打出角度が増加することが確認できた。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、ヘッドモデルにおいて特にフェース部の肉厚あるいは／及び材料等を全体的あるいは部分的に変更し、フェース面にかかる垂直力がピーク値をとるまでの時間Ｔ１が、ヘッドモデルとゴルフボールモデルの接触時間Ｔ２中で占める割合を長くするように設定している。このため、ゴルフボールモデルのバックスピンを減らす方向に摩擦力が働いている時間に、ゴルフボールに高い垂直力を加えることができ、バックスピンを減らす方向の力積を増大することができる。よって、低バックスピンで、かつ高打出角度になり、大きな飛距離が得られるゴルフクラブヘッドを設計することができる。
【００６０】
また、コンピュータによる仮想空間上で計算するため、肉厚や材料の変更も、入力データの変更だけで良く、様々なパターンのヘッドの設計を容易に行うことができる。また、実際のヘッドの試作回数を減らし、試作に要する費用と時間を削減することができ、ヘッドの設計時間を短縮することができる。
【００６１】
さらに、本発明の設計方法に係わるゴルフクラブヘッドは、ゴルフボール打撃時にゴルフボールに生じるバックスピン量を従来になく低減することができるため、ゴルフボールの打出角度を増大させることができ、効率良く大きな飛距離を得ることができる。よって、ウッド型ヘッドや低番手のアイアン型ヘッドとして特に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゴルフクラブヘッドの設計方法のフローチャートを示す。
【図２】（Ａ）はヘッドモデルの概略図、（Ｂ）はゴルフボールモデルの概略図である。
【図３】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、ゴルフボールモデルとヘッドモデルのインパクトのシミュレーションの説明図である。
【図４】インパクト時のヘッドモデルとゴルフボールモデルに働く力の説明図である。
【図５】垂直力の時刻歴データのグラフである。
【図６】摩擦力の時刻歴データのグラフである。
【図７】実施例１、比較例１〜４のゴルフクラブヘッドで計測したフェース面にかかる垂直力の時刻歴データを示す。
【図８】実施例１、比較例１〜４のゴルフクラブヘッドで計測した摩擦力の時刻歴データを示す。
【図９】実施例２〜４、比較例５、６のゴルフクラブヘッドで計測したフェース面にかかる垂直力の時刻歴データを示す。
【図１０】実施例２〜４、比較例５、６のゴルフクラブヘッドで計測した摩擦力の時刻歴データを示す。
【符号の説明】
１０ヘッドモデル
１３フェース部
１３ａフェース面
２０ボールモデル
Ｎ垂直力
Ｆ摩擦力

Claims

コンピュータを用いて、有限要素で分割したゴルフクラブのヘッドモデルとゴルフボールモデルを作成し、衝撃解析ソフトを使用して、前記有限要素モデルのヘッドモデルをゴルフボールモデルに衝突させて打撃のシミュレーションを行ってゴルフクラブヘッドの設計を行う方法であり、
上記ヘッドモデルで上記ゴルフボールモデルを実使用速度範囲でインパクトし、該インパクト時における上記ヘッドモデルのフェース面が上記ゴルフボールモデルと接触する時間Ｔ２と、上記フェース面にかかる垂直力が接触開始時からピーク値をとるまでの時間Ｔ１とを計測し、
上記ヘッドモデルの肉厚、材料あるいは／および形状の諸元の設定を変更して、上記垂直力がピーク値をとるまでの時間Ｔ１と上記接触時間Ｔ２との関係を、Ｔ２／Ｔ１の値を２．２以下１．９以上に設定し、上記ゴルフボールモデルのバックスピンを減らす方向に働く摩擦力を大きく且つ該摩擦力の作用時間を長くして、バックスピン量を少なくかつ打出角度を高くすることを特徴とするゴルフクラブヘッドの設計方法。
上記ヘッドモデルで上記ゴルフボールモデルを打撃する時の速度はアイアン型ヘッドモデルでは２０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓ、ウッド型ヘッドモデルでは４０ｍ／ｓとしている請求項１に記載のゴルフクラブヘッドの設計方法。