Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
## (2) イオン化式スポット型感知器 2 種

周波数と火災発報の発生した最低電界強度との関係をFig.4に示す。

連続放射の場合に、携帯電話やPHSに利用されている1860～1890MHzと、携帯電話や衛星通信に使われている2140～2200MHzで、それぞれ電界強度80V/m以上で誤動作している。

携帯電話やPHSは出力が1 Wにも満たないため、計算上の電界強度とアンテナから5cm以内の実測値の両方とも80V/mまでいかないため誤動作の要因にならない。イオン化式感知器は日常的な電磁波ノイズには強いと考えられる。

## (3) 赤外線式スポット型感知器

周波数と火災発報の発生した最低電界強度との関係をFig.5に示す。

連続放射の場合に火災発報をしたのは、電波天文や携帯電話、業務無線、衛星に利用されている1400～1560MHzで電界強度135V/m以上、公共業務に利用されている1700～1800MHzで155V/m以上、宇宙運用や公共業務、無線LAN、アマチュアに利用されている2240～2510MHzで27V/m以上、衛星放送に利用されている2630～2660MHzで110V/m以上、レーダーや放送事業に利用されている3360～3760MHzで61V/m以上、電気通信業務や航空無線航行に利用されている3960～4350MHzで38V/m以上、通信業務に利用されている4450MHzで89V/m以上、5060MHzで66V/m以上、公共業務や放送事業に利用されている7640～7800MHzで64V/m以上のとき火災発報をした。

断続放射の場合は、1～18GHzのほぼ全周波数範囲で火災発報を起こし、電界強度は、1～2GHzで約20V/m以上、2GHz以上で10V/m以上となっている。

連続放射の場合に、宇宙運用や衛星、レーダー、放送事業、航空無線航行などでは、屋内の感知器に送信アンテナを近付けるような運用は現実的でないため、誤動作の要因にはならない。出力5Wの公共業務用の携帯無線機を想定すると、電界強度27V/mは距離が約60cmとなる。

断続放射の場合のアンテナと感知器の離隔距離について計算する。音声通話に利用される周波数域としては2GHz以下が多いため、火災発報を起こす電界強度を20V/mと仮定すると、出力5Wの携帯無線機では、距離が約80cmとなる。

これらのことから、安全を考慮すると、赤外線式感知器は、携帯型の無線機が感知器の設置場所から2 m以内で使用されないような工夫が必要である。

この感知器は広い周波数範囲で誤動作を起こしている。過去の研究 $ ^{7} $ にもあるように、感知器の基板内に焦電素子の微弱な出力を増幅する回路が2～3段組み込まれているため、この増幅回路部分に電磁波ノイズの影響が乗りやすい。

(4) 住宅用の定温式スポット型感知器

今回の実験条件内では火災発報を起こさなかった。

### 3.2 実験 2：電磁波の曝露実験（2） $ ^{8} $

## (1) アナログ式光電式スポット型感知器 2 種(A社)

周波数と電界強度、感知器の煙濃度出力の値をTable2にまとめた。煙濃度が5%/mまで上昇した時点で火災発報を発生したと仮定し、この時点で異常な動作を起こしたとみなした。煙濃度が5%/mまで上昇していない周波数帯では、今回の設備で放射できる最大出力で電磁波を放射した時の電界強度と煙濃度の変化を示している。火災警報が発生した場合は、その後さらに電界強度を上げ続けることはしなかったが、電界強度を上げていけば、伝送されてくる煙濃度が上昇することは確かめている。表中で電界強度や煙濃度に幅のある表記をしているが、これは、この周波数範囲で電界強度を上げ続けた結果、電界強度はこの範囲内まで上昇させることができ、表中の煙濃度の幅の中の値を示したことを表していて、さらに電界強度を上昇させることができれば、火災発報までいたる可能性のある周波数域であることを示す。Table3も同様である。

連続放射の場合、火災発報を出す可能性のある電磁波

Table2 Action of the analog-type spot type photoelectric optical smoke detector(second grade); A company (1) continuous radiation

frequency (MHz)	electric field (V/m)	smoke density (%/m)
1880	175	5
1120	130	1.5
1860	150	1.5
1920	150	3.7
1940~2270	100 and over	0.5~1.5
2390~2510	100 and over	0.5~1.5
2720~2870	100 and over	0.5~1.5

frequency (MHz)	electric field (V/m)	smoke density (%/m)
1000～1940	15～70	5 and over
6210～6420	66～87	5 and over
1960～5300	70～100	0.5～4.7
5660～8000	50～100	0.5～4.7
8450～9200	60～80	0.5～0.9
9600～10110	55～75	0.5～0.7

Table3 Action of the analog-type spot type photoelectric optical smoke detector(second grade;B company)

frequency (MHz)	electric field (V/m)	error contents
1060~1740	57~200	communication error
1800~2330	140~190	1~3p rise
2540~2600	160~180	1p rise
2840~2960	110~120	1p rise
3160	148	1p rise
3240	119	1p rise
3760~4250	100~140	1p rise
4450	89	1p rise

(1p = smoke density 0.2%/m)
continuous radiation

条件は、携帯電話、PHSなどに利用されている1860～1920MHzで電界強度150V/m以上である。

断続放射の場合、火災発報を出す可能性のある電磁波条件は、各種レーダ、衛星通信無線、携帯電話、PHS、公共業務無線等に利用されている1000～1940MHzで15V/m以上、また、電気通信業務用と衛星に利用されている6210～6420MHzで66V/m以上である。

わずかに影響の出た周波数帯の電波利用を示す。連続放射の場合は、1120MHz付近は無線航行陸上局などに、1940～2270MHzは宇宙運用や公共業務無線などに、2390～2510MHzは公共業務無線や人工衛星局などに、2720～2870MHzは各種レーダ無線に利用されている。断続放射の場合は、1960～5300MHzは宇宙運用、携帯電話、公共業務、各種レーダ、電気通信業務などに、5660～8000MHzは電気通信業務、各種レーダ、公共放送、衛星局などに、8450～9200MHzは宇宙研究や各種レーダ、航空無線航行などに、9600～10110MHzは各種レーダやアマチュア局などに利用されている。

断続放射で電界強度15V/mの条件を携帯無線機で想定すると、出力5Wでは離隔距離は約1mである。実験1の結果もふまえると感知器は、携帯型の無線機が感知器の設置場所から1m以内で使用されないような工夫が必要である。

## (2) アナログ式光電式スポット型感知器 2 種(B社)

周波数と電界強度、感知器の煙濃度出力の値をTable3にまとめた。電界強度は示した値以上の電磁波を与えると煙濃度上昇を起こすことを示し、Table3中の「異常内容」は煙濃度として伝送してくる値の変化を示した。この数値の「1p(1 point)」は、煙濃度にして0.2%/mに相当する。

1060～1740MHzの周波数域で、電界強度57～200V/mで感知器と受信機の間で正常な通信が行われず、「伝送エラー」となった。伝送エラーは受信機から感知器への通信の問い合わせに、感知器が正常に返事を返せない状態である。この周波数域は航空無線航行、各種レーダ、携帯電話、衛星通信、公共業務などで使われている。その他、1800～2330MHz、2540～2600MHz、2840～2960MHz、3160MHz、3240MHz、3760～4250MHz、4450MHzの周波数で、煙濃度の数値が1～3pの範囲で上昇を記録した。この周波数域は公共業務、宇宙運用、携帯電話、衛星放送、各種レーダ、電気通信業務などで使われている。

1060～1740MHzの周波数域では、電磁波の影響で全く感知器の機能を果たさない状態になってしまった。一度伝送エラーになると、電磁波の放射をやめても感知器は自動的に復旧しなかった。そのため、感知器のリセット操作が必要となった。感知器のリセット操作は、電磁波を放射したままでは受け付けられなかった。また、煙濃度に変化が見られた周波数域では、電磁波の放射を停止すれば復旧した。携帯無線機を出力5Wと仮定し、電界強度57V/mは離隔距離にすると30cm以下になり、実験1の（1）、実験2の（1）の結果よりも短い値となった。

## (3) アナログ式定温式スポット型感知器特種

感知器の公称作動温度を60℃とした場合、全周波数帯において、火災発報が発生するレベルまで感知器出力が上昇することはなかった。火災発報までいかなくても、出力に変化が見られたときの周波数と電界強度、感知器出力の変化をTable4に示す。

わずかな温度上昇を示した周波数帯は、1540～1620MHzは衛星通信で数W以下の実験局に、4100～4200MHzは電気通信業務で出力5W以下に使われている。

Table4中の周波数帯を使用する無線局は、無線機出力を考えると建物内で設置する感知器にとっては影響のない無線局であり、問題にはならない。

## (4) アナログ式定温式スポット型感知器1種

感知器の公称作動温度を60℃とした場合、全周波数帯において、火災発報が発生するレベルまで感知器出力が上昇することはなかった。火災発報までいかなくても、出力に変化が見られたときの周波数と電界強度、感知器出力の変化をTable5に示す。

1640～1680MHzは、衛星通信などに利用されている。500kW以下の宇宙研究用の実験局が存在する。4100～4150MHzは電気通信業務の固定局で使われており、その出力は5W以下である。

衛星通信の実験局は上空への電磁波放射であり、通信業務の固定局は遠方への放射であるため建物内で設置する感知器にとっては影響のない無線局であり、問題にはならない。

## (5) アナログ式差動式スポット型感知器2種

1 分間に10℃の上昇を記録したときに火災発報すると

Table4 Action of the analog-type spot type fixed temperature detector (special kind grade)

frequency (MHz)	electric field (V/m)	temperature rise (°C)
1540	190	0.5
1560	210	1.0
1580	200	1.5
1600	200	2.0
1620	195	3.0
4100~4200	120	0.5

## Table5 Action of the analog-type spot type fixed temperature detector (first grade)

continuous radiation

frequency (MHz)	electric field (V/m)	temperature rise ( $ ^{\circ} $ C)
1640	210	4.0
1680	200	3.0
4100~4150	120	0.5
した場合、全周波数帯において、火災発報が発生するレベルまで感知器出力が上昇することはなかった。火災発報までいかなくても、出力に変化が見られたときの周波数と電界強度、感知器出力の変化をTable6に示す。

1500～1640MHzは衛星通信、業務無線、携帯電話などに、1780～1840MHzは公共業務などに使われている。

衛星通信や公共業務無線は、建物内に電波を放射するものではないため、感知器への影響は少ない。

携帯電話の電波に対し、実験に用いた電界強度計を用いての実測では携帯電話の5 cm以内で電界強度は60V/mになった。仮にこの距離で使用したとしても、感知器への影響は出力変化で1℃程度と少なく、問題にはならない。

アナログ式の熱感知器は実験1の感知器も含め、センサーにサーミスタを使っていた。温度計測は、回路内でサーミスタと抵抗の電圧の分圧比から行っている。温度変化から取り出せる電圧は、20℃から60℃へ変化した場合には約0.5～1Vであり、電磁波ノイズにより生じるノイズレベルより大きいと考えられる。判断回路部分にICを使用していたが、耐電磁波性能は高かった。

### 3.3 実験 3：シールド加工感知器への電磁波の曝露実験 $ ^{9} $

#### 3.3.1 シールド加工と塗料面の抵抗値

ここで加工したのは実験2で用いた国産のアナログ式光電式スポット型感知器（B社）である。感知器の筐体を開け、内部から回路基板を取り外し、感知器筐体のベース側と煙室側の両方に対し内面全体に導電性塗料を塗布した。塗料はTable7 $ ^{10} $ の3種類である。塗料の膜厚はなるべく均一になるようにした。塗料の厚みは約17～19μmである。厚みの計測には塗装面の破壊が伴うため、サンプル品1種類のみを計測した。

シールド加工を施した塗料面の表面抵抗値(JIS K 6911)を計測した。測定に用いた計測器は三菱化学製MCP-T360で、四探針プローブを用いて計測した。抵抗値の計測箇所は、Fig.6に示す「抵抗値1(R1)」から「抵抗値3(R3)」の3か所を代表に選んだ。感知器ベース側筐体内側1か所と感知器煙室側筐体内側2か所である。例えば「抵抗値1(R1)」では、2か所の黒丸にプローブ探針を押し当てて計測した。測定結果をTable8に示す。

感知器に塗布された塗料の厚みは、塗料のカタログに記載された標準厚さの25μmより薄い。抵抗値は銀塗料、混合塗料、銅塗料の順に大きくなった。同一塗料でみたとき、抵抗値3の値が抵抗値1と2に比べて大きくなっているのは、煙室の開口部をまたがっての計測になり細い柱部分を含むためである。

#### 3.3.2 電磁波曝露実験

## (1) 通常感知器の動作

通常感知器の動作をTable3に示した。動作内容は実験2のとおりである。

## (2) 银塗料塗布感知器

銀塗料塗布感知器の動作をTable9のように周波数と電界強度、動作内容とで示した。1540～1640MHzの周波数域で、1～2p(煙濃度0.2～0.4%/m相当)の煙濃度上昇を記

Table6 Action of the analog-type spot type rate-of-rise detector (second grade) continuous radiation

frequency (MHz)	electric field (V/m)	temperature rise ( $ ^{\circ} $ C)
1500~1640	200	1.5
1780~1840	170	1.5

Table7 Character of the conductive coatings

type	coating	surface resistivity (25 $ \mu $ m)
silver paints	silver	0.025 $ \Omega $ /sq.
copper paints	copper	0.050 $ \Omega $ /sq.
mixed paints	silver : copper = 1 : 5	0.033 $ \Omega $ /sq. (actual measurement)

Table8 Surface resistivity of conductive coatings surface

type	R 1	R 2	R 3
silver coatings	0.051 $ \Omega $ /sq.	0.065 $ \Omega $ /sq.	0.095 $ \Omega $ /sq.
copper coatings	0.220 $ \Omega $ /sq.	0.180 $ \Omega $ /sq.	0.410 $ \Omega $ /sq.
mixed coatings	0.074 $ \Omega $ /sq.	0.096 $ \Omega $ /sq.	0.133 $ \Omega $ /sq.

Table9 Action of the analog-type spot type photoelectric optical smoke detector(second grade; B company) coated silver coatings

frequency (MHz)	electric field (V/m)	error contents
1540	214	1p rise
1560	225	2p rise
1580	220	2p rise
1600	226	1p rise
1620	224	1p rise
1640	216	1p rise

(1p = smoke density 0.2%/m)

Fig.6 Measurement point of surface resistivity
録した。

## (3) 铜釜料釜布感知器

銅塗料塗布感知器の動作をTable10のように周波数と電界強度、動作内容とで示した。1500～1540MHzの周波数域で、1 p(煙濃度0.2%/m相当)の煙濃度上昇を記録した。

## (4) 混合塗料塗布感知器

混合塗料塗布感知器の動作をTable11のように周波数と電界強度、動作内容とで示した。1500～1540MHzの周波数域で、1 p(煙濃度0.2%/m相当)の煙濃度上昇を記録した。

異常な動作が発生後、電磁波の放射を停止すると、受信機へ伝送してくる煙濃度の値は正常に戻った。しかし、伝送エラーの場合は、リセット操作が必要となった。

シールド加工を施した感知器は、通常感知器が伝送エラーを発生していた周波数域でも、わずかな煙濃度上昇の異常で収まっている。シールド効果が非常に大きいといえる。

Table8の塗装面の抵抗値とシールド効果の関係は、今回の実験結果では明確なことは分からない。同じ膜厚であれば抵抗値の小さい銀塗料の方がシールド効果が高い $ ^{11)} $ ， $ ^{12)} $ と想像できるが、銅塗料や混合塗料に比べて広い周波数範囲で異常を発生している。また、各塗料の膜厚は、加工業者によればほぼ同じではあるというが、手作業のため個々のばらつきはあると考える。膜厚の影響により周波数特性も変化する $ ^{11)} $ ， $ ^{12)} $ ためこれもシールド効果の違いに影響しているものと考える。

導電性塗料を用いたシールド加工で、致命的な異常な動作である伝送エラーをほぼ解消できた。シールド加工にかかるコストを加工業者に見積りを依頼したところ次

Table10 Action of the analog-type spot type photoelectric optical smoke detector(second grade; B company) coated copper coatings

frequency (MHz)	electric field (V/m)	error contents
1500	219	1p rise
1520	206	1p rise
1540	213	1p rise

(1p = smoke density 0.2%/m)

Table11 Action of the analog-type spot type photoelectric optical smoke detector (second grade; B company) coated mixed coatings

frequency (MHz)	electric field (V/m)	error contents
1500	222	1p rise
1520	209	1p rise
1540	216	1p rise

(1p = smoke density 0.2%/m)

のような結果となった。月に1万個を加工するとした場合、銀塗料は750円/個、銅塗料は430円/個、混合塗料は600円/個である。塗装の方法は同じであることから、銀塗料と銅塗料の価格の差は材料費の差となる。電磁波ノイズの多い環境、例えばハイパーサーミアなどの電磁波医療機器を使用する部屋内での使用に有効な感知器を、比較的安価な加工で製造できることが分かった。

### 4. まとめ

光電式感知器、イオン化式感知器、赤外線式感知器、住宅用の定温式感知器の4つの感知器と、アナログ式スポット型の光電式感知器2種（A社、B社）、定温式感知器特種と1種、差動式感知器2種の5つの感知器に、1～18GHzの電磁波を曝露させ、感知器の耐電磁波性能を調べた。その結果以下のことが分かった。

(1) アナログ式も含む光電式感知器は、携帯型の無線機が感知器の設置場所から1 m以内で使用されないような工夫が必要である。

(2) 赤外線式感知器は、携帯型の無線機が感知器の設置場所から2m以内で使用されないような工夫が必要である。

(3) イオン式感知器、住宅用の定温式感知器、アナログ式スポット型定温式感知器、アナログ式スポット型差動式感知器は、1～18GHzの電磁波ノイズには強いことが分かった。

また、電磁波の影響から感知器を保護する一方策として導電性塗料を箠体内側に塗布したアナログ式光電式スポット型感知器を試作し、電磁波に対するシールド効果を検証した。導電性塗料は、銀塗料、銅塗料、銀銅混合塗料の3種類である。

(4) シールド加工がない通常の感知器では、受信機と感知器での通信ができなくなり感知器からの情報を受信機が受け取れなくなってしまう周波数域においても、シールド加工を行った感知器は、伝送される煙濃度がわずかに上昇するだけの影響に留まった。電磁波ノイズの多い環境、例えばハイパーサーミアなどの電磁波医療機器を使用する部屋内での使用に有効な感知器を、比較的安価な加工で製造できることが分かった。

今回の実験では不十分であった電磁波の周波数と導電性塗料の膜厚の関係、開口部の影響、シールド効果と抵抗値(導電率)などの検証を今後行いたい。

## 参考文献

1）日本火災報知機工業会：“電磁波研究会第2回研究会資料”、日本火災報知機工業会(1988)

2）小林章浩、堀田博文：“ISO/TC21/SC3/WG2にかかる電磁界試験・実験報告”、火災報知機,No.113,pp/11-18(1988)
3）田村裕之：“感知器の耐電磁波ノイズ性能の把握”、日本火災学会研究発表会概要集、pp.404-407(1998)

4）技術委員会環境ノイズ共同研究小委員会：‘放射電磁界共同実験実験結果報告’、日本火災報知機工業会pp.1-13(1998)

5）不要電波問題対策協議会：“携帯電話端末等の使用に関する調査報告書”、不要電波問題対策協議会(1997)

6）田村裕之：“感知器に及ぼす準マイクロ波の影響”、日本火災学会研究発表会概要集、pp.240-243(2000)

7）田村裕之：“赤外線炎感知器の焦電素子部に対する電磁波の影響”、日本火災学会研究発表会概要集、pp.34-37(1999)

8）田村裕之：“1-18GHzのマイクロ波及ぼす感知器への影響”、日本火災学会研究発表会概要集、pp.308-311(2002)

9）田村裕之：“感知器における導電塗料の電磁波シールド効果”、日本火災学会研究発表会概要集、pp.144-147(2003)

10) 日本アチソン(株)：“導電性コーティング製品一覧表”、日本アチソン(株)(2001)

11）仁田周一：“電子機器のノイズ対策”、pp.61-72、オーム社(1986)

12）安達三郎、佐藤太一：“電波工学”、pp.54-64、森北出版(1998)
# Influence of Microwaves (1~18GHz) on Fire Detectors and Shield Effect of Conductive Coatings

(Abstract)

Hiroyuki Tamura

(Received July 30, 2003)

The development of a variety of equipment utilizing electromagnetic waves is under way, and the exposure of automatic fire alarms to electromagnetic waves is increasing. And the utilization of the 1-18GHz frequency called microwave is increasing. Thus detectors are exposed to electromagnetic waves in microwave bands (1-18GHz) to experimentally explain the type of influence that microwaves will exercise on detectors. And it is made plain what kind of countermeasures should be taken in protecting the detectors from the influence of the microwaves.

Photoelectric optical smoke detectors and infrared flame detectors which have electric circuits to amplify signals from sensing elements several times tend to be susceptible to electromagnetic waves.

On the assumption that electromagnetic waves radiate from a dipole antenna, necessary distance from a antenna to detector is approximately 55 cm in the case of a photoelectric optical detector and approximately 80 cm in the case of an infrared detector.

When these detectors are installed in buildings, it is necessary that these detectors are installed a distant place 1 meter (in the case of photoelectric optical detectors) or 2 meters (in the case of infrared detectors) away from where a handy transceiver is used. Heat detectors using thermistors are not susceptible to electromagnetic waves.

To evaluate the effectiveness of shield protection, photoelectric optical detectors painted conductive coatings inside detector's housings were manufactured. Painting conductive coatings was effective as shield protection against electromagnetic waves 1~18GHz.
論文

# プラスチック火災に対するガス系消火剤の消炎濃度に関する研究

茂手木 剛 $ ^{*} $ 、満谷 徹 $ ^{*} $ 、鶴田 俊 $ ^{**} $ 、斎藤 直 $ ^{***} $

(平成15年7月30日受理)

プラスチック火災に対するガス系消火剤の性能評価を行った。同軸流バーナーであるFRIカップバーナーの消炎濃度測定方法に準拠した方法で燃焼から消炎過程を観察した。試料のプラスチックは燃焼時に溶融し試料外形が変形した。そこで測定手順を検討し、再現性のある測定方法を定め、プラスチック火災に対するガス系消火剤の消炎濃度を測定した。ポリオキシメチレン樹脂(POM)は、ハロン1301濃度5.0%では消炎できなかった。消炎には、7.4%の濃度が必要であった。窒素を主成分とする消火剤の消炎濃度は、酸素指数法から単純に推定した場合、燃焼が7分以上継続する例が観察された。すべての合成樹脂を一律の安全係数により代表的な消炎濃度から求めることはできないことがわかった。

### 1. はじめに

ガス系消火剤は、通信機器室、発電機、変圧器など高度情報化社会の基盤の火災被害を低減する目的で使用されている。ガス系消火剤は、適切な管理を行うことにより火災被害を十分低く軽減できる。通信機器室、発電機、変圧器には、様々な合成樹脂や可燃性液体が使用されているが、従来使用されているハロン1301の高い消火能力と大きな余裕度により使用材料を特に意識することなく可燃性固体、可燃性液体、合成樹脂類に対して同一の必要消火剤量を定めていた。

1990年以降、ハロン1301代替消火剤が探索されたが、環境に対する影響、人の健康に対する影響が許容できる範囲で消火剤を使用する必要が生じた。ハロン1301では、試験装置で消火と判定される消炎濃度の150%程度に相当する消火剤濃度となる設計濃度を定めていた。新たに探索されたガス系消火剤では、設計濃度は、消炎濃度のおよそ120%となっている。

消炎濃度は、可燃性液体を対象とした方法が提案され、実用に供されている。消炎濃度は、可燃性固体を対象とした方法も提案されているが、実用上はほとんど利用されていない。

従来であれば、重量減少を一定の限界以下にとどめれば被害も重量に応じて限定されると考えることが可能であったが、今日の高機能化した機器類の場合、従来に比べわずかな表面の汚損や熱的な影響でも致命的な被害が生じる可能性がある。この点を考慮すると単に消炎濃度を測定するだけではなく、合成樹脂にどのような変化が生じるか、どの程度表面汚染が発生するかを観察できることが望まれる。

たとえば、光ファイバー、CD-ROM、光磁気ディスク、フロッピーディスク、磁気テープは産業で重要である情報の保存や伝達をする機器に使用されている。プラスチック系光ファイバーは、コアにポリメチルメタクリレート樹脂（PMMA）が使われている。被覆は、ポリエチレン樹脂（PE）などが使用されている。CD-ROM、光磁気ディスクの光学レンズにポリエチレン樹脂（PE）など、精密駆動部に、ポリオキシメチレン樹脂（POM）などが使用されている。フロッピーデスクや磁気テープの駆動部分にもポリオキシメチレン樹脂（POM）が使われている。IT化に伴いその重要性と需要は増加している。これらの合成樹脂に求められる性能も高度化し、重要な役割をもつ製品も多い。さらに合成樹脂を難燃化することも環境問題やリサイクルとの釣り合いを考えると難しくなっている。

前にも述べたが現在の消防法令等におけるガス系消火剤の合成樹脂に対する設計濃度は消火剤に応じて定められているが、合成樹脂の種類については考慮されていない。既設の設備やリサイクルハロンを用いた設備などを用いる場合には合理的と考えられるが、新たに開発され
た合成樹脂類に対する性能を何らかの方法で評価することが望まれる。新たに開発されたガス系消火剤を用いる場合には、実大規模の確認実験を要求していることからも伺える。

合成樹脂等のプラスチック火災に対するガス系消火剤の信頼できる試験方法については、古くから検討されているが、確立されていない。火炎の合成樹脂上の伝ば限界を測定する窒素を用いた酸素指数法 $ ^{1)} $ は燃焼継続の限界酸素濃度 $ ^{2)} $ をもとめる方法である。しかし伝ば限界をもって消火と判定できるかは検討する必要がある。

このような背景のため合成樹脂を用いたガス系消火の研究 $ ^{3} $ 、 $ ^{4} $ 、 $ ^{5} $ は少ない。一方、液体可燃物火災に対するガス系消火剤の消火性能は、カップバーナー装置を用いたn-ヘプタン火炎の消炎濃度によって評価されている $ ^{6} $ 。カップバーナーによる消火性能評価の妥当性は、実規模プール火災消火実験により確かめられている。

本研究ではFRIカップバーナー消炎濃度測定方法 $ ^{6)} $ に準拠した方法で合成樹脂の燃焼、消炎過程を観察し消炎濃度を測定した。さらに窒素について消炎時の酸素濃度を酸素指数法の値と比較した。

### 2. 実験装置と実験方法

本実験で用いた装置の概略図をFig.1に示す。カップバーナー装置は、ステンレス製台座に内径85mmのガラス製円筒を取り付け、ガラスビーズ層で空気と消火剤を混合整流し供給している。空気と消火剤は、それぞれ流量を制御されている。固体試料は、ステンレス製試料台に設置されている。固体試料の様子は、キセノン灯照明の下ビデオカメラで撮影し、テーブに記録した。

この装置はFRIカップパーナー装置 $ ^{6)} $ のガラスカップ部を金属製の試料台に変更してある。試料台の外形はガラスカップと同一である。材質はSUS304である。試料台を変更した以外変更点はない。測定手法もFRIカップパーナー装置の手法を用いた。

Fig. 1 Schematic of the experimental apparatus

FRIカップバーナー装置は、ガラスカップの構造を工夫し液面位置を一定にし、定常燃焼条件で測定を行えるよう工夫されている。固体試料も外周を金属筒で覆い、表面位置を一定に保つ機構を用いることも考えられる。合成樹脂を燃焼させると熱膨張、溶融、熱分解により固定試料を移動させることは困難であった。固定試料を円筒形状にし、着火した場合、固体試料内部を熱が伝わる。固体試料内部の温度分布が定常に達する条件で測定を行うことが望ましい。ところが、溶融する試料の場合には、溶融物が下方へ流れ落ちるために厳密な定常条件を得られない。そこで、着火後一定時間燃焼させ、各測定ごとの試料形状がほぼ同一となる擬似的な定常条件で測定を行った。

試料は、光学部品に使用されるポリメチルメタクリレート樹脂（PMMA）、電線被覆に使用されるポリエチレン樹脂（PE）、歯車やカムなどの機構部品に使用されるポリオキシメチレン樹脂（POM）の3種類である。試料形状は直径30mm、長さ60mmの円柱である。試料は、市販の棒状の素材を切断し、作成した。素材の重合度などのデータは、通常市販品のため提供されなかった。

消火剤は窒素、IG541、ハロン1301の3種類を用いた。IG541は、窒素52%、アルゴン40%、二酸化炭素8％の混合ガスである。

実験は、室温25℃、大気圧下で行い、実験装置に乾燥機付きの空気圧縮機より空気40L/minを供給し、パイロット火炎により試料に着火した。試料上面に均等に溶融領域が形成されるように試料を加熱した。また、再現性良く燃焼させるため、試料上面全面を均一に着火させた。着火後の試料の概略図をFig.2に示す。着火後、燃え拡がりや縁から流れ落ちる溶融物の流下にももない熱分解帯が疑似的な定常状態になった時点で測定を開始した。着火前試料全長の1/3から1/2の範囲に達した時を疑似的な定常状態の目安として、消火剤の添加を開始した。

添加方法は消炎濃度と推測される濃度の1/2をまず供給

Fig. 2 Measuring points of sample
し、次に推測消炎濃度の数%を加え10秒間保持した。消炎しなかった場合、推測消炎濃度の数%を加え10秒間保持することを消炎するまで繰り返した。また、消火剤添加開始から消炎までおよそ120秒で行った。FRIカップバーナー装置の測定方法に従い3回の測定平均を測定値とした。なお、消炎濃度の測定誤差は、可燃性液体の消炎濃度を測定し、測定値が標準偏差1％以内に収まるように測定管理を行った。

### 3. 実験結果

消炎濃度を測定するためには、一定の条件で燃焼させ、消火の判定基準を明確に定める必要がある。実験では、試料の燃焼状況、消火剤添加時の火炎と熱分解領域の様子についても詳細に目視観察を行った。

### 3.1 ポリメチルメタクリレート樹脂試料

Fig. 3に消火剤IG541を添加した場合のポリメチルメタクリレート樹脂試料（PMMA試料）と火炎の様子を示す。図中のYは、消火剤濃度を示す。

PMMA試料をパイロット火炎で加熱すると加熱部は溶融し、泡立ち、やがて着火する。PMMA試料は溶融しながら燃焼し、一部は滴下する。溶融物の流下と熱伝達によって燃え拡がり先端部は徐々に下方に伝ばする。溶融部では内部から可燃性気体が激しく放出される。

所定の位置まで燃え拡がり先端部が伝ばした後にIG541

Y = 0 %

Y = 10 %

Y = 20 %

Y = 22 %

Fig. 3 Extinction of PMMA flame with IG541

PE

IG541 HALON1301

IG541 HALON1301

IG541 HALON1301

Fig. 4 Recovery samples after measurements

Y = 0.96

Y = 12 %

Y = 20 %

Y = 26 %

Fig. 5 Extinction of PE flame with IG541

消火剤を添加すると炎は徐々に縮小する。試料表面には、黒色部分のある凝固物が付着し始める。

消火剤濃度を増加していくにつれ堆積量が増加する。やがて燃え拡がり先端部は下方へ移動しなくなる。そして消火剤濃度21.7%で消炎する。

消炎直後は、内部から放出していた可燃性気体が、試料表面の溶融物内で膨れ、泡状となり、その後、潰れ固化する現象が見られる。

窒素についても同様の挙動を示した。

ハロン1301消火剤では添加中の炎の色が窒素、IG541と比較して濃くなる現象が見られた。

Fig. 4にIG541とハロン1301による消火後回収した試料の写真を示す。ハロン1301による消火では溶融していた部分の表面の色がIG541、窒素と比較して濃くなっている。

### 3.2 ポリエチレン樹脂試料

Fig. 5に消火剤IG541を添加した場合のポリエチレン樹脂試料（PE試料）と火炎の様子を示す。図中のYは、消火剤濃度を示す。

PE試料をパイロット火炎で加熱すると試料上面は膨張し、その外観が乳白色から無色透明になり、溶融し、着火に至る。溶融物の粘性は低く燃えながらスジを引いて流れ落ちる。Y=0％の消火剤を加えないPE火炎はほとんど見えず、上面の縁の部分が徐々に透明になっていく。IG541消火剤の添加を開始すると添加前には非常に確認しづらかった炎が見えてくる。

消火剤濃度を増加させるといくと流れ落ちていた溶融物が側面部に堆積し始める。そして炎は試料上面部だけに残る。さらに消火剤を添加すると溶融物の流れが止まり消火剤濃度26%で消炎する。

消炎後も60～90秒の間、上面部の無色透明部分は拡大し続け、その後徐々に白く濁り、やがて溶融していた部分の表面が薄茶色に変色する。

窒素についても同様の挙動を示した。

ハロン1301消火剤では添加中の炎の色がIG541、窒素と比較して濃くなる現象が見られた。

Fig. 4にIG541とハロン1301による消火後回収した試料の写真を示す。ハロン1301による消火では溶融していた部分の表面の色がIG541と比較して濃くなった。

### 3.3 ポリオキシメチレン樹脂試料の挙動

ポリオキシメチレン樹脂試料（POM試料）をパイロット火炎で加熱すると試料は溶融し、泡立ち着火に至る。着火後も試料表面は泡立っている。炎は透明で青く薄く、周りを暗くしないと確認できない。そのため実験室の照明とキセノン光源を消し燃焼過程を観察した。溶融物は燃焼しながら流下した。

IG541消火剤の添加を開始しても火炎の確認しづらさは変らない。消火剤濃度を増加していくと溶融物が滴下しなくなり、炎は徐々に縮小する。燃え拡がり先端部が試
料上面へ移動し、やがて消火剤濃度33.6％で消炎する。

消炎後の試料は溶融物の堆積は見られず、表面は滑らかで変色もない。

窒素も同様の挙動を示した。

Fig. 6に消火剤ハロン1301を添加した場合のPOM試料と火炎の様子を示す。図中のYは、消火剤濃度を示す。

ハロン1301消火剤を添加すると青く薄かった炎が眩しいほど黄色く光り、勢い良く燃焼し始める現象が見られた。

Fig. 4にIG541とハロン1301による消火後回収した試料の写真を示す。IG541による消火では試料表面が滑らかであるのに対して、ハロン1301による消火では溶融していた部分の表面に泡が固化して付着している。

### 4. 考察

Table 1に本実験方法で測定した各試料に対するそれぞれの消火剤の消炎濃度を示す。今回用いた消火剤では、いずれの消火剤についてもPOM試料、PE試料、PMMA試料の順に消炎濃度が低下する。このことは、この順番に消火しにくいことを意味している。

各消火剤の消炎濃度の可燃物依存傾向は、FRIカップバーナーで測定された可燃性液体の消火濃度測定でも見られた $ ^{6} $ 。

IG541と窒素は、POM試料に対する消炎濃度はPMMA試料に対する消炎濃度の150%であるが、ハロン1301のPOM試料に対する消炎濃度はPMMA試料に対する消炎濃度の370%に達している。

POM試料に対する特性が類似するIG541と窒素の合成樹脂に対する設計濃度を、便覧等に掲載されている酸素指数を用いて求めることができるか検討した。酸素指数とは所定の試験条件下 $ ^{1)} $ において、材料が燃焼を維持できる酸素濃度の下限界値である。試験条件は設定した雰囲気中で規定の試験片の燃焼継続時間が3分以上となるか、着火後の燃焼長さが50mm以上となる最低の酸素濃度である。

PMMA試料を酸素指数17.3% $ ^{2)} $ 以下の17%酸素濃度の雰囲気で燃焼させた。この雰囲気中で7分45秒燃焼し、その後消炎した。Fig.7にその時の様子を示す。

合成樹脂の燃え拡がりの限界は、酸素濃度を変化させ測定されている。ガス系消火剤の消火剤量を求める場合

Table 1 Extinguishing concentrations of gaseous agents for flammable solids

Agent	Flame extinguishing concentrations(%)
Sample
PMMA	PE	POM
Nitrogen	19.7	23.9	31.6
IG541	21.7	26.0	33.6
Halon1301	1.8	2.0	7.4

には、ここで提案したスクリーニングによる検討が必要であることが分かる。

窒素、IG541消火剤では今回用いた各試料において、FRIカップバーナーで測定したヘプタン火炎の消炎濃度 $ ^{6)} $ より低い消炎濃度であった。一方ハロン1301消火剤のPMMA試料、PE試料に対する消炎濃度はヘプタン火炎の消炎濃度 $ ^{6)} $ より低いが、POM試料に対してはヘプタン火炎の消炎濃度 $ ^{6)} $ のおよそ2倍である7.4%の消火剤濃度であった。

現行の消防法令等の合成樹脂に対するハロン1301の設計濃度5.0%でPOM試料の消火実験を試みた。FRIカップバーナーによる測定法の相対誤差が3％に管理されているので測定誤差を考慮しハロン1301の濃度を5.2%とした。ハロン1301消火剤の添加開始から5.2%濃度の雰囲気になるまで実際の設備に準拠し30秒かけた。その状態で保持し、火炎の様子を観察した。すると、POM試料は消炎せず、およそ32分間かけほとんど燃え尽きた。Fig. 8にその時の様子を示す。

POM試料の主原料はメタノールを酸化して得られるホルマリンであり、メタノールは他の可燃性液体と比較して消炎濃度が高い $ ^{6} $ 。POM試料は危険物と異なり簡単に着火しないが、着火すると炎を確認しづらく、消火も困難な物質である。そこで今回用いた試料と液体可燃物であるヘプタン、ドデカン、メタノール、エタノールの酸素バランス $ ^{7} $ を計算し、消炎濃度と比較した。ドデカンは、分子量の大きい可燃性液体であるので、高温の溶融層の形成される試料との比較を行う目的で検討に含めた。酸素バランスとは化学物質から水素は水、炭素は二酸化炭素、窒素は窒素分子となる完全燃焼生成物を与えるのに必要な酸素の過不足量で、100gの物質から完全燃焼生

Y = 0 %

$$ Y = 2.0\% $$

Y = 5.0 %

Fig. 6 Extinction of POM flame with HALON1301

t = 0 min.

t = 3 min.

t = 6 min.

$$ t=7.75\min. $$

Fig. 7 PMMA flame in 17% oxygen concentration

Fig. 8 POM flame in 5.2% HALON1301 concentration
成物を与えるのに必要な酸素のグラム数で表される。そして酸素バランスとハロン1301による消炎濃度の関係を見てみるとFig.9のようになり、酸素バランスの小さい樹脂の消炎濃度が高い傾向にあった。

さらにFig. 9によりPOM試料はメタノールの近傍に存在していることが確認できた。ハロン1301のように有効性が高いと信じられる消火剤であっても新規に製造される合成樹脂や既存の酸素を多く含む合成樹脂に対しては消火剤量が十分であるかは確認することが望まれる。新ガス系消火剤については、実大規模での消火実験を行って有効性を確認している。そのような確認作業では、対象となる合成樹脂について丁寧に調査することが必要である。

また、PMMA試料が窒素により17%酸素条件を作った場合燃焼抑制効果は認められるが7分以上、燃焼が継続した。このことを考慮すると設計濃度を酸素指数より求めることは必要消火剤量を少なく見積もる恐れがあり危険である。

以上のように消火性能評価を行い、対象物ごとに消火剤の性能を考えた上で設計濃度を決定する必要があることがわかった。もちろん実用に供する場合は、実験室規模の消炎濃度のみでなく実規模火災の消火実験で確認する必要がある。

Fig.9 Extinguishing concentration with HALON1301

### 5. あとがき

本研究において今回使用したプラスチックについては以下のことが言える。

1）本実験装置及び実験方法で合成樹脂に対するガス系消火剤の消炎濃度測定を行うことができた。

2）POM試料の火炎は、ハロン1301の消防法令等上の設計濃度5.0%では消炎できず、消火剤濃度7.4%で消炎できた。

3）酸素指数より窒素を主成分とする剤を用いたガス系消火設備の設計濃度を求めることは今回の装置で燃焼が7分以上継続する例が観察されたことから危険であることがわかった。

4）設計濃度を決定する際、全ての合成樹脂を一律の安全係数により代表的な消炎濃度から求めることはできないことがわかった。

## 参考文献

1）酸素指数法による高分子材料の燃焼試験法，JIS，K7201，1976.

2）日本火災学会 編：“火災便覧 第3版”，pp.72-73，共立出版(1997)

3）高橋哲：“プラスチック火災の水と漏れ水及び二酸化炭素による消火”，火災，Vol.40 No.2、pp.11-18,(1990)

4）高橋哲：“二酸化炭素希积空気による集積固体燃料の消火および燃焼継続酸素濃度”，火災，Vol.41・No.1，pp.21-28，（1992）

5）山鹿修蔵：“消火剤の消火作用に関する諸問題”

6）ハロン代替物質消火性能評価に関する研究委員会報告書，pp.1-86，自治省消防庁消防研究所（1995）

7）安全工学協会 編：“安全工学講座2 爆発”，pp.107-109，海文堂（1983）

8）宮坂啓象 編：“プラスチック事典”，pp.327-501，朝倉書店（1997）

9）伊藤公正 編：“プラスチックデータハンドブック”，pp.8-127，工業調査会（1980）

10）喜多信之：“プラスチックの燃焼性”，pp.8-13，工業調査会（1975）
# A Study on Fire Suppression Phenomena of Gaseous Extinguishing Agents for Flammable Solids

(Abstract)

Takeshi MOTEGI $ ^{*} $ , Toru SHIBUYA $ ^{*} $ , Takashi TSURUDA $ ^{**} $ , Naoshi SAITO $ ^{***} $

(Accepted July 30, 2003)

Observations of extinction of solid flames are presented that were obtained in a coflow burner using gaseous extinguishing agents. The used coflow burner is a modified FRI cup burner. The flame extinguishing concentrations of nitrogen, IG541, and halon1301 for three flammable solids were measured with the modified FRI cup burner method. Used flammable solids are polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene (PE), and polyoxymethylene (POM). A cylindrical sample of 30mm in diameter was supported with a stainless rod in the coflow burner. A gas flame heated the upper surface of the sample. Flame extinguishing concentrations were measured in several points during downward flame spread. The observed concentrations for each flammable solid were almost constant regardless of measuring points. This study demonstrates that the modified FRI cup burner method is a viable tool for measuring extinguishing concentrations of gaseous extinguishing agents for flammable solids.
技術報告

# 2003年5月26日宮城県沖の地震による土砂災害調査の速報

新井場 公徳、鄭炳表

(平成15年6月25日受理)

### 1. はじめに

2003年5月26日宮城県沖を震源とする地震があり、岩手県と宮城県の一部で震度6弱が観測されたほか、東北地方を中心に広い範囲で強い揺れを感じた。地震の諸元は以下の通り（気象庁発表6月4日現在、同庁HPより）。

発生日時：5月26日18時24分頃

震央：北緯38度48.3分 東経141度40.9分

震源の深さ：71km

マグニチュード：7.0(暫定値)

最大震度：震度6弱（岩手県大船渡市・衣川村・平泉町・室根村・江刺市、宮城県高、清水町・桃生町・石巻市・涌谷町・栗駒町・金成町）

この地震は深発地震であり津波のおそれは無いとされた。宮城県沖ではM7.5程度の海溝型地震の周期的発生が知られており、政府地震調査研究推進本部の評価によれば、2030年までに90％以上の確率で発生するとされている。今回の地震はこの想定地震とは震源の位置、深さ、震源機構などが異なるものであった。

この地震による被害としては、重傷者23、住宅全壊2、半壊8、火災4件が報告されている（消防庁調べ6月4日現在、同庁HPより）。また、新幹線の高架橋橋脚24本が破損したのをはじめ、交通機関、道路、ライフラインにも影響があった。

今回の地震によって生じた土砂災害としては、宮城県築館町における地すべり災害が、その特異な流動性から注目を集めた。また、宮城県石巻市湊鹿妻地区の岩盤斜面直下の集合住宅に避難勧告が出された。その他に落石による道路交通遮断が数多く生じたとともに、その後の降雨によって避難勧告が出された地域もある。

この度我々が調査したのは、上記の築館町の災害現場（調査日5月30日）及び石巻市湊鹿妻地区の岩盤斜面からの落石現場（同29日）である。現地調査の他、対応にあった消防本部の方々にお話をうかがった。図1に調査地の位置を示す。

図1：調査地の位置図

(国土地理院20万分の1地形図「一関」「石巻」に加筆)

### 2. 築館町の崩壊

図２は築館町の地すべり現場の見取り図である。崩壊源は約30年前に造成された農地（通称「野菜団地」）で、現在は耕作はされておらず藪になっている。崩土は農地の斜面下にあった住宅のすぐ横を通過し、水田に広範囲に堆積した。住宅の住民1名の方が地震直後に家を出たところで土砂に腰まで埋まったとのことであった。幸いに配偶者の方に助け出され、軽傷ですんだ。

図3に遠景写真を示す。崩土の中には竹林がそのまま移動してきており、崩土の運動は「流れ」ではなく「すべり」を主体としたものであったことを窺わせる。崩壊のあった地点は、以前は谷地形で池があり、それらを埋め立てて農地を造成したとのことであった。一般的に谷地形の埋め立て地は地下水が集まりやすく、地震に対して軟弱であるこ
図２：築館町館下地区の崩壊の概要図

図3：築館町の崩壊の遠景写真

とが知られている。このことが今回の崩壊の発生及び崩土の高い流動性に関与していると考えられる。

図4は崩壊現場の中腹から被害家屋を見たものである。崩土に埋まった方の話では、家屋の手前に写っている樹木の葉に土が触れるくらいの高さまで土砂が盛り上がって来たとのことであった。

図5は斜面の直下から崩壊源を撮ったものである。かなり緩勾配であることが分かる。崩土は大量の水を含んでいたとのことで、調査時は災害後4日が経過していたが、上に乗るとぶよぶよの状態であった。また、地下水の滲出も続いていた。崩壊したのは人工地盤であるが、その材料は、細かな軽石を含む火山性の堆積物を主体とするもののように見られた。

図4：崩壊土砂が直近を通過した家屋

図5：崩壊下部より上部を見る

図6は崩壊源頭部の様子である。階段状の造成地の一段が馬蹄形に切り取られたように頭部を形成していた。今回崩壊した斜面の上部（写真中央の人物群の奥）には約1mの馬蹄形の段差が存在した（図7）。今回の災害以前に活動があったのか、今回生じたのかは不明であったが興味深い現象である。なお、消防本部の方のお話ではこの野菜団地の一部では、降雨時に崩壊を生じたことがあったとのことであった。

本災害を巡る消防本部の動きは以下の通り。

18:24 発災

18:40 覚知（119番による：救急搬送要請）

19:50 現着

現着時にはすでに負傷者は救出されていた。付近の住民の避難・安否確認等の活動は、区長、民生委員の方がリーダーシップをとって行われ、救急車到着時にはすでにおおむね終了していたとのことであった。

本災害については、(社)日本地すべり学会による調査が我々の調査の翌日に行われ、ピットの掘削などがなさ