(57)【要約】【課題】効率の良い有用なものづくり実習を可能にした、材料や構造物の応力を学習する木工教材を提供する。【解決手段】厚さＬの合板で作られた複数の棒状部材により構成された、材料や構造物の応力を学習する木工教材であって、棒状部材は、断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｂＬ（ｂは２以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｌ形の第１の棒状部材１１と、断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｃＬ（ｃは３以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｔ形の第２の棒状部材１２と、断面をＬ×ａＬ（ａは自然数）とし、前記第１、第２の棒状部材の少なくとも１つに一端が固定される第３の棒状部材１３とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さＬの合板で作られた複数の棒状部材により構成された、構造物の応力を学習する木工教材であって、
前記棒状部材は、
断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｂＬ（ｂは２以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｌ形の第１の棒状部材と、
断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｃＬ（ｃは３以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｔ形の第２の棒状部材と、
断面をＬ×ａＬ（ａは自然数）とし、前記第１、第２の棒状部材の少なくとも１つに一端が固定される第３の棒状部材と、
を具備したことを特徴とする木工教材。
【請求項２】
前記第１および第２の棒状部材と、前記ａを違えた複数の第３の棒状部材とを組み合わせて組立キットとしたことを特徴とする請求項１に記載の木工教材。
【請求項３】
前記ｂを違えた複数の第１の棒状部材と、前記ｃを違えた複数の第２の棒状部材と、前記ａを違えた複数の第３の棒状部材とを組み合わせて組立キットとしたことを特徴とする請求項１に記載の木工教材。
【請求項４】
前記第３の棒状部材は、断面をＬ×Ｌ、Ｌ×２Ｌ、Ｌ×３Ｌ、Ｌ×４Ｌ、Ｌ×５Ｌとした複数の棒状部材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の木工教材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中学校「技術・家庭科［技術分野］」の「材料と加工に関する技術」に適用して好適な木工教材に関する。
【背景技術】
【０００２】
文部科学省検定済中学校教科書「技術・家庭「技術分野」」においては「ものづくりなどの実践的・体験的な学習活動を通して、材料と加工、エネルギー変換、生物育成及び情報に関する基礎的・基本的な知識及び技術を習得するとともに、技術と社会や環境とのかかわりについて理解を深め、技術を適切に評価し活用する能力と態度を育てる」ことを目標にした学習指導要領の内容が具体的に示されている。この学習指導要領の内容にある「材料と加工に関する技術を利用した製作品の設計・製作」については、寸法、使いやすさ、荷重を考えた材料の使い方、組み合わせ方、構造を強くするための方法などが解説されている。
【０００３】
この、ものづくりなどの実践的・体験的な学習活動は、上記技術分野の目標を達成するために必要不可欠である。この学習活動では、機能を考えたじょうぶな構造の製作品として木材加工による構造並びに製作品が開示されている。しかし、これまでの木工製作では、板材、角材などの材料揃えを伴う製作の準備から、さしがね、のこぎりなどを用いた切断を伴う材料取り、部品加工、仕上げまでの各製作工程に多くの時間が費やされるため、実際の教育現場においては、製作品の使用目的や使用条件に即した機能と構造について考える十分な時間の確保が困難な状況にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６６２８２号公報
【特許文献２】実願平６−６６１７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】技術・家庭［技術分野］  開隆堂出版株式会社（平成２５年２月５日発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、実際の教育現場においては、製作品の使用目的や使用条件に即した機能と構造について考える十分な時間の確保が困難な状況にあり、より効率の良い有用なものづくり実習が課題となっていた。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、効率の良い有用で科学・技術的なものづくり実習を可能にした、構造物の応力を学習する木工教材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、厚さＬの合板で作られた複数の棒状部材により構成された、構造物の応力を学習する木工教材であって、前記棒状部材は、断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｂＬ（ｂは２以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｌ形の第１の棒状部材と、断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｃＬ（ｃは３以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｔ形の第２の棒状部材と、断面をＬ×ａＬ（ａは自然数）とし、前記第１、第２の棒状部材の少なくとも１つに一端が固定される第３の棒状部材と、を具備した木工教材を特徴とする。
【０００９】
また、前記第１および第２の棒状部材と、前記ａを違えた複数の第３の棒状部材とを組み合わせて組立キットとすることを可能にした。
【００１０】
また、前記ｂを違えた複数の第１の棒状部材と、前記ｃを違えた複数の第２の棒状部材と、前記ａを違えた複数の第３の棒状部材とを組み合わせて組立キットとすることを可能にした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、効率の良い有用で科学・技術的なものづくり実習を可能にした、構造物の応力を学習する木工教材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る木工教材の構成例を示す斜視図。
【図２】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図３】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図４】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図５】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図６】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図７】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図８】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図９】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【図１０】上記実施形態に係る木工教材の組立例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
本発明の実施形態に係る木工教材は、木造枠組壁構法による住宅などに用いられる構造用製材（ディメンションランバー）と同様に規格寸法を定めた木材仕様とし、製作物の材料として、木質材料である合板を使用する。合板は周知の通り、変形が少なく、釘接合時の繊維方向の割れも少ない特徴を有し、加工材を用いた組立に適合する。
【００１５】
この実施形態では、厚さＬを１５mm（ｔ＝１５mm）とした合板を用いて、厚さＬを規格寸法とした木工キットを提供する。
【００１６】
この実施形態における木工教材は、ディメンションランバーによる組立キットとして中学生を対象に提供されるもので、断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｂＬ（ｂは２以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｌ形の第１の棒状部材と、断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｃＬ（ｃは３以上の自然数）とした板材とを張り合わせた断面Ｔ形の第２の棒状部材と、断面をＬ×ａＬ（ａは自然数）とし、前記第１、第２の棒状部材の少なくとも１つに一端が固定される第３の棒状部材とを組み合わせた組立キットにより構成される。
【００１７】
この実施形態に係る木工教材の構成例を図１に示している。図１に示す実施形態では、断面をＬ×Ｌ（縦横比１：１）とした角材と断面をＬ×ｂＬとした板材とを張り合わせた断面Ｌ形の第１の棒状部材１１Ａ，１１Ｂと、断面をＬ×Ｌとした角材と断面をＬ×ｃＬとした板材とを張り合わせた断面Ｔ形の第２の棒状部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと、断面をＬ×ａＬとし、前記第１、第２の棒状部材の少なくとも１つに一端が固定される第３の棒状部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅとを組み合わせた一式を推奨キット（Ｋｓ）とし、第１の棒状部材１１Ｂと、第２の棒状部材１２Ａと、第３の棒状部材１３Ａ，１３Ｃとを組み合わせた一式を基本キット（Ｋｂ）としている。このキット内容は一例であり、上記した以外の第１乃至第３の棒状部材の組み合わせによるキット内容であってもよい。
【００１８】
また、組立キットの提供数に応じて、若しくは工作室（実習室）を単位に、組立キットを用いた構造物の製作および荷重試験を支援する情報を記録した、例えばＤＶＤ、ＵＳＢメモリなどの記録媒体を添付し配布することで、上記技術分野「材料と加工に関する技術」での製作および荷重試験を効率的に指導し、ものづくり教科を支援することができる。
【００１９】
また、上記組立キットに、上記厚さＬを基準寸法とした上記構造物のミニチュア模型を製作するための模型製作用シートを付加することで、製作対象物における使用部材、強度の検証などを模擬的に実施することが可能となる。この際、使用される模型製作用シートとしては、厚さを基準寸法とした目盛りを一方面若しくは両面に付したシート状の発泡材（例えばスチレンボード）や段ボールを用いることができる。段ボールを用いる場合は、中芯の折曲方向を交差させてライナー相互を貼り合わせた段ボールに、厚さを基準寸法とした目盛りを一方面若しくは両面に付すことで縦横両方向の荷重に対して均等な曲げ応力をもつ合板に類似の模型製作用シートが提供できる。
【００２０】
上記ディメンションランバーによる組立キットを構成する第１乃至第３の棒状部材のうち、棒状部材１１Ａは、断面をＬ×Ｌとした角材（図示１３Ａ参照）と、断面をＬ×２Ｌとした板材（図示１３Ｂ参照）とを張り合わせて構成されたＬ形材であり、棒状部材１１Ｂは、断面をＬ×Ｌとした角材（図示１３Ａ参照）と、断面をＬ×３Ｌとした板材（図示１３Ｃ参照）とを張り合わせて構成されたＬ形材である。棒状部材１２Ａは、断面をＬ×Ｌとした角材と、断面をＬ×３Ｌとした板材とを張り合わせて構成されたＴ形材であり、棒状部材１２Ｂは、断面をＬ×Ｌとした角材と、断面をＬ×４Ｌとした板材（図示１３Ｄ参照）とを張り合わせて構成されたＴ形材（偏芯Ｔ形材）である。棒状部材１２Ｃは、断面をＬ×Ｌとした角材と、断面をＬ×５Ｌとした板材（図示１３Ｅ参照）とを張り合わせて構成されたＴ形材である。棒状部材１３Ａは断面をＬ×Ｌとした角材（上記厚さｔを１とした、１×１のディメンションランバー）、棒状部材１３Ｂは断面をＬ×２Ｌとした板材（１×２のディメンションランバー）、棒状部材１３Ｃは断面をＬ×３Ｌとした板材（１×３のディメンションランバー）、棒状部材１３Ｄは断面をＬ×４Ｌとした板材（１×４のディメンションランバー）、棒状部材１３Ｅは断面をＬ×５Ｌとした板材（１×５のディメンションランバー）である。
【００２１】
上記した第１の棒状部材（Ｌ形材）１１Ａ，１１Ｂ、および第２の棒状部材（Ｔ形材）１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、それぞれ第３の棒状部材（ディメンションランバー）１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅを組み合わせ用いることで予め加工され、組立キットのＬ形材、Ｔ形材として提供される。このＬ形材およびＴ形材は、荷重方向に対して所定の強度をもたせることができ、堅牢な骨組みを可能にするとともに、部材間の接合を容易にしている（図２乃至図５参照）。
【００２２】
上記した第１乃至第３の棒状部材の組み合わせによる規格材の組立キットを用いることで、上記学習指導要領の内容にある「材料と加工に関する技術を利用した製作品の設計・製作」に従う、寸法、使いやすさ、荷重を考えた材料の使い方、組み合わせ方、構造を強くするための方法などを効率よく実習することが可能である。また、単一素材である１５mm厚の合板を用いて全てのキット材を提供できることから、経済性に優れた組立キットの提供が可能となる。
【００２３】
上記実施形態に係る規格材の組立キットを用いた組立、製作例を図２乃至図１０に例示している。ここでは、棒状部材１３Ａを１×１のディメンションランバー、棒状部材１３Ｂを１×２のディメンションランバー、棒状部材１３Ｃを１×３のディメンションランバー、棒状部材１３Ｄを１×４のディメンションランバー、棒状部材１３Ｅを１×５のディメンションランバーと称す。
【００２４】
上記図１に例示した、Ｌ形材１１Ａに、１×１のディメンションランバー１３Ａと、１×２のディメンションランバー１３Ｂを釘またはねじにより固定した接合部分の接合例を図２に示し、Ｌ形材１１Ｂに、１×２の複数のディメンションランバー１３Ｂ，１３Ｂを固定した接合部分の接合例を図３に示し、Ｔ形材１２Ａに、１×２の複数のディメンションランバー１３Ｂ，１３Ｂを固定した接合部分の接合例を図４に示し、Ｔ形材１２Ｂに、１×２の複数のディメンションランバー１３Ｂ，１３Ｂを固定した接合部分の接合例を図５に示している。
【００２５】
これらの各接合例に示したように、組立部材となる各材の接合部分をすべて容易に符合させることができ、短時間で効率よく組立作業を実施することができる。また、材のはみ出しやずれを低減させてデザイン性並びに安全性を損なうことなく丈夫な構造の製作品を製作することができる。
【００２６】
具体例を挙げると、例えば、小形椅子の製作において、縦荷重を受ける座部を支える支持部材には、脚部となるＬ形材又はＴ形材に架設される接合材として、図２乃至図５に示すように、縦荷重の方向に幅広の１×２のディメンションランバー１３Ｂを用い、その他の架け渡し材に１×１のディメンションランバー１３Ａを用いることで、丈夫で軽量な構造とすることを実習で学ぶことができる。また、接合手段についても、釘打ち可能な部位について、２本の釘打ちが必要であるか、１本の釘打ちで済むか、あるいは、ねじ接合が可能な部位について、コーススレッドなどによる２箇所のねじ止めが必要であるか、１箇所のねじ止めで済むか、を判断し、その判断に従う接合を実習で学ぶことができる。さらに接合箇所に予め孔加工が必要であるか否かを検討することで接合部位に損傷がない製品加工を実践的に学ぶことができる。
【００２７】
上記図１に示した組立キットに含まれるＬ形材１１ＡとＴ形材１２Ａとを組み合わせ用いた一応用例を図６に示している。ここでは、Ｔ形材１２Ａに対してＬ形材１１Ａを図示矢印方向にスライド可能に嵌め合い、ねじｐの締め付けで任意のスライド位置に固定する高さ調整機構の一例を示している。この場合、図示実線で示すようにＴ形材１２Ａの横幅方向に拡がるスライド構造と、図示破線で示すようにＴ形材１２Ａの肉厚方向に重なるスライド構造とが考えられる。この種の各部材を組み合わせた構造を考えることで創造性を育む実習授業が実施可能となる。
【００２８】
上記図２乃至図５に示した接合例を含め、各種接合部分における、釘打ち、ねじ接合において、その接合作業を容易にし、かつ材加工において、その加工作業を容易にするマーカの付加例を図７および図８に示している。このマーカの付加は、組立キットにおいて予め設けてもよいしペーパーガイドによる指導であってもよい。例えば図７に示すマーカＭａは、釘打ち、ねじ接合における接合を容易にし、マーカＭｂは、釘打ち接合が可能な厚さ２Ｌ（ｔ＝２）の中心部位であることを示している。また、図８に示すマーカＭｃは、マーカＭｃが付された面からの切りひろを明示する加工領域を示している。これらのマーカを参照することで、失敗のないデザイン性に優れた堅牢な製品の製作が期待できる。
【００２９】
上記組立キットにより製作された製作品の一例を図９および図１０に示している。ここでは、Ｌ形材１１Ａで前脚２２を作り、Ｔ形材１２Ａで後脚２３を作り、１×２のディメンションランバー１３Ｂを座面を支持する架け渡し材２４とし、１×１のディメンションランバー１３Ａを他の架け渡し材２５とした小形の椅子２０を製作品として例示している。この加工例では、図１０に示すように、荷重方向（縦荷重）に対して所定の強度を保ちつつ、脚部に曲面の加工を施して背板面を傾斜させ、さらに座面前部に曲面の加工を施してユニバーサルデザインの工夫を行っている。
【００３０】
上記したように、実施形態によれば、厚さＬを１５mm（ｔ＝１５mm）とした合板を用いて、厚さＬを規格寸法とした、Ｌ形材、Ｔ形材を含む木工キットを提供することで、合板の特徴である、変形が少ない、釘接合時の繊維方向の割れも少ない、のこぎりなどによる切断や、かんななどによる切削にかかる時間も少ない、材料費を低減した組立材を提供できる。また上記規格に従うＬ形材、Ｔ形材を含むことで、荷重方向に対して所定の強度を保ちつつ、部材相互の接合を容易にし、デザイン加工を容易にしている。これにより、材料力学や構造力学、人間工学などの、機能と構造について学習でき、効率の良い有用で科学・技術的なものづくり実習を可能にした。さらには、経済性に優れた木工教材を提供することができる。また、組立キットを用いた構造物の製作および荷重試験を支援する情報を記録した、ＤＶＤ、ＵＳＢメモリなどの記録媒体を添付し配布することで、ものづくりの製作および機能と構造を効率的に指導し、魅力あるものづくりなどの実践的・体験的な学習活動を支援することができる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１１Ａ，１１Ｂ…断面Ｌ形の第１の棒状部材（Ｌ形材）、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…断面Ｔ形の第２の棒状部材（Ｔ形材）、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ…第３の棒状部材（ディメンションランバー）、２２…Ｌ形材１１Ａを用いた前脚、２３…Ｔ形材１２Ａを用いた後脚、２４…１×２のディメンションランバー１３Ｂを用いた架け渡し材、２５…１×１のディメンションランバー１３Ａを用いた架け渡し材、ｐ…ねじ、Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ…マーカ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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