JP6762288B2 - バット及びバットの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、野球やソフトボール用のバット及びバットの設計方法に関する。特に、本発明は、打撃の際の手の痺れが軽減され、優れた打感が得られるバット及びバットの設計方法に関する。

野球やソフトボール、特に硬式野球では、バットでボールを打撃した際に手に伝わる衝撃が大きく、手に痺れが生じ易い。特に、バットのテーパ部やヘッドキャップ近傍など、ボールを打撃する部位がいわゆるスイートエリアから外れた場合には、顕著な痺れが生じ易い。

従来、打撃の際の手の痺れを軽減するために、内部構造に工夫を施したバットが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、内部構造に工夫を施す場合には、一般的なバットの製造工程に新たな工程が付加されることによって、製造が容易でなくなるおそれがある。

内部構造の工夫ではなく、外形に工夫を施したバットも種々提案されている（例えば、特許文献２〜６参照）。外形に工夫を施したバットであれば、内部構造に工夫を施す場合に比べて製造が容易になる可能性がある。
しかしながら、特許文献２〜６に記載のバットは、いずれも打撃の向上等を目的として外形を特定したものであり、打撃の際の手の痺れを軽減することについては開示も示唆もない。

特開２０１１−６２３７６号公報 実開昭６３−１１０６５号公報 実開平１−１５９８８１号公報 実開昭６１−７３３６９号公報 実開昭５５−１８０５６２号公報 特開平６−２９２７４６号公報

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、打撃の際の手の痺れが軽減され、優れた打感が得られるバット及びバットの設計方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは、各種バットに対して実験によるモーダル解析を実行し、固有振動数及び一次固有振動モードを算出した。一方、本発明者らは、モーダル解析を実行した上記の各種バットで実際にボールを打撃した際の手の痺れの程度をＶＡＳ（Visual Analog Scale）法で評価して評価値（痺れが少ないほど値が大きくなる評価値）を算出した。
そして、本発明者らは、上記のモーダル解析の結果とＶＡＳ法での手の痺れの評価値とを照らし合わせて鋭意検討した結果、モーダル解析を実行して算出される一次固有振動モードの固有振動数をｆ、一次固有振動モードの腹の振幅をＡ１、一次固有振動モードの先端の振幅をＡ２、一次固有振動モードの先端から腹までの長さをＬとすると、（Ａ１＋Ａ２）／（Ｌ×ｆ）×１０００で表わされるパラメータと、ＶＡＳ法での手の痺れの評価値が良好な相関関係を有することを見出した。具体的には、上記のパラメータの値が大きければ評価値が小さくなり、上記のパラメータの値が小さければ評価値が大きくなることを見出した。
そして、本発明者らは更に鋭意検討した結果、上記のパラメータの値が０．１［Ｈｚ^−１］未満である場合に、従来のバットでは得られないほど打撃の際の手の痺れが軽減されることを見出した。

本発明は、上記の本発明者らの知見に基づき完成したものである。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、バットに対してモーダル解析を実行して算出される一次固有振動モードの固有振動数をｆ、前記一次固有振動モードの腹の振幅をＡ１、前記一次固有振動モードの先端の振幅をＡ２、前記一次固有振動モードの前記先端から前記腹までの長さをＬとした場合に、以下の式（１）で表されるパラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満であることを特徴とするバットを提供する。
Ｐ＝（Ａ１＋Ａ２）／（Ｌ×ｆ）×１０００ ・・・（１）

本発明に係るバットによれば、前述の知見の通り、打撃の際の手の痺れが軽減され、優れた打感を得ることが可能である。
なお、本発明に係るバットにおいて、「モーダル解析」は、実際のバットを用いた実験によるモーダル解析であってもよいし、バットのモデル（バットの外形、肉厚及び重量に基づき生成されたモデル）に対してＣＡＥ（Computer Aided Engineering）を用いたモーダル解析であってもよい。また、「一次固有振動モードの腹の振幅」とは、一次固有振動モードの腹の位置におけるバット又はバットのモデルの中心の振幅を意味する。すなわち、一次固有振動モードの両端を除いて最も振幅の大きな位置におけるバット又はバットのモデルの中心の振幅を意味する。また、「一次固有振動モードの先端の振幅」とは、一次固有振動モードの先端の位置におけるバット又はバットのモデルの中心の振幅を意味する。「先端」とは、バット又はバットのモデルのヘッド側の端部を意味する。さらに、「一次固有振動モードの前記先端から前記腹までの長さ」とは、振動していない場合のバット又はバットのモデルの中心線に沿った、一次固有振動モードの先端の位置と腹の位置との離間距離を意味する。

上記のパラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満であるバットを得るには、従来のバットの外形を種々変更すればよい。本発明者らは、主として、（ａ）バットの先端から最大径の位置までの長さのバットの全長に対する割合、（ｂ）バットの先端径と最大径との差、（ｃ）バットの最大径と同径である平行部の長さ、の３点を調整すれば、上記のパラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満であるバットが得られることを見出した。

すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のバットを設計する方法であって、前記パラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満となるように、前記バットの先端から最大径の位置までの長さの前記バットの全長に対する割合、前記バットの先端径と最大径との差、又は、前記バットの最大径と同径である平行部の長さを決定する、ことを特徴とするバットの設計方法としても提供される。

本発明に係るバットの設計方法によれば、パラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満となるバット、すなわち、打撃の際の手の痺れが軽減され、優れた打感を得ることが可能なバットを設計可能である。
なお、本発明に係るバットの設計方法において、「最大径の位置」とは、最大径の位置が複数ある場合には、最も先端に近い最大径の位置を意味する。また、「バットの先端径と最大径との差」とは、バットの先端径をＤ_ｔｏｐ、バットの最大径をＤ_ｍａｘとした場合に、Ｄ_ｔｏｐ−Ｄ_ｍａｘを意味する。

本発明に係るバットの設計方法において、前記バットの先端から最大径の位置までの長さの前記バットの全長に対する割合を２０％以上３０％以下の値に決定することが好ましい。

本発明者らの知見によれば、上記の好ましい方法により、パラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満であるバットを設計し易い。

また、本発明に係るバットの設計方法において、前記バットの先端径と最大径との差を負の値に決定することが好ましい。

本発明者らの知見によれば、上記の好ましい方法により、パラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満であるバットを設計し易い。

さらに、本発明に係るバットの設計方法において、前記バットの最大径と同径である平行部の長さを０に決定することが好ましい。

本発明者らの知見によれば、上記の好ましい方法により、パラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満であるバットを設計し易い。

本発明に係るバットによれば、打撃の際の手の痺れが軽減され、優れた打感を得ることが可能である。また、本発明に係るバットの設計方法によれば、打撃の際の手の痺れが軽減され、優れた打感を得ることが可能なバットを設計可能である。

本発明の一実施形態に係るバットの概要を示す図である。 図１に示すバット及び従来のバットのパラメータＰの値と、ＶＡＳ法で評価した手の痺れの評価値との相関関係を示す図である。 バットの先端から最大径の位置までの長さのバットの全長に対する割合と、パラメータＰとの関係を示す図である。 図１に示すバット及び従来のバットの先端径と最大径との差と、パラメータＰとの関係を示す図である。 図１に示す本実施形態に係るバット１及び従来のバットＡ〜Ｄの最大径と同径である平行部の長さと、パラメータＰとの関係を示す図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係るバットについて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るバットの概要を示す図である。図１（ａ）は、本実施形態に係るバットを示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すバットに対して実験によるモーダル解析を実行して算出される一次固有振動モードのバットの中心線を示す。
本実施形態に係るバット１は、モーダル解析を実行して算出される固有振動数及び一次固有振動モード２が所定の条件を満足するように形成されている。

具体的には、図１（ｂ）に示すように、モーダル解析を実行して算出される一次固有振動モード２の固有振動数をｆ、一次固有振動モード２の腹２１の振幅をＡ１、一次固有振動モード２の先端２２の振幅をＡ２、一次固有振動モード２の先端２２から腹２１までの長さをＬとした場合に、本実施形態に係るバット１は、以下の式（１）で表されるパラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満となるように形成されている。なお、図１（ｂ）には、振動前のバット１の中心線２’を破線で示している。
Ｐ＝（Ａ１＋Ａ２）／（Ｌ×ｆ）×１０００ ・・・（１）

図２は、本実施形態に係るバット１及び従来のバットＡ〜ＤのパラメータＰの値と、
ＶＡＳ法で評価した手の痺れの評価値との相関関係を示す図である。図２（ａ）は、本実施形態に係るバット１及び従来のバットＡ〜Ｄの外観を示す。図２（ｂ）は、パラメータＰの値と手の痺れの評価値との相関関係を示す。
従来のバットＡ〜Ｄについても、本実施形態に係るバット１と同様に、実験によるモーダル解析を実行することでパラメータＰを算出した。また、図２（ｂ）に示す縦軸の評価値は、９名の野球経験者が本実施形態に係るバット１及び従来のバットＡ〜Ｄを用いて球速１１０ｋｍ／ｈの一般硬式球をランダムに打撃し、その際に各自が感じた手の痺れを１０段階評価で採点（痺れを感じない場合は１０点、最も顕著な痺れを感じる場合が０点）し、９名分の採点結果を平均化して算出した。

図２に示すように、パラメータＰと評価値との相関関係を直線近似した場合の決定係数Ｒ^２＝０．９６１９であり、両者が強い負の相関を有することが分かる。したがい、パラメータＰの値が小さければ、評価値が大きくなる、すなわち、手の痺れが軽減されるといえる。本実施形態に係るバット１は、従来のバットＡ〜Ｄよりも小さなパラメータＰの値、すなわち、 ０．１［Ｈｚ^−１］未満の値（本実施形態では、０．０９１［Ｈｚ^−１］）を有するため、従来のバットＡ〜Ｄでは得られないほど打撃の際の手の痺れが軽減されることになる。

パラメータＰが小さいほど評価値が大きくなる理由としては、以下の事項が考えられる。
（１）式（１）から明らかなように、固有振動数ｆが大きければパラメータＰは小さくなる。振動による人体への影響を防止するために１〜１００Ｈｚの低周波領域を発現する機械がＪＩＳ Ｂ ７７６１−１で規定されていることからも分かるように、固有振動数ｆが大きければ、人体への影響が少なくなり、手の痺れが軽減され易くなると考えられる。したがい、パラメータＰが小さいほど評価値が大きくなると考えられる。
（２）一次固有振動モード２の最大振幅Ａ_ｍａｘは、一次固有振動モード２の後端２３の振幅（一次固有振動モードの後端２３の位置におけるバットの中心の振幅）である（図１参照）。「後端」は、バットのグリップエンド側の端部を意味する。例えば、この最大振幅Ａ_ｍａｘの２０％以下の振幅を有する部位をスイートエリアと定義した場合、（Ａ１＋Ａ２）／Ｌが小さいほど、すなわち、パラメータＰが小さいほど、スイートエリアが広くなるため、ミスヒットの許容性が高まると考えられる。ミスヒットの許容性が高まれば、手の痺れが軽減され易くなると考えられる。したがい、パラメータＰが小さいほど評価値が大きくなると考えられる。

パラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満である本実施形態に係るバット１を得るには、従来のバットＡ〜Ｄの外形を種々変更すればよい。本発明者らが見出した知見によれば、主として、（ａ）バットの先端から最大径の位置までの長さのバットの全長に対する割合、（ｂ）バットの先端径と最大径との差、（ｃ）バットの最大径と同径である平行部の長さ、の３点の少なくとも何れかを調整すれば良いことが分かった。

図３は、バットの先端から最大径の位置までの長さのバットの全長に対する割合（以下、適宜「最大径位置」という）と、パラメータＰとの関係を示す図である。図３（ａ）は、本実施形態に係るバット１及び従来のバットＡ〜Ｄの最大径位置と、実験によるモーダル解析を実行した場合に得られたパラメータＰを示す。図３（ｂ）は、最大径位置のみを２５％付近で変更した各バットのモデル（バットの外形、肉厚及び重量に基づき生成されたモデル）に対してＣＡＥを用いたモーダル解析を実行した場合に得られたパラメータＰを示す。
図３（ｂ）に示すように、最大径位置が２５％付近でパラメータＰは極小となるため、例えば、最大径位置を２０％以上３０％以下の値に決定することが好ましい。図３（ａ）に示すように、本実施形態に係るバット１の最大径位置は２４％であり、上記の範囲内にある値である。これに対し、従来のバットＡ〜Ｄの最大径位置は何れも２０％未満である。

最大径位置が２５％付近でパラメータＰが極小となるのは、従来のバットＡ〜Ｄのように最大径位置が小さくなるほど（最大径の位置がバットの先端に近づくほど）、固有振動数ｆが小さくなる（したがって、パラメータＰが大きくなる）一方、最大径位置が小さくなるほど、Ａ１＋Ａ２が小さくなる（したがって、パラメータＰが小さくなる）からだと考えられる。したがって、最大径位置に応じてパラメータＰが極小点を有することになると考えられる。

図４は、本実施形態に係るバット１及び従来のバットＡ〜Ｄの先端径と最大径との差と、実験によるモーダル解析を実行した場合に得られたパラメータＰとの関係を示す図である。図４に示すδＤは、バットの先端径をＤ_ｔｏｐ、バットの最大径をＤ_ｍａｘとした場合に、Ｄ_ｔｏｐ−Ｄ_ｍａｘで表されるバットの先端径と最大径との差を意味する。
図４に示す本実施形態に係るバット１のように、バットの先端径と最大径との差δＤを負の値に決定し、バットの最大径の位置から先端にかけて逆テーパ状の外形にすることが好ましい。従来のバットＡ〜Ｄのうち、バットＢのδＤは本実施形態に係るバット１のδＤと同じ−２．０であるが、その他のバットＡ、Ｃ、Ｄは０である。

δＤを負の値にするのが好ましいのは、δＤのみを変更した各バットのモデルに対してＣＡＥを用いたモーダル解析を実行した場合に得られる知見によれば、δＤが小さいほど固有振動数ｆが大きくなり、なお且つ、δＤが小さいほどＡ１＋Ａ２が小さくなる（したがって、パラメータＰが小さくなる）からだと考えられる。

図５は、本実施形態に係るバット１及び従来のバットＡ〜Ｄの最大径と同径である平行部の長さと、実験によるモーダル解析を実行した場合に得られたパラメータＰとの関係を示す図である。
図５に示す本実施形態に係るバット１のように、平行部の長さを０にする（すなわち、平行部が実質的に存在しない）ことが好ましい。従来のバットＡ〜Ｄのうち、バットＤの平行部の長さも本実施形態に係るバット１と同じ０であるが、その他のバットＡ〜Ｃは１００ｍｍ以上の平行部を有する。

平行部の長さを０にするのが好ましいのは、平行部の長さのみを変更した各バットのモデルに対してＣＡＥを用いたモーダル解析を実行した場合に得られる知見によれば、平行部の長さが小さいほど固有振動数ｆが大きくなり、パラメータＰが小さくなるからだと考えられる。

なお、図２（ｂ）、図３（ａ）、図４及び図５に示す結果が得られた実験によるモーダル解析は、以下の条件で実行した。
＜実験によるモーダル解析の条件＞
質量を無視できるワイヤーによってバットのグリップ部を支持し、インパルスハンマーによる加振点１８点をバットの長手方向に５０ｍｍピッチで設定する。その内の１点に加速度計を貼付し、加振点を順次インパルスハンマーで加振する。インパルスハンマーによる荷重を入力、加速度計の応答を出力とし、それぞれを周波数解析し、出力を入力で除することで伝達関数を計算する。すべての加振点について、荷重と応答との関係を伝達関数として算出することにより、バットの固有振動数、モード形状及び減衰を同定する。同定される固有振動数が最も小さいモードを一次固有振動モードとし、この一次固有振動モードにおける固有の周波数を固有振動数ｆとする。また、同定したモード形状から、腹の振幅Ａ１、先端の振幅Ａ２、先端から腹までの長さＬを算出する。

また、図３（ｂ）に示す結果及びバットの平行部の長さに関する知見が得られたＣＡＥを用いたモーダル解析は、以下の条件で実行した。
＜ＣＡＥを用いたモーダル解析の条件＞
有限要素法静解析ソフト「Ｎａｓｔｒａｎ」を用いて、ＣＡＤでバットをモデル化し、このバットのモデルを周方向に２０分割、長手方向に２４０分割することで、総要素数４８００、総節点４８２４の四角形シェル要素でモデル化する。拘束条件はフリーとし、自由振動による振動解析の一種である固有値解析（モーダル解析）により、バットの固有振動数、モード形状を同定する。同定されるモードのうち、剛体モードを除いた固有振動数が最も小さいモードを一次固有振動モードとし、この一次固有振動モードにおける固有の周波数を固有振動数ｆとする。また、同定したモード形状から、腹の振幅Ａ１、先端の振幅Ａ２、先端から腹までの長さＬを算出する。

なお、本実施形態に係るバット１は、ヘッドキャップの重量が２２ｇと軽量である。ヘッドキャップを軽量化することにより、固有振動数ｆが大きくなり、パラメータＰが小さくなる。かかる観点より、ヘッドキャップの重量は、２０ｇ〜３０ｇ（バット全体の重量の２％〜５％の重量）にするのが好ましい。

１・・・バット
２・・・一次固有振動モード

Claims (5)

1. バットに対してモーダル解析を実行して算出される一次固有振動モードの固有振動数をｆ、前記一次固有振動モードの腹の振幅をＡ１、前記一次固有振動モードの先端の振幅をＡ２、前記一次固有振動モードの前記先端から前記腹までの長さをＬとした場合に、以下の式（１）で表されるパラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満であることを特徴とするバット。
   Ｐ＝（Ａ１＋Ａ２）／（Ｌ×ｆ）×１０００ ・・・（１）
2. 請求項１に記載のバットを設計する方法であって、
   前記パラメータＰが０．１［Ｈｚ^−１］未満となるように、前記バットの先端から最大径の位置までの長さの前記バットの全長に対する割合、前記バットの先端径と最大径との差、又は、前記バットの最大径と同径である平行部の長さを決定する、
   ことを特徴とするバットの設計方法。
3. 前記バットの先端から最大径の位置までの長さの前記バットの全長に対する割合を２０％以上３０％以下の値に決定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のバットの設計方法。
4. 前記バットの先端径と最大径との差を負の値に決定する、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のバットの設計方法。
5. 前記バットの最大径と同径である平行部の長さを０に決定する、
   ことを特徴とする請求項２から４の何れかに記載のバットの設計方法。