(57)【要約】      （修正有）【課題】実験対象物が水圧によって顕著に変形する状況を外部の観察者や観賞者に良好に見せることができ、しかも簡便で安全な作業によって実験ないし演示することができる小型、軽量、廉価で設置、移動、運搬も容易な水圧実験水槽を提供する。【解決手段】透明な円筒形又は角型のパイプの両開放端部を閉止して中空の圧力水槽１となし、該圧力水槽の上面部３として位置させる閉止された端面に略長方形状の開口３１を設けると共に、該開口より長辺と短辺のいずれもが長く形成され開口を完全に塞いで閉鎖することができる面積を有し、かつ開口の長辺より短く形成された短辺を備える蓋５を用い、該蓋を開口から圧力水槽の内部へ差し込むことで圧力水槽内の水圧によって開口を内側から水密に閉鎖するよう構成することにより、圧力水槽の内部状況を外部に良好に見せることができ、作業が簡便かつ安全で設置、移動、運搬も容易な小型軽量で廉価な水圧実験水槽とする。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
透明素材を用いた円筒形又は角型のいずれかの形状のパイプの両端を閉止して適宜位置に加圧給水を受けるための給水口を設けることにより圧力水槽を構成し、該圧力水槽の上面部として位置させる閉止された一方端面に開口を設けると共に、該開口を水密に閉鎖するための蓋を備えてなる水圧実験水槽であって、
前記開口と蓋の外形がいずれも楕円形を含む略長方形状を有し、前記蓋がその長辺と短辺において前記開口の長辺と短辺より長く形成されて前記開口を完全に閉鎖する面積を有すると共に、該蓋の短辺が前記開口の長辺より短く形成されてなり、前記蓋を前記開口から前記圧力水槽内部に差し込み該圧力水槽内の水圧により前記蓋によって該開口を内側から閉鎖するよう構成されてなることを特徴とする水圧実験水槽。
【請求項２】
前記圧力水槽内の適宜位置に水圧表示手段が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の水圧実験水槽。
【請求項３】
前記圧力水槽内の適宜位置に実験対象物の保持手段が付設されてなることを特徴とする請求項１又２記載の水圧実験水槽。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、水圧実験水槽、さらに詳しくは、圧力水槽内における加圧実験で実験対象物が呈する興味ある面白い加圧変形の状況を、小中学生から大人まで、外部の観察者や観賞者に簡単良好に見せることができるようにした、簡易かつ安全で、しかも小型軽量かつ廉価な水圧実験水槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
水圧に関する概念的な知識（水圧が水の重さであり水深に比例する関係にあること）を視覚的直感的に把握理解させる水圧実験器具や装置は、主として義務教育課程の教育現場において古くから採用されており、その代表的なものは手作りも可能な簡易な構成で学習効果を確保し教育目的を達成する有効な理科教材として衆知され評価されている。
【０００３】
この種の水圧実験器具や装置の例としては、底部を閉止し側面部に高さ位置の異なる複数個の穴（同径）を設けた筒状容器に上部開口から水を供給し、穴の位置が低いほど穴から吐出される水の到達位置が遠くなることを見せ、または、開放端をゴム膜で水密に封止した管を水槽内に沈めてゴム膜が管の内方へ凹み深く沈めるほど凹みが大きくなることを見せて、水圧分布を定性的に把握させるもの、或いは、底部に板を密着させた状態の適径の管を水槽に沈めると共に水中の板の略中央位置にオモリを載せて管を引き上げ、オモリの重さと板が落ちる深さによって水圧と水深の関係を定量的に把握させるもの、などを挙げることができる。
【０００４】
これら水圧実験器具類は、視認が困難で日常的な体感機会も少ない水圧に関する概念的な知識を視覚化して理解させるものであるから、教育現場における学習効果の向上と確保を前提とする限り充分な評価に値すると言えるが、水圧の働きや力について具体的な体験実感を持たせるほどに効果的な視覚化がなされている訳ではなく、教育目的や学習効果という前提を取り去った場合、これら水圧実験器具類による実験それ自体が新鮮な驚きや楽しみを伴う観察や観賞の対象になっているとは言い難く、水の世界への強い興味や関心を喚起しているとまで考えることも難しい。すなわち、元来、教育目的や学習効果を前提とする実験教材と実験の実践は、通常授業との比較における相対的な珍しさや気楽さを与えるに止まっており、教育関係者が期待するほどの新鮮な驚きや楽しみを与えているとは言い難く、強い関心や興味を喚起している訳でもないのである。
【０００５】
上記したところに鑑み、観察者に対して具体的な体験実感と新鮮な驚きや楽しみを与え強い興味や関心を喚起する水圧実験の在り方を求めていくと、日常的に馴染みのある実験対象物を水中の加圧下で顕著に変形させて見せることが極めて効果的な実験態様の一つであると言うことができ、かかる水圧実験であれば、単なる教育目的や学習効果の範疇を超え、さらには実験の域さえをも超えて、それ自体が人々を強く惹き付け彼らの観賞に耐えるエンターテインメントの側面を兼ね備えた新たな演示形態になるものと考えられる。
【０００６】
しかしながら、教育目的や学習効果を前提として、前記従来の水圧実験器具や装置によって、水中の加圧下における実験対象物の加圧変形状況を見せる水圧実験ないし演示形態が実現できないことは言うまでもない。
【０００７】
また、時計などの検査対象を小型の圧力水槽内に水と共に収容し、圧力水槽に加圧給水して防水性能を検証する水圧試験機も従来からあり、この圧力水槽に実験対象物を収容して加圧変形させることは可能であるが、水圧試験機の利用目的と高い耐圧限界を確保するために水圧試験機の圧力水槽は外部からは視認できない硬質金属素材で構成されているから、実験対象物の加圧変形を観察者や観賞者に見せることは不可能であり、仮に何らかの改良を施すとしても、水圧試験機の構成から圧力水槽内の加圧状況を見せる適切な視認部分を設けることが極めて困難であると共に、実験ないし演示作業の設定や操作が煩雑に過ぎる上、重量があって容易に設置、移動、運搬ができないほか、コストも実験や演示に見合わない額に上るなど、実用に供することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平０５−８４８０８号公報
【特許文献２】実登録３０６９８１６号公報
【特許文献３】特開平１０−１９７１９号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
本考案の課題は、圧力水槽内に収容した実験対象物が加圧給水による水圧で顕著に変形する状況を圧力水槽外の観察者や観賞者に良好に見せることができる上に、簡便で安全な作業による実験ないし演示を可能にする簡易な構成にかかり、しかも、小型、軽量、廉価で設置、移動、運搬も容易な水圧実験水槽を実現して提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の考案は、透明素材を用いた円筒形（又は角型形状）のパイプの両端を閉止し適宜位置に加圧給水を受けるための給水口を設けることで圧力水槽となし、該圧力水槽の上面部として位置させる閉止された一方端面に開口を設けると共に、該開口を水密に閉鎖する蓋を備えてなる水圧実験水槽であって、前記開口と蓋の外形がいずれも楕円形を含む略長方形状を有し、前記蓋がその長辺と短辺において前記開口の長辺と短辺より長く形成され前記開口を完全に閉鎖する面積を有すると共に、該蓋の短辺が前記開口の長辺より短く形成されてなり、前記蓋を前記開口から前記圧力水槽内部に差し込み該圧力水槽内の水圧によって開口を内側から閉鎖するよう構成してなる、ことを特徴とする水圧実験水槽である。
【００１１】
請求項２の考案は、前記圧力水槽の内部適宜位置に水圧表示手段が付設されてなる、ことを特徴とする請求項１に記載の水圧実験水槽である。
【００１２】
請求項３の考案は、前記圧力水槽の内部適宜位置に実験対象の保持手段が付設されてなる、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水圧実験水槽である。
【考案の効果】
【００１３】
以上のように、本考案に係る水圧実験水槽は、透明な円筒パイプを主材とする簡易に構成された圧力水槽からなるものであるから、圧力水槽内部に収容し水圧の加圧によって変形する実験対象物の状況を、外部の観察者や観賞者に良好に見せることとができる上に、圧力水槽の開口を水密に閉鎖する蓋も内圧で内側から閉鎖する構成によっているため、実験ないし演示の際の設定と作業も簡便かつ安全に行うことができる。
【００１４】
また、数少ない部材点数による簡易な構成と廉価な製造コストの下で実現でき、しかも小型、軽量、廉価で設置、移動、運搬が容易な水圧実験水槽を実現し提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案に係る水圧実験水槽の一例を示す斜視図である。（実施例１）
【図２】本考案に係る水圧実験水槽として用いる圧力水槽の上面部に形成された開口の一例を示す平面図である。（実施例１）
【図３】本考案に係る水圧実験水槽として用いる圧力水槽の上面部開口を閉鎖する蓋の一例を示す平面図である。（実施例１）
【図４】本考案に係る水圧実験水槽をなす圧力水槽の上面部開口を閉鎖する蓋の一例を示す断面図である。（実施例１）
【図５】本考案に係る水圧実験水槽の実施の状況を示す斜視図である。
【実施例１】
【００１６】
図１ないし図４を以てその一実施例を示し、図５を以て使用状態の一例を示す通り、本考案に係る水圧実験水槽は、透明な素材を用いた円筒形のパイプを所望長に切り出して両端部を閉止した中空の圧力水槽１を基本的な構成部分としており、本実施例では円筒パイプ２として外径２０ｃｍ、内径１６ｃｍ、全長３０ｃｍのアクリルパイプを用いると共に、円筒パイプ２の開放両端部を外径２５ｃｍ、肉厚２ｃｍの透明で円形のアクリル板で閉止するものとし、圧力水槽１の上面部３として位置させるアクリル板は円筒パイプ２の一方開放端部に同心円状に接着して固定的に閉止し、底面部４をなすアクリル板は円筒パイプ２の他方の開放端部にアクリル板と同径同厚のフランジを接着した上でパッキン（図示せず）を介して螺着し水密に閉止した。（図１）
【００１７】
また、圧力水槽１の上面部３に長径１３ｃｍ、短径９ｃｍの楕円形状の開口３１を穿設する一方、この開口３１を水密に閉鎖し圧力水槽１内における加圧を可能とするため、長径１５ｃｍ、短径１１ｃｍで開口３１と相似形をなす楕円形状の蓋５を独立に設け、該蓋５を開口３１から圧力水槽１内に差し込み圧力水槽１内の水圧によって開口３１を内側から水密に閉鎖するものとし、上面部３の裏面側と押接する蓋５表面側の外周縁近傍位置に水密な閉鎖を確保するＯリング５２を付設すると共に、蓋５表面側の略中央に開閉作業を容易にする握持部５１も付設した。（図２ないし図４）
【００１８】
さらに、上面部３の適宜位置に、外部の加圧給水手段から給水を受けて圧力水槽１内の水圧を加圧するための給水口６と、圧力水槽１内の水圧が耐圧限界を超える危険を防ぐリリーフ弁７を設けている。
【００１９】
上記したところに加えて、本実施例では、圧力水槽１内の水圧を確認するために圧力表示手段８としてのデジタル式のダイバーズウォッチ（感圧方式で水深または水圧を表示するもの）を圧力水槽１内部の底面部４近傍位置に適宜保持手段で付設すると共に、圧力水槽１内部における実験対象物の収容位置や姿勢を観察や観賞に適するよう仮止めするための保持部９も設けた。
【００２０】
本実施例に係る水圧実験水槽は、以上の構成を有するものであり、その実施に当たっては、圧力水槽１の上面部３に設けた開口３１から適宜実験対象物を内部に挿入して保持部９で適切な位置と姿勢に仮止めすると共に圧力水槽１内に水を張り、開口３１から蓋５を圧力水槽１内に差し込んで閉鎖位置に保持した上で、給水口６に連設した適宜加圧給水手段を以て圧力水槽１内に給水すれば、蓋５が開口３１を水密に閉鎖して圧力水槽１内部の水圧が上昇し実験対象物を変形させるから、この加圧変形の状況を透明な圧力水槽１を通して外部の観察者や鑑賞者に手に取るように明瞭に見せることができる。（図５参照）
【００２１】
本実施例に係る圧力水槽１の容量は約５．６Ｌであるが、実験対象物としてキャップを締めて密封した空のペットボトル（３５０ｃｃ）を用いて加圧給水したところ、水圧が０．１ＭＰａ（１気圧）へ上昇した段階で顕著な変形を見せ、０．２ＭＰａ（２気圧）で底部を残す全体が捻れた扁平形状に潰れるに至った。満水状態から所要の圧力に達するまでの必要な給水量も、０．１ＭＰａへの到達に３１ｇ、また０．１ＭＰａから０．２ＭＰａへの到達にさらに８ｇで足りた。
【００２２】
このように、本考案に係る水圧実験水槽では耐圧限界を低く設定できるため（本実施例の圧力水槽１で０．３８ＭＰａ）、本実施例のようにアクリル材だけを用い、しかも開口３１を蓋５によって内側から閉鎖する簡易な構成で充分に安全な実験や演示が確保でき、また、必要とされる給水量も僅かなもので足りるから、加圧給水手段として一般に市販されている小型かつ軽便で廉価な手動式の水圧ポンプＷを選択すれば充分であった（図５参照）。
【００２３】
以上に説明の通り、本考案に係る水圧実験水槽を用いれば、実験対象物が水圧によって顕著に変形する状況を外部の観察者や鑑賞者に具に見せ、新鮮な驚きと楽しみを伴う強い具体的体験実感を与えることができるばかりでなく、簡易な構成によって小型で軽量な要請が充たされているから、連設する加圧給水手段を併せて考えても、一人で容易に設置、移動、運搬することができる。
【００２４】
また、前述のように、圧力水槽１内に差し込んだ蓋５が開口３１を水圧によって内側から閉鎖する構成を採っており蓋の開閉が極めて簡便であるから、実験対象物の収容から給水と加圧に至る実験ないし演示の一連の作業を一人でも容易に行うことができ、さらに、本実施例の如く、圧力水槽１の内部に圧力表示手段８や実験対象物を仮止めするための保持部９を付設しておけば、実験や演示の作業はより円滑かつ簡便で安全なものとなる。
【００２５】
なお、本実施例では、圧力水槽１を構成する円筒パイプ２と上面部３並びに底面部４の全てに透明なアクリル材を用いており、これによって圧力水槽の内部状況を最も良好に見せることができ、しかも軽量かつ堅牢で加工容易な水圧実験水槽を得ているが、素材は適宜選択に委ねられてよく、本考案に係る水圧実験水槽の構成素材がアクリル材だけに限定されることを意味するものではない。
なお、本実施例では水圧実験水槽として円筒形のパイプを用いているが、形状において圧力に耐えるものであれば、角型形状（例えば水平断面四角形や多角形など）の素材を用いることも可能であり、本考案の水槽は円筒パイプに限定されるものではない。
【００２６】
また同様に、圧力水槽１の内部状況を良好に見せるため、圧力水槽１を構成する円筒パイプ２に透明素材を用いることは欠かせないが、上面部３と底面部４に透明素材を用いるか否かは自由な選択に委ねられるところで、本考案の範囲を限定するものではない。
【００２７】
加えて、本実施例では、圧力水槽１の上面部３に設けた開口３１と蓋５の外形を相似形の関係をなす楕円形状に形成しているが、これも蓋５を開口３１から圧力水槽１の内部に差し込み、圧力水槽１の水圧によって開口３１を内側から閉鎖できる形状関係にあれば足り、相似形の関係をなす楕円形状だけに限られる訳ではない。
【００２８】
すなわち、圧力水槽に設けられた開口とこれを閉鎖する蓋の外形がいずれも略長方形状であって、蓋の長辺と短辺のいずれもが開口の長辺と短辺より長く形成されて開口を完全に塞いで閉鎖するだけの面積を有し、かつ、蓋の短辺が開口の長辺より短く形成されていれば、蓋の短辺の一方側を開口の長辺から圧力水槽内に差し込み、一方側短辺を差し込んだ状態の蓋を回転移動させれば蓋の一方側長辺を開口内に差し込むことができ、しかる後に差し込んだ蓋の一方側長辺を圧力水槽内へ押すように移動させることで、蓋の全体を圧力水槽内に差し込み内側から開口を閉鎖することが可能となる。ただし、本考案者の実験では、開口と蓋が相似形をなす楕円形状の関係にあるとき、蓋による開口の開閉が最も容易かつ円滑であり、しかも、開閉作業を便とする蓋の握持部も大きくとることができた。
【００２９】
また、図５では、実験対象物として密封された空のペットボトルＰを用いたが、その他に硬式テニスボールの如く日常的に馴染みがあり顕著な加圧変形を呈するものを任意に選べばよく、併せて、本考案が想定する水圧であれば生存と行動に影響を被らない金魚を実験対象物と共に圧力水槽１内に収容するなどすれば、観察者や鑑賞者の驚きや楽しみをさらに増し実験ないし演示の興趣をより高めることができるだろう。
【００３０】
さらに、図５に示すところでは、圧力水槽１内に付設する圧力表示手段８として、水深表示機能を持つダイバーズウォッチを選んだが、圧力水槽１内における水圧を感知して水深もしくは水圧を以て表示することができる圧力計であれば自由に選択できることも、言を待たない。
【００３１】
その他、本考案に係る水圧実験水槽１では、蓋５による開口３１の閉鎖を圧力水槽１内の水圧に依存しているため、圧力水槽１内の加圧の前にあっては、蓋５が圧力水槽１内に沈むことを避けられず、手などで閉鎖位置に保持しておく必要がある。これが煩雑な場合は適宜ストッパーを用いればよく、例えば、本実施例においては、蓋５の表面と握持部５１の間に形成される間隙に適宜圧さで蓋５の径より長いアクリル板をストッパーとして差し込んで挟んでおく等も考えられる（図示せず）。
【符号の説明】
【００３２】
１  圧力水槽
２  円筒パイプ
３  上面部
４  底面部
５  蓋
６  給水口
７  リリーフ弁
８  圧力表示手段
９  保持部
３１  開口
５１  握持部
５２  Ｏリング
６１  給水ホース
Ｐ  ペットボトル
Ｗ  水圧ポンプ
【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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