一般社団法人防衛施設学会主催

年次フォーラム２０２１（令和２年度年次研究発表会論文集）

令和３年４月（一社）
Japan Society of the Defense Facility Engineers一般社団法人防衛施設学会年次フォーラム 2021

論文集目次

Ａ 感染症・自然災害
座長：後藤 匠(防衛省整備計画局)(A1) pH 調整次亜塩素酸ナトリウムの洗浄・殺菌操作における作用機序福﨑智司, 吉田すぎる, 中村幸翼, 野嶋駿(三重大学) ･･･１
(A2) テンセグリティ構造と断層構造類の類似性に関する一考察
及び地震データの可視化・可音化の試みについて
荻原洋聡((株) エヌ・ワイ・ケイ), 佐藤紘志(防衛大学校名誉教授) ･･･９
(A3) 焼成卵殻・オゾン水の病原性微生物殺菌剤および消臭機能等実証事業
西山登士彦, 永富伯夫((株)ESC) ･･･15(A4) 雨水桝への蚊絶滅マット（分別集水マット）設置による感染症媒介蚊対策に関する実証実験
鈴木真菜,山田正 (中央大学) ･･･19
Ｂ 施設維持管理座長：服部大樹(防衛省整備計画局)(B1) 既設滑走路の予防保全と被災時の安全性の検証についての一考察
國武正大(航空自衛隊) ･･･25(B2) 大型水槽の側壁のひび割れ制御
伊藤朋紀,堅田茂昌(安部日鋼工業(株)),山﨑真一(三井造船特機エンジニアリング(株)),綾部信吾(防衛装備庁艦艇装備研究所),小川清澄(岩国生コンクリート協同組合) ･･･31(B3) AI を用いた打音法技術について
歌川紀之,黒田千歳(佐藤工業(株)),安永守利(筑波大学),
西敏臣,古賀美智恵((株)九検),黒田一郎(防衛大学校) ･･･37(B4) 逆 T 型 PC 板を用いた合成スラブの開発
小田将太郎, 濱本哲嗣,八木沼宏己((株)富士ピー・エス) ･･･43
Ｃ 地盤・土壌汚染対策
座長：井口龍太(防衛省大臣官房)(C1) ジオセルの材料特性と適用例
川俣さくら,原田道幸,大山亮貴(東京インキ(株)),宮本慎太郎(防衛大学校) ･･･49(C2) 土壌洗浄による枯葉剤由来ダイオキシン汚染土壌の効率的な浄化・減容化処理
毛利光男,馬場直紀,青木陽士,平澤卓也(清水建設(株)) ･･･55(C3) DDT 含有土を対象とした現地処理方法の開発
日野良太,西川直仁,緒方浩基((株)大林組) ･･･61(C4) UAV からの音波照射加振を用いた遠距離浅層地中探査技術の研究
杉本恒美,杉本和子,中川裕,上地樹,高木均,坂本憲昭(横浜桐蔭大学),
歌川紀之,黒田千歳(佐藤工業(株)) ･･･67
Ｄ 鋼材の腐食対策・爆発
座長：鳥越大智(内閣官房副長官補(事態対処・危機管理担当)付)(D1) 鉄,コンクリートの再生・延命に関する研究
松岡歩美,関口有桂里,吉武敏雄 ((株)染め Q テクノロジィ) ･･･73(D2) ポリウレアによる防爆緩和試験と耐震構造
緒方修一((一社)ポリウレア普及協会) ･･･79(D3) 機械学習を用いた打音スペクトルの分析による鉄筋腐食の判定
黒田一郎,鈴木大地(防衛大学校),西敏臣((株)九検) ･･･85(D4) 爆発による鋼材の損傷とその評価
市野宏嘉,別府万寿博(防衛大学校),萱森陽一,吉井健一(日本製鉄(株)) ･･･93

Contents list
A

Infection disease, Natural disaster
Chair: GOTO T. (Bureau of Defense Buildup Planning, Ministry of Defense)(A1) Mechanisms of actions of pH-controlled Sodium Hypochlorite in cleaning and disinfecting operations
FUKUZAKI S., YOSHIDA S., NAKAMURA K., NOJIMA S. (Mie Univ.) ･･･1
(A2) A Study on similarity between tensegrity structure and fault structure,a trial of visualize and audible methods of earth quake dataset
OGIHARA Y. (NYK Co.,Ltd.), SATO H. (Emeritus of National Defense Academy) ･･･9
(A3) Demonstration project for pathogenic microbial fungicides and deodorant functions
for calcined eggshell and ozone water
NISHIYAMA T., NAGATOMI H.(ESC Corporation) ･･･15(A4) Demonstration experiment on infectious disease vector mosquito control
filling catch basins with Mosquito Eliminating MatSUZUKI M., YAMADA T. (Chuo Univ.) ･･･19

B

Facility management and maintenance
Chair: HATTORI T. (Bureau of Defense Buildup Planning, Ministry of Defense)(B1) A study of preventive maintenance and safety verification in disaster for existing runways
KUNITAKE M. (JASDF) ･･･25(B2) Crack control of large water tank wall･･･31
ITO T., KATADA S.(Abe Nikko Kogyo Co.,Ltd.), AYABE S.(Naval system research center of ATLA),
YAMAZAKI S.(MES Tokki & Eng.Co.,Ltd.), OGAWA K.(Iwakuni ready-mixed concrete cooperative)(B3) Inspection of structures by impact acoustic method using AI technology
UTAGAWA N., KURODA C. (Satokogyo Co.,Ltd.), YASUNAGA M. (Tsukuba Univ.),
NISHI T., KOGA M. (Kyuken Co.,Ltd.), KURODA I. (National Defense Academy) ･･･37(B4) Development of synthetic slab using inverted T-type PC plates
ODA S., HAMAMOTO T., YAGINUMA H. (Fuji P.S Corporation) ･･･43

C

Soil mechanics and Soil pollution countermeasures
Chair: IGUCHI R. (Minister’s Secretariat, Ministry of Defense)(C1) Material properties and applications of Geocell
KAWAMATA S., HARATA M., OYAMA R. (Tokyo Printing Ink Mfg. Co.,Ltd.),
MIYAMOTO S. (National Defense Academy) ･･･49(C2) Application of soil washing to the remediation and the volume reductionof agent orange/dioxin contaminated soils
MOURI M. , BABA N., AOKI Y., HIRASAWA T. (SHIMIZU Corporation) ･･･55(C3) Development of on-site treatment method for DDT-containing soil
HINO R., NISHIKAWA N., OGATA H. (Obayashi Co.,Ltd.) ･･･61(C4) Study of long-distance shallow underground exploration technology
using acoustic irradiation induced vibration from UAV
SUGIMOTO T., SUGIMOTO K., NAKAGAWA Y., UECHI I., TAKAGI H.,
SAKAMOTO N. (Toin Univ. of Yokohama),UTAGAWA N., KURODA C. (Satokogyo Co.,Ltd.) ･･･67

D

Steel corrosion and Explosion
Chair: TORIGOE D. (Cabinet Secretariat (Situations Response and Crisis Management))(D1) Study on regeneration and prolong life duration of iron and concrete
MATSUOKA A., SEKIGUCHI Y., YOSHITAKE T. (SOMAY-Q Technology Corp.) ･･･73(D2) Blast Mitigation Earthquake-resistant structure by Polyurea
OGATA S, (Polyurea Promotion Association) ･･･79(D3) Judgement of reinforcement corrosion by sound spectrum analyses using machine learning
KURODA I., SUZUKI D. (National Defense Academy), NISHI T. (Kyuken Co.,Ltd.) ･･･85(D4) Fracture characteristics and damage evaluation of steel subjected to explosion
ICHINO H., BEPPU M. (National Defense Academy),
KAYAMORI Y., YOSHII K. (NIPPON STEEL Corp.) ･･･93

防衛施設学会令和２年度年次研究発表会（2021 年 4 月）

pH 調整次亜塩素酸ナトリウムの洗浄・殺菌操作における作用機序
Mechanisms of Actions of pH-Controlled Sodium Hypochlorite in Cleaning and Disinfecting Operations
福﨑智司*，吉田すぎる**，中村幸翼**，野嶋 駿**
FUKUZAKI Satoshi, YOSHIDA Sugiru, NAKAMURA Kosuke, NOJIMA Shun
* 工博，** 修（学）三重大学大学院生物資源学研究科（〒514-8507 三重県津市栗真町屋町 1577）
キーワード：次亜塩素酸，洗浄・殺菌，超音波霧化，通風気化，気体状次亜塩素酸（Hypochlorous acid, cleaning and disinfection, ultrasonic fogging, forced-air vaporizing, gaseous hypochlorous acid）

1．はじめに

2．次亜塩素酸の化学的特性

HOCl とOCl-の存在割合 (%)

次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)は、広い殺菌スペクトル 2. 1 酸化作用と速効性をもつ殺菌剤であることから、食品産業をはじめ
次亜塩素酸(HOCl)の第一の特性は、酸化作用を示すこ
医療、介護施設において長年汎用されてきた。次亜塩素酸 とである。HOCl は、水分子(HOH)の 1 つの水素(H)が塩ナトリウムは、酸化作用を持つ強アルカリ性の液体であり、 素(Cl)に置換された物質であり、水分子と同様に電気的に理想的な殺菌剤としての要件を数多く満たすことに加え 中性の分子である。すなわち、HOCl 分子中の塩素原子のて洗浄、漂白、脱臭作用を持ち、そして設備や機器に対し 酸化数は+1 (Cl+)であり、強い求電子種として作用する 2)。
ては，
有効範囲内で制限なく使用することができることが Cl+は、電子密度の高い結合部位(δ-)を選択的に攻撃し、特長である。
2個の電子(2e-)を奪い、自ら安定なCl-となる過程で殺菌、従来、
次亜塩素酸ナトリウムは用途に応じて水で適度に 洗浄、漂白、脱臭などの作用を示す。
希釈され、弱アルカリ性の水溶液として使用されてきた。
昨今では、希薄な食塩水や塩酸を電気分解して調製する次 2. 2 解離特性
亜塩素酸水（強酸性～微酸性）や、次亜塩素酸ナトリウム
次亜塩素酸の第二の特性は、弱酸であり、水溶液の pHと塩酸を水道水に混合希釈して安全に調製される弱酸性 が高くなるに従って OCl-と H+に解離することである（2の次亜塩素酸水溶液が使用されている（本稿では、製法を 式）。HOCl の解離定数(pKa)は、25℃で約 7.5 である 4) 。
問わず、次亜塩素酸を含む水溶液を「次亜塩素酸水溶液」
HOCl ⇌ OCl- + H+
(1)と総称する）。
図-1 に、次亜塩素酸水溶液の pH 領域によって変化す
これらの次亜塩素酸水溶液の主たる活性因子は、いずれ る HOCl と OCl-の存在割合の関係を示す 2)。通常の使用濃の水溶液においても次亜塩素酸(HOCl)である。単純に考 度に希釈された NaOCl 水溶液は弱アルカリ性(pH 8～10)えれば、作用因子となる化学種とその濃度が同一であれば100作用効果も同等となるはずである。ところが、実際には各水溶液の pH の違いにより洗浄、殺菌、漂白、脱臭の効力
HOCl
OCl80
は大きく異なる 1-3)。
また、
従来の次亜塩素酸水溶液の使用対象は設備・機器・
60
食材などの「モノ」であったが、最近では浮遊菌・落下菌、
50%
OHHCl
付着菌対策として「室内空間」を対象とする微生物制御に
40
HOCl
OClCl2
適用する技術が普及し始めている。
H2O
H＋
本稿では、
次亜塩素酸ナトリウムの活性因子である次亜20
塩素酸(HOCl)の化学的特性ならびに洗浄および殺菌・不7.50
活化機序について解説した後、次亜塩素酸水溶液を用いた
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
超音波霧化方式および通風気化方式による空間微生物制
pH
御の安全性と有効性について述べる。
図-1 次亜塩素酸の解離特性とpHの関係-1-

A： 酸性領域

B： 弱アルカリ性領域

C： 強アルカリ性領域

形質膜（細胞膜）

OH-

細胞壁
酵素
DNA

HOCl

OCl-

酵素

OH-

OHOH-

酵素

OCl-

DNA

DNA

OH図-2 酸性から強アルカリ性領域における次亜塩素酸水溶液の殺菌メカニズムの概念図であるため、
次亜塩素酸は主としてOCl-として存在する。
pH がアルカリ性から酸性側に傾くと、OCl-は徐々に H+が付加されプロトン化して非解離型となる。弱酸性領域(pH4～6))では、非解離型の HOCl が高割合で存在する。
この pH に依存した HOCl と OCl-の存在比率が、洗浄や殺菌の作用効果を支配している。
さらに、塩酸を加えて pH を強酸性領域にすると、
HOClの一部は溶存塩素(Cl2)に変化し、ほとんどの未溶解分子は気相中に飛散する（2 式）。
“まぜるな危険”という表記
は、この塩素ガスの発生の危険を警告するものである。
HOCl + HCl → Cl2 + H2O(2)
3. 次亜塩素酸の殺菌・不活化機序
図-2 に、酸性、弱アルカリ性、強アルカリ性領域における次亜塩素酸水溶液による細菌（原核細胞）の殺菌機
構のモデル図を示す。一般に、細菌細胞の最外部の周囲には細胞壁があり、その内側に形質膜（細胞膜）がある。
細胞壁は厚く丈夫な構造体であるが、イオンや分子量の小さい親水性分子を容易に透過させる。これに対して、形質膜はリン脂質二重層（内部に脂肪酸の疎水性層を形成）を基本構造としており、イオンや親水性分子の透過を妨げる。以下に、各 pH 領域における細菌に対する次亜塩素酸の殺菌機序の詳細を述べる。
3. 1 酸性～弱アルカリ性領域（HOCl が主な殺菌因子）
次亜塩素酸ナトリウムの希釈水溶液（弱アルカリ性）
および酸性の次亜塩素酸水溶液の殺菌効果は、水溶液中の全遊離有効塩素濃度ではなく、非解離型 HOCl の濃度に強く依存する。非解離型の HOCl は、小さい分子サイズと電気的中性という性質から、受動拡散（濃度勾配）により容易に細胞壁と形質膜を透過する（図-2A）。細胞内に侵入した HOCl は、電子密度の高い求核性部位である二重結合部やアミノ基、チオール基(-SH)、プリンおよびピリミジンの塩基、アミン、鉄－硫黄中心などを選択的に攻撃して酸化し損傷を与える。さらに、HOCl による酸化ストレスにおいて、細胞内で発生するヒドロキシラ
ジカル(・OH)が殺菌作用に関与していることも示唆され-2-ている 2)。このように、細胞内部での HOCl 作用機序は、強力な殺菌効果を与えることができる。
一方、図 2B で示した弱アルカリ性領域では OCl-は形質膜にある脂質二重層を透過することができない。そのため、OCl-は形質膜の外側から酸化作用を及ぼし損傷を与えることになる。そのため、同じ濃度であれば OCl-の殺菌力は HOCl と比較すると大きく劣る。しかし、OClの濃度を高めるか作用時間を延長することで、HOCl と同等の殺菌効果を得ることは可能である。
3. 2 強アルカリ性領域（OH-と OCl-の相乗作用）
強アルカリ性の次亜塩素酸ナトリウムの濃厚溶液や次亜塩素酸ナトリウムを配合したアルカリ性洗浄剤は、高濃度の水酸化物イオン(OH-)を含有する。高濃度の OHは、細胞壁や形質膜を構成する物質を局所的に分解し、細胞表層の構造に損傷を与える。そして、細胞表層が損傷を受けることにより OCl-との反応性が高まり、必須酵
素の-SH 基やアミノ基を酸化して触媒機能を阻害するものと考えられる（図-2C）。この効果は、芽胞や各種ウイ
ルスの不活化に対しても有効である。
3. 3 殺菌活性の指標
一般に，速効性のある消毒剤による微生物の殺菌においては，消毒剤の濃度と作用時間が殺菌効率を決める主要な因子（変数）となる．微生物の死滅過程を速度論的に解析するためのモデルとして，Chick-Watson の法則 2)がもっとも一般的に用いられている．
log (N/N0) = -kCT
（3）
ここで、N0 は微生物の初発生菌数、N は時間 T における
生菌数、C は消毒剤の濃度、k は一次死滅（不活化）速度定数である。消毒剤の濃度の項は， C n と表されることがあるが、実験室レベルの殺菌試験では n = 1 となることが多く、log (N/N0) vs CT のグラフは直線関係（疑似一次反応）で表されることが多い。このグラフから、初発生
菌数を一定割合減少させるのに必要な濃度時間積（CT 値）
や k 値を求めることができる。これらの CT 値や k 値の概念は、殺菌効力の指標として用いられている。

3. 4 細菌（栄養細胞）の殺菌
図-3 に、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）を pH
6.0, 7.5, 9.0 に調整した次亜塩素酸水溶液(5.0 mg/L)で処理したときの死滅曲線を示す。縦軸は log (N/N0)、横軸はCT 値である（C は遊離有効塩素（FAC）濃度）。いずれのpH に対しても、(3)式の擬似一次反応に従う直線的な生残曲線が得られており、pH が弱アルカリ性から弱酸性に低下するほど死滅速度が大きくなった。ここで、次亜塩
素酸水溶液中での非解離型 HOCl の存在割合は、pH 6.0
で約 97%、pH 7.5 で約 50%、pH 9.0 で約 3%である（図1 参照）。すなわち、FAC 濃度が同じであれば HOCl の占める割合が大きいほど殺菌効果は大きいことになり、主たる殺菌因子が HOCl であることを示している。なお、
pH 9.0 では HOCl の割合はわずか 3%であるが、1.2-log の減少が得られた。これは、極少量の HOCl とともに OCl（約 97%）にも S. aureus に対して殺菌効果があることを示している。
一般に、化学反応（酸化反応を含む）の進行は熱によって促進される。次亜塩素酸の酸化力に基づく殺菌力は
Arrhenius 型の温度依存性を示し，温度が 10℃上昇する毎に約 2 倍増加すると概算されている 5)。

感染価 （log PFU/0.1 mL）

7

log (N/N0)

pH 7.5 (HOCl: 50%)

40

60

80

2
1

検出限界

0

30

60

90

120

300

4. 次亜塩素酸ナトリウムの洗浄機序
次亜塩素酸ナトリウムの主成分は、強アルカリ剤である水酸化ナトリウムと次亜塩素酸である。アルカリ剤とは、水溶液中で溶解して水酸化物イオン(OH-)を放出す
る薬剤の総称である。アルカリ剤は毒性が少なく、中和によって無害化できることが利点である。OH-は、タンパ
ク質，多糖類，微生物，油脂などの有機性汚れに対して優れた溶解力と加水分解反応、けん化反応などを示し、複合汚れに対しても一括洗浄が可能であることから、次亜塩素酸ナトリウムの基盤的な洗浄力となっている。

pH 6.0 (HOCl: 97%)20

次亜水（pH 10.0）

後には検出限界以下となった。このように、pH 6.0 と 10.0の次亜塩素酸水溶液はいずれも、A 型インフルエンザウ
イルスに対して 30 秒以内でウイルス感染価を 4.7-log 以
上減少（蒸留水との比較）させる速効的な不活化効果を示した。
pH 6.0 の次亜塩素酸水溶液の方がより強力な不活化力を示したのは、非解離型 HOCl のエンベロープ透過性と内部のウイルス RNA および関連酵素への損傷に起因すると考えられる。一方、次亜塩素酸水溶液中の OCl-は、エンベロープ表面に突起した HA に対する酸化反応により HA の吸着能を不活化し感染価の減少をもたらすと考えられている。

-20

次亜水（pH 6.0）3

図-4 pH調整次亜塩素酸水溶液によるA型インフルエ
ンザの不活化 （FAC濃度，50 mg/L）

-1

-5

蒸留水

4

作用時間 (s)pH 9.0 (HOCl: 3%)

-4

5

0

0

-3

6

100

C T (mg • min/L)

図-3 次亜塩素酸水溶液によるS. aureusの殺菌に及ぼすpHの影響（FAC濃度：5.0 mg/L；温度：20℃）

3. 4 ウイルスの不活化
図-4 に、蒸留水、pH 6.0 および pH 10.0 に調整した次
亜塩素酸水溶液(50 mg/L)と A 型インフルエンザウイル
ス(pdmH1N1)の濃縮液を 9:1 の比率で混合し、一定時間
浮遊接触させたときのウイルス感染価の減少を示す。ウ
イルス感染価は，イヌ腎臓細胞（MDCK 細胞）への感染性をプラーク形成単位(Plaque-forming unit: PFU)で評価している。蒸留水の場合、5 分間の接触時間内ではウイル
ス感染価の減少はほとんど見られず、感染価の減少は0.2-log であった。pH 6.0 の次亜塩素酸水溶液の場合、感染価はわずか 10 秒間の接触で検出限界以下まで減少した（< 1-log）。pH 10.0 の次亜塩素酸水溶液の場合、ウイル
ス感染価の減少は 10 秒後では 2.5- log であったが、30 秒

4. 1 表面付着汚れ
ステンレス鋼などの硬質表面に付着した有機物や微生物に対する次亜塩素酸の洗浄力は、解離型である次亜塩
素酸イオン(OCl-)の濃度に依存する。図-5 に、水洗浄後にタンパク質が残存したステンレス鋼を、種々の pH (4～11)および遊離有効塩素濃度(100～1,000 mg/L)に調整した次亜塩素酸水溶液で洗浄したときの除去率を示す。
水酸化ナトリウムで調製した洗浄液を用いた洗浄（OHの作用）と比較すると、次亜塩素酸水溶液を用いた洗浄では比較的低いアルカリ性 pH 領域において高い除去率が得られた（図-5A）。次亜塩素酸ナトリウムの効果は、

-3-

100

A

1,000

80

除去率 (%)

図-6 に、pH 10.0 の次亜塩素酸水溶液を用いた洗浄により除去されたタンパク質分子（分子量：67,000）のゲル
ろ過クロマトグラフィー（GFC）のクロマトグラムを示す。GFC 分析では，滞留（保持）時間（retention time: RT）
が長いほど分子量が小さいことを意味する。洗浄前（未分解）のタンパク質試料のクロマトグラムの鋭敏なピー
ク位置(RT: 8.7 min)と比較すると、次亜塩素酸水溶液で離脱したタンパク質のクロマトグラムには長い滞留時間(RT: 11.6 min)の低分子量領域にピークが見られた。これは、洗浄過程において OCl-によるタンパク質の酸化分解が起こっていることを示している。
このように、アルカリ性水溶液中の OCl-は、OH-の洗浄作用と相加・相乗的に、有機物汚れを酸化分解し低分子化することで汚れの離脱を促進していると考えられている。

B

NaOCl (ppm)

600

60
200

40

100

20
NaOH

0

図-5

4

6

8

10
pH

12

14 1

10
100
OCl- (ppm)1000

水洗浄後にステンレス鋼に残存したタンパク質の除去に及ぼす次亜塩素酸水溶液のpHと有効塩
素濃度の影響（40℃）

有効塩素濃度が高いほど、また pH が高くなるほど顕著に現れた。一方で、有効塩素濃度が 1,000 mg/L と高濃度で存在しても、弱酸性の pH 溶液であれば次亜塩素酸水
溶液の洗浄効果は得られなかった。
ここで、図-5A において OH-の作用のみではタンパク質の除去が起こらない pH 4～10 の領域に着目してみる。
図-5B は、各 pH における解離型 OCl-濃度を算出し、タンパク質の除去率をOCl-濃度の関数として整理し直した図である。異なる pH および遊離有効塩素濃度で得られたタンパク質の除去率は、OCl-濃度に対して一本の線上に集約された。この結果は、次亜塩素酸水溶液の洗浄力
が、解離型 OCl-濃度に強く依存することを示している。
図-5 の洗浄系の場合、次亜塩素酸水溶液の洗浄力が発現するためには、少なくとも 100 mg/L の OCl–が存在しなければならないことになる。
分子量
105

104

103

吸光度（278 nm）

洗浄前 （タンパク質 未分解）(a)
次亜塩素酸洗浄 （タンパク質 分解後）

(b)

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

滞留時間 (min)

図-6 次亜塩素酸水溶液（pH 10.0）を用いた洗浄で離脱したタンパク質のGFCクロマトグラム-4-

4. 2 プラスチック収着汚れ
プラスチックに収着（吸着と吸収）した食品由来の香
気成分や疎水性色素の分解に対しては、OCl-ではなく、非解離型 HOCl が効力を発揮する。
図-7 に、ターメリックの黄色色素であるクルクミンが収着したポリエステル板を pH 4.0～12.0 の次亜塩素酸水溶液(1,000 mg/L)に 2 時間浸漬した後の着色度（K/S 値）
を示す 6)。浸漬洗浄前の K/S 値は 72.0 であり、K/S 値が低
いほどよく脱色されている（着色度は小さい）ことを意
味する。pH 4.0～5.0 では、K/S 値は 0.4～0.7 まで減少し、顕著な脱色効果が得られている。pH 6.0～8.0 でも K/S 値
は低い値（1.2～2.4）であるが、目視ではクルクミンの残色が認められる。K/S 値は、pH10.0 以上で脱色効果は著しく低下し、pH 11.0～12.0 では K/S 値の減少は全く見られていない。すなわち、OH-および解離型 OCl-による収
着クルクミンの脱色効果はきわめて小さいといえる。以
上の結果は、次亜塩素酸水溶液の pH の低下、すなわち非解離型 HOCl の存在割合に依存してクルクミンの脱色が起こったことを示している。

6 室内空間における低濃度次亜塩素酸の安全性
6. 1 室内における次亜塩素酸の２種類の形態
次亜塩素酸水溶液を使用する各種の屋内施設においては、いわゆる「塩素臭」が感じられる。この臭気成分の正体は、水溶液から揮発した気体状の次亜塩素酸（HOCl(g)）
である。非解離型 HOCl は揮発性であるため、水溶液の撹拌、バブリング、空間噴霧、通風気化によって室内空間に放散（液相から気相へ移動）する。すなわち、室内空間において次亜塩素酸は微細粒子中に存在する分子と気体状となって室内に拡散した分子の 2 種類の形態で存在し作用する．
このような室内環境では、作業者は次亜塩素酸水溶液の微細粒子や HOCl(g)と接触することになる。次亜塩素酸
水溶液の安全性については、実験動物を用いた経口投与試験、眼刺激試験、皮膚刺激性および感作試験、粘膜刺
激性、急性毒性、変異原性など多くの試験項目で確認されている。
一方、微細粒子やガス状物質の場合，最も重要な暴露
経路は吸入である。当然ながら、HOCl(g)は極低濃度であっても生物に対して作用力を与える。次亜塩素酸の濃度によってはヒトへの影響も無視することはできない。それゆえ、次亜塩素酸水溶液を安全かつ有効に使用するためには，作業環境の安全基準を知り、作業環境における濃度を適正に管理する必要がある。
6. 2 安全性基準
6. 2. 1 塩素ガス（≒ HOCl(g)）
気体状の化学物質に対する安全性の基準として、労働安全衛生法の環境基準および日本産業衛生学会が定める許容濃度がある 7)。現在、次亜塩素酸に対する基準は定められていないが、塩素ガス（Cl2）に対して 0.5 ppm（=500ppb）と定められている。これらは、1 日 8 時間、週 40 時
間曝されても健康上問題のない濃度である。また、欧州
連合リスク評価書（塩素）では、ヒトにおける吸入試験の全例において、吸入された塩素の 95%を超える量が上気道で吸収され（塩素の影響は主に上気道に限定）、上気
道を超えて行くのは 5%未満で、呼吸空間（肺胞腔）に達するのは無かったことが記されている。そして、呼吸器刺激に関する NOAEC（無影響濃度）は 0.5 ppm としている 8)。
塩素ガスを基準とする理由は、塩素ガスは生体の水と反応すると速やかに次亜塩素酸に変換され（4 式）、この
次亜塩素酸が生体に影響を及ぼすことになるから、次亜塩素酸の生体への影響は塩素ガスの影響に置き換えて評価することが理にかなっているからである。さらにいえば、(4)式では副生物として塩酸が生成するため、生体組織に与える影響は塩素ガスの方が大きいと考えられる。
Cl2 + H2O → HOCl + HCl(4)

6. 2. 2 微細粒子
次亜塩素酸水溶液の微細粒子の安全性に関しては、ラットを用いた実験例が報告されている 9)。実験は、超音波霧化器に 50, 100, 200 mg/L の弱酸性次亜塩素酸水溶液(pH 5.5～5.8)を充填して霧化噴霧し、13, 27, 53 mg/h・m3の 3 段階の気中濃度の霧化微細粒子をラット（8 匹／群）に 90 日間吸入させて行われた。吸入期間を通して、対照群（水道水を霧化）および暴露群ともに臨床所見は良好であり、体重の推移にも有意差は認められていない。肝機能、代謝機能、腎機能、血液一般検査、血液学的検査においても、両群に顕著な相違は認められていない。このことから、少なくとも 13～53 mg/h・m3 の気中濃度の霧化微細粒子であれば全身毒性および吸入毒性はないと考えられる。
7 超音波霧化粒子の空間噴霧による微生物制御
次亜塩素酸水溶液を室内空間に超音波霧化噴霧すると、微細粒子は重力によって下方に落下を始め、空間中で水と次亜塩素酸の揮発現象をともないながら微細化が進み室内を浮遊する粒子となる。一方、微細粒子から揮発した HOCl(g)は室内に拡散する。次亜塩素酸の密度という点では，明らかに微細粒子中（液相）の方が空間中（気相）
よりも大きい。したがって、殺菌作用は微細粒子が直接接触する方が大きいが、接触箇所は限定される。HOCl(g)は、空間での密度は小さいが、均一に拡散するため室内のあらゆる表面と接触させることができるうえ、濃度の制御も容易である。
7. 1 HOCl(g)の室内濃度の理論的計算
一定容積の室内(90 m3)において、一般的な噴霧条件である 50 mg/L の次亜塩素酸水溶液を 300 mL/h で 1 時間霧化噴霧したときの室内の気体状次亜塩素酸 HOCl(g)の濃度を理論的に計算してみる 10)。
まず、標準状態(0℃, 1 atm)における理想気体 1 mol の
体積を 0.0224 m3 とすると、理想気体の状態方程式から25℃での体積は約 0.0244 m3 となる。次に、噴霧した微細粒子から全ての次亜塩素酸が揮発し、かつ揮発した
HOCl(g)の分解および固体表面への吸着は起こらないと仮定する。FAC 濃度「mg/L」は、1 L あたりの Cl2 換算量であるから、Cl2 の分子量を 70.91 とすると、1 時間霧化後の室内には 5.16 × 10-6 m3 の HOCl(g)が存在することにな
る（5 式）。90 m3 の室内に HOCl(g)が均一に拡散したとす
ると、HOCl(g)濃度は 57.3 ppb (v/v)と算出される（6 式）。
-6 3[0.05 × 300/1000]/70.9 ×0.0244 = 5.16 ×10 m(5)5.16 ×10-6 m3/90 m3 = 57.3 ppb (v/v)(6)一般的な噴霧条件では、理論上は Cl2 の基準濃度(500ppb)の約 1/10 程度の濃度となる。
7. 2 HOCl(g)の濃度分布の測定例
図-8 に、上記理論的計算と同条件にて、90 m3 の室内-5-において弱酸性次亜塩素酸水溶液（pH 5.8, 50 mg/L）の超音波霧化噴霧を1 時間行った後の室内のHOCl(g)の濃度分
布を示す 10)。噴霧口の高さは、床から 1.0 m である。霧化器からの各距離において測定された HOCl(g)の濃度には、高さ方向の濃度分布があった。HOCl(g)の濃度は床面でもっとも高く、上方に向かうほど低くなる傾向が見られた。この濃度分布は、霧化器からの距離に関係なくほぼ一致していた。HOCl(g)濃度は、床面から膝下の高さ(0～0.3 m)でもっとも高くなっているが(25～27 ppb)、基準
値の約 1/20 であった。さらに、着座姿勢および成人の起
立姿勢の顔の位置（吸引する位置）では約 1/30～1/40 程度であった。
実空間での HOCl(g)の濃度測定では、1 時間噴霧後のHOCl(g) 濃度の最大値(27 ppb)は理論値(57.3 ppb)の約47%に過ぎない。この理論値との差違は、理論計算の前提である、すべての HOCl/OCl-が微細粒子から揮発するという仮定、そして HOCl(g)の分解および固体表面への吸着は起こらないとする仮定が成立しないからである。HOCl
は揮発性ではあるが、ヘンリー定数はオゾンや Cl2 と比較するとはるかに低く（水に溶解しやすく）、水溶液中には相対的に安定に存在する。
一方、放散した HOCl(g)の微細粒子への再吸収、室内の各種表面への吸着、吸着部位での酸化反応による分解により気相中の濃度は減少する。その結果、室内でのHOCl(g)の放散量と消失量が低濃度領域で平衡に達したと考えられる。このように，次亜塩素酸水溶液の超音波霧化による気体状次亜塩素酸の室内濃度は極めて低濃度なのである。
さらに、噴霧時間を 1 時間から 4 時間まで延長した場
合や、供給する次亜塩素酸水溶液の濃度を 100 mg/L に高
めても、HOCl(g)の濃度は 32 ppb（測定高さ 0～0.3m）までしか上昇しないことも確かめられた（詳細は割愛）。

1.6

累積FAC (mg/L)

1.4

霧化器

0m

1m

2.7 m

12
15

12
15

12
15

1.8 m
1.5 m

20

20

22

0.8 m

25
25

25
27

25
27

0.3 m

2m

0.6
0.4

0

1.0

2.0

3.0

4.0

距離 (m)

図-9 会議室において次亜塩素酸水溶液を超音波霧化噴霧したときの床面のシャーレ水（2 mL）に累積した遊離有効塩素濃度（8時間）（噴霧条件：図-8と同じ）噴霧口から離れるほど微細粒子中の次亜塩素酸の濃度は減少する。濃度の測定は、一定の大きさの容器に微細粒子を捕集して有効塩素濃度を測定する方法が容易である。
図-9 に、上記理論的計算と同条件にて 90 m3 の室内において弱酸性次亜塩素酸水溶液（pH 5.8, 50 mg/L）の超音
波霧化噴霧を 8 時間行ったときに、床面に置いたシャーレ内の純水に捕集された微細粒子中の次亜塩素酸の遊離
有効塩素（FAC）濃度（mg/L）を示す。噴霧口は、床から 1 m の位置にあり、霧化器から 0.5 m 間隔で床面にシャーレを置いた。FAC 濃度は、噴霧口から最も近い 0.5 mの位置では 1.06 mg/L であったが、距離(d)が増加するとともに減少し、3.0 m の位置では 0.03 mg/L であった。これは、微細粒子が届いていないのではなく、粒子の微細化が進み床面への落下量が減少するためと思われる。このように、8 時間の噴霧でも一定容器内に捕集される次亜塩素酸は水道水レベルの濃度である。
累積 FAC = 0.31d-2.0 （R=0.974）(7)
この結果から、噴霧口から 3.0 m までの距離内においてFAC 累積量はおおよそ距離の2 乗に反比例して減少す
ることがわかった。
7. 4 超音波霧化噴霧の殺菌効果
105 m3 の教室において机と椅子（30 台，30 脚）がある・なしの条件で、弱酸性次亜塩素酸水溶液（pH 6.0, 50 mg/L）の超音波霧化噴霧（霧化速度：300 mL/h）を 3 時間行い、霧化器から 2 m 離れた位置での霧化微細粒子の到達濃度、
HOCl(g)の濃度、付着菌に対する殺菌効果を測定した。

測定高さ

10

累積FAC = 0.31d-2.0 (R= 0.974)0.80

単位: ppb
10

1.0

0.2

7. 3 霧化微細粒子の到達濃度の測定例
噴霧された微細粒子からは次亜塩素酸が揮発するため、

10

1.2

7. 4. 1 霧化微細粒子の到達濃度と HOCl(g)の濃度
超音波霧化噴霧を 3 時間行ったとき、床面（2 m 位置）においたシャーレ内の純水(2 mL)に捕集された次亜塩素酸の FAC 濃度は、机と椅子がない空間では 0.02 ±0.01
mg/L、机と椅子がある状態ではシャーレを置く位置にも関係するが 0.01 mg/L 以下であった。霧化微細粒子が机と椅子表面に吸着することで、床面に落下する量が減少

床面

3m

霧化器からの距離図-8 会議室において次亜塩素酸水溶液を超音波霧化噴霧した
ときの気体状次亜塩素酸の濃度分布（1時間噴霧）（会議室：90 m3，無人，閉扉，空気撹拌なし，ブラインド遮光；噴霧条件：pH 5.8, 50 mg/L, 300 mL/h, 3 m3/h）-6-

数減少値は 2.3 に達した。机や椅子の足元付近でも十分な殺菌効果が得られることが示された。これは、HOCl(g)の拡散による殺菌効果だと考えられる。
8 通風気化方式による空間微生物の制御
通風気化方式は、室内空気を装置内に吸引して次亜塩
素酸水溶液を含浸させた気液接触部材内を強制通風させることにより、空気中に含まれる浮遊菌や臭気物質を気液接触により装置内部で酸化処理した後、処理空気を再び室内に吹き出す方式で処理が行われる。さらに、吹き出し空気には揮発した低濃度の HOCl(g)分子が含まれており、付着菌に対して殺菌作用を示す。

することが確認された。
図-10に、
超音波霧化噴霧を3時間行ったときのHOCl(g)濃度の経時変化を示す（2 m位置）。
机と椅子がない場合、床から天井にかけての HOCl(g)濃度および濃度勾配は 1～
2 時間の霧化噴霧でほぼ平衡に達しており、床面では 10
ppb と相対的に低い値が得られた。おそらくは、床面の汚染度（塩素消費物質）の影響ではないかと考えられた。
机と椅子がある場合、床面から 0.8 m の範囲におけるHOCl(g)濃度はさらに低濃度になっており、机・椅子のない空間の 1/2～1/3 の濃度であった。これは、霧化微細粒
子の机と椅子表面への吸着および次亜塩素酸の分解に起因すると考えられる。一方で、この実験結果から HOCl(g)は机や椅子の下方空間（裏側）まで拡散していること、そして霧化噴霧時間を延長すれば HOCl(g)濃度は徐々に増加することが確認できた。

8. 1 HOCl(g)の濃度分布の測定例
図-12 に、無人の室内(75 m3)において次亜塩素酸水溶液(50, 100 mg/L; pH 8.5)を供給した通風気化式加湿装置を稼働(2 m3/min)したときの室内の HOCl(g)の濃度を示す。
次亜塩素酸水溶液は、60 分間隔で入れ替えている。吹き出し口でのHOCl(g)濃度は、50 mg/L 供給系で10～22 ppb、
100 mg/L 供給系で 25～32 ppb であった。測定位置は、装置から 1 m，2 m，3 m 離れた地点で床面から天井に向けた種々の高さとした。HOCl(g)の濃度は，装置からの距離
方向ではほぼ一定であったため、図には装置から 2 m 離れた地点での測定値のみを示す。
HOCl(g)の濃度は、いずれの次亜塩素酸水溶液の濃度においても床面から天井への高さ方向および装置からの距離に関係なくほぼ一定であり、HOCl(g)が室内に均一に拡散していることが確認された。また、稼働時間とともに、そして供給次亜塩素酸水溶液の濃度に依存して HOCl(g)濃度は高くなる傾向があるが、稼働 120 分後でも 12～17
ppb の範囲にある。この濃度は、Cl2 の安全性の基準濃度(500 ppb)の約 1/30～1/40 である。

7. 4. 2 付着菌に対する殺菌効果
図-11 に、霧化噴霧を 3 時間行ったときの床面（2 m 位置）に置かれた湿潤寒天平板上の S. aureus の生残曲線を示す（相対湿度：47～72%RH）。机と椅子がない場合、S.
aureus の生残菌数は噴霧時間とともに減少し、3 時間後には検出限界以下に達した（> 3.2-log 減少）。微細粒子の到達量（0.02 mg/L）および HOCl(g)濃度(10 ppb)は低くても確実に生菌数を減少させることができた。
また、机と椅子がある場合でも 3 時間後の生菌数の対8. 2 細菌に対する殺菌効果
図-13 は、図-12 の 100 mg/L 供給系において通風気化式
加湿装置（2 m3/min）から 3 m 離れた棚（高さ 0.9 m）に(A) 次亜塩素酸水溶液： 50 mg/L

6

log N (CFU/plate)

机・椅子なし机・椅子あり30 min60 min90 min

単位： ppb

単位： ppb

単位： ppb

単位： ppb

7
7
7
7
7
7

2.7 m 10
1.8 m 10
1.5 m 100.8 m 100.3 m 10
床面 10

2.7 m 12
1.8 m 12
1.5 m 120.8 m 120.3 m 12
床面 10

2.7 m
1.8 m
1.5 m
0.8 m
0.3 m

5
4

床面

5
5
5
5
5
5
2m

2.7 m
1.8 m
1.5 m
0.8 m
0.3 m
床面

2m

2m

120 min2m

3(B) 次亜塩素酸水溶液： 100 mg/L

2
1

検出限界

0

1
時間 (h)

2

検出限界

3 0

1

2

3

時間 (h)

図-11 机・椅子の存在・非存在下での教室における弱酸性次
亜塩素酸水溶液の超音波霧化噴霧による湿潤平板上のS. aureusに対する殺菌効果（実験条件：図-10と同じ；霧化器から2 m離れた位置）

30 min60 min90 min

単位： ppb

単位： ppb

単位： ppb

単位： ppb

2.7 m 10
1.5 m 10
1.5 m 7
0.8 m 7
0.3 m 75
床面

2.7 m 12
1.5 m 10
1.5 m 100.8 m 100.3 m 10
床面
72.7 m 17
1.5 m 15
1.5 m 15
0.8 m 120.3 m 12床面 122.7 m 17
1.5 m 15
1.5 m 15
0.8 m 15
0.3 m 12
床面 12

2m

2m

2m

120 min2m

図-12 会議室において通風気化式加湿器を稼働させたときの気体状次亜塩素酸の濃度分布（会議室：75 m3，無人，閉扉，空気撹拌なし，ブラインドによる遮光；供給次亜塩素酸水
溶液：pH 8.5; FAC濃度 50, 100 mg/L, 60分間隔で入れ替え；風速：2 m3/min）-7-

log N (CFU/plate)

6

S. aureus

E. coli

検出限界

検出限界

表 1 は、各アレルゲン物質に対して HOCl(g)による不活化試験を 3 回ずつ行ったときの結果である。この実験では、PC 容器内の HOCl(g)濃度は 5,500 ppb 以上に保たれていた。卵白と小麦の試験において、弱陽性（+w）と判定される結果が 1 回ずつ見られたが、その他の試験ではすべて陰性（-）となった。この不活化効果は、HOCl(g)がア
レルゲンタンパク質を酸化分解する作用に起因すると考
えられた。

5
4
3
2
1

0

30

60

90

120 0

時間 (min)

30

60

90

120

時間 (min)

図-13 通風気化式加湿器を稼働させた室内における湿潤寒天
平板上の細菌に対する殺菌効果（実験条件：図-12の100 mg/L供給系と同じ；装置から3 m離れた位置）

謝辞
本論文の作成にあたり、防衛施設関連技術に関する有益な助言ならびに執筆の機会を提供頂いた株式会社 新興 研究開発部の岡村俊彦氏と東急不動産株式会社 企画戦略部の高野修一氏に対し深く感謝申し上げます。

置いた湿潤寒天平板上の S. aureus および大腸菌(Escherichia coli)に対する殺菌効果である（相対湿度：55～70%RH）。S. aureus および E. coli とも、生残菌数は暴露時間とともに減少し，2 時間後には検出限界以下に達した（> 2.8-log 減少）。HOCl(g)の濃度はヒトに安全な低濃度の領域（12～17 ppb）であっても、稼働時間を 2 時間まで延長することで、十分な殺菌効果を得ることができた。

参考文献
1) Rutala, W. A., and Weber, D. J. : Uses of inorganic hypochlorite(bleach) in health-care facilities. Clin. Microbiol. Rev., 10, 597-610(1997).

9 食物アレルゲンの不活化
空間に HOCl(g)を供給する方法の一つとして、シリコー
ンゴムの気体透過性を利用することができる。シリコー
ンチューブに弱酸性次亜塩素酸水溶液を充填すると、HOCl(g)が透過気化して気相に放出される 11)。この現象を利用すれば、アレルギー物質を含む粉末食品残渣に対して乾式での不活化処理が可能となる。
アレルゲンの不活化実験は、10 mL の次亜塩素酸水溶液（pH 5.0, 1,000 mg/L）を充填したシリコーンチューブを入れた PC 容器内（3 L）にアレルゲンを塗布したポリエ
チレンテレフタレート（PET）板を置いて、透過気化した
HOCl(g)に 24 時間暴露させた（25℃）
。暴露後、釈用緩衝
液を染み込ませた綿棒で PET 板の表面をふき取り、イム
ノクロマト法でアレルゲン残留性を評価した。判定は、目視によりテストライン部分のラインがコントロールラ
インと同程度の濃さのものを陽性（＋）
、ラインが見えないものを陰性（－）
、コントロールラインの濃さよりも薄く見えるものを弱陽性（＋w）と判定した。

2) Fukuzaki, S.: Mechanisms of actions of sodium hypochlorite incleaning and disinfecting processes. Biocontrol Sci., 11, 147-157(2006).
3) Urano, H., and Fukuzaki, S.: The mode of action of sodium
hypochlorite in the cleaning process. Biocontrol Sci., 10, 21-29(2005).
4) Morris, J. C. : The acid ionization constant of HOCl from 5 to 35°.
J. Phys. Chem., 70, 3798-3805 (1966).
5) 福﨑智司，浦野博水，高橋和宏，山田貞子，高木明彦：次亜塩素酸ナトリウムの洗浄および殺菌作用に及ぼす温度の影
響の速度論的研究，防菌防黴，37, 253-262 (2009).
6) 竹原淳彦，石田拓也，岩蕗 仁，福﨑智司： ポリエチレンテ
レフタレート板に収着したクルクミンの脱色に及ぼす次亜塩素酸ナトリウム水溶液の pH の影響，食生活研究、36, 338343 (2016).
7) 日本産業衛生学会：許容濃度等の勧告（2019 年度），産衛誌，
61, 170-202 (2019).
8) European Union Risk Assessment Report －CHLORINE, CAS
Registry Number: 7782-50-5: https://echa.europa.eu/documents/

表-1 次亜塩素酸水溶液を充填したシリコーンチューブ
から透過気化したHOCl(g)による各種アレルゲン物
質の不活化
アレルゲン

10162/a29afaff-c207-42fa-873e-3ba647f587d8, 2007. （2020 年
10 月 23 日閲覧）

テストラインの色の濃さ

9) 三宅真名，那須玄明，山下光治，倉林 譲：ラットにおける未処理

HOCl(g)暴露

噴霧弱酸性次亜塩素酸水吸入による血液及び生化学値に及

大豆

＋／＋／＋

－／－／－

ぼす影響，実験動物と環境，11, 42-47 (2003).

卵白

＋／＋／＋

－／＋ｗ／－

10) 野嶋 俊，福﨑智司：弱酸性次亜水の超音波霧化における

小麦

＋／＋／＋

－／－／ ＋ｗ

気体状次亜塩素酸の濃度分布の測定，J. Environ. Control

牛乳

＋／＋／＋

－／－／－

そば

＋／＋／＋

－／－／－

シリコーンゴムへの透過挙動と殺菌作用，防菌防黴，48,

落花生

＋／＋／＋

－／－／－

247-253 (2020)。

Technique, 38, 359-365 (2020).
11) 吉田すぎる，福崎智司，浦野博水，岩蕗 仁：次亜塩素酸の-8-

防衛施設学会令和２年度年次研究発表会（2021 年 4 月）

テンセグリティ構造と断層構造類の類似性に関する一考察
及び
地震データの可視化・可音化の試みについて
A Study on similarity between Tensegrity structure and Fault structure, andA Trial of Visualize and Audible Methods of Earth quake dataset.
荻原洋聡*，佐藤紘志**
OGIHARA Yousou and SATO Hiroshi* 株式会社 エヌ・ワイ・ケ 参事 （〒104-0028 東京都中央区八重洲 2-6-16 北村ビル 2F）** 工
博 防衛大学校 名誉教授 (〒239-0803 神奈川県横須賀市桜ケ丘 1-8-2）
キーワード：テンセグリティ構造、断層構造、可視化、可音化（Tensegrity structure, Fault structure, Visualize, Audible）
１ はじめに（問題認識）～定性的解析と定量的解析のバランス追求〜
本年、阪神淡路大震災（1995）から 26 年（四半世紀超）が経過した。東日本大震災を八戸で被災するとともに、海自・機動施設隊司令として災害派遣に従事したあの日々から 10 年の節目を目前にしている。更に,誰もが敵の正体を見極めることができない
まま蔓延する COVID-19 の威力に漠然とした怯えを抱きながらも、それぞれの持ち場で最善を尽くす姿
は、地震（余震）が止むこと無く続く最中、国を挙げて臨んだ当時の姿と重なって見える。しかし新常態下で生起している様々な自然災害の激度・烈度が増しているように感じるのは筆者だけであろうか？
筆者らは、1994 年〜2021 年の延べ 27 ヵ年に渡る
日本全国地震発生データベースを、震源域毎・発生
マグニテュード毎に日々発生頻度プロットで可視化追跡し、以下の定性的な傾向・特徴を把握しつつある（図-1）。図-1 中、X 軸は震源域分布（北海道 ⇔沖縄）、Y 軸は時間（1994 年⇔2016 年）、Z 軸は各震源域における当該年の年間累積発生回数である。

図-１ 1994 年から 2016 年までの日本全国の震源域毎における地震発生回数の時空間分布(http://www.chonet.org/)① 各震源域毎に固有・特徴的な発生パターンが認められる。特に阪神淡路（1995）、東日本（2011）
各大地震においては、【三陸沖】⇔【フォッサマグ
ナ沿い】間の地震発生タイミングに相関関係（北米
プレート端のギッコン〜バッタン）が認められる。

図-2

2016 年の日本全国地震発生時空間分布③ 国土地理院発表の日本全国 GPS 水平移動アニ
メーション・プロット等との組合わせから、特に東日本大地震（2011）以降、日本付近では主として 3
ケ所に回転軸を持ち、かつ、連続体として異なる回
転方向を有する回転運動が、フォッサマグナを介して、「西日本の梁」と「東日本の梁」から構成される日本列島・脊梁山脈の各々を圧（へ）し折るように作用しているように見える（図-3、図-4）。

② 熊本地震(2016)では、同年 2 月の台湾大地震以降、歪ピーク位相が沖縄トラフ（南海トラフに連接する琉球海溝北西側）沿いを切り裂くように北上、桜島噴火後、熊本地震が発生、鳥取県中部(10 月)
地震へ伝播連動した。歪が蓄積される南海トラフ域に先行する地震現象（前兆?）にも見える（図-2）。

-9-2 地震発生メカニズムと断層構造
2-1 歪〜応力関係（圧縮・引張り定義：プレート・
テクトニクス）、落雷過程と発震タイミング類似性の考察
地震発生の駆動力源とそのメカニズムは、地球地殻を被覆構成するプレートテクトニクスにより説明される。また、コンストラクタル理論：『有限大の流動系が時の流れの中で存続する(生きる)ためには、その系の配置は、中を通過する流れを良くするように進化しなくてはならない。
（エイドリアン・ベジャ
ン 2013、2019）』の観点から、地球自体を生命体として捉えると、地震活動も地球自体の成長・進化途上の必然かつ不可避の生命（生理）現象として理解できる。さらに、落雷現象における「帯電=>お迎え放
電=>落雷」過程は、地震発生過程の「歪蓄積=>予兆=>発震」との類似性があり、地震発生の「トリガー・スイッチ」としての対応評価が期待できる。

図-3 1997-2017 年 GPS 水平変位量（国土地理院）

2-2 正断層・逆断層・横ズレ（左右）断層の定義と震源球（発震機構解：メカニズム解）の対応
地震学における地震現象の基本解析法として、①
正断層・逆断層・右横ズレ断層・左横ズレ断層の「場」としての 4 分類と、②発生した地震特性の「時空間変化の追跡」としてのメカニズム解（発震機構解）が確立されている。①は地震発生『前・後』の地理・地質情報を把握する方法、②は地震発生『後』の地震特性の分析法であるから、その両者をテンセグリ
ティ構造モデルおよび、筆者らの地震発生状況プロットを介して、連接・活用することにより、地震プ
ロット表示の弱点とする定量的評価面での俯瞰的・鳥観的観点からの補強が期待できる。

図-4 日本列島に作用している応力背景（概観）
一方、本プロット（地震発生回数分布）のみでは
地震発生自体の原因・評価・判断条件設定が極めて困難であり、客観的・定量的評価基準を明示できない点が弱点であると認識している。そこで本論は、地震発生 BEFORE & AFTER の時空間原点・分岐点評価
そのもの、即ち、地震発生の決定的なメカニズム（仕組み）あるいは定量的な評価パラメーターの有無・
有効性について考察するものである。
筆者は TV 番組で観た「テンセグリティ―構造」に「地層〜断層構造の類似性」の閃きを得た（2020 年
7 月 16 日放映の TBS『アンビリーバボー・スペシャル』における紹介事例）。これを契機に「発震機構メカニズム」、「鞍部点（Saddle-Point）法」及び「地震発生と落雷プロセス【電荷（歪）チャージ～お迎え
放電（前兆）～落雷（発震）】（荻原・佐藤 2019）」等の「自然現象と地震現象の類似性」に着目し、既存の評価ツールの組合せに基づく考察を提唱するものである。
なお、現時点では細部評価までには至っていない
ため、進捗概況（着手状況及び途中成果）と今後の考察方針として述べる。

３

テンセグリティ構造の定義と断層構造類との類似性の考察

3-1 三角（柱）形 および 四角（立方体）形のテンセグリティ構造
テンセグリティ―構造とは、TENS-ION(張力)とINT-EGRITY(全体性・完全性)の各単語の一部を合成した造語「TENSEGRITY」として、バックミンスター・フラーが提唱した概念である。テンセグリティは工学においては直線部材のピン接合からなる構造シ
ステムのうち、圧縮材が互いに接続されておらず、張力材とのバランスにより成立しているような構造システムで張力材は互いに接続されていてもよい。
3 次元構造の場合、圧縮材の両端には少なくとも 3
本以上の張力材が接続されていなければならない。

- 10 -

最も単純化された構造模型（図-5,図-6,図-7）の三角形・四角形の立体構造は、上部・下部の独立する構造部分（圧縮材）が、各隅角部における張力材（糸又は磁力）で支持されており、中空に浮かんでいるようにも見える。

という考察のきっかけとなった。筆者が記録継続中の過去 27 ケ年分の地震プロットにおける地震発生
現象を検証データベースとして、地震発生との原因
・タイミングとして関連付けることができれば、定性的・主観的な分析に頼っていた地震プロット方法に、定量的な評価・判定基準を付加することが期待できる。
3-2 テンセグリティ―構造の断層構造へ適用と対応パラメーター候補（地震発生条件）の考察
筆者は、地震発生メカニズムの定量的評価基準として、① まず、立体テンセグリティ構造と断層面と上下地層の張力関係と共に、震源球（発震機構）を対応させた（図-8,図-9）。

図-5 テンセグリティ構造模型

図-8 震源球の定義（逆断層の場合）

図-6 テンセグリティ構造模型と応用例

図-9 震源球と断層タイプの対応（筆者試作）② 次に、断層のズレは、歪が蓄積し不安定緊張
限界を超えて破壊（地震発生）し、歪解放直後の安定状態に至る履歴を繰り返す過程と捉える。断層のタイプは、縦ズレ（正・逆）断層と横ズレ（右横ズ
レ・左横ズレ）断層に大別される。地層変動・変位に伴う重力エネルギー変化過程イメージを、鞍部点（Saddle-Point）法における鞍部の面に沿った履歴（ヒステリシス）と対応づけることによって、既に確立されている既存の地震学・発震機構等との定量的・俯瞰的考察・評価への補助・連接が期待できる（図-10〜図-13）。ただし、パラメーター数増加により相互関係分析が複雑化する要因は否めない。

図-7 テンセグリティ構造模型の試作例（筆者試作）
筆者は、①図-5 と図-7 の上下各構造体（圧縮材）を、積層する 2 層の地層として認識し、②上下地層の各構造部分を分離している不連続面を断層面と直感（直観）したことから、テンセグリティ構造を断層構造として対応させることを思いついた次第である。さらに、③テンセグリティ構造の張力材が 2層を連結していることから、それらの張力材のバラ
ンスの乱れ・崩れが 2 層（上下構造体）の不安定・ズレ、即ち、地震発生の対応付が可能ではないか？

- 11 -

４

テンセグリティ構造適用の試行・提案

4-1

北米プレート縁辺部を挟む三陸沖領域およびフォッサマグナ領域への適用の試み

本論の取り組みの端緒として、東日本大震災（2011年）の震源域への適用を試みる。図-10 に示す立方体型テンセグリティ―構造と関連パラメーター（図-11）を適用するに当たって、以下の 2 点の検討が必要である。
① テンセグリティ構造を日本全国地図上のどの部分に配置、対応させるか？
② 評価に必要なデータが確保できるか？
配置場所については、太平洋プレートが北米プレートの下方へ潜り込む三陸沖の日本海溝付近（逆断層タイプ）とフォッサマグナ沿い（正断層タイプ）を設定する（図-14）。検証データとしては、1994
年〜2021 年（本日）まで継続記録中の日本全国地
震発生状況プロット（図-1）を１次データとし、発生マグニテュード・発生回数等を考慮の上、各パラメーターへの時系列・空間的作用経緯と地震発生の対応・相関関係の追跡評価を検討している。

図-10 立体テンセグリティ構造の断層面との対応

図-11 断層のタイプ〜発震機構〜鞍部点の対応関係

図-14 テンセグリティ構造体の配置検討
4-2 地震データの『可視化』『可音化』の試み〜「カリンバ」
・「シート・オルゴール」とのコラボレーション〜
データベースとしている地震プロット図は、震源域毎・発生マグニテュード毎の可視化プロットである。筆者はプロット作成開始当初より、各震源域の罫線が「五線譜」のようにも観えたことから、日本全国のプロット図からオーケストラの楽曲楽譜（楽器パート別構成）を連想した。また、各震源域は、
大陸・海洋プレート境界に沿って存在しており、楽器店で目にしたカリンバ（アフリカの伝統的な楽器）の簡単な鍵盤構造と、その奏法を示す楽譜が地震プロットと殆んど同じ形式であることから（図15）、その鍵盤を大陸・海洋プレートに対応させる着想を得た。さらに、地震データを楽譜上に変換して演奏する思案の延長上で、シート（楽譜カード）
上に穴を開けて（パンチング）作曲したものが演奏可能となる手回しオルゴール（シート・オルゴー
ル）を知り得た（図-18）。そこで特に、2011 年の東日本大震災部分の再現に着目・着手した（図-16,
図-17）。地震プロットデータ（可視化）において

図-12 鞍部点法におけるエネルギー蓄積・放出履歴

図-13 考察対象とするパラメーター相互関係の考察- 12 -

は、発生マグニテュード 5 以上、または、同一震源域で１日に 3 回以上地震が発生した場合には、当該日の各欄を『黄色』に着色処理している。当該オル
ゴール・ムーブメントは 20 音階鍵盤（弁）のため
全 27 震源域を 20 域に集約した。シート（楽譜カード）上には、震源域を低音側（北海道）高音
側（沖縄）に割当てる。1 楽譜カード長に収まる日
数は 150 日に制約される。そこで 2011 年１月１日⇔5 月 31 日の約 5 か月分の各震源域プロット表の『黄色』着色日に対応する鍵盤部分を穿孔して「地震データ音符（時系列）」の作成（作曲）を試みた（図-18）。この一連の手作業（苦痛）を通じ、アナ
ログ・データ（地震ビッグ・データ）からエッセン
スをデジタル化するデータ処理過程を、①地震デー
タの自動作図化（地震プロット作成と楽譜データ自動作成）と②シート・オルゴールの音源表現機能を
シンセサイザーに置き換える発想の原点となった（次節で言及）。

図-18 地震可『視』化データのシート・オルゴールによる可『音』化
５

おわりに（現況と今後の展望）

現時点では、①テンセグリティ構造のプレート境
界上への適用（図-14）と②シート・オルゴールによる「地震データ音符化（可音化）」に着手した段階である（図-18）。①に関しては、過去データベース（図-1）が対象範囲をカバーしており、巨大地震（震度7 クラス）の阪神淡路地震（1995）、新潟中越地震（2004）、東日本地震（2011）、熊本地震（2016）、北海道胆振東部地震(2018)への適用を試みる所存である。②に関しては、2011 年 1 月 1 日⇔5 月 31 日デー
タを再現した。その結果、破壊的な地震活動による不協和音に満ちたパンク/ロック調になると予想したが、前兆現象に相当する澄んだ単音予鈴が幾つか響いた後（図-16）、3 月 9 日（11 日含む）以降はまるで大河の潺（せせらぎ）の調べのように聴こえたのは意外であった（図-17）。「1/f の揺らぎ成分の存在」も意識しつつ、過去 27 ヵ年分(図-1)の『地震可視化データ』の『可音化』作業を進めている（表-1）。

図-15 鍵盤楽器「カリンバ」と地殻プレートの連想

表-1 今後の検討方針・思考過程

図-16 2011 年の三陸沖地震予兆『ゆっくり滑り』

今回着手し、提示している地震データとオルゴールの組合せによる可視化・可音化表現方法は、現段
階では子供のオモチャ・レベルの試みかもしれない。
しかし、地球〜リュウグウ（大量資料採取）往復に続き、宇宙大航海の偉業達成中の「はやぶさ２」ロケット技術の第１歩は、糸川英夫博士開発による直系 18 ㎜、長さ 230 ㎜、重量 0.202 ㎏の「ペンシル・ロケット」であった。そのことに想いを馳せ重ねながら、本取り組みの更なる発展を模索している。

図-17 2011 年日本全国地震発生頻度の時空間分布- 13 -

その第 1 は、地震プロットの自動作図（可視）化の取り組み（図-19）と、オルゴールをシンセサイザ
ーに置き換える可音化表現（多様化）の模索である。
本論で提示する地震データのオルゴール・シートへの変換プロセス（人力パンチングによるデジタル変換）は、1956 年起源のシンセサイザー基本機能（真空管製でパンチテープ制御式のコンピュータ用音源）と共通する原点である（図-18）。従って、地震の発生時刻（ｔ）、場所（ｘ：経度、ｙ：緯度、ｚ：深さ）と発生マグニチュード（M）、発生回数（N）等諸要
素を、音の 3 要素（音の大きさ、音程、音色）にシ
ンセサイザーを介するデータ変換（可音化）によって地震発生状況・記録を再現し、人間の五感（六感）
センサーが共鳴する認識・理解支援が期待できる。

図-19 地震プロットの自動作図化シーケンス
第 2 は、地震発生機構および地質・地下構造そのものに対するアプローチである。本論では、テンセ
グリティ構造をその端緒（取っ掛かり）イメージとしているが、地震発生事象そのものは単純ではなく、かつ、目には見えない震源地（地中）で発生するものである。震源地近傍の地質・地下構造の把握が不可欠にも関わらず、現時点の直接的手法は、ボーリ
ングや音波探査等の手段に限られる。筆者は、木村建次郎教授（＠神戸大学）の「散乱の逆問題」解決法に基づく透視と可視化のアプローチに注目している。多種多様な構成物質及び複雑な組織・構造から形成される人体中のがん細胞の識別・画像処理（可視化）が確立・実用化されている。その手法を以て、地下構造（地質・断層等）にも適用可能ならば、本論の最弱点である地震メカニズムの「定量的評価」
手段を飛躍的に高めることが期待できる。
今日の高精度の天気予報に比較すれば、現時点の地震予報・前兆把握は遥かに遅れる困難な道程途上にある。自分（人間は脇役）都合の勝手な思い込み
でなく、地球（主人公）都合で発生する地震の実像・実相に対し忠実・着実・謙虚に臨む姿勢を忘れずに歩を進める所存である。また、「災害は忘れたくてもやってくる！」を不意打ちの諸災害・災難に対する警句と心得て、即応可能で具体的な『応災力』を高める工夫と実践（PDCA-Cycle）を並行継続中である。

- 14 -

特に、エヌ・ワイ・ケイ（株式会社/日本容器工業）
は、NPO 法人「貯水タンク防災ネットワーク」を設立した。
「貯＋ネット」から「ちょねっとChonet」のニックネームをホームページに命名し開設した。
(2019 年:NPO Chonet 貯水タンク防災ネットワーク
http://www.chonet.org/）これまでの大地震でも破壊被害例が皆無の貯水槽メーカーとして、災害発生
事態に遭遇しても「生命維持のため、必要な時に、必要不可欠なもの（水）がそこに在る!!!という安心・安全を確保・提供」し、工学的な面（平野廣和研究室＠中央大学）や、人工透析医療面【東京 DIEMAS：
緊急時透析情報共有マッピングシステム@東京透析医会】等の総合力で、特に災害弱者を支える貢献を念頭に活動中である。その中で筆者は「ユスフ大佐の防災・応災・減災セミナー出前講座」を担当している。東日本大震災の体験や本論内容を伝える語り部のひとりとして、『応災力向上の啓蒙』をライフワークとして試行錯誤の連続である。主張する 4 点セットのモットーは、以下のとおりである。
❶ １ 『見』は、100『聞』に如かず！
➋ 100 『見』は、 １『実行（検証・実験・訓練
等）』に如かず！！ ゆえに、
❸ 10000『聞』は、１『実行』に如かず!!!
❹ そして、大自然の力を謙虚に畏れながら、『まずは、やってみなはれ！（西堀榮三郎）』。
これらを自己経験と実践に基づく心の支え・気合いとし、身の丈に応じた努力を継続する所存である。
参考文献
1) 過去の地震情報－日本気象協会
http://www.tenki.jp/bousai/earthquake/entr
ies2) 電子基準点がとらえた日本列島の地殻変動（国
交省国土地理院）
3) エイドリアン・ベジャン（著）柴田浩之（翻訳）
流れとかたち-万物のデザインを決める新たな物理法則,20134) エイドリアン・ベジャン（著）柴田浩之（翻訳）流れといのち-万物の進化を支配するコンスト
ラクタル法則,20195) 荻原洋聡・佐藤紘志「コンストラクタル法則に基づく日本全国の地震発生状況解釈の一提案」日
本地震予知学会第 6 回学術講演会，2019
6) NPO Chonet 貯水タンク防災ネットワーク
7) 木村建次郎（KIMURA Kenjiro）――「透視の科学」で人類に貢献を 乳がん検診を革新する技術開発 | Research at Kobe (kobe-u.ac.jp)
8) 久保司郎、総説逆問題の解析手法
Analysis Schemes of Inverse Problems by
Shiro KUBO「材料」(J. Soc. Mat. Sci., Japan),Vol.41, No.470, pp. 1595-1604, Nov. 1992
9) 西堀榮三郎,「南極越冬記」岩波新書 F102（青版）
318,270p,1958

防衛施設学会令和 2 年度年次研究発表会（2021 年 4 月）

焼成卵殻・オゾン水の病原性微生物殺菌剤および消臭機能等実証事業
Demonstration project for pathogenic microbial fungicides anddeodorant functions for calcined eggshell and ozone water株式会社 ESC 代表取締役 西山 登士彦 （東京都新宿区水道町 2-10）
株式会社 ESC 代表取締役 永富 伯夫（鹿児島県日置市日吉町日置 5930）

キーワード：オゾン殺菌、強アルカリ殺菌、自然災害対策(Sterilization by Ozone and Strong alkaline agent，Natural disaster countermeasures )1．はじめに今後、開発が急がれる殺菌消臭剤は、災害対応時に必要となる感染症予防対策及び家畜伝染病予防法による殺処分対策においても散布時の安全性確保及び環境対策が必要となる。
ここでは、オゾン水と焼成卵殻による病原性細菌類の殺菌効果について報告する。
殺菌消臭剤の開発ポイントは、以下 3 点となる。
(1)強力かつ長期間の殺菌効果を有する(2)安全かつ生体（動植物）や自然環境への影響が無い(3)殺菌消臭剤の開発及び生産が廉価となることその背景としては、１)① 抗生物質の乱使用による薬剤耐性菌の蔓延が原因の死亡率の増加。厚生労働省の予想では、2050 年度には薬剤耐性菌に起因する死亡数が癌を上回り第 1 位となる。
（表-1 参照）

2．実証事業の概要及び殺菌効果
2.1 オゾンの殺菌効果
オゾンは、自然界に存在しフッ酸に次ぐ酸化還元力がある。有機物を一瞬にして分解（殺菌能力は数~10 秒程度）
する特性を持ち、病原性細菌類を全て殺傷することができる。カビや花粉も同様に有機物のため、数秒で不活性化する能力も持ち合わせていると考えられている。
（図-2 参照）

表－1 薬剤耐性が原因の死亡者（2050 年）② HACCP（危害要因分析・重要管理点）に取組むにあたり、特に病原微生物の制御が、重要管理点となる。

- 15 -

図－2 オゾンによる除菌のメカニズム

低濃度オゾン水（１~2ppm）に関しても、ウイルス
オゾン（O³）についての注意点は、空気中 0.1ppm 以上
で人体に悪影響（高濃度では死亡）を及ぼす懸念があるが、 0.70%軽減。2ppm のオゾン水では 0.1%未満にまで抑制さ水中にあるオゾンは生体（人や動植物等）への影響が極め れた。液体での殺微生物効果を調べた結果、0.4ppm でもて小さいが、有機物への分解力は変わらず、殺菌・消臭能 ウイルス力価は 5.8%まで減少した。
（表-2 参照）3)
力は維持され最終的には酸素となり大気中へ放出される。
表―2 低濃度オゾン水による感染性ウイルス量の変化（図-3 参照）
しかし、オゾン水に酸化カルシウム等の電解質が存在する場合は、正電荷となり安定した状態が保持でき、比較的長時間（数時間程度）オゾンを水中に保持できる。
（図-4 参照）

2.3 焼成卵殻（酸化カルシウム）の殺菌能力 4)
焼成卵殻（表-3 参照）は、強アルカリ（ph12.5 以上）となる特性を持ち、全ての病原性微生物の蛋白質を変性させ殺傷を行う。
焼成卵殻粉末について、サルモネラ、大腸菌、鳥イフ
ルエンザウイルス（AIV）、ニューカッスル病ウイルス（NDV）、伝染性ファブリキウス嚢病ウイルス（IBDV）を用いて、各種病原体に対する99.9％以上の不活性化能を指標に調べ、焼成法の最適条件を探った。
不活性化試験は、AIV、NDV あるいはIBDV の力価は、未処理では、1ml あたり、107.3-8.0 の50％組織培養感染量を示したが、焼成卵殻粉末処理の3分間後には、検出限界未満を示し、99.9％以上の不活性化が認められた。EC お
よびSI においても、コロニー形成単位（CFU/ml）で測定したところ、同様の99.9％以上の不活化が認められた。
これら焼成卵殻粉末の不活化作用は、5％牛胎児血清による有機物存在下においても影響を受けなかった4)。

図－3 オゾンの粒径と大気中への放出

OHCa2+OH-

Ca2+

OHCa2+

OH-

Ca2+ OH-

OH-

Ca2+

OH-

OH-

Ca2+
OH-

O３

OH-

Ca2+

OH-

OH-

Ca2+

OH＋ Ca2+
OHCa2+

OH-

OHCa2+

OH-

OH-

OH-

図－4 オゾンの焼成卵殻による水中保持メカニズム
2.2 オゾン水の殺菌能力
新型コロナウイルスへの殺菌効果を３パターンで検証
・パターンＡ： ウイルス液＋培養液
・パターンＢ： ウイルス液＋滅菌水道水
・パターンＣ： ウイルス液＋10ppm オゾン水パターンＡ、Ｂでは、ウイルス増殖の所見である多数のプラーク（大小不同の白い点）が認められる。
パターンＣでは、プラークの発生が認められなかった。
結果、オゾン水の殺菌効果により新型コロナウイルスが不活化されたことを示している。
（図- 5 参照）2)（パターンＡ）（パターンＢ）

図－5 新型コロナの殺菌実験結果 2)

表－３ 焼成卵殻の構成科学物質分類
焼成卵殻の構成化学物質分類（パターンＣ）

酸化カルシウム（CAS#:1305-78-8）

95％以上

酸化マグネシウム（CAS#:1309-48-4）

3％以上

リン酸カルシウム（CAS#:7758-87-4）

1％以下

炭酸カリウム（CAS#:584-08-7）

0.5％以下1ppm のオゾン水を 10 秒処理することで感染性ウイルス
は 0.70%に、2ppm のオゾン水では 0.1%未満になる。
続いて、液体での殺微生物効果を調べた。その結果
焼成卵殻粉末の 10％液の遠心上清（水溶液）に 10 分の 1 量の微生物を添加し、3 分間あるいは 1 時間室温で静置し、その後、力価を測定した。AIV は、3 分間の感作では 10 分の 1 程度の力価の低下が認められた（90- 16 -

％抑制）が、1 時間感作することにより、1,000〜10,000
分の 1 に力価が低下した（99.9％以上抑制）。NDV は、3分間で検出限界未満となった。細菌の場合、EC および SI
は、3 分間感作で、いずれも検出限界未満となった 4
検証結果、図－7 に示す赤円内の病原性ウイルス・細菌類に成卵殻の殺菌作用が証明された。青円内の部分に関しては、既に ph9~10 程度での殺菌効果が報告されており、全ての病原性ウイルス・細菌類に対して殺傷作用があることが判明した。

芽胞形成菌郡枯草菌

既に他の論⽂等で検証済【焼成卵殻の特徴】① 全ての細菌・ウイルス類を殺傷する高殺菌効果
・生石灰の 20 倍程度の殺菌効果を有する。
・人,動物に対して毒性が少ない。強アルカリ性（ph12.5以上）となるが生体内での生成物のため生物に有害な物質が含まれない。
② 有機物の影響を受け難く、殺菌効果に持続性がある。
・屋外散布で 3 週間以上の殺菌効果の有効性がある。
③ 不純物が少なく、環境に悪影響を与え難い。
・生石灰や貝殻類に比較し高アルカリ性である。
④ 最終的に炭酸カルシウム（自然界に存在）に変化⑤ 3％以上の水溶液でも殺菌効果がある。

セレウス菌
グラム陽性菌ウエルシュ菌2.4 焼成卵殻とオゾン水との融合
焼成卵殻とオゾン水の病原性細菌類への殺菌効果の特性を融合させた「焼成卵殻オゾン水」の特徴を述べる。
① オゾンによる短時間での強力な殺菌力がある。
② 焼成卵殻による有機物環境下（屋外土壌）での長時間（3 週間）の殺菌力の持続性がある。
③ オゾンは酸素へ、焼成卵殻炭酸カルシウムへ変化する
環境への影響が極めて少ない。
人体への影響が少なく、防護が軽微となる。
④

破傷⾵菌
病原菌

ボツリヌス菌

原核微⽣物

無芽胞桿菌・グラム陽性菌（バクテリア）⻩⾊ブドウ球菌

微⽣物

グラム陰性 通性嫌気性菌郡
グラム陰性菌O-157 含⼤腸菌
サルモネラ
ペスト
腸炎ビブリオ
グラム陰性菌 好気性桿菌及び球菌郡
緑膿菌
レジオネラ
カンピロバクター

⾮病原菌
納⾖菌
乳酸菌

3. 焼成卵殻オゾン水装置の開発
3.1 水害・災害時や感染症予防における広域消毒作業
家畜伝染病予防法による地盤消毒作業や殺処分対策は、3 種類の構成部品の組合せによりオゾン水の「ナノバブル化」が可能となり、焼成卵殻と融合させた水溶液により、
短時間でのオゾン殺菌と長期間（3 週間）の殺菌能力を合わせた機能を持つ「焼成卵殻オゾン水」を使用することで、
現状より大きい効果が期待できる。図－8 の様なイメージ
での散布が可能である。

酵⺟（酒）
真核微⽣物

⾷⽤キノコ

滅菌の有効性あり

カビ（⻘かび-ペニシリン）
放射状菌（ストレブトマイシン）
DNA ウイルス（チミン）ウイルス
RNA ウイルス（ウラシル）

図－7 焼成卵殻の殺菌作用

焼成卵殻粉末の効果について、以下を検証。
① 焼成卵殻粉末を野外に散布した場合、太陽光線照射時及び降雨時の湿潤と乾燥を繰返した場合での殺菌殺ウイルス効果の持続性について検証した結果、湿潤・乾燥4 回後までpH 12.5 以上であった。AIV お
よびNDVも検出限界未満まで不活性化できた。太陽光照射後、1 週間ごとに粉末を回収した場合は、3 週後までAIV が検出限界まで不活性化された。
② 鶏ひな飼養環境下で農林水産省の「ひなの成長試験」
に従い、ひなの体重増加の推移を、どの程度の濃度まで焼成卵殻粉末の添加可能について検証した結果、特定病原体フリー（SPF）ニワトリひなで水平感染抑制試験を用いての焼成卵殻の感染抑制効果は、敷料への焼成卵殻粉末の10％添加および餌への0.1％添加では、体重増加に負の影響は認められなかった。

- 17 -

図－8 地盤消毒作業イメージ

⑤ 一体型焼成卵殻オゾン水装置
3.2 「オゾン水のナノバブル化」生成装置①ダイヤモンド電極・制御基板【ダイヤモンド電極使用時のオゾン生成濃度】
・1 台 ：1.5ppm～2.0ppm
・2 台 ：3.0ppm～5.0ppm
・3 台 ：6.0ppm～8.0ppm
・4 台 ：8.0ppm～10.0ppm② ナノバブル攪拌装置（装置イメージ）

4．まとめ
本実証事業により期待できる成果を以下に記述する。
① オゾン水による消毒対象物表面の瞬時での強力殺菌力と水溶液に染込ませた焼成卵殻水の長期間（10
日~3 週間）殺菌機能を有する特性から、広範囲の消毒対象区域でも消毒作業回数が軽減できる。
② 殺菌剤としての安全性の高さから防護服の簡易化が可能となり、作業効率向上にも繋がる。
③ 「焼成卵殻オゾン水」は、最終的には酸素と自然界に豊富に存在する炭酸カルシウムに変化するため、環境への影響が極めて少ない。
現在のコロナ禍対策の一環として、殺菌効果が期待できる「焼成卵殻オゾン水」を生成する弊社開発の焼成卵殻オゾ
ン水装置が使用され、コロナをはじめとする病原性ウイル
スや細菌類の対策に繋がれば幸いである。

【攪拌装置使用時のナノバブル化】
・ナノバブル：80％以上・マイクロバブル：95％以上③ 焼成卵殻投入装置

参考文献
1)厚生労働省における AMR の取組 2015 年
2)日機装株式会社:オゾン水による新型コロナウイルスの不活性効果の確認,2020 年
3) 藤田医科大 村田貴之教授：低濃度オゾン水の感染性
ウイルス不活性化の確認，2020 年
4) 東京農工大 竹原一明教授：卵殻由来焼成カルシウムによるバイオセキュリティ強化とHACCP の確立, 2015年【焼成卵殻投入量】
・5~10％の可変対応④ 分離型焼成卵殻オゾン水装置（装置イメージ）- 18 -

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Demonstration experiment on infectious disease vector mosquito control
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- 53 -

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1)

Webster, S.L.: Investigation of beach sand. -Trafficability
enhancement using sand-grid confinement and membrane
reinforcement concept. Report GL-79-20, U.S. Army Engineer
Waterways Experiment Station, Vicksburg, Miss., 1979.

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- 54 -➨ 69 ᅇᖺḟᏛ⾡ㅮ₇఍, pp813-814, 2014.
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9)ᐑᮏៅኴ㑻, ᐑ⏣႐ኖ: ⛣ື㍕Ⲵ᮲௳࡟࠾ࡅࡿࢪ࢜ࢭࣝࡢ
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11) ⎰஭ᬛ㈗, ᑠᐊ㞞ே, ኱ᒣு㈗, ᐑᮏ኱௓: 㔜㗽⾪✺ࢆཷࡅࡿ༢⢏ᗘ○▼ࢪ࢜ࢭࣝ⦆⾪యࡢືⓗᛂ⟅ゎᯒ, ࢪ࢜ࢩࣥࢭࢸ࢕ࢵࢡࢫㄽᩥ㞟, ➨ 32 ᕳ, pp125-132, 2017.

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Dioxin Criteria, Vietnam
Soil Name Untreated Cyclone Clean
Sluge
Commercial/
Feed
Urban
Land Recreational
Uderflow
Soil
Cake
Industry(300 or less) (600 or less)Soil(1,200 or less)

1,900
--110
2,000
Yes
Yes
Yes
Soil-B (1st)

2,400
1,200
340
96
Yes
Yes
Yes
Soil-B (2nd)
2,400
560
130
3,700
Yes
Yes
Yes

Soil-A (1st)
nd
2,500
--150
4,300
Yes
Yes
Yes
Soil-A
(2
)

2,300
--170
8,000
Yes
Yes
Yes
Soil-K (1st)

3,500
520
190
8,200
Yes
Yes
Yes
Soil-K (2nd)Soil-L
3,700
1,200
310
9,700
No
Yes
Yes
st

5,300
1,100
290
14,000Yes
Yes
Yes
Soil-H (1 )
6,000
--200
14,000Yes
Yes
Yes
Soil-H (2nd)

6,200
1,100
550
16,000No
Yes
Yes
Soil-C (1st)

6,500
1,300
380
11,000No
Yes
Yes
Soil-C (2nd)
20,000
6,800
--450
No
Yes
Yes
Soil-J (1st)

6,500
1,600
430
19,000No
Yes
Yes
Soil-J (2nd)11,0002,100
540

26,000No
Yes
Yes
Soil-I (1st)nd
12,0002,000
710
27,000No
No
Yes
Soil-I(2)

12,0001,900
61017,000No
No
Yes
Soil-D (1st)
16,00012,000
1,600
680
No
No
Yes
Soil-D (2nd)
46,00014,000
3,000
730
No
No
Yes
Soil-E (1st)
15,0003,600
1300
57,000No
No
No
Soil-E (2nd)st
16,0003,600
1100
39,000No
No
Yes
Soil-G(1)
nd16,000--110039,000No
No
Yes
Soil-G (2 )st60,00020,000
4,300
910
No
No
Yes
Soil-F (1 )

51,00017,000
3,000
1300
No
No
No
Soil-F (2nd)


65%
35%
 Soil-A
39.1%
7.3% 12.3%
41.4%
 Soil-B
41.1%
7.0% 8.1%
43.8%
Soil-C
40.7%
5.3%5.7%
48.2%
36.6%
11.1%
9.3%
Soil-D
42.9%

25.8%
10.0%
20.5%
43.7%
 Soil-E
29.8%
10.4%
18.5%
41.2%
Soil-F
34.9%
Soil-G
9.5% 7.2%
48.4%

36.8%
Soil-H
3.6%6.7%
52.9%

34.9%
Soil-I
11.7% 7.3%
46.0%

33.2%
15.6%
11.1%
40.2%
Soil-J
 Soil-K
37.5%
8.5% 7.7%
46.2%
 Soil-L
35.4%
14.4% 6.2%
44.0%

0%
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Clean Soil
Oversize (>40mm)
Oversize (2-40mm)
Sludge Cakeᅗί໬⏘≀ ί໬ᅵ࡜⢒⢏ศ ♟ ࡜⃰⦰ṧ´ࡢ㔜㔞๭ྜ
- 59 -

⾲Ὑίࣉࣟࢭࢫࡢ';1㝖ཤ⋡࡜⃰⦰ಸ⋡
Soil Name

CycloneClean Soil
Underflow

Soil-B (1st)

---

94.2%

Sludge
Cake
1.05

nd

Soil-B (2 )

71.7%

92.0%

2.00

Soil-A (1st)

76.7%

94.6%

1.54

Soil-A (2nd)

---

94.0%

1.72

Soil-K (1st)

---

92.6%

3.48

Soil-K (2nd)

85.1%

94.6%

2.34

Soil-L

67.6%

91.6%

2.62

Soil-H (1st)

79.2%

94.5%

2.64

Soil-H (2nd)

---

96.7%

2.33

Soil-C (1st)

82.3%

91.1%

2.58

Soil-C (2nd)

80.0%

94.2%

1.69

Soil-J (1st)

---

93.4%

2.94

Soil-J (2nd)

75.4%

93.4%

2.92

Soil-I (1st)

80.9%

95.1%

2.36

nd

Soil-I (2 )

83.3%

94.1%

2.25

Soil-D (1st)

84.2%

94.9%

1.42

Soil-D (2nd)

86.7%

94.3%

1.33

Soil-E (1st)

78.6%

94.8%

3.29

Soil-E (2nd)

76.0%

91.3%

3.80

Soil-G (1st)

77.5%

93.1%

2.44

Soil-G (2nd)

---

93.1%

2.44

Soil-F (1st)

78.5%

95.5%

3.00

Soil-F (2nd)

82.4%

92.4%

3.00

Average

79.2%

93.7%

2.40

Minimum

67.6%

91.1%

1.05

Maximum

86.7%

96.7%

3.80

8QWUHDWHG)HHG6RLOWRQ
SJ7(4J

6RLO:DVKLQJ

Clean Soil

Oversize Sludge CakeWRQ

10-31 ton

&OHDQ3URGXFWWRQWRQ
Sludge Cake
WRQᅗᅵተὙί࡟ࡼࡿ';1ởᰁᅵተࡢί໬࣭ῶᐜ໬ຠᯝ

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ࣥ⃰⦰ಸ⋡ࡣᖹᆒಸ࡛࠶ࡗࡓ㸬ඖᅵተࡀ 
 SJJࡢሙྜࡣ⃰⦰ṧ´ࡣࡑࢀࡒࢀ⣙ 
 SJJ࡜࠿࡞ࡾࡢ㧗⃰ᗘ࡜࡞ࡿ㸬⃰⦰ṧ´ࡣ⣽⢏ศ  ࣁ࢖ࢻࣟࢧ࢖ࢡࣟࣥࡲ࡛ࡢࣉࣟࢭࢫࡢ㝖ཤ⋡ࡣᖹᆒ 㹼 ࡛࠶ࡾ㸪඲ࣉࣟࢭࢫࡢ㝖ཤ⋡ࡣᖹᆒ 㹼 ࡛࠶ࡗࡓ㸬ࢧ࢖ࢡࣟࣥ࡟ࡼࡿศ
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ࣥẼೃࡢࡓࡵ㸪ᖺ୰┿ኟࡢࡼ࠺࡞ሙᡤ࡛࠶ࡿ㸬ࣉࣛࣥࢺࢆ✌ാࡋ࡚࠸࡞࠸ᮇ㛫࡟࣋ࣝࢺࢥࣥ࣋࢔➼ࡢࣉࣛࣥࢺ
ణࡋ㸪ࡇࡢί໬⏘≀࡜⃰⦰ṧ´ࡢ๭ྜࡣᑐ㇟ᅵተࡢ
ᶵჾࡢࢦ࣒㒊ᮦࡢ୍㒊ࡀ㸪ᙉ࠸┤ᑕ᪥ගࡢࡓࡵຎ໬ࡋࡓ㸬⢏ᗘᵓᡂ࡟౫Ꮡࡋ࡚࠸ࡿ㸬  ⃰⦰ṧ´ࡢࢲ࢖࢜࢟ࢩࣥ⃰⦰ಸ⋡ࡣᖹᆒಸ࡛࠶ࡗ
⇕࡟ᙅ࠸㒊ᮦࡢಖㆤᑐ⟇ࢆᙉ໬ࡍࡿᚲせࡀ࠶ࡿ㸬ࡓ㸬ඖᅵተࡀ   SJJࡢሙྜࡣ⃰⦰ṧ ࡲ࡜ࡵ
ᙜ♫ࡢᅵተὙίࡣ㖔ᒣᢏ⾡࡜໬ᏛᕤᏛࢆᇶ࡟ࡋࡓ≀⌮ⓗศ⣭ SK\VLFDO VHSDUDWLRQ ࢆ୺㍈࡜ࡋ࡚࠾ࡾ㸪ࢲ࢖࢜࢟ࢩ
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ࡋ࡚㐺⏝ྍ⬟࡛࠶ࡿ㸬ศ⣭࡜Ὑίࡢࣉࣟࢭࢫࢆẁ㝵ⓗ࡟㐺⏝ࡋởᰁ≀㉁ࢆ⃰⦰ṧ´࡟ศ㞳㸪⃰⦰ࡍࡿࡇ࡜࡟ࡼࡗ
࡚㸪↝༷࡟ࡼࡿ↓ᐖ໬ฎ⌮ࡢᑐ㇟㔞ࡀởᰁᅵተࡢ඲㔞 ࠿ࡽ⃰⦰ṧ´ࡢ㔞 㹼 ࡬኱ᖜ࡟ῶ㔞࡛ࡁࡿࡓࡵ㸪పࢥࢫࢺࡢί໬ฎ⌮ࡀྍ⬟࡜࡞ࡿ㸬Ὑ๣ࢆ⏝࠸࡚ởᰁ≀㉁ࢆỈ࡬⁐ฟࡉࡏࡿὙίἲ VXUIDFWDQWHQKDQFHG VRLOZDVKLQJ ࡜ࡣ඲ࡃ␗࡞ࡾ㸪ởᰁ≀㉁ࡀỈ࡬⁐ฟࡋ࡞࠸ࡼ
࠺࡟㓄៖ࡋ࡚࠸ࡿ㸬㐺ษ࡞Ỉฎ⌮ࢆ⾜࡞࠺ࡇ࡜࡟ࡼࡗ࡚
ởᰁ≀㉁ࢆྵࡲ࡞࠸Ύί࡞ฎ⌮Ỉࢆᚓࡿࡇ࡜ࡀ࡛ࡁࡿࡓ
ࡵ㸪ฎ⌮Ỉࡢᚠ⎔฼⏝ࡀྍ⬟࡛࠶ࡿ㸬⣼ィ⣙୓WRQࡢᵝࠎ࡞ởᰁᅵተࢆฎ⌮ࡋࡓ⤒㦂࡜ࣀ࢘ࣁ࢘ࢆᇶ࡟㸪ᯤⴥ๣⏤᮶ࢲ࢖࢜࢟ࢩࣥởᰁᅵተࡢὙίᐇドヨ㦂ࢆ⾜࡞ࡗࡓ㸬୺せ࡞⤖ᯝ࡜▱ぢࢆ௨ୗ࡟グࡍ㸬  ࢲ࢖࢜࢟ࢩࣥởᰁᅵተࡣ㔜ᶵ࡟ࡼࡗ࡚࢚ࣉࣟࣥࣇ࢕
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- 72 -

防衛施設学会令和２年度年次研究発表会（2021 年 4 月）

鉄、コンクリートの再生・延命に関する研究
STUDY ON REGENERATION AND PROLONG LIFE DURATION OF IRON AND CONCRETE

松岡歩実 関口有佳里 吉武敏雄
MATSUOKA Ami , SEKIGUCHI Yukari and YOSHITAKE Toshio
株式会社染めＱテクノロジィ （〒306-0313 茨城県猿島郡五霞町元栗橋 5971 番地 31）
キーワード：再生、延命、コンクリート、鉄、スレート、錆、補修、補強（Regeneration , prolong life duration , Concrete , Iron , slate , Rust , Repair , Reinforcement）

1. はじめに
建物、道路、トンネル、橋梁、線路、鉄塔、電柱等は、コンクリートや鉄で造られているものが殆どで、それらは長い年月と共に老朽化し、大きな社会問題となっている。
2019 年の台風による鉄塔倒壊や堤防決壊が記憶に新しい。
コンクリートは収縮することによるひび割れ、鉄は錆が発生することが老朽化の主な原因とされている。現在、これらを改修する最適な工法は確立されておらず、建物を取り壊し、新しく建て替えることが余儀なくされている。しかし、建て替える際にかかる巨額の費用、大量の産業廃棄物
による環境汚染等の問題から簡単に建て替えることが難
しく、放置せざるを得ない状況にある。
本報告では、強固な塗膜を形成する弊社開発の新規材料による補修が建物の再生、延命の最適な工法の一つとなる
可能性について、論述する。

表- 1 塗膜性能評価

2. 塗膜性能評価 1）
日本工業規格（JIS）では品質管理を目的とした塗料・塗膜に関する試験方法が規格化されている。JIS K 5600-1999
塗料一般試験方法では塗膜の視覚特性、機械的性質、化学的性質、長期耐久性などの試験方法が規定されている。代表的な試験方法として表-1 に示す。
開発した材料を付着性、耐衝撃性、耐摩耗性、耐揮発油性、耐液体性試験の 5 種類の試験を行った。なお、試験方法に関しては JIS で規格化されている試験方法に準拠した。試験結果を表-2 に示す。

表-2 塗膜性能試験データ

3. コンクリートにおける補修剤としての可能性 2）
強化コンクリートで打設された高層ビルは老朽化によりひび割れが生じる。
こうしたひび割れに対して補修をする際、モルタルやエポキシ樹脂が選択されるが、問題が生じる。
これらの補修剤は圧縮力には強い一方、引っ張る力、
曲げる力には弱い性質がある。補修した際、すでにあるコ- 73 -

の 80MPa の結果を図-2 に示す。なお、コンクリートひず
みは各補修剤の補修剤施工面のコンクリートひずみとした。また、補修剤ひずみが追従しなくなった点(破壊点)より破壊ひずみを、
コンクリートと補修剤のひずみの測定値
よりひずみ伝達率を算出し、整理した結果を表-3 に示す。
M1 において、母材コンクリートと補修剤ひずみが 1:1に近い挙動（ひずみ伝達率が 1 に近い）を示し、かつ補修剤ひずみが急激に進展する傾向が比較的少なかった。M2ではひずみ伝達率が高い傾向にあるが、母材コンクリート
3.1 圧縮軸ひずみ追従試験
圧縮軸ひずみ追従性試験は、圧縮時のコンクリート躯体 に-1000μ 前後のひずみを与えた際に補修剤ひずみが追従の変形に対する補修剤の追従性から接着一体性を判定し、 できなくなる破壊ひずみが顕著に確認された。M1 で母材
相対ひずみによる剥離のしやすさを評価するための試験 コンクリートに-2500μ 程度のひずみが与えられても、はっきりとした破壊ひずみは見られず、
ひずみ追従性を維持方法である。試験体と試験概要を図-1 に示す。
していることが確認できた。80MPa と 120MPa の試験結果を比較した場合、ひずみ伝達率などのひずみ追従性に関しては大きな差異は見られなかった。
ンクリートの収縮によって引っ張られてすぐに割れてし
まう。
そのため、
コンクリートの補修には一定の圧縮強度、追従性が求められる。
開発した新規材料がコンクリートの補修剤として有用であるか確かめるため、実際の建築物で発生している応力状態をよりよく再現できる「圧縮軸ひずみ追従試験」「除載荷軸ひずみ追従試験」を用いて評価した。

図-1 圧縮軸ひずみ追従性試験概略
当社開発の新規材料を M1、市販品の補修剤を M2 とした。また、補修剤の施工時期は母材コンクリートの収縮が進展する材齢 12 週とし、載荷試験は母材コンクリートの
材齢 20 週前後で実施した。 載荷試験の結果より、コンク
リートひずみと補修剤ひずみとのひずみ追従性能を評価する。ひずみ追従性評価は、コンクリートのひずみに補修剤ひずみが追従できなくなった点を破壊ひずみとして評価することとした。なお、母材強度 80N/mm2 のコンクリ
ートは圧縮破壊するまで、120N/mm2 のコンクリートに対してはコンクリートにひずみを十分に導入できる
95N/mm2 まで、それぞれ加圧した。各試験水準の 6 か所に施工したそれぞれの補修剤の圧縮軸ひずみ追従性試験

図-2 圧縮軸ひずみ追従試験結果
3.2 除載荷軸ひずみ追従試験
除載荷軸ひずみ追従試験は、除載荷時のコンクリート躯
体の変形に対する補修剤の追従性から接着一体性を判定
し、相対ひずみによる剥離のしやすさを評価するための試
験方法である。試験概要を図-3 に試験体の概要を図-4 にそれぞれ示す。
補修剤の施工箇所については圧縮軸ひずみ追従試験と同じである。

表-3 ひずみ伝達率と破壊ひずみ（圧縮軸破壊ひずみ追従試験）- 74 -

母材コンクリートと補修剤の硬化及び乾燥収縮を考慮し、
材齢 8 週目に母材コンクリートに圧縮力を導入し、材齢
12 週目に補修剤を施工し、材齢 20 週に圧縮力を除荷することで引張荷重を与え、母材と補修剤表面のひずみを測定する。

図-5 除載荷軸ひずみ追従性試験結果
図-3 除載荷軸ひずみ追従性試験

図-4 除載荷軸ひずみ追従性試験・試験体概要図
初期に母材コンクリートに導入するひずみは 500μ とした。これは、軸力を受ける柱様 RC 構造物の躯体表面における層間変形角 1/100 rad 程度の変形に相対するひずみ値であり、建築基準法において定められている層間変形角を 1/200 rad 以内とするという規定と比べて大きく、
タイル・補修剤の剥離・剥落を想定した部材に生ずる変形としては十分と考えられる。また繰り返し載荷を実施
し、接着性能の低下についても試験した。繰り返し載荷
重は 500μ 以上の十分にひずみが導入できる 57.2N/mm2に設定し、繰り返し回数は 10 回とした。

各試験水準において、6 か所に施工したそれぞれの補修剤の除載荷軸ひずみ追従性試験の結果を図-5 に示す。なお、
コンクリートひずみは各補修剤の補修剤施工面のコン
クリートひずみとした。また、補修剤ひずみが追従しなくなった点(破壊点)より破壊ひずみを、コンクリートと補修剤のひずみの測定値よりひずみ伝達率を算出し、整理した
結果を表-4 に示す。なお、母材コンクリートひずみが 500μまで到達しなかったため、εc＝200μ とし、ひずみ伝達率を算出した。
圧縮軸ひずみ追従性試験と同様に、M1 は母材コンク
リートと補修剤のひずみが 1:1 に近い挙動（ひずみ伝達率が 1 に近い）を示し、M2 は、圧縮軸ひずみ試験同様に全ての試験体で破壊ひずみが確認され、M1 の補修剤と比較し、ひずみ追従性が低いといえる。圧縮軸ひずみ追従性同様、80MPa と 120MPa の試験結果を比較した場合、ひずみ伝達率などのひずみ追従性に関しては大きな差異は見られなかった。
3.3 除載荷軸ひずみ追従性試験（繰り返し載荷）
除載荷軸ひずみ追従性試験を実施した後、10 回の載荷・除載荷の繰り返し試験を実施した 80MPa の結果を図-6 に示す。また、10 回目の除載荷時のひずみ伝達率の結果を表-5 に示す。なお、除載荷軸ひずみ追従性試験で破壊に至ったものに関しては「破壊」と表記した。

表-4 ひずみ伝達率と破壊ひずみ（除載荷軸ひずみ追従試験）- 75 -

図-6 載荷・除載荷繰り返し試験結果
表-5 ひずみ伝達率（載荷・除載荷繰り返し試験）

M1 は、繰り返し載荷・除載荷による線形の値のばらつきは少なく収束する結果となったが、全体的に 10 回目の除載荷では 1 回目の除載荷よりもひずみ伝達率が小さくなる傾向が観察された。M1 における伝達率の低下は小さ
く、繰り返しサイクル後も追従性を維持していた。

ある。測定項目としてひび割れ幅、変位、曲率などを選ぶことができる。
テストベッドに鋼製柱及び桁を用いて組み立てた試験装置を使用した 4 点曲げ耐力試験を行った。
試験体は腐食が見られる折板屋根を用いた。
塗装する際のケレン仕様による曲げ耐力の比較を行う。
試験に用いた
塗装要領を表-6 に示す。腐食孔のある塗板についてはファイバーガラスクロスを使用したのち、他の塗板と同様の塗装を行った。試験方法は JIS A 6514 に準拠した。試験体
は折板屋根（鋼板製）及び構成部品（タイトフレーム、ボルト、ナット、固定金具）を用いてテストベッドに組み立てた。試験体は 5 体とし、前面には幅 50 mm、厚さ 1.6 mmの断面変形防止鋼材を 620 mm 間隔に計 6 枚取り付けた。
支点は山留工で使用する主材 H- 30×3000 を 3,150 mm 間
隔で平行に 2 段に重ね、その上方に溝形鋼 200×80 ボルト
接合し、さらにタイトフレームを溶接接合したものとした。
タイトフレームと試験体はボルト接合により固定した。
加力装置は主桁
（H 形鋼 200×200）
及び副桁（溝形鋼 200×80）を介して100kN油圧ジャッキを用いて加力する装置とし、加力方法は 3 等分 2 点荷重とした。載荷点間隔は、支点間距離を 3 等分して 1000 mm とした。試験体の耐力による区分を 3 種とした。中央最大曲げモーメント Mmax が生じる荷重は P=4962N とし、1 サイクル目では P に達した
時点でいったん除荷し、2 サイクル目で最大荷重 Pmax を確認するまで載荷した。さらに耐力の低下が認められ、中央の鉛直変位が D2=40mm に達するまで載荷したのち終了した。試験状況を図-7 に示す。最大荷重 Pmax における試験体中央の鉛変位を表-7 に荷重 P-鉛直変位関係を図-8に示す。

鉄に対する補修剤としての可能性 3)
折板屋根は鋼板、ガルバリウム鋼板でできており、加工のしやすさや価格の安さなどから駅、工場、倉庫など様々な場所で使用されている。
紫外線や雨水などの外的要因を受けやすく、腐食による穴あきや折板屋根全域に広がる錆
の発生が問題になっている。また、このため、補修剤として活用できる条件としては腐食による穴をふさぐことができること、錆の上からでも塗装が出来ること、躯体の劣化に対し十分な強度をもたすことが出来ることなどがあげられる。
折板屋根の補修剤として有用であるか確かめる
ため、曲げ耐力試験を行った。また、複合サイクル試験による腐食性の評価を行った。

4.

4.1 曲げ耐力試験
屋根はアンテナやソーラーパネルの取り付けで人が上がる際踏み割れない強度が求められている。
この強度示す基準が JIS 規格の曲げ破壊強度である。曲げ耐力試験とは製品に曲げ破壊が生じる条件で直接載荷する試験方法で- 76 -

表-6 曲げ耐力試験塗装要領

表-7 最大荷重 Pmax における試験体中央の鉛直変位表-8 複合サイクル試験塗装要領

図-7 曲げ耐力試験全景

図-8 最大荷重 Pmax までの荷重―鉛直変位 D2 関係
最大荷重 Pmax は試験体②～試験体⑤の方が試験体①を上回った。試験体中央の鉛直変位 D2 は試験体①が最も大きく D2=22.94mm であった。鉛直変位は試験体②～
試験体⑤の方が試験体①より小さい値を示した。
図-9 複合サイクル試験結果
4.2 複合サイクル試験
複合サイクル試験は塗料や塗膜、めっき、金属材料の腐食状態を装置内で塩水噴霧、乾燥、湿潤のサイクルを繰り返すことで腐食の促進性を高めることができ、対象材料の腐食性を短時間で評価可能な試験である。塩水噴
霧試験と比べ、サイクルの組合せにより実環境下に近い
腐食性の評価が可能で、近年では自動車業界を中心に製品、材料の寿命推定にも用いられている。
試験塗板は腐食がみられる塗装板金屋根材 375 mm×375 mm × 120 mm を用い、曲げ耐力試験と同様に、塗装する際のケレン仕様による腐食評価の比較を行う。塗装要領を表-8 に示す。また、塗板の一部にクロスカットを鋼材素地に達するように施した。JASO M609、610 に規定されているサイクル［噴霧 35℃-2h（50±5g /L NaCl 水
溶液 pH 6.5 ~ 7.2 ）→乾燥 60℃-25%RH-4h →湿潤 50℃99%RH-2h］を 1 サイクルとし、135 サイクル後の評価を行った。結果を図 9 に示す。

試験体①は 135 サイクル後、特に目立った腐食は認められなかった。
試験体②はクロスカットラインに白錆が認められたものの、腐食の進行は認められなかった。試験体③は山の部分は赤錆が、斜めの部分には白錆が認められた。
5, スレートにおける補修剤としての可能性 4)
スレートはセメントと繊維素材から出来ており、折板屋根と同様に加工のしやすさ、価格の安さ、耐震性が高いこと、不燃性から多くの施設の屋根で使用されている。高度経済成長期に建てられたスレート屋根は経年劣化により補修を必要としている。
補修方法として葺き替え工法やカバー工法があげられるが、産業廃棄物の処理による巨額の費用や、躯体の著しい劣化により補修が行えない問題が発生している。特に、高度経済成長期に建てられたスレート
屋根はアスベストを含んでいる物が多く、環境汚染等から
産業廃棄による問題も発生している。そのため、塗装による補修を行うことができれば、躯体の状態に左右されず、- 77 -

アスベストを封じ込めることで環境にも配慮を行うことが可能である。
スレートの補修剤として有用かどうか確かめるため、一般強度試験（曲げ試験）を行った。
各試験体は幅を全幅の 1/2 とし、未塗装を試験体①、塗装を施したものを試験体②とした。一般強度試験は JIS A
5430 曲げ試験に準拠した。結果を表-9 に示す。
表-9 スレート小波の曲げ試験結果

曲げ破壊荷重（N）は試験体②の方が試験体①を上回っており、塗装を施すことで試験体の曲げ破壊荷重の向上が
窺える。

7. 謝辞
コンクリートにおける研究についてご協力、ご指導をい
ただいた東京理科大学理工学部 兼松学教授、ならびに、
鉄・スレートにおける研究についてご協力、ご指導をいた
だいた関係各位に感謝の意を表します。
8. 参考文献
1）Tiri News 2009 vol. 041 52）補修剤ひずみ追従性試験報告書 東京理科大 兼松学
2019 年 3 月
3）2018 年度研究開発折板屋根の雨漏れ防止塗装板金屋根
耐力試験報告書 2019 年 3 月
4）スレート小波一般強度試験成績書 2019 年 3 月

6. まとめ
本報告では、当社で開発した新規材料がコンクリート、スレート、鋼板に対して補修剤の役割を果たすのか確認することを目的として、圧縮ひずみ追従試験、除載荷軸ひず
み追従性試験、繰り返し載荷試験、一般強度試験、曲げ耐力試験、複合サイクル試験を行った。本試験で得られた知見を以下に示す。
(1) 当社開発の新規材料の変形追従性は従来品と比較して極めて高いことが確認された。このことから、補修剤施工後の外力変形に起因する再劣化を抑制することで、コンクリートにおける補修剤として有用である可能性が示唆された。
(2) 腐食のある鉄に対し塗装仕様を施すことにより試験
体の曲げ耐力、曲げ剛性の向上、錆の進行を抑制する効果が認められた。このことから、劣化した鉄に対し当社開発の新規材料は補修剤として有用である可能性が示唆された。また、ケレン仕様による腐食評価に大きな差がなかったことから、
大規模なケレンを行うことなく塗装ができる
ため、補修の際、作業性の効率化が考えられる。
(3) 塗装を行うことで、スレートへの曲げ破壊荷重が未塗
装より 2 倍以上の高い値を示し一般強度の向上が窺えた。
このことから、劣化したスレートに対し当社開発の新規材
料は補修剤として有用である可能性が示唆された。
本試験結果において、当社で開発した新規材料を用いて塗装を行うことにより、劣化した躯体に対して一定以上の強度、追従性、防錆力を持たせることが出来ることを示した。そのため、劣化した躯体を改修する工法の一つとなることが考えられる。
我々は塗装をすることで劣化した躯体を再生、延命出来
るこの新しい技術を「塗着補強」と定めることとする。

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Figure4-2ࠋ View showing proximity of blast, Test 6ࠋ(b) Test bed camera, view 2ࠋ
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Judgement of reinforcement corrosion by sound spectrum analyses using machine learning㯮⏣୍㑻† 㸪㕥ᮌ኱ᆅ*㸪すᩄ⮧**
Ichiro KURODA, Daichi SUZUKI and Toshiomi NISHI༤ ᕤ 㸪㜵⾨኱Ꮫᰯᩍᤵ㸪ࢩࢫࢸ࣒ᕤᏛ⩌ᘓタ⎔ቃᕤᏛ⛉㸦ࠛ239-8686 ⚄ዉᕝ┴ᶓ㡲㈡ᕷ㉮Ỉ 1-10-20㸧*㜵⾨኱Ꮫᰯᮏ⛉Ꮫ⏕㸪ࢩࢫࢸ࣒ᕤᏛ⩌ᘓタ⎔ቃᕤᏛ⛉㸦ࠛ239-8686 ⚄ዉᕝ┴ᶓ㡲㈡ᕷ㉮Ỉ 1-10-20㸧**ᰴᘧ఍♫஑᳨㸦ࠛ849-0932 బ㈡┴బ㈡ᕷ㘠ᓥ⏫ඵᡞ⁁ 166-35㸧
†This paper deals with a corrosion judgement technology based on machine learning
method. The primary focus of this study is put in the judgement of re-bar corrosion
in initial symptoms. In experiments subjected to reinforced concrete specimens
with re-bars corroded by direct current energization, hitting sound spectra causedby steel ball drop weight collids on concrete surface are applied using with the
Local Outlier Factor (LOF) method which is one kind of machine learning method
to evaluate re-bar corrosion. Availability of this judgement method is investigatedfrom the view point of accurancy and precision.
Key Words: Nondestructive inspection, Reinforced concrete, Re-bar corrosion,
Machine learning, Local outlier factor, Hitting sound࣮࣮࢟࣡ࢻ㸸㠀◚ቯ᳨ᰝ㸪㕲➽ࢥࣥࢡ࣮ࣜࢺ㸪㕲➽⭉㣗㸪ᶵᲔᏛ⩦㸪ᒁᡤእࢀ್ᅉᏊἲ㸪ᡴ㡢ࡣࡌࡵ࡟ 㜵⾨᪋タࡣ㸪⌧ᅾ㸪ከࡃࡢ⪁ᮙ໬ࡋࡓ㕲➽ࢥࣥࢡ࣮ࣜ
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⾲㸫㸯 Specified mixture for concrete
Maximum
aggregate size
G max (mm)Watercement ratio
W /C (%)

Amountof air
(%)

Water
W

CementC

Sand
S

GravelG

AE agent
A

20

60

3.0

175

292

680

1060

3.5

㻟

Weight per Unit Volume (kg/m 㻕ᅗ㸫㸯 Reinforced concrete specimen(a) Corrosion ratio 3%

ᅗ㸫㸰 Re-bar corrosion equipment by direct current
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ᅗ㸫㸱 Crack distributions (Specimen C1)౪ヨయ ౪ヨయࡣ㸪㕲➽ࢥࣥࢡ࣮ࣜࢺቨࡢ୍㒊ࢆษࡾฟࡋࡓᙧ
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D13SD295A㕲➽ࡀ63mmࡢ࠶ࡁ࡛ᖹ⾜࡟୪࡭ࡽࢀ࡚࠾ࡾ㸪㛫࡛⟶⌮ࡋࡓ㸬㟁㣗࡟౑⏝ࡋࡓ⁐ᾮࡣ3%ሷ໬ࢼࢺ࣒ࣜ࢘
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⾲㸫㸰 Specification of steel ball drop weight
Diameter

Drop
Height

Mass

Kinetic
Collision
Momentum
EnergyVelosity

(mm)

(mm)

(g)

(J)

(kgm/s)

(m/s)

20

810

31

0.246

0.124

3.98

0.02

0.04

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77mm ࡜኱ࡁ࠿ࡗࡓ⾪✺㠃࡟ࡣ⭉㣗ࡦࡧ๭ࢀࡀほᐹࡉࢀ࡞࠿ࡗࡓࡢ࡛㸪ࡇࡢᅗ㸫㸱࡛ࡣ⾪✺㠃ࡣ♧ࡋ࡚࠸࡞࠸㸬ࡲࡓ㸪⭉㣗⋡ 1%࡛ࡣ࠸ࡎࢀࡢ౪ヨయ࡟࠾࠸࡚ࡶ⭉㣗ࡦࡧ๭ࢀࡣほᐹࡉࢀ࡞࠿ࡗࡓ㸬

0

-10

-20
0.00

0.06

0.08

0.10

Time (s.)ᅗ㸫㸲 Example of sound pressure time-history
1.2
1.0

Normalized Power෗┿㸫㸯 Collision Surface

Sound Pressure (Pa)

10

0.8

⾪ᧁࡢධຊ࡜ᡴ㡢཰㘓
0.6
 㗰⌫ࢆ⮬⏤ⴠୗ࡟ࡼࡗ࡚⾪✺ࡉࡏࡿࡇ࡜࡟ࡼࡗ࡚౪ヨ0.4య࡟⾪ᧁࢆධຊࡋ㸪ࡑࡢ㝿ࡢᡴ㡢ࢆ཰㘓ࡋࡓ㸬⌧ሙ࡛ࡢ
0.2ᐃࢆᛕ㢌࡟⨨ࡃ࡞ࡽࡤ㸪㗰⌫ࡢⴠୗ⾪✺ࡼࡾࡶࣁ࣐ࣥ
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0.0
0
2000
4000
6000
8000
10000
⌧ᛶࢆ㔜どࡋ㸪⾪ᧁࢆ୍ᐃ࡜ࡍࡿࡓࡵ࡟㸪㗰⌫ࢆタᐃࡉ
Frequency (Hz)ࢀࡓ㧗ࡉ࠿ࡽ⮬⏤ⴠୗࡉࡏ࡚⾪✺ࡉࡏࡿࡇ࡜࡜ࡋࡓ㸬౑ᅗ㸫㸳 Example of normalized power spectrum of⏝ࡋࡓ㗰⌫ࡢ┤ᚄࡣ20mm࡛㸪ⴠୗ㧗ࡉࡣ810mm࡜ࡋࡓsound pressure㸦⾲㸫㸰㸧㸬౪ヨయࡣ㸪⾪✺㠃ࡀୖ࡟࡞ࡿࡼ࠺࡟ᗋ㠃࡟㟼⨨ࡋ㸪㗰⌫ࡢ⾪✺ࡣࡇࡢ⾪✺㠃ࡢ୰ᚰ࡟ᑐࡋ࡚⾜࡞ࡗࡓ㸬ࡇࡢࡼ࠺࡟タᐃࡋࡓ≺࠸ࡣ㸪⭉㣗ࡦࡧ๭ࢀࡀ┠どほᐹ࡛ᒁᡤእࢀ್ᅉᏊἲ
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0.05s 50ms ࡛཰᮰࡟⮳ࡗ࡚࠸ࡿ㸬㡢ᅽࡢ཰㘓ࡣ㸪㟁㣗๓㸪್ᅉᏊἲ࡛ࡣ⭉㣗ࡢ᭷↓ࡢุᐃࢆḟࡢࡼ࠺࡟⾜࡞࠺㸬༶⭉㣗⋡1%㸪⭉㣗⋡3%㸪⭉㣗⋡6%ࡢィ4ᅇᐇ᪋ࡋࡓ㸬ᅗ㸫ࡕ㸪㟁㣗ࡉࡏࡿ๓࡟཰㘓ࡋࡓ㡢ᅽ᫬้Ṕ࠿ࡽᚓࡽࢀࡓࣃ
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- 87 -

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8ᅇࡢ64ಶࡢࢹ࢝ࣝࢺᗙᶆୖࡢⅬ㸦ࢹ࣮ࢱࢭࢵࢺ㸧࠿ࡽᡂࢱ࡜ᩍᖌࢹ࣮ࢱࢡࣛࢫࢱࡢྛⅬࡢ㊥㞳ࢆồࡵ࡚ᖹᆒࡋࡓ
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ࡣᩍᖌࢹ࣮ࢱࢡࣛࢫࢱ࡟ໟྵࡉࢀࡿ࡜ุ᩿ࡋࡓ㸬ࡇࡇ࡛୎ᗘ༙ศࡢ32ಶࡀC1㹼C4౪ヨయ࠿ࡽ࡞ࡿࠕᐇ㝿࡟⭉㣗᭷ࡢ㊥㞳࡜ࡋ࡚ࡣ࣮ࣘࢡࣜࢵࢻ㊥㞳ࢆ᥇⏝ࡋ࡚࠸ࡿ㸬ࡲࡓ㸪 ࡾ Actual Positive ࠖ㸪ṧࡾࡢ32ಶࡀN1㹼N4౪ヨయࡢࠕᐇᩍᖌࢹ࣮ࢱࢡࣛࢫࢱࡣࡑࡢศᕸࡀ࠸ࡧࡘ࡞ᙧ≧࡛࠶ࡿ࠿㝿࡟⭉㣗↓ࡋ Actual Negative ࠖࡢࢸࢫࢺࢹ࣮ࢱ࡛࠶ࡿ㸬ࡶ▱ࢀࡎ㸪ศᕸᇦࡀ㣕ࡧᆅࢆᙧᡂࡋ࡚࠸ࡿྍ⬟ᛶࡶ࠶ࡿࡓࡵ㸪ᩍᖌࢹ࣮ࢱࢡࣛࢫࢱ࡟ྵࡲࢀࡿ඲࡚ࡢᩍᖌࢹ࣮ࢱ
ΰྜ⾜ิ࡜ホ౯ᣦᶆࢆศᯒᑐ㇟࡜ࡍࡿࡢࡣྜ⌮ⓗ࡛࡞࠸㸬ࡑࡇ࡛㸪ୖ㏙ࡢDTL㸪  ᒁᡤእࢀ್ᅉᏊἲ࡛ࡣ㸪ุᐃ⤖ᯝࡣ㸪⭉㣗᭷ࡾ࡜ุᐃ
DLLࡢ⟬ฟࡢ㝿࡟ࡣ㸪ࢸࢫࢺࢹ࣮ࢱ࠿ࡽ᭱ࡶ㏆ഐࡢNTಶࡢ
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࡜ࢸࢫࢺࢹ࣮ࢱࡢ㊥㞳ࡢᖹᆒ㸪DLLࡣࡑࢀࡽࡢ඲࡚ࡢ⤌ࡳࡀୗࡉࢀࡿ㸬ุᐃ࡟ࡣㄗデࡀ㑊ࡅࡀࡓ࠸ࡢ࡛㸪ࡇࢀࡽࡢྜࢃࡏ NTC2㏻ࡾ ࡢ㊥㞳ࡢᖹᆒ࡜ࡋ࡚ồࡵࡿࡇ࡜࡜ࡋࡓ㸬 Predicted Positive࠾ࡼࡧPredicted Negativeࡣ㸪ᐇ㝿ࡢ⭉㣗ࡢ
ᑦ㸪ᮏ◊✲ࡢ᳨ウ࡛ࡣᩍᖌࢹ࣮ࢱࢡࣛࢫࢱ࠿ࡽࡢ㑅ูᩘ᭷↓Actual Positive࠾ࡼࡧActual Negative࡜ࡣ┦஫࡟୍⮴ࡋ࡞࠸ࡓࡵ㸪ࢸࢫࢺࢹ࣮ࢱࡣ⾲㸫㸱࡟♧ࡍΰྜ⾜ิConfusion Matrix ୰ࡢ4ࡘࡢ࢝ࢸࢦࣜTrue Positive㸪False
Negative㸪False Positive㸪True Negativeࡢఱࢀ࠿࡟ศ㢮ࡉࢀࡿ㸬 True Positive TP ࡣ㸪ᐇ㝿࡟⭉㣗᭷ࡾ Actual Positiveࡔࡗࡓࢸࢫࢺࢹ࣮ࢱࢆṇࡋࡃ⭉㣗᭷ࡾ࡜ุᐃ Predicted
Positive ࡋࡓ࢝ࢸࢦ࡛ࣜ࠶ࡾ㸪ุᐃ⤖ᯝࡣṇゎ True ࡛࠶ࡿ㸬ྠᵝ࡟㸪ᐇ㝿࡟⭉㣗↓ࡋ Actual Negative ࢆ⭉㣗↓ࡋ࡜ุᐃ Predicted Negative ࡋࡓTrue Negative TN ࡶṇゎࡢุᐃ࡛࠶ࡿ㸬ࡑࢀ࡟ᑐࡋ࡚㸪False Negative FN ࡣ㸪ᐇ㝿࡟⭉㣗᭷ࡾ Actual Positive ࡔࡗࡓࢸࢫࢺࢹ࣮ࢱࢆㄗࡗ
ᅗ㸫㸴 Concept of the local outlier factor method࡚⭉㣗↓ࡋ࡜ࡋࡓุᐃ࡛࠶ࡾ㸪ᡤㅝ௬ㄝ᳨ᐃ࡟࠾ࡅࡿ➨⾲㸫㸱 Confusion matrix of corrosion conditions
Actual Conditon

Predicted
Condition

Actual Positive(Actual Corroded Condition)

Actual Negative(Actual Sound Condition)

Predicted Positive(Predicted Corroded Condition)

True Positive
TP

False Positive
FP

Predicted Negative(Predicted Sound Condition)

False Negative
FN

True NegativeTN⾲㸫㸲 Evaluation indices
Indices

Symbols

Definition

Accuracy

Acc

Acc = (TP +TN) / (TP + FN + FP +TN)

PrecisionPre

Pre = TP / (TP + FP)

RecallRec

Rec = TP / (TP + FN)

F. Measure

Fm

Fm = (2 x Pre x Rec) / (Pre + Rec)- 88 -

1.2

100%

Normalized Power

Evaluation Indices

1.0

80%

60%

40%

Accuracy
RecallPrecision
F.Measure

0.6
0.4
Exponent=1.00

0.2

20%

0.0

1.0

1.4

1.8

2.2

3.0

2.6

0

Threshold

TP

FN

FP

60%
40%
20%
0%
1.4

1.6

1.8

2.0

6000

8000

10000

TN

80%

1.2

4000

ᅗ㸫㸷 Power processed power spectrum

100%

1.0

2000

Frequency (Hz)ᅗ㸫㸵 Judgement results using power spectrum

Percentage

Exponent=0.10

0.8

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

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100%

Accuracy
Precision
RecallF.Measure80%

Evaluation Indices

Evaluation Indices

100%

60%

40%

20%

Accuracy
Precision
RecallF.Measure

80%

60%

40%

20%
1.0

1.4

1.8

2.2

3.0

2.6

1.0

1.4

1.8

Thresholdᅗ㸫㸯㸮(a) Judgement results using power processed
power spectrum (exponent = 0.1)
FN

FP

3.0

2.6

ᅗ㸫㸯㸯(a) Judgement results using power processed
power spectrum (exponent = 0.01)

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TP

100%

100%

80%

80%

Percentage

Percentage

TP

2.2

Threshold

60%
40%
20%

FN

FP

TN

2.0

2.2

60%
40%
20%

0%

0%
1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

1.0

1.2

Threshold

1.4

1.6

1.8

2.4

2.6

2.8

3.0

Thresholdᅗ㸫㸯㸮(b) Judgement results using power processed
power spectrum (exponent = 0.1)
(Categories of conditions)ᅗ㸫㸯㸯(b) Judgement results using power processed
power spectrum (exponent = 0.01)(Categories of conditions)100%

Evaluation Indicesࡿࡇ࡜࡟ࡼࡗ࡚㸪࡯ࡰ0࡛࠶ࡗࡓ኱ከᩘࡢࣃ࣮࣡ࡢ್ࢆ
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80%

60%
40%
20%

Accuracy
F.Measure

0%
0.001

0.01

0.1

1

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┠ᣦࡋ㸪➨஧✀㐣ㄗࢆ㑊ࡅࡓࡅࢀࡤ෌⌧⋡ࢆ㔜どࡍࢀࡤ- 90 -

100%

80%

Corrosion Ratio 6%
Corrosion Ratio 3%
Corrosion Ratio 1%

80%

Accuracy

Evaluation Indices

100%

60%
40%
20%

60%

40%

Accuracy
F.Measure

20%

0%
10

20

40

1.0

80

1.4

ᅗ㸫㸯㸱 Relationship between evaluation indices andsample length

2.2

2.6

3.0

ᅗ㸫㸯㸳 Influences of corrosionratio to accuracy

100%

100%

Accuracy
F.Measure

80%

80%

Precision

Evaluation Indices

1.8

Threshold

Sample Length (ms.)

60%
40%

60%

Corrosion Ratio 6%
Corrosion Ratio 3%
Corrosion Ratio 1%

40%

20%
20%
1.0

0%
2500

5000

10000

20000

1.4

40000

1.8

2.2

2.6

3.0

ThresholdCutoff frequency (Hz)ᅗ㸫㸯㸴 Infruences of corrosion ratio to precisionᅗ㸫㸯㸲 Relationship between evaluation indices andcutoff frequency of low-pass filter100%- 91 -

Recall

80%

60%

40%

20%
1.0

1.4

1.8

2.2

2.6

3.0

Thresholdᅗ㸫㸯㸵 Influences of corrosion ratio to recall

100%

Corrosion Ratio 6%
Corrosion Ratio 3%
Corrosion Ratio 1%

80%

F. Measureࡼ࠸ࡀ㸪ᮏᐇ㦂ࡢ⭉㣗᭷↓ࡢุᐃ࡟࠾࠸࡚ࡣ㜈್ࡢቑῶ࡟ࡼࡗ࡚ࡑࡢㄪᩚࡀྍ⬟࡜࡞ࡿࡇ࡜ࡀ☜࠿ࡵࡽࢀࡿ㸬 ௨ୖࡢࡼ࠺࡟ࣃ࣮࣡ࢫ࣌ࢡࢺࣝ࡟෢ฎ⌮ࢆᑟධࡍࡿࡇ
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Corrosion Ratio 6%
Corrosion Ratio 3%
Corrosion Ratio 1%

60%

40%

20%
1.0

1.4

1.8

2.2

2.6

3.0

Thresholdᅗ㸫㸯㸶 Influences of corrosion ratio to F. measureࡢࡣNyquist࿘Ἴᩘ࡟㏆࠸㡿ᇦ࡛࠶ࡿࡓࡵಙྕ࡜ࡋ࡚ࡢ㉁ࡢຎ໬ࡀᠱᛕࡉࢀࡿ㸬ᅗ㸫㸯㸲࡛ࡣ㸪ᮏᐇ㦂࡛ࡣ
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pp.452-457㸪2015.
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Vol.73㸪No.2㸪pp.239-250㸪2017.
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Vol.28㸪pp.35-45㸪2017.
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No.2㸪pp.505-510㸪1988.
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In this study, we tried corrosion judgement of re-bars in reinforced concrete by analyzing
hitting sound using with the Local Outlier Factor Method which is one kind of the machinelearning method, to establish simple nondestruction test method for initial corrosion
symptoms. With adoption of power process in transaction of power spectrum transferred fromhitting sound pressure time-history, the evaluation indices of corrosion judgement results are
improved comparing with the results from unprocessed power spectrum. In addition, it can besaid 3% of corrosion ratio is required to judge corrosion by the condition of the experiment inthis study.

- 92 -

防衛施設学会令和 2 年度年次研究発表会（2021 年 4 月）

爆発による鋼材の損傷とその評価
Fracture characteristics and damage evaluation of steel subjected to explosion
市野宏嘉*，別府万寿博**，萱森陽一***，吉井健一****ICHINO Hiroyoshi, BEPPU Masuhiro, KAYAMORI Yoichi, YOSHII Ken-ichi*博（工）防衛大学校准教授，システム工学群建設環境工学科（〒239-8686 神奈川県横須賀市走水 1-10-20）**博（工）防衛大学校教授，システム工学群建設環境工学科（〒239-8686 神奈川県横須賀市走水 1-10-20）*** Ph.D.，日本製鉄株式会社，鉄鋼研究所（〒293-8511 千葉県富津市新富 20-1）****日本製鉄株式会社，厚板技術部（〒100-8071 東京都千代田区丸の内 2-6-1）
キーワード：爆発，鋼材，スポール，走査型電子顕微鏡(SEM)(explosion, steel, spall, scanning electron microscope(SEM))

1. 序言
爆破テロによる被害は、標的となった施設はもとよりその周辺の広い範囲に被害を及ぼす点で極めて深刻な問題である。爆破テロの標的となる施設は、
政治、経済の中枢を担う施設から観光、商業等の民間の施設、交通インフラまで多岐に及び、これらの中には防衛に関連するもの、また自衛隊の活動の基盤となるものも含まれる。
テロ行為による脅威の増大に鑑み、各種の構造物に対する爆破行為への対処への関心が高まりつつある。爆薬と部材の距離が比較的近い場合、爆発荷重が極端に集中して部材に作用することがある。この時、部材にはクレータ（表面破壊）、スポール（裏面剥離）等の局部損傷が発生する。構造物の耐爆設計にあたり、局部損傷に対しては部材全体の変形等に関する照査とは別の照査が必要となる。特に、コンクリートは引張強度が圧縮強度に比して極端に小さいためスポールの発生が顕著であることから、コンクリート部材が爆発を受けた際の局部損傷に関する研究が多々行われてきている例えば 1)-5)。これらの研究から、コンクリート部材の局部破壊に対する耐爆性の評価がなされるとともに、耐爆性向上のための方策が提案されてきている。
一方で、鋼材はコンクリートと並び構造物の主要な材料であるにもかかわらず、爆発時の損傷についての検討例は極めて少ない。わずかに大野ら 6)により、鋼製タンクの耐爆防護を念頭に置いた鋼板の貫通限界条件の予測法に関する実験的研究や、爆発を受ける吊橋のケーブル、床版等の挙動の解析的研究
例えば 7)
が知られているにとどまる。したがって、爆発により鋼材が破壊に至る機構は詳細には検討されておらず、爆発による鋼構造物の損傷の評価にも至っていない現状にある。すなわち、爆発による損傷機構を考慮した合理的な鋼材ないし鋼構造物の耐爆防護法は確立されていない。
本研究では、将来的な鋼構造物の耐爆防護法の確立のためのごく基礎的な段階として、鋼材に対する接触爆発実験を行い、その損傷性状を調べた。その際、走査型電子顕微鏡（以下、「SEM」と呼ぶ。）
を用いた破面の観察も行った。さらに、爆発を受ける鋼材の損傷評価に資するため、鋼材の板厚および爆薬量による鋼材の損傷マップを作成し、ある破断性状を与える板厚と爆薬量の関係について考察した。

2. 構造用鋼材に対する接触爆発実験
2. 1 実験の概要
本実験は、防衛大学校火薬類実験施設の大型爆発ピット（以下、「爆発ピット」と呼ぶ。）内で行った。この爆発ピット内に JIS G 3101 に規定される一
般構造用圧延鋼材 SS400 の平鋼（鋼材検査証明書に記 さ れ た 引 張 強 さ は 446 ～ 469N/mm2 ） を ス パ ン
400mm のはり状に設置して爆破した。試験体の設置状況を図－1 に示す。水平に整地された爆発ピットの地盤面に厚さ 12mm の鋼板を設置した。平鋼の支持具となる角材（90mm 角）と鋼板には 6 箇所のボ

- 93 -

C4爆薬（本図はシングルの配置）

C
L

試験体

100mm
200mm

100mm

200mm

鋼板
木材

750mm

図－1

試験体の設置状況
CL

ルト穴を穿孔し、うち左右 2 箇所ずつで平鋼とともにボルト留めした。試験体の板厚および爆薬量等を変化させて平鋼試験体を爆破し、その損傷性状を調べた。
2. 2 爆薬設置要領
試験体に対する爆薬設置要領は、図－2(a)に示す
ように鋼材の上下いずれかの一面に質量 M の爆薬を貼り付けて爆発させる方法（以下「シングル」と呼ぶ。）および、図－2(b)に示す質量 M の爆薬を質
量 M/2 の直方体の爆薬 2 個に分けて支点間中央を挟んではりの上下両面に互い違いに固定する方法（以下「ダブル」と呼ぶ。）の 2 種類とした。シングル
では爆発位置を中心として爆発面の反対方向に凸となる大きな曲げ変形が生じる可能性がある。一方でダブルでは、曲げ変形を抑制しつつ爆薬と爆薬の間で局所的に最大せん断力が生じ、はりを破断するよ
うな効果が得られると推察される。このため、破壊目的での爆破においては、所望の位置で、かつ変形による影響範囲を限定しつつ部材を破断できるダブルが用いられることがある。
2. 3 実験ケース
表－1 に実験ケースを示す。実験の主要なパラメ
ータは爆薬の質量（爆薬量）M と試験体の厚さ（板厚）t である。試験体の厚さは t=9、12 および 16mmとし、幅は w=50mm とした。爆薬量は同一断面の試験体について変化させた。表中の「記号」は、左から厚さ t(mm)、爆薬量 M(g)の各値およびダブル（D）とシングル（S）の別を示す。シングルの一部のケースでは、爆発からの防護のための被覆処置の開発への応用を念頭に置き、試験体と爆薬との間に厚さ2mm のバルサ板をスペーサーとして設置して爆発させる実験を行った。表－1 中の「損傷性状」の欄の見方は後述する。

爆薬質量 M (g)2mm厚バルサ板（一部のケース）h

板厚 t
1.5t (mm)(a) シングル
CL
1.5t (mm)
爆薬質量 各M/2 (g)
h

板厚 t
h
1.5t (mm)(b) ダブル
図－2

爆薬の設置方法

2. 4 爆薬およびその起爆実験では成型が容易で熱や衝撃に対して比較的鈍感な C-4 爆薬を使用した。爆薬は起爆、設置等の取り扱いの容易性を考慮し、1.5t×w×h の直方体に成型した。爆薬量は高さ h の増減により調整した。爆薬の起爆には 6 号電気雷管を用いた。成型後の爆薬には雷管を挿入するために穿孔し、その孔に雷管を挿入して雷管が脱落しないように油粘土で固定した。
この爆薬を粘着テープで試験体に固定した。ダブルの実験での起爆回路は並列とし、電気発破器を用いて 2 発を同時起爆した。
2. 5 損傷性状の判定と評価
各実験ケースの損傷性状については「変形」、「変形・亀裂／剥離」、「破断」の 3 段階で評価した。
「変形」は、爆発によって鋼材が変形しているが、試験体の上下面に亀裂や剥離が確認できない状態を、- 94 -

表－1
記号
9-14S
9-18S
9-14D
9-18D
12-18S
12-24S
12-30S
12-40S
12-18D厚さ 爆薬量
爆薬
t
M
爆発の条件
設置
(mm)
(g)
9
14 シングル 接触爆発
918 シングル 接触爆発
9
14
ダブル
接触爆発
9
18
ダブル
接触爆発
12
18 シングル 接触爆発
12
24 シングル 接触爆発
1230 シングル 接触爆発
1240 シングル 接触爆発
12
18
ダブル
接触爆発

損傷性状
変形・亀裂／剥離
破断
変形・亀裂／剥離
破断
変形・亀裂／剥離
破断
破断
破断
変形・亀裂／剥離実験ケース
厚さ 爆薬量
爆薬
t
M
爆発の条件
損傷性状
設置
(mm)
(g)
12-24D
12
24
ダブル
接触爆発
破断
12-30D
12
30
ダブル
接触爆発
破断
12-40D
12
40
ダブル
接触爆発
破断
16-24S
16
24 シングル
接触爆発
変形・亀裂／剥離
16-32S16
32 シングル
接触爆発
破断
16-24D
16
24
ダブル
接触爆発
変形
16-32D
16
32
ダブル
接触爆発
破断
16-40S-2mm 16
40 シングル 2mmスペーサー設置
変形
16-54S-2mm 16
54 シングル 2mmスペーサー設置 変形・亀裂／剥離
記号(a) 全景(b) 爆発面
図－3(a) 全景(b)爆発面(c)爆発面の反対側
試験体 16-24S の外観

図－4「変形・亀裂／剥離」とは、試験体の上下面に剥離や亀裂のいずれかまたは両方が認められるものの試
験体の分断には至らない状態を、「破断」とは、爆発により試験体が 2 つに分断されている状態を、それぞれ示す。なお、爆発により実験の直後には完全には分断されていなかったものの、その後の試験体の取り扱い時に容易に分断され得たものは「破断」とした。
2. 6 破面の観察
試験体に破断が生じた場合のマクロ破面を目視で観察するとともに、代表的なケースについては SEM（日本電子製 JSM-7200F）によりミクロ破面を観察した。金属の破断面を SEM により観察すると、破壊の様式に応じて各種の特徴的なミクロ破面が認められ、破壊に至る機構を知る手がかりとなる。

3. 接触爆発による鋼材の損傷性状の特徴
各ケースの損傷性状を表－1 に示す。爆薬量や試
験体の断面寸法等の条件に応じて損傷性状が変化する。同一の厚さであれば爆薬量が大きくなるほど損傷が顕著となり、破断しやすくなる。爆薬量と板厚(c)爆発面の反対側
試験体 16-32S の外観が損傷に及ぼす影響、およびスペーサーによる影響は 4.で再度検討する。
以下、破面の観察を通じて、接触爆発による鋼材の損傷性状について考察する。
3. 1 試験体の変形とマクロ破面の性状
爆薬の配置がシングルの場合の代表例として、
16-24S の爆発後の写真を図－3 に示す。試験体には下方向に曲げ変形が生じている。本ケースでは試験
体は破断に至っていないが、試験体の側面、および爆発面と反対側では爆薬の幅にほぼ等しいか、やや広い範囲で剥離破壊が生じていた。爆発面では爆薬に接触していた部分は円弧状の凹部が生じており、爆薬の爆発により極めて大きな圧縮力を受けたものと推察される。
16-24S から爆薬量を 8g 増加させた 16-32S の爆発後の写真を図－4 に示す。図－4 より、爆発面の反対側から見た損傷の状態は 16-24S と大差はないが、爆発面と反対側に生じた亀裂は爆発面側にまで達し、試験体は破断された。破面は凹凸が著しく、その一部が薄片状となっている。ただし、鋼材の表面に近い部分は金属光沢を有する鋭利な刃物状を呈してい- 95 -

(a) 全景(a) 全景(b) 上面から(b) 爆薬設置面
図－5(c) 下面から

試験体 16-24D の外観る。
爆薬の配置がダブルの場合の代表例として、
16-24D の爆発後の状態を図－5 に示す。試験体は、はり全体としてはほぼ直線の形状を保ったまま爆薬を設置していた付近のみ変形が生じている。本ケー
スでは鋼材の破断は生じておらず、爆発面を含めて試験体の上下面には裂傷や剥離は生じていない。爆
薬に接触していた部分は円弧状の凹部が生じており、爆薬の爆発により極めて大きな圧縮力を受けたものと推察される。また、くぼみの外縁部には高さ 1mm
程度の段差が生じているが、これは爆発によりごく局所的なせん断力が生じたためと考えられる。この
段差は試験体の内部には進展していない。
図－6 に、16-24D から爆薬量を 8g 増加させた
16-32D の爆発後の状態を示す。この実験では試験体が破断された。ただし、破断面は支点間の中央、すなわちせん断力が最大となる点ではなく、2 個配置した爆薬のいずれかの爆薬の爆発面の反対側から生じた。本ケースでは、上面に配置した爆薬の直下（図－6(a)(b)(c)では左側）から破断した。本ケースの破面を図－6(d)に示す。断面の外縁部の 1～2mm 程度の範囲は金属光沢をもった破面であり、鋭利な刃物状となっている。断面の内側の部分は凹凸が著しい破面で、一部が薄片状となっている。
破面のマクロ性状と破断が生じた位置から判断すると、本実験における鋼材の破断は、まず爆発によってスポールにより鋼材が剥離損傷を生じ、さらに爆風により長軸方向への引張が作用して生じたと考えられる。これは、爆薬の設置位置がシングル、ダブルの場合のいずれにも共通する。なお、スポー
ルとは、材料が爆発や衝突などの衝撃的な作用を受けた際に、材料の裏面（作用を受けた面の反対側）
が剥離破壊する現象であり、スキャビングまたは裏面剥離とも呼ばれる。

(d) 破面を拡大
図－6

試験体 16-32D の外観

3. 2 ミクロ破面の性状
図－7 は 12-24S の破面で、(b)(c)が SEM 像による微視的様相である。図－7(b)は破面上の凹凸が著しく薄片状を呈する部分（図中 A）を上面（爆薬設置面）に対して垂直に撮影した SEM 像、図－7(c)は鋼材外縁部の金属光沢を有する刃物状の部分（図中 B）を上面と平行に撮影した SEM 像である。図－7(b)では、画面の全域にわたって平坦なへき開ファ
セットとリバーパターンと呼ばれるいくつかの並列した段差裂が認められる。これらは、塑性変形をほとんど生じることなく鋼材が破壊された際に生起される 8)。すなわち本観察点の近傍では、鋼材はスポールによって脆性的に破壊されたと考えられる。一方、図－7(c)では、画面のほぼ全域でディンプルが生じている。これは図中の上下方向に引き伸ばされた伸長ディンプルであり、せん断や引き裂きによる延性的な破壊が生じた際の特徴的な性状である 8)。
したがって、本実験においては、スポールによる脆性的な破壊とその後の爆風による延·脆性的な破壊で試験体が破断に至ったと考えられる。
図－8 は 12-24D の破面で、(b)(c)が SEM 像による微視的様相である。図－8(b)は破面のうち、凹凸が著しい薄片状を呈した部分（図中 C）を下面（爆薬設置面）と平行に撮影したもの、図－8(c)は鋼材
外縁部の金属光沢を有する刃物状の部分（図中 D）
を下面側と平行に撮影したものである。図－8(b)で- 96 -

爆薬設置面側AB(a)巨視的様相(b) 点 A の SEM 像
図－7(c) 点 B の SEM 像

試験体 12-24S の破面

C

D
爆薬設置面側(a) 巨視的様相(b) 点 C の SEM 像
図－8(c) 点 D の SEM 像

試験体 12-24D の破面

t(mm)を、横軸に爆薬量 M(g)をとり、本実験結果をプロットし、図－9 の損傷マップを得た。
図－9 より、シングル、ダブルのそれぞれにおいて、破断の限界となる厚さと爆薬量の関係（以下、「破断限界」と呼ぶ。）が得られ、おおよそ図中に網掛けで示した範囲となる。この範囲は、本実験の条件においてシングル、ダブルの間で大きな差異はない。シングルでは爆薬 1 個の爆薬量がダブルの倍であるため、スポールのみで破断すると考えた場合はシングルの方が破断に要する爆薬量が少なくなると考えられるが、実際の結果はこれとは異なる。ダブルの場合は、破断しなかった側に配置されていた爆薬も破断に寄与していると考えられる。
破断限界は本実験の条件では一次式で表すこと
4. 損傷マップができるように見受けられるが、応力波の減衰は厚ここでは、鋼材が接触爆発を受ける場合において、 さに対して非線形の傾向があることを考慮すると、
図－9 から直ちに一次式の関係を見出すことには一
爆薬量、鋼材の厚さが損傷性状に及ぼす影響を評価
考を要する。さらに板厚が大きい領域を中心としてする。前章での検討により、接触爆発時の鋼材の損データを蓄積すれば、破断限界等の定式化が可能と傷は主にスポールに起因することがわかった。スポ考えられる。
ールは、爆源から部材に入射した強力な圧縮応力波
なお、図－9(a)においてスペーサーを使用した場が部材の自由端で反射し、引張応力を生じさせるこ合は、使用しない場合と同じ損傷性状を与える爆薬とにより引き起こされる 9)。その応力波は伝播距離量がかなり増大する。例えば、t=16mm で「変形・に対して非線形的に減衰され、材料の厚さの影響が
亀裂／剥離」に要する爆薬量はスペーサーがない場
極めて顕著である。そこで、縦軸に試験体の厚さ
は図のほぼ全域でへき開割れが認められ、脆性的な破壊、特にスポールによる破壊であったことが示唆される。一方、図－8(c)では図の上下方向に引き伸
ばされた伸長ディンプルが認められ、スポールによる損傷を受けた試験体は、さらに爆風が作用することにより、爆薬設置面付近で延性的に引き裂かれて完全な破断に至ったことがうかがえる。
ここまでの検討から、試験体が接触爆発を受けた
際にはシングル、ダブルの別を問わずスポールによる脆性的な破壊とその後の爆風による延·脆性的な破壊で試験体が破断に至ったと考えられる。

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年次フォーラム 2021
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令和 2 年度年次研究発表論文集

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