JP5543316B2 - ゴルフボールを設計する方法およびこの方法により製造されたゴルフボール - Google Patents

ゴルフボールを設計する方法およびこの方法により製造されたゴルフボール Download PDF

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Description

本発明は、ゴルフボールを設計する方法およびこの方法により製造されたゴルフボールに関する。
ゴルフボールの設計において、ゴルフボールを打った際に大きな飛距離を得るためには、ゴルフボール自体に備わる高反発性と、ゴルフボール表面に配置されたディンプルによる飛行時の空気抵抗の低減が重要であることがよく知られている。通常、ゴルフボールの表面には多数のディンプルが配置されているが、空気抵抗を低減することを目的として、ディンプルを高密度に且つ均等にボール表面に配列する方法が種々提案されている。
例えば、特開2000−70413号公報には、ゴルフボール表面を球面20面体と擬し、この球面20面体を構成する各球面三角形ユニットが実質的に同一のディンプル配置を有するゴルフボールの設計方法において、隣接する球面三角形ユニットにまたがるディンプルが所定の割合で存在するようにディンプルを配置する方法が記載されている。
しかしながら、従来のディンプルの設計および配列方法は、その方法が規定する所定の条件の下ではディンプルが均等に配置され、空気力学的性能の向上が期待できるものの、最終的に得られるゴルフボールの空気力学的性能は、ゴルフボール全体におけるディンプルのバランスによって左右されるため、試行錯誤に依って最適な空気力学的性能となるように調整する必要がある。
特開2000−70413号公報
そこで本発明は、ゴルフボールの表面上にディンプルを効果的に配置することで、ゴルフボールの空気抵抗を低減し、安定した飛距離を得ることができるゴルフボールの設計方法およびその方法により製造されたゴルフボールを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、以下のパラメータを満たすように複数のディンプルをゴルフボールの表面に設計するステップを含むゴルフボールの製造方法であって、前記ディンプルの総数Nが400個以下であり、前記ゴルフボールの面粗度Rdaが0.085mm以下であり、ここで、前記ゴルフボールの面粗度Rdaは、ゴルフボールの第1の断面の面粗度Rpと、ゴルフボールの第2の断面の面粗度Rmと、ゴルフボールの第3の断面の面粗度Rsとの平均値であり、前記第1の断面は、ゴルフボールの北極点と南極点とを通り、且つ前記北極点または前記南極点に近接する第1のディンプルの中心を通る断面であり、前記第2の断面は、ゴルフボールの中心を通り、前記第1の断面に垂直に交差し、且つゴルフボールの赤道に沿った断面に対して、前記北極点または南極点に近接する第1のディンプルの中心方向側で、45度の角度で交差する断面であり、前記第3の断面は、ゴルフボールの赤道に沿った断面であり、前記面粗度Rp、Rm及びRsは、前記ゴルフボールの最外半径を有する仮想球面よりも0.1mm短い半径を有し、前記仮想球面と中心を共有する球面を基準として計算されるものであり、前記第1の断面および前記第2の断面における平均凸部面積Srtを、前記第1の断面および前記第2の断面における平均凹部面積Sruを除した値が、0.9以下であり、ここで、前記平均凸部面積Srtは、前記第1の断面において、前記基準球面と前記基準球面よりも高さが高いゴルフボール表面とに囲まれた第1の凸部面積Artと、前記第2の断面において、前記基準球面と前記基準球面よりも高さが高いゴルフボール表面とに囲まれた第2の凸部面積Artとの平均値であり、前記平均凹部面積Sruは、前記第1の断面において、前記基準球面と前記基準球面よりも高さが低いゴルフボール表面とに囲まれた第1の凹部面積Aruと、前記第2の断面において、前記基準球面と前記基準球面よりも高さが低いゴルフボール表面とに囲まれた第2の凹部面積Aruとの平均値である。
前記ゴルフボールの面粗度Rdaに前記ディンプルの総数Nを乗じた値は、26.0mm・個以下となることを更に満たすことが好ましい。また、Re70000/2000rpmでの揚力係数CLが、Re80000/2000rpmでの揚力係数CLの70%以上となることを更に満たすことが好ましい。
本発明は、別の態様として、上述した方法により製造されるゴルフボールである。
このように本発明によれば、ディンプルの総数Nを400個以下、ゴルフボールの面粗度Rdaを0.085mm以下、第1の断面および第2の断面における平均凸部面積Srtを、第1の断面および第2の断面における平均凹部面積Sruを除した値を、0.9以下となるように、ゴルフボールの表面上にディンプルを配置することで、ゴルフボールの空気抵抗を低減し、安定した飛距離を得ることができるゴルフボールの設計方法およびその方法により製造されたゴルフボールを提供することができる。
本発明に係るゴルフボールの一実施の形態を示す、北極側から見た平面図である。 図1に示すゴルフボールの線21に沿った断面図である。 図1に示すゴルフボールの線21に沿った部分的な拡大断面図である。 実施例2のゴルフボールを示す図である。 比較例1のゴルフボールを示す図である。 比較例2のゴルフボールを示す図である。 比較例3のゴルフボールを示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るゴルフボール及びその製造方法の実施の形態について説明するが、本発明は、これら実施の形態に限定されるものではない。
図1に示すように、本実施の形態のゴルフボール10の表面には、複数のディンプル14が形成されている。ゴルフボール10の表面のうち、ディンプル14が形成されていない部分を陸部12と呼ぶ。ゴルフボール10は、北極点20aと、南極点20bと、赤道23を有する。通常、ゴルフボール10は、基本的に半球状のキャビティをそれぞれ備えた2つの型からなる金型(図示省略)により成形される。2つのキャビティの頂点の位置に、ゴルフボールの北極点20aと南極点20bが形成され、2つの型の接合面の位置に、ゴルフボールの赤道23が形成される。
本発明は、ゴルフボール10の表面に配置される複数のディンプル14の設計にあたり、(1)ディンプル14の総数Nと、(2)ゴルフボール10の面粗度Rdaと、(3)ゴルフボール10の第1の断面および第2の断面における平均凸部面積Srtを、第1の断面および第2の断面における平均凹部面積Sruを除した値Srt/Sruとを少なくとも含むパラメータが所定の範囲内になるようにするものである。これらパラメータについて説明する。
第1のパラメータであるディンプルの総数Nとは、ゴルフボール10の表面に配置される全てのディンプル14の数である。これらディンプル14の形状や大きさは、同一であっても、異なっていてもよい。好ましくは、形状または大きさが異なる少なくとも3種類のディンプル14を配置することができる。このように少なくとも3種類以上のディンプル14を配置することで、隙間なく均一に配置することができるという利点がある。
なお、図のゴルフボールには、円形のディンプル14のみが形成されているが、ディンプル14の形状は円形に限定されず、非円形のディンプルを形成してもよい。非円形のディンプルとは、ディンプル14の輪郭線、すなわち、陸部12とディンプル14との境界線が、曲線または直線を含む流線型の形状であるディンプルをいう。
ディンプルの総数Nは、400個以下とし、例えば、392個とすることもできる。一般にディンプルの総数Nが多い程、ゴルフボールの表面全体にディンプルを均等に配置することができるが、本発明によれば、ディンプルの総数Nを少なくしても、特に350個以下にしても、ゴルフボールの表面全体にディンプルを均等に配置することができる。ディンプルの総数Nは、340個以下がより好ましく、330個以下さらに好ましい。また、ディンプルの総数Nは、少なくとも200個とすることが好ましく、少なくとも210個とすることがより好ましい。
第2のパラメータであるゴルフボールの面粗度Rdaとは、ゴルフボール10の第1の断面の面粗度Rpと、ゴルフボール10の第2の断面の面粗度Rmと、ゴルフボール10の第3の断面の面粗度Rsとの平均値である。
第1の断面とは、図1に示すように、第1の断面の基準線21に沿ったゴルフボール10の断面である。この第1の断面の基準線21とは、ゴルフボールの北極点20aと南極点20bとを通り、且つ北極点20a(又は南極点20bでもよい)に近接する第1のディンプル14aの中心15aを通る線である。ここで、北極点または南極点に近接するディンプルとは、北極点または南極点の近くにディンプルの輪郭線が位置することをいう。
なお、図1では、北極点20a(又は南極点20bでもよい)を陸部12に配置したが、本発明はこのような配置に限定されず、北極点や南極点をディンプル14内に配置してもよい。この場合、第1のディンプルは、北極点や南極点が存在するディンプルを除いた北極点や南極点に近接するディンプルが該当する。
第2の断面とは、図1及び図2に示すように、第2の断面の基準線22に沿ったゴルフボール10の断面である。なお、図2は、図1の基準線21に沿ったゴルボールの断面であり、第1の断面25を表している。図2では、ゴルフボールの断面の縁部に形成されるディンプル14の凹凸は、省略している。この第2の断面は、ゴルフボールの中心24を通り、第1の断面25に対して垂直に交差する。さらに、第2の断面は、赤道23の断面に対して45度の角度αで交差する。なお、この角度αは、北極点20a(又は南極点20bでもよい)を基準にして第1のディンプル14aの中心15a方向側での角度である。
第3の断面とは、赤道23に沿ったゴルフボール10の断面である。図1では、赤道23、すなわち金型のパーティングラインにディンプル14を形成しているが、本発明はこれに限定されず、赤道23にディンプル14を形成しない場合にも本発明の設計方法を適用することができる。
第1の断面、第2の断面および第3の断面の面粗度Rp、Rm、Rsは、いずれも基準球面を基準に計算される。基準球面とは、図2の部分拡大断面図である図3に示すように、ゴルフボール10の最外半径を有する仮想球面11よりも0.1mm短い半径を有し、且つ仮想球面11と中心を共有する球面30である。
第1の断面の面粗度Rpの計算について説明する。図3に示すように、第1の断面の基準線21に沿った第1の断面において、基準球面30よりも高さが高いゴルフボール表面、すなわち陸部12表面およびディンプル14底面の一部と、基準球面30とに囲まれた部分32の断面積を、第1の凸部面積Artとする。また、基準球面30よりも高さが低いゴルフボール表面、すなわちディンプル14底面と、基準球面30とに囲まれた部分34の断面積を、第1の凹部面積Aruとする。この第1の凸部面積Artと第1の凹部面積Aruとの和を、基準球面30の第1の断面における外周長さで除すことで、第1の断面の面粗度Rpを求めることができる。なお、基準球面の外周長さは、ゴルフボールのサイズによって決まるため、例えば、132〜134mmであろう。
第2の断面の面粗度Rmも、上記と同様にして求めることができる。第2の断面の面粗度Rmは、第2の断面の基準線22に沿った第2の断面において、基準球面よりも高さが高いゴルフボール表面と、基準球面とに囲まれた第2の凸部面積Artと、基準球面よりも高さが低いゴルフボール表面と、基準球面とに囲まれた第2の凹部面積Aruとの和を、基準球面の第2の断面における外周長さで除すことで、求めることができる。
第3の断面の面粗度Rsも、上記と同様にして求めることができる。第3の断面の面粗度Rsは、赤道23に沿った断面において、基準球面よりも高さが高いゴルフボール表面と、基準球面とに囲まれた赤道の凸部面積Artと、基準球面よりも高さが低いゴルフボール表面と、基準球面とに囲まれた赤道の凹部面積Aruとの和を、基準球面の赤道断面における外周長さで除すことで、求めることができる。なお、赤道23にディンプル14を形成しない場合、赤道の凹部面積Aruは0となる。本発明では、赤道の凹部面積Aruが0でない方が好ましい。
このようにして求めた第1の断面、第2の断面および第3の断面の面粗度Rp、Rm、Rsの平均値であるゴルフボールの面粗度Rdaは、0.085mm以下とする。このようにゴルフボールの面粗度Rdaを低くすることで、ゴルフボールの飛行時の空気抵抗を下げることができる。ゴルフボールの面粗度Rdaは、0.083mm以下が好ましく、0.082mm以下がより好ましい。また、ゴルフボールの面粗度Rdaは、少なくとも0.015mmにすることが好ましく、少なくとも0.012mmにすることがより好ましい。
このゴルフボールの面粗度Rdaは、ディンプルの総数Nと関連して設計することが好ましく、ゴルフボールの面粗度Rdaをディンプルの総数Nで乗じた値Rda*Nを、26.0mm・個以下にすることが好ましい。Rda*Nをこのような範囲内にすることで、空気抵抗を低減することができる。Rda*Nは25.8mm・個以下にすることがより好ましい。一方、Rda*Nは少なくとも15.0mm・個にすることが好ましく、少なくとも15.2mm・個にすることがより好ましい。
第3のパラメータであるSrt/Sruとは、ゴルフボール10の第1の断面および第2の断面における平均凸部面積Srtを、第1の断面および第2の断面における平均凹部面積Sruを除した値である。平均凸部面積Srtとは、上述した第1の凸部面積Artと第2の凸部面積Artの平均値である。また、平均凹部面積Sruとは、上述した第1の凹部面積Aruと第2の凹部面積Aruの平均値である。
Srt/Sruは、ゴルフボール10の空気力学的性能の等方性を高め、安定した弾道を実現するために、0.9以下とする。Srt/Sruは0.88以下にすることが好ましく、0.86以下にすることがより好ましい。一方、Srt/Sruは、少なくとも0.05にすることが好ましく、少なくとも0.07にすることがより好ましい。
上述してきたように、ディンプル14の総数Nを400個以下、ゴルフボール10の面粗度Rdaを0.085mm以下、およびゴルフボール10の第1の断面および第2の断面における平均凸部面積Srtを平均凹部面積Sruを除した値Srt/Sruを0.9以下となるようにディンプル14を設計、配置することで、ゴルフボール10の空気抵抗を効率的に低減することができるとともに、ゴルフボール10の空気力学的性能の等方性を高めることができ、よって、飛距離を増大させることができる。
ディンプル14の深さは、上述した3つのパラメータを満たす範囲内であれば特に限定されないが、例えば、0.05mm以上が好ましく、0.08mm以上がより好ましい。また、ディンプル14の深さは、0.5mm以下が好ましく、0.45mm以下がより好ましい。
ディンプル14の表面占有率(ディンプルがないとしたゴルフボールの仮想球面の全表面積に対してディンプルが占める面積の総和)は、上述した3つのパラメータを満たす範囲内であれば特に限定されないが、例えば、70%以上が好ましく、75%以上がより好ましい。一方、ディンプル14の表面占有率は、100%以下が好ましい。
ディンプル14の総容積(ゴルフボールの仮想球面とディンプルの表面とによって囲まれた部分の容積の和)は、上述した3つのパラメータを満たす範囲内であれば特に限定されないが、例えば、300mm3以上が好ましく、400mm3以上がより好ましい。一方、ディンプル14の総容積は、900mm3以下が好ましく、800mm3以下がより好ましい。
ゴルフボール10の構造は、特に限定されず、ワンピースボールであっても、2ピース以上のマルチピースのゴルフボールであっても良い。ウッドクラブ#1(ドライバー)などの長飛距離用のゴルフクラブで打球した場合に、飛距離を長くし、風に強くし、ランが長いボールを得るには、打球の揚力と抗力のバランスが適切である。この打球の揚力と抗力のバランスは、ゴルフボールの構造や使用材料と共に、特に、上述した3つのパラメータ、すなわち、ディンプル14の総数N、ゴルフボール10の面粗度Rda、および平均凸部面積Srtを平均凹部面積Sruを除した値Srt/Sruに依存する。
ゴルフボールに働く力Fは、次の弾道方程式(1)で表される。
F=FL+FD+Mg (1)
なお、FLは揚力、FDは抗力、Mgは重力を示す。
また、弾道方程式(1)の揚力FLおよび抗力FDは、それぞれ次の式(2)および式(3)で表される。
FL=0.5×CL×ρ×A×V2 (2)
FD=0.5×CD×ρ×A×V2 (3)
なお、CLは揚力係数、CDは抗力係数、ρは空気密度、Aはゴルフボールの最大断面積、Vはゴルフボールの対空気速度を示す。
飛距離を向上するには、高速条件では低い抗力係数CDとし、低速条件では高い揚力係数CLとすることが良い。より詳細には、本発明の非円形ディンプルを配置することによって、Re70000/2000rpmでの揚力係数CLが、Re80000/2000rpmでの揚力係数CLの70%以上となることが好ましく、75%以上となることがより好ましい。このCLの割合が70%を下回る場合、低速域における揚力FLを適切に得ることができず、打球の飛距離を十分に得ることができないことがある。
本発明に係るゴルフボールは金型により製造することができる。このような金型の作成には、3DCAD又はCAMを使用し、反転用マスター型に、全表面形状を直接的に3次元で削りだす手法や、又は成型用金型のキャビティ部を直接3次元で削りだす手法を用いることができる。金型のパーティングラインがゴルフボール表面の陸部を通るように金型を設計することによって、仕上げ加工(トリミング)を容易にすることができる。また、ゴルフボールの球面に陸部を偏りなく展開するには、20面体、12面体、8面体などの多面体、3回対称、5回対称などの配置手法を利用することが好ましい。
実施例1として図に示すゴルフボール10bを作製した。このゴルフボールは、直径の異なる6種類の円形ディンプルが配置されており、ゴルフボールの最外径を42.7mm、基準球面の直径を42.5mm、基準球面の各断面の外周長さを133.52mmとし、ディンプルの総数Nを338個、第1の凸部面積Artを3.00mm2、第1の凹部面積Aruを6.78mm2、第2の凸部面積Artを5.59mm2、第2の凹部面積Aruを4.30mm2、赤道の凸部面積Artを6.27mm2、赤道の凹部面積Aruを3.87mm2とした。よって、第1の断面の面粗度Rpは0.07mm、第2の断面の面粗度Rmは0.07mm、赤道断面の面粗度Rsは0.08となり、これらの平均である面粗度Rdaは0.074となった。平均凸部面積Srtを平均凹部面積Sruで除した値Srt/Sruは0.78となった。Rda*Nは25.15となった。また、Re80000/2000rpmでの揚力係数CLに対するRe70000/2000rpmでの揚力係数CLの比を85%とした。
この実施例1のゴルフボールを、ヘッドスピードが45m/s、打出し角が10°、スピンが2800rpmの条件で、ドライバーで打った際の飛距離を測定した。その結果を、各パラメータと併せて、表1に示す。
また、実施例2として図に示すゴルフボール10を、表1に記載したパラメータを変更したことを除き、実施例1と同様の設計で作製した。さらに、比較例1〜3として、図5〜図7に示すゴルフボール40a〜40cを、表1に記載したパラメータを変更したことを除き、実施例1と同様の設計で作製した。これらの結果も表1に示す。
Figure 0005543316
表1に示すように、面粗度Rdaが0.085mmよりも高かった比較例1及び比較例3のゴルフボールや、面粗度Rdaが0.085mm以下であったがSrt/Sruが0.9よりも高かった比較例2のゴルフボールに比べて、面粗度Rdaが0.085mm以下でSrt/Sruが0.9以下とした実施例1及び実施例2のゴルフボールは、キャリーおよびトータルともに飛距離が数m延びた。
10 ゴルフボール
11 仮想球面
12 陸部
14 ディンプル
14a 第1のディンプル
15a 第1のディンプルの中心
20a 北極点
20b 南極点
21 第1の断面の基準線
22 第2の断面の基準線
23 赤道
24 ゴルフボール中心
25 第1の断面
30 基準球面
32 上の面積
34 下の面積
40 ゴルフボール

Claims (4)

  1. 以下のパラメータを満たすように複数のディンプルをゴルフボールの表面に設計するステップを含むゴルフボールの製造方法であって、
    前記ディンプルの総数Nが400個以下であり、
    前記ゴルフボールの面粗度Rdaが0.085mm以下であり、ここで、前記ゴルフボールの面粗度Rdaは、ゴルフボールの第1の断面の面粗度Rpと、ゴルフボールの第2の断面の面粗度Rmと、ゴルフボールの第3の断面の面粗度Rsとの平均値であり、前記第1の断面は、ゴルフボールの北極点と南極点とを通り、且つ前記北極点または前記南極点に近接する第1のディンプルの中心を通る断面であり、前記第2の断面は、ゴルフボールの中心を通り、前記第1の断面に垂直に交差し、且つゴルフボールの赤道に沿った断面に対して、前記北極点または南極点に近接する第1のディンプルの中心方向側で、45度の角度で交差する断面であり、前記第3の断面は、ゴルフボールの赤道に沿った断面であり、前記面粗度Rpは、前記第1の断面に沿ったゴルフボールの断面において、基準球面よりも高さが高いゴルフボール表面とこの基準球面とに囲まれた部分の断面積である第1の凸部面積Artと、前記基準球面よりも高さが低いゴルフボール表面とこの基準球面とに囲まれた部分の断面積である第1の凹部面積Aruとの和を、前記基準球面の第1の断面における外周長さで除した値であり、前記面粗度Rmは、前記第2の断面に沿ったゴルフボールの断面において、基準球面よりも高さが高いゴルフボール表面とこの基準球面とに囲まれた部分の断面積である第2の凸部面積Artと、前記基準球面よりも高さが低いゴルフボール表面とこの基準球面とに囲まれた部分の断面積である第2の凹部面積Aruとの和を、前記基準球面の第2の断面における外周長さで除した値であり、前記面粗度Rsは、前記第3の断面に沿ったゴルフボールの断面において、基準球面よりも高さが高いゴルフボール表面とこの基準球面とに囲まれた部分の断面積である第3の凸部面積Artと、前記基準球面よりも高さが低いゴルフボール表面とこの基準球面とに囲まれた部分の断面積である第3の凹部面積Aruとの和を、前記基準球面の第3の断面における外周長さで除した値であり、前記面粗度Rp、Rm及びRsの各算出方法における前記基準球面は、前記ゴルフボールの最外半径を有する仮想球面よりも0.1mm短い半径を有し、前記仮想球面と中心を共有する球面あり、
    前記第1の断面および前記第2の断面における平均凸部面積Srtを、前記第1の断面および前記第2の断面における平均凹部面積Sruを除した値が、0.9以下であり、ここで、前記平均凸部面積Srtは、前記第1の凸部面積Artと前記第2の凸部面積Artとの平均値であり、前記平均凹部面積Sruは、前記第1の凹部面積Aruと前記第2の凹部面積Aruとの平均値である、ゴルフボールの製造方法。
  2. 前記ゴルフボールの面粗度Rdaに前記ディンプルの総数Nを乗じた値が26.0mm・個以下となることを更に満たす請求項1に記載のゴルフボールの製造方法。
  3. Re70000/2000rpmでの揚力係数CLが、Re80000/2000rpmでの揚力係数CLの70%以上となることを更に満たす請求項1又は2に記載のゴルフボールの製造方法
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法により製造されるゴルフボール。
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