JP2007191371A

JP2007191371A - 電気抵抗石材とその製造方法並びに製造装置

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Publication number: JP2007191371A
Application number: JP2006013129A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Suzuki; 幸浩鈴木; Hiroyuki Nanba; 洋之南波
Original assignee: GRASSNON KK
Current assignee: GRASSNON KK
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP4836049B2

Abstract

【課題】歩幅電圧や接触電圧を低減することができる電気抵抗石材とその製造方法並びに製造装置を提供する。
【解決手段】乾燥した粒径５〜４０ｍｍの自然石２の表面に撥水層たるシリコーン被膜３を形成する。これにより、撥水性と非保水性が得られるため、水に晒されても、乾燥した自然石２が水を含むことがなく、水を弾き、長期に渡り高い電気抵抗を保持するため、その自然石２を、通常の砂利などと同様にして、電気関係施設の周囲に敷設することにより、歩幅電圧や接触電圧を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い電気抵抗値を保持する電気抵抗石材に関する。

電力，通信や鉄道などの保守・点検・管理等においては、感電などから作業者を防護する安全な作業環境を確保する必要がある。そして、そのための一つの方法として、落雷から身体を保護するための野外活動用の耐電服（例えば特許文献１）などが提案されているから、特殊な作業服により感電などを防止することが考えられる。
特開平６−２３５１０２号公報

ところで、電力，通信や鉄道などの施設の周囲では、異常電圧などが発生した場合の安全を確保するために、地絡電流を大地に放流する場合があり、施設周囲で作業する作業者に歩幅電圧や接触電圧が加わる虞がある。尚、歩幅電圧とは、接地極に大電流が流れるとき、大地の電位の傾きにより地表表面の２点間に電位差が生じ、これにより人体の両脚間に加わる電圧であり、前記接触電圧は、接地極に大電流が流れるとき、大地の電位の傾きにより、接地した物体とその物体から少し離れた地表面との間に電位差が生じ、接地した物体に人体が接触した場合に人体に加わる電圧である。そして、これらを防止するには、耐電服などを用いることが考えられるが、特殊な耐電服を常時着用することは、作業性の低下を招くなどの問題があり、また、より安全性を確保するには、前記歩幅電圧や接触電圧を低減することが望ましい。

そこで、本発明は、歩幅電圧や接触電圧を低減することができる電気抵抗石材とその製造方法並びに製造装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、乾燥した粒径５〜４０ｍｍの自然石の表面に撥水層を形成したものである。

また、請求項２の発明は、前記撥水層がシリコーン被膜である。

請求項３の発明は、粒径５〜４０ｍｍの自然石を加熱乾燥し、この乾燥した自然石にシリコーンオイルを噴霧し、加熱して焼き付けることにより前記自然石の表面にシリコーン被膜を形成する方法である。

請求項４の発明は、請求項３記載の製造方法に用いられ、前記自然石が投入され回転駆動手段により回転する回転ドラムと、この回転ドラム内の前記自然石を加熱する加熱手段と、前記回転ドラム内の前記自然石に前記シリコーンオイルを噴霧する噴霧手段とを備える装置である。

請求項１の構成によれば、撥水層により撥水性と非保水性が得られるため、水に晒されても、乾燥した自然石が水を含むことがなく、水を弾き、長期に渡り高い電気抵抗を保持でき、その自然石を、通常の砂利などと同様にして、電気関係などの施設の周囲に敷設することにより、歩幅電圧や接触電圧を低減することができる。

尚、電気関係施設とは、電力，通信や鉄道の周囲に電流を放流する可能性のある施設を示す。

また、請求項２の構成によれば、高い撥水性と非保水性を備えた電気抵抗石材となり、且つ、長期に渡り、抵抗性能を保持することができる。

また、請求項３の構成によれば、シリコーンオイルを噴霧し、加熱して焼き付けることにより、高い撥水性と非保水性を備えた電気抵抗石材を製造することができる。

また、請求項４の構成によれば、自然石を投入した回転ドラムを、回転駆動手段により回転しながら、加熱手段により加熱して乾燥し、この加熱した自然石に噴霧手段によりシリコーンオイルを噴霧し、さらに、加熱手段により加熱してシリコーンオイルを焼き付けたシリコーン被膜を自然石の表面に形成することができる。

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な電気抵抗石材とその製造方法並びに製造装置を採用することにより、従来にない電気抵抗石材とその製造方法並びに製造装置が得られ、その電気抵抗石材とその製造方法並びに製造装置を記述する。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。図１〜図８は本発明の実施例１を示し、同図に示すように、電気抵抗石材１には、粒径５〜４０ｍｍの自然石２を乾燥し、この乾燥した自然石２の表面に、撥水層たるシリコーン被膜３を形成してなり、前記撥水層は、自然石２に撥水性と非保水性を付与するものである。尚、粒径とは、平均外径を言う。

前記電気抵抗石材１の製造装置11と製造方法について説明すると、図２〜図３に示すように、製造装置11は、固定して設けられる混合装置12を備え、この混合装置12は、回動可能に斜設された回転ドラム13と、この回転ドラム13を回転駆動する回転駆動手段14とを備え、この回転駆動手段14には、前記混合装置12のエンジンを動力として回転する油圧モータなどが用いられる。尚、回転ドラム13の長手方向上側には、前記自然石２を投入する投入口13Ａが設けられている。

前記混合装置12の後方に、ベース15を設け、このベース15上には、前記回転ドラム13内の自然石２を加熱する加熱手段16が設けられている。この加熱手段16は、灯油を燃料とするヒータ17と、このヒータ17の火炎で加熱された空気を前記回転ドラム13内に送風する送風機18と、この送風機18と前記回転ドラム13内とを接続する送風路たる送風管路19とを備える。

また、前記ベース15上には、前記回転ドラム13内の自然石２に、シリコーンオイルを含むシリコーンオイル混合液を噴霧する噴霧手段21が設けられている。この噴霧手段21は、シリコーンオイル混合液を貯蔵する薬剤タンク22と、この薬剤タンク22内と前記回転ドラム13内との間に設けられた薬剤路たる薬剤管路23と、この薬剤管路23の前記薬剤タンク22側に設けられた薬剤ポンプ24と、前記薬剤管路23の前記回転ドラム13側に設けられた圧力計量タンク25と、前記薬剤管路23に設けられ前記回転ドラム13内の自然石２のシリコーンオイル混合液を霧状に噴射する複数のノズル26と、前記薬剤ポンプ24の動力源となるコンプレッサ27とを備え、前記複数のノズル26は、回転ドラム13の回転軸方向に並んで配置されている。

そして、前記送風管路19と薬剤管路23の終端側は、投入口13Ａを挿通して、前記回転ドラム13内に至り、その回転中心側に片持ち状にベース15により支持されることにより、回転ドラム13の回転の邪魔にならないように配置されている。

さらに、前記装置11の駆動を制御する制御手段31を備え、この制御手段31としては、計量，温度制御盤などが用いられる。また、前記回転ドラム13内の温度を測定する温度センサ20を備え、この温度センサ20は、前記回転ドラム13内の前記送風管路19又は薬液管路23などに設けられ、前記温度センサ20により測定した温度データが前記制御手段31に出力され、回転ドラム13内が所定の温度になるように加熱手段16を制御し、具体的には、ジェットヒータ17の火力と送風機18の送風とを制御する。また、前記圧力計量タンク25で測定したシリコーンオイル混合液の圧力データと計量データとが、前記制御手段31に出力され、前記制御手段31は、前記ノズル26に送るシリコーンオイル混合液の圧力を調整すると共に、回転ドラム13内に噴霧するシリコーンオイル混合液の量を調節するように噴霧手段21を制御する。

前記シリコーンオイルは、メチルシリコーンオイルのメチル基の一部を置換したメチルハイドロジェンシリコーンオイルなどを、必要に応じて適宜な希釈液で希釈したものが用いられ、さらに、硬化剤や触媒を添加混合したシリコーンオイル混合液として用いられ、前記希釈液には、芳香族炭化水素（トルエン，キシレン）、脂肪族炭化水素（石油エーテル，ミネラルスピリット，ケロシンなど）、イソプロピルアルコールなどが例示される。

前記硬化剤は、化学名がアセチレンアルコール溶液、成分及び含有量が、トルエン約９０％，アセチレンアルコール約１０％のものが用いられる。また、前記触媒は、ジブチルスズジラウレート，ジブチルスズアセテート，テトラブチルチタネートや鉄オクトエートをトルエンに混合した触媒溶液として用いられ、触媒を用いることにより、シリコーンオイルを、より低温で、且つ短時間で焼き付け処理することができる。

次に、前記製造装置11を用いた電気抵抗石材１の製造方法の一例について説明する。１トンの自然石２に対して、シリコーンオイル（商品名：ＫＦ−９９信越化学工業株式会社製）７リットルに、前記硬化剤０．０７リットルと、前記触媒溶液０．０３５リットルとを混合したシリコーンオイル混合液を用いる。実験では、１回に約４〜５トンの自然石２を回転ドラム13に投入した。したがって、シリコーンオイル混合液の成分割合は前記値の４〜５倍とする。自然石２は、プラント工場で乾燥処理したものを回転ドラム13に投入し、略１２０℃で約４〜５時間加熱処理を行い、この加熱処理工程においては、回転ドラム13を連続して回転する。加熱処理の第１工程の約２時間は、シリコーンオイル混合液を噴霧することなく、加熱手段16により、回転ドラム13内の自然石２を加熱乾燥し、含水率を略０％とする。続けて、加熱処理の第２工程の約２〜３時間程度は、自然石２の表面が１００℃〜１２０℃になるように加熱し、この第２工程の初めから約３０分〜６０分の間に、複数のノズル26からシリコーンオイル混合液を回転する自然石２に噴霧し、シリコーンオイルを自然石２の表面に焼き付けてシリコーン被膜３を形成する。加熱処理の第２工程に続いて、冷却工程を行い、この冷却工程では、加熱手段16により加熱を停止し、約１時間で自然冷却する。

尚、シリコーンオイル溶液に、自然石２を浸漬して、この後、焼き付け処理することも可能であるが、回転する回転ドラム13内の自然石２に、シリコーンオイル混合液を噴霧するため、自然石２の表面に均等且つ均一な品質でシリコーンオイルを行き渡らせることができ、安定した品質のシリコーン被膜３を形成することができる。また、加熱処理の第２工程におけるシリコーンオイル混合液を噴霧する時間を除いた時間は、１時間〜２時間３０分とすることが好ましく、１時間未満では、１トン以上の自然石２の処理では、焼き付けが不十分な箇所が発生する虞があり、一方、２時間３０分を越えると、これ以上行っても、変化はなく、製造コストが上昇するだけであるから、上記の範囲の時間とした。

そして、プラントで加熱乾燥した自然石２であっても、投入作業中などに、多少の水分を吸収する虞があるから、上述したように、シリコーンオイル混合液を噴霧する前に、自然石２を加熱乾燥することにより、含水率が略０％の状態の自然石２の表面に、シリコーン被膜３を形成することができる。

上記の製造方法で、加熱処理の第２工程を２時間は、第２工程の初めから約４５分の間にシリコーンオイル混合液を噴霧して得られた電気抵抗石材１を実験品とした。また、比較品としては、回転ドラム13に投入する一部の自然石２を比較品としてそのまま用いた。

ここで、前記実験品と比較品の抵抗率を測定した。尚、体積比濃度の原理を用いて抵抗率（抵抗値）を測定した。まず、測定原理を説明すると、図５に示すように、測定装置は、アクリル製水槽51の両側に銅製の電極板52，52を配置し、これら電極52，52間に商用電源を印加し、回路電流と電極板52，52の両端の電圧により抵抗値を測定する。この抵抗Ｒは下記の（式１）で表される。尚、前記電極板52の幅×高さは、100ｍｍ×100ｍｍである。

Ｒ＝ρＬ／Ａ（式１）
ここで、ρ：水槽の触媒の抵抗率
Ｌ：水槽の長さ
Ａ：電極板の面積
図５に示した測定装置の寸法を（式１）に代入すると、抵抗率Ｒは下記の（式２）となる。

ρ＝ＲＡ／Ｌ＝0.05×Ｒ（式２）
媒質が流体や粘土であれば、媒質を水槽に入れ、抵抗を測定することで抵抗率を容易に推定できるが、実験品や比較品の場合は、隙間が生じるため、直接的な測定が不可能である。

そこで、水槽の中に入れる媒質の良を体積比濃度で換算する。体積比濃度γの定義は、下記の（式３）による。

γ＝（Ｖｓ／Ｖｏ）（式３）
ここで、Ｖｓ：媒質の体積
Ｖｏ：水槽の体積
媒質である自然石の体積比濃度が１００％になることはないため、外挿法によって、１００％とみなしたときの抵抗率を測定する。

上述した測定原理に基づく測定方法の有用性を確認するために媒質として、砂を用いて実験を行った。

図５に示した測定装置に、商用電源（10ｖ）を加え、水槽51に水道水を満たし、砂を入れた。この際、水道水からあふれた水の体積を測定し、これにより砂の体積を求め、合わせて電流を測定して抵抗を求め、上記（式２）の逆算式により抵抗率を求めた。この結果を図６に示す。ここで、水槽51に乾燥した砂を満たした場合、つまり、体積比濃度γが１００％の抵抗率を測定した結果、７０００Ω・ｍとなった。

図６に示した実験結果より、指数回帰によるデータ解析を行った。解析を行う際、砂の抵抗率ｙと体積比濃度ｘの関係は、下記の（式４）のように仮定した。

ｙ＝ａｅ^bx＋ｃ（式４）
解析した結果、次の定数となった。

ａ＝４．３６×１０^-3，ｂ＝０．１４，ｃ＝５８
そして、体積比濃度ｘ＝０の場合は、ｙ＝ｃ＝５８となり、水槽51の水の抵抗率となる。また、体積比濃度ｘ＝１００の場合は、ｙ＝７０００となり、砂の抵抗率となる。

前記実験品と比較品の場合は、隙間が生じるから、体積比濃度が６０％程度である。そこで、砂の場合の式を参考として、指数回帰曲線の定数ａを推定した。ここで、（式４）のｂ，ｃは一定とした。

まず、比較品の場合の体積比濃度６０％のときの抵抗率１１１Ω・ｍをもとにａを求めると、ａ＝０．０１０となった。同様に実験品の場合の体積比濃度６０％のときの抵抗率１３７Ω・ｍをもとにａを求めると、ａ＝０．０１５となった。これらにより、実験品と比較品の式の定数を求め、これを下記の表１に示す。

実験品と比較品の場合は、体積比濃度が１００％にならない。そこで、（式４）の実験式を用い、外挿法によって体積比濃度を１００％とし、抵抗率Ｒを推定した。

（式４）において、ｘ＝１００として、表１に示した定数を代入すると、比較品の抵抗率は１６０００Ω・ｍとなり、実験品の抵抗率は２４０００Ω・ｍとなった。尚、抵抗率は、複数回の実験において、略±５％の値を示した。

さらに、図５に示した測定装置の水槽51に水道水を満たし、抵抗率の経時変化を測定した。実験品と比較品が水道水に晒されることにより、比較品は水を含み、抵抗率が減少する傾向を示したが、実験品はシリコーン被膜３による撥水性に含水することなく、抵抗は一定であった。

そして、比較品では、初期抵抗率は１６０００Ω・ｍであるが、水分を含むことにより、約２０％の抵抗率の減少が見られた。これに対して、実験品では、初期抵抗率は２４０００Ω・ｍであり、撥水性があるため、抵抗率の減少は見られなかった。

次に、前記電気抵抗石材１の使用方法の一例について説明すると、図４に示すように、電力，通信，鉄道などの電気関係施設30及びその周囲の地表面31に、防草シート32を敷き、この防草シート32の上に、電気抵抗石材１を層状に敷設する。前記防草シート32としては、通気性及び通水性を備えたポリエステル不織布などのシートが用いられ、前記電気抵抗石材１の層の厚さは、３０〜５０ｍｍ程度とし、発生する電圧などによる使用条件により設定する。尚、前記地表面31は、盛土や客土などからなり、通水性を備える。尚、図４では、電気関係施設30として、変電所と送電線の鉄塔を図示しており、また、同図に示すように、防草シート32，32同士の端部は重ね合わせて、重ね合わせ部32Ａを形成し、接着剤などにより端部同士を接着する。

このように抵抗率が高く、抵抗率が減少しない電気抵抗石材１の層を設けることにより、施設により異常電圧が発生し、地表面に電流が漏れても、電気抵抗石材１の層の抵抗により、歩幅電圧と接触電圧を低減することができる。

このように本実施例では、乾燥した粒径５〜４０ｍｍの自然石２の表面に撥水層たるシリコーン被膜３を形成したから、撥水層により撥水性と非保水性が得られるため、水に晒されても、乾燥した自然石２が水を含むことがなく、水を弾き、長期に渡り高い電気抵抗を保持するため、その自然石２を、通常の砂利などと同様にして、施設の周囲に敷設することにより、歩幅電圧や接触電圧を低減することができる。

また、このように本実施例では、撥水層がシリコーン被膜３であるから、高い撥水性と非保水性を備えた電気抵抗石材１となり、且つ、長期に渡り、抵抗性能を保持することができる。

また、このように本実施例では、粒径５〜４０ｍｍの自然石２を加熱乾燥し、この乾燥した自然石２にシリコーンオイルを噴霧し、加熱して焼き付けて自然石２の表面にシリコーン被膜３を形成するから、シリコーンオイルを噴霧し、加熱して焼き付けることにより、高い撥水性と非保水性を備えた電気抵抗石材１を製造することができる。

また、このように本実施例では、電気抵抗石材１の製造方法に用いられ、自然石２が投入され回転駆動手段14により回転する回転ドラム13と、この回転ドラム13内の自然石２を加熱する加熱手段16と、回転ドラム13内の自然石２にシリコーンオイルを噴霧する噴霧手段21とを備えるから、自然石２を投入した回転ドラム13を、回転駆動手段14により回転しながら、加熱手段16により加熱して乾燥し、この加熱した自然石２に噴霧手段21によりシリコーンオイルを噴霧し、さらに、加熱手段21により加熱してシリコーンオイルを焼き付けたシリコーン被膜３を自然石２の表面に形成することができる。

また、実施例上の効果として、電気抵抗石材１は、抵抗率２４０００Ω・ｍ（22800〜25200Ω・ｍ）を保持するから、これを敷設することにより、歩幅電圧や接触電圧に対して、有効な手段となる。また、防草シート32を敷くと共に、電気抵抗石材１は非保水性であるから、雑草の繁殖を防止できる。さらに、複数のノズル26は、回転ドラム13の回転軸方向に並んで配置されているから、回転ドラム13内の自然石２に均一に噴霧を行うことができる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、シリコーンオイルは、焼き付けて形成したシリコーン被膜３が撥水性を備えるものあれば各種のものを用いることができる。

本発明の実施例１を示す電気抵抗石材の断面図である。同上、一部を断面にした製造装置の側面図である。同上、製造装置の平面図である。同上、使用例を説明する断面図である。同上、測定装置の斜視図である。同上、実験品と比較品と砂の抵抗率を比較するグラフ図である。同上、実験品と比較品の含水特性を示すグラフ図である。同上、製造工程を説明するタイムチャート図である。。

符号の説明

１電気抵抗石材
２自然石
３シリコーン被膜（撥水層）
11 製造装置
13 回転ドラム
14 回転駆動手段
16 加熱手段
21 噴霧手段
30 電気関係施設

Claims

乾燥した粒径５〜４０ｍｍの自然石の表面に撥水層を形成したことを特徴とする電気抵抗石材。
前記撥水層がシリコーン被膜であることを特徴とする請求項１記載の電気抵抗石材。
粒径５〜４０ｍｍの自然石を加熱乾燥し、この乾燥した自然石にシリコーンオイルを噴霧し、加熱して焼き付けることにより前記自然石の表面にシリコーン被膜を形成することを特徴とする電気抵抗石材の製造方法。
請求項３記載の製造方法に用いられ、前記自然石が投入され回転駆動手段により回転する回転ドラムと、この回転ドラム内の前記自然石を加熱する加熱手段と、前記回転ドラム内の前記自然石に前記シリコーンオイルを噴霧する噴霧手段とを備えることを特徴とする電気抵抗石材の製造装置。