【備考】

(比重)

  ある物体の質量と それと同じ体積を持つ標準物質の質量との比。通常 摂氏4度の水を標準物質とする。

    * ある物質の 体積1L(リットル)当りの質量(重さ)。単位は、kg/L 。

        例 :体積1Lのアルミニウムの質量は、2.7kg。

(アルキメデスの原理)

  液体の中にある物体は、それが押しのけた液体の重さと同じだけの その物体を浮かそうとする力浮力)を受けます。

    * 水で満たされた水槽に「タンク」を沈めると水は溢れ出します。水槽の中にある「タンク」は、溢れ出した水の重さと同じだけの その「タンク」を浮かそうとする力浮力)を受けます。この時 「タンク」の重さが溢れ出した水の重さよりも 重ければ「タンク」は沈み(『沈む力』を有し)、軽ければ 「タンク」は浮きます(『浮く力』を有します)。

        * これ以降も出て来る『浮く力』『沈む力』とは 便宜上の言葉で、物理用語ではありません。

 

 

【同等内容積(10L)タンクの比較】

(注意)

1. スチール、アルミ 何れのタンクも 正しくは極少量の添加物を含む合金で作られています。ここではそれを単一金属としての比重を基に計算しているので、その値は 実測値とは若干異なります。

    * スチール合金(クロム、モリブデン等を添加) ⇒ 鉄 7.8(kg/L)

    * アルミ合金(マグネシウム、珪素 等を添加) ⇒ アルミニウム 2.7(kg/L)

2. 空気の重さを 0.00128kg/L、タンクバルブの素材である黄銅の比重を 8.4(kg/L) で計算しています。

3. タンクには、製造過程で重量に若干のバラつきが生じます。ここでは スチール、アルミ各タンクの平均的重量値を計算に用いています。

4. 「ブーツの付いていないアルミタンク」との比較なので、スチールタンク・ブーツの重量・体積は 計算に含まれていません。

5. 比較する各タンクは、常用充填圧力200気圧用タンクです。

6. ダイバーが潜る海水は、1.025kg/L 、各タンクが海水中で受ける浮力は、『総体積×1.025』 として計算しています。

7. 高圧ガス保安法の施行(平成9年4月1日)に伴い、新たに製造されるタンクの刻印 および 官庁に提出する書類は全て 国際単位(International System of unit  略称 SI単位)の『Pa(パスカル)』で表示・算出することになりましたが、ここでは従来通りの『気圧』を用いています。

 

   スチールタンク

    総重量 15.76

     ●タンク      12.5kg

     バルブ      0.7kg

     空気         2.56kg

               (体積10L×充填圧力200気圧×空気比重0.00128kg/L)

    総体積 11.68L

     ●タンク        1.6L (タンク重量 12.5kg ÷ 鉄比重 7.8kg/L)

     バルブ      0.08L (バルブ重量 0.7kg ÷ 黄銅比重 8.4kg/L)

     空気       10L

    海水による浮力 11.97kg (総体積 11.68L × 海水比重 1.025kg/L)

    タンク重量は製造年代やメーカーにより 0.5〜1kg程異なります。これにより生じる誤差については、下記各項において補足説明致します。

        * AQUA-LUNG 10L メタリコンタンク タンク重量(平均)13.5kg

 

   アルミタンク

    総重量 17.16kg

     タンク      13.9kg

     バルブ      0.7kg

     空気         2.56kg

              (体積10L×充填圧力200気圧×空気比重0.00128kg/L)

    総体積 15.23L

     タンク        5.15L (タンク重量 13.9kg ÷ アルミ比重 2.7kg/L)

     バルブ      0.08L (バルブ重量 0.7kg ÷ 黄銅比重 8.4kg/L

     空気       10.L

    海水による浮力 15.61kg (総体積 15.23L × 海水比重 1.025kg/L

  

左図》は 『両タンクの比較』を目的とした略図なので、実際のタンク形状とは異なります。

 

 

【解説】

1. アルミ合金はスチール合金よりも はるかに軽い素材なのに 何故、アルミタンクはスチールタンクよりも重くて 背が高いの?

    * ここでは スチール、アルミ両タンクを単純比較するため、タンクバルブの重量・体積を計算から省いています。

  海中にある物体は浮力を受けます。それはタンク内の空気も同じです。

  『内容積10Lのタンクに200気圧充填された空気』(以後 空気と表記)は、

    ↓重さ  2.56kg (体積10L×充填圧力200気圧×空気比重0.00128kg/L)

    ↑浮力 10.25kg体積10L×海水比重1.025kg/L)

  なので、約7.7kgの『浮く力』を有します。

  ダイバーは これを解消しないと沈まないので、そのタンクには、空気が有する『浮く力』の解消(使い易さ)と 耐圧強度の確保(安全性)が求められます。

  スチール合金の比重は7.8で、体積1L当たり‥

    ↓重さ  7.8

    ↑浮力 1.025kg

  なので、約6.8圓痢慊世猯蓮戮鰺します。

  耐圧強度にも優れているので タンクの壁は薄く、その体積は 僅か1.6L。重さは13.5圓如空気が有する『浮く力』(約7.7圈砲皺鮠辰任ます。

  これに対して、アルミ合金の比重は2.7で、体積1L当たり‥

    ↓重さ  2.7

    ↑浮力 1.025kg

  なので、約1.7圓痢慊世猯蓮戮靴なく、耐圧強度も劣っています。

  これを スチールタンクと同じ量(1.6L)使ってタンクを作ると、その重さは約4.3圓靴なく、空気が有する『浮く力』(約7.7圈砲魏鮠辰任ないばかりか 耐圧強度も満たせません。

  そんなアルミタンクを実用化する方法として 壁をより厚くした(自重を増やした)結果、アルミタンクはスチールタンクよりも重くなってしまいました。

    * 浮力は液体中のみ、陸上では作用しません。

(解説 その2)

  異なる素材(AB)を使って、気体Q(体積12L・重さ2圈砲鮗める容器を作ります。

  水中にある物体は、それが押しのけた液体の重さと同じだけの その物体を浮かそうとする力浮力)を受けるので、気体Qは 10圓痢愽發力』を有します。

  これに対して‥

  素材A(比重6.0)は 5/Lの『沈む力』 を有するので、体積2Lを使って‥

  素材B(比重3.0)は 2/Lの『沈む力』を有するので、体積5Lを使って‥

  それぞれ容器を作れば 気体Qは沈みます。

  この時 素材Aで作った容器の重さは 比重6.0×2L=12 なのに対して、素材Bで作った容器の重さは 比重3.0×5L=15 になります。

    * 浮力は水中のみ、陸上では作用しません。

  アルミ合金はスチール合金よりも軽いので、アルミタンク(Bに相当)はスチールタンク(Aに相当)より 重くなってしまいました。

 

  スチール、アルミ どちらのタンクを使う時でも、BCDやハーネスを装着する部分(タンク外径)に大差がない方が、ダイバーにとっては都合が良い。そこで 先に製造開始されたスチールタンクの外径を基にしたので、アルミタンクの空気室は細長く、その外観は背の高いものになりました。 

 

 

2. エキジット間際の浅深度で、体が浮き気味になるのは何故?

 

  タンクの総重量には、空気の重さも含まれます。

  通常 ダイバーが使用する『オープンサーキット(開放式)デマンドレギュレーター』は、呼気を水中に放出します。

  内容積10L・200気圧充填タンクの残圧が 50気圧になった時のタンクの総重量は、エントリー時よりも 『水中に放出された空気(呼気)の重さ』約2kg分減ります。これは、水中でウエイトを2塒遒箸靴浸と同じです。

  特に 「適正潜降できる限界までウエイトを減らして」、或いは「ヘッドファーストやラインを使って強引に」潜降した場合は 明らかなウエイト不足なので、ダイビング後半で 体が浮き気味になります。

    * 安定呼吸下でのフィートファースト(feet fast)潜降。

 

 

3. スチールタンクに比べて)アルミタンクで潜ると、体が浮き気味にらるのは何故?

 

  内容積10L・200気圧充填のスチール、アルミ両タンクの 海中での『総重量と浮力との差』(浮き沈み)を比較すると‥、

         スチールタンク総重量 15.768kg  浮力 11.97kg  『3.79kgの沈む力』

               アルミタンク総重量 17.16kg  浮力 15.61kg  『1.55kgの沈む力』

  となり、スチールタンクはアルミタンクよりも 約2.2kg多い『沈む力』を有しています。アルミタンクから見れば、スチールタンクは ウエイトの付いたタンクです。

  そのため 前回スチールタンクで潜ったダイバーが 今回アルミタンクを使って前回と同様のダイビングを行うには、この『沈む力』の差に相当する 最低2kgのウエイト増量が必要です。

  しかし多くの場合 この調整を行なわずにアルミタンクで潜るので、ダイバーの体は『浮き気味』になるのです。

    * (例)10Lスチールタンク&装着ウエイト6kg ⇒ アルミタンク&同8kg

        + 10L以外のタンクについては、

            別記 『ダイバーが装着するウエイト量』 をご覧下さい。

 

 

4. 「タンクの材質(スチール、アルミ)によってウエイトを調整しなければならない」 この手間 何とかならないの?

 

  スチールタンクと同等の『沈む力』(総重量と浮力との差)を有するアルミタンクを製造すれば、ダイバーは材質を理由としたウエイト調整が開放されます。

  ところがその様なアルミタンクとは、タンク重量 17.5kg、充填時の総重量 20.76kg。現状の充填済みアルミタンクよりも 約3.6kg、スチールタンクよりも 約5kg重くなり、とても実用には適さない代物です。

  故にアルミタンクは タンク重量を現状の 13.9kg(充填総重量17.16kg)に留めて、スチールタンクとの間に生じる『沈む力』の差(約2.2kg)の解消は ダイバーによるウエイト調整に委ねたのです。

 

  では逆に スチールタンクをアルミタンク並みの『沈む力』(総重量と浮力との差)にすべく、重量を軽減(肉厚を薄く)できるかと言えば‥、

  導き出されるスチールタンクとは タンク重量 約9.92kg(総重量 13.18圈砲如 空気が有する『浮く力』(約7.7圈砲禄淑解消できますが、重量の2割減った分 当然 容器の肉厚も薄くなるので 十分な耐圧強度が得られません。

 

    * より耐圧強度に優れたスチール合金は、既に存在します。また それを使ってタンクを作ることも可能です。しかし 新奇製造に伴い価格が上昇したタンクの購入費用と 現存タンクの破棄費用、これらがレンタルタンク代に添加されることを、ダイバーが容認するとは思えません。

    * ダイバーにとって スチールタンクが有する『沈む力』はウエイトの一端を担っています。タンク重量が現状よりも軽くなれば、ダイバーは装着ウエイト量を増やさなければなりません。

        参照 : 『ダイバーが装着するウエイト量』

 

 

5. タンクの重さ、何とかなりませんか?

 

  高圧とは言え、僅か3kgにも満たない空気を運ぶタンクの重さが12kg以上もある。「ペットボトル程に軽ければ‥」と 誰もが思うこと。しかし キャップをした空の(実際には大気圧の空気が入った)ヘットボトルでさえ、簡単には沈みません。仮に ペットボトルの様に薄くて軽く、耐圧強度にも優れた素材が発明させたとして、それで作られたダイビング用タンクは 使い物になりません。

 

  【解説で説明した通り、空気は『約7.7kgの浮く力』を有しており、ペットボトルの様な超軽量タンクを装着したダイバーは 現行プラス8kgのウエイトを装着しなければ 沈むことは出来ません。つまり ダイビング用タンクには、空気が有する『浮く力』を相殺するだけの重量が必要なので、軽量素材によるタンク総重量の軽減は難しいのです。

    * 新素材の開発は『軽量・高強度』が主流です。浮力という特殊な条件下を考慮した素材の開発は、シートピア計画の様なものが具体化しない限り 実現は有り得ないでしょう。

 

  『タンク総重量の軽減方法』として 『超高圧充填によるタンクの小型化』が挙げられますが、その実現も困難と言えます。

  高圧ガス製造業者(タンクを充填・貸出する側)からすれば、『現存設備の減価償却』 『新設備への投資』 『資金の回収(=料金値上げ)』は難題です。超高圧ともなれば、その新規設備費は高額となり、それをタンクの貸出価格にそのまま転嫁することはできません。

  超高圧充填タンクは、ダイバーにとっても負担増です。レギュレーターの改良や買い替え、残圧計や高圧ホースの取替、タンクレンタル代の値上げ等々。

    * 仮に 現在使われている(10L・200気圧充填)スチール合金タンクの耐圧強度を2倍にして 5L・400気圧充填が可能になったとしても、タンク総重量が半減される訳ではありません(タンク総重量は約10kg)。陸上において フル装備のダイバーが移動する距離は ポイントによって大きく異なりますが、その際の負担重量を5kg減らすための費用対効果を考えれば、実現の難しさを実感できると思います。( 貴方は、『5kg軽量化、レンタル代 5割増〜倍額』のタンクを望みますか?)

  開発面・金銭面 いずれにおいても、軍事・業務用ならともかく 民生用としての実現・普及は難しいのです。

  

 

6. 『残圧50気圧ルール』の点から考えれば水中でのバランス(総重量と浮力との差)に優れたアルミタンクではありますが、国内では 好評とは言えません。理由として 以下のことが考えられます。

 

    * アルミタンクの利点として錆びないことが挙げられますが、スチールタンクも材質を改良することで 非常に錆び難くなりました。

    * アルミタンクは、日本人(特に女性)には長すぎて使い辛い。

    * ダイバーの装着重量(陸上での荷重)を比較すると、アルミタンクはスチールタンクよりも少なくとも約3.4埆鼎なります。

       (増加分内訳)

           スチール、アルミ各タンクの総重量の差: 約1.4kg

           スチール、アルミ各タンクの『総重量と浮力との差』を補うためのウエイト量 : 約2kg (上記「」参照)

 

 

7. 10L・200気圧充填可能(同容籍・同充填圧)スチールタンクの中から、充填済(未使用)と使用済を素早く判別する手段として、タンク中程をノックした時の音の高低差を用いる『簡易法』があります。

 

    * 原理は 弦楽器と同じで、高[低]張力(高[低]タンク内圧)では 打音は高[低]音程となります。

    * タンク肉厚には若干のバラつき(肉厚差)があるので、タンク残圧と打音(音の高低)との関係にも 僅かに違いが生じます。因ってこの方法は おくまでも目安と考え、最終確認には 必ずエアモニター(残圧計)を使用して下さい。

    * 異なる容積・常用圧力のスチールタンクの比較には 使えません。

    * アルミタンクでは 音の高低幅が狭く、判別が難しいので適用外です。

 

 

 

 寄せられた問いにお答え致します。

 

  『スチールタンクとアルミタンク』の【解説】を読んでいると アルミタンクが厄介者の様に思えてきます。確かに国内ではスチールタンクを多く見かけますが、私が行った海外のダイビングスポットでは 全てアルミタンクが使われていました。この違いは何なのでしょうか。

 

  仰るとおり スチールタンクの優位性を唱え、アルミタンクが厄介者であるかの様に受け取れる内容なので、ここで擁護します。

  クストーやガニアンらによって開発されたSCUBAは 1949年にアメリカに伝わり、更に『アメリカ式のSCUBAダイビング』が全世界に広がりました。

    * 指導団体、海外リゾートの建設、器材販売網 等々。

  当初はスチールタンクしかなく、しかも現在よりも遥かに錆び易いものでした。アルミタンクは1950年代半ば頃には製造が始まりましたが、現在の様に形状が整えられたのは 1970年代初頭のことです。

  重器材が今よりも遥かに高価で その殆んどが輸入品だった時代、日本で特許に抵触する事無く また 技術的・コスト的に製造可能な重器材はスチールタンクぐらいでした。折しも アルミタンクの破裂事故や上記【解説6】の内容 等も相まって、日本ではスチールタンクが主流となりました。

    * 破裂事故はアルミタンクに限ったことではなく、スチールタンクでも起きていました。それにも拘らず アルミタンクだけが誇張されたのは、納得のいかないところです。

  既に海外にはアメリカ(アルミタンク)の販売網が確立されていて スチールタンクが進出する余地は無く、日本だけが例外的な地域となりました。

 

(補足) 先に述べた『アメリカ式SCUBAダイビング』について‥

1.  国土が広大でレンタルが難しいアメリカでは、(日本に比べて)マイタンクが普及しています。

    * ダイバーが借受・返却に立ち寄る手間。加えて SCUBA開花期のダイバーは 皆お金持ち。クルーザーへの常設ヤ維持・管理を考えると、当時錆び易かったスチールタンクよりもアルミタンクの購入を選択した という経緯があります。

  更にアメリカから世界中にSCUBAは広がっていったので、当然 アルミタンクが世界の本流となりました。

    * 特に南の島では、維持・管理の点(錆びない)からもアルミタンクが選択され、その流通ルートも確立されました。

2. 下の表は、10L・200気圧充填タンク1本の海水中における『浮き沈み』(総重量と浮力との差)、「残圧200、50気圧時の総重量」「浮力」を示したものです。

タンク重量 *

(kg)

各タンク圧における浮き沈み

総重量 *

(200気圧)

浮力

総重量 *

(50気圧)

200気圧

50気圧

 アルミ    W13.9

1.55kg沈む力

0.37kg浮く力

17.16kg

15.61kg

15.24kg

スチール W12.5

3.79kg沈む力

1.87kg沈む力

15.76kg

11.97kg

13.84kg

    * タンクに刻印されている本体のみの重量。タンクバルグの重量は 含まれません。 (13.9 kg ≒ 30.7 ポンド)

    * タンク本体、タンクバルブ、空気(各タンク圧)の合計重量。「ブーツ無しアルミタンク」と比較するために、ここでは敢えて タンクブーツの重量を加算していません。

    * 浮力については、上記 (アルキメデスの原理) をご覧下さい。

    * 製造年代やメーカーにより スチールタンクの本体重量には、0.5〜1圓虜垢あり、「沈む力」も若干異なります。詳細については、

         別記 『ダイバーが装着するウエイト量』 をご覧下さい。

  欧米人は比較的寒さに強く、水温が高い水域ではラッシュガード等で潜ります。ラッシュガード着用ならば 浮力を解消するためのウエイトを必要としないので、『ウエイト(錘)付きタンク』とも言えるスチールタンクよりも 水中バランスに優れたアルミタンクは有利です。(上記表参照)

  また 欧米人ダイバーは日本人ダイバーに比べて体が大きく 空気消費量が多いので、ダブルタンクの使用頻度が高まります。この場合も、水中バランスに優れたアルミタンクは有利です。

3. 複数本のタンク装着が求められるダイビング(作業・洞窟・深深度潜水 等)では、タンクが有する『沈む力(一部 浮く力)』が装着本数に比例します。

  満充填のスチールタンク3本は

    (タンク総重量15.76kg − 浮力11.97kg) × 本数3 = 11.37kg

  の『沈む力』を有し、更に 深く潜れば その水圧に伴うスーツ[インナーウェア]が有する『浮く力』の減少分が加わるので、ダイバーのウエイト調整は複雑になります。アルミタンクを使えば、この煩わしさから開放されます。

    * 複数本アルミタンクの浮き沈みは、BCDによる浮力調整でカバーできる範囲内です。

    * アルミタンクは『沈む力(一部 浮く力)』が小さいので、水中における取扱(取り回し)が容易です。

4. 欧米人ダイバーは日本人ダイバーに比べて 海外リゾートでの滞在日数が非常に長いので、1日1回の 複数本タンクを装着しての深深度ダイビングは珍しくありません。

    * 午後は観光その他、遊び上手。

  また 明確な潜水目的を持ち、そのために複数本タンクによるダイビングを行う傾向があります。

 

 

 

(余談)

  陸上では ゲージ圧0気圧のタンクから空気を吸うことは出来ませんが、その中には 周囲の圧力と同じ大気圧×内容積の空気が入っています。

  水深20mでエア切れになり、空気の来なくなったレギュレーターやタンクの中には 周囲圧(3気圧)の空気があります。

  ここからフリーアセントを行う際にセカンドステージを銜えていれば、水面到達までに 理論上はタンクの内容量×2気圧分の空気が吸えます。但し 吸気抵抗は相当なものですが‥。

    * 非依存性(シェアエアに頼らない)単独緊急浮上。

  だからといって試さないで下さい。エア切れになる少し前から吸気抵抗は大きくなり、ダイバーは吸気不全(酸欠に近い)状態になります。これにストレスが加われば、僅かな空気など あっという間に消費します。

  また 排気が滞れば、エアエンボリズムの危険性も。だったら BCD内の空気を吸ったほうが‥。いずれにしてもお勧めできません。

 

 

 

                     ☆ ご意見・ご質問等ございましたら、下記アドレスまでお送り下さい。

                                          scuba@piston-diaphragm.com