JP2003511170A - 葉序に基いたディンプルパターン - Google Patents
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Abstract
Description
する(dimple packing)方法および新規なディンプルパターンに関する。特に、
本発明は、葉序(phyllotaxis)を用いた新規なディンプルを詰めて配置する方
法および葉序パターンに基いた新規なディンプルパターンに関する。
使用される。米国ゴルフ協会(U.S.G.A.)は、ゴルフボールが空気力学的対
称性をもつことを要求している。空気力学的対称性は、たとえゴルフボールがテ
ィーまたは地面上にどのように置かれても、殆ど変化なく飛びすることを可能に
する。ディンプルは、ゴルフボールの空気力学的対称性に悪影響を及ぼすことな
くゴルフボールの最大表面積をカバーするのが好ましい。
ニックソリッド(Platonic Solid)のうちの3つ、すなわち二十面体(Icosahed
ron)、十二面体(Dodecahedron)または八面体(Octahedron)に基いている。
対称立体平面系(symmetric solid plane system)の数は制限されているので、
新しい対称パターンを考えることは困難である。
フボールが存在する。これらのボールの表面テクスチャすなわちディンプルおよ
びこれらの表面テクスチャすなわちディンプルが配置されたパターンは、通常、
ユークリッド幾何学により定められる。
められた寸法をもつ多ディンプルを備えたゴルフボールが開示されている。この
参考文献に開示されたディンプルの境界は、円、正三角形、二等辺三角形および
不等辺三角形を含むユークリッド幾何学形状により定められている。これらのデ
ィンプルの断面形状もまた、部分球のようなユークリッド幾何学形状である。
表面テクスチャを備えたゴルフボールおよびフラクタル幾何学により方向が定め
られたくぼみを備えたゴルフボールが開示されている。くぼみは、深さが変化し
ておりかつゴルフボール表面の他のくぼみまたは滑らかな部分により境界が定め
られる。表面テクスチャは、2次元または3次元のフラクタル形状および完全形
態または部分形態のオブジェクトを含む種々のフラクタルにより定められる。
に開示されているように、自然界の多くの形状は、ユークリッド幾何学では充分
に表現できない程の不規則性を有しかつ細分化される。この論文では、Mandelbr
otは、不規則な細分化された自然界の形状を描く形状の群を識別し、これらの形
状をフラクタルと呼んでいる。フラクタルは、その位相寸法(topological dime
nsion)DTおよびそのハウスドルフ寸法Dにより定められる。DTは常に整数であり
、Dは整数である必要はなく、D≧ DTである(上記Mandelbrotの論文を参照され
たい)。フラクタルは、2次元形状および3次元オブジェクトにより表される。
また、フラクタルは、これらが小さいスケールおよび大きいスケールの両方で同
じ形状ま構造を有する点で自己相似性を有する。米国特許第5,842,937号の技術
は、ゴルフボールの表面テクスチャを定めるのにフラクタル幾何学を使用してい
る。
の葉、枝、種および足根(pedals)の対称パターンおよび配置の学問として定め
られる。Peter V. Jeanの文献「植物の形態形成における葉序Aの全体的研究(P
hyllotaxis A Systemic Study in Plant Morphogenesis)」(第11〜12頁)
を参照されたい。これらの対称性的な螺旋状パターンは、葉序パターンとして知
られている。同書物の第11頁を参照されたい。ひまわり、松かさおよびラズベ
リーの種のような植物の幾つかの種は、このパターン形式を呈する。同書物の第
14〜16頁を参照されたい。
に多数の螺旋を有している。この螺旋は、表面の中心に原点を有しかつ外方に延
びている。他の螺旋は、内側螺旋により残されたギャップ内を充満するような原
点を有している。よくある螺旋パターン配置は、時計回り方向および反時計回り
方向の両方向に、外方に向かって放射する模様を描いている。これらの形式のパ
ターンは、(m、n)により示される、可視的に対向する斜列対をもつといわれ
ている。ここで、mは、時計回り方向に放射するオブジェクトの中心からの或る
距離における螺旋の数であり、nは、反時計回り方向に放射する螺旋の数である
。これらの中心cでの2つの連続螺旋間の角度は、開度dと呼ばれている。同書
物の16〜22頁を参照されたい。
じる幾つかの葉序パターンに見られるものである。或るパターンの斜列対(mお
よびnの両方)は、中心から外方に、フィボナッチ数列の数だけ増大する。また
、パターンの開度dは級数から計算される。同書物を参照されたい。
よび方向についての考察を行わなくてはならない。多種類の植物をモデル化する
種々の理論が提案されている。これらの理論は、葉序の科学を用いてゴルフボー
ルの新規なディンプルパターンを創成するのに使用できる。
フボールの飛びを増大させかつ予測可能にするため、葉序のような自然界に生じ
る現象と一致する表面テクスチャまたは寸法をもつゴルフボールを提要する。本
発明は、慣用ディンプルを、葉序パターンにより定められた表面テクスチャに置
換するものである。本発明はまた、ユークリッド幾何学により定められたディン
プルパターンを、葉序により定められたパターンの一部で補うものである。
を創成するのに使用される。ゴルフボールのディンプルパターンには、ディンプ
ルすなわちくぼみの配置および充填に入念な考察がなされる。葉序パターンを使
用するボールへのディンプルの配置は、2つのディンプルが全く交差しない最小
の距離基準に関して行うのが好ましい。この基準はまた、ディンプルができる限
り密に詰めて配置されることを確保する。
する図面を参照して本発明を説明する。
ある。通常、パターンには、弧、螺旋または旋毛(whorls)がある。或る葉序パ
ターンは、葉序と呼ばれるオブジェクトの表面上に多数の螺旋または弧を有して
いる。図1Aに示すように、螺旋は表面の中心cに原点を有し、外方に延び、他
の螺旋は、内側螺旋により残されたギャップを充填すべく原点から延びている。
Jeanの論文「植物の形態形成における葉序Aの全体的研究(Phyllotaxis A Syst
emic in Plant morphogenesis)」の第17頁を参照されたい。螺旋パターン配
置は、しばしば、時計回り方向および反時計回り方向の両方向に、外方に放射す
るものとして示すことができる。図1Bに示すように、これらのパターン形式は
、(m、n)により示される可視的に対向する斜列対を有する。ここで、mは、
時計回り方向に放射するオブジェクトの中心からの或る距離における螺旋または
弧の数であり、nは、反時計回り方向に放射する螺旋または弧の数である。前掲
の書物を参照されたい。これらの中心cでの2つの連続螺旋または弧の間の角度
は、開度dと呼ばれている。開度dは180°より小さいことが好ましい。
じる幾つかの葉序パターンに見られる。或るパターンの斜列対(mおよびnの両
方)は、中心から外方に、フィボナッチ数列の数だけ増大する。また、パターン
の開度dは級数から計算できる。フィボナッチ整数列は、新規なディンプルパタ
ーンまたは表面テクスチャを創成するのに有効である。
みの数がある。開度d、ディンプル直径または他のディンプル測定値、ディンプ
ル縁ギャップおよびシームギャップの全てが、カバー百分率およびディンプル数
に影響を与える。カバー百分率およびディンプル数を増大させるため、ディンプ
ル直径、ディンプル縁ギャップおよびシームギャップを減少させることができる
。また、開度dは、ディンプルがどのように配置されるかについて影響を与える
。開度は、フィボナッチ級数に関係している。開度d(°)についての好ましい
関係は次式で表される。
である。例えば、(180°−開度d)により、葉序パターンが求められる。フ
ィボナッチ級数に関係しない開度dの他の値(無理数を含む)を使用することも
できる。開度d(°)についての他の関係は次式で示される。
である。
きる限り多くのディンプルまたはくぼみを設けることが好ましい。赤道近くによ
り多くのディンプルを設けるのに適した幾つかの開度dがある。ディンプルの数
については、多過ぎたりまたは少な過ぎたりしないように、特別な注意を払う必
要がある。パターンは、約300〜500個のディンプルを有することが好まし
い。カバー百分率およびディンプル数に影響を与えるのに多くのディンプルサイ
ズを使用できるが、ディンプルパターンの全体的対称性については入念な注意を
払わなくてはならない。ディンプルまたはくぼみは、種々の形状、サイズおよび
深さにすることができる。例えば、くぼみは、円形、正方形、三角形または六角
形にすることができる。ディンプルは、直線または傾斜縁すなわち辺を含む異な
る縁すなわち辺として特徴付けることができる。要するに、本発明には、当業者
に知られた任意の種類のディンプルを使用できる。
る。XY平面はボールの赤道であり、一方、Z方向はボールの極を通る。ディン
プルパターンは、ゴルフボールの赤道(XY平面)から、ゴルフボールの極(Z
方向)にかけて創成される。球座標と同様に、角度φは方位角であり、一方、角
度θはボールの極からの角度である。ボールの半径はRであり、一方、ρは極軸
からのディンプルの距離、hはXY平面からのZ方向の距離である。幾つかの有
効な関係は次の通りである。
配置されなくてはならない。ここで、φは次式で表される。
何にモデル化するかということである。初期角度φが0°で、開度が上半球でd
であれば、下半球は−dでスタートでき、次式の関係が得られる。
よび方向についての考察を行わなくてはならない。同様に、ゴルフボールのディ
ンプルパターンとして使用する葉序パターンの設計またはモデル化に幾つかの特
別な考察を行なわなくてはならない。図1Dに示すように、このような考察の1
つは、隣接ディンプル96、98の中心間の最小距離である最小ギャップGmin
が、両ディンプルの半径(Ri+Rj)に、両ディンプルの縁間の距離を加えた長
さに等しいことが好ましい。パターンのディンプルが異なる半径を有する場合に
は、最小ギャップGminは、両ディンプルの半径に基いて変化し、次式で表され
る。
の縁間の最小距離は関係変数(variable of concern)であり、できる限り0に
近い値が好ましい。ディンプルはオーバーラップさせることもできるが、Gedge は、約0.001インチに等しいかこれより大きいことが一層好ましい。
ルは、ディンプルと交差しないシームSを有するのが好ましい。また、ゴルフボ
ールの製造時には、ディンプルをシームにどれほど近づけることができるかにつ
いての制限がある。従って、葉序パターンは角度θ0でスタートし、赤道からの
或るギャップGseamとの間に次式の関係がある。
ンプルは赤道に原点を有する。しかしながら、ディンプルは、赤道から約0.0
03インチの距離の位置からスタートするのが好ましい。かくして、ディンプル
は、赤道の直ぐ上または下からスタートするのが好ましい。スタート角度θ0を
決定するため、方程式は、所定のギャップGseamをもつ角度θ0について解かれ
なくてはならない。
準を使用できる。ディンプルが、他のディンプルからの距離すなわちギャップG min より小さい場合には、ディンプルの新しい座標またはディンプルのサイズは
、他のディンプルからの距離Gminとなるものが求められる。当該ディンプルの
hおよびρの新しい値は、ディンプルが角度φに維持されるように計算される。
量ディンプルi、j間の距離すなわちギャップGは、次式から計算できる。
いてのサーチは、hがRより小さくかつ0より大きくなるように拘束されるセカ
ント(正割)法を用いて、GがGminに等しくなるまで遂行される。hの特定の
値が求められたならば、式(1)を用いてρを求めることができる。次に、式(
2)を用いてxiおよびyiの値を求めることができる。
ンプルは、パターンの弧上に含められる。弧の全てが赤道から極まで延びている
訳ではない。弧が赤道から半球の極まで移動するとき、多数の弧が段階的に消失
する。
ステップ100で、ボール特性が使用者により決定される。このステップでは、
ゴルフボールの半径を決定するのが好ましい。次にステップ102では、上記式
を用いて、ゴルフボールの半球間のシームギャップGseamおよびディンプル間の
ディンプル縁ギャップGedgeが決定される。ディンプルの縁ギャップGedgeは0
.001インチに等しいか、これより大きいのが好ましい。ステップ104では
、ディンプルの幾何学的形状が決定される。ディンプルすなわちくぼみは、種々
の深さおよび幅を含む種々の形状およびサイズにすることができる。例えば、デ
ィンプルは、凹状半球形に形成するか、三角形、正方形、六角形またはゴルフボ
ールの当業者に知られた他の任意の形状にすることができる。ディンプルはまた
、真直状、湾曲状または傾斜状の縁または辺をもつように構成できる。次に、ス
テップ106では、開度dが選択される。ステップ108では、ディンプルは、
成形すべきゴルフボールの半球の最も離れた縁に沿う位置に配置される。ステッ
プ110では、半球の周囲の回りで開度dだけ移動させることにより、ボールの
半球上の他の位置が決定される。ステップ112では、ディンプルは、シームギ
ャップGseamおよびディンプル縁ギャップGedgeの条件に合致するこの位置に配
置される。しかしながら、ステップ114で条件に合致しない場合には、このプ
ロセスはステップ16で停止される。シームギャップおよびディンプル縁ギャッ
プの条件に合致する場合には、ディンプルのパターンがゴルフボールの半球の赤
道から極まで創成されるまで、ステップ110〜114が反復される。ディンプ
ルが半球の極の近くに配置される場合には、ディンプルの縁ギャップ基準から外
れることなく、半球上にこれ以上ディンプルを配置することが不可能になり、従
ってステップ116に到達して、プロセスが停止される。
充填するのにも使用できる。好ましくは、ゴルフボール表面を、ゴルフボールの
表面上にユークリッド図形または他の多角形を変換することにより定められるセ
クションまたは部分に分割し、次に、これらの各セクションまたは部分に、上記
葉序方法に従ってディンプルすなわちくぼみを充填する。例えば、このディンプ
ルを詰めて配置する方法は、一般的な十二面体または二十面体ディンプルパター
ンの一部について、ディンプルパターンを創成するのに使用できる。かくして、
このディンプルを詰めて配置する方法は、一般的な対称立体平面系のディンプル
パターンを変えるのに使用できる。ボールのセクションまたは部分は、最初に定
められ、かつ好ましくは中心および外周すなわち縁を有している。図2による方
法は、パターンを形成するのにディンプルすなわちくぼみがセクションまたは部
分の外周または縁から中心に向かって配置されることを除き、続けられる。ディ
ンプル縁ギャップおよびディンプルシームギャップは、セクションまたは部分内
およびセクションまたは部分間のディンプルのオーバーラップおよびゴルフボー
ルの半球間の赤道すなわちシーム上のディンプルのオーバーラップを防止するの
に使用される。
ズが使用される。異なるサイズのディンプルでディンプルパターンを創成するに
は1つ以上のディンプルサイズが定められ、或る基準に合致する場合には各サイ
ズのディンプルが使用される。図3に示すように、ステップ118で或る基準X
に合致する場合には、ディンプル半径または他のディンプル測定値、ディンプル
縁ギャップGedge、および当該基準Xについてステップ120、122および1
24で定められた角度およびディンプル数を含む或る基準を有する第1ディンプ
ルが使用される。この基準に合致しない場合には、ディンプル半径または他のデ
ィンプルまたはくぼみの測定値、ディンプル縁ギャップGedge、およびステップ
128、130および132で定められた角度およびディンプル数を含むそれ自
体の定められた組を有する第2サイズのディンプルが使用される。ディンプルパ
ターン内に2つ以上のディンプルサイズが存在するように、種々のレベルの基準
を使用できる。基準は、プログラムを通るループカウントおよびディンプル数を
含む種々の基準または他の任意の適当な基準に基いたものとすることができる。
ステップ118〜ステップ132は、図2に示した方法のステップ108とステ
ップ114との間で使用するのが好ましい。
るのに、コンピュータモデル化ツールを使用する。図4に示すように、第1モデ
ル化ツールは、ディンプルパターンの2次元表示を与える。極Pを原点134で
あると考えると、ディンプル136は、弧138上でシームすなわち赤道Eから
スタートし、ゴルフボールの原点に到達するまで、Rθに等しい距離だけ原点か
ら離れた位置に配置される。プログラムはまた、ディンプル数およびカバー百分
率をプリントアウトし、ディンプルパターンがどのように見えるかの迅速視覚表
示を行えるものが好ましい。図4には、一サンプル出力が示されている。
行う。ディンプルパターンは3次元で描かれている。パターンは、弧138を創
成し、弧138が創成されたときにディンプル136を弧138上に置くことに
より作られる。これは、ゴルフボールの半球の極に到達するまで行われる。ディ
ンプルを配置するとき、半球またはボール全体に描くことができる。図5には一
サンプル出力が示されている。
場合には、ディンプルの交差は滅多に生じない。かくして、パターンは、プログ
ラムを使用する人が頻繁に変更する必要がない。モデル化プログラムは、開度d
から螺旋パターンを創成するのが好ましい。ディンプル136は、これらのディ
ンプルが図2に関連して前述したモデル化プログラムにより創成されるときに、
弧138上に配置される。パターンは、赤道から半球の極まで創成される。
図1に示すような各半球のX軸は、互いに開度dの角度だけオフセットしていな
くてはならない。これにより、上下別々の半球に同じモデル化効果を達成できる
。半球間の他のオフセット角によっても美的パターンを創成できる。
ンに従うディンプルパターンを形成する2次元または3次元モデル化プログラム
を使用して創成される。例えば図4には、2次元で創成されたディンプルパター
ンが示されている。このディンプルパターンの特徴は、単一サイズのディンプル
140のみが存在することにある。図5には、3次元モデルで創成された同じデ
ィンプルパターンが示されている。ディンプルパターンは、図4および図5に示
すように、約110〜170°の開度d、約0.04〜0.09インチのディン
プル半径、約50〜90%のカバー百分率、および約300〜500個のディン
プルをもつものが好ましい。より好ましいディンプルパターンは、約115〜1
60°の開度d、約0.05〜0.08インチのディンプル半径、約55〜80
%のカバー百分率、および約350〜475個のディンプルをもつものである。
最も好ましいディンプルパターンは、約135〜145°の開度d、約0.06
〜0.07インチのディンプル半径、約60〜70%のカバー百分率、および約
435〜450個のディンプルをもつものである。
サイズのディンプル136を使用するディンプルパターンを示すものである。図
6は、2つの異なるサイズのディンプル144、146および約140°の開度
dをもつディンプルパターンに特徴を有するゴルフボール142を示すものであ
る。これらの各パターンは、種々のディンプルパターンが、ゴルフボールの飛び
を改善するディンプルパターンが得られるように作られかつ試験できることを示
している。図7は、3つの異なるサイズのディンプル148、150、152お
よび約115°の開度dをもつディンプルパターンに特徴を有するゴルフボール
142を示すものである。
、当業者ならば、種々の変更および他の実施形態を考え得ることは明白である。
例えば、葉序パターンは、ゴルフボールの一部にディンプルを創成するのに使用
でき、また、フラクタル幾何学を使用して創成されるディンプルの幾何学的形状
をもつ葉序を用いてディンプルパターンを創成するのに使用できる。従って、特
許請求の範囲の記載は、本発明の精神および範囲内に包含されるこのような全て
の変更および実施形態をカバーするものであることを理解すべきである。
ャートである。
ャートである。
ボールを示す3次元図である。
ボールを示す3次元図である。
ボールを示す3次元図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 滑らかな部分と、複数のくぼみとを有する外面を備えたゴル
フボールにおいて、前記複数のくぼみの少なくとも一部の配置が、葉序パターン
によって構成されていることを特徴とするゴルフボール。 - 【請求項2】 実質的に全てのくぼみが葉序によって構成されていることを
特徴とする請求項1記載のゴルフボール。 - 【請求項3】 少なくとも1つのくぼみが、他のくぼみとは異なるサイズを
有していることを特徴とする請求項1記載のゴルフボール。 - 【請求項4】 前記くぼみは幅および深さを有し、各くぼみの幅および深さ
が実質的に同じであることを特徴とする請求項1記載のゴルフボール。 - 【請求項5】 前記くぼみは幅および深さを有し、くぼみの幅および深さが
異なっていることを特徴とする請求項1記載のゴルフボール。 - 【請求項6】 前記葉序パターンは、ゴルフボールの赤道から始まり、ゴル
フボールの極で終端する半球上に弧を有することを特徴とする請求項1記載のゴ
ルフボール。 - 【請求項7】 前記くぼみは葉序パターンの弧上に配置されていることを特
徴とする請求項6記載のゴルフボール。 - 【請求項8】 前記葉序パターンは、斜列対(m、n)を有していることを
特徴とする請求項6記載のゴルフボール。 - 【請求項9】 前記mは、時計回り方向の弧を含んでいることを特徴とする
請求項8記載のゴルフボール。 - 【請求項10】 前記nは、反時計回り方向の弧を含んでいることを特徴と
する請求項8記載のゴルフボール。 - 【請求項11】 前記斜列対は、ゴルフボールの極から赤道にかけて数が増
大していることを特徴とする請求項8記載のゴルフボール。 - 【請求項12】 少なくとも1つのくぼみは、ゴルフボールの赤道から所定
の最小距離にあることを特徴とする請求項6記載のゴルフボール。 - 【請求項13】 約300〜500個のくぼみを有することを特徴とする請
求項1記載のゴルフボール。 - 【請求項14】 前記くぼみは円形ディンプルであることを特徴とする請求
項13記載のゴルフボール。 - 【請求項15】 前記くぼみは縁を有し、少なくとも2つのくぼみは、くぼ
みの縁間の所定の最小距離だけ分離されていることを特徴とする請求項1記載の
ゴルフボール。 - 【請求項16】 ディンプルを詰めて配置する方法であって、 ディンプルでパターン化すべき、縁を備えた一部分を定め、 ディンプルの幾何学的形状を定め、 ディンプル間の必要最小縁ギャップを定め、 開度dを定め、 前記ディンプルでパターン化すべき部分の最も遠い縁上に前記ディンプルを配
置し、 前記部分の縁の回りで開度dだけ移動させることによって位置を決定し、前記
必要最小縁ギャップが満たされる場合には、前記位置にディンプルを配置し、 前記部分の回りで開度dだけ移動させることによって繰り返し位置を見出し、
必要最小縁ギャップがもはや満たさなくなるまで、前記位置にディンプルを配置
することを含む、 ディンプルを詰めて配置する方法。 - 【請求項17】 前記一部分を定める段階が、ゴルフボールの半径を定める
ことを更に含む、請求項16記載の方法。 - 【請求項18】 前記ディンプルを配置する工程が、ゴルフボールの半球の
最も遠い位置にディンプルを配置することを更に含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 ゴルフボールの半球の縁にシームギャップを定めることを
更に含み、前記シームギャップは、前記半球上に配置される全てのディンプルに
より条件を満たされなくてはならない、請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 前記ディンプルの幾何学的形状を定める工程が、少なくと
も第2ディンプルの幾何学的形状を定め、第1および第2ディンプルの幾何学的
形状をもつディンプルが使用されるときの基準を設定することを更に含む、請求
項16記載の方法。 - 【請求項21】 ディンプルを詰めて配置する方法であって、 外周および中心をもつボールの一部分を定め、 複数のくぼみの幾何学的形状を定め、 葉序に基いた方程式から得られる弧を用いて、前記一部分の中心に向かう外周
に沿って、前記一部分にくぼみを充填すること、 を含む、ディンプルを詰めて配置する方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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