みなさん、こんにちは。このコーナーの案内役のあるるです。

今月注目する基礎用語はコチラ！！
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今月の基礎用語：コ＃034
剛性（ごうせい）
stiffness

今回注目した「剛性」は、「強度」についての復習の回「いまさら聞けない基礎用語！【キ】＃023 強度」にも登場しました。

そこでも説明した通り「強度と剛性は別モノ」なのですが、2つセットで覚えておくと、より理解が深まりますよ〜。

それでは剛性の復習、スタート！　おや？　博士が大変なことになっているようです・・・

あるる「わー、博士、びしょびしょじゃないですか！！　傘、持ってなかったんですか？」

博士「ビニール傘を持っていたのだが、強い風に煽られて、ほれ、この通り」

あるる「あらら・・・みごとにポッキン、いっちゃってますね。あるるのビニール傘は大丈夫でしたよ。思いっ切り“おちょこ”になりましたけど、バン！と元に戻りました」

博士「おお、そうなのか。見た目は同じようなのに、剛性がずいぶん違うんじゃな」

あるる「ごうせい？」

博士「そう、剛性じゃ。剛性と強度については、少し前に復習したじゃろう」

あるる「え？　豪勢な郷土料理？！　それはいいですねー。ぜひ食べましょう！」

博士「いや、料理までは言っとらんぞ。剛性と強度じゃ」

あるる「・・・「きょうど」とくれば「料理」まで聞こえるのは、これはもう脊髄反射みたいなもので・・・」

博士「ふぉっふぉっふぉっ。相変わらずじゃのぅ。では、剛性について、豪勢に説明しようとするかの」

「剛性」を知ることは構造物を深く理解することにつながります。「まめ知識」にも何回も「剛性」が登場しました。改めて「剛性関連」コンテンツをピックアップしてみました。リンク集としても便利にお使いください。

 ●【今月のまめ知識　第10回】　有効に「剛性」を出す組合せ

https://alfaframe.com/mame/10035.html

●【今月のまめ知識　第21回】 アルミフレームで構造体を設計するときのコツ
https://alfaframe.com/mame/10069.html

●【今月のまめ知識　第55回】弾性係数と剛性

https://alfaframe.com/mame/20395.html

 ●【今月のまめ知識　第91回】剛性と強度のまとめ

https://alfaframe.com/mame/20635.html

 ●【今月のまめ知識　第96回】固有振動数

https://alfaframe.com/mame/20666.html

●【今月のまめ知識　第9回】　「ねじり剛性」について

https://alfaframe.com/mame/10106.html

●【今月のまめ知識 第88回】断面二次極モーメント
https://alfaframe.com/mame/20616.html

いままで色んな角度から強さや剛性についてご説明してきましたが、今回はその集大成。「ねじれ剛性」や「曲げ剛性」を踏まえて、“有効に剛性を出す組み合わせ”について、お話したいと思います。

剛性の高い構造体を製作する条件として、以下の３項目があります。

１）部材の種類

２）部材の構成

３）接続方法

では、それぞれを詳しく説明していきましょう。

まず大切なことは、基本的な部材選択を誤ってはいけないということです。

「断面二次モーメント（Ix，Iy）が適合する部材を選択するか」が基本になります。この断面二次モーメントとは、曲げモーメントに対する物体の変形のしにくさを表した量のことです。

部材の強度や剛性、構造物の耐久性を向上させる上で、設計上の指標として用いられています。

複合的な荷重がかかる物の場合は、ねじれ剛性の確保も考慮に入れる必要があります。

そのため、1面に2列以上の溝を持つ正方形断面の部材

（AFS-4040-4，AFS-6060-6，AFS-8080-8など）が望ましいです。

アルファフレーム左から AFS-4040-4，AFS-6060-6，AFS-8080-8

同じように正方形の溝があっても、素材の薄さも影響してきます。

たとえば、薄肉のライト級は、断面二次モーメントで見た場合に梁として満足していても、

局所的に荷重が掛かった場合には薄肉なゆえに容易に変形する場合があります。

荷重の掛かる装置架台においては使用を避け、肉厚のヘビー級、もしくは最低でもスタンダード級を選択するといいでしょう。

口型のみの構成では、高い剛性を得ることは困難です。

そこで、ラーメン構造（日の字型、目の字型）や、トラス構造（斜め梁）を加えることが有効です。

通常は、架台とカバーを別物で製作する例が多いのですが、これを一体化するとラーメン構造となり、容易に剛性を確保することができます。

架台・カバー分離型

架台・カバー一体型

この「接続方法」は、非常に重要なポイントです。

適切な材料を選択し、うまく構成しても、接続方法が不充分では、部材の持つ剛性を活かすことができません。

【Q&A】No.7 「選定の目安について」でもご説明しましたが「両端固定梁」と「両端支持梁」の計算式を見ると、接続方法がいかに剛性に影響するかがよくわかると思います。

中央集中荷重での最大たわみ量（変位量）は、

両端支持梁　δ=WL³/48EI

両端固定梁　δ=WL³/192EI

となり、同じフレームを使用していても、そのたわみ量は

中央集中荷重の場合は４倍
等分布荷重の場合では５倍

も異なります。

ブラケットを１個でも取り付ければ、部材同士は離れませんが、これだけでは限りなく支持梁に近い状態です。

上記の装置架台製作例の様に、周囲の取りつくところ全てにブラケットを取り付けることが望ましいです。

とはいえ、扉の枠や、内側に操作ボックスを取り付けた場合など、コーナーにブラケットを取り付けられないケースもあるでしょう。

そのような場合でも諦めることはありません。

「エンドコネクタ」での連結や、「座グリ・タップ」追加工による連結など、いくつか方法がありますので、状況に合わせた接続方法をご提案いたします。

なお、フレームの接続方法は、弊社ＨＰに記載しております。

合わせてご覧ください。

https://www.nic-inc.co.jp/products/support/connect/

コーナーの内側に取り付けるブラケットは多種ありますが、最も高い結合力を持つのは軸方向に２段の取付け穴を持つABLR、ABLRDタイプのヘビーブラケットです。

しかし、両方とも取付けボルト数が多く、コストも高くなるので、基本はABLDタイプのデルタブラケットを使用し、特別剛性が必要な部分にABLR、ABLRDタイプを選択すると良いでしょう。

ABLDタイプは、通常使用において満足できる剛性を持ちながらも、非常に安価なので、コスト削減にとても有効です。

また、装置架台などでフレーム上面に板が取り付く場合には、取付け穴位置を各フレームにうまく配置することで、その板にフレームの接続ブラケットの役割を持たせることも剛性アップに有効な手段です。

最後にボルト、ナットについてお話ししておきます。

剛性が必要なものには、六角穴付きボルト（CS，CSW，CSS，CSWS）を使用してください。

また、ナット溝に局所的に大きな荷重がかかる場合には、強化ナット（NHMT）を推奨いたします。

あるる「いやー、豪勢な振り返りでしたねぇ〜、部材の種類、構成、そして接続方法の3つのポイントで剛性を考えていくことが大切、改めてインプットできました！　・・・って、あれ？　博士がいないぞ・・・？？」

博士「おー、あるるよ、復習は終わったかの？」

あるる「はいっ！！　あ、着替えられたんですね」

博士「濡れたままでは風邪をひいてしまうからな」

あるる「着替えを用意しているところも、さすがです」

博士「おお、備えあれば憂いなしじゃ」

あるる「博士がさっぱりされたところで・・・」

博士「おなかが空いたのじゃな？（笑）」

あるる「さすが、なんでもお見通しですねぇ（笑）」

博士「よし！　ランチにするとしよう。さきほど「郷土料理弁当」を注文したから、もうすぐ届くと思うぞ」

あるる「やったー＼(^o^)／　剛性を学んだ後の郷土料理は最高です〜〜〜」