シャフト固有振動数の定義

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シャフト振動数理論の定義

飛距離アップにはヘッドスピードにシャフトの硬さ（振動数）を一致させることが最も飛距離アップや方向の安定性が計れます

それは、ヘッドスピードとシャフトの硬さ（振動数）が一致したシャフトからは、最大のボール初速と大きな慣性力と遠心力がボールに伝わり、飛距離を伸ばせ正確なショットを打つことができるからです。

以下の記事は当サイトが国内で初めて振動数理論でシャフトのメカニズムの特許取得（富士通のアプリケーション・Ｇｏｌｓｙｓ）した、データに基づいて作成されています。

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飛距離アップにはシャフト振動数の一致から

飛距離を伸ばすシャフトの振動数の定義とは

ゴルフクラブメーカー

シャフトのシャフトの振動数理論で飛距離アップ

シャフト振動数

振動数（しんどうすう、英語：frequency）は、物理学において等速円運動あるいは単振動などの振動運動や波動が単位時間当たりに繰り返される回数である。振動数は、運動の周期の逆数であり、単位はヘルツになります。

振動の速さは単位時間に起こる往復運動の回数で表され、この回数を振動数または周波数といい単位はHz(ヘルツ)になります。

角振動数

振動の1回の往復運動は円運動1周に対応していて、振動の速さは単位時間におこなわれる円運動の回転角で表されこれを角振動数といいます。

角振動数は振動数に1周の角度2π(rad)をかけて定義される。単位はrad/sになります。

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ゴルフシャフトの振動数を波形に置き換え解説

振動数をゴルフクラブのシャフトの硬さに適応するには、振動数を深堀して理解することが重要です。

シャフトの振動数は上に示すように、単位時間当たりに繰り返される回数であって、一般的なシャフトの硬さ表示Rに置き換えればRの表示を細かく割れば済むことになります。

ここで重要な点は、シャフトが等速運動であれば、シャフトの繰り返される運動を時間に置き換えることができることです。

つまり、シャフトの硬さを時間に置き換えが可能になることで、シャフトのシナリ速度を時間で表すことができるのです。

このシャフトのシナリ速度こそインパクトのタイミングでスイングで最も重要なファクターになるのです。

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そこで、具体的に詳細な説明が以下の記事になります。

ゴルフシャフト振動測定器を使い、実際シャフトがスウイングしている状態の、シャフトの硬さを数値化した値が振動数（cpm)になります。

この振動数（CPM）の持つ意味は、シャフトが１分間に何回ヘルツ【上下動】運動を起したかの回数の数値です。

振動数（ｃｐｍ）はＣｙｃｉｅ　Ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅの略

ゴルフスイングの場合は、角振動でシャフトの振動数１ヘルツ（１回）が１回のスイングにあたり、この時のシャフトの速さ（往復するスピード）と、ヘッドスピードの値と一致させることで、両方のエネルギーが合体して、相乗効果で直接飛距離アップと正確なボールを打つのに決定的な役割をします。

振動数とヘッドスピードの一致は、正しいスイングを作る上でとても大切な要素で、クラブがスイングを作ると言われる所以です。

そこで、ゴルフクラブ振動数の定義で最低理解しておくは、シャフトの振動は固有（等速）であるということです。

この固有振動は下の図で示すように、２５０ｃｐｍのシャフトが同じ長さではふり幅の大きさや小ささで振動数は変化しないことです。

シャフトのふり幅が違ってきても、インパクトのタイミング（復元する時間は同じ）は変化しないことです。

シャフトの硬さ	シャフト復元時間	タイミング
２４０ｃｐｍ	０．０６２５秒	遅い
２５０ｃｐｍ	０．０６秒
２６０ｃｐｍ	０．０５７秒	速い

上の表から、各３本のシャフトは異なった振動数で、復元時間も異なります。真ん中の２５０ｃｐｍを基準にすれば、２６０ｃｐｍは２５０ｃｐｍに比べインパクトのタイミングが速く、２４０ｃｐｍは２５０ｃｐｍに比べインパクトのタイミングが遅いことを表しています。

さらに、このシャフトのタイミング（シャフトの復元時間）はヘッドスピードを変えても不変で、これが固有振動数の定義になります。

例えば、硬いシャフトを柔らかくしならせようと、無理やりヘッドスピードを上げてもシャフトのシナリ戻りの時間は変化しないと言うことです。

下の振動数を電気信号ヘルツに変換図で説明すると、２５０ｃｐｍのシャフトのＡ～Ａ’の時間帯は、ヘッドスピードが変化しても変わらないことです。

固有振動理論から、１本のシャフトの復元時間はふり幅の大きさで変化は起こさなことです。ただし、ふり幅が大きい方インパクト時の衝撃度が高まることから、ダウンスイングはレートヒッテングでシャフトのシナリを大きく作る方か飛距離を伸ばせることになります。

シャフトの固有振動数は、シャフトの動的な動きの硬さで（ｃｐｍ）スイングにおけるインパクトのタイミングと定義づけることができます。

シャフトの振動数それぞれでインパクトのタイミングが異なって来ることが定義できるのです。

この理論が固有振動数理論で以下の記事を読む上で必ず頭に入れておいてください。

振動数幅
下の図は、振動数を電気信号に置き換えた１ヘルツの表示図です。
測定値は一分間に何回の振動を起こしたかの値ですが、スイングにおいては、１回のサイクルでアドレスからフィニッシュまでが行われます。

振動数を電気信号ヘルツに変換
サイクル

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上の図の解説

上の２本の曲線は、異なった硬さを持つ２本のシャフトの振動数の値を１ヘルツに置き換えた図で表示しています。

Aの横軸は時間値で、青の曲線はシャフトの硬さが２６０ｃｐｍの１ヘルツを表しています。、オレンジの曲線は２５０ｃｐｍの１ヘルツの状態を表しています。

Ａ－Ｃは青のシャフトのシナリ速度（時間）、Ａ－Ｃ１はオレンジのシャフトのシナリ速度（時間）になります。横軸が時間を示すことで、青のシャフトがオレンジのシャフトよりシナリ時間が速い事がわかります。これは青シャフトがオレンジシャフトより硬いことを意味します。

この青並びにオレンジの曲線を、スウイング中の位置に対比させると、Aは青、オレンジシャフトが共にトップスイング状態で、シャフトのシナリが発生した瞬間の位置になります。

A～Ａ１、Ａ～Ａ２がダウンスウイングの時間帯になり、Bは青シャフトのインパクトの時間帯、B1がオレンジのシャフトのインパクトの時間帯になります。

このＡ１は青のシャフトの最下点に当たりシャフトが最もエネルギーを貯めるジャストタイミングの地点になります。同様、Ｂ１はオレンジシャフトの最下点ジャストタイミングに当たりシャフトが最もエネルギーを貯める地点になります。

「シャフトの最下点はシナッタシャフトが元の状態に復元する最もエネルギーを多く蓄えて地点になります」

そこで、波長とはシャフトのシナリ速度（時間）で、波高はシャフトのシナリ幅と理解してください。

Aからの横軸は時間を表していますから、青曲線のＡ～Ｃ　オレンジ曲線のＡ～Ｃ１は波長になり、シャフトの１回の上下動の復元時間になります。

また、青のＡ１～Ｂ　オレンジのＡ２～Ｂ１は波高で、シャフトのシナリ幅の大きさを表すことになります。

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以上の波形図から、青シャフト　オレンジシャフトの二本の機能について以下のことが解明できます。

青のシャフトは、波形から波長が短く、波高も低いため、シャフトの復元時間が早く、フェースローテイションも小さい事がわかります。
このフェースローテイションが小さいことは、ヘッドの返りが鈍い反面、インパクトでフェース向きが安定していることになります。
ヘッドスピードの速いゴルファー向き

一方、オレンジのシャフトは、波形から波長が長く、波高も高いため、シャフトの復元時間が遅く、フェースローテイションも大きくなり、シャフトが軟らかい事がわかります。　このフェースローテイションが大きい事は、インパクトでヘッドの返りが良い反面、フェース向きが不安定になることです。
ヘッドスピードの遅いゴルファー向き

アイアンダウンスイング

右の図の様に、固有振動数の特徴は、２６０cpm、２５０cpmの波長（Ａ～Ｃ　Ａ～Ｃ１）はサイクル運動が衰退しても波長（Ａ～Ｃ　Ａ～Ｃ１）の復元時間は一定で変化を起こさず、波高だけが低く衰退していくのが特徴です。

ここで、重要なことは、波長が変化せず、波高のみ変化する事の意味は、図の赤円では強くスイングした時、オレンジ円は普通にスイングした時、空色はゆったり振った時、でも波長の変化は起こらず、シャフトのシナリ速度は変化しないことです。

つまり、シャフトごとに固有のタイミングを持ち、ヘッドスピードを変えることでも、このタイミングの時間は不変であることです。

これが、シャフトの持つ特性で固有振動数になります。

例えば、硬いシャフトを使用してるゴルファーが、力一杯スイングを行い、シャフトを軟らかく使おうとしても、波長の長さは一定で変化をおこしません。つまりインパクト時のタイミングの変化は起きないことです。

つまり、力一杯振ってもインパクトのタイミングが合わずスイングを崩すだけの事になります。

このように、シャフトの硬さが負荷をいくらかけても変化しない性質を固有振動数理論になります。

この様に、振動数をただ数値化するのではなく、波形を分析すれば青の２６０cpmとオレンジの２５０cpmのシャフトの波長と、波高の特性の違いがはっきりと目で確認でき理解できるようになります。

また、青シャフトが最適なゴルファーがオレンジのシャフトを使えば、インパクトのタイミングの違いや、シナリ幅の違いでフェースが暴れ正確なショットが打てない事になります。。

振動数と硬さの基準
２６０ｃｐｍは１分間でＡ～Ｃ（１ヘルツ）が２６０ｃｐｍ回起こることなります。同じように２５０ｃｐmは１分間でＡ～Ｃ１が２５０回起こります。

振動数の数値が多い方がシャフトは硬く、少ない方がシャフトが軟らかい事になります。振動数は数値の大きい方がシャフトが硬く、数値の少ない方がシャフトが軟らかいことになります。

固有振動数の定義

固有振動数は字のごとくシャフトの持っている固有の硬さで、異なる負荷を加えてもシャフトのシナリ（波長の時間）は変化せず、振動数の値は変わりません。

例えば２６０ｃｐmのシャフトを異なったヘッドスピード（４０ｍ/ｃ　４５m/ｃ　５０ｍ/ｃのスピード）でスイングしても、シャフトの復元時間は２６０cpmで変化せず、復元速度は一定になります。

このことは、一般のゴルファーは、硬いシャフトでも力をいれて早くスイングすれば、シャフトが軟らかくなると、勘違いされている方が、意外と多い様に思えます。

合わないシャフトで力を入れてスイングしても、シャフトの硬さは変化せず、逆に、ヘッドスピードも上がらず、バランスを崩すだけで、何も良い結果は生まれずミスショットに繋がります。力んでスイングするのがいかに無駄かを理解してください。

この固有振動数の特性は、シャフトを長くするか、ヘッドを重くすることで振動数は変化します。

この変化には一定の法則があり、シャフトの場合、振動数の変化は０．５インチインチ短くすることで４ｃｐｍ前後上がり硬くなり、、反対に０．５インチ長くすることで４ＣＰＭ下がり軟らかくなり、この数値は長さに比例していきます。

又、振動数と重さの関係は２ｇ程度で１ｃｐｍ変化しますが、重くするにつれて振動数は比例して下がりシャフトは軟らかくなります。逆に２ｇ軽くすると１ｃｐｍ硬くなることになります。

固有振動数の法則は、硬さが同じシャフトを長くしたり、短くしたりしても振動数の変化は起こりますが、シャフトの本来の素材の硬さは変化しない法則です。本来シャフトの持っている硬さを絶海硬度と呼び、シャフトの調和を行うには重要な数値になります。

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波長・波高の分析でインパクトの時間の違い

青の２６０ＣＰＭとオレンジの２５０ＣＰＭの波形の波長分析

グラフで青の曲線は２６０ｃｐｍの硬さを持つシャフト、　赤の曲線は２５０ｃｐｍの硬さを持つシャフトです。

横軸は時間を表しています。
２６０ｃｐｍの１ヘルツはＡ～Ｃでスイング中に起こるシャフトのシナリ時間
２５０ｃｐｍの１ヘルツはＡ～Ｃ１でスイング中に起こるシャフトのシナリ時間

Ａはトップでシャフトがシナリを起こした位置で　Ｂは２６０ｃｐｍのインパクトゾーン、Ｂ１は２５０ｃｐｍのインパクトゾーンなります。このインパクトゾーンはシャフトの最下点と考えてください。

横軸は時間軸でインパクト時間を計算できます

しなり

上の１ヘルツの図をを１/２ヘルツにした図
サイクル図

赤の放物線２５０ＣＰＭの１ヘルツ時間

２５０ＣＰＭは１分間に２５０回の振動を行い、スイングは１回の振動（ヘルツ）の中で行われます。そこで１回の振動（ヘルツ）の時間（Ａ～Ｃ１）は
６０秒÷２５０ｃｐｍ（振動数）＝０．２４秒（１ヘルツの時間・１回の振動）（Ａ～Ｃ１）になる事がわかります。

これで１回のスイングで起こるシナリの速さが０．２４秒になります。

インパクトの値を求めるには、この１ヘルツの１/４である事から、２５０ＣＰＭのインパクト時間は以下の計算で求められます。

１/２ヘルツにした図

０．２４秒÷４分の１＝０．０６秒　　　

このシャフトの復元時間のＡ２は０．０６秒で、シャフトが最下点に到達して、スイング中に最大パワーをボールに伝達できる時間になります。

このことは、２５０ｃｐｍの硬さを持つシャフトは、トップからインパクトまで０．０６秒のスイングスピードを行えるゴルファーに、最適なシャフトであることがわかります・

青の放物線２６０ＣＰＭの１ヘルツ時間

６０秒÷２６０ｃｐｍ（振動数）＝０．２３秒（１ヘルツの時間）（Ａ～Ｃ）

２６０ｃｐｍのインパクトＢは１ヘルツの四分一の位置にあたります。

Ｂは０．２３秒を４で割った数値になります。

０．２３秒÷４分の１＝０．０５７秒　　
　このＡ１の０．０５７秒の値が２６０ｃｐｍのシャフトが最下点に到達して、スイング中に最大パワーをボールに伝達できる時間になります。

上のヘルツの波形から、２６０ｃｐｍのシャフトと２５０のシャフトのインパクトゾーンの時間帯が異なることが分かります。

もし、２５０ｃｐｍのシャフトが合うゴルファーには、２６０ｃｐｍのシャフトを使えば、最大の最大パワーの時間帯が０．００３秒早く迎えてしまいます。

この０．００３秒は、インパクトの瞬間が１万分５，６秒の世界においては、ジャストミートするには致命的な時間誤差になり,、当然ヘッドとボールのミート率は低下して飛距離を大きくロスすることになります。

ミート率の低下で起こる結果についてはこちらを参照してください。

ヘッドスピード	ミート率	飛距離	飛距離ロス
４０ｍ/ｃ	１，５（１００％）	２４０ｙ
	１．４	２２４ｙ	２６ｙ
	１．３	２０８	４２ｙ

参考資料　アマチュアゴルファーの平均ミート率は１．３７前後　　プロの平均ミート率は１．４７前後

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波形の波高分析

波高は、シャフトのシナリ幅の大きさです。

波高が高い程、スイング中のシャフトのシナリ幅が大きく、ヘッドの遊び（ヘッドの回転移動）も大きくなり、波高が低い程ヘッドの遊びが小さくなります。

このヘッドの遊びとは、トップスイングで開いたフェースを、インパクトする時までに、アドレスで構えた元のフェースの位置に戻すことで、遊びが大きい程戻すフェースの回転角度が大きく、、反対に遊びが小さい程戻す回転角度が小さいことです。

これは、遊びの小さい方が、フェースローテイションが小さく方向性性は安定しますが、ヘッドの返る力は弱くなります。
逆に、遊びの大きい方は、フェースローテイションが大きく方向性は不安定なりますが、ヘッドの返る力は強くなります

このことから、ヘッドスピードの速いゴルファーには、波高の低い硬いシャフトの方がスイングが安定しやすく、ヘッドのブレも少なく安定したインパクトを迎えることが出来、操作性の優れています。

逆に、ヘッドスピードの遅いゴルファーには、少し遊びの大きい柔らかいシャフトを使用する事でヘッドの遊びを利用して、ヘッドが返りが良くなり、球の捕まりの良いインパクトを迎える事ができます。

自分のシャフトの波高と波長を知ることで、自分に合うクラブや悩みの解決の糸口になります。是非参考にシャフト選びを行って下さい。

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