(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管形状の柱本体と、該柱本体の両端部に固設され、使用者によって、それぞれの手に掴まれて一定のねじり方向の荷重を加えられる握持部とを備えた管形柱模型と、
管形状の柱本体と、該柱本体の内部に一定間隔で固設された隔壁と、前記柱本体の両端部に固設された前記握持部とを備えた隔壁付管形柱模型と、
軸方向に両端部まで連続する切断部が形成された管形状の柱本体と、該柱本体の両端部に固設された前記握持部とを備えた切断管形柱模型と
を有し、
前記各模型を構成する前記柱本体は、その長さ及び断面形状が同一の軟質の合成樹脂であり、
前記各模型を構成する前記柱本体の肉厚は、使用者によって前記握持部がねじられることにより、比較可能な程度のねじれ量を確保することができ、且つ、容易に破損することがない程度の強度を確保することができるような厚さの肉厚であって、
前記各模型の前記握持部に前記一定のねじり方向の荷重が加えられた際のねじれ量を目視にて測定可能とするべく、前記柱本体の両端部に固設された２個の前記握持部のそれぞれの対応する位置に基準目印が設けられており、
前記３個の模型のねじり強度が補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかについて比較学習可能としたことを特徴とする柱状体のねじり強度比較学習用器具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度が、スチフナー等の補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかを比較学習することができる柱状体のねじり強度比較学習用器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、柱や梁などの構造部材となる柱状体にねじり方向の荷重が加わった場合におけるねじり強度が、スチフナー等の補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかを説明するためには、当該説明及び図を記載したパネルを用いたり、あるいは、コンピュータ・シミュレーションを用いたりしていた。
【０００３】
しかし、説明及び図を記載したパネルを用いる場合には、説明のための図が静止図であること等から専門的な知識がない者にとっては、理解が容易でないという問題があった。一方、コンピュータ・シミュレーションを用いる場合には、柱状体に一定のねじり荷重を加えた場合にどのように変形するか等を画面に表示し、動かすことができるので、比較的容易に理解することが可能であるが、コンピュータに数値条件等を入力する手間が必要であり、操作が難しいこと、及び、画面上でのシミュレーションでは実際に柱や梁などの構造部材となる柱状体に加わっている荷重がどの程度の大きさであり、該柱状体のねじり強度がスチフナー等の補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるのか等を感覚的に理解することができないことなどの問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度が、スチフナー等の補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかについて、専門的な知識がない者にとっても容易に理解することができ、且つ、難しい操作を必要とせずに柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度の違いを体感することができて感覚的に理解することができる柱状体のねじり強度比較学習用器具を提供することを技術課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記技術課題を解決するための具体的手段は、次のようなものである。すなわち、請求項１に記載する柱状体のねじり強度比較学習用器具は、管形状の柱本体と、該柱本体の両端部に固設され、使用者によって、それぞれの手に掴まれて一定のねじり方向の荷重を加えられる握持部とを備えた管形柱模型と、管形状の柱本体と、該柱本体の内部に一定間隔で固設された隔壁と、前記柱本体の両端部に固設された前記握持部とを備えた隔壁付管形柱模型と、軸方向に両端部まで連続する切断部が形成された管形状の柱本体と、該柱本体の両端部に固設された前記握持部とを備えた切断管形柱模型と有し、前記各模型を構成する前記柱本体は、その長さ及び断面形状が同一の軟質の合成樹脂であり、前記各模型を構成する前記柱本体の肉厚は、使用者によって前記握持部がねじられることにより、比較可能な程度のねじれ量を確保することができ、且つ、容易に破損することがない程度の強度を確保することができるような厚さの肉厚であって、前記各模型の前記握持部に前記一定のねじり方向の荷重が加えられた際のねじれ量を目視にて測定可能とするべく、前記柱本体の両端部に固設された２個の前記握持部のそれぞれの対応する位置に基準目印が設けられており、前記３個の模型のねじり強度が補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかについて比較学習可能としたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具について図面に基づいて説明する。本発明の第１の実施形態に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具１は、図１及び縦断面図である図２に示すように、管形状の柱本体２と、該柱本体２の両端部に固設された握持部３とを備えた管形柱模型４と、管形状の柱本体２と、該柱本体２の内部に一定間隔で固設された隔壁５と、前記柱本体２の両端部に固設された握持部３とを備えた隔壁付管形柱模型６と、軸方向に両端部まで連続する切断部７が形成された管形状の柱本体２と、該柱本体２の両端部に固設された握持部３とを備えた切断管形柱模型８とを有して構成されている。以下、更に詳細に説明する。
【００１０】
前記管形柱模型４は、管形状の柱本体２と、該柱本体２の両端部に固設された握持部３とを備えている。前記柱本体２は、所定の長さの中空管で形成されており、その断面形状は本実施形態においては、円形としているが、これに限定されるものではなく、長方形、正方形、その他の多角形等、様々な形状とすることができる。また、前記柱本体２の材質としては、比較的柔らかくて弾性が高く、且つ、丈夫な材質が好ましく、軟質の合成樹脂などが好適である。
【００１１】
前記柱本体２の肉厚ｔは、前記柱本体２の材質に合わせた適当な厚さとする。ここで、適当な厚さの肉厚ｔとは、後述する使用時において、前記管形柱模型４を人力でねじることにより、ねじり方向の荷重を加えてねじれ量やねじれ強度を比較、測定する際に、人力でもある程度のねじれ量を確保することができ、且つ、容易に破損することがない程度の強度を確保することができるような厚さの肉厚ｔをいう。したがって、前記柱本体２の材質が硬い場合には薄く、柔らかい場合にはそれよりも厚くというように、材質によって適宜設定する。また、前記柱本体２の長さＬについては、後述する使用時において、前記管形柱模型４を人力でねじることにより、ねじり方向の荷重を加えてねじれ量やねじれ強度を比較、測定する際に、人力でもある程度のねじり量を確保することができ、且つ、人が容易に持つことができる程度の長さとする。したがって、２０〜８０ｃｍ程度が好適である。本実施形態においては、約４０ｃｍとしている。
【００１２】
前記握持部３は、前記柱本体２の両端部に固定されている。前記握持部３は、前記管形柱模型４を人力でねじる場合に手で掴む部分であるので、人の手で掴んでねじり易い形状とすることが望ましい。本実施形態においては、製作の容易性をも考慮して前記握持部３の形状は正方形の板状としているが、これに限定されるものではなく、例えば、前記握持部３の形状を棒状とし、前記柱本体２に直交する方向に固設しても良い。前記握持部３の材質としては、撓みが少なく、剛性が高い材料を用いることが好ましく、硬質の合成樹脂などが好適である。
【００１３】
また、前記握持部３は、前記柱本体２にねじり方向の荷重を加えてねじった際に、そのねじり量を容易に視認できるようにしておくことが望ましい。このため、前記柱本体２の両端部に固設された２個の前記握持部３のそれぞれの対応する位置に基準目印９を設ける。すなわち、該基準目印９は、前記柱本体２の中心軸１３に平行であって、前記握持部３一部を通る直線上に設けられる。前記基準目印９を設けるための具体的手段としては、当該位置に目印となるテープを貼り付ける、マーカー等で印を描き込む、あるいは、突起などの特殊な形状の部分を設けるなどの手段がある。本実施形態においては、正方形の板状に形成された前記握持部３をそれぞれ同一角度で取り付けるとともに、２個の前記握持部３の対応する１個の辺にテープを貼り付けることにより基準目印９を設けている。なお、基準目印９の設ける手段はこれに限定されるものではなく、その他の手段によっても良い。
【００１４】
前記柱本体２と前記握持部３との結合については、以下のようにして行う。すなわち、前記柱本体２と前記握持部３とは材質が異なり、また、前記柱本体２はねじり方向の荷重が加えられて大きく変形するものであるため、前記柱本体２と前記握持部３とを接着することのみによっては結合強度を確保することが困難である。そこで、本実施形態においては、図３に示すように、管形状の前記柱本体２の中空部１０の内径ｄと同一の外径を有する嵌合凸部１１を前記握持部３に形成し、該嵌合凸部１１を前記柱本体２の中空部１０に嵌合させた状態で締結ベルト１２により前記柱本体２の外側から締め付けて固定している。なお、前記柱本体２と前記握持部３との結合手段はこれに限定されるものではなく、その他の手段によっても良い。
【００１５】
また、前記隔壁付管形柱模型６は、管形状の柱本体２と、該柱本体２の内部に一定間隔で固設された隔壁５と、前記柱本体２の両端部に固設された握持部３とを備えており、前記管形柱模型４に前記隔壁５を追加して設けたものに相当する。前記隔壁５は、竹の節のように、管形状の前記柱本体２の内部の中空部１０に設けられる仕切り壁であり、その外周が前記柱本体２の内周面に接合されて固定され、一定の間隔で複数個所に設けられる。前記隔壁５の材質については、特に限定されるものではないが、前記柱本体２と同一の材質を使用することが望ましい。このようにして前記隔壁５が設けられたことによって、前記柱本体２のねじれ強度は増加する。すなわち、後述する使用時に、前記柱本体２にねじり方向の荷重が加わった際には、前記隔壁５によって、該隔壁５が設けられた部分における前記柱本体２のねじれ方向の変形が制限されるので、前記柱本体２のねじり方向の荷重に対する強度が増加する。
【００１６】
一方、前記切断管形柱模型８は、軸方向に両端部まで連続する切断部７が形成された管形状の柱本体２と、該柱本体２の両端部に固設された握持部３とを備えており、前記管形柱模型４の前記柱本体２に前記切断部７を形成したものに相当する。前記切断部７は、管形状の前記柱本体２を軸方向、すなわち、前記柱本体２のの外周部分において中心軸１３に平行な方向に、一方の端部から他方の端部まで連続的に切断することにより形成された切れ目である。本実施形態においては、前記切断部７は、前記柱本体２の中心軸１３をはさんで対称に２箇所に形成されているが、１個所にのみ形成する場合もある。このようにして前記切断部７が形成されたことによって、前記柱本体２のねじれ強度は低下する。すなわち、後述する使用時に、前記柱本体２にねじり方向の荷重が加わった際には、前記切断部７において前記柱本体２の長さ方向のずれが生じるので、前記柱本体２のねじり方向の荷重に対する強度は低下する。
【００１７】
なお、これまでの説明からも明らかなように、前記管形柱模型４、前記隔壁付管形柱模型６及び前記切断管形柱模型８は、互いに前記柱本体２の長さ及び断面形状が同一となっている。ここで、前記断面形状とは、前記柱本体２の横断面、すなわち、前記中心軸１３に垂直な断面の形状を指すものであり、特に、前記切断管形柱模型８においては、切断部７を形成する前の前記柱本体２の断面形状を指すものである。このようにすることにより、前記３個の模型のねじり強度が、補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異のみによってどの程度異なるかについて比較することが可能となる。
【００１８】
以上のようにして構成された前記管形柱模型４、前記隔壁付管形柱模型６、及び前記切断管形柱模型８を有する本実施形態に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具１は、以下のようにして使用する。すなわち、使用者は、前記３個の模型を順番に選択し、その両側の握持部３をそれぞれの手に掴んで一定のねじり方向の荷重を加えてその際のねじれ量をそれぞれ測定することにより、それぞれの前記柱本体２の構造の相違によるねじり強度の違いを体感する。
【００１９】
この際、前記隔壁付管形柱模型６と前記管形柱模型４との比較においては、前記隔壁付管形柱模型６の前記隔壁５は、例えばＨ型鋼の補強のために設けられたスチフナー１４に相当するので、図４に示すようなスチフナー１４付きのＨ型鋼１５と通常のＨ型鋼１６との２種類の柱状体のねじり強度の比較に対応させることができる。また、前記切断管形柱模型８と前記管形柱模型４との比較においては、前記切断管形柱模型８の前記切断部７は、前記柱状体の長さ方向に連続的に設けられた開口部１７に相当するので、図５に示すようなリップ溝型鋼１８と角型鋼管１９との２種類の柱状体のねじり強度の比較に対応させることができる。したがって、このような３個の模型のねじり強度を比較することによって、柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度が、スチフナー１４等の補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかについて、専門的な知識がない者にとっても容易に理解することができ、且つ、難しい操作を必要とせずに柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度の違いを体感することができて感覚的に理解することができる。
【００２０】
本発明の第２の実施形態に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具１は、前記管形柱模型４、前記隔壁付管形柱模型６、及び前記切断管形柱模型８の３種類の模型の中から選ばれた任意の２種類の模型を有して構成される柱状体のねじり強度比較学習用器具１である。すなわち、柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度が、補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかを比較学習するためには、前記３種類の模型がすべて必要となるわけではないので、必要に応じてその中から選択的に２種類の模型を選んで使用するものである。
【００２１】
したがって、補強構造の有無の差異によって前記柱状体のねじり強度がどの程度異なるかを比較学習する場合には、前記隔壁付管形柱模型６と前記管形柱模型４とを有して構成される柱状体のねじり強度比較学習用器具１を使用し、断面形状の相違によって前記柱状体のねじり強度がどの程度異なるかを比較学習する場合には、前記切断管形柱模型８と前記管形柱模型４とを有して構成される柱状体のねじり強度比較学習用器具１を使用する。また、例えば、図６に示すように、補強用の仕切り壁２０を備えた角型鋼管２１とリップ溝型鋼１８との２種類の柱状体のねじり強度の比較のように、補強構造の有無及び断面形状の相違によって前記柱状体のねじり強度がどの程度異なるかを比較学習する場合には、前記隔壁付管形柱模型６と前記切断管形柱模型８とを有して構成される柱状体のねじり強度比較学習用器具１を使用する。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具によれば、管形状の柱本体と、該柱本体の両端部に固設され、使用者によって、それぞれの手に掴まれて一定のねじり方向の荷重を加えられる握持部とを備えた管形柱模型と、管形状の柱本体と、該柱本体の内部に一定間隔で固設された隔壁と、前記柱本体の両端部に固設された前記握持部とを備えた隔壁付管形柱模型と、軸方向に両端部まで連続する切断部が形成された管形状の柱本体と、該柱本体の両端部に固設された前記握持部とを備えた切断管形柱模型と有し、前記各模型を構成する前記柱本体が、その長さ及び断面形状が同一の軟質の合成樹脂であり、前記各模型を構成する前記柱本体の肉厚は、使用者によって前記握持部がねじられることにより、比較可能な程度のねじれ量を確保することができ、且つ、容易に破損することがない程度の強度を確保することができるような厚さの肉厚であって、前記各模型の前記握持部に前記一定のねじり方向の荷重が加えられた際のねじれ量を目視にて測定可能とするべく、前記柱本体の両端部に固設された２個の前記握持部のそれぞれの対応する位置に基準目印が設けられており、前記３個の模型のねじり強度が補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかについて比較学習可能としたことにより、柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度が、スチフナー等の補強構造の有無や断面形状の相違などの構造上の差異によってどの程度異なるかについて、専門的な知識がない者にとっても容易に理解することができ、且つ、難しい操作を必要とせずに柱や梁などの構造部材となる柱状体のねじり強度の違いを体感することができて感覚的に理解することができる。
【００２４】
また、前記柱本体の長さ及び断面形状が同一であることにより、前記管形柱模型と、前記隔壁付管形柱模型と、前記切断管形柱模型の３種類の模型のねじり強度を正確に比較することができる。
【００２５】
更に、前記柱本体の両端部に固設された２個の前記握持部のそれぞれの対応する位置に基準目印を設けたことにより、前記柱本体にねじり方向の荷重を加えてねじった際に、そのねじり量を容易に視認できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る柱状体のねじり強度比較学習用器具の管形柱模型の組立て状態を示す斜視図である。
【図４】スチフナー付きのＨ型鋼と通常のＨ型鋼を示す斜視図である。
【図５】リップ溝型鋼と角型鋼管を示す斜視図である。
【図６】補強用の仕切り壁を備えた角型鋼管とリップ溝型鋼を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  柱状体のねじり強度比較学習用器具
２  柱本体
３  握持部
４  管形柱模型
５  隔壁
６  隔壁付管形柱模型
７  切断部
８  切断管形柱模型
９  基準目印
１０  柱本体の中空部
１１  握持部の嵌合凸部
１２  締結ベルト
１３  柱本体の中心軸
１４  スチフナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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