Gendai kyū to fukugen kyū eno rikigakuteki, seitai kōgakuteki apurōchi

現代弓と復元弓への力学的、生体工学的アプローチ

著者

細谷 聡

雑誌名

武器の進化と退化の学際的研究―弓矢編―

巻

27

ページ

193-206

発行年

2002-12-25

その他のタイトル

Gendai kyu to fukugen kyu eno rikigakuteki,

seitai kogakuteki apurochi

現 代 弓 と復 元 弓へ の力 学 的,生 体 工学 的 ア プ ローチ

細

谷

聡

1現

代弓の力学的特性と発射技術

1)力 学 的 ア プ ロ ーチ 現 在,弓 道 で使 用 して い る弓(和 弓)は2.21m前 後 あ り,世 界 で も稀 に み る長 弓 の 部 類 に 入 る。 さ ら に,弓 幹 の 構 造 や 全 体 と し て の 弓 の 形 状 は上 下 対 称 で は な く非 常 に複 雑 で あ る 。 西 洋 的文 化 の合 理 性 を背 景 に発 展 し た ア ー チ ェ リー 弓(洋 弓)と は異 な り,和 弓 は明 治 以 降 の 歴 史 的 な経 緯 もあ り,精 神 性 が 強 調 さ れ,矢 を発 す る とい う道 具 と して の存 在 が 第 一 義 的 で は ない イ メ ー ジ を持 たれ る こ とが あ る。 和 弓 を左 手 で握 り発 射 す る と き に も,と て も習 得 に 時 間 の か か る技 術 が 要 求 さ れ る の で非 常 に不 合 理 に感 じ られ る。 この こ と は,握 り部 が 全 長 の 中 間 部 分 に な く下 端 よ りに位 置 して い る こ と,,矢 を弓 幹 の 右 側 に位 置 させ る こ とが 原 因 で あ る。 単 に弓 を引 き絞 り射 放 せ ば,矢 は狙 っ た と ころ よ りも右 上 方 に逸 れ て しま う。 従 っ て,こ の 現 象 を補 正 す る た め に発 射 の 際 に弓 を握 っ て い る左 手 を介 して,弓 幹 の 長 軸 ま わ り(「 ね じ り」 と よぶ)お よび 長 軸 と は垂 直 で 弓幹 を 的側 に倒 す よ う な 回転 の 軸 ま わ り(「 上 押 し」 と よぶ)に 力 の モ ー メ ン トを 同 時 に作 用 させ な け れ ば な らな い 。 弦 が 右 手 か ら離 れ,弦 か ら矢 が 分 離 す る まで の20∼30msと い う ご く短 い 時 間 に も,握 り部 を介 して弓 幹 に力 の モ ー メ ン トが 作 用 す る よ うに しな け れ ば な らない 。 しか し,弓 道 の 指 導 書 で は,こ の 「ね じ り」 お よび 「上 押 し」 とい う左 手 の行 な うべ き準 備 や発 射 時 の作 用 を 「手 の 内 の 働 き」 と称 して た いへ ん重 視 して い る(図1-1)。 と こ ろ で,弓 矢 の 原 点 は矢 を標 的 に的 中 させ る こ とで あ る。 単 純 に考 え れ ば,現 在 の和 弓 で も高 度 な操 作 ・発 射技 術 を駆 使 し な く と も矢 を発 射 で き る。 矢 が 狙 っ た所 か ら逸 れ る と し て も,そ の 方 向 な ど をあ らか じめ学 習 して お き,狙 う と こ ろ を補 正 す る 方 法 を と る ほ うが, 発 射 技 術 の習 得 に時 間 をか け る よ り も効 率 が 良 さそ うに思 え る。 しか し,な ぜ 現在 の和 弓 は複 雑 な形 状 と構 造 を変 更 せ ず,し か も高 度 な発 射 技 術 を求 め続 け て い る の か とい う疑 問 が 残 る。 不 合 理 で あ る とか,精 神 性 を高 め る た め の手 段 な どの言 葉 で 説 明 を つ け るの は簡 単 で あ るが,力 学 的 な 観 点 か ら これ らを検 証 して い く意 義 は大 きい と 思 われ る 。 こ こで は,複 雑 な形 状 の 持 つ 意 味,高 度 な発 射 技 術 を必 要 とす る理 由 を,力 学 的 観 点 と実 験:計測 か ら探 る こ とにす る。

細谷 聡 図1-1和 弓 の 挙 動 と左 手 の 発 射 技 術 2)振 動 特 性 か らみ た和 弓 の握 り位 置 a)弓 幹 に お け る振 動 の節 と振 動 の 腹 先 に も述 べ た よ う に和 弓 の 特 徴 の 一 つ は,握 りの位 置 で あ る。 古 墳 時 代 の銅 鐸 の 絵 や 魏 志 倭 人伝 の 記 述 か ら も,弓 の 中央 で は な く下 か ら約 三 分 の 一 の と こ ろ に あ る。 こ の こ と は振 動 と い う観 点 か ら一 つ の解 釈 が で き る 。 図1-2は,発 射 に伴 う弓 の挙 動 の模 式 図 で あ る。 弓 幹 の 上 下2カ 所 に 位 置 の変 わ ら な い部 分 が あ り,こ れ は振 動 の 節(無 振 動 点) とい わ れ る 。 一 方,弓 幹 の 中 央 部 分 は位 置 変 化 が 大 き く振 動 の腹 と よば れ る 。 b)弓 幹 にお け る曲 げ振 動 の 計 測 a)に 述 べ た こ と を確 認 す る た め,弓 幹 の振 動 計 測 を行 な っ た 。 弓 幹 の9個 所 に ひ ず み セ ン サ を接 着 し(2ゲ ー ジ法)で 曲 げ ひず み を検 出 した 。 こ こで の 曲 げ ひ ず み は, 図1-2振 動 の 節 と振 動 の 腹

現 代 弓 と復 元 弓 へ の 力 学 的,生 体 工 学 的 ア プ ロ ー チ 図1-3発 射 実 験 の 構 成 図(○ は ひ ず み セ ン サ装 着 位 置) 図1-2の よ う に弓 幹 の 側 方 か らみ た と きの 弓 幹 の部 分 的 な変 形 量(曲 げ量)を 表 す もの で あ る。 ひず み セ ンサ の接 着 さ れ た グ ラ ス フ ァイ バ ー製 の 弓 を,支 持 部 が 人 間 の 手 関節 の よ う に3軸 に可 動 な 手 製 の発 射 装 置 に据 え付 け,実 験 室 内 で発 射 実 験(図1-3)を 行 な った 。 的 は装 置 の 3m前 方 に設 置 した巻 藁 で あ る。 引 き絞 ら れ た 弓 幹 は発 射 に よっ て 元 の 形 状 に戻 ろ う とす る わ け で,時 々 刻 々 の 変 形 量 は 変動 す る。 こ の 時 間 に伴 う曲 げ ひず み の変 動 は振 動 現 象 で あ り, こ こで 曲 げ 振 動 と して 扱 う もの で あ る 。 実 験 で ひず み セ ンサ か ら出力 され る 電 気 信 号 は,動 歪 計 で増 幅 し,A/D変 換 器 で ア ナ ロ グ ・デ ジ タ ル変 換 した後,パ ー ソ ナ ル コ ン ピュ ー タに取 り込 ん だ.こ のA/D変 換 の サ ンプ リ ン グ タイ ム は0.0001秒(10KHz)で あ る 。 c)振 動 特 性 か らみ た和 弓 の 握 り位 置 図1-4は 実 験 で得 られた 曲 げ振 動 の 一・例 で あ る。 変 形 が 元 に戻 る現 象 で あ る こ とか ら,図 の 波 形 は右 下 が りを示 す。 波 形 が右 下 が りを示 す 中 で,そ の波 形 に細 か な波 が乗 っ て い る の が 振 動 で あ る。 弓幹 の 中央 部 の振 動 は比 較 的 大 き く,そ の上 下 の振 動 は比 較 的小 さい こ とが わ か る。 こ の こ とか ら,和 弓 に お け る握 りの 位 置 は,振 動 の節 付 近 に あ る わ け で,弓 幹 の挙 動 か ら くる 矢 の 飛 行 方 向 へ の影 響 は 否 め な い が,振 動 学 の 立 場 か ら考 え る と合 理 的 だ とい え る。 この よ う に振 動 学 的 観 点 か ら握 りの位 置 をみ たが,他 の 解釈 が な い わ け で は な い。例 え ば, 材 料 学,材 料 力 学,解 剖 学 を合 わせ た 立 場 か ら考 え る こ と もで きる。 弓 を作 る の に 適 当 な材

細 谷 聡 図1-4曲 げ 振 動 の 一例 料 は 生 活 環 境 の 中 か ら選 ば れ る。弓 射 姿 勢 は,経 験 の 中か ら解 剖 学 的 に合 理 的 な もの と な り, 弓 を引 く長 さが 決 ま る。 同 時 に,弓 幹 の変 形 に か か わ る変 位 か ら,材 料 力 学 的 に もっ と も合 理 的 な弓 の 長 さや 握 りの 位 置 を特 定 して い く とい う考 え 方 で あ る。 いず れ にせ よ,先 人 は こ れ らの こ とを生 活 経 験 の 中 か ら見 出 し,和 弓 を最 適 化 して きた と考 え られ る。 3)和 弓 のユ ニ ー ク な形 状 と力 学 的特 性 a)発 射 技 術 か らみ た和 弓 の形 状 和 弓 の独 特 な握 りの 位 置 は,曲 げ方 向 の振 動 特 性 か ら解 釈 す る こ とが で きた 。振 動 の 節 で あ る全 長 に 対 して 下 か ら約 三 分 の一 の所 を握 る わ け だ が,矢 を射 放 せ ば側 方 よ り見 た と きの 矢 状 面 内 にお い て 弓幹 は 反 時 計 回 りの 回転 を起 こす こ と に な る(図1-1)。 従 っ て,「 上 押 し」 は この 挙 動 を抑 え るた め の もの で,結 果 と して 矢 の 飛 行 方 向が 上 方 へ 向 か い す ぎな い よ う に す る技 術 だ と考 え られ る 。 も う一 つ の 和 弓 の特 徴 は,ユ ニ ー ク な形 状 で あ る。 この 形 状 解 明 の鍵 は,左 手 の 発 射 技 術 の 一 要 素 で あ る 「ね じ り」 に あ る と考 え られ る。 弓 の挙 動 は 「上 押 し」 に よ っ て抑 えれ ば,

現代弓 と復元弓べ の力学 的,生 体工学 的アプローチ 左 右 方 向 の 矢 の 逸 れ 具 合 のみ の 補 正 とな る た め,わ ざ わ ざ 「ね じ り」 加 え な くて も良 さそ う な もの で あ る 。 しか し,敢 えて 「ね じ り」 を加 え る こ と も強 調 さ れ て い る とい う こ と は,そ れ に 関 わ る特 性 を和 弓 は有 してお り,形 状 も必 ず や 経 験 か ら最 適 化 さ れ た 結 果 だ と考 え る方 が 自然 で あ る。 b)和 弓の 「ね じ り」 特 性 の 計 測 握 り部 を介 して 「ね じ り」 を加 え る とい う こ とか ら,和 弓 の 「ね じ り」 に対 す る力 学 的 特 性 を調 べ る必 要 が あ る。 和 弓 は板 ば ね の よ うな 弾 性 体 と考 え る こ とが で きる 。 威 力 の あ る矢 を発 す る こ とが で き るか 否 か は,変 位(矢 を引 く長 さ)が 同 じで あ れ ば,ば ね 定 数 の 大 小 に 依存 す る 。 しか し,和 弓 は厚 み や形 状 が 一 様 で は な い板 ば ね とみ なせ る こ とか ら,握 り部 に 加 わ る ね じ りモ ー メ ン トの大 き さ と弓 を 引 く長 さ を段 階 的 に変 化 させ た と きの 弓 幹 各 部 の 曲 げ 変形 を計測 した 。 図1-3に 示 され て い るの と同 様 に,弓 幹 の6個 所 に ひず み セ ンサ を接 着 し(2ゲ ー ジ法)で 曲 げ ひず み を検 出 した。 実 験 弓 の握 り部 付 近 に は ね じ りモ ー メ ン トを検 出 す る ひず み セ ンサ も接 着 した 。 計 測 に は2で の実 験 と同様 の 手 製 の発 射 装 置 を使 用 した 。 握 り部 に加 え るね じ りモ ー メ ン トの 大 きさ と弓 を引 く長 さ(以 後 「矢 尺 」 とす る)を20cm∼90cmで10cmず つ 変 化 させ,そ れ ぞ れ の矢 尺 で段 階 的 に握 り部 に作 用 させ る ね じ りモ ー メ ン トを変 化 させ た。 但 し,弦 を張 っ た 初 期 状 態 の 矢 尺 は15cmで あ る。 2の 実 験 と同様,ひ ず み セ ンサ か ら出 力 さ れ る 電気 信 号 は,動 歪 計 で 増 幅 し,A/D変 換 器 で アナ ロ グ ・デ ジ タル 変換 した 後,パ ー ソ ナ ル コ ン ピュ ー タに取 り込 ん だ(サ ン プ リ ング は lOKHz)o c)和 弓の 形 状 に潜 む非 線 形 特 性 図1-5は ね じ りモ ー メ ン トを加 え ない と きの 曲 げ ひず み に対 して,ね じ りモ ー メ ン トを加 え, 矢 尺 を段 階 的 に変 え た と きの 曲 げ ひず み の 割 合 を示 した もの で あ る。 こ こで の 曲 げ ひず み は 弓 幹6個 所 か ら得 られ た 平 均 値 で あ る。 矢 尺90cm∼50cmで はね じ りモ ー メ ン トを大 き く し て い っ て も曲 げ ひず み に 変 化 は生 じない が,矢 尺40cm∼20cmで は,ね じ りモ ー メ ン トを大 き く して い く と曲 げ ひず み の 割 合 が 大 き くな る とい う非 線 形 的 な性 質 を示 す こ とが 明 らか と な っ た。 こ れ は,矢 尺90cm∼50cmで は 弓幹 各 部 は 曲 げ変 形 が 比 較 的大 き く,カ ー ボ ン フ ァイバ ー な どの 弓 幹 を構 成 す る素 材 が,伸 び きっ て い る(あ るい は縮 み きっ て い る)状 態 だ と考 え ら れ る。 従 って,握 り部 に加 え られ た ね じ りモ ー メ ン トは弓 幹 各 部 に多 少 伝 わ る が 曲 げ変 形 に 影 響 しな い。 とこ ろ が,矢 尺40cm∼20cmの 弓 幹 各 部 の 曲 げ変 形 が比 較 的 小 さ な時 で は,カ ー ボ ン フ ァ イバ ー な どの素 材 が 曲 げ に対 して 比 較 的 余 裕 が あ り_{,握 り部 に加 え られ た ね じ り} モ ー メ ン トが 弓幹 内 部 の ゆ が み に変換 さ れ,結 果 と して 曲 げ変 形 に影 響 が で る と考 え られ る。 繊 維 素材 で あ れ ば基 本 的 な弾 性 的性 質 は 同 じで あ るか ら,竹 弓 で も同様 な特 性 を持 っ て い る と考 え られ る 。

細谷 聡 図1-5ね じ りモ ー メ ン トを加 え な い と き の 曲 げひ ず み(ns)に 対 す る ね じ りモ ー メ ン トを加 え た とき の 曲 げ ひ ず み(ms)の 増加 の 割合 弓 に加 え た 中 で最 も大 き な0.3kgf・mと い うね じ りモ ー メ ン トは,発 射 直 前 に 人 間が 弓 に 対 して加 え て い る値 とほ ぼ 同 じか も し くはや や小 さい 程 度 で あ る。 この場 合,矢 尺40cm∼ 20cmで ね じ りモ ー メ ン トを加 え な い と きに 対 して,曲 げ ひず み が4∼32%増 加 す る。 そ の 半 分 の0.15kgf・mと い う ね じ りモ ー メ ン トの値 で も,曲 げ ひず み が1∼15%増 加 す る。 つ ま り, 復 元 の 終 盤(矢 尺40cm∼20cm)で 握 り部 に ね じ りモ ー メ ン トを維 持 で き て い た とす れ ば, 見 か け よ りも弓 の ポ テ ン シ ャ ル を高 め る こ とに な る 。 ば ね で 例 えれ ば,本 来 ば ね定 数 は変 位 に よ らず 一 定 の は ず が,ね じ りモ ー メ ン トの効 果 に よっ て特 定 の 変 位 か らば ね定 数 が大 き く な るの と等 価 だ とい うこ とで あ る。 d)和 弓 の 非 線 形特 性 を考 慮 した モ デ ル に よ る シ ミ ュ レー シ ョ ン 和 弓 の握 り部 に ね じ りモ ー メ ン トを加 え る こ とに よっ て,和 弓 の 曲 げ特 性 に は非 線 形 性 が 確 認 さ れ た 。 この特 性 を有 す る こ と に よる効 果 を定 量 的 に表 す た め,要 素 と質 量 要 素 か らな る シ ン プ ル な モ デ ル(ば ね質 量 モ デ ル)を 構 成 し,シ ミュ レ ー シ ョン を行 な う こ とに した。 非 線 形 的 な性 質 は,復 元 の 変 位 に比 例 す る ばね(k1)と,ね じ りモ ー メ ン トと変 位 の 関 数 と な る ば ね(k2(N,x))の2つ の和 で 表 す こ と に した。 つ ま り,k1は 先 の単 純 ば ね 質 量 モ デ

現 代 弓 と復 元 弓 へ の 力 学 的,生 体 工 学 的 ア プ ロ ー チ ル の ば ね 定 数(202.5N/m)と 同 じ で あ る 。 一 方,k2(N,x)は 図1-6に 示 す よ う に 復 元 中 の ね じ りモ ー メ ン ト と変 位(矢 尺)に よ っ て 決 ま る ば ね で あ る 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ンの 際 に 入 力 と して 用 い る ね じ り モ ー メ ン トは,被 験 者 に よ る 発 射 実 験 計 測 で 得 ら れ る 典 型 的 な3つ の タ イ プ と した 。 ね じ り モ ー メ ン ト力 積 の 大 小 に よ る 影 響 を 排 除 す る た め 便 宜 的 に,こ の 力 積 値 を 同 一 に し関 数 化 し た 。 さ ら に,復 元 中 の ね じ り モ ー メ ン トの 総 和(力 積)の 大 小 に よ る 影 響 を な くす る た め,3つ の タ イ プ の 総 和(力 積)が 同 じ値 に な る よ う に も 配 慮 し た 。 シ ミ ュ レー シ ョ ン の 結 果,矢 の 初 速 度 は 約52.7m/sで あ り,エ ネ ル ギ ー 伝 達 効 率 が 約70.7% と な っ た(線 形 ば ね)。 弦 と矢 が 分 離 し た 直 後 の 矢 の 速 度 は タ イ プAの ね じ りモ ー メ ン ト を加 味 し た 場 合53.2m/s,タ イ プBの 場 合53.5m/s,タ イ プCの 場 合53.7m/sで あ り,エ ネ ル ギ ー 伝 達 効 率 は タ イ プAの 場 合72.0%,タ イ プBの 場 合72.9%,タ イ プCの 場 合73.4%と い う 結 果 が 得 ら れ た 。 ね じ りモ ー メ ン ト を加 味 し な い 場 合 に 比 べ て1.3∼2.7%の 増 加 が 認 め ら れ た 。 【線 形 ば ね 質 量 モ デ ル 】 運 動方 程式:(m≠M)x=一kx 【非 線 形 ば ね 質 量 モ デ ル 】 運 動方 程式:(m≠M)x=一kx k=k1十k2(N,x) m,M:質 量 要 素 k,k1,k2:ば ね 要素 N:弓 に 加わ った ね じ りモ ー メ ン ト x:平 衡 状態 か らの 変位 図1-6復 元 の ば ね質 量 モデ ル と運 動 方 程 式

細谷 聡 非 線 形 性 を 加 味 し た モ デ ル に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン結 果 は,矢 の 初 速 度 に して1m/s (3.6㎞/h)程 度 の 差 で あ る 。 しか し,こ の シ ミュ レー シ ョ ン結 果 は,あ くま で もね じ りモ ー メ ン トの 力 積 値 を同 一 に した場 合 の もの で あ る。 発 射 過 程 の 終 盤 まで 「ね じ り」 を加 え続 け る こ とが で き る射 手 は,そ うで な い射 手 に比 べ て全 体 の 「ね じ り」 が 大 き い こ と は,過 去 の 研 究 か ら わ か っ て い る。 さ らに,「 ね じ り」 を加 え ず射 放 せ ば,発 射 過 程 で矢 柄 と弓 幹 との 摩 擦 抵 抗 が 大 き くな り矢 の初 速 度 は,「 ね じ り」 を加 え な い と きの 計 算 結 果 よ り も小 さ くな る こ と は 明 らか で あ る。 従 っ て,実 際 的 な効 果 は,矢 の 初 速 度 に し て数m/s,エ ネ ル ギ ー伝 達 効 率 に して 数%に と ど ま らな い と考 え られ る 。 4)和 弓 の ユ ニ ー ク な形 状 と左 手 の発 射 技 術 の意 味 利 に合 わ ない よ うに思 え る複 雑 でユ ニ ー ク な和 弓 の 形 状 に は,力 学 的 に み て興 味深 い特 性 が 隠 さ れ て い た 。 和 弓 固有 の握 り位 置 に始 ま り,和 弓 の 形 状 は徐 々 に最 適 化 さ れ て い っ た も の と考 え られ る。 現 在 の よ うな系 統 だ っ た科 学 的 知 識 が な くと も,非 常 に長 い年 月 と先 人 達 の経 験 に よ って和 弓 の 形状 は 現在 の よ うに発 展,変 化 して きた の で あ る 。 武 器 あ る い は道 具 を使 用 す る の で あ れ ば,そ の性 能 を最 大 限 に引 きだ し使 用 す る こ とが 合 理 的 で あ り,そ の技 術 は評 価 され るべ きで あ る。 現 在 の 弓 道 は,的 中 も さる こ とな が ら,や や もす る と射 形,立 ち振 る舞 い な どに 主 眼 が 置 か れ ス ポ ー ツ 的,作 法 的 要 素 が色 濃 い 。 狩 猟 の道 具 と して糧 を得 る た め に 弓矢 を使 った 時 代,あ るい は流 派 弓術 が勃 興 した 時代 を考 えれ ば,的 中 の 他 に獲 物 に致 命 傷 を与 え る こ とや 的 の 甲 冑 を射 貫 くた め に 矢 の威 力 をい か に高 め る か とい う とい う こ とは 的 中 と並 び 重 要 だ っ た はず で あ る。 用 具 の 改 良 に合 わ せ,弓 の ポ テ ンシ ャル を最 大 に 引 き出 す操 作 ・発 射技 術 の 習 得 の た め の努 力 が注 が れ て きた こ と は当 然 と い え る だ ろ う。 以 上 の こ とか ら,現 在 も弓 道 の 指 導 時 に強 調 され る 「上 押 し」 や 「ね じ り」 を含 む 高 度 な 左 手 の操 作 ・発 射 技 術 は,和 弓 の 力 学 的 特 性 ま で考 え る と射 手 の 生 涯 に渡 る修 練 課 題 に な っ て い る とい うこ とは う なず け る こ とで あ る。

2射

手の左前腕の筋活動と発射時の衝撃からみた復元弓の特徴

1)生 体 工 学 的 な ア プ ロ ー チ 和 弓 を科 学 的 に研 究 して い くに は,先 の章 の よ うに 弓 自体 の 特 性 を調 べ て い くの が基 本 的 な ア プ ロ ー チ で あ る。 一 方 で,先 人 達 の 経 験 は 道 具 を使 用 す る 中 で生 まれ て き た こ とか ら, ヒ トと道 具 の 相 互 作 用 に着 目す る考 え方 もあ る 。特 に,矢 を発 射 す る こ とで,射 手 に対 す る 弓 か らの 作 用 は射 手 の感 覚 を左 右 す る重 要 な情 報 で あ る。 発 射 に伴 う射 手 の 感 覚 は,生 体 内 で起 きる 生 理 的 な 変 化 や 弓 か ら受 け る力 や振 動 な どが 感

現代 弓 と復 元 弓へ の力 学 的,生 体 工 学 的 ア プ ロ ー チ 覚 器 か ら入 力 され 統 合 さ れ た結 果 で あ る。 特 に,身 体 運 動 を成 り立 たせ る の は生 体 内 で は 骨 格 筋 の 活 動(収 縮)で あ る。 こ の活 動 を電 気 的 に捉 え る筋 電 図 は,生 体 内 の筋 活 動 を客 観 的 に捉 え る の に 非 常 に有 効 な手 法 で あ る。 また,発 射 に伴 い 弓か ら受 け る力 は,射 手 に対 して 発 射 の衝 撃 とな る。 これ は力 と 同位 相 の 加 速 度 を計 測 す る こ と に よ って 捉 え れ ば,弓 か ら射 手 に作 用 す る衝 撃 をみ る こ とが で きる。 問題 とな る の は,被 験:者で あ る。 出 土 した 弓具 を現 代 の 知 識 で 忠 実 に復 元 して も,当 時 の 射 手 に発 射 して も ら う こ とは 不 可 能 で あ る。 従 っ て,現 代 人 の デ ー タで 先 人 の 感 覚 を も とに 推 測 しな け れ ば な らな い とい う限 界 が あ る。 しか し,こ の千 ∼ 二 千 年 で体 格 は大 型 化 して い るが,生 理 ・解 剖 学 的機 能 が劇 的 に 進化,変 _{容 した とい う知 見 は全 くな い こ とか ら,現 代人} を被験 者 と した 計 測 結 果 も十 分信 頼 で きる もの だ と考 え られ る。 こ こで は,現 代 弓 と復 元 弓 を用 い,筋 電 図 計 測 や 衝 撃 加 速 度 計 測 な どの生 体 工 学 的 な ア プ ロー チ に よっ て ヒ ト側 か ら捉 え る こ との で き る復 元 弓 の特 徴 を調べ る こ とに す る。 2)筋 電 図,加 速 度 か らわ か る こ と 筋 電 図 は,大 脳 の 中枢 神 経 か らの信 号 に よ り,脊 髄 の 運 動 細 胞 を興 奮 させ,運 動 神 経 の イ ンパ ル ス に よ って 筋 線 維 の細 胞 膜 が 脱 分 極 し電 位 を膜 外 へ 放 出す る現 象 を時 々刻 々記 録 した もの で あ る 。筋 電 図 は筋 活 動 の 時 聞的 な変 化 を捉 えた もの で あ るか ら,個 々の 筋 活 動 の タ イ ミ ングや 射 手 の技 量 差 にお け る活 動 パ タ ー ンの 違 い な ど を分 析 す る こ とが で きる。 ま た,活 動 量(収 縮 量)は 中枢 か らの 命 令 の 大 き さ お よび 筋 自体 の 収 縮 負 荷 を示 す 。 従 って,筋 活 動 の比 較 か ら筋 自体 の 負 担 を見 積 もる こ と も可 能 で あ る。 加 速 度 は,ニ ュ ー トン力 学 の 第 二 法 則 に あ る よ う にF=maで 示 さ れ る。 質量mの 物 体 に,F と い う力 が作 用 した と き に生 じる の が加 速 度aで あ る 。 つ ま り,加 速 度 は 力 に比 例(定 数 は m)し て お り,時 々刻 々 の変 化 は 力 と同 位 相 とい う こ と に な る。 従 っ て,射 手 が 弓 か ら受 け る急 激 な力(衝 撃)は,射 手 の左 手 に生 じ る加 速 度(衝 撃 加 速 度)と 比 例 して い る と考 え ら れ る。 こ こで は,衝 撃 加 速 度 か ら射 手 に対 す る弓 か らの衝 撃 力(衝 撃 加 速 度 に比 例)を み て い くこ と にな る 。 3)現 代 弓 と復 元 弓発 射 時 の筋 電 図,衝 撃 加 速 度 の 比 較 a)被 験 者 に よ る現 代 弓 と復 元 弓 の発 射 実験 実験 に は グ ラス フ ァ イバ ー 製 の 現 代 弓(ば ね 定 数226N/m)と 復 元 弓8(古 墳 時 代,栃 木 県 七 廻 り鏡 塚 古 墳 丸 木 弓,ば ね定 数298N/m)を 使 用 した。 被 験 者 は大 学 弓 道 部 に所 属 す る 男子 大 学 生1名(弓 歴8年,4段,的 中 率75∼80%)で あ る。 筋 電 図 の 計 測 は,左 前 腕 部 の 総 指 伸 筋(五 指 の伸 展 時,手 関 節 の 背 屈 時 に収 縮)お よ び 浅 指 屈 筋(五 指 の屈 曲 時 に収 縮)に つ い て 行 な った 。発 射 時 の 衝 撃 加 速 度 を計 測 す る た め に, 左 手 関 節 部 に小 型 加 速 度 計 を動 作 の妨 げ に な らぬ よ う に装 着 した(図2-1)。 発 射 時 の 感覚 も,

細谷 聡 電極 加速度計 復元弓 復元弓による発射 現代弓による発射 図2-1実 験 の 概 要 合 わせ て 聞 き取 り調 査 した 。 実 験 は,各 実 験:弓に つ い て5射 ず つ 行 な っ た 。 なお,引 尺(引 い た長 さ)は,現 代 弓 が 矢 尺80cm(弓 か らの 射 手 へ の 作 用:181N),復 元 弓 は弓 力 が大 きか っ た た め80cmを 引 く こ と が 難 しか っ た た め矢 尺 を50cm(弓 か らの 射 手 へ の作 用:149N)と した。 皮 膚 表 面 に接 着 した 電極 か ら 出力 さ れ る電 気 信 号 は生 体 ア ンプ で,加 速 度 計 か ら 出力 さ れ る信 号 は動 歪 計 で 増 幅 し,A/D変 換 器 で ア ナ ロ グ ・デ ジ タル 変換 した 後,パ ー ソナ ル コ ンピ ュー タ に取 り込 ん だ(サ ンプ リ ング は5KHz)。 計 測 した 筋 電 図 か ら,発 射 前 後0.5秒 間 を 整流 し,時 間積 分 す る こ と に よ っ て筋 活 動 を算 出 した 。 一 方,加 速 度 は 出力 電 圧 と加 速 度 の 較 正 表 か ら換 算 した 。 b)筋 活 動 か らみ た現 代 弓 と復 元 弓の 比 較 図2-2は,発 射 前 後1秒 間 の 現 代 弓 と復 元 弓 を発 射 し た と きの筋 電 図 で あ る。 こ の発 射 前 後 を0.5秒 間 ず つ で 活 動 量 を比 較 した もの が 図2-3で あ る。 発 射 前 の 引 尺 で の 弓力 が,復 元 弓8は 現 代 弓 よ り小 さ い に もか か わ らず,発 射 直 後 の 浅 指 屈 筋 の 活 動 量 が現 代 弓 の場 合 と比 較 し大 きい(発 射 前)か ほ ぼ 同 じ(発 射 後)で あ り,弓 力

現代 弓 と復 元 弓へ の 力 学 的,生 体 工 学 的 ア プ ロ ー チ 図2-2発 射 前 後 の筋 活 動 を同様 に して実 験 した場 合 に は筋 活 動 量 が 上 回 る と予 想 さ れ る。 合 わせ て調 査 した発 射 後 の 感 覚(弓 の残 留 振 動 や 総 合 的 な引 い た後 の 感 覚)も,復 元 弓8は 現 代 弓 と比 較 して 評 価 は 良 くな か っ た 。 総 指 伸 筋 は,手 関 節 を背 屈 させ る こ とに 関 わ る筋 で あ り,つ ま りは 「ね じ り」 を作 用 させ る と きに 主 動 筋 と な る。 総 指 伸 筋 の活 動 を 現代 弓 と復 元 弓8で 比 較 す る と,発 射 前 の引 尺 で の 弓力 に 比 例 して 現 代 弓 の方 が 大 き くな っ て い る。 発 射 前 後 の 「ね じ り」 に対 す る射 手 の 感 覚 に は,特 に顕 著 な評 価 は得 られ て い な い こ とか ら,浅 指 屈 筋 の 活 動 を発 射 時 の 感 覚 と対 応 させ 評 価 させ る こ とが 重 要 で は な いか と推 測 で きる。 c)衝 撃 加 速 度 か ら み た現 代 弓 と復 元 弓 の比 較 図2-4上 段 は,発 射 前 後1秒 間 の 現 代 弓 と復 元 弓 を発 射 した と きの手 関節 に装 着 した 加 速 度 計 が 検 出 した加 速 度 信 号 で あ る。図2-4下段 は,そ の 一 部 を拡 大 して表 示 して い る。発 射 直 後, 射 手 方 向 に生 じ る衝 撃 加 速 度 の ピ ー クが,復 元 弓8は 現 代 弓 の ほ ぼ2倍 に な って い る こ とが わ か る。 復 元 弓8は 発 射 前 の 引 尺 で の 弓力 が 現 代 弓 よ りも小 さ い に も関 わ らず,射 手 に対 し て 作 用 す る衝 撃 は か な り大 きい とい う こ とが 明 らか とな っ た。

細谷 聡 mVms 140 120 100 80 60 40 20 0 発 射 前(0.5s) 発 射 後(0.5s) 実 験 弓 のば ね 定数 現代 弓:226N/m 復元 弓8=298N/m 圜 現 代 弓 ■ 復 元 弓8 発 射 時 の 弓の 引 張力 現代 弓=18kgw 復元 弓8:15kgw mVms 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

浅指屈筋

発 射 前(0.5s) 発 射 後(α5s) 実 験 弓の ば ね 定数 現代 弓:226N/m 復元 弓8:298N/m 圜現 代 弓 ■復 元 弓8 発 射時 の 弓の 引張 力 現代 弓:18kgw 復 元 弓8=15kgw 図2-3発 射 前 後 の 筋 活 動 量

現 代 弓 と復 元 弓へ の力 学 的,生 体 工 学 的 ア プ ロー チ 図2-4発 射 前後 の加 速 度 信 号 4)生 体 工 学 的 ア プ ロ ー チ に よ る復 元 弓 の 解 析 今 回 対 象 と した の は,復 元 弓8(丸 木 弓)の み で あ る。 計 測 を通 して 明 らか に な っ た こ と は,現 代 弓 と比 較 して発 射 直 後 の衝 撃 が 大 きい こ とで あ る。 こ れ は射 手 の左 手 関節 に装 着 し た加 速 度 計 か らの信 号 か ら理 解 で きる 。 同 時 に射 手 に は弓 の挙 動 を抑 制 す るべ く しっ か り弓 を握 る こ とが 要 求 さ れ た た め,そ の結 果,浅 指 屈 筋 の 活 動 が 顕 著 に大 き くな っ た。 発 射 に よ っ て 生 じた 主 観 的 評価 も,こ れ らの計 測結 果 と非 常 に よ く合 致 した もの だ っ た。 前 節 の 結 果 と総 合 して も,現 代 弓 は少 な くと も単 一 材 料 か ら作 られ た丸 木 弓 よ り も優 れ た 弓 で あ る こ とは 間違 い な い。 た だ,丸 木 弓 と現 代 弓 と の比 較 結 果 だ け が今 回 の研 究 の成 果 で は な く,生 体 工 学 的 な ア プ ロ ー チが 復 元 弓 の 解 析 に非 常 に有 効 だ とわ か っ た こ とが 大 きな収 穫 で あ る 。 和 弓 は 日本 の木 材 や 竹 な どの植 生,時 代 背 景 に応 じた 狩 猟 具 ・武 器 の必 要 性,時 代 時 代 の

細谷 聡 製 造技 術 ・知 識 特 性 に合 わ せ た 操 作 ・発 射 技 術 の習 得 な ど さ ま ざ まな 要 素 が 絡 み 合 っ て発 展 して き た こ とは 疑 う余 地 は ない 。 江 戸,明 治 期 以 降 は,さ ま ざ まな価 値 観 も加 わ り,和 弓 に は武 器 以外 の 用 途 も出 て きて 。 しか し,基 本 的 に 「武 器 」 と して の 本 質 は,発 展 して い な い か も し れ な い が,消 え る こ と な く現 在 弓 に も受 け つ が れ て い る こ と も 明 らか な よ うで あ る。 今 後,被 験 者 に よ る発 射 実 験 に使 用 す る に は,手 を加 える な け れ ば な ら ない 復 元 弓が 多 少 あ る。 こ の 問 題 を さ らに解 決 しなが ら,モ デ ル に よる シ ミュ レー シ ョン,そ の 検 証 を含 ん だ 工 学 的 な 実 験 を合 わせ て復 元 弓 を調 べ て い く必 要 が あ る。 こ う した 中 か ら,各 時 代 にお け る 弓 の特 徴 が 明 らか に な り,武 器 と して の和 弓 の発 展 の過 程 が 詳 細 に な る と考 え られ る。 (参考 文 献) 1東 昭 ・渡 部 勲 ・宮 紀 雄 ・金 子 信 也 ・野 見 山整:弓 にお け る エ ネ ル ギ の 貯 蔵 と開 放 一 弓矢 の力 学 第 1報 一,第9回 日本 バ イ オ メ カ ニ ク ス学 会 大 会 論 集,204-211,1988. 2細 谷 聡 ・小 林 一 敏 ・宮 地力:弓 幹 の 多 分 節 モ デ ル に よ る静 特 性 と動 特 性 の 研 究,日 本 機 械 学 会 シ ン ポ ジ ウ ム1990(ス ポ ー ッ工 学)講 演 論 文 集,74-77,1990. 3細 谷 聡 ・森 俊 男 ・佐 藤 明:弓 幹 の ね じ りに関 す る力 学 的 一 考 察,武 道 学研 究,第24巻,第2号,1 53-154,1991. 4細 谷 聡 ・森 俊 男:和 弓 の エ ネ ル ギ ー 伝 達 効 率 を用 い た機 械 的 性 能 の 評 価 に 関す る力 学 的研 究,武 道 学 研 究,第25巻,第2号,24-30,1992. 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ジ ョ ン ウ ル フ(大 塚 穎 三 ・生 嶋 明 訳):機 械 的 性 質,岩 波 書 店,23-40,1967. 稲 垣 源 四 郎:弓 の 技 術3,新 実 技 講 座 「弓 道 」,新 体 育,49-7,636-643,1979. 稲 垣 源 四 郎 ・入 江 康 平 ・森 俊 男:日 本 の 武 道 「弓 道 」,講 談 社,46-103,1983. 亀 井 俊 雄:図 解 ア ー チ ェ リ ー,雄 山 閣,改 訂 版,30-76,1973. 小 林 一 敏:弓 道 に お け る 手 の 内 の 科 学,数 理 科 学,サ イ エ ン ス 社,VoL7,10-15,1978. 小 佐 文 雄 ・渋 谷 貞 夫 ・入 江 康 平 ・北 克 則:弾 道 振 子 装 置 に よ る 弓 と 矢 と の 整 合 に つ い て の 研 究 一 ス ポ ー ツ 力 学,学 習 の 教 材 と し て,東 京 教 育 大 学 ス ポ ー ツ研 究 所 報(最 終 号),87-99,1976. 宮 地 力 ・小 林 一 敏 ・佐 藤 明:和 弓 の 力 学 的 特 性 に 関 す る 一 考 察,東 京 体 育 学 研 究,第7号,49-53, 1980. 大 橋 義 夫:材 料 力 学,培 風 館,初 版,186-199,1976. 佐 藤 明 ・小 林 一 敏 ・大 島 義 晴:和 弓 の ね じ り特 性 の 力 学 的 考 察,東 京 体 育 学 研 究,第6号,85-89, 1979