鍵の中はどのようになっているのか？

玄関の鍵、自動車の鍵、引き出しの鍵など、鍵は日常生活に無くてはならないものです。鍵の歴史は古く、紀元前4,000年頃に作られた木製の鍵が残っているそうです。現在は木が金属に変わっていますが、原理的には余り変わりはありません。ところで鍵の仕組みはどのようになっているのでしょうか。今回は、鍵の構造について述べます。なお、鍵（key）は鍵穴に差し込む金属等の小さな部品、錠（lock）は扉などに取り付けられている鍵の本体、錠前（lockset）は鍵と錠を合わせたものです。ただし、「鍵をかける（本来は錠をかける）」、「鍵を変える（本来は錠前を変える）」なども普通に使われるので、錠・錠前と鍵とは厳密に区別することもないと思われます。

　　　（閉）　　　　　　　　　　（開）　　　　
図１鍵の回転による錠の開閉の原理

玄関の鍵穴に鍵を入れ左右に回すと、ドアの隙間から四角い鉄の棒が出たり入ったりするのが見えます。この棒はデッドボルト（本締りボルト）と言われるもので、閂（かんぬき）の一種です。錠の動作の原理を図１に示します。鍵穴に鍵を入れ、回すとシリンダーの中心部が回ります。ただし、間違った鍵であれば回りません。シリンダー内筒からはレバーが出ていて、レバーが動くことによりデッドボルトを左右に移動させます。ドアの枠に設けられた受けの穴（ストライク）にデッドボルトが入ることにより鍵が閉まった状態になります。実際の錠には、動きを滑らかにしたり、カチンと収まったりするためにバネやリンク機構などが組み込まれています。

図２シリンダー錠の原理
（出典：Wiki「ピンタンブラー錠」、部品名等を追加）

図１はシリンダー錠と言われるもので、玄関などの鍵や南京錠に使われています。その構造と動作原理を図２に示します（ピンタンブラー錠はシリンダー錠の中では最もよく使われるタイプです）。シリンダーの外筒と内筒に小さな穴が開いており、その中にドライバーピン、タンブラーピン、スプリングが入っています。ドライバーピンやタンブラーピンのそれぞれは色々な長さになっていますが、両者を合わせると同じ長さになっています。図２(a)のように鍵穴に鍵が入っていなければ、バネの力でドライバーピンとタンブラーピンは下の方へ押し付けられ、ドライバーピンが障害となりシリンダーの内筒を回すことができません。正しい鍵を入れると、図２(b)のように鍵の凸凹（ギザギザ）の深さとタンブラーピンの高さが合います。ドライバーピンとタンブラーピンの接触位置がシリンダー内筒の位置（シャーライン）に合うため、内筒を回転させることができます。
鍵が両方向に異なったギザギザで刻んであるものはドライバーピン・タンブラーピンを２列にしたもので、ピッキング（先端の曲がった針状の器具を用いて鍵を開ける行為）を少しでも防止するためのものです。鍵に細かな凹み穴が沢山あるものもありますが、これはキザギザと同じ役割を果たします。鍵のコピーが簡単には出来ないための工夫です。穴の代わりに円筒状の磁石をはめ込んでいるものもあります。タンブラーピンも磁石になっていて、N極とS極の引き合いか反発かでドライバーピン・タンブラーピンを動かします。

図３ダイヤル錠の構造

金庫の鍵はダイヤル錠と言います。図３にその構造を示します。何枚かの円形のプレートがあり、それぞれに切れ込みが入っています。ダイヤルを回して各切れ込みを閂の位置に合わすと、閂が動いて開錠となります。
各プレートの回し方がポイントになります。ダイヤル盤からの回転軸は、プレートＣには繋がっていますが、プレートＡ、Ｂには繋がっていません。図のようにプレートＡ、Ｂ、Ｃには同じ大きさの円の位置にロッドが立っています。
図４にプレートの回転方法と効果を示します。ダイヤルを右回転するとプレートＣのロッドはプレートＢのロッドにぶつかり、最後にプレートＢのロッドはプレートＡのロッドにぶつかって、ロッド３個がくっついて回転します（図中の(2))。やがて、最初のダイヤル番号のところになるのでそこで回転を止めます。この位置は、閂がプレートＡの切れ込みに合う位置になるように設計して置きます（図中の(3))。次に、ダイヤルを左回転させるとプレートＣだけが回転します（図中の(4))。１回転の後、そして２回転前に次のダイヤル番号のところで回転を止めます（図中の(6))。今度は逆にダイヤルを右回転すると、プレートＡは止まったまま（プレートのＣロッドとぶつからないため）で、プレートＣだけが回転します（図中の(7))。そして、１回転内に最後のダイヤル番号に合ったところで止めると、そこはプレートＣの切れ込み位置になります。このようにして、３枚の切れ込み位置が一直線になって閂が切れ込み位置に入り、デッドボルトが下に移動して開錠となります。

図４プレートの左右回転と停止位置

図５ウォード錠

昔の玄関、机の引き出し、カバンなどの鍵としてウォード錠が使われています。鍵穴に鍵を入れ回します。図５に示すウォードと鍵の切れ込みが合っていると鍵を回すことが出来ますが、合っていなければ引っ掛かって鍵は回りません。鍵を回すと、その鍵の部分が閂の出っ張った部分を押して閂を移動させることが出来ます。

ホテルやマンション、アパートにはマスターキーがあります。ホテル従業員や管理人がこの鍵を持っていて、一つの鍵で複数の部屋を開けることができるものです。

図６マスターキーの仕組み

シリンダー錠のマスターキーの仕組みを図６に示します。図２との違いはドライバーピン・タンブラーピンの何本かにマスターピンが加わったことです。マスターキーに対して、ドライバーピンとマスターピンの切れ目がどの部屋でもシャーラインに合うように作られています。そのため、マスターキーで全ての部屋を開けることができます。各部屋はマスターピンとタンブラーピンの切れ目にシャーラインが合わせるようにするので、各部屋は別の鍵になります。もちろん、タンブラーピンは部屋により異なった長さにしておきます。マスターキーでどの部屋も開けられるのが不思議に思われている方も多いと思いますが、答えを聞くと「コロンブスの卵」と言う気持になりますね。