沖縄おきなわの 美ら海ちゅらうみ水族館すいぞくかんに、「黒潮くろしおの海」という 大きな 水槽すいそうが あります。入って いる 水は 7500トン、深さは 10メートルです［1］。

その 水を ささえる 窓まどの 厚あつさは、やく 60センチ。30センチの ものさし 2本ぶんの 厚あつさです［2］。

こたえを 先に 言うと、窓まどの 厚あつさは、水の 「りょう」では なく、水の 深さで きまる 力と、窓まどの 大きさで きまります。それに、アクリルは 長い 時間が たつと 弱く なるので、その ぶんの よゆうも もたせて います。

沖縄美ら海水族館の大水槽「黒潮の海」は、容量が7,500立方メートル、深さ10m、幅35m、奥行き27mです［1］。館の公式ブログは、この水を支えるアクリルガラスの厚さを約60cmと説明しています［2］。

窓そのものも大きく、政府広報の記事では高さ8.2m、幅22.5m、厚さ60cmと紹介されています［3］。高さと幅をかけると、窓の面積は約185平方メートルになります（筆者の計算）。

問いに先に答えておくと、厚さを決めるのは、水の深さでかかる力、窓の大きさ、そしてアクリルが時間とともに弱ることへの余裕です。次の章から、一つずつ確かめます。

沖縄美ら海水族館の大水槽「黒潮の海」は、容量7,500m³、深さ10m、幅35m、奥行き27mである［1］。公式ブログはこの水を支えるアクリルガラスの厚さを約60cmとし、レンズ効果はなく魚はほぼ実物大で見えると説明する［2］。窓の寸法は、政府広報の記事で高さ8.2m・幅22.5m・厚さ60cmとされる［3］。高さと幅から面積を計算すると約185m²になる（筆者の計算）。

この厚さを「水が7,500m³もあるから」と考えたくなるが、そこに落とし穴がある。以降の章で、(1)水圧は量でなく深さで決まること、(2)窓は積層でつくられること、(3)設計がたわみ・時間・傷まで見こむことの順に確かめる。なお、窓の位置（上端・下端の水深）は今回の資料に出てこないため、窓にかかる力の合計は計算しない。

1000トンしか 水が ない 水槽すいそうなら、窓まどは うすくて いいのでしょうか。じつは、水の 「りょう」だけでは きまりません。

水圧すいあつは、水面から 深く なるほど 大きく なります［4］。水の 深さが 同じなら、広い 池でも 細い つつでも、そこの ちかくの 水圧すいあつは 同じに なります。計算の 式に、水の りょうは 出て きません。

水の 深さが 10メートルの そこでは、1センチ四方に、ぎゅうにゅうパック 1本ぶん（やく 1キログラム）の おもさが かかります［5］。小さな 水槽すいそうの 窓まどは、ふつうは 小さいので、受ける 力の ごうけいも 小さく なります。

水圧は、水面からの距離、つまり深さに比例して大きくなります［4］［5］。水圧を求める式は、水の密度と重力の大きさと深さをかけたもので、水の量や容器の大きさは入っていません。水の深さが同じなら、広い水槽でも細い管でも、底の水圧は同じです。

水深10mでは、水の重みだけで約1気圧分の圧力になります。計算では、1000kg/m³×9.8m/s²×10mで約98kPaです［5］。1平方メートルに約10トン重の力がかかり、1平方センチメートルでは約1kg重です（筆者の計算）。海水は淡水よりやや重いので、実際はこれより少し大きくなります。

では量は関係ないのかというと、そうではありません。小さな水槽は窓も小さくてすむことが多く、受ける力の合計は窓の面積に比例して小さくなります。「量」ではなく「深さと窓の大きさ」で厚さが変わる、というのが正確です。

水圧は、測定点と水面の距離（深さ）に比例し、p＝ρghで表される［4］［5］。式に水の量や容器の大きさは含まれないので、同じ深さなら広い池でも細い管でも、同じ深さの点の水圧は等しい。そのため、水が半分になっても、深さが同じなら窓の同じ高さにかかる圧は変わらない。

水深10mの水圧は、1000kg/m³×9.8m/s²×10mで約98kPa、つまり約1気圧分である。大気圧を加えた絶対圧では約2気圧になる［5］。98kPaは1m²あたり約98kNで、約10トン重に当たり、1cm²あたりでは約1kg重だ（筆者の計算）。海水は淡水よりやや重いため、実際の値は少し大きい。「約1気圧」は水の重みだけの値(ゲージ圧)である点も、読みちがえやすい。

水圧は深さに比例するから、窓の下のほうほど強く押される。美ら海の窓は高さ8.2mで、水槽の深さ10mに近い。窓の下側は、深い場所の圧を受けていると考えられる。ただし窓の位置がはっきりしないので、窓全体の荷重は計算しない。量が効くのは、水圧そのものではなく、窓の面積を通して力の合計を決める間接的な形である。

この 60センチは、1まいの 板では ないと、しょうかい されて います。4センチの 板を 15まい、のりで ぴったり くっつけて、ぜんぶで 60センチに して いるのです［6］。

はじまりは、水族館の おねがいでした。かがわの 屋島やしまの 水族館が、化学の 会社で はたらいて いた 人に 「水槽すいそうの はしらを なくして ほしい」と たのんだのです。その 人は 1969年に、アクリルの 板を つくる 会社を 立ち上げました［10］。

この 会社は、板どうしを 「重合じゅうごう接着せっちゃく」という わざで くっつけると 言います。くっつけても、すきとおって いて 強いままだそうです［6］。

日プラ（日プラ化工）という会社は、3〜4cm厚のアクリル板を何枚も接着して、1枚のパネルをつくると紹介されています。黒潮の海の窓は、4cm厚の板15枚を貼り合わせて、合計60cmだといいます［6］。

この会社の出発点は、屋島水族館（香川県）の「水槽の柱をなくしてほしい」という頼みでした。化学メーカーに勤めていた敷山哲洋さんがその依頼を受け、1969年に日プラ化工を設立して、水族館の水槽用アクリルパネルの生産を始めたと伝えられています［10］。加工しやすく、ガラスより軽くて割れにくいアクリルと、大きな板の接着技術が進んだことで、回遊魚を水槽の前から眺められるようになりました［10］。

貼り合わせの接着は、独自のノウハウによる「重合接着」で行われます。重合の反応を最後まで進めるので、板を重ねても透明さと強さが落ちない、と会社は説明しています［6］。水槽用の大型パネルでは世界シェアが約7割、納入先は60か国以上とされます［6］。

60cmの厚さは、薄い板を重ねる積層でつくられるとされる。日プラの水槽用パネルは3〜4cm厚の板を何枚も接着してつくられ、黒潮の海は4cm厚15枚で合計60cmと紹介される［6］。ただしこの15枚という数字は英文資料の記述であり、他社には50〜60cmの単板をつくる例もあるとされるため、積層が唯一の方法というわけではない。

この会社のきっかけは、屋島水族館の「水槽の柱をなくしてほしい」という依頼だった。化学メーカーに勤めていた敷山哲洋が応え、1969年に日プラ化工を設立し、水槽用アクリルパネルの生産を始めたと伝えられる［10］。ここで、設立の1969年と、屋島で大型アクリル水槽が導入された1970年（国土交通省の資料）を混同しないよう注意したい。

板を重ねるときの問題は、接着面が弱点にならないかである。会社は、独自の重合接着で重合反応を完結させるため、枚数を重ねても透明度と強度が落ちないと説明している［6］。同じ資料は、水槽用大型パネルの世界シェアを約7割、納入実績を60か国以上とする。これは会社自身の紹介なので、数字は目安として読むのがよい。

長い 下じきを りょう手で もって、まん中を おすと、ぐにゃっと たわみます。厚あつい 板なら、ほとんど たわみません。

水族館の 窓まども、水に おされると、ほんの 少し たわみます。会社の しょうかいでは、こわれない 強さだけでなく、たわみが 200分の1から 300分の1いかに おさまる ことを 目あてに、計算して 厚あつさを きめると されて います［7］。

この 数は 会社の しょうかいを もとにした 目安です。厚あつさを 自分で 計算する ための 式では ありません。

厚さの決め方には、「どのくらいの力でこわれるか」だけでなく、「押されてどのくらいたわむか」も使われます。日プラの資料の抜粋では、水圧によるパネルのたわみが、観覧窓として200〜300分の1以内に収まることを根拠に構造計算を行うとされています［7］。

この数字は会社の資料の抜粋にもとづく目安で、厚さを自分で計算するための式ではありません。

ここでいう「たわむ」は、板がぐっと曲がって見えるほどの大きな変形ではなく、基準の中に収める小さな変形のことです。割れなければよい、というより、押されても形が大きくくずれないことまで考えて厚さを決めている、という点がポイントです。

窓の厚さを決める基準は、破壊強度だけではないとされる。日プラ関連の資料の抜粋は、水圧によるアクリルパネルのたわみが、観覧窓として200〜300分の1以内に収まることを根拠に構造計算を行うと紹介する［7］。

この資料は抜粋にもとづくので、200〜300分の1は目安として読み、設計思想の紹介として受けとる。厚さの計算に使える式としては扱わない。

この「たわみ基準」の考えが、次章の安全率の話ともつながる。たわみを基準にすれば、ある時点で割れないだけでなく、荷重を長く受けた後の変形にも余裕が残る。窓の厚さそのものを計算する式は、この記事には載せない。

じつは、アクリルは 長い 間 力を うけつづけると、少しずつ 弱くなる せいしつが あります［8］。

アメリカの ざいりょうの 会社は、むかしの データから、安心して つかえる 力の 大きさを 見つもって います。10年 つかう つもりなら やく10メガパスカル、20年 つかう つもりなら やく4.5メガパスカル。20年の ほうが、10年の 4わりちょっと しか 使えない 計算です［8］。

それに、するどい きずは 弱点です。0.25ミリの きずでも、引っぱる 強さを 半分ちかくまで 下げる ことが あります［8］。だから、水槽すいそうの 板の 厚あつさは、ふつう 考えられる きずも ふくめて きめられます。

アクリルには、長い時間荷重がかかり続けると、壊れにくさ（クリープ破断強度）が時間とともに下がる性質があります［8］。米国の材料技術会社マディソン・グループが紹介する設計応力は、寿命10年の想定で1500psi（約10.3MPa）、20年で650psi（約4.5MPa）です。20年用は10年用の約43%、つまり4割あまりで、使える応力の上限が下がります（筆者の計算）。1967年の論文のデータに基づく値で、今の基準そのものではない点に注意が必要です。

傷も大きな要素です。鋭い傷は0.01インチ（0.25mm）でも、引っぱりに対する強さを最大50%下げることがあるとされます［8］。そのため、水槽のパネルの厚さや安全率は、一般に、想定される傷も考えに入れて決められます。

この会社は、多くの水槽は十分な厚さと安全率11〜14倍で「過剰設計」だと述べています［8］。窓が厚いのは、見た目の大きさのためではなく、長い年月と傷への余裕のためでもあります。

アクリルの設計で見落とされやすいのは時間である。米国の材料技術会社マディソン・グループの解説によれば、長時間荷重が続くとクリープ破断強度が大きく下がる［8］。同社の紹介する設計応力は、寿命10年で1500psi（約10.3MPa）、20年で650psi（約4.5MPa）で、後者は前者の約43%になる（1psi≒6.9kPaとして筆者が計算）。これは1967年の論文のデータに基づく値で、現行基準ではない。

もう一つは傷だ。鋭い傷は0.01インチ（0.25mm）でも引張強さを最大50%下げうる［8］。したがって、水槽のパネルでは一般に、想定される傷を最初から考えに入れて、厚さと安全率が決められる。傷は表面だけの問題でなく、強さにも関わるわけだ。

同社は、多くの水槽が大きな厚さと11〜14倍の安全率で「過剰設計」されていると述べる［8］。前章のたわみ基準［7］とは、基準のとり方も出どころも別なので、数字を足し引きしない。ただ、どちらも「割れる直前」ではなく、時間・変形・傷を含めた余裕を厚さに織りこむ点は共通している。

アクリルは、ガラスより かるくて、つくりやすく、われにくい ざいりょうです［10］。おもさ（密度みつど）は、ガラスの 半分ほどです［9］。

すきとおる ことも とくちょうです。3ミリの 厚あつさで、見える 光の いちばん 多い ときで 92パーセントを 通します［9］。ぶつかった ときの 強さも ガラスより 高いと いわれます。ただし、ガラスより やわらかく、きずは つきやすい のです［9］。

きずに 弱い ぶんは、厚あつさの よゆうで おぎなって いるのです。

アクリル（PMMA）は、ガラスより軽く、加工しやすい素材です［10］。密度はガラスの約半分で、薄い板なら可視光を9割ほど通します［9］。衝撃に対する強さもガラスより高いとされます［9］。大型パネルには、この軽さと加工しやすさが大きな利点です。

その一方で、ガラスより柔らかく、傷がつきやすい弱点があります［9］。前の章で見たとおり、傷は強さを下げます。この弱点は、安全率と厚さの余裕でおぎなわれています。

PMMA（ポリメタクリル酸メチル。ぽりめたくりるさんめちる）の利点は、ガラスより軽く加工しやすいことで、この長所が大きな板の接着技術と合わさって、水槽の前から回遊魚を眺める展示を可能にした［10］。密度は1.17〜1.20g/cm³でガラスの約半分、3mm厚で可視光を最大92%通し、衝撃強度もガラスより高いとされる［9］。

一方で、PMMAはガラスより柔らかく、傷がつきやすい［9］。前章のとおり、傷は強度に響く。長所を生かしつつ弱点を安全率でおぎなう、という設計の筋道がここでまとまる。

窓の大きさや水深は水族館ごとに異なるので、厚さの数字だけを他の水族館と並べて、優劣をつけることはできない。美ら海の約60cmは、深さ約10m・高さ8.2m・幅22.5mの窓に対する値として読むのがよい。

水圧すいあつは、家でも ためせます。ペットボトルの 横に、上・まん中・下の 3か所、同じ 大きさの 小さな あなを、大人に あけて もらいます。あなは テープで ふさぎます。

せんめんきや おふろ場の 中に ボトルを おいて、水を あなの 上まで 入れ、テープを はがして みましょう。どの あなの 水が いちばん 遠くまで とぶでしょうか。下の あなが いちばん いきおいよく とべば、深い ところほど 水圧すいあつが 大きいと 分かります。

もっと 知りたい 人は、水族館の 公式の ブログ「美ら海だより」も 読んでみて ください。

水圧は、家のペットボトルでも見くらべられます。ペットボトルの側面の上・中・下に、同じ大きさの小さな穴を大人にあけてもらい、テープでふさぎます。洗面器やおふろ場の中にボトルを置き、いちばん上の穴の少し上まで水を入れて、テープをはがします。

観察のポイントは、どの穴から出る水が最も遠くまで飛ぶかです。下の穴ほど勢いが強ければ、深いほど水圧が大きいという本文の話と一致します。水が減ると勢いが弱まっていくので、水を入れたらすぐに見くらべましょう。

水族館に行く機会があれば、窓のふちが見える場所で、厚さを見くらべてみてください。美ら海の公式ブログ「美ら海だより」には、窓の厚さの紹介があります［2］。

水圧の深さ依存は、ペットボトルの側面の上・中・下に同じ径の穴をあけ、水を満たしてテープをはがす実験で観察できる（穴あけは大人が行う）。下の穴ほど水が遠くまで飛べば、p＝ρghの深さ比例に合う。水位が下がると勢いも弱まるので、水を入れた直後に見くらべる。洗面器の中などで行えば、こぼれても片づけやすい。

原典としては、美ら海の公式ブログ［2］と、政府広報の記事［3］［6］が読みやすい。アクリルの時間依存と傷の影響は、米国のマディソン・グループの解説［8］に数値つきで載っている（英語）。ただし、紹介した資料はいずれも設計の簡易式を載せていないので、これらの資料からは窓の厚さを計算できない。

次に調べるなら、窓の大きさや水深によって、必要な厚さがどう変わるかだ。窓の位置（水深）と、窓にかかる力の合計を手がかりに、原典を読み比べてみるとよい。