JP4525092B2 - ゴルフクラブシャフトの剛性分布に対するゴルフスウィングの感度の評価方法およびゴルフスウィングの感度の評価装置 - Google Patents
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FRPシャフトに用いられるこの補強層は、ゴルフクラブシャフトを部分的に補強することができるため、ゴルフクラブシャフト全体の曲げ剛性であるフレックスに加えてゴルフクラブシャフトの部分的な曲げ剛性を自由に変えることが可能である。このため、ゴルフクラブシャフトの曲げ剛性分布も種々変更可能であり、例えば、先調子や元調子等のキックポイントの位置を変えたゴルフクラブシャフトを自由に設計でき、特性の異なるゴルフクラブシャフトを種々設計することができる。
また、ゴルフクラブを購入しようとするゴルファが多数のゴルフクラブを試打する必要があり、試打したゴルフクラブの範囲内からしかゴルフクラブを選択することができないといった不都合もある。
この選定装置では、スウィング時間とゴルフクラブシャフトの最適振動数との対応関係を関数で予め定めておき、これを利用してゴルフスウィングにおいて最もタイミングのとり易い、あるいは打ち易いとゴルファが感じるフレックスのゴルフクラブシャフトを選定している。
このように、ゴルフクラブにおけるゴルフクラブシャフトのキックポイントは、ゴルフスウィングにおけるゴルフクラブの挙動の特性値を特徴づける重要な要素となっている。
これによりゴルファ毎のスウィングにおいてゴルフクラブシャフトのどの部分の曲げ剛性がヘッドスピードなどのゴルフクラブの所望の特性値にどの程度影響しているかを知ることが可能となる。
次に、複数のパラメータ変更領域のうち、1つの剛性の値を変更して生成された変更後のゴルフクラブモデル(以降、変更ゴルフクラブモデルとする)について、基準ゴルフクラブモデルの場合と同様に、ゴルフスウィングにおける変更ゴルフクラブモデルが再現するゴルフクラブまたはこのゴルフクラブによってインパクトが与えられて飛翔されるゴルフボールの所望の特性値を求める。
装置1は、このゴルフスウィングにおけるゴルフクラブの特性値とゴルフクラブシャフトの各評価領域における剛性の値との関係から、ゴルフクラブシャフトの各評価領域の剛性の値に対するスウィング特性値の感度を評価する装置である。
なお、ここでいう剛性の値とは、ゴルフクラブシャフトの曲げ剛性および捩り剛性の少なくともいずれか一方を指す。
上述のように、ゴルフクラブシャフトの曲げ剛性とはゴルフクラブシャフトの撓りにくさを表す数値であり、ゴルフクラブシャフト全体の曲げ剛性の値はフレックスとよばれ、ゴルフスウィングにおいてインパクト時のヘッドスピードやインパクト時のフェース面の向き(特に動的ロフト角)に影響することが知られている。また、ゴルフクラブシャフトの捩り剛性とはゴルフクラブシャフトの捩れにくさを表す数値であり、ゴルフクラブシャフト全体の捩り剛性の値はトルクとよばれ、ゴルフスウィングにおいてインパクト時のフェース面の向き(特にフェースの開き具合)に影響することが知られている。曲げ剛性の値および捩り剛性の値については後に詳述する。
また、モデル生成部14は、基準ゴルフクラブモデルのシャフトモデルの各評価領域に対応するパラメータ変更領域の剛性の値を変数とし、割り付けられた剛性の値が制御部12から供給されると、モデル生成部14はこの値に応じて基準ゴルフクラブを変更し、解析可能な有限要素モデルである変更ゴルフクラブモデル、およびボールモデルを生成する。
したがって、有限要素モデルの生成とは、各節点を表した番号と対応づけられた節点の座標値と、各有限要素の形状を表す上記節点の番号の組と、材料定数の数値データとが一つのファイルとしてメモリ5に記憶されることをいう。
図2(a)に示すゴルフクラブ30のゴルフクラブシャフト32は長さ方向に区分けされて図2(a)に示すように12個の評価領域1〜12A1〜A12が設定されている。
図2(b)に示すシャフトモデル42は、ゴルフクラブ30の評価領域A1〜A12のそれぞれに対応するパラメータ変更領域P1〜P12が設定されている。パラメータ変更領域P1〜P12はそれぞれ1つの要素からなり、各要素は梁要素のモデルで離散化された有限要素モデルであって、各要素の梁要素のモデルは断面積が一定の真直梁モデルである。
高精度にゴルフスウィングにおけるゴルフクラブの挙動を算出したい場合は、クラブヘッドモデルは、六面体ソリッド要素からなる基準となるゴルフクラブの形状および材料定数を忠実に再現するモデルであることが好ましい。
本発明におけるゴルフボールモデルの形状は簡略化された略球形状のモデルに限定されず、より高精度に解析するには、ディンプルを有する通常のゴルフボールに即した表面形状を有するモデルを用いてもよい。
ここで、ゴルフスウィングを再現するための境界条件は、予めメモリ5にゴルフスウィングの時系列データのファイルが記録されており、図示されない操作系によってゴルフスウィングの時系列データのファイルが呼び出されてゴルフクラブモデル(基準ゴルフクラブモデル40または変更ゴルフクラブモデル)の挙動が算出される。
この時系列データの内、所望の時系列データが呼び出されて、スウィング解析演算部16においてグリップモデル46に付与する境界条件として用いられる。
求められたスウィング特性値は、メモリ5に記憶された後、評価部20に供給される。
上述のようにスウィング解析演算部16および特性値算出部18は、算出手段として機能する。
ここで作成された評価結果であるグラフおよび感度マップ図はモニタ8に出力表示される。
本発明において、評価結果であるグラフおよび感度マップ図はモニタに出力表示されることに限定されず、例えば、プリンタによって出力することで所定の紙面に表示してもよく、グラフや感度マップ等を出力する出力媒体は限定されない。
図5は、本発明の第1の実施形態である複数の評価領域に区分けされたゴルフクラブシャフトの各評価領域の曲げ剛性に対する、スウィング特性値の感度の評価方法の流れを示すフロー図である。
ゴルフスウィングの計測は、レシーバ50bがグリップ部36に固定されたゴルフクラブ30をゴルファが把持してゴルフスウィングを行い、この時トランスミッタ50aによって形成される磁場をレシーバ50bが感知しながらコントローラ50cに出力電圧を送る。
具体的には、例えば、ゴルフクラブ30のクラブシャフト32が、炭素繊維やガラス繊維等の補強繊維をマトリクス層に配した補強層をマンドレルに巻き付けた繊維強化プラスティック製(FRP)シャフトである場合、補強層を巻きつけるマンドレルの材料、マンドレルの形状、補強層をマンドレルに巻きつける巻き付け位置、巻きつけ枚数、補強層の補強繊維の配向角度または補強層における補強繊維やマトリクス層の種類を定める。また、金属製シャフトの場合は、シャフトの材料定数、形状等を設定する(ステップS102)。
また、本発明では、ゴルフクラブシャフトの長さ方向における曲げ剛性分布に対して、ゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度を評価することに限定されず、この第1の実施形態と同様な評価方法によって、ゴルフクラブシャフトの長さ方向における捩り剛性分布に対し、ゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度を評価してもよい。この場合、補強層における補強繊維やマトリクス層の各種力学物性値等から、所定のゴルフクラブの各評価領域における基準案の設計パラメータの値から、剪断弾性係数および断面2次極モーメントを算出して基準捩り剛性値GIp(剪断弾性係数×断面2次極モーメント)を算出しておけばよい。
モデルが生成され完成するとは、シャフトモデル42の要素の形状を規定する座標値と、グリップモデル46の要素の形状を規定する座標値と、これらの要素の材料定数と、ヘッドモデル44の要素の形状を規定する座標値と、これらの要素の材料定数の情報とが1つのファイルに書き込まれてファイルが生成されることをいう。
本実施形態では、基準案となる所定のゴルフクラブ30を基にこれを再現する基準ゴルフクラブモデル40を生成しているが、本発明において基準ゴルフクラブモデル40は、各パラメータ変更領域毎に基準となる曲げ剛性の値が設定された解析可能なゴルフクラブモデルであれば、実在する所定のゴルフクラブを再現するモデルである必要はない。
すなわち、スウィング解析演算部16において、ステップS106で設定された境界条件が基準ゴルフクラブモデル40に付与されてスウィング演算が行われ、基準ゴルフクラブモデル40の挙動が算出される。図6(a)および(b)には、スウィング演算の結果であるゴルフスウィング時のクラブモデル40の変形挙動の一例を示している。図6(a)および(b)は、それぞれ同一の曲げ剛性分布をもつゴルフクラブ30を把持してゴルフスウィングを行った際のゴルフクラブ30の挙動を再現した図である。図6(a)は、ゴルファNによるゴルフスウィングにおけるゴルフクラブグリップ部の挙動を境界条件として与えてスウィング演算を行った結果を示す図である。また、図6(b)は、ゴルファKによるゴルフスウィングにおけるゴルフクラブグリップ部の挙動を境界条件として与えてスウィング演算を行った結果を示す図である。
ゴルファ毎に、ゴルフクラブシャフトの部分的な曲げ剛性の値(曲げ剛性分布)や捩り剛性の値(捩り剛性分布)とゴルフスウィングにおけるゴルフクラブの所望の特性の関係を評価して把握することは、ゴルファ毎のスウィングの特徴を把握したり、スウィングを行ったゴルファ自身に最適なゴルフクラブシャフトを探索する上で重要である。
また、本発明において第1の実施形態と同様の方法によって、ゴルフクラブシャフトの長さ方向における捩り剛性分布に対してゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度を評価する場合、各パラメータ変更領域における捩り剛性の値は、割り付けられた捩り剛性の値に応じて各要素の材料定数である剪断弾性係数の値が変更されることで捩り剛性の値を設定すればよい。
例えば、基準ゴルフクラブモデル40のパラメータ変更領域P1の曲げ剛性の値が変更されているケースでは、パラメータ変更領域P1以外の曲げ剛性の値は基準ゴルフクラブモデル40における曲げ剛性の値となっている。このように、全てのケースにおいて、変更されているパラメータ変更領域以外の曲げ剛性の値は基準ゴルフクラブモデル40における曲げ剛性の値となっている。本実施形態では、基準ゴルフクラブモデル40の全てのパラメータ変更領域において所定の範囲内で曲げ剛性の値が種々変更されるよう複数のケースが設定され、ケース番号毎に割り付けられた値がモデル生成部14に供給される。この割り付けは制御部12において行われる。
具体的にはシャフトモデル42において、制御部12から供給された曲げ剛性の値に応じ、シャフトモデル42の各要素の真直梁モデルのヤング率の値が変更されることで各ケースに応じた変更ゴルフクラブモデルが生成される。
すなわち、S104と同様に(基準ゴルフクラブモデル40の場合と同様)、スウィング解析演算部16において、ステップS106で設定された境界条件が変更ゴルフクラブモデルに付与されてスウィング演算が行われ、変更ゴルフクラブモデルの挙動が算出される。
こうして、全てのケースについてインパクトヘッドスピードが算出されるまで繰り返し行われる。このようにして算出された各ケース毎のインパクトヘッドスピードの値は装置1の評価部20へと送られる。
本発明の、ゴルフクラブシャフトの所定の剛性分布に対するゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度を評価する方法では、このように基準ゴルフクラブモデルについて特性値を算出した後に変更ゴルフクラブモデルの特性値を算出し、これらの特性値を比較することに限定されない。本発明では、基準ゴルフクラブモデルと種々の変更ゴルフクラブモデルについて特性値を算出し、基準ゴルフクラブモデルを把持してスウィングを行った際のゴルフクラブの所望の特性値と、種々の変更ゴルフクラブモデルを把持してスウィングを行った際のゴルフクラブの所望の特性値を比較できればよく、ゴルフクラブモデルが作成される順序や特性値を算出する順序はモデルの種類によって特に限定されない。
図8(a)〜(f)に示すグラフにおいて、横軸は各パラメータ変更領域毎の曲げ剛性変化量を示し、縦軸は、各パラメータ変更領域の曲げ剛性の値を変更して生成された変更ゴルフクラブモデルについてスウィングシミュレーション演算を行った際のヘッドスピードの値を示す。
図8(a)〜(c)のうち(a)に示す4本のグラフは、パラメータ変更領域P1〜P4において曲げ剛性の値を変化させた際のヘッドスピードの値を示すグラフである。同様に図8(b)に示す4本のグラフは、パラメータ変更領域P5〜P8において、曲げ剛性の値を変化させた際のヘッドスピードの値を示すグラフであり、図8(c)に示す4本のグラフはパラメータ変更領域P9〜P12において曲げ剛性の値を変化させた際のヘッドスピードの値を示すグラフである。
本発明によるゴルフスウィングの感度の評価方法によると、長さ方向に複数の評価領域が設定されたゴルフクラブシャフトの各評価領域の曲げ剛性変化量に対する、ゴルフクラブの特性値の変化の様子をこのようにグラフとして表して出力することで、ゴルファ毎のゴルフスウィングにおいてゴルフクラブシャフトのどの部分の曲げ剛性の値が重要であるかを把握することが出来る。
また、この感度マップ図は、各パラメータ変更領域を感度レベル毎に色分けして表示してもよく、各レベルを判別するためのパターンは特に限定されない。
このことは、一般的に言われているヘッドスピードの速いゴルファ(ゴルフスウィング)には、キックポイントがグリップ側にあるゴルフクラブシャフトが適しているといった事に対応している。
ゴルフクラブシャフトの曲げ剛性は、ヘッドスピードに加えてインパクト時のフェース面の動的ロフト角を特徴づけ、この動的ロフト角はボールの打ち出し角やバックスピン量等に影響することが知られている。上述の第1の実施形態において、ゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値をゴルフクラブヘッドのフェース面の向きとすることで、ゴルフクラブシャフトの長さ方向に複数の領域に分割されたゴルフクラブシャフトの各部分における剛性の変化量に対する動的ロフト角の向きの変化を知ることができ、ゴルフクラブシャフトのどの部分の曲げ剛性がゴルフクラブの打ち出し角やバックスピン量等に強く影響するかをゴルファ各人やゴルフ販売業者などが知ることが出来る。
ゴルフクラブシャフト全体の捩り剛性であるトルクは、インパクト時のフェース面の開き具合(トウ側の開き具合、ヒール側の閉じ具合)を特徴づけ、このフェースの開き具合は、ボールのサイド方向のスピン量であるサイドスピン量に影響することが知られている。ゴルフクラブシャフトの長さ方向における捩り剛性分布に対してゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度を評価することで、ゴルフクラブシャフトのどの部分の捩り剛性がゴルフクラブのサイドスピン量に強く影響するかをゴルファ各人やゴルフ販売業者などが知ることができる。
本発明で得られた、ゴルフクラブシャフトの長さ方向における曲げ剛性分布および捩り剛性分布の少なくとも一方の剛性分布に対するゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度の情報を用いることで、ゴルファ各人のゴルフスウィングにおけるゴルフクラブの所望の特性値を略最適化させるゴルフクラブの選定やゴルフクラブの設計を高い効率で精度良く行うことが可能である。
これにより、ゴルファそれぞれのゴルフスウィングにおいて、ゴルフクラブシャフトの領域のどの部分の剛性がゴルフボールの挙動に強く影響するかをゴルファ各人が知ることが出来る。このような情報を用いることで、ゴルファ各人のゴルフスウィングにおけるボールの挙動の所望の特性値を略最適化させるゴルフクラブの選定やゴルフクラブの設計を高い効率で精度良く行うことが可能である。
3 CPU
5 メモリ
8 モニタ
12 制御部
14 モデル生成部
16 スウィング演算部
18 特性値算出部
20 評価部
30 ゴルフクラブ
32 ゴルフクラブシャフト
34 ゴルフクラブヘッド
36 ゴルフクラブグリップ
40 ゴルフクラブモデル
42 ゴルフクラブシャフトモデル
44 ゴルフクラブヘッドモデル
46 ゴルフクラブグリップモデル
50 測定装置
54 コンピュータ
56 モニタ
60 ゴルフボール
70 ゴルフボールモデル
Claims (7)
- ゴルフクラブシャフトの長さ方向における、曲げ剛性分布および捩り剛性分布の少なくとも一方の剛性分布に対する、ゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度を評価する方法であって、
ゴルフクラブのゴルフクラブシャフトを長さ方向に複数の領域に区分けした際のそれぞれの領域毎の基準となる曲げ剛性および捩り剛性の少なくとも一方の剛性の値を設定し、設定された前記剛性の値に基づいた基準となるゴルフクラブモデルを生成するとともに、生成された前記基準となるゴルフクラブモデルに所定の境界条件を与えてゴルフスウィングの際のスウィング挙動をシミュレートして、前記基準となるゴルフクラブモデルが再現するゴルフクラブの前記特性値を求める第1の算出ステップと、
前記基準となるゴルフクラブモデルの前記複数の領域のうちの1つの領域の前記剛性の値を変更して生成される変更されたゴルフクラブモデルに前記所定の境界条件を与えて前記ゴルフスウィングの際のスウィング挙動をシミュレートして、前記変更されたゴルフクラブモデルが再現するゴルフクラブの前記特性値を求める第2の算出ステップと、
前記第1の算出ステップにおける変更前の前記剛性の値に対する、前記第2の算出ステップにおいて前記剛性の値が変更された領域の前記剛性の値の変化量と、前記第1の算出ステップで求められた前記特性値に対する前記第2の算出ステップで求められた前記特性値の変化量とに基づき、前記剛性の値が変更された前記領域における前記剛性の値に対する前記特性値の感度を評価することで、ゴルフクラブシャフトの前記剛性の値の長さ方向における分布に対する前記特性値の感度を評価する評価ステップとを有し、
前記ゴルフクラブモデルは、ゴルフクラブシャフトおよびゴルフクラブヘッドが有限要素で離散化された有限要素モデルであり、
前記特性値は、前記ゴルフクラブのゴルフクラブヘッドのフェース面の向きであることを特徴とするゴルフスウィングの感度の評価方法。 - 前記評価ステップにおける評価は、前記変更前の前記剛性の値に対する前記変更後の前記剛性の値の変化量が所定の大きさとなる際の、前記第1の算出ステップで求められた前記特性値に対する前記第2の算出ステップで求められた前記特性値の変化量と、予め所定の範囲に設定された感度レベルの範囲とを比較することで、前記剛性の値が変更された領域における前記剛性の値に対する前記ゴルフスウィングの感度のレベルを判別することを特徴とする請求項1に記載のゴルフスウィングの感度の評価方法。
- 前記第2の算出ステップを繰り返し行うことで、前記複数の領域の全ての領域について、それぞれの領域の前記剛性の値が変更された際の前記特性値を求め、前記評価ステップにおいて、前記全ての領域について、それぞれの領域における前記剛性の値に対する前記特性値の感度を評価することを特徴とする請求項1または2に記載のゴルフスウィングの感度の評価方法。
- 前記ゴルフクラブモデルに与える境界条件として、ゴルフスウィングにおけるゴルフクラブのグリップ部の動きを計測して得られた3次元時系列データをゴルフクラブモデルのグリップ部に与える請求項1〜3のいずれか1項に記載のゴルフスウィングの感度の評価方法。
- ゴルフクラブシャフトの長さ方向における、曲げ剛性分布および捩り剛性分布の少なくとも一方の剛性分布に対する、ゴルフスウィングの際のゴルフクラブにおける所望の特性値の感度を評価する装置であって、
ゴルフクラブのゴルフクラブシャフトを長さ方向に複数の領域に区分けした際のそれぞれの領域毎の基準となる所定の曲げ剛性および捩り剛性の少なくとも一方の剛性の値と、前記複数の領域のうちの1つの領域について前記基準となる前記剛性の値が変更された変更後の剛性の値を設定するパラメータ設定手段と、
設定された前記基準となる剛性の値に基づいた基準となるゴルフクラブモデル、および前記変更後の剛性の値に基づいたゴルフクラブモデルを生成するモデル生成手段と、
生成されたゴルフクラブモデルに所定の境界条件を与えてゴルフスウィングの際のスウィング挙動をシミュレートし、ゴルフクラブモデルが再現するゴルフクラブの前記特性値を求める算出手段と、
前記基準となる前記剛性の値に対する前記変更後の剛性の値の変化量と、前記基準となるゴルフクラブモデルの前記特性値に対する、前記変更後のゴルフクラブモデルの前記特性値の変化量とに基づき、前記剛性の値が変更された領域における前記剛性の値に対する前記特性値の感度を評価して評価結果を出力する評価手段とを有し、
前記ゴルフクラブモデルは、ゴルフクラブシャフトおよびゴルフクラブヘッドが有限要素で離散化された有限要素モデルであり、
前記特性値は、前記ゴルフクラブのゴルフクラブヘッドのフェース面の向きであることを特徴とするゴルフスウィングの感度の評価装置。 - 前記評価手段は、前記領域に対応する所定の位置に前記感度に応じた所定のパターンが表された評価画像を作成し、この評価画像を評価結果として出力することを特徴とする請求項5に記載のゴルフスウィングの感度の評価装置。
- 前記感度に応じた所定のパターンは、前記感度に応じた所定の色によって表されていることを特徴とする請求項6に記載のゴルフスウィングの感度の評価装置。
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