JPH0557035A - 慣性主軸方向にフエースラウンドを設けたゴルフクラブヘツド - Google Patents

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
ている打球の方向安定性を慣性主軸に沿ってラウンド
（凸曲面）を設けることにより大幅に向上させる。 【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）点を通り、かつ相互に直交する三本の慣性主
軸のうち、フェース面に投影して描いた稜線を中心にし
て、フェース面にラウンド（凸曲面）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、打球の方向性に優れた
特性を有するゴルフクラブのヘッドに関する。更に詳し
くは、本発明は、従来にない設計思想、即ち慣性主軸を
採用するという設計思想に基づいてフェースラウンドを
設けることにより打球の方向性を改善したゴルフクラブ
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、特に打
球の方向安定性が要求されている。このため、特にアベ
レージゴルファー等においてはクラブヘッドのスイート
スポットをはずして打球する場合が多いが、このような
ときゴルフクラブ自体が打球の方向を矯正できる特性を
有していることは魅力的である。従来から、ゴルフクラ
ブヘッドの打球の方向安定性を改善しようとして種々の
提案がなされている。例えば、スイートスポットをはず
して打球した場合には、インパクト時の衝撃力によりヘ
ッドが瞬間時に重心点の周りを回転するためボールにフ
ックあるいはスライス回転が生じ、打球の方向性が不安
定化する。このため、極力、クラブヘッドの慣性モーメ
ントを増大させたりする方法が提案されている。更に、
ラウンドと称してフェース面に凸面（曲面）を設けるこ
とも行なわれている。周知のようにフェースラウンドと
してはフェース面のフェースラインと垂直な方向へのラ
ウンド（タテのロール，バーチカル・フェース・ロー
ル）、あるいはこれとともに水平方向へのラウンド（ヨ
コのバルジ，ホリゾンタル・フェース・バルジ）などが
ある。しかしながら、前記した従来技術における打球の
安定化方策、即ちクラブヘッドの慣性モーメントを増大
化したりあるいはこれとフェースラウンドを結合させる
技術を、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。このため従来のフェースラウンドの設定の仕方が
ボールのスピン軸（回転軸）とは無関係に決められてい
るため充分な効果を発揮しえないでいる。

【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打球の安定性を増大化するた
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クラブ設計を行ない、
該慣性主軸に沿ってフェース面にラウンドを形成したと
き、打球の方向安定性が合理的に改善されることを見い
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、フ
ェース面に投影して描いた一本または二本の稜線を中心
にしてラウンドを設けたことを特徴とする慣性主軸方向
にフェースラウンドを設けたゴルフクラブヘッドに関す
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
するのかという理由から説明する。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Ｊ_xx、
Ｊ_xy……、角速度のベクトルをω_x ，ω_y , ω_z ，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） Ｍ_x ＝Ｊ_xxω_x ＋Ｊ_xyω_y ＋Ｊ_xzω_z ………(2) （ｙ軸成分） Ｍ_y ＝Ｊ_yxω_x ＋Ｊ_yyω_y ＋Ｊ_yzω_z ………(3) （ｚ軸成分） Ｍ_z ＝Ｊ_zxω_x ＋Ｊ_zyω_y ＋Ｊ_zzω_z ………(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）が同一の方向をも
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、前記したように角運動量保存
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４は、ボールがクラブヘッ
ドのトウ側に当ったときの状況を示すものである。図４
において、 (i) ヘッドの角速度ω_H （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Ｍ_H （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４に示されるように、ボールの角運動量Ｍ
_B （ベクトル量）は、ヘッドの角運動量Ｍ_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。Ｍ_H （ベクトル量）とＭ_B （ベクトル
量）との和Ｍ（Ｍ＝Ｍ_H ＋Ｍ_B ：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、Ｍ_H ＝−Ｍ_B となり、Ｍ_H とＭ_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ω_B （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Ｍ_B （ベクトル量）と同じ方向
になる。図４からわかるように、一般にヘッドの回転軸
はω_H （ベクトル量）の方向に、ボールの回転軸はＭ_H
（ベクトル量）の方向にある。従って、ゴルフボールが
図４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、よく「ひ
っかけ」といわれるように、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で
いる。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）とは同じ方向になる。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（Ｊ_xx，
Ｊ_yy，Ｊ_zz）により構成され、他の成分（慣性乗積）を
無視することができる。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（Ｊ
_xx＝Ｉ_x ，Ｊ_yy＝Ｉ_y ，Ｊ_zz＝Ｉ_z ）とすれば、次のよ
うに整理することができる。 （ｘ軸成分） Ｍ_x ＝Ｉ_x ・ω_x ………(6) （ｙ軸成分） Ｍ_y ＝Ｉ_y ・ω_y ………(7) （ｚ軸成分） Ｍ_z ＝Ｉ_z ・ω_z ………(8) 前記したように、慣性主軸を直交座標軸として採用する
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。従って、慣性主軸を基本として考
えることにより、初めてギア効果を従来技術と同様の考
え方で扱うことができるようになる。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、クラブヘッドの打球の方
向性を改善する点にあった。前記したように、慣性主軸
を採用することを骨格としたクラブ設計の思想において
は、ギア効果の大きさに応じた打球の飛び出し方向を設
定することができるため、効果的にギア効果を発現させ
ることができる。即ち、フェース面にクラブヘッドの慣
性主軸を考慮してラウンド（曲面）を設けることによ
り、合理的に打球の方向性を安定化させることができ
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
のフェース面におけるラウンド（凸曲面）の状態を説明
する図である。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、慣性主軸（ｚ）をフ
ェース面に投影して描いた稜線を中心に、フェース面の
水平方向に、また慣性主軸（ｘ）をフェース面に投影し
て描いた稜線を中心に、フェース面の縦方向にそれぞれ
ラウンド（凸曲面）が形成されている。

【００１０】図２は、図示される慣性主軸（ｚ，ｘ）の
関係のもとで、かつ図示される打点（センター部位より
下側でヒットされる場合）においてゴルフボールが打た
れたときの状況を説明する図である。この場合、図示の
ボール回転軸によりボールはフック回転となる。この領
域は、センターの真下側であるにもかかわらず、フック
スピンがかかる。そこで、フェース面のこの部面の法線
が目標線より右側を向くようにラウンドを設けると、ボ
ールは右に飛び出した後、理想的に軌道修正されて目標
線上にカーブして戻ってくることになる。

【００１１】図３は、本発明の慣性主軸を重視し、フェ
ース面に該慣性主軸を投影して描いた稜線に沿ってラウ
ンドを設けた時、打点によりどのような球筋、打球が得
られるかをまとめたものである。例えば、本発明により
フックスピン、スライススピンを考慮し従来のものより
も適切にボールの飛び出し方向を設定することができる
ため、ヘッドのトウ部分で打球しても、あるいはヘッド
のヒール部分で打球してもフェアウエーの中央部をとら
える確率が高くなる。

【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。本
発明においては、該慣性主軸との関連でフェース面にラ
ウンド（凸曲面）を形成することによりボールの飛び出
しの方向をボールの回転にマッチングさせることがで
き、従来のものよりも大幅に打球の方向安定性を増大さ
せることができる。

【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
フェース面における慣性主軸とラウンド（凸曲面）の関
係を示す。

【図２】 本発明のウッドクラブヘッドにおいて、ボー
ルの回転軸と打点位置によりフックスピンがかかること
を説明する図である。

【図３】 本発明のウッドクラブヘッドの打点と打球の
スピンの関係を説明する図である。

【図４】 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 (3)

【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三本の慣性主軸のう
   ち、フェース面に投影して描いた一本または二本の稜線
   を中心にしてラウンドを設けたことを特徴とする慣性主
   軸方向にフェースラウンドを設けたゴルフクラブヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 一本の稜線を中心にフェース面の縦方向
   または横方向にラウンドを設けたものである請求項１に
   記載の慣性主軸方向にフェースラウンドを設けたゴルフ
   クラブヘッド。
3. 【請求項３】 二本の稜線を中心に、一方はフェース面
   の縦方向に他方はフェース面の横方向にラウンドを設け
   たものである請求項１に記載の慣性主軸方向にフェース
   ラウンドを設けたゴルフクラブヘッド。