目前，考虑惯性椭圆体而设计高尔夫球棒头的技术记载在日本发明专利 公开1993年第57034号公报上。在该公报中，揭示了如下一种技术：在具有 原来高尔夫球棒头的惯性椭圆体的主轴方向附加重量，从而一边最小限度地 抑制头的重量增加一边增大惯性椭圆体。
另外，在日本发明专利公开1997年第149954号公报和日本发明专利公 开1998年第248969号公报上揭示了如下一种技术：通过将惯性主轴投影在 包含球飞行路线的平面及垂直于水平面的平面上时的角度设定在击球人的打 击位置的误差方向附近，来抑制飞行距离的误差。
但是，日本发明专利公开1993年第57034号公报所揭示的技术，仅揭示 了不使预先具有已生产的头的惯性主轴的方向变化而通过在其轴上附加重量 来增大惯性椭圆体的技术。
因此，在上述公报中，不能判断在考虑高尔夫球棒性能的情况下其惯性 主轴的方向究竟是否最佳。
另外，在日本发明专利公开1997年第149954号公报和日本发明专利公 开1998年第248969号公报中，虽然揭示了高尔夫球棒头较佳的惯性主轴的 倾斜角度，但这只不过是揭示了高尔夫球棒头投影在从击球面侧所看到的一 平面上时的较佳角度而已。因此，在该公报中，对于如何配置三维存在的惯 性椭圆体较好并未涉及。
当击球者打击球时，球碰到高尔夫球棒头的位置因各种原因而产生变动。 对于高尔夫球棒所要求的特性之一，可例举出：球的飞行距离和飞球方向的 变动随着打击位置的变动而较小。
一旦变动打击位置使球的方向和飞行距离不稳定时，击球者就不能将球 送到所期望的位置，在得分上不是较佳。
在现有技术中虽然改善了一定程度，但未必能说是充分的。
因此，为解决上述那样的问题，本发明的目的在于提供一种即使打击位 置变动也可使球的飞行距离和球飞行方向的变动较小的高尔夫球棒头、高尔 夫球棒及高尔夫球棒组件。
发明的公开
本发明者们对打击位置的变动与球的飞行距离和球飞行方向的关系作了 各种研究，结果知道，不将高尔夫球棒头的惯性椭圆体投影在平面上而通过 将其三维投影就可进行更有效的改善。即，本发明欲提供一种如下的在现有 技术中未揭示的高尔夫球棒头：通过三维设计高尔夫球棒所期望的惯性主轴 的配置，从而相对打击位置的误差可更有效地抑制飞行距离和打球方向的误 差。
如图1A及图1B所示，对于物体，惯性椭圆体10存在三维。在图1A及 图1B中，木质高尔夫球棒70具有木质的高尔夫球棒头1和一端与高尔夫球 棒头1连接的棒杆60。高尔夫球棒头1具有击球面11。高尔夫球棒头1的惯 性椭圆体10具有惯性主轴I1、I2及I3。所述惯性主轴在作为原点的重心G相 交。
在图12中，铁质高尔夫球170具有铁质高尔夫球棒头101和一端与高尔 夫球棒头101连接的棒杆160。高尔夫球棒头101具有击球面111。高尔夫球 棒头101的惯性椭圆体110具有惯性主轴I1、I2及I3。所述惯性主轴在作为原 点的重心G相交。
在惯性椭圆体中，主轴的长度一般用绕其轴的惯性转矩大小的平方根的 倒数表示。当用任意的平面切断惯性椭圆体时，其截面面积越小，对于垂直 作用在该面上的负载的惯性阻力就越大。
这里，用高尔夫球棒打击球时所产生的负载用图2中的矢量F表示。该 矢量F可分解成与击球面11垂直的矢量FP和与击球面11平行的微小的矢量 FH。飞行距离和球飞行方向的误差是高尔夫球棒头1的箭头12所示的不必要 的旋转运动所引起的。我们知道，产生该旋转运动的转矩从其大小来看，主 要成分几乎是垂直于击球面11的矢量FP，与击球面11平行的矢量FH是微 小成分，可忽略不计。
也就是说，欲使高尔夫球棒头1旋转的负载从垂直于击球面11的方向作 用，为增大相对于该负载的高尔夫球棒头1的惯性阻力，用与击球面11平行、 通过惯性椭圆体中心的平面来切断惯性椭圆体，以尽量减小该截面积(以下称 作有效截面积)地设计击球面11即可。
另外，在高尔夫球棒头中，如一般的木质的高尔夫球棒头那样，有击球 面11为凸状的结构，在这种情况下，将位于击球面的中心(图心)附近的面定 义为击球面。此时，对于包含击球面图心、球棒击球面中心部分或击球面外 周在内的面，与距离最远的击球面上的点接触的平面是击球面。由于各个点 位于图心附近，故即使以任何接触的面为基准也无大的差别。
为实现上述目的，本发明用如下构成方法求得惯性椭圆体和其切断面。
在图3中，将垂直于地面、通过重心G的轴设为Z轴，将与击球面11的 图心(击球面11的中心)中的接触面和地面的交线相平行且垂直于Z轴、通过 重心G的轴设为X轴，将垂直于X轴和Z轴两方的、通过中心G的轴设为Y 轴。
首先，如图4所示，将与击球面的图心中的接触面(击球面)和地面的交线 相平行且通过重心的面的方向矢量设为f(l,m,n)T，对如下各矢量进行计算。 f1(l1,m1,n1)T=f×Z(0,0,1)T f2(l2,m2,n2)T=f1×f                             …(1) f3(l3,m3,n3)T=f1×f2
而×表示外积。
接着，如图5所示，当将与击球面11的图心21a中的接触面21和地面23 的交线22相平行且通过重心G的轴设为α轴、将平行于该接触面21、且与α 轴垂直的轴设为β轴、将与α轴和β轴垂直的轴设为γ轴时，从α、β、γ坐标系向 X、Y、Z坐标系变换可用下式表示。
X=l1·α+l2·β+l3·γ    
Y=m1·α+m2·β+m3·γ                     …(2)
Z=n1·α+n2·β+n3·γ
该切断面的大小表示在该面的旋转容易度的惯性阻力的大小。另外，该 切断面表示该面的垂直方向的惯性阻力。此外，如图6、7及8所示，很清楚， 由于该切断面的形状是立体的惯性椭圆体和面的切断面，故是平面椭圆。
这里，将I1、I2、I3设成与X、Y、Z轴有关的惯性转矩，将I12设成与YZ 平面及XZ平面有关的惯性乘积，将I13设成与YZ平面及XY平面有关的惯性 乘积，将I23设成与XZ平面及XY平面有关的惯性乘积，则可获得如下的关 系：
I1·X2+I2·Y2+I3·Z2+2·I12·X·Y+2·I13·X·Z+2·I23·Y·Z=1  …(3)
式(3)表示的椭圆体称作惯性椭圆体。它表示各方向的惯性阻力的大小。 当将式(2)代入式(3)，将γ的项设为0时，可求得切断椭圆面的式(4)。
(I1l12+I2m12+I3n12+I12l1m1+I13l1n1+I23m1n1)α2
+(I1l22+I3m22+I3n22+I12l2m2+I13l2n2+I23m2n2)β2
+(I1l1l2+I2m1m2+I3n1n2+I12l1m2+I12l2m1+I13l1n2
+I13l2n1+I23m1n2+I23m2n1)αβ=1                     …(4)
如图7所示，当利用该平面椭圆的数学式将长轴的长度设为a、短轴的长 度设为b时，用包含该长轴和短轴在内的平面切断惯性椭圆体后的面积S可 用如下数学式表示。
S=πab
此时的面积是有效截面积。
另一方面，如上所述，用平行于击球面11、通过惯性椭圆体中心的平面 切断后的惯性椭圆体的有效截面积，表示对于垂直作用于该面上的负载的物 体的惯性阻力的大小。该有效截面积越小，惯性阻力就越大。因此，通过尽 量减少有效截面积来设计，从而可提供飞行距离和方向稳定的高尔夫球棒头。
本发明的高尔夫球棒头具有惯性椭圆体。当将在原点互相正交的惯性椭 圆体的3根主轴以围绕这些主轴的惯性转矩大到小的顺序设成轴I1、轴I2及轴 I3时，通过原点、以平行于击球面的平面将惯性椭圆体切断后的截面积A(有 效截面积)与以包含轴I1及轴I2的平面将惯性椭圆体切断后的截面积B(最小截 面积)之比(A/B)为1以上1.4以下。
另外，截面积A(有效截面积)最好是0.0005(1/g·cm2)以上0.0025(1/g·cm2) 以下。
截面积A(有效截面积)最好是0.0005(1/g·cm2)以上0.00125(1/g·cm2)以下。
用击球面的面积除以截面积A(有效截面积)后的数值最好是 1.00×10-4(1/g·cm4)以下。
此外，用高尔夫球棒头的体积除以截面积A(有效截面积)后的数值最好是 1.50×10-5(1/g·cm5)以下。
用高尔夫球棒头的质量除以截面积A(有效截面积)后的数值最好是 1.00×10-5(1/g2·cm2)以下。
另外，高尔夫球棒头最好是木质高尔夫球棒头，且截面积A(有效截面积) 是0.0005(1/g·cm2)以上0.0020(1/g·cm2)以下。
另外，高尔夫球棒头最好是铁质高尔夫球棒头，且截面积A(有效截面积) 是0.001(1/g·cm2)以上0.0025(1/g·cm2)以下。
另外，高尔夫球棒头最好是铁质高尔夫球棒头，且用高尔夫球棒头的体 积除以截面积A(有效截面积)后的数值是7.80×10-5(1/g·cm5)以下。
另外，高尔夫球棒头最好是铁质高尔夫球棒头，且用高尔夫球棒头的质 量除以截面积A(有效截面积)后的数值是1.10×10-5(1/g2·cm2)以下。
另外，本发明的高尔夫球棒，具有上述的高尔夫球棒头和一端与高尔夫 球棒头连接的棒杆。
而在该高尔夫球棒中，球棒头倾斜角度最好是16°以下。
本发明一形态的高尔夫球棒组件，具有铁质高尔夫球棒和木质高尔夫球 棒。
铁质高尔夫球棒具有铁质高尔夫球棒头和一端与铁质高尔夫球棒头连接 的棒杆，木质高尔夫球棒具有木质高尔夫球棒头和一端与木质高尔夫球棒头 连接的棒杆，铁质高尔夫球棒头及木质高尔夫球棒头具有惯性椭圆体。在铁 质高尔夫球棒头及木质高尔夫球棒头中，当将在原点互相正交的惯性椭圆体 的3根主轴以围绕这些主轴的惯性转矩大到小的顺序设为轴I1、轴I2及轴I3 时，为使通过原点、以平行于击球面的平面将惯性椭圆体切断后的截面积A 与以包含轴I1及轴I2的平面将惯性椭圆体切断后的截面积B之比A/B处于1 以上1.4以下，而形成铁质高尔夫球棒头及木质高尔夫球棒头的击球面。铁质 高尔夫球棒头的截面积A是0.001(1/g·cm2)以上0.0025(1/g·cm2)以下，木质高 尔夫球棒头的截面积A是0.0005(1/g·cm2)以上0.0020(1/g·cm2)以下。
本发明另一形态的高尔夫球棒组件，具有多个高尔夫球棒。多个高尔夫 球棒具有高尔夫球棒头和一端与高尔夫球棒头连接的棒杆，高尔夫球棒头具 有惯性椭圆体。当将在原点互相正交的惯性椭圆体的3根主轴以围绕这些主 轴的惯性转矩大到小的顺序设为轴I1、轴I2及轴I3时，通过原点、以平行于 击球面的平面将惯性椭圆体切断后的截面积A与以包含轴I1及轴I2的平面将 惯性椭圆体切断后的截面积B之比=A/B处于1以上1.4以下。对于多个高尔 夫球棒头，截面积A与截面积B之比的数值，相对规定值C最大是C+0.1以 下，最小是C-0.1以上。
该高尔夫球棒组件可适用于如下任何一种：由木质高尔夫球棒构成的； 由铁质高尔夫球棒构成的；由木质和铁质的高尔夫球棒构成的。
本发明的高尔夫球棒组件具有木质高尔夫球棒和铁质高尔夫球棒。铁质 高尔夫球棒具有铁质高尔夫球棒头和一端与铁质高尔夫球棒头连接的棒杆， 木质高尔夫球棒具有木质高尔夫球棒头和一端与木质高尔夫球棒头连接的棒 杆，铁质高尔夫球棒头及木质高尔夫球棒头具有惯性椭圆体。在铁质高尔夫 球棒头及木质高尔夫球棒头中，当将在原点互相正交的惯性椭圆体的3根主 轴以围绕这些主轴的惯性转矩大到小的顺序设为轴I1、轴I2及轴I3时，为使 通过原点、以平行于击球面的平面将惯性椭圆体切断后的截面积A与以包含 轴I1及轴I2的平面将惯性椭圆体切断后的截面积B之比A/B处于1以上1.4 以下，而形成铁质高尔夫球棒头及木质高尔夫球棒头的击球面。对于多个木 质高尔夫球棒头，截面积A与截面积B之比的数值，相对规定值D最大是D+0.1 以下，最小是D-0.1以上。对于多个铁质高尔夫球棒头，截面积A与截面积 B之比的数值，相对不同于规定值D的数值E最大是E+0.1以下，最小是E-0.1 以上。
附图的简单说明
图1A及图1B是模式表示木质高尔夫球棒头的惯性主轴的示图。
图2是将打球时产生的力和转矩分解成与击球面水平的分力和垂直的分 力的示图。
图3是表示惯性椭圆体系统的坐标基本轴的概念图。
图4是用来说明切断椭圆面和坐标变换的模式图。
图5是将与击球面的图心中的接触面和地面的交线相平行且通过重心的 轴设为α轴、将与该面平行且垂直于0轴的轴设为β轴、将垂直于α轴和β轴的轴 设为γ轴而表示的模式图。
图6是表示通过惯性椭圆体的重心、用平行于击球面的平面进行切断后 的面的示图。
图7是表示通过惯性椭圆体的重心、用平行于击球面的平面进行切断后 的面的示图。
图8是表示通过惯性椭圆体的重心、用平行于击球面的平面进行切断后 的面的模式图。
图9是表示木头球棒头的有效截面积/最小面积比的变化和在从球棒击球 面中心部分向球棒突出部分偏离10mm后位置处击球时的飞行距离的模拟结 果的曲线图。
图10是表示木头球棒头的有效截面积和在从球棒击球面中心部分向球棒 突出部分侧偏离10mm后位置处击球时的飞行距离的示图。
图11是在进行图10所示测试时所使用的高尔夫球棒头的模式图。
图12是模式表示铁质高尔夫球棒头的惯性主轴的示图。
实施发明的最佳形态
下面详细说明本发明的实施形态。
首先，本发明是高尔夫球棒头的惯性椭圆体，当将在原点互相正交的惯 性椭圆体的3根主轴按围绕这些主轴的惯性转矩大到小的顺序设成轴I1、轴I2 及轴I3时，通过原点、以平行于击球面的平面将惯性椭圆体切断后的截面积 A(有效截面积)与以包含轴I1及轴I2的平面将惯性椭圆体切断后的截面积B(最 小截面积)之比(A/B)为1以上1.4以下。
如上所述，使高尔夫球棒头旋转的主要负载垂直作用在击球面上。对于 垂直作用于击球面上的负载的惯性阻力的大小，可用有效截面积A来表示。
即，惯性椭圆体的有效截面积为最小时，施加在击球面上的负载的阻力 为最大。通过将有效截面积抑制在最小截面积B的1.4倍以下，从而使飞行距 离稳定。
图9是对使轴I3连续向突出棒头根方向(トウ一ヒ一ル方向)变化、在从球 棒击球面中心部分向球棒突出部分侧偏离10mm后的位置击球时的惯性椭圆 体的有效截面积/最小面积比的变化与飞行距离关系进行模拟后的示图。
由此，只要有效截面积/最小面积比不超过1.4，就不会产生飞行距离的明 显下降。也就是说，只要将有效截面积/最小面积比控制在1.4以下即可。
另外，可用上述那样的高尔夫球棒头构成高尔夫球棒组件。在现有的高 尔夫球棒头中，每个头其有效截面积/最小面积比不相同，尤其在木质高尔夫 球棒头和铁质高尔夫球棒头中差别较大。因为木质被认为是有利于飞行距离 的球棒，铁质被认为是有利于方向性的球棒。
构成组件的所有的高尔夫球棒若满足上述范围，则由于高尔夫球棒头具有的 最大的惯性阻力和实际具有的惯性阻力的比例为一定，故可做成飞行距离稳定的 高尔夫球棒组件。
此时，不言而喻，通过将高尔夫球棒组件内有效截面积/最小面积比的数 值设成一定或最大为±0.1的范围内，就更与高尔夫球棒组件内的对于飞行距 离稳定性的触觉相一致。
另外，本发明的高尔夫球棒头是有效截面积A为0.0005(1/g·cm2)以上 0.0025(1/g·cm2)以下的高尔夫球棒头。有效截面积的数值根据惯性椭圆体的 主轴的倾斜和惯性椭圆体的形状而变化。一旦该数值较大，则与最小截面积 的比例无关，而惯性阻力变小，成为无飞行距离稳定性的棒头。因此，有效 截面积A做成0.0005(1/g·cm2)以上0.0025(1/g·cm2)以下较佳。
此外，在木质高尔夫球棒头中，有效截面积A做成0.0005(1/g·cm2)以 上0.002(1/g·cm2)以下较佳。
高尔夫球棒头，是有效截面积A为0.0005(1/g·cm2)以上0.00125(1/g·cm2) 以下的高尔夫球棒头。
图10是表示使木头球棒头的有效截面积变化后、从球棒击球面中心部分 向球棒突出部分侧偏离10mm进行打击时的飞行距离变化。该试验如图11所 示，准备比规定质量还轻的棒头，在与其重心G对称的位置配置相等的重量， 高尔夫球棒头的重心位置和重量不变化，仅是惯性主轴倾斜变化来调整。实 线50表示通常的高尔夫球棒头的惯性主轴I3。虚线51表示第1高尔夫球棒头 的惯性主轴I3。虚线52表示第2高尔夫球棒头的惯性主轴I3。第1高尔夫球 棒头具有配重构件53及54。第2高尔夫球棒头具有配重构件55及56。对于 第1高尔夫球棒头，以棒头速度为40m/s用机器人作了试打。其他将棒头速度 也设为40m/s。在图10中，虚线是用多项式来近似实测数据、用假想线连接 的。从该数据得知，有效截面积A在0.00125附近有持续状的峰值。另可知， 由于有效截面积A每超过0.0025飞行距离就急剧下降。因此，有效截面积A 设定在0.002(1/g·cm2)以下、最好是0.00125(1/g·cm2)以下较佳。
另外，本发明的高尔夫球棒头，是用击球面的面积除以有效截面积A后 的数值为1.00×10-4(1/g·cm4)以下的高尔夫球棒头。
要缩小惯性椭圆体的有效截面积，通过将高尔夫球棒头做大也可实现。 此时，一旦做大高尔夫球棒头，必然也就增大击球面的面积。但是，一般水 平的击球者的击点位置的误差是一定的，为击球面面积的65～70％。因此，一 旦将棒头做大，击点的误差也增大。
即使将惯性椭圆体做小，但由于若击点误差变大就不能提高球棒的性能， 故应有一些限制。因此，通过将与击点误差相关的击球面的面积与有效截面 积之比的范围设在1.00×10-4(1/g·cm4)以下，就可获得两者的平衡。
另外，如上所述，击球者对照击球面面积的大小而持有击点误差量变化 的常用打击面积。在高尔夫球棒组件中，虽然木质高尔夫球棒头中序号越大 击球面面积就越小，但通过将击球面面积与有效截面积之比设成一定，就可 提供感觉与击球者持有的常用打击面积一致的、操作容易的球棒。
另外，在高尔夫球棒头中，用高尔夫球棒头的体积除以有效截面积A后 的数值是1.50×10-5(1/g·cm5)以下。
对于将高尔夫球棒、尤其木质高尔夫球棒头增大的措施，可使其沿棒头 的高度、长度、宽度方向扩大。根据扩大的方向，使惯性椭圆体的形状变化， 也使有效截面积的数值变化。这里，可做成对于每单位体积的惯性椭圆体的 有用率(日文：寄与率)越高、飞行距离的误差就越小的棒头。用棒头的体积除 以其有效截面积A后的数值最好做成1.50×10-5(1/g·cm5)以下。
另外，击球者有经验地感觉到，体积较大的棒头其惯性阻力较大，棒头 体积较小的，惯性阻力较小。因此，当将棒头体积和有效截面积的比例弄成 一定时，不言而喻，可提供与击球者的触觉相适合的球棒组件。
另外，在高尔夫球棒头中，用高尔夫球棒头的质量除以有效截面积A后 的数值是1.00×10-5(1/g2·cm2)以下。
高尔夫球棒头的质量由于受到高尔夫球棒设计上的制约，故增加体积也 好，变更质量分配也好，可做成对于每单位质量的有效截面积的有用率越高、 飞行距离的误差就越小的棒头。该数值最好做成1.00×10-5(1/g2·cm2)以下。
在做成木质高尔夫球棒的情况下，最好将有效截面积A做成0.0005 (1/g·cm2)以上0.0020(1/g·cm2)以下。此时，可做成发挥木质高尔夫球棒 的特性、因打击位置的误差所造成的飞行距离的误差较小的棒头。
另外，通过将本发明的高尔夫球棒头适用于木质高尔夫球棒组件内所有 的球棒，从而可使组件内的球棒的特性均匀化，构成打球感觉统一的木质高 尔夫球棒组件。
另外，在该木质高尔夫球棒中，球棒头倾斜角度最好是16°以下。
在本发明中，虽然期望将组件内所有的球棒的打球感觉做成统一，但当 球棒头倾斜角度变大时，对于打球感觉变得迟钝。而且，在谋求飞行距离的 情况下，击球者往往用16°以下的球棒头倾斜角度。对于球棒头倾斜角度最低 为16°以下的木质高尔夫球棒头，也可提供飞行距离稳定性较高的球棒。以上， 到此为止，主要记述了木质高尔夫球棒头，但在木质和铁质高尔夫球棒头中， 每个特性的数值因包含形状在内的各种原因而变化。下面，虽然表示了铁质 高尔夫球棒头的最佳值，但其效果以木质高尔夫球棒头的数值为准。
本发明的铁质高尔夫球棒头，有效截面积A是0.001(1/g·cm2)以上 0.0025(1/g·cm2)以下。
另外，在铁质高尔夫球棒头中，用高尔夫球棒体积除以有效截面积A后 的数值是7.8×10-5(1/g·cm5)以下。
另外，在铁质高尔夫球棒头中，用高尔夫球棒头的质量除以有效截面积A 后的数值是1.10×10-5(1/g2·cm2)以下。
此外，若高尔夫球棒具有上述铁质高尔夫球棒头和一端与高尔夫球棒头 连接的棒杆，则由于可发挥上述特性，故较佳。
另外，在该情况下，高尔夫球棒的球棒头倾斜角度是16°以下。
如上所述，在本发明的高尔夫球棒头中，作为高尔夫球棒头的特性，用 绕重心的惯性椭圆体来表示重要的惯性转矩，将用平行于击球面且通过高尔 夫球棒头重心的假想平面对该惯性椭圆体予以切断后的平面椭圆的面积做小 来进行设计。由此，可增大对于打球方向的高尔夫球棒头的惯性阻力，有效 地减少因打击位置的误差所引起的飞行距离的误差。具体地说，通过将高尔 夫球棒头具有的惯性椭圆体的有效截面积相对最小截面积抑制在1.0倍以上1.4 倍以下，就可做成飞行距离误差被抑制的球棒。本发明明示了此时有效截面 积的最佳模式的数值，作了使飞行距离稳定的棒头的设计方向，并且，揭示 了单位击球面面积、单位棒头体积、每单位棒头质量的有效截面积的最佳模 式，具有使棒头更有效地获得飞行距离稳定的效果。此外，通过对构成球棒 头的球棒展开上述特性，从而具有使打球感觉统一的做成高尔夫球棒组件的 效果。
工业上利用的可能性
本发明可用于高尔夫球棒头、高尔夫球棒及高尔夫球棒组件。