JPH0557034A - 慣性主軸方向に重量配分させたゴルフクラブヘツド - Google Patents

慣性主軸方向に重量配分させたゴルフクラブヘツド

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JPH0557034A JP3244344A JP24434491A JPH0557034A JP H0557034 A JPH0557034 A JP H0557034A JP 3244344 A JP3244344 A JP 3244344A JP 24434491 A JP24434491 A JP 24434491A JP H0557034 A JPH0557034 A JP H0557034A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゴルフクラブのヘッド特性として重要視され
ている慣性モーメントを、ヘッドの重量の増加を最小限
に抑えて大きくする。 【構成】 ゴルフクラブのヘッドの設計思想として、従
来とは全く異なる設計思想を採用する。即ち、本発明は
重心(G)点をとおり、(x,y,z)直交座標におけ
る三本の慣性主軸のうち少なくとも一本の方向またはそ
の近傍部位に重量配分させるか、あるいは重量体を配設
することにより慣性モーメントの大きなヘッドとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゴルフクラブヘッドの
特性として重要である慣性モーメントを新規な方式によ
り増大化したゴルフクラブのヘッドに関する。更に詳し
くは、本発明は、従来にないゴルフクラブの設計思想に
基づいて慣性モーメントを増大化したゴルフクラブのヘ
ッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ゴルフクラブヘッドにおいては、特に慣
性モーメントを増大化することが要求されている。これ
は、ヘッド自体がインパクト時に強力な衝撃力を受けて
も安定した方向性を維持できること、これと関連して打
球の方向性が安定すること、ヘッド形状を大きくしクラ
ブを扱いやすいものにすること、などのためである。従
来から、ゴルフクラブのヘッドの慣性モーメントを大き
くしようとする種々の提案がなされている。例えば、 (i) ヘッドを中空体とし、ヘッドの形状を大きくする
とともにヘッドの周縁部に重量を配分するもの。 (ii) ヘッドのトウ部とヒール部に重量体を配設するも
の。などが提案されている。 そして、これらの提案は、慣性モーメント(I)に関す
る下記の定義式 I=Σmr2 ( m=重量、 r=回転軸からの距離) から一見合理的なものであると考えられている。しか
し、前記したアプローチは、ゴルフボールとゴルフクラ
ブとの力学系における角運動量保存の法則という観点
(この点は、あとで詳述する。)からみると、充分かつ
完全なアプローチではない。このため、ある程度、慣性
モーメントを増大させることができるものの重量配分あ
るいは重量体の配設によりヘッドの重量を増加させる割
合に比べて慣性モーメントを大きく増加させることがで
きない。
【0003】
【発明が解決しようとする問題点】本発明者らは、前記
したゴルフクラブヘッドの慣性モーメントを増大化する
ための従来技術の欠点、限界を克服するために鋭意検討
を加えた。その結果、インパクトという剛体系の力学的
現象において、即ち、ゴルフボールとゴルフクラブヘッ
ドとの相互作用の力学系において、角運動量の保存則の
観点からクラブヘッドの設計思想を組立てること、より
具体的にはヘッドの慣性主軸を重視して慣性モーメント
を増大させるようにしたとき、ヘッドの重量の増加を最
小限に押えて慣性モーメントを理想的に増大化すること
ができることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0004】
【問題点を解決するための手段】本発明を概説すれば、
本発明は、ゴルフクラブのヘッドにおいて、ヘッドの重
心点を通りかつ相互に直交する三本の慣性主軸のうち少
なくとも一本の方向またはその近傍部位に、他部よりも
多くの重量を配分するか、あるいは重量体を配設したこ
とを特徴とするゴルフクラブのヘッドに関するものであ
る。
【0005】以下、本発明の技術的構成ならびに実施の
態様を図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明は
その要旨を超えない限り、図示のものに限定されない。
本発明は、前記したようにゴルフクラブのヘッド設計に
おいて、慣性主軸を重視するものである。従って、本発
明の理解を助けるために、まず慣性主軸をどうして重視
するのかという点から説明する。ゴルフの剛体力学、即
ちゴルフボールとゴルフクラブの相互作用における剛体
力学系において、第1に重視しなければならない点は、
角運動量保存則である。これは、ゴルフボールとクラブ
ヘッドという二つの剛体(物体)から成る運動系に対し
ても、質点間(二次元)に働く力が作用・反作用の原理
に従う質点系において、外からのモーメントが作用しな
い限り、「角運動量」は時間的に不変であるという法則
が成立すると考えるからである。周知のように質点系
(二次元)の角運動量(M)は次式により与えられるも
のである。 M=I・ω………(1) 上式において、Mはスカラー量で表わされる角運動量、
Iは慣性モーメント、ωはスカラー量で表わされる角速
度を示す。なお、M値は質点系における各質点の角運動
量の総和、即ち系の角運動量を表わしている。またIは
I=mr2 で表わされ、r は回転軸から質量m の質点まで
の距離を表わす。一方、剛体系も同様に角運動量を定義
することができ、今、クラブヘッドそのものを重視して
考察すれば次のようになる。即ち、クラブヘッドという
剛体系の慣性テンソル(これは二次元慣性モーメントを
三次元に拡張した量とみることができる。)をJxx、J
xy……、角速度のベクトルをωx ,ωy , ωz ,とすれ
ば、剛体系の角運動量の(x,y,z)座標成分は以下
のようになる。 (x軸成分) Mx =Jxxωx +Jxyωy +Jxzωz ………(2) (y軸成分) My =Jyxωx +Jyyωy +Jyzωz ………(3) (z軸成分) Mz =Jzxωx +Jzyωy +Jzzωz ………(4) そして、上記(2),(3),(4) を3行3列の行列式でまとめ
ると(1) 式と同様な下式(5) を得ることができる。 M(ベクトル量)=〔I〕(慣性テンソル)・ω(ベクトル量)………(5) 上式(5) において、Mは剛体系の角運動量であり所定の
ベクトルを持ち、またωも所定のベクトルを有するもの
であるが、一般にMのベクトルとωのベクトルは方向が
一致しないのが常態である。この方向が一致しないこと
を認識することが重要である。
【0006】本発明者らは、従来のゴルフ設計において
は、式(5) を式(1) と同質的なものとみなし、式(5) の
M(ベクトル量)とω(ベクトル量)は暗黙のうちに同
一の方向をもっているとみなしているものと考える。式
(5) においてM(ベクトル量)とω(ベクトル量)の方
向が一般に一致しないこと(これは、式(2),(3),(4) よ
り考察しても明らかなことである。)、そしてこのため
にゴルフの剛体力学を考えるときに従来の設計思想にお
いてはどのような不合理が生じているかについて、少し
考察してみる。この点を考察するために、インパクト時
のゴルフボールとクラブフェース面の間で発生するギア
効果を取りあげる。なお、ギア効果とは、角運動量保存
の法則として広く一般に知られているものであり、ボー
ルがスイートスポットからはずれてトウ側またはヒール
側に当ったとき、衝撃力の作用でヘッドが瞬間的に重心
回りに回転し、これによりボールに横スピン(トウ側の
ときはフックスピン、ヒール側のときはスライススピ
ン)が加わる現象である。図3は、ボールがクラブヘッ
ドのトウ側に当ったときの角運動量と角速度のベクトル
の関係を示すものである。図3において、 (i) ヘッドの角速度ωH (ベクトル量)は重心Gを通
り図示のような方向にあり、ヘッドの回転軸の方向とな
る。 (ii) 一方、ヘッドの角運動量MH (ベクトル量)は、
図示の方向にあり、このヘッドの角運動量の方向がボー
ルの回転軸となる。なお、図3に示されるように、ボー
ルの角運動量MB (ベクトル量)は、ヘッドの角運動量
H (ベクトル量)に対し同一直線上で、反対方向にあ
る。これは、次の理由による。MH (ベクトル量)とM
B (ベクトル量)との和M(M=MH +MB :ベクトル
量)は角運動量保存の法則により一定であるが、インパ
クト前はヘッド,ボールとも角運動量を持つていないた
めM=0である。従って、MH =−MB となり、MH
B は同一直線上で反対の向きを持つことになる。ま
た、ボールの角速度ωB (ベクトル量)はボールが球体
であるため、前記したボールの角運動量MB (ベクトル
量)と同じ方向になる。図3からわかるように、一般に
ヘッドの回転軸はωH (ベクトル量)の方向に、ボール
の回転軸はMH (ベクトル量)の方向にある。従って、
ゴルフボールが図3のようにトウ側に当ったとき、ギア
効果により説明されているような理想的なフック回転は
ボールに付与されない。この場合、よく経験することで
あるが、打球は右の方向へ飛び出した後、フック回転に
よりボールの軌道は修正されるものの十分な修正量がか
からない。また逆の場合、即ちボールがヒール部に当っ
たとき、ボールは左の方向に飛び出した後、スライスス
ピンによりボールの打球方向が修正されるが、十分な修
正量がかからない。さらに打点によっては、打球方向の
目標線からのズレをさらに増大させてしまうようなスピ
ンがかかってしまう場合がある。即ち、従来技術におい
ては理想的なギア効果を得ることができない。
【0007】前記した欠点は、従来のゴルフクラブヘッ
ドの設計においては、式(5) を式(1) と同質とみなした
ためである。即ち、従来は式(5) のM(ベクトル量)と
ω(ベクトル量)の方向が一致しているという前提でク
ラブ設計を行なっているためであり、このような設計思
想ではクラブ特性を大幅に向上させることができない。
本発明者らは、前記欠点を解消するためには式(5) のM
(ベクトル量)とω(ベクトル量)の方向の一致性を確
保する手段をクラブ設計に導入しなければならないと考
える。この場合、角運動量M(ベクトル量)と角速度ω
(ベクトル量)の方向性を一致させるには、慣性楕円体
に関する知見より、慣性主軸を直交座標軸として採用す
ればよい。別言すれば、角速度ω(ベクトル量)の方向
が、慣性楕円体の主軸の1つに沿っていると、角速度ω
(ベクトル量)と角運動量M(ベクトル量)は同じ方向
になる。周知のように慣性楕円体には主軸が三本(x,
y,z)があり、重心において相互に直交している。こ
の慣性主軸を直交座標軸とした場合、式(5) の〔I〕、
即ち慣性テンソルは対角成分(Jxx,Jyy,Jzz)によ
り構成され、他の成分(慣性乗積)は0となる。そし
て、前記対角成分を(x,y,z)直交座標系の各軸周
りの主慣性モーメント(Jxx=Ix ,Jyy=Iy ,Jzz
=Iz )とすれば、次のように整理することができる。 (x軸成分) Mx =Ix ・ωx ………(6) (y軸成分) My =Iy ・ωy ………(7) (z軸成分) Mz =Iz ・ωz ………(8) 前記したように、慣性主軸を採用すると、各軸周りに独
立して成分が分けられ角運動量(M)と角速度(ω)の
方向性が一致するため、式(6),(7),(8) は、式(1) (質
点系、二次元の角運動量の定義式)と同質とみなされ
る。本発明は前記した慣性主軸の概念をゴルフのクラブ
ヘッド設計に導入し、クラブヘッドの特性を改善しよう
とするものである。
【0008】本発明の目的は、クラブヘッドの慣性モー
メントを重量の増加を最小限に押えつつ大きくする点に
あった。従来の方式では慣性モーメントを増大させるべ
くヘッドの重量を増大させたとき該慣性乗積も同時に増
大し、結果としてヘッドの重量を増加させるわりには、
慣性モーメントが増大しないものである。
【0009】図1は、本発明の慣性主軸を骨格とした設
計思想により製作した第1実施例のウッドクラブヘッド
のフェース面からみた縦断面図である。図1において重
心(G)点で直交する二本の慣性主軸(x,z)が示さ
れ、それぞれの慣性主軸がヘッド外殻と当接する部位に
重量体(x軸側にw1 ,w2 、z軸側にw3 ,w4 )を
配設したものが示されている。
【0010】図2は、図1に示される第1実施例のウッ
ドクラブヘッドのトウ側からみた縦断面図である。図2
において、重心(G)点で直交する二本の慣性主軸
(z,y)が示され、それぞれの慣性主軸がヘッド外殻
と当接する部位に重量体(z軸側にw3 ,w4 、y軸側
にw5 ,w6 )を配設したものが示されている。具体的
には,w1 〜w6 として8grの重量体を図示のように配
設したアルミ製の中空メタルヘッドを製作した。このヘ
ッドを用いたクラブは、トウ及びヒール側に重量体を配
設して製作した同重量のクラブより慣性モーメントが大
きく、かつ打球の方向安定性に優れていた。以上、説明
したように、本発明により慣性モーメントの大きなゴル
フのクラブヘッドを製作するには、既存のCAD,CA
Mシステムを利用してヘッド形状がなるべく大きくなる
ように重量体(w1 〜w6 )の重量を所望のものに組合
せればよい。即ち、ヘッドの質量と強度の制約条件のも
とで、質量分布を主慣性モーメントが最大になるように
配分するのである。
【0011】本発明においては、前記実施例のように直
交する三本の慣性主軸(x,y,z)の全てに重量体を
配設してもよいが、一本あるいは二本の慣性主軸に重量
体を配設するようにしてもよい。また、重量体でなく、
当該部位の肉厚を厚くしてもよいことは言うまでもない
ことである。更に、慣性主軸の近傍部位に重量を配分す
るか、あるいは重量体を配設してもよいことは言うまで
もないことである。
【0012】
【発明の効果】本発明は、従来のゴルフクラブの設計に
は見られない慣性主軸を重視した設計思想に基づいて製
作されたゴルフクラブヘッドを提供するものである。こ
のため、本発明においては決められたヘッド重量におい
て、慣性モーメントの大きなクラブヘッドを製作するこ
とができる。この点は、従来の設計思想においては慣性
モーメントを大きくしようとする際、慣性テンソルの慣
性乗積も増大させてしまうため、結果として重量を増大
させるわりには慣性モーメントを増大させることが出来
ないという限界を有することに鑑み、極めて顕著な効果
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例のウッドクラブヘッドの
フェース面からみた縦断面図である。
【図2】 本発明の第1実施例のウッドクラブヘッドの
トウ側からみた縦断面図である。
【図3】 ボールがクラブヘッドのトウ側に当ったとき
の角運動量と角速度のベクトルの関係を説明する図であ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゴルフクラブヘッドにおいて、ヘッドの
    重心点を通りかつ相互に直交する慣性主軸方向またはそ
    の近傍部位に、他部よりも多くの重量を配分したことを
    特徴とする慣性主軸方向に重量配分させたゴルフクラブ
    ヘッド。
  2. 【請求項2】 ヘッドの重心点を通りかつ相互に直交す
    る慣性主軸方向またはその近傍部位に、重量体を配設し
    た請求項1に記載のゴルフクラブヘッド。
  3. 【請求項3】 一本の慣性主軸方向またはその近傍部位
    に、他部よりも多くの重量を配分するか、あるいは重量
    体を配設したものである請求項1または請求項2に記載
    のゴルフクラブヘッド。
  4. 【請求項4】 二本の慣性主軸方向またはその近傍部位
    に、他部よりも多くの重量を配分するか、あるいは重量
    体を配設したものである請求項1または請求項2に記載
    のゴルフクラブヘッド。
  5. 【請求項5】 三本の慣性主軸方向またはその近傍部位
    に、他部よりも多くの重量を配分するか、あるいは重量
    体を配設したものである請求項1または請求項2に記載
    のゴルフクラブヘッド。
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