Erste internationale Erfahrungen sammelte Tomoyuki Arai vermutlich im Jahr 2003, als er bei der Sommer-Universiade in Daegu in 21,07 s den vierten Platz im 200-Meter-Lauf belegte und mit der japanischen 4-mal-100-Meter-Staffel in 39,45 s die Goldmedaille gewann. Im Jahr darauf siegte er dann bei den erstmals ausgetragenen Hallenasienmeisterschaften in Teheran in 21,65 s über 200 Meter. In den folgenden Jahren konnte er sich für keine internationalen Meisterschaften mehr qualifizieren und beendete dann 2009 im Alter von 28 Jahren seine aktive sportliche Karriere.
- 100 Meter: 10,32 s (+1,7 m/s), 29. April 2006 in Hiroshima
- 200 Meter: 20,71 s (+0,6 m/s), 7. Juni 2003 in Yokohama
- 200 Meter (Halle): 21,65 s, 7. Februar 2004 in Teheran
Japan
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