WO2017195647A1 - シャトルコック用人工羽根、及び、シャトルコック - Google Patents

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wing
artificial
artificial feather
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由祐 松島
巧 阪口
康郁 小西
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ヨネックス株式会社
国立大学法人東北大学
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    • A63B2102/04—Badminton

Definitions

  • the present invention relates to an artificial feather for a shuttlecock and a shuttlecock.
  • a natural shuttlecock uses about 16 natural feathers such as geese and ducks, and the end of each feather shaft is planted on a hemispherical base (base) made of cork covered with leather. This is the structure. Feathers used in natural shuttlecocks have a low specific gravity and are extremely lightweight. Further, the feather shaft has high rigidity. For this reason, the natural shuttlecock provides unique flight performance and a comfortable feel at impact.
  • an artificial shuttlecock is well known that has resin blades that are integrally formed in an annular shape.
  • This artificial shuttlecock like a natural shuttlecock, moves independently one by one. Because it is not, it is difficult to obtain the same flight performance as a natural shuttlecock.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to improve flight performance.
  • a main invention for achieving the above object is an artificial feather for a shuttlecock that is planted in an annular shape in a base part of a shuttlecock, wherein the wing part and one end in the axial direction are fixed to the base part, A wing shaft portion that supports the wing portion provided on the end side, and the wing portion has a plurality of holes penetrating the wing portion, and is a first region of the wing portion, The porosity of the first region from the edge on the one end side in the axial direction to the predetermined position on the one end side from the center in the axial direction is from the predetermined position to the edge on the other end side in the axial direction. It is an artificial feather for a shuttlecock characterized by being smaller than the porosity of the second region.
  • the flight performance can be improved.
  • An artificial feather for a shuttlecock planted in an annular shape in the base part of the shuttlecock, wherein the wing part and one end in the axial direction are fixed to the base part and support the wing part provided on the other end side
  • a wing shaft portion wherein the wing portion is formed with a hole penetrating the wing portion, and is a first region of the wing portion from the edge on the one end side in the axial direction.
  • the porosity of the first region from the center in the axial direction to the predetermined position on the one end side is smaller than the porosity of the second region from the predetermined position to the edge on the other end side in the axial direction.
  • the artificial feather for shuttlecock becomes clear. According to such an artificial feather for a shuttlecock, aerodynamic characteristics (pitching moment) can be improved, and flight performance can be improved.
  • the porosity of the first region is preferably 0%. According to such an artificial feather for a shuttlecock, the flight performance can be further improved.
  • the predetermined position is a position where a pressure difference between one surface and the other surface of the wing portion becomes maximum when the shuttlecock flies. According to such an artificial feather for a shuttlecock, it is possible to suppress a decrease in lift.
  • this shuttlecock artificial feather a plurality of the holes are formed, and the length from the edge on the one end side of the wing portion to the predetermined position is larger than the interval between the adjacent holes. desirable.
  • the hole is preferably a long hole. According to such an artificial feather for a shuttlecock, it is possible to improve the efficiency of passing an airflow from one surface side to the other surface side, and it is possible to suppress separation of the airflow and improve lift.
  • the porosity of the entire wing part is preferably 5% or more and less than 30%.
  • Such an artificial feather for a shuttlecock can achieve a flight performance close to that of a natural shuttlecock and can ensure durability.
  • FIG. 1 is a perspective view of the artificial shuttlecock 1 viewed from the base portion 2 side.
  • FIG. 2 is a perspective view of the artificial shuttlecock 1 viewed from the artificial feather 10 side.
  • the artificial shuttlecock 1 includes a base portion 2, a plurality of artificial feathers 10 imitating natural feathers, and a string-like member 3 for fixing the artificial feathers 10 to each other.
  • the base part 2 is configured by covering a thin skin on a cork base, for example.
  • the shape of the base part 2 is a hemispherical shape with a diameter of 25 mm to 28 mm, and has a flat surface.
  • the roots (ends: corresponding to one end) of the plurality of artificial feathers 10 are embedded in an annular shape along the circumference of the flat surface.
  • the plurality of artificial feathers 10 are arranged such that the distance between them increases as the distance from the base portion 2 increases.
  • each artificial feather 10 is arranged so as to overlap with the adjacent artificial feather 10.
  • the skirt part 4 is formed by the plurality of artificial feathers 10.
  • the plurality of artificial feathers 10 are fixed to each other by a string-like member 3 (for example, a cotton thread).
  • FIG. 3 is a perspective view of the artificial feather 10.
  • FIG. 4 is a view of the artificial feather 10 as seen from the back side.
  • the members already described are given the same reference numerals.
  • the artificial feather 10 includes a wing part 12 and a wing shaft part 14.
  • the wing part 12 is a part corresponding to a feather valve of a natural feather
  • the wing shaft part 14 is a part corresponding to a feather axis of a natural feather.
  • the vertical direction (corresponding to the axial direction) is defined along the length of the wing shaft portion 14, and the side where the wing portion 12 is located is the upper side (tip side) and the opposite side is the lower side (end side).
  • a horizontal direction (corresponding to the width direction) is defined along the direction in which the wing part 12 extends from the wing shaft part 14.
  • the front and the back are defined based on the state in which the artificial feather 10 is attached to the base portion 2.
  • the front direction corresponds to the normal direction of the wing 12, and in the state where the artificial feather 10 is annularly arranged on the base 2, the front corresponds to the outside and the back corresponds to the inside.
  • each component may be described according to the upper, lower, left, and right sides defined in the figure.
  • the wing part 12 is a member simulating the shape of a natural feather feather valve.
  • the wing part 12 can be comprised, for example with a nonwoven fabric, resin, etc.
  • a reinforcing film is formed on the surface in order to prevent the nonwoven fabric fibers from being loosened at the time of hitting.
  • the reinforced film can be formed by applying a resin.
  • various coating methods such as a dip method, a spray method, and a roll coating method are employed.
  • the reinforcing coating may be formed on one side of the wing 12 or on both sides.
  • the reinforcing film may be formed on the entire surface of the wing portion 12 or may be formed on a part thereof.
  • blade part 12 is not limited to the shape of a figure. For example, it may be oval.
  • the wing shaft portion 14 is an elongated member that imitates the shape of the wing shaft of a natural wing, and is a member that supports the wing portion 12.
  • the wing shaft portion 14 protrudes from the wing portion 12 and a wing support portion 14a that supports a region from the upper edge (position P4 in FIG. 4) to the lower edge (position P1 in FIG. 4) of the wing portion 12.
  • a wing portion 14b is a portion corresponding to a wing pattern of a natural wing (unusual: this portion may be referred to as a wing).
  • the end of the wing shaft portion 14 (the lower end of the wing pattern portion 14 b) is embedded in the base portion 2 and fixed to the base portion 2.
  • the tip of the wing shaft portion 14 (corresponding to the other end) coincides with the upper end of the wing portion 12.
  • the cross-sectional shape of the wing shaft part 14 is a quadrangle in the figure, it is not limited to this, and other shapes may be used.
  • the wing shaft portion 14 and the wing portion 12 may be separate or integrated.
  • the wing shaft portion 14 and the wing portion 12 can be integrally formed by injection molding using a mold.
  • the wing shaft portion 14 and the wing portion 12 can be integrally formed of different materials by injection molding (two-color molding) using two kinds of materials (resins).
  • the wing part 12 may be supported on the front side of the wing support part 14a, or the wing part 12 may be supported on the back side of the wing support part 14a.
  • the wing portion 12 may be configured by two sheets, and the two wing portions 12 may be configured to sandwich the wing support portion 14a.
  • the wing part 12 may be embedded in the wing support part 14a.
  • the weight of the wing shaft portion 14 increases and the weight balance deteriorates. For this reason, flight performance like a natural shuttlecock cannot be obtained.
  • the weight of the wing shaft portion 14 is reduced, the rigidity is lowered and the return at the time of hitting is delayed. Therefore, the flight performance is degraded. Note that the reason why the flight performance deteriorates as the weight of the wing shaft part 14 increases is considered as follows.
  • the artificial shuttlecock 1 stabilizes while the base part 2 is a fulcrum and the skirt part 4 repeats the movement like a pendulum immediately after hitting. If the weight is heavy, the position of the center of gravity moves to the skirt portion 4 side, so that the moment of inertia with the base portion 2 as a fulcrum increases. This makes it difficult for the pendulum movement to converge, leading to flight blurring and directionality deterioration (that is, flight performance decreases).
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of the aerodynamic characteristics of the artificial shuttlecock 1.
  • the basic aerodynamic characteristics of the artificial shuttlecock 1 can be explained by drag, lift and pitching moment.
  • Resistance is a component (component force) parallel to the direction of the airflow among the forces acting on the artificial shuttlecock 1 placed in the airflow.
  • Lift is a component (component force) perpendicular to the direction of airflow.
  • the pitching moment is a force for returning the posture of the artificial shuttlecock 1 when there is a difference between the direction of the airflow and the direction of the base portion 2 (that is, when the artificial shuttlecock 1 is tilted with respect to the airflow). is there.
  • the larger the pitching moment the faster the movement in the direction of returning the posture.
  • the flight performance is improved by increasing the aerodynamic characteristics (pitching moment) while suppressing the increase in weight.
  • the artificial feather 10 of the present embodiment is provided with a plurality of holes (holes 122 to be described later) penetrating the wing part 12 in the wing part 12. As a result, the pitching moment is improved. However, if the holes are evenly provided on the entire surface of the wing portion 12, the lift of the artificial shuttlecock 1 may be reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing the pressure difference between both surfaces (front surface and back surface) of the artificial feather 10 during the flight of the artificial shuttlecock 1 (see JournalJof Fluids and Structures 41, 89 to 98).
  • the horizontal axis of the figure shows the position of the artificial shuttlecock 1, and the vertical axis shows the pressure difference ( ⁇ Cp) between the pressure surface (here, the front surface) and the suction surface (here, the back surface).
  • ⁇ Cp the pressure difference between the pressure surface (here, the front surface) and the suction surface (here, the back surface).
  • the positions P 1 to P 4 on the horizontal axis correspond to the positions of the wing part 12 (wing support part 14a) in FIG. 4, and the wing pattern part 14b is on the left side of the position P 1.
  • the position P 3 is the center of the wing 12 in the vertical direction (the middle point between the position P 1 and the position P 4 ).
  • the pressure difference between the pressure surface and the negative pressure surface ([Delta] Cp) is adapted to the maximum at the position P 2 lower than the position P 3 (end), artificial shuttlecock 1
  • This position P 2 means maximum lift.
  • the position P 2 is a position that is about 15% of the total length in the vertical direction of the wing 12 from the position P 1 of the wing 12 (the distance between the position P 1 and the position P 4 ).
  • the position at which the pressure difference is maximized (position P 2 ) varies somewhat depending on the shape and material of the wing part 12 and the rigidity of the wing shaft part 14, but the artificial wing 10 using artificial feathers 10 simulating feathers is used. if shuttlecock 1, its position is large (a lower side of a position P 3) is not a considered change. In the present embodiment, no hole is provided below the position P 2 (region from the position P 1 to the position P 2 ).
  • FIG. 7 is a view of the artificial feather 10 of the present embodiment as viewed from the back side. Since the wing shaft portion 14 of the artificial feather 10 of the present embodiment is the same as the artificial feather 10 (FIG. 4) described above, the description thereof is omitted.
  • a hole 122 that penetrates the wing portion 12 in the back direction is provided.
  • the hole 122 is a long hole formed in an elongated direction (direction intersecting) with respect to the left-right direction (width direction) and the up-down direction (axial direction). More specifically, the hole 122 is formed in a shape that goes upward (away from the base portion 2) as it leaves the wing shaft portion 14.
  • a plurality of holes 122 are provided side by side at regular intervals in the vertical direction. The plurality of holes 122 are provided symmetrically with respect to the wing shaft portion 14. Thereby, the balance of the left-right direction can be improved.
  • a hole 122 is not provided in a region (hereinafter, also referred to as a first region 12A) in a range from the position P 1 that is the lower (terminal) edge of the wing 12 to the position P 2. not, the region from the position P 2 to the position P 4 is the edge of the upper (distal end side) of the vane portion 12 has a hole 122 is provided (hereinafter, also referred to as a second region 12B).
  • a hole 122 is not provided in a region (hereinafter, also referred to as a first region 12A) in a range from the position P 1 that is the lower (terminal) edge of the wing 12 to the position P 2.
  • the region from the position P 2 to the position P 4 is the edge of the upper (distal end side) of the vane portion 12 has a hole 122 is provided (hereinafter, also referred to as a second region 12B).
  • the pressure surface (here, the front surface) and the suction surface (here, the back surface) of the wing portion 12 at the position P 2 of the wing portion 12 pressure difference is maximized, it will exhibit a maximum lift at this position P 2.
  • the hole 122 is formed in the first region 12A where the lift is generated, the lift is lowered and the flight performance may be deteriorated.
  • the hole 122 is not provided in the first region 12A and the hole 122 is provided in the second region 12B, the front surface (pressure surface) side to the back surface (negative pressure surface) side.
  • the flow can be induced efficiently. Thereby, separation of airflow can be suppressed and lift can be improved, and the pitching moment around the wing portion 12 and the pitching moment of the entire artificial shuttlecock 1 can be increased. Therefore, the flight performance of the artificial shuttlecock 1 can be improved.
  • the hole 122 of the present embodiment is a long hole, and the efficiency of passing airflow from the front side to the back side can be improved by setting (optimizing) the length and angle thereof. Thereby, peeling of airflow can be further suppressed and lift can be improved.
  • the porosity of the first region 12A is 0%, which is smaller than the porosity of the second region 12B.
  • the porosity means the ratio of the area (void) of the hole 122 to the area of each region of the front surface of the wing part 12 as a percentage.
  • the holes 122 are formed regularly (at regular intervals) in the wing portion 12, but may not be regular (that is, irregular).
  • the length of the first region 12A in the vertical direction is the interval between the adjacent holes 122 and the vertical direction of the opening portion of the hole 122.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the porosity of the wing 12 and the pitching moment.
  • the horizontal axis of FIG. 8 shows the overall porosity of the wing part 12.
  • the porosity is 0%.
  • shaft of FIG. 8 has shown the pitching moment. The measurement of the pitching moment was performed under conditions of wind speed of 10 m / s, angle of attack ⁇ 24 ° (every 3 °), and no shuttle rotation.
  • the pitching moment increases as the porosity increases.
  • the pitching moment is improved by about 9% compared to 0% (FIG. 4).
  • the pitching moment of the natural shuttlecock is about 1.1, which is almost the same as that of the natural shuttlecock when the porosity is 5%. Therefore, in order to obtain an aerodynamic characteristic close to that of a natural shuttlecock, it is desirable that the overall porosity of the wing portion 12 be 5% or more.
  • the porosity is 30% or more, there is a possibility that the clearance becomes too large to ensure the durability. Therefore, the porosity is desirably in the range of 5% or more and less than 30% (more preferably less than 20%).
  • the artificial feathers 10 of the present embodiment from the position P 2 of the hub 12 and plurality of holes 122 in the second region 12B of the upper (distal end side), the first region 12A hole 122 is not provided (the porosity of the first region 12A is smaller than the porosity of the second region 12B).
  • the pitching moment can be increased while suppressing a decrease in lift, and flight performance can be improved.
  • FIG. 9 is a view of the artificial feather 10 according to the first modification viewed from the back side.
  • a plurality of holes 124 are provided in the wing portion 12 of the artificial feather 10 of the first modification.
  • the opening width (length in the vertical direction) of the hole 124 is larger than the opening width of the hole 122 in the above-described embodiment, and the interval between adjacent holes 124 is also larger than the interval between the holes 122 in the above-described embodiment. large. That is, in the first modification, the number of holes 124 is smaller than in the above-described embodiment.
  • the hole 124 is provided in the second region 12B of the upper (distal end side) than the position P 2.
  • FIG. 10 is a view of the artificial feather 10 of the second modified example viewed from the back side.
  • a plurality of holes 126 are provided in the wing portion 12 of the artificial feather 10 of the second modified example.
  • the formation position of the hole 126 is not symmetric with respect to the wing shaft portion 14 (asymmetrical in the left-right direction). That is, regardless of the position of the wing 12, the hole 126 is provided with an inclination in which the right end is located on the lowermost side (closest to the base 2) and moves upward (away from the base 2) toward the left. ing.
  • the present invention is not limited to this. For example, the direction of inclination may be reversed left and right.
  • holes are not formed in the end portions in the width direction (right and left end portions) of the wing portion 12, but in the second modification example, A hole 126 is also formed at a position close to the end (specifically, a portion overlapping with the adjacent wing 12). Also, similar to the embodiment described above, the hole 126 is provided in the second region 12B of the upper (distal end side) than the position P 2.
  • FIG. 11 is a view of the artificial feather 10 of the third modified example viewed from the back side.
  • a plurality of holes 128a and 128b are provided in the wing portion 12 of the artificial feather 10 of the third modified example. Also in this example, the positions where the holes 128 a and 128 b are formed are asymmetrical with respect to the wing shaft portion 14.
  • the hole 128a is a long hole formed in an elongated direction (direction intersecting) with respect to the left-right direction (width direction) and the up-down direction (axial direction).
  • the hole 128b is formed in parallel with the axis (vertical direction) of the wing shaft portion 14. That is, the hole 128b is an elongated hole formed so as not to intersect the vertical direction but to intersect (orthogonal) the horizontal direction.
  • a region in which a plurality of holes 128a are provided in a vertical direction at a constant interval and a region in which a plurality of holes 128b are provided in a horizontal direction at a constant interval are mixed.
  • the hole 128 (hole 128a, the hole 128b) is provided in the second region 12B of the upper (distal end side) than the position P 2.
  • the porosity of the first region 12A is 0%, which is smaller than the porosity of the second region 12B.
  • each hole (hole 122, 124, 126, 128a, 128b) provided in the wing portion 12 is a long and narrow hole, but is not limited thereto.
  • a circular hole (round hole) or a polygonal hole may be used.
  • a long hole as described above, it is possible to improve the efficiency of passing the airflow from the front surface side to the back surface side, it is possible to suppress the separation of the airflow and improve the lift. Therefore, a long hole is desirable.
  • a plurality of holes are provided in the wing part 12, but it is sufficient that at least one hole is provided (a single hole may be provided).
  • the wing portion 12 has a sheet shape, but is not limited thereto.
  • it may be formed three-dimensionally (three-dimensional).
  • the flight characteristics can be improved as compared with the case where the holes are evenly provided in the entire wing portion 12.
  • the flight performance can be further improved by setting the porosity of the first region 12A to 0% (no hole is provided) as in the present embodiment.

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Abstract

シャトルコックのベース部に円環状に植設されるシャトルコック用人工羽根であって、羽部と、軸方向の一端が前記ベース部に固定され、他端側に設けられた前記羽部を支持する羽軸部と、を備え、前記羽部には、当該羽部を貫通する孔が形成されており、前記羽部の第１領域であって、前記軸方向の前記一端側の縁から前記軸方向の中心よりも前記一端側の所定位置までの第１領域の空隙率が、前記所定位置から前記軸方向の前記他端側の縁までの第２領域の空隙率よりも小さい。

Description

シャトルコック用人工羽根、及び、シャトルコック
　本発明は、シャトルコック用人工羽根、及び、シャトルコックに関する。
　バドミントン用シャトルコックには、羽根（はね）に水鳥の羽毛（天然羽毛）を用いたもの（天然シャトルコック）と、ナイロン樹脂などにより人工的に製造された人工羽根を用いたもの（人工シャトルコック）とがある。
　周知のごとく、天然シャトルコックは、ガチョウやアヒルなどの天然羽毛を１６本程度使用し、各羽毛の羽軸の末端を、皮で覆ったコルクなどからなる半球状の台（ベース部）に植設した構造である。天然シャトルコックに使用されている羽毛は、比重が小さく、極めて軽量である。また、羽毛の羽軸は、剛性が高い。このため、天然シャトルコックは、独特の飛行性能と心地よい打球感が得られる。
　一方、人工シャトルコックとして、環状に一体成形された樹脂製の羽根を備えたものがよく知られているが、この人工シャトルコックは、天然シャトルコックのように羽根が１本ずつ独立して動かないため、天然シャトルコックと同様の飛行性能を得ることが難しいあ。
　そこで、以下の特許文献１に記載されているように、羽毛を模した人工羽根が提案されている。すなわち、羽部と羽部を支持する羽軸部とを備えた人工羽根を有するシャトルコックが提案されている。
特開２０１２－２４１５７号公報
　羽毛を模した人工羽根を使用する人工シャトルコックの場合、人工羽根の重量を天然羽毛に合わせようとすると、剛性不足で耐久性が低下する。また、剛性を合わせようとすると、重量が重くなり飛行性能が低下する。重量と剛性のバランス取りを行ったとしても、天然より剛性は低く、重量は重いため飛行性能が劣る。
　本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、飛行性能の向上を図ることにある。
　上記目的を達成するための主たる発明は、シャトルコックのベース部に円環状に植設されるシャトルコック用人工羽根であって、羽部と、軸方向の一端が前記ベース部に固定され、他端側に設けられた前記羽部を支持する羽軸部と、を備え、前記羽部には、当該羽部を貫通する孔が複数形成されており、前記羽部の第１領域であって、前記軸方向の前記一端側の縁から前記軸方向の中心よりも前記一端側の所定位置までの第１領域の空隙率が、前記所定位置から前記軸方向の前記他端側の縁までの第２領域の空隙率よりも小さいことを特徴とするシャトルコック用人工羽根である。
　本発明の他の特徴については、本明細書及び図面の記載により明らかにする。
　本発明のシャトルコック用人工羽根によれば、飛行性能の向上を図ることができる。
ベース部の側から見た人工シャトルコックの斜視図である。 人工羽根の側から見た人工シャトルコックの斜視図である。 人工羽根の斜視図である。 人工羽根を裏側から見た図である。 人工シャトルコックの空力特性についての概略説明図である。 人工シャトルコックの飛行時に、人工羽根が受ける圧力に関する説明図である。 本実施形態の人工羽根を裏側から見た図である。 羽部の空隙率とピッチングモーメントとの関係を示す図である。 第１変形例の人工羽根を裏側から見た図である。 第２変形例の人工羽根を裏側から見た図である。 第３変形例の人工羽根を裏側から見た図である。
＝＝＝概要＝＝＝
　本明細書及び図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
　シャトルコックのベース部に円環状に植設されるシャトルコック用人工羽根であって、羽部と、軸方向の一端が前記ベース部に固定され、他端側に設けられた前記羽部を支持する羽軸部と、を備え、前記羽部には、当該羽部を貫通する孔が形成されており、前記羽部の第１領域であって、前記軸方向の前記一端側の縁から前記軸方向の中心よりも前記一端側の所定位置までの第１領域の空隙率が、前記所定位置から前記軸方向の前記他端側の縁までの第２領域の空隙率よりも小さいことを特徴とするシャトルコック用人工羽根が明らかとなる。
　このようなシャトルコック用人工羽根によれば、空力特性（ピッチングモーメント）を高めることができ、飛行性能の向上を図ることができる。
　かかるシャトルコック用人工羽根であって、前記第１領域の空隙率は０％であることが望ましい。
　このようなシャトルコック用人工羽根によれば、飛行性能をより向上させることができる。
　かかるシャトルコック用人工羽根であって、前記所定位置は、前記シャトルコックの飛行時に、前記羽部の一方の面と他方の面との圧力差が最大になる位置であることが望ましい。
　このようなシャトルコック用人工羽根によれば、揚力の低下を抑制することができる。
　かかるシャトルコック用人工羽根であって、前記孔は複数形成されており、前記羽部の前記一端側の縁から前記所定位置までの長さは、隣接する前記孔同士の間隔よりも大きいことが望ましい。
　かかるシャトルコック用人工羽根であって、前記孔は、長孔であることが望ましい。
　このようなシャトルコック用人工羽根によれば、一方の面側から他方の面側に気流を通す効率をよくすることが可能であり、気流の剥離を抑制できるとともに揚力を向上させることができる。
　かかるシャトルコック用人工羽根であって、前記羽部全体の空隙率は５％以上３０％未満であることが望ましい。
　このようなシャトルコック用人工羽根によれば、天然シャトルコックに近い飛行性能を得ることができ、また、耐久性を確保することができる。
　また、上記のシャトルコック用人工羽根を用いたシャトルコックが明らかとなる。
　＝＝＝実施形態＝＝＝
　＜人工シャトルコックの基本構造について＞
　図１及び図２は、人工羽根１０を備えた人工シャトルコック１の基本構造を説明するための外観図である。図１は、ベース部２の側から見た人工シャトルコック１の斜視図である。図２は、人工羽根１０の側から見た人工シャトルコック１の斜視図である。
　人工シャトルコック１は、ベース部２と、天然羽根を模した複数の人工羽根１０と、人工羽根１０を互いに固定するための紐状部材３とを備えている。ベース部２は、例えばコルクの台に薄い皮を覆うことによって構成されている。ベース部２の形状は、直径が２５ｍｍから２８ｍｍの半球状であり、平坦面を有する。この平坦面の円周に沿って円環状に複数の人工羽根１０の根元（末端：一端に相当）が埋め込まれている。複数の人工羽根１０は、ベース部２から離れるにしたがって互いの間隔が広くなるように配置される。また、図に示すように、各人工羽根１０は、それぞれ隣接する人工羽根１０と重なるように配置されている。これにより、複数の人工羽根１０によってスカート部４が形成される。複数の人工羽根１０は、紐状部材３（例えば木綿の糸）によって、互いに固定されている。
　＜人工羽根の構造＞
　図３は、人工羽根１０の斜視図である。また図４は、人工羽根１０を裏側から見た図である。図において、既に説明した部材については、同じ符号を付している。
　人工羽根１０は、羽部１２と、羽軸部１４を備えている。羽部１２は、天然羽根の羽弁に相当する部分であり、羽軸部１４は、天然羽根の羽軸に相当する部分である。図中では、羽軸部１４の長手に沿って上下方向（軸方向に相当）が定義されており、羽部１２のある側を上（先端側）、反対側を下（末端側）としている。また、図中では、羽軸部１４から羽部１２の延びる方向に沿って左右方向（幅方向に相当）が定義されている。また、図中では、人工羽根１０をベース部２に取り付けられた状態に基づいて、おもてと裏が定義されている。なお、おもて裏方向は羽部１２の法線方向に相当し、人工羽根１０がベース部２に円環状に配置された状態において、おもては外側、裏は内側に相当する。以下では、図中で定義された上下・左右・おもて裏に従って、各構成要素を説明することがある。
　羽部１２は、天然羽根の羽弁の形状を模した部材である。羽部１２は、例えば不織布や樹脂などによって構成することができる。不織布を用いる場合は、打球時に不織布の繊維がほぐれることを防止するために表面に強化皮膜が形成される。強化皮膜は、樹脂を塗布することによって形成することができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ロールコート法などの種々の塗布方法が採用される。なお、強化皮膜は、羽部１２の片面に形成しても良いし、両面に形成しても良い。また、強化皮膜は、羽部１２の全面に形成しても良いし、一部分に形成しても良い。また、羽部１２の形状は図の形状に限定されない。例えば、楕円形状であってもよい。
　羽軸部１４は、天然羽根の羽軸の形状を模した細長い部材であり、羽部１２を支持する部材である。羽軸部１４は、羽部１２の上側の縁（図４における位置Ｐ４）から下側の縁（図４における位置Ｐ１）までの領域を支持する羽支持部１４ａと、羽部１２から突出した羽柄部１４ｂとを有する。羽柄部１４ｂは、天然羽根の羽柄（うへい：なお、この部位は羽根（うこん）と称されることもある）に相当する部分である。羽軸部１４の末端（羽柄部１４ｂの下端）は、ベース部２に埋め込まれ、ベース部２に固定されることになる。一方、羽軸部１４の先端（他端に相当）は、羽部１２の上端と一致している。なお、図では羽軸部１４の断面形状は四角形であるが、これには限られず、他の形状であってもよい。
　また、羽軸部１４と羽部１２は別体であってもよいし、一体であってもよい。例えば、羽軸部１４と羽部１２の材料として樹脂を用いる場合、金型を用いた射出成型により羽軸部１４と羽部１２を一体に成型することができる。また、２種類の材料（樹脂）を用いた射出成型（２色成型）により、羽軸部１４と羽部１２を異なる材料で一体に形成することが可能である。
　また、羽支持部１４ａのおもて側で羽部１２が支持されていてもよいし、羽支持部１４ａの裏側で羽部１２が支持されても良い。また、羽部１２を２枚のシートで構成し、２枚の羽部１２が羽支持部１４ａを挟み込むように構成しても良い。また、羽支持部１４ａの内部に羽部１２が埋設されるようにしても良い。
　＜飛行性能について＞
　天然シャトルコックに使用されている羽毛は、比重が小さく、極めて軽量である。また、羽毛の羽軸は、剛性が高く累積打撃数に関係なく元の形状に復元する。このため、天然シャトルコックでは、初速が速く、ブレーキがかかるという独特の飛行性能が得られる。
　一方、人工羽根１０を用いた人工シャトルコック１で羽軸部１４の剛性を高めると、羽軸部１４の重量が重くなり、重量バランスが悪化する。このため天然シャトルコックのような飛行性能が得られない。一方、羽軸部１４の重量を軽くすると剛性が低下し、打撃時の復帰が遅くなる。よって飛行性能が低下する。なお、羽軸部１４の重量が重くなることによって飛行性能が低下する理由は以下のように考えられる。
　人工シャトルコック１は、打撃直後にベース部２を支点とし、スカート部４が振り子のような運動を繰り返しつつ安定していく。重量が重いと、スカート部４側に重心位置が移動するため、ベース部２を支点とした慣性モーメントが大きくなる。これにより振り子運動が収束しにくくなり、飛行のブレや方向性の悪化を導く（すなわち飛行性能が低下する）。
　図５は、人工シャトルコック１の空力特性についての概略説明図である。人工シャトルコック１についての基本的な空力特性については、抗力、揚力、ピッチングモーメントで説明することができる。
　抗力は、気流の中に置かれた人工シャトルコック１に働く力のうち、気流の向きに平行な成分（分力）である。また、揚力は、気流の向きに垂直な成分（分力）である。
　ピッチングモーメントは、気流の向きとベース部２の向きに差異が生じたとき（すなわち、人工シャトルコック１が気流に対して傾いたとき）に、人工シャトルコック１の姿勢を戻そうとする力である。ピッチングモーメントが大きいほど、姿勢を戻す方向への運動が速くなる。
　飛行性能を安定させるには、人工シャトルコック１の重心位置をベース部２側に寄せることが望ましい。しかし、仮に、ベース部２に錘を設けると、人工シャトルコック１全体の重量が増加するため、打撃感が劣り、また、適正な飛行距離が出なくなる。
　そこで、本実施形態では、重量の増加を抑制しつつ、空力特性（ピッチングモーメント）を高めて飛行性能の向上を図っている。具体的には、本実施形態の人工羽根１０には、羽部１２に、当該羽部１２を貫通する孔（後述する孔１２２）を複数設けている。これにより、ピッチングモーメントの改善を図っている。ただし、羽部１２の全面に均等に孔を設けると人工シャトルコック１の揚力が低下するおそれがある。
　図６は、人工シャトルコック１の飛行時における、人工羽根１０の両面（おもて面、裏面）の圧力差を示す図である（Journal of Fluids and Structures４１，８９～９８参照）。
　図の横軸は、人工シャトルコック１の位置を示しており、縦軸は、圧力面（ここでは、おもて面）と負圧面（ここでは裏面）との圧力差（ΔＣｐ）を示している。図６において、横軸の位置Ｐ1～Ｐ4は、図４の羽部１２（羽支持部１４ａ）の各位置に対応しており、位置Ｐ1よりも左側が、羽柄部１４ｂとなっている。なお、位置Ｐ3は、羽部１２の上下方向の中心（位置Ｐ1と位置Ｐ4の中点）である。
　図に示すように、圧力面と負圧面との圧力差（ΔＣｐ）は、位置Ｐ3よりも下側（末端側）の位置Ｐ2で最大になっており、人工シャトルコック１はこの位置Ｐ2で揚力を最大に発揮することになる。この例において位置Ｐ2は、羽部１２の位置Ｐ1から羽部１２の上下方向の全長（位置Ｐ1と位置Ｐ4の間の距離）の約１５％の位置である。なお、圧力差が最大になる位置(位置Ｐ2)は、羽部１２の形状や材質、また、羽軸部１４の剛性などによって多少変化するが、羽毛を模した人工羽根１０を用いた人工シャトルコック１であれば、その位置は大きくは変わらないと考えられる（位置Ｐ3よりも下側である）。本実施形態では、この位置Ｐ2よりも下側（位置Ｐ1から位置Ｐ2までの領域）には孔を設けないようにしている。
　＜人工羽根の改良例（本実施形態）＞
　図７は、本実施形態の人工羽根１０を裏側から見た図である。本実施形態の人工羽根１０の羽軸部１４については前述の人工羽根１０（図４）と同じであるので説明を省略する。
　本実施形態の人工羽根１０の羽部１２には、当該羽部１２をおもて裏方向に貫通する孔１２２が設けられている。孔１２２は、左右方向（幅方向）及び上下方向（軸方向）に対して斜めの方向（交差する方向）に細長く形成された長孔である。より具体的には、孔１２２は、羽軸部１４から離れるにつれて上方に向かう（ベース部２から離れる）形状に形成されている。孔１２２は、上下方向に一定の間隔で複数並んで設けられている。また、複数の孔１２２は、羽軸部１４に対して左右対称に設けられている。これにより、左右方向のバランスを良くすることができる。
　＜孔１２２の形成位置について＞
　本実施形態では、羽部１２の下側（末端側）の縁である位置Ｐ1から、位置Ｐ2までの範囲の領域（以下、第１領域１２Ａともいう）には孔１２２を設けておらず、位置Ｐ2から羽部１２の上側（先端側）の縁である位置Ｐ4までの領域（以下、第２領域１２Ｂともいう）に孔１２２を設けている。以下、このように孔１２２を形成している理由について説明する。
　前述の図６で説明したように人工シャトルコック１が飛行する際、羽部１２の位置Ｐ2において、羽部１２の圧力面（ここではおもて面）と負圧面（ここでは裏面）との圧力差が最大となり、この位置Ｐ2で揚力を最大に発揮することになる。
　この位置Ｐ2よりも先端側（気流の方向に関して下流側）では、負圧面の圧力が上昇し、逆圧力勾配となる。このため、気流は、位置Ｐ2よりも先端側（下流側）で剥離することになる。位置Ｐ2よりも末端側（上流側）の領域（第１領域１２Ａ）では、気流は剥離せず、揚力を発生している。
　よって、もし仮に、揚力を発生している第１領域１２Ａに孔１２２を形成すると、揚力が低下して、飛行性能が悪化するおそれがある。
　これに対し、本実施形態では、第１領域１２Ａに孔１２２を設けず、第２領域１２Ｂに孔１２２を設けているので、おもて面（圧力面）側から裏面（負圧面）側に効率よく流れを誘起できる。これにより、気流の剥離を抑制できるとともに揚力を向上させることができ、羽部１２周りのピッチングモーメント、及び、人工シャトルコック１全体のピッチングモーメントを高めることができる。よって、人工シャトルコック１の飛行性能の向上を図ることができる。
　また、本実施形態の孔１２２は長孔であり、その長さや角度の設定（最適化）によって、おもて面側から裏面側に気流を通す効率を良くすることが可能である。これにより、さらに、気流の剥離を抑制でき、かつ揚力を向上させることができる。
　このように、羽部１２の第１領域１２Ａには孔１２２を設けていないので当該第１領域１２Ａの空隙率は０％であり、第２領域１２Ｂの空隙率よりも小さくなっている。ここで、空隙率とは、羽部１２のおもて面の各領域の面積に対する孔１２２の面積（空隙）の割合を百分率で表したものである。
　なお、本実施形態では、羽部１２に孔１２２が規則的に（一定間隔で）形成されているが、規則的でなくてもよい（すなわち不規則であってもよい）。例えば、本実施形態では、第１領域１２Ａの上下方向の長さ（位置Ｐ1と位置Ｐ2の間の距離）が、隣接する孔１２２同士の間隔、及び、孔１２２の開口部分の上下方向の長さよりも大きくなっているが、隣接する孔１２２同士の間隔が第１領域１２Ａの上下方向の長さよりも大きい箇所があってもよい。
　＜孔１２２の形成量について＞
　図８は、羽部１２の空隙率とピッチングモーメントとの関係を示す図である。図８の横軸は羽部１２の全体の空隙率を示している。例えば、図４の羽部１２の場合（孔１２２が設けられていない場合）は、空隙率が０％である。また、図８の縦軸はピッチングモーメントを示している。ピッチングモーメントの測定は、風速１０ｍ／ｓ、迎角±２４°（３°毎）、シャトル回転無しの条件にて行った。
　図に示すように、空隙率が０％～２５％の範囲では空隙率が大きくなるにつれてピッチングモーメントが大きくなっている。例えば、空隙率が５％の場合、空隙率が０％（図４）と比べて９％程度ピッチングモーメントが向上している。
　なお、天然シャトルコックのピッチングモーメントは、約１．１であり、空隙率５％のとき天然シャトルコックとほぼ同等になる。よって、天然シャトルコックに近い空力特性を得るには、羽部１２の全体の空隙率を５％以上とすることが望ましい。
　ただし、空隙率が３０％以上になると、すきまが大きくなりすぎて耐久性が確保できなくなるおそれがある。よって、空隙率は、５％以上、３０％未満（より好ましくは２０％未満）の範囲にすることが望ましい。
　以上説明したように、本実施形態の人工羽根１０は、羽部１２の位置Ｐ2よりも上側（先端側）の第２領域１２Ｂに孔１２２を複数設けており、第１領域１２Ａには孔１２２を設けていない（第１領域１２Ａの空隙率が、第２領域１２Ｂの空隙率よりも小さい）。これにより、揚力の低下を抑制しつつ、ピッチングモーメントを高めることができ、飛行性能の向上を図ることができる。
　＜変形例＞
　図９は、第１変形例の人工羽根１０を裏側から見た図である。
　第１変形例の人工羽根１０の羽部１２には、孔１２４が複数設けられている。ただし、この孔１２４の開口幅（上下方向の長さ）は前述の実施形態の孔１２２の開口幅よりも大きく、隣接する孔１２４同士の間隔も前述の実施形態の孔１２２同士の間隔よりも大きい。すなわち、この第１変形例では、孔１２４の数が前述の実施形態よりも少ない。また、前述の実施形態と同様に、孔１２４は、位置Ｐ2よりも上側（先端側）の第２領域１２Ｂに設けられている。
　図１０は、第２変形例の人工羽根１０を裏側から見た図である。
　第２変形例の人工羽根１０の羽部１２には、孔１２６が複数設けられている。この第２変形例では、孔１２６の形成位置が、羽軸部１４に対して対称となっていない（左右非対称である）。すなわち、孔１２６は、羽部１２の位置にかかわらず、右端が最も下側に位置し（ベース部２に最も近く）、左に行くにつれて上方に向かう（ベース部２から離れる）傾きに設けられている。なお、これには限られず、例えば、傾きの方向が左右逆になっていてもよい。また、前述の実施形態では、羽部１２の幅方向の端部（右左方向の端部）には孔（孔１２２、孔１２４）が形成されていなかったが、この第２変形例では、より端に近い位置（具体的には、隣接する羽部１２と重なる部位）にも孔１２６が形成されている。また、前述の実施形態と同様に、孔１２６は、位置Ｐ2よりも上側（先端側）の第２領域１２Ｂに設けられている。
　図１１は、第３変形例の人工羽根１０を裏側から見た図である。
　第３変形例の人工羽根１０の羽部１２には、孔１２８ａと１２８ｂとがそれぞれ複数設けられている。この例においても孔１２８ａ、１２８ｂの形成位置は、羽軸部１４に対して左右非対称となっている。
　孔１２８ａは、左右方向（幅方向）及び上下方向（軸方向）に対して斜めの方向（交差する方向）に細長く形成された長孔である。
　孔１２８ｂは、羽軸部１４の軸（上下方向）と平行に形成されている。すなわち、孔１２８ｂは、上下方向とは交差せず、左右方向とは交差（直交）するように細長く形成された長孔である。
　第３変形例の羽部１２には、孔１２８ａが一定間隔で上下方向に複数並んで設けられた領域と、孔１２８ｂが一定間隔で左右方向に複数並んで設けられた領域とが混在している。また、この例においても、孔１２８（孔１２８ａ、孔１２８ｂ）は位置Ｐ2よりも上側（先端側）の第２領域１２Ｂに設けられている。
　以上の各変形例においても、第１領域１２Ａの空隙率は０％であり、第２領域１２Ｂの空隙率よりも小さくなっている。これにより、前述の実施形態（図７）と同様に、飛行性能の向上を図ることができる。
　＝＝＝その他＝＝＝
　上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
　前述の実施形態では、羽部１２に設けられた各孔（孔１２２、１２４、１２６、１２８ａ、１２８ｂ）は細長い長孔であったが、これには限らない。例えば、円形の孔（丸孔）や多角形の孔などであってもよい。ただし、長孔の場合、前述したように、おもて面側から裏面側に気流を通す効率をよくすることが可能であり、気流の剥離を抑制でき、かつ揚力を向上させることができる。よって、長孔であることが望ましい。
　また、前述の実施形態では、羽部１２に孔を複数設けていたが、少なくとも一つ設けていればよい（単数でもよい）。
　また、前述の実施形態では、羽部１２はシート状であったが、これには限らない。例えば、立体的（３次元的）に形成されていてもよい。
　前述の実施形態では、第１領域１２Ａに孔を設けていなかった（空隙率０％であった）が、孔を設けていてもよい。その場合、第１領域１２Ａの空隙率が、第２領域１２Ｂの空隙率よりも小さければ、羽部１２の全体に均等に孔を設けた場合よりも飛行特性を良くすることができる。ただし、本実施形態のように第１領域１２Ａの空隙率を０％にする（孔を設けない）方が飛行性能をより向上させることができる。
１　人工シャトルコック、
２　ベース部、
３　紐状部材、
４　スカート部、
１０　人工羽根、
１２　羽部、
１２Ａ　第１領域
１２Ｂ　第２領域
１４　羽軸部、
１４ａ　羽支持部、
１４ｂ　羽柄部、
１２２，１２４，１２６，１２８ａ，１２８ｂ　孔

Claims (7)

  1. 　シャトルコックのベース部に円環状に植設されるシャトルコック用人工羽根であって、
    　羽部と、
    　軸方向の一端が前記ベース部に固定され、他端側に設けられた前記羽部を支持する羽軸部と、
    を備え、
    　前記羽部には、当該羽部を貫通する孔が形成されており、
    　前記羽部の第１領域であって、前記軸方向の前記一端側の縁から前記軸方向の中心よりも前記一端側の所定位置までの第１領域の空隙率が、前記所定位置から前記軸方向の前記他端側の縁までの第２領域の空隙率よりも小さい、
    ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
  2. 　請求項１に記載のシャトルコック用人工羽根であって、
    　前記第１領域の空隙率は０％である、
    ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載のシャトルコック用人工羽根であって、
    　前記所定位置は、前記シャトルコックの飛行時に、前記羽部の一方の面と他方の面との圧力差が最大になる位置である、
    ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
  4. 　請求項１～３の何れかに記載のシャトルコック用人工羽根であって、
    　前記孔は複数形成されており、
    　前記羽部の前記一端側の縁から前記所定位置までの長さは、隣接する前記孔同士の間隔よりも大きい、
    ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
  5. 　請求項１～４の何れかに記載のシャトルコック用人工羽根であって、
    　前記孔は、長孔である、
    ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
  6. 　請求項１～５の何れかに記載のシャトルコック用人工羽根であって、
    　前記羽部全体の空隙率は５％以上３０％未満である、
    ことを特徴とするシャトルコック用人工羽根。
  7. 　請求項１～６の何れかに記載のシャトルコック用人工羽根を用いたシャトルコック。
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