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消防用防火服の総合的な評価手法に関する研究報告書［PDF 6.0MB］
消防研究所研究資料 68 号 消防用防火服の総合的な評価手法 に関する研究報告書 平成 17 年 7 月 独立行政法人 消防研究所 まえがき 本報告書は平成 14 年 4 月から平成 17 年 3 月までの 3 年間、独立行政法人消防研究所で 実施してきた重点研究「消防用防火服の総合的な性能評価手法に関する研究」の最終年度 の成果をまとめたものである。 近年、多種多様な災害、例えば、苫小牧タンク火災、ＲＤＦ火災、放射性施設の火災、 中越地震災害、テロ災害などの火災、災害が発生している。これら火災や災害時の消火活 動や救助活動で消防隊員の身を守るのが防火服で有り防護装備である。これら防火服や防 護装備は、消防隊員にとってまだまだ不十分である。例えば、ヒートストレス（熱中症）、 動き易さなど。消防隊員にとって最適な防護装備（ここでは特に防火服）を作成するため には、防火服の各種性能を的確に評価する方法が必要になる。 このような現状に鑑み、消防研究所では３年ほど前から「消防用防護服の総合的な評価 手法に関する研究」を立ち上げ、耐熱性能のみでなく、快適性能、機能性能を含めた評価 手法を確立し、日本の実情に合った消防用防火服の性能基準値の提案を最終目的とした研 究を進めてきた。 本研究は大学の先生、消防庁及び消防機関、全国消防服装協会、消防服メーカ、素材メ ーカ、(財団法人)日本防炎協会の参画を得て「消防用防護服性能評価手法研究会」を立ち 上げ、この研究会内で審議、討論することにより研究を押し進めてきた。また、本研究は 九州大学大学院芸術工学院人間工学教室栃原裕研究室への委託研究、文化女子大学文化服 装学研究所所長田村照子研究室への委託研究、東京消防庁消防科学研究所、財団法人日本 防炎協会との共同研究により実施した。主な研究の担当は次の通りである。 九州大学大学院芸術工学院人間工学教室栃原裕研究室 ＊ 環境試験室を用いた消防隊員による防火服の快適性能、機能性能に関する研究 文化女子大学文化服装学研究所所長田村照子研究室 ＊ 発汗マネキンを用いた防火服の快適性能、機能性能に関する研究 東京消防庁消防科学研究所 ＊ 消防隊員のフィールド試験による防火服の快適性能、機能性能 独立行政法人消防研究所 ＊ 消防用防火服生地の一般特性、耐熱性能、快適性能、機能性能に関する研究 本報告書の執筆担当は、次の通りである。 九州大学大学院芸術工学院人間工学教室栃原裕研究室 ： 8、10、11 章 文化女子大学文化服装学研究所所長田村照子研究室 ： 7、10、11 章 東京消防庁消防科学研究所 ： 9、11 章 箭内 ： １∼3、5、10、11 章 篠原 ： 4、11 章 畑野 ： 6、11 章 独立行政法人消防研究所 平成 17 年 7 月 目 １ 次 序章 ..............................................................................................................................................1 1.1 初年度（平成１4 年度）の研究成果の概要....................................................................1 1.1.1 文献調査 ..........................................................................................................................1 1.1.2 消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ...................................................................1 1.1.3 サーマルマネキンを用いた防火服の耐熱性能の評価 ...............................................2 1.2 二年度（平成１５年度）の成果のまとめ.......................................................................4 1.2.1 文献調査 ..........................................................................................................................4 1.2.2 試験防火服の選定...........................................................................................................4 1.2.3 消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ...................................................................5 1.2.4 消防用防火服生地の快適性能 .......................................................................................7 1.2.5 サーマルマネキンによる耐炎性能の評価 ...................................................................7 1.2.6 発汗サーマルマネキンによる快適性能、機能性能の評価 .......................................7 1.2.7 防火服着用時の生理的・心理的負担 ...........................................................................8 1.2.8 消防隊員による防火衣のフィールド試験 ...................................................................9 1.3 本年度の研究概要.............................................................................................................10 1.3.1 本年度の研究の進め方.................................................................................................10 1.3.2 消防用防護服性能評価手法研究会の構成 .................................................................10 1.3.3 本年度の研究内容.........................................................................................................10 ２ 試験防火服生地の選定 ............................................................................................................12 2.1 本年度の試験防火服について ............................................................................................12 2.2 K社からの防火服の提案 .....................................................................................................12 2.3 試験防火服の決定 ................................................................................................................14 2.4 各章における試験防火服名 ................................................................................................15 ３ 消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ............................................................................16 3.1 試験防火服の生地と構成.................................................................................................16 3.2 一般性能 ............................................................................................................................17 3.2.1 引張強さ ........................................................................................................................17 3.2.2 低い放射熱に暴露された場合の生地の残留強度 .....................................................17 3.2.3 引裂強さ ........................................................................................................................17 3.2.4 表面湿潤性.....................................................................................................................18 3.2.5 洗濯収縮耐性.................................................................................................................18 3.2.6 液体化学薬品浸透耐性.................................................................................................19 3.3 耐熱性能 ................................................................................................................................20 3.3.1 耐炎性（ISO 15025） ...................................................................................................20 3.3.2 火炎暴露による防護性能 .............................................................................................20 3.3.3 放射熱暴露による防護性能 .........................................................................................21 3.3.4 対流熱暴露による防護性能 .........................................................................................22 3.3.5 火炎と放射熱の両方の暴露による防護性能（TPP試験） ......................................22 3.4 まとめ ....................................................................................................................................24 消防用防火服の透湿防水層が伝熱に及ぼす影響.................................................................27 4 4.1 概要 .........................................................................................................................................27 4.2 記号 .........................................................................................................................................27 4.3 はじめに .................................................................................................................................28 4.4 実験装置と方法......................................................................................................................28 4.5 布の物性値の推定..................................................................................................................30 4.6 結果 .........................................................................................................................................32 4.6.1 布間に空気層がない場合 ...............................................................................................32 4.6.2 布間に密閉された空気層がある場合 ...........................................................................32 4.6.3 布間に密閉されない空気層がある場合 .......................................................................33 4.7 数値解析 .................................................................................................................................34 4.7.1 モデル ..............................................................................................................................34 4.7.2 数値計算の結果...............................................................................................................37 4.8 まとめ .....................................................................................................................................38 4.9 参考文献..................................................................................................................................39 ５ サーマルマネキンによる耐炎性能の評価 ............................................................................40 5.1 はじめに ............................................................................................................................40 5.2 サーマルマネキンの概要.................................................................................................40 5.3 試験防火服 ........................................................................................................................41 5.4 試験条件 ............................................................................................................................42 5.5 サーマルマネキン試験の再現性.....................................................................................43 5.5.1 各実験での裸マネキンの変動 .....................................................................................43 5.5.2 着衣マネキンの火傷の比較 .........................................................................................44 5.6 暴露前後のサイズ、収縮率、写真観察.............................................................................45 5.7 耐炎性能 ................................................................................................................................48 5.8 まとめ ....................................................................................................................................54 ６ 発汗ホットプレート装置を用いた消防服生地の快適性能試験.........................................55 6.1 装置と試料 ............................................................................................................................55 6.2 測定項目の単位、計算式、語彙、測定条件、装置の校正、精度.................................56 6.3 測定結果と考察 ....................................................................................................................61 6.3.1 2004 年度選定消防服生地の快適性能 ........................................................................61 6.3.2 主要都市、2003･2004 年度選定消防服生地のトータル熱損失による快適性能評 価 ................................................................................................................................................78 6.4 総まとめ ................................................................................................................................97 ７ 発汗サーマルマネキンによる消防用防護服の快適性評価について.................................98 7.1 はじめに ................................................................................................................................98 7.2 第１実験 ................................................................................................................................98 7.3 第 2 実験 ..............................................................................................................................104 ８ 消防用防火服の環境室内での快適性、機能性の評価.......................................................117 8.1 はじめに ..............................................................................................................................117 8.2 実験方法 ..............................................................................................................................118 8.2.1 被験者 .......................................................................................................................... 118 8.2.2 運動負荷テスト........................................................................................................... 119 8.2.3 着衣条件 ......................................................................................................................120 8.2.4 実験手順 ......................................................................................................................121 8.2.5 測定項目及び測定方法...............................................................................................122 8.2.6 統計処理 ......................................................................................................................123 8.3 研究結果 ..............................................................................................................................124 8.3.1 体温 ..............................................................................................................................124 8.3.2 心拍数 ..........................................................................................................................130 8.3.3 体重減少量...................................................................................................................132 8.3.4 衣服付着汗量...............................................................................................................133 8.3.5 主観申告 ......................................................................................................................134 8.4 まとめ ..................................................................................................................................152 8.5 参考引用文献 ......................................................................................................................154 ９ 消防活動モデルを用いた防火衣のフィールド試験 ..........................................................155 9.1 概要 ......................................................................................................................................155 9.2 はじめに ..............................................................................................................................155 9.3 実験方法 ..............................................................................................................................155 9.3.1 実施期間等...................................................................................................................155 9.3.2 実施概要 ......................................................................................................................155 9.3.3 消防活動モデル...........................................................................................................157 9.3.4 測定項目、測定方法...................................................................................................159 9.4 実験結果 ..............................................................................................................................162 9.4.1 実験時の外気温・湿度...............................................................................................162 9.4.2 防火衣内温・湿度（図 9.4.2-1、9.4.2-2） ...............................................................162 9.4.3 発汗量（図 9.4.3）......................................................................................................163 9.4.4 心拍数（図 9.4.4）......................................................................................................164 9.4.5 体表面温度（図 9.4.5） ..............................................................................................164 9.4.6 主観申告評価（図 9.4.6-1） ......................................................................................165 9.4.7 アンケート調査...........................................................................................................167 9.5 まとめ ..................................................................................................................................169 10 消防隊員用防火服の耐熱性や快適性、機能性の評価手法及び基準値の提案...............170 10.1 耐熱性の評価手法及び基準値の提案 ............................................................................170 10.1.1 ISO 6942:2002 の基準値の提案 ...............................................................................170 10.1.2 ISO 9151 の基準値の提案 ........................................................................................173 10.1.3 ISO 17492(TPP試験)の基準値の提案 ......................................................................175 10.1.4 サーマルマネキン試験の評価手法と基準値の提案 .............................................177 10.2 快適性、機能性の評価手法及び基準値の提案.............................................................180 10.2.1 生地試験による基準値の提案 .................................................................................181 10.2.2 発汗マネキンによる評価手法と基準値の提案 .....................................................183 10.2.3 環境室内での被験者による消防隊員用防火服の快適性、機能性の評価手法及び 基準値の提案 ..........................................................................................................................185 10.2.4 防火服重量とアンケート調査の機能性評価の総和の指標間の関係 .................186 10.3 日本の消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機能性能の評価手法及び基準値 の提案 ..........................................................................................................................................187 今年度の報告書のまとめ.......................................................................................................188 11 11.1 試験防火服生地の選定.....................................................................................................188 11.2 消防隊員用防火服生地の一般性能、耐熱性能.............................................................188 11.3 消防用防火服の透湿防水層が伝熱に及ぼす影響.......................................................190 11.4 サーマルマネキンによる耐炎性能の評価.....................................................................190 11.5 発汗ホットプレート装置を用いた消防服生地の快適性能試験.................................191 11.6 発汗サーマルマネキンによる消防用防護服の快適性評価について .........................191 11.7 消防用防火服の環境室内での快適性、機能性の評価.................................................191 11.8 消防活動モデルを用いた防火衣のフィールド試験.....................................................193 11.9 消防隊員用防火服の耐熱性や快適性、機能性の評価手法及び基準値の提案 .........193 12 おわりに ..................................................................................................................................195 図表一覧 表 1.2.2 決定した試験防火服の仕様......................................................................................4 表 1.2.3 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ..................5 表 1.3.2 消防用防護服性能評価手法研究会の委員構成....................................................11 図 2.2.1 K社より提案された防火服のイメージ図 .............................................................13 図 2.2.2 防火服の重量とトータル熱損失による 2 次元マトリックス化 ........................14 表 2.4 試験防火服名の対応表...............................................................................................15 表 3.1-1 試験した防火服の組成と構成 ...............................................................................16 表 3.1-2 試験防火服生地の重量（ｇ／ｍ3） ......................................................................16 表 3.2.1 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の引張強さ（単位 ：N） .........17 表 3.2.2 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の残留引張強さ（単位：N） .....17 表 3.2.3 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の引裂強さ（単位：N） .............18 表 3.2.4 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の表面湿潤性 ................................18 表 3.2.5 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の洗濯収縮性 (単位：％) .........18 表 3.2.6 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の液体化学薬品浸透耐性 ............19 表 3.3.1 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の耐炎性能 ....................................20 表 3.2.2 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の火炎暴露に対する防護性能 ....21 表 3.3.3 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の放射熱暴露による防護性能 ....21 表 3.3.4 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ................22 表 3.3.5 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の火炎と放射の両方の暴露によ る防護性能 ........................................................................................................................23 表 3.4 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ...................24 図 4.4-1 本実験で利用したISO6942 試験装置 ....................................................................29 図 4.4-2 布の配置図. a) 各布の間に空気層がない場合; b) 各布の間に密閉された空気 層がある場合; c) 各布の間に密閉されない空気層がある場合..................................29 表 4.4 布の特性.......................................................................................................................30 図 4.5-1 布の吸収係数と反射率を求める方法の概念図....................................................31 表 4.5 布の推定した物性値...................................................................................................31 図 4.5-2 布の吸収係数，反射率を求めるために，1 枚または 2 枚の布にE0 = 3.6 kW/m2 の放射を与えたときの透過量E1，E2． .........................................................................31 図 4.6.1 各布の間に空気層がない場合の 2 層または 3 層の各布の裏面温度の時間変化 ............................................................................................................................................32 図 4.6.2 各布の間に密閉された空気層がある場合の 2 層または 3 層の各布の裏面温度 の時間変化 ........................................................................................................................33 図 4.6.3 各布の間に密閉されない空気層がある場合の 2 層または 3 層の各布の裏面温 度の時間変化.....................................................................................................................34 図 4.7.1-1 布 1 と布 2 の間の放射量の交換 ........................................................................35 図 4.7.1-2 3 層の布間の放射伝熱． .....................................................................................36 図 4.7.2-1 3 層で空気層がない場合の各布裏面温度の計算値と測定値の比較．..........38 図 4.7.2-2 3 層で空気層がある場合の各布裏面温度の計算値と測定値の比較．..........38 図 5.2 サーマルマネキンのデータ解析装置及び本体.......................................................40 表 5.3-1 試験防火服の素材等の仕様 ...................................................................................41 表 5.3-2 試験防火服の素材等の仕様 ...................................................................................41 図 5.3 試験防火服...................................................................................................................42 表 5.4 サーマルマネキン試験の試験条件...........................................................................42 図 5.5.1-1 裸マネキンでの各センサーの変動 ....................................................................43 図 5.5.1-2 各実験での部位ごとの変動 ................................................................................44 図 5.5.2 今回の結果と以前の結果との相関........................................................................44 図 5.6-1 暴露前の各防火服のサイズ ...................................................................................45 図 5.6-2 暴露後の各防火服の絶対収縮率収縮率の比較....................................................46 表 5.7-1 サーマルマネキン試験結果一覧（火傷割合は頭部を除く結果）....................48 図 5.7-1 各防火服と火傷割合の関係（５秒暴露、下着、執務服ズボン：有）............49 図 5.7-2 暴露時間による耐炎性能の違い ...........................................................................50 図 5.7-3 下着の効果 ...............................................................................................................51 図 5.7-4 各防火服の体の部位ごとの第２度+第３度火傷割合 .........................................52 表 5.7-2 火傷割合（頭部を除く）と生存率、死亡率や重症度の関係............................53 表 6.2-1 測定項目、単位、計算式 .......................................................................................56 表 6.2-2 語彙 ...........................................................................................................................57 表 6.2-3 測定条件 ...................................................................................................................57 図 6.2-1 Ｐart Ｃ 校正結果 .................................................................................................58 表 6.2-4 校正要件 ...................................................................................................................58 表 6.2-5 校正結果 ...................................................................................................................59 表 6.2-6 装置の繰返し精度 ...................................................................................................59 図 6.2-2 熱抵抗(Part A)の経時的安定性...............................................................................60 図 6.2-3 蒸発抵抗(Part B)の経時的安定性...........................................................................60 図 6.2-4 蒸発抵抗(Part C)の経時的安定性...........................................................................61 表 6.3.1-1 消防服の構成と素材 ............................................................................................61 表 6.3.1-2 消防服の重量と目付 ............................................................................................62 図 6.3.1-1 消防服重量、目付の重量比 ................................................................................62 表 6.3.1-3 消防服のサイズ（単位：ｃｍ） ........................................................................63 図 6.3.1-2 消防服のﾄｰﾀﾙサイズ（上･下半身）...................................................................63 表 6.3.1-4 生地の快適性測定結果 ........................................................................................64 表 6.3.1-5 消防服積層、表地、中地、裏地の熱抵抗（単位：ｍ２･Ｋ/Ｗ） ...................65 図 6.3.1-3 消防服積層、表地、中地、裏地の熱抵抗.........................................................65 表 6.3.1-6 物質の比重 ............................................................................................................66 表 6.3.1-7 生地積層、生地の目付、厚み、熱抵抗、蒸発抵抗.........................................66 図 6.3.1-4 熱抵抗と要因の相関性 ........................................................................................67 表 6.3.1-8 物質の熱伝導率 ....................................................................................................67 2 図 6.3.1-5 消防服積層の相関性 ............................................................................................68 図 6.3.1-6 表地の相関性 ........................................................................................................69 図 6.3.1-7 T都市を除いた表地の相関性 ..............................................................................69 図 6.3.1-8 中地の相関性 ........................................................................................................70 図 6.3.1-9 裏地の相関 ............................................................................................................70 表 6.3.1-9 消防服積層、表地、中地、裏地の蒸発抵抗（単位：×10-3ｍ2･ｋPa/Ｗ） ....71 図 6.3.1-10 消防服積層、表地、中地、裏地の蒸発抵抗...................................................71 図 6.3.1-11 全試料と蒸発抵抗の相関性...............................................................................72 図 6.3.1-12 消防服積層と蒸発抵抗の相関性 ......................................................................73 図 6.3.1-13 表地と蒸発抵抗の相関性 ..................................................................................73 図 6.3.1-14 T都市を除いた繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚みと蒸発抵抗の相関 ..........................................73 図 6.3.1-15 中地と蒸発抵抗の相関性 ..................................................................................74 図 6.3.1-16 裏地と蒸発抵抗の相関性 ..................................................................................74 表 6.3.1-10 消防服積層、表地、中地、裏地の熱損失（単位：Ｗ/ｍ2） ........................75 図 6.3.1.17 消防服積層のトータル熱損失...........................................................................75 表 6.3.1-11 消防服積層の絶縁値 ..........................................................................................76 図 6.3.1-18 消防服積層の絶縁値 ..........................................................................................76 表 6.3.1-12 消防服積層の透過指数 ......................................................................................77 図 6.3.1-19 消防服積層と透過指数 ......................................................................................77 表 6.3.2-1 消防服上着の素材構成 ........................................................................................79 表 6.3.2-2 消防服積層、表地、中地、裏地の熱損失.........................................................80 図 6.3.2-1 消防服、執務服、下着のトータル熱損失.........................................................80 図 6.3.2-2 消防服のトータル熱損失 ....................................................................................81 表 6.3.2-3 アメリカの代表的消防服のトータル熱損失.....................................................81 図 6.3.2-3 消防服の熱損失と蒸発熱損失 ............................................................................82 図 6.3.2-4 構成素材の熱損失 ................................................................................................82 図 6.3.2-5 構成素材の蒸発熱損失 ........................................................................................82 表 6.3.2-4 熱損失、蒸発熱損失、トータル熱損失の加成性（単位：Ｗ/ｍ２） .............84 図 6.3.2-6 熱損失の加成性 ....................................................................................................84 表 6.3.2-5 消防服の重量と上着目付 ....................................................................................85 図 6.3.2-7 消防服の目付 ........................................................................................................86 図 6.3.2-8 構成素材の目付 ....................................................................................................86 表 6.3.2-6 消防服上着の布厚み ............................................................................................87 図 6.3.2-9 消防服上着の布厚み ............................................................................................87 図 6.3.2-10 消防服上着構成の布厚み ..................................................................................88 表 6.3.2-7 繊維等の比重 ........................................................................................................89 表 6.3.2-8 消防服上着の繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み ..........................................................................89 図 6.3.2-11 消防服上着の繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み.........................................................................90 図 6.3.2-12 消防服上着構成の繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み ................................................................90 表 6.3.2-9 消防服上着の空気層厚み ....................................................................................91 3 図 6.3.2-13 消防服上着の空気層厚み ..................................................................................91 図 6.3.2-14 消防服上着構成の空気層厚み ..........................................................................92 図 6.3.2-15 消防服積層(上着)と因子 ..................................................................................93 図 6.3.2-16 構成素材と因子 ..................................................................................................94 図 6.3.2-17 熱損失(Qｄ)と因子の相関性 ..............................................................................95 表 6.3.2-10 熱損失(Qｄ)と因子の相関係数 ..........................................................................95 図 6.3.2-18 蒸発熱損失(Qｄ)と因子の相関性 ......................................................................96 表 6.3.2-12 蒸発熱損失(Qｗ)と因子の相関係数 ..................................................................96 図 7.2-1 消防用防護服（第 1 実験用） ...............................................................................98 表 7.2-1 消防用防護服（第 1 実験用）の構成 ...................................................................99 図 7.2-2 サーマルマネキンファミリィ（文化女子大学）................................................99 図 7.2-3 サーマルマネキン TAM の分割と体表面積 ...................................................99 図 7.2-4 発汗サーマルマネキンのシステム図 .................................................................100 図 7.2-5 消防用防護服の顕熱抵抗 .....................................................................................101 図 7.2-6 消防用防護服の部位別顕熱抵抗 .........................................................................101 図 7.2-7 消防用防護服の潜熱抵抗 .....................................................................................102 図 7.2-8 消防用防護服の顕熱抵抗と蒸発熱抵抗の関係..................................................102 図 7.2-9 インターラボテスト用実験衣服 .........................................................................103 図 7.2-10 顕熱抵抗と蒸発熱抵抗の関係 ...........................................................................103 図 7.2-11 実験衣服の快適適応域 .......................................................................................103 図 7.3-1 消防用防護服（第 2 実験用） .............................................................................104 図 7.3-2 サーマルマネキン”JUN”の分割及び体表面積...................................................104 図 7.3-3 サーマルマネキン JUN のシステム図及び各部の写真 ..............................105 図 7.3-4 熱抵抗測定中のパソコン画面 .............................................................................105 図 7.3-5 28℃中立温域での人体皮膚温分布のサーモグラム..........................................106 図 7.3-6 定温度制御（上：供給熱量、中：マネキン表面温度、下：模擬皮膚表面温度） ..........................................................................................................................................107 図 7.3-7 定入力制御（上：供給熱量、中：マネキン表面温度、下：模擬皮膚表面温度） ..........................................................................................................................................108 表 7.3 部位別皮膚温、供給熱量、及び熱抵抗値（環境温 28℃） ................................109 図 7.3-8 部位別供給熱量、及び熱抵抗値（環境温 28℃）.............................................109 図 7.3-9 定入力制御による環境温の変化（28℃→20℃）によるコア温、マネキン表面 温の変化 ..........................................................................................................................110 図 7.3-10 消防用防護服の顕熱抵抗 ................................................................................... 111 図 7.3-11 消防用防護服の部位別顕熱抵抗........................................................................ 111 図 7.3-12 消防用防護服の蒸発熱抵抗 ............................................................................... 111 図 7.3-13 消防用防護服の顕熱抵抗と潜熱抵抗の関係....................................................112 図 7.3-14 スキンモデル .......................................................................................................112 図 7.3-15 消防防護服のスキンモデルによる経時変化（接触）....................................114 図 7.3-16 消防防護服のスキンモデルによる経時変化（空気層）................................115 4 表 8.2.1 被験者の身体特性..................................................................................................118 表 8.2.3 防火服及び執務服の仕様、外観及び重量..........................................................120 図 8.2.4 実験手順..................................................................................................................121 表 8.2.5 主観申告..................................................................................................................123 図 8.3.1-1 直腸温の経時的変化 ..........................................................................................124 表 8.3.1-1 直腸温の分散分析の結果（6 着衣条件）........................................................125 表 8.3.1-2 直腸温の分散分析の結果（5 着衣条件）........................................................125 表 8.3.1-3 直腸温の下位検定の結果（6 着衣条件）........................................................125 表 8.3.1-4 直腸温の下位検定の結果（5 着衣条件）........................................................125 図 8.3.1-2 平均皮膚温の経時的変化 ..................................................................................126 表 8.3.1-5 平均皮膚温の分散分析の結果（6 着衣条件）................................................127 表 8.3.1-6 平均皮膚温の分散分析の結果（5 着衣条件）................................................127 表 8.3.1-7 平均皮膚温の下位検定の結果（6 着衣条件）................................................127 表 8.3.1-8 平均皮膚温の下位検定の結果（5 着衣条件）................................................127 図 8.3.1-3 直腸温と平均皮膚温の差の経時的変化...........................................................128 表 8.3.1-9 直腸温と平均皮膚温の差の分散分析の結果（6 着衣条件）........................129 表 8.3.1-10 直腸温と平均皮膚温の差の分散分析の結果（5 着衣条件）......................129 表 8.3.1-11 直腸温と平均皮膚温の差の下位検定の結果（6 着衣条件）......................129 表 8.3.1-12 直腸温と平均皮膚温の差の下位検定の結果（5 着衣条件）......................129 図 8.3.2 心拍数の経時的変化..............................................................................................130 表 8.3.2-1 心拍数の分散分析の結果（6 着衣条件）........................................................131 表 8.3.2-2 心拍数の分散分析の結果（5 着衣条件）........................................................131 表 8.3.2-3 心拍数の下位検定の結果（6 着衣条件）........................................................131 表 8.3.2-4 心拍数の下位検定の結果（5 着衣条件）........................................................131 図 8.3.3 体重減少量..............................................................................................................132 図 8.3.4 衣服付着汗量..........................................................................................................133 図 8.3.5-1 温冷感（全身） ..................................................................................................134 図 8.3.5-2 温冷感（頭部） ..................................................................................................135 図 8.3.5-3 温冷感（胸部） ..................................................................................................135 図 8.3.5-4 温冷感（背中部） ..............................................................................................136 図 8.3.5-5 温冷感（大腿部） ..............................................................................................136 表 8.3.5-1 温冷感の分散分析の結果（6 着衣条件）........................................................137 表 8.3.5-2 温冷感の分散分析の結果（5 着衣条件）........................................................137 表 8.3.5-3 温冷感（全身）の下位検定の結果（6 着衣条件）........................................137 表 8.3.5-4 温冷感（頭部）の下位検定の結果（6 着衣条件）........................................138 表 8.3.5-5 温冷感（胸部）の下位検定の結果（6 着衣条件）........................................138 表 8.3.5-6 温冷感（背中部）の下位検定の結果（6 着衣条件）....................................139 表 8.3.5-7 温冷感（大腿部）の下位検定の結果（6 着衣条件）....................................139 表 8.3.5-8 温冷感（全身）の下位検定の結果（5 着衣条件）........................................140 表 8.3.5-9 温冷感（頭部）の下位検定の結果（5 着衣条件）........................................140 5 表 8.3.5-10 温冷感（胸部）の下位検定の結果（5 着衣条件）......................................140 表 8.3.5-11 温冷感（背中）の下位検定の結果（5 着衣条件）......................................141 表 8.3.5-12 温冷感（大腿部）の下位検定の結果（5 着衣条件）..................................141 図 8.3.5-6 温熱的不快感（全身） ......................................................................................142 図 8.3.5-7 温熱的不快感（頭部） ......................................................................................143 表 8.3.5-13 温熱的不快感の分散分析の結果（6 着衣条件）..........................................143 表 8.3.5-14 温熱的不快感の分散分析の結果（5 着衣条件）..........................................143 表 8.3.5-15 温熱的不快感（全身）の下位検定の結果（6 着衣条件）..........................144 表 8.3.5-16 温熱的不快感（頭部）の下位検定の結果（6 着衣条件）..........................144 表 8.3.5-17 温熱的不快感（全身）の下位検定の結果（5 着衣条件）..........................145 表 8.3.5-18 温熱的不快感（頭部）の下位検定の結果（5 着衣条件）..........................145 図 8.3.5-8 自覚運動強度（全身） ......................................................................................146 図 8.3.5-9 自覚運動強度（足） ..........................................................................................147 表 8.3.5-19 自覚運動強度の分散分析の結果（6 着衣条件）..........................................147 表 8.3.5-20 自覚運動強度の分散分析の結果（5 着衣条件）..........................................147 表 8.3.5-21 自覚運動強度（全身）の下位検定の結果（6 着衣条件）..........................148 表 8.3.5-22 自覚運動強度（足部）の下位検定の結果（6 着衣条件）..........................148 表 8.3.5-23 自覚運動強度（全身）の下位検定の結果（5 着衣条件）..........................149 表 8.3.5-24 自覚運動強度（足部）の下位検定の結果（5 着衣条件）..........................149 図 8.3.5-10 湿度感 ................................................................................................................150 表 8.3.5-25 湿度感の分散分析結果（6 着衣条件）..........................................................151 表 8.3.5-26 湿度感の分散分析結果（5 着衣条件）..........................................................151 表 8.3.5-27 湿度感下位検定の結果（6 着衣条件）..........................................................151 表 8.3.5-28 湿度感下位検定の結果（5 着衣条件）..........................................................151 表 9.3.2-1 試料一覧 ..............................................................................................................156 図 9.3.2 試料Ａ∼Ｅ..............................................................................................................156 表 9.3.2-2 組合せ表 ..............................................................................................................157 表 9.3.3 消防活動モデル（耐火造）..................................................................................157 図 9.3.3 消防活動モデルを行う消防隊員..........................................................................158 表 9.3.4-1 主観申告表 ..........................................................................................................160 表 9.3.4-2 アンケート調査票 ..............................................................................................161 表 9.4.1 実験時の外気温・湿度..........................................................................................162 図 9.4.2-1 防火衣内温度 ......................................................................................................162 図 9.4.2-2 防火衣内湿度 ......................................................................................................163 図 9.4.3 発汗量 .....................................................................................................................163 図 9.4.4 心拍数 .....................................................................................................................164 図 9.4.5 体表面温度..............................................................................................................164 図 9.4.6-1 運動強度と血中乳酸値 ......................................................................................165 図 9.4.6-2 主観的評価 ..........................................................................................................166 図 9.4.7 アンケート調査結果..............................................................................................168 6 表 9.4.7 着用した防火衣に対する意見..............................................................................169 表 10.1 ISO 6942、ISO 9151、ISO 17492(TPP)、サーマルマネキン試験の結果一覧 .170 図 10.1.1-1 (t24-t12)と 1/透過率との関係.............................................................................171 図 10.1.1-2 t24 と 1/透過率との関係 ..................................................................................171 表 10.1.1 計算式により求めたt24、(t24-t12)、TFの基準値................................................172 図 10.1.2-1 t24(ISO 6942)とHTI24(ISO 9151)の関係 ...........................................................173 図 10.1.2-2 ISO 9151 の測定結果のHTI24と（HTI24-HTI12） ............................................174 図 10.1.3-1 ISO 6942:2002 の測定結果のｔ24とISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間 の関係 ..............................................................................................................................175 図 10.1.3-2 ISO 9151 の測定結果のHTI24とISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間の 関係 ..................................................................................................................................176 図 10.1.4-1 ISO 6942 のt24とサーマルマネキン試験の第 2 度+第 3 度火傷割合の関係177 図 10.1.4-2 ISO 9151 のHTI24とサーマルマネキン試験の第 2 度+第 3 度火傷割合の関 係 ......................................................................................................................................177 図 10.1.4-3 ISO 17492 の熱伝達火傷時間とサーマルマネキン試験の第 2 度+第 3 度火 傷割合の関係...................................................................................................................178 表 10.2 熱損失、発汗マネキンによる結果、防火服の快適性実験結果、防火服のアン ケーと調査の機能性評価の総和などの一覧...............................................................180 図 10.2.1 蒸気圧差による熱損失とトータル熱損失の関係 ............................................181 表 10.2.1 ISO/CD 11613.2 の性能基準..............................................................................182 図 10.2.2-1 発汗マネキンにより測定した顕熱抵抗と潜熱抵抗の関係.........................183 図 10.2.2-2 発汗マネキンにより測定した潜熱抵抗とトータル熱損失の関係.............183 図 10.2.2-3 顕熱抵抗の逆数と潜熱抵抗の逆数との和とトータル熱損失との関係.....184 図 10.2.4 防火服の重量と機能性評価の総和との関係....................................................186 表 10.3 消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機能性能の評価試験及び基準値187 表 11.2 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ...............188 表 11.9 消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機能性能の評価試験及び基準値194 7 １ 序章 1.1 初年度（平成１4 年度）の研究成果の概要1） 平成１４年度の成果の概要は次の通りである。 1.1.1 文献調査 Torvi らの総説をもとにしながら、過去の消防用防火服に関連した研究について調査し、 消防用防火服の研究の現状を大凡把握した。また、防火服が熱を受けた際の防火服内部の 熱的性状に関する数値計算モデルのレビューを行い、それらの現状を把握した。 さらに、消防用防火服の快適性、機能性に関して ISO/ASTM 関連規格や JICST の文献調 査を行い、本年度の研究の参考とした。 1.1.2 消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 日本の代表的な都市で採用している防火服生地 6 種類および消防団用防火服生地 2 種類 の一般性能、耐熱性能などを ISO 11613:1999 のアプローチ A（欧州仕様）に示されている 性能試験法により調べた結果の要約は次の通りである。 （１）一般性能 １）引張強さ及び低い放射熱に暴露された場合の生地の残留強度 特殊な生地（ニット生地）は、通常防火服に使用されている生地に適用される ISO 5081:1977（ストリップ法）では試料幅を一定値に保つことができないため測定できな かった。そのため、他の方法で測定する必要がある。しかし、その他の防火服生地に ついてはいずれも要求性能値 450 N を十分満足していた。 ２）引裂強さ ISO 4674:1977 の方法 A2 特殊な生地（ニット生地）は、通常防火服に使用されている生地に適用される ISO 4674:1977 の方法 A2 では試料幅を一定値に保つことができないため測定できなかった。 そのため、他の方法で測定する必要がある。しかし、その他の防火服生地については いずれも要求性能値 25N を十分満足していた。 ３）表面湿潤性 外側素材生地の噴霧率は ISO 4920:1981「繊維製品―織物の表面湿潤耐性（噴霧試験） の測定」にしたがって試験した際の要求性能値 4 以上を十分満足していた。 ４）洗濯収縮耐性 外側素材全体生地の洗濯寸法変化は、ISO 5077:1984「繊維製品―洗濯および乾燥に よる寸法変化の測定」にしたがって試験した際に縦方向、横方向ともに要求性能値３％ 以下を要求しているが、要求を満たさないものもあり、洗濯収縮性に関しては日本独 自の性能基準値（6％程度）を設けるか、ISO の基準値（３％）を設定するかは検討す る必要がある。 ５）液体化学薬品浸透耐性 20℃で 40％の水酸化ナトリウム（NaOH）、20℃で 36％の塩酸（HCL）、20℃で 30％ の硫酸（H2SO4）、White Spirit （不明なためここではベンジンを使用）を用いて、ISO 6530:1990「防火服―液体化学薬品に対する保護―液体浸透に対する素材の耐性の測 1） 箭内英治、他３名：「消防用防火服の耐熱性能の評価に関する研究報告書」、消防研究所 研究資料 62 号、独立行政法人消防研究所、平成 16 年 1 月 1 定」にしたがって試験した際の流出は要求性能値 80％以上であり十分満足していた。 （２）耐熱性能 １）耐炎性 ISO 15025 にしたがって試験した際の耐炎性はある消防団用の防火服生地以外は、 耐炎性の要求性能基準の火炎伝ぱ性（最上部、左右の端部まで火炎が達しないこと）、 炎滴着火性（火炎を伴った滴下物や、溶融滴下物がないこと）、穴空きの有無（火炎が 接炎した際に試料に穴が空いてはならないこと）、残炎時間（平均値が 2s 以下）、残じ ん時間（平均値が 2s 以下）を十分満足した。 ２）火炎暴露による防護性能 ISO 9151 にしたがって試験した際の火炎暴露による防護性能は、消防団用の防火服 生地以外は、要求性能基準値のHTI2４≧13、HTI24−HTI12≧4 を十分満足した。 ３）放射熱暴露による防護性能 ISO 6942 にしたがって試験した際の放射熱暴露による防護性能は、消防団用の防火 服生地以外は、要求性能基準値のｔ24≧18、ｔ24−ｔ12≧5、熱透過率（％）≦48 を十 分満足した。 ４）対流熱暴露による防護性能 ISO 11613：1999 の付属書 A にしたがって 180℃の試験温度で試験した際の対流熱 暴露による防護性能は、要求性能基準の試料が溶融、滴下、分離または発火しないこ と、また 5％を超えて収縮しないことを十分満足した。 1.1.3 サーマルマネキンを用いた防火服の耐熱性能の評価 （１）ラウンドロビン試験 世界でサーマルマネキンを所有する 10 研究所で、３種の単一層防火服、暴露時間 3 ∼5 秒、下着の有無などの同一条件でラウンドロビン試験を行った結果、消防研究所所 有のサーマルマネキン試験について次のようにまとめることができる。 １）消防研究所でのサーマルマネキンへの火災暴露環境は部位によっては、最小熱流束、 最大熱流束はそれぞれ約 30ｋW/m2、約 150ｋW/m2とかなりかけ離れているが、マ ネキン体表面 122 個のセンサー全体の平均熱流束では 81ｋW/m2∼84ｋW/m2である。 ２）日本で所有する 2 体のマネキン同士の関係では、消防研究所所有のマネキンで試験 した場合の方が、第 2 度+第 3 度火傷割合が大きくなる傾向がある。 ３）世界の他のマネキンとの比較では、3 秒暴露条件の試料Ｂ、Ｃに対する火傷データ を除くと、消防研究所で測定された第 2 度＋第 3 度火傷割合は世界の他の研究所所 有のサーマルマネキンで測定されたそれらの平均値に約 6％加えた値に相当する。 （２）Ｎ社製防火服などのサーマルマネキンによる耐熱性評価 Ｎ社より依頼を受けた作業服、防火服のサーマルマネキンを用いた耐熱評価をまとめ ると次のようになる。 １）作業服を 84±4ｋＷ/ｍ２の熱環境に 3 秒暴露した場合、生存率は高いが重症度は重 症となり、専門施設への入院が必要となる。 ２）防火服を 84±4ｋＷ/ｍ２の熱環境に 4∼8 秒暴露した場合、生存率は高いが、重症度 は暴露時間により 4 秒暴露が軽症、6 秒暴露が中等症、8 秒暴露が重症となり、本当 の安全な暴露時間は 4 秒暴露までであり、それ以上の暴露は入院が必要となる。 2 （３）A 市の消防局が使用の防火服などのサーマルマネキンによる耐熱性評価 Ａ市消防局より依頼を受けた現用防火服、改良防火服のサーマルマネキンを用いた耐 熱評価をまとめると次のようになる。 １）現用防火服を 84±4ｋＷ/ｍ２の熱環境に 4 秒暴露した場合、特に防火長靴のひざカ バーの防火性能が弱く、重症度で重症となるケースがある。 ２）改良防火服を 84±4ｋＷ/ｍ２の熱環境に 4∼10 秒暴露した場合、現用防火服よりか なり改善され、頭部を除いて判断すると 4、６秒暴露ならば重症度は軽症となるが、 10 秒暴露の場合に重症度は中等症となるケースがある。 （４）主要都市防火服などのサーマルマネキンによる耐熱性評価 主要 6 都市の防火服のサーマルマネキンを用いた耐熱評価をまとめると次のように なる。 １）収縮、炭化、損傷、柔軟性等の外面的、目視的な耐熱性の順序は、Ａ＞Ｂ＞＞Ｃ≥ Ｆ>Ｅ＞＞Ｄとなる。 ２）火傷範囲からみた全身の耐熱性は、Ａ≥Ｄ≥Ｂ≥Ｆ>Ｃ＞＞Ｅとなる。 Ａは下半身が優れている。Ｂは上半身特に胴体前面が優れている。 ３）総合的にはＡとＢの耐熱性が優れている。 ＡとＢの長所を組み合わせることにより耐熱性を更に向上できる可能性がある。 ４）耐熱性は素材、構成、デザインなどの複合的な結果である。要因の解析と組合せに より耐熱性を更に向上できる余地がある。 1.1.4 生地試験結果とサーマルマネキン試験結果間の整合性の検討 サーマルマネキン試験の火傷割合と生地試験の結果との間には明確な相関が得られなか った。この理由としては、データ数が少ないこともあるが、生地試験で得られるデータは 生地を密着した状態で試験して得られたデータであり、衣服のデザインなどの違い、すな わち、防火服を身体に着用させた際の密着度などによる違いは生地試験では測定できない。 したがって、消防用防火服の熱に対する総合的な安全性を調べるには生地試験では不十 分であり、サーマルマネキン試験を行う必要がある。 3 1.2 二年度（平成１５年度）の成果のまとめ2） 平成１５年度の成果の概要は次の通りである。 1.2.1 文献調査 消防用防護服の快適性能・機能性能に関する文献調査を行った。昨年度（H14 年度）調 査以降の最新文献の調査概要は次の通りである。 消防用防護服の特性（材料及び構成）と消防士の反応（生理学的及び主観的）の相関に ついては、以下のような研究成果が報告されている。 ・ 防護服の全熱損失(W/㎡)が、生理学的反応のうちの直腸温、皮膚温、体重減少(発汗 量)と相関がある。心拍数との相関は認められず、これは個人差の影響が大きい。消 防士の主観的快適性（全般的な着用の快適性、暑さ、湿気感、重さ、柔軟さ、疲労 度など）は、湿気感を除けば、防護服の重量によって左右される。 ・ 温和環境（21℃、RH65％）及び暑熱環境（39℃、RH35％）での中程度の作業活動 では、発汗ホットプレート試験での全熱損失が最も小さい 97W/㎡の場合に、生理 学的反応（熱ストレス、特に皮膚温の上昇）及び主観的評価（暑さ感、湿気感）で の悪化が有意で認められる。 ・ 冷却剤による頭部冷却と送風ファンによる頭部送風の比較実験では、頭部送風装置 を用いた方が平均皮膚温、外耳道温ともに効果が大きく、その制御も可能である。 ・ 電動ファンによる上衣服内換気、ヘルメット内送風で、皮膚温上昇が抑制される。 ・ 消防士の熱中症予防のためには、冷却ベスト着用と防火帽なし・防火衣上衣前面開 放が有効である。体温上昇抑制効果があって、警戒体温（38.5℃）の到達時間を遅 らせることが可能である。 以上のことから、消防服の防護性能と快適性能のバランスをとるためには、特に、許容 できる断熱性で軽くて通気性のよい防護服の素材と構成を選ぶことが重要とされる。 1.2.2 試験防火服の選定 主要都市において現用の防火服を基準に、快適性の異なる４種の防火服、執務服の 5 種 類を選定した。それら防火服の仕様は次の表 1.2.2 の通りである。 表 1.2.2 決定した試験防火服の仕様 水準 No 表地 防水層 断熱層 備考 透湿性防水フィルム ストライプ状 現用 T 都市消防防 アラミド ① (100~140g/m2) (200g/m2) 火服 (280g/m2) 銀面アルミ蒸 透湿性無し ② 同上 同上 着(280 g/m2) 快適性最悪 現用 T 都市消防指 アラミド ﾜｯﾌﾟﾙ ③ 同上 揮隊用防火服 (240 g/m2) (150 g/m2) ④ 同上 なし 同上 （最も軽い） ⑤ 執務服 （注）水準②③④は上着、ズボン共に同一規格とし、いずれもポケットのみ取り付け、 反射テープ等の付属物は付けないこととした。 2）） 箭内英治、他 5 名：「消防用防火服の快適性能、機能性能の評価に関する研究報告書」、 消防研究所研究資料 64 号、独立行政法人消防研究所、平成 16 年 6 月 4 選んだ防火服の快適性は、水準②＜水準①＜水準③＜水準④＜水準⑤の順に良くなると 考えられる。 なお、防火服の試験時は、上記防火服以外に綿下着の T-シャツ、ブリーフ、さらに執務 服のズボンを着用することとした。これは、通常の消火作業時に着用する標準の衣服構成 のためである。ただし、執務服の試験は、T-シャツ、ブリーフのみを着用して試験するこ ととした。 1.2.3 消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 執務服を除く４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能をまとめると表 1.2.3 とな る。なお、表中で 色の部分は（財）日本防炎協会基準及び ISO 11613：1999 の両方 の基準を満たしていない部分であり、その他の部分はいずれの基準も満たしている部分で ある。また、 （ ）内の数値は生地が銀面編地の基準である。 表 1.2.3 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 引張強 さ たて方向（Ｎ） 残留引 張強さ たて方向（Ｎ） 引裂強 さ たて方向（Ｎ） 表面湿 潤耐性 よこ方向（Ｎ） (財)日本防 ISO 11613： 水準① 炎協会基準 1999 2130 ≧1200 （≧450） ≧450 よこ方向（Ｎ） よこ方向（Ｎ） ≧40 （≧25） ≧25 試験１回目 試験 2 回目 ≧4 ≧4 試験 3 回目 水準② 水準③ 水準④ 1038 1430 1430 1350 758 1300 1300 2064 1000 1424 1424 1360 710 1296 1396 97.6 72.9 124.8 124.8 97.2 84.6 115.2 115.2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 たて（％） ≦3 ≦3 -2.0 -2.5 -1.0 -1.0 よこ（％） ≦3 ≦3 0.0 -2.5 -1.0 -1.0 洗濯収 透湿防 たて（％） 縮性 水層 よこ（％） ≦3 ≦3 -2.0 -2.0 -2.0 ― ≦3 ≦3 -2.0 -2.0 -2.0 ― たて（％） ≦3 ≦3 -1.5 -1.5 -3.0 -3.0 よこ（％） ≦3 ≦3 -1.0 -1.0 -2.5 -2.5 外層 内層 ＞80 ＞80 99.4 99.4 99.0 99.2 ない ない ない ない ない あり 液体化 ＞80 ＞80 98.5 99.5 99.5 99.5 36％HCl（％） 学薬品 裏面への浸透 ない ない ない ない ない あり 浸透耐 30％H2SO4（％） ＞80 ＞80 97.0 98.2 99.3 99.0 裏面への浸透 ない ない ない ない ない あり 性 ＞80 ＞80 92.2 80.2 95.0 95.6 p-キシレン（％） 裏面への浸透 ない ない ない ない ない あり 端に達しな 端に達しな 端に達し 端に達し 端に達し 端に達し 耐炎性 外層 炎 い い ない ない ない ない 40％NaOH（％） 裏面への浸透 5 穴あき ない ない ない ない ない ない 着炎滴下物 ない ない ない ない ない ない 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 炎 穴あき 内層 放射熱 暴露に よる防 護性能 火炎暴 露によ る防護 性能 端に達しな 端に達しな 端に達し 端に達し 端に達し 端に達し い い ない ない ない ない ない ない ない ない ない ない 着炎滴下物 ない ない ない ない ない ない 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 t24（秒） ≧18 ≧18 22.1 45.6 20.9 15.5 t24-t12（秒） ≧4 ≧5 7.3 18.9 7.0 6.1 熱透過率（％） ≦50 ≦48 22.9 8.9 23.8 27.1 HTI24 ≧13 ≧13 15 14 15 10 HTI24-HTI12 ≧4 ≧4 4 4 4 3 溶融 無し 無し 無し 無し 無し 無し 溶融滴下 無し 無し 無し 無し 無し 無し 分離 無し 無し 無し 無し 無し 無し 発火 無し 無し 無し 無し 無し 無し 外層 ＜5 ＜5 0.0 0.0 0.5 0.5 透湿防 水層 ＜5 ＜5 0.5 0.5 0.5 ― 内層 ＜5 ＜5 1.0 1.0 1.5 1.5 外層 ＜5 ＜5 0.0 0.0 1.0 1.0 ＜5 ＜5 0.0 1.0 1.0 ― ＜5 ＜5 0.0 0.0 2.5 2.5 ― ≧17.5(注) 14.6 14.7 13.2 9.0 対流熱 暴露に たて よる防 寸法 方向 護性能 変化 率 （％）よこ 透湿防 方向 水層 内層 火炎と放射の両方 の暴露による防護 ｔ(秒) 性能 (注) この基準は、ISO 11613：1999 のアプローチＡ（ヨーロッパ仕様）にはないがアプ ローチＢ（北米仕様）に定められている。日本の基準は、ヨーロッパ仕様に準じて いる。 6 1.2.4 消防用防火服生地の快適性能 発汗ホットプレート装置を用いた防火衣生地の快適性能試験の結果をまとめると次の ようになる。 （１） 防火衣の快適性の指標としてトータル熱損失が使用できる。 （２） 快適性防火衣水準②(銀面アルミ)のトータル熱損失は極めて小さく、不適である。 （３） 生地Ｂ(表地:銀面アルミ)は蒸発熱損失がほぼゼロであり、快適性防火衣の素材とし ては不適である。 （４） 生地のトータル熱損失の加成則は成立し、生地から防火衣の快適性を推定できる。 1.2.5 サーマルマネキンによる耐炎性能の評価 Ｔ都市用防火服を基準に快適性の異なる 4 水準及び執務服の計 5 水準の防火服の下に下 着（Ｔ-シャツ、ブリーフ）、作業着（執務服のズボン）をサーマルマネキンに着用させ、 平均熱流束 80±4kW/m2、暴露時間 5 秒の条件で暴露試験を行った結果をまとめると次の ようになる。 （１） 暴露後の損傷程度は、水準①、水準②＜水準③、水準④＜執務服の順となる。 （２） 執務服を除く快適性能の異なる４種の防火服で大きな耐炎性能の差はない。順位を つけるとすれば、耐炎性能のよい順に水準③＞水準①＞水準②＞水準④となる。 （３） 執務服以外のいずれの防火服も熱流束 80±4kW/m2、暴露時間 5 秒程度の火災環境 に曝されたとしても、火傷の重症度は軽症程度ですむ。 1.2.6 発汗サーマルマネキンによる快適性能、機能性能の評価 消防用防護服には、炎や熱、衝撃などから消防士の身体を守るために、耐熱性・強靭性 が求められるが、最近では、同時に作業性の向上、着心地や熱負荷の軽減も重視され消防 用防護服の改良が進められている。本研究では、消防用防護服の快適性や機能性などの評 価方法の確立を目的とし、素材の違う消防用防護服を一般物性、スキンモデルを用いた熱・ 水分移動特性、サーマル・マネキンを用いた消防用防護服着用状態の顕熱抵抗・潜熱抵抗、 の３つの実験より快適性の評価を行った。実験に使用した消防用防護服の種類は水準①（Ｔ 都市用現行仕様：上着の断熱層はストライプ状、ズボンの断熱層はチェック柄。3 層構 造。）・水準②（表地の表面が銀面アルミ蒸着されているもの。3 層構造。）・水準③（ワッ フル状の断熱層。3 層構造。）水準④（ワッフル状の断熱層。2 層構造。）の 4 種である。 結果として、執務服に比較するといずれの防護服の熱抵抗も顕熱・潜熱ともに大きく、 著しく熱負荷の高い衣服であることが示された。また防護服相互の中では、顕熱抵抗に大 きな差異は認められないが水準④は他よりも 1 層少ない 2 層構造であることから、やや抵 抗が小さい値にとどまった。一方潜熱抵抗については、水準②が特異的に他の 3 種より抵 抗が大であった。また、スキンモデルによる衣服気候の実験においても、水準②の消防用 防護服は、衣服内絶対湿度が発汗後、最も高くなり、時間が経過しても水分が外に放散さ れにくい結果が得られたのに対し、水準④の消防用防護服は、発汗後の衣服内絶対湿度が 最も低く保たれており、サーマル・マネキン実験の結果と、スキンモデルによる衣服気候 の変化は完全に一致した。 以上のことから、本研究によって、発汗サーマル・マネキンによる評価ならびにスキン モデルによる消防用防護服の評価は、素材や構造の異なる防護服の顕熱抵抗・潜熱抵抗の 7 違いを極めて再現性良く、しかも数値として確かに捕らえることができることがあきらか になった。 快適に消火活動を行うためには、消防用防護服は顕熱抵抗と潜熱抵抗の両方が低いこと が望まれる。暑熱環境下において消火活動を行う際は多量の発汗が生じるため、特に潜熱 抵抗が低いことが求められる。水準②は顕熱抵抗と潜熱抵抗が共に高く、４種の消防用防 護服の中でも最も蒸れやすく、快適性の悪い消防用防護服であるとの結論が得られたが、 その他 3 種の防護服も日常服ではありえない高い熱負荷を示した。温熱環境下での消火活 動において、最も快適性に優れている消防用防護服を着用しても身体への負担が大きいと 考えられる。消防用防護服は耐熱性・耐炎性が必要とされるため密閉型の衣服となり、必 然的に熱抵抗がたかくなる。そのため、衣服内気候の換気が少なく、発汗による潜熱放散 が抑制される。特に、温熱環境下における消防活動では、身体の代謝による蓄熱に外界か らの暑熱負担が加わり、消防士に過度なヒートストレスを与えることとなる。今後はさら に素材を開発し、また局所熱抵抗の結果から診断されたように、構造的な工夫により熱負 荷を軽減することも考えられるべきであろう。 現在、東京消防庁では、ヒートストレス対策として、消防用防護服の両脇下部および後 背部の衣服内のポケットに冷却剤を収納する方法が用いられているが、この方法は殆ど効 果が認められないことが明らかにされている。その改善策として現在のところ、冷却剤や 送風による頭部冷却する方法や、襟元を開放することで衣服内熱を拡散させる方法などさ まざまな研究がなされているが、どれもまだ、検討が必要である段階である。研究者らは 本研究と平行して、着用実験により、乾電池式小型ポンプと冷却剤を使用し、後頸部に冷 風をあてることで、温熱環境下での消防用防護服着用時のヒートストレスの緩和を試みた。 その結果、被験者によっては送風の効果がみられた者もいたが、全体的に衣服内湿度・衣 服内温度・部位別皮膚温・平均皮膚温・発汗量において、送風なしの場合と送風ありの場 合との間に大きな違いはみられず、本冷却方法では、明確な効果が認められなかった。し かし、温熱感・湿潤感・快適感の着用感においては、送風ありの場合は若干であるが着用 感が向上する傾向がみられた。高温環境下における運動時に後頭部下を冷却することは、 被験者の快適感に影響を与えることが知られている。そのため、今回は後頸部の一点に冷 風をあてたが、その一点だけが急激に冷えてしまい、逆に不快感を訴える被験者もいた。 一点だけ冷風をあてるのではなく、もっと背中全体にあたるようにするなど、体の広範囲 に送風があたる必要性があると考えられる。また、被験者から、 「冷えすぎた場合に、風量 調節やスイッチの ON・OFF が可能だったら良い」と言う訴えもあった。 今後は、これらの空調方式による着用感の向上への試みが求められる。その際にも人体 による着用実験のみならず、その物理的な効果を発汗サーマルマネキンや、スキンモデル によって的確に捉え、その結果を生理・心理学的に検証する研究段階を、ルーチン化する ことが必要と考えられる。 1.2.7 防火服着用時の生理的・心理的負担 31∼43 歳の F 市消防局 8 名の男性消防士を対象に、現在使用されている防火服（2 種類） および現在開発中の防火服（2 種類）着用時の高温環境下における自転車エルゴメーター による運動を行った際の温熱負担について生理的・心理的側面から評価し、以下のような 結果が得られた。 8 （１） 皮膚温、直腸温及び平均体温は、回復Ⅲ時において、その結果は、水準②≫水準① ≒水準③＞水準④≫執務服の順位で高いことが示された。水準②の平均皮膚温及び 平均体温は、他の着衣条件に比べて有意に大きいことが認められた。また、運動Ⅲ 期後半では唯一水準②着用条件での直腸温と平均皮膚温の差が 0℃以下に低下し た。 （２） 運動Ⅲ終了時点での心拍数は、水準②の心拍数が最も多く、182.拍/分にも達し、回 復Ⅲにおいては、PC2 着衣条件と他のすべての着衣条件との間に有意差が認められ た。また、心拍数は体温と同様に運動、回復期ともに水準②≫水準①≒水準③＞水 準④≫執務服の順位で多いことが示された。 （３） 全身総発汗量は、水準②が他の着衣条件と比較すると有意に多いことが認められた。 また、着衣条件の衣服付着汗量についても、水準②がすべての着衣条件より有意に 高値であった。 （４） 水準②を着用している際の温冷感申告は、他の条件に比べ暑い側の申告であり、さ らに、温熱的不快感も不快感側の申告であった。湿度感においても、実験開始から 回復Ⅱまで水準②はすべての着衣条件より湿っている側の値を推移した。 （５） 表地が同じアラミド繊維でつくられている防火服間を比較すると、水準④が水準①、 水準③に比較して若干ではあるが、皮膚温、直腸温共に低い値を示した。また衣服 付着汗量も 3 条件の中で最も少なく、水準①に比べると有意差も認められた。さら に、心拍数についても有意差は認められなかったが、水準④が運動期、回復期とも に最も低値であった。 1.2.8 消防隊員による防火衣のフィールド試験 素材・構成の異なる 5 種類の試料を使用した防火衣の着用調査の結果をまとめると、次 のとおりである｡ （１） 発汗量に対する蒸発汗量の割合は、防火衣の表地の通気性及び透湿防水フィルムの 有無によって大きく異なり、透湿防水層のない試料は発散性が良いが、表地に銀面 アルミ蒸着した試料（水準②）は発散性が悪い。 （２） 発汗量、防火衣内温度及び体表面温度は、試料の素材・構成による差異ばかりでな く、外気温が大きく影響するが、5 種類の試料では表地に銀面アルミ蒸着した試料 （水準②）がそれぞれ最も高くなっている。 （３） 防火衣内湿度は、活動に伴う発汗により湿度が上がっていくものであり、外気温・ 湿度の影響も受けるが、防火衣の素材、構成、形状等による通気性に大きく影響さ れるため、表地に銀面アルミ蒸着した試料(水準②)が最も高くなっている。 （４） 比較的低外気温では、防火衣内温度が低く発汗量も少なく、また、運動強度や温冷 感などの主観的評価でも「きつさ」｢暑さ｣を訴えていないことなどから、外気温の 低い環境下では素材・構成の違いによる快適性、機能性に及ぼす影響は少ない。 （５） アンケートによる機能性評価では、着用時のゴワゴワ感等の着心地が機能性評価に 大きく影響しており、表地に銀面アルミ蒸着した試料（水準②）が最も低く評価さ れ、軽く動きやすい防火衣ほど評価が高くなっている。 9 1.3 本年度の研究概要 本年度は防火服の種類を増やし、消防用防火服の耐熱性能以外にも快適性に関する着心 地、熱感覚、湿度感、柔軟性、重量感など、機能性に関する着易さ、脱ぎ易さ、動き易さ などを測定し、日本の気候風土に適した耐熱性能、快適性能、機能性能などの防火服の性 能評価をするための手法を確立すると共に日本における防火服のこれら耐熱性能、快適性 能、機能性能を含めた総合的な性能基準値を提案することである。 1.3.1 本年度の研究の進め方 昨年度同様に大学の先生、消防庁及び消防機関、全国消防服装協会、消防服メーカ、素 材メーカ、(財団法人)日本防炎協会の参画を得て「消防用防護服性能評価手法研究会」を 立ち上げ、この研究会内で審議、討論することにより研究を押し進めた。 1.3.2 消防用防護服性能評価手法研究会の構成 本研究会は、九州大学大学院芸術工学院人間工学教室の栃原教授を委員長、事務局を財 団法人日本防炎協会とし、表 1.3.2 の委員から構成されている。 1.3.3 本年度の研究内容 本研究は九州大学大学院芸術工学院人間工学教室栃原裕研究室への委託研究、文化女子 大学文化服装学研究所所長田村照子研究室への委託研究、東京消防庁消防科学研究所、財 団法人日本防炎協会との共同研究により実施した。主な研究の担当は次の通りである。 九州大学大学院芸術工学院人間工学教室栃原裕研究室 ＊ 環境試験室を用いた消防隊員による防火服の快適性能、機能性能に関する研究 文化女子大学文化服装学研究所所長田村照子研究室 ＊ 発汗マネキンを用いた防火服の快適性能、機能性能に関する研究 東京消防庁消防科学研究所 ＊ 消防隊員のフィールド試験による防火服の快適性能、機能性能に関する研究 独立行政法人消防研究所 ＊ 消防用防火服生地の一般特性、耐熱性能、快適性能、機能性能に関する研究 また、総合的な評価や我が国における防護服の耐熱性能、快適性能、機能性能などの総 合的な性能基準値の提案については、 「消防用防護服性能評価手法研究会」の中で検討して 決めていくこととした。 10 表 1.3.2 消防用防護服性能評価手法研究会の委員構成 氏 名 委員長 栃原 裕 委 員 田村 照子 澤田 晋一 松野 秀生 菅原 賢＊ 浅見 勝司 福永 輝繁＊ 湯浅 達也 森住 敏光＊ 鹿島 正喜＊ 片桐 孝司 後藤 利憲＊ 本田 義博 馬木 和重＊ 藤井 茂樹＊ 野涯 弘一 是松 克明＊ 近田 直人 藤井 克行＊ 箭内 英治 鈴木 健＊ 篠原 雅彦 鎌形 健司 大竹 晃行＊ 古川 良知 岸本 健 石丸 裕美 堀井 二三男 水田 吉映 立澤 幸夫 山田 智 小網 英明 安部 正毅＊ 小林 寿太郎 眞武 和範 鷲山 茂雄 三橋 卓也 駒田 一郎 小川 孝裕 事務局 唐木 覚志 鍋倉 弘 ＊ は旧委員である。 所属、役職 九州大学大学院芸術工学院人間工学教室 教授 文化女子大学 文化・服装学総合研究所 教授 独立行政法人産業医学総合研究所 企画調整部 研究調整官 総務省消防庁 予防課 課長補佐 総務省消防庁 予防課 課長補佐 総務省消防庁 消防課 警防係長 総務省消防庁 消防課 警防係長 東京消防庁 装備部管理課 個人装備係長 東京消防庁 装備部管理課 個人装備係長 東京消防庁 装備部管理課 個人装備係長 名古屋市消防局 消防部消防課 消防係長 名古屋市消防局 消防部消防課 消防係長 大阪市消防局 総務部施設課 担当係長 大阪市消防局 総務部施設課 主査 大阪市消防局 警防部計画情報課 警備計画係長 福岡市消防局 警防部警防課 警防係長 福岡市消防局 警防部警防課 警防係長 全国消防長会 事業企画課 技術担当係長 全国消防長会 事業企画課 技術担当係長 独立行政法人消防研究所 基盤研究部 火災研究グループ長 独立行政法人消防研究所 基盤研究部 火災研究グループ 主任研究官 独立行政法人消防研究所 基盤研究部 火災研究グループ研究員 東京消防庁消防科学研究所 第一研究室 主任研究員 東京消防庁消防科学研究所 第一研究室 主任研究員 京都電子工業㈱ 帝人㈱ アラミド事業部 コーネックス販売課 帝人㈱ 産業資材技術センター ユニチカ(㈱ 東京本社（分室） 特需部 担当部長（技術担当） 日本カイノール㈱ 開発営業部 技術課長 デュポン㈱ 高機能繊維事業部 課長 帝国繊維㈱ 防災開発部 部長 日本毛織㈱ ユニフォーム事業本部製造部 開発担当 主席 日本毛織㈱ ユニフォーム事業本部製造部 開発担当 主幹 小林防火服㈱ 常務取締役 全国消防服装協会 事務局長 共成㈱ 社長 (財)日本化学繊維検査協会 東京事業所 資材・雑貨テストラボラトリー長 ｼﾞｬﾊﾟﾝｺﾞｱﾃｯｸｽ㈱ プロダクションアンドテクニカルセンター (財)日本防炎協会 理事兼技術部長 ㈱ｶﾈｶﾘｻｰﾁｱｿｼｴｲﾂ 主席部員 （財）日本防炎協会 技術部 技術次長 11 ２ 試験防火服生地の選定 消防研究所に生地メーカ、防火服メーカ、ユーザーの消防関係の方々が集り、今年度の 試験防火服の選定について検討し、その検討結果について「消防用防護服性能評価手法研 究会」にて承認を得た。 2.1 本年度の試験防火服について 本年度の研究目的の１つは快適性能基準のレベルを定める事である。昨年度（平成１５ 年度）の防火服４水準（活動服を入れて５水準）の快適性の評価では大きな違いは見られ なかった。そのため、主要都市防火服を評価しても快適性に大きな差は出ないと推定され る。そこで、快適性に大きな差をつけて今後の検討に役立つ水準を設定した。なお、本年 度の試験防火服の仕様は次の通りである。 【試験防火服の仕様の概要】 本防火服は次の防火服から構成される。なお、これらの防火服は既存の防火服を少なく とも１種類は含むが、他種の防火服は既存のものでなくともよく、既存の防火服より快適 性の良いものと悪いものの両方を含むこと。この 5 種の快適性のランクはできる限り広い ものであること。 （１）最も快適性の少ない防火服（防火服 1） （２）（１）よりも快適性がある程度良い防火服（防火服 2） （３）（２）よりも快適性がある程度良い防火服（防火服３） （４）現用の防火服（防火服４） （５）最も快適性の良いとされる防火服（防火服５） （６）執務服（上下） （１）防火服 1 本防火服は特殊防火服と呼ばれているもので、最も耐熱性能が優れているもので、頭か らつま先まで全身を覆うタイプである。 （２）防火服 2 本防火服は、米国の基準（ＮＦＰＡ）を満たすものであること。 （３）防火服３ 本防火服は、全国でもかなり利用されている防火服でアルミでコーティングされている が、ズボンなどの仕様は上着に比較して快適性の良いものとなっている。 （４）防火服４ 東京消防庁が現用で使用している防火服とすること。 （５）防火服５ オーストラリアなどが原野火災などで使用する防火服に相当するものであること。 （６）執務服 本執務服は、現在Ｔ都市消防隊員が使用している夏用執務服と同等のものであること。 2.2 K 社からの防火服の提案 快適性の指標としてトータル熱損失を、機能性の指標として重量を採用し、重いのと軽 いの、通気性のあるのと無いのをマトリックス的に組み合わせる。図 2.2.1 に K 社が提案し た防火服基準のイメージ図を示す。 12 トータル熱損失 ＞ （快適性） ＜ 重 量 （機能性） ① 密閉型−重量大、アルミ 軽い NFPA その他 ・冷却剤使用 ・換気/クーラー ・ 安全帯 ②T 都市現行 中 ② Wild Land 重い 図 2.2.1 K 社より提案された防火服のイメージ図 このイメージ図をトータル熱損失(熱抵抗)と重量で２次元マトリックス化し、該当する 防火服を概念的にプロットし図 2.2.2 に示す。 ・水準①密閉型 栃原消防用防護服性能評価手法研究会委員長の要望であり、必須である。ただし、密閉 型のイメージを先生に確認する。バイオまたは化学の完全密閉型は防護服であり防火服 から外れる。防火服の範疇でやりたい。つなぎにして首、手、足から逃げないようにす る。 ・水準②他都市アルミ型 日本の防火服の性能基準を提案するためには、日本でよく使用されている防火服を選択 する必要がある。そのために、かなりの都市で使用されている銀面アルミ型を採用する。 ・水準③ＮＦＰＡ 昨年度も快適性の悪い代表として挙がったＮＦＰＡを今回は快適性の差を大きくする 目的でいれる。出来る限りアメリカから直接に入手する。 ・水準④ＷＩＬＤ ＬＡＮＤ オーストラリアの森林火災用防火服である。現存の消防用防火服で最も機能性に優れて いると考えられる。 ・水準⑤執務服 大きく差をつけるための水準である。また、軽い方の基準でもある。上半身は綿のＴシ ャツのみ、下半身は綿のブリーフに夏用活動服のズボンを着用する。 ・水準⑥Ｔ都市現行防火服 Ｔ都市現行防火服は昨年度の基準として検討したものであるが、前年度の比較のために 入れる。ただし、データの再現性を見る意味で入れる。 13 ↑ 機 ● 密閉型 ① ● NFPA ③ 能 性 悪 快適性合格範囲 重 ● Ｔ現行 ⑥ 耐熱性限界 ● 他都市アルミ ② 量 機 能 性 ●WILD LAND ④ 良 ↓ ● アルミ軽い ⑦ ● 執務服 ⑤ ● 下着 ← 快適性 良 快適性 悪 → 1 ／（トータル熱損失） 図 2.2.2 防火服の重量とトータル熱損失による 2 次元マトリックス化 ・水準⑦アルミ軽い データの幅を広げる意味で入れば入れたほうが好ましい。予算は限られているので推奨 メーカーの負担とする。 ・冷却剤使用 Ａ社より希望が出され、検討することとする。試験する場合は、冷却剤装着用ベストを 各研究機関４着づつ作成し、種々の組み合わせに対応する。 2.3 試験防火服の決定 今回選定した消防用防火服の候補として、水準①∼水準⑦までを選び、冷却剤の使用も 考慮する案を「消防用防護服性能評価手法研究会」に提出して検討した結果、水準①∼水 準⑥までを採用し、冷却剤の使用はできれば行うこととし、また、水準①については快適 性、機能性の実験は行うが耐熱性の実験は行わないことに決定した。 選んだ防火服の快適性は、水準①密閉型＜水準②他都市アルミ型＜水準③ＮＦＰＡ＜水 準⑥Ｔ都市現行防火服＜水準④ＷＩＬＤ ＬＡＮＤ＜水準⑤執務服の順に良くなると考え られる。 なお、防火服の試験時は、上記防火服以外に綿下着のT-シャツ、ブリーフ、さらに執務 服のズボンを着用することとした。これは、通常の消火作業時に着用する標準の衣服構成 のためである。ただし、執務服の試験は、T-シャツ、ブリーフのみを着用して試験すること 14 とした。 2.4 各章における試験防火服名 以後の章では試験防火服及びその生地は同一のものを使用しているが、３章から８章ま では執筆者が異なるため、各章で異なる試験防火服名及び生地名を用いている。ここでは その対応表を表2.4に示すので参照されたい。 表 2.4 試験防火服名の対応表 ７章 防火服名 ３章 ５章 ６章 （第二実 ８章 ９章 験） 水準① − − − Ｆ 水準② 防火服Ｂ 防火服３ 他都市ｱﾙﾐ Silver, C Ｂ 試料Ｂ 水準③ 防火服Ａ 防火服１ NFPA Black, B Ａ 試料Ａ 水準④ 防火服Ｄ 防火服４ ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ Yellow, A Ｄ 試料Ｄ 水準⑤ − 執 務 服 執 務 服 − Ｅ 試料Ｅ 水準⑥ 防火服Ｃ 防火服２ T都市 − Ｃ 試料Ｃ 15 ３ 消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 ２章で選択した快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能などを ISO 11613：1999 に示されている性能試験法により調べた。その結果などについて記述す る。なお、 （財）日本防炎協会の防火服性能基準も参考のために記した。また、この章で使 用している防火服は、防火服Ａが水準③ＮＦＰＡ仕様防火服、防火服Ｂが水準②他都市ア ルミ型、防火服Ｃが水準⑥Ｔ都市現行防火服、防火服Ｄが水準④ＷＩＬＤ ＬＡＮＤ（森林 用防火服）に対応している。 3.1 試験防火服の生地と構成 試験した防火服生地の組成、構成を表 3.1-1 に示す。防火服Ａ∼Ｃは表地、透湿防水層、 断熱層の３層からなり、防火服Ｄは表地のみの１層から構成されている。また、それぞれ の防火服生地の重量を表 3.1-2 に示す。 表 3.1-1 試験した防火服の組成と構成 防火服Ａ 表地（外層） 透湿防水層（中間層） 断熱層（内層） パラアラミド、ＰＢＩ ゴアテックス アラミド（ノメックス） パラアラミド 100%ニッ 上衣 ト（銀面アルミ蒸着+フ ッ素フィルム加工） 防火服Ｂ 下衣 上衣 防火服Ｄ ゴアテックス加工 パラアラミド 60％ メタアラミド 100％ メタアラミド 40％ 透湿防水加工 メタアラミド 90%、 パラアラミド 10％ 防火服Ｃ 下衣 メタアラミド 100％ メタアラミド 90%、 パラアラミド 10％ メタアラミド (ノメックス) メタアラミド 95％、パ ラアラミド 5％＋ ＰＴＦＥフィルム メタアラミド 95％、パ ラアラミド 5％＋ ＰＴＦＥフィルム なし メタアラミド 30%、 パラアラミド 40%、 難燃レーヨン 40% なし メタアラミド 95％、 パラアラミド 5％ メタアラミド 95％、 パラアラミド 5％ なし 表 3.1-2 試験防火服生地の重量（ｇ／ｍ3） 表地 透湿防水層 断熱層 （外層） （中間層） （内層） 711 256 171 285 上衣 536 245 103 188 下衣 392 242 150 − 上衣 587 273 102 212 下衣 537 273 102 163 207 207 − − 3 層全て 防火服Ａ 防火服Ｂ 防火服Ｃ 防火服Ｄ 16 3.2 一般性能 3.2.1 引張強さ 外側素材生地の破壊荷重は ISO 5081:1977「繊維製品―織物―破れ強度および伸びの測定 （ストリップ法）」にしたがって試験した際の縦方向、横方向ともに ISO 11613：1999 の 性能基準では 450N 以上を要求している。 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果は表 3.2.1 に示す。 表 3.2.1 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の引張強さ（単位 ：N） (財)日本防 ISO 11613： 防火服 炎協会基準 1999 Ａ たて方向 ≧1200 よこ方向 （≧450） ≧450 上衣 下衣 上衣 下衣 防火服 Ｄ 1820 715 2540 2080 2080 1090 1904 618 1880 1320 1320 660 防火服Ｂ 防火服Ｃ （注）内の数値は銀面編地の場合の基準値である。 全ての試料は ISO 11613：1999 の性能基準を満足しているが、(財)日本防炎協会基準 には防火服Ｄのみが基準を満たしていない。 3.2.2 低い放射熱に暴露された場合の生地の残留強度 防火服全体生地をISO 6942:1993「熱および火炎に対する防火服―放射熱源に暴露された 際の材料生地の熱挙動の評価」のA法にしたがって生地の縦方向と横方向各 1 枚を 10ｋW/ ｍ２で処理する前と後で各試料の破壊荷重をISO 5081:1977 で試験した際に縦方向、横方向 の引張強さはともにISO 11613：1999 の性能基準では 450N以上を要求している。測定結果 は表 3.2.2 に示す。 表 3.2.2 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の残留引張強さ（単位：N） 防火服Ｂ (財)日本防 ISO 11613： 防火服 炎協会基準 1999 Ａ たて方向 ≧1200 よこ方向 （≧450） ≧450 防火服Ｃ 上衣 下衣 上衣 下衣 防火服 Ｄ 1720 700 2470 2040 2040 1080 1848 605 1870 1320 1320 652 全ての試料は ISO 11613：1999 の性能基準を満足しているが、(財)日本防炎協会基準 には防火服Ｄのみが基準を満たしていない。 3.2.3 引裂強さ 外側素材生地の引裂強さは ISO 4674:1977「ゴムまたはプラスチックで被覆された織物― 引裂耐性の測定」の方法 A2 にしたがって試験した際の縦方向、横方向ともに ISO 11613： 1999 の性能基準では 25 N 以上を要求している。 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果は表 3.2.3 に示す。 17 表 3.2.3 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の引裂強さ（単位：N） (財)日本防 ISO 11613： 防火服 炎協会基準 1999 Ａ たて方向 よこ方向 ≧40 （≧25） ≧25 上衣 下衣 上衣 下衣 防火服 Ｄ 97.6 90.3 132 103.4 103.4 45.3 97.2 86.5 128.9 75.3 75.3 35.6 防火服Ｂ 防火服Ｃ 全ての試料は ISO 11613：1999 の性能基準を満足しているが、(財)日本防炎協会基準に は防火服Ｄよこ方向のみが基準を満たしていない。 3.2.4 表面湿潤性 外側素材生地の噴霧率は ISO 4920:1981「繊維製品―織物の表面湿潤耐性（噴霧試験）の 測定」のスプレー法にしたがって試験した際に ISO 11613：1999 の性能基準では 4 以上を 要求している。測定結果は表 3.2.4 に示す。 表 3.2.4 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の表面湿潤性 (財)日本防 ISO 11613： 防火服 炎協会基準 1999 Ａ 試験１回目 試験 2 回目 ≧4 ≧4 試験 3 回目 上衣 下衣 上衣 下衣 防火服 Ｄ 5 4 5 5 5 4 5 5 5 5 5 4 5 4 5 5 5 4 防火服Ｂ 防火服Ｃ 全ての試料は、ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会基準の性能基準を十分満足 している。 3.2.5 洗濯収縮耐性 外側素材全体生地の洗濯寸法変化は、ISO 11613:1999 に規定されている前処理とともに ISO 5077:1984「繊維製品―洗濯および乾燥による寸法変化の測定」にしたがって試験した 際に縦方向、横方向ともに ISO 11613：1999 の性能基準では３％以下を要求している。 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果は表 3.2.5 に示す。 表 3.2.5 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の洗濯収縮性 (単位：％) (財)日本防 ISO 11613： 防火服 防火服Ｂ 防火服Ｃ 防火服 炎協会基準 1999 Ａ Ｄ 上衣 下衣 上衣 下衣 たて（％） ≦3 ≦3 -1.0 -3.0 -2.0 -2.0 -2.0 -3.0 よこ（％） ≦3 ≦3 -2.0 -3.0 -2.2 -0.5 -0.5 -3.0 透湿防 たて（％） 水層 よこ（％） ≦3 ≦3 -2.5 -2.5 -2.4 -2.5 -2.5 ― ≦3 ≦3 -1.5 -2.5 -2.8 -2.5 -2.5 ― たて（％） ≦3 ≦3 -1.0 -2.5 ― -1.0 -2.5 ― よこ（％） ≦3 ≦3 0.0 -2.0 ― -0.5 -1.0 ― 外層 内層 18 全ての試料は、ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会基準の性能基準を満足して いる。 3.2.6 液体化学薬品浸透耐性 次の薬品類を用いて、ISO 6530:1990「防火服―液体化学薬品に対する保護―液体浸透に 対する素材の耐性の測定」にしたがって試験した際に流出は ISO 11613：1999 の性能基準 では 80％を超えるものとし、最も内側への浸透はないものとするよう要求している。快適 性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果を表 3.2.6 に示す。なお、試験に先立ち、 織物は 20℃±2℃の温度および 65±5％の相対湿度で 24 時間コンディショニングを行い、 全ての試験は 10 秒の注入時間および 20℃の温度で実施することとされている。 a) 20℃で 40％の水酸化ナトリウム（NaOH） b) 20℃で 36％の塩酸（HCL） c) 20℃で 30％の硫酸（H2SO4） d) p-キシレン 表 3.2.6 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の液体化学薬品浸透耐性 (単位：％) (財)日本防 ISO 11613： 防火服 防火服Ｂ 防火服Ｃ 防火服 炎協会基準 1999 Ａ Ｄ 上衣 下衣 上衣 下衣 40％NaOH（％） 裏面への浸透 36％HCl（％） 裏面への浸透 30％H2SO4（％） 裏面への浸透 p-キシレン（％） 裏面への浸透 ＊ ＞80 ＞80 98.0 98.0 95.0 98.8 99.0 70.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 97.6 98.8 96.8 99.0 98.7 75.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 97.7 98.2 96.5 98.0 98.6 77.3 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 95.0 89.0 88.2 92.1 93.2 30.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り 化学薬品の裏面への浸透が認められたものである。 防火服Ｄを除く試料で化学薬品の流出が 80％を越えて ISO 11613：1999 及び（財）日 本防炎協会基準の流出に関する性能基準値を満足しているが、 防火服Ｄのみが化学薬品 の流出及び裏面への浸透の両方を満足していない。 19 3.3 耐熱性能 3.3.1 耐炎性（ISO 15025） この試験は、ISO 15025「防護服―熱と炎に対する防護―小火源による火炎伝ぱ性試験」 にしたがって試験した際に ISO 11613：1999 に定められている次の要求性能基準を満たす ものとしている。 火炎伝ぱ性 ： 最上部、左右の端部まで火炎が達しないこと。 炎滴着火性 ： 火炎を伴った滴下物や、溶融滴下物がないこと。 穴空きの有無 ： 平均値が 2s 以下 残炎時間 ： 残じん時間 火炎が接炎した際に試料に穴が空いてはならないこと。 ： 平均値が 2s 以下 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果を表 3.2.1 に示す。 表 3.3.1 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の耐炎性能 (財)日本防 ISO 11613：防火服 防火服Ｂ 炎協会基準 1999 Ａ 上衣 下衣 炎 表側 上衣 端に達しな 端に達しな 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 い い しない しない しない しない しない しない 穴あき 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 着炎滴下物 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 炎 裏側 防火服 Ｄ 下衣 防火服Ｃ 端に達しな 端に達しな 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 い い しない しない しない しない しない しない 穴あき 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 着炎滴下物 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 全ての試料は、ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会基準の性能基準を満足して いる。 3.3.2 火炎暴露による防護性能 この試験は、ISO 9151：1995「熱と炎に対する防護服―火炎暴露による熱伝達性の測定」 にしたがって試験した際にISO 11613：1999 に定められている熱伝達指数HTI24 ≧13s、 HTI24-HTI12≧4sを満たすものとしている。 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果を表 3.3.2 に示す。 20 表 3.2.2 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の火炎暴露に対する防護性能 (財)日本防 ISO 11613： 防火服 防火服Ｂ 防火服Ｃ 防火服 炎協会基準 1999 Ａ Ｄ 上衣 下衣 上衣 下衣 HTI24 ≧13 ≧13 24.6 15.9 14.1 16.8 12.7 4.7 HTI24-HTI12 ≧4 ≧4 7.1 4.7 3.6 1.6 4.2 5.0 防火服Ｃの下衣、防火服Ｄを除く試料は、ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会基 準の性能基準を満足している。防火服Ｃの下衣、防火服ＤはHTI24、HTI24-HTI12の両方が ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会基準の性能基準を満足していない。 3.3.3 放射熱暴露による防護性能 この試験は、ISO 6942：1993「熱と炎に対する防護服―放射熱暴露に対する防護服の防 護性能の評価」にしたがって試験した際にカロリメータの温度上昇曲線と 2 つのレベル曲 線（苦痛曲線、水泡発生曲線）との交点の加熱開始からの時間をそれぞれｔ１、ｔ２として 求めると共に、元の熱流束が布地によりどの程度減衰して透過するか（熱透過率TF％）を 求める。ISO 11613：1999 中で欧州仕様の防火服生地の火炎に対する耐熱性能基準は、ｔ2 ≧ 22s、（ｔ2−ｔ1）≧6s、熱透過率(%)≦60 とされている。 一方、ISO 6942：2002 ではカロリメータがアルミニュウム製から銅板製に変更となり、 その結果として、加熱開始からカロリメータの温度が 12℃および 24℃上昇する時間ｔ12、 ｔ24、及び熱透過率％（TF％）求めることとされた。しかし、当然ISO 6942：2002 に対す るISO 11613：1999 中での基準値は定められていないので、前報1）でこの関係を求めた。 前述のｔ2 ≧ 22sに相当するｔ24≧ 18s、 （ｔ2−ｔ1）≧4sに相当する（ｔ24−ｔ12）≧5s、熱 透過率(%)≦60 に相当するTF%≦48 である。 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果を表 3.3.3 に示す。 表 3.3.3 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の放射熱暴露による防護性能 (単位：秒) (財)日本防 ISO 11613： 防火服 防火服Ｂ 防火服Ｃ 防火服 炎協会基準 1999 Ａ Ｄ 上衣 下衣 上衣 下衣 t24（秒） ≧18 ≧18 34.9 25.5 11.6 22.8 17.3 7.4 t24-t12（秒） ≧4 ≧5 13.0 9.2 7.6 5.4 3.4 熱透過率（％） ≦50 ≦48 36.9 18.0 41.3 21.6 30.4 48.9 4.0 防火服Ａは、ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会の性能基準を十分満足している。 防火服Ｂ上衣はISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会の性能基準を満足している が、下衣はt24、がISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会の性能基準満たしていない。 また、t24-t12がISO 11613：1999 の基準を満たしていない。 1） 箭内英治、他３名： 「消防用防火服の耐熱性能の評価に関する研究報告書」、消防研究所 研究資料 62 号、独立行政法人消防研究所、平成 16 年 1 月 21 防火服Ｃ上衣は、ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会の性能基準を満足してい るが、下衣はt24、がISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会の性能基準を満たしてい ない。 防火服Ｄは ISO 11613：1999 の性能基準をずべて満たしていない。しかし、日本防炎 協会の性能基準には熱透過率のみが基準を満足している。 3.3.4 対流熱暴露による防護性能 防火服素材全体生地の対流熱による防護性能は、ISO 11613：1999 の付属書 A にしたが って 180℃の試験温度で試験した際に試料が溶融、滴下、分離または発火しないこと、ま た 5％を超えて収縮しないことを要求している。測定結果を表 3.3.4 に示す。 表 3.3.4 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 (財)日本防 ISO 炎協会基準 11613：1999 防火服Ｃ 防火 防火 防火服Ｂ 服 上衣 服 上衣 下衣 下衣 Ａ Ｄ 溶融 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 溶融滴下 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 分離 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 発火 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し ＜5 ＜5 1.5 3.0 2.2 2.0 2.0 3.5 ＜5 ＜5 2.0 2.8 2.5 1.8 1.8 ― 内層 ＜5 ＜5 2.2 2.0 ― 2.2 3.0 ― 外層 ＜5 ＜5 2.0 3.0 2.8 2.5 2.5 3.0 ＜5 ＜5 2.5 2.5 2.0 1.5 1.5 ― ＜5 ＜5 2.0 2.0 ― 2.3 2.8 ― 外層 たて 透湿防 方向 水層 寸法変化 率（％） よこ方 透湿防 向 水層 内層 全ての試料は、ISO 11613：1999 及び（財）日本防炎協会基準の性能基準を十分満足 している。 3.3.5 火炎と放射熱の両方の暴露による防護性能（TPP 試験） この試験は、ISO 17492：1995「熱と炎に対する防護服―火炎と放射熱の両方の暴露によ る熱伝達性の測定」にしたがって試験した際にセンサーの温度上昇曲線と火傷曲線との交 点の加熱開始からの時間ｔが ISO 11613：1999 に定められている北米仕様基準ｔ≧17.5 秒を満たすものとしている。 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の測定結果を表 3.3.5 に示す。 22 表 3.3.5 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の火炎と放射の両方の暴露による防 護性能 (財)日本防 ISO 11613： 防火服 防火服Ｂ 防火服Ｃ 防火服 炎協会基準 1999 Ａ Ｄ 上衣 下衣 上衣 下衣 TTI(秒) ― ≧17.5 24.8 14.5 15.2 14.5 11.9 4.6 防火服Ａ以外の試料は、ISO 11613：1999 の北米仕様の性能基準を満たしていない。防 火服Ｂ∼防火服Ｃは北米では使用できないことになる。なお、(財)日本防炎協会の防火服 の性能基準にはこの火炎と放射熱の両方暴露による防護性能の基準は定められていない。 23 3.4 まとめ ２章で選択した快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能をまと めると表 3.4 となる。なお、表中で 色の部分は（財）日本防炎協会及び ISO 11613： 1999 の両方の基準を満たしていない部分であり、 色の部分は（財）日本防炎協 会基準のみを満たしていない部分であり、 色の部分は ISO 11613：1999 の基準の みを満たしていない部分である。また、（ ）内の数値は生地が銀面編地の基準である。 表 3.4 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 引張強 さ たて方向（Ｎ） 残留引 張強さ たて方向（Ｎ） 引裂強 さ たて方向（Ｎ） 表面湿 潤耐性 よこ方向（Ｎ） (財)日本防 ISO 防火服 防火服 B 炎協会基準 11613：1999 A 上衣 下衣 1820 715 2540 防火服 C 防火服 D 上衣 下衣 2080 2080 1090 ≧1200 （≧450） ≧450 よこ方向（Ｎ） よこ方向（Ｎ） ≧40 （≧25） ≧25 試験１回目 試験 2 回目 ≧4 ≧4 試験 3 回目 1904 618 1880 1320 1320 660 1720 700 2470 2040 2040 1080 1848 605 1870 1320 1320 652 97.6 90.3 132 103.4 103.4 45.3 97.2 86.5 128.9 75.3 75.3 35.6 5 4 5 5 5 4 5 5 5 5 5 4 5 4 5 5 5 4 たて（％） ≦3 ≦3 -1.0 -3.0 -2.0 -2.0 -2.0 -3.0 よこ（％） ≦3 ≦3 -2.0 -3.0 -2.2 -0.5 -0.5 -3.0 洗濯収 透湿防 たて（％） 縮性 水層 よこ（％） ≦3 ≦3 -2.5 -2.5 -2.4 -2.5 -2.5 ― ≦3 ≦3 -1.5 -2.5 -2.8 -2.5 -2.5 ― たて（％） ≦3 ≦3 -1.0 -2.5 ― -1.0 -2.5 ― よこ（％） ≦3 ≦3 0.0 -2.0 ― -0.5 -1.0 ― ＞80 ＞80 98.0 98.0 95.0 98.8 99.0 70.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 97.6 98.8 96.8 99.0 98.7 75.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 97.7 98.2 96.5 98.0 98.6 77.3 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 95.0 89.0 88.2 92.1 93.2 30.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り 外層 内層 40％NaOH（％） 裏面への浸透 液体化 学薬品 浸透耐 性 36％HCl（％） 裏面への浸透 30％H2SO4（％） 裏面への浸透 p-キシレン（％） 裏面への浸透 24 性 能 炎 穴あき 表側 耐炎性 着炎滴下物 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 炎 端に達しな 端に達しな 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 い い しない しない しない しない しない しない 穴あき 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 着炎滴下物 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 t24（秒） ≧18 ≧18 22.1 45.6 20.9 15.5 t24-t12（秒） ≧4 ≧5 7.3 18.9 7.0 6.1 熱透過率（％） ≦50 ≦48 22.9 8.9 23.8 27.1 HTI24 ≧13 ≧13 24.6 15.9 14.1 16.8 12.7 4.7 HTI24-HTI12 ≧4 ≧4 7.1 4.7 4.2 5.0 3.6 1.6 溶融 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 溶融滴下 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 分離 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 発火 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し ＜5 ＜5 1.5 3.0 2.2 2.0 2.0 3.5 ＜5 ＜5 2.0 2.8 2.5 1.8 1.8 ― ＜5 ＜5 2.2 2.0 ― 2.2 3.0 ― ＜5 ＜5 2.0 3.0 2.8 2.5 2.5 3.0 ＜5 ＜5 2.5 2.5 2.0 1.5 1.5 ― ＜5 ＜5 2.0 2.0 ― 2.3 2.8 ― ― ≧17.5(注) 24.8 14.5 15.2 14.5 11.9 4.6 裏側 放射熱 暴露に よる防 護性能 防火服 C 防火服 (財)日本防 ISO 防火服 防火服 B 炎協会基準 11613：1999 A D 上衣 下衣 上衣 下衣 端に達しな 端に達しな 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 い い しない しない しない しない しない しない 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 火炎暴露に よる防護性 能 対流熱 外層 暴露に たて 透湿防 よる防 方向 水層 寸法変 護性能 内層 化率 外層 （％） よこ 透湿防 方向 水層 内層 火炎と放射の両方の暴 TTI(秒 露による防護性能 ) (注) この基準は、ISO 11613：1999 のアプローチＡ（ヨーロッパ仕様）にはないがアプロ ーチＢ（北米仕様）に定められている。日本の基準は、ヨーロッパ仕様に準じてい る。 25 以上総括すると、防火服Ａは（財）日本防炎協会及び ISO 11613：1999 の両方の基準 に全ての性能が満たしている。しかし、重量が重く（表 3.1-2 を参照）快適性において 他の防火服に比較して劣ることが予想される。防火服Ｂ、防火服Ｃは日本で使用されてい る防火服であるが、放射熱及び火炎暴露による防護性能で基準を満たしていないものがあ り、改良すべきである。また、火炎と放射の両方の暴露による防護性能の基準に現行の日 本の防火服２種とも適合していないために、北米では使用できない。防火服Ｄは、もとも と森林用防火服であるため、活動性を優先にして作成された防火服であるため、建物火災 用の防火服の性能基準である（財）日本防炎協会及び ISO 11613：1999 の基準に適合し ないのも当然といえる。 26 4 消防用防火服の透湿防水層が伝熱に及ぼす影響 4.1 概要 消防用防火服には防水性を持たせるために，表地と断熱層の間に中間層として透湿防水 層を入れているものが多い．この透湿防水層は表地と断熱層にくらべて薄いが，耐熱性能 にかなり影響を及ぼしていることが分かった．垂直に設置した布地にヒーターからの放射3. 6kW/m2を加え，その時の布地の裏面の温度変化を調べた．その結果，各布地の間に空気層 がない場合では，表地と断熱層の中間に透湿防水層を入れることで，断熱層の裏面温度は1 3度低くなった．一方，表地と断熱層の間に10mmの空気層を設け，防火服内を模擬してこ の空気層を密閉し，空気層内の空気と外部の空気の出入りができないようにした場合には， 表地と断熱層の中間に透湿防水層を入れることで，断熱層の裏面温度は最大で8度低くなっ た．密閉していない空気層を設けた場合には，透湿防水層を入れることで，断熱層の裏面 温度は最大で17度低くなった．また，空気層を設けた場合には，空気層を密閉した場合も していない場合も，透湿防水層を入れることで，表地の裏面温度が最大で8度高くなること が分かった．本研究では，布の吸収係数と反射率を推定する方法についても提案した．そ れらの値を用いて，数値計算を行った結果，温度の変化傾向については再現できたが，絶 対値としては，空気層がない場合には実験結果よりも低い値となった． 4.2 記号 a 吸収率 c 比熱 [J/(kg K)] E 放射熱流束[W/m2] Gr グラスホフ数 (Gr = gβ(T1-T∞)y3/ν2) h 熱伝達率 [W/(m2 K)] k 吸収係数[m-1] Nu ヌセルト数 Pr プラントル数 (Pr =ν/κ) r 反射率 reflectivity s 布または空気層の厚さ T 温度[K] x 表地の表面から布の厚さ方向への距離 [m] y 布を設置した台からの鉛直上方向の距離 [m] β 熱膨張係数 [K-1] ε 放射率 ζ, η 定数 κ λ ν ρ σ 温度伝導率 [m2/s] (κ=λ/ρc) 熱伝達率 [W/(m K)] 動粘性係数[m2/s] 密度[kg/m3] ステファンボルツマン定数, 5.67×10-8[W/(m2K4)] 27 添字 0 外 1 表地 2 透湿防水層 3 断熱層 4 ケイカル板 a 空気層，空気 B 布の裏面 ∞ 大気 w 表地の表面 4.3 はじめに 典型的な消防用防火服は，表地，透湿防水層，断熱層の3層からなる．中間層である透湿 防水層は，防火服に断熱性を持たせるために設計されているわけではないが，我々が行っ たサーマルマネキン試験とISO6942:2002 試験の結果では，表4.3に示すように透湿防水層の ない消防用防火服は，透湿防水層のあるものに比べて，断熱性能が低いという結果が得ら れた1)．しかし，これらの試験で使われた2つの防火服は，断熱層，表地が異なる種類のも のであったので，これらの結果が透湿防水層の影響であったのかどうかを結論づけること はできない．そこで，この研究では，透湿防水層が消防用防火服の断熱性に及ぼす影響を 調べた． 表4.3 2つのタイプの消防用防火服についてのサーマルマネキン試験とISO6942:2002試験 の結果1) サンプル A (透湿防水層なし) B (透湿防水層あり) サーマルマネキン試験による上半身の2度，3度火 傷の割合 [%] 41 23 t24[s] (ISO6942 Test) 25 33 4.4 実験装置と方法 実験はISO6942試験の装置(図4.4-1)を流用し，布と放射計のホルダーについては新たに製 作した．布は図4.4-2に示すように垂直に設置した(詳細は後述)．断熱層はケイカル板に接触 して設置した．実験では，ヒーターからの放射を布に暴露した．ヒーターと表地の間にあ る水冷されている放射の遮蔽板(図4.4-1)を開くことによって放射の暴露を開始し，5分後に ヒーターへの電源を切った．実験の前後に，表地の表面の位置に入射する放射量を，0.5µm から27µmの放射を透過するフィルターを通して放射計によって測定した．放射量はすべて の実験で3.6kW/m2 となるように調整した. 実験中，表地，透湿防水層，断熱層の裏面の温 度を，0.1mmのK熱電対で測定した．表4.4 に実験に用いた布の特性を示す．熱伝導率は， 熱伝導率計 (栄弘精機, HC-074 (200))で測定した．吸収係数，反射率，比熱については4.5 節で述べる． 防火服内の各布の間には，様々な幅の空気層が存在し，また，密着した部分も存在する． このことは，防火服の熱性能に影響を与える．また，防火服内の空気層は人間が着ている 28 状態ではほぼ密閉されており，具体的なデータはないが，空気層内の空気と防火服の外部 の空気の出入りはないか，非常に制限されていると考えている．しかし，これらの空気の 出入りが可能だとしたら，どの程度布の熱性能が変わるかということは，布地間の強制冷 却，自然冷却による防火服の断熱性能の向上という応用上の観点からも興味ある問題であ る．そこで,ここでは3種類の実験を行った．つまりⅰ)各布の間に空気層がない場合（図4.42a），ⅱ)各布の間に，密閉された空気層がある場合（図4.4-2b），ⅲ)各布の間に，密閉さ れない空気層がある場合（図4.4-2c）である．空気層の密閉は，図4.4-2b)に示すように空気 層の上と横を断熱板（ケイカル板）で覆うことによって行われた．この場合，各布の下部 は床に接しているので，空気層に流入する空気，空気層から流出する空気はない．これら3 つの場合について，表地と断熱層の間に透湿防水層を入れた場合(3層)と入れない場合(2層) を比較し，透湿防水層が熱性能に与える影響を調べた． 図 4.4-1 本実験で利用した ISO6942 試験装置 a) b) 透湿防水層 110×110 ケイカル板 60×60 放射 5 20 5 25 放射遮蔽板 放射 25 表地 断熱層 5 5 c) 放射 ケイカル 板 表地 [mm] 図 4.4-2 布の配置図. a) 各布の間に空気層がない場合; b) 各布の間に密閉された空気層が ある場合; c) 各布の間に密閉されない空気層がある場合. 29 表 4.4 布の特性 特性 表地 透湿防水層 断熱層 種類 防炎織物（綾織） 平織 難燃編物 メタ系アラミド65% メタ系アラミド100% 構成率 パラ系アラミド35% 難燃透湿防水ラミ 難燃透湿コーティ 難燃透湿防水コー ネート(多孔質ポリウ ング ティング レタンフィルム) 0.5 0.3 0.83 加工 厚さ [mm] 密度 ρ [kg/m3] 熱伝導率 λ [W/(mK)] (注) メタアラミド25% ザプロウール75% 448 453 386 0.053 0.05 0.051 吸収係数，反射率，比熱については表4.5に示す. 4.5 布の物性値の推定 布の放射特性である反射率と吸収係数を推定した．推定は，まず，調べたい布１枚およ び，同じ布2枚を密着させたものにそれぞれ放射量E0を与え，布を透過した放射量E1，E2と 各布の裏面温度を測定した(図4.5-1)．つぎに，1枚および2枚の布についての放射輸送式を連 立させて解くことで，布の反射率と透過率を求めた．放射輸送式中の布の吸収係数は温度 に依存しないと仮定した．つまり各布は一つの吸収係数の値をもつことになる．1枚および 2枚の布についての放射輸送式は以下のようになる． s s 0 x E1 = (1 − r ) E0 exp(− ks) + ∫ exp(− ∫ kdx′)kσT1 ( x)dx 4 2s 2s 0 x (1) E2 = (1 − r ) E0 exp(−2ks) + ∫ exp(− ∫ kdx′)kσT2 ( x)dx 4 (2) ここで，x：布表面からの厚さ方向の距離，である．各式で，右辺第一項は布に入射した放 射が減衰されて裏面まで透過した放射量を表し，第 2 項は布内の各点からの自己放射が裏 面にいたるまでに減衰されて裏面から射出される放射量を表す．式中のT1 とT2には温度測 定値から得られた一次式T1 = ζ1x + η1，T2 = ζ2x + η2を代入した．両式を外布，透湿防水層， 断熱層についてそれぞれ立てて，各布について 2 つの式を連立して解き，各布の反射率と 吸収係数を求めた．その結果を表 4.5 に示す．ただし，ここで述べた反射率と吸収係数の 推定法についてはまだ校正ができていないため，これらの推定値の精度についてはまだ保 障できない． 布の放射率は次の式を用いて求めた． ε = 1 − r − exp(−ks) (3) 2 反射率，吸収係数を求める際の実験で，布に入射させる放射量E0 は 3.6kW/m であった が，このときの布を透過した放射量E1，E2を参考までに図 4.5-2 に示す．この図から，透湿 防水層の放射の透過性は，表地，断熱層と同程度であることが分かる． 30 rE0 rE0 k E0 k k E0 E1 E2 s 2s x 0 x 0 図 4.5-1 布の吸収係数と反射率を求める方法の概念図 表 4.5 内の布の比熱は，表地と断熱層については木綿の値を使っており，透湿防水層に ついてはポリウレタンラバーの値を使っている．これらの値と，実測した密度，熱伝導率 を使って求めた温度伝導率についても表 4.5 に示している． 表 4.5 布の推定した物性値 -1 吸収係数k [m ] 反射率 r 表地 透湿防水層 断熱層 2278 4155 1217 0.5 0.34 0.5 1.3×10 1.9×10 1.3×103 3 熱容量 ρc [J/(m K)] 0.58×106 0.86×106 0.50×106 2 温度伝導率 λ /ρc [m /s] 0.09×10-6 0.05×10-6 0.10×10-6 比熱 c [J/(kg K)] 3 3 800 表地1枚 透湿防水層1枚 断熱層1枚 表地2枚 透湿防水層2枚 断熱層2枚 600 2 E 1 , E 2 [W/m ] 700 500 400 300 200 100 0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 時間 [秒] 図 4.5-2 布の吸収係数，反射率を求めるために，1 枚または 2 枚の布にE0 = 3.6 kW/m2の放 射を与えたときの透過量E1，E2． 31 4.6 結果 4.6.1 布間に空気層がない場合 図4.4-2a)に示したように布間に空気層がない場合の，透湿防水層を入れた3層の場合と透 湿防水層を入れない2層の場合の各布の裏面の温度変化を図4.6.1に示す．図に示した温度は すべて3回の実験の平均値である．断熱層の裏面の温度は，透湿防水層を入れた場合は入れ ない場合に比べて，最大で13度低くなった．隣り合う布の裏面の温度は，遮蔽板を開けて いる5分間はどれも10数度の差であった．透湿防水層が断熱性を上げる原因は，透湿防水層 の熱容量が空気の約800倍もあり，温度伝導率が空気の約1/500であるため（表4.5）透湿防 水層への蓄熱が増えること，また，透湿防水層による吸収，反射，後方散乱が増えること による．本実験で用いた透湿防水層は，表地，断熱層に比べて温度伝導率が低く（表4.5）， 透湿防水層を透過する放射量（式（1）（2）のE1，E2）が，表地，断熱層を透過する放射量 と同じ程度であったことからも，高い断熱性を持つことが分かる． 140 3層 表地 3層 透湿防水層 3層 断熱層 2層 表地 2層 断熱層 120 温度 [℃] 100 80 60 40 20 0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 時間 [秒] 図 4.6.1 各布の間に空気層がない場合の 2 層または 3 層の各布の裏面温度の時間変化 4.6.2 布間に密閉された空気層がある場合 図 4.4-2b)に示したように表地と断熱層の間に 10mm の密閉された空気層を設けた場合， その中間に透湿防水層を入れた場合と入れない場合の，各布の裏面温度の時間変化を図 4.6.2 に示す．図に示した温度はすべて 3 回の実験の平均値である．透湿防水層を入れるこ とで，断熱層の裏面の温度は最大で 8℃低くなった．この原因は，空気層がない場合につ いて 4.6.1 節で述べたことと同じである． また，空気層がある場合，表地の裏面の温度は透湿防水層を入れることで最大で８℃高 くなるという興味深い現象が見られた．この現象の原因としては，ひとつには自然対流の 影響を考えている．布の温度が上昇すると，空気層内で自然対流が発生する．この実験の レイリー数は 103のオーダーとなり, 幅 10mmの温度の異なる 2 枚の鉛直等温平面の上下を 断熱壁で囲った密閉層内を考えると，この中で微弱な自然対流が発生する領域である2)が， 透湿防水層を入れることで空気層の幅が狭くなり自然対流が減少し表地裏面の冷却効果が 減少する．また，透湿防水層の吸収係数は断熱層に比べて大きい(表 4.5)．そのため透湿防 32 水層からの自己放射が断熱層からの自己放射より大きいことも，この現象の原因であると 考えている．ただし，布の反射率は透湿防水層の方が断熱層よりも小さい．このことは表 地の裏面温度を下げる方向に働くが，上記の 2 つの効果に比べて小さかったと考えている． 一方，空気層がない場合の表地裏面の温度は，透湿防水層のあるなしに関わらずほぼ等 しかった（図 4.6.1）．この場合は空気層がないため，表地裏面に自然対流は発生しない． したがって，透湿防水層と断熱層の吸収係数，反射率の違いが引き起こす効果，透湿防水 層の温度伝導率が断熱層の値より小さいことの効果が相殺して，透湿防水層の影響が現れ ていないものと考えている． 140 3層 表地 3層 透湿防水層 3層 断熱層 2層 表地 2層 断熱層 120 温度 [℃] 100 80 60 40 20 0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 時間 [秒] 図 4.6.2 各布の間に密閉された空気層がある場合の 2 層または 3 層の各布の裏面温度の時 間変化 4.6.3 布間に密閉されない空気層がある場合 図4.4-2c)に示したように表地と断熱層の間に10mmの密閉されない空気層を設けた場合， その間に透湿防水層を入れた場合と入れない場合の，各布の裏面温度の時間変化を図4.6.3 に示す．図に示した温度はすべて3回の実験の平均値である．空気層を密閉した場合（図4. 6.2）に比べて，3層の場合の断熱層の裏面温度は最大で10度低くなり300秒の時点で44度で あった．これは対流によって空気層内の空気と外部の空気が交換できることによると考え ている．しかし，2層の場合の断熱層の裏面温度は，空気層を密閉した場合の断熱層の裏面 の温度とほとんど同じとなり，密閉の有無の効果は現れなかった．空気層を密閉してない 場合，透湿防水層を入れることで，断熱層の裏面の温度は最大で17℃低くなった．また， この場合も，表地の裏面の温度は，透湿防水層がある場合はない場合よりも最大で８℃高 いという，密閉された空気層と同様の現象が見られた． 33 140 3層 表地 3層 透湿防水層 3層 断熱層 2層 表地 2層 断熱層 120 温度 [℃] 100 80 60 40 20 0 0 60 120 180 240 300 360 420 時間 [秒] 480 540 600 660 図 4.6.3 各布の間に密閉されない空気層がある場合の 2 層または 3 層の各布の裏面温度の 時間変化 4.7 数値解析 実験結果の理解を助けるために数値解析を行った． 4.7.1 モデル (1) 仮定 モデルを単純化するために，以下のことを仮定した． 1) 伝熱は布の厚さ方向の一次元である． 2) 布は乾燥している． 3) 各布の間の自然対流は無視される． 4) 布の溶融，炭化は起きないとする． 5) 布の吸収係数は波長に依存しないとする．（灰色近似．） 6) 布からの自己放射は無視する． 7) 布内での放射の散乱は無視する． 8) 透湿防水層の裏面と断熱層の表面の間で多重反射して透湿防水層に入射する正味放射量 は，透湿防水層の表面までは透過するが，表地の裏面までは到達しないとする． 9) 布間の放射量の交換は無限平板間の放射量の交換と近似する 10) ケイカル板に到達する放射は，すべてその表面で吸収されるとする． (2) 布間の正味放射量 布には灰色近似を適用したので，キルヒホッフの法則により布の全放射率ε と全吸収率a は等しい．よって，布間の放射量の交換は図4.7.1-1に示したようになる．ここで，布表面1 から放射量E1が射出され，表面2が放射量E1のa2 (= ε2) の割合だけ吸収し，表面1の方へE1 のr2 の割合だけ反射する．以下同様にして，表面2が正味吸収する放射量は以下のようにな る． 34 E 2 = ε 2 E1 + ε 2 r1r2 E1 + ε 2 (r1r2 ) E1 + ⋅ ⋅ ⋅ 2 = ε 2 E1 1 − r1r2 = (1 − r2 )E1 . (4) 1 − r1r2 同様に，表面1が正味吸収する放射量は以下のようになる． E1B = ε 1r2 E1 + ε 1r1r2 E1 + ε 1r1 r2 E1 + ⋅ ⋅ ⋅ 2 = ε 1r2 E1 1 − r1r2 = 2 3 (1 − r1 )r2 E1 . (5) 1 − r1r2 1 a1r2E1=ε1r 2E1 2 1 1 2 2 E1B a r r E1=ε1r1r 2 E1 ･ ･ ･ 2 E1 a2E1=ε2E1 r2E1 2 r 1r2 E1 r1 r2E1 2 2 2 r1 r E1 a2r1 r2E1=ε2r1r 2E1 2 2 2 2 2 2 E2 a2r1 r E1=ε2r1 r E1 ･ ･ ･ 図 4.7.1-1 布 1 と布 2 の間の放射量の交換 表地の表面に外部から放射量E0が入射したときの3層の布の間の放射量交換は図4.7.1-2に 示すようになる．よって，各布の表面から射出される放射量，各布の表面に吸収される放 射量は以下のように表せる． E a1 = (1 − r1 )E 0 e − k1s1 (6) E a 2 = E 2 e − k 2 s2 (7) (1 − r1B )r2 E a1 (1 − r1B )r2 (1 − r1 )E0 e − k s E1B = E2 = 1 − r1B r2 1 − r1B r2 (1 − r2 )E a1 (1 − r2 )(1 − r1 )E0 e − k s 1 − r1B r2 E2 B = E3 = 1 1 = 1 1 = (1 − r2 B )r3 Ea 2 1 − r2 B r3 (8) (9) 1 − r1B r2 = (1 − r2 B )r3 E2 e − k s 2 2 (10) 1 − r2 B r3 (1 − r3 )Ea 2 = (1 − r3 )E2 e − k s 2 2 1 − r2 B r3 (11) 1 − r2 B r3 ここで，Ea1 ：表地の裏面から射出される放射量，Ea2：透湿防水層の裏面から射出される 放射量，E1B： 表地の裏面に吸収される放射量，E2：透湿防水層の表地に吸収される放射量， 35 E2B：透湿防水層の裏地に吸収される放射量，E3：断熱層の表地に吸収される放射量，であ る． r1E0 r1 E0 透湿防 表地 空気層 水層 空気層 断熱層 k1 k3 k2 r1B r 2 r2B r3 ケイカル板 Ea1 Ea2 E2 E3 E1B E2B λ1 λa λ2 λa λ3 s1 s a1 s2 sa2 s3 x 0 図 4.7.1-2 3 層の布間の放射伝熱． (3) 伝熱モデル 前述の仮定と布間での放射量交換の式を使うと，エネルギー保存式は以下のようになる． ∂ 2T ∂T (ρc )1 = λ1 2 + k1 (1 − r1 )E0e −k1x + k1E1B e −k1 (s1 − x ) ∂x ∂t (ρc )2 ∂T = λ2 ∂ T2 + k 2 E2e −k ( x − s − s 2 2 ∂x ∂t (ρc )3 ∂T = λ3 ∂ 1 a1 ) + k1 E2 B e − k 2 ( s1 + sa1 + s2 − x ) 透湿防水層 (12) (13) 2 T + k 3 E3 e − k3 ( x − s1 − sa1 − s2 − sa 2 ) 2 ∂x ∂t 表地 ∂T ∂ 2T (ρc )4 = λ4 2 + k3 E3e− k 3 s3 ∂t ∂x (ρc )4 ∂T = λ4 ∂ T2 断熱層 (14) ケイカル板表面 (15) 2 ∂t (ρc )a ∂T ∂t ∂x = λa ∂ 2T ∂x 2 ケイカル板 (16) 空気層 (17) ここで，式(12)，(13)，(14)の右辺第2項は，図4.7.1-2で各布に左方向から入射する放射が布 内で減衰されて距離xに入射する放射量，式(12)，(13)の右辺第3項は，各布の表面間で多重 反射され，各布に右方向から入射する放射が布内で減衰されて距離xに入射する放射量を表 す． 36 (4) 境界条件 表地の表面での境界条件は下記のように与えた． − λ1 ∂T 4 = h(T∞ − T1 ) − ε 1σT1 （t > 0，x = 0） ∂x (18) 布地表面の熱伝達率は以下のように与えられる． h= Nuλ a . y (19) 垂直平板の自然対流熱伝達についてのヌセルト数は，以下のように与えられる3)． Nu = 0.478 Pr 1 / 2 Gr 1 / 4 . (0.861 + Pr )1 / 4 (20) 式(18)で用いられる空気の熱伝導率λ a , 動粘性係数ν, 温度伝導率κ，熱膨張係数βは温度 T f = (Tw + T∞ ) / 2 での値を用いた．布と空気および布とケイカル板の境界面x = s1, s1+sa1， s1+sa1+s2, s1+sa1+s2+sa2, s1+sa1+s2+sa2+s3 での熱流束の連続性から以下の式が与えられる． ∂T1 ∂T ∂T ∂T ∂T ∂T = λa1 a1 , λa1 a1 = λ2 2 , λ2 2 = λa 2 a 2 , ∂x ∂x ∂x ∂x ∂x ∂x ∂T ∂T ∂T ∂T λa 2 a 2 = λ3 3 , λ3 3 = λ4 4 . ∂x ∂x ∂x ∂x λ1 (21) ケイカル板の裏面での温度は一定として，各実験開始前の布の温度を与えた． 4.7.2 数値計算の結果 式(12)∼(18)，(21)を有限差分化し，TDMA（Tri-Diagonal Matrix Algorithm）によって解い た． 各布間に空気層がない場合の各布の裏面温度の時間変化について，計算結果と実験結果 を図 4.7.2-1 に示す．計算値と測定値の傾向はよく似ている．しかし，計算値は測定値より も小さい．これは数値モデルでは布からの自己放射が無視されていることおよび，推定し た反射率，吸収係数，比熱の誤差によるものと考えている． 各布間に空気層がある場合の各布の裏面温度の時間変化について，計算結果と実験結果 （密閉された空気層の場合）を図 4.7.2-2 に示す．ヒーターからの放射に暴露中の断熱層の 裏面温度の計算結果は実験結果をよく再現しているが，表地と透湿防水層の裏面の温度は， 計算値が測定値よりも大きい．これは，実験では布間の空気層内で自然対流が発生して布 を冷却する可能性がある，という効果を数値モデルでは無視したことが原因ではないかと 考えている． 37 140 表地 計算値 透湿防水層 計算値 断熱層 計算値 表地 測定値 透湿防水層 測定値 断熱層 測定値 120 温度 [℃] 100 80 60 40 20 0 0 図 4.7.2-1 60 120 180 240 300 360 時間 [秒] 420 480 540 600 660 3 層で空気層がない場合の各布裏面温度の計算値と測定値の比較． 140 表地 計算値 透湿防水層 計算値 断熱層 計算値 表地 測定値 透湿防水層 測定値 断熱層 測定値 120 温度 [℃] 100 80 60 40 20 0 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 時間 [秒] 図 4.7.2-2 3 層で空気層がある場合の各布裏面温度の計算値と測定値の比較． 4.8 まとめ 透湿防水層が防火服の断熱性能を上げることを実験で確認した．また，各布間に空気層 がある場合，透湿防水層を入れると表地の裏面温度が高くなることが分かった．さらに， 布間の空気層を密閉しない場合は，密閉した場合より，3 層の布の場合は断熱層の裏面温 度が下がることを示した．2 層の布の場合は断熱層の裏面温度は，空気層の密閉の有無に よってほとんど変化しなかった．数値解析を行ったが，実験結果の現象解明には至らなか った．これは，モデルの精度と推定した物性値の精度がまだ十分でないからである．特に， 布からの自己放射をモデルに入れる必要がある．布の吸収係数と反射率の推定法の提案を 行ったが，この推定法の校正も今後必要である． 38 4.9 参考文献 1. 箭内英治，鈴木健，篠原雅彦，畑野崇，消防用防火服の耐熱性能の評価に関する研究， 消防研究所研究資料 62 号，(2004)， 2. 相原利夫，伝熱工学，裳華房，(1994) 3. 甲藤好郎，伝熱概論, 養賢堂，(1964) 39 ５ サーマルマネキンによる耐炎性能の評価 5.1 はじめに 消防隊員用防火服の耐炎性能は、全国共通の規格がなく各地方自治体の消防本部にその 仕様が委ねられている。これら仕様の中で定められている耐炎性能は、生地試験による防 護性能を要求している。しかし、この生地試験のみでは防火服全体の耐炎性能は評価でき ない。防火服全体の防護性能としての耐炎性能を調べる試験方法として、サーマルマネキ ン試験方法（ISO/DIS 13506）が ISO で提案され、議論されている所である。 サーマルマネキンシステムは実際のフラッシュ火炎に消防隊員が暴露された際に着用し ている防火服がどの程度の防護性能を持つかを、火傷程度と火傷範囲で示すことができる。 生地試験にはない防護服のデザインなども含めてその防護性能を評価することが可能であ る。 5.2 サーマルマネキンの概要 サーマルマネキンは、マネキン本体、バーナシステム及びデータ処理装置から構成されて いる。マネキン本体は、122 個の熱流センサーを埋め込んだ人体のダミーである。マネキ ンに評価しようとする防火服を着せ、プロパンガスバーナにより作り出した火災環境に曝 露し、各熱流センサーに入る熱流束からマネキン各部の火傷の程度及びその面積などを算 出し、防火服の耐炎性能を評価する。暴露室外から撮影したサーマルマネキンの本体およ びデータ解析装置を図 5.2 に示す。 データ解析装置 本体 図 5.2 サーマルマネキンのデータ解析装置及び本体 40 5.3 試験防火服 この章で使用している防火服は、防火服 1 が水準③ＮＦＰＡ仕様防火服、防火服 2 が水 準⑥Ｔ都市現行防火服、防火服Ｃが水準②他都市アルミ型、防火服Ｄが水準④ＷＩＬＤ Ｌ ＡＮＤ（森林用防火服）、執務服が水準⑤執務服に対応している。他章で使用している防火 服名との対応は表 2.4 を参照して下さい。試験防火服の素材等の仕様を表 5.3-1 に、重量を 表 5.3-2 に示す。また、防火服をマネキンに着用させた写真を図 5.3 に示す。 表 5.3-1 試験防火服の素材等の仕様 防火服の種類 防火服１ 上衣 表地（外層） 透湿防水層（中間層） 断熱層（内層） パラアラミド、ＰＢＩ ゴアテックス アラミド（ノメックス） メタアラミド 90%、 パラアラミド 10％ メタアラミド 90%、 パラアラミド 10％ 下衣 防火服４ ト（銀面アルミ蒸着+フ ッ素フィルム加工） 防火服３ メタアラミド 95％、 パラアラミド 5％＋ ＰＴＦＥフィルム パラアラミド 100%ニッ 上衣 パラアラミド 5％＋ ＰＴＦＥフィルム 防火服２ 下衣 メタアラミド 95％、 メタアラミド 100％ ゴアテックス加工 パラアラミド 60％ メタアラミド 100％ メタアラミド 40％ 透湿防水加工 メタアラミド (ノメックス) メタアラミド 95％、 パラアラミド 5％ メタアラミド 95％、 パラアラミド 5％ メタアラミド 30%、 パラアラミド 40%、 難燃レーヨン 40% なし なし なし なし なし メタアラミド 75%、 執 務 服 パラアラミド 5％ ポリエステル 20％ 表 5.3-2 試験防火服の素材等の仕様 防火服の種類 消防服の重量(g/着) 上衣 下衣 全体 防火服１ 2740 1970 4710 防火服２ 1910 1280 3190 防火服３ 1490 868 2360 防火服４ 721 791 1510 執 務 服 378 364 742 41 防火服１ 防火服２ 防火服３ 防火服４ 執務服 図 5.3 試験防火服 5.4 試験条件 防火服への火炎暴露は平均熱流束 84±4 kＷ/m２で行い、三層構造の防火服 1∼防火服３ は暴露時間５、８秒で、１層構造の防火服４と執務服は暴露時間２、３、５秒で、下着と 執務服下衣の有無を組み合わせて試験した。なお、１日の実験の初めと終りは裸暴露試験 を行い、平均熱流束が 84±4 kＷ/m２になっていることを確認して試験を行った。 表 5.4 サーマルマネキン試験の試験条件 防火服の 種類 平均熱流束 （kＷ/m２） 防火服 1 84±4 防火服 2 84±4 防火服 3 84±4 防火服 4 84±4 執務服 84±4 裸 84±4 暴露時間 （秒） 5 下着の有無 執務用下衣の有無 有 有 有 無 有 有 無 有 無 有 有 有 有 有 有 有 無 有 無 有 有 無 有 無 有 無 無 有 無 無 − 無 8 8 5 8 8 5 5 8 2 3 5 2 3 5 4 ・ 下着：半袖丸首 綿 100％、ブリーフ 綿 100％ ・ 試料のコンディショニング：６５％×２０℃×２４時間以上 42 サーマルマネキン試験の再現性 5.5 5.5.1 各実験での裸マネキンの変動 以前に行った実験結果との相関を見るために、各実験での裸マネキンでの各センサーの 熱流束の時間変化を図 5.5.1-1 に示す。各実験での平均値も横線で示してある。 140 時間軸方向平均熱流束 [kW/m2] 120 100 80 60 40 round robin average 6 cities average comfort 1 average comfort 2 average 20 0 1 11 21 31 41 51 61 71 sensor ID 81 91 101 111 121 図 5.5.1-1 裸マネキンでの各センサーの変動 センサーごとに細かく見ると各実験でバラツキがあるが、平均値は 84±4kcal/m2に収ま っており一致している。さらに、各実験の部位ごとの平均値を比較したのが図 5.5.1-2 であ る。 43 140 熱流束 [kW/m2] 120 100 80 60 round robin 6 cities comfort 1 comfort 2 40 20 0 頭部 胸部 (前) 胸部 (後) 腕部 右腕 左腕 脚部 右脚 左脚 部位 図 5.5.1-2 各実験での部位ごとの変動 各実験ごとに各部位で多少の変動は見られるが、大きな違いは見られない。 5.5.2 着衣マネキンの火傷の比較 次に、以前行った同条件での着衣マネキン結果との相関を見てみた。データは防火服２ の５秒暴露、下着、執務服ズボン有の条件、８秒暴露、下着、執務服ズボン無の条件、執 務服の３、５秒暴露、下着有の条件での火傷割合の結果を用いた。その関係を図 5.5.2 に示 他の実験系列での各種火傷割合（％） す。 50 45 40 35 30 25 20 ６ Ｃｉｔｉｅｓ Ｃｏｍｆｏｒｔ1 等価直線 執務服 15 10 5 0 0 10 20 30 40 今回の実験での各種火傷割合（％） 図 5.5.2 今回の結果と以前の結果との相関 44 50 これを見ると、今回の結果と前回の結果とではほぼ等価直線上に散らばっており、かな り良い相関があるといってよい。 以上の裸マネキン、着衣マネキンの両方の結果から、以前の結果と比較することは可能 であると言える。 5.6 暴露前後のサイズ、収縮率、写真観察 火炎暴露による防火服の収縮を考察するために、暴露前後のサイズおよび収縮率を測定 した。暴露前に防火服を床に広げその状態で各部のサイズを測定した結果を図 5.6-1 に示 す。 200 NFPA仕様防火服 日本の防火服１ 日本の防火服２ 森林用防火服 執務服 160 140 120 100 80 60 り 3/ 3 脚 周 脚 周 り 2/ 3 り1 /3 脚 周 尻 周 り り 腰 周 上 着 裾 周 り さ( 外 ） 腕 長 さ (内 ） 腕 長 り 周 腕 右 上 着 全 長 り 40 胸 周 サイズ（ｃｍ） 180 測定部位 図 5.6-1 暴露前の各防火服のサイズ 全ての服の各部位でのサイズの傾向は似ている。防火服１は全ての防火服に対し腕長さ （外）を除いて各部位で大きい傾向がある。防火服４は腕長さ（外） 、脚周り 3/3 以外は防 火服２、３と各部位と同等かそれより小さいサイズとなっている。執務服は脚周り 3/3 以 外は全ての部位で最も小さいサイズとなっている。 次に暴露後の各防火服の絶対収縮率を図 5.6-2 に示す。なお、ここで示した絶対収縮率は 次の式で定義した値である。また、グラフの項目値の（数値、有無、有無）で、数値は火 炎暴露時間を、次の有無は下着の有無を、最後の有無は執務服のズボンの有無を示してい る。したがって、例えば（8 有有）は８秒暴露で下着と執務服ズボンを着用した条件での 絶対収縮率を示していることになる。 （各部位で収縮した長さの合計値、ｃｍ） × 100 絶対収縮率（％）＝ （各部位の長さの合計値、ｃｍ） 45 絶対収縮率(%) 25 上半身合計 下半身合計 全身総計(絶対値） 20 15 10 5 防火服１ 防火服２ 防火服３ 試料（条件） 防火服４ (5有-) (3有-) (2有-) (2有無) ﾞ(3有無) (5有有) (5無無） (8有有） (5有有） (8無無） (8有有） (5有有） (5有有) (8無無） (8有有） 0 執務服 図 5.6-2 暴露後の各防火服の絶対収縮率収縮率の比較 同一の暴露条件で絶対収縮率を比較してみると、最も絶対収縮率の小さいのが防火服３ であり、次いで防火服１、防火服２、防火服４、執務服の順となる。三層で構成されてい る防火服１、防火服２、防火服３を第１グループとすると、下着、執務服ズボンの有無で は絶対収縮率に大きな違いは見られない。また、暴露時間の５秒と８秒でも絶対収縮率に それほど大きな違いは見られない。一方、１層の防火服である防火服４、執務服は暴露時 間による絶対収縮率に違いが大きく出ている。すなわち、暴露時間の上昇とともに絶対収 縮率も直線的に大きくなっている。防火服４と執務服を比較すると、上半身の絶対収縮率 の傾向は同じであるが、下半身と全身の絶対収縮率に違いが見られ、防火服４の方が執務 服より小さい。 防火服の暴露前後の状態を図 5.6-3 に示す。 46 防火服１ 防火服2 防火服3 防火服4 執務服 暴 露 前 暴 露 6 0 秒 後 図 5.6-3 各防火服の暴露前後の状態 防火服４、執務服は、暴露後ではほぼ服全体に炭化が見られ、特に脚、左胸部の炭化が 酷く損傷が大である。一方、防火服１∼３は比較的損傷は少ない。しかし、防火服１の色 は本来の素材の色になっており、防火服３は表面の銀色の輝きがなくなっている。また、 防火服２の反射テープは損傷していることが分る。 収縮率、写真観察から、暴露後の損傷程度は、防火服３＜防火服１＜防火服２＜防火服 ４＜執務服の順となる。 47 5.7 耐炎性能 サーマルマネキン試験結果の一覧を表 5.7 に示す。 表 5.7-1 サーマルマネキン試験結果一覧（火傷割合は頭部を除く結果） 月日 試料など 第 1 度火 第２度火 第３度火 第２度+第３ 下着の 執務服のズ 暴露時間 傷割合 傷割合 傷割合 度火傷割合 有無 ボン有無 (秒) （％） （％） （％） （％） 裸マネキン - - 4 0.0 0.0 100.0 100.0 防火服 1-1 有 有 8 3.1 1.4 0.6 2.0 防火服 1-2 無 無 8 4.4 7.2 7.7 14.9 2004 年 11 防火服 1-3 月 9 日 防火服 2-1 有 有 5 0.0 0.0 0.0 0.0 有 有 5 0.0 1.9 0.0 1.9 防火服 2-2 有 有 8 3.8 17.9 4.3 22.2 防火服 2-3 無 無 8 6.6 25.4 10.7 36.1 裸マネキン - - 4 0.0 0.0 100.0 100.0 裸マネキン - - 4 0.0 0.6 99.4 100.0 防火服 3-1 有 有 5 1.7 5.9 0.0 5.9 防火服 3-2 有 有 8 4.4 23.7 31.4 55.0 2004 年 11 防火服 3-3 月 10 日 防火服 4-1 無 無 5 0.6 12.6 8.0 20.7 有 有 5 1.2 15.5 24.0 39.5 防火服 4-2 有 無 3 0.8 14.5 2.2 16.8 防火服 4-3 有 無 2 2.0 1.0 0.0 1.0 裸マネキン - - 4 0.0 0.6 99.4 100.0 裸マネキン - - 4 0.0 0.0 100.0 100.0 有 無 2 0.0 4.5 0.0 4.5 有 無 3 3.3 36.3 0.0 36.3 有 - 5 3.3 19.6 50.0 69.6 - - 4 0.0 1.6 98.4 100.0 執務服 1 2004 年 11 執務服 2 月 11 日 執務服 3 裸マネキン 48 また、表１から各防火服の火傷割合（5 秒暴露、下着：有、執務服ズボン：有）を棒グ ラフにしたものを図 5.7-1 に示す。 執務服 防火服の種類 防火服４ 第２度+第３度火傷割合（％） 防火服３ 第３度火傷割合（％） 第２度火傷割合（％） 防火服２ 第一度火傷割合（％） 防火服１ 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 火傷割合（％） 60.0 70.0 80.0 図 5.7-1 各防火服と火傷割合の関係（５秒暴露、下着、執務服ズボン：有） 耐炎性能は大きく２つに分類できる。グループ１は防火服１∼防火服３、グループ２は 防火服４、執務服である。これは、防火服が３層からなるグループがグループ１であり、 １層のみからなるグループがグループ２である。その結果、グループ１では第２度+第３ 度火傷割合は体全体の 10％以下であるのに対して、ブループ２のそれは体全体の約 40％ 以上にもなっている。グループ１の中で耐炎性能を比較すると、防火服１が最も優れてお り、火傷が無であり、次いで防火服２、最も悪いのが防火服３という結果となっている。 しかし、その差は大きくない。グループ２では当然執務服より防火服４の方が優れている が、防火服 4 の方は執務服ズボンを着用した上に着ており、この分を差し引いて耐炎性能 を考えてあげなければならない。上半身は執務服も防火服も同じ下着を着用しているので、 上半身の火傷程度を比較することにより耐炎性能の違いを評価することができる。 49 防火服の種類 防火服３ 防火服２ 8 秒暴露 5 秒暴露 防火服１ 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 第２度＋第３度火傷割合（％） 50.0 60.0 執務服 防火服の種類 5 秒暴露 3 秒暴露 2 秒暴露 防火服４ 0.0 20.0 40.0 60.0 第２度＋第３度火傷割合（％） 80.0 図 5.7-2 暴露時間による耐炎性能の違い 暴露時間による耐炎性能の違いを見てみると（図 5.7-2 を参照）、暴露時間が増大するに したがい第２度+第３度火傷割合は急激に増大することが全ての防火服で明らかである。 下着の効果を見てみると（図 5.7-3 参照）、防火服１、防火服２は８秒暴露、防火服３は ５秒暴露であるが、いずれも下着を着用することにより約 13∼15％程度第２度+第３度火 傷割を減じている。 50 下着なし 下着有 防火服３ 防火服の種類 (5秒暴露） 防火服２ (８秒暴露） 防火服１ (８秒暴露） 0 5 10 15 20 25 第２度＋第３度火傷割合（％） 30 35 40 図 5.7-3 下着の効果 体の部位ごとの火傷割合を見るために、体全体を正面胴体、背面胴体、左右腕、左右大 腿、左右膝下、頭部の 9 つに分割し、それぞれの火傷割合を求め、図 5.7-4 に示す。なお、 この図の火傷割合は頭部を除いてある。 51 左膝下 体の部位 右膝下 左腿 執務服 右腿 防火服４ 左腕 右腕 背面胴体 正面胴体 0.0 5.0 10.0 火傷割合 (%) 15.0 20.0 左膝下 体の部位 右膝下 左腿 防火服３ 右腿 防火服２ 防火服１ 左腕 右腕 背面胴体 正面胴体 0.0 1.0 2.0 3.0 火傷割合(%) 図 5.7-4 各防火服の体の部位ごとの第２度+第３度火傷割合 防火服 1、防火服２の左右腿部に火傷がみられないのは、防火衣の上着、執務服のズボ ン、綿ブリーフなどが重なっている部分であり、外部からの熱を他の部分より防いでいる ためと考えられる。その他の部分では防火服により部位ごとの火傷の程度がまちまちであ 52 る、これは、防火服のデザイン、耐炎性能などが異なるためと考えられる。防火服３は暴 露後も防火衣の内衣が多少燃え続けておりそれが原因で他の防火服より火傷範囲が増え たものと考えられる。 執務服と防火服４はどちらも１層構造になっている防火服といえるが、全体的に防火服 ４の方が耐炎性能が高いことが分る。上半身と下半身で比較すると下半身の方が上半身よ り火傷の差が大きい。これは、先にも述べているが防火服４では防火服以外に執務服ズボ ンを着用しているためである。 また、火傷割合と生存率3）、死亡率4）や重症度5）の関係を表２に示す。 表 5.7-2 火傷割合（頭部を除く）と生存率、死亡率や重症度の関係 防火服 防火服1-1 防火服1-2 防火服1-3 防火服2-1 防火服2-2 防火服2-3 防火服3-1 防火服3-2 防火服3-3 防火服4-1 防火服4-2 防火服4-3 執務服-1 執務服-2 執務服-3 米国の統計データ 生存率（％） 暴露時間 20∼29.9 30∼39.9 40∼49.9 50∼59.9 （秒） 才 才 才 才 8 99 99 99 99 8 99 99 98 97 5 100 100 100 100 5 99 99 99 99 8 99 99 97 94 8 97 96 90 82 5 99 99 99 97 8 86 81 70 50 5 99 99 97 95 5 96 94 87 77 3 99 99 98 97 2 99 99 99 99 2 99 99 99 99 3 97 96 90 82 5 68 57 45 22 日本の統計データ Burn 死亡率 Index （％） 1.3 3.9 11.3 9.6 0.0 0.0 1.0 3.9 13.2 9.6 23.4 26.3 2.9 3.9 43.2 62.7 14.4 9.6 31.7 48.1 9.5 3.9 0.5 3.9 2.3 3.9 18.1 48.1 59.8 88.1 重症度 軽 症 中等症 火傷無 軽 症 中等症 重 症 軽 症 重 症 中等症 重 症 中等症 軽 症 軽 症 重 症 重 症 この表から、熱流束 84±4kW/m2の火災環境において、防火服１∼3 は暴露時間５秒程度、 防火服４、執務服については暴露時間２秒程度に十分耐える耐炎性能を持っているといえ る。また、防火服１は８秒暴露でも十分な耐炎性能を持つといえるが、防火服２、防火服 ３は８秒ではかなりの火傷を負うため十分な耐炎性能を持つとはいえない。また、１層構 造の防火服４は執務服より耐炎性能は高いが、暴露時間２秒までなら重症度が軽症ですむ が、それ以上の暴露だと中等症、重症となり耐炎性能が十分とはいえない。 3） J.R.Saffle, B.Davis, P.Williams and the American Burn Association Registry Participant Group, “ Recent Outcome in the Treatment of Burn Injury in the United States: A Report From the American Burn Association Patient Registry”, Journal of Burn care & Rehabilication, p.219, 1995 4） 松村正久他 10 名、 東京都の 11 熱傷ユニットにおける過去 10 年間の熱傷統計 、日本熱 傷学会誌、第 22 巻、第 1 号、（1996） 5） 大塚敏文、都築正和、山本保博、東京消防庁救急部：「救急医療の基本と実際 全 16 巻 11 熱傷・環境障害・溺水」 53 5.8 まとめ Ｔ都市用防火服を基準に快適性の異なる 3 水準及び執務服の計 5 水準の防火服の下に下 着、作業着（執務服のズボン）をサーマルマネキンに着用させ、平均熱流束 84±4kW/m2、 暴露時間 2∼8 秒の条件で暴露試験を行った結果をまとめると次のようになる。 １）裸マネキンの熱流束、着衣マネキンでの同条件での以前の結果と今回の結果はほぼ 対応しており、以前の結果と今回の結果に対して比較検討をすることは可能である。 ２）暴露後の収縮率、損傷程度は、防火服３＜防火服１＜防火服２＜防火服４＜執務服 の順となる。 ３）耐炎性能の順位は、耐炎性能のよい順に防火服１＞防火服２＞防火服３＞防火服４ となる。 ４）８秒及び５秒暴露での下着は、第２度+第３度火傷割合を約 13∼15％程度減じる効 果がある。 ５）熱流束 84±4kW/m2の火災環境において、防火服１∼3 は暴露時間５秒程度、防火服 ４、執務服については暴露時間２秒程度は重症度で軽症ですむ。また、防火服１は ８秒暴露でも下着を着ていれば重症度で軽症ですむといえるが、防火服２、防火服 ３は８秒ではかなりの火傷を負うため重症度で中等症、重症となってしまう。また、 １層構造の防火服４は執務服より耐炎性能は高いが、暴露時間２秒までなら重症度 が軽症ですむが、それ以上の暴露だと中等症、重症となり耐炎性能が十分とはいえ ない。 54 ６ 発汗ホットプレート装置を用いた消防服生地の快適性能試験 ＩＳＯおよびＡＳＴＭで定められた装置と方法で消防服生地の熱抵抗、蒸発抵抗などを 測定し、消防服の快適性を評価した。本試験は次の規格に則り、実施した。 ・ＩＳＯ１１０９２ Textiles ‒ Physiological effects ‒ Measurement of thermal and water-vapour resistance under steady-state conditions (sweating guarded-hotplate test ：skin model) ・ＡＳＴＭ Ｆ１８６８−９８ Standard Test Method for Thermal and Evaporative Resistance of Clothing Materials Using a Sweating Hot Plate 6.1 装置と試料 （１）装置 本装置は上記規格に則って国内のメーカーに作成させた国内初の装置である。 ・熱抵抗測定 ２０ｃｍ×２０ｃｍ メタルプレート メタルプレートを囲んで５ｃｍ幅のガードプレート、底面にボトムプレ ートを配する。ガードプレートおよびボトムプレートをメタルプレート と等温度にコントロールし、側面および底面への熱の放散を防ぎ、試料 面に対して垂直方向にのみメタルプレートの熱放出を起こさせている。 ・蒸発抵抗測定 ２０ｃｍ×２０ｃｍ 多孔性メタルプレート 多孔性メタルプレートを囲んで５ｃｍ幅の多孔性ガードプレート、 底面にボトムプレートを配する。ガードプレートおよびボトムプレート をメタルプレートと等温度にコントロールし、側面および底面への熱の 放散を防ぎ、試料面に対して垂直方向にのみ多孔性メタルプレートから の水蒸気および熱の移動が起こるようになっている。多孔性のメタルお よびガードプレートの表面は供給システムにより常に水で濡れた状態 に保たれている。更に多孔性のメタルおよびガードプレート表面は、水 蒸気透過性で、かつ水不透過性のﾊﾞﾘｱｰﾒﾝﾌﾞﾗﾝでカバーする。その目的 は試料布が水で濡れるのを防ぐと同時にプレート表面を均一に濡れさ せて、設定温度での均一な飽和水蒸気圧を保障するためである。 ・環境条件制御 環境の温度と湿度をコントロールするために、上記プレート一式を恒温 恒湿槽の中に設置する。更に恒温恒湿槽内に送風システムを入れて試料 面に水平の風速を調整する。 ・乾熱移動および水の蒸発によるメタルプレートの温度低下をカバーして定常状態に保 つための加熱エネルギーをワットで測定し、熱抵抗および蒸発抵抗を測定 条件から出る定数(温度差、蒸気圧差)を用いて計算する。 （２）試料 ・試験寸法 30cm×30cm とし、ガードプレートを完全にカバーする。繰り返し測定数（n）は３で、 55 データは平均値で示す。 ・前処理 洗濯は行っていない。ただし、発汗ホットプレート試験の前に温度 20±2℃、相対湿 度 65±5%の恒温恒湿槽で 24 時間以上調整した後に測定した。 6.2 測定項目の単位、計算式、語彙、測定条件、装置の校正、精度 （１）単位、計算式、語彙 測定項目の単位、計算式を表 6.2-1、語彙を表 6.2-2 に示す。 表 6.2-1 測定項目、単位、計算式 ＩＳＯ１１０９２ ＡＳＴＭ Ｆ１８６８ 単位 計算式 (ASTM F１８６８） Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｐart Ａ Ｒｃｔ＝（Ｔｓ−Ｔa）Ａ/Ｈc ｍ2・Ｋ/Ｗ Ｒｃｆ＝Ｒｃｔ−Ｒｃｂｐ （Ｒct） Ｔhermal Ｒesistance（Ｒcf） Ｐart Ｂ Ｒet＝（Ｐs−Ｐa）Ａ/Ｈe Ｗater-vapour Ｉsothermal Ｅvaporative ｍ2・kＰa/Ｗ Ｒeｆ＝Ｒeｔ−Ｒeｂｐ resistance (Ｒet) Ｒesistance(iso11092) (Ｒef) Ｐart Ｃ Ｑｔ＝１０℃/（Ｒｃｆ＋0.04） Ｔotal Ｈeat Ｌoss in a Ｗ/ｍ2 ＋3.75ｋＰa/（ＲefA＋0.0035） Ｓtandard Ｅnvironment（Ｑt） Ｐart Ｄ clot Ｉ＝（Ｔs−Ｔa）Ａ/0.155Ｈc Ｉnsulation Ｖalue （Ｉ） Ｐart Ｅ Ｗater-vapour ｉm＝0.0094Ｉ/[(Ｐs−Ｐa）Ａ/Ｈe] dimensionless permeability index(imt) Ｐermeability Ｉndex (im) = 0.061Ｒct/Ｒet Ｗater-vapour 2 Ｗd＝1/Ｒef･ФTm ｇ/ｍ ・Ｈ・kＰa permeability （Ｗd） ISO は熱抵抗(Ｒct)、水蒸気抵抗(Ｒet)、水蒸気透過指数(imt)、水蒸気透過性(Wd)の 4 項目からなる。4 項目目の水蒸気透過性(Wd)は測定項目ではなく、水蒸気抵抗(Ｒet)から 計算式により出る値である。抵抗というイメージしにくい概念に対して、水蒸気の透過量 として表されるため理解しやすい。ASTM はＰart ＡからＥまでの 5 項目からなっている。 Ａが熱抵抗(Ｒcf)、Ｂが等温蒸発抵抗(Ｒef)、Ｃが標準環境下におけるトータル熱損失 (Ｑt)、Ｄが絶縁値(Ｉ)、Ｅが透過指数(im)である。表 6.2-1 に示すように ISO の第１、２、 ３項目目はそれぞれＡＳＴＭのＰartＡ、Ｂ、Ｅに同じである。従って、測定は基本的に ASTM に則って行った。 計算上、特に注意を有するのは Ｐart Ｃ の蒸発抵抗である。 Ｐart Ｃ の蒸発抵抗 は非等温状態での測定であるため、温度差による寄与分を除く必要がある。表 6.2-2 にあるＲetＡ、ＲefＡ、ＲebpＡのAは｢みかけの｣という意味で、非等温状態での温度差に起 因する乾熱透過に相当する入力（power input）を除いて計算した蒸発抵抗である。 Ｐart Ｃの計算方法は ASTM F 1868-98 を参照すること。 56 表 6.2-2 語彙 備考 Ｒct：resistance to dry heat transfer provided by the fabric system and air Ａ：area of the plate test section（m 2 ) Ｔs：surface temperature of the plate(℃） Ｔa：air temperature(℃） Ｈc、Ｈe：power input(Ｗ） Ｒcｆ：resistance to dry heat transfer provided by the Ｒcbp：resistance to dry heat transfer provided by the air layer Ｒet：resistance to evaporative heat transfer provided by the fabric system and air layer Ｐs：water vapor pressure at the plate surface(ｋＰa） Ｒef：resistance to evaporative heat transfer provided by the fabric alone ＲetA ：apparent total evaporative resistance of thefabric test specimen ,liquid barrier ,and surface air layer when evaluated non-isothermally Ｒef A＝ＲetA −Ｒebp A ФTs：the latent heat of vaporization of water atthe temperature Ts ＝0.672Ｗ･Ｈ/ｇ at Ｔs=35℃ clo：unit of thermal resistance defined as theinsulation required to keep a resting man(producing heat at the rate of 58 Ｗ/ｍ 2 ） comfortable in an en vironm ent at 2 1℃、air movem e nt 0.1m/s, or roughly the insulation value of typical indoor clothing =0.155K･m 2 /W （２）測定条件 測定条件を表 6.2-3 に示す。 表 6.2-3 測定条件 測定条件(実測条件） ＩＳＯ１１０９２ ＡＳＴＭ Ｆ１８６８ 単位 Ｐart Ａ 2 Ｔhermal Ｒesistance ｍ ・Ｋ/Ｗ (Ｒcf） Ｐart Ｂ Ｗater-vapour resistance Ｉsothermal Ｅvaporative 2 ｍ ・kＰa/Ｗ (Ｒet) Ｒesistance(iso11092) (Ｒef) Ｐart Ｃ Ｔotal Ｈeat Ｌoss in a 2 Ｗ/ｍ Ｓtandard Ｅnvironment (Ｑｔ） Ｐart Ｄ clot Ｉnsulation Ｖalue （Ｉ） Ｗater-vapour Ｐart Ｅ dimensionless permeability index(imt) Ｐermeability Ｉndex (im) Ｗater-vapour ｇ/ｍ2・Ｈ・kＰa permeability （Ｗd） Ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ （Ｒｃｔ） プレート温度 気流温度 気流湿度 気流速度 （℃） （℃） （％） （ｍ/ｓ） 35.0±0.0 20.0+0.5 65±1 1.0±0.1 35.0±0.0 35.0±0.0 40±1 1.0±0.1 35.0±0.0 25.0±0.0 65±1 1.0±0.1 35.0±0.0 20.0+0.5 50±1 1.0±0.1 35.0±0.0 35.0±0.0 50±1 1.0±0.1 35.0±0.0 35.0±0.0 40±1 1.0±0.1 プレート温度は人体の皮膚温度を想定して、すべての項目で 35℃に設定している。また、 気流速度も全項目で 1m/sec に固定している。気流の温度および湿度は項目により、それぞ れ設定されている。Ｐart Ａ､Ｄは熱抵抗のみの測定であるからプレートはメタルプレート を使用し、Ｐart Ｂ､Ｅは蒸発抵抗のみの測定であるから多孔性メタルプレートを使用し、 57 表面に水を供給して常に濡らしておく。Ｐart Ｃはこの両者を使用する。 本装置の温度、湿度のコントロール性は全般的に極めて優れている。表の測定条件は実 測値である。ただし、本装置の温度制御で問題がある。恒温恒湿槽の温度設定下限が 20 度であるため、Ｐart ＡとＤの気流温度がプレートからの放熱の影響を受けて 20.5 度と高 くなり、20.0℃に制御出来ない。 測定は十分に平衡状態に達して行うことが重要である。特に蒸発抵抗の場合は時間がか かる。熱抵抗で 15 から 20 分、蒸発抵抗で 20 から 30 分程度を要する。 正確を期すためには温度、湿度、風速のセンサーの定期的な校正が必要である。 （３）装置の校正 装置の校正は ASTM F 1868-98 のＰart Ｃの方法に則って行った。校正用の布を使用し、 無しから順次重ねて 4 枚まで各抵抗を測定する。測定結果を図 6.2-1 に示す。極めて良好 な直線性を示している。 0.16 y = 0.0197x + 0.0659 2 R = 0.9999 0.14 0.12 抵抗 0.10 Rｃ ReＡ 0.08 0.06 y = 0.005x + 0.0075 2 R = 0.9998 0.04 0.02 0.00 0 1 2 3 4 5 校正布枚数 図 6.2-1 Ｐart Ｃ 校正結果 表 6.2-4 に装置の校正要件を、表 6.2-5 に校正結果を示す。 表 6.2-4 校正要件 項目 (1)直線性 熱抵抗(Ｒc） shall be linear shall be linear (2)傾き 0.0206K･m /W±10% 0.005kPa･m2/W±10% (3)ﾃﾞｰﾀの隔たり ±10% ±10% (4)4 枚の総抵抗 2 蒸発抵抗（ＲeＡ） 2 0.082K･m /W±10% 58 0.020kPa･m2/W±10% 表 6.2-5 校正結果 項目 蒸発抵抗（ＲeＡ） 熱抵抗(Ｒc） (1)直線性 Ｒ2=0.9999 Ｒ2=0.9998 (2)傾き 0.0197K･m2/W(96%) 0.005kPa･m2/W(100%) (3)ﾃﾞｰﾀの隔たり ±0.5% ±1.5% (4)4 枚の総抵抗 0.079K･m2/W(96%) 0.020kPa･m2/W(100%) 校正結果は 装置が規格通りの性能を有していることを示している。 （４）装置の精度 繰り返し測定の精度を、Ｐart Ｃ（標準環境下におけるトータル熱損失）の裸プレート の測定から計算した。結果を表 6.2-6 に示す。 表 6.2-6 装置の繰返し精度 項目 熱抵抗 蒸発抵抗 ＲebpＡ(×10-3) Ｈcbp (w) Ｒcbp Ｈebp (w) Ｒebp(×10-3) 8 8 11 11 11 最大 6.2 0.067 25.4 5.9 7.8 最小 6.0 0.065 24.9 5.8 7.6 Ｒ 0.2 0.002 0.5 0.1 0.2 平均 6.1 0.066 25.1 5.9 7.7 精度（±%) 1.6 1.5 1.0 1.0 1.3 標準偏差 0.06 0.0006 0.14 0.04 0.05 n 熱抵抗で±1.6%、蒸発抵抗で±1.3%のばらつきであり、良好な精度を有している。 （５）平衡状態の確認 本測定は平衡状態での測定が大前提となっている。そのために経時的安定性の確認を行 った。試料は代表的な防火服上着積層 3 点(NFPA 仕様、他都市ｱﾙﾐ、T 都市)で実施した。 実際にデータアップする測定値は最初の 3 点(0､6､12 分)の平均値である。それ以降がロ ングランテストの結果を示している。 熱抵抗(PartＡ)の結果を図 6.2-2 に示す。他都市および T 都市は８時間以上に渡って全 く変動していない。NFPA 仕様は 0.23 まで上昇する事があるが、変動幅は 4.5%であり､十分 に規格(±10%)の範囲内である。 59 0.24 2 熱抵抗(m ･K/W） 0.22 防火服 2(NFPA 仕様） 防火服 3(他都市 ｱﾙﾐ) 防火服 4(T都市) 0.2 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0 200 400 時間（分） 図 6.2-2 熱抵抗(Part A)の経時的安定性 蒸発抵抗(PartB)の結果を図 6.2-3 に示す。他都市ｱﾙﾐは全く蒸気を透過せず､蒸発抵抗が無 限大であるため除外してある。T 都市は８時間以上に渡って全く変動せず、NFPA 仕様も 3% の変動である。 蒸発抵抗(m2･kPa/W)（×10 -3) 40 35 防火服 2(NFPA仕 様) 防火服 4(T 都市) 30 25 20 15 10 0 100 200 300 400 500 時間（分） 図 6.2-3 蒸発抵抗(Part B)の経時的安定性 PartC の蒸発抵抗の結果を図 6.2-4 に示す。NFPA 仕様、T 都市はほぼ変動せず、他都市ｱﾙﾐ の変動は 3%である。 60 35 30 防火服 2(NFPA仕 様） 防火服 3(他都市ｱ ﾙﾐ） 防火服4(T 都市） 25 2 -3 蒸発抵抗(m ･kPa/W)(×10 ) 40 20 15 10 0 100 200 300 400 500 時間（分） 図 6.2-4 蒸発抵抗(Part C)の経時的安定性 したがって、本測定は誤差の範囲において平衡状態で行われている事が確認できた。 6.3 測定結果と考察 6.3.1 2004 年度選定消防服生地の快適性能 「消防用防護服性能評価手法研究会」の目的は耐熱性能に加えて快適性、機能性の評価 手法および性能基準値の検討である。2003 年度ではサーマルマネキンを用いた耐熱性試験 では大きな差がでず、快適性でもｱﾙﾐ蒸着の消防服を除いて大きな差が出なかった事から、 耐熱性、快適性･機能性に差をつけた消防服の選定を行った。 （１）消防服の選定 選定した消防服の構成を表 6.3.1-1 に示す。 表 6.3.1-1 消防服の構成と素材 消防服 No 名称 表地（耐熱層） 2 NFPA PBI 40% パラアラミド 60% 上着 3 4 他都市ｱﾙﾐ パラ 100%ｱﾙﾐ蒸着 フッ素ﾌｨﾙﾑ加工 中地（透湿防水層） 裏地（断熱層） ゴアテックス メタ 3 層ｷﾙﾃｨﾝｸﾞ ゴアテックス ﾒﾀ-ﾊﾟﾗ-ﾚｰﾖﾝ 混織物 ズボン ﾊﾟﾗ 60%ﾒﾀ 40% ﾒﾀ 100%透湿防水加工 × 上着 ﾒﾀ 90%ﾊﾟﾗ 10% ゴアテックス ﾒﾀ-ﾊﾟﾗ混織物 ズボン ﾒﾀ 90%ﾊﾟﾗ 10% ゴアテックス ﾒﾀ-ﾊﾟﾗ混織物 T 都市 5 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 100% ﾒﾀアラミド × × − 執務服 メタ 75%、パラ 5%、PET20% × × ・メタはメタアラミド、パラはパラアラミド 61 素材は、基本的には表地、中地、裏地ともに耐熱性のあるｱﾗﾐﾄﾞで、中地は透湿防水性の あるゴアテックス加工されている。ただし、特に炎が直接あたる表地は耐収縮性も要求さ れる。収縮率の小さいほうが接炎時に衣服内の空気層を保持し、結果として火傷範囲が小 さくなる可能性が大きい。したがってメタアラミドよりパラアラミドが好ましい。 上下構成は NFPA、ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ、執務服が上着、ｽﾞﾎﾞﾝとも同じであり、他都市ｱﾙﾐ、T 都市は 上着とｽﾞﾎﾞﾝの構成が異なる。 最も重い NFPA 仕様から最も軽いﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞまで重量に差をつけて選定した。 各消防服の重量と目付を表 6.3.1-2、重量比を図 6.3.1-1 に示す。 表 6.3.1-2 消防服の重量と目付 目付（g/m2） 消防服の重量(g/着） 名称 上着 ｽﾞﾎﾞﾝ トータル 重量比 トータル 重量比 上着 ｽﾞﾎﾞﾝ NFPA 2735 1974 4709 1.5 710 1.3 710 710 他都市ｱﾙﾐ 1487 868 2355 0.7 464 0.8 536 392 T 都市 1905 1282 3187 1.0 563 1.0 587 538 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 721 791 1513 0.5 207 0.4 207 207 執務服 378 364 742 0.2 159 0.3 159 159 ・T 都市のみ､ｽﾞﾎﾞﾝにﾊﾞﾝﾄﾞが装着・目付のﾄｰﾀﾙは上着とｽﾞﾎﾞﾝの目付を加算した値の 1/2 ・重量比はトータル重量の T 都市に対する比 1.6 1.4 重量比 1.2 1.0 消防服 目付 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 NFPA 他都市ｱﾙﾐ T都市 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 執務服 消防服 図 6.3.1-1 消防服重量、目付の重量比 NFPA 仕様消防服は 4700g あり､T 都市の 1.5 倍、他都市ｱﾙﾐの 2 倍の重さがあり、所期の目 標を達成している。ただし、消防服重量はサイズ、デザイン(金具、すねあて等)などに影 響を受ける。構成素材の比較を目付でおこなった。目付も消防服と同じ傾向にある。しか し、NFPA と他都市・T 都市の目付の重量比が消防服の重量比より小さくなっている。これ は NFPA がデザイン的にすねあて､金具などを相対的に重くして耐炎性を補強している事を 示唆している。 体の部位ごと、および上半身、下半身、全身のサイズを表 6.3.1-3、図 6.3.1-2 に示す。 62 表 6.3.1-3 消防服のサイズ（単位：ｃｍ） 防火服 No 名称 2 3 NFPA 他都市ｱﾙﾐ 4 5 − T 都市 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 執務服 胸周り 142 130 129 134 121 上着全長 90 86.5 82.5 82 77.5 右腕周り 49 52 50 44 43 腕長さ(内） 64 54 54 53 56 腕長さ(外） 59.5 57 57.5 84 56.5 上着裾周り 148 135 140 128 123 上半身合計 553 515 513 525 477 腰周り 108 103 104 94 94 尻周り 137 132 128 120 114 脚周り 1/3 80 76 76 75 67 脚周り 2/3 67 63 60 61 54 脚周り 3/3 62 47 44 55 53 ｽﾞﾎﾞﾝ全長 107 106.5 109.5 113 107 下半身合計 561 528 522 518 489 全身総計 1114 1042 1035 1043 966 580 ﾄｰﾀﾙｻｲｽﾞ(cm) 560 540 上半身 下半身 520 500 480 460 NFPA 他都市ｱﾙﾐ T都市 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 執務服 消防服 図 6.3.1-2 消防服のﾄｰﾀﾙサイズ（上･下半身） トータルサイズは NFPA 仕様が最も大きいが、他都市ｱﾙﾐ、T 都市、ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞでは大差が無 い。しかし、部位ごとでは異なり、デザインの違いがある。 以上の如く、差をつけた消防服の選定は出来ているが、サイズ、デザインが異なり、この 差に伴う重量も当然異なる。消防服を用いた耐熱性試験、快適性試験の結果はサイズ、デ 63 ザイン、重量に大きく影響され、結果は予想の範囲内となる可能性が大きい。 サイズ、デザイン、これに伴う重量の差はそれぞれ要因として別途検討する必要がある。 快適性、耐熱性の最も大きな要因は消防服の素材と構成である。 したがって、消防服生地での快適性を検討する事は極めて重要となる。 生地テストの結果と消防服の人着用の生理反応、心理反応との相関関係を見出せれば 生地テストは快適性の指標となり得る。 （２）生地の快適性 結果を一覧表にして表 6.3.1-4 に示す。 表 6.3.1-4 生地の快適性測定結果 消防服 No 2 NFPA仕様 3 消防服 4 他都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ） T都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ) 5 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ − 執務服 2 NFPA仕様 3 表地 4 他都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ） T都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ) 5 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ − 執務服 2 NFPA仕様 中地 3 4 他都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ） T都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ) 2 NFPA仕様 裏地 3 4 他都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ） T都市(上着） (ｽﾞﾎﾞﾝ) 熱抵抗 蒸発抵抗 2 m ･K/W m2･kPa/W（×10-3） 0.154 0.071 0.028 0.069 0.040 0.020 0.017 0.026 0.028 0.017 0.015 0.015 0.020 0.017 0.011 0.005 0.003 0.007 0.007 0.111 0.030 − 0.034 0.017 31.1 ∞ 14.0 16.5 13.2 4.3 2.9 6.9 ∞ 6.5 4.6 4.6 4.3 2.9 5.5 3.0 3.7 3.8 3.8 10.5 4.2 − 4.9 3.4 2 熱損失（W/m ） QT Qd Qw 57 159 216 94 6 101 143 254 399 93 239 331 128 283 411 174 536 710 189 684 873 164 361 525 160 1 161 169 387 556 176 472 648 176 472 648 174 536 710 189 684 873 206 505 711 213 699 912 204 556 760 215 673 891 213 699 912 76 280 356 146 488 633 − − − 134 452 587 185 661 846 絶縁値(I) 透過指数 cloｔ 1.34 0.36 0.93 0.00 0.63 0.28 0.92 0.38 0.72 0.33 0.58 0.48 0.54 0.49 − − − − − − 絶縁値および透過指数は消防服積層のみの測定である。次に各測定項目について考察する。 (2-1)熱抵抗（Part Ａ） 1) 消防服積層、表地、中地、裏地の熱抵抗 消防服積層、表地、中地、裏地の熱抵抗を表 6.3.1-5、図 6.3.1-3 に示す。 64 表 6.3.1-5 消防服積層、表地、中地、裏地の熱抵抗（単位：ｍ２･Ｋ/Ｗ） 消防服 No 2 名称 消防服 NFPA 仕様 裏地（断熱層） 0.154 0.026 0.011 0.111 0.030 上着 0.071 0.028 0.005 ｱﾙﾐ ズボン 0.028 0.017 0.003 上着 0.069 0.015 0.007 0.034 ズボン 0.040 0.015 0.007 0.017 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 0.020 0.020 × × − 執務服 0.017 0.017 × × 4 T 都市 5 2 中地（透湿防水層） 他都市 3 熱抵抗(m ･K/W) 表地（耐熱層） 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 × 消防服 表地 中地 裏地 執務服 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ T都市(ｽﾞﾎﾞﾝ) T都市(上着） 他都市(ｽﾞﾎﾞﾝ） 他都市(上着） NFPA仕様 消防服 図 6.3.1-3 消防服積層、表地、中地、裏地の熱抵抗 NFPA 仕様の消防服は他都市および T 都市の上着と比較すると約 2 倍の熱抵抗がある。 表地、中地に大差なく､裏地が大きく寄与している。更にｽﾞﾎﾞﾝの比較では 5 倍前後の差が ある。布地および積層の含有する空気層の厚さが大きな要因であると考えられる。快適性 では熱損失が小さくなり不利であるが、マネキンの火傷割合では熱抵抗が大きく有利に働 くと考えられる。ｽﾞﾎﾞﾝでは他都市が小さいが、これは 2 層であるためである。 (2-1-2) 目付け、布厚み、繊維ポリマー厚み、空気層厚みと熱抵抗の相関 平衡状態における熱抵抗の要因を考察するために目付け、布厚み、繊維ポリマー厚み、 空気層厚みとの相関を検討した。 目付、布厚みは実測値である。ポリマー層厚みは素材の比重と目付から計算した。 素材および構成比は推定した布もある。大枠で大きな違いは無いと考えるが基本的には推 定値である。空気層厚みは布厚みから繊維ポリマー層厚みを減じた値である。 計算に使用した比重を表 6.3.1-6 に示す。 65 表 6.3.1-6 物質の比重 繊維 比重（密度） 参考文献 ｱﾗﾐﾄﾞ ﾊﾟﾗ ﾒﾀ 1.44 繊維ハンドブック 2003 1.38 繊維ハンドブック 2003 ﾎﾟﾘｲﾐﾄﾞ 1.41 繊維ハンドブック 2003 フッ素繊 2.30 繊維ハンドブック 2003 ﾚｰﾖﾝ 1.51 第２版 繊維便覧 ﾎﾟﾘｳﾚﾀﾝ 1.20 第２版 繊維便覧 PET 1.38 第２版 繊維便覧 毛(ﾒﾘﾉ) 1.32 第２版 繊維便覧 ｱﾙﾐ 2.69 空気 0.00129 熱学の基礎,岡部拓也 表 6.3.1-7 に生地積層、生地の目付、厚み、熱抵抗、蒸発抵抗を示す。 表 6.3.1-7 生地積層、生地の目付、厚み、熱抵抗、蒸発抵抗 消防服 No 2 NFPA仕様 他都市(上着） 3 他都市(ｽﾞﾎﾞﾝ） 消防服 4 T都市(上着） T都市(ｽﾞﾎﾞﾝ) 5 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ − 執務服 2 NFPA仕様 表地 3 4 他都市(上着） 他都市(ｽﾞﾎﾞﾝ） T都市(上着） T都市(ｽﾞﾎﾞﾝ) 2 NFPA仕様 他都市(上着） 中地 3 他都市(ｽﾞﾎﾞﾝ） T都市(上着） 4 T都市(ｽﾞﾎﾞﾝ) 2 NFPA仕様 裏地 3 4 他都市(上着） 他都市(ｽﾞﾎﾞﾝ） T都市(上着） T都市(ｽﾞﾎﾞﾝ) 目付 布厚み 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚 空気層厚 熱抵抗 蒸発抵抗 (mm) (mm) m2･K/W m ･kPa/W（×10 ） （g/m2） (mm) 711 2.51 0.49 2.02 0.154 31.1 536 1.89 0.36 1.53 0.071 ∞ 392 0.78 0.28 0.50 0.028 14.0 587 1.97 0.40 1.57 0.069 16.5 537 1.19 0.37 0.81 0.040 13.2 207 0.54 0.15 0.39 0.020 4.3 159 0.34 0.12 0.22 0.017 2.9 256 0.59 0.18 0.41 0.026 6.9 245 0.63 0.17 0.46 0.028 ∞ 242 0.51 0.17 0.34 0.017 6.5 273 0.61 0.20 0.41 0.015 4.6 273 0.61 0.20 0.41 0.015 4.6 171 0.37 0.10 0.27 0.011 5.5 103 0.25 0.06 0.19 0.005 3.0 150 0.30 0.11 0.18 0.003 3.7 102 0.26 0.06 0.21 0.007 3.8 102 0.26 0.06 0.21 0.007 3.8 285 1.62 0.21 1.41 0.111 10.5 188 1.10 0.13 0.97 0.030 4.2 − − − − − − 212 1.25 0.15 1.10 0.034 4.9 163 0.35 0.12 0.23 0.017 3.4 2 全データにおける熱抵抗と要因の相関を図 6.3.1-4 に示す。 66 -3 0.18 0.18 0.16 0.16 y = 0.0002x - 0.0123 R2 = 0.5921 0.14 熱抵抗 熱抵抗 0.12 0.10 0.08 0.06 0.10 0.08 0.04 0.06 0.04 0.02 0.02 0.00 0 100 200 300 400 500 600 700 0.00 800 0.0 目付(g/m2) 0.5 1.0 1.5 0.18 0.16 0.14 0.16 0.14 0.12 滅抵抗 y = 0.2423x - 0.0127 R2 = 0.5965 0.10 0.08 0.06 0.04 0.04 0.02 0.00 0.02 0.00 0.1 2.5 3.0 0.2 0.3 0.4 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 0.5 y = 0.0658x - 0.0054 2 R = 0.8948 0.12 0.10 0.08 0.06 0.0 2.0 布厚み(mm) 0.18 熱抵抗 y = 0.053x - 0.0106 R2 = 0.8349 0.14 0.12 0.0 0.6 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 空気層厚み(mm) ●：消防服積層 ◆：表地 ▲：中地 ■：裏地 図 6.3.1-4 熱抵抗と要因の相関性 目付、ポリマー層厚みより布および空気層厚みとの相関が強く、特に空気層厚みとの相関 性がよい。物質の熱伝導率、即ち熱を伝える速さを表 6.3.1-8 に示す。 表 6.3.1-8 物質の熱伝導率 物質 温度（℃） 熱伝導率（W/m･K） 空気 0 0.0241 ｱﾙﾐﾆｭｳﾑ 0 180 黄銅 0 106 プラスチック 常温 0.2 ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ 常温 0.25-0.34 ｺﾝｸﾘｰﾄ 常温 1 水 0 0.561 氷 0 2.2 参考文献；熱学の基礎,岡部拓也,丸善 プラスチックの熱伝導率は空気の 8.3 倍である。更に、表 6.3.1-7 に示す如く繊維ポリ マー層の厚さは空気層よりかなり薄い。したがって生地の熱抵抗は生地が含有する空気量 との相関性がよく、また律速となる。 67 更に各構成毎（消防服積層、表地、中地、裏地）に相関を検討する。 0.20 0.20 0.15 0.15 熱抵抗 熱抵抗 消防服積層の相関性を図 6.3.1-5 に示す。消防服積層でも空気層厚みとの相関性がよい。 y = 0.0002x - 0.031 2 R = 0.6966 0.10 0.05 y = 0.0536x - 0.0136 2 R = 0.8409 0.10 0.05 0.00 0.00 0 200 400 600 800 0.0 1.0 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 y = 0.2903x - 0.0331 R2 = 0.679 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 2.0 3.0 布厚(mm） 熱抵抗 熱抵抗 目付(g/m2) 0.50 0.60 0.18 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 y = 0.0634x - 0.0068 R2 = 0.8462 0.0 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚(mm) 0.5 1.0 1.5 空気層厚(mm) 図 6.3.1-5 消防服積層の相関性 68 2.0 2.5 0.030 0.030 0.025 0.025 y = 4E-06x + 0.0189 R2 = 0.0008 0.020 滅抵抗 熱抵抗 0.020 y = 0.0177x + 0.0101 R2 = 0.1137 0.015 0.010 0.015 0.010 0.005 0.005 0.000 0.000 150 200 250 0.00 300 0.20 0.40 0.030 0.030 0.025 0.025 熱抵抗 y = -0.0093x + 0.0213 熱抵抗 R 2 = 0.0025 0.015 0.80 布厚み(mm) 目付(g/m2) 0.020 0.60 0.010 y = 0.0313x + 0.0079 R2 = 0.2103 0.020 0.015 0.010 0.005 0.005 0.000 0.000 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.00 0.25 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 空気層厚み(mm) 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 図 6.3.1-6 表地の相関性 表地の相関性は極めて悪い。悪くしている原因は T 都市上着の熱抵抗が相対的によい ためである。図 6.3.1-7 に T 都市を除いた空気層厚みと熱抵抗の相関性を示す。 0.030 熱抵抗 0.025 0.020 y = 0.047x + 0.0045 R2 = 0.6913 0.015 0.010 0.005 0.000 0.2 0.3 0.4 空気層厚み(mm) 図 6.3.1-7 T 都市を除いた表地の相関性 相関性は格段に向上している。T 都市表地は再検討の必要がある。 中地を図 6.3.1-8 に、裏地を図 6.3.1-9 に示す。 69 0.5 0.012 0.012 y = 0.0404x - 0.005 0.010 R2 = 0.4097 0.010 y = 3E-05x + 0.0028 0.008 R 2 = 0.1108 熱抵抗 熱抵抗 0.008 0.006 0.006 0.004 0.004 0.002 0.002 0.000 0.000 0 50 100 150 200 0.00 0.10 0. 20 目付(g/m 2） 0.012 0.40 0.014 0.010 0.012 0.008 y = 0.0854x - 0.0112 0.010 y = -0.0057x + 0.007 0.006 熱抵抗 熱抵抗 0.30 布厚み(mm) 2 R = 0.0025 0.0 04 R 2 = 0.9043 0.008 0.006 0.004 0.002 0.002 0.000 0.000 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.00 0.10 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 0.20 0.30 空気層厚み(mm) 図 6.3.1-8 中地の相関性 0.120 0.120 y = 0.0008x - 0.1192 0.100 R 2 = 0.9604 0.080 熱抵抗 0.080 熱抵抗 y = 0.0776x - 0.0192 0.100 R 2 = 0.9478 0.060 0.060 0.040 0.040 0.020 0.020 0.000 0.000 0 100 200 0.00 300 0.50 1.00 2.00 0.120 0.120 y = 1.0828x - 0.115 0.100 y = 0.0831x - 0.0093 0.100 R 2 = 0.9743 R 2 = 0.9754 0.080 熱抵抗 0.080 熱抵抗 1.50 布厚み(mm) 目付（g/m2) 0.060 0.060 0.040 0.040 0.020 0.020 0.000 0.000 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 0.50 1.00 1.50 空気層厚み(mm) 図 6.3.1-9 裏地の相関 各構成とも空気層厚みとの相関がよい。特に中地は空気層との相関性が際立っている。 また､裏地は全ての要因との相関が良好である。これは裏地が基本的に断熱層としての考え 70 方で空気層を取り入れるように作られているためと考えられる。 (2-1-3)熱抵抗のまとめ ①消防服積層は、NFPA 仕様が最も大きく、他都市、T 都市の約２倍である。 ②ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞは執務服並に小さく、T 都市の 1/3 弱である。 ③NFPA 仕様が大きい理由は裏地が極めて大きいためである。 ④熱抵抗は空気層の厚みと相関性が強く、比例関係にある。NFPA 仕様の裏地は空気を 多く含んだ構造である。 (2-2)蒸発抵抗（Part B） (2-2-1)消防服積層、表地、中地、裏地の蒸発抵抗 消防服積層、表地、中地、裏地の蒸発抵抗を表 6.3.1-9 と図 6.3.1-10 に示す。 表 6.3.1-9 消防服積層、表地、中地、裏地の蒸発抵抗（単位：×10-3ｍ2･ｋPa/Ｗ） 消防服 No 名称 2 NFPA 3 蒸発抵抗(×1 0 -3m2･kPa/W) 中地（透湿防水層） 裏地（断熱層） 31.13 6.89 5.51 10.48 4.17 上着 ∞ ∞ 3.02 ｱﾙﾐ ズボン 13.97 6.47 3.72 上着 16.46 4.60 3.83 4.93 ズボン 13.16 4.60 3.83 3.40 4.35 4.35 × × 2.93 2.93 × × ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ − 執務服 × 消防服 表地 中地 裏地 消防服 図 6.3.1-10 消防服積層、表地、中地、裏地の蒸発抵抗 71 執務服 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ T都市(ｽﾞﾎﾞﾝ) T都市(上着） 他都市(ｽﾞﾎﾞﾝ） 他都市(上着） NFPA仕様 40 35 30 25 20 15 10 5 0 表地（耐熱層） 他都市 4 T 都市 5 消防服 他都市上着は表地が蒸気を全く通さないため蒸発抵抗が無限大となり、そのため消防服 積層も蒸発抵抗が無限大となる。ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ、執務服は表地のみの単層であるため蒸発抵抗 は小さい。他都市ｽﾞﾎﾞﾝ、T 都市上着･ｽﾞﾎﾞﾝはほぼ同等であるが、NFPA 使用はこれらの約 2 倍と大きな値を示している。これは分厚い裏地の寄与が大きい。他都市上着の蒸発抵抗が 無限大と極めて特異的な値を示すのは使用されているフッ素フィルムが全く透湿性を持た ず、水蒸気をシャットアウトしているためと考えられる。透湿防水層を内側に使用する意 味がない。 (2-2-2)目付、布厚み、繊維ポリマー厚み、空気層厚みと蒸発抵抗の相関性 表 6.3.1-7 に生地および生地積層の目付け、厚み、熱抵抗、蒸発抵抗を示す。 全試料（積層、表地、中地、裏地）における蒸発抵抗との相関を図 6.3.1-11 に示す。 図の蒸発抵抗の単位は（×10-3ｍ2･ｋPa/Ｗ）である。 35 35 30 蒸発抵抗 25 蒸発抵抗 y = 0.0383x - 2.4939 2 R = 0.8709 20 15 10 5 30 25 y = 9.3039x + 0.2346 R2 = 0.726 20 15 10 5 0 0 0 200 400 600 0.0 800 1.0 3.0 35 35 30 30 y = 54.184x - 2.3053 R2 = 0.8509 20 25 蒸発抵抗 25 蒸発抵抗 2.0 布厚み(mm) 目付(g/m2) 15 R2 = 0.6433 15 10 10 5 5 0 y = 10.319x + 1.3658 20 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.0 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) ●:消防服積層 ◆：表地 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 空気層厚み(mm) ▲：中地 ■：裏地 (他都市ｱﾙﾐ上着は除く) 図 6.3.1-11 全試料と蒸発抵抗の相関性 蒸発抵抗は 熱抵抗とは反対に布および空気層の厚みとよりも 目付および繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み との相関性がよい。熱伝導は密度に比例し、反対に水分子の拡散は密度に逆比例するため と考えられる。 更に各構成ごと(消防服積層、表地、中地、裏地)に相関性を検討する。 消防服積層の相関を図 6.3.1-12 に示す。 消防服積層はいずれの要因とも相対的に相関性がよいが、空気層とよりも繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚みと の相関性がよい。 72 y = 0.0428x - 4.8482 R2 = 0.8539 0 200 400 600 蒸発抵抗 蒸発抵抗 35 30 25 20 15 10 5 0 35 30 25 20 15 10 5 0 y = 11x + 0.2392 R2 = 0.8608 0.0 800 1.0 2.0 3.0 布厚み(mm) 35 30 25 20 15 10 5 0 35 y = 12.877x + 1.8396 2 R = 0.8356 30 y = 63.793x - 5.6104 2 R = 0.8521 蒸発抵抗 蒸発抵抗 目付(g/m2) 25 20 15 10 5 0 0.0 0.2 0.4 0.0 0.6 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 空気層厚み(mm) 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 8.0 8.0 7.0 7.0 6.0 6.0 y = 7.8203x + 0.8312 5.0 5.0 R 2 = 0.2952 蒸発抵抗 蒸発抵抗 図 6.3.1-12 消防服積層と蒸発抵抗の相関性 4.0 y = 0.0196x + 0.3585 3.0 R 2 = 0.3568 2.0 4.0 3.0 2.0 1.0 1.0 0.0 0.0 150 200 250 0.0 300 0.2 0.4 0.6 0.8 布厚み(mm) 目付(g/m2) 8.0 8.0 7.0 7.0 y = 27.426x + 0.3394 R 2 = 0.3656 5.0 蒸発抵抗 蒸発抵抗 6.0 4.0 3.0 2.0 6.0 y = 9.9553x + 1.3825 5.0 R 2 = 0.243 4.0 3.0 2.0 1.0 1.0 0.0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.0 0.25 0.0 0.1 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 0.2 0.3 0.4 0.5 空気層厚み(mm) 図 6.3.1-13 表地と蒸発抵抗の相関性 表地は熱抵抗と同様に蒸発抵抗でも要因との相関性がよくない（図 6.3.1-13 参照） 。蒸発抵 抗でも T 都市が相対的に蒸発抵抗が小さいことによる。図 6.3.1-14 に T 都市を除いた繊維 蒸発抵抗 ﾎﾟﾘﾏｰ厚みと蒸発抵抗の相関を示す。相関性が格段に向上している。 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 y = 57.187x - 3.731 R2 = 0.9596 0.10 0.12 0.14 0.16 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 0.18 0.20 図 6.3.1-14 T 都市を除いた繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚みと蒸発抵抗の相関 73 T 都市表地には熱抵抗、蒸発抵抗を下げる他の要因がある可能性がある。 6.0 6.0 y = 0.0214x + 1.2997 y = 18.208x - 1.2551 R 2 = 0.8731 5.0 2 R = 0.5823 4.0 蒸発抵抗 蒸発抵抗 5.0 3.0 4.0 3.0 2.0 2.0 1.0 1.0 0.0 0.0 0 50 100 150 0.0 200 0.1 0.2 目付(g/m2) 6.0 y = 17.152x + 2.6259 R 2 = 0.2413 4.0 蒸発抵抗 蒸発抵抗 5.0 0.3 0.4 布厚み(mm) 3.0 6.0 y = 26.07x - 1.4525 5.0 R2 = 0.8833 4.0 3.0 2.0 2.0 1.0 1.0 0.0 0.0 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.00 0.12 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 空気層厚み(mm) 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 図 6.3.1-15 中地と蒸発抵抗の相関性 中地は期待に反して繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層との相関性がよくない（図 6.3.1-15 参照）。データの更な る蓄積が必要である。 12.0 12.0 y = 0.06x - 6.9855 R 2 = 0.9625 y = 5.8739x + 0.6586 10.0 8.0 蒸発抵抗 蒸発抵抗 10.0 6.0 4.0 R 2 = 0.9629 8.0 6.0 4.0 2.0 2.0 0.0 0.0 0 50 100 150 200 250 0.0 300 0.5 1.0 2.0 12.0 12.0 y = 6.2543x + 1.4317 y = 82.319x - 6.6458 10.0 10.0 R 2 = 0.9866 8.0 蒸発抵抗 蒸発抵抗 1.5 布厚み(mm) 目付(mm) 6.0 4.0 R 2 = 0.9672 8.0 6.0 4.0 2.0 2.0 0.0 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.0 0.0 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚み(mm) 0.5 1.0 空気層厚み(mm) 図 6.3.1-16 裏地と蒸発抵抗の相関性 74 1.5 裏地の相関性はいずれも良好であるが、繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚みとの相関性が最も良好である(図 6.3.1-16 を参照)。 （2-2-3）蒸発抵抗まとめ ①他都市上着は無限大である。即ち、水分子を全く透過しない。表地の水蒸気透過性 がゼロであるためである。 ②NFPA 仕様は他都市ｽﾞﾎﾞﾝ、T 都市上着･ｽﾞﾎﾞﾝの約 2 倍であり、ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞは執務服並 で T 都市の 1/4 である。 ③蒸発抵抗は繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚みとの相関性が比較的よい。 (2-3)トータル熱損失（Part C） (2-3-1)消防服積層、表地、中地、裏地の熱損失 消防服積層、表地、中地、裏地の熱損失(熱損失：Ｑd、蒸発熱損失：Ｑw、トータル熱損 失：ＱT)を表 6.3.1-10 に示す。消防服積層と丸首半袖下着(棉 100%)のトータル熱損失を 図 6.3.1-17 に示す。 表 6.3.1-10 消防服積層、表地、中地、裏地の熱損失（単位：Ｗ/ｍ2） 消防服 消防服 名称 No Qd 2 NFPA 上着 ズボン 上着 ズボン 5 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 裏地（断熱層） Qd 丸 首 半 袖 下 着 （綿 10 0% ) 執 務 服 ﾞ ﾝﾄ ﾜｲ ﾙ ボ ン （ズ T都 市 ﾄﾞ ﾗ ） ） （上 着 T都 市 ） 他 都 市 ｱﾙ ﾐ（ ズ ボ ン ﾐ（ 上 着 FP ） A 1000 900 800 700 600 500 400 30 0 200 100 0 N 2 トー タル熱損失（ W/m ） − 執務服 ｱﾙ 4 T都市 中地（透湿防水層） Qw QT Qd Qw QT Qd Qw QT 159 216 164 361 525 206 505 711 6 101 160 1 161 213 699 912 254 399 169 387 556 204 556 760 239 331 176 472 648 215 673 891 283 411 176 472 648 213 699 912 536 710 174 536 710 − − − 684 873 189 684 873 − − − 57 94 143 93 128 174 189 他 都 市 他都市 3 ｱﾙﾐ 表地（耐熱層） 消防服 図 6.3.1.17 消防服積層のトータル熱損失 75 Qw QT 76 280 356 146 488 633 − − − 134 452 587 185 661 846 − − − − − − ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ、執務服は表地のみの単層であるので棉 100%の下着と同等以上の良好なトータ ル熱損失を示している。これに対して、日本およびアメリカで使用されている通常の消防 服の熱損失は半分以下である。即ち、消防服は熱を放熱しにくい暑苦しい衣服である事を 示している。T 都市、他都市ｽﾞﾎﾞﾝはほぼ同等であり、頑丈にできているアメリカ NFPA 仕 様は日本の消防服の約 50%であり、かなり暑くなると考えられる。しかし、NFPA 仕様の更 に 2 分の 1 しかないのが他都市ｱﾙﾐ上着である。 主要都市消防服も含めたトータル熱損失の詳細な検討は 6.3.2 で行う。 （2-3-2）トータル熱損失のまとめ ①ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ、執務服は棉下着並みであり良好である。 ②消防服はﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞの 2 分の 1 程度以下である ③NFPA 仕様は日本の消防服の 2 分の 1 程度である。 ③他都市上着は極めて小さく、NFPA 仕様の２分の 1 である。 ④ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ≒執務服≒棉下着≒２×日本の消防服≒４×NFPA 仕様≒８×他都市上着 ⑤詳細な検討結果は 6.3.2 を参照の事。 (2-4) 絶縁値（Part Ｄ） 表 6.2-1 に示すとおり、絶縁値（I）は生地表面上の空気層も含んだトータル熱抵抗を 0.155 で除した値である。0.155 は表 6.2-2 の語彙で説明の如く、標準環境条件下、安静な状態で 快適性を維持できる熱抵抗である。絶縁値 I は 0.155 を１clot としている。 t はトータル を意味している。従って、絶縁値が１より小さければ寒く、１より大きければ暑い事を示 す。消防服積層の絶縁値を表 6.3.1-11、図 6.3.1-18 に示す。尚、絶縁値は積層のみの測定で ある。 表 6.3.1-11 消防服積層の絶縁値 絶縁値 − 執務服 0.58 服 務 執 ﾗﾝ ﾄﾞ ﾜｲ ﾙﾄ ﾞ ボ ン ） T都 市 （ズ ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ 0 （上 着 ） 0.72 市 ズボン 0.2 T都 0.92 0.4 ボ ン ） 上着 0.6 市 ｱﾙ ﾐ（ ズ 0.63 着 ） ズボン 他 都 ｱﾙﾐ 市 ｱﾙ ﾐ 0.93 1 0.8 NF PA 上着 1.2 他 都 5 1.34 他都市 4 T 都市 1.4 cloｔ 2 NFPA 3 1.6 （上 名称 絶縁値(clot) 消防服 No 消防服 0.54 図 6.3.1-18 消防服積層の絶縁値 NFPA 仕様の絶縁値はほぼ 1.4 あり、安静状態で既に暑い。これは断熱材である裏地の熱抵 抗が大きいためである。NFPA は快適性よりも外部からの炎等からの熱に対する保護にウエ イトを置いていると考えられる。日本との湿度の差も考えられる。日本の他都市および T 76 都市の上着も 1 に近い値を示しており、活動現場では熱的にはかなり暑いと想定される。 絶縁値を下げて熱的な快適性を上げるためには裏地を薄くして断熱性を下げる必要がある。 反対に耐熱・耐炎性をあげて火傷程度を下げるためには裏地を厚くして断熱性を上げる必 要がある。このジレンマを克服して快適性、耐熱・耐炎性の両立を図るためには透湿性の 工夫がいる。尚、絶縁値は基本的には熱抵抗で議論できる値である。 (2-5)透過指数 iｍ（Part Ｅ） 透過指数 iｍ は次の式で計算する。 iｍ＝0.0606×（Ｒct/Ｒet） Ｒct 、Ｒet は生地とその表面の空気層を含む熱抵抗および蒸発抵抗である。透過指数は 0 と 1 の間の値をとる。iｍ＝0 は蒸発抵抗が無限大、即ち生地が蒸気を全く透過しないこと を意味している。iｍ＝１は生地が空気層と同じ熱抵抗と蒸発抵抗である事をしめす。 表 6.3.1-12 消防服積層の透過指数 0.36 0.4 0.3 他都市 上着 0.00 ｱﾙﾐ ズボン 0.28 0.1 上着 0.38 0 ズボン 0.33 5 ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ − 執務服 執 務 服 ﾙﾄ ﾞ ﾗﾝ ﾄﾞ ） ﾜｲ ボ ン T都 市 （ズ ） ボ ン 0.48 T都 市 （上 着 ） ） NF PA 4 T 都市 0.2 他 都 市 3 0.5 他 都 市 ｱﾙ ﾐ（ ズ 2 NFPA 透過指数 ｱﾙ ﾐ（ 上 着 名称 透過指数 消防服 No 0.6 消防服 図 6.3.1-19 消防服積層と透過指数 0.49 他都市上着は透過指数が０であり、蒸気を全く透過しない。他都市ｽﾞﾎﾞﾝも相対的に蒸発抵 抗が大きい事を示している。NFPA 仕様の透過指数は他の積層と同等であり、蒸発抵抗がそ れほど大きくなっていないことを示している。尚、透過指数は衣服内の蒸発熱移動効果を 表しており、基本的には蒸発抵抗で議論できる。 （３）まとめ ①熱抵抗は ・NFPA 仕様＞他都市≒T 都市≫ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ≒執務服 NFPA 仕様≒２×日本の消防服≒６×(ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ≒執務服) ・NFPA 仕様が大きい理由は裏地が極めて大きいためである。 ・熱抵抗は空気層の厚みと相関性が強く、比例関係にある。NFPA 仕様の裏地は空気を 多く含んだ構造である。 ②蒸発抵抗は ・他都市上着は無限大である。即ち、水分子を全く透過しない。表地の水蒸気透過性 がゼロであるためである。 ・他都市上着≫＞NFPA 仕様＞他都市ｽﾞﾎﾞﾝ≒T 都市上･下≫ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ≒執務服 他都市上着≫＞NFPA 仕様≒２×(他都市ｽﾞﾎﾞﾝ≒T 都市上･下) ≒８×(ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ≒執務服) 77 ・蒸発抵抗は繊維ﾎﾟﾘﾏｰ厚みとの相関性が比較的よい。 ③トータル熱損失は ・ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ≒執務服＞他都市ｽﾞﾎﾞﾝ≒T 都市上･下＞NFPA 仕様＞他都市上着 ・ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞ≒執務服≒２×日本の消防服≒４×NFPA 仕様≒８×他都市上着 ④絶縁値、透過指数は熱抵抗、蒸発抵抗で議論できる。 ⑤因子として、更に物理的・化学的定数等の基本データをいれればシュミレーションの 精度が上がると考えられる。 ⑤トータル熱損失は熱抵抗と蒸発抵抗の両要素を含んだ値であり､消防服生地の評価指 標として最適と考えられる。 6.3.2 主要都市、2003･2004 年度選定消防服生地のトータル熱損失による快適性能評価 トータル熱損失は熱抵抗と蒸発抵抗の両要素含んだ総合的な生地快適性評価指標であり、 人間の快適性(生理学的反応、主観的評価)との相関性が報告されている。 そこで、今まで検討した消防服生地の快適性を総合的にトータル熱損失で検討した。 消防用防護服評価手法研究会で検討した消防服は、2002 年度が日本の主要 6 都市と消防団 員用防護服の 7 点、2003 年度がデザイン、サイズを同じで構成･重量を変えて試作した消 防服 4 水準と執務服の 5 点、2004 年度が日本およびアメリカ、オーストラリアで現用使用 されている重量差のある消防服 4 点と執務服 1 点の 5 点、総計 17 点である。 （１）試料 総計 17 点のうち、生地が入手できないもの等を除き、14 点で検討した。また､上着とｽﾞ ﾎﾞﾝで構成の異なる消防服があるので上着での検討とした。 用いた消防服上着生地を表 6.3.2-1 に示す。 78 表 6.3.2-1 消防服上着の素材構成 表地 中地 最内層裏地 耐炎層 透湿防水層 断熱層 現用① ｱﾗﾐﾄﾞ織物 ゴアテックス ４層キルティング 現用② ｱﾗﾐﾄﾞ織物 ゴアテックス ｱﾗﾐﾄﾞ混織物 現用③ ○ ○ ｱﾗﾐﾄﾞ混織物 現用④ 銀面 ﾌｪﾙﾄ状 ｱﾗﾐﾄﾞ混織物 現用⑤ 銀面ｱﾗﾐﾄﾞ ゴアテックス ｱﾗﾐﾄﾞ混織物 現用⑥ ｱﾗﾐﾄﾞ織物 ﾎﾟﾘｳﾚﾀﾝ ｱﾗﾐﾄﾞ混ニット 現用⑦ 銀面 × 3 層キルティング 試作① ｱﾗﾐﾄﾞ織物 ゴアテックス ｱﾗﾐﾄﾞ混織物 試作② 銀面ｱﾗﾐﾄﾞ ゴアテックス ｱﾗﾐﾄﾞ混織物 NFPA 仕様 PBI/ｱﾗﾐﾄﾞ ゴアテックス アラミド３層キルティング 消防団 銀面 × × 森林火災 ｱﾗﾐﾄﾞ織物 × × 執務服① ｱﾗﾐﾄﾞ/PET/ﾚｰﾖﾝ × × 執務服② ｱﾗﾐﾄﾞ/PET × × 消防服 ・×はその素材構成が無い事を、○はあるが推定できない事を示す 表地は基本的には耐炎性のあるｱﾗﾐﾄﾞで出来ている。ｱﾙﾐ蒸着またはコーティングの銀面仕 上げが 5 点ある。雨、放水の防水対策と考えられる。中地は透湿防水性能をもたせるため にｱﾗﾐﾄﾞの基布にゴアテックｽ加工しているが、ポリウレタン加工のものもある。裏地はほ ぼｱﾗﾐﾄﾞで出来ており、断熱性を持たせるために空気層を多く含むようストライブ等の工夫 がなされている。特に効果が期待される多層構造が 3 点ある。 79 （２）トータル熱損失 消防服積層、表地、中地、裏地の熱損失を表 6.3.2-2 に示す。 表 6.3.2-2 消防服積層、表地、中地、裏地の熱損失 消防服 Qd 表地（耐熱層） Qw QT Qd Qw 中地（透湿防水層） QT Qd Qw QT 裏地（断熱層） Qd Qw QT 現用① 65 195 260 161 408 568 203 698 901 84 337 421 現用② 93 239 331 176 472 648 215 673 891 134 452 587 現用③ 99 182 281 175 390 564 206 549 756 153 470 623 現用④ 84 4 89 151 1 152 151 512 662 152 452 603 現用⑤ 94 6 101 160 1 161 213 699 912 146 488 633 現用⑥ 110 46 156 174 278 452 213 129 337 167 75 248 現用⑦ 55 57 157 -1 157 − − − 63 132 195 試作① 94 222 316 179 410 589 203 690 894 127 430 557 試作② 84 99 149 -3 146 203 690 894 127 430 557 NFPA 仕様 57 159 216 164 361 525 206 505 711 76 280 356 消防団 142 0 142 142 0 142 − − − − − − 森林火災 174 536 710 174 536 710 − − − − − − 執務服① 188 567 754 188 567 754 − − − − − − 執務服② 189 684 873 189 684 873 − − − − − − 下着(綿 100) − − − − − − − − − − − 1 15 660 （2-1）消防服等のトータル熱損失 消防服生地積層等のトータル熱損失を図 6.3.2-1 に示す。 9 00 トータル熱損失(W/m2) 80 0 7 00 6 00 50 0 400 300 200 100 作 ② P A 仕 様 消 防 森 団 林 火 災 執 務 服 執 ① 務 下 服② 着 (綿 10 0) 作 ① 用 ⑦ N F 試 試 用 ⑤ 用 ④ 用 ③ 用 ② 用 ⑥ 現 現 現 現 現 現 現 用 ① 0 消防服,執務服,下着 図 6.3.2-1 消防服、執務服、下着のトータル熱損失 参考のために図の右端に綿 100%の丸首半袖下着を示す。森林火災用、執務服は下着と同等 である。林野火災では山の斜面を上り下りする大きな運動量が必要となるため快適性･機能 性が重視されている。約 700W/m2のこれらのグループに対して消防服のトータル熱損失は 半分以下であり、快適性が劣る。 80 消防服のトータル熱損失を図 6.3.2-2 に示す。 350 ﾄｰﾀﾙ熱損失(W/m２) 300 250 200 150 100 50 様 ② 試 作 作 NF PA 仕 ① ⑦ 試 用 現 現 現 用 用 ⑥ ⑤ ④ 用 現 現 用 ③ ② 用 現 現 用 ① 0 消防服 図 6.3.2-2 消防服のトータル熱損失 消防服のトータル熱損失は､大枠で 300W/m2、100W/m2、200W/m2(アメリカNFPA仕様)の 3 グ ループに分類できる。50∼100 W/m2の日本の現用消防服は頑強に作られているといわれて いるアメリカの消防服より劣る。アメリカの代表的な消防服のトータル熱損失を表 6.3.2-3 に示す3)。 表 6.3.2-3 アメリカの代表的消防服のトータル熱損失 ＴＡＢＬＥ1 Ｔotal Heat Loss（W/m2）-Precision Statistics (n=3) Material Average Total Heat Loss (W/m2) Repeatability Standard Deviation (W/m2) Reproducability Standard Deviation (W/m2) ａ 259 6.5 18.1 ｂ 202 8.3 23.7 ｃ 114 3.5 8.8 ｄ 130 4.8 11.3 アメリカ消防服aは 260W/m2で日本の通常消防服並みである。今回測定したNFPA仕様消防服 は 216 W/m2で消防服ｂに相当する。日本の 50∼100 W/m2の第 2 グループはアメリカの最も 悪いｃ(114 W/m2)よりも更に劣る。この原因を次に解析する。 尚、トータル熱損失は、日本の現用の消防服でも数値的に大きな差が出る事、ASTM F 1868 の精度と偏差の検定用に使用されている事から消防服生地の快適性の評価指標に十分に使 用できると考えられる。 (2-2)消防服の熱損失 Qd と蒸発熱損失 Qw トータル熱損失(QT)は温度差による熱の移動(Qd）と蒸気圧差による水の気化熱(Qw)から 81 なっている。 即ち QT＝Qd＋Qw 図 6.3.2-3 に熱損失と蒸発熱損失を示す。 250 現用① 現用② 現用③ 現用④ 現用⑤ 現用⑥ 現用⑦ 試作① 試作② 2 熱損失(W/m ) 200 150 100 50 NFPA仕様 0 熱損失 Qd 蒸発熱損失 Qw 消防服 図 6.3.2-3 消防服の熱損失と蒸発熱損失 図の左の熱損失には大差ないが､右側に示す蒸発熱損失は極めて大きな差があり、■で示す 現用⑦はほぼゼロである。図 6.3.2-2 で示したトータル熱損失が劣る原因は蒸発熱損失が悪 い事にある。NFPA 仕様は水蒸気の透過性は比較的良好である。トータル熱損失への蒸発熱 損失の寄与は熱損失の約 2 倍あり､蒸発熱損失の大きな低下は熱の蓄積とジメジメ感の増 大を伴い快適性に大きなダメージを与える。したがって、消防服生地の快適性評価指標と して蒸発熱損失も入れる必要があると考えられる。蒸発熱損失低下の要因を次に解析する。 (2-3)消防服構成素材の熱損失と蒸発熱損失 構成素材の熱損失を図 6.3.2-4 に､損失を蒸発熱損失を図 6.3.2-5 に示す。 790 690 表地 中地 裏地 ① 作 試 ② 作 試 様 仕 A FP N 消防服 図 6.3.2-4 構成素材の熱損失 390 表地 中地 裏地 290 190 90 現 用 ① -10 様 ⑦ 用 現 NF PA 仕 ⑥ 用 現 試 作 ① ⑤ 用 現 試 作 ② ④ 用 現 現 用 ⑥ ③ 用 現 現 用 ⑦ ② 用 現 現 用 ⑤ ① 用 現 490 現 用 ④ 70 50 590 現 用 ③ 130 110 90 現 用 ② 190 170 150 熱損失(W/m2 ） 2 熱 損 失 (W /m) 230 210 消防服 図 図 6.3.2-5 構成素材の蒸発熱損失 82 熱移動は熱伝導率の極めて小さい空気層が律速になると考えられる。熱損失は、表地で は大きな差が無いのに対して中地、裏地に小さい値を示す試料がある。この中地はフェル ト状素材であり、裏地はいずれも多層キルティング構造である。空気層を多く含んでいる ためであり、断熱材としては優れているが快適性を阻害する。蒸発熱損失は水の気化熱に よるものであり、水分子の拡散のしやすさに依存すると考えられる。水分子は約 0.5 ナノ メーター(nm)と小さいため、水分子の拡散は密度の小さい空気層は大きな抵抗にはならず、 布を構成しているﾎﾟﾘﾏｰ層の開孔率と厚みが律速になると考えられる。中地に 1 点、かなり 蒸発熱損失の小さい試料があり、透湿層の役割を果たしていない。また､裏地にも低い試料 が 2 点ある。表地で特に差が際立っている。蒸発熱損失がゼロ、即ち水蒸気を全く通さな い、即ち水分子に対する開孔率がゼロの素材が 4 点ある。この 4 点はいずれも銀面の素材 である。 アルミのコーティング材またはラミネートシートの開孔率が極めて小さく、水分子の拡散 を阻害しているためと考えられる。トータル熱損失がアメリカの最も小さい消防服より劣 る主原因は銀面の施し方に課題があり、検討が望まれる。また、蒸発熱損失がゼロの表地 に対してコストの高い透湿防水層を用いる必要が無く、耐炎性等を考慮した他の素材のほ うが有効である。快適性、耐熱･耐炎性を総合的に考察したアセンブリーのためには構成素 材の基礎データを積み重ねる事が重要である。 （2-4）熱損失の加成性 従来より衣服の熱抵抗の加成則が成立すると言われている。本消防服生地でも表地、中 地、裏地の積層の加成性を検討した。トータル熱損失は次式で計算される。 ＱT＝Ｑd＋Ｑw ここで Ｑd＝10/(Ｒcf＋0.04) Ｒcf：生地の熱抵抗(Ｋ･ｍ２/Ｗ) Ｑw＝3.57/(ＲcfA＋0.0035) ＲcfA：生地の見掛けの蒸発抵抗(kPa･ｍ２/Ｗ) したがって､熱抵抗と見掛けの蒸発抵抗の加成性をみることになる。 表 6.3.2-4 に熱損失、蒸発熱損失、トータル熱損失の加成性を、図 6.3.2-6 に実測地と加算 値の相関性を示す。 83 表 6.3.2-4 熱損失、蒸発熱損失、トータル熱損失の加成性（単位：Ｗ/ｍ２） 消防服 熱損失 現用① 実測 加算 実測 加算 実測 加算 実測 加算 実測 加算 実測 加算 実測 加算 実測 加算 実測 加算 実測 加算 現用② 現用③ 現用④ 現用⑤ 現用⑥ 現用⑦ 試作① 試作② NFPA 仕様 65 66 93 102 99 110 84 84 94 102 110 118 55 55 94 96 84 87 57 62 蒸発 トータル 195 204 239 259 182 219 4 0 6 -10 46 46 1 0 222 246 15 0 159 157 ●：トータル熱損失 260 270 331 362 281 329 89 84 101 92 156 165 57 55 316 342 99 87 216 219 ●：熱損失 ●：蒸発熱損失 400 y = 1.1236x - 9.0497 R2 = 0.9919 2 加算熱損失(W/m ) 350 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 2 実測熱損失(W/m ) 図 6.3.2-6 熱損失の加成性 84 300 350 傾き、切片にわずかにずれはあるものの十分に熱損失の加成則は成立するといえる。素材 のデータをそろえればアセンブリーである消防服生地積層の快適性は推測できる。 (３)熱損失、蒸発熱損失と因子の相関性 トータル熱損失を消防服の快適性指標として応用を広げ消防服の改良につなげるために はベーシックな検討が必要である。 因子として①目付②布厚み③繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み④空気層厚みを考え、熱損失、蒸発熱損失 との相関性を検討した。各因子の内容は次の通りである。 ①目付 ：ｍ2 当たりの重さ (g/ｍ2） ②布厚み： (mm） ③繊維層厚=繊維体積分率×布厚 (mm) ④空気層厚=(空隙率×布厚)/100 （mm） １）消防服重量と上着生地目付 快適性･機能性のもう一方の重要な因子は消防服の重量である7)。消防服の重量と生地目 付を表 6.3.2-5 に示す。 表 6.3.2-5 消防服の重量と上着目付 消防服 重量(gr/着) 現用① − 現用② 上着目付(g/m2) 消防服積層 2900 表地 中地 裏地 563 271 117 175 587 273 102 212 現用③ − 584 231 159 194 現用④ − 583 252 137 194 536 245 103 188 現用⑤ 2360 現用⑥ − 687 223 136 329 現用⑦ − 678 230 − 448 試作① 2900 566 271 106 189 試作② 2730 546 251 106 189 NFPA 仕様 4710 711 256 171 285 566 566 − − 消防団 − 森林火災 1510 207 207 − − 執務服① 780 162 162 − − 執務服② 740 159 159 − − 消防服一着当りの重量は NFPA が日本の 2 倍弱とかなり重いが、目付比較では 1.3 倍強の重 さである。6.3.1（１）で述べた如くサイズ、デザイン(金具、補強材等)の差が出ている。 85 750 2 目付(g/ｍ ） 700 650 600 550 ② 作 A仕 様 NF P ① 試 作 試 現 用 用 現 ⑦ ⑥ ⑤ 用 ④ 現 現 用 ③ 用 ② 現 用 現 現 用 ① 500 消防服 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 現 用 ⑦ 試 作 ① 試 作 ② NF PA 仕 様 現 用 ⑥ 現 用 ⑤ 表地 中地 裏地 現 用 ② 現 用 ③ 現 用 ④ 現 用 ① 目付（ｇ/ｍ２） 図 6.3.2-7 消防服の目付 消防服 図 6.3.2-8 構成素材の目付 図 6.3.2-7 に消防服積層の目付けを示す。日本の消防服目付でも NFPA 並みの大きさのもの がある。構成素材の目付を図 6.3.2-8 に示す。表地、中地の目付はほぼ同じであるが現用⑥、 ⑦の裏地の目付けが大きく、これが消防服積層の目付を押し上げている。重さは快適性、 機能性を低下させる。耐炎性に問題ない範囲で軽いほうが望ましい。生地ごとの耐炎性の データが必要である。 86 ２）布厚み 布厚みを表 6.3.2-6 と図 6.3.2-9 に示す。また、上着構成素材の布厚みを図 6.3.2-10 に示す。 表 6.3.2-6 消防服上着の布厚み 布厚み(mm) 消防服 消防服積層 表地 中地 裏地 現用① 2.03 0.60 0.29 1.13 現用② 1.97 0.61 0.26 1.25 現用③ 1.80 0.49 0.29 1.16 現用④ 2.29 0.64 0.75 1.18 現用⑤ 1.89 0.63 0.25 1.10 現用⑥ 1.58 0.48 0.31 0.83 現用⑦ 2.39 0.26 − 2.05 試作① 1.94 0.59 0.27 1.23 試作② 2.00 0.62 0.27 1.23 NFPA 仕様 2.51 0.59 0.37 1.62 消防団 0.53 0.53 − − 森林火災 0.54 0.54 − − 執務服① 0.34 0.34 − − 執務服② 0.34 0.34 − − 2.60 2.40 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 消防服 図 6.3.2-9 消防服上着の布厚み 87 様 A仕 ② 作 試 NF P ① 作 試 現 用 ⑦ ⑥ 用 現 現 用 ⑤ ④ 用 現 現 用 ③ ② 用 現 用 ① 1.00 現 布厚み(mm) 2.20 2.5 布厚み(mm) 2.0 1.5 表地 中地 裏地 1.0 0.5 NF PA 仕 様 試 作 ② 試 作 ① 現 用 ⑦ 現 用 ⑥ 現 用 ⑤ 現 用 ④ 現 用 ③ 現 用 ② 現 用 ① 0.0 消防服 図 6.3.2-10 消防服上着構成の布厚み NFPA 使用は最も厚いが日本の消防服の中にも NFPA 仕様に近いものがある。現用⑦は他の 消防服と比較して特異的である。中地のない 2 層構成で表地が薄く、裏地が厚くなってい る。現用④は中地が極めて厚い。NFPA は裏地を厚くして耐熱性を出そうとしているようで ある。 88 ３）繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み(繊維ﾎﾟﾘﾏｰ分率×布厚み) 蒸発熱損失は布を構成しているﾎﾟﾘﾏｰの体積分率と何らかの相関があると考え、ﾎﾟﾘﾏｰの 比重から計算した。 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み＝繊維ﾎﾟﾘﾏｰ分率×布厚み＝(繊維ﾎﾟﾘﾏｰ体積/布体積)×布厚み ここで、繊維ﾎﾟﾘﾏｰ体積＝目付/繊維ﾎﾟﾘﾏｰ比重 生地の素材比率が分かっていないケースは推定から計算した。 比重は表 6.3.2-7 に示す値を使用した。 表 6.3.2-7 繊維等の比重 参考文献 繊維等 比重（密度） ｱﾗﾐﾄﾞ ﾊﾟﾗ 1.44 繊維ハンドブック2003 ﾒﾀ 1.38 繊維ハンドブック2003 ﾎﾟﾘｲﾐﾄﾞ 1.41 繊維ハンドブック2003 フッ素繊維 2.30 繊維ハンドブック2003 ﾚｰﾖﾝ 1.51 第２版 繊維便覧 ﾎﾟﾘｳﾚﾀﾝ 1.20 第２版 繊維便覧 PET 1.38 第２版 繊維便覧 毛(ﾒﾘﾉ) 1.32 第２版 繊維便覧 ｱﾙﾐ 2.69 空気 0.00129 熱学の基礎,岡部拓也 表 6.3.2-8 消防服上着の繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み 消防服 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み(mm) 消防服積層 表地 中地 裏地 現用① 0.39 0.19 0.07 0.13 現用② 0.40 0.20 0.06 0.15 現用③ 0.42 0.16 0.12 0.14 現用④ 0.41 0.18 0.10 0.14 現用⑤ 0.36 0.17 0.06 0.13 現用⑥ 0.50 0.16 0.10 0.24 現用⑦ 0.49 0.17 − 0.33 試作① 0.39 0.20 0.06 0.13 試作② 0.37 0.17 0.06 0.13 NFPA 仕様 0.49 0.18 0.10 0.21 − − − − 森林火災 0.15 0.15 − − 執務服① 0.11 0.11 − − 執務服② 0.12 0.12 − − 消防団 89 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み(mm) 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 作 ② NF PA 仕 様 ① ⑦ 作 試 試 現 用 現 現 用 ⑥ ⑤ 用 ④ 用 現 用 ③ ② 現 用 現 現 用 ① 0.20 消防服 図 6.3.2-11 消防服上着の繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み(mm) 0.35 0.30 0.25 0.20 表地 中地 裏地 0.15 0.10 0.05 様 NF PA 仕 ② 試 作 ① 試 作 ⑦ 現 用 ⑥ ⑤ 現 用 現 用 ③ ④ 現 用 現 用 ② 現 用 現 用 ① 0.00 消防服 図 6.3.2-12 消防服上着構成の繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み 消防服では NFPA 仕様より厚いものがある。構成別では表地が全般的に厚い。炎からのガー ドのためである。裏地に 2 点厚いものがあり、これが消防服積層を厚くしている。 90 ４）空気層厚み[(空隙率×布厚)/100] 布の厚さから繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚みを引いた値と同じになる。 表 6.3.2-9 消防服上着の空気層厚み 空気層厚み(mm) 消防服 消防服積層 表地 中地 裏地 現用① 1.642 0.406 0.217 1.006 現用② 1.570 0.409 0.203 1.103 現用③ 1.379 0.321 0.164 1.026 現用④ 1.877 0.469 0.646 1.049 現用⑤ 1.532 0.463 0.189 0.973 現用⑥ 1.074 0.317 0.205 0.588 現用⑦ 1.896 0.094 試作① 1.550 0.399 0.203 1.095 試作② 1.629 0.449 0.203 1.095 NFPA 仕様 2.021 0.406 0.265 1.411 森林火災 0.387 0.387 執務服① 0.223 0.223 執務服② 0.225 0.225 1.730 消防団 2.20 1.80 1.60 1.40 1.20 消防服 図 6.3.2-13 消防服上着の空気層厚み 91 ② NF PA 仕 様 試 作 ① 試 作 ⑦ 現 用 ⑥ 現 用 ⑤ 現 用 ④ 現 用 ③ 現 用 ② 現 用 用 ① 1.00 現 空気層厚み(mm) 2.00 ① 作 ② NF PA 仕 様 試 作 ⑦ 試 用 ⑥ 現 用 ⑤ 現 用 ④ 現 用 ③ 用 現 用 現 用 現 現 ② 表地 中地 裏地 ① 空気層厚み(mm) 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 消防服 図 6.3.2-14 消防服上着構成の空気層厚み 消防服空気層厚みは NFPA 仕様が最も厚く、熱抵抗が大きくて熱損失が小さくなり快適性が 低下すると考えられる。逆に熱抵抗が大きいため耐熱性が向上すると思われる。日本の消 防服にも NFPA 並みが 2 点あるが､一方 NFPA の半分程度の薄いものがある。構成別では全般 的に裏地の空気層が厚く、断熱層としての効果を意識した構造になっている。表地で､現用 ⑦が他の要因と比較しても空気層が極めて薄い。布密度も因子として考慮する必要がある。 92 ５）消防服積層(上着)と因子 消防服積層(上着)と因子の関係の総覧を図 6.3.2-15 に示す。 ■はアメリカの大都市の、■は日本の大都市の消防服積層(上着)を示す。 日本大都市（現用②）と比べると現用④⑥⑦が特異値をしめす。 2.20 2.40 2.00 消防服 ② ① ⑦ 仕 様 NF PA 試 作 試 作 ⑤ ⑥ 現 用 消防服 図 6.3.2-15 消防服積層(上着)と因子 93 NF PA 仕 様 試 作 ② 試 作 ① 現 用 ⑦ 現 用 ① ① ⑦ ② NF PA 仕 様 試 作 試 作 ⑤ ⑥ 現 用 現 用 現 用 現 用 現 用 現 用 ③ 1.00 ④ 1.40 ② 1.20 ① 1.60 現 用 ⑥ 1.40 現 用 ⑤ 1.80 1.60 現 用 ④ 2.00 1.80 現 用 ③ 2.20 現 用 ② 空気層厚み(mm) 2.60 現 用 現 用 ④ 消防服 消防服 布厚み(mm) 現 用 現 用 ① 現 用 ① 現 用 ② 現 用 ③ 現 用 ④ 現 用 ⑤ 現 用 ⑥ 現 用 ⑦ 試 作 ① 試 作 ② NF PA 仕 様 500 ③ 550 現 用 600 ② 650 0.53 0.51 0.49 0.47 0.45 0.43 0.41 0.39 0.37 0.35 現 用 目付(g/ｍ2） 700 現 用 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み(mm) 750 ６）構成素材と因子 構成素材と因子の関係の総覧を図 6.3.2-16 に示す。特異値を示す試料としては、表地で 現用⑦、中地で現用③④⑥、裏地で現用⑥⑦である。現物の構造、化学的材質に立ち戻っ 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 布厚み(mm) 布 厚 み (m 2 .5 2.5 表地 中地 裏地 2.0 2 .0 1.5 1 .5 表地 中地 裏地 裏 地 表地 中地 1.0 1 .0 0.5 0 .5 0.0 ① 用 現 ① 用 用 ② 現② 現 用 用 ③ 現③ 現 用 用 ④ 現④ 現 用 用 ⑤ ⑤ 現 現 用用 ⑥ ⑥ 現現 用用 ⑦ ⑦ 試試 作作 ① ① 試試 作 作 ② NN ② FF PA PA仕 仕 様 様 現 現 現 用 作 ② PA 仕 様 NF 試 ⑦ 用 作 ① 試 現 ⑤ 用 用 ⑥ 現 現 ③ 用 ④ 現 用 現 用 用 現 現 ② 0 .0 ① 目 付 （ｇ/ｍ ２ て観察、考察する必要がある。 消防服 消 防服 消防服 空気層厚み(mm) 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 表地 表地 中地 裏地 中地 裏地 現 用 ① 現 用 ② 現 用 ③ 現 用 ④ 現 用 ⑤ 現 用 ⑥ 現 用 ⑦ 試 作 ① 試 作 NF ② PA 仕 様 0.05 0.00 現 用 ① 現 用 ② 現 用 現 ③ 用 ④ 現 用 現 ⑤ 用 ⑥ 現 用 ⑦ 試 作 試 ① NF 作② PA 仕 様 消防服 表地 中地 裏地 現 用 ① 現 用 ② 現 用 ③ 現 用 ④ 現 用 ⑤ 現 用 ⑥ 現 用 ⑦ 試 作 ① 試 作 NF ② PA 仕 様 繊維ﾎﾟﾘﾏｰ層厚み(mm) 繊維 ﾎﾟﾘﾏ ｰ 層 厚 み (m 0.35 0.35 0.0.3030 0.25 0.25 0.20 0.0.1520 0.15 0.10 0.05 0.10 0.00 消防服 消防服 図 6.3.2-16 構成素材と因子 94 ７）熱損失(Qｄ)と因子の相関性 図 6.3.2-17 に各因子との相関性を示す。 250 250 y = -0.2141x + 210.56 y = -64.955x + 208.29 200 R2 = 0.6589 熱損失(W/m 2 ） 熱損失(W/m2 ) 200 150 100 R2 = 0.8736 150 100 50 50 0 0 0 200 400 600 0.0 800 1.0 目付(g/m2 ) 2.0 3.0 布厚（mm） 250 250 y = -303.23x + 210.33 R2 = 0.6571 y = -76.39x + 203.14 200 R2 = 0.8619 2 熱損失（W/m ) 2 熱損失（W/m ) 200 150 100 150 100 50 50 0 0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.5 0.6 1.5 2.0 2.5 空気層厚(mm) ﾎﾟﾘﾏｰ厚（mm） ●消防服積層 1.0 ●表地 ●中地 ●裏地 図 6.3.2-17 熱損失(Qｄ)と因子の相関性 図の決定係数から計算した相関係数を表 6.3.2-10 に示す。 表 6.3.2-10 熱損失(Qｄ)と因子の相関係数 因子 決定係数（R２） 相関係数（R） 目付 0.66 0.81 布厚 ﾎﾟﾘﾏｰ厚 空気厚 0.87 0.66 0.86 0.93 0.81 0.93 相関係数が 0.7 以上では強い相関性があるといわれている。布厚、空気厚との相関係数は 0.9 以上で極めて強い相関性を示している。表 6.3.1-8 に示す如く、空気の熱伝導率はプラ スチックのほぼ 10 分の１であり、極めて小さいため、空気が熱伝導にに対して大きな抵抗 を示す。したがって熱損失に対しては空気が律速となり、空気厚との相関性が極めて強く 95 なる。 8）蒸発熱損失(Qｗ)と因子の相関性 図 6.3.2-18 に各因子との相関性を示す。銀面ｱﾙﾐは除いた。 800 800 y = -0.8489x + 649.25 600 R2 = 0.5101 600 R2 = 0.6036 2 熱損失(W/m ） 熱損失(W/ m2 ) y = -214.59x + 602.55 700 700 500 400 500 400 300 300 200 200 100 100 0 0 0.0 0 200 400 600 1.0 800 2.0 3.0 布厚（mm） 目付(g/m2) 800 800 700 y = -1224.2x + 653.11 700 y = -235.18x + 574.93 2 R = 0.6281 600 R2 = 0.4384 2 熱損失（W/m ) 2 熱損失（W/m ) 600 500 400 500 400 300 300 200 200 100 100 0 0.0 0 0.0 0.2 0.4 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 空気層厚(mm) 0.6 ﾎﾟﾘﾏｰ厚み（mm） ■消防服積層 ■表地 ■中地 ■裏地 （銀面アルミは除く） 図 6.3.2-18 蒸発熱損失(Qｄ)と因子の相関性 図の決定係数から計算した相関係数を表 6.3.2-12 に示す 表 6.3.2-12 蒸発熱損失(Qｗ)と因子の相関係数 因子 決定係数（R２） 相関係数（R） 目付 0.60 0.77 布厚 ﾎﾟﾘﾏｰ厚 空気厚 0.51 0.63 0.44 0.71 0.80 0.66 相関係数は熱抵抗におけるほどはよくないが、ﾎﾟﾘﾏｰ厚みとの相関性が強く出ている。トー タル熱損失における蒸発熱損失のウエイトは熱損失の約 3 倍と大きい。したがって改良さ 96 れた因子を導入できれば蒸発熱損失の向上の方向性が分かり、ひいては消防服の快適性が 改良される可能性がある。 (４)まとめ ①現用消防服生地でもトータル熱損失で測定した快適性に大きな差がある。 ②大差の原因は蒸発熱損失が小さいことにあり、ｱﾙﾐ系表地の接着剤、ラミネート フィルムが水分子を透過しないためと推定される。 ③各熱損失は加成則が成立する。したがって、構成素材のデータから積層の推定が可能 である。 ④熱損失は空気層厚みと極めて相関性が強く、蒸発熱損失はﾎﾟﾘﾏｰ層厚みと相関性がよい。 トータル熱損失の中でウエイトの大きい蒸発熱損失と相関性の大きな因子の考察が 必要である。 ⑤ﾄｰﾀﾙ熱損失は熱抵抗と蒸発抵抗の両方を含んでおり、消防服生地の快適性評価指標 として適している。ただし、指標として蒸発熱損失も規定する必要がある。 6.4 総まとめ 本章の結果を総合的にまとめると次のようになる。 ①トータル熱損失は、熱損失と蒸発熱損失の両方を含み、ﾜｲﾙﾄﾞﾗﾝﾄﾞから現用⑦まで約 12 倍の数値差が出ているため消防服生地の快適性指標として適している。 ②蒸発熱損失は熱損失の約 3 倍とウエイトが大きく、水分子より小さい孔径の構成素材 ではゼロとなるため、快適性指標として蒸発熱損失の規定も必要である。 ③熱損失は空気層厚みと極めて相関性が強く、蒸発熱損失はﾎﾟﾘﾏｰ層厚みと相関性がよい。 蒸発熱損失と相関性の大きい因子の考察が必要である。 97 ７ 発汗サーマルマネキンによる消防用防護服の快適性評価について 7.1 はじめに 防護服は人体を外的危害から保護し、安全性を確保するための衣服である。そのため、 最も重量な性能としては、防護性が求められるが、一方、その着用によって著しく不快を 生じたり、活動しにくい場合、安全性や効率が阻害される。防護服の開発においてはこの 三者のバランスが重要と考えられる。 防護服の快適性、機能性の評価に当たっては、人体の着用による生理反応実験が行われ るが、衣服そのものの特性評価にはサーマルマネキンやスキンモデルによる物理的評価が 必要と考えられる。本報告では、まず、発汗サーマルマネキンによる消防服の顕熱･蒸発熱 抵抗評価の有効性を、次に我々が開発したスキンモデルによる素材の熱･水分移動性評価の 有効性について検討した。 7.2 第１実験 実験は、2 つのシリーズに分けて行なわれた。第 1 実験では図 7.2-1 に示す消防用防護服 A、B、C、D、並びに執務服 E を対象とした。A、B、C、D、E 各衣服の構成は表 7.2-1 の 通りで、A∼C はいずれも 3 層構造であるが、B は外層にアルミ加工布を用い、A と C で は断熱層の素材が異なっている。D は 2 層構造である。図 7.2-2 は文化女子大学のサーマ ルマネキンファミリィで、成人女子 2 体、ベビー、子供、成人男子の構成になっている。 第 1 実験では、このうちのマネキン Ａ Ｂ TAM を用いた。 Ｃ Ｄ Ｅ Aramid Alminum Aramid Aramid Regular 3layers 3layers 3layers 2layers uniform 図 7.2-1 消防用防護服（第 1 実験用） 98 表 7.2-1 消防用防護服（第 1 実験用）の構成 Type of Clothing outer material anti-wicking barrier insulation layer A aramid (280g/m2) goretexfilm (100∼140g/m2) stripe type (200g/m2) B aluminum (280g/m2) goretexfilm (100∼140g/m2) stripe type (200g/m2) C aramid (240g/m2) goretexfilm (100∼140g/m2) waffle type (150g/m2) D aramid (240g/m2) ― waffle type (150g/m2) regular uniform of firefighter E AYA TAM JUN 図 7.2-2 サーマルマネキンファミリィ（文化女子大学） 1(2) 4 8 5 7 3 6 10 Body Surface Body Area（㎡） segments * 0.124 * Head 1 Chest 0.102 2 Back 0.138 3 Abdomen 0.261 4 Upperarm(R) 0.060 5 Upperarm(L) 0.059 6 Fore arm(R) 0.043 7 Fore arm(L) 0.045 8 Hand(R) 0.032 9 Hand(L) 0.032 10 Thigh(R) 0.150 11 Thigh(L) 0.147 12 Leg(R) 0.094 13 Leg(L) 0.094 14 Foot(R) 0.050 15 Foot(L) 0.050 1.481 Total * ：the data of AYA, which is another standing thermal manikin 11 12 13 14 15 9 図 7.2-3 サーマルマネキン 99 TAM の分割と体表面積 TAM の分割は図 7.2-3 に示す 16 分割で、格子柄部分が可動連結となっている。各部位 は独立に表面温度制御又は、定入力制御にすることができる。発汗サーマルマネキンの制 御システムを図 7.2-4 に示す。 SSR SENSOR HEATER SWEATING PORE TEMPERATURE CONTROLLER PC MANIKIN POWER SUPPLY PUMP WATER BATH SCALE 図 7.2-4 発汗サーマルマネキンのシステム図 顕熱抵抗の測定条件としては、マネキン表面の温度設定を 34℃とし、室温 20℃、湿度 50％、気流＜0.2m/s における各部位への平均供給熱量を測定し、次式に示すパラレル、シ リアルの 2 方式によって各防護服の熱抵抗を求めた。 ＜Parallel model＞ Rt=(Ts−Ta）・A ／ Hd Ts=Σfi・Tsi Hd =ΣHdi Ｉt =Rt／0.155 ＜Serial model＞ Rt =Σfi･［（Tsi−Ta） ・ai / Hdi ］ fi =ai /A Icle=It−Ia ここで It：total clothing thermal insulation(clo) Rt：total clothing heat resistance(m2･℃/W) A：total body surface area(㎡) ai：body surface area of i th body region (㎡) fi ：body surface area ratio of i th body region Hd：total dry heat supply(W) Hdi：dry heat suplly to i th body region (W) Ta：air temperature(℃) Ts：mean surface temperature(℃) Tsi：surface temperature of i th body region (℃) Icle：effective thermal insulation(clo) Ia：thermal insulation of air layer on the skin surface TAM は発汗機構を備え、37℃の恒温水槽からポンプで押し出された水は、各部内部か ら皮膚表面に吐出され、皮膚表面をぴったり覆った模擬皮膚に吸水拡散された後表面から 蒸発する。水槽、ポンプ、マネキンはすべて人体天秤（精度 0.1g）の上に設置されている ため、マネキン表面から蒸発した水分量のみを人体天秤（精度 0.1g）によって測定するこ とができる。衣服の蒸発熱抵抗の測定条件は、マネキン表面の温度設定 34℃、室温 34℃の 等温条件、湿度 50％、気流＜0.2m/s とし、この時の供給熱量又は水分蒸発量から換算した 蒸発熱量を用い、次式から、Ret、又は Recle を求めた。 100 ここで Ret：total evaporative resistance(m2kPa/W) w：wettedness A： total body surface area(㎡) He：total evaporative heat supply (W) Pa：ambient vapor pressure(kPa) Ps*：saturated vapor pressure of surface temperature of the manikin(kPa) Rea：evaporative resistance of air layer on the skin surface(㎡･kPa/W) Re cle：effective evaporative resistance(㎡･kPa/W) Ret=w( Ps*− Pa)･A/He Re cle=Ret−Rea 図 7.2-5 に顕熱抵抗の結果を示す。シリアルとパラレル法はほぼ相関を示している。ア ルミ蒸着布の B は熱抵抗が最も高く、執務服 E は最も低く、2 層構造の D は、その中間の 値が得られており、いずれも妥当な結果と考えられる。図 7.2-6 に各防護服の部位別熱抵 抗の結果を示す。腹部、大腿部など上衣と下衣が重なっている部位では熱抵抗が極めて大 となることが示されている。図 7.2-7 に蒸発熱抵抗の結果を示す。先の顕熱抵抗の結果と 比較して不透湿のアルミ蒸着布の層を持つ B の蒸発熱抵抗は、著しく大となっている。 Serial model Parallel model 3.0 * 2.5 Icle (c lo) 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 A B C D E 図 7.2-5 消防用防護服の顕熱抵抗 A 1 .2 B C 1 .0 D E 0 .6 0 .4 0 .2 図 7.2-6 消防用防護服の部位別顕熱抵抗 101 ot Fo g Le h Th ig d an H aｒ ｒｅ ｏ Ｆ ｐ ｐ ｅa om Ｕ bd A ｍ ｒｍ en k ac B he C ｅａ ｄ st 0 .0 Ｈ Ic le （ clo) 0 .8 0.060 ** cle （㎡・ kPa/W) 0.040 Re 0.020 ** ** 0.050 0.030 0.010 0.000 A B C D E 図 7.2-7 消防用防護服の潜熱抵抗 横軸に顕熱抵抗、縦軸に蒸発熱抵抗をとって両者の関係をみると（図 7.2-8）、B を除く 衣服では両者間に正の相関がみられた。一方、B はこの関係から著しくはずれている。 0.050 B 0.045 0.040 0.030 C 0.025 D 0.020 A Re cle （ ㎡・kPa/W） 0.035 0.015 E 0.010 0.005 0.000 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 Icle （㎡・℃/W） 0.20 0.22 図 7.2-8 消防用防護服の顕熱抵抗と蒸発熱抵抗の関係 図 7.2-9 は、アメリカカンザス州立大学のマッカーラ博士をリーダーとして、世界 6 ヶ 所でインターラボテストをした際の対象衣服を示している。防護服 2 種を含むこれら 5 種 について同様の実験を実施した結果を図 7.2-10 に示す。一般に衣服の蒸発熱抵抗は、顕熱 抵抗から予測可能と言われているが、この図が示す通り防護服の場合は両者間の回帰直線 からはずれることが多く、蒸発熱抵抗を評価する為には、発汗サーマルマネキンによる評 価が重要であることが示されている。ちなみに、図 7.2-11 は、先の 5 種の衣服の快適適応 域をウンバッハの式によって予測した結果を示している。蒸発熱抵抗が大なる衣服の適応 域は、一般衣服に比べて著しく小さいことが示され、防護服の快適性向上に際しては人体 からの水分蒸発への配慮が極めて重要であることが示唆されている。 102 B C D E 図 7.2-9 インターラボテスト用実験衣服 0.3 D Evaporative heat resistance （㎡・kPa/W) 0.2 E R2 = 0.98 0.1 C A nude B 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 H Heat resistance (㎡・℃/W) 0.4 図 7.2-10 顕熱抵抗と蒸発熱抵抗の関係 35 30 25 Ta（℃） A 20 15 Tmax① 10 Tmax② 5 A B C D 図 7.2-11 実験衣服の快適適応域 103 E 7.3 第 2 実験 第 2 実験では、図 7.3-1 に示す 3 種の消防用防護服を対象とした。 図 7.3-1 消防用防護服（第 2 実験用） 使用したマネキンは著者らが開発した日本人成人男子の寸法をもつマネキン JUN で、 発汗機能は前述と同様であるが、汗孔は 100c ㎡当たり一個、全身で 180 個開口している。 本マネキンの特徴はコアとシェルの 2 層モデルで、各々が独立に制御される点にある。関 節は肩関節、股関節、膝関節で可動となっている。頭部は配線、配管の出入り口となるた め独立とした。図 7.3-2 に分割及び各部位別体表面積を示す。また、図 7.3-3 に制御システ ムと各部の写真を示す。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Body Surface Segments Area(㎡） Head 0.156 Chest(F) 0.172 Chest(B) 0.176 Abdomen(F) 0.094 Abdomen(B) 0.116 Upperarm（R) 0.082 Fore arm（R) 0.060 Hand（R) 0.042 Upperarm（L) 0.086 Fore arm（L) 0.060 Hand（L) 0.042 Thigh（R) 0.146 Leg（R) 0.080 Foot（R) 0.062 Thigh（L) 0.142 Leg（L) 0.080 Foot（L) 0.062 Total 1.658 図 7.3-2 サーマルマネキン”JUN”の分割及び体表面積 104 図 7.3-3 サーマルマネキン JUN のシステム図及び各部の写真 また、測定時のパソコン画面を図 7.3-4 に示す。図 7.3-5 は JUN で 28℃中立温域での 人体皮膚温分布を再現したものである。 図 7.3-4 熱抵抗測定中のパソコン画面 105 図 7.3-5 28℃中立温域での人体皮膚温分布のサーモグラム さらに、28℃中立温域で人体皮膚温分布を維持するために行った定温度制御と定入力制 御時での供給熱量、マネキン表面温、模擬皮膚（スキン）表面温の経時変化をそれぞれ、 図 7.3-6 と図 7.3-7 に示す。 106 Power 500 W/㎡ 400 300 200 100 0 60 12 0 0 18 0 00 24 0 30 0 00 36 0 42 0 00 48 0 54 0 00 60 0 66 0 00 72 00 78 0 84 0 00 90 0 96 0 10 00 2 10 00 80 11 0 4 12 00 00 0 0 sec Surface temperature of Manikin temperatute（℃） 40 35 30 25 60 0 12 00 18 00 24 00 30 00 36 00 42 00 48 00 54 00 60 00 66 00 72 00 78 00 84 00 90 00 96 0 10 0 20 10 0 80 11 0 40 12 0 00 0 0 20 sec Surface temperature of Skin temperatute（℃） 40 35 30 25 0 60 0 12 00 18 00 24 00 30 00 36 00 42 00 48 00 54 00 60 00 66 00 72 00 78 00 84 00 90 00 96 0 10 0 20 10 0 80 11 0 40 12 0 00 12 0 60 0 20 sec Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Foot（L) air1 air2 air3 図 7.3-6 定温度制御（上：供給熱量、中：マネキン表面温度、下：模擬皮膚表面温度） 107 Power 120 100 W/㎡ 80 60 40 20 0 12 00 24 00 36 00 48 00 60 00 72 00 84 00 96 0 10 0 80 12 0 00 13 0 20 14 0 40 15 0 60 16 0 80 18 0 00 19 0 20 20 0 40 21 0 60 22 0 80 24 0 00 0 0 sec Surface temperature of Manikin temperature(℃） 40 35 30 25 0 12 00 24 00 36 00 48 00 60 00 72 00 84 00 96 0 10 0 80 12 0 00 13 0 20 14 0 40 15 0 60 16 0 80 18 0 00 19 0 20 20 0 40 21 0 60 22 0 80 24 0 00 0 20 sec Surface temperature of Skin temperature（℃） 34 32 30 28 26 12 00 24 00 36 00 48 00 60 00 72 00 84 00 96 0 10 0 80 12 0 00 13 0 20 14 0 40 15 0 60 16 0 80 18 0 00 19 0 20 20 0 40 21 0 60 22 0 80 24 0 00 25 0 20 0 0 24 sec Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Foot（L) Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Foot（L) Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Foot（L) 図 7.3-7 定入力制御（上：供給熱量、中：マネキン表面温度、下：模擬皮膚表面温度） 108 表 7.3 は、28℃中立温域におけるサーマルマネキン JUN の部位別皮膚温、供給熱量、 及び熱抵抗値を、図 7.3-8 は、そのうちの供給熱量と熱抵抗のグラフを示している。 表 7.3 部位別皮膚温、供給熱量、及び熱抵抗値（環境温 28℃） BSA Segment Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Foot（L) Total Ts Ta Power input (㎡） （℃） （℃） （W） （W/㎡） 0.156 0.172 0.176 0.094 0.116 0.082 0.060 0.042 0.086 0.060 0.042 0.146 0.080 0.062 0.142 0.080 0.062 1.658 34.16 34.10 33.99 32.92 32.66 32.69 32.95 32.35 32.56 32.74 32.43 32.29 32.13 31.82 32.41 31.99 31.78 32.93 28.10 28.12 28.12 27.95 27.95 28.12 27.95 28.10 28.12 27.95 28.10 28.10 27.99 27.99 28.10 27.99 27.99 28.04 10.2 8.2 7.8 1.3 3.0 3.4 3.4 2.2 3.3 3.2 2.2 6.4 4.1 2.8 6.9 4.2 3.0 75.7 65.35 47.61 44.42 13.99 25.90 40.88 56.16 52.19 38.88 53.86 51.63 43.93 51.44 45.96 48.75 53.07 48.07 45.66 Rd Rdi （℃･㎡ （℃･㎡/W) /W)･ai/A 0.093 0.126 0.132 0.355 0.182 0.112 0.089 0.081 0.114 0.089 0.084 0.095 0.080 0.083 0.088 0.075 0.079 0.107 0.009 0.013 0.014 0.020 0.013 0.006 0.003 0.002 0.006 0.003 0.002 0.008 0.004 0.003 0.008 0.004 0.003 0.120 I (clo) 0.598 0.810 0.853 2.290 1.172 0.721 0.574 0.525 0.737 0.573 0.542 0.615 0.519 0.538 0.570 0.486 0.509 0.690 0.4 70 Power input Rd 60 50 40 0.3 0.2 30 20 0.1 10 0.0 He Ch ad es t Ch (F) e Ab st( do B) m Ab en do (F) Up men pe (B ) r Fo arm re （R ar ) m （ Ha R) Up nd pe （R ) ra Fo rm（ re L) ar m（ L Ha ) nd T h （ L) igh （R Le ) g（ Fo R) ot （ Th R) igh （L ) Le g（ Fo L) ot （L ) To ta l 0 図 7.3-8 部位別供給熱量、及び熱抵抗値（環境温 28℃） 図 7-3-9 はコア、シェルを定入力とし、室温を 28℃から 20℃へ変化させた際の各部位の 温度変化、並びにサーモグラム変化を示している。このような passive な変化を含めた特性 は従来のマネキンでは得られないことから、このような特性を今後は防護服の評価にどの ように生かすかが検討課題として残されている。 109 38 36 Temperature (℃） 34 32 30 28 26 24 22 20 0 600 1200 1800 2400 Time (sec) 3000 3600 core(Head) core(Chest) core(Abdomen) Head Chest(F) Chest(B) Abdomen(F) Abdomen(B) Upperarm（R) Fore arm（R) Hand（R) Upperarm（L) Fore arm（L) Hand（L) Thigh（R) Leg（R) Foot（R) Thigh（L) Leg（L) Foot（L) air temp.１ air temp.2 air temp.3 air tmp.4 図 7.3-9 定入力制御による環境温の変化（28℃→20℃）によるコア温、マネキン表面温の 変化 “JUN”を用いて測定された 3 種類の防護服の顕熱抵抗の結果を図 7.3-10 に示す。黒の防 護服が最も高い熱抵抗を示し、1 層構造の黄色の防護服が低い値を示した。各防護服の部 位別抵抗（図 7.3-11）をみると、上衣下衣の重なりに加えて、上腕、大腿、胸部に、空気 層と熱気流の貯留効果が認められる。顕熱抵抗については、重なりのみならず空気層の効 果が重要である。3 種の防護服の蒸発熱抵抗の結果を図 7.3-12 に示す。アルミ蒸着加工の シルバーで、最も高い蒸発熱抵抗が示されている。図 7.3-13 左図に第 2 実験の顕熱抵抗、 蒸発熱抵抗の結果を、また右図に第 1、第 2 実験の結果を合わせた関係を示す。第 1 実験 の結果ほど顕著ではないがアルミ加工の衣服でやや上方への移動が観察される。 110 Evaporate heat resistance(Ret ) (kPa･㎡W) H C h ea d es Ch t(F) Ab est do ( B m ) Ab en do (F) Up me pe n(B r Fo arm ) re （R ar ) m（ Ha R) Up n pe d（R r ) Fo arm re （L ar ) m（ Ha L) nd （ Th L) igh （R Le ) g（ Fo R) ot （ Th R) igh （L Le ) g（ Fo L) ot （L ) To ta l It (clo) Thermal insulation (Icle ) (clo) 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 yellow yellow silver silver 111 black 図 7.3-10 消防用防護服の顕熱抵抗 20 15 10 Ia yellow silver black 5 0 図 7.3-11 消防用防護服の部位別顕熱抵抗 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 black 図 7.3-12 消防用防護服の蒸発熱抵抗 0.30 0.10 Rt (kPa・㎡/W） 0.08 Rt (kPa・㎡/W） this study experiment1 experiment2 0.25 0.06 0.04 0.02 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0.00 1.0 1.5 It (℃･㎡/W) 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 It (℃･㎡/W) 2.5 3.0 図 7.3-13 消防用防護服の顕熱抵抗と潜熱抵抗の関係 次にこれら 3 種の防護服の抵抗とこれを構成する素材の特性との関係をスキンモデルを 用いてで分析した。図 7.3-14 に開発したスキンモデルを示す。熱板（20cm×20cm）から 上方に向けて熱と水分が放散され、試料を置くと試料を通して熱・水分が貫流する。上部 のフードには 12 個のマイクロファンが取り付けられ、これによって周囲空気が取り込まれ た後、試料上面の気流が流れる。 熱板には８箇所の発汗孔があけられ、吐出水はその上の模擬皮膚に吸水拡散されて発汗 状態が作り出される。本実験では水が一面に濡れ広がる１分３０秒間吐出させ、その後は 水を止めて皮膚面が乾くまでの試料・スキン間の温湿度、いわゆる衣服内温湿度を観察し た。 図 7.3-14 スキンモデル 図 7.3-15 に試料をスキンに接触させて置いた条件下での防護服 A、B、C の結果を示す。 112 試料下の湿度は吐水直後から急激に上昇し､一定時間後に減少するが、このとき透湿しやす い素材程早く減少が開始される。A は 1 層構造の結果である。B、C については各層ごと の結果と、3 層重ねた際の結果を示している。B では、各層とも透湿があるが、3 層重ねる と黒線のように透湿が低下する。C では、最外層の透湿が著しく悪いため、3 層重ねた場 合いもほぼ最外層の結果と同様になることが示されている。図 7.3-16 は試料とスキン間に 空気層をおいた際の結果を示している。結果は接触時の結果と類似した。このようにスキ ンモデルの使用は、防護服を構成している素材別に防護服全体への影響を分析する上で有 効であることが示された。 113 time（sec） 114 time(sec) 図 7.3-15 消防防護服のスキンモデルによる経時変化（接触） total 40 4200 3900 3600 40 3300 3000 2700 2400 C 4200 26 4200 3900 3600 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 4200 3900 3600 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 A 3900 28 40 3600 30 B 3300 32 50 3000 time（sec） 2700 34 50 2100 time（sec） 2400 A B C 50 2100 0 1200 time（sec） 1800 26 600 50 1800 10 1500 28 1500 30 1200 32 1200 layer first layer second layer third total 900 0 900 26 900 10 600 28 600 30 300 32 0 0 300 26 600 34 0 10 300 layer first layer second layer third total 0 28 absolute huｍidity (g/m 3) 30 absolute huｍidity (g/m 3 ) 32 absolute humidity (g/m 3) 4200 34 absolute humidity 3 (g/m ) 4200 3900 3600 36 300 36 4200 3900 3600 total 0 total 4200 34 3900 36 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 0 cloting microclimate temperature（℃） A 3900 C 3600 38 3600 36 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 B 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 0 cloting microclimate temperature（℃） 38 3300 3000 2700 2400 38 2100 0 300 cloting microclimate temperature（℃） 38 1800 1500 1200 900 600 300 0 clothing microclimate temperature(℃） 衣服内温度 衣服内絶対湿度 total 40 30 20 time(sec) layer first layer second layer third total 30 20 time(sec) layer first layer second layer third total 30 20 time（sec） Ａ Ｂ Ｃ 30 20 10 0 0 time（sec） 115 time(s) 図 7.3-16 消防防護服のスキンモデルによる経時変化（空気層） total 40 4200 4200 3900 4200 3900 3600 4200 3900 3600 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 A 3900 40 3600 C 3300 3000 2700 30 3300 3000 2700 2400 2400 2100 1800 1500 1200 40 3600 26 B 3300 28 3000 30 2700 time（sec） 2100 50 1800 time（sec） 2400 32 50 1500 50 2100 34 900 time（sec） 1800 A B C 1500 26 1200 28 1200 30 900 32 900 34 600 30 300 32 600 34 0 26 300 absolute humidity (ｇ/ｍ ３) 28 300 26 0 layer first layer second layer third total absolute humidity (ｇ/ｍ ３) 30 0 layer first layer second layer third total absolute humidity (ｇ/ｍ ３) 32 absolute humidity (g/m 3 ) 4200 3900 34 600 36 4200 3600 36 300 total 4200 3900 3600 total 0 38 4200 3900 36 3600 38 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 0 cloting microclimate temperature（℃） A 3900 C 3600 36 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 38 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 0 300 cloting microclimate temperature（℃） B 3300 3000 2700 2400 2100 0 300 cloting microclimate temperature（℃） 38 1800 1500 1200 900 600 300 cloting microclimate temerature（℃） 衣服内温度 衣服内絶対湿度 50 total 40 30 20 10 0 time(sec) layer first layer second layer third total 20 28 10 0 time(sec) layer first layer second layer third total 30 20 10 0 time(sec) A B C 30 20 10 0 以上の結果をまとめると 1．サーマルマネキンは衣服の布と構成エアギャップの影響等の評価に有効である。 2．防護服の快適性には蒸発抵抗が大きく影響し、その評価には発汗サーマルマネキンが不 可欠である。 3．各層の効果の分析には熱・水分共存系のスキンモデルが有効である。 消防用防護服の温熱的快適性の評価方法としては、一般のサーマルマネキンではなくて、 発汗サーマルマネキンが極めて有効であり、また各構成布の特性を評価する方法としては スキンモデルが有効であることが示された。 116 ８ 消防用防火服の環境室内での快適性、機能性の評価 8.1 はじめに 防火服は、消防隊員が火災現場で消火活動や救助活動を行うときに着用する衣服である。 したがって、防火服は、消火活動時に炎や熱、落下物などから消防隊員を保護するため、 高い耐熱性、耐火性が要求され、熱抵抗の高い密閉型の衣服である。火炎や熱射を遮断し、 落下物などによる衝撃を減らすために、防火服は、通常外層と 2∼3 層のインナーから構成 されている。このような複層構造の衣服は、密閉型が主流であり、熱抵抗のきわめて高い、 つまり保温性の高い衣服となる。また、実際の消防活動では、呼吸用ガスボンベが加わる ので、消防士の装備の総重量は 25∼30 kg にも達し、この荷重による負担も著しい。また、 防火服には、耐熱性、耐炎性に加えて耐水性も重視される。すなわち防火服は、液体と気 体を通さない素材で作られているため、汗やその蒸気は衣服外に逃げることが出来ない透 湿性の低い衣服となり、発汗による潜熱放散が抑制されることになる。特に夏季において は身体の代謝による蓄熱に、外界からの暑熱負担が加わり、消防隊員に過度の温熱負荷を 与える。消防隊員らの消防や救助の仕事における集中力を高めるために、また、消防活動 における危険性を少なくするためにも、質の高い防火服の設計は非常に重要な課題である。 防火服の設計には、当然高温の炎の中で、消防隊員の安全を守るために、耐熱性、耐炎性 及び耐水性の設計を重要視すべきであると考えられるが、一方では防火服を消防隊員が着 用した際の生理的・心理的な負担についても考える必要がある。したがって、消防用防火 服は、火炎とその暑熱からの人体保護と温熱負荷の軽減というバランスのあいだで開発を 行うことが重要となる。 そこで、本研究では、種々の国内外で用いられている防火服を取り上げ、それら素材や 重量の異なる防火服着用時の生体負担の相違について検討することを目的に、高温に設定 された人工気候室内で自転車エルゴメーターによる運動を行った際の温熱負担について生 理的、心理的指標の両面から評価した。 117 8.2 実験方法 8.2.1 被験者 被験者は大学生 6 名で、年齢は 23 歳から 25 歳（平均年齢 23.7±0.8 歳）であった。表 8.2.1 に被験者の身体特性を示す。体表面積は藤本ら（1957）の式に従い求めた。すべての被験 者に対し、実験の目的、方法等について詳細に説明を行い、実験参加の承諾を書面にて得 た。なお、被験者には、実験前日には充分な睡眠をとること、アルコールの摂取を控える こと、実験開始前一時間半は飲食・喫煙を控えるよう依頼した。 表 8.2.1 被験者の身体特性 Sub. Age (yr.) Weight (kg) Height (cm) BSA (m2) BMI (kg/cm2) VO2max (ml/min/kg) EG 23 63.6 175.5 1.72 20.6 39.3 HM 23 65.3 170.0 1.71 22.6 44.0 YD 25 58.8 170.0 1.63 20.3 44.2 IN 23 70.1 182.8 1.85 21.0 40.5 OC 24 63.4 175.5 1.72 20.6 39.9 HR 24 74.8 172.5 1.83 25.1 44.5 Means 23.7 66.0 174.4 1.74 21.7 42.1 SD. 0.80 5.6 4.8 0.08 1.86 2.4 ・ VO2max：Maximal oxygen uptake BSA：Body SurFace Area BMI：Body Mass InDex 118 8.2.2 運動負荷テスト 本実験における被験者個々の運動負荷を設定するために、環境温度 30ºC、相対湿度 60％ ． の環境条件下で漸増運動負荷テストを行い、各被験者の最大酸素摂取量（VO2max）の推定 を行った。運動様式は自転車エルゴメーターとし、代謝測定装置（AE300ｓ：MINAT）を ． 用いて評価した。VO2max の測定は、Fitchett ら（1985）の方法を参考とし、各 4 分間の運 動を 4 段階、計 16 分間行った。データは運動 4 分間のうちの最後の１分間の HR(beats/min) ． ． と VO2（ml/min）を用い、VO2max を推定した。なお、負荷のかけ方とし、1 段階を 60Watt で統一し、4 段階を被験者の年齢から推定される最大心拍数（HR＝220−年齢）の 75％に 設定し、2、3 段階はそれらの間をとるように設定した。 119 8.2.3 着衣条件 本実験では、5 種類の防火服及びコントロールとしての執務服を用い、計 6 種類の着衣 条件の実験を被験者 6 名にそれぞれ実施した。実験で使用した防火服と執務服の仕様、外 観及び重量を表 8.2.3 に示す。 以下、防火服 5 種類を A~D、F、執務服を E と表記する。A は NFPA の仕様である。B、 C は日本の消防局消防服の現行仕様である。D はオーストラリアの WilD LanD の仕様であ る。F は完全密閉式である。 防火服、執務服以外の基本衣服は T シャツ、ズボン（T 消防局の執務服）、短パン、靴下、 手袋、ブーツ、ベルト、ヘルメットを装着した。なお、実験で使用した防火服と執務服の サイズは LL、L であった。執務服の条件では軽作業時のヘルメットを用い、ベルトは着用 しなかった。F の密閉式の条件では、専用のヘルメットやブーツ、手袋を用い、ベルトは 着用しなかった。 着衣条件の重量（防火服あるいは執務服(上衣)、T シャツ及びズボン（T 消防局の執務服） の合計）は、A が 6.27±0.01 kg、B が 3.79±0.04 kg、C が 4.41±0.02 kg、、D が 3.10±0.02 kg、 E が 1.56±0.01 kg 及び F が 7.46±0.02 kg であった。 表 8.2.3 防火服及び執務服の仕様、外観及び重量 A B N F P A 様 日本の他 都市の消 防服仕様 現 東 京 消 Wild Land 現 東 京 消 密 閉 式 防庁の消 仕 様 防 庁 の 仕 様 防服仕様 執 務 服 6.27±0.01 3.79±0.04 4.41±0.02 仕 Weight C Photo 120 D 3.10±0.02 E 1.56±0.01 F 7.46±0.02 8.2.4 実験手順 実験手順を図 8.2.4 に示す。被験者は、実験施設に到着後短パンのみを着用し、直腸温プ ローブを装着した。その後、体重を測定し、皮膚温センサーを装着して、T シャツと防火 服あるいは執務服を着用した。測定準備が整った後に、10 分間の椅座位安静を保持しても らい、直腸温、皮膚温の測定を開始し、実験終了まで連続的に測定した。なお、測定方法 等については 1.5.で後述する。前室にて 10 分間安静を保持した後、本室に入室し、自転車 エルゴメーターのサドル上で 10 分間の安静を保ち、その後 30 分間エルゴメーターでの運 動を行い、10 分間同様に安静を保った。なお、着衣条件の密閉式の防火服（F）において は、30 分間のエルゴメーター運動が困難であったため、時間を短くし 15 分間の運動を行 った。さらに、F 着衣条件では、運動時の約 8 分目から、被験者が数名呼吸困難を訴えた ため、安全性を考慮し、運動後 8 分目よりヘルメットを取り外すこととした。運動負荷は ． 55％VO2max に設定した。主観申告は、本室に入室後の安静時の 1 分目、5 分目及び 8 分目、 運動時の 1 分目、5 分目、15 分目、25 分目、28 分目、及び回復時の 1 分目、5 分目、8 分 目に評価した。なお、着衣条件 F の密閉式の防火服においては、運動時の 1 分目、5 分目、 12 分目に評価した。実験終了後、体重測定、防火服あるいは執務服、T シャツ、短パン、 靴下、手袋、ヘルメットの重量測定を行った。 同一被験者の実験は、同じ時間帯（午前 10 時∼1 時半、午後 1 時半∼3 時、また午後 3 時半∼5 時）で統一して行い、実験実施間隔は 2 日間以上とした。 Pre-Room Test-Room . Exercise (55%VO2max ) Rest -10 Rectal Temperature Skin Temperature Heart Rate Sensation Weight ● 0 11 15 18 ● ● ● 10 21 ● Recovery 25 35 40 45 48 51 ● ● ● ● ● 55 ● 50 58 ● ● 図 8.2.4 実験手順 121 8.2.5 測定項目及び測定方法 （１）体温 直腸温（Tre）、および全身 7 カ所（前額、腹、前腕、手背、大腿、下腿、足背）の皮膚 温をサーミスターにより連続的に測定し、1 分毎に 8 チャンネル式データロガ（グラム社 − LT-8A ） に 記 録 し た 。 HarDy&DuBois （ 1937 ） の 式 に 従 っ て 、 平 均 皮 膚 温 （ T 、腹部（T2）、前 sk=0.07×T1+0.35×T2+0.14×D1+0.05×T3+0.19×T4+0.13×T5+0.07×T6；前額（T1） 腕（T3）、手背（T4）、大腿（T5）、下腿（T6）、足背（T7））を算出した。 （２）心拍数 心拍数の測定には、ハートモニタ装置(日本光電社)を使用し、実験開始前から実験終了 時まで 1 分毎に記録した。 （３）体重減少量 実験開始前排尿後と実験終了後排尿前に体重測定（精度±1g）を行い、その変化量の値 を体重減少量とした。 （４）衣服付着汗量 実験開始前と実験終了直後に靴下、手袋、ベルト、ヘルメット、T シャツ、ズボン、短 パン、消防用防火服（A~D、F）もしくは執務服（E）の重量（精度±1g）を計測した。そ の変化量の値を衣服付着汗量とした。 （５）主観申告 主観申告は、温冷感（頭部、胸部、背部、大腿部、全身）、温熱的不快感（頭部、全身） 、 湿度感（全身）、自覚運動強度（足・全身）について評価した。主観申告の評価尺度は表 8.2.5 に示す。 122 表 8.2.5 主観申告 Thermal Sensation Vote +9 +8 Very hot Discomfort Sensation Vote +8 +7 +7 Very uncomfortable +6 Very wet +6 +5 +5 Uncomfortable +4 Wet +4 +3 +3 Slightly uncomfortable +2 Slightly wet +2 +1 +7 +6 Hot +5 +4 Warm +3 +2 Slightly warm +1 0 Neutral Humidity Sensation Vote 0 +1 Neutral -1 Neutral RPE +20 +19 +18 +17 +16 +15 +14 +13 +12 +11 +10 +9 +8 +7 +6 Extremely hard Very hard Hard Slightly hard Fairly light Very light Extremely light -1 - 2 Slightly cold - 2 Slightly dry 8.2.6 統計処理 各測定項目において、F を除く 5 着衣条件間（A∼D 及び E）の安静時、運動時及び回復 時毎に分けて着衣条件を要因とする繰り返しのある一元配置の分散分析を行った。さらに、 各測定項目において、6 着衣すべての着衣条件の安静時、運動時の 21 分及び 25 分に着衣 条件を要因とする繰り返しのある一元配置の分散分析を行った。なお、統計解析には、本 室の安静時及び運動時、回復時の主観申告を受けた時点とその前後 1 分間の計 3 分間のデ ータの平均値を用いた。分散分析において主効果が認められた場合に，条件間の比較をシ ェフェ検定を用い行った。 123 8.3 研究結果 8.3.1 体温 （１）直腸温 図 8.3.1-1 に、直腸温の経時的変化を示す。データはすべて被験者 6 人の平均値である。 表 8.3.1-1 に、安静時および運動時の 21 分と 25 分におけるすべての着衣条件を対象とした 分散分析結果を示す。また、5 着衣条件（A∼E）において安静、運動及び回復期毎に分け て分散分析を行った結果を表 8.3.1-2 に示す。さらに、それら分散分析結果、有意な主効果 が認められた際に行った下位検定結果を表 8.3.1-3、表 8.3.1-4 に示す。 直腸温は、測定開始からすべての着衣条件で、ほぼ同じ推移をし、運動開始とともに徐々 に上昇した。安静時、運動期ともに、すべての着衣条件間で比較すると、着衣条件の種類 の違いによる直腸温の差は小さく、着衣条件を要因とする主効果が認められなかった。し かし、F は運動期後半より他の着衣条件より上昇が大きく、回復期の上昇が顕著であった。 また、5 着衣条件（A∼E）間を比較すると、運動 35 分以降、着衣条件間の差は除々に 大きくなり、中でも B の上昇が C、D 及び E の着衣条件より顕著に大きかった。しかし、 運動期は 5 着衣条件間に有意な差は認められなかった。回復期終了は B の上昇が顕著で、 38.4°C まで上昇し、回復期は、B>A>C≑D>E の順で上昇が大きかった。統計的にも A 、B は E に比べ有意に高値であることが認められた（p<0.05）。 Pre-Room 38.6 Test-Room Test-Ro om 38.4 38.2 38 37.8 37.6 37.4 37.2 37 n=6 36.8 0 10 20 30 40 Rest A B Rest 11 Recovery Exercise 11 15 18 21 C 25 35 D 15 18 21 45 48 51 55 58 E Recovery Exercise 25 32 36 40 図 8.3.1-1 直腸温の経時的変化 124 (min) 6600 (min) 50 F 43 表 8.3.1-1 直腸温の分散分析の結果（6 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 Effect − − − − − 表 8.3.1-2 直腸温の分散分析の結果（5 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 Effect − − − − − − − − * * *** 表 8.3.1-3 直腸温の下位検定の結果（6 着衣条件） Time (min) A B C vs. vs. vs. D vs. E vs. B C D E F C D E F D E F E F F 11 15 18 21 25 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − 表 8.3.1-4 直腸温の下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. B C D E C D E D E E 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − ** ** − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * ** *** − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −：n.s. 125 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 （２）平均皮膚温 図 8.3.1-2 に、平均皮膚温の経時的変化を示す。データはすべて被験者 6 人の平均値であ る。表 8.3.1-5 に、安静時および運動時の 21 分と 25 分におけるすべての着衣条件を対象と した分散分析結果を示す。また、5 着衣条件（A∼E）において安静、運動及び回復期毎に 分けて分散分析を行った結果を表 8.3.1-6 に示す。さらに、それら分散分析結果有意な主効 果が認められた際に行った下位検定結果を表 8.3.1-7、表 8.3.1-8 に示す。 測定開始直後から、F の平均皮膚温が他の着衣条件より有意に高かった（p<0.01） 。下位 検定の結果から、運動 25 分の時点では、F が A~E のすべての条件に比べ平均皮膚温が有 意に高かった（p<0.05）。 また、5 着衣条件（A∼E）間を比較すると、B の平均皮膚温は測定開始時から、他の着 衣条件より高く、A、C、D 及び E はほぼ同じ推移を示した。運動時の 25 分以降から着衣 条件間の差は時間経過とともに大きくなり、運動終了時には 5 着衣条件間は B>A>C>D> E の順位であった。回復期の平均皮膚温の順も B>A>C>D>E の順位で高かった。下位検定の 結果から回復期の 58 分においては A、B 着衣条件は他の C~E 着衣条件よりも有意に高か った（p<0.05）。 Pre-Room 38 Test-Room 37 36 35 34 33 n=6 32 0 10 20 30 40 Rest A B Rest 11 Recovery Exercise 11 15 18 21 15 18 21 C 25 35 D 45 48 51 55 58 E Recovery Exercise 25 32 36 40 図 8.3.1-2 平均皮膚温の経時的変化 126 60 (min) 50 F 43 表 8.3.1-5 平均皮膚温の分散分析の結果（6 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 Effect ** ** *** *** *** 表 8.3.1-6 平均皮膚温の分散分析の結果（5 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 Effect − − * * *** ** *** *** *** *** *** 表 8.3.1-7 平均皮膚温の下位検定の結果（6 着衣条件） Time (min) A B C vs. vs. vs. D vs. E vs. B C D E F C D E F D E F E F F 11 15 18 21 25 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * ** ** ** * − − − − − − − − − − − − − − * − − − − − − − − − − − − − − − * † * * ** − − − − − * * * * ** * * * ** *** 表 8.3.1-8 平均皮膚温の下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. B C D E C D E D E E 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * − − − − * − *** *** *** *** *** − − − − *** − *** *** *** *** *** − − − − − * ** ** *** − − − *** † * * − *** *** *** *** *** − − − − *** ** *** *** *** *** *** − − − − − − − − † * * − − − − *** − *** *** *** *** *** − − − − − − * ** *** *** *** −：n.s. †:p<0.06 127 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 （３）直腸温と平均皮膚温の差 ― 図 8.3.1-3 に、直腸温と平均皮膚温の差（Tre−Tsk）の経時的変化を示す。すべてのデー タは被験者 6 人の平均値である。表 8.3.1-9 に、安静時および運動時の 21 分と 25 分におけ るすべての着衣条件を対象とした分散分析結果を示す。また、5 着衣条件（A∼E）におい て安静、運動及び回復期毎に分けて分散分析を行った結果を表 8.3.1-10 に示す。さらにそ れら分散分析結果、有意な主効果が認められた際に行った下位検定結果を表 8.3.1-11、表 8.3.1-12 に示す。 F の直腸温と平均皮膚温の差は運動開始前までは約 3°C であり、A∼D 及び E は約 4°C であった。運動開始とともに直腸温と平均皮膚温の差は除々に減少した。中でも F 着用条 件の直腸温と平均皮膚温の差の減少は著明で、運動時の 25 分では直腸温と平均皮膚温の差 が 0.4°C まで減少した。つまり直腸温と平均皮膚温がほぼ近い値となっていた。運動時の 25 分において、F は B を除く他の着衣条件（A、C、D、E）との間に有意な差が認められ た（p<0.01）。 また、5 着衣条件（A∼E）においては、運動 35 分から回復時までに着衣条件を要因と する主効果が認められた（p<0.001） 。5 着衣条件の中では A、B の直腸温と平均皮膚温の差 の低下が大きかった。A、B は D、E より直腸温と平均皮膚温の差が運動期、回復期ともに 有意に低い値であった（p<0.01）。 (ºC) (ºC) 4.5 Pre-Room Test-Room 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 n=6 0 0 10 20 30 40 Rest A B Rest 11 Recovery Exercise 11 15 18 21 15 18 21 C 25 35 D 25 45 Recovery 32 36 40 F 43 図 8.3.1-3 直腸温と平均皮膚温の差の経時的変化 128 48 51 55 58 E Exercise 60 (min) 50 表 8.3.1-9 直腸温と平均皮膚温の差の分散分析の結果（6 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 Effect *** ** *** *** *** 表 8.3.1-10 直腸温と平均皮膚温の差の分散分析の結果（5 着衣条件） Time (min) 11 15 18 Effect − − − 21 − 25 *** 35 45 48 51 55 58 *** *** *** *** *** *** 表 8.3.1-11 直腸温と平均皮膚温の差の下位検定の結果（6 着衣条件） Time (min) A B C vs. B C D E F C D E F D E F E F F vs. vs. D vs. E vs. 11 15 18 21 25 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − ** ** ** ** *** − − − − − − − − − − − − − − ** − − − − − − − − − − − − − − − * − − * ** − − − − − * * ** * * * ** ** *** *** 表 8.3.1-12 直腸温と平均皮膚温の差の下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. B C D E C D E D E E 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * ** ** *** *** *** − − − − − ** *** *** *** *** *** − − − − − − − − − − − − − − − * ** ** ** *** *** *** − − − − ** *** *** *** *:** *** *** − − − − − − − − − * * − − − − − ** *** *** *** *** *** − − − − − − − − − − − −：n.s. 129 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 8.3.2 心拍数 図 8.3.2 に心拍数の経時的変化を示す。すべてのデータは被験者 6 人の平均値である。表 8.3.2-1 に、安静時および運動時の 21 分と 25 分におけるすべての着衣条件を対象とした分 散分析結果を示す。また、5 着衣条件（A∼E）において安静、運動及び回復期毎に分けて 分散分析を行った結果を表 8.3.2-2 に示す。さらに、それら分散分析結果有意な主効果が認 められた際に行った下位検定結果を表 8.3.2-3、表 8.3.2-4 に示す。 心拍数は、F が他の着衣条件より最も高い値を示し、運動終了後に F は 171.8 拍/分であ り、回復時には 130 拍/分であった（p<0.05）。運動時の 25 分において、F 着衣時の心拍数 は、他のすべての着衣条件より有意に高かった（p<0.001） 。 また、5 着衣条件（A∼E）で比較すると、運動時の 35 分以降から回復時までには着衣 条件を要因とする主効果が認められ（p<0.05）、運動終了直前の心拍数は A が最も高く、 その値は 166 拍/分、B、C は 157 拍/分、D は 155.5 拍/分、E は 141.5 拍/分であった。つま り、心拍数は、A>B≑C>D>E の順位で多く、A と E 間に有意な差も認められた（p<0.05）。 回復期終了前における心拍数は、A は 132.1 拍/分、B は 130.2 拍/分、C は 121.1 拍/分、D は 119.2 拍/分、E は 98.7 拍/分であり、A >B>C>D> E の順位で多かった。下位検定の結果 から、A、B と E 間に有意な差が認められた（p<0.05）。 Pre-Roo m 180 Test-Room Test-Ro om 170 Beats/min 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 n=6 60 0 10 20 30 40 Rest A B Rest 11 Recovery Exercise 11 15 18 21 C 25 D 35 15 18 21 25 45 Recovery 32 36 図 8.3.2 心拍数の経時的変化 130 48 51 55 58 E Exercise 60(min) 50 40 F 43 表 8.3.2-1 心拍数の分散分析の結果（6 着衣条件） Time (min) Effect 11 15 18 21 25 * * − ** *** 表 8.3.2-2 心拍数の分散分析の結果（5 着衣条件） Effect 11 15 18 − − − 21 25 − − 35 45 48 51 55 58 * ** ** * ** ** 表 8.3.2-3 心拍数の下位検定の結果（6 着衣条件） Time (min) A B C vs. vs. vs. D vs. E vs. B C D E F C D E F D E F E F F 11 15 18 21 25 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − † *** − − − − − − − − − − − − − − − − − − * *** − − − − − − − − − − − − − − *** − − − − − − − − − − − * ** *** *** 表 8.3.2-4 心拍数の下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. B C D E C D E D E E 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * ** ** − ** ** − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * − − ** * − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −：n.s. †:p<0.06 131 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 8.3.3 体重減少量 図 8.3.3 に体重減少量を着衣条件毎に示す。すべてのデータは被験者 6 人の平均値と標 準偏差である。5 着衣条件（A∼E）間で比較すると、体重減少量は、B、C が多かったが、 条件間に統計的有意差は認められなかった。 1 Body Weight Loss (kg) 0.95 0.9 0.85 0.8 Means±SD n=6 0.75 0.7 0.65 0.744 0.748 0.708 0.653 0.6 0.55 0.523 0.524 E F 0.5 A B C 図 8.3.3 体重減少量 ※5 着衣条件の比較、条件間：p<0.05 132 D 8.3.4 衣服付着汗量 図 8.3.4 に衣服付着汗量を条件毎に示す。すべてのデータは被験者 6 人の平均値と標準偏 差である。F を除く 5 着衣条件間（A∼E）を比較すると衣服付着汗量は、E 着衣条件が最 も少なく 0.24±0.07 kg であり、A は 0.52±0.21 kg、B では 0.53±0.26 kg、C は 0.45±0.18 kg、 D では 0.34±0.19 kg であり、A≑B>C>D>E の順位で多かった。A、B は D、E に比べ統計 的にも有意に衣服付着汗量が多いことを示された（p<0.05）。F 着衣条件では運動時間が他 Adherent Sweat Volume in Clothing (kg) の条件よりも短かったが、衣服付着汗量は 0.355±0.09 kg であり、E、D よりも多かった。 *** *** * 0.9 0.8 ** * * : p<0.05 ** : p<0.01 ***: p<0.001 Means±SD n=6 0.7 0.6 0.5 0.4 0.52 0.53 0.45 0.3 0.35 0.34 0.2 0.24 0.1 0 A B C D 図 8.3.4 衣服付着汗量 ※5 着衣条件の比較、条件間：p<0.001 133 E F 8.3.5 主観申告 （１）温冷感 図 8.3.5-1∼図 8.3.5-5 に全身、頭部、胸部、背部、大腿部の温冷感申告の結果を示す。す べてのデータは被験者 6 人の平均値と標準偏差である。表 8.3.5-1 に、安静時および運動時 の 21 分と 25 分におけるすべての着衣条件を対象とした分散分析結果を示す。また、5 着 衣条件（A∼E）において安静、運動及び回復期毎に分けて分散分析を行った結果を表 8.3.5-2 に示す。さらに、それら分散分析結果有意な主効果が認められた際に行った下位検定結果 を表 8.3.5-3∼表 8.3.5-12 に示す。 F の着衣条件において、全身及びすべての部位の温冷感は時間経過とともに徐々に暑い 側へ推移した。安静時及び運動時の 25 分において、F の全身、頭部、背中及び大腿部の温 冷感は他の着衣条件に比べ有意に暑い側の申告であった（p<0.05）。また、運動開始から約 8 分目からは、ヘルメットを外したため、F の着衣条件の頭部の温冷感の回復時の申告が 暑いからやや暖かいへ申告が移行した。 A∼E の着衣条件間においては、全身及びすべての部位の温冷感は時間経過とともに徐々 に暑い側へ推移した。運動時の 45 分以降から回復期にかけて、着衣条件の主効果が認めら れた（p<0.01）。回復期の 58 分においては A、B、C は E よりもすべての部位の温冷感が有 意に暑い側の申告となっており、D は A、B、C に比べるとやや涼しい側の申告であった。 Rest 9 Very hot Recovery Exercise 11 15 18 21 25 F 32 36 40 43 8 7 Hot 6 5 Warm 4 3 Slightly warm 2 1 Neutral 0 -1 Slightly cold -2 Mean±SD n=6 11 15 18 21 25 Rest 35 45 48 51 55 58 (min) . Recovery Exercise (55%VO2max ) A B C 図 8.3.5-1 温冷感（全身） 134 D E Rest 9 Very hot Recovery Exercise 11 15 18 21 25 F 32 36 40 43 8 7 Hot 6 5 Warm 4 3 Slightly warm 2 1 Neutral 0 -1 Slightly cold Mean±SD n=6 11 15 18 21 25 Rest -2 35 45 48 51 55 58 . Exercise (55%VO2max ) A B C D (min) Recovery E 図 8.3.5-2 温冷感（頭部） Rest 9 Very hot Recovery Exercise 11 15 18 21 25 F 32 36 40 43 8 7 Hot 6 5 Warm 4 3 Slightly warm 2 1 Neutral 0 -1 Slightly cold -2 Mean±SD n=6 11 15 18 21 25 Rest 35 45 48 51 55 58 (min) . Recovery Exercise (55%VO2max ) A B C 図 8.3.5-3 温冷感（胸部） 135 D E Rest 9 Very hot Recovery Exercise 11 15 18 21 25 F 32 36 40 43 8 7 Hot 6 5 Warm 4 3 Slightly warm 2 1 Neutral 0 Mean±SD n=6 11 15 18 21 25 -1 Slightly cold Rest -2 35 45 48 51 55 58 (min) . Exercise (55%VO2max ) A B C D Recovery E 図 8.3.5-4 温冷感（背中部） Rest 9 Very hot Recovery Exercise 11 15 18 21 25 F 32 36 40 43 8 7 Hot 6 5 Warm 4 3 Slightly warm 2 1 Neutral 0 -1 Slightly cold -2 Mean±SD n=6 1111 15 18 21 25 Rest 35 45 48 51 55 58 (min) . Exercise (55%VO2max ) A B C 図 8.3.5-5 温冷感（大腿部） 136 D Recovery E 表 8.3.5-1 温冷感の分散分析の結果（6 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 Effect（whole body） * *** *** *** *** Effect（heaD） ** *** *** *** *** Effect（chest） † *** *** *** *** Effect（back） * *** *** *** *** Effect（thigh） *** *** *** *** *** 表 8.3.5-2 温冷感の分散分析の結果（5 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 Effect（whole body） − − − − Effect（heaD） − − − Effect（chest） − − Effect（back） − Effect（thigh） − 25 35 45 48 51 55 58 * * *** *** *** *** *** − † † ** ** ** *** *** − * * *** *** ** *** *** *** − − − *** * *** ** *** *** *** − − − − * *** *** *** *** *** 表 8.3.5-3 温冷感（全身）の下位検定の結果（6 着衣条件） Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. 11 15 18 21 25 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − − − − − F − ** ** ** ** C − − − − − D − − − − − E − − − − − F − * − − * D − − − − − E − − − − − F − ** ** ** ** E − − − − − F − * * * ** F − *** ** *** *** −：n.s. †:p<0.06 137 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 表 8.3.5-4 温冷感（頭部）の下位検定の結果（6 着衣条件） 11 15 18 21 25 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − − − − − F † ** ** *** * C − − − − − D − − − − − E − − − − − F − ** ** ** * D − − − − − E − − − − − F † *** *** *** *** E − − − − − F − * ** ** ** F − *** *** *** *** Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. 表 8.3.5-5 温冷感（胸部）の下位検定の結果（6 着衣条件） 11 15 18 21 25 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − − − − − F − ** *** * ** C − − − − − D − − − − − E − − − * − F − * ** − − D − − − − − E − − − − − F − ** *** ** ** E − ** ** * ** F − *** *** *** *** F − *** *** *** *** Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. −：n.s. †:p<0.06 138 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 表 8.3.5-6 温冷感（背中部）の下位検定の結果（6 着衣条件） 11 15 18 21 25 B − − − − − C − − − − − D − − − − − F − ** ** ** ** C − − − − − D − − − − − E − − − − ** F − * − * − D − − − − − E − − − − − F − *** ** *** *** E − − − − − F − * * ** *** F − *** *** *** *** Time (min) A vs. E B C D E vs. vs. vs. vs. 表 8.3.5-7 温冷感（大腿部）の下位検定の結果（6 着衣条件） 11 15 18 21 25 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − − − − − F − *** *** ** *** C − − − − − D − − − − − E − − − − − F − ** ** * ** D − − − − − E − − − − − F ** *** *** *** *** E * − − − − F − ** ** ** *** F * *** *** *** *** Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. −：n.s. 139 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 表 8.3.5-8 温冷感（全身）の下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. B C D E C D E D E E 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * − − − − − − − *** *** *** *** *** − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * − − − − − * * ** *** *** *** ** − − − − − − − − − − − − − − − − − ** *** ** ** *** − − − − − − * − − − − 55 58 表 8.3.5-9 温冷感（頭部）の下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B vs. vs. C vs. D vs. 15 18 21 25 35 45 48 51 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * − − − − − − * * * ** *** − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * * * * ** − − − − − − − − − − − − − − − − − * * * * *** − − − − − − − − − − − 11 B C D E C D E D E E 表 8.3.5-10 温冷感（胸部）の下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. B C D E C D E D E E 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * * ** *** *** − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * − − − − * * *** ** * *** *** *** − − − − − − − − − − * − − − − − *** *** * ** ** *** − − − − − − − − * − * −：n.s. *:p<0.05 140 **:p<0.01 ***:p<0.001 表 8.3.5-11 温冷感（背中）の下位検定の結果（5 着衣条件） 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 B − − − − − − − − − − − C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − − − * E − − − − † − * * ** *** *** C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − * − − E − − − − ** * ** * *** *** *** D − − − − − − − − − − * E − − − − − − − − *** ** *** E − − − − − − − − † − − Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. 表 8.3.5-12 温冷感（大腿部）の下位検定の結果（5 着衣条件） 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 B − − − − − − − − − − − C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − − − − E − − − − − *** *** *** *** *** C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − − − − E − − − − − * ** ** ** ** ** D − − − − − − − − − − − E − − − − − − *** *** ** ** *** E − − − − − − * * * − * Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. −：n.s. †:p<0.06 141 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 （２）温熱的不快感 図 8.3.5-6、図 8.3.5-7 に全身と頭部の温熱的不快感の変化を示す。すべてのデータは被験 者 6 人の平均値と標準偏差である。表 8.3.5-13 に、安静時および運動時の 21 分と 25 分に おけるすべての着衣条件を対象とした分散分析結果を示す。また、5 着衣条件（A∼E）に おいて安静、運動及び回復期毎に分けて分散分析を行った結果を表 8.3.5-14 に示す。さら に、それら分散分析結果有意な主効果が認められた際に行った下位検定結果を表 8.3.5-15 ∼表 8.3.5-18 に示す。 すべての着衣条件を比べると、安静時、運動期ともに全身、頭部の不快感は着衣条件間 の主効果が認められ（p<0.001）、F は他の着衣条件に比べ高い値（不快側）を推移してい た。下位検定から全身、頭部とも安静時から運動期にかけて F と他の着衣条件との間に有 意な差が認められた（p<0.05）。 F を除く 5 着衣条件で比較すると、運動時から回復時まで、全身、頭部とも着衣条件の 主効果が認められた（p<0.05）。回復期の全身、頭部の申告は A、B、C がほぼ同様で、不 快∼非常に不快の間の申告であったが、D はその 3 条件に比べるとやや不快の程度が低く、 やや不快と不快の間の申告であった。 Rest Recovery Exercise 11 15 18 21 25 F 32 36 40 43 8 Very uncomfortable 7 6 uncomfortable 5 4 Slight uncomfortable 3 2 Neutral 1 Mean±SD n=6 11 15 18 21 25 Rest 35 45 48 51 55 58 . Exercise (55%VO2max ) A B C 図 8.3.5-6 温熱的不快感（全身） 142 D Recovery E (min) Rest 11 15 18 21 25 8 Very uncomfortable Recovery Exercise F 32 36 40 43 7 6 uncomfortable 5 4 Slight uncomfortable 3 2 Neutral Mean±SD n=6 1 11 15 18 2211 25 Rest 35 45 48 51 55 58 . Recovery Exercise (55%VO2max ) A B C D (min)) (min E 図 8.3.5-7 温熱的不快感（頭部） 表 8.3.5-13 温熱的不快感の分散分析の結果（6 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 Effect (whole body) *** *** *** *** *** Effect（head） *** *** *** *** *** 表 8.3.5-14 温熱的不快感の分散分析の結果（5 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 Effect (whole body) − * * *** * *** *** *** ** *** *** Effect（head） − − − ** * ** ** ** ** *** *** −：n.s. 143 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 表 8.3.5-15 温熱的不快感（全身）の下位検定の結果（6 着衣条件） 11 15 18 21 25 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − − − − − F ** ** ** *** ** C − − − − − D − − − − − E − − * ** * F * * * * − D − − − − − E − − − − − F ** ** ** *** ** E − − − − − F *** *** *** *** ** F *** *** *** *** *** Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. 表 8.3.5-16 温熱的不快感（頭部）の下位検定の結果（6 着衣条件） 11 15 18 21 25 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − − − − − F *** *** ** *** ** C − − − − − D − − − − − E − − − * − F ** ** ** * ** D − − − − − E − − − − − F ** ** ** *** ** E − − − − − F *** ** ** *** *** F *** *** *** *** *** Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. −：n.s. 144 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 表 8.3.5-17 温熱的不快感（全身）の下位検定の結果（5 着衣条件） 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 B − − − − − − − − − − − C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − − * − E − − − − − * ** * * *** *** C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − − * − E − * * *** * ** *** ** − *** *** D − − − − − − − − − − − E − − − * − ** ** ** * ** *** E − − − − − − − − − − * Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. 表 8.3.5-18 温熱的不快感（頭部）の下位検定の結果（5 着衣条件） 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 B − − − − − − − − − − − C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − − * − E − − − − − − * − * ** *** C − − − − − − − − − − − D − − − − − − − − − * − E − − − − − * * − − ** ** D − − − − − − − − − * − E − − − − − * * * * ** *** E − − − − − − − − − − * Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. −：n.s. 145 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 （３）自覚運動強度（RPE） 図 8.3.5-8、図 8.3.5-9 に全身と足部の自覚運動強度（RPE）の変化を示す。すべてのデー タは被験者 6 人の平均値と標準偏差である。表 8.3.5-19 に、安静時および運動時の 21 分と 25 分におけるすべての着衣条件を対象とした分散分析結果を示す。また、5 着衣条件（A ∼E）において安静、運動及び回復期毎に分けて分散分析を行った結果を表 8.3.5-20 に示す。 さ らに、それら分散分析結果有意な主効果が認められた際に行った下位検定結果を表 8.3.5-21∼表 8.3.5-24 に示す。 全身、足部ともに F が他の着衣条件に比べきつい側の申告であることが認められ、特に 全身の自覚運動強度は、21 分目においては F が D、E に比べ有意にきつい側の申告であっ た（p<0.05）。 5 着衣条件間を比較すると、全身、足部ともにすべての条件で運動期は徐々に強度が強 い側へ（きつい方へ）移行した。運動期最後の申告時点では、A が最もきつい側の申告と なり、A と最も自覚運動強度の低い E との間に有意な差が示された。 Exercise(55%VO2max) 20 Extremely hard 19 18 Very hard 17 16 Hard 15 14 Slightly hard 13 12 Fairly light 11 10 Very light 9 8 7 Extremely light 6 21 25 F 32 Mean±SD n=6 21 25 35 . 45 48 (min) Exercise (55%VO2max ) A B C 図 8.3.5-8 自覚運動強度（全身） 146 D E 20 Extremely hard 19 18 Very hard 17 16 Hard 15 14 Slightly hard 13 12 Fairly light 11 10 Very light 9 8 7 Extremely light 6 Exercise(55%VO2max) 21 25 F 32 Mean±SD n=6 21 25 35 . 45 48 (min) Exercise (55%VO2max ) A B C D E 図 8.3.5-9 自覚運動強度（足） 表 8.3.5-19 自覚運動強度の分散分析の結果（6 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 Effect (whole body) ** ** Effect (Foot) *** * 表 8.3.5-20 自覚運動強度の分散分析の結果（5 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 35 45 48 Effect (whole body) * − *** ** ** Effect (Foot) * * ** ** ** −：n.s. 147 *:p<0.05 **:p<0.01 51 55 ***:p<0.001 58 表 8.3.5-21 自覚運動強度（全身）の下位検定の結果（6 着衣条件） 21 25 B − − C − − D − − E − − F − − C − − D − − E − − F − − D − − E − − F * − E − − F − − F *** * Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. 11 15 18 表 8.3.5-22 自覚運動強度（足部）の下位検定の結果（6 着衣条件） 21 25 B − − C − − D − − E − − F − − C − − D − − E − − F − − D − − E − − F − − E − − F − − F * ** Time (min) A B C D E vs. vs. vs. vs. vs. 11 15 −：n.s. 148 18 *:p<0.05 **:p<0.01 ***:p<0.001 表 8.3.5-23 自覚運動強度（全身）の下位検定の結果（5 着衣条件） 21 25 35 45 48 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − − * * * C − − − − − D − − − − − E − − ** ** − D − − − − − E − − ** * − E − − − − − Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. 11 15 18 51 55 58 55 58 表 8.3.5-24 自覚運動強度（足部）の下位検定の結果（5 着衣条件） 21 25 35 45 48 B − − − − − C − − − − − D − − − − − E − † − ** * C − − − − − D − − − − − E − † * ** − D − − − − − E − − − * − E − − − * − Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. 11 15 18 −：n.s. †:p<0.06 149 *:p<0.05 **:p<0.01 51 ***:p<0.001 （４）湿度感 図 8.3.5-10 に湿度感の申告結果を示す。すべてのデータは被験者 6 人の平均値と標準偏 差である。表 8.3.5-25 に、安静時および運動時の 21 分と 25 分におけるすべての着衣条件 を対象とした分散分析結果を示す。また、5 着衣条件（A∼E）において安静、運動及び回 復期毎に分けて分散分析を行った結果を表 8.3.5-26 に示す。さらに、それら分散分析結果 有意な主効果が認められた際に行った下位検定結果を表 8.3.5-27、表 8.3.5-28 に示す。 F の着衣条件は、安静時、運動期ともに他の着用条件より湿っている側の高値を推移し、 他の 5 着衣条件と比べて有意な差も認められた（p<0.001） 。5 着衣条件間で比較すると、 運動終了後から回復時まで、E は他の着衣条件より有意に低い値を示した（p<0.01）。しか し、A∼D の着衣条件間の統計的な有意な差は安静時、運動時及び回復時すべてにおいて 認められなかった。 Rest 7 Very wet Recovery Exercise 11 15 18 21 25 F 32 36 40 43 6 5 Wet 4 3 Slightly wet 2 1 Neutral 0 -1 Slightly dry -2 Mean±SD n=6 1111 1155 18 21 25 Rest 35 45 48 51 55 58 . Exercise (55%VO2max ) A B C 図 8.3.5-10 湿度感 150 D Recovery E (min) 表 8.3.5-25 湿度感の分散分析結果（6 着衣条件） Time (min) 11 15 18 21 25 Effect *** *** *** *** *** 表 8.3.5-26 湿度感の分散分析結果（5 着衣条件） Time (min) 11 15 18 Effect − − − 21 25 − − 35 45 48 51 55 58 − * ** ** *** *** 表 8.3.5-27 湿度感下位検定の結果（6 着衣条件） Time (min) A B C vs. vs. vs. D vs. E vs. B C D E F C D E F D E F E F F 11 15 18 21 25 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − * ** ** *** − − − − − − − − − − − − − − − * ** * * ** − − − − − − − − − − * ** ** *** ** − − − − − *** ** ** ** ** ** ** *** *** *** 表 8.3.5-28 湿度感下位検定の結果（5 着衣条件） Time (min) A B C D vs. vs. vs. vs. B C D E C D E D E E 11 15 18 21 25 35 45 48 51 55 58 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − ** * * − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − *** * − − − − − − − − − − − − − − − − − − † * *** * − − − − − − − † ** ** − − −：n.s. †:p <0.06 *:p<0.05 151 **:p<0.01 ***:p<0.001 8.4 まとめ 本研究ではで、23 歳から 25 歳の大学生 6 名を対象に、5 種類の防火服および執務服の 着用時の高温環境下における自転車エルゴメーターによる運動を行った際の温熱負担に ついて生理的・心理的側面から評価し、以下のような結果が得られた。 1. F 防火服着用時の生理・心理反応 生理反応については、直腸温、平均皮膚温、心拍数、体重減少量及び衣服付着汗量を測 定し評価した。まず体温についてみてみると、直腸温の結果からは、密閉式仕様の F は運 動期後半より他の着衣条件より上昇が大きく、運動開始 8 分目でヘルメットを外す設定で 行ったが、回復期においても直腸温は上昇した。また、F では測定開始直後の安静時から、 平均皮膚温が他の着衣条件より有意に高かった。さらに、心拍数は、F が他の着衣条件よ り最も高い値を示し、運動終了後には 171.8 拍/分であり、回復時には 130 拍/分であった （p<0.05）。つまり、F 着用時は、体温調節機能に加え、心機能への負担も大きかったこと が示唆された。また、一般に心拍数が 180 beats/min 以上になると熱虚脱を起こす恐れがあ ると言われていることからも、F 着用時の熱負担がかなり大きかったことが推察される。 一方、心理反応については、温冷感、温熱的不快感、自覚運動強度及び湿度感の主観申 告をもとに評価した。F の着衣条件では、安静時から全身及びすべての部位の温冷感、不 快感は他の着衣条件に比べ、暑い側、不快側の申告であった。F では、運動開始から約 8 分目からは、被験者の呼吸困難を考慮してヘルメットを外したにも関わらず、運動後半も、 暑い不快側へ申告が移行し続け、他の条件よりもその上昇は顕著であった。自覚運動強度 は、全身、足部ともに F が他の着衣条件に比べきつい側の申告であることが認められ、湿 度感も安静時、運動期ともに他の着用条件より湿っている側の高値を推移した。すなわち、 生理反応で最も温熱負担が大きいと考えられた F の防火服着用時は、心理的にも暑さ・不 快の程度が他の防火服に比べて強いことが認められた。F の防火服は他の防火服に比べ、 全身密閉で素材が全体アルミであり、重量もかなり重い。これらの特徴が相互に影響し、 このような結果を生んだと思われる。 2. A~E 防火服着用時の生理・心理反応 次に F を除く 5 着衣条件（A~ E）での比較においては、A、B の直腸温と平均皮膚温の 差の減少が大きく、C、D に比べ、それは有意に低値であった（p<0.01）。また、運動終了 直前の心拍数をみると、A が最も多く、その値は 166 拍/分となり、次いで、B が 157 拍/ 分と多かった。体重減少量には条件間に有意差が見られなかったが、衣服付着汗量は A≑B>C>D>E の順位で多かった。これらのことを加味して考えると、A、B の防火服着用時 は C、D、E に比べると熱放散がうまく機能せず、体内への著しい蓄熱が起こっていること が示唆された。体重減少量には条件間の差が見られなかったが、衣服付着汗量の結果から、 A、B 着用時は大量の発汗が生じたと考えられ、その多くが無効発汗であり、体液量の減 少（脱水）を招き皮膚血流量と発汗による熱放散を減少させ、過度の体温上昇をまねいて いたと考えられる（平田ら、2002） 。 心理反応について 5 着衣条件（A~E）で比較すると、全身及びすべての部位の温冷感及 び不快感は、A、B、C がほぼ同様な申告で E より暑い側、不快側の申告であった。執務服 E を除く防火服 A~D の中では D が有意差はなかったが、温冷感、不快感、全身の運動強 152 度の結果から相対的には暑さ、不快、きつさの程度が小さいことが示された。 密閉式の F を除く 5 条件の中では、A、B 着用時の身体への温熱負荷が大きく、体内へ の蓄熱が大きかった。つまり、A、B は熱放散性が他の着衣条件に比べて非常に劣るとい うことが示された。A は、5 条件の中で最も重量が重いという特徴を有する。中でも A は 運動中の心拍数が他の条件よりも多く、自覚運動強度においての評価でも、最もきついと いう申告であったことを考えると、この重量の違いが心拍数増加や心理的なきつさをより 高めたのではないかと考えられた。また B は表地の素材がアルミであるという特徴を有し ている。アルミの素材は通気性・透湿性が共に極めて悪く、断熱性が高いことが認められ ており、この素材の特徴が他の素に比べて熱負担を増大させたことが示唆された。さらに、 A~D の防火服の中では D が体温上昇、心拍数の増大が最も小さく、心理的にも暑さ不快の 程度が小さいことが示され、D の防火服は一層で構成され、重量も軽いことがこのような 結果となったと推察された。 今回 5 種類の防火服を用い評価を行ったが、着衣条件によって、高温環境下における運 動負荷時の身体への温熱負担の違いが示された。今回用いた防火服は、現在、様々な場所 で実際に使用されている防火服ではあるが、その重さや素材の違いにより、防火服着用者 への生体への負担や心理的影響に大きな違いを生むことが明らかとなり、今後防火服の機 能性と着用者の生体負担の両方からの検討がますます必要になってくると考えられる。 153 8.5 参考引用文献 • Baker SJ, Grice J, Roby R, Matthews C (2000) Cardiorespiratory and thermoregulatory response of woking in fire-fighter protective clothing in a temperature environment. Ergonomics 43: 1350-1358. • FAFF J, TUTAK T (Military Inst. Hygiene and Epidemiology, Kozielska, POL) (1989) Physiological responses to working with fire fighting equipment in the heat in relation to subjective fatigue. Ergonomics 32 (6): 629-638. • 藤本薫喜（1957）日本人体表面積に関する研究. 長崎公衛誌 6: 118-132. • 平成 14 年消防白書 (2003) 総務省消防庁. • 平田耕造 井上芳光 近藤徳彦編（2002）体温−運動時の体温調節システムとそれを 修飾する要因― ナップ • 生野晴美 塚田恭子 中橋美智子 物部博文 村山雅己（2002）着用実験における消防員 装具のヒートストレス評価. 日本衣服学会誌 46 (1): 11-17. • 物部博文 村山雅己 生野晴美 中橋美智子（2002a）頭部冷却による消防員装具のヒー トストレス改善. 日本生理人類学会誌 7 ( 3): 123-127. • 物部博文 村山雅己 生野晴美 塚田恭子 中橋美智子（2002b） 消防員装具のヒートス トレス改善に関する研究∼冷却剤による体幹部冷却が人体に及ぼす影響についての検 討∼ 日本生理人類学会誌 7 ( 1): 43-47. • 中橋美智子 村山雅己 物部博文 生野晴美（2003）火災シナリオによる消防員装具の着 用時間と運動量. 日本生理人類学会誌. 8 (2): 83-89. • 中山昭雄（1981）温熱生理学；理工学社. • Smith DL, Petruzzello SJ, Kramer JM , Misner JE（1997）The effects of different thermal environments on the physiological and psychological responses of firefighters to a training drill. Ergonomics 40: 500-510. • Smith DL, Petruzzello SJ（1998）Selected physiological and psychological responses to live-fire drills in different configurations of firefighting gear. Ergonomics 41: 1141-1154. 154 ９ 消防活動モデルを用いた防火衣のフィールド試験 9.1 概要 現在の防火衣は、耐熱性能は優れたものとなっているが、実際の現場で活動する消防 隊員から快適性、機能面での改善要望は多く、その性能向上が期待されている。しかし、 日本の風土気候に適した防火衣の快適性や機能性については、基準が定められていない。 また、防火衣と言っても各消防本部で仕様が異なる。これらのことから、本実験では、 実際に消防隊員が防火衣を着用してモデル化された消防活動（以下「消防活動モデル」 という）を行った場合の身体的変化、快適性、機能性に関する蒸れや動きやすさ等とい った基礎データを収集すること（以下「フィールド試験」という。）を目的とする。 フィールド試験は、屋外における実験であり、実験環境を同一にすることが難しく、 また過去の実験データを見ても外気温・湿度等の影響をまともに受けやすいことから実 験は東京地方では気候の安定する秋期に行った。 9.2 はじめに 防火衣に求められる性能の最大のものは、火災などの熱から身体を守るための熱防護 性能である。熱防護性能は、寒いときに、重ね着や生地の厚いものを着ることによって 寒さをしのげるのと同様な方法で、高めていくことができる。しかし、単に熱防護性能 だけを求めていくと快適性や機能性が失われ、夏場などには防火衣を着用する消防隊員 にとって大きな負担となる。そこで、本研究ではさまざまな種類の防火衣を実際に着用 した消防隊員によるフィールド試験を行い、身体的データの変化やどのような防火衣が 快適性が高く、機能的であるかについて調査した。 9.3 実験方法 9.3.1 実施期間等 平成１６年１１月中の天候の良い５日間、東京消防庁消防科学研究所庁舎（渋谷区幡 ヶ谷一丁目１３番２０号）を利用して実施した。 9.3.2 実施概要 被験者は、防火衣等の試料（以下「試料」という）を着用し「消防活動モデル」を行 い、活動時の身体状況の測定をした。また、 「主観申告表」を用いて防火衣を着用しての 主観を聴取し、活動終了後、 「アンケート調査票」により快適性・機能性について調査を 行った。これらにより得られたデータを比較し、考察を行った。 被験者と試料は、実験時の外気温、湿度が異なった場合でもその影響が小さくなるよ うに、被験者５名と５種類の試料（表 9.3.2-1、図 9.3.2）について同じ日に同じ試料につ いて行わないようにそれぞれ組合せを変えて実施した（表 9.3.2-2 参照）。 155 表 9.3.2-1 試料一覧 試料名 素 種 別 材・構 ノーメックス 試料Ｂ アラミド繊維＋PBO (アルミコーティング) 試料Ｃ アラミド繊維 試料Ｄ ノーメックス 試料Ｅ 執務服 断熱層 透湿防水フィルム＋ ノーメックス＋不織布 試料Ａ 防火衣 成 透湿 防水層 外衣 Ａ∼Ｅ：試料Ａ∼Ｅ 上段：仕様 下段：質量 ＮＦＰＡ 4655ｇ 他都市消防本部 透湿防水 フィルム アラミド繊維 ストライプ地 2190ｇ 当庁現用 2890ｇ ワイルドランド 1510ｇ メタ系 55％＋パラ系５％＋難燃ﾎﾟﾘｴｽﾃﾙ 15％ ＋難燃レーヨン 15％（一層構成） 当庁現用第二種 765ｇ 質量は、各試料上衣・ズボン(ベルト、安全帯等は除く)の合計 試料Ａ 試料Ｃ 試料Ｂ 試料Ｄ 試料Ｅ 図 9.3.2 試料Ａ∼Ｅ 156 表 9.3.2-2 組合せ表 Ａ∼Ｅ：試料Ａ∼Ｅ 被験者(年齢) １回目 ２回目 ３回目 ４回目 ５回目 被験者①(34) Ｃ Ｅ Ａ Ｄ Ｂ 被験者②(28) Ｄ Ａ Ｂ Ｅ Ｃ 被験者③(26) Ｂ Ｄ Ｅ Ｃ Ａ 被験者④(31) Ｅ Ｂ Ｃ Ａ Ｄ 被験者⑤(28) Ａ Ｃ Ｄ Ｂ Ｅ 9.3.3 消防活動モデル 消防活動モデル（表 9.3.3）とは、第四研究室が当庁管内で実際に発生した耐火造火災 に最先着した消防隊の隊員行動調査をもとに、活動頻度が高い消防作業を抽出しモデル 化したもの。本実験の消防活動モデルは、各項目に所要時間を設け活動によって各被験 者にかかる運動負荷が同一になるようにして行った。また、活動開始前と活動終了後に、 計測器の取付けやアンケート回答時間を兼ね、安静時間を設けた。 図 9.3.3 は、消防活動モデルを用いて実際にフィールド試験を行う消防隊員。 表 9.3.3 消防活動モデル（耐火造） 消防活動 活動内容 ホースカーえい航 地上でホースカー（総重量 250kg）を 60ｍえい航する ホース搬送 フォグガンと 40mm ホース２本（計 16.3kg）を１階から ３階まで搬送する ホース増加 40mm ホース１本（７kg）を１階から３階まで吊上げる 移 動 連結送水管 セット搬送 移 動 投光器・発動 発電機搬送 移 動 検索・救助 ３階から１階へ戻る 連結送水管セット（計 9.5kg）を１階より３階へ搬送する ３階から１階へ戻る 投光器・発動発電機（計 22kg）を１階より３階へ搬送する ３階から１階へ戻る 10ｍ検索後、ダミー（40kg）を 10ｍ引っ張り、救助する 157 ホースカー搬送 ホース搬送 連結送水管セット搬送 ホース吊上げ 検索・救助 投光器・発動発電機搬送 図 9.3.3 消防活動モデルを行う消防隊員 158 9.3.4 測定項目、測定方法 各項目の測定結果は、試料ごとにまとめ、平均化した。 （１）実験時の外気温・湿度 温・湿度計により、各実験中の外気温・湿度を測定した。 （２）防火衣内温・湿度 防火衣内の温・湿度の測定は、温・湿度センサーを使用し、防火衣のインナーとＴ シャツの間（試料 E は執務服とＴシャツの間）の胸部左側に取付け、１秒毎に測定し た。 （３）発汗量 発汗量の測定は、被験者の裸体重と防火衣等装備時の体重を計測し、それぞれ実験 前後の差を発汗量と蒸発汗量とした。 （４）心拍数 心拍計を用い、５秒毎に測定した。 （５）体表面温度 体表面温度の測定は、温度センサーを使用し、胸部左側体表面に取付け、１秒毎に 測定した。 （６）血中乳酸値 血中乳酸値の測定は、簡易血中乳酸値測定器を使用し、活動開始前と活動終了後に 測定した。血中乳酸値は、運動強度がある程度まではあまり増加しないが、それを超 えると、急に高くなって行く。更に運動強度を上げると、乳酸の生成量と使用量のバ ランスが崩れ、この結果、血中の乳酸濃度が上昇して行き、「きつい」と感じ始める。 一般に、このときの乳酸値は４mmol/Ｌ前後であると言われている。 （７）主観的評価 運動強度、温冷感、温熱的不快感及び湿度感について、主観申告表（表 9.3.4-1）を 用いて聴取した。温冷感、温熱的不快感及び湿度感は、活動開始前、活動終了後に、 運動強度については、活動終了後に聴取した。 （８）アンケート調査 活動終了後に主に、快適性および機能性に関するアンケート調査（表 9.3.4-2）を行 った。 159 表 9.3.4-1 主観申告表 運動強度（ＲＰＥ） （全身） 温冷感 （頭・胸・背中・大腿部・全身） 20 19 9 非常にきつい 8 18 17 7 かなりきつい 6 16 15 きつい 4 2 0 どちらともいえない -1 かなり楽である -2 8 7 やや暖かい 1 楽である 10 9 暖かい 3 ややきつい 12 11 暑い 5 14 13 非常に暑い やや涼しい 非常に楽である 6 温熱的不快感（頭・全身） 湿度感（全身） 7 8 7 6 非常に不快 5 6 5 4 不快 2 やや不快 やや湿っている 1 2 1 湿っている 3 4 3 非常に湿っている 0 快適 どちらともいえない -1 -2 160 やや乾いている 表 9.3.4-2 アンケート調査票 試料別 下記アンケート者区分を記入のうえ、設問にお答え下さい。 設問には、５段階（−２、−１、０、＋１、＋２）で評価し、該当する欄に○印を付けて下 さい。 １ アンケート者区分 １ 年齢： ２ 設問 才 ２ 身長： ｃｍ 評 −２ 快 適 性 −１ ３ 体重： 価 ０ ＋１ ＋２ 暑い 暑くない 蒸れる 蒸れない 活動中暑い 活動中暑くない 活動中蒸れる 活動中蒸れない べとつく べとつかない 快適である 快適でない フィット感が悪い フィット感が良い 圧迫感がある 圧迫感がない 動きにくい 動きやすい 機 重い 軽い 能 硬い しなやか 性 ごわつく ごわつかない 着にくい 着やすい 脱ぎにくい 脱ぎやすい 機能的でない 機能的である 総合評価 ３ ｋｇ 意見（今回着用した防火衣に関する意見をお願いします。） 161 9.4 実験結果 9.4.1 実験時の外気温・湿度 表 9.4.1 実験時の外気温・湿度 試料Ａ 試料Ｂ 試料Ｃ 試料Ｄ 試料Ｅ 平均温度[℃] １８.０ １８.３ １６.８ １８.０ １７.８ 平均湿度[％] ３２.９ ３２.５ ３６.４ ３３.４ ３５.２ 実験時の外気温は最大で１.５℃、湿度は最大で３.９％の差異であることから、実験結 果に大きく影響を与えていないと考えられる。天候は、全日晴天であった。 9.4.2 防火衣内温・湿度（図 9.4.2-1、9.4.2-2） 30 試料A 試料B 試料C 試料D 試料E 防火衣内温度[℃] 28 消防活動モデル 26 24 22 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 時間[分] 9 10 11 12 13 14 図 9.4.2-1 防火衣内温度 防火衣内温度は、図 9.4.2-1 のとおり試料Ａが終始他の試料に比べ高く、試料Ｄは、低 く推移した。試料Ａは防火衣そのものの生地が厚いため保温性が高く、試料Ｄは軟らか く、薄いために防火衣内が換気されやすく外気が流入しやすいためと考えられる。試料 Ｅは、他の試料に比べ熱防護性が低いために直射日光の影響を受け高く推移したと考え られる。 防火衣内湿度は、図 9.4.2-2 のとおり試料Ｂ、Ｃが他の試料に比べ活動中は高く、逆に 試料Ｄ、Ｅは低く推移している。これは、試料Ｂは上衣外衣生地に通気性がないこと、 試料Ｃは安全帯を着用しているために防火衣内が換気されにくい状態にあるためと考え られる。一方、試料Ｄは、生地が薄く、防火衣内が非常に換気されやすい状態にあるた めに、試料Ｅは、通気性の良い外衣とＴシャツが他の試料に比べ密着しており汗が蒸発 しやすい状態にあるためと考えられる。 162 80 試料A 試料B 試料C 試料D 試料E 防火衣内湿度[％] 70 消防活動モデル 60 50 40 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 時間[分] 9 10 11 12 13 14 図 9.4.2-2 防火衣内湿度 9.4.3 発汗量（図 9.4.3） 発汗量は、試料Ａ、Ｂ、Ｃが多くなった。このことは、試料Ａは外衣生地が厚く、試 料Ｂは外衣生地に通気性がないため、試料Ｃは、安全帯を着用しているために防火衣内 が換気されにくい状態にあるため多くなったと考えられるが、試料Ｅを除き平均５０ｇ 前後で大きな差異はなかった。 発汗量に対する蒸発汗量の割合は、試料Ｃが最も低く試料Ｅが最も高くなった。これ は、試料Ｃは安全帯を着用しているために防火衣内が換気されにくい状態となったため に低く、試料Ｅは防火衣を着用しておらず、また試料とＴシャツが他の試料に比べ密着 しており汗が蒸発しやすい状態にあったためであると考えられる。 100 発汗量 70 90 発汗量に対する 蒸発汗量の割合 発汗量[ｇ] 70 60 50 50 40 40 30 20 30 10 20 0 試料Ａ 試料Ｂ 試料Ｃ 試料Ｄ 図 9.4.3 発汗量 163 試料Ｅ 蒸発汗量の割合[％] 80 60 9.4.4 心拍数（図 9.4.4） 心拍数は、運動開始とともに上昇し、終了後下降している。また、活動開始時に上昇 し、階段昇段時と検索救助時にさらに上昇する傾向にある。 活動中は試料Ａが他の試料と比較しても高く推移している。これは、試料そのもの質 量が大きく身体に大きな負荷を与えているためであると考えられる。 180 試料A 試料B 試料C 試料D 試料E 心拍数[回/分] 160 140 120 100 80 消防活動モデル 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 時間[分] 9 10 11 12 13 14 図 9.4.4 心拍数 9.4.5 体表面温度（図 9.4.5） 体表面温度[℃] 35 試料A 試料B 試料C 試料D 試料E 34 消防活動モデル 33 32 0 1 2 3 4 5 6 7 8 時間[分] 9 10 11 12 13 14 図 9.4.5 体表面温度 活動中は試料Ｄを除き大きな差異はない。試料Ｄは、生地が薄く、加えて防火衣内が 換気されやすい状態であるため外気の影響を受け低く推移したと考えられる。活動終了 164 後は試料Ａが他の試料に比べ高くなった。これは、試料Ａを着用しての活動は身体負荷 が大きいため、心拍数が上昇し、それに伴い血流量が増加し高くなったと考えられる。 9.4.6 主観申告評価（図 9.4.6-1） （１）主観申告による運動強度と血中乳酸値 9 15 活動前 8 活動後 6 14 5 4 3 13 運動強度(RPE) 血中乳酸値[mmol/L] 7 運動強度 (ＲＰＥ) 2 1 0 12 試料Ａ 試料Ｂ 試料Ｃ 試料Ｄ 試料Ｅ 図 9.4.6-1 運動強度と血中乳酸値 血中乳酸値は、運動前はほぼ２mmol/Ｌで大きな差異はない。運動後は、試料Ａが最 も高く、他の試料は７mmol/Ｌ前後であった。このことは、試料Ａを着用しての活動は 身体負荷が大きいためであると考えられる。これは、主観申告による運動強度（ＲＰＥ） とも一致している。試料Ｃ∼ＥまでＲＰＥが低いのは、試料Ｃは着慣れていること、試 料Ｄは軽薄であること、試料Ｅは防火衣を着用していないためであると考えられる。 いずれにしても、血中乳酸値が４mmol/Ｌを超えていることを考えると、消防活動自 体が運動負荷の大きい活動であると言える。 165 （２）主観的評価（図 9.4.6-2） 6 6 活動前 活動前 活動後 活動後 4 4 2 2 0 0 頭 胸 背中 大腿 全身 温冷感 頭 全身 頭 胸 温熱的不快感 湿度感 -2 背中 大腿 全身 温冷感 頭 全身 温熱的不快感 湿度感 -2 試料Ａ 試料Ｂ 6 6 活動前 活動前 活動後 活動後 4 4 2 2 0 0 頭 胸 背中 大腿 全身 頭 温冷感 頭 全身 胸 温熱的不快感 湿度感 -2 背中 大腿 全身 温冷感 -2 試料Ｃ 試料Ｄ 6 活動前 活動後 4 2 0 頭 胸 背中 大腿 全身 温冷感 -2 頭 全身 温熱的不快感 湿度感 試料Ｅ 図 9.4.6-2 主観的評価 166 頭 全身 温熱的不快感 湿度感 活動後の温冷感、温熱的不快感、湿度感ともに、試料Ａが他の試料に比べ不快であると の評価になった。試料Ｂ、Ｃはほぼ同様な傾向となった。試料Ｄは、防火衣に試料の中で は一番快適を示す結果となった。また、試料Ａは、活動前から温熱的不快感が他の試料に 比べて高い結果となった。 これらの結果は、試料そのもの質量、生地の透湿性や軽薄度が主に影響していると考え られる。 9.4.7 アンケート調査 （１）設問に対する結果（図 9.4.7） 試料Ａはすべての項目について０以下で、もっとも快適性、機能性劣る評価なった。 これは、重くて着にくいという評価が大きく影響していると考えられる。試料Ｂは、 軽くて動きやすいとの評価がある一方、上衣が硬く成形性が強いためフィット感が悪 いとの評価につながったと考えられる。試料Ｃは、安全帯を着用しているため、防火 衣内が換気されにくい状態にあるため活動中暑く、蒸れるとの評価につながったと考 えられる。試料Ｄは、防火衣の試料の中ではプラス評価が多く、もっとも快適性、機 能性に優れた評価となった。しかし、フィット感が悪いため、動きやすいという点で 評価が下がったと考えられる。試料Ｅは防火衣を着用しておらず衣服の状態により近 いためにプラス評価が多くなったと考えられる。 167 -2.00 -1.00 0.00 1.00 -2.00 2.00 暑い -0.20 暑くない 蒸れる -0.20 蒸れない 活動中暑い -0.80 活動中暑くない 活動中蒸れる -0.80 活動中蒸れない 0.00 べとつく 動きにくい -0.60 -1.20 硬い -1.40 ごわつく -1.40 着に くい-1.60 -0.80 脱ぎに くい 機能的でない フィット感が良い 動きやすい 軽い 軽い しなやか 硬い ごわつかない ごわつく 0.40 ごわつかない 着易い 着にくい 0.40 着易い 1.00 -0.60 蒸れない -0.80 -0.60 活動中蒸れない 0.20 フィット感が良い 圧迫感があ る 0.20 圧迫感がない 蒸れる 0.80 活動中暑い 0.80 活動中蒸れる 0.80 べとつく 0.80 べとつかない 圧迫感がない 動きやすい 0.20 1.80 硬い 1.40 1.40 -0.20 着易い 着にくい 脱ぎにくい -0.20 脱ぎ易い 1.00 機能的でない 0.80 総合評価・悪い 総合評価・良い 0.60 試料Ｄ 試料Ｃ -1.00 0.00 1.00 2.00 暑い 0.60 暑くない 蒸れる 0.60 蒸れない 活動中暑い -0.20 活動中暑くない 活動中蒸れる -0.20 活動中蒸れない べとつく べとつかない 0.00 快適でない 快適である 0.20 フィット感が悪い フィット感が良い 1.20 1.60 圧迫感がない 圧迫感がある 動きやすい 1.00 動きにくい 重い 1.40 軽い 硬い 1.40 しなやか 1.60 ごわつかない ごわつく 1.80着易い 着にくい 1.80脱ぎ易い 脱ぎにくい 1.60 機能的である 機能的でない 1.40 総合評価・悪い 試料Ｅ 図 9.4.7 アンケート調査結果 168 総合評価・良い 軽い しなやか ごわつかない 着易い 0.60 脱ぎにくい 機能的である 快適である 0.80 しなやか 着にくい -2.00 活動中蒸れない 重い ごわつく -0.20 活動中暑くない 軽い ごわつかない 総合評価・悪い 蒸れない フィット感が良い 動きにくい -0.20 0.00 暑くない -0.60 圧迫感がある ごわつく 機能的でない 2.00 1.20 フィット感が悪い 動きやすい 0.40 1.00 快適でない 0.20 0.00 0.00 0.80 快適である -0.20 -1.00 暑い べとつかない -0.40 硬い 総合評価・良い 0.80 総合評価・悪い 活動中暑くない フィット感が悪い 重い 機能的である 0.40 機能的でない 2.00 蒸れる 動きにく い 脱ぎ易い 0.60 脱ぎにくい -2.00 暑くない 快適でない しなやか -0.20 試料Ｂ 0.00 べとつく 圧迫感がない 0.80 1.00 -0.60 活動中蒸れる 快適である -1.00 重い 暑い 活動中暑い べとつかない 0.60 0.00 1.00 総合評価・良い -1.00 活動中蒸れない 0.20 試料Ａ -2.00 活動中暑くない -0.20 動きにくい 機能的である 総合評価・悪い -1.40 蒸れない 圧迫感がある 脱ぎ易い -1.20 0.20 フィット感が悪い 動きやすい 重い -1.40 蒸れる べとつく 圧迫感がない 2.00 暑くない 快適でない フィット感が良い 圧迫感があ る 1.00 0.20 活動中蒸れる 快適である フィット感が悪い -1.40 0.00 暑い 活動中暑い べとつかない -1.00 快適でない -1.00 脱ぎ易い 機能的である 総合評価・良い （２）着用した防火衣に対する意見 表 9.4.7 着用した防火衣に対する意見 良い点 試料 悪い点 防火衣自体が重い。 活動中、胸部、上腕部が暑い。 現用(試料Ｃ)より、体の自由度が高いよう Ａ 下半身が動かしにくい。 に感じられた。 着こなす力がないと活動に支障が出る。 そでのジャージ部分が長く安心できる。 着装に時間を要する。 ズボンのウエスト調整ができず、活動しにくい。 現場で着用したくない。 えりが硬く、首が動かしにくい。 Ｂ 軽くて動きやすい。 フィット感に欠ける。ごわつく。 蒸れる。 Ｃ 着慣れていて、動きやすい。 拘束がなく動きやすい。 Ｄ 防火衣内が換気され、暑さは感じなかっ た。また、防火衣自体が軽く、林野火災には 適している(林野火災経験者)。 Ｅ 防火衣を着用していないので動きやすい。 足が動かしにくい。 膝の自由度が低い。 上衣の腰部にベルト等がないと揺れて動きにくい。 ポケットに物を入れると引っ張られて動きにくい。 フィット感がない（だぶつく）。 他の試料と比べて、温熱感と湿度感を感じた。 想像以上に暑く感じた。 試料Ａは、防火衣自体が重くそれを着こなす体力がないと活動に支障が出るとの意見が 多かった。試料Ｂは、上衣が特にごわつきフィット感に欠けるとの意見が多かった。試料 Ｃは、足が動かしにくいとの意見があった。試料Ｄは、軽く拘束がなく動きやすいとの意 見がある一方、フィット感がなくだぶつき感があり動きにくいとの意見があった。 9.5 まとめ 消防活動モデルを用いて防火衣のフィールド試験を実施し、以下のような結果を得た。 ⑴ 質量の大きい防火衣は身体への負荷が大きくなり、快適性、機能性が劣る。 ⑵ 質量の小さい防火衣ほど快適性、機能性に優れる。 ⑶ 質量が小さくてもフィット感が悪いと、機能性が劣る。 ⑷ 安全帯を着用することによって、快適性は劣るが、一定のフィット感が得られる。 ⑸ 下半身の自由度が低い防火衣は、機能性が劣る。 169 10 消防隊員用防火服の耐熱性や快適性、機能性の評価手法及び基準値の提案 10.1 耐熱性の評価手法及び基準値の提案 今までに測定した ISO 6942、ISO 9151、ISO 17492(TPP)、サーマルマネキン試験の結果 の一覧を表 10.1 に示す。この表で、サーマルマネキン試験におっける 5 秒、有、有の意味 は、5 秒暴露、下着、執務服ズボン着用した条件で試験したことを意味する。また、空欄 は、試験をしていないことを表す。以後は、このデータを基にして解析を行う。 表 10.1 ISO 6942、ISO 9151、ISO 17492(TPP)、サーマルマネキン試験の結果一覧 試料名 主要都市防火服Ａ 主要都市防火服Ｂ 主要都市防火服Ｃ 主要都市防火服Ｄ 主要都市防火服Ｅ 主要都市防火服Ｆ 消防団用シルバーＧ 消防団用Ｈ ヨーロッパラウンドロビン試験試料１ ヨーロッパラウンドロビン試験試料3 ヨーロッパラウンドロビン試験試料4 ヨーロッパラウンドロビン試験試料5 ヨーロッパラウンドロビン試験試料6 レーシングスーツ１ レーシングスーツ2 災害活動服 活動服２防災出動服 防災出動服 Ｔ社製試料 Ｔ都市防火服（comfort1) 銀面アルミコーティング防火服 Ｔ都市指揮隊用防火服 試作防火服（防水層なし） NFPA防火服 NFPA防火服生地 他都市防火服（銀面コーティング）上着 他都市防火服（銀面コーティング）ズボン 他都市防火服表生地 Ｔ都市防火服,上着（comfort2) Ｔ都市防火服、ズボン Ｔ都市防火服表地 森林用防火服 No331801-(1) No331801-(2) No17014401-(1) ９ｍ 10.1.1 ＩＳＯ 6942:2002 ISO 9151 ｔ２４（ｓ） 透過率（％） 1/透過率 ＨＴＩ24 ＨＴＩ24-HTI12 25.4 22.8 32.6 21 25.4 31.9 11.5 12.9 6.9 18.9 43.9 55.4 75 20.7 15.2 8.7 7 7.6 22.9 22.1 45.6 20.9 15.5 34.9 7.6 25.5 11.6 10.5 22.8 17.3 8.2 7.4 19.3 17.7 15.3 7.1 20.3 22.5 16.7 24.3 16.7 18.7 35.4 36.5 63.9 35.4 7.9 6.4 4.4 20.2 26.7 42.5 51.7 50.2 23.2 22.9 8.9 23.8 27.1 12.9 47.5 18 41.3 36.9 21.6 30.4 44.9 48.9 25 29.2 31.5 52.6 4.9261084 4.4444444 5.988024 4.1152263 5.988024 5.3475936 2.8248588 2.739726 1.5649452 2.8248588 12.658228 15.625 22.727273 4.950495 3.7453184 2.3529412 1.934236 1.9920319 4.3103448 4.3668122 11.235955 4.2016807 3.6900369 7.751938 2.1052632 5.5555556 2.4213075 2.7100271 4.6296296 3.2894737 2.2271715 2.0449898 4 3.4246575 3.1746032 1.9011407 17 15 17 14 17 16 7 7 5 5 5 5 6 5 3 2 サーマルマネキン試験 ISO 17492(TPＰ) 熱伝達火傷時間 5秒、 5秒、 8秒、 8秒、 （ｓ） 有、有 無、無 有、有 無、無 15.5 39 14.7 44 16.5 54 12.2 39 15 75 51 8.2 37.9 56.2 81.7 15 14 15 10 25 5 13 14 6 17 14 6 5 4 4 4 3 7.1 2 4.7 3.6 2.4 5 4.2 2.1 1.6 4 1.7 14.6 14.7 13.2 9.1 24.8 1.4 2.5 0.2 4.9 0 11.9 15.2 5.9 14.5 15.2 1.9 4.6 39.5 2 20.7 55 22.2 ISO 6942:2002 の基準値の提案 ISO 6942:2002 におけるセンサー部の熱流束Ｑc と 24℃上昇するまでの時間 t24 との関係 は次の式で表される。 MC p 12 Qc = Qo TF = A(t 24 − t12 ) (10.1.1-1) ここで、Qc : 試料を通過して入ってくる熱流束, kW/m2 Qo : 試料がない場合のセンサー面の熱流束, kW/m2 TF : 試料の透過率 M : センサーの胴プレートの質量、kg Cp : 銅の比熱, kJ/kg℃ A : 銅板の面積, m2 t24 : 加熱開始からセンサーが 24 度まで上昇する時間, s 170 14.9 36.1 t12 : 加熱開始からセンサーが 12 度まで上昇する時間, s 10.1.1-1 式を変形して、 MC p 12 t 24 − t12 = AQo TF t 24 = MC p 12 AQo TF ここに、 MC p 12 AQo (10.1.1-2) + t12 (10.1.1-3) は定数となるので、t24-t12 と 1/TF、t24 と 1/TF をプロットすれば直線関係 が得られるはずである。そこで、表 10.1 の今までに測定した防護服（多層構造） 、それ らの単層生地に対する全てのデータを 10.1.1-2、10.1.1-3 式にしたがって、プロットし たのが図 10.1.1-1、図 10.1.1-2 である。 45 40 35 (ｔ２４-t12) 30 25 y = 1.6631x R2 = 0.9998 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 1/透過率 図 10.1.1-1 (t24-t12)と 1/透過率との関係 80 70 60 y = 2.6719x + 13.56 R2 = 0.9669 ｔ２４ 50 40 30 20 y = 5.5757x - 2.91 R2 = 0.9019 10 0 0 5 10 15 20 1/透過率 図 10.1.1-2 t24 と 1/透過率との関係 171 25 10.1.1-2 式にしたがったプロットは非常に良い直線関係が得られた。この直線の回帰式は、 次のようになる。 (t 24 − t12 ) = 1.66 TF (10.1.1-4) また、10.1.1-3 式にしたがったプロットも２つの領域に分割すれば、それぞれの領域で直 線関係が見られる。それぞれの領域での直線の回帰式は、次のようになる。 t 24 = 5.58 − 2.91 TF （1/TF ≦ 5 の場合） (10.1.1-5) t 24 = 2.67 + 13.56 （1/TF ＞ 5 の場合） TF (10.1.1-6) したがって、TF(透過率) を求めれば、(t24-t12)あるいは t24 は必然的に求まることになる。 そこで、(財)日本防炎協会の防火服の性能基準値のそれぞれの値を基準とした時の t24、 (t24-t12)、TF の値を求めた結果を表 10.1.1 に示す。 表 10.1.1 計算式により求めた t24、(t24-t12)、TF の基準値 (財)日本防 炎協会 (財)日本防炎協会 ISO 11616:1999 t24 を基準 (t24-t12)を基 透過率を基 準 準 t24 ≧18 ≧18 ≧18 ≧10.5 ≧8.25 (t24-t12) ≧4 ≧5 ≧6.2 ≧4 ≧3.32 透過率(%) ≦50 − ≦26.7 ≦41.5 ≦50 この表を見る限りでは、t24、(t24-t12)、TF の基準値間の整合性は無いと言える。整合性 を持たせるために、(t24-t12)や透過率を基準として計算したそれぞれの基準値を性能基準 とすると、消防団用の防火服や主要都市の防火服の表地のみでも基準を満足することにな り（表 10.1 を参照）、防火服の安全性が損なわれることになる。 以上のことを考慮して、日本における消防隊員用防火服の ISO 6942 試験の t24、(t24-t12)、 TF の基準値として、t24 を基準（t24≧18）にして計算で求めた(t24-t12)、TF の値を区切りの 良い数字に丸めた(t24-t12) ≧6、透過率(%)≦30％とするのが妥当である。 172 10.1.2 ISO 9151 の基準値の提案 ISO 6942:2002 は放射熱に対する防護性能、ISO 9151 は火炎に対する防護性能をそれぞ れ測定するものであり、試験方法も試験条件も異なる。したがって、式による関係は示す ことは非常に難しいと考えられる。 そこで、ISO 6942:2002 の測定結果のｔ24 と ISO 9151 の測定結果の HTI24 の関係を表 10.1 から抜き出しプロットしてみた。その図を図 10.1.2-1 に示す。 30 HTI24 (ISO 9151) 25 y = 0.7115x - 0.6358 R2 = 0.9753 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 ｔ24 （ＩＳＯ 6942) 図 10.1.2-1 t24(ISO 6942)と HTI24(ISO 9151)の関係 この図の中で直線から外れたデータが 3 点ある（■）。これらのデータに関しては、再 度測定して確かめる必要があるが、現時点ではこれらの生地がないため、それもできない。 ここでは、これら 3 点を除いたデータで直線回帰をしてみた。その結果の式は次のように なる。相関係数は、0.9876 である。 HTI 24 = 0.712t 24 − 0.636 （10.1.2-1） もしこの関係式が成り立つとすれば、ISO 6942:2002 の測定結果のｔ24 から ISO 9151 の 測定結果の HTI24 を予測することが可能となる。しかし、データ数は少ないのでデータを 増やす必要がある。また、外れたデータが測定違いなのか他に明確な原因があるのかを明 らかにする必要がある。 次に、ISO 9151 の測定結果の HTI24 と（HTI24-HTI12）の関係を図 10.1.2-2 に示す。 173 30 HTI24 (ISO 9151) 25 y = 3.5247x - 1.4094 R2 = 0.9275 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 (HTI24-HTI12) （ＩＳＯ 9151) 図 10.1.2-2 ISO 9151 の測定結果の HTI24 と（HTI24-HTI12） 直線回帰をすると、その結果の式は次のようになる。相関係数は、0.9631 である。 HTI 24 = 3.525( HTI 24 − HTI 12 ) − 1.409 (10.1.2-2) 10.1.1 で述べたように、t24 基準値を t24≧18 とすると、10.1.2-1 式を用いて HTI24 を計 算すると HTI24 ＝12.18≒12 となる。また、10.2.2-2 式に HTI24 ＝12.18 を代入して、 (HTI24-HTI12)を求めると、(HTI24-HTI12)＝3.85≒4 となる。したがって、ISO 9151 による消 防 隊 員 用 防 火 服 の 整 合 性 の あ る HTI24 、 (HTI24-HTI12) の 基 準 値 と し て 、 HTI24 ≧ 12 、 (HTI24-HTI12) ≧4 とするのが良い。 174 10.1.3 ISO 17492(TPP 試験)の基準値の提案 ISO 6942:2002 は放射熱に対する防護性能、ISO 17942 は火炎と放射熱の両方に対する 防護性能をそれぞれ測定するものであり、試験方法も試験条件も異なる。したがって、式 による関係は示すことは非常に難しいと考えられる。 そこで、ISO 6942:2002 の測定結果のｔ24 と ISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間の関 係をプロットしてみた。その図を図 10.1.3-1 に示す。 熱伝達火傷時間（ＩＳＯ 17492) 30 y = 0.5252x + 2.5446 R2 = 0.7864 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 ｔ２４（ＩＳＯ 6942) 図 10.1.3-1 ISO 6942:2002 の測定結果のｔ24 と ISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間の関係 この図の中で直線から外れたデータが 1 点ある（■）。これらのデータに関しては、再 度測定して確かめる必要があるが、現時点ではこれらの生地がないため、それもできない。 ここでは、これら 1 点を除いたデータで直線回帰をしてみた。その結果の式は次のように なる。相関係数は、0.8868 である。 熱伝達火傷時間＝ 0.525t 24 + 2.54 (10.1.3) もしこの関係式が成り立つとすれば、ISO 6942:2002 の測定結果のｔ24 から ISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間を予測することが可能となる。しかし、データ数は少ないの でデータを増やす必要がある。また、外れたデータが測定違いなのか他に明確な原因があ るのかを明らかにする必要がある。 財団法人日本防炎協会の消防隊員用防火服の性能基準には、熱伝達火傷時間の基準はな い。この基準は、ISO 11613:1999 の北米仕様に定められており、もし、この基準を日本の 防火服に対しても取り入れるとするならば、10.1.3 式の t24 に 18 を代入して、熱伝達時間 を求めると、熱伝達時間＝11.99≒12 なとる。したがって、ISO 17492（TPP）による消防 隊員用防火服の整合性のある熱伝達時間の基準値として、熱伝達時間≧12 とするのが良い。 175 また、ISO 9151 の測定結果の HTI24 と ISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間の関係を プロットしてみた。その図を図 10.1.3-2 に示す。 熱伝達火傷時間（ＩＳＯ 17492) 30 25 y = 0.9542x R2 = 0.9185 20 15 10 5 0 0 10 20 30 ＨＴＩ２４（ＩＳＯ 9151) 図 10.1.3-2 ISO 9151 の測定結果の HTI24 と ISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間の関係 ここでは、これらのデータの直線回帰をしてみた。その結果の式は次のようになる。相 関係数は、0.9584 である。 （10.1.4） 熱伝達火傷時間＝ 0.9542HTI 24 もしこの関係式が成り立つとすれば、ISO 9151 の測定結果の HTI24 から ISO 17492 の測 定結果の熱伝達火傷時間を予測することが可能となる。データ数はまだまだ少ないので、 増やす必要がある。 10.1.2 で求めた、ISO 6942 の t24=18 に相当する HTI24=12.18 を 10.1.4 式に代入して、熱 伝達火傷時間を求めると、熱伝達火傷時間＝11.62≒12 となる。この値は、10.1.3 で求め た熱伝達火傷時間と一致する。 以上のことから、ISO 17492(TPP試験)の基準値として熱伝達火傷時間 12ｓ、TTI （Thermal-threshold index）= 80kW/m2×熱伝達火傷時間＝80×12＝960 とするのが良い。 176 10.1.4 サーマルマネキン試験の評価手法と基準値の提案 ISO 6942 の t24、ISO 9151 の HTI24、ISO 17492（TPP）の熱伝達火傷時間とサーマルマネ キン試験の第 2 度+第 3 度火傷割合をプロットした図をそれぞれ、図 10.1.4-1∼図 10.1.4-3 に示す。これらの図には、ISO 11613 に示されているそれぞれの基準値を青線で、また、 重症度の軽症の火傷基準を赤線で示してある。 第2度+第3度火傷割合（％） 100 90 5秒、有、有 80 5秒、無、無 70 8秒、有、有 60 8秒、無、無 50 ＩＳＯ 11613における ｔ24の基準 重症度の軽症の火 傷基準 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 t24 (ISO 6942) 図 10.1.4-1 ISO 6942 の t24 とサーマルマネキン試験の第 2 度+第 3 度火傷割合の関係 第2度+第3度火傷割合（％） 100 90 5秒、有、有 80 5秒、無、無 70 8秒、有、有 60 8秒、無、無 50 ＩＳＯ 11613におけるＨＴ Ｉ24の基準 重症度の軽症の火傷基 準 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 ＨＴＩ24 (ISO 9151) 図 10.1.4-2 ISO 9151 の HTI24 とサーマルマネキン試験の第 2 度+第 3 度火傷割合の関係 177 第2度+第3度火傷割合（％） 100 90 5秒、有、有 80 5秒、無、無 70 8秒、有、有 60 8秒、無、無 50 ＩＳＯ 11613における熱 伝達火傷時間の基準 重症度の軽症の火傷基 準 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 熱伝達火傷時間 (ISO 17492) 50 60 図 10.1.4-3 ISO 17492 の熱伝達火傷時間とサーマルマネキン試験の第 2 度+第 3 度火傷割合の関係 これらの図を見ると、負の相関を持つことが分るがその相関性は低い。したがって、ISO 6942 の t24、ISO 9151 の HTI24、ISO 17492（TPP）の熱伝達火傷時間などの結果からサーマ ルマネキン試験の結果を予測することは難しい。これは、生地試験では服のデザインや服 と体の間にできる空気層などを考慮した試験ができないためである。 言い換えると、防火服全体の耐熱性能を生地試験のみからでは予測できないことから、 防火服全体の耐熱性能の評価にはサーマルマネキン試験が必要であることを意味している。 それでは、サーマルマネキン試験をどのような条件で試験し、その性能基準をどうのよ うな基準にしたら良いかについて検討する。 先ず性能基準についてであるが、消防隊員が防火服を着用して消火作業中にフラッシュ 火炎（約 80ｋＷ/ｍ２の熱環境）を受けて受傷した時に、どの程度の火傷まで許せるかを考 えてみよう。最も良い基準としては全然火傷を受けないことであるが、これは防火服の耐 熱性能について極端に高いものを要求することになり、現段階では無理がある。逆に、最 も悪い基準として、死なない程度の火傷は許せるとすることであるが、火傷による生存率 や死亡率は、年齢、性別、医療技術などにより異なってくるために、これを基準として採 用することは難しいし、安全性の観点からももっと安全側の基準とした方が良いことは言 うまでも無い。以上の観点から、ここではこの基準としてグラフにも赤線で示した重症度５） の軽症（第２度＋第３度火傷割合＜15％、通院で治療できる程度の火傷）までは許せると する基準を採用するのが妥当と考える。 次に、サーマルマネキン試験の試験条件について考えてみる。図 10.1.4-1 を見ると、Ｉ ５） 大塚敏文、都築正和、山本保博、東京消防庁救急部： 「救急医療の基本と実際 11 熱傷・環境障害・溺水」 178 全 16 巻 SO 6942 による測定結果が t24≧18、サーマルマネキン試験による測定結果が第２度＋第３ 度火傷割合＜15％である領域（ ）は、ISO 6942 試験基準及びサーマルマネキン試 験基準の両方を満足している部分である。この領域には、現用の日本の防火服は含まれて いる必要がある。逆に、森林用防火服などの現用の日本の防火服より耐熱性能の劣る防火 服は含まれてはいけない領域である。表 10.1 及び図 10.1.5-1 を見ると、このことに当ては まるサーマルマネキン試験の条件は、５秒暴露、下着、執務服ズボン有の条件である。 図 10.1.4-2 にサーマルマネキンの試験条件ごとに点線で ISO 9151 の HTI24 とサーマルマ ネキン試験の第２度＋第３度火傷割合の関係を大雑把に示した。それぞれ、青の点線が５ 秒暴露、下着、執務服ズボン有の条件、赤の点線が８秒暴露、下着、執務服ズボン有の条 件、緑の点線が、８秒暴露、下着、執務服ズボンなしの条件である。サーマルマネキン試 験の条件が厳しくなるほど、点線が右に平行移動している。また、青線（ISO 9151 の HTI24 ＝13）と赤線（サーマルマネキン試験の軽症、第２度＋第３度火傷割合＜15％）の交点は それぞれの最低基準を通るから、この交点と上述の点線が交差する条件がサーマルマネキ ン試験の試験条件として最適であるといえる。青の点線（５秒暴露、下着、執務服ズボン 有の条件）より僅かに右の条件（試験条件として厳しい条件）が交点を通るが、この交点 を通るサーマルマネキン試験条件での試験結果は無い。また、ISO 9151 の HTI24≧13 とサ ー マ ル マ ネ キ ン 試 験 に よ る 測 定 結 果 が 第 ２ 度 ＋ 第 ３ 度 火 傷 割 合 ＜ 15 ％ で あ る 領 域 （ ）には、現用の日本の防火服は含まれており、逆に、森林用防火服などの現用 の日本の防火服より耐熱性能の劣る防火服は含まれていない。したがって、サーマルマネ キン試験の試験条件として、５秒暴露、下着、執務服ズボン有の条件としても矛盾が起き ない。 図 10.1.4-3 には、ISO 17492 の測定結果の熱伝達火傷時間とサーマルマネキン試験の第 ２度＋第３度火傷割合の関係を示しており、前述同様にサーマルマネキンの試験条件ごと に点線で示した。ISO 17492 の基準は、ISO 116131：1999 のヨーロッパ仕様や日本の防火 服の基準（財団法人日本防炎協会の防火服の性能基準）には取り入れられていない。この 基準は ISO 116131：1999 の北米仕様に取り入れられているもので、熱伝達火傷時間≧17.5 を満足する日本の消防隊員用防火服は現時点では存在しない。ISO 17492 の熱伝達火傷時 間≧17.5 とサーマルマネキン試験による測定結果が第２度＋第３度火傷割合＜15％である 領域（ ）に含まれるのは NFPA 防火服のみであり、日本の防火服は含まれていな い。もし、この領域（ ）に日本の防火服も含まれるようにするには、10.1.3 で示 したように、熱伝達火傷時間≧12 とする必要がある。 以上の考察から、日本の消防隊員用防火服のサーマルマネキンの試験条件及び性能基準 として、次のようにすることが妥当である。 サーマルマネキン試験条件 ： 性能基準 ： ５秒暴露、下着、執務服ズボン有 重症度の軽症までとする。第２度＋第３度火傷割合＜15％ 179 10.2 快適性、機能性の評価手法及び基準値の提案 防火服の複合生地、単層生地について、今までに測定した温度差による熱損失、蒸気圧 差による熱損失、トータル熱損失、発汗マネキンによるの顕熱抵抗、潜熱抵抗、環境室内 での防火服の快適性実験による直腸温と平気皮膚温との差、衣服付着汗量、防火服の間ケ ーと調査の機能性評価の総和の一覧を表 10.2 に示す。また、空欄は、測定をしていないこ とを表す。 表 10.2 熱損失、発汗マネキンによる結果、防火服の快適性実験結果、防火服のアンケー と調査の機能性評価の総和などの一覧 Ｎｏ． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 1着の重 発汗マネキン 熱損失（W/m2) 量 (g) 温度差に 蒸気圧差 材料名 トータル 顕熱抵抗 潜熱抵抗 又は よる熱損 による熱 熱損失 （m2･℃ （m2･ 目付 失 損失 Ｑｔ 2 /W） kPa/W） （g/m ) Ｑｄ Ｑｗ NFPA防火服(着） 4709 NFPA防火服(全体） 711 57 159 216 0.287 0.063 NFPA防火服(表地） 256 164 361 525 NFPA防火服(中地） 171 206 505 711 NFPA防火服(裏地） 285 76 280 356 他都市防火服(銀面アルミコーティング、着） 2355 536 94 6 100 0.147 0.065 他都市防火服(銀面アルミコーティング、全体、上着） 他都市防火服(全体、ズボン） 143 254 397 245 160 1 161 他都市防火服(銀面アルミコーティング、上着、表地） 他都市防火服(ズボン、表地） 169 387 556 他都市防火服(上着、中地） 103 213 699 912 他都市防火服(ズボン、中地） 204 556 760 他都市防火服（上着、裏地） 188 146 488 634 Ｔ都市防火服(全体、着） 3187 Ｔ都市防火服(全体、上着） 563 93 239 332 Ｔ都市防火服(全体、ズボン） 128 283 411 Ｔ都市防火服(上着、表地） 587 176 472 648 Ｔ都市防火服(ズボン、表地） 176 472 648 Ｔ都市防火服(上着、中地） 273 215 673 888 Ｔ都市防火服(ズボン、中地） 213 699 912 Ｔ都市防火服(上着、裏地） 102 134 452 586 Ｔ都市防火服(ズボン、裏地） 185 661 846 森林用防火服(着) 1513 森林用防火服 212 174 536 710 0.124 0.045 執務服（ＰａｒｔⅡ）、着 742 執務服（ＰａｒｔⅡ） 162 188 567 754 執務服（ＰａｒｔⅠ） 159 189 684 873 0.132 0.015 T都市防火服（Ｐart Ⅰ）、着 2900 T都市防火服（Ｐart Ⅰ）、全体 566 94 222 316 0.202 0.025 T都市防火服（Ｐart Ⅰ）、表地 273 179 410 589 T都市防火服（Ｐart Ⅰ）、中地 102 203 690 894 T都市防火服（Ｐart Ⅰ）、裏地 212 127 430 557 アルミ防火服（Ｐart Ⅰ）、着 2730 アルミ防火服（Ｐart Ⅰ）、全体 546 84 15 99 0.202 0.047 アルミ防火服（Ｐart Ⅰ）、表地 251 149 -3 146 アルミ防火服（Ｐart Ⅰ）、中地 106 203 690 894 アルミ防火服（Ｐart Ⅰ）、裏地 189 127 430 557 主要都市防火服Ａ、全体 563 65 195 260 主要都市防火服Ａ、表地 271 161 408 568 主要都市防火服Ａ、中地 117 203 698 901 主要都市防火服Ａ、裏地 175 84 337 421 主要都市防火服Ｂ、全体 584 99 182 281 主要都市防火服Ｂ、表地 231 175 390 564 主要都市防火服Ｂ、中地 159 206 549 756 主要都市防火服Ｂ、裏地 194 153 470 623 主要都市防火服Ｃ、全体 583 84 4 89 主要都市防火服Ｃ、表地 252 151 1 152 主要都市防火服Ｃ、中地 137 151 512 662 主要都市防火服Ｃ、裏地 194 152 452 603 主要都市防火服Ｄ、全体 687 110 46 156 主要都市防火服Ｄ、表地 223 174 278 452 主要都市防火服Ｄ、中地 136 213 129 337 主要都市防火服Ｄ、裏地 329 167 75 248 主要都市防火服Ｅ、全体 678 55 1 57 主要都市防火服Ｅ、表地 230 157 -1 157 主要都市防火服Ｅ、裏地 448 63 132 195 180 環境室内での防火服の アンケート 快適性実験 調査 機能性 直腸温と平 衣服付着 （9∼10項目 均皮膚温 汗量（ｋｇ） の5段階評 の差(℃) 価の総和） -12.4 0.6 0.52 3.4 0.6 0.53 -0.2 7.4 1.2 0.34 1.5 0.24 0.8 0.45 13.4 5.38 -6.26 10.2.1 生地試験による基準値の提案 ６章で述べているように、トータル熱損失 Qt、温度差による熱損失 Qd、蒸気圧差によ る熱損失 Qw は、次の関係式が成り立っている。 （10.2.1-1） Qt = Qd + Qw Qd = 10/(Ｒcf＋0.04) Qw =3.57/(ＲefＡ＋0.0035) 熱抵抗、m2･℃/W ここに、Ｒcf ： ＲefＡ ： 見かけの蒸発熱抵抗、m2･kPa/Ｗ したがって、温度差による熱損失 Qd は熱抵抗に関連した値であり、蒸気圧差による熱損 失 Qw は蒸発熱抵抗に関連した値である。 トータル熱損失 Qt と蒸気圧差による熱損失 Qw とをプロットすると図 10.2.1 になる。 1000 全データ(生地、防火服） 900 日本の主要な防火服 トータル熱損失、Ｑｔ 800 銀面防火服 700 線形 (全データ(生地、防 火服）) 600 500 y = 1.1365x + 101.02 R2 = 0.9822 400 300 200 100 0 0 200 400 600 蒸気圧差による熱損失、Ｑｗ 800 図 10.2.1 蒸気圧差による熱損失とトータル熱損失の関係 この図を見ると、多少のバラツキはあるものの、かなり良い相関があることがわかる。 この回帰直線の、回帰式は次のようになる。相関係数は、0.991 である。 Qt = 1.137Q w + 101 （10.2.1-2） トータル熱損失、あるいは蒸気圧による熱損失のどちらかが分れば、他の一方を予測で きることになる。 それでは、日本の防火服の快適性能の指標として、トータル熱損失あるいは蒸気圧によ 181 る熱損失を取るとすると、どの程度の基準値にすれば日本の防火服の基準として適してい るかについて検討する。 図 10.2.1 に銀面防火服を▲で、また、主要な日本の防火服を■で示してある。また、 建物火災用の個人防護装備の ISO 会議（ISO/TC94/SC14/WG2）で、最新の ISO/CD 11613.2 に記されている熱及び快適性に関する基準を表 10.2.1 に示す。この表には日本の防火服の トータル熱損失の測定値も示した。この表で、性能 1＜性能 2＜性能３の順に防護性能が 良くなっており、快適性は逆に性能 1＞性能 2＞性能３の順となる。日本の防火服はほぼ 性能 2 に近い。 表 10.2.1 放射熱に対する防護 火炎に対する防護 火炎と放射熱両方の防護 ISO/CD 11613.2 の性能基準 性能１ 性能 2 性能 3 ｔ24(s) ≧10 ≧18 ≧26 ｔ24-ｔ12(s) ≧3 ≧4 ≧4 透過率(%) ≦70 ≦60 ≦50 HTI24 ≧9 ≧13 ≧17 HTI24-HTI12 ≧3 ≧3 ≧4 TTI ≦700 ≦1050 ≦1400 ≦10 ≦30 ≦40 ≧400 ≧300 ≧200 蒸発抵抗 (m2・Pa/W) トータル熱損失 （Ｗ/ｍ２） ISO/CD 11613.2 銀面防火服 50∼100 日本の主要都市の防火服 260∼410 ２ (注) TTI＝外部から与えた熱流束（約 80ｋＷ/ｍ ）×熱伝達火傷時間 この表を見ると、銀面防火服は性能３よりさらに悪い。また、８章の消防用防火服の環 境室内での快適性、機能性の評価における結論でも、銀面防火服は快適性が非常に劣るこ とが示されている。このことから、快適性の基準に銀面防火服が合格するような基準値を 設定するべきではないと言える。 次に、日本の主要都市の防火服のトータル熱損失は、260∼410 と性能基準２を満たさ ないものが２点存在する。この２点の防火服は数年前の主要都市の防火服であり、現用の 防火服は性能２を満足している。したがって、性能２を満足しない防火服も技術的には性 能２のトータル熱損失≧300 を満足させるように作成することは可能であると思われる。 また、他の熱的な性能でも、日本の防火服の性能は性能２をほぼ満足しており、それらと の整合性もあるといえる。 以上の考察より、日本の消防隊員用防火服の快適性をトータル熱損失による評価とし、 その基準値として、トータル熱損失≧300 とすることが妥当である。 182 10.2.2 発汗マネキンによる評価手法と基準値の提案 表 10.2 に示す発汗マネキンにより測定した顕熱抵抗と潜熱抵抗との関係を、図 10.2.2-1 に、また、発汗マネキンにより測定した潜熱抵抗と生地試験結果のトータル熱損失との関 係、並びに顕熱抵抗の逆数と潜熱抵抗の逆数との和とトータル熱損失との関係を図 10.2.2-2、 図 10.2.2-3 に示す。 0.07 他都市防火服 潜熱抵抗（㎡・℃/W） 0.06 NFPA防火服 0.05 アルミ防火服 森林用防火服 0.04 0.03 T都市防火服 0.02 執務服 0.01 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 顕熱抵抗（㎡・℃/W） 図 10.2.2-1 発汗マネキンにより測定した顕熱抵抗と潜熱抵抗の関係 1000 執務服 800 トータル熱損失 Qt 森林用防火服 600 y = -11220x + 871.87 R = 0.4688 2 400 T都市防火服 NFPA防火服 200 アルミ防火服 他都市防火服 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 潜熱抵抗（㎡・℃/W） 図 10.2.2-2 発汗マネキンにより測定した潜熱抵抗とトータル熱損失の関係 183 1000 執務服 トータル熱損失 Qt 800 森林用防火服 600 y = 12.034x - 50.061 2 R = 0.5733 400 T都市防火服 NFPA防火服 200 他都市防火服 アルミ防火服 0 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 1/Rd+1/Re 図 10.2.2-3 顕熱抵抗の逆数と潜熱抵抗の逆数との和とトータル熱損失との関係 まず、防護服の顕熱抵抗と潜熱抵抗の関係は、図 10.2.2-1 に示すように必ずしも相関を 示さない。この関係は先の生地試験の結果とは異なり、実物大の防護服の場合、顕熱抵抗 から潜熱抵抗を予測することは妥当ではない。人体における生理反応やアンケートの結果 と照合すると、むしろ顕熱抵抗と潜熱抵抗との組み合わせによって、防護服の快適性が左 右されることが示唆されており、ここに、実物大の防護服の快適性評価に当たっては、発 汗サーマルマネキンによる評価が必要不可欠と考えられる。今回の試験結果を見る限りに おいては、図中に示した顕熱・潜熱抵抗の組み合わせライン以上に位置する防護服の快適 性には問題がありそうであり、このライン以内の範囲を快適性の基準とすることが考えら れるが、決定的とするにはデータが少ない。発汗サーマルマネキンを用いた防護服の潜熱・ 顕熱抵抗に関する更なるデータの集積が必要である。 一方、これらの結果を生地試験の結果と照合すると、図 10.2.2-2 が示すように、トータ ル熱損失は潜熱抵抗と負の相関を示すが、その決定係数は 0.47 と高くない。トータル熱損 失 300 以上との交点から、潜熱抵抗 0.05 がもとめられ、Y<300, X>0.05 を不快域とする ガイドラインが得られる。 さらに、試みとして、顕熱抵抗の逆数と潜熱抵抗の逆数の和、すなわち防護服の熱・水 分の透過性を表す指標を求め、これと生地のトータル熱損失との関係をみると、図 10.2.2-3 が示すように、両者間の決定係数は 0.57 と上がり、トータル熱損失 300 との交点を求める と、20.78 が得られた。 ここで Y＜300、X＜20.78 の領域には、NFPA 防火服、アルミ防 火服、他都市アルミ防火服 と快適性の面で課題のあった防護服が入る結果となった。今 後の基準設定上、有効な指標が示唆されたと考えられる。しかし、いずれについてもデー タ数があまりに少ないので、今後データを充実させることが必要である。 184 10.2.3 環境室内での被験者による消防隊員用防火服の快適性、機能性の評価手法及び基 準値の提案 消防用防火服は、身体の高い防護性能が要求されるため、透湿性の低い衣服となり、発 汗による潜熱放散が抑制されることになる。特に夏季においては身体の代謝による蓄熱に、 外界からの暑熱負担が加わり、消防隊員に過度の温熱負荷を与える。 消防用防護服の評価には、実際に着用しての評価が不可欠であるが、その方法や基準値 について言及したものは CENTC162 prEN469 Protective clothing for firefighters ‒ Performance requirements for protective clothing for firefighting の Annex E: Physiological / Heat Stress Hazards に見られる程度である。また、この規格も Annex F: Practical performance test on ergonomical and thermal characteristics of firefighters protective clothing として現在改定中である。これらの規格（案）と 2 年間の実験成果から、消防用 防火服の着用実験は、以下のような評価方法と基準値が考えられよう。 （１）評価手法 環境条件は、夏季の屋外を想定し、気温 30℃、相対湿度 50％とする。この条件下で 30 分間の運動を行わせる。運動は、各人の最大運動能力の 50％に相当する自転車エルゴ メ−タ作業もしくはドレッドミル歩行とする。 （２）評価基準値 暑熱下作業の生理的負担の評価には、直腸温、心拍数および体重減少量の測定が不可 欠であるが（ISO7933）、平均皮膚温や衣服付着汗量の測定が望ましい。ISO7243, ISO7933, ISO9886 や 2 年間の実験から以下の基準値が考えられる。 1）直腸温：38.5℃以下 2）平均皮膚温：37℃以下 3）直腸温と平均皮膚温の差：0.5℃以上 4）心拍数：最高心拍数の 85％以下 5）体重減少量：1000ｇ/時以下 ただし、これらの数値を基準化するには、さらなる検討が必要となる。上記の基準値 のなかでは、 「直腸温−平均皮膚温」が最も正確であると思われるが、測定の容易さを考 えると、心拍数が適当であろう。 （３）被験者 被験者数は 8 名とし、20-40 歳の消防隊員が望ましいが、健常な青年男子でも良い。 185 10.2.4 防火服重量とアンケート調査の機能性評価の総和の指標間の関係 動き易さ、着心地などの機能性に関する指標として、防火服の重量を考え、これと消防 隊員に対して、表 9.3.4-2 のアンケート調査表による機能性に関する 9∼10 項目の設問に対 して-2、-1、0、1、2 までの５段階評価を平均化した結果の総和を（60 人による試着）プ ロットしたのが図 10.2.4 である。 15 Ｐａｒｔ２ 機能性評価の総和 10 Ｐａｒｔ１ 5 0 y = -0.0061x + 17.736 R2 = 0.9886 -5 -10 -15 0 1000 2000 3000 4000 防火服の重量（ｇ） 5000 6000 図 10.2.4 防火服の重量と機能性評価の総和との関係 Part1 と Part2 では、機能性の評価に違いがあるので同一データとして扱えない。Part1 はあまり相関性が無いが、Part2 ではかなり良い負の相関が見られる。この直線回帰式を 求めると、次のようになる。なお、相関係数は 0.994 である。 機能性評価の総和＝-0.0061×防火服の重量+17.74 （10.2.4） 主要都市の防火服（約 3200ｇ）が基準を満足するには、10.2.4 式の防火服重量に 3200 を代入すると、機能性評価の総和＝-1.78≒-2 程度に設定すれば良いことになる。しかし、 データ数があまりにも少ないので、データを充実することが必要がある。 186 10.3 日本の消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機能性能の評価手法及び基準値の 提案 これまでの検討結果をまとめると、日本の消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機 能性能の評価手法及び基準値は、表 10.3 のようにまとめられる。この表には、ISO/CD 11613 及び(財)日本防炎協会の性能基準も併せて載せた。 表 10.3 消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機能性能の評価試験及び基準値 ISO/CD 11613.2:2004-11-8(建物火災用消防隊員用個人防護装備） 性能１ 性能２(ヨーロッパ仕様） 性能３(北米仕様） ISO 15025 難燃性 残炎・残じん≦2s 同左 同左 全焼穴あき着炎溶融不可 ISO 9151 ISO 9151 ISO 9151 熱伝達 HTI24≧9 HTI24≧13 HTI24≧17 （火炎暴露） ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧3 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧3 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧4 ISO 6942 ISO 6942 ISO 6942 t24≧18ｓ t24≧26ｓ t24≧10ｓ 熱伝達 （放射熱照射） t24-t12≧3ｓ t24-t12≧4ｓ t24-t12≧4ｓ TF≦70% TF≦60% TF≦50% 耐熱・耐 火炎と放射熱 ISO 17492 ISO 17492 ISO 17492 炎性能 の両方に対す TTI≧700 TTI≧1050 TTI≧1400 る防護 180℃のオーブン中で5分 180℃のオーブン中で5 180℃のオーブン中で5 試験 分試験 分試験 耐熱性 溶融、滴下、分離、発火は 溶融、滴下、分離、発火 溶融、滴下、分離、発火 不可 は不可 は不可 収縮率≦5％ 収縮率≦5％ 収縮率≦10％ 性 能 要求事項 任意試験 衣服全体の試 ISO/DIS 13506サーマル 験 マネキン試験、基準なし ISO 6942 A法 放射熱照射後 2 の素材の残留 10ｋW/m ISO 5081 強度 機械的強 ≧450N 度の性能 ISO 13934 Part1 引張強さ ≧450N ISO 4674 A2法 引裂強さ ≧20N ISO 6530 40%NaOH,36%HCl,30%H2S 耐化学薬 液体化学薬品 O4,o-キシレン100％ 品性能 の耐浸透性 流失＞80％ 裏面への浸透なし 表面の濡れ性 ISO 4920 能 撥水度≧4 耐水性能 耐水性 透湿性、快適性 発汗マネキン試 快適性 験 能、機能 性能 環境室内での 消防隊員による 快適性、機能性 試験 静電気性 能 その他の 性能 規格等に はない性 能 帯電性 洗濯収縮耐性 基準なし ＩＳＯ 11092 蒸発抵抗≦10m2Pa/W ASTM F 1868 PartC 全熱損失≧400Ｗ/m2 基準なし 基準なし 基準なし ISO 5077 寸法変化率≦3％ 耐光堅牢度 基準なし 重 量 基準なし (財)日本防炎協会防 火服性能基準 この研究により提案した防火服の性能基準 同左 同左 ISO 9151 HTI24≧13 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧4 ISO 6942 t24≧18ｓ t24-t12≧4ｓ TF≦50% 基準なし 180℃のオーブン中で 5分試験 溶融、滴下、分離、発 火は不可 収縮率≦5％ 任意試験 ISO/DIS 13507サーマ ルマネキン試験、基準 なし 任意試験 ISO/DIS 13508サーマ ルマネキン試験、基準 なし 任意試験 ISO/DIS 13506サーマ ルマネキン試験、基準 なし ISO 6942 A法 10ｋW/m2 ISO 5081 ≧450N ISO 13934 Part1 ≧450N ISO 4674 A2法 ≧25N ISO 6942 A法 20ｋW/m2 ISO 5081 ≧600N ISO 13934 Part1 ≧800N ISO 4674 A2法 ≧40N ISO 6942 A法 10ｋW/m2 ISO 5081 ≧1200N ISO 13934 Part1 ≧1200N ISO 4674 A2法 ≧40N ISO 6530 40%NaOH,36%HCl,30% H2SO4,ｐ-キシレン 100％ 流失＞80％ 裏面への浸透なし ISO 4920 撥水度≧4 同左 同左 ISO 4920 撥水度≧4 ISO EN 20811 水圧増加速度 =10mbar/min 水滴出現圧力≧20kPa ISO 9151 HTI24≧12 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧4 ISO 6942 t24≧18ｓ t24-t12≧6ｓ TF≦30% 任意試験 ISO 17492 TTI≧960 同左 任意試験 ISO/DIS 13506 サーマルマネキン試験5秒暴露で 第２度+第３度火傷割合＜15% 同左 同左 同左 同左 ISO 4920 同左 撥水度≧4 ISO EN 20811 水圧増加速度 基準なし 同左 =60mbar/min 水滴出現圧力≧ 175kPa 任意試験 ＩＳＯ 11092 ＩＳＯ 11092 ISO 811静水圧試験、 ASTM F 1868 PartC 蒸発抵抗≦30m2Pa/W 蒸発抵抗≦40m2Pa/W 基準なし 全熱損失≧300Ｗ/m2 ASTM F 1868 PartC ASTM F 1868 PartC ISO 11092透湿性試 全熱損失≧300Ｗ/m2 全熱損失≧200Ｗ/m2 験、基準なし 任意試験 環境室温度20℃、湿度50％において防火服の 顕熱抵抗を3回測定して平均値を求める。 環境室温度34℃、湿度50％において防火服の 基準なし 基準なし 基準なし 潜熱抵抗を3回測定して平均値を求める。 基準値として、 （1/顕熱抵抗+1/潜熱抵抗）≧21（Ｗ/℃・ｍ２） 任意試験 気温30℃、相対湿度50％の環境室内で最大運 動能力の50％で30分運動 1）直腸温≦38.5℃ 基準なし 基準なし 基準なし 2）平均皮膚温≦37℃ 3）直腸温と平均皮膚温の差≧0.5℃ 4）心拍数≦最高心拍数の85％ 5）体重減少量≦1000ｇ/時 JIS L 1094 基準なし 基準なし 同左 帯電電荷量≦７μC ISO 5077 ISO 5077 ISO 5077 同左 寸法変化率≦3％ 寸法変化率≦3％ 寸法変化率≦3％ JIS L 0842 基準なし 基準なし 基準なし ≧4級 基準なし 基準なし 基準なし ≧3.2ｋｇ 187 11 今年度の報告書のまとめ 11.1 試験防火服生地の選定 今年度選定した消防用防火服の候補として、水準①∼水準⑦までを選び、冷却剤の使用 も考慮する案を「消防用防護服性能評価手法研究会」に提出して検討した結果、水準①∼ 水準⑥までを採用し、冷却剤の使用はできれば行うこととし、また、水準①については快 適性、機能性の実験は行うが耐熱性の実験は行わないことに決定した。 選んだ防火服の快適性は、水準①密閉型＜水準②他都市アルミ型＜水準③ＮＦＰＡ＜水 準⑥Ｔ都市現行防火服＜水準④ＷＩＬＤ ＬＡＮＤ＜水準⑤執務服の順に良くなると考え られる。 なお、防火服の試験時は、上記防火服以外に綿下着の T-シャツ、ブリーフ、さらに執務 服のズボンを着用することとした。これは、通常の消火作業時に着用する標準の衣服構成 のためである。ただし、執務服の試験は、T-シャツ、ブリーフのみを着用して試験するこ ととした。 11.2 消防隊員用防火服生地の一般性能、耐熱性能 今年度選択した快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能をまと めると表 11.2 となる。なお、表中で 色の部分は（財）日本防炎協会及び ISO 11613： 1999 の両方の基準を満たしていない部分であり、 色の部分は（財）日本防炎協 会基準のみを満たしていない部分であり、 色の部分は ISO 11613：1999 の基準の みを満たしていない部分である。また、（ ）内の数値は生地が銀面編地の基準である。 表 11.2 快適性能の異なる４種の消防用防火服生地の一般性能、耐熱性能 性 能 引張強 さ たて方向（Ｎ） 残留引 張強さ たて方向（Ｎ） 引裂強 さ たて方向（Ｎ） 表面湿 潤耐性 よこ方向（Ｎ） (財)日本防 ISO 11613： 防火服 防火服 B 炎協会基準 1999 A 上衣 下衣 1820 715 2540 防火服 C 防火服 D 上衣 下衣 2080 2080 1090 ≧1200 （≧450） ≧450 よこ方向（Ｎ） よこ方向（Ｎ） ≧40 （≧25） ≧25 試験１回目 試験 2 回目 ≧4 ≧4 試験 3 回目 外層 洗濯収 透湿防 縮性 水層 内層 1904 618 1880 1320 1320 660 1720 700 2470 2040 2040 1080 1848 605 1870 1320 1320 652 97.6 90.3 132 103.4 103.4 45.3 97.2 86.5 128.9 75.3 75.3 35.6 5 4 5 5 5 4 5 5 5 5 5 4 5 4 5 5 5 4 たて（％） ≦3 ≦3 -1.0 -3.0 -2.0 -2.0 -2.0 -3.0 よこ（％） ≦3 ≦3 -2.0 -3.0 -2.2 -0.5 -0.5 -3.0 たて（％） ≦3 ≦3 -2.5 -2.5 -2.4 -2.5 -2.5 ― よこ（％） ≦3 ≦3 -1.5 -2.5 -2.8 -2.5 -2.5 ― たて（％） ≦3 ≦3 -1.0 -2.5 ― -1.0 -2.5 ― よこ（％） ≦3 ≦3 0.0 -2.0 ― -0.5 -1.0 ― 188 性 能 40％NaOH（％） 裏面への浸透 液体化 学薬品 浸透耐 性 36％HCl（％） 裏面への浸透 30％H2SO4（％） 裏面への浸透 p-キシレン（％） 裏面への浸透 炎 表側 耐炎性 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 97.6 98.8 96.8 99.0 98.7 75.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 97.7 98.2 96.5 98.0 98.6 77.3 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り ＞80 ＞80 95.0 89.0 88.2 92.1 93.2 30.0 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り 端に達しな 端に達しな 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 い い しない しない しない しない しない しない 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 着炎滴下物 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 端に達しな 端に達しな 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 端に達 い い しない しない しない しない しない しない 穴あき 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 着炎滴下物 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 残炎く秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 残じん（秒） ≦２秒 ≦２秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 0秒 t24（秒） ≧18 ≧18 22.1 45.6 20.9 15.5 t24-t12（秒） ≧4 ≧5 7.3 18.9 7.0 6.1 熱透過率（％） ≦50 ≦48 22.9 8.9 23.8 27.1 HTI24 ≧13 ≧13 24.6 15.9 14.1 16.8 12.7 4.7 HTI24-HTI12 ≧4 ≧4 7.1 4.7 4.2 5.0 3.6 1.6 溶融 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 溶融滴下 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 分離 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 発火 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 寸法変 外層 化率 たて 透湿防 （％） 方向 水層 ＜5 ＜5 1.5 3.0 2.2 2.0 2.0 3.5 ＜5 ＜5 2.0 2.8 2.5 1.8 1.8 ― 内層 ＜5 ＜5 2.2 2.0 ― 2.2 3.0 ― よこ方 外層 ＜5 ＜5 2.0 3.0 2.8 2.5 2.5 3.0 裏側 火炎暴露によ る防護性能 対流熱 暴露に よる防 護性能 防火服 C 防火服 D 上衣 下衣 98.8 99.0 70.0 穴あき 炎 放射熱 暴露に よる防 護性能 (財)日本防 ISO 11613： 防火服 防火服 B 炎協会基準 1999 A 上衣 下衣 ＞80 ＞80 98.0 98.0 95.0 189 向 透湿防 水層 内層 火炎と放射の両方の暴 TTI(秒) 露による防護性能 ＜5 ＜5 2.5 2.5 2.0 1.5 1.5 ― ＜5 ＜5 2.0 2.0 ― 2.3 2.8 ― ― ≧17.5(注) 24.8 14.5 15.2 14.5 11.9 4.6 (注) この基準は、ISO 11613：1999 のアプローチＡ（ヨーロッパ仕様）にはないがアプロ ーチＢ（北米仕様）に定められている。日本の基準は、ヨーロッパ仕様に準じてい る。 以上総括すると、防火服Ａは（財）日本防炎協会及び ISO 11613：1999 の両方の基準 に全ての性能が満たしている。しかし、重量が重く（表 3.1-2 を参照）快適性において 他の防火服に比較して劣ることが予想される。防火服Ｂ、防火服Ｃは日本で使用されてい る防火服であるが、放射熱及び火炎暴露による防護性能で基準を満たしていないものがあ り、改良すべきである。また、火炎と放射の両方の暴露による防護性能の基準に現行の日 本の防火服２種とも適合していないために、北米では使用できない。防火服Ｄは、もとも と森林用防火服であるため、活動性を優先にして作成された防火服であるため、建物火災 用の防火服の性能基準である（財）日本防炎協会及び ISO 11613：1999 の基準に適合し ないのも当然といえる。 11.3 消防用防火服の透湿防水層が伝熱に及ぼす影響 透湿防水層が防火服の断熱性能を上げることを実験で確認した．また，各布間に空気層 がある場合，透湿防水層を入れると表地の裏面温度が高くなることが分かった．さらに， 布間の空気層を密閉しない場合は，密閉した場合より，3 層の布の場合は断熱層の裏面温 度が下がることを示した．2 層の布の場合は断熱層の裏面温度は，空気層の密閉の有無に よってほとんど変化しなかった．数値解析を行ったが，実験結果の現象解明には至らなか った．これは，モデルの精度と推定した物性値の精度がまだ十分でないからである．特に， 布からの自己放射をモデルに入れる必要がある．布の吸収係数と反射率の推定法の提案を 行ったが，この推定法の校正も今後必要である． 11.4 サーマルマネキンによる耐炎性能の評価 Ｔ都市用防火服を基準に快適性の異なる 3 水準及び執務服の計 5 水準の防火服の下に下 着、作業着（執務服のズボン）をサーマルマネキンに着用させ、平均熱流束 84±4kW/m2、 暴露時間 2∼8 秒の条件で暴露試験を行った結果をまとめると次のようになる。 (1) 裸マネキンの熱流束、着衣マネキンでの同条件での以前の結果と今回の結果はほぼ 対応しており、以前の結果と今回の結果に対して比較検討をすることは可能である。 (2) 暴露後の収縮率、損傷程度は、防火服３＜防火服１＜防火服２＜防火服４＜執務服 の順となる。 (3) 耐炎性能の順位は、耐炎性能のよい順に防火服１＞防火服２＞防火服３＞防火服４ となる。 (4) ８秒及び５秒暴露での下着は、第２度+第３度火傷割合を約 13∼15％程度減じる効 果がある。 190 (5) 熱流束 84±4kW/m2 の火災環境において、防火服１∼3 は暴露時間５秒程度、防火服 ４、執務服については暴露時間２秒程度は重症度で軽症ですむ。また、防火服１は８ 秒暴露でも下着を着ていれば重症度で軽症ですむといえるが、防火服２、防火服３は ８秒ではかなりの火傷を負うため重症度で中等症、重症となってしまう。また、１層 構造の防火服４は執務服より耐炎性能は高いが、暴露時間２秒までなら重症度が軽症 ですむが、それ以上の暴露だと中等症、重症となり耐炎性能が十分とはいえない。 11.5 発汗ホットプレート装置を用いた消防服生地の快適性能試験 (1) 現用消防服生地でもトータル熱損失で測定した快適性に大きな差がある。 (2) 大差の原因は蒸発熱損失が小さいことにあり、ｱﾙﾐ系表地の接着剤、ラミネートフィ ルムが水分子を透過しないためと推定される。 (3) 各熱損失は加成則が成立する。したがって、構成素材のデータから積層の推定が可 能である。 (4) 熱損失は空気層厚みと極めて相関性が強く、蒸発熱損失はﾎﾟﾘﾏｰ層厚みと相関性がよ い。トータル熱損失の中でウエイトの大きい蒸発熱損失と相関性の大きな因子の考 察が必要である。 (5) ﾄｰﾀﾙ熱損失は熱抵抗と蒸発抵抗の両方を含んでおり、消防服生地の快適性評価指標 として適している。ただし、指標として蒸発熱損失も規定する必要がある 11.6 発汗サーマルマネキンによる消防用防護服の快適性評価について (1) サーマルマネキンは衣服の布と構成エアギャップの影響等の評価に有効である。 (2) 防護服の快適性には蒸発抵抗が大きく影響し、その評価には発汗サーマルマネキン が不可欠である。 (3) 各層の効果の分析には熱・水分共存系のスキンモデルが有効である。 以上のことから、消防用防護服の温熱的快適性の評価方法としては、一般のサーマルマ ネキンではなくて、発汗サーマルマネキンが極めて有効であり、また各構成布の特性を評 価する方法としてはスキンモデルが有効である。 11.7 消防用防火服の環境室内での快適性、機能性の評価 23 歳から 25 歳の大学生 6 名を対象に、5 種類の防火服および執務服の着用時の高温環 境下における自転車エルゴメーターによる運動を行った際の温熱負担について生理的・ 心理的側面から評価し、以下のような結果が得られた。 (1) F 防火服着用時の生理・心理反応 生理反応については、直腸温、平均皮膚温、心拍数、体重減少量及び衣服付着汗量を測 定し評価した。まず体温についてみてみると、直腸温の結果からは、密閉式仕様の F は運 動期後半より他の着衣条件より上昇が大きく、運動開始 8 分目でヘルメットを外す設定で 行ったが、回復期においても直腸温は上昇した。また、F では測定開始直後の安静時から、 平均皮膚温が他の着衣条件より有意に高かった。さらに、心拍数は、F が他の着衣条件よ り最も高い値を示し、運動終了後には 171.8 拍/分であり、回復時には 130 拍/分であった （p<0.05）。つまり、F 着用時は、体温調節機能に加え、心機能への負担も大きかったこと が示唆された。また、一般に心拍数が 180 beats/min 以上になると熱虚脱を起こす恐れがあ ると言われていることからも、F 着用時の熱負担がかなり大きかったことが推察される。 一方、心理反応については、温冷感、温熱的不快感、自覚運動強度及び湿度感の主観申 191 告をもとに評価した。F の着衣条件では、安静時から全身及びすべての部位の温冷感、不 快感は他の着衣条件に比べ、暑い側、不快側の申告であった。F では、運動開始から約 8 分目からは、被験者の呼吸困難を考慮してヘルメットを外したにも関わらず、運動後半も、 暑い不快側へ申告が移行し続け、他の条件よりもその上昇は顕著であった。自覚運動強度 は、全身、足部ともに F が他の着衣条件に比べきつい側の申告であることが認められ、湿 度感も安静時、運動期ともに他の着用条件より湿っている側の高値を推移した。すなわち、 生理反応で最も温熱負担が大きいと考えられた F の防火服着用時は、心理的にも暑さ・不 快の程度が他の防火服に比べて強いことが認められた。F の防火服は他の防火服に比べ、 全身密閉で素材が全体アルミであり、重量もかなり重い。これらの特徴が相互に影響し、 このような結果を生んだと思われる。 (2) A~E 防火服着用時の生理・心理反応 次に F を除く 5 着衣条件（A~ E）での比較においては、A、B の直腸温と平均皮膚温の 差の減少が大きく、C、D に比べ、それは有意に低値であった（p<0.01）。また、運動終了 直前の心拍数をみると、A が最も多く、その値は 166 拍/分となり、次いで、B が 157 拍/ 分と多かった。体重減少量には条件間に有意差が見られなかったが、衣服付着汗量は A≑B>C>D>E の順位で多かった。これらのことを加味して考えると、A、B の防火服着用時 は C、D、E に比べると熱放散がうまく機能せず、体内への著しい蓄熱が起こっていること が示唆された。体重減少量には条件間の差が見られなかったが、衣服付着汗量の結果から、 A、B 着用時は大量の発汗が生じたと考えられ、その多くが無効発汗であり、体液量の減 少（脱水）を招き皮膚血流量と発汗による熱放散を減少させ、過度の体温上昇をまねいて いたと考えられる（平田ら、2002） 。 心理反応について 5 着衣条件（A~E）で比較すると、全身及びすべての部位の温冷感及 び不快感は、A、B、C がほぼ同様な申告で E より暑い側、不快側の申告であった。執務服 E を除く防火服 A~D の中では D が有意差はなかったが、温冷感、不快感、全身の運動強 度の結果から相対的には暑さ、不快、きつさの程度が小さいことが示された。 密閉式の F を除く 5 条件の中では、A、B 着用時の身体への温熱負荷が大きく、体内へ の蓄熱が大きかった。つまり、A、B は熱放散性が他の着衣条件に比べて非常に劣るとい うことが示された。A は、5 条件の中で最も重量が重いという特徴を有する。中でも A は 運動中の心拍数が他の条件よりも多く、自覚運動強度においての評価でも、最もきついと いう申告であったことを考えると、この重量の違いが心拍数増加や心理的なきつさをより 高めたのではないかと考えられた。また B は表地の素材がアルミであるという特徴を有し ている。アルミの素材は通気性・透湿性が共に極めて悪く、断熱性が高いことが認められ ており、この素材の特徴が他の素に比べて熱負担を増大させたことが示唆された。さらに、 A~D の防火服の中では D が体温上昇、心拍数の増大が最も小さく、心理的にも暑さ不快の 程度が小さいことが示され、D の防火服は一層で構成され、重量も軽いことがこのような 結果となったと推察された。 今回 5 種類の防火服を用い評価を行ったが、着衣条件によって、高温環境下における 運動負荷時の身体への温熱負担の違いが示された。今回用いた防火服は、現在、様々な 場所で実際に使用されている防火服ではあるが、その重さや素材の違いにより、防火服 着用者への生体への負担や心理的影響に大きな違いを生むことが明らかとなり、今後防 192 火服の機能性と着用者の生体負担の両方からの検討がますます必要になってくると考え られる。 11.8 消防活動モデルを用いた防火衣のフィールド試験 消防活動モデルを用いて防火衣のフィールド試験を実施し、以下のような結果を得た。 (1) 質量の大きい防火衣は身体への負荷が大きくなり、快適性、機能性が劣る。 (2) 質量の小さい防火衣ほど快適性、機能性に優れる。 (3) 質量が小さくてもフィット感が悪いと、機能性が劣る。 (4) 安全帯を着用することによって、快適性は劣るが、一定のフィット感が得られる。 (5) 下半身の自由度が低い防火衣は、機能性が劣る。 11.9 消防隊員用防火服の耐熱性や快適性、機能性の評価手法及び基準値の提案 日本の消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機能性能の評価手法及び基準値は、表 11.9 のようにまとめられる。この表には、ISO/CD 11613 及び(財)日本防炎協会の性能基準 も併せて載せた。 193 表 11.9 消防隊員用防火服の耐熱性能、快適性能、機能性能の評価試験及び基準値 ISO/CD 11613.2:2004-11-8(建物火災用消防隊員用個人防護装備） 性能１ 性能２(ヨーロッパ仕様） 性能３(北米仕様） ISO 15025 難燃性 残炎・残じん≦2s 同左 同左 全焼穴あき着炎溶融不可 ISO 9151 ISO 9151 ISO 9151 熱伝達 HTI24≧9 HTI24≧13 HTI24≧17 （火炎暴露） ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧3 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧3 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧4 ISO 6942 ISO 6942 ISO 6942 t24≧10ｓ t24≧18ｓ t24≧26ｓ 熱伝達 （放射熱照射） t24-t12≧3ｓ t24-t12≧4ｓ t24-t12≧4ｓ TF≦70% TF≦60% TF≦50% 耐熱・耐 火炎と放射熱 ISO 17492 ISO 17492 ISO 17492 炎性能 の両方に対す TTI≧700 TTI≧1050 TTI≧1400 る防護 180℃のオーブン中で5分 180℃のオーブン中で5 180℃のオーブン中で5 試験 分試験 分試験 耐熱性 溶融、滴下、分離、発火は 溶融、滴下、分離、発火 溶融、滴下、分離、発火 不可 は不可 は不可 収縮率≦5％ 収縮率≦5％ 収縮率≦10％ 性 能 要求事項 任意試験 衣服全体の試 ISO/DIS 13506サーマル 験 マネキン試験、基準なし ISO 6942 A法 放射熱照射後 2 の素材の残留 10ｋW/m ISO 5081 強度 機械的強 ≧450N 度の性能 ISO 13934 Part1 引張強さ ≧450N ISO 4674 A2法 引裂強さ ≧20N ISO 6530 40%NaOH,36%HCl,30%H2S 耐化学薬 液体化学薬品 O4,o-キシレン100％ 品性能 の耐浸透性 流失＞80％ 裏面への浸透なし 表面の濡れ性 ISO 4920 能 撥水度≧4 耐水性能 耐水性 透湿性、快適性 発汗マネキン試 快適性 験 能、機能 性能 環境室内での 消防隊員による 快適性、機能性 試験 静電気性 能 その他の 性能 規格等に はない性 能 帯電性 洗濯収縮耐性 基準なし ＩＳＯ 11092 蒸発抵抗≦10m2Pa/W ASTM F 1868 PartC 全熱損失≧400Ｗ/m2 基準なし 基準なし 基準なし ISO 5077 寸法変化率≦3％ (財)日本防炎協会防 火服性能基準 この研究により提案した防火服の性能基準 同左 同左 ISO 9151 HTI24≧13 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧4 ISO 6942 t24≧18ｓ t24-t12≧4ｓ TF≦50% 基準なし 任意試験 ISO/DIS 13508サーマ ルマネキン試験、基準 なし 任意試験 ISO/DIS 13506サーマ ルマネキン試験、基準 なし ISO 6942 A法 10ｋW/m2 ISO 5081 ≧450N ISO 13934 Part1 ≧450N ISO 4674 A2法 ≧25N ISO 6942 A法 20ｋW/m2 ISO 5081 ≧600N ISO 13934 Part1 ≧800N ISO 4674 A2法 ≧40N ISO 6942 A法 10ｋW/m2 ISO 5081 ≧1200N ISO 13934 Part1 ≧1200N ISO 4674 A2法 ≧40N ISO 6530 40%NaOH,36%HCl,30% H2SO4,ｐ-キシレン 100％ 流失＞80％ 裏面への浸透なし ISO 4920 撥水度≧4 同左 ISO 4920 撥水度≧4 ISO EN 20811 水圧増加速度 =10mbar/min 水滴出現圧力≧20kPa ISO 6942 t24≧18ｓ t24-t12≧6ｓ TF≦30% 任意試験 ISO 17492 TTI≧960 180℃のオーブン中で 5分試験 溶融、滴下、分離、発 火は不可 収縮率≦5％ 任意試験 ISO/DIS 13507サーマ ルマネキン試験、基準 なし 同左 ISO 9151 HTI24≧12 ＨＴＩ24-ＨＴＩ12≧4 同左 任意試験 ISO/DIS 13506 サーマルマネキン試験5秒暴露で 第２度+第３度火傷割合＜15% 同左 同左 同左 同左 ISO 4920 同左 撥水度≧4 ISO EN 20811 水圧増加速度 基準なし 同左 =60mbar/min 水滴出現圧力≧ 175kPa 任意試験 ＩＳＯ 11092 ＩＳＯ 11092 ISO 811静水圧試験、 ASTM F 1868 PartC 蒸発抵抗≦30m2Pa/W 蒸発抵抗≦40m2Pa/W 基準なし 全熱損失≧300Ｗ/m2 ASTM F 1868 PartC ASTM F 1868 PartC ISO 11092透湿性試 全熱損失≧300Ｗ/m2 全熱損失≧200Ｗ/m2 験、基準なし 任意試験 環境室温度20℃、湿度50％において防火服の 顕熱抵抗を3回測定して平均値を求める。 環境室温度34℃、湿度50％において防火服の 基準なし 基準なし 基準なし 潜熱抵抗を3回測定して平均値を求める。 基準値として、 （1/顕熱抵抗+1/潜熱抵抗）≧21（Ｗ/℃・ｍ２） 任意試験 気温30℃、相対湿度50％の環境室内で最大運 動能力の50％で30分運動 1）直腸温≦38.5℃ 基準なし 基準なし 基準なし 2）平均皮膚温≦37℃ 3）直腸温と平均皮膚温の差≧0.5℃ 4）心拍数≦最高心拍数の85％ 5）体重減少量≦1000ｇ/時 JIS L 1094 基準なし 基準なし 同左 帯電電荷量≦７μC ISO 5077 寸法変化率≦3％ ISO 5077 寸法変化率≦3％ ISO 5077 寸法変化率≦3％ 耐光堅牢度 基準なし 基準なし 基準なし 基準なし 重 量 基準なし 基準なし 基準なし 基準なし 194 同左 JIS L 0842 ≧4級 ≧3.2ｋｇ 12 おわりに 消防用防火服の快適性能、機能性能の評価手法の研究に関して、大学の先生、消防機関、 防火服の縫製メーカ、服地の素材メーカ、試験装置メーカ、各種服地の物性試験を行なう 法人などの参画を得て消防用防火服性能評価手法研究会を組織し最終年度の報告書を作成 することができた。 ここで提案した消防隊員用防火服の評価手法及び基準値は、まだまだ不十分な所がある が、世界標準である ISO 規格を基に統一的な評価手法及びそれらの基準値を決めることが できた。消防隊員が着用する防火服の開発において、道具としてここで提案した評価手法 を活用していただければと思う次第である。 また、ISO などの国際会議において、ここで得た基礎的データを基にして、日本側の意 見を ISO 規格の中に取り入れていただくよう活用していただければと思う次第である。 195 本報告書の本文用紙は古紙100％（白色度70.0％）を使用しています。 消防研究所研究資料第68号 消防用防火服の総合的な評価手法に 関する研究報告書 平成17年７月 独立行政法人消防研究所 東京都三鷹市中原３丁目14番1号（〒181-8633） 電 話 ＦＡＸ （0422）44－8331㈹ （0422）42－7719 印刷所 株式会社 ISBN4-88391-071-7 三 州 社 消防研究所研究資料一覧 号数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 題 名 武蔵野台地における地表水および地下水の測水資料 武蔵野吉祥寺における揚水実験資料 武蔵野台地における帯水層の性状に関する調査資料 地震時における少量危険薬品の出火危険とその対策 大震火災の延焼性状に関する研究野外火災実験 概要報告 市街地火災の延焼性状等に関する研究 旧松尾鉱山廃屋火災実験報告書 四日市市大協石油タンク火災原因調査報告書 石油タンク消火実験結果報告書 呉市山林火災現場付近の小気候 主要繊維・プラスチックの延焼・熱分解時の重量減少と発生ガス 酒田市大火の延焼状況等に関する調査報告書 炭化水素系燃料による可燃性蒸気雲の爆発特性に関する研究 －ファイヤー ボールに関する実験－ 震害分布と表層地盤の関係に関する調査資料 －関東資料－ 日本海中部地震による危険物施設の挙動に関する調査報告書 水幕と樹木の併用による延焼防止向上効果に関する研究報告書 石油タンクの底板・アニュラー板の裏面腐食に関する研究 －厚さ分布と腐食 量について－ 円筒貯槽のスロッシングに関する研究報告書 修復石油タンクの水張り試験時ＡＥ特性 簡易型火災警報器の非火災報に関する調査・研究 火源の輪郭抽出 林野火災の飛火延焼に関する研究 パソコンを用いた林野火災の拡大予測に関する研究 早期津波予測システムに関する資料 火災規模の防炎効果に及ぼす影響に関する研究 火災性状把握システムに関する研究 その１－非火災報データベースに関す る共同研究報告書 火災性状把握システムに関する研究 その２－火災性状把握システムの試作 に関する共同研究報告書 防炎物品等を含む火災における発生ガスの毒性に関する研究 火災性状把握システムに関する研究（２次） 実用化をめざしたシステムの改 良に関する共同研究報告書 地下利用の特殊空間内における火災性状に関する研究報告書 大火源燃焼試験方法によるカーテンの燃焼性評価に関する研究報告書 阪神・淡路大震災における石油タンクの座屈強度に関する調査研究報告書 ISO 6941による収縮性、溶融性繊維の燃焼性評価に関する研究報告書 平成５年８月６日鹿児島豪雨災害時における鹿児島市民の災害時の行動に関 する調査報告書 火災性状把握避難誘導システムに関する研究（その１ 試作システムの概要） 火災性状把握避難誘導システムに関する研究（その２ 試作システムのソフト リスト） 地下施設における火災の特性に関する研究報告書 コーンカロリメーターによる防炎材料の燃焼性状に関する研究報告書 地下施設における火災の特性に関する研究報告書 少量水による大火災の延焼阻止技術の開発に関する研究報告書 被害情報の早期収集システムに関する研究 年月日 Ｓ43．12 Ｓ44．12 Ｓ45．12 Ｓ48．３ Ｓ48．10 Ｓ50．７ Ｓ50．10 Ｓ51．３ Ｓ52．３ Ｓ52．３ Ｓ52．10 Ｓ53．10 Ｓ55．１ Ｓ59．１ Ｓ60．３ Ｓ61．２ Ｓ61．３ Ｓ61．３ Ｓ61．３ Ｓ63．３ Ｓ63．３ Ｈ２．３ Ｈ３．３ Ｈ３．３ Ｈ３．３ Ｈ３．３ Ｈ５．３ Ｈ５．３ Ｈ６．３ Ｈ７．３ Ｈ８．３ Ｈ８．３ Ｈ８．３ Ｈ８．３ Ｈ８．３ Ｈ９．３ Ｈ９．３ Ｈ９．３ Ｈ９．12 Ｈ10．３ 消防研究所研究資料一覧（つづき） 号数 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 題 名 照明灯による舞台幕の着火・燃焼性状に関する実験的研究報告書 市街地火災時の空中消火による延焼阻止効果に関する研究報告書 実大規模でのカーテン類の燃焼性状に関する実験的研究報告書 大震火災時における地域防災活動拠点の安全性確保に関する研究報告書 市街地火災時における空中消火の延焼阻止効果に関する研究報告書 大規模石油タンクの延焼に関する研究報告書 プラスチックパレットの難燃化とその燃焼性に関する研究報告書 市街地火災時の空中消火による火災抑止効果に関する研究報告書 文化財建造物等の防炎対策に関する研究報告書（その１） 地下施設における消防活動のための加圧防排煙技術に関する研究報告書 その１ 中型基本地下模型を用いた加圧防排煙実験 地下施設における消防活動のための加圧防排煙技術に関する研究報告書 その２ 小型基本地下模型を用いた加圧防排煙実験 ＡＥ法による石油タンク底部の腐食モニタリング技術に関する共同研究報告 書 文化財建造物等の防炎対策に関する研究報告書（その２） 煙量を減少させる添加剤を含む可燃性液体の燃焼性状に関する報告書 ＡＥ法による工水タンク底部の漏洩のモニタリング技術に関する共同研究報 告書 水による固体可燃物火災の消火と延焼阻止の機構に関する研究報告書 実大規模燃焼実験による難燃杉材の燃焼性状に関する研究報告書 動物性飼料の自然発火に関する研究報告書 ウォーターミストの消火機構と有効な適用方法に関する研究報告書 分冊１ ウォーターミストの消火機構と有効な適用方法に関する研究報告書 分冊２ ヒドロキシルアミン及びその塩類の危険性に関する研究報告書 消防用防火服の耐熱性能の評価に関する研究報告書 林野火災の発生危険度と拡大を予測するシステムの開発に関する研究報告書 消防用防火服の快適性能、機能性能の評価に関する研究報告書 ＡＥ法による石油タンク底部の腐食劣化評価に関する共同研究－平成15年度 共同研究報告書－ 地下鉄火災における駅構内の煙流動シミュレーションに関する研究報告書－ 韓国大邱市の地下鉄中央路駅の場合－ 救急対応の実情に関する調査報告書－救急対応に関するアンケート調査結 果－ 消防用防火服の総合的な評価手法に関する研究報告書 年月日 Ｈ10．３ Ｈ10．３ Ｈ11．３ Ｈ11．３ Ｈ11．３ Ｈ11．９ Ｈ12．３ Ｈ12．３ Ｈ12．３ Ｈ13．３ Ｈ13．３ Ｈ13．８ Ｈ13．９ Ｈ14．２ Ｈ14．３ Ｈ14．10 Ｈ14．10 Ｈ15．３ Ｈ15．３ Ｈ15．３ Ｈ15．11 Ｈ16．１ Ｈ16．３ Ｈ16．６ Ｈ16．６ Ｈ17．３ Ｈ17．３ Ｈ17．７