JP5440050B2 - ゴルフクラブヘッドの設計方法 - Google Patents

Description

本発明はゴルフクラブヘッドの設計方法に関する。

ゴルフクラブの設計においては、打球の飛距離を向上することが重要であり、そのため、ゴルフクラブヘッドでゴルフボールを打撃したときの初速をなるべく大きな値とすることが求められる。
そこで、ゴルフクラブヘッドのフェース面のスイートスポットから外れた打点でゴルフボールを打撃しても、スイートスポットで打撃した場合とほぼ同等の初速を得ることができる領域、いわゆるスイートエリアをどのように形成するかが重要となる。
従来、スイートエリアの形成は、おもに、ゴルフクラブヘッドの慣性モーメントを設定することによって行われている（特許文献１、２、３、４参照）。

特許第３７１８３６７号 特許第３１７４５２８号 特許第３０６３９６７号 特公平４−５６６２９号公報

ところで、ゴルフクラブヘッドを使用するプレイヤーの技量はさまざまであり、ゴルフクラブヘッドに要求される特性も技量に応じて異なる。
単純にスイートエリアが大きいほどよいということはなく、プレイヤーの技量に適合したスイートエリアの大きさおよび初速が要求される。
特に近年は、スイートエリアの大きさと最大ボール初速の高速化は相反する指標であり、プレイヤーの技量に応じていずれかに寄与させる事が要求されてきている。
具体的には、上級者は、ゴルフクラブヘッドのフェース面でゴルフボールを打撃したときの打点のばらつきが小さいため、上級者が要求するゴルフクラブヘッドの特性は、スイートエリアの大きさへの寄与よりも、最大ボール初速への寄与を高く確保できるものが好ましい。
これに対して、初級者は、ゴルフクラブヘッドのフェース面でゴルフボールを打撃したときの打点のばらつきが大きいため、初級者が要求するゴルフクラブヘッドの特性は、最大ボール初速への寄与よりも、スイートエリアの大きさへの寄与を高く確保できるものが好ましい。
上述した従来技術では、慣性モーメントを設定することでスイートエリアを形成することに留まるものであり、上述したプレイヤーの技量に応じた特性のゴルフクラブヘッドをどのように設計するかといった点は考慮されていないものであった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プレイヤーの技量に応じた特性を有するゴルフクラブヘッドを設計する上で有利なゴルフクラブヘッドの設計方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、有限要素モデルで構成されたゴルフクラブヘッドモデルを用いてゴルフクラブヘッドの設計を行う方法であって、前記ゴルフクラブの重心位置を前記ゴルフクラブヘッドのフェース面に垂直に投影させた点を重心点とし、前記フェース面の１次振動における最大たわみ点をフェース最大反発点（フェースのたわみは、重心の影響を除外したフェース面構造だけが影響するフェース反発係数とみなすことができる。したがって、フェースの最大たわみ点は、フェース最大反発点となる）とし、前記フェース面で前記ゴルフボールを打撃したときの該ゴルフボールの初速の最大速度を１００％とし、前記初速が９８％以上となる前記フェース面上の領域を高初速スイートエリアとし、前記初速が９５％以上となる前記フェース面上の領域を中初速スイートエリアとしたときに、前記ゴルフクラブヘッドのフェース面でゴルフボールを打撃する直前における前記フェース面のスピード分布を求め、該スピード分布を前記フェース面上に設定する第１のステップと、前記重心点における前記フェース面のスピードよりも前記フェース最大反発点における前記フェース面のスピードが高い値となり、かつ、前記高初速スイートエリアの大きさが最大となるように、前記重心点および前記フェース最大反発点の前記フェース面上の位置を設定するか、あるいは、前記重心点における前記フェース面のスピードよりも前記フェース最大反発点における前記フェース面のスピードが低い値となり、かつ、前記中初速スイートエリアの大きさが最大となるように、前記重心点および前記フェース最大反発点の前記フェース面上の位置を設定する第２のステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、スイートエリアを定義する閾値をより高く設定することで、高初速エリア（最大ボールスピードの値を１００とし、９８％以上のボールスピードを出現できるエリア）を広くする場合、重心点におけるフェーススピードよりもフェース最大反発点におけるフェーススピードを高い値にすることでスイートエリア（高初速エリア）の大きさをより大きく確保することができる。
また、スイートエリアを定義する閾値をより低く設定することで、中初速エリア（最大ボールスピードの値を１００とし、９５％以上のボールスピードを出現できるエリア）を広くする場合、重心点におけるフェーススピードよりもフェース最大反発点におけるフェーススピードを低い値にすることでスイートエリア（中初速エリア）の大きさをより大きく確保することができる。

本発明のゴルフクラブヘッドの設計方法の対象となるゴルフクラブヘッド１０を示す正面図である。 本発明方法を実行するために使用されるコンピュータ３０の構成を示すブロック図である。 コンピュータ３０の機能ブロック図である。 ゴルフクラブヘッド１０の解析手順を示すフローチャートである。 ゴルフクラブヘッド１０のヘッド本体４のローリングの説明図である。 ゴルフクラブヘッド１０のフェース面１に設定されたスピード分布を示す説明図である。 フェース面１に設定された反発係数の分布Ｒの説明図である。 フェース面１上に設定されたスピード分布の等高線ｖと、重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑとを示す説明図である。 閾値Ｃを第１の閾値Ｃ１に設定した場合の解析結果を示す説明図である。 重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑと、フェーススピードＶｆと、ボール初速との関係を示す模式図である。 重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑと、フェーススピードＶｆと、ボール初速との関係を示す模式図である。 最大フェーススピード点Ｖｆｍａｘとフェース最大反発点Ｑとが一致した状態を示す説明図である。 閾値Ｃを第２の閾値Ｃ２に設定した場合の解析結果を示す説明図である。 重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑと、フェーススピードＶｆと、ボール初速との関係を示す模式図である。 重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑと、フェーススピードＶｆと、ボール初速との関係を示す模式図である。 最小フェーススピード点Ｖｆｍｉｎと、フェース最大反発点Ｑとが一致した状態を示す説明図である。 本実施の形態におけるゴルフクラブヘッドの設計方法を示すフローチャートである。 図１７のステップＳ５０の詳細を示すフローチャートである。 重心点Ｐ−フェース最大反発点Ｑ間の距離と、高初速エリアの面積との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明の設計方法の対象となるゴルフクラブヘッドについて説明する。
図１に示すように、ゴルフクラブヘッド１０は、金属製の中空構造ヘッド本体４を備えている。
ヘッド本体４の金属材料は、チタン合金やアルミニウム合金などの高強度の低比重金属が好ましく用いられる。
ヘッド本体４は、ゴルフボールを打撃するフェース面１と、フェース面１に連接するクラウン部２及びソール部３とを備えている。
また、クラウン部２には、フェース面１側でかつヒール５寄りの位置にシャフト６に接続するホーゼル７が設けられている。
また、フェース面１を正面から見てヘッド本体４のヒール５と反対側がトウ８である。

このようなゴルフクラブヘッド１０の設計方法の実施の形態について以下に詳述する。
本発明者らは、上記のゴルフクラブヘッド１０の有限要素モデルであるゴルフクラブヘッドモデルを用いて有限要素解析を行った。その結果、ゴルフクラブのスイング時におけるフェース面１のスピードの分布と、ゴルフクラブヘッド１０の重心点と、ゴルフクラブヘッド１０のフェース最大反発点との位置関係が特定の条件を満たすときに、スイートエリアを大きく確保する上で有利となることを見出した。
なお、本明細書において、スイートエリアとは、フェース面１でゴルフボールを打撃したときの該ゴルフボールの初速が予め定められた閾値以上となるフェース面１上の領域をいうものとする。
以下このことについて説明する。

図２はゴルフクラブヘッド１０の有限要素解析を行うためのコンピュータ３０の構成を示すブロック図である。
コンピュータ３０は、ＣＰＵ３２と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ３４、ＲＡＭ３６、ハードディスク装置３８、ディスク装置４０、キーボード４２、マウス４４、ディスプレイ４６、プリンタ４８、入出力インターフェース５０などを有している。
ＲＯＭ３４は制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭ３６はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置３８はゴルフクラブヘッド１０の有限要素解析を行う有限要素解析プログラムを格納している。
有限要素解析プログラムとして、有限要素解析を行う従来公知のさまざまな市販の有限要素解析ソフトウェア、例えば、ＡＢＡＱＵＳ（ＳＩＭＵＬＩＡ Ａｍｅｒｉｃａｓ社の登録商標）などを用いることができる。
ディスク装置４０はＣＤやＤＶＤなどの記録媒体に対してデータの記録および／または再生を行うものである。
キーボード４２およびマウス４４は、操作者による操作入力を受け付けるものである。
ディスプレイ４６はデータを表示出力するものであり、プリンタ４８はデータを印刷出力するものであり、ディスプレイ４６およびプリンタ４８によってデータを出力する。
入出力インターフェース５０は、外部機器との間でデータの授受を行うものである。

図３はコンピュータ３０の機能ブロック図である。
図３に示すように、コンピュータ３０は、機能的には、入力手段３０Ａ、処理手段３０Ｂ、出力手段３０Ｃを含んで構成されている。
入力手段３０Ａは、ゴルフクラブヘッド１０を有限要素法によって解析するために必要なデータを入力するものである。
上記データは、有限要素モデルからなるゴルフクラブヘッドモデルを設定すると共に、該設定されたゴルフクラブヘッドモデルを有限要素法によって解析するための有限要素解析用データｄ１を含む。
処理手段３０Ｂは、有限要素解析用データｄ１に基づいて、ゴルフクラブヘッドモデルを構築する。
また、処理手段３０Ｂは、第２のデータｄ２に基づいて、後述するゴルフクラブヘッドモデルにおけるフェース面１のスピードの分布、重心点、フェース最大反発点などをゴルフクラブヘッドモデルを用いて有限要素解析を行うことによって求める。
処理手段３０Ｂは、ハードディスク装置３８に格納されている有限要素解析プログラムがＲＡＭ３６にロードされ、ＣＰＵ３２がそれらプログラムに基づいて動作することで実現される。
出力手段３０Ｃは、処理手段３０Ｂによる計算結果を出力するものである。

図４はゴルフクラブヘッド１０の解析手順を示すフローチャートである。
まず、処理手段３０Ｂは、入力手段３０Ａから供給される有限要素解析用データｄ１に基づいて有限要素モデルで構成されたゴルフクラブヘッドモデルを設定する（ステップＳ１０）。
また、処理手段３０Ｂは、ゴルフボールについてもゴルフクラブヘッドモデルと同様に入力手段３０Ａから供給される有限要素解析用データに基づいて有限要素モデルで構成されたゴルフボールモデルを設定する（ステップＳ１２）。
具体的には、ヘッド本体４を複数の有限要素Ｘｉｊｋに、ゴルフボールを複数の有限要素Ｙｉｊｋ（ｉ、ｊ、ｋは整数）に、それぞれ分割する。
ここで有限要素とは、有限要素法による解析を行うための要素であって、梁要素、シェル要素及び固体要素などが例示される。
また、計算に必要な物性値としては、ロフト角、重心深さ、バルジ＆ロール半径、ＦＰ値（フェースプログレッション）や、慣性モーメント、ヘッド質量などが例示される。これら物性値は有限要素解析用データｄ１に含まれる。

次に、処理手段３０Ｂは、上記で設定したゴルフクラブヘッドモデルを用いて、フェース面１のスピード（以下フェーススピードという）の分布を計算によって求め、フェーススピードの分布をフェース面１に設定する（ステップＳ１４）。
ここで、スピード分布とは、プレイヤーがヘッド本体４を有するゴルフクラブでゴルフボールを打撃したときに、打撃直前におけるフェーススピードの分布を意味するものである。
スピード分布は、シャフト６の長さに依存する成分と、ヘッド本体４のローリング（シャフト６の回りの回転）による成分とから主に決定される。
図５に示すように、前者のシャフト６の長さに依存する成分は、シャフト６の中心軸の延長線Ｌの垂線が、ヘッド本体４のソール部３に接する点Ａにおいて最大となる。
また、後者のヘッド本体４のローリングに依存する成分は、シャフト６の中心軸の延長線Ｌから最も離れた点Ｂ（ヘッド本体４のトウ８側端部）において最大となる。
従って、フェーススピードは、図６に示すように、フェース面１のヒール５側の上部ａからトウ８側の下部ｇへ向けて次第に大きくなるように分布する。なお、図６においては、速度０．５ｍ／ｓ毎に等高線ｖを示している。
ここでスピード分布の等高線ｖとは、フェーススピードの分布を示すために、フェース面１上において互いに等しいフェーススピードの点を結んだ線である。
以下では、シャフト６の長さと、ヘッド本体４のローリングの大きさとを、平均的なゴルフクラブにおけるシャフト６の長さと、平均的なゴルフクラブにおけるヘッド本体４のローリングの大きさに設定して解析を行う。

次に、図７に示すように、重心点Ｐ（ヘッド本体４の重心位置をフェース面１に対して垂直に投影した点）をフェース面１の中心位置に配置する（ステップＳ１６）。

次に、図７に示すように、重心点Ｐを中心とする円周Ｅ上に沿ってフェース最大反発点Ｑを仮に配置する（ステップＳ１８）。そして、図７に示すように、そのフェース最大反発点Ｑの周囲におけるフェース反発係数の分布（反発分布）Ｒを仮に設定する（ステップＳ２０）。なお、本例では、重心点Ｐを中心とする円周Ｅ上に沿ってフェース最大反発点Ｑを配置する場合について説明するが、フェース最大反発点Ｑの配置はこれに限定されるものではない。
フェース最大反発点Ｑとは、フェース面１の１次振動における最大たわみ点のことである。
１次振動の振幅が大きく、１次振動の周波数が低いフェース面構造を有するヘッドは、反発係数が大きくなることは、周知の事実である。例えば、フェース肉厚が薄いと反発係数が大きくなる。
反発係数とは、U.S.G.A（全米ゴルフ協会）のCOR測定方法（Procedure for Measuring the Velocity Ratio of a Club Head for Conformance to Rule 4-1e,Revision 2(February8,1999)により測定される値である。
この反発係数は、重心の影響（重心反発係数）とフェース面構造の影響（フェース反発係数）の両方の値を合算した値が測定されている。
本明細書においては、反発係数を、重心の影響（重心反発係数）とフェース面構造の影響（フェース反発係数）に分割して考えるものとする。
このたわみ量と反発係数とは正の相関関係にあるため、反発分布Ｒの値は、たわみ量を反発係数に換算することにより決定している。
反発分布Ｒの形状としては、フェース最大反発点Ｑに対して同心円状かつ等間隔の等高線を有する形状などが例示される。ここで反発分布Ｒの等高線とは、フェース面１の反発係数の分布を示すために、フェース面１上において互いに等しい反発係数の点を結んだ線である。

そして、ヘッド本体４が、フェース面１上の打点Ｄにおいて、所定のヘッドスピードＨでゴルフボールに衝突したときのゴルフボールの初速（ボール初速）を計算し、フェース面１上における打点Ｄの位置と、該打点Ｄにおけるボール初速とを対応付けてＲＡＭ３６などの記憶手段に記憶させる（ステップＳ２２）。なお、打点Ｄは、有限要素Ｘｉｊｋと同一又は別個に設定することができる。
次いで、フェース面１上の打点Ｄの位置を変化させて（ステップＳ２４）、ステップＳ２２に戻って同様の処理を繰り返す。

本例では、変打点Ｄを変化させる位置は、フェース面１の全体にわたって分布するように複数の位置に予め定められ、打点Ｄの数は４９である。
全ての打点Ｄの位置についてボール初速を取得したならば、それらボール初速と予め定められた閾値Ｃとを比較し、ボール初速が閾値Ｃ以上となる打点Ｄの分布、すなわち、スイートエリアの位置と大きさを取得し、スイートエリアの位置と大きさをＲＡＭ３６などの記憶手段に記憶する（ステップＳ２６）。
これにより、ステップＳ１８で仮配置した１つのフェース最大反発点Ｑに対応したボール初速が閾値Ｃ以上となる打点Ｄの分布が求められたならば、フェース最大反発点Ｑの位置を円周Ｅ上に沿って変化させて配置する（ステップＳ２８）。
そして、ステップＳ２８で配置されたフェース最大反発点Ｑに対応して反発分布Ｒを設定する（ステップＳ３０）。
次いで、ステップＳ２２に移行して同様の処理を繰り返す。

ここで図８を参照して説明する。
図８はゴルフクラブヘッドモデルのフェース面１上に設定されたスピード分布の等高線ｖと、重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑとを示す説明図である。
図８において、横軸はゴルフクラブヘッドモデルのフェース面１を正面から見た場合における水平方向の座標位置をｍｍ単位で示し、縦軸はゴルフクラブヘッドモデルのフェース面１を正面から見た場合におけるゴルフクラブヘッドモデルのフェース面１における上下方向の座標位置をｍｍ単位で示す。
水平方向の座標位置が左方向（負方向）に向かうほどトウ側であり、水平方向の座標位置が右方向（正方向）に向かうほどヒール側である。
言い換えると、横軸は水平方向における打点Ｄの位置、縦軸は上下方向における打点Ｄの位置をそれぞれ示す。
本例では、重心点Ｐがフェース面１の中心位置に合致しているため、重心点Ｐの座標位置が原点（０ｍｍ，０ｍｍ）となっている。
なお、フェース面１と横軸および縦軸との位置関係は、図５に示すように、ゴルフクラブヘッドモデルにおけるシャフト６の中心軸の延長線Ｌと水平面とがなす角度がシャフト６のライ角に合致した状態で示している。
また、図中、スピード分布を示す等高線ｖに付した数値は該等高線のスピード（ｍ／ｓ単位）を示している。
また、符号Ｍは、重心点Ｐを通りかつ等高線ｖと直交する直線を示す。
図８に示すように、本例では、フェース最大反発点Ｑを変化させる位置は、円周Ｅ上に沿った６つの位置と、重心点Ｐと同じ１つの位置とに予め定められ、したがって、フェース最大反発点Ｑの数は７つである。
ここで円周Ｅの半径は７ｍｍとする。

図４に戻って説明を続けると、全てのフェース最大反発点Ｑについてスイートエリアの位置と大きさが取得されたならば、スイートエリアの大きさが最大となるフェース最大反発点Ｑの位置を判定し（ステップＳ３２）、一連の解析処理を終了する。

このような解析処理を行うことにより、閾値Ｃによって決定されるスイートエリアの大きさが最大となるフェース最大反発点Ｑの位置が求められる。

本例では、スイートエリアを決定する閾値Ｃを第１の閾値Ｃ１，第２の閾値Ｃ２の２種類に設定した。また、以下では、説明をわかりやすくするために、第１の閾値Ｃ１で定義されるスイートエリアを高初速スイートエリアといい、第２の閾値Ｃ２で定義されるスイートエリアを中初速スイートエリアという。
第１の閾値Ｃ１＞第２の閾値Ｃ２
第１の閾値Ｃ１：ボール初速−１ｍ／ｓ（高初速エリア９８％）
第２の閾値Ｃ２：ボール初速−３ｍ／ｓ（中初速エリア９５％）
ただし、最大ボール初速（１００％）：５８．５ｍ／ｓ（ヘッドスピード４０m/s）

まず、閾値Ｃを第１の閾値Ｃ１に設定することにより高初速スイートエリアを実現する場合について説明する。
図９は閾値Ｃを第１の閾値Ｃ１に設定した場合の解析結果を示す説明図である。
図９において、７つのフェース最大反発点Ｑに、高初速スイートエリアの面積の大きさに応じて１位乃至７位の順番を付している。すなわち、１位のフェース最大反発点Ｑは高初速スイートエリアの面積が最大であり、７位のフェース最大反発点Ｑは高初速スイートエリアの面積が最小である。
図９から明らかなように、フェース最大反発点Ｑのフェーススピードが最高となる場合に、高初速スイートエリアの面積が最大（１位）となり、フェース最大反発点Ｑのフェーススピードが最低となる場合に、高初速スイートエリアの面積が最小（７位）となっている。
この場合、１位および７位のフェース最大反発点Ｑは直線Ｍ上に位置している。
なお、１位のフェース最大反発点Ｑにおける高初速スイートエリアの面積を１００％として２位乃至７位の高初速スイートエリアの面積を示すと下記のとおりとなる。
１位：１００％
２位： ９７％
３位： ８６％
４位： ８５％
５位： ７４％
６位： ５１％
７位： ５０％

図９から以下のことが判明した。
閾値Ｃを第１の閾値Ｃ１とした場合、フェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードが低い場合よりも高い場合の方が、高初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。
また、重心点Ｐにおけるフェーススピードよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを高い値にすると、高初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。
また、フェース面１を、重心点Ｐを通る横軸、縦軸によって４つの領域に区画した場合、水平方向においては重心点Ｐよりトウ側で、かつ、上下方向においては重心点Ｐよりも下側に位置する領域にフェース最大反発点Ｑを配置することが、高初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。

図１０、図１１は重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑと、フェーススピードＶｆと、ボール初速との関係を示す模式図である。
図１０、図１１において、横軸は図９における直線Ｍを示し、図中左側がトウ側、右側がヒール側となる。また、縦軸はボール初速を示し、上方に向かうほどボール初速が高くなる。
ある打点Ｄにおけるボール初速は、フェーススピードＶｆと、フェース最大反発点Ｑの位置と、重心点Ｐの位置との３つの要素が寄与して決定されるものと考えられる。
すなわち、打点ＤにおけるフェーススピードＶｆが高いほどボール初速は高速となる。
また、打点Ｄに重心点Ｐが近いほどボール初速は高速となる。
また、打点Ｄにフェース最大反発点Ｑが近いほどボール初速は高速となる。
すなわち、図１０、図１１に示すように、ある打点Ｄにおけるボール初速は、フェーススピードＶｆが寄与する成分と、フェース最大反発点Ｑの位置（反発係数の分布Ｒ）が寄与する成分と、重心点Ｐの位置が寄与する成分とを足し合わせた値で決定されるものと考えられる。
したがって、図１１に示すように、重心点ＰにおけるフェーススピードＶｆよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを低い値にすると、高初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で不利となる。
これに対して、図１０に示すように、重心点ＰにおけるフェーススピードＶｆよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを高い値にすると、高初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。
この場合、フェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを高い値にするほど、高初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。すなわち、図１２に示すように、最大フェーススピード点Ｖｆｍａｘと、フェース最大反発点Ｑとを一致させると、高初速スイートエリアは最大となる。
なお、フェース面１上における重心点Ｐおよびフェース最大反発点Ｑの位置は、ゴルフクラブヘッド１０の設計上の制約を受けるため、高初速スイートエリアの大きさには上限がある。

次に、閾値Ｃを第２の閾値Ｃ２に設定することにより中初速スイートエリアを実現する場合について説明する。
図１３は閾値Ｃを第２の閾値Ｃ２に設定した場合の解析結果を示す説明図である。
図１３において、７つのフェース最大反発点Ｑに、中初速スイートエリアの面積の大きさに応じて１位乃至７位の順番を付している。すなわち、１位のフェース最大反発点Ｑは中初速スイートエリアの面積が最大であり、７位のフェース最大反発点Ｑは中初速スイートエリアの面積が最小である。
図１３から明らかなように、フェース最大反発点Ｑのフェーススピードが最低となる場合に、中初速スイートエリアの面積が最大（１位）となり、フェース最大反発点Ｑのフェーススピードが最高となる場合に、中初速スイートエリアの面積が最小に近く（６位）なっている。
この場合、１位および６位のフェース最大反発点Ｑは直線Ｍ上に位置している。
なお、１位のフェース最大反発点Ｑにおける中初速スイートエリアの面積を１００％として２位乃至７位の中初速スイートエリアの面積を示すと下記のとおりとなる。
１位：１００％
２位： ９９．９％
３位： ９８．８％
４位： ９７．８％
５位： ９４．８％
６位： ９２．２％
７位： ９１．９％

図１３から以下に示す知見を得た。
閾値Ｃを第２の閾値Ｃ２とした場合、フェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードが高い場合よりも低い場合の方が、中初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。
また、重心点Ｐにおけるフェーススピードよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを低い値にすると、中初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。
また、フェース面１を、重心点Ｐを通る横軸、縦軸によって４つの領域に区画した場合、水平方向においては重心点Ｐよりヒール側で、かつ、上下方向においては重心点Ｐよりも上側に位置する領域にフェース最大反発点Ｑを配置することが、中初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。

図１４、図１５は重心点Ｐと、フェース最大反発点Ｑと、フェーススピードＶｆと、ボール初速との関係を示す模式図である。
図１０、図１１の場合と同様に、ある打点Ｄにおけるボール初速は、フェーススピードＶｆが寄与する成分と、フェース最大反発点Ｑの位置（反発係数の分布）が寄与する成分と、重心点Ｐの位置が寄与する成分とを足し合わせた値で決定されるものと考えられる。
したがって、図１４に示すように、重心点ＰにおけるフェーススピードＶｆよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを高い値にすると、中初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で不利となる。
これに対して、図１５に示すように、重心点ＰにおけるフェーススピードＶｆよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを低い値にすると、中初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。
この場合、フェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを低い値にするほど、中初速スイートエリアの大きさを大きく確保する上で有利となる。すなわち、図１６に示すように、最小フェーススピード点Ｖｆｍｉｎと、フェース最大反発点Ｑとを一致させると、中初速スイートエリアは最大となる。
なお、高初速スイートエリアを実現する場合と同様に、フェース面１上における重心点Ｐおよびフェース最大反発点Ｑの位置は、ゴルフクラブヘッド１０の設計上の制約を受けるため、中初速スイートエリアの大きさにも上限がある。

以上の解析結果をまとめると次のようになる。
図１４、図１５から明らかなように、スイートエリアを定義する閾値Ｃを高くするほど、高初速エリア（最大ボールスピードの値を１００とし、９８％以上のボールスピードを出現できるエリア）を広くすることができる。
また、スイートエリアを定義する閾値Ｃを低くするほど、中初速エリア（最大ボールスピードの値を１００とし、９５％以上のボールスピードを出現できるエリア）を広くすることができる。
したがって、高初速エリアを拡大する場合は、図１４に示すように、重心点Ｐにおけるフェーススピードよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを高い値にすると、図１５に示す場合に比較して高初速スイートエリアの大きさを大きく確保することができる。
また、中初速エリアを拡大する場合は、図１５に示すように、重心点Ｐにおけるフェーススピードよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを低い値にすると、図１４に示す場合に比較して中初速スイートエリアの大きさを大きく確保することができる。
本発明は、このような知見に基づいて、高初速スイートエリアの大きさを大きく設定したゴルフクラブヘッド１０を設計し、あるいは、中初速スイートエリアの大きさを大きく設定したゴルフクラブを設計するものである。

次に、本実施の形態の設計方法について具体的に説明する。
まず、図２を流用してゴルフクラブヘッド１０の設計方法を実施するためのコンピュータ３０の構成について説明する。
なお、以下では前述したゴルフクラブヘッド１０の有限要素解析を行うための構成と同一または対応する部分の説明を省略し、相違する部分について説明する。
本実施の形態では、ハードディスク装置３８はゴルフクラブヘッド１０の有限要素解析を行う有限要素解析プログラムに加えて、有限要素解析の結果に基づいてゴルフクラブヘッド１０の具体的仕様を決定する設計プログラムをさらに格納している。

次に、図３を流用してコンピュータ３０の機能について説明する。
入力手段３０Ａは、ゴルフクラブヘッド１０を有限要素法によって解析するために必要な有限要素解析用データｄ１を入力することに加えて、ゴルフクラブヘッド１０の具体的仕様を決定するために必要な仕様決定用データｄ２を入力するものである。
処理手段３０Ｂは、有限要素解析用データｄ１に基づいて有限要素解析を行うことに加え、上記の有限要素解析の結果と仕様決定用データｄ２とに基づいてゴルフクラブヘッド１０の具体的仕様を設定し、その仕様に基づいてゴルフクラブヘッド１０の設計データを生成するものである。
処理手段３０Ｂは、ハードディスク装置３８に格納されている有限要素解析プログラムおよび設計プログラムがＲＡＭ３６にロードされ、ＣＰＵ３２がそれらプログラムに基づいて動作することで実現される。
出力手段３０Ｃは、処理手段３０Ｂによって生成された設計データなどを出力するものである。

次に、図１７、図１８のフローチャートに基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１７は本実施の形態におけるゴルフクラブヘッドの設計方法を示すフローチャート、図１８は図１７のステップＳ５０の詳細を示すフローチャートである。
図１７に示すように、まず、スイートエリアを決定する閾値Ｃの設定を行う（ステップＳ４０）。
閾値Ｃの設定は、例えば、作業者が入力手段３０Ａを操作することにより閾値Ｃが入力され、この入力された閾値Ｃが処理手段３０Ｂによって受け付けられることによってなされる。
本実施の形態では、閾値Ｃとして前述した第１の閾値Ｃ１と第２の閾値Ｃ２との何れか一方が設定されるものとして説明する。

次に、処理手段３０Ｂは、ゴルフクラブヘッドモデルの設定、ゴルフボールモデルの設定、フェース面１上のスピード分布の算出、設定を行う（ステップＳ４２、Ｓ４４，Ｓ４６）。これらの処理は、図４のステップＳ１０、Ｓ１２、Ｓ１４と同様であるため説明を省略する。

次いで、処理手段３０Ｂは、重心点Ｐをフェース面１上に配置する（ステップＳ４８）
本実施の形態では、重心点Ｐをフェース面１の中心位置に配置した場合について説明するが、重心点Ｐをフェース面１の中心位置から外れた位置に配置してもよいことは無論である。

次に、処理手段３０Ｂは、スイートスポットを最大にするフェース最大反発点Ｑの位置を絞り込む（ステップＳ５０）。
以下、ステップＳ５０の処理について図１８を参照して詳細に説明する。
まず、処理手段３０Ｂは、フェース最大反発点Ｑの配置条件を決定する（ステップＳ７０）。
すなわち、設定された閾値Ｃに応じてスイートエリアを大きく確保する上で有利な領域を決定する。
具体的には、閾値Ｃが第１の閾値Ｃ１である場合には、図９に示すように、水平方向においては重心点Ｐよりトウ側で、かつ、上下方向においては重心点Ｐよりも下側に位置する領域を、フェース最大反発点Ｑの配置条件として決定する。
また、閾値Ｃが第２の閾値Ｃ２である場合には、図１３に示すように、水平方向においては重心点Ｐよりヒール側で、かつ、上下方向においては重心点Ｐよりも上側に位置する領域を、フェース最大反発点Ｑの配置条件として決定する。

次に、処理手段３０Ｂは、フェース最大反発点Ｑを前記の配置条件を満たす範囲で仮に配置する（ステップＳ７２）。
そして、処理手段３０Ｂは、そのフェース最大反発点Ｑの周囲における反発分布Ｒを仮に設定する（ステップＳ７４）。

そして、処理手段３０Ｂは、ヘッド本体４が、フェース面１上の打点Ｄにおいて、所定のヘッドスピードＨでゴルフボールに衝突したときのゴルフボールの初速（ボール初速）を計算し、フェース面１上における打点Ｄの位置と、該打点Ｄにおけるボール初速とを対応付けてＲＡＭ３６などの記憶手段に記憶させる（ステップＳ７６）。
次いで、処理手段３０Ｂは、フェース面１上の打点Ｄの位置を変化させて（ステップＳ７８）、ステップＳ７６に戻って同様の処理を繰り返す。

変打点Ｄを変化させる位置は、フェース面１の全体にわたって分布するように複数の位置に予め定められている。
処理手段３０Ｂは、全ての打点Ｄの位置についてボール初速を取得したならば、それらボール初速と予め定められた閾値Ｃとを比較し、ボール初速が閾値Ｃ以上となる打点Ｄの分布、すなわち、スイートエリアの位置と大きさを取得し、スイートエリアの位置と大きさをＲＡＭ３６などの記憶手段に記憶する（ステップＳ８０）。
これにより、ステップＳ１８で仮配置した１つのフェース最大反発点Ｑに対応したボール初速が閾値Ｃ以上となる打点Ｄの分布が求められたならば、処理手段３０Ｂは、フェース最大反発点Ｑの位置を変化させて配置する（ステップＳ８２）。
なお、フェース最大反発点Ｑの位置の変化は、前述した重心点Ｐを中心とする円周Ｅ上に沿って行うことに限定されるものではなく、フェース最大反発点Ｑの位置を前記の配置条件を満たす範囲で変化させればよい。
そして、処理手段３０Ｂは、ステップＳ８２で配置されたフェース最大反発点Ｑに対応して反発分布Ｒも設定する（ステップＳ８４）。
次いで、処理手段３０Ｂは、ステップＳ７６に移行して同様の処理を繰り返す。
全てのフェース最大反発点Ｑについてスイートエリアの位置と大きさが取得されたならば、処理手段３０Ｂは、スイートエリアの大きさが最大となるフェース最大反発点Ｑの位置を判定し、これによりフェース最大反発点Ｑの位置の絞込みがなされる（ステップＳ８６）。次いで、図１７のステップＳ５２に移行する。

ステップＳ５２では、ステップＳ４８で設定された重心点Ｐと、ステップＳ５２で絞り込まれたフェース最大反発点Ｑとを、それぞれ最終的な重心点Ｐとフェース最大反発点Ｑとして設定する（ステップＳ５２）。
これにより、閾値Ｃが第１の閾値Ｃ１である場合には、重心点ＰにおけるフェーススピードＶｆよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードが高い値となり、かつ、スイートエリア（高初速スイートエリア）の面積が最大となるように、重心点Ｐおよびフェース最大反発点Ｑのフェース面１上の位置が設定される。
また、閾値Ｃが第２の閾値Ｃ２である場合には、重心点ＰにおけるフェーススピードＶｆよりもフェース最大反発点ＱにおけるフェーススピードＶｆが低い値となり、かつ、スイートエリア（中初速スイートエリア）の面積が最大となるように、重心点Ｐおよびフェース最大反発点Ｑのフェース面１上の位置が設定される。
なお、実験によれば、重心点Ｐとフェース最大反発点Ｑとの距離は５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲となった。
図１９は、重心点Ｐ−フェース最大反発点Ｑ間の距離と、高初速エリアの面積との関係を示す図である。
図中、記号で示した値は実測値、破線で示した値は計算値を示す。
図１９から明らかなように、重心点Ｐとフェース最大反発点Ｑとの距離が５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲である場合に、高初速エリアの面積が約３５０ｍｍ^２以上を確保しているのに対して、重心点Ｐとフェース最大反発点Ｑとの距離が５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲を超えると、高初速エリアの面積が約３５０ｍｍ^２よりも大きく低下していることがわかる。

そして、設定された重心点Ｐおよびフェース最大反発点Ｑと、入力手段３０Ａに入力された仕様決定用データｄ２に基づいてゴルフクラブヘッド１０の仕様を設定する（ステップＳ５４）。
ゴルフクラブヘッド１０の仕様が設定されたならば、この仕様に基づいて具体的なゴルフクラブヘッド１０の形状や寸法、材質などの設計データを生成し、設計データを出力手段３０Ｃを介して出力し（ステップＳ５６）、一連の処理を終了する。
このようなゴルフクラブヘッド１０の仕様の設定、あるいは、ゴルフクラブの設計データの生成に際しては、従来公知のさまざまな設計ソフトウェアを用いることができる。

本実施の形態では、ステップＳ４６が特許請求の範囲の第１のステップに相当し、ステップＳ４８、Ｓ５０、Ｓ５２が特許請求の範囲の第２のステップに相当している。
また、ステップＳ５４が特許請求の範囲の第３のステップに相当し、ステップＳ５６が特許請求の範囲の第４のステップに相当している。

本実施の形態によれば、スイートエリアを定義する閾値Ｃをより高く設定した場合、重心点Ｐにおけるフェーススピードよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを高い値にすることでスイートエリアの大きさをより大きく確保することができる。
そのため、ゴルフクラブヘッドのフェース面でゴルフボールを打撃したときの打点のばらつきが小さい上級者に適したゴルフクラブヘッドを設計する上で有利となる。
また、スイートエリアを定義する閾値Ｃをより低く設定した場合、重心点Ｐにおけるフェーススピードよりもフェース最大反発点Ｑにおけるフェーススピードを低い値にすることでスイートエリアの大きさをより大きく確保することができる。
そのため、ゴルフクラブヘッドのフェース面でゴルフボールを打撃したときの打点のばらつきが大きい初級者に適したゴルフクラブヘッドを設計する上で有利となる。
したがって、本実施の形態の設計方法によれば、プレイヤーの技量に応じた特性を有するゴルフクラブヘッドを設計する上で有利となる。

１……フェース面、１０……ゴルフクラブヘッド、Ｃ……閾値、Ｐ……重心点、Ｑ……フェース最大反発点。

Claims (4)

1. 有限要素モデルで構成されたゴルフクラブヘッドモデルを用いてゴルフクラブヘッドの設計を行う方法であって、
   前記ゴルフクラブの重心位置を前記ゴルフクラブヘッドのフェース面に垂直に投影させた点を重心点とし、前記フェース面の１次振動における最大たわみ点をフェース最大反発点とし、前記フェース面で前記ゴルフボールを打撃したときの該ゴルフボールの初速の最大速度を１００％とし、前記初速が９８％以上となる前記フェース面上の領域を高初速スイートエリアとし、前記初速が９５％以上となる前記フェース面上の領域を中初速スイートエリアとしたときに、
   前記ゴルフクラブヘッドのフェース面でゴルフボールを打撃する直前における前記フェース面のスピード分布を求め、該スピード分布を前記フェース面上に設定する第１のステップと、
   前記重心点における前記フェース面のスピードよりも前記フェース最大反発点における前記フェース面のスピードが高い値となり、かつ、前記高初速スイートエリアの大きさが最大となるように、前記重心点および前記フェース最大反発点の前記フェース面上の位置を設定するか、あるいは、前記重心点における前記フェース面のスピードよりも前記フェース最大反発点における前記フェース面のスピードが低い値となり、かつ、前記中初速スイートエリアの大きさが最大となるように、前記重心点および前記フェース最大反発点の前記フェース面上の位置を設定する第２のステップと、
   を含むことを特徴とするゴルフクラブヘッドの設計方法。
2. 前記第２のステップによる前記重心点および前記フェース最大反発点の設定は、前記フェース面を、前記重心点を通り水平方向に延在する横軸と上下方向に延在する縦軸によって４つの領域に区画した場合、水平方向においては前記重心点よりトウ側で、かつ、上下方向においては前記重心点よりも下側に位置する領域に前記フェース最大反発点を配置することでなされるか、あるいは、水平方向においては前記重心点よりヒール側で、かつ、上下方向においては前記重心点よりも上側に位置する領域に前記フェース最大反発点を配置することでなされる、
   ことを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの設計方法。
3. 前記第２のステップによる前記重心点および前記フェース最大反発点の設定は、前記フェース最大反発点が、前記フェース面上において前記重心点を通りかつ前記スピードの分布の等高線と直交する直線上に配置されるようになされる、
   ことを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの設計方法。
4. 前記設定された前記重心点および前記フェース最大反発点に基づいて前記ゴルフクラブヘッドの仕様を設定する第３のステップと、
   前記設定されたゴルフクラブの仕様に基づいて前記ゴルフクラブヘッドの設計データを生成および出力する第４のステップと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のゴルフクラブヘッドの設計方法。

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