JP2011098190A - 速度検出器、及びこれを備えた素振り用具 - Google Patents

Abstract

【課題】速度検出器、打撃用具を提供する。
【解決手段】移動体の運動方向に空気導入孔１６ａを向けた状態で前記移動体に取り付けられたピトー管１６と、圧力により受圧面２４ａが変位するダイアフラム２４と、前記変位による力を受けて圧力を検知する感圧部２６と、を備え、前記移動体に配置されて前記ピトー管１６に発生した圧力を検知する圧力センサー２０と、前記移動体の停止時の圧力と運動時の圧力との差分から前記移動体の速度を検出する演算部２８と、を有し、前記圧力センサー２０は、前記受圧面２４ａの法線２４ｂが、前記運動方向に対して垂直となるように配置されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、速度検出器に関し、特にピトー管と圧力センサーにより構成され、素振り用具に取り付けられる速度検出器、及び速度検出器が取り付けられた素振り用具に関する。

ゴルフや野球、テニス等の球技スポーツなどにおいて、ゴルフクラブやバット、ラケット等の素振りや打撃練習は技能向上の上で非常に重要なもので、スポーツ選手や愛好家などは日夜素振り練習を行なっているものである。そして素振りの練習においては、スイングのスピードを客観的に測定することにより打撃技能の向上状況を判断する場合が多い。

図７に第１の従来技術として特許文献１に係る速度測定装置を示す。図７（ａ）は速度測定装置の使用形態を示す図であり、図７（ｂ）は速度測定装置の詳細図である。特許文献１においては、ピトー管１０４と、及びピトー管１０４に発生する圧力を検知するための圧力センサー１０６と、当該圧力センサー１０６の信号を演算して振り回し速度を算出するための演算手段１１６及び演算結果を表示するための表示手段１１８と、を有し、打撃用具（バット１０２）に組み込まれた速度測定装置１００が開示されている。

特許文献１に係る打撃用具において、打撃用具を振り回した場合、空気と打撃用具との間には相対速度運動が生じ、打撃用具からみれば空気が打撃用具の移動速度と同じ速度で逆方向に流れることになる。この空気の流れを測定することによって打撃用具の振り回し速度を求めようとするものである。そして、特許文献１においては、空気の流れを測定するため、ピトー管１０４を使用している。打撃用具にピトー管１０４を取り付けた場合、バット１０２を振り回すと運動方向に向かって開口しているピトー管１０４には空気の流れによる圧力が掛かり、圧力センサー１０６により圧力を検知する。この検知信号から空気の流れを速度に変換することにより、打撃用具の振り回し速度を求めることができる。特許文献１においては、バット１０２に速度測定装置１００が埋め込まれた態様をしており、ピトー管１０４がバットの運動方向に露出して取り付けられるとともに、ダイアフラム１０８、１１２の受圧面の法線を運動方向側に向けた圧力センサー１０６や圧力補正センサー１１０、そして圧力センサー１０６及び圧力補正センサー１１０の温度補償用の温度を測定する温度センサー１１４、演算手段１１６、表示手段１１８がバット１０２に埋め込まれている。

図８に第２の従来技術として特許文献に係るヘッドスピード測定装置を示す。図８（ａ）はヘッドスピード測定装置の使用形態を示す図であり、図８（ｂ）はヘッドスピード測定装置のブロック図である。特許文献２においては、マイクロ波ドップラーセンサー２０２と、ドップラーセンサー２０２の出力信号を増幅するアンプ２０４と、アンプ２０４によって増幅された信号を基準値と比較し、ドップラーパルスを出力するコンパレータ２０６と、コンパレータ２０６から出力された信号を入力してスイング速度を求めるマイクロコントローラ２０８と、マイクロコントローラ２０８からの制御によってスイング速度等の表示を行なう表示部２１０と、マイクロコントローラ２０８に接続されたスイッチ群２１２とを備えたヘッドスピード測定装置２００であって、ゴルフヘッド２１６の移動軌跡Ｋの最下点付近を通過するゴルフヘッド２１６の速度を測定可能な配置に設置した構成が開示されている。

上記構成によれば、ボールＢにインパクトを与えるゴルフクラブ２１４のゴルフヘッド２１６が最下点付近を通過する際に光軸Ｌのパルス光を当て、基準パルスとゴルフヘッド２１６から反射されドップラー効果により周波数が変動したパルス光との差分によりゴルフヘッド２１６の速度を測定することになるので、ゴルフヘッド２１６に対して非接触でスイング速度を測定することが可能である。

図９に第３の従来技術として特許文献３に係るロングパット練習器を示す。図９（ａ）は全体概要図、図９（ｂ）はロングパット練習器を構成するユニットのブロック図である。特許文献３において、ボールにインパクトを与えるパターヘッド３０２底面に所定幅の薄板状マグネット３０４を貼り付け、グリーンの模擬マット３０６には磁気センサー３１０と、ＣＰＵ演算処理回路３１２、表示回路３１４、電源回路３１６等をまとめたユニット３０８を置き、パターヘッド３０２のスピードを検出するロングパット練習器３００が開示されている。これにより薄板状マグネット３０４から発生する磁界がパターヘッド３０２とともに移動し、磁気センサー３１０上を磁界が通過する時間を用いてパターヘッド３０２の速度を演算するので、特許文献２と同様に非接触でパターヘッド３０２の速度を測定することが可能である。

特開昭６３−１０５７７７号公報 特開２００８−２４６１３９号公報 特開２００６−１５８８９３号公報

しかし、特許文献１においてはバット１０２の運動方向の加速度を補正するための圧力補正センサー１１０と、これを用いた補正処理が必要であり、さらに部品点数が多くなってコストがかかる問題があった。特許文献２、及び特許文献３においては、非接触で測定するため計測方向とゴルフクラブやパターを振り回す方向にズレが生じ、測定される振り回し速度にズレが生じていた。さらに特許文献３においては、パターヘッド３０２に取り付けられた薄板状マグネット３０４の磁気センサー３１０上を通過する際の、プレーヤーの技量に依存する高さ方向のばらつきにより、パターヘッド３０２の検出速度にばらつきが生じるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に着目し、簡易な構成でありながら測定のばらつきを抑制した速度検出器、及びこれを搭載した素振り用具を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］移動体の運動方向に空気導入孔を向けた状態で前記移動体に取り付けられたピトー管と、圧力により受圧面が変位するダイアフラムと、前記変位による力を受けて圧力を検出する感圧部と、を備え、前記移動体に配置されて前記ピトー管に発生した圧力を検出する圧力センサーと、前記移動体の停止時の圧力と運動時の圧力との差分から前記移動体の速度を検出する演算部と、を有し、前記圧力センサーは、前記受圧面の法線が、前記運動方向に対して垂直となるように配置されたことを特徴とする速度検出器。

上記構成により、一つの圧力センサーで移動体の速度が検出可能であるとともに、ダイアフラムの受圧面の法線を移動体の移動方向に対して垂直に配置したので、移動方向に加速度が発生しても、その加速度により受圧面の変位は発生しないため、圧力センサーが移動方向の加速度を圧力として誤検知することを防止できる。

［適用例２］移動体に取り付けられ開口部を有する容器と、前記移動体の運動方向に空気導入孔を向けた状態で前記開口部に取り付けられて前記容器と一体な内部空間を構成し、前記移動体の運動により前記内部空間の圧力を変化させるピトー管と、圧力により受圧面が変位するダイアフラムと、前記変位による力を受けて圧力を検出する感圧部と、を備え、前記容器内に配置された第１の圧力センサーと、前記内部空間外に配置された第２の圧力センサーと、前記第１の圧力センサーが検出する圧力と、前記第２の圧力センサーが検出する圧力との差分から前記移動体の速度を検出する第２の演算部と、を有し、前記圧力センサーは、前記受圧面の法線が、前記運動方向に対して垂直となるように配置されたことを特徴とする速度検出器。

上記構成により、第１の圧力センサーが測定する圧力（静圧＋動圧）と、第２の圧力センサーが測定する圧力（静圧）とを同時に算出して、両者の差分により動圧を算出し、求められた動圧から移動体の速度を算出することになる。したがって、予め静圧を測定することなく移動体の速度を測定することができる。

［適用例３］前記ピトー管は、前記運動方向に向かって直径が細くなるテーパー状に形成したことを特徴とする適用例１または２に記載の速度検出器。
上記構成により、ピトー管外部において、ピトー管による空気の乱流の発生を抑制して、移動体の運動への干渉を抑制することができる。

［適用例４］前記移動体は、前記運動方向に対して垂直な加速度を受け、前記圧力センサーは、前記受圧面の法線が、前記加速度の方向に対して垂直となるように配置されたことを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の速度検出器。

移動体の運動方向に対して垂直な加速度を受ける運動としては、例えば円運動がある。よって上記構成により、移動体が円運動を行なった場合に発生する加速度を圧力として誤検知することを防止して、高精度に移動体の速度を測定することができる。

［適用例５］前記移動体は、被測定点で所定時間停止したのち、被測定点を通過するように運動し、前記演算部は、前記被測定点で前記移動体が前記所定時間静止したときに前記圧力センサーが検出する圧力と、前記移動体が運動時に前記圧力センサーが検出する圧力と、の差分から前記移動体の速度を演算することを特徴とする適用例１、３、４のいずれか１例に記載の速度検出器。

上記構成において、圧力センサーは、移動体の静止時は静圧のみを検出するが、移動中は静圧と動圧の和を検出する。また圧力センサーにより測定される圧力は、圧力センサーの高さ位置が変化すると、気圧の変化によりその値が変化する。しかし移動体が同一の高さにいる限り静圧は一致する。よって被測定点において移動体の静止中の圧力と移動中の圧力の差分をとると移動体の動圧の成分を抽出することができ、これにより移動体の速度を算出することができる。例えば被測定点において移動体の速度が最大となる場合には、圧力センサーが検出する圧力のピーク値を検出し、この値と静止時の圧力値との差分を取ることにより移動体の速度を算出することができる。また被測定点にボールが配置されている場合、移動体を実際にボールに衝突させた瞬間に圧力センサーが検知する圧力値が不連続となる。よって不連続となる手前の時刻における圧力値と上述の静止時の圧力値との差分をとることにより、移動体の速度を算出することができる。

［適用例６］適用例１乃至５のいずれか１例に記載の速度検出器を取り付けたことを特徴とする素振り用具。
上記構成により、移動体に掛かる加速度の影響を受けることなく移動体の速度を算出可能な素振り用具となる。

第１実施形態に係る速度検出器と、速度検出器を取り付けた素振り用具を示す模式図であり、図１（ａ）は速度検出器を素振り用具に取り付けたときの模式図、図１（ｂ）は速度検出器の内部構成を示す模式図、図１（ｃ）は速度検出器を構成する圧力センサーの断面図である。 第１実施形態に係る速度検出器と、速度検出器を取り付けた素振り用具を示す模式図であり、図２（ａ）は速度検出器を取り付けた打撃用具を運動方向から見た模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線部分で囲まれた領域の部分詳細図であるとともに図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。 ダイアフラムに掛かる加速度を示す図である。 第１実施形態の演算部における発振周波数を圧力に変換する手順を示す図であり、図４（ａ）は圧力と周波数、及び正規化された周波数との関係（測定温度３０℃）を示す表、図４（ｂ）は圧力と周波数との関係を示すプロット図、図４（ｃ）は圧力と周波数との関係を示すプロットを多項式を用いてフィッティングした図である。 第１実施形態の演算部において算出されて表示された圧力と移動体の速度を示すグラフであり、図５（ａ）は演算部２８において測定される圧力を示すグラフであり、図５（ｂ）は測定された圧力から算出された移動体（ゴルフヘッド１２ｄ）の速度を示すグラフである。 第２実施形態に係る速度検出器の模式図である。 第１の従来技術に係る速度測定装置の模式図であり、図７（ａ）は速度測定装置の使用形態を示す図であり、図７（ｂ）は速度測定装置の詳細図である。 第２の従来技術に係るヘッドスピード測定装置の模式図であり、図８（ａ）はヘッドスピード測定装置の使用形態を示す図であり、図８（ｂ）はヘッドスピード測定装置のブロック図である。 第３の従来技術に係るロングパット練習器の模式図であり、図９（ａ）は全体概要図、図９（ｂ）はロングパット練習器を構成するユニットのブロック図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１、図２に第１実施形態に係る速度検出器と、速度検出器を取り付けた素振り用具を示す。図１（ａ）は速度検出器を素振り用具であるゴルフクラブに取り付けたときの模式図、図１（ｂ）は速度検出器の内部構成を示す模式図、図１（ｃ）は速度検出器を構成する圧力センサーの断面図、図２（ａ）は速度検出器を取り付けたゴルフクラブを運動方向から見た模式図、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線部分で囲まれた領域の部分詳細図であるとともに図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。第１実施形態の速度検出器は、移動体（ゴルフヘッド１２ｄ）の運動方向に空気導入孔１６ａを向けた状態で前記移動体に取り付けられたピトー管１６と、圧力により受圧面２４ａが変位するダイアフラム２４と、前記変位による力を受けて圧力を検出する感圧部２６と、を備え、前記移動体に配置されて前記ピトー管１６に発生した圧力を検出する圧力センサー２０と、前記移動体の停止時の圧力と運動時の圧力との差分から前記移動体の速度を検出する演算部２８と、を有し、前記圧力センサー２０は、前記受圧面２４ａの法線２４ｂが、前記運動方向に対して垂直となるように配置されたものである。

また、前記移動体（ゴルフヘッド１２ｄ）は、前記運動方向に対して垂直な加速度（遠心力）を受ける運動をするとともに、前記圧力センサー２０は、前記受圧面２４ａの法線２４ｂが、前記加速度の方向に対して垂直となるように配置されたものである。

さらに、前記移動体は、最下点で所定時間静止したのち最下点を通過するように振り回す素振り用具（ゴルフクラブ１２）の打撃部（ゴルフヘッド１２ｄ）を構成し、前記演算部２８は、前記最下点で前記移動体が前記所定時間静止したときに前記圧力センサー２０が検知する圧力と、前記移動体が運動時に前記圧力センサーが検知する特徴点における圧力との差分から前記移動体の速度を演算するものである。

本実施形態に係る速度検出器１０が取り付けられる素振り用具としてはゴルフクラブ１２を前提として述べていく。よって本実施形態において、移動体はゴルフクラブ１２のボールの打撃部となるゴルフヘッド１２ｄを前提とし、この上部に本実施形態の速度検出器１０が取り付けられる。

図１に示すように、第１実施形態に係る速度検出器１０は、ゴルフヘッド１２ｄに取り付けられる容器１４と、容器１４に取り付けられるピトー管１６と、容器１４内に設置される圧力センサー２０を有し、外部にゴルフヘッド１２ｄの速度を算出する演算部２８を有している。

ピトー管１６は、中空形状で先端が空気導入孔１６ａとなっている。そして先端の長手方向の反対側の他端が容器１４に形成された開口部１４ａに接続される。よってピトー管１６は容器１４を介してゴルフヘッド１２ｄに取り付けられる。またピトー管１６と容器１４との間で一体に内部空間１８が形成され、ピトー管の運動により空気導入孔１６ａに入ってくる空気（相対速度Ｖ_１）の動圧により、内部空間１８の圧力が変化することになる。

いま、ピトー管１６の空気導入孔１６ａに入ってくる空気の相対速度がＶ_１のとき、内部空間の圧力をＰ_１とし、同様に相対速度がＶ_２のとき圧力をＰ_２とし、空気の密度をρとすると、ベルヌーイの定理により以下の関係が成立する。

本実施形態において、ゴルフヘッド１２ｄの速度は、ゴルフヘッド１２ｄが静止時に圧力センサー２０が感知する圧力と、ゴルフヘッド１２ｄが運動時に圧力センサー２０が感知する圧力を用いて算出する。よって、数式１においてゴルフヘッド１２ｄの運動時の空気の相対速度をＶ_１とし、静止時の空気の相対速度をＶ_２としてこれをゼロとすると、Ｖ_１は以下のようになる。

ここで、ｋはピトー管係数であり、取り付け角度や形状に依存する因子である。よって、圧力差Ｐ_１−Ｐ_２が動圧となり、これを算出することによりゴルフヘッド１２ｄの速度を算出することができる。

また、本実施形態において、ピトー管１６はゴルフヘッド１２ｄの運動方向（スイングする方向）に向かって細くなるテーパー状に形成されている。これによりピトー管１６の運動による空気の乱流の発生を防止してゴルフヘッド１２ｄの運動に対する干渉を抑制することができる。

図１（ｃ）に示すように、圧力センサー２０は、ハウジング２２と、ハウジング２２の一部を構成し圧力により受圧面が変位するダイアフラム２４と、ハウジング２２内に配置されダイアフラム２４の受圧面２４ａの変位による力を受けることにより圧力を検知する感圧部２６と、を有しており、ハウジング２２内部を真空に気密封止され、真空を基準とした絶対圧を測定するものである。

ダイアフラム２４は、その受圧面２４ａが外部からの圧力によりハウジング２２の内側に撓み変形する。またダイアフラム２４の内側には一対の支持部２４ｃが配置されている。

感圧部２６は、双音叉型またはシングルビーム型の振動腕２６ａと、振動腕２６ａの両端に接続した一対の基部２６ｂと、を有し一対の基部２６ｂを結ぶ線の方向を力の検出軸としている。各基部２６ｂはダイアフラム２４の内側に形成された支持部２４ｃにそれぞれ固定されて支持されている。また振動腕２６ａには励振電極（不図示）が形成され、励振電極（不図示）に外部から交流電圧を印加することにより、振動腕２６ａは所定の共振周波数により振動する。

図１（ｃ）に示すように、ダイアフラム２４に圧力Ｐが印加されると、受圧面２４ａは圧力Ｐの大きさに応じてハウジング２２の内側に撓み変形するとともに、支持部２４ｃ間の距離が圧力Ｐの大きさに対応して長くなる。よって振動腕２６ａは圧力Ｐの大きさに対応した引張応力Ｆを受けるため、圧力Ｐの大きさに対応して振動腕２６ａの共振周波数が高くなる。すなわち、受圧した圧力に応じて振動腕２６ａに内部応力が生じ、当該内部応力に応じて共振周波数が変化するので、圧力センサー２０は圧力を検出し、測定することができる。なお、圧力センサー２０の内部は真空を基準としているので、外部がハウジング２２内部同様に真空である場合は、ダイアフラム２４の受圧面２４ａで圧力を受けることはないので振動腕２６ａに内部応力が生じることはない。

ところでダイアフラム２４の受圧面２４ａは圧力のみならず、加速度によっても撓み変形する。本実施形態の速度検出器１０の適用対象であるゴルフクラブ１２はグリップ１２ａとシャフト１２ｂとゴルフヘッド１２ｄを直列に接続した形を有し、グリップ１２ａを中心としてゴルフヘッド１２ｄを振り回す運動を行なうので、ゴルフヘッド１２ｄは運動方向への加速度のみならず、運動方向に対して垂直な加速度（遠心力）を受けることになる。

よって本実施形態においては、ダイアフラム２４の受圧面２４ａの法線２４ｂが上記２つの加速度に対して垂直となるように圧力センサー２０を配置する必要がある。ゴルフクラブ１２の素振りの際は、ほぼゴルフクラブ１２のシャフト１２ｂの長手方向に加速度（遠心力）が掛かることになるため、図２（ｂ）に示すように受圧面２４ａの法線２４ｂがゴルフヘッド１２ｄの運動方向（振り回す方向、図２において＋Ｘ方向）とシャフト１２ｂの長手方向１２ｃとに対して垂直になるように圧力センサーを配置する必要がある。

図３にダイアフラム２４に掛かる加速度を示す。いまグリップ１２ａ（手を握る位置）を中心Ｏとし、中心からゴルフヘッド１２ｄに取り付けられた速度検出器１０のダイアフラム２４の中心位置Ａまでの距離ｒとし、振り回す方向（運動方向）をθ、ダイアフラム２４の質量をＭとすると、ゴルフヘッド１２ｄの運動方向の加速度はＭ・ｒ・ｄ^２θ／ｄｔ^２となり、シャフト１２ｂの長手方向１２ｃ（ｒ方向）の加速度はＭ・ｒ・（ｄθ／ｄｔ）^２となる。ここで、ゴルフクラブ１２の場合、ゴルフヘッド１２ｄが最下点に来たときにゴルフボールに打撃を与えるとともに、最下点においてゴルフヘッド１２ｄの速度が最大となるのが理想である。このときｄθ／ｄｔは最大となると同時に極値となるため、ｄ^２θ／ｄｔ^２はゼロになる。よって、θ方向の加速度は最下点では存在しないとも思われる。しかし実際にはプレーヤーの技量により、ゴルフヘッド１２ｄの運動方向（θ方向）の成分は最下点においても現れることになるので、本実施形態のように圧力センサー２０を配置することによってθ方向の加速度成分を検知しないようにして、θ方向の速度を算出することができる。

演算部２８は、圧力センサー２０から出力される発振信号である共振周波数の変化から容器内の圧力の変化を算出し、この圧力の変化からゴルフヘッド１２ｄの速度を算出するものである。特に、最下点でゴルフヘッド１２ｄが所定時間静止したときに圧力センサー２０が検知する圧力と、ゴルフヘッド１２ｄが運動時に圧力センサー２０が検知する特徴点における圧力との差分からゴルフヘッド１２ｄの速度を演算するものである。ここで特徴点とは、ゴルフクラブ１２をスイングしたときに測定される圧力の最大値（最下点で圧力が最大となる場合がほとんど）となる時刻や、ゴルフクラブ１２を用いてゴルフボールを打った瞬間に発生する圧力の不連続的な変化が起きた時刻をいう。

演算部２８は圧力センサー２０の励振電極（不図示）と電気的に接続されていることが必要であるが、配置位置についての制限はない。よって、演算部２８は、たとえば励振電極（不図示）に接続するケーブル３０をシャフト１２ｂとグリップ１２ａ中に挿通し、演算部２８はゴルフクラブ１２の外部に配置してケーブル３０と接続すればよい。また演算部２８は所定時間ごとに共振周波数を測定するとともに、ディスプレイ上にその時間変化をグラフとして表示できるものとする。また演算部２８は、測定した発振周波数を、発振周波数を変数とする多項式とその係数により圧力を算出できるようにプログラムが構成されている。そして演算部２８は、ゴルフヘッド１２ｄが運動時の発振周波数を変換して得られた圧力（動圧＋静圧）と、ゴルフヘッド１２ｄが静止時の発振周波数を変換して得られる圧力（静圧）との差分から動圧を算出し、数式２を用いてゴルフヘッドの速度を算出するようにプログラムが構成されている。なお、容器１４内にはケーブル３０を介して演算部２８と接続された温度センサー（不図示）が配置され、演算部２８は入力された温度のデータに基づいて圧力センサー２０から入力される発振信号の発振周波数の温度補償を行う構成を有しているものとする。

図４に圧力センサー２０の周波数と圧力との関係を示す。図４（ａ）は圧力と周波数、及び正規化された周波数との関係（測定温度３０℃）を示す表、図４（ｂ）は圧力と周波数との関係を示すプロット図、図４（ｃ）は圧力と周波数との関係を示すプロットを多項式を用いてフィッティングした図を示す。圧力センサー２０の発振周波数は、上述のように外部からの圧力によって変化する。よって演算部２８において発振周波数から圧力を算出する際には予め以下の作業を外部のＰＣ等を用いて行う。まず圧力センサー２０の発振周波数を所定の周波数で規格化し、圧力センサー２０において想定される圧力範囲で、発振周波数と圧力との関係をプロットする。そして図４（ｃ）に示すように、周波数の変数をｘとし、変数ｘの関数となる圧力の変数をｙとし、これらのプロットにフィットする発振周波数の多項式（べき級数）の係数を、連立多元一次方程式を用いて算出し、この係数を演算部２８の記憶領域（不図示）に格納する。これにより、演算部２８は圧力センサー２０の発振信号の発振周波数を測定すると記憶領域（不図示）から係数を読み出し、発振周波数の多項式に係数を代入することにより圧力を算出することができる。

本実施形態において、圧力センサー２０は高さ方向の位置が変わることによる気圧の変動により測定圧力に変化が生じる。よってゴルフヘッド１２ｄの最下点における圧力を他の高さ位置で測定することはできない。さらに、ゴルフヘッド１２ｄの最下点における静止時の圧力（静圧）と、ゴルフクラブ１２を素振りさせたときのゴルフヘッド１２ｄの最下点における運動時の圧力（動圧＋静圧）とを同時に測定することはできない。一方、ゴルフクラブ１２の素振りの手順は、まずゴルフヘッド１２ｄの最下点、すなわちゴルフボールを打撃する位置でゴルフヘッド１２ｄを数秒程度静止させ（アドレス操作）、そしてゴルフボールを飛ばす方向（運動方向）とは反対方向にゴルフヘッド１２ｄを振り上げ、ゴルフヘッド１２ｄが最下点を通るように運動方向にスイングする。ここで、アドレス操作を行なっている間は高さ方向の変動は殆どないとみることができるため、最下点での静圧をこのアドレス操作の段階で測定することが可能である。

したがって、演算部２８では、プレーヤーがスイングしたのち、発振周波数の最大値となる時刻をゴルフヘッド１２ｄが最下点を通過した時刻とし、発振周波数の最大値から運動時の圧力（動圧＋静圧）の最大値を算出し、その時刻より前の時間帯であって数秒程度の一定時間、発振周波数の変動が一定の範囲に収まっている時間帯を抽出し、その時間帯における発振周波数（その時間帯における発振周波数の平均値のほか、最大値でも最小値でもよい）から静止時の圧力を算出して、運動時の圧力の最大値から静止時の圧力を差し引いて動圧を算出し、その動圧からゴルフヘッド１２ｄ（速度検出器１０）の速度を算出するようにプログラムが構成されている。

さらに、本実施形態においては、ゴルフクラブ１２の素振りのみならず、実際にゴルフクラブ１２によりゴルフボールを打つ際にも利用できる。この場合、ゴルフヘッド１２ｄをゴルフボールに衝突させた瞬間に圧力センサー２０から出力される発振信号の発振周波数は不連続な値を示すので、演算部２８において不連続な値となる直前の圧力を抽出して、この圧力と静止時の圧力の差分からスイング時の速度として算出することができる。

図５に演算部２８において測定される圧力と移動体（ゴルフヘッド１２ｄ）の速度を表すグラフを示す。図５（ａ）は演算部２８において測定される圧力を示すグラフであり、図５（ｂ）は測定された圧力から算出された移動体（ゴルフヘッド１２ｄ）の速度を示すグラフである。図５においてはゴルフクラブ１２を３回振っている。ゴルフクラブ１２の一連の動作として、（１）最下点におけるアドレス操作（初期位置）、（２）振り上げ、（３）振り上げ先で一端停止、（４）最下点を通過するスイング、（５）スイング先で一端停止、（６）再び初期位置に戻るための移動、がある。図５（ａ）に示すように、（１）のときはゴルフヘッド１２ｄ（速度検出器１０）が最下点（初期位置）にいるため、一定の周波数とこれに対応する測定圧力を有している。そして（２）、（３）のように振り上げて停止することによりピトー管１６の位置が高くなるため測定圧力が低下し、これに対応して発振周波数が低下する。次に（４）のようにスイングすることにより、ピトー管１６に空気が入ってくるためピトー管１６に動圧が加味され測定圧力及び発振周波数は上昇し、ゴルフヘッド１２ｄが最下点にて最高速度に達したときに測定圧力及び発振周波数はピークとなり、その後ピークを過ぎて両者の値は低下する。そして（５）においてはスイングし切った後なので動圧は存在せず、再びピトー管１６は（３）と同様に高い位置に来るので測定圧力は低い状態となり、（６）再び最下点に戻すことで測定圧力は（１）の状態に戻る。以上のように測定圧力が得られるので、最下点にゴルフヘッド１２ｃが静止しているときの圧力を基準圧力とすると、図５（ｂ）に示すようにゴルフヘッド１２ｃの速度を算出することができる。なお、図５（ｂ）においては、数式２の右辺は平方根で括られており、測定圧力（Ｐ_１）が基準圧力（Ｐ_２）より低い値であると計算できないので、測定圧力と基準圧力との差分の絶対値を用いて算出している。

第２実施形態に係る速度検出器を図６に示す。第２実施形態に係る速度検出器は、移動体に取り付けられ開口部４２ａを有する容器４２と、前記移動体の運動方向に空気導入孔４４ａを向けた状態で前記開口部４２ａに取り付けられて前記容器４２と一体な内部空間４６を形成し、前記移動体の運動により前記内部空間４６の圧力を変化させるピトー管４４と、圧力により受圧面が変位するダイアフラムと、前記変位による力を受けて圧力を検知する感圧部と、を備え、前記容器４２内に配置された第１の圧力センサー４８と、前記内部空間４６外に配置された第２の圧力センサー５４と、前記第１の圧力センサー４８が検出する圧力と、前記第２の圧力センサー５４が検出する圧力との差分から前記移動体の速度を検出する第２の演算部（不図示）と、を有し、前記圧力センサー４８、５４は、前記受圧面の法線が、前記運動方向に対して垂直となるように配置されたものである。

第２実施形態における第１の圧力センサー４８、第２の圧力センサー５４は第１実施形態の圧力センサー２０と同一のものであり、圧力センサー２０と同一方向に移動体に取り付けられている。また第１の圧力センサー４８は、第１実施形態に係る圧力センサー２０と同様に、容器４２とピトー管４４により形成された内部空間４６に配置され、ピトー管４４の空気導入孔４４ａに入ってくる空気の速度に応じた内部空間４６内の圧力を検知することができる。一方、第２の圧力センサー５４は、容器４２の外部にある第２の容器５０内に配置され、第２の容器５０の開口部５０ａには静圧測定用の第２のピトー管５２が接続されている。第２のピトー管５２は第１のピトー管４４と一体に形成され、空気導入孔５２ａを有するが、さらにリーク孔５２ｂが形成されているため、空気導入孔５２ａに入ってくる空気の速度に関わらず第２の容器５０内の圧力は常に静圧と一致する。

したがって第２の演算部（不図示）では、第１の圧力センサー４８で測定した発振周波数を変換して得られる圧力（動圧＋静圧）と、第２の圧力センサー５４で測定した発振周波数を変換して得られる圧力（静圧）との差分をとることにより、動圧を測定することが可能となる。なお、第２の演算部（不図示）においても、測定された発振周波数を圧力に変換する演算を行っているが、第１実施形態の演算部２８と同様の演算を行なうので説明を省略する。

以上述べたように本実施形態に係る速度検出器１０によれば、第１には、一つの圧力センサー２０でゴルフヘッド１２ｄの速度が検出可能であるとともに、ダイアフラム２４の受圧面２４ａの法線２４ｂがゴルフヘッド１２ｄの移動方向に対して垂直に配置したので、移動方向に加速度が発生しても、その加速度により受圧面２４ａの変位は発生しないため、圧力センサー２０が移動方向の加速度を圧力として誤検知することを防止できる。

第２には、第２実施形態の構成を採用することにより、第１の圧力センサー４８が測定する圧力（静圧＋動圧）と、第２の圧力センサー５４が測定する圧力（静圧）とを同時に算出して、両者の差分により動圧を算出し、求められた動圧からゴルフヘッド１２ｄの速度を算出することになる。したがって、予め静圧を測定することなくゴルフヘッド１２ｄの速度を測定することができる。

第３には、ピトー管１６、４４は、ゴルフヘッド１２ｄの運動方向に向かって直径が細くなるテーパー状に形成したことにより、ピトー管１６、４４外部において、ピトー管１６、４４による空気の乱流の発生を抑制して、ゴルフヘッド１２ｄの運動への干渉を抑制することができる。

第４には、ゴルフヘッド１２ｄは、その運動方向に対して垂直な加速度を受ける運動をするとともに、圧力センサー２０（４８、５４）は、受圧面２４ａの法線２４ｂが、加速度（遠心力）の方向（ｒ方向）に対して垂直となるように配置した。ゴルフヘッド１２ｄの運動方向に対して垂直な加速度を受ける運動としては円運動（スイング）がある。よって上記構成により、ゴルフヘッド１２ｄが円運動を行なった場合に発生する加速度を圧力として誤検知することを防止して、高精度にゴルフヘッド１２ｄの速度を測定することができる。

第５には、第１実施形態で述べたように、演算部２８は、ゴルフヘッド１２ｄの運動（スイング）の最下点でゴルフヘッド１２ｄが所定時間静止したときに圧力センサー２０が検知する圧力と、ゴルフヘッド１２ｄが運動時（スイング時）に圧力センサー２０が検知する特徴点における圧力との差分からゴルフヘッド１２ｄの速度を演算する構成とした。

上記構成において特徴点とは、測定される圧力が最大となる時刻や測定される圧力が不連続となる手前の時刻を言う。圧力センサー２０により測定される圧力は、圧力センサー２０の高さ位置が変化すると、気圧の変化によりその値が変化する。また上述の運動を行うゴルフヘッド１２ｄにおいては、最下点での速度が最も速くなるため、演算部２８においてピーク値として検出することが可能である。また最下点で予め測定したゴルフヘッド１２ｄの静止時の圧力と、ゴルフヘッド１２ｄが最下点を通過したときの運動時（スイング時）の圧力における静圧の成分は原理的に同じ値となる。よって上記構成により、ゴルフヘッド１２ｄが最下点を通過したときの運動時の圧力から、予め最下点で測定された静止時の圧力を差し引くことにより動圧を算出し、その動圧からゴルフヘッド１２ｄの最下点での速度を算出することができる。またゴルフヘッド１２ｄを実際にボールに衝突させた瞬間に圧力センサー２０が検知する圧力が不連続となる。よって不連続となる手前の時刻における圧力と上述の静止時の圧力との差分をとることにより、ゴルフヘッド１２ｄの速度を算出することができる。

第６には、上述の速度検出器１０をゴルフヘッド１２ｄに取り付けて振り回すことが可能なゴルフクラブ１２を構成することにより、ゴルフヘッド１２ｄに掛かる加速度の影響を受けることなくゴルフヘッド１２ｄの速度を算出可能なゴルフクラブ１２となる。

なお、いずれの実施形態においても速度検出器１０を取り付ける素振り用具、移動体としてゴルフヘッド１２ｄを前提として述べてきたが、これに限定されない。例えばテニスラケットの枠やガットに取り付けたり、野球のバット等に取り付けてもよい。

また、いずれの実施形態においても、感圧部２６に圧電振動子を適用し、ダイアフラム２４から受ける力による圧電振動子の発振周波数の変化から圧力を検知する圧力センサーを前提に述べてきたがこれに限定されない。すなわちダイアフラム２４を用いた圧力センサーであれば、感圧部として上述の周波数変化型のみならず、容量変化型、ピエゾ抵抗変化型等広く適用できることはいうまでもない。

１０………速度検出器、１２………ゴルフクラブ、１２ａ………グリップ、１２ｂ………シャフト、１２ｃ………長手方向、１２ｄ………ゴルフヘッド、１４………容器、１４ａ………開口部、１６………ピトー管、１６ａ………空気導入孔、１８………内部空間、２０………圧力センサー、２２………ハウジング、２４………ダイアフラム、２４ａ………受圧面、２４ｂ………法線、２４ｃ………支持部、２６………感圧部、２６ａ………振動腕、２６ｂ………基部、２８………演算部、３０………ケーブル、４０………速度検出器、４２………容器、４２ａ………開口部、４４………ピトー管、４４ａ………空気導入孔、４６………内部空間、４８………第１の圧力センサー、５０………第２の容器、５０ａ………開口部、５２………第２のピトー管、５２ａ………空気導入孔、５２ｂ………リーク孔、５４………第２の圧力センサー、１００………速度測定装置、１０２………バット、１０４………ピトー管、１０６………圧力センサー、１０８………ダイアフラム、１１０………圧力補正センサー、１１２………ダイアフラム、１１４………温度センサー、１１６………演算手段、１１８………表示手段、２００………ヘッドスピード測定装置、２０２………ドップラーセンサー、２０４………アンプ、２０６………コンパレータ、２０８………マイクロコントローラ、２１０………表示部、２１２………スイッチ群、２１４………ゴルフクラブ、２１６………ゴルフヘッド、３００………ロングパット練習器、３０２………パターヘッド、３０４………薄板状マグネット、３０６………模擬マット、３０８………ユニット、３１０………磁気センサー、３１２………ＣＰＵ演算処理回路、３１４………表示回路、３１６………電源回路、３１８………ボール。

Claims (6)

1. 移動体の運動方向に空気導入孔を向けた状態で前記移動体に取り付けられたピトー管と、
   圧力により受圧面が変位するダイアフラムと、前記変位による力を受けて圧力を検出する感圧部と、
   を備え、
   前記移動体に配置されて前記ピトー管に発生した圧力を検出する圧力センサーと、
   前記移動体の停止時の圧力と運動時の圧力との差分から前記移動体の速度を検出する演算部と、を有し、
   前記圧力センサーは、
   前記受圧面の法線が、前記運動方向に対して垂直となるように配置されたことを特徴とする速度検出器。
2. 移動体に取り付けられ開口部を有する容器と、
   前記移動体の運動方向に空気導入孔を向けた状態で前記開口部に取り付けられて前記容器と一体な内部空間を構成し、前記移動体の運動により前記内部空間の圧力を変化させるピトー管と、
   圧力により受圧面が変位するダイアフラムと、
   前記変位による力を受けて圧力を検出する感圧部と、
   を備え、
   前記容器内に配置された第１の圧力センサーと、
   前記内部空間外に配置された第２の圧力センサーと、
   前記第１の圧力センサーが検出する圧力と、前記第２の圧力センサーが検出する圧力との差分から前記移動体の速度を検出する第２の演算部と、
   を有し、
   前記圧力センサーは、
   前記受圧面の法線が、前記運動方向に対して垂直となるように配置されたことを特徴とする速度検出器。
3. 前記ピトー管は、前記運動方向に向かって直径が細くなるテーパー状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の速度検出器。
4. 前記移動体は、前記運動方向に対して垂直な加速度を受け、
   前記圧力センサーは、
   前記受圧面の法線が、前記加速度の方向に対して垂直となるように配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の速度検出器。
5. 前記移動体は、被測定点で所定時間停止したのち、被測定点を通過するように運動し、
   前記演算部は、前記被測定点で前記移動体が前記所定時間静止したときに前記圧力センサーが検出する圧力と、
   前記移動体が運動時に前記圧力センサーが検出する圧力と、
   の差分から前記移動体の速度を演算することを特徴とする請求項１、３、４のいずれか１項に記載の速度検出器。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の速度検出器を取り付けたことを特徴とする素振り用具。

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