茶柱の発生要因
髙田 淳平
指導教員 中島 覚 戸田 洋平
要約
私は「茶柱」の発生要因について研究した。
調査動機は，「茶柱が発生するのは珍しい」と言われていて，果たして本当に茶柱は珍しいのか（＝茶柱の発生確率は低いのか）気になったから，そして，どうして茶柱が発生するのか気になったからである。研究の目的は，①茶柱の発生確率を求める ②茶柱の発生するメカニズムを解明する の 2 つである。これら 2 つを明らかにする為に，私は，実物のチャノキの茎や，それを模した各種モデルを用いて，発生確率・茎への熱湯浸入の様子観察・茎両端への水浸入量測定・茎両端直径測定等の様々な実験を行った。研究の結果，茶柱の発生確率は，30 分間で約18.4％である事が明らかになった。
又，茶柱は，茎内部に浸入した熱湯の重さがいわば錘の役割を果たし，片端のみがより重くなってバランスが崩れる事により，そちらを下として発生する事が明らかになった。しかも，この現象は単に内部に浸入した熱湯量のみによって決定されるわけではなく，「熱湯の浸入量」と「茎両端の太さ」の 2 つのファクターによって決定される，両端の「モーメント」の差によってどちらが下となるか決定される事が明らかになった。

Abstract
I researched on what causes tea stalks to float vertically.When infusing the tea, sometimes a tea stalk –Chabashira – will float vertically in the cup. In Japan, this is thought to be a sign of good luck. I wanted to findout more what causes this phenomenon. Why do some stalks float, and others sink? And why do some float
vertically, and others do horizontally? I had two aims.①To discover the probability of Chabashira floating
vertically.②To discover the mechanism that results in Chabashira floating in this way. I made various
experiments with real tae stalks and hand-made models:calculating the probability of Chabashira floating
vertically,observing the internal structure,and measuring the both ends' diameters and the length, and so on .
As a result, the probability of Chabashira floating vertically was about18.4% for 30minutes. In addition,

Chabashira floats vertically because of the content of water entering into its both ends. This phenomenon iscaused by two factors, the content of water entering into Chabashira and its both ends'diameter.

キーワード

Keywords

茶柱・モーメント・チャノキ・茶柱発生確率

Chabashira (tea stalks) ・moment・tea plants・the probability of tea stalk floating verticallyⅠ．序論

赤インキ 光学顕微鏡 検鏡用具一式 ルーペ ディジ

１．研究動機

タルカメラ ディジタルカメラ接眼リングアダプタ（キ・「茶柱が立つのは珍しい」「茶柱が立つと縁起が良い」

ヤノン EF マウント用） 三脚 ノギス 物指し 自作と言われており，茶柱の発生確率が気になったから。

測定用ゲージ ディジタル天秤 保存容器 ティッシュ・茶柱の発生するメカニズムが気になったから。

ペーパー

２．目的

６．実験１ 茶柱の発生確率を求める①茶柱は本当に珍しいのか（＝茶柱の発生確率は低い＜実験のねらい＞茶柱発生確率を求める。のか）を解明する。
②茶柱の発生メカニズムを解明する。

＜実験方法＞①茎 50 本を熱湯中に投入する。
②1 分間隔で水温と茶柱発生本数をディジタル温度計・目Ⅱ．本論視で観測する。

３．定義
本研究に於いて，「茶柱が立った」「茶柱が発生した」③実験は 30 分×5 回行い平均を出す。という状態を，「茶葉中に含まれるチャノキの茎部分が，熱湯中に投じられてから 30 分以内に，熱湯中で水平に対し垂直な状態を保ったもの」と定義する。但し，±10°＜実験結果＞［グラフ１］参照。
30 分/5 回での茶柱平均発生確率は（実験 5 回で発生した茶柱の総和 46 本÷母集団 250 本×100＝）
約 18.4％での許容範囲を設ける。

あった。2 割弱が発生する事になる。
４．材料
本研究に於いて，実験材料は，一般的に市販されている緑茶製品の中でも茎の混入割合の高い「茎茶」や「か７．観察
茶柱の発生に何か法則性を見出そうと、茶柱の発生すりがね」（［写真１］参照）と呼ばれる製品中からピンセッる様子を観察した。

トを用いて茎部分のみを採取し，これを実験に用いる。

茎が熱湯中に投じられてからの様子は、次の様に纏められる。
①茎は，投入された直後は水面に浮遊している。
②茎は，時間が経つに連れて次第に片端より傾き始める。
③更に時間が経過し，傾きは更に大きくなる。
④更に時間が経過し，茎は水平に対し垂直な状態をとる（茶柱の発生）。
⑤茶柱は，④の状態を保ったままで熱湯中をゆっくり沈み，或いは熱湯中を浮遊する。
⑥更に時間が経過し，茶柱は水底に達し再び水平な状態を取る。

［写真 1］ 茎茶又，茶柱は 30 分を過ぎた後も発生し続け，時間経過と共に茎の大部分が「立つ」事が観察に因って分かってい５．実験器具るが，本実験では，実験開始から 30 分間に発生したもの

ビーカー ディジタル温度計 電気ポット ピンセット

のみを茶柱とする。

カッターナイフ 油性マジックペン 赤絵具 万年筆用［グラフ１］ 水温変化と茶柱平均発生本数

８．仮説
前項に示す観察に基き，茶柱発生メカニズムに関する③本実験で，「熱湯が浸入している」＝「茶柱内部が赤く染色されている」とする。

仮説を立てた。
＜実験結果＞①茎が湯中に投じられると，茎両端から熱湯が浸入する。

［写真２］参照。熱湯は茎の両端からのみ浸入している事が②茶柱が「立つ」のは，茎の左右端で熱湯の浸入量に差確認出来る。

が生じる為に重量バランスが変化するからである。

又，茎は，①内部の熱湯を吸収しやすい構造と，②そ③茶柱が沈むのは，茶柱内部に浸入した熱湯の重さが茶れを取り囲む，謂わばストロー状の熱湯を通しにくい構柱の浮力を上回るからである。

造 の 2 つからなっている事が分かる。

④茎左右端で浸入する熱湯の量に差が生じる理由は，茎の直径が左右で異なる等が考えられる。

茶柱が立つのは，恰も釣りのウキの様に，上下で重さに違いがある（下に重さが偏っている）からであり，時間経過と共に重さの差を生み出す要因は「茎両端への熱湯の浸入量の違い」にあると考えた。

［写真２］ 茶柱内部の染色結果

９．実験２ 茎への熱湯浸入の様子を観察

１０．実験３ 茶柱の構造を模したモデルを用いた発生＜実験のねらい＞茎への熱湯浸入の様子を解明する。

メカニズム検証＜実験のねらい＞＜実験方法＞

前項７に於いて，茶柱が発生する様子の観察から，茶①熱湯を赤絵具で着色し，茎を熱湯に投入する。

柱発生メカニズムに関する仮説を立てた。そこで，茶柱②茶柱が発生したら，ピンセットで熱湯中より取り出しの特性及び構造を模した人工的なモデルを身近な材料をてカッターナイフで縦半分に割り，目視・ルーペ及び用いて自作し，モデル実験を通し仮説を実証する事にす

光学顕微鏡で内部構造・熱湯浸入の様子を観察する。

る。

＜結果＞

＜実験結果＞

本実験に於いて，計 6 種類のモデル（［写真３］参照）を［グラフ２］参照。仮説に因ると，立った茶柱の下端の方に，製作し実験を行ったが，内部吸収構造の材質的特性の限上端と比較しより熱湯が浸入している事になるが，本実界，具体的には，茶柱内部の構造と熱湯の吸収度合が近験では約 46.2％の茶柱が仮説と異なる結果（＝上端によい材質が入手できなかった事から，実際の茎への熱湯浸り熱湯が浸入）となった。

入の様子を適切に再現する事は出来なかった。
１２．実験５ 茶柱両端の直径及び全長を測定する［写真３］ 試作したモデルの 1 つ又，岡山大学 西山教授より，「モデル実験では，仮説の実証は出来てもメカニズムの実証は出来ない。メカニズムの実証は実際の茶柱で行うのが良い。
」との助言を頂いた為，この手法で茶柱の発生メカニズムを解明するのは止め，実際の茶柱を観察対象としてメカニズムを解明する事とした。

［グラフ２］ 水温変化と茶柱平均発生本数＜実験のねらい＞仮説によると，茶柱の発生要因である

１１．実験４ 茶柱上下への熱湯浸入量の差を求める＜実験のねらい＞仮説によると，茶柱が立つのは茎両端での熱湯浸入量の偏りであるとされる。実際に発生した茶柱内部への熱湯浸入の様子を観察する事により，仮説を裏付けたい。

茎両端での熱湯浸入量の偏りの発生する原因の 1 つとして，茎両端の直径が異なる事が挙げられている。実際に発生した茶柱両端の直径を測定する事により，仮説を裏付けたい。
又，茎の長さによって発生のし易さに相違はあるのかも解明したい。

＜実験方法＞①湯を赤絵具で着色し，茎を熱湯に投入する。
②茶柱が発生したら，ピンセットで熱湯中より取出して油性マジックペンで下端に印をつける。
③カッターナイフで縦半分に割り，目視で熱湯浸入の様子を観察する。
④実験は 30 分間行う。

＜実験方法＞①茎を熱湯中に投入し，茶柱が発生したら熱湯中より取出し，マジックペンで下端に印をつける。
②ノギスで両端の直径を，物指しで全長を測定する。
③測定した茎は，総て立った茶柱で 25 本であり，1 つの茶柱に対して両端直径と全長の2つを同時に測定する。
実験は 30 分間行う。

⑤本実験に於いて，「熱湯が浸入している」＝「茶柱内部が赤く染色されている」とする。
⑥観察した茎は，総て立った茶柱で 13 本である。

＜実験結果＞
両端直径：［グラフ３］参照。仮説に因ると立った茶柱の下端の方が上端よりも太い事になるが，本実験では上端と比較し下端の方が太いものが 48％，下端と比較して上端の方が太いものが 40％存在し，更には両端で直径に違いの見られない茶柱も 12％有った。

茎の重心は，茎中心ではなく，中心から太い方の端により近い場所に偏る。

全長：［表１］参照。発生した茶柱の全長は 4 ㎜～14 ㎜
迄バラバラで，長さは発生要因として関係がない事が分かった。

（ⅰ）左端は右端と比較し太い（＝容積が大きい）ので，より多くの熱湯が浸入しやすい。
一方，左端は重心からの距離が右端と比較し小さいので，右端と比較しより多くの熱湯が浸入する必要がある。
（ⅱ）左端と比較し右端の方が重心からの距離が大きいので，より少ない熱湯量でも傾きやすい。
一方，右端は左端と比較し細い（＝容積が小さい）ので，より多くの熱湯が浸入する必要がある。

［図１］モーメントの概念［グラフ３］ 茶柱両端の直径

茎両端に太さの差がみられる場合，茎の端では上記［表１］ 茶柱の全長以上（㎜） 未満（㎜） 本数（本）（ⅰ）
・（ⅱ）の関係が同時に成り立っている。因ってこ464

れらの要素は相殺され，結果として見掛け上，①の「太6881073さに差が無い茎」と殆ど同じであると看做す事が出来る

1012121465として傾くと考えられる。と考えられる。その状態で，モーメントの勝った方を下

１４．実験６ 茎に浸入する熱湯の割合を求める
１３．仮説２
実験３及び４で，仮説と一部異なる実験結果が出た。
そこで，これらの事実をも鑑み，整合性を持たせた新たな仮説を立てた。
着目したのは，「モーメント」の概念である。単に熱湯＜実験のねらい＞
仮説によると，茶柱の発生には熱湯の浸入が関係している。茶柱内部に浸入した熱湯の質量を測定し，また，対照実験として立たなかった茎についても同様の観察を行い，違いを発見したい。の浸入量だけに注目して考えるのではなく，茎の端と重心との距離も関係すると考えた。

＜実験方法＞①熱湯中に茎を投入する。

①茎両端に太さの差が見られない場合（［図１］左）
茎の重心は茎の中心に存在する為，茎は浸入した熱湯量の多い方を下として傾く。
②両端に太さの差がみられる場合（［図１］右）②茶柱が発生したら直ぐに取出し，茶柱の周囲に付いた余分な水分をティッシュペーパーで拭い，最少秤量が0.001ｇのディジタル天秤で質量を測定する。
③②の茶柱に固有の番号を振って区別し、完全に乾燥さ＜実験方法＞せる。
④燥燥状態の茶柱の質量を②で使用した物と同じディジ①熱湯を万年筆用赤インキで着色する。
②茎を①の熱湯中に投入し，茶柱が発生したら取出してタル天秤で測定する。
⑤｛④÷（②－④）｝×100 で茶柱に浸入した熱湯の，茶柱本体に対する熱湯の浸入割合が分かる。
⑥測定した茎は，総て立った茶柱で 100 本である。又，対照実験として，立っていない茎も同数測定し比較する。実験は 30 分間行う。

油性マジックペンで下端に印をつける。
③自作測定用ゲージ（詳細後述）に載せ，ディジタルカメラで撮影する。
④茎をカッターナイフで縦半分に割き，自作測定用ゲージに再び載せディジタルカメラで撮影する。
⑤撮影した画像をコンピュータ上で拡大し、ゲージの目盛を読取る。

＜実験結果＞［表２］参照。平均して，立った茶柱の方に，立っていないものよりも18％程多くの熱湯が浸入している事が分かる。

⑥測定した茎は，総て立った茶柱を対象として 97 本である。
⑦本実験で，「茎内部が赤く着色されている」＝「内部に［表２］ 茶柱へ浸入した熱湯質量の本体質量に対する割合
水浸入時の茶柱質量（g）

乾燥質量（g）
差（水の浸入量）（g）
水の浸入割合（％）

立った 立たなかった
0.021
0.022
0.005
0.006
0.016
0.017
333.459
310.044

熱湯が浸入している」とする。

自作測定用ゲージは，市販のシンワ製ステンレススティール製直尺（最少目盛 0.5 ㎜）3 本を組合せて自作した測定具である。長い直尺（30 ㎝）に並行に，茶柱を添わせて置き，30 ㎝の直尺で熱湯浸入量（＝赤インキで染色

このうち，発生した茶柱は実験開始から 30 分以内の発された長さ）を，30 ㎝直尺に直角に置いた 2 本の短い直生した瞬間の時点でのデータであり，立たなかった茎は尺（15 ㎝。30 ㎝直尺に沿ってスライドさせる。
）で両端実験開始から 30 分経過した時点でのデータである。熱湯直径をそれぞれ測定する。

中にあった時間は当然後者の方が長く，熱湯が浸入可能な時間についても同様である。その状態にあって尚，概＜実験結果＞して，発生した茶柱の方に立たなかった茎よりも多くの［グラフ４］参照。各ファクターで，下端の数値から上端の熱湯が浸入していたという事は，茎の中にも「熱湯が浸数値を引き下端の優越度をポイント化した。例えば，下入しやすいもの」と「熱湯が浸入しにくいもの」が存在

端と比較して上端の直径の方が太かった場合，数値は負する為と考えられる。の数をとる。
仮説通り，他象限と比較し第三象限には分布が少ない

１５．実験７ 茎の熱湯浸入量と茎の直径要素一元化

事が分かる。ｘ軸上の負の部分にも分布が少ない。原点＜実験のねらい＞の分布は測定誤差であると考えられる。

前述の実験３及び４では，「茎への熱湯浸入量」と「茎両端の直径」というファクターを，それぞれ独立した事

本実験に於いて，熱湯のみを使用した時よりも茶柱が象と見做し実験を行った。然し，仮説２により，これら 2発生しにくかった。インキの粘性が発生に影響しているつには密接な関係がある可能性が示唆された。従って，可能性がある。又，インキ中に含まれる発色微粒子が茎これらを一元的に扱う事に因って因果関係を探ろうと考内部構造に詰まり,熱湯浸入を妨げている可能性も考えらえた。

れる。

の内部構造を詳細に観察した。

＜実験方法＞実験２に同じ。但し，金光学園の光学顕微鏡を用いた観察では限界があったので，岡山大学の光学顕微鏡（1000×迄観察可能）を用いて内部構造の観察を行った。
この顕微鏡は，接眼レンズの部分に CCD カメラが取り付けられており，試料観察・撮影が液晶モニタを介して容易に行える。

＜実験結果＞［写真４］参照。立たなかった茎内部にはあまり熱湯が浸入していない。又，立った茶柱上端の多くに［グラフ４］ 茶柱下端直径・熱湯浸入量優越度

は内部に空洞が確認されたが，下端は比較的密であり，上端の様な空洞は見られない。この事から，茶柱内部構

１６．実験８ 茶柱内部構造の詳細観察＜実験のねらい＞本実験は前述実験２の追加実験である。茶柱両端で水の浸入に差が生じる要因として，茶柱［写真４］ 光学顕微鏡を用いて観察した茶柱内部構造

造の密度の差も発生要因として関係する可能性が考えられる。具体的には，茶柱内部の空洞に空気が残存し，ウキの様な役割を果たす可能性がある。

Ⅲ．結論
・茶柱の平均発生確率（30 分/5 回）は約 2 割弱である。
・茎は，両端直径と熱湯浸入量からなるモーメントの釣合が崩れる事に因って発生する。

Ⅳ．今後の課題・茶柱への熱湯の浸入し易さ/しにくさを決定する要素（内部構造の粗密等）を解明する。
・表面張力も考慮した発生メカニズムを理論化し，実証する。
・内部の空洞と茶柱発生の関係について解明する。

Ⅴ．謝辞
本研究にご助言・ご協力を頂いた岡山大学 西山教授・河村教授にこの場を借りてお礼申し上げます。