JP4143775B2 - ゴルフボール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、大きな飛距離を実現し、風に強いディンプルを有するゴルフボールに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
最近において、ゴルフ競技の一般化、大衆化に伴い、ゴルフ人口が飛躍的に増大し、このためゴルフボールに対する要求も多様化しているが、ゴルフボールとしては飛距離が大きいものが最も望まれる。
【0003】
このため、従来より飛距離の増大を目的とした種々の提案がなされ、特にディンプル面を改良することで飛距離の増大を計ることが多く提案されている。
【0004】
しかしながら、従来のこの種の提案は、デインプル配置、ディンプル構造等についてのものであり、揚抗力係数からの検討は殆ど行われておらず、飛距離が増大したといっても、揚力が大きくて飛んでいるのか、抗力が小さくて飛んでいるのかが不明であり、いずれにしても揚抗力のバランスが適正化されているとは言えないものであった。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、揚抗力バランスが適切で、飛距離が大きく、特に風に強く、ランのよく出るゴルフボールを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、下記の揚抗力関数モデルにおいて、揚力係数第1項CL1及び抗力係数第1項CD1を特定の範囲にすること、また、ウッドクラブ#1(ドライバー)を用い、ヘッドスピード45m/sでショットしたときの代表的な初期条件としてのボール速度が65m/s、スピン42rpsで飛翔中の揚力係数CL及び抗力係数CDを特定の範囲にすることが飛距離の増大に有効であることを知見した。
【0007】
即ち、クラブにより打撃され、飛行中のゴルフボールは、図1に示したように、重力1、空気による抵抗(抗力)2、更にボールがスピンを有するためにマグヌス効果による揚力3を受けることが知られている。なお、図中5は飛行方向、4はボール中心を示し、ボール6は7方向に回転している。
【0008】
この場合、ゴルフボールに働く力は下記弾道方程式(1)で表される。
【0009】
F=FL+FD+Mg (1)
F :ゴルフボールに働く力
FL:揚力
FD:抗力
Mg:重力
また、上記弾道方程式(1)の揚力FL、抗力FDはそれぞれ下記数式(2),(3)で表される。
【0010】
FL=0.5×CL×ρ×A×V2 (2)
FD=0.5×CD×ρ×A×V2 (3)
CL:揚力係数
CD:抗力係数
ρ :空気密度
A :ゴルフボール最大断面積
V :ゴルフボール対空気速度
そして、本発明者らの検討によれば、ゴルフボールの弾道計測を数多く行った結果、揚力係数CL、抗力係数CDはそれぞれ下記数式(4)〜(6)で示されることを見出した。
【0011】
W=r×ω/V (4)
CL=(CL1+CL2×W)×√W (5)
CD=CD1+CD2×W (6)
W:スピン速度比
r:ゴルフボール半径(m)
ω:ゴルフボール回転角速度(rad/sec)
CL1:揚力係数第1項
CL2:揚力係数第2項
CD1:抗力係数第1項
CD2:抗力係数第2項
更に、本発明者らは、上記式で定義される揚力係数第1項CL1、抗力係数第1項CD1が、CD1=0.175〜0.220、CL1/CD1=2.60〜3.30、CL1×CD1=0.110〜0.145の関係及び範囲にある場合、揚抗力のバランスがよく、飛距離が大きいことを知見した。
【0012】
このようにして揚力及び抗力関数係数CL1,CL2,CD1,CD2を求めると、実打領域でのあらゆるボール速度及びスピンにおける揚力係数CL、抗力係数CDを決定できる。つまりディンプルの空力性能を評価できることになる。
【0013】
しかしながら、飛行中のゴルフボールの揚力と抗力の関係は、上述したように単純に説明できるものではなく、揚力が大きくなるほど抗力も大きくなり、飛距離の増大を図るためにはできるかぎり抗力を抑えつつ、揚力との間に適当なバランスをとることが重要である。
【0014】
即ち、揚力FL(揚力係数CL)が大きく、抗力FD(抗力係数CD)は小さい方がボールの飛距離は伸びる。このように揚力係数CLと抗力係数CDは高い正の相関関係を有するために、いずれか一方だけを変化させることは困難であると共に、ボール飛行時間の変化につれてゴルフボール対空気速度Vやスピン量が経時的に変化するため、CLとCDを定数として把握することができないものであるが、本発明者らは、上述したようにCL、CDを定義する式(4)〜(6)の揚抗力関数モデルを見出した。
【0015】
そして、ゴルフボールの固有の空力特性は、揚抗力係数CL1,CD1,CL2及びCD2で表されること、これら揚抗力係数のうち、CL1、CD1、CL1/CD1、CL1×CD1を上述したような範囲を満たすようにディンプル設計を行うことにより、飛距離が大きくなり、風に強く、ランの良く出るゴルフボールが得られることを知見したものである。
【0016】
一方、本発明者らは、揚力及び抗力係数間の従属性が強く、測定誤差により、揚力及び抗力係数が多少変化し、安定かつ正確な評価が困難となる点を解決するために、更に鋭意検討を重ねた結果、スピン速度比Wを、ウッドクラブ#1(ドライバー)を用いてヘッドスピード45m/sでショットしたときの代表的な初期条件として、ボール速度65m/s、スピン42rpsとして評価すると、部分的又は断片的ではあるが、正しい安定した評価が可能になることを知見した。
【0017】
そして、上記式(4)〜(6)で定義される揚力係数CL、抗力係数CDが、ボール速度65m/s、スピン42rpsで飛翔中のゴルフボールにおいて、揚力係数CLが0.140〜0.190、抗力係数CDが0.210〜0.255、CL/CDが0.640〜0.730の範囲にある場合、ボールの揚抗力のバランスに優れ、飛距離が増大すること、特に揚力抗力係数比CL/CDが可能な限り大きいことが飛距離の増大を図る上で効果的であることを見出した。
【0018】
以上説明したように、本発明は、その空力特性が特定の揚抗力関数モデルで表され、その揚抗力係数CL,CD,CL1,CD1,CL2及びCD2が特定の範囲を満たすようにディンプル設計を行うことにより、飛距離が増大し、風に強く、ランの良く出るゴルフボールが得られることを見出し、本発明を完成したものである。
【0019】
従って、本発明は、表面に多数のディンプルを有するゴルフボールにおいて、上記ディンプルが互いに直径及び/又は深さの異なる複数種からなり、上記ディンプルの総数が392〜432個、ディンプル表面占有率が77〜82%、ディンプル体積比が0.85〜1.20%、ディンプル平均直径が2.5〜4.5mm、ディンプル平均深さが0.12〜0.18mm、V0値が0.4〜0.6、及びディンプルエッヂ角が5.0〜13.0度であり、かつ揚力係数第1項をCL1、抗力係数第1項をCD1、揚力係数第2項をCL2、抗力係数第2項をCD2とした場合、CD1が0.185〜0.220、CL1/CD1が2.60〜3.30、CL1×CD1が0.115〜0.135、CL2が−0.5〜0.1、CD2が0.1〜0.5の範囲にあり、かつボール速度65m/s、スピン42rpsで飛翔中において、揚力係数CLが0.140〜0.190、抗力係数CDが0.210〜0.255、CL/CDが0.640〜0.730の範囲にあることを特徴とするゴルフボールを提供する。
【0021】
以下、本発明につき更に詳しく説明すると、本発明のゴルフボールは、上述したように下記式(4)〜(6)
W=r×ω/V (4)
CL=(CL1+CL2×W)×√W (5)
CD=CD1+CD2×W (6)
で示される揚抗力関数モデルにおいて、CD1が0.185〜0.220、CL1/CD1が2.60〜3.30、好ましくは2.70〜3.20、CL1×CD1が0.115〜0.135の関係、範囲である。CL1、CD1がこれらの範囲から外れた場合は飛距離が低下する。なお、上記式においてCL2は−0.5〜0.1、CD2は0.1〜0.5の範囲にあることが好ましい。
【0022】
また、ゴルフボールをウッドクラブ#1(ドライバー)を用い、ヘッドスピード45m/sでショットしたときの代表的な初期条件として、ボール速度65m/s、スピン42rpsで飛翔中の揚力係数CLが0.140〜0.190、好ましくは0.150〜0.185、抗力係数CDが0.210〜0.255、好ましくは0.220〜0.250、CL/CDが0.640〜0.730、好ましくは0.645〜0.710の関係、範囲である。CL、CDがこれらの範囲から外れた場合は飛距離が低下する。
【0023】
この場合、揚抗力係数CL,CD,CL1,CL2,CD1及びCD2の求め方は、打撃マシンを用い、実打領域の複数の条件についてゴルフボール弾道の初期条件(初速度、スピン及び打出し角)と空間座標を計測する。この初期条件は、ヘッドスピードなどにより異なり一概には決められないが、本発明では検討の結果、ヘッドスピード45m/sでショットしたときの代表的な初期条件として、ボール速度65m/s、スピン42rpsを採用した。なお、打ち出し角は、10度である。
【0024】
そして、これらのデータとボールプロパティ(ボール重量、直径、慣性モーメント)、環境条件(風、空気密度)をパラメータとし、揚抗力関数形を満たす弾道方程式自体を評価関数として陰表現を解ける多変数非線形最小自乗法を用い、観測位置と計算位置の誤差の自乗和を最小とする揚抗力係数を決定することができる。
【0025】
本発明のゴルフボールは、表面に多数のディンプルが形成されたものであり、上記揚抗力係数の関係及び範囲を満たすようにディンプルを設計することにより、風に強く、ランが良く出、飛距離の大きいゴルフボールが得られるものである。この場合、ボール表面に形成されるディンプルの種類は、互いに直径及び/又は深さの異なる複数種、好ましくは2種以上、より好ましくは2〜6種、更に好ましくは3〜5種である。ディンプル数は、392〜432個であり、ディンプル平均直径は2.5〜4.5mm、好ましくは3〜4mm、ディンプル平均深さは0.12〜0.18mmである。なお、ディンプル形状は、平面円形状とすることが好ましいが、特に制限されるものではなく、平面形状が楕円、長円、花びら、多角形などの非円形ディンプルとすることもできる。
【0026】
ディンプル面積は、ディンプルを平面に投影した場合におけるその平面面積を意味し、例えばディンプルの平面形状が円形状である場合、ディンプルの半径をrとするとπr2で表されるものである。このディンプル面積の全ディンプルの総和がゴルフボール表面にディンプルが無いと仮定した仮想球の全表面積に占める割合であるディンプル表面占有率は77〜82%である。
【0027】
ディンプル体積比は、各ディンプルの縁部によって囲まれる平面下のディンプル空間体積の総和がゴルフボール表面にディンプルが無いと仮定した仮想球の全体積に占める割合であり、その範囲は0.85〜1.20%である。
【0028】
個々のディンプルの縁部によって囲まれる平面下のディンプル空間体積を上記平面を底面としこの底面からのディンプルの最大深さを高さとする円柱体積で除した値の全ディンプルについての平均であるV0値は0.4〜0.6である。
【0029】
個々のディンプルの縁部上の任意の点におけるディンプルが無いと仮定した場合の仮想球面に対する接線と、同任意点における真のボール表面に対する接線とのなす角度であるディンプルエッヂ角は5.0〜13.0度である。
【0030】
なお、ディンプルの配列態様としては、特に制限されず、正8面体配列、正12面体配列、正20面体配列、半球上をその中心より1〜7等分する対称配列などの公知の配列を採用することができ、更にディンプルの配列によりボール表面に形成される模様もスクウェアー形、ヘキサゴン形、ペンタゴン形、トライアングル形等の種々の模様とすることができる。
【0031】
本発明の対象となるゴルフボールとしては、ボール構造、材料などに制限はなく、通常の材料を用いて、公知の方法により製造することができ、例えば糸巻きコアにカバーを被覆した糸巻きゴルフボール、ワンピースゴルフボール、ソリッドコアにカバーを被覆したツーピース又はマルチピース等のソリッドゴルフボールなどのいずれにも適用可能であり、カバー材としては、通常ゴルフボールのカバーに用いられるアイオノマー樹脂等の熱可塑性樹脂などが好適に用いられる。
【0032】
なお、ボールの直径及び重量等のボール性状はゴルフ規則に従って適宜設定することができる。
【0033】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【0034】
〔実施例、比較例〕
公知の材料を用いて、通常の方法により、直径38.5mm、硬度(100kg荷重負荷時の変化量)3.3mmを有するソリッドコアを作製した。このコアの表面に公知のアイオノマー樹脂(ショアーD硬度57)を主成分とするカバー材を被覆してゴルフボールを製造した。
【0035】
このゴルフボール(実施例)と比較例1,2(市販ゴルフボール)のディンプルの性状、各種ディンプルパラメータを表1に示す。
【0036】
【表1】
【0037】
次に、下記の方法によって揚抗力係数CL,CD,CL1,CD1,CL2及びCD2を求めた。
揚抗力係数の求め方
上記ゴルフボールをドライバー(ウッドクラブ#1、ロフト角10度)を用いて、スイングロボット(ミヤマエ社製)により、ヘッドスピード45m/secでショットした場合の一定時間経過後の初期条件と空間座標を、図2に示した8台(a、b、c、d、e、f、s1、s2)のビデオカメラで計測した。
【0038】
この場合、計測方法は、ファイバーセンサをトリガとし、上記8台のビデオカメラを同期させて、得られたデータをフレームメモリに記録し、位置をデジタイズすることによって行い、一定時間(1,2,3,4,5秒)経過後のゴルフボール弾道の空間座標を求める。計測の際の諸条件(ボールプロパティ、環境条件、初期条件)を表2に、空間座標データを表3に示す。
【0039】
これらのパラメータを用いて、図3に示した解析手法に従い、陰表現を解ける多変数非線形最小自乗法により、観測位置と計算位置の誤差の自乗和を最小とする各種揚抗力係数CL,CD,CL1,CD1,CL2及びCD2を決定した。結果を表4に示す。
【0040】
決定した揚抗力係数を揚抗力関数に当てはめてボール弾道をシュミュレーションしたところ、実測弾道と誤差なく一致することが確認できた。
【0041】
【表2】
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】
次に、実施例、比較例1,2のゴルフボールをドライバー(同上)を用いて、スイングロボット(ミヤマエ社製)によりヘッドスピード45m/secでショットし、飛距離を測定した。結果を表5に示す。
【0045】
【表5】
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、特定の揚抗力関数モデルで定義されたゴルフボールの揚力係数、抗力係数をバランス良く適正化することにより、風に強く、ランがよく出、大きな飛距離を有するゴルフボールが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】飛行中のゴルフボールの揚力と抗力の関係を説明するための説明図である。
【図2】揚抗力係数を求める際のビデオカメラの設置位置を示す概略図である。
【図3】揚抗力係数を決定するための解析手法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
1 重力
2 抗力
3 揚力
4 ボール中心
5 飛行方向
6 ゴルフボール
Claims (4)
- 表面に多数のディンプルを有するゴルフボールにおいて、上記ディンプルが互いに直径及び/又は深さの異なる複数種からなり、上記ディンプルの総数が392〜432個、ディンプル表面占有率が77〜82%、ディンプル体積比が0.85〜1.20%、ディンプル平均直径が2.5〜4.5mm、ディンプル平均深さが0.12〜0.18mm、V0値が0.4〜0.6、及びディンプルエッヂ角が5.0〜13.0度であり、
かつ揚力係数をCL、抗力係数をCDとした場合、下記式(I)〜(III)
W=r×ω/V (I)
CL=(CL1+CL2×W)×√W (II)
CD=CD1+CD2×W (III)
〔W:スピン速度比、r:ゴルフボール半径(m)、ω:ゴルフボール回転角速度(rad/sec)、CL1:揚力係数第1項、CL2:揚力係数第2項、CD1:抗力係数第1項、CD2:抗力係数第2項〕
で定義されるCD1が0.185〜0.220、CL1/CD1が2.60〜3.30、CL1×CD1が0.115〜0.135、CL2が−0.5〜0.1、CD2が0.1〜0.5の範囲にあり、かつボール速度65m/s、スピン42rpsで飛翔中において、CLが0.140〜0.190、CDが0.210〜0.255、CL/CDが0.640〜0.730の範囲にあることを特徴とするゴルフボール。 - ディンプルの配列態様として、半球上をその中心より1〜7等分する対称配列を採用する請求項1記載のゴルフボール。
- ディンプル配列によりボール表面に形成される模様が、スクウェアー形、ヘキサゴン形、ペンタゴン形及びトライアングル形の群から少なくとも1種選ばれるものである請求項1又は2記載のゴルフボール。
- ソリッドコアにカバーを被覆したツーピース又はマルチピースのソリッドゴルフボールの構造を有し、かつカバーの樹脂材料としてアイオノマー樹脂を採用する請求項1、2又は3記載のゴルフボール。
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