圧気発火器のソースを表示

[[File:Fire piston.jpg|thumb|圧気発火器による発火実験の観察]]
'''圧気発火器'''(あっきはっかき){{sfn|日本機械学会年次大会講演論文集|2001|p=383}}、または'''圧気発火具'''（あっきはっかぐ）{{sfn|あかりと火の信仰|2007|p=3}}、英名のカタカナ表記からの'''ファイヤー・ピストン'''（{{Lang-en-short|fire piston}}）、'''発火ピストン'''{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=274}}、'''ファイヤー・シリンジ'''（{{Lang-en-short|fire syringe}}）と呼ばれるものは、空気を急激に圧縮することで(断熱圧縮)、[[火口 (点火具)|火口（ほくち）]]を加熱して[[発火法|発火現象]]を起こすための[[道具]]である。主に[[東南アジア]]で発火具として使われていた。ドイツの機械技術者であった[[ルドルフ・ディーゼル]]が東南アジアで使われていた圧気発火器に触れ、[[ディーゼルエンジン]]の発明に大きなインスピレーションを与えることになった{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=276}}。

== 構造と原理 ==
構造は、片方の端を密閉した筒に[[ピストン]]が入っており、手でピストンを押し下げるようになっている{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。筒の中またはピストンの先端に、[[もぐさ]]、[[綿]]などの着火材を火口として装着する。急激にピストンを押し下げるとシリンダ内の空気が[[断熱過程|断熱圧縮]]される{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。内部の温度が急激に上がり、これによって着火材が加熱し燃焼を起こすことで火種ができる{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。

圧気発火器は、[[気体]]をピストンを押し下げる仕事により、気体の[[分子]]の[[運動エネルギー]]が増して温度が高くなることを利用している{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。理想気体の圧力<math>P</math>と体積<math>V</math>の断熱過程には、[[ポアソンの法則]]より以下の関係がある。ここで<math>\gamma</math>は[[比熱比]]である。

{{Indent|<math> PV^{\gamma} =\text{const.}</math>}}

空気はそのほぼすべてが2原子分子であり{{efn|[[窒素|N<sub>2</sub>]]と[[酸素|O<sub>2</sub>]]で約99%を占める}}、2原子分子の[[比熱比]]は<math>\gamma = 1.4</math>である。ポアソンの法則と[[状態方程式 (熱力学)|状態方程式]]から、空気の絶対温度<math>T</math>[K]と体積<math>V</math>の断熱過程には以下の関係がある{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。

{{Indent|<math> TV^{0.4} = \text{const.}</math>}}

ここで、[[温度]]<math>T_1</math>、[[体積]]<math>V_1</math>であった空気を圧縮して体積を<math>V_2</math>にしたとき、温度が<math>T_2</math>になったとすると、上の関係から以下となる{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。

{{Indent|<math> T_2 V_2^{0.4} = T_1 V_1^{0.4} </math>}}

{{Indent|<math> T_2 = T_1(V_1 / V_2)^{0.4} </math>}}

たとえば温度27°Cの空気を1/10に圧縮すると、<math>T_1 = 273 + 27 = 300[K]</math>、<math>V_1 / V_2 = 10</math>であるから、

{{Indent|<math> T_2 = 300 * 10^{0.4} = 754[K]</math>}}

つまり、481°Cになり、着火材が発火する温度になることがわかる{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。

このとき空気の圧力は、圧力は体積に反比例するので10倍、絶対温度が300Kから754/300 = 2.5倍、両方で25倍になる{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=91}}。最初の圧力は1気圧であるから、25気圧まで圧縮する必要がある{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=92}}。仮にピストン断面を1cm<sup>2</sup>とすると、1気圧は1cm<sup>2</sup>あたり約10[[ニュートン (単位)|N]]で、25気圧まで圧縮するためには、250Nで押す必要がある{{sfn|近角、日常の物理事典|1994|p=92}}。

== 東南アジアの圧気発火器 ==
=== 概要 ===
[[File:Firepiston colleciton of Walter Hough.jpg|thumb|ウォルター・ホウが収集した東南アジアの圧気発火器。1および2、マレー半島。3および4、フィリピン諸島。5、ジャワ島]]
アメリカの民俗学者の{{仮リンク|ウォルター・ホウ|en|Walter Hough}}は、『Fire as an Agent in Human Culture』の中で[[マレー半島]]、フィリピン諸島、ジャワ島で発見した圧気発火器を報告している。{{仮リンク|ヘンリー・バルフォア|en|Henry Balfour}}は、マレー半島、[[スマトラ島]]、[[ボルネオ島]]、[[ジャワ島]]、[[フローレス島]]、[[ルソン島]]など東南アジア一帯に広く分布していることをエスノグラフィーに記している{{sfn|大林、火|1974|p=92}}。また圧気発火器の素描が残っている{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=275}}。[[安田徳太郎]]は[[ビルマ]]の[[シャン族]]、[[カチン族]]が圧気発火器を使っていると自著に記している{{sfn|安田、火と性の祭典|1957|p=133}}。

特許事務所を経営し技術史の研究を行っていた奥村正二は、[[太平洋戦争]]の頃に[[ペナン島]]を訪れた知人より、同島に古くから伝わるという圧気発火器を譲り受けた{{sfn|奥村、世界の自動車|1964|p=8}}。筒もピストンも[[スイギュウ|水牛]]の角でできており、ピストン側の棒の先端部には糸が巻かれ、油が塗ってありシリンダー内の気密を保つようになっていた{{sfn|奥村、世界の自動車|1964|p=8}}。奥村は著書『世界の自動車』で紹介している{{sfn|奥村、世界の自動車|1964|p=8}}。

[[関西大学]][[教授]]であった下間頼一は、太平洋戦争時にスマトラ島に駐屯していた陸軍士官が持ち帰ったという水牛の角でできた圧気発火器を譲り受けた{{sfn|下間、関西大学博物館紀要|2003|p=85}}{{efn|下間頼一は、譲り受けた圧気発火器を[[関西大学博物館]]に寄贈している{{sfn|下間、関西大学博物館紀要|2003|p=85}}。}}。下間は、東南アジアの圧気発火器は伝統的な[[焼畑農業]]に使われ、これは多雨多湿の環境下では火種の維持が難しく、圧気発火器による着火が都合がよかったと推察した{{sfn|下間、関西大学博物館紀要|2003|p=82}}。

=== 起源 ===
結論を述べると東南アジアにひろく存在した圧気発火器の起源は未詳である{{sfn|下間、関西大学博物館紀要|2003|p=82}}。

既述のように、[[ペナン島]]の圧気発火器を入手した奥村正二は、この圧気発火器の起源に興味を持ち、読者からの反応を期待して自著『世界の自動車』において、この圧気発火器を掲載したが{{sfn|奥村、世界の自動車|1964|p=8}}、反応は皆無であった{{sfn|奥村、技術史をみる眼|1977|p=108}}。そこで、[[亜細亜大学]]の教授であった玉置正美がペナン島を訪問すると聞き、調査を依頼した{{sfn|奥村、技術史をみる眼|1977|p=108}}。しかし玉置からの報告は「圧気発火器は[[太平洋戦争]]中の不愉快な記憶と一体に結びついているようで、深く問いただすことができなかった」と奥村は記している{{sfn|奥村、技術史をみる眼|1977|p=108}}。

岩城正夫は、奥村の所有していた圧気発火器の実物を見せてもらったことがあった{{sfn|岩城、原始技術史入門|1976|p=94}}。岩城は「技術が孤立して1つだけ存在するというのはまず考えられない。かならず類似の何かからヒントを得て生まれるし、それがまた必ず別の新しい技術のヒントになる《原文ママ》{{sfn|岩城、原始技術史入門|1976|p=95}}」としながら、「(圧気発火器による)この発火法だけは、あたかも孤立して、たった1つだけ存在しているかとさえ思われるほどである{{sfn|岩城、原始技術史入門|1976|p=96}}」と自著に記している。また岩城は「(水牛の角でつくられた圧気発火器について)ピストンを使っていること、空気がもれない工夫が必要なこと、圧縮して中の温度が高まることを承知していなければやれないこと、火口としてモグサの使用など、いろいろなことから考えて、どうも近代的な臭いがしないでもない」とも記述している{{sfn|岩城、原始技術史入門|1976|p=97}}。

中国科学史の研究を行っていた[[ジョゼフ・ニーダム]]は、マレーシアやインドネシア付近の原始民族によって独自に発見したものだが、いつ頃発見されたかを示すことは困難であるとしている{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=275}}。ニーダムは、この東南アジアの圧気発火器の起源は中国の[[鞴]](ふいご)が起源であったと推測した{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=274}}。ニーダムによると中国の[[周]]の時代、製鉄のために使われるようになった鞴は大型動物の皮からつくった皮袋であった{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=272}}。それが、缻(ほとぎ){{efn|青銅または鉄でできた半円筒型の入れ物}}に皮をかぶせた[[アコーディオン]]ようなものに変化した{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=272}}。その後、皮の部分が徐々に減り、木の幹を繰り抜いて単動シリンダーをつくり補強した皮のピストンを取り付けたものに変化した{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=272}}。ニーダムによれば[[雲南省|雲南地方]]にも単動ピストンによる鞴があり、東南アジアの圧気発火器の着想のもとになったのではないかと推察した{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=275}}。

=== ヨーロッパへの伝来 ===
16世紀に、ジャワ、マレー方面に進出したヨーロッパ人が、東南アジアの圧気発火器と遭遇したと考えられる{{sfn|安田、火と性の祭典|1957|p=134}}。ヨーロッパ人たちは、これに感心して、改良した金属製の圧気発火器を作成した{{sfn|安田、火と性の祭典|1957|p=134}}。

[[イギリス]]では[[1807年]]に最初の圧気発火器の[[特許]]が取られている{{sfn|安田、火と性の祭典|1957|p=133}}{{efn|このヨーロッパで発明されたとされる圧気発火器については、東南アジア由来のものであるとする説とヨーロッパ独自の発明であるという説がある{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=330}}。[[ジョゼフ・ニーダム]]は、ヨーロッパの圧気発火器は東南アジアの物の再発明であると論じている{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=330}}。}}。以後、[[フランス]]、[[ノルウェー]]、[[スウェーデン]]、北米で広く発火具として使用されたと伝わっている{{sfn|安田、火と性の祭典|1957|p=133}}。しかし、マッチが登場すると次第に消滅していった{{sfn|安田、火と性の祭典|1957|p=133}}。

=== 製法 ===
ヘンリー・バルフォアの研究によれば、東南アジア一帯の圧気発火器は、円筒、ピストン、火口その他の付属品からなっている{{sfn|大林、火|1974|p=92}}。素材は象牙、水牛の角の他に、木や竹が用いられ、これらを削って作られていた{{sfn|大林、火|1974|p=92}}。ピストンには把手がつけられ、先端に窪みが掘られており、先端部の外周には紐や布が巻きつけられ、これがパッキンの役割を果たす{{sfn|大林、火|1974|p=92}}。

以下、マレーシアのセメライ族による圧気発火器の製造の様子を記録した動画のリンクである。

* {{YouTube|5NKq4ChNOew|Firepiston construction 1, demonstrated by a native Semelai. Part 1 of 2}}
* {{YouTube|yK2yqcKdUZc|Firepiston construction 2, demonstrated by a native Semelai. Part 2 of 2}}

=== ディーゼルエンジン発明のインスピレーション ===
<gallery heights="240px" widths="160px">
ファイル:Carl von Linde 1868.jpg|[[カール・フォン・リンデ]]
ファイル:Rudolf_Diesel2.jpg|[[ルドルフ・ディーゼル]]
ファイル:Second prototype of the Diesel engine (1894), 2.jpg|ルドルフ・ディーゼルが発明した最初のディーゼルエンジン
</gallery>

[[冷凍機]]の発明で著名であった[[カール・フォン・リンデ]]は、[[マレーシア]]の[[ペナン島]]での講演に招かれたときに土産として圧気発火器を譲り受け、ドイツへ帰国した{{sfn|関西大学博物館紀要|2003|p=86}}。1877年頃、リンデが[[ミュンヘン工科大学|ミュンヘン工業学校]]での帰朝講演で、この圧気発火器を実演して、葉巻に火をつけた{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=276}}{{sfn|関西大学博物館紀要|2003|p=86}}。[[ルドルフ・ディーゼル]]は、この講演を聴講していた{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=276}}。ディーゼルは「この体験は、高圧内燃機関を発明するのに、もっとも大きな刺激となったもののひとつだった」と回顧している{{sfn|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974|p=276}}。

== 断熱圧縮についての理科実験 ==
[[File:Fire piston.jpg|thumb|実験観察用として透明アクリルチューブを使った圧気発火器による圧縮発火の実験]]

理科教育を専門とする[[滝川洋二]]は、断熱圧縮への理解として、圧気発火器の理科授業での実施は有効であると主張している{{sfn|物理がおもしろい!!|1995|p=180}}。また、ディーゼルエンジンの原理理解にとっても、実験を通した授業は有効であるとされる{{sfn|日本機械学会年次大会講演論文集|2001|p=383}}。

=== 圧縮発火実験の概要 ===
アクリルやガラスなどでできた透明の筒をもつ圧気発火器を用いれば、筒の中の状態を目で観察できる{{sfn|たのしくわかる物理実験事典|1998|p=255}}{{sfn|酒井佐保の熱学教科書|2007|p=3}}。筒の中に火口として綿、ティッシュペーパーなどを入れて、一気にピストンを押し込むと、発火の様子が観察できる{{sfn|酒井佐保の熱学教科書|2007|p=4}}。

=== 他の状態変化の観察 ===
[[ドライアイス]]は1気圧のもとでは固体から気体に昇華するが、透明な筒でできた理科実験用の圧気発火器の中にいれてゆっくりとピストンを押し下げると、ドライアイスの液化が観察できる{{sfn|たのしくわかる物理実験事典|1998|p=256}}。この状態から、ピストンを引き上げると再び固体のドライアイスに戻る{{sfn|たのしくわかる物理実験事典|1998|p=256}}。また[[ブタン|ブタンガス]]をシリンダ内に入れてゆっくり圧縮するとやはり液化したブタンを観察することができる{{sfn|たのしくわかる物理実験事典|1998|p=256}}。

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== アウトドア用品 ==
[[File:STS Fire Piston.JPG|thumb|アウトドア用の圧気発火器]]
[[アウトドア]]用途の発火用具として、主に金属製の圧気発火器が販売されている。

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== 脚注 ==
=== 注釈 ===
{{Reflist|group="注釈"}}

=== 出典 ===
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
* {{cite book|last = Walter|first = Hough|title =
Fire as an Agent in Human Culture|publisher =  Washington : Smithsonian Institution Press|date = 1926|ref = {{Harvid|Fire as an Agent in Human Culture|1926}} }}
* {{Cite book|和書|author = 安田 徳太郎|authorlink = 安田徳太郎|title = 火と性の祭典|date = 1957|series = 人間の歴史|publisher = 光文社|ncid = BN03213965|ref = {{Harvid|安田、火と性の祭典|1957}} }}
* {{Cite book|和書|author = 八幡 一郎|authorlink = 八幡一郎|title = 生活技術の発生|date = 1960|publisher = 角川書店|series = 図説世界文化史大系|ncid = BN02787812|ref = {{Harvid|生活技術の発生|1960}} }}
* {{Cite book|和書|author = 奥村 正二|title = 世界の自動車|date = 1964|publisher = 岩波書店|series = 岩波新書|ncid = BN01814625|ref = {{Harvid|奥村、世界の自動車|1964}} }}
* {{Cite book|和書|author = Joseph Needham|authorlink = ジョゼフ・ニーダム|translator = 山田慶児|title = 東と西の学者と工匠(上)|date = 1974|publisher = 河出書房新社|ncid = BN01279791|ref = {{Harvid|ニーダム、東と西の学者と工匠(上)|1974}} }}
* {{Cite book|和書|author = 大林 太良|authorlink = 大林太良|title = 火|date = 1974|publisher = 社会思想社|ncid = BN02341675|ref = {{Harvid|大林、火|1974}} }}
* {{Cite book|和書|author = 岩城 正夫|title = 原始技術史入門|date = 1976|publisher = 新生出版|ncid = BN00085031|ref = {{Harvid|岩城、原始技術史入門|1976}} }}
* {{Cite book|和書|author = 奥村 正二|title = 技術史をみる眼|date = 1977|publisher = 技術と人間|ncid = BN02162519|ref = {{Harvid|奥村、技術史をみる眼|1977}} }}
* {{Cite journal|和書|author = 下間 頼一|title = 技術の起原に機械と人間の原点をたずねる : 生活の知恵の多彩な発展|date =  1982-01-05|publisher = 関西大学博物館紀要|journal = 日本機械学會誌|volume = 85|issue = 758|pages = 33-37|naid = 110002473858|ref = {{Harvid|下間、日本機械学會誌|1982}} }}
* {{Cite book|和書|author = 近角 聡信|title = 日常の物理事典|date = 1994|publisher = 東京堂出版|isbn = 4-490-10372-7|ref = {{Harvid|近角、日常の物理事典|1994}} }}
* {{Cite book|和書|editor = 滝川 洋二|authorlink = 滝川洋二|title = 物理がおもしろい!!|date = 1995|publisher = 日本評論社|isbn = 978-4-53578216-7|ref = {{Harvid|物理がおもしろい!!|1995}} }}
* {{Cite book|和書|authtor = 左巻 健男|authorlink = 左巻健男|authtor2 = 滝川 洋二|title = たのしくわかる物理実験事典|date = 1998|publisher = 東京書籍|isbn = 4-48773138-0|ref = {{Harvid|たのしくわかる物理実験事典|1998}} }}
* {{Cite journal|和書|author = 山本利一|author2 = 松田純典|author3 = 牧野亮哉|title = 圧気発火器の改良と圧縮点火エンジンの仕組みを学習する授業実践|date = 2001|publisher =日本機械学会|journal = 日本機械学会年次大会講演論文集|pages = 383-384|naid = 110002527156|ref = {{Harvid|日本機械学会年次大会講演論文集|2001}} }}
* {{Cite journal|和書|author = 下間 頼一|author2 = 緒方 正則|title = 発火ピストン : 東南アジア山地民の生活の知恵|date = 2003-03|publisher = 関西大学博物館紀要|journal = 関西大学博物館紀要|issue = 9|pages = 79-87|naid = 110001136999|ref = {{Harvid|下間、関西大学博物館紀要|2003}} }}
* {{Cite book|和書|author = 吉田 善一|title = 酒井佐保の熱学教科書|date = 2007|publisher = 冨山房インターナショナル|isbn = 978-4-90238529-8|ref = {{Harvid|酒井佐保の熱学教科書|2007}} }}
* {{Cite book|和書|editor = 天理大学附属天理参考館|title = あかりと火の信仰 : おこす・ともす・いのる|date = 2007|publisher = 天理大学附属天理参考館|ncid = BA8136829X|ref = {{Harvid|あかりと火の信仰|2007}} }}

{{Commons|Category:Fire piston|圧気発火器}}

{{DEFAULTSORT:あつきはつかき}}
[[Category:点火]]
[[Category:原始的技術]]
[[Category:科学教材]]
[[Category:歴史上の機器]]
[[Category:ルドルフ・ディーゼル]]