加湿による帯電防止効果

1 はじめに 吸湿性のある不導体の静電気対策の一つに加湿があ る1）_{．加湿による帯電防止メカニズムは以下のように説} 明される．絶縁物表面に空気中の水分が吸着（吸湿）さ れると，物体の表面抵抗が低下する2）_{．その結果，物体} 表面に沿った電荷緩和が促されるようになる． このメカニズムから，加湿は，吸湿性に乏しい合成高 分子材料などにおいては必ずしも帯電抑制効果を示さな いこともあり，本質的な静電気対策ではなくあくまでも 補助的手段とされている．したがって，加湿による静電 気対策を実施する場合には，その効果を予め調査しなけ ればならないが，その根拠もなく，静電気障災害（電撃 や着火など）の対策として加湿が実施されている場合も ある． そこで本研究では，注意喚起と効果のある加湿による 静電気対策の実施を促すことを目的に，あえて加湿によ る帯電防止効果が得られ難い条件について，加湿による 静電気対策効果の限界を定量的に示す． 歩行時の人体帯電（床との摩擦により靴底が帯電し， その電荷から静電誘導を受け，人体電位の絶対値が上昇 する）現象に焦点を当て，10% ～60% の相対湿度にお いて，合成高分子系材料製の靴と床を用いて，歩行時の 人体電位，電荷緩和の指標となる漏洩抵抗，床材の表面 抵抗率および体積抵抗率を測定し，加湿による帯電防止 効果を総合的に評価した． 2 測定方法 測定は，温湿度を調節可能な環境試験室（RAE08-ER01，アメフレック）内で行った．環境試験室内の温 度は23℃一定とし，相対湿度10%から60%（10%刻み） において，歩行時の人体電位，人体の漏洩抵抗，床材の 体積・表面抵抗率を測定した． 使用した靴，床材（ビニル床シート）は，それぞれ，　 一般エリアでの使用が想定されている製品（以下，一般 靴，一般床と呼ぶ），静電気対策エリアでの使用が想定 されている製品（以下，帯電防止靴，帯電防止床と呼ぶ） の2種類ずつである．詳細は以下の通りである．一般靴 （ケアセフティCSS-200，ミドリ安全），帯電防止靴（JIS T 8103準拠3）_{，メディカルエレパスCSS-306N，ミドリ} 安全），一般床（ロンリウム，ロンシール工業，寸法：1.8 m×1m×1.9mm），帯電防止床（ロンスタック，ロン シール工業，寸法：1.8m×1m×1.9mm）．なお，一 般靴の抵抗は5.1×1012_{Ω（JIS T 8103に従い測定，温} 度23℃，相対湿度25%）であった． PC デジタル マルチメータ 人体電位計 測定 プローブ 床材 GPIB 接地金属床 被験者（靴着用） 図1　歩行時の人体電位測定の概要 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 10 40 50 60 人体電位 [k V] 時間[s] 一般靴＋一般床 一般靴＋帯電防止床 20 30 帯電防止靴＋一般床 帯電防止靴＋帯電防止床 図2　人体電位の測定例（相対湿度10%） Title:11_JOSH-2018-0004-TA.indd　p113　2018/09/25/ 火 17:47:56 ｢労働安全衛生研究｣，Vol. 11, No. 2, pp. 113‒116, (2018)

加湿による帯電防止効果

遠 藤 雄 大

*

1

_{，大　澤　　　敦}

_*

1 加湿は，高分子材料などにみられるように必ずしも帯電を抑制するものではないので，本質的な静電気対 策ではなくあくまでも補助的手段である．加湿を静電気対策に用いる場合にはその効果を予め調査しなければ ならないが，その根拠もなく利用していることもある．本研究では，加湿による効果が期待できない条件（床材， 靴が吸湿性に乏しい合成高分子系材料製）において，歩行時の人体電位と人体の電荷緩和に影響する人体の漏 洩抵抗および床材の表面抵抗率および体積抵抗率の湿度依存性を調査した．その結果，静電気による電撃や着 火防止には，導体あるいは導体と見なされる人体などの漏洩抵抗を下げるなどの本質的な対策が重要であり， 加湿が必ずしも静電気対策として効果がない条件があることを定量的に示した． キーワード：静電気，人体電位，静電気対策，加湿，湿度

原稿受付　2018年2月2日（Receiveddate: February2,2018） 原稿受理　2018年3月8日（Accepteddate: March8,2018）

J-STAGE Advance published date: May 15, 2018

*1労働安全衛生総合研究所電気安全研究グループ 連絡先：〒204-0024　東京都清瀬市梅園1-4-6 労働安全衛生総合研究所電気安全研究グループ　遠藤雄大 E-mail: [email protected] doi: 10.2486/josh.JOSH-2018-0004-TA 短 報

靴および床材の前処理として，測定を行う温湿度に設 定された環境試験室内の空気に24時間以上曝露した． 各測定の際，靴および床材の表面は，エタノールと紙ウ エスで清浄にした． 1）歩行時の人体電位 図1に測定の概要を示す．歩行時の人体電位は人体電 位計（NK-3002，春日電機）で測定し，デジタルマルチ メータ（2000/J，Keithley）経由でPCに記録した．実 験時の歩行動作はJIS C 61340-4-54）_{を参考に，1秒間あ} たり2歩のペースとした．歩行時間は60秒間とした． 測定データは，0.06秒毎にPCに記録した（総記録点数： 1000）．それぞれの靴，床材の組み合わせについて，3 回ずつ測定を行った．各測定データより文献4）_を参考に 絶対値が大きい順に5点を読み取り，計15点の算術平 均を取った．図2に，相対湿度10%において測定された， 各条件における人体電位の測定例を示す． 2）被験者の漏洩抵抗，床材の表面抵抗率・体積抵抗率 図3に漏洩抵抗の測定系を示す．漏洩抵抗の測定には， 抵抗測定器（PRS-801，Prostat），5 ポンド電極（PRS-801W，Prostat）を使用した．5ポンド電極は接地され た金属床上に設置し，もう一方の端子に接続した金属棒 電極を床上に立つ被験者が握った．被験者の立ち位置は， 中心および，床材の各4辺付近の計5点である．それぞ れの点において1回ずつ測定を行い，これら測定値の算 術平均を取った． 各床材の表面抵抗率，体積抵抗率の測定には，抵抗率 試験装置（8009，Keithley）およびエレクトロメータ （6517，Keithley） を 使 用 し た． 試 験 片 の 寸 法 は， 90mm×90mmである．測定値は100V印加による1分 値である． 3 測定結果，考察 1）歩行時の人体電位 図4に，各条件における，歩行時人体電位の測定結果 を示す．なお，エラーバーは各測定点の標準偏差である． これより，「一般靴＋一般床」の組み合わせにおいて 人体電位が最も高く−2kV程度に達した．「一般靴＋帯 棒電極 床材 接地金属床 被験者（靴着用） 5ポンド電極 抵抗計 × × × × × 測定点 図3　被験者の漏洩抵抗測定の概要 -2.50 -2.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0 10 20 30 40 50 60 70 人体電位 [kV] 相対湿度[%] 図4 人体電位（○：一般靴＋一般床，△：一般靴＋帯電防止床， ●：帯電防止靴＋一般床，▲：帯電防止靴＋帯電防止床） 漏洩抵抗 [Ω ] 相対湿度[%] 1E+06 1E+07 1E+08 1E+09 1E+10 1E+11 1E+12 0 10 20 30 40 50 60 70 図5 被験者の漏洩抵抗（○：一般靴＋一般床，△：一般靴＋ 帯電防止床，●：帯電防止靴＋一般床，▲：帯電防止靴 ＋帯電防止床） 表面抵抗率 [Ω ] 相対湿度[%] 1E+08 1E+09 1E+10 1E+11 1E+12 1E+13 1E+14 1E+15 0 10 20 30 40 50 60 70 1E+06 1E+07 1E+08 1E+09 1E+10 1E+11 1E+12 1E+13 1E+14 1E+15 0 10 20 30 40 50 60 70 体積抵抗率 [Ω ∙m ] 相対湿度[%] 図6　床材の表面抵抗率および体積抵抗率 (a)　表面抵抗率（○：一般床，△：帯電防止床，□：紙） (b)　体積抵抗率（○：一般床，△：帯電防止床，□：紙） Title:11_JOSH-2018-0004-TA.indd　p114　2018/09/25/ 火 17:47:56 114 ｢労働安全衛生研究｣

電防止床」，「帯電防止靴＋一般床」はどちらも1kVを 下回る値となった．帯電防止靴＋帯電防止床では歩行に よる電位上昇はほとんど確認されなかった． 相対湿度の上昇に対して，一部の組み合わせでは帯電 極性の逆転が生じることもあるが（「一般靴＋帯電防止 床」では，湿度の上昇に伴い正から負に変化），全体的 に人体電位の低下は確認できなかった．この結果は，相 対湿度の変化が，電荷緩和にほとんど影響しないことを 示している． 2）被験者の漏洩抵抗 図5に，各条件における漏洩抵抗の測定結果を示す． 一般靴を着用した状態では，床材の種類，相対湿度によ る差はほとんどなく，すべての条件で1011_{Ω以上の高い} 値を示した．これは，人体に蓄積された電荷の緩和時間 （初期電位値の1/eになるまでの時間）が数十秒程度で あることを表している．なお，先の人体電位の測定結果 （図4）においては，「一般靴＋一般床」，「一般靴＋帯電 防止床」について，漏洩抵抗の差がないにも関わらず， 電位に顕著な差が生じた．これには，床の材質の違いに よって，靴と床間に発生する電荷量が異なることに起因 していると考えられる． 一方で，帯電防止靴を着用した場合，どちらの床材に おいても漏洩抵抗は1×1010_{Ω未満であるため緩和時間} が1秒以下となり，人体に蓄えられた電荷が速やかに漏 洩する．また，一般床か帯電防止床かに相応して漏洩抵 抗に大きな差が生じたが，両床材において，相対湿度上 昇に伴い漏洩抵抗の若干の低下が確認されるものの，電 荷緩和に影響するほどではない． 以上の結果より，靴と床の材質によっては，加湿の効 果がなく，必ずしも人体に蓄積された電荷の緩和が促進 されない場合があることを示した． なお，通常，人体からの静電気放電を防止するための 対策は，漏洩抵抗を108_{Ω以下にすることである}1）_． 3）床材の表面抵抗率，体積抵抗率 図6に，床材の表面抵抗率，体積抵抗率の測定結果を 示す．ここでは，比較のために，紙（コピー用紙，厚さ： 0.09mm）の測定結果を示す．これより，全ての床材に おいて，湿度上昇に伴う表面抵抗率，体積抵抗率の変化 は，一部の場合を除き桁が変わるほどではないことが確 認できる．なお，紙については，表面抵抗率，体積抵抗 率ともに大幅な低下を示した．紙を構成するセルロース 等の天然高分子は，一般に吸湿性が高く，湿度の影響を 強く受けたと考えられる．一方で，床材に使用されるビ ニル樹脂等の合成高分子は，一般的に吸湿性が低いため， 湿度の影響が小さくなったと考えられる．なお，合成高 分子材料においても，ナイロンやPMMAは湿度によっ て表面抵抗が低下する5）_． 先に述べた漏洩抵抗についても，床材の表面抵抗率， 体積抵抗率に左右されるため，相対湿度に対して，これ らと同様の傾向を示し，結果的に，人体電位が相対湿度 にほとんど依存しないことになる． 4 まとめ 本研究では，吸湿性に乏しい合成高分子系材料製の靴， 床材が使用され，加湿による帯電防止効果が得られ難い と考えられる条件において，歩行時の人体電位，人体の 漏洩抵抗，床材の表面抵抗率および体積抵抗率の相対湿 度依存性を調査した．これらが相対湿度によって変化が ないことを確認し，吸湿性の乏しい材料を用いる場合は， 加湿による帯電防止効果が期待できないことを定量的に 示した． 加湿による帯電防止対策の実施にあたっては，使用し ている材料の表面抵抗が湿度に依存して，十分な漏洩抵 抗が確保されるかを事前に調査する必要がある． いずれにせよ，加湿のみでの対策はしないことである． 加湿が補助的対策であることを認識して，本質的な帯電 防止対策（規定の漏洩抵抗以下にする導電性または電荷 拡散性材料の利用）が必要である． 　　　　 文 1） 独立行政法人労働安全衛生総合研究所．静電気安全指針 2007, JNIOSH-TR-NO.42 （2007）; 2007. 2） 村崎憲雄．静電気障災害対策ハンドブック（上），マグロ ウヒル好学社; 1977. 3） JIST8103:2010. 静電気帯電防止靴. 4） JISC61340-4-5:2007. 静電気‒特定応用のための標準的試 験方法‒人体と組み合わせた履物及び床システムの静電気 防止性能の評価方法. 5） 平井学．身近な静電気現象と帯電性測定．加工技術． 2017; 52（7）: 372‒380. Title:11_JOSH-2018-0004-TA.indd　p115　2018/09/25/ 火 17:47:56 115 Vol. 11, No. 2, pp. 113‒116, (2018)

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｢労働安全衛生研究｣

Antistatic Effect by Humidification

by

Yuta Endo*

1

_{and Atsushi Ohsawa*}

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We investigated the effect of humidification to prevent human body from becoming charged where footwear and flooring made of synthetic polymeric materials low in hygroscopicity are used. The human body potential during walking, the leakage resistance between the human body and the earth, and the surface and volume resistivity of the flooring materials measured showed no remarkable changes in these values due to relative humidity variation (10%– 60%). The results indicated that humidification is not always effective to reduce the leakage resistance yielding charge relaxation when low hygroscopic materials are used. It is necessary to recognize that humidification is an auxiliary antistatic countermeasure and to take the essential antistatic countermeasures (use of conducive or charge dissipative materials to lower leakage resistance).

Key Words: static electricity, human body potential, antistatic measures, humidification, humidity