雑学界の権威・平林純の考える科学

 カラフルなボールペン芯を何本か自由に選び、「自分だけの多色ボールペン」にすることができる多色ボールペンが各社から出ています。 そんな多色ボールペンの中でも、「ノック部」がインクと同色になっている替え芯を売っているのはPILOT社だけ、ということにお気づきでしょうか? 「(たくさんの色の替え芯の中から、自由にカスタマイズできる多色ボールペンを使っていて)○×色のボールペン芯を出したい」と思ったとき、その色をノック部で識別できるのは、実は(現在のところ)PILOT社が売っている多色ボールペンシステムだけなのです。

 何色もの替え芯を使い自由にカスタマイズできる多色ボールペンで「ノック部の色をインクと同色にする」ためには、替え芯にノック部が付いていなければなりません。ボールペンのホルダーには「ノック部」が付いてなく・替え芯に(替え芯と同じ色の)ノック部が付いている場合にのみノック部をインクと同色にできます。 当たり前の話ですが、ホルダー側にノック部が付いていたとしたら、自由に選ぶことができる(何色もの)替え芯の色と同じにすることはできないからです。

 そして、PILOT社の多色ボールペンだけが、「後端(ペン先とは逆側)」から替え芯を入れることができる構造になっています(右の写真で、下にあるのがPILOT社の多色ボールペン。芯が後端から抜き差しするようになっていることがわかると思います)。 他社の多色ボールペンは、たとえば替え芯をペン中央部から入れるような仕組みになっているのです。 PILOTだけが「リフィル多色ボールペンのノックボタンをインク同色」にできるヒミツは「ここ」にあります。 つまり、ボールペンの後端に位置するノック部をボールペン芯と一体化させることが容易な構造になっているのがPILOT社だけであり、他社は(替え芯をペン中央部から入れる構造になっているために)交換用の替え芯とノック部を一体化させることができないのです。そして、必然的に、何色もの替え芯を使い自由にカスタマイズできる多色ボールペンでは「ノック部の色をインクと同色にすることが(他社は)できない」ということになるわけです。

 PILOTだけが「リフィル多色ボールペンのノックボタンをインク同色」にできるヒミツは、結局のところ、「PILOT社の多色ボールペンだけが、後端(ペン先とは逆側)から替え芯を入れる構造になっている」ということに尽きます。そして、さらに言えば、PILOT社だけが「その構造の多色ボールペンを作ることができる」のは、その構造が「特許第4689513号」という特許でPILOT社の権利として保護されているからです。

(請求項1)
 軸筒内に複数の筆記体を前後方向に移動可能に収容し、前記各々の筆記体を弾発体により後方に付勢し、前記各々の筆記体の後端に、各々の筆記体に対応した操作体を連結し、軸筒の側壁に前後方向に延びる複数の窓孔を径方向に貫設し、前記各々の窓孔から径方向外方に前記各々の操作体を突出させ、一つの操作体を窓孔に沿って前方にスライドさせることにより、その一つの操作体に連結された筆記体のペン先を軸筒の前端孔から突出させるとともに、先に突出状態にあった他の筆記体のペン先を軸筒内に没入させる多芯筆記具であって、軸筒の後端に、窓孔を後方に開口させる開閉自在の開口部を設け、前記開口部を介して筆記体及び操作体を、軸筒内から取り外し可能且つ軸筒内に挿入可能に構成したことを特徴とする多芯筆記具。

(請求項11)
 前記各々の操作体は、それが連結される筆記体の内部に収容されたインキの色に着色される請求項1乃至10のいずれかに記載の多芯筆記具。

 もし、PILOT社以外が「リフィル多色ボールペンのノックボタンをインク同色」にしようと思ったら、①上記の特許範囲に入らないような仕組みでペン後端から芯交換をできるようにするか、あるいは、②(ふつうはペン後端に位置する)ノック部と一体化した替え芯をペン後端以外から替え芯を入れる構造を実現する、あるいは、③ノック部をペン後端以外に持たせる、という具合になります。そういったことは、コスト・効果(メリット)から見合わないと他社は判断し、リフィル多色ボールペンのノックボタンをインク同色にしていないのでしょう。

 もしも、他社のボールペンの書き心地の方が好きなのに、(何色もの替え芯を使い自由にカスタマイズできる)ノック部の色がインク同色の多色ボールペンを他社が出さないことを残念だと感じれば、上記①②あるいは③の簡単にできそうな仕掛けを考えてみると面白いかもしれませんね。

 交差点にあるLED信号機をじっくり眺めてみると、ほとんどすべてのLED信号機で、LEDの配置が「規則正しい格子には沿っていない」ということに気づきます。海外ではどうかわかりませんが、少なくとも日本で見かけるLED信号機は、縦と横に一定間隔で規則正しく並べられているのではなく、中央から放射状に(けれど少し不規則に)並んでいることがわかります。そこで、今日は、LED信号機のLED配置のヒミツについて考えてみることにします。

 緑・黄・赤といった「丸い信号灯」をLEDを並べて作ろうとするとき、ひとたび「綺麗に丸く見えること」にこだわってしまうと、「縦と横に一定間隔で規則正しく並べるわけにはいかない」ということに気づきます。 普通、信号灯は200個くらいのLEDを並べて「一個の丸信号灯」を形作っています。200個くらいのLEDを縦と横に一定間隔で規則正しく並べようとすると、およそ十数個×十数個という配置でLEDを並べることになります。つまり、それは小アイコンでドット絵師が丸いアイコンを描くのと同じような話です。しかし、右の画像は(たとえば)14×14個のLEDを並べて緑(青)信号を描いてみたものですが、なかなか「丸い信号灯」には見えないことがわかると思います。あるいは、海外の信号灯の例を右下に貼り付けてみましたが、この(LEDが三角メッシュ上に等間隔に配置された)信号灯は何だかギザギザに見え・丸くないように見えてしまいます。

 そうした結果、(信号灯を綺麗に丸くすることにこだわってしまうと)たとえばLEDを幾重にも並ぶ同心円上に並べて信号灯を作るといった作り方を用いることになります。しかし、「LEDを幾重にも並ぶ同心円上に並べて信号灯を作る」ということも、実際にやろうとすると結構難しい問題であることがわかります。なぜかというと、「(信号灯内部に変な模様・方向性を持たせないようにしようとすると)縦・横ともにLEDを等間隔に並べなければなりませんが、「同心円上にLEDが等間隔に配置されるような条件」といったものは、ちょっと考えてみると「不可能であり得ない条件だ」ということに気づくからです。

 たとえば、信号灯の中心に1個LEDを置き、そのLEDを中心として半径rの円を考えてみます。灯内部に変な模様・方向性を持たせないように、縦・横ともにLEDを等間隔に並べるためには、少しの単純化を行うと、(最初のLEDを中心とした)半径rの円上に、距離rおきにn個のLEDを配置すればよい、ということになります。しかし、半径rとなる円の一周長は2πrですから、(距離rおきにn個のLEDを配置するために)その長さ=2πrをrで割ってもその答えは整数にはなりません。それはつまり、同心円上にLEDが等間隔に配置するということは不可能だ、ということです。

 具体的には、半径1の円は、長さが2π×1=6.28….なので、その円上に(距離1で等間隔にLEDを配置しようとしても)上手く配置することができず、もしも距離1で等間隔に6個のLEDを置くと0.28ほどの長さが余ってしまい、その長さを吸収するためにはLEDの間隔を約1.04倍せざるをえない…という具合です。

 その結果、もしもLEDを配置する同心円間の間隔と、円上に並ぶLEDの間隔は同じではなくなり、縦と横に異方性を持つことになります。 もしも、「円上に並ぶLEDの間隔」の方が「同心円間の間隔」よりも小さくなってしまうと「バームクーヘンのように同心円が並んだ信号灯」に見えてしまいますし、「同心円間の間隔」の方が「円上に並ぶLEDの間隔」より小さくなってしまうと、中心から放射線が強く伸びるような模様に見えてしまうのです。

 だから、LEDで作った信号灯は「外形は丸く見えるけれど、その丸の内部には模様・方向性が見えてしまう」ということになります(参考:LED信号機図鑑)。ある信号はバームクーヘンのように見え、またあるものは放射線のように見え…それはπという不思議な存在のためと考えてみるのも、少し面白いとは思いませんか?

 今年8月8日、「中国の実業家が2年間かけて作った”ノアの方舟”を使い、その衝撃低減能力などの実証公開実験が行われ見事成功した!」というニュースが流れました。

 中国義浙江省烏市の承認・楊宗福さんが2年間をかけて「ノアの方舟」を製作した。発生するだろう地球の災難に対応するためだ。8月8日、楊さんが自作した「ノアの方舟」に入り、ほとんど垂直の50メートルの山の斜面から池に落ちて、人々に自分の発明成果を披露した。
 この直径4メートルのオレンジ色の大きな丸いボールは、重さは6トン、水面で33トンを積載可能。
 最も外側の層には、振幅減衰保護層を設計した。4層の3.5ミリメートルの鋼板で…300個の高強度の衝突吸収スプリングおよび75個のエアバックを設置。これらの装置は350トン程度の衝突を解消可能だ。トラックを時速100kmでノアの方舟にぶつけても、中にいた人は全然振動を感じなかった。

 このノアの方舟、限りなく夢に満ちていて・本当に心から楽しめるのですが(日本が誇るリアクション芸人である出川哲郎さんをぜひとも搭乗させて欲しいものです)、科学してみると「色々解せないところ」もあります。そこで、今回は、中国市民が作り上げた「ノアの方舟」を科学してみることにしました。

 まず、重量6トンだという球形「ノアの方舟」が時速100kmで走り来るトラックとぶつかったならどうなるでしょうか?…トラックの重量は最低でも2トンくらいはありますから、もしもトラックとノアの方舟が弾性衝突したとして計算すると、「ノアの方舟」は衝突直後には時速50kmではじき飛ばされてしまいます。ちなみに、重量2トンのトラックは方舟とは逆の方向に同じく時速50kmで跳ね返るような大事故です。
 この衝突が、「(ノアの方舟の)中にいた人は全然振動を感じなかった」という状態で済むとは…とても思えません。もしも、「中にいた人は全然振動を感じなかった」としたら、その人は衝突直後に、すでに振動といったものを感じない状態になってしまっていたのかもしれません。それはつまり、(…以下省略)

 そしてまた、「水面で33トンを積載可能」とありますが、直径4メートルの球が得ることができる水中での浮力は最大でもキッカリ・ポッキリ33トンになります。なぜなら、直径4メートルの球の体積に相当する水の重さが33トンであるからです。ということは、ノアの方舟自体の重量が6トンであることを考えると、もしも33トンの人や物資を積載したりしたらば、ノアの方舟の重量はトータル6+33=39トンになってしまいます。しかし、浮力は33トン分しか得られないということは、ノアの方舟は「水に浮くことができない」ということになります。つまり、「方舟(はこぶね)」という名前に反して、このノアの方舟は、水底にただひたすらに沈む金属球体と化してしまうのです。

 中国市民が作り上げた「ノアの方舟」を科学してみると、「ノアの方舟」が「水に浮かばない船」だったり、方舟がイキナリ時速50kmではじき飛ぶはずの状況下でも「中の人は何も感じない」といった「アレ?ん?」といった微妙な違和感も満ちています。…しかし、その違和感以上に、何より面白く・楽しさが満ちあふれているニュースであることも確かです。