JP4298024B2

JP4298024B2 - 等高線形状をなす背面を有するゴルフクラブフェースの設計方法

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Publication number: JP4298024B2
Application number: JP32680498A
Authority: JP
Inventors: コスマットカ，ジョン・ビー
Original assignee: キャラウェイ・ゴルフ・カンパニ
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1998-11-17
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2018-11-17
Also published as: GB9824765D0; US5971868A; GB2331249B; JPH11216204A; GB2331249A; GB2331249A9

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は米国特許出願Ｎｏ．０８／７３５，６０１（１９９６年１０月２３日出願）の一部継続出願に基づく出願である。
本発明は、ゴルフクラブに係り、特に、打球面の反対側に等高線形状表面を有するゴルフクラブフェース（即ち、等高線形状バックサイド）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフクラブは、一般に、シャフト、ヘッド、及びグリップの各部分からなる。打球面を有するゴルフクラブヘッドの部分はゴルフクラブフェースと呼ばれる。「Golf Club Design, Alteration & Repair(4th Ed.1995)」(R. Mltby 著) を参照されたい。ゴルフクラブフェースは、一般には、クラブヘッドの頂部壁又はクラウンとクラブヘッドの底部壁又はソールの両方に隣接あるいは接している。「クラウン」と「ソール」は、典型的には、ウッドタイプのクラブヘッドの頂部と底部を示すことに使用され、「頂部壁」及ぶ「底部壁」は、ウッドタイプのクラブヘッドと同様に、アイアンタイプ及びクラブヘッドの底部及び頂部を示すのに使用され、本明細書においてもそのように使用される。
【０００３】
ウッドタイプのクラブヘッド（今日では典型的には中空であるが、例えば、フォームが充填されるように、必ずしも中空ではない）とキャビティバックのアイアンクラブヘッドの両方においては、ゴルフクラブフェースは好ましくは薄くされている。このようなゴルフクラブフェースは、概ね２つの面を画成している。：打球面（即ち、前面）と打球面の反対側の面（即ち、バックサイド）である。
【０００４】
ゴルフクラブヘッドのフェースの前面がゴルフボールを打つとき、大きな衝撃力（例えば、２０００ポンド）が生じる。これらの大きな衝撃力はクラブフェースに負荷を与える。ウッドタイプのクラブヘッドのフェースとキャビティバックのアイアンタイプの比較的薄いフェースにおいては、これらの力は、例えば、大きな曲げ応力のような大きな内部負荷が生じる。これらの内部負荷はクラブヘッドを使用することができなくなるような破壊的な材料のひび割れを起こすことになる。この「内部負荷」は、この明細書を通じて、例えば、（少なくとも、１のボールのインパクトのような）応力の結果としてゴルフクラブフェースが体験する、曲げモーメント、剪断力、圧縮力を指して言うものである。
【０００５】
ウッドタイプのクラブヘッドとキャビティバックのアイアンクラブに関する最近の計算と実験によれば、大きな内部負荷による破壊的な材料のひび割れは、以下の３つのフェースの位置の少なくとも１つの個所でしばしば生じる。（１）特に、スコアラインのある領域である、大きな圧縮曲げ応力が生じる領域の打球中心におけるクラブフェースの打球面（前面）；（２）大きな引っ張り曲げ応力が生じる領域のクラブフェースの背面（バックサイド）；及び（３）（ａ）曲げ応力の大きい垂直成分の領域である打球中心の直上に位置するフェースと頂部壁が交差する部分、及び／又は（ｂ）曲げ応力の大きい垂直成分の領域であり、打球中心の直下に位置するフェースと底部壁が交差する部分。打球中心の上部のフェースと頂部壁が交差する領域（即ち、フェースと頂部壁が結合する個所）と打球中心の下部のフェースと底部壁が交差する領域（即ち、フェースと底部壁が結合する個所）は打球領域と呼ばれる。フェースの背面側の打球領域を通じての垂直方向の応力分布は、ゼロから打球中心に向けて増加するフェース／底部壁交差領域において作用する圧縮ストレス（即ちネガティヴ）からなり、打球中心領域の背後において最大の張力（ポジティブ）に達し、そしてゼロから大きい圧縮応力を通してフェース／頂部壁交差領域に向けて圧縮（ネガティブ）応力が減少することが知られている。フェースの前面の打球領域（打球面）を通じての応力の分布は、ほぼ同じであるが、反対の要素（即ち、打球中心において大きい圧縮力へ減少し、フェース／頂部壁交差領域において引っ張り曲げ応力へ増加する）を有している。
【０００６】
ゴルフクラブヘッドの設計においては、ゴルフクラブフェース部分はボールの衝撃に関連して生じるような大きな繰り返し生じる力に耐えるように構造的に十分なものでなければならない。このような十分な強度は、内部で負荷によって生じる応力をフェースに使用される材料の臨界応力レベルより下げるようにフェース部分の剛性を増すことによって達成される。典型的には、クラブヘッドのフェース部分はフェース部分の厚みを均一に増加させるか、及び／又はフェースの背面に１又は複数のリブ（即ち、別個に取り付けた棒あるいは線状体）を加えることによって補剛することができる。
【０００７】
フェース部分を均一に増すことは、内部負荷を衝撃や疲労によるひび割れを防止するのに十分な（即ち、例えば、ボールの衝撃のような応力に耐えるに十分な）内部負荷を完全に減らすためには多量の材料を加えることが必要である。しかしながら、クラブフェースにこのように多量の材料を追加することは、一般的には、そのようなフェースを使用するクラブの操作性に悪影響を与える。非常に重いクラブフェースによってクラブの操作性は悪くなる。さらに、このようなフェースを使用するクラブの感触は、クラブを通じて伝達される多数の振動によって悪影響を受ける。さらに、もし、クラブヘッドに最大の重量が課せられると、材料が加えられたフェースは希望するヘッドの他の領域に重量を配分することができなくなる（即ち、フェースにより多くの重量を持たせることは、例えば、キャビティバックのアイアンのクラブヘッドの周囲に沿う重量を減らすことを意味する）。
【０００８】
フェースの背面にフェースを補剛にするためにリブを加えることは、フェースに多量の材料を加えることなしに補剛することができるという利点を有するが、打球面に不規則な剛性分布を与えるという欠点をもたらす。従来のゴルフクラブヘッドの設計において使用されてきたリブの例は、例えば、垂直リブ、水平リブ、湾曲リブ、樹枝状リブ、斜めリブ（即ち、Ｖ又はＸ形状）円形リブ、又は１又はこれらのタイプの組合せからなっている。
【０００９】
これらのリブは、通常は、幅を狭くしたり、長さを所望の長さとしたり、十分な深さあるいは厚さを有するものとなるようにして、局所的にフェースの強度を増し、しかもフェースの重量の増加を最小限に抑えるように、幾何学的な特徴を有するものである。
さらに、このようなリブの代表的なものは、鋭角な隅部（又は小さい曲率半径を有する湾曲した隅部）がリブとリブが取り付けられるフェースの背面との間に形成される。このような隅部は応力集中点を生み、ひび割れが生じる可能性を作ることとなる。さらに、フェース背面に垂直に沿って配置されるリブの使用は、フェース／底部壁交差領域及びフェース／頂部壁交差領域にかけて大きな曲げ応力（上述のような）を生じ、それによりそれらの点でひび割れを生じる結果をもたらす。
【００１０】
背面にリブを使用することにより経験される付加的な問題として、これらのフェースの製造の問題がある。代表的にはフェースは鋳造により製造される。鋳物を冷却する過程において発生する材料の不均一な収縮を生ずるリブの構造を含むフェースを鋳造することはより困難なことである。このような不均一な冷却は、内部の空洞、及び／又は特にリブが位置する部分に沿って発生する鋳物の表面のひび割れを生じる結果をもたらす。これらの、不均一な冷却は、また、リブが位置する領域の反対側の打球面においてフェースの窪みや表面のディンプルを生じさせる。
【００１１】
以上のように、クラブの操作性、外観、あるいは感触を損なうことなく、所望のクラブヘッドの重量配分に影響を与えることができ構造的保存性を増加した（及び、ひび割れと材料損傷の少ない）新しいクラブフェースの構造が必要となっている。
発明の概要
本発明は、前述の問題点を解決する等高線形状フェースを有するゴルフクラブフェースとそのようなゴルフクラブフェースを設計する方法からなる。本発明のゴルフクラブフェースは、与えられたサイズと重量のゴルフクラブフェースのための構造的保全性を提供するものである。本発明の等高線形状ゴルフクラブフェースは、他のクラブフェースがひび割れ及び／又は材料損傷を経験するテストを切り抜けることができる。本発明の等高線形状ゴルフクラブフェースは、ゴルフクラブの操作性や、外観、感触、あるいは重量配分に悪影響を与えるものではなく、むしろ少ない量の材料により必要とされるサイズと強度を持つゴルフクラブフェースを提供することによりそれらを改善することができる。
【００１２】
本発明の等高線形状ゴルフクラブフェースは、打球面と打球面の反対側の等高線形状が形成された背面を有する。この等高線形状背面は、ステップ状に厚みが増加及び減少する表面として、また、他の実施例においては、丸みのある丘又は谷の形状を有する厚みが増加及び減少する表面として説明することができる。
好ましい実施例においては、等高線形状背面は、背面が、一定の応力（例えば、ボールの衝撃）によるほぼ同様なレベルの内部負荷が生じるフェースの領域はほぼ同様な厚さを持つように厚みが徐々に変えられたフェースを持つ。さらに、内部負荷が最大となる領域は最も厚く、内部負荷が最小となる領域は最も薄くされるのが好ましい（即ち、領域における厚さは、ほぼ、各領域において経験される、あるいは予想される内部負荷に対応している）。
【００１３】
さらに、好ましい実施例は、厚みの異なる領域では段（ステップ）を有し、また、上述のように、ひび割れの原因となる応力集中が鋭角の隅部において生じるが、本発明は、付加的な材料を段の縁部に加えることにより内部負荷を減少し、したがって、それらの縁部においてひび割れの可能性を減少させるようにするのが好ましい。他の実施例においては、等高線形状背面は、上述のような内部負荷の相関に従う異なった厚みを有する等高線形状表面を有するが、隣接する領域の間では徐々に厚みが増加又は減少する厚みを有する表面（即ち、明確に等高線形状に増加又は減少するものとは反対）を有する。
【００１４】
予想され、あるいは観測されるクラブフェースの特定の内部負荷は、クラブフェースの応力（ボールの衝撃）が作用する位置によって変化し、したがって、段階部分の厚み又はフェースの領域もそれによって変化することに留意する必要がある。
ドライバータイプのクラブでボールを打つときは、通常、ゴルフティーが使用されるため、その種のクラブのクラブヘッドへのボールの衝撃はクラブヘッドの打球面の中央水平軸に沿って古典的なベル曲線分布に従うと予測される。一方、アイアンタイプのクラブは、通常は、地面上に置かれたボールを打つ時に使用され、したがって、ボールの衝撃は、より低い水平線に沿ってクラブフェース面により均一に分布する。さらに、低いハンデキャップのゴルファーは、同じ低い水平軸に沿って、又は、その軸と中央の垂直軸との交差部近辺で一貫してボールのインパクトを得るように期待されている。
【００１５】
したがって、中級から高いハンデキャップのゴルファー用の好ましいアイアンタイプのクラブヘッドとしては、等高線形状背面を内部負荷が低い水平軸に沿って均一に分散するようなステップ状の表面を有することが好ましい。例えば、等高線形状背面は、好ましくは、クラブフェースがトウに近づくフェース／頂部壁交差領域及びヒールに近づくフェース／頂部壁交差領域において薄くなるように、ステップ状に厚みが変化する表面を有する。この実施例においては、等高線形状は、概略的に、フェース背面に変形した”Ｔ”を与える垂直方向に堅固にされた領域と水平方向に堅固にされた領域によって画成される（例えば、”Ｔ”の水平棒は、フェース／底部壁交差領域に近いフェースに沿って存在し、”Ｔ”の縦棒はフェースの垂直軸に沿って存在する）。
【００１６】
この実施例における水平方向の補剛にされる領域は、好ましくは、背面のフェース／底部壁交差領域に近いフェースに沿って位置する水平方向軸にほぼ沿って位置し、好ましくは、段階的減少する所定の厚みを有する（即ち、クラブヘッドのトウとヒールに向けて薄くなる）。垂直方向の補剛される領域は、好ましくは、略、背面の中央垂直軸沿って位置し、好ましくはフェース／頂部壁交差領域に向けて厚みが段階的に減少するような（即ち、薄くなる）所定の厚みを有する。
【００１７】
水平方向と垂直方向の補剛される領域は、好ましくは、水平方向の補剛される領域と水平方向の補剛にされる領域の交差部において最も厚い領域を画成し（即ち、略、垂直方向の中央軸とフェース／底部壁交差領域の交差部に位置する）、また、略、フェース／頂部壁領域でトウ部又はトウに近いところで、または、フェース／頂部壁領域でヒール部又はヒール部に近いところで最も薄い領域を画成する。最も厚い領域は、薄い領域に漸進的に隣接し、最も薄い領域に厚みが等高線形状に減少し、これにより等高線形状表面を与える。
【００１８】
他の好ましい実施例においては、等高線形状背面は、好ましくは、最小限、厚みが前述した内部負荷の関係に従う等高線形状な表面を有し、また、厚みが美観のためにさらに増加する領域を有する。
さらに、他の好ましい実施例においては、等高線形状背面は、好ましくは、厚みが前述した内部負荷の関係に従う等高線形状が形成された表面を有し、一方から他方に隣接する領域の厚みが徐々に増加及び減少する（例えば、丘あるいは谷のように滑らかな表面）表面を有する。
【００１９】
本発明による等高線形状に形成されたゴルフクラブフェースの長所は、与えられたクラブフェースのサイズにおいて応力分布をより均一にし、その剛性をより均一にし、重量を減少しても構造的保存性を増加することである。さらに、等高線形状ゴルフクラブフェースの長所は、このようなフェースを持つゴルフクラブヘッドは、等高線形状表面の設計に基づく所定の音響的特性を有する。
【００２０】
したがって、本発明の第１の目的は、与えられたクラブのサイズに対して少ない重量と材料により強度と保存性を増加した新しいゴルフクラブフェースを提供するとともに、そのようなゴルフクラブフェースの設計の方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、予測あるいは測定される応力によって生じる内部負荷に従って厚みが変わるゴルフクラブフェースを与える等高線形状が形成されたゴルフクラブフェースを提供し、また、そのようなゴルフクラブフェースを設計する方法を提供することにある。
【００２１】
さらに本発明の他の目的は、大きい内部負荷が予測される区域においては厚い領域を有し、小さい内部負荷が予測される区域においては薄くなるように、また、最も薄い領域は厚い領域に漸進的に隣接し、最も厚い領域に向けて徐々に厚くなるような等高線形状に形成されたゴルフクラブフェースを提供することにある。
【００２２】
さらに、本発明の目的は、大きい内部負荷が予測される区域においては厚い領域を有し、小さい内部負荷が予測される区域においては薄くなるように、また、最も薄い領域は最も厚い領域に漸進的に隣接し、最も厚い領域に向けて段階的に厚くしたような等高線形状形状とされたゴルフクラブフェースを提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、衝撃による変形に耐え得る構造的剛性を有するクラブフェースとその設計方法を提供することにある。
本発明のさらなる他の目的は、衝撃による応力（ボールの衝撃のような応力）を全体的に低くし、使用の開始時から長期間にわたり損傷の生じない底重心のゴルフクラブフェースとその設計の方法を提供することにある。
【００２４】
本発明の他の目的は、図面に基づいた以下の記載を考慮することにより明らかとされるであろう。
【００２５】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の好ましい実施例は等高線形状に形成されたゴルフクラブフェースの背面を有し、その背面は、略同様な内部負荷を受けると予測されるフェースの領域は略同様の厚みを有するように、最も高い内部負荷を受けると予測される領域は最も厚くし、最も低い内部負荷を受けると予測される領域は最も薄くし、最も厚い領域は薄い領域に漸進的に隣接して等高線形状に形成し、そして、ボールの衝撃により等高線形状に形成されたフェースが受ける応力が、等高線形状に形成されないものと比べてより均等に分散されるように厚みが変えられた表面を有する。
【００２６】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に図示された好ましい実施例のゴルフクラブヘッド１は頂部壁４、底部壁６、トウ８、ヒール１０、及び打球面１２（図１（Ａ））及び打球面１２の反対側の等高線形状に形成された背面１４（図１（Ｂ））を有するフェースを有する。ここで示される図には、全てキャビティバックのアイアンタイプのゴルフクラブヘッドが示されているが、本発明は、例えば、ウッドタイプのゴルフクラブヘッドのように、他のタイプのゴルフクラブヘッドに等しく適用できるものとして理解されるべきである。
【００２７】
図１（Ａ）、図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示されるように、前側の打球表面１２はスコアライン（図１（Ａ））を含み、背面１４は等高線形状に形成され、好ましくは、厚さが変化する領域２ａ−２ｆを有している。背面１４は、以下に示し、図４（Ａ）に模擬的に示す例のように、記章、ロゴ、メダルを収容するための領域１８を選択的に含むようにすることができる。
【００２８】
好ましい実施例においては、例えば、中級からハイーハンデキャップゴルファー（即ち、トウ、ヒール及び中心を多数ヒットするゴルファー）により期待される模擬的に示したボールのインパクト跡３と共に模範的なアイアンタイプのゴルフクラブヘッドのクラブフェース１を示す。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の跡３におけるボールの多数の衝撃を受けた時のゴルフクラブフェース１が経験するコンピュータによる計算された内部負荷（即ち、曲げモーメント、剪断力、圧縮力）に基づくゴルフクラブフェース１の背面１４に現れる厚さの分布を示す。それらに示されたものとは別の位置での１のボールの衝撃跡又は多数の衝撃跡を使用して同様の計算ができることを留意すべきである。
【００２９】
図１（Ｂ）−図１（Ｅ）に示すように；領域２ｆは、跡３（図１（Ａ）に示される）においてボールの衝撃による最大の内部負荷を受けると予想されるため、最も厚く、領域２ａは、同じボールの衝撃による内部負荷が最も低くなると予想されるため最も薄く、領域２ｂ，２ｃ，２ｄ及び２ｅは、同じボールの衝撃から２つの２ａの領域から２ｆの間で現れる内部負荷が徐々に増加することが予想されるため、厚みが徐々に増加している。したがって、等高線形状に形成された背面１４は、好ましくは、クラブフェースが、ほぼ、トウに近いフェース／頂部壁交差領域及びヒールに近いフェース／頂部壁交差領域において薄く、領域２ａ−２ｆの厚さは、図１（Ａ）の跡３における複数のボールの衝撃により領域２ａ−２ｆに現れる内部負荷に対応している。領域２ａ−２ｆの厚さは、クラブヘッド１が最初の解析で使用された跡３に近いか、又は近似している位置でクラブヘッドがボールを打つ時、フェースをよぎって均等に応力が分散する結果をもたらす。
【００３０】
ここに示され、記載される本発明の実施例は、ほぼ同様の大きさの内部負荷が現れると予想される領域をまとめて各領域を形成しているものであるが、当業者であれば、本発明を用いて示されているものより、多い（又は少ない）領域が画定され得ることが留意されるべきである。
等高線形状に形成された領域２ａ−２ｆは、図３に示されるおおよその垂直の堅固領域２０と水平の堅固領域２２に沿っており、これらは上下を逆に変形した”Ｔ”の形状を近似的に背面に与えている（例として、”Ｔ”の横棒はフェース／底部壁交差領域に沿って配置され、”Ｔ”の縦棒は中央垂直軸に沿って配置される）。水平の横方向補剛領域２２は、好ましくは、背面１４のフェース／底部壁交差領域に沿った軸に沿って略位置し、好ましくは、クラブヘッド１のトウとヒールの方向に向けて薄くなる所定の厚みを有している。垂直方向の補剛領域２０は、略、背面１４の中央垂直軸に沿って位置し、頂部壁４に近いフェース／頂部壁交差領域に向けて薄くなるような所定の厚みを有している。
【００３１】
水平の補剛領域２２と垂直の補剛領域２０は、好ましくは、略、水平の補剛領域２２と垂直の補剛領域２０の交差部で最も厚い領域２ｆを画成し（即ち、中央垂直軸とフェース／底部壁交差領域の交差部に略位置する領域）、トウ８に近いフェース／頂部壁交差領域及びヒール１０に近いフェース／頂部壁交差領域において最も薄い領域２ａ，２ｂ，２ｃ（図１（Ｂ），１（Ｅ）参照）を画成する。
【００３２】
図３に示されるように、垂直の補剛領域２０は、好ましくは、略、背面１４の中央垂直軸に沿って位置し、図１（Ｄ）に示されるように、所定の好ましい厚みＴを有し、所定の好ましい厚みＴ’へ段階的に増加し（即ち、厚くされ）、そして、他の好ましい厚みＴ”に厚くされている。また、図３に示されるように、水平補剛領域２２は、好ましくは、フェース／底部交差領域の近傍の背面１４に沿って位置し、図１（Ｃ）に示されるものと同様に、水平補剛領域２２の端部（即ち、トウ及びヒール領域）に向けて段階的に薄くされる。
【００３３】
上述したように、また、図１（Ｂ），図１（Ｄ）に示されるように、水平補剛領域２２と垂直補剛領域２０は、それらの交差部において最も厚い領域２ｆを、また薄い領域２ａ，２ｂ，２ｃ（即ち、略、トウ８に近いフェース／頂部壁交差領域及びヒール１０に近いフェース／頂部壁交差領域）において最も薄い領域を画成している。また、同様に、前述した如く、また、図１（Ｂ）−図１（Ｅ）に示されるように、最も厚い領域２ｆは、好ましくは、最も薄い領域２ａ，２ｂ及び２ｃに徐々に段階的に薄くされた薄い領域２ｅ及び２ｄに漸進的に隣接し、これによって、等高線形状の表面を与えている。領域２ａ−２ｆは厚みが段階的に変化しており、上述したように、ステップ（段）の縁は、一般的には、ひび割れの可能性を生じる応力集中をつくるため、本発明は、段の縁（即ち、各領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｅ，２ｆの間の境界）で外力（即ち、ボールの衝撃）に基づく予測される内部負荷に耐えるに十分の厚さの部材を組み込み、その応力に耐えうるようにすることによりそのようなひび割れを補償するが好ましい。
【００３４】
スチールにより作られるクラブフェースの図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示される実施例の領域２ａ−２ｆの模範的例の厚さを示す。：領域２ａは近似的に約０．０７インチ、領域２ｂは近似的に約０．０８インチ、領域２ｃは近似的に約０．０９インチ、領域２ｅは近似的に約０．１０インチ、領域２ｄは近似的に約０．１２インチ、領域２ｆは近似的に約０．１４インチである。このようなゴルフクラブフェースの模範的に示す幅と高さは、クラブフェースの中央の水平軸に沿って測った幅は約３．０インチから４．０インチの間、クラブフェースの中央の垂直軸に沿って測った高さは約１．５インチから２．０インチの間である。しかしながら、同様の構造的一貫性と操作性をクラブフェースに与えるために、クラブフェースの厚さと大きさは、使用される材料（例えば、金属、合金等）と物理的特性、希望するクラブフェースの特定の形状やサイズにより模範的に示した値と異なることは当業者が理解できるところであろう。
【００３５】
他の好ましい実施例において、図２（Ａ）は、ロウハンデキャップゴルファー（即ち、殆どのショットを中心で打つことが予測されるゴルファー）により期待される模擬的に示したインパクト跡３と共にアイアンクラブヘッドの模範的はクラブフェース１を示す。図２（Ｂ）は、跡３（図２（Ａ））におけるボールの衝撃力が多数作用して場合におけるゴルフクラブフェース１に現れるコンピュータにより計算した内部負荷（即ち、曲げモーメント、剪断応力、圧縮力）に基づいたゴルフクラブフェース１の背面１４の厚みの分布を表す。前述したように、それらに示されたものと異なるボールの１つあるいは多数のインパクト跡を用いることにより同様の計算は可能である。
【００３６】
上記に説明した実施例及び図２（Ｂ）−図２（Ｅ）に示されるように、この第２の実施例の領域２ｆは、跡３における多数回のボールのインパクトによる最大の内部負荷が現れると予想されるため、最も厚くされ、領域２ａ及び２ｂ最も低い内部負荷が現れると予想されるため、最も薄くされ、領域２ｃ、２ｄ及び２ｅは、それぞれ、２ａと２ｂの間から２ｆにかけて徐々に増加する内部負荷が予想されるため、それぞれ、徐々に厚みが増加している。
【００３７】
上記及び図１（Ａ）−図１（Ｅ）の第１の実施例に示したように、この第２の実施例（図２（Ｂ）−図２（Ｅ）示される）の等高線形状の背面１４は、好ましくは、複数の厚さの異なる領域２ａ−２ｆを有し、これらの厚さは、ボールのインパクト跡３（図２（Ａ）に示される）に基づく各領域２ａ−２ｆに現れると予測される内部応力の大きさに徐々に対応している。この第２の実施例は、クラブフェースが中央水平軸に沿ってトウ８に近いところとヒール１０に近いところで略薄くなるように設計されている。等高線形状領域２ａ−２ｆは、前述したように、垂直の補剛領域２０と水平の補剛領域２２に沿って位置している。しかしながら、図２（Ｄ）に示されるように本実施例の垂直補剛領域２０は中央において所定の厚みを有し、頂部壁４に近いフェース／頂部壁交差領域に向けて厚くされ、また更に、底部壁６に近いフェース／底部壁交差領域に向けて厚くされている。前述の実施例のように、本実施例の水平補剛領域２２と垂直補剛領域２０は、好ましくは、水平補剛領域２２と垂直補剛領域２０の交差部において最も厚い領域２ｆ（即ち、略、中央垂直軸とフェース／底部壁交差領域の交差部に位置する領域）を画成している。しかしながら、本実施例においては、最も薄い領域２ａ，２ｂ，及び２ｃ（図２（Ｂ）参照）は中央の水平軸に沿ってトウ８に近いところとヒール１０に近いところに存在している（前述の実施例のフェース／頂部壁交差領域に沿ったものとは反対に）。
【００３８】
第２の実施例においては、略、垂直補剛領域２０は実質的に背面１４の中央垂直軸に沿って位置し、また図２（Ｄ）に示されるように、中央で所定の厚みＴを有し、頂部壁４に向けて所定の好ましい厚みＴ’に段階的に増加し（即ち、厚くなり）、底部壁６に向けて所定の好ましい厚みＴ’，Ｔ”に厚くなるよにされている。水平補剛領域２２は、好ましくは、第１の実施例と同様である（即ち、トウとヒールの領域に向けて段階的に厚みが減少する）。
【００３９】
上述したように、また、図２（Ｂ）−図２（Ｅ）に示したように、水平補剛領域２２はと垂直補剛領域２０は、好ましくは、それらの交差部で最も厚い領域２ｆと、最も薄い領域２ａ、２ｂ及び２ｃを画成する（即ち、中央水平軸に沿ったトウ８又はそれに近いところ、及び中央水平軸に沿ったヒール１０に又はそれに近いところ）。図２（Ｂ）に示されるように、最も厚い領域２ｅ及び２ｆは、好ましくは、最も薄い領域２ａ、２ｂ及び２ｃに向けて徐々に段階的に厚さが減少する薄い領域２ｄに漸進的に隣接しており、これにより、等高線形状を形成している。
【００４０】
領域２ａ−２ｆは厚みが段階的に変化し、上述したように、段状の縁は、一般的にひび割れを起こす応力集中をつくり出すこととなるため、本発明では、段の縁において予想される内部応力に耐得る十分に厚い材料を組み込むことによりこのようなひび割れのための償いをなし、これによりそれらの縁（即ち、各領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ間の境界）における負荷が耐え得るものとされるようにすることが望ましい。
【００４１】
スチールで造られた図２（Ａ），図２（Ｂ）に示されたクラブフェースの実施例の模範的な特定の厚さは、好ましくは、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示された実施例のもの近似している。上述の前の実施例のように、この実施例の領域２ａ−２ｆの厚さは、当初の解析に使用された跡３の位置あるいはそれに近い位置でクラブヘッド１がボールにインパクトしたとき、比較的に応力をより均等に分散させる結果をもたらす。
【００４２】
上述のように、また、図４（Ａ）−図６（Ｃ）に示すように、本発明の他の実施例は前述の内部負荷に応じた厚みを有し、更に、美観の目的に、厚みを増すために追加的な材料を含む。
図５（Ａ）−図６（Ｃ）に示されるように、第３の実施例の背面１４は等高線形状が形成され、各領域１６ａ−１６ｈに現れると予測される内部応力に略対応して厚さを変化させ他領域１６ａ−１６ｈを有する。背面１４は、図４（Ａ）に模擬的に示されるような、記章、ロゴ又はメダルを収容する領域１８を選択的に含むことがきる。
【００４３】
この第３の実施例の等高線形状が形成された背面１４は、好ましくは、フェース／頂部壁交差領域のトウ８に近い部分及びフェース／頂部壁交差領域のヒール１０に近い部分において略薄くなるように厚みの変化を画成する複数の領域１６ａ−１６ｈを有している。等高線形状が形成されている領域１６ａ−１６ｈは、図３に示すように、略、垂直の補剛領域２０と水平の補剛領域２２に沿っており、それらは、上下に変形された”Ｔ”状の形状を背面１４に与えている（例えば、”Ｔ”の横棒はフェース／底部壁交差領域に位置し、”Ｔ”の縦棒は中央の垂直軸に沿って位置する）。
【００４４】
垂直の補剛領域２０は、好ましくは、略、背面１４の中央垂直軸に沿って位置し、頂部壁４に近いフェース／頂部壁交差領域に向けて薄くなる所定の好ましい厚みを有している。したがって、水平補剛領域２２と垂直補剛領域２０は、好ましくは、水平補剛領域２２と垂直補剛領域２０の略交差部で最も厚い領域１６ｈ（図４（Ａ）−図４（Ｂ）参照）を画成し（即ち、垂直中央軸とフェース／底部壁交差領域との交差部に、略、位置する領域）、フェース／頂部領域のトウ８に近い部分及びフェース／頂部領域のヒール１０に近い部分における最も薄い領域１６ａ，１６ｂ及び１６ｃを画成する（図４（Ａ）−図４（Ｂ）参照）。
【００４５】
最も厚い領域１６ｈは、好ましくは、最も薄い領域１６ａ，１６ｂ及び１６ｃに徐々に段階的に薄くなる薄い領域１６ｄ，１６ｅ及び１６ｇに漸進的に隣接し、これにより等高線形状の表面を与えている。
図３に示したように、垂直補剛領域２０は、好ましくは、略、背面１４の中央垂直軸に沿って位置し、図５（Ｂ）に示したように、所定の厚さＴ’に段階的に増す（厚くなる）所定の好ましい厚さＴを持っている。また、図３に示すように、水平補剛領域２２は、好ましくは、略、背面１４のフェース／底部壁交差領域に沿って位置し、図６（Ｃ）に示されるように、水平補剛領域２２の両端に向けて厚さｔ₁、ｔ₂に減少する（薄くなる）所定の厚さｔを持っている。
【００４６】
上述したように、また、図４（Ａ）、図５（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、水平補剛領域２２と垂直補剛領域２０とは、好ましくは、それらの交差部においても最も厚い領域１６ｈと、最も薄い領域１６ａ−１６ｂ（即ち、フェース／頂部領域のトウ８に近い部分）及び１６ｃ（フェース／頂部領域のヒール１０に近い部分）を画成する。また、上述したように、また、図４（Ａ）−図６（Ｃ）に示されるように、最も厚い領域１６ｈは、好ましくは、最も薄い領域１６ａ，１６ｂ及び１６ｃに徐々に段階的に薄くなる薄い領域１６ｄ−１６ｇに漸進的に隣接し、これにより等高線形状の表面を与えている。領域１６ａ−１６ｈは厚みが段階的に変化し、上述したように、段状の縁は、一般的にひび割れを起こす応力集中をつくり出すこととなるため、本発明では、段の縁において予想される内部応力に耐得る十分に厚い材料を組み込むことによりこのようなひび割れのための償いをなし、これによりそれらの縁（即ち、各領域１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ，１６ｇ及び１６ｈ間の境界）における負荷が耐え得るものとされるようにすることが望ましい。
【００４７】
スチールにより作られるクラブフェースの図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示される実施例の領域１６ａ−１６ｈの模範的例の厚さを示すと；（１）領域１６ａは約０．０７インチ；（２）領域１６ｂ及び１６ｃは約０．０９インチ；（３）領域１６ｄは約０．１１インチ；（４）領域１６ｅは約０．１２インチ；（５）領域１６ｆ及び１６ｇは約０．１３インチ；（６）領域１６ｈは約０．１４インチである。このように、示された実施例は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示された好ましい実施例の厚さの最小の厚さに合致するが、美観の目的でそれらの厚さを増やしている。ゴルフクラブフェースの模範的に示す幅と高さは、クラブフェースの中央の水平軸に沿って測った幅は約３．０インチから４．０インチの間、クラブフェースの中央の垂直軸に沿って測った高さは約１．５インチから２．０インチの間である。しかしながら、同様の構造的保存性と操作性をクラブフェースに与えるために、クラブフェースの厚さと大きさは、使用される材料（例えば、金属、合金等）と物理的特性、希望するクラブフェースの特定の形状やサイズにより模範的に示した値と異なることは当業者が理解できるところであろう。
【００４８】
模範的に示した本発明の実施例は、与えられたサイズで、重量を減らし、強度を増した構造的に効果的なゴルフクラブフェースを提供する。本発明のクラブフェースの設計は均一な厚みを有する同様に強いクラブフェース（前述した）に比べ、きわめてフェース重量を低くすることができ、したがって、（フェースからクラブヘッドの他の領域に重量を配分することにより）操作性を高めたクラブとすることができる。
【００４９】
本発明のクラブフェースの設計は、前述したようなフェースの背面にリブを組み込んだクラブフェースよりもより均一なフェースの補剛領域を持つ。
更に、本発明のクラブフェースの設計は、従来の設計よりもより構造的に効果的であり、したがって、通常の構造的欠陥や、例えば、鋳造、溶接及び／又は収縮のような製造に伴う傷の発生を除くことができる。さらに、本発明のクラブフェースの設計は、与えられるボールの衝撃に対して構造的弾性を増加し、これにより、その設計の結果として、（１）特に、スコアラインのいかなる領域においても、打球中心における打球面において、（２）打球中心のクラブフェースの背面において、（３）それぞれ、打球中心の直上、又は直下のフェース／頂部壁及びフェース／底部壁の交差部において、与えられる負荷に対してより耐えることができる。
【００５０】
本発明によるクラブフェースの設計は、更に、大きな面積にわたり、より均等にフェースの補剛さを与え、それにより、中心を外れて打った場合でも、あたかも、中心（即ち、最適の飛距離と弾道を与えるスウィートスポット又はスウィートスポット領域）で打ったときのように、より均一な補剛なフェースを体験することができ、また、クラブフェースに構造的な決定的な悪影響を与えない。
【００５１】
本発明の等高線形状に形成されたフェースの設計は、下記によって決まる、一連の模擬された異なるボールの衝撃に対する提案されたヘッドの幾何学的形体のコンピュータによる詳細な構造的解析を先ず行うことにより達成される。：（１）中心のヒットに対して、内部負荷は、中心領域及びフェース／底部壁とフェース／頂部壁の境界領域で最大で、トウとヒール領域では最小となる；（２）ミスヒット（即ち、中心領域を外れたヒット）に対して、内部負荷は打球中心及びフェース／頂部壁交差領域及びフェース／底部壁交差領域のおける打球中心の直上及び直下で最も高くなる；（３）有効なフェースの堅さはフェース幅の減少による中心外れと堅い境界の縁を著しく減少させる（即ち、中心を外れてヒットすると、著しい堅さの変化が生じる）；（４）ほとんど全てのヒットに対して、内部負荷が低い領域が存在し、したがって、そのような領域から、フェースの構造的保存性に影響を与えることなく材料（重量）を除去することができる。これらの研究の結果は、ウッドタイプクラブヘッドとキャビティバックのアイアンタイプのクラブヘッドに適用できる。
【００５２】
これらの結果に基づいて、また、上述したように、本発明のクラブフェース１は、内部負荷が底部壁領域に安全に分散するようにフェース／底部壁交差領域（例えば、図４（Ａ）の１６ｈ）において幅が広くなるようにして、クラブフェース１の中央垂直軸に略沿った中央領域の下の比較的厚い中央の垂直補剛領域２０（図３に示される）を持つように設計される。垂直補剛領域の厚さＴ及びＴ（図５（Ｂ）に示される）は、その領域に現れる内部負荷が材料の耐えられる最大値より低くなるように調整された。
【００５３】
また前述のように、このクラブフェースは背面のフェース／底部壁交差領域の近傍の水平軸に沿った水平補剛領域２２（図３に示される）を持つように、また、クラブヘッド１のトウとヒール領域に向けて減少した厚さｔ₁，ｔ₂（図６（Ｃ）に図示）に段階的に減少する（即ち、薄くなる）好ましい所定の厚みｔを持つように設計されている。これらの水平補剛領域に沿った厚みは、その領域に現れることが予測される内部負荷が材料が耐えられる最大の値より低くなるように調整される。
【００５４】
本発明の実施例は以上のとおり図示され説明されきたが、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形は可能であり、また、このような全ての変形と均等のものはカバーされるものである。例えば、我々の設計において、好ましい補剛領域はクラブフェースの垂直及び水平軸に対応するように示されている。しかしながら、このような補剛領域の同等のものは、そのような軸に対応するものとは別のパターン（例えば、補剛領域は垂直及び水平軸から外れたパターンで、又は、補剛領域が概略直交するものでないパターンで、あるいは２又は３の主補剛領域が存在するようなパターンで）に基づくようにすることができる。
【００５５】
さらなる例として、たとえ、ここでは好ましいものとして説明されたものより異なる等高線形状のものとなる結果となるものであっても、与えられた外力に基づいて等高線形状が形成されるフェースを設計するための均等な方法もあり得る。このような外力は、例えば、予想されたもの、又は既に知られたものと異なるもの、あるいは、ボールの複数のインパクトあるいは１のインパクトにより得られ、あるいは選択されたものが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、アイアンタイプのゴルフクラブヘッドの代表的なフェースを、中級からハイーハンデキャップのゴルファー（即ち、トウ、ヒール、及び中心を打つ数が予想されるゴルファー）によって予想される模擬的なインパクト跡と共に示す図である。
（Ｂ）は、コンピュータにより計算された図１（Ａ）に示された跡におけるボールの衝撃力にさらされたときのゴルフクラブフェースが経験する内部負荷レベルに基づいて得えられた、図１（Ａ）に示された代表的なゴルフクラブフェースの背面キャビティに現れる好ましい厚みの分布を、キャビティのアンダーカット部分を模擬的に示した背面の部分と共に示す。
（Ｃ）は、図１（Ｂ）の１Ｃ−１Ｃ線によって示される中央水平軸に沿って見たゴルフクラブフェースの断面図である。
（Ｄ）は、図１（Ｂ）の１Ｄ−１Ｄ線に示される中央垂直軸に沿って見たゴルフクラブフェースの断面図である。
（Ｅ）は、図１（Ｂ）の１Ｅ−１Ｅ線に示される高い水平軸に沿って見たゴルフクラブフェースの断面図である。
【図２】（Ａ）は、アイアンタイプのゴルフクラブヘッドの代表的フェースをロウハンデキャップのゴルファー（即ち、殆どのショットを中心で打つことが期待できるゴルファー）により期待されるボールのインパクト跡と共に示す図である。
（Ｂ）は、コンピュータにより計算された図２（Ａ）に示された跡におけるボールの衝撃力にさらされたときのゴルフクラブフェースが経験する内部負荷レベルに基づいて得えられた、図２（Ａ）に示された代表的なゴルフクラブフェースの背面キャビティに現れる好ましい厚みの分布を、キャビティのアンダーカット部分を模擬的に示した背面の部分と共に示す。
（Ｃ）は、図２（Ｂ）の２Ｃ−２Ｃ線によって示される中央水平軸に沿って見た図２（Ｂ）のゴルフクラブフェースの断面図である。
（Ｄは、図２（Ｂ）の２Ｄ−２Ｄ線に示される中央垂直軸に沿って見た図２（Ｂ）のゴルフクラブフェースの断面図である。
（Ｅ）は、図２（Ｂ）の２Ｃ−２Ｃ線によって示される高い水平軸に沿って見た図２（Ｂ）のゴルフクラブフェースの断面図である。
【図３】垂直及び水平の補剛にされた領域の輪郭を概略的に示す本発明の好ましい実施例のアイアンタイプのゴルフクラブフェースの背面を示す図である。
【図４】（Ａ）は、アイアンタイプのゴルフクラブヘッドの背面キャビティに本発明によるゴルフクラブフェースを組み込んだ背面を、キャビティのアンダーカット部分を模擬的に示した背面の部分と共に示す図である。
（Ｂ）は、ゴルフクラブヘッドを除いた本発明のゴルフクラブフェースの背面を示す図である。
【図５】（Ａ）は、図４（Ａ）の本発明のゴルフクラブフェースの５Ａ−５Ａ線に沿って見た断面図である。
（Ｂ）は、図４（Ａ）の本発明のゴルフクラブフェースの５Ａ−５Ａ線に沿って見た垂直中央軸に近い補剛にされた垂直領域の断面図である。
【図６】（Ａ）は、図４（Ａ）の本発明のゴルフクラブフェースの６Ａ−６Ａに示される高い水平軸より見た断面図である。
（Ｂ）は、図４（Ａ）の本発明のゴルフクラブフェースの６Ｂ−６Ｂに示される中央水平軸より見た断面図である。
（Ｃ）は、図４（Ａ）の本発明のゴルフクラブフェースの６Ｃ−６Ｃに示される低い水平軸より見た補剛にされた水平領域の断面図である。
【符号の説明】
１クラブフェース
３ボールインパクト跡
４頂部壁
６底部壁
８トウ
１０ヒール
１２打球面
１４背面
２０垂直補剛領域
２２水平補剛領域

Claims

フェース、頂部壁、底部壁、及び背面を有するアイアンゴルフクラブフェースであって、ゴルフボールとの衝撃により生ずる力がフェースの打球表面の所定の位置に対して加えられた時、各領域が受けると予測される曲げモーメントの大きさに従ってフェースの背面の各領域に厚みが割当てられ、
前記フェースの背面は、より高い曲げモーメントを受けることが予測されるフェースの領域により厚い厚さが割当てられ、より小さい曲げモーメントを受けることが予測されるフェースの領域により小さい厚さが割当てられ、前記厚さは、丸味のある丘若しくは谷の形状で徐々に増加又は減少して変化し、予測される曲げモーメントが同じ領域は同じ厚さとされる、
アイアンゴルフラブフェース。
フェースの中央垂直軸に沿う領域及びフェース/底部交差領域に沿う領域に厚みを増した領域を有し、前記中央軸に沿う領域は底部からに向けて厚さが徐々に減少し、フェース/底部交差領域に沿う領域は中央部からヒールとトウに向けて厚さが徐々に減少し、
フェース/頂部交差領域のトウに近い領域及びフェース/頂部交差領域のヒールに近い領域を薄くした請求項１に記載のアイアンゴルフラブフェース。