(57)【要約】      （修正有）【課題】コンクリートのはつり作業を行わずにコンクリートの表面から接地抵抗低減材を注入可能にして、簡易かつ迅速な構造体接地を行う接地装置を提供する。【解決手段】設置箇所のコンクリート面に底孔１５が対向するように配置される容器１内に、接地線２０と接続される電極４０を配置し、この容器１内の電極４０が浸漬するように接地抵抗低減材３を貯留し、底孔１５からコンクリート内へ滲入する接地抵抗低減材３がコンクリート内の金属構造体１０３に接触して構造体接地を行う接地装置１とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に接地抵抗低減材が貯留するようになされ、かつ底孔を有する容器と、
接地抵抗低減材に浸漬されるように前記容器内の底孔付近に配置される電極と、
一端が設備に接続され、他端が前記電極に接続される接地線と、
を備え、接地された金属構造体をコンクリートが覆うコンクリート構造体上にあってこのコンクリート面に前記底孔が対向するように前記容器が配置され、前記底孔を通じてコンクリート内へ滲入する前記接地抵抗低減材が前記金属構造体に接触して前記設備を構造体接地することを特徴とする接地装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接地装置において、
前記電極は銅メッシュであることを特徴とする接地装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造体上の設備を接地するための接地装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道の高架橋上には通信機器、保安装置、照明設備または交通信号設備という各種装置を収めた器具箱などの設備（以下、単に設備という）が設置されており、それらの設備には保安用接地が必要となる。高架橋上に設置された設備の接地方法について従来では以下の（ａ），（ｂ）の方法が採られていた。
【０００３】
（ａ）高架橋に隣接する大地まで接地線を伸ばし、大地と電気的に接続する通常接地を行う。
（ｂ）高架橋の鉄筋等の金属構造体に電気的に接続する構造体接地を行う。
【０００４】
そして、（ｂ）の構造体接地は、さらに以下（イ），（ロ）が挙げられる。
（イ）高架橋のコンクリート表面をはつり、鉄筋等の金属構造体を露出させ、この金属構造体と電気的に接続して接地する構造体接地を行う。
（ロ）高架橋上の照明設備等のように、高架橋の鉄筋等の金属構造体に予め機械的に連結されている導体と電気的に接続する構造体接地を行う。
これら（ａ），（ｂ）について図を参照しつつ以下に説明する。
【０００５】
図９は、従来技術の高架橋上の設備の接地方法の説明図であり、上記（ａ）の通常接地である。高架橋１００は、例えば、鉄道の高架線などで用いられており、高架脚１０１により高架１０２が支持された鉄筋コンクリート構造体である。この高架１０２上の設備２００に接続される接地線３００を下側の大地まで伸ばし、地中に埋設した接地電極４００で接地している。
【０００６】
また、図１０は、他の従来技術の高架橋上の設備の接地方法の説明図であり、上記（ｂ）（イ）の構造体接地である。鉄筋コンクリート構造体である高架橋１００の高架１０２のコンクリート表面をはつり、そこに露出した鉄筋を接地電極５００として接地線３００により電気的に接続し、この接地電極５００の周囲にて接地抵抗低減材を散布し、コンクリートにて埋め戻すことで接地している。
【０００７】
各従来技術について検討する。まず、上記（ａ），（ｂ）の接地方法を比較する。遠くまで接地線３００を伸ばす必要がある（ａ）の通常接地よりも、設備２００の直近にある高架橋１００の金属構造体を利用する（ｂ）の構造体接地が、保安用接地として合理的であり、施工に必要な労力や接地線の断線等のトラブルが少ないと考えられる。
【０００８】
続いて、このようなコンクリート構造体上での接地に関する他の従来技術を説明する。他の従来技術として、例えば、特許文献１（特開２０１２−３３３６２号公報、発明の名称「アース装置」）に記載の発明も知られている。特許文献１の図１に示す発明では、コンクリート体などの接地基礎体にアンカースクリューを設け、アンカースクリューとともにアース線を導電性コンクリートで覆うことで強固に取り付け、アース線を長距離にわたり敷設するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−３３３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記（ｂ）の構造体接地や特許文献１のアース装置も問題点を有するものであった。まず、従来技術（ｂ）（イ）の構造体接地は、高架橋１００の金属構造体に確実に接続できる接地であるが、設置時に高架橋１００をわずかでも破壊し、鉄筋を露出させる必要がある。このような高架橋１００の破壊は、建築物としての強度低下の原因となり、好ましくないという問題があった。
【００１１】
また、従来技術（ｂ）（ロ）の構造体接地は、高架橋１００を破壊せずに金属構造体に接続できる接地であるが、高架橋１００の金属構造体と電気的に接続された導体が予め露出して設けられていなければこの接地を採用することはできない。特に設備を新たに追加するような場合には採用できないものであった。
【００１２】
また、特許文献１に記載の従来技術でも、コンクリート体などの接地基礎体にアンカースクリューを設けるというものであって、コンクリート体の破壊が回避できないものであった。また、長距離にわたりアース装置を敷設する必要があり、コストの問題もあった。
【００１３】
このように設備の接地線と高架橋の金属構造体とを電気的に接続する方法は、高架橋の一部を破壊する方法か、既設設備の有無に依存した方法か、しかないのが現状である。そこで、高架橋などのコンクリート構造体に対し、非破壊で簡易に設置可能な接地装置が求められている。具体的には、はつり作業をすることなく、乾燥したコンクリート面に設置するのみでも、コンクリート構造体の金属構造体に電気的に接続して、接地抵抗が得られるような接地装置が求められている。
【００１４】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンクリートのはつり作業を行わずにコンクリートの表面から接地抵抗低減材を注入可能にして、簡易かつ迅速に構造体接地を行う接地装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
内部に接地抵抗低減材が貯留するようになされ、かつ底孔を有する容器と、
接地抵抗低減材に浸漬されるように前記容器内の底孔付近に配置される電極と、
一端が設備に接続され、他端が前記電極に接続される接地線と、
を備え、接地された金属構造体をコンクリートが覆うコンクリート構造体上にあってこのコンクリート面に前記底孔が対向するように前記容器が配置され、前記底孔を通じてコンクリート内へ滲入する前記接地抵抗低減材が前記金属構造体に接触して前記設備を構造体接地することを特徴とする接地装置とした。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の接地装置において、
前記電極は銅メッシュであることを特徴とする接地装置とした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コンクリートのはつり作業を行わずにコンクリートの表面から接地抵抗低減材を注入可能にして、簡易かつ迅速に構造体接地を行う接地装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を実施するための形態の接地装置の外観図である。
【図２】本発明を実施するための形態の接地装置の内部構造図である。
【図３】本発明を実施するための形態の接地装置の取り付け状態の説明図である。
【図４】本発明を実施するための形態の接地装置の容器の説明図であり、図４（ａ）は平面から視た半断面図、図４（ｂ）は正面から視た半断面図である。
【図５】本発明を実施するための形態の接地装置の接地線・電極の説明図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図である。
【図６】接地装置を用いる設置工法の説明図である。
【図７】接地装置を用いる設置工法の説明図である。
【図８】接地抵抗および接地抵抗低減材高さの経過時間に対する変化を説明する特性図である。
【図９】従来技術の高架橋上の設備の接地方法の説明図である。
【図１０】他の従来技術の高架橋上の設備の接地方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、本発明を実施するための形態について図を参照しつつ説明する。接地装置１は、図１で示すように、外観上は、容器１０、接地線２０、接地線用シール部３０を備えている。さらに、図２で示すように、容器１０の内部に電極４０、固定部５０を備える。接地装置１は、後述するが、防水層２によりシールされた状態で高架１０２のコンクリート面上に設置され、接地線２０に電気的に接続された電極４０および固定部５０が、容器１０の内部に貯留されている接地抵抗低減材３の底に浸漬された状態で用いられるものである。
【００２０】
続いて各構成について説明する。
容器１０は、図１，図２，図４で示すように、蓋部１１、容器本体１２、ツバ部１３、貯留空間１４、底孔１５を備える。容器本体１２は上下両端で開放されている。上側の開口を蓋部１１が覆うことで、容器本体１２の上側を外界から遮蔽することができる。下側の開口の周端部にはツバ部１３が形成される。
【００２１】
ツバ部１３は、底孔１５を囲むように形成されている。下側の底孔１５は、コンクリートである高架１０２と向き合う。このツバ部１３には、図１，図２で示すように防水層２が形成されており、コンクリート表面とツバ部１３との間に隙間がないように封止されている。また、内側では、図２で示すようにシール４も貼り付けられており、さらに密封性を高めている。
【００２２】
接地線２０は、図２，図５に示すように、外側の被覆層２１と、内側の心線２２とを備える。図２，図５でも明らかなように、先端では被覆層２１が剥がされて心線２２が露出している。この接地線２０の他端は、図３で示すように、設備２００の筐体やアース端子等に接続されている。
【００２３】
接地線用シール部３０は、図１，図２で示すように、接地線２０が容器本体１２を貫通する孔部付近に配置され、この孔から雨水等が貯留空間１４内へ浸入しないように機能する。
【００２４】
電極４０は、図２，図５で示すようにメッシュ状の電極である。電極４０は、導電性材料、例えば、銅などにより形成されている。
【００２５】
固定部５０は、図２，図５で示すように、導電性材料で形成された２枚の押さえ板５１と、導電性材料で形成された４本のねじ５２を備える。接地線２０の心線２２と、電極４０とを接触させた状態で、上下から押さえ板５１が挟んだ状態で、４本のねじ５２で締結してこれら全てが離脱しないように固定する。これにより接地線２０の心線２２、電極４０および固定部５０は、電気的に接続されている。また、電極４０および固定部５０の自重により、心線２２、電極４０および固定部５０が、接地抵抗低減材３中に沈降して底孔１５付近に位置しており、図２で示すような状態を維持する。
【００２６】
接地抵抗低減材３は、例えば高吸水性ポリマーで構成された高分子系低減材であり、接地線２０の心線２２、電極４０および固定部５０という広い面積で接触して電気的に接続される。この接地抵抗低減材３は、後に詳述するが、図２でも示すように、底孔１５を介して接する高架１０２のコンクリートの隙間などへ滲入して低減材滲入領域５を形成し、高架１０２内にある金属構造体１０３と接触する。心線２２、電極４０および固定部５０と、高架１０２内の金属構造体１０３と、は接地抵抗低減材３を介して電気的に接続され、接地される。
【００２７】
この接地抵抗低減材３は、上記した防水層２およびシール４によりツバ部１３とコンクリートとの対向面の隙間から漏れ出ないような状態で、貯留空間１４内に貯留されている。接地抵抗低減材３は直接大気に触れないことから直ちに乾燥するというものではなく、底孔１５と対向するコンクリート面の隙間や微細孔を通じてコンクリート内にゆっくり滲入していき長期間にわたり低減材滲入領域５が形成される。この低減材滲入領域５に金属構造体１０３が接して接地が確保される。なお、接地抵抗低減材３を滲入させてから長期間が経過すると、容器１０内の接地抵抗低減材３も減少するが、この減少量は、後述するが、僅かであることが実験により確かめられている。そこで、例えば１月毎や半年毎程度の保守時に接地抵抗低減材３を補充すれば接地抵抗低減材３が無くなるような事態を回避でき、運用上の問題はない。
【００２８】
続いて、本発明の接地装置１を設置するための設置工法について図６，図７を参照しつつ説明する。まず、蓋部１１を取り外してからツバ部１３にシリコン接着剤を塗布し、高架１０２のコンクリート面に接着固定して図６で示すような状態とする。これによりシリコン接着剤による防水層２が形成される。この防水層２によりツバ部１３とコンクリート面との隙間が封止される。さらにツバ部１３の内側では底孔１５の外周を覆うように、ツバ部１３とコンクリート面とにシール４が貼られて、より確実に封止される。
【００２９】
内部には固定部５０により接地線３０が機械的・電気的に接続された電極４０が配置される。そして、図７で示すように、ボトル６から容器１０の中に接地抵抗低減材３を注入する。心線２２、電極４０および固定部５０は接地抵抗低減材３内に沈降しており、電気的に接続される。そして接地抵抗低減材３がコンクリート内へ滲入して接地された（接地抵抗が所定値となった）ことを確認した後に蓋部１１を載せてねじ等で締結することで設置が完了する。このように設置工法は容易である。
【００３０】
続いて、本発明の特徴であり、接地抵抗低減材３がコンクリート内に滲入して金属構造体と電気的に接続されて接地抵抗を取得する原理について説明する。
【００３１】
一般に、コンクリートは水分の保有量によって電気抵抗が大きく変化することが知られている。これはコンクリートには微細な細孔が偏在し、若干ながら水を通過させる性質を有するためである。このように湿潤な状態のコンクリートの細孔内には、セメントが有する塩化物イオンが溶けた電解質溶液で満たされており、それらが電流経路となることで導電性を得る。十分に水分が含まれた湿潤な状態のコンクリートは、抵抗率が数十〜数百［Ω・ｍ］と、一般的な大地と比較して抵抗率が小さい半導体となる。そして、コンクリートが乾燥すると細孔内の電解質溶液という電流経路がなくなり、コンクリートは絶縁体となる。
【００３２】
大気中に存在する構造物である高架橋のコンクリート表面は、雨天時以外は基本的に乾燥しており、絶縁体である。よって、高架橋のコンクリート表面を介して高架橋の金属構造体（鉄筋）と接続するためには、コンクリートを常時湿潤な状態にして、それを維持する必要がある。そこで本発明の接地装置１では潤沢な量の接地抵抗低減材３を容器１０に貯留するとともに容器１０の底孔１５でコンクリート面と接地抵抗低減材３が常時接するようにしている。このような接地抵抗低減材３がコンクリートの微細な細孔へ滲み入った状態となり、図２で示すような低減材滲入領域５を形成する。
【００３３】
なお、この低減材滲入領域５の形成に用いられる接地抵抗低減材３のコンクリートへの滲入量はわずかであり、接地抵抗低減材３が直ちに消費されることはない。また、防水層２や蓋部１１などの存在により接地抵抗低減材３が蒸発や漏洩することもなく、やはり接地抵抗低減材３が直ちに消費されることはない。したがって、長時間性能を維持する接地装置１とすることができる。
【００３４】
続いて、本発明の接地装置１による接地の実証試験について説明する。このようにコンクリートとの接触面以外を密閉した構造とし、他のコンクリート面からの水分の浸透を排除した接地装置１により、接地の実証試験を行った。
【００３５】
図８に試験接地極の接地抵抗と接地抵抗低減材高さを約５０日間測定した結果を示す。接地抵抗低減材３は高吸水性ポリマーを含む。接地抵抗の測定値は、設置から１日経過後以降は５０日間ほぼ一定の値（Ｒ［Ω］から（Ｒ＋Ｒａ）［Ω］までの間を変動）となっており、その間に容器１の中の接地抵抗低減材３の残留高さは３９ｍｍから２ｍｍ低下した。
【００３６】
この実験から接地抵抗低減材３の消費について検討する。
設置後５０日目までの容器内の水分損失流量は約２５ｍｍ３／ｄａｙであり、試験接地極は１ヶ月の間に、低減材の残留高さ３９ｍｍ時点を初期水量とするとその３．２％を損失している。同じ流量で水分損失が続いたと仮定すると、２年ほどで乾燥することが分かった。
【００３７】
なお、この年数は本実験用の接地装置１に由来するものであり、接地抵抗低減材３の量を調整して消費期間をより長くすることもできる。接地装置１が貯留する接地抵抗低減材３の量を増大させれば、１０年程度コンクリート面への水分供給を持続する接地装置とすることも可能である。そして、適当な期間毎に保守点検することで長期間にわたり接地装置１が接地機能を果たす。
【００３８】
続いて接地抵抗値について検討する。例えば保安用接地に必要な接地抵抗値を得るため、複数の接地装置１を並列接続して所定の抵抗値を得ることも可能となっている。例えば、同じ箇所のコンクリート上に３個の接地装置１を配置したとする。それぞれの接地抵抗値が４８０［Ω］、５５２［Ω］、４１２［Ω］である場合、これら接地装置１を並列接続することで接地抵抗値は次式のようになる。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
したがって、接地抵抗や接地位置などの調整等を行うようにすれば、所望の接地抵抗値を得ることもできる。
【００４１】
以上、本発明の接地装置１について説明した。コンクリートへのはつり作業をせずに、コンクリートに接地抵抗低減材３を滲入させてコンクリート内に低減材滲入領域５を形成し、この低減材滲入領域５と金属構造体１０３とが接して接地を実現し、簡便で確実な接地が可能な接地装置１を実現できる。
【００４２】
なお、本発明は上記した形態に限定されるものではない。例えば、容器１を図に示したような角筒体ではなく円筒体とするような形態を採用することができる。また、底孔１５として容器１の底の全面を開放した大孔としたが、網状の孔とするなど各種形態を選択することができる。また、容器１０と電極４０との電気的な絶縁を確保した状態で、電極４０または固定部５０を容器１０に固定した一体構造を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のような本発明の接地装置は、電車などの高架での設置を念頭に置いたが、鉄骨、鉄筋、または、鉄骨鉄筋の金属構造体をコンクリートが覆うコンクリート構造体であれば適用することができるものであり、例えば、自動車用道路や地下鉄などの運輸施設、風車などの電力施設、または、工場などの生産施設など幅広い分野に適用することができる。また、新規施設のみならず既存施設に設備を追加するときなど、保守・改修時などでの適用も可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１：接地装置
１０：容器
１１：蓋部
１２：容器本体
１３：ツバ部
１４：貯留空間
１５：底孔
２０：接地線
２１：被覆層
２２：心線
３０：接地線用シール部
４０：電極
５０：固定部
５１：押さえ板
５２：ねじ
２：防水層
３：接地抵抗低減材
４：シール
５：低減材滲入領域
６：ボトル
１００：高架橋
１０１：高架脚
１０２：高架
１０３：金属構造体
２００：設備
３００：接地線
４００，５００：接地電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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