JP2000121522A - 弾性体の反発特性評価方法 - Google Patents

弾性体の反発特性評価方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測作業が簡易で済み、かつ適切な評価結果
を得ることの可能な弾性体の反発特性評価方法を提供す
る。 【解決手段】 弾性体としてのボールを剛体とみなした
打撃手段で打撃したときの反発特性を評価するにあた
り、ボールに径方向の圧縮荷重を加える圧縮試験を行
い、この圧縮試験と実際の打撃現象との間のボールの変
形状態の相違に基づいて、圧縮試験で得られた負荷時並
びに除荷時の荷重・たわみ曲線より求められる吸収エネ
ルギー並びに放出エネルギーをそれぞれ衝突前後の運動
エネルギーに換算してボールの反発係数を求め、これに
よりボールの反発特性を評価する。また、ボールと打撃
手段の打撃面とを当接させて打撃方向の荷重を加える圧
縮試験を行い、ここで得られた負荷時並びに除荷時の荷
重・たわみ曲線に基づいてボールと打撃手段との合成反
発係数を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、球技用ボールを打
撃手段で打撃したときのボールあるいは打撃手段の反発
特性を評価する弾性体の反発特性評価方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】例えば、ゴルフボールの飛距離は、ボー
ルの反発特性に大きく左右される。このボールの反発特
性を評価する基準として、従来、剛壁に対するボールの
反発係数が用いられている。ここでは、クラブヘッドを
剛体とみなしてクラブによる打撃を剛壁に対する衝突現
象に置き換えて評価を行っている。
【0003】一方、クラブヘッドについては、従来、パ
ーシモンや中実なスチール製のものが一般的であったた
めにその弾性変形特性は特に問題とされず、それを評価
する一般的な基準はなかったが、近年、中空金属製のも
のが普及するようになり、ヘッド性能を評価する上で弾
性変形特性が注目されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の剛壁
に対するボールの反発係数は、衝突前後のボール速度の
比で定義され、これを得るにはボール速度を実測する必
要がある。しかし、高速に運動するボールの速度測定は
面倒で計測誤差が大きく、しかもボール重量のばらつき
を考慮し得ない等の問題がある。さらに、実際にクラブ
でボールを打撃する場合、上記のような中空金属製のク
ラブヘッドではその弾性変形特性がボールの飛距離に大
きく影響することから、より適切な評価を行うためには
ヘッドの特性を含めた総合的な評価基準が必要である。
【0005】本発明は、このような従来技術の問題点を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
計測作業が簡易で済み、かつ適切な評価結果を得ること
の可能な弾性体の反発特性評価方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的を果たす
ために、本発明においては、弾性体としてのボールを剛
体とみなした打撃手段で打撃したときの反発特性を評価
する弾性体の反発特性評価方法において、ボールに径方
向の圧縮荷重を加える圧縮試験を行い、この圧縮試験と
実際の打撃現象との間のボールの変形状態の相違に基づ
いて、圧縮試験で得られた負荷時並びに除荷時の荷重・
たわみ曲線より求められる吸収エネルギー並びに放出エ
ネルギーをそれぞれ衝突前後の運動エネルギーに換算し
てボールの反発係数を得るものとした。なお、この反発
係数は、ボールを剛壁に衝突させた際の衝突前後の相対
速度の比で表されるものである。
【0007】また、本発明においては、弾性体としての
ボールを弾性を有する打撃手段で打撃したときの反発特
性を評価する弾性体の反発特性評価方法において、ボー
ルと打撃手段の打撃面とを当接させて打撃方向の荷重を
加える圧縮試験を行い、この圧縮試験と実際の打撃現象
との間のボール並びに打撃手段の変形状態の相違に基づ
いて、圧縮試験で得られた負荷時並びに除荷時の荷重・
たわみ曲線より求められる吸収エネルギー並びに放出エ
ネルギーをそれぞれ衝突前後の運動エネルギーに換算し
てボールと打撃手段との合成反発係数を得るものとし
た。なお、この合成反発係数は、ボールと打撃手段とが
衝突した際の衝突前後の相対速度の比で表されるもので
ある。
【0008】これによると、評価対象であるボールや打
撃手段を静止させた静的な圧縮荷重試験となるため、簡
易に測定可能でかつ計測誤差が小さい。しかも、衝突前
後の運動エネルギーからの衝突速度の算出過程でボール
や打撃手段の重量が加味されるため、ボールや打撃手段
の重量のばらつきを考慮することができる。このため、
ボール単独の反発特性並びにボールと打撃手段との総合
的な反発特性について簡易で適切な評価を行うことが可
能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して本発
明の構成を詳細に説明する。
【0010】図1は、本発明による弾性体の反発特性評
価方法に基づくゴルフボールの圧縮試験の状況を模式的
に示している。ここでは、圧縮試験機のステージ1上の
ボール2に対してロードセル3を介して圧縮荷重が加え
られている。この試験により、無負荷状態から予め設定
された最大荷重に至るまでの負荷過程、並びに最大荷重
から無負荷状態までの除荷過程においてボール2に生じ
るたわみ量が測定され、図2に示すように、負荷並びに
除荷の両過程におけるヒステリシスを示す荷重・たわみ
曲線PBが得られる。
【0011】この荷重・たわみ曲線PBに基づき以下に
詳しく示すように、圧縮試験時の吸収エネルギー並びに
放出エネルギーが算出され、ついでこの吸収エネルギー
並びに放出エネルギーがボール2の変形状態に応じて衝
突前後の運動エネルギーに換算され、剛壁に対するボー
ル2の反発係数を得る。
【0012】まず、負荷時並びに除荷時の仕事量がそれ
ぞれ吸収エネルギー並びに放出エネルギーに等しく、こ
の負荷時の吸収エネルギーE1、並びに除荷時の放出エ
ネルギーE2は、図中に斜線を付して示す領域の面積、
すなわち負荷時並びに除荷時の各荷重・たわみ曲線の積
分値となり、次式により得られる。ここで、xはたわみ
量を、pは荷重を示し、P(x)は荷重・たわみ曲線の
関数である。
【数1】
【0013】実際の衝突現象では剛壁に対向したボール
の片側にのみたわみが生じるのに対して、図1に示した
ように圧縮試験ではたわみがボールの両側に均等に生じ
る。。すなわち、圧縮試験では実際の衝突現象に比較し
て2倍のたわみが生じることになる。そこで、圧縮試験
結果を実際の衝突現象にあてはめるにあたり、荷重に対
するたわみ量を半分とみなし、これにより図3に示すよ
うに、圧縮試験で得られた測定曲線PBに基づいてたわ
みを半分とみなした推定曲線PB’を得る。
【0014】この推定曲線PB’とX軸との間の面積で
あらわされる衝突前並びに衝突後の運動エネルギー
a、Ebがそれぞれ、上記圧縮試験時の吸収エネルギー
1並びに放出エネルギーE2の半分とみなすと、次式が
得られる。
【数2】
【0015】一方、衝突前並びに衝突後の運動エネルギ
ーEa、Ebはそれぞれ、衝突速度V a、反発速度Vbによ
り次式で示される。ここで、Mはボール重量、gは重力
加速度である。
【数3】 この式5・6と上記式3・4より、衝突速度Va並びに
反発速度Vbが次式で示される。
【数4】
【0016】剛壁に対する弾性体の衝突時の反発係数e
は、弾性体の衝突速度Va、反発速度Vbより次式で定義
される。
【数5】 この式9に上記式7・8を代入すると、次式を得る。
【数6】 これより、上記式1・2により算出された吸収エネルギ
ーE1、並びに放出エネルギーE2から反発係数eを算出
することができる。
【0017】なお、ここでは、式3・4において衝突前
並びに衝突後の運動エネルギーEa、Ebをそれぞれ、上
記圧縮試験で得られた測定曲線PBから求められる吸収
エネルギーE1、並びに放出エネルギーE2の半分とみな
し、それらより反発係数eを直接算出する方法を示した
が、本発明においては、上記のとおり圧縮試験で得られ
た測定曲線PBに基づいてたわみを半分とみなして得ら
れた推定曲線PB’ から衝突前後の運動エネルギー
a、Ebを求める、すなわち推定曲線PB’とX軸との
間の面積を上記式1・2と同様な積分計算で求め、これ
より上記式10と同様な反発係数eと衝突前後の運動エ
ネルギーEa、Ebとの間の関係式から反発係数eを算出
すれば良い。また、衝突前後の運動エネルギーEa、Eb
から衝突速度Va並びに反発速度Vbの両方を求めた上で
式9から反発係数eを得る。
【0018】以上は、予め設定された最大荷重値に対す
るものであり、この最大荷重値の大きさに応じて反発係
数は異なる値を示す。一般に、反発係数は衝突速度の増
加に反比例して指数関数的に減少することが知られてい
る。そこで、最大荷重の大きさを変えた試験を多数回行
い、これにより得られる反発係数から、推定上の衝突速
度と反発係数との関係式を作成しておけば、任意の衝突
速度に対応した反発係数を簡単に求めることができる。
【0019】図4は、本発明による弾性体の反発特性評
価方法に基づくゴルフボールとクラブヘッドの圧縮試験
の状況を示している。ここでは、圧縮試験機のステージ
1上のアダプタ5に支持された打撃手段としてのヘッド
4のフェイス面(打撃面)4aにボール2を当接させた
状態でヘッド4並びにゴルフボール2にロードセル3を
介して圧縮荷重が加えられている。ヘッド4は、中空の
もので、例えばチタンやアルミニウム合金からなる金属
製、あるいはFRPコンポジットからなるものである。
【0020】アダプタ5は、ボール2並びにヘッド4に
対してフェイス面4aに略直交する打撃方向に圧縮荷重
が作用するようにヘッド4を保持するものであり、これ
により実際の打撃現象と略同一の負荷状態を実現するこ
とができる。ここでは、ヘッド4のフェイス面4aと相
反する側を緊密に受容する凹所5aが設けられており、
荷重が略均一に分散されてヘッド4の部分的な変形が抑
制され、これにより実際にヘッド4によりボール2を打
撃する場合の衝突現象と同様に、フェイス面4aの側に
のみたわみを生じさせることができる。なお、ヘッド4
全体にたわみを生じさせる態様も可能であり、試験目的
やヘッド4の構造等に応じて適宜な形態のアダプタが採
用される。
【0021】他方、ボール2については上記のボール2
単独の圧縮試験と同様に、ボール2の両側にたわみが生
じる。このため、圧縮試験結果を実際の衝突現象にあて
はめるにあたっては、荷重に対するボールのたわみ量の
みを半分とみなしてボール2とヘッド4との合成反発係
数を算出する。すなわち、上記圧縮試験により、図5に
示すように、ボール2とヘッド4とが合成された状態で
の負荷並びに除荷の各過程における荷重・たわみ曲線P
BHが得られるが、この荷重・たわみ曲線PBHに対してボ
ール2のたわみ量についての補正を行う。
【0022】これにはまず、上記ボール2単独の場合と
同様にして、ボール2単独の測定曲線PBを求め、この
ボール2単独の測定曲線PBに基づき、たわみを半分と
みなしたボール2単独の推定曲線PB’を得る。そし
て、上記圧縮試験により得られたボール2とヘッド4と
の合成の測定曲線PBHからボール2単独の推定曲線
B’を差し引く。これにより、ボール2とヘッド4と
の合成の推定曲線PBH’が得られ、この合成の推定曲線
BH’に基づいてボール2とヘッド4との合成反発係数
を算出する。なお、ここで得られるボール2とヘッド4
との合成の推定曲線PBH’は、ボール2単独の推定曲線
B’とヘッド4単独の測定曲線PHとを合成したものに
等しくなる。
【0023】ところで、上記のとおり反発係数は衝突速
度に左右されるため、反発係数による評価を行うにあた
っては衝突速度を特定することになる。このとき、上記
式5・6に示した衝突前後の運動エネルギーと衝突速度
並びに反発速度との関係式においてボール重量が加味さ
れることになり、ここでボール重量のばらつきを考慮す
ることができる。またボールとヘッドとの合成反発係数
による評価においても上記ボール単独の評価と同様にし
てボールとヘッドとの両方の重量が加味されることにな
り、そこでボールやヘッドの重量のばらつきが考慮され
る。
【0024】以上、ゴルフで使用されるボール並びにそ
の打撃手段としてのクラブヘッドについて説明を行った
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
硬式野球ボールやソフトボールでも良く、その他軟式野
球ボールやテニスボールといった比較的変形の大きなも
のにも適用可能である。また、野球用の打撃手段として
金属バットを挙げることができる。さらに、テニスラケ
ット等も適切な圧縮試験装置を用いて荷重・たわみ曲線
を得ることにより評価可能である。また、圧縮試験機に
よる計測作業の制御回路とその出力に基づいて所要の数
値を算出するための演算回路とを接続したシステムを組
み立てることで評価を容易に行うことができる。
【0025】なお、本実施形態においては、圧縮試験で
の吸収エネルギー並びに放出エネルギーを衝突前後の運
動エネルギーに換算するにあたり、圧縮試験と実際の衝
突現象との間のボールの変形状態の相違に基づいて衝突
前後の運動エネルギーをそれぞれ吸収エネルギー並びに
放出エネルギーの半分とみなす、すなわち係数0.5を
乗じる換算を行ったが、この換算する際の係数は0.5
に限定されるものではなく、圧縮試験と実際の衝突現象
との間の変形状態の相違に基づいて適宜設定される。
【0026】
【実施例】実際にゴルフボールに対して圧縮試験を行い
上記の手順で反発係数を算出した。ここでは、重量4
5.55gのツーピースボールに対して最大荷重を15
00kgとして圧縮試験を行った。これによると、負荷
時の吸収エネルギーE1が6.8494kgf・m、除
荷時の放出エネルギーE2が4.3669kgf・mと
なり、推定衝突速度Vaは38.3879m/sec、
推定反発速度Vbは30.6517m/sec、反発係
数eは0.7985であった。これと同一構造のボール
について衝突前後の速度を実測する従来の方法により得
られた反発係数が、衝突速度が38m/secのときに
平均で0.7954となっており、本発明に基づく方法
により適切な評価が可能であることが実証された。
【0027】
【発明の効果】このように本発明によれば、静的な荷重
による圧縮試験で得られる負荷時並びに除荷時の荷重・
たわみ曲線に基づいて反発特性の評価を行うため、簡易
に測定可能でかつ計測誤差が小さく、しかもボールや打
撃手段の重量のばらつきを考慮することができ、反発特
性について簡易で適切な評価を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくゴルフボールの圧縮試験状況を
示す模式図。
【図2】図1に示した圧縮試験で得られる負荷並びに除
荷の各過程における荷重・たわみ曲線を示す線図。
【図3】実際の打撃時の想定される荷重・たわみ曲線を
示す線図。
【図4】本発明に基づくゴルフボール並びにクラブヘッ
ドの圧縮試験状況を示す模式図。
【図5】図1に示した圧縮試験で得られる負荷並びに除
荷の各過程における荷重・たわみ曲線、並びに実際の打
撃時の想定される荷重・たわみ曲線を示す線図。
【符号の説明】
1 圧縮試験機のステージ 2 ゴルフボール 3 ロードセル 4 クラブのヘッド 5 アダプタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 弾性体としてのボールを剛体とみなし
    た打撃手段で打撃したときの反発特性を評価する弾性体
    の反発特性評価方法であって、 ボールに径方向荷重を加える圧縮試験を行い、該圧縮試
    験と実際の打撃現象との間のボールの変形状態の相違に
    基づいて、前記圧縮試験で得られた負荷時並びに除荷時
    の荷重・たわみ曲線より求められる吸収エネルギー並び
    に放出エネルギーをそれぞれ衝突前後の運動エネルギー
    に換算して前記ボールの反発係数を得ることを特徴とす
    る弾性体の反発特性評価方法。
  2. 【請求項2】 弾性体としてのボールを弾性を有する
    打撃手段で打撃したときの反発特性を評価する弾性体の
    反発特性評価方法であって、 前記ボールと前記打撃手段の打撃面とを当接させて打撃
    方向に荷重を加える圧縮試験を行い、該圧縮試験と実際
    の打撃現象との間のボール並びに前記打撃手段の変形状
    態の相違に基づいて、前記圧縮試験で得られた負荷時並
    びに除荷時の荷重・たわみ曲線より求められる吸収エネ
    ルギー並びに放出エネルギーをそれぞれ衝突前後の運動
    エネルギーに換算して前記ボールと前記打撃手段との合
    成反発係数を得ることを特徴とする弾性体の反発特性評
    価方法。
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