JP6035801B2 - ゴルフクラブヘッド、ゴルフクラブ及び軌道算出システム - Google Patents

Description

本発明は、ゴルフクラブヘッドに衝突したボールの軌道を算出するための技術に関する。

ゴルフクラブヘッドに取り付けたセンサによりそのゴルフクラブヘッドの動きを検出する技術がある。特許文献１には、ゴルフクラブヘッドに内蔵した加速度検出器からの計測データに基づき、ヘッドのスピードやフェース面の傾きを求める技術について記載されている。

特開昭６４−１１５７３号公報

ところで、ゴルフクラブヘッドには、様々な重さの重りが着脱できるものがあり、取り付ける重りの重さを変えることで、そのゴルフクラブヘッドの重量のバランスを変化させ、重心位置を調整することがある。これは、重量のバランスを変化させることでスイング中のゴルフクラブヘッドの動きを変化させ、ボールの軌道を使用者が望むものに近づけることを目的としたものであり、例えばフィッティングと呼ばれている。このフィッティングにおいて、例えば特許文献１の技術を利用して、ゴルフクラブヘッドに取り付けられたセンサ（つまり加速度検出器）が検出する物理量（つまり加速度）からそのゴルフクラブヘッドの動きを求め、その結果から予想されるボールの軌道を算出することが考えられる。

しかしながら、このようなセンサが取り付けられたゴルフクラブヘッドでは、打球時の衝撃によりセンサが故障することがある。その場合に、特許文献１の技術では、センサがゴルフクラブヘッドに内蔵されているため、故障したセンサを交換するのに手間や時間がかかる。また、ゴルフの試合や競技ゴルフにおいては、加速度検出器のような電気的に動作する装置を取り付けたゴルフクラブヘッドの使用が認められていないから、この技術のようなフィッティングで使用したゴルフクラブヘッドそのものを用いてプレーすることができない。

そこで、本発明は、重量のバランスを変化させることが可能なゴルフクラブヘッドを用いて打撃したボールの軌道を算出する場合に、ヘッド本体への着脱が容易なセンサを用いてその算出に用いる物理量を検出することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ヘッド本体と、前記ヘッド本体の動きを表す物理量を検出するセンサであって、データを送信する送信手段に対して当該検出した物理量を示すデータを出力するセンサと、前記センサの向きを調節する調節手段とを有し、当該ヘッド本体に対して着脱可能に取り付けられる重りとを備えることを特徴とするゴルフクラブヘッドを提供する。

また、本発明は、上記のゴルフクラブヘッドと、シャフトと、前記シャフトに取り付けられているグリップと、前記センサが出力するデータを送信する送信手段とを備え、前記送信手段は、前記シャフトのうち前記グリップが取り付けられている部分に設けられていることを特徴とするゴルフクラブを提供する。

また、本発明は、上記のゴルフクラブヘッド、シャフト、前記シャフトに取り付けられているグリップ及び前記センサが出力するデータを送信する送信手段を備えるゴルフクラブ、または、前述したゴルフクラブと、前記送信手段により送信されるデータであって、前記ゴルフクラブがスイングされて前記ゴルフクラブヘッドがボールに衝突したときに前記センサが検出した物理量を示すデータを受信する受信手段を有し、前記受信手段が受信したデータが示す物理量に基づき、前記ボールの軌道を算出する算出装置とを備えることを特徴とする軌道算出システムを提供する。
本発明においては、前記ヘッド本体は、前側にフェース面を有し、前記センサは、前記ヘッド本体の前後方向と所定の角度をなす軸を中心とした角速度を前記物理量として検出し、前記算出装置は、前記センサにより検出された角速度から、前記ボールの縦方向のスピン量または横方向のスピン量を算出し、当該算出したスピン量を用いて前記軌道を算出してもよい。

本発明によれば、重量のバランスを変化させることが可能なゴルフクラブヘッドを用いて打撃したボールの軌道を算出する場合に、ヘッド本体への着脱が容易なセンサを用いてその算出に用いる物理量を検出することができる。

実施形態における軌道算出システム１の外観を示す図である。 ゴルフクラブヘッドの外観を示す図である。 ゴルフクラブヘッドがボールと衝突する瞬間の様子を示す図である。 ヘッド本体の断面を示す図である。 検出部材の外観を示す図である。 ゴルフクラブのグリップ部分の断面を示す図である。 軌道算出装置が備えるハードウェアの構成を示す図である。 衝撃力の大きさについて説明するための図である。 ゴルフクラブヘッドの回転量について説明するための図である。 ゴルフクラブヘッドの回転量について説明するための図である。 衝突方向及びフェース面の向きを説明するための図である。 衝突方向及びフェース面の向きを説明するための図である。

［実施形態］
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態における軌道算出システム１の外観を示す図である。軌道算出システム１は、ゴルフクラブ２と、軌道算出装置３とを備える。ゴルフクラブ２は、ゴルフクラブヘッド１０、シャフト１１及びグリップ１２を備える。シャフト１１の一方の端部にはゴルフクラブヘッド１０が取り付けられ、他方の端部にはグリップ１２が取り付けられている。軌道算出装置３は、デスクトップ型のパーソナルコンピュータであり、使用者がゴルフクラブ２をスイングしてボール（ゴルフボール）を打ったときに、ボールと衝突したゴルフクラブヘッド１０の動きからそのボールの軌道を算出する装置である。軌道算出装置３により算出される軌道は、例えば、使用者がゴルフクラブを購入するときの参考にされたり、屋内でゴルフ場の景色をスクリーンに映しながらプレーするゲームにおいてボールを打った結果を表示したりするという用途に用いられる。

図２は、ゴルフクラブヘッド１０の外観を示す図である。ゴルフクラブヘッド１０は、ヘッド本体２０を形成するフェース部２１、クラウン部２２、ソール部２３及びホーゼル部２４と、重り部材３０と、検出部材４０とを有する。図２（ａ）では、フェース部２１側から見たゴルフクラブヘッド１０が示されている。フェース部２１は、ゴルフクラブヘッド１０のうち、ボールと衝突してボールにゴルフクラブ２の運動エネルギーを伝達する部分である。フェース部２１のうち、ボールが衝突する面、すなわち、ゴルフクラブヘッド１０の外側に露出している面をフェース面という。フェース部２１は、ゴルフクラブ２を使用者が構えたときに空を向く側がクラウン部２２と接続されており、地面を向く側がソール部２３と接続されている。ゴルフクラブヘッド１０においては、クラウン部２２が位置する側をクラウン側といい、ソール部２３が位置する側をソール側という。また、クラウン側からソール側に向かう方向（図中の矢印Ａ１で示す方向）をクラウン・ソール方向という。ホーゼル部２４は、ゴルフクラブヘッド１０のうち、シャフトが取り付けられる部分である。クラウン部２２は、ホーゼル部２４と接続されている。以下では、ゴルフクラブヘッド１０において、ホーゼル部２４が位置する側をヒール側といい、その反対側をトウ側という。また、トウ側からヒール側に向かう方向（図中の矢印Ａ２で示す方向）をトウ・ヒール方向という。

図２（ｂ）では、ヒール側から見たゴルフクラブヘッド１０が示されており、図２（ｃ）では、ソール側から見たゴルフクラブヘッド１０が示されている。ゴルフクラブヘッド１０においては、ヒール側から見たときに、フェース部２１が位置する側を前側といい、その反対側を後ろ側という。また、前側から後ろ側に向かう方向（図中の矢印Ａ３で示す方向）を前後方向という。フェース部２１の後ろ側では、クラウン部２２及びソール部２３が互いに接続されている。ソール部２３のうち、前後方向の中央よりもフェース部２１に近い位置であり、且つ、トウ・ヒール方向の中央よりヒール側に近い位置には、重り部材３０が取り付けられている。以下では、この位置を「第１取り付け位置」という。重り部材３０は、着脱可能となっており、第１取り付け位置から取り外すことができる。この第１取り付け位置には、重り部材３０とは重さが異なる他の重り部材も取り付けられるようになっている。第１取り付け位置に取り付けられる重り部材の重さが変化すると、ゴルフクラブヘッド１０における第１取り付け位置とそれ以外の位置との重量のバランスが変化して、スイング中のゴルフクラブヘッド１０の動き方が変化する。

例えば、第１取り付け位置に重り部材３０よりも重い重り部材を取り付けることで、第１取り付け位置のそれ以外の位置に対する重量のバランスが増加して、ゴルフクラブヘッド１０の重心の位置が第１取り付け位置の方向に移動する。ゴルフクラブヘッド１０の重心は、概ねトウ・ヒール方向の中央且つ前後方向の中央あたりにあるため、このように移動することにより、シャフト１１の軸に近づくことになる。これにより、第１取り付け位置に重り部材３０を取り付ける場合に比べて、ゴルフクラブヘッド１０が、シャフト１１の軸を中心とした回転をしやすくなる。このように、重り部材は、上記の重量のバランスを変化させる重りとして機能するものである。

図３は、使用者がゴルフクラブ２をスイングしたときに、ゴルフクラブヘッド１０がボールと衝突する瞬間の様子を示す図である。図３では、使用者がボールを飛ばしたい方向を表す飛球線方向Ａ４を矢印で示している。また、図３では、この瞬間におけるゴルフクラブヘッド１０の向きを分かりやすくするため、飛球線方向Ａ４に直交する二点鎖線を、ゴルフクラブヘッド１０とボールとが衝突する位置を通るようにして示している。図３（ａ）では、フェース部２１のうちボールと衝突する部分が飛球線方向Ａ４に対して垂直になっている。一方、図３（ｂ）では、ゴルフクラブヘッド１０のトウ側がヒール側よりも遅れた状態、いわゆるフェース面が開いた状態となっており、図３（ｃ）では、反対に、ゴルフクラブヘッド１０のトウ側がヒール側に先行した状態、いわゆるフェース面が閉じた状態となっている。フェース面が開いた状態ではスライスが出やすく、フェース面が閉じた状態ではフックが出やすい。

使用者がゴルフクラブ２を同じようにスイングした場合、シャフト１１の軸を中心とした回転をゴルフクラブヘッド１０がしやすいほど、フェース面が閉じやすくなり、この回転をしにくいほど、フェース面が開きやすくなる。例えば、フェース面が開いた状態になりやすい使用者であれば、第１取り付け位置に取り付ける重り部材の重さを重くすることで、フェース面が閉じた状態になりやすくして、スライスを出にくくすることができる。このように、スイングを変えることなく、上述したヘッドの動き方のようなゴルフクラブの特性を変化させることで、ボールの飛び方を使用者にとって望ましいものに近づけることを、フィッティングという。

図２に戻って説明する。ソール部２３のうち、トウ・ヒール方向の中央且つ後ろ側の端部に近い位置には、検出部材４０が取り付けられている。以下では、この位置を「第２取り付け位置」という。検出部材４０は、内部に角速度センサ及び加速度センサを有している。これらのセンサが検出した結果は、前述した軌道算出装置３がボールの軌道を算出する際に用いられる。検出部材４０は、ソール部２３に対して着脱可能となっている。つまり、検出部材４０は、第２取り付け位置から取り外すことができる。検出部材４０を取り外した第２取り付け位置には、重り部材３０を取り付けることができるようになっている。反対に、重り部材３０を取り外した第１取り付け位置には、検出部材４０を取り付けることができる。要するに、重り部材３０及び検出部材４０は、両方とも、第１取り付け位置及び第２取り付け位置のどちらにも取り付けられるようになっている。

使用者は、例えば、ゴルフ練習場やゴルフ用品店などで上記のフィッティングを行うときには、第２取り付け位置に検出部材４０を取り付けておき、ゴルフ場でプレーするときには、第２取り付け位置に重り部材３０を取り付けておくといった使い方をする。検出部材４０は、重り部材３０と同じ重さとなるように形成されている。このため、検出部材４０と重り部材３０とを取り替えても、第２取り付け位置と他の位置との重量のバランスは変化しないようになっている。このように、検出部材も、重り部材と同様に、前述の重量のバランスを変化させる重りとして機能するものである。

続いて、検出部材４０の詳細について説明する。
図４は、図２の矢視IV-IVに見たヘッド本体２０の断面を示す図である。矢視IV-IVは、ヘッド本体２０のトウ・ヒール方向の中央からヒール側に向かう方向を示している。図４では、見やすくするために検出部材４０は断面ではなく外観を示している。図４（ａ）では、重り部材３０及び検出部材４０が取り付けられているヘッド本体２０が示されており、図４（ｂ）では、重り部材３０及び検出部材４０がヘッド本体２０から取り外されたところが示されている。これらの図に示されているように、ヘッド本体２０は、中空になっており、ソール部２３の第１取り付け位置には孔２５が、第２取り付け位置には孔２６が設けられている。孔２５及び４２の内側には、雌ねじ（図示は省略している）が切られている。重り部材３０及び検出部材４０は、それぞれボルトの形をしているものであり、雄ねじを切られた部分を孔２５及び４２にねじ込むことで第１及び第２取り付け位置にそれぞれ取り付けられるようになっている。

ホーゼル部２４の内側には、上述したとおりシャフト１１が差し込まれている。シャフト１１は、内側に中空部１３を有している。中空部１３から検出部材４０にかけては、配線４８が配置されている。配線４８は、検出部材４０に接続されている。検出部材４０及び配線４８は、図４（ｂ）に示すように検出部材４０がヘッド本体２０から取り外されている状態で接続された後に、検出部材４０が第２取り付け位置に取り付けられることで、図４（ａ）に示す状態となっている。

図５は、検出部材４０の外観を示す図である。図５（ａ）では、図４における検出部材４０を拡大したものが示されている。検出部材４０は、ボルト頭部４１と、ボルトねじ部４２と、角速度センサ４３と、加速度センサ４４と、方向調節部材４５とを備える。図５（ｂ）では、ボルト頭部４１側から見た検出部材４０が示されている。ボルト頭部４１は、中央に孔が開いた円盤の形（ドーナツ状）に形成されており、ボルトねじ部４２と接続されている。ボルト頭部４１は、ボルトねじ部４２に接続されている側とは反対側に２つの孔４６が設けられており、これらの孔４６に突起を差し込む形をした器具により回転させられるようになっている。なお、ボルト頭部は、この形に限らず、例えば六角柱の形（いわゆる六角ボルトの頭部）や蝶の羽の形（いわゆる蝶ボルトの頭部）などとなっていてもよい。要するに、ボルト頭部は、使用者が回転させることが可能な形となっていればよい。

ボルトねじ部４２は、中空の円柱の形に形成されており、外周面に雄ねじ（図示は省略している）が切られている。ボルト頭部４１が回転させられることで、ボルトねじ部４２も軸を中心に回転して、孔２５にねじ込まれるようになっている。ボルトねじ部４２の中空の空間は、ボルト頭部４１の中央の孔と繋がっている。この空間には、角速度センサ４３及び加速度センサ４４が設けられている。

角速度センサ４３は、３軸を中心とした角速度をそれぞれ検出するセンサである。この３軸とは、図５（ａ）に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸である。Ｚ軸は、角速度センサ４３の中心Ｐ１を通り、ボルトねじ部４２の軸に沿った軸である。Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸に直交し、且つ、中心Ｐ１で互いに直交する軸である。加速度センサ４４は、自センサの中心Ｐ２が３つの方向へ加速する度合い（加速度）をそれぞれ検出するセンサである。この３つの方向とは、前述したＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸がそれぞれ延伸する方向（それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向という。）と同じである。角速度センサ４３及び加速度センサ４４は、互いに接続されている。角速度センサ４３及び加速度センサ４４には、配線４８が接続されている。配線４８は、ボルトねじ部４２に設けられた孔４７からボルトねじ部４２の外側に引き出されている。角速度センサ４３が検出した角速度を示すデータと、加速度センサ４４が検出した加速度を示すデータとは、配線４８を介して出力される。

方向調節部材４５は、一方の端部が加速度センサ４４に接続され、他方の端部がボルト頭部４１の中央の孔から外部に露出するように設けられている。この他方の端部は、円盤状に形成され、円周方向に回転するようにしてボルト頭部４１により支持されている。方向調節部材４５のボルト頭部４１から露出している面には、直線状の溝が形成されている。マイナスドライバーなどをこの溝に当てて方向調節部材４５を回転させることで、方向調節部材４５に接続されている加速度センサ４４及び加速度センサ４４に接続されている角速度センサ４３がともに回転するようになっている。使用者は、方向調節部材４５を回転させることで、角速度センサ４３により角速度が検出される３軸のうち、Ｘ軸及びＹ軸の向きを調節し、加速度センサ４４により加速度が検出される３つの方向のうち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の向きを調節することができる。このように、方向調節部材４５は、角速度センサ４３及び加速度センサ４４の向きを調節する調節手段として機能する。本実施形態においては、Ｙ軸がトウ・ヒール方向に向くように角速度センサ４３の向きが調節されているものとする。つまり、Ｙ軸方向がトウ・ヒール方向に向くように加速度センサ４４の向きも調節されていることになる。

図６は、ゴルフクラブ２のグリップ１２が取り付けられている部分の断面を示す図である。グリップ１２の内側に位置するシャフト１１の内側の中空部１３には、通信装置５０が設けられている。通信装置５０は、電池等により電力を供給する電源部と、この電源部から供給される電力で動作する通信部を有している。この通信部は、例えば、Bluetooth（登録商標）などの規格による無線通信を行う。通信装置５０には、図４に示す配線４８が接続されており、角速度センサ４３及び加速度センサ４４からそれぞれデータが出力されてくる。通信装置５０は、両センサから出力されてきたこれらのデータを、前述した通信部の動作により無線で送信する。このように、通信装置５０は、これらのセンサが検出した結果（角速度及び加速度）を示すデータを送信する送信手段として機能する。また、通信装置５０は、シャフト１１のうちグリップ１２が取り付けられている部分（以下「グリップ部」という。）に設けられている。

このグリップ部は、ゴルフクラブ２においてゴルフクラブヘッド１０から最も離れている部分であり、且つ、周囲をグリップ１２で覆われているため、ゴルフクラブヘッド１０が受けた衝撃力が最も伝わりにくい部分である。また、グリップ部では、スイング中のシャフト１１のしなりや捩れも少ない。つまり、通信装置５０は、ゴルフクラブ２において最も壊れにくい場所に設けられていることになる。また、例えば、通信装置５０をヘッド本体２０の内部に設けると、ゴルフクラブヘッド１０の重量のバランスに影響を与えることになる。ゴルフクラブ２においては、通信装置５０がグリップ部に設けられていることで、このような影響が生じないようになっている。通信装置５０が送信したこれらのデータは、図１に示された軌道算出装置３が受信する。

図７は、軌道算出装置３が備えるハードウェアの構成を示す図である。軌道算出装置３は、制御部３１と、記憶部３２と、通信部３３と、操作部３４と、表示部３５と、電源部３６とを備える。制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む演算装置やメモリを備える。制御部３１の演算装置は、メモリや記憶部３２に記憶されたプログラムを実行して、軌道算出装置３の各部を制御したり、データを処理したりする。記憶部３２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置を備え、前述したプログラムや画像を示す画像データなどを記憶する。操作部３４は、キーボードやマウスなどの操作子であり、使用者の操作に応じてその操作内容を表す操作データを制御部３１に供給する。表示部３５は、液晶表示画面及び液晶駆動回路を備えており、制御部３１から供給されてくる画像データが示す画像を表示する。電源部３６は、図示せぬコンセントに接続するプラグ及び電力線を有し、これらのプラグ及び電力線を介して取得した電力を、軌道算出装置３が備える各部に供給する。

通信部３３は、例えばBluetoothの規格を用いて無線通信を行うものであり、前述した通信装置５０と無線で通信する。通信部３３は、通信装置５０により送信されるデータを受信する受信手段として機能する。通信部３３が受信するデータは、例えば、ゴルフクラブ２がスイングされてゴルフクラブヘッド１０がボールに衝突したときに上述した各センサが検出した角速度及び加速度を示すデータである。通信部３３は、通信装置５０から送信されてきたデータを制御部３１に供給する。なお、以上で述べた無線通信によるデータのやり取りを、マイクロＳＤ（Secure Digital）等のメモリを用いて行うようにしてもよい。この場合、例えば通信装置５０の代わりにマイクロＳＤをシャフト１１の内部に設けておき、上述した各センサから出力されてきたデータをそのマイクロＳＤに記憶させる。このマイクロＳＤは、ゴルフクラブがスイングられた後で取り出される。そして、軌道算出装置が、通信部３３の代わりにマイクロＳＤを読み取る手段を備えておき、スイング後に取り出されたマイクロＳＤからこの手段がデータを読み取ることで、データのやり取りが行われる。

軌道算出装置３は、以上のハードウェアを備えることで、通信部３３が受信したデータが示す角速度及び加速度に基づき、ゴルフクラブヘッド１０に衝突したボールの軌道を算出する算出装置として機能する。軌道算出装置３は、ボールの初速、スピン量及び打ち出し角に基づいてボールの軌道を算出する。ボールの初速とは、ゴルフクラブヘッド１０に衝突することで瞬間的に加速されたボールがゴルフクラブヘッド１０から離れた瞬間のそのボールの速度のことをいう。ボールの初速は、ボールがゴルフクラブヘッド１０に衝突したときにゴルフクラブヘッド１０から受ける力の大きさ（衝撃力という）に応じた値となる。軌道算出装置３は、この衝撃力を求めることで、ボールの初速の値を算出する。

図８は、衝撃力の大きさについて説明するための図である。図８では、ボールがヘッドに接触している期間における、ゴルフクラブヘッド１０の前後方向（図２に示す前側から後ろ側へ向かう方向）への加速度の変化を示している。この加速度は、加速度センサ４４が検出したＸ軸方向への加速度及びＺ軸方向への加速度のそれぞれの前後方向への成分を合計することで求められる。図８では、横軸が時刻を示し、縦軸が加速度を示している。この加速度は、前後方向に加速する場合にマイナスの数値となるように示されている。ボールが衝突したゴルフクラブヘッド１０は、そのボールがフェース面に接触している間、ボールから前後方向への力を受け続けるため、前後方向に加速する。言い換えると、ゴルフクラブヘッド１０が前後方向に加速している間が、フェース面にボールが接触している期間である。以下では、この期間を「ボール接触期間」という。図８では、ボール接触期間が範囲Ｂ１で示されている。

このボール接触期間は、ゴルフクラブヘッド１０がボールから力を受けている期間として求められる。ボール接触期間にゴルフクラブヘッド１０がボールから受ける力の大きさ、すなわち衝撃力は、ボール接触期間における加速度の大きさを積分した値、つまり、図８のＢ２部の面積に所定の係数ｋ１を乗じることで求められる。この係数ｋ１は、ゴルフクラブヘッド１０及びボールの各々の反発係数などによって決まるものである。係数ｋ１は、例えば、ゴルフクラブ２を用いて異なるヘッドスピードで打撃されたボールの初速を周知の方法で測定したものと、そのときのＢ２部の面積の大きさとから求めることができる。このようにして係数ｋ１を予め求めておくことで、軌道算出装置３は、加速度センサ４４が検出した結果から、前後方向への加速度を算出し、その加速度に係数ｋ１を乗じた値を、ボールの初速の値として算出する。

また、軌道算出装置３は、ボールのスピン量を、重心を中心としたゴルフクラブヘッド１０の回転量に基づいて算出する。このスピン量とは、ボールが回転する速さの度合いを表すものであり、例えば１分間辺りの回転数（ｒｐｍ：revolution per minute）で算出される。
図９及び図１０は、ゴルフクラブヘッド１０の回転量について説明するための図である。図９では、ボールと衝突するゴルフクラブヘッド１０をトウ側から水平方向に見た様子の一例が示されている。図９では、説明を分かりやすくするため、ヘッド本体２０の断面と、検出部材４０及びボールの外観と、ゴルフクラブヘッド１０の重心Ｃとを示している。図９（ａ）では、ボールがゴルフクラブヘッド１０に接触した瞬間の様子が示されており、図９（ｂ）では、ボールがゴルフクラブヘッド１０から離れる瞬間の様子が示されている。

この例では、図９（ａ）に示したベクトルＤ０が表す方向及び大きさの衝撃力が、ボールからゴルフクラブヘッド１０に与えられる。実際には、この衝撃力は、ボール接触期間に渡って与えられるものであるが、説明の便宜上、図９（ａ）に示すこととした。この場合、ゴルフクラブヘッド１０は、この衝撃力の重心Ｃを中心とした円周方向へのベクトルＤ１で表される分力により、前側がクラウン側に移動し、後ろ側がソール側に移動するように、重心Ｃを中心として回転する。この例では、ゴルフクラブヘッド１０は、図９（ｂ）に示すようにゴルフクラブヘッド１０がボールから衝撃力を受け終わるときまでに、重心Ｃを中心として角度θ１だけ回転している。角速度センサ４３の向きは、上記のとおり、Ｙ軸がトウ・ヒール方向に向くように調節されている。このため、角度θ１は、Ｙ軸に平行で重心Ｃを通る軸を中心としてゴルフクラブヘッド１０が回転した角度となっている。このとき、角速度センサ４３は、図９（ｂ）に示すように、Ｙ軸を中心として角度θ１回転していることになる。軌道算出装置３は、ボール接触期間におけるＹ軸を中心とした角速度を積分することで、角度θ１を求める。

また、ゴルフクラブヘッド１０に衝突したボールも、フェース部２１との摩擦により、フェース面との接点からクラウン側に向かう方向にボールを回転させる力Ｄ２を受ける。これはギア効果と呼ばれる現象である。この力Ｄ２の大きさは、角度θ１が大きいほど大きくなる。軌道算出装置３は、上記のとおり求めた角度θ１に応じた値を、Ｙ軸を中心としたボールのスピン量（以下「縦方向スピン量」という。）として算出する。縦方向スピン量は、いわゆるバックスピンやトップスピンの単位時間当たりの回転数のことである。ここでいう縦方向とは、ボール接触期間におけるクラウン・ソール方向のことであり、概ね、鉛直方向に沿った方向となる。角度θ１と縦方向スピン量との関係は、ボールとフェース面との摩擦係数やボールの弾性率（ボールがどれだけ変形するかによってボールとフェース面との接触する面積が変化する）、ヘッドスピードなどによって決まる。この関係は、例えば、フェース面の様々な位置に様々なスピードでボールを衝突させたときに、縦方向スピン量を周知の方法で測定したものと、そのときに求められた角度θ１とから求めることができる。この関係を予め求めておくことで、軌道算出装置３は、角速度センサ４３が検出した結果から、角度θ１を算出し、その角度θ１に応じた値を、縦方向スピン量として算出する。

図１０では、ボールと衝突するゴルフクラブヘッド１０をソール側から見た様子の一例が示されている。図１０（ａ）では、ボールがゴルフクラブヘッド１０に衝突した瞬間の様子が示されており、図１０（ｂ）では、ボールがゴルフクラブヘッド１０から離れる瞬間の様子が示されている。ゴルフクラブヘッド１０は、ボールから受ける衝撃力によって、図９の例と同様の現象が生じて重心Ｃを中心として角度θ２回転する。この角度θ２は、クラウン・ソール方向に平行で重心Ｃを通る軸を中心としてゴルフクラブヘッド１０が回転した角度を表している。この軸は、ボールの打撃時において概ね鉛直方向と平行になるものであり、以下では「鉛直軸」という。このとき、角速度センサ４３も、鉛直軸を中心に角度θ２回転していることになる。軌道算出装置３は、ボール接触期間におけるＸ軸及びＺ軸を中心とした角速度を積分し、それらの鉛直軸成分を合計することで、角度θ２を求める。そして、角度θ２とクラウン・ソール方向に沿った軸を中心としたボールのスピン量（以下「横方向スピン量」という。）との関係を縦方向スピン量と同様に求めておくことで、軌道算出装置３は、角速度センサ４３が検出した結果を用いて算出した角度θ２に応じた値を、横方向スピン量として算出する。この横方向スピン量は、いわゆるスライススピンやフックスピンの単位時間当たりの回転数のことである。ここでいう横方向とは、ボール接触期間におけるトウ・ヒール方向のことであり、概ね、水平方向に沿った方向となる。

また、軌道算出装置３は、打ち出し角を、上述したボール接触期間においてゴルフクラブヘッド１０が移動している方向（以下「衝突方向」という。）と、衝突方向に対するフェース面の向きとに基づいて算出する。この打ち出し角は、フェース面から離れる瞬間のボールが進む方向と衝突方向とがなす角度で表される。
図１１は、ゴルフクラブヘッド１０を水平方向に見たときの衝突方向及びフェース面の向きを説明するための図である。図１１（ａ）では、加速度センサ４４が上記のボール接触期間に検出した３つの方向の加速度の積分値を表すベクトルを合成したベクトルＤ３を、鉛直方向上向きに見たところを示している。これらの合成前のベクトルは、ゴルフクラブヘッド１０がボールから受ける衝撃力の３つの方向への分力を表している。つまり、このベクトルＤ３は、ゴルフクラブヘッド１０が衝撃力を受ける方向と、その大きさを表している。

フェース面に対して衝撃力が加わる方向は、フェース面及びボールの間で摩擦が働かなければ、フェース面に垂直な方向となるが、実際には摩擦が働くため、衝突方向の影響を受ける。言い換えれば、衝突方向は、ベクトルＤ３の向きに応じた方向となっている。このベクトルＤ３と衝突方向との関係を予め求めておくことで、軌道算出装置３は、加速度センサ４４が検出した結果を用いて算出したベクトルＤ３に応じた値を、衝突方向として算出する。図１１（ａ）では、軌道算出装置３が算出した衝突方向の一例である衝突方向Ａ５を矢印で示している。軌道算出装置３は、ベクトルＤ３及び衝突方向Ａ５を、図５に示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の座標系でそれぞれ表す。

図１１（ｂ）では、衝突方向Ａ５に対するフェース面の向きを示している。このフェース面の向きは、衝突方向Ａ５に垂直な仮想の面Ｅ３に対するフェース面の角度θ３で表される。フェース面はバルジと呼ばれる緩やかな曲面を形成しているが、軌道算出装置３は、フェース面の中心における接平面Ｅ１と面Ｅ３とがなす角度をθ３として算出する。軌道算出装置３は、加速度センサ４４が取り付けられる位置及び向きに応じて接平面Ｅ１を上記の座標系において表す式を予め記憶しておく。

図１２は、鉛直方向に見たときの衝突方向及びフェース面の向きを示す図である。図１２では、上述したベクトルＤ３、衝突方向Ａ５、接平面Ｅ１及び面Ｅ３を示している。この図に示すように、接平面Ｅ１及び面Ｅ３は、水平方向に見たときに角度θ４をなしている。以上のとおり、軌道算出装置３は、接平面Ｅ１と面Ｅ３とがなす角度のうち、鉛直方向に見たときのものであるθ３と、水平方向に見たときのものであるθ４とを算出する。そして、軌道算出装置３は、算出したこれらの角度θ３及びθ４から、ボールの打ち出し角を算出する。
軌道算出装置３は、以上のとおり算出したボールの初速、スピン量及び打ち出し角の値に基づき、ボールの軌道を算出する。軌道算出装置３は、ボールの軌道の算出を、周知の技術を用いて行う。

本実施形態によれば、使用者は、例えば室内の練習場など打撃したボールの軌道が確認できない場所であっても、ゴルフクラブヘッド１０に検出部材４０を取り付けたゴルフクラブ２を用いてボールを打撃することで、軌道算出装置３が算出するボールの軌道を確認することができる。そして、確認した結果に応じてゴルフクラブヘッド１０に取り付ける重りの重さを変えることで、ゴルフクラブヘッド１０の重量のバランスを、図３の説明で述べたように、自分のスイングに合ったものとなるように調整することができる。

打撃したボールをカメラで撮影したり、その位置をセンサで検出したりしてボールの軌道を算出するシステムがある。そのようなシステムでは、ボールの周辺にカメラやセンサを設置しなければならないため、手間がかかるし、例えば練習場ではこれらを設置する場所がなくて利用できない場合もある。本実施形態のゴルフクラブヘッド１０によれば、ボールの軌道を算出するために用いるセンサ（角速度センサ４３及び加速度センサ４４）がゴルフクラブヘッド１０に取り付けられているため、上記のような手間がかからないし、ゴルフクラブ２でボールを打撃することができる場所であれば、どのような場所でも利用することができる。

ゴルフクラブヘッドに内蔵された、すなわち中空の内側に取り付けられたセンサを用いて角速度や加速度を検出するシステムがある。このようなシステムでは、ゴルフクラブヘッド１０を備えるゴルフクラブ２と同様に、どのような場所でも利用することができるが、打撃時の衝撃により内蔵されているセンサが壊れた場合に、それを取り替えることがゴルフクラブヘッド１０に比べて困難である。ゴルフクラブヘッド１０では、検出部材４０が備えるセンサが壊れた場合に、その検出部材４０を取り外して代わりの検出部材４０を取り付ければよい。この作業は、着脱可能な重りを取り外して取り付ける作業と同じであるから、前述の内蔵されているセンサを交換する作業よりも容易に行うことができる。

検出部材４０が有する各センサのように電気的に動作する装置が取り付けられたゴルフクラブヘッドは、ゴルフの試合や競技ゴルフなどでは使用することが禁止されている場合がある。このような場合に、ゴルフクラブヘッド１０を用いれば、検出部材４０を取り外して重り部材を取り付けてプレーするということを、センサを内蔵したヘッドを用いる場合よりも容易に行うことができる。さらに、取り付ける重り部材を検出部材４０と同じ重さのものにすることで、上記のとおり調整した重量のバランスを変えることなく、使用者はプレーすることができる。
以上のとおり、本実施形態によれば、ゴルフクラブヘッド１０のように重量のバランスを変化させることが可能なゴルフクラブヘッドを用いて打撃したボールの軌道を算出する場合に、ヘッド本体２０への着脱が容易なセンサ（角速度センサ４３及び加速度センサ４４）を用いてその算出に用いる物理量（角速度及び加速度）を検出することができる。

［変形例］
上述した実施形態は、本発明の実施の一例に過ぎず、以下のように変形させてもよい。また、上述した実施形態及び以下に示す各変形例は、必要に応じて組み合わせて実施してもよい。

（変形例１）
軌道算出装置は、上述した実施形態では、デスクトップ型のパーソナルコンピュータであったが、ノートパソコンであってもよいし、ｉＰｈｏｎｅ等のスマートフォンや、ｉＰａｄ等のタブレットであってもよい。要するに、軌道算出装置は、検出部材４０による検出結果（角速度及び加速度）に基づいてボールの軌道を算出する処理が実行できて、その結果を使用者に伝えることができるものであればよい。

（変形例２）
軌道算出装置は、この結果を画像で表示することで使用者に伝えてもよいし、音声で伝えてもよい。例えば、横方向スピン量が或る範囲に収まっていれば「ナイスショット」という音声を出力し、その範囲から外れていれば「スライスです」または「フックです」という音声を出力するといった具合である。また、横方向スピン量や縦方向スピン量の値そのものを音声で出力してもよい。軌道算出装置が上述したようにスマートフォンであれば、使用者は、そのスマートフォンをポケットの中などに入れておき、スイングした後ボールの軌道を見ながらスピン量の値を音声で聞いて、軌道とスピン量との関係を認識することができるようになる。

（変形例３）
軌道算出装置は、複数の装置で構成されていてもよく、例えば、軌道の算出と結果の表示とを別々の装置で行ってもよい。例えば、通信装置５０がインターネット上のサーバに検出結果を送信して、そのサーバがボールの軌道を算出する。そして、そのサーバが算出したボールの軌道を示すデータを使用者のスマートフォンに送信し、スマートフォンがそのデータが示す軌道を表示する。これにより、スマートフォンでは軌道を算出するまでに要する時間が例えば５分や１０分など使用者にとって長すぎるような場合に、より処理が早いサーバで軌道を算出させることで、使用者が軌道を確認するまでに待つ時間を短くすることができる。

（変形例４）
軌道算出装置は、実施形態で述べた方法とは異なる方法でボールの軌道を算出してもよい。例えば、軌道算出装置は、ボール接触期間を加速度センサ４４が検出した結果を用いて算出したが、角速度センサ４３が検出した結果を用いて算出してもよい。ゴルフクラブヘッド１０は、ボールと衝突した瞬間からボールが離れるまでの期間、すなわちボール接触期間においてボールから衝撃力を受けるため、この期間に重心を中心とした或る方向への回転が行われる。そして、ボールがゴルフクラブヘッド１０から離れた後は、この方向へ回転する動きが収まるため、角速度センサ４３が検出した結果も、図８に示す加速度の検出結果のように絶対値が増減を繰り返しながら最大値まで増加した後に、減少して収束することになる。軌道算出装置は、角速度センサ４３による検出結果における図８に示す範囲Ｂ１と同様の範囲を、ボール接触期間として特定する。

また、例えば、軌道算出装置は、上述した実施形態では、ボールの初速、スピン量及び打ち出し角の３つ値を算出したが、これらのうちの１つまたは２つを算出した結果からボールの軌道を算出する。その場合、軌道算出装置は、値を算出するために必要な物理量を検出するセンサを備えていればよい。例えば、スピン量だけを算出する場合であれば、軌道算出装置は、角速度センサ４３を備え、加速度センサ４４を備えていなくてもよいし、初速だけを算出する場合であれば、軌道算出装置は、加速度センサ４４を備え、角速度センサ４３を備えていなくてもよい。また、軌道算出装置は、上述した実施形態では、角速度及び加速度をボール接触期間における検出結果を積分して求めたが、この期間における最大値をそれぞれの値として求めてもよい。また、軌道算出装置は、上述した方法とは異なる周知の技術を用いてボールの軌道を算出してもよい。

（変形例５）
角速度センサは、上述した実施形態では、角速度を検出する軸の数が３つであったが、これに限らず、１つ、２つまたは４つ以上であってもよい。いずれの場合も、軌道算出装置は、角速度センサが検出する角速度を、クラウン・ソール方向を軸とする成分と、トウ・ヒール方向を軸とする成分とに分解することで、上述した縦方向スピン量及び横方向スピン量を算出することができる。つまり、角速度センサは、ヘッド本体２０の前後方向に所定の角度をなす軸を中心とした角速度を検出するものであればよい。この場合、軌道算出装置は、角速度センサにより検出された角速度から、縦方向スピン量及び横方向スピン量を算出し、算出したこれらのスピン量を用いてボールの軌道を算出する。なお、軌道算出装置は、縦方向スピン量または横方向スピン量のいずれか一方だけを算出し、算出したスピン量を用いて軌道を算出してもよい。

（変形例６）
検出部材は、上述した実施形態では、角速度センサ４３及び加速度センサ４４を有していたが、これら以外のセンサを有していてもよい。例えば、検出部材は、振動センサと呼ばれる振動の大きさ（振幅）を検出するセンサや、衝撃センサと呼ばれる衝撃の大きさを検出するセンサなどを有していてもよい。これらのセンサが検出する振幅や衝撃の大きさは、ヘッド本体２０に与えられる衝撃力の大きさに応じたものとなり、つまりは、ボールの初速に応じたものとなる。この場合、実施形態で述べたように、これらの振幅や衝撃の大きさとボールの初速との関係を予め求めておく。そして、軌道算出装置が、これらのセンサが検出した結果と求めておいた関係から、ボールの初速を算出し、ボールの軌道を算出する。上述した各センサは、いずれも、ヘッド本体２０の加速度、角速度、振幅及び衝撃の大きさといったヘッド本体２０の動きを表す物理量を検出するものである。そして、軌道算出装置は、ヘッド本体２０の動きから、ボールの初速、スピン量及び打ち出し角を算出し、ボールの軌道を算出する。つまり、検出部材は、ヘッド本体２０の動きを表す物理量を検出するセンサを有していればよい。

（変形例７）
ヘッド本体は、上述した実施形態では、重り部材及び検出部材が取り付けられる位置が第１及び第２取り付け位置であったが、これらとは異なる位置であってもよい。この位置は、例えば、ソール部のトウ側であってもよいし、ヘッド本体の重心のソール側であってもよい。また、この位置は、クラウン部にあってもよい。要するに、重り部材及び検出部材は、ヘッド本体に対して着脱可能に取り付けられるようになっていればよい。これにより、実施形態と同様に、ゴルフクラブヘッド１０のように重量のバランスを変化させることが可能なゴルフクラブヘッドを用いて打撃したボールの軌道を算出する場合に、ヘッド本体への着脱が容易なセンサを用いてその算出に用いる物理量を検出することができる。

（変形例８）
通信装置５０は、上述した実施形態では、シャフト１１の中空部１３のうちグリップ１２が取り付けられている部分に設けられていたが、これ以外の場所に設けられていてもよい。通信装置５０は、例えば、中空部１３のうちグリップ１２が取り付けられている部分以外の場所に設けられていてもよい。また、通信装置５０は、大きさが収まるのであれば、検出部材４０の内部に設けられていてもよい。この場合、配線４８を接続したり外したりする手間も不要となり、使用者の利便性を向上させることができる。

（変形例９）
上述した実施形態では、角速度センサ４３及び加速度センサ４４の向きは、それぞれＹ軸及びＹ軸方向がトウ・ヒール方向に向くように調節されていた。軌道算出装置３は、これらのセンサがトウ・ヒール方向以外の方向に向くように調節されていても、衝撃力及び角度θ１等の値を算出することができる。軌道算出装置３は、例えば、加速度であれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向がそれぞれ前後方向に対してなす角度が分かっていれば、検出された各加速度の前後方向の成分を合計して、上述したとおりにボール接触期間及び衝撃力を算出することができる。また、軌道算出装置３は、角速度であれば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸がそれぞれトウ・ヒール方向及びクラウン・ソール方向に対してなす角度が分かっていれば、検出された各角速度からトウ・ヒール方向を軸とした角度速度の成分及びクラウン・ソール方向を軸（実施形態における鉛直軸）とした角速度の成分を算出することで、角度θ１及びθ２を算出することができる。また、軌道算出装置３は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の座標系における上記の接平面Ｅ１を表す式を予め記憶しておくことで、上述した実施形態と同様に、角度θ３及びθ４を算出することができる。なお、方向調節部材４５を用いて実施形態のように角速度センサ４３の向きを調節しておくことで、検出された値から分力を算出することなくそのまま積分した値が角度θ１を表すようになる。つまり、方向調節部材４５を用いることで、軌道算出装置３による計算量を少なくして、ボールの軌道が算出されるまでに要する時間を短くすることができる。

１…軌道算出システム、２…ゴルフクラブ、３…軌道算出装置、１０…ゴルフクラブヘッド、１１…シャフト、１２…グリップ、２０…ヘッド本体、２１…フェース部、２２…クラウン部、２３…ソール部、２４…ホーゼル部、３０…重り部材、４０…検出部材、４１…ボルト頭部、４２…ボルトねじ部、４３…角速度センサ、４４…加速度センサ、４５…方向調節部材、４８…配線、５０…通信装置、３１…制御部、３２…記憶部、３３…通信部、３４…操作部、３５…表示部、３６…電源部

Claims (4)

1. ヘッド本体と、
   前記ヘッド本体の動きを表す物理量を検出するセンサであって、データを送信する送信手段に対して当該検出した物理量を示すデータを出力するセンサと、前記センサの向きを調節する調節手段とを有し、当該ヘッド本体に対して着脱可能に取り付けられる重りと
   を備えることを特徴とするゴルフクラブヘッド。
2. 請求項１に記載のゴルフクラブヘッドと、
   シャフトと、
   前記シャフトに取り付けられているグリップと、
   前記センサが出力するデータを送信する送信手段とを備え、
   前記送信手段は、前記シャフトのうち前記グリップが取り付けられている部分に設けられている
   ことを特徴とするゴルフクラブ。
3. 請求項１に記載のゴルフクラブヘッド、シャフト、前記シャフトに取り付けられているグリップ及び前記センサが出力するデータを送信する送信手段を備えるゴルフクラブ、または、請求項２に記載のゴルフクラブと、
   前記送信手段により送信されるデータであって、前記ゴルフクラブがスイングされて前記ゴルフクラブヘッドがボールに衝突したときに前記センサが検出した物理量を示すデータを受信する受信手段を有し、前記受信手段が受信したデータが示す物理量に基づき、前記ボールの軌道を算出する算出装置と
   を備えることを特徴とする軌道算出システム。
4. 前記ヘッド本体は、前側にフェース面を有し、
   前記センサは、前記ヘッド本体の前後方向と所定の角度をなす軸を中心とした角速度を前記物理量として検出し、
   前記算出装置は、前記センサにより検出された角速度から、前記ボールの縦方向のスピン量または横方向のスピン量を算出し、当該算出したスピン量を用いて前記軌道を算出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の軌道算出システム。

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