スプリング遊具(その１)

冒頭の画像は当社のJPFA:S-2002対応の荷重試験機です。この試験機は重量が100kgありますので、丁度980N（ニュートン）の荷重をかけて遊具の試験をすることが出来ます。高価なアメリカ製のため時々レンタルして使用しています。試験結果は980Nに荷重に耐え、かつジャンプすることも出来ました。先日は5歳30kgでの試験もOKでした。
この試験機はかなり優秀なCPUを搭載していますので、私が同製品に関する情報を入力すると、数日して同製品の商標を返すことが出来ました。これが商品名「ポゴティ」の由来です。実際の動作は以下の動画をご覧下さい。




スプリング遊具は構造が簡単なので安価に製造することが出来、多くの設置例があります。しかし当社の製品でもスプリングの破損例があります。

破断面を観察すると、スプリングの中心線とほぼ45度で割れていることが分かります。教科書通りです。困ったことに、いつ破断するか予測が困難です。

コイルバネは圧縮または引っ張りで使われることを前提に設計されています。スプリングの素線の中心は常螺旋(helix)ですが、微小な部分を取り出してみると円柱で、ここにトルク（捻りモーメント）が作用して変形し、全体が伸びたり縮んだりしてスプリングの機能を果たしているのです。遊具ではスプリング本来の使い方ではなく、スプリング全体を曲げて（座屈させて）使うことが多いのです。これが破損する原因であることは、素線全体に亘ってトルクが均等に作用しないことから理解することが出来ます。
スプリングが曲がる（座屈する）時、指など身体の一部がスプリングに挟まれないように25mm以上のピッチを確保するように安全基準（案）で決められています。必然的に硬いスプリングを採用することになりますが、子供の質量とスプリングからなる系の運動はどうなるでしょうか？振動数は質量とバネ定数で決まります。硬いスプリングと質量の小さい幼児では固有振動数が大きくなり、ぶるぶる震える、こう表現しても良いのです。

スプリング遊具の面白さはある程度のストロークとトランポリンのような周期だと思っています。大きなストローク（約190mm）とするためにはバネ定数を小さくする必要があります。またバネを引っ張り方向で使うことで座屈を避けることが出来たのです。そのためには全体をシリンダーの内部に格納することが必要で、仮にスプリングが破損しても、動きが悪くなるだけです。

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(07/07/05追記)
公園でワルガキどもがどのように遊具を扱っているか、過激動画を発見！これでは遊具たちは堪りません。よゐこは真似をしてはいけません！