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被覆アーク溶接に必要な呼吸用保護具

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アーク溶接

屋内で継続してアーク溶接を行う場合、特化則に基づいて適切な呼吸用保護具を使用する必要があります。

屋外での作業や、屋内の非継続的な作業の場合に使用するべき呼吸用保護具についてはどのように考えるべきでしょうか。その疑問に答えます。



1 問(被覆アーク溶接で使用するべき呼吸用保護具)

執筆日時:

最終改訂:


(1)アーク溶接作業と呼吸用保護具の選定

アーク溶接を屋内作業場で継続して行う場合、特定化学物質障害予防規則(特化則)第38条の21第6項の規定により、気中のマンガン濃度を測定して、その測定結果に応じた呼吸用保護具を使用させることが義務づけられている。

一方、屋外作業場、又は屋内であっても継続して行うわけではない作業(臨時作業)では、同条第5項の規定により「有効な呼吸用保護具」を使用させなければならないとされているが、その選定の方法は示されていない。

では、第5項の場合には、どのような呼吸用保護具を選定すべきなのだろうか。今回はこれに対する回答を示すことにしたい。なお、"化学物質Q&A"ではなく、"粉じんQ&A"になるが、ご容赦を頂きたい。


(2)被覆アーク溶接作業ではどのような呼吸用保護具を選すべきか

本稿を最初に執筆する直前のことだが、ある事業場の方から次のようなご質問をいただいた。

※ この質問を受けたのは、特化則38条の21により、屋内で継続してアーク溶接を行う場合に、マンガンの気中濃度測定結果に応じた呼吸用保護具の使用が義務付けられる以前のことである。

【質問】

被覆アーク溶接を行うときの呼吸用保護具としてはどんなものがお勧めでしょうか。当社では使い捨て式の防じんマスクを使っています。

これについて、そのとき私は次のように即答した。

【暫定的な回答】

勤務時間中に、溶接をしている時間がほとんどないというのであればともかく、被覆アーク溶接に使い捨て式の防じんマスクはやめてください。できれば取替え式の全面面体のもの、少なくとも反面面体のものにする必要があります。また、作業者の方がご高齢であれば、できれば電動ファン付き呼吸用保護具にした方がよいと思います。

たぶん、労働衛生の多くの専門家の方も、当時、同じ質問を受ければ同じように答えられるのではないかと思う。

しかし、この事業者の方は納得されなかった。大げさすぎるのではないかと思われたようだ。そこで、できれば数人の労働者に対して、一度、個人ばく露濃度測定を行った上で、十分な防護係数のあるものを選ばれた方が良いですよとお答えしたのだが、考えてみれば、そもそも職業ばく露限界値(許容され得る濃度)をどう考えればよいのかという問題もある(※)

※ 特化則特化則38条の21第6項は、マンガンのみに着目して呼吸用保護具を選定することで、この問題を「解決」している。本稿では、様々な化学物質を含むヒュームそのものに着目することとする。

そこで、本稿ではアーク溶接時における作業空間中のヒュームの濃度がどの程度に達しているかという推定を行うとともに、職業ばく露限界についてリサーチ等を行い、アーク溶接においてどのような呼吸用保護具を用いるべきかについて検討してみたい。

なお、本稿におけるヒュームの気中濃度の推定は、あくまでも"レベルの予測"にすぎない。事業者の方におかれては、リスクアセスメントの観点からも、臨時の作業であったとしても、できる限り個人ばく露濃度測定によって、実際にそれぞれの職場における濃度を確認することをお勧めする。

また、これはあくまでも被覆アーク溶接についての検討である。ミグ、マグ等については、別途の検討が必要になる。なお、ガス溶接は、一般にはアーク溶接よりもヒュームの発生量は少ない。


2 アーク溶接において必要な保護具の検討

(1)気中濃度の推定

繰り返しになるが、被覆アーク溶接作業におけるヒュームの発生量は、作業の条件や換気の状況によっても異なるので、作業空間の気中濃度がどの程度になっているかは、実際に測定してみないと厳密には判らない。

しかし、本稿ではこれをネット上の文献のリサーチと簡単なモデルによって推測してみたいと思う。

ア 日本溶接協会の報告(文献リサーチ)

溶接作業におけるヒュームの気中濃度については、ネット上にもいくつかの報告がある。しかし、私が調べたいくつかの文献の数値はかなりばらついている。

その中で、公的なものでかつ権威のあるものとして(一社)日本溶接協会溶接情報センターが、次のように述べていることが挙げられる。

【ヒュームの記中濃度】

溶接ヒュームは、アークの上昇気流に乗ってかなりのスピードで作業場の空気中に拡散します。しかし、肉眼で検出される煙のように立ち込めている領域は(中略)発生点の直上では100mg/m3を超え、少なくとも数10mg/m3の濃度に達しています。

※ (一社)日本溶接協会溶接情報センター「アーク溶接の安全と衛生(第4回)」(2013年)

本稿では、これを一つの参考としたい。

イ ヒューム発生量からの推定

(ア)ヒュームの発生量

また、山根國秀「低ヒューム溶接材料について」(2006年)は、被覆アーク溶接によるヒュームの発生量の例として、256~415mg/minという数値を挙げておられる。

そこでこの発生量を用いて、気中濃度がどのようになるかについて、単純なワンゾーンモデルによって推定してみよう。

(イ)いくつかの仮定

ヒュームの発生量から気中濃度をこのモデルで推定するには、いくつかの仮定をする必要がある。

① 溶接機の使用率

まず、溶接機の使用率(溶接作業のうち、実際にアークを発生させている時間)であるが、これを50%で行うと仮定しよう。これはそれほど現実から離れてはいないだろう。

② ヒュームの拡散する範囲

次に、発生したヒュームが作業者の周囲の空間5m3の範囲に均等に拡散すると仮定する。

この仮定は、やや現実より危険性を低く見積もることになるかもしれない。アーク溶接時に白い煙のように見えるのがヒュームであるが、作業者は溶接作業の性格からヒュームの発生源のすぐちかくにいる。そのため発生したヒュームをそのまま吸引する恐れもあるからである。そのことは念頭に置いた上で、ここではとりあえず5m3と仮にしておこう。

③ 換気量(及びヒュームの沈降量)

次に、②で仮定した空間の換気量が必要になる。衛生試験所指針による「換気回数の目安」は、溶接工場の場合は15[回/h]となっている。しかし、実際にこの指針が守られている工場は少ないともいわれる。そこで、やや乱暴ではあるが、ここでは②の範囲の空間の換気量を1時間当たり10回だと仮定しよう。

(ウ)推定される気中濃度

では、これらの仮定を前提にして、ヒュームの気中の濃度を推定してみよう。

まず、ヒュームの1時間当たりの発生量は、山根氏の挙げておられるヒュームの発生量256~415mg/minから、

[少量側]

256 × 0.5 (使用率) × 60[min/h](換算)=7,680[mg/h]

[多量側]

415 × 0.5 (使用率) × 60[min/h](換算)=12,450[mg/h]

となる。

これが5[m3]に均等に拡散し、かつ換気回数は1時間当たり10回と仮定したので、気中濃度は、

[少量側]

7,680[mg/h]× × =154[mg/m3
5[m3 10[/h]

[多量側]

12,450[mg/h]× × =249[mg/m3
5[m3 10[/h]

となる。

もちろん、これはいくつかの仮定を用いた数値であり、またヒュームは沈降によっても消滅する。従って、あくまでも推定値の域を出ないがそれほど大きな誤差があるわけではないであろう。

ウ 気中濃度の推定

そこで、本稿では、被覆アーク溶接を行っている作業場のヒュームの気中濃度は、先述した日本溶接協会溶接情報センターの述べている値と、上記の推定値を併せて考え、100~200[mg/m3]程度と考えよう。


(2)職業暴露限界値のリサーチ

ア ヒュームの組成について

被覆アーク溶接によるヒュームには、様ざまな金属が含まれている。ヒュームの組成について、小林実他「被覆アーク溶接ヒュームの結晶組成に関する研究」(1983年)が、一定の要件の下での、被覆アーク溶接によるヒュームの組成について検討している。これによると「Mn成分は主としてMnFe2O4を形成しているため、MnO2のようなMn独特の障害は示し難いと推測される。また、Si成分はガラス質を形成して、SiO2結晶として存在していない。よって、ヒュームは遊離けい酸を含まない粉じんである」とされている。

一方、日本溶接協会は、Q and A「被覆アーク溶接の溶接ヒュームはなぜ発生するのですか。また,その主成分は何ですか」において、MnOについて、イルミナイト系溶接棒について11.24[wt%]、低水素系溶接棒について3.82[wt%]などの数値を挙げている。

イ 職業ばく露限界値について

一方、職業ばく露限界値は、個々の物質のヒュームについては、五酸化バナジウム(TLV-TWA=0.05 mg/m3、PEL=0.1 mg/m3)などいくつかの物質について定められている。しかし、しかし、多くの物質について職業ばく露限界値は明確にされてはいない。

これについて、日本溶接協会は「溶接,熱切断及び関連作業における安全衛生 第2部:ヒューム及びガス(解)」(日本溶接協会規格WES 9009-2)においてヒュームの"管理濃度"を3[mg/m3]としている。特殊な母材や、表面に特殊な塗料等が塗布された母材の溶接を行うのでなければ、この数値が参考となるものと考えられる。なお、この"管理濃度"は労働安全衛生法令上の管理濃度とは別なものである。

そこで、本稿ではこの3[mg/m3]を採用しよう。


(3)必要な保護具の検討

ア 溶接作業におけるヒュームへの対策

さて、労働安全衛生法では、屋内でのアーク溶接作業については、全体換気装置による換気の実施又はこれと同等以上の措置を講じることとされている(粉じん則第5条)。なお、ここにいう「同等以上の措置」としては、局所排気装置、プッシュプル型換気装置等がある(昭和54年7月26日付け基発第382号)。なお、被覆アーク溶接ではないが、半自動溶接装置については、ヒューム吸引トーチの設置も含まれる。

ここでは全体換気装置(換気能力10[回/h])と個人用保護具のみによる場合に用いるべき保護具について検討する(※)

※ もちろん、ヒュームに限らず化学物質や粉じんへの対策は、有害性のある化学物質そのものを使用しないようにする本質安全化、局所排気装置などによる工学的対策、労働者に対する安全衛生教育等の管理的対策、個人用保護具の使用の4つがあり、個人用保護具は最も優先順位の低いものではある。

イ 呼吸用保護具の種類

粉じんに用いる防じんマスクには、以下の種類がある。

(ア)一般の防じんマスク

一般の防じんマスクには、表1のような種類がある。

表1:防じんマスクの種類と補修効率
種   類 粒子捕集効率
80%以上 95%以上 99.9%以上
液体粒子用 使い捨て式 DL1 DL2 DL3
取替え式 RL1 RL2 RL3
固体粒子用 使い捨て式 DS1 DS2 DS3
取替え式 RS1 RS2 RS3
(イ)電動ファン付き呼吸用保護具

この他、取替式マスクのろ過材に電動ファンを取り付けた電動ファン付き呼吸用保護具がある。面体等の内部が周囲よりも圧力が高くなるので、外部からの有害物の侵入がほとんどない。

これには、標準型と呼吸補助形があり、呼吸補助形は標準形よりも防護性能は劣るが、一般の防じんマスクより性能が高い。

また、電動ファンが付いていることから、一般の防じんマスクより呼吸が楽である。重筋作業を行なうときや、肺機能の低下している者や高年齢者などには、電動ファン付き呼吸用保護具を使用させることが望ましい。

(ウ)その他

その他、アーク溶接作業では、あまり使用されることはないが、エアライン(ホース)を通して清浄な空気を作業者に給気する送気式、高圧空気容器。高圧作業者の呼気から二酸化炭素を除去するとともに酸素を補給して作業者に給気する循環式などがある。これらのマスクは有害な物質や粉じんをろ過、吸収するのではなく、清浄な空気を吸気する方式なので、吸気式マスクと呼ばれることがある。

ウ 呼吸用保護具の性能(防護係数)

(ア)防護係数とは

呼吸用保護具の目的は、作業者に有害な化学物質を吸入させないことである。従って、作業環境中の濃度をどの程度下げることができるかが重要である。

例えば、職業ばく露限界値が10mg/m3の物質について、作業環境中の濃度が100mg/m3になっているとしよう。そうすると、呼吸用保護具は少なくとも10分の1まで有害物質の濃度を低下させることができなければならない。この比率を"防護係数"といい、この例では防護係数は10以上なければならないことになる。

(イ)呼吸用保護具の指定防護係数

防護係数は使用状況によって大きく異なる。そのため、実際に測定してみなければ明確には分からない。しかし、測定が困難な場合は、表2に示したJIS T 8150の数値を利用することができる。ただし、これらはマスクを正しく用いた場合の数値であることに留意しなければならない。

なお、マスクには必ず"漏れ"が発生するので、表1の補修効率の逆数になるわけではないことに留意しなければならない。

表2:防じんマスクの指定防護係数
マスクの種類 指定防護係数
防じんマスク
(動力なし)
使い捨て式 3~10
取替え式(半面形) 4~50
取替え式(全面形) 4~50
電動ファン付き
呼吸用保護具
反面形 4~50
全面形 4~100
フード式 4~25
フェイスシールド形 4~25

※ JIS T 8150表3より抜粋

エ 被覆アーク溶接に必要な呼吸用保護具

さて、先ほどみたように、被覆アーク溶接作業を行う労働者の周囲のヒュームの気中濃度は200 mg/m3程度まで上昇し得る。一方、日本溶接協会はその管理濃度を3 mg/m3 としている。従って、防じんマスクの防護係数は、70程度は必要ということになる。

しかしながら、表2(JIS T 8150)によれば、使い捨て式防じんマスクでは最大でも10程度、動力なしの防じんマスクでも最大で50程度だということが分かる。

従って、結論としては次のように言うことができる。

【結論】

  • 被覆アーク溶接を行う場合は、極力、局所排気装置又はプッシュプルを持ちいて気中のヒュームの濃度を下げる必要がある。全体換気装置(換気回数10[回/h])のみに頼る場合の呼吸用保護具としては、全面型電動ファン付き呼吸用保護具を用いるべきである。
  • ただし、気中濃度の測定と防護係数の実測値により、吸気中の濃度を3[mg/m3]にまで下げることが確認できるのであれば、その他の電動ファン付き呼吸用保護具又は取替え式防じんマスクを用いることができる。

3 その他の注意事項

(1)特殊な状況における場合

次のような場合には、ろ過式ではなく吸気式のマスクを使用しなければならない。

【給気式マスクを用いる必要がある場合】

  • ⅰ 酸素濃度が18%以下の環境で作業を行なうとき
  • ⅱ 複数の種類の有害物質が存在しており、そのすべてについて効果のある吸収缶が存在していないとき。
  • ⅲ ろ過式のマスクでは性能が不足しているとき

(2)正しい使用方法についての教育等

防じんマスクは適切に着用しないと、防護係数はカタログに示された性能はでない。なお、電動ファン付き呼吸用保護具は、一般の防じんマスクよりは性能が落ちにくいが、その場合であっても、不適切に用いれば性能が出ないことは当然である。

防じんマスクの取扱説明書等に基づいて、防じんマスクの適正な装着方法や使用方法について十分に教育を行うことが重要である。


(3)着用時の点検及びフィットチェックの実施

ア 着用時の点検

着用時には、毎回、次の点検を行うことが重要である。

【使用時の点検】

  • 排気弁の気密性が保たれていること。
  • ろ過材が適切に取り付けられていること。
  • ろ過材に破損や穴がないこと。
  • ろ過材から異臭が出ていないこと。
  • 作業の時間等に合わせ、予備のろ過材等を用意していること。

イ フィットチェック

着用時には、毎回、フィットチェックを行う。フィットチェックはフィットチェッカーの付いているマスクではフィットチェッカーを用い、付いていないマスクではろ過材を手で覆って息ができなくなることを確認すればよい。


(4)管理

ア 適切な管理と手入れ

防じんマスクはろ過材を適切な時期に交換する必要がある。さらに、マスクを使用しないときに不用意に作業場に放置しないこと、各部材に破損等がないかを常にチェックするなど、適切な管理を行う必要がある。

防じんマスクを常に有効かつ清潔に保持するため、使用後は粉じん、湿気の少ない場所で、次の方法により手入れを行うこと。ただし、取扱説明書に特別な手入れ方法が記載されている場合は、その方法に従うこと。

【使用後の手入れ】

  • ⅰ 面体、吸気弁、排気弁、しめひも等については、乾燥した布片又は軽く水で湿らせた布片で、付着した粉じん等や汗等を取り除くこと。また、汚れの著しいときは、ろ過材を取り外した上で面体を中性洗剤等により水洗すること。
  • ⅱ ろ過材については、よく乾燥させ、ろ過材上に付着した粉じん等が飛散しない程度に軽くたたいて粉じん等を払い落とすこと。なお、ろ過材上に付着した粉じん等を圧搾空気等で吹き飛ばしたり、ろ過材を強くたたいたりして粉じん等を再飛散させてはならない。
  •   また、ろ過材には水洗して再生使用できないものがあるので、取扱説明書等に水洗が可能だと記載されている場合を除き水洗いしないこと。
  • ⅲ 取扱説明書に記載されている防じんマスクの性能は、ろ過材が新品の場合のものである。一度使用したろ過材を手入れして再使用する場合は、新品時より粉じん捕集効率が低下していないこと及び吸気抵抗値が上昇していないことを確認すること。

イ 保管

防じんマスクは、積み重ね、折り曲げ等により面体、連結管、しめひも等について、き裂、変形等の異常を生じないように保管すること。なお、保管に当たっては、直射日光の当たらない場所に専用の保管場所を設け、管理状況が容易に確認できるようにすること。

使用済みのろ過材及び使い捨て式防じんマスクは、付着した粉じんが再飛散しないように容器又は袋に詰めた状態で廃棄すること。

ウ 廃棄と部品交換

次のいずれかに該当する場合には防じんマスクの部品を交換し、又は防じんマスクを廃棄すること。

【廃棄基準】

  • ⅰ ろ過材について、破損した場合、穴があいた場合又は著しい変形を生じた場合
  • ⅱ 面体、吸気弁、排気弁等について、破損、き裂、著しい変形を生じた場合又は粘着性が認められた場合
  • ⅲ しめひもについて破損した場合又は弾性が失われ、伸縮不良の状態が認められた場合

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