JP5363714B2 - Golf club shaft simulation method. - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンピュータを用いたゴルフクラブ用シャフトのシミュレーション方法に関し、さらに詳述すると、ゴルフクラブ用シャフトのスイング時における挙動を解析するためのシミュレーション方法に関する。 The present invention relates to a golf club shaft simulation method using a computer, and more particularly to a simulation method for analyzing the behavior of a golf club shaft during a swing.
従来、ゴルフクラブ用シャフトのスイング時における挙動を調べる場合、シャフトに複数個の歪みゲージを取り付け、これらの歪みゲージによってシャフトの歪み量などを計測することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。 Conventionally, when investigating the behavior of a golf club shaft during a swing, a plurality of strain gauges are attached to the shaft, and the strain amount of the shaft is measured using these strain gauges (for example, Patent Document 1). 2).
しかし、特許文献１、２の方法では、シャフトに取り付けた複数個の歪みゲージにそれぞれリード線を接続するので、ゴルフクラブが重くなり、ゴルファーがゴルフクラブをスイングするのが難しい。そのため、ゴルファーが同じスイングをすることが難しく、同じスイングを反復してシャフトの歪み量などを計測することが困難であった。 However, in the methods of Patent Documents 1 and 2, since the lead wires are respectively connected to the plurality of strain gauges attached to the shaft, the golf club becomes heavy and it is difficult for the golfer to swing the golf club. Therefore, it is difficult for the golfer to perform the same swing, and it is difficult to measure the amount of distortion of the shaft by repeating the same swing.
一方、ゴルフスイングシミュレーション方法として、特許文献３に記載されたものが提案されている。この方法は、ゴルフクラブの実物を用いてゴルファーのスイング挙動を計測し、上記ゴルファーのスイング時の上記ゴルフクラブのグリップの座標の時刻歴データ、グリップの傾斜角の時刻歴データ、シャフトの幾何学的中心軸であるシャフト軸周りにおけるグリップの回転角の時刻歴データを得て、３つの上記時刻歴データを基に、ゴルフクラブモデルにスイングの動きを与え、ゴルフクラブモデルの捻転を考慮して、シミュレーションによりゴルフクラブモデルの挙動を解析するものである（請求項１）。 On the other hand, a golf swing simulation method described in Patent Document 3 has been proposed. This method measures the golfer's swing behavior using the actual golf club, time history data of the grip coordinates of the golf club, time history data of the tilt angle of the grip, and shaft geometry. Obtain the time history data of the rotation angle of the grip around the shaft axis which is the central axis of the shaft, give the golf club model a swing motion based on the above three time history data, and consider the torsion of the golf club model The behavior of the golf club model is analyzed by simulation (claim 1).
しかし、特許文献３の方法は、シャフト材料の特性や、シャフトの体積、径といった多くのデータをコンピューターに入力するので、シミュレーションに時間を要するものであった。 However, since the method of Patent Document 3 inputs a lot of data such as the characteristics of the shaft material and the volume and diameter of the shaft to the computer, it takes time for the simulation.
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、少ないパラメータをコンピュータに入力して、簡単に精度良くシミュレーション計算を行うことができるゴルフクラブ用シャフトのシミュレーション方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a golf club shaft simulation method in which a small number of parameters are input to a computer and simulation calculation can be performed easily and accurately. .
本発明は、前記目的を達成するため、コンピュータを用いたゴルフクラブ用シャフトのスイングのシミュレーション方法であって、シャフトの基端から先端までの間を長さ方向に沿って連続的に複数のモデル領域に分割し、前記複数のモデル領域の接合部分にそれぞれヤング率、剪断弾性率および断面２次モーメントの値を入力し、前記シャフトを所定のスイングパターンでスイングさせたときのシャフトの挙動を解析するゴルフクラブ用シャフトのシミュレーション方法であって、下記５種類のシャフトでシミュレーションを行うことを特徴とするゴルフクラブ用シャフトのシミュレーション方法を提供する。
ＳＴＤ：基準シャフト
ＴｉｐＤｏｗｎ：先端側のヤング率が低いシャフト
ＴｉｐＵｐ：先端側のヤング率が高いシャフト
ＢｕｔｔＤｏｗｎ：手元側のヤング率が低いシャフト
ＢｕｔｔＵｐ：手元側のヤング率が高いシャフト
In order to achieve the above object, the present invention is a method for simulating a swing of a golf club shaft using a computer, wherein a plurality of models are continuously formed along the length direction from the base end to the tip end of the shaft. Divide into regions and input Young's modulus, shear modulus and cross-sectional second moment values to the joints of the model regions , and analyze the behavior of the shaft when the shaft is swung in a predetermined swing pattern. There is provided a golf club shaft simulation method, characterized in that simulation is performed with the following five types of shafts.
STD: Reference shaft TipDown: Shaft with low Young's modulus at the tip side TipUp: Shaft with high Young's modulus at the tip side ButtDown: Shaft with low Young's modulus at the hand side ButtUp: Shaft with high Young's modulus at the hand side
本発明では、コンピュータに入力するパラメータとして、シャフトの曲げ剛性、ねじり剛性と関連するヤング率、剪断弾性率および断面２次モーメントを選択したので、少ないパラメータをコンピュータに入力して、簡単に精度良くシミュレーションを行うことができる。また、コンピュータに入力するパラメータが少ないので、簡単にパラメータを変更して、シャフトの挙動の変化を即座に確認することができ、素早くゴルフクラブの設計に役立たせることができる。 In the present invention, the Young's modulus, the shear modulus and the cross-sectional secondary moment related to the bending rigidity and torsional rigidity of the shaft are selected as the parameters to be input to the computer. Simulation can be performed. Further, since there are few parameters to be input to the computer, it is possible to easily change the parameters and immediately check the change in the behavior of the shaft, which can be useful for designing a golf club quickly.
以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明では、シャフトの基端から先端までの間を長さ方向に沿って連続的に複数のモデル領域に分割し、前記複数のモデル領域の接合部分にそれぞれヤング率、剪断弾性率および断面２次モーメントの値を入力する。この場合、シャフトの基端から先端までの間を５〜２０個のモデル領域に分割することが適当である。また、シャフトの基端から長さ５〜２０ｃｍの領域をグリップ部を想定した第１モデル領域とし、第１モデル領域の先端とシャフトの先端との間を同じ長さの複数のモデル領域に分割することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the present invention, continuously divided into a plurality of model areas along between the proximal end of the shaft to the tip in the longitudinal direction, respectively the Young's modulus in the joint portion of the plurality of model area, shear modulus and cross-sectional Enter the value of the second moment. In this case, it is appropriate to divide the shaft from the proximal end to the distal end into 5 to 20 model regions. In addition, a region having a length of 5 to 20 cm from the base end of the shaft is defined as a first model region assuming a grip portion, and a portion between the tip of the first model region and the tip of the shaft is divided into a plurality of model regions having the same length. can do.
本発明においては、複数のモデル領域にそれぞれヤング率、剪断弾性率および断面２次モーメントの値を入力する。ヤング率、剪断弾性率および断面２次モーメントの値は、下記のようにして求めることができる。 In the present invention, Young's modulus, shear elastic modulus, and cross-sectional secondary moment values are input to a plurality of model regions, respectively. The values of Young's modulus, shear modulus and cross-sectional secondary moment can be determined as follows.
［ヤング率、断面２次モーメント］
ＥＩ値は、曲げ剛性の指標値となるものであり、３点曲げ試験を行って、ＥＩ値を求めることができる。このＥＩ値から、ヤング率（Ｅ）と断面２次モーメント（Ｉ）を求めることができる。具体的には、一定間隔（Ｌ）離れた一対の支持具でシャフトを水平に支持し、両支持点（支持具）の中心位置に垂直に荷重（Ｐ）を加え、その中心位置でのシャフトの歪み量（σ）を求める。
ＥＩ＝（Ｌ３／４８）・（Ｐ／σ）（ｋｇ・ｍｍ２×１０６）
Ｌ：両支持具間の距離（ｍｍ） …３００ｍｍ
Ｐ：シャフトに垂直に加えた荷重（Ｋｇ） …２０ｋｇ
σ：荷重を加えたときの歪み量（ｍｍ）
断面２次モーメント（Ｉ）は、シャフト断面から、計算式で求めることができる。
Ｉ＝π×（ｄ４−ｄ１４）／６４
ｄ：シャフトの外径
ｄ１：シャフトの内径
上記結果よりヤング率（Ｅ）を求めることができる。
Ｅ＝（Ｌ３／４８）・（Ｐ／σ）／Ｉ
［剪断弾性率］
まず、剪断弾性率を求めるためにトルクを各部分で求める。つまり、シャフトのある箇所を回転しないように固定し、その固定箇所より先端方向または手元方向に一定方向離れた箇所に一定の回転力を加え、その回転力を加えた箇所が回転した角度を測定する。本発明では、シャフトの固定位置をチャックで固定し、１００ｍｍ離れた箇所に回転力（１ｆｔ・ｌｂｔ：１３８．２５ｋｇｆ・ｍｍ：１．３５Ｎ・ｍ）を加え、回転した角度を測定する。
Ｔ＝Ｇ・Ｉｐ（ｘ）・ｄθ／ｄｘ
Ｔ：トルク（ねじりモーメント）
Ｇ：剪断弾性率
Ｉｐ（ｘ）：断面２次極モーメント
ｄθ／ｄｘ：単位あたりの回転角度
断面２次極モーメントは、シャフト断面から、計算式で求めることができる。
Ｉｐ（ｘ）＝π×（ｄ４−ｄ１４）／３２
ｄ：シャフトの外径
ｄ１：シャフトの内径
よって、剪断弾性率は、以下の式で求めることができる。
Ｇ＝Ｔ／（Ｉｐ（ｘ）・ｄθ／ｄｘ）
[Young's modulus, secondary moment of section]
The EI value is an index value of bending stiffness, and the EI value can be obtained by performing a three-point bending test. From this EI value, the Young's modulus (E) and the secondary moment of inertia (I) can be obtained. Specifically, the shaft is horizontally supported by a pair of support tools that are separated by a fixed distance (L), and a load (P) is applied vertically to the center position of both support points (support tools), and the shaft at the center position. The amount of distortion (σ) is obtained.
EI = (L 3/48) · (P / σ) (kg · mm 2 × 10 6)
L: Distance between both supports (mm) ... 300 mm
P: Load (Kg) applied perpendicular to the shaft ... 20kg
σ: Strain amount when a load is applied (mm)
The cross-sectional secondary moment (I) can be obtained from the shaft cross section by a calculation formula.
I = π × (d 4 −d 1 4 ) / 64
d: outer diameter of the shaft d1: inner diameter of the shaft The Young's modulus (E) can be obtained from the above result.
E = (L 3/48) · (P / σ) / I
[Shear modulus]
First, in order to obtain the shear modulus, the torque is obtained for each part. In other words, a part where the shaft is fixed is fixed so that it does not rotate, a constant rotational force is applied to a part away from the fixed part in the tip direction or the hand direction, and the angle at which the part where the rotational force is applied is rotated is measured. To do. In the present invention, the fixing position of the shaft is fixed with a chuck, a rotational force (1 ft · lbt: 138.25 kgf · mm: 1.35 N · m) is applied to a location 100 mm away, and the angle of rotation is measured.
T = G · Ip (x) · dθ / dx
T: Torque (torsional moment)
G: Shear elastic modulus Ip (x): Sectional secondary pole moment dθ / dx: Rotational angle per unit The sectioned secondary pole moment can be determined from the shaft section by a calculation formula.
Ip (x) = π × (d 4 −d 1 4 ) / 32
d: Shaft outer diameter d1: Shaft inner diameter Therefore, the shear elastic modulus can be obtained by the following equation.
G = T / (Ip (x) · dθ / dx)
本発明においては、クラブヘッドの重量、重心距離および重心深さをシミュレーションの入力要素に加えることができ、これにより実際のクラブでスイングした時にシャフトにかかる負荷を再現することができる。また、クラブヘッドの特性に合わせたシャフト設計を行うためのシミュレーションを行うことができる。 In the present invention, the weight of the club head, the center-of-gravity distance, and the center-of-gravity depth can be added to the simulation input elements, thereby reproducing the load on the shaft when swinging with an actual club. In addition, it is possible to perform a simulation for designing a shaft in accordance with the characteristics of the club head.
本発明においては、クラブヘッドの重量、重心距離、重心深さおよび重心高さをシミュレーションの入力要素に加えることにより、後述するインパクト時のダイナミックロフトやフェースアングルを出力することができ、これによってインパクト時のヘッドの状態を推測することができる。 In the present invention, by adding the club head weight, center of gravity distance, center of gravity depth and center of gravity height to the simulation input elements, it is possible to output a dynamic loft and a face angle at the time of impact, which will be described later. The state of the head at the time can be estimated.
本発明では、シャフトの機械的要素（曲げ剛性、ねじり剛性）を長さ方向の各モデル領域にそれぞれ設定することで、コンピューター上で、スイング中のシャフトのしなりやねじりなどを調べ、それぞれのスイングパターンの違いによって、どのようにシャフトのしなりやねじりが変化するかが分かる。また、シャフトに取り付けるヘッドのデータを加えることで、インパクト時の情報などを得ることができる。このシミュレーション方法によって、ヘッドの大きさなどから、各部分のシャフトデータを与えることで、最適値に近づけ、短期間にシャフトの設計を行うことが可能となる。 In the present invention, the mechanical elements (bending rigidity, torsional rigidity) of the shaft are set in each model region in the length direction, and the bending and torsion of the shaft during the swing are examined on the computer. You can see how the bending and torsion of the shaft change depending on the swing pattern. Further, by adding the data of the head attached to the shaft, it is possible to obtain information at the time of impact. With this simulation method, by giving shaft data of each part based on the size of the head, it becomes possible to approach the optimum value and design the shaft in a short time.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。図１に示すように、コンピュータ内において、シャフト１０の基端から先端までの間を長さ方向に沿って連続的に複数（本例では１０個）のモデル領域１２に分割するとともに、シャフト１０の先端にクラブヘッド１４を取り付けた。そして、入力パラメータとして、シャフトの重量、ヤング率、断面２次モーメントおよび剪断弾性率、ならびにクラブヘッドの重量、重心距離および重心深さを入力した。この場合、弾性体としてのパラメータであるシャフトのヤング率、断面２次モーメントおよび剪断弾性率は、各モデル領域１２同士の接合部分１６に入力し、これによりシャフト１０を弾性体として表現した。本例では、シャフト１０として下記５種類のシャフトを作製した。
ＳＴＤ：基準シャフト
ＴｉｐＤｏｗｎ：先端側のヤング率が低いシャフト
ＴｉｐＵｐ：先端側のヤング率が高いシャフト
ＢｕｔｔＤｏｗｎ：手元側のヤング率が低いシャフト
ＢｕｔｔＵｐ：手元側のヤング率が高いシャフト
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples. As shown in FIG. 1, in the computer, the portion from the base end to the tip end of the
STD: criteria shaft TipDown: front end side of the low Young's modulus shaft TipUp: front end side of the high Young's modulus shaft ButtDown: hand side of the low Young's modulus shaft ButtUp: high proximal Young's modulus shaft
また、図２に示す４種類のスイングパターンをコンピュータに入力した。「加速：大」は、インパクト直前におけるヘッド角速度の加速が大きいスイングパターン、「加速：小」は、インパクト直前におけるヘッド角速度の加速が小さいスイングパターン、「減速：大」は、インパクト直前におけるヘッド角速度の減速が大きいスイングパターン、「減速：小」は、インパクト直前におけるヘッド角速度の減速が小さいスイングパターンである。 In addition, four types of swing patterns shown in FIG. 2 were input to the computer. “Acceleration: large” means a swing pattern with a large acceleration of the head angular velocity immediately before the impact, “Acceleration: small” means a swing pattern with a small acceleration of the head angular velocity immediately before the impact, and “deceleration: large” means a head angular velocity immediately before the impact. The swing pattern with a large deceleration, “deceleration: small”, is a swing pattern with a small deceleration of the head angular velocity immediately before impact.
この場合、図３に示すように、上腕部に相当する第１リンク２０、下腕部に相当する第２リンク２２、シャフト部２４およびヘッド部２６を連結し、かつ、第１リンク２０の上端部に全体の回転運動を行う第１回転モーション２８、第１リンクと第２リンクとの接続部に手首のコックを再現する第２回転モーション３０を配した２リンクモデル３２をコンピュータ内で構築し、第１回転モーション２８および第２回転モーション３０による回転速度を調整することにより前記４種類のスイングパターンを構成した。
In this case, as shown in FIG. 3, the
前記５種類のシャフトを前記４種類のスイングパターンでスイングさせたときのシャフトの挙動を解析した。この場合、シャフト１０は、水平面に対して５０°傾けてスイングさせた。また、シャフトの手元部分の角速度を一定とし、シャフトを撓まないものと仮定したときのシャフト先端部分のヘッドスピードを４５ｍ／ｓとした。出力パラメータとして、シャフトの先端と手元の速度差、ダイナミックロフトおよびフェースアングルを出力した。
The behavior of the shaft when the five types of shafts were swung in the four types of swing patterns was analyzed. In this case, the
シャフトの先端と手元の速度差の解析結果を図４に示す。シャフトの先端と手元の速度差は、シャフト手元の速度が同じ場合に予測されるシャフト先端の速度を表し、シャフトに同じ運動量の入力がなされた場合に、シャフトの特性により得られるヘッドスピードアップあるいはダウンの量を表すものである。図４では、基準シャフト（ＳＴＤ）の速度差の値を１として表示している。図４より、インパクト直前に加速度が大きいスイングパターン（加速：大）を除き、ほとんどのスイングパターンで、先端側および手元側の剛性値が低いほうが、手元側に比べ先端側の速度が速く、ヘッドスピードアップが期待できると言える。特に、先端剛性を下げることによる効果は大きい傾向にある。 The analysis result of the speed difference between the tip of the shaft and the hand is shown in FIG. The speed difference between the shaft tip and the hand represents the speed of the shaft tip that is predicted when the shaft hand speed is the same, and when the same momentum is input to the shaft, the head speed obtained by the characteristics of the shaft or It represents the amount of down. In FIG. 4, the value of the speed difference of the reference shaft (STD) is displayed as 1. From FIG. 4, except for the swing pattern (acceleration: large) with a large acceleration just before impact, the tip side and hand side stiffness values are lower for most swing patterns, and the tip side speed is faster than the hand side. It can be said that speedup can be expected. In particular, the effect of lowering the tip rigidity tends to be large.
ダイナミックロフトの解析結果を図５に示す。ダイナミックロフトは、インパクトの瞬間のロフト（水平面を基準とした）であり、ボールの打出角、つまりボールの上がりやすさを表すものである。図５では、ＳＴＤのダイナミックロフトを０°（基準）とし、ＳＴＤのダイナミックロフトとの差を表示している。なお、図５では、表示上、ＳＴＤのダイナミックロフトを０°としているが、実際にはＳＴＤのダイナミックロフトもゼロ以外の特定の数値を有する。図５より、先端剛性が低いほうがダイナミックロフトが大きいという傾向は、スイングモードに因らず一定であり、手元剛性については、スイングモードによって傾向が変化することがわかる。 The analysis result of the dynamic loft is shown in FIG. The dynamic loft is a loft at the moment of impact (based on a horizontal plane), and represents the ball launch angle, that is, the ease of raising the ball. In FIG. 5, the STD dynamic loft is set to 0 ° (reference), and the difference from the STD dynamic loft is displayed. In FIG. 5, the STD dynamic loft is set to 0 ° for display, but the STD dynamic loft actually has a specific numerical value other than zero. FIG. 5 shows that the tendency that the dynamic loft is larger when the tip rigidity is lower is constant regardless of the swing mode, and the tendency of the hand rigidity changes depending on the swing mode.
フェースアングルの解析結果を図６に示す。ここでのフェースアングルは、インパクトの瞬間のフェースアングルであり、ボールのつかまり易さを表すものである。図６では、ＳＴＤのフェースアングルを０°（基準）とし、ＳＴＤのフェースアングルとの差を表示している。図６より、インパクト時に減速するスイングパターンの場合、先端剛性が低いと、フェース面が大きくクローズ（左に向く）することがわかる。 The analysis result of the face angle is shown in FIG. The face angle here is the face angle at the moment of impact and represents the ease with which the ball is held. In FIG. 6, the STD face angle is set to 0 ° (reference), and the difference from the STD face angle is displayed. From FIG. 6, it can be seen that in the case of a swing pattern that decelerates upon impact, if the tip rigidity is low, the face surface is largely closed (towards the left).
以上の結果より、出力パラメータの中には、スイングパターンとシャフト剛性分布との関係によって傾向が変化しないものと、傾向が変化するものとがあり、したがって本発明のシミュレーション方法により、シャフトの部分による曲げ剛性、ねじり剛性の持つ意味を明確にすることができ、目標とする特性を持つシャフト設計や、スイングパターンに応じたシャフトの設計が可能となり、本発明のシミュレーション方法がゴルフクラブの設計に役立つことがわかる。 From the above results, there are some output parameters whose tendency does not change depending on the relationship between the swing pattern and the shaft stiffness distribution, and those whose tendency changes. Therefore, according to the simulation method of the present invention, depending on the shaft portion. The meaning of bending rigidity and torsional rigidity can be clarified, and shaft design with target characteristics and shaft design according to swing pattern become possible, and the simulation method of the present invention is useful for golf club design. I understand that.
１０ シャフト
１２ モデル領域
１４ クラブヘッド
１６ 接合部分
10
Claims (6)
ＳＴＤ：基準シャフト
ＴｉｐＤｏｗｎ：先端側のヤング率が低いシャフト
ＴｉｐＵｐ：先端側のヤング率が高いシャフト
ＢｕｔｔＤｏｗｎ：手元側のヤング率が低いシャフト
ＢｕｔｔＵｐ：手元側のヤング率が高いシャフト A method of simulating a golf club shaft swing using a computer, from the proximal end of the shaft is divided into continuous multiple models regions along the length between the to the tip, of the plurality of model areas A golf club shaft simulation method for inputting a Young's modulus, a shear elastic modulus, and a moment of inertia of a cross-section to each joint portion, and analyzing the behavior of the shaft when the shaft is swung in a predetermined swing pattern. A simulation method for a golf club shaft, wherein simulation is performed with the following five types of shafts.
STD: Reference shaft TipDown: Shaft with low Young's modulus at the tip side TipUp: Shaft with high Young's modulus at the tip side ButtDown: Shaft with low Young's modulus at the hand side ButtUp: Shaft with high Young's modulus at the hand side
「加速：大」（インパクト直前におけるヘッド角速度の加速が大きいスイングパターン）
「加速：小」（インパクト直前におけるヘッド角速度の加速が小さいスイングパターン）
「減速：大」（インパクト直前におけるヘッド角速度の減速が大きいスイングパターン）
「減速：小」（インパクト直前におけるヘッド角速度の減速が小さいスイングパターン） 2. The golf club shaft simulation method according to claim 1, wherein the simulation is performed with the following four types of swing patterns.
“Acceleration: Large” (swing pattern with large acceleration of head angular velocity immediately before impact)
“Acceleration: Small” (swing pattern with small acceleration of head angular velocity immediately before impact)
"Deceleration: Large" (swing pattern with large head angular velocity deceleration immediately before impact)
“Deceleration: Small” (swing pattern with small deceleration of head angular velocity immediately before impact)
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