原子ガルとは金属加工現場での地震対策に不可欠な加速度単位

原子ガルとは

原子ガルの定義と加速度の基本概念

ガル（Gal）は、地震の揺れの強さを表す加速度の単位であり、物理学者ガリレイの名前に由来している。1ガルは毎秒1cmの割合で速度が増すこと（加速度）を示しており、具体的には1gal＝1cm/秒²として定義される。
参考）ガル(Gal)｜原子力ライブラリ｜原子力発電について｜事業概…

 

加速度の概念を理解するために、身近な例で考えてみよう。

• 電車が急発進するとき、乗客の体が後ろに押し付けられる感覚
• エレベーターが上昇開始時に感じる軽い浮遊感
• 自動車の急ブレーキで体が前に傾く現象

これらはすべて加速度の作用によるものであり、地震時にも同様の力が建物や機械に作用する。金属加工現場では、旋盤やフライス盤といった精密機械がこの加速度の影響を受けるため、適切な耐震対策が不可欠となる。

 

人間が体感できる最小の加速度は約0.6ガル程度とされており、これは非常に微細な揺れでも感知できることを示している。一方、地球の重力加速度は980ガルに相当し、物体が自由落下する際の加速度として基準値となっている。
参考）ガル（Gal）｜リスク管理Navi [用語集]

 

原子力発電所における原子ガルの実用的活用事例

原子力発電所では、地震計が一定以上の揺れを感知すると、制御棒が自動挿入され原子炉が停止するシステムが導入されている。この安全停止システムの基準値として、ガルが重要な役割を果たしている。
参考）地震から発電所を守る - 北海道電力

 

具体的な設定値は発電所により異なるが。

• 泊発電所1、2号機：横揺れ280ガル、縦揺れ140ガル
• 泊発電所3号機：横揺れ200ガル、縦揺れ100ガル
• 志賀原子力発電所：基準地震動1000ガル

  参考）https://www.rikuden.co.jp/anzentaisaku/taisaku/jishin.html

   

これらの数値は、想定される地震の最大加速度を基に設定されており、金属加工業界においても同様の考え方で機械の安全停止システムを構築することができる。例えば、NC工作機械や産業用ロボットに地震センサーを組み込み、設定値を超えた揺れを検知した際に自動停止する仕組みが実用化されている。

 

福島第一原子力発電所では、設計時の想定449ガルを上回る507ガルが実際に観測されたという事例もあり、想定を超える地震への備えの重要性が明確になっている。

原子ガル測定における金属加工現場の耐震設計基準

金属加工現場における耐震設計では、建物の新耐震基準で定められた300～400ガル程度の地震動を基準として考える必要がある。これは、震度6強～7程度の揺れに相当し、関東大震災級の地震（330ガル）を想定した設計基準である。
現代の金属加工工場では、以下の耐震対策が重要となる。
建物構造面での対策：

• 強固な基礎の構築（原子力発電所と同様の岩盤直接建設）
• 鉄骨構造の耐震補強
• 機械設置部分の免震・制振装置導入

機械設備面での対策：

• 工作機械のアンカーボルト強化
• 地震感知センサーによる自動停止システム
• 配管・配線の耐震固定

安全管理面での対策：

• 地震発生時の作業員避難手順策定
• 定期的な耐震性能点検
• 地震後の機械精度確認プロトコル

これらの対策により、エレベーターの法定上限である980ガルレベルの揺れにも対応できる工場設計が可能となる。

原子ガルを活用した金属材料の構造解析技術

金属加工業界では、地震時の加速度が材料の微細構造に与える影響について、近年研究が進んでいる。特に、ナノレベルでの金属原子の挙動解析において、ガル単位での加速度測定が重要な役割を果たしている。
参考）マイクロ波液中プラズマ法による金属ナノ粒子の合成

 

マイクロ波液中プラズマ法による金属ナノ粒子合成研究では、プラズマによって水分子が分解され、水素ラジカルや水和電子が生成される過程で、微細な加速度変化が金属イオンの還元反応に影響を与えることが明らかになっている。この現象は、地震時の微細振動が金属加工品の品質に与える影響を理解する上で重要な知見となる。
具体的な応用例として。

• 精密切削加工における振動解析
• 溶接時の微細振動による品質影響評価
• 熱処理炉内での地震時材料変化予測
• 表面処理工程での加速度影響調査

これらの研究により、従来見過ごされていた微細な振動が製品品質に与える影響を定量的に評価できるようになり、より高精度な製品製造が可能となっている。

 

原子ガル基準による金属加工機械の安全管理システム

現代の金属加工現場では、原子力発電所で培われたガル基準による安全管理システムを応用した地震対策が導入されている。このシステムは、リアルタイムでの地震動監視と自動安全停止機能を組み合わせた総合的な安全管理を実現している。

 

多段階警戒システムの構築：

• 第1段階（50ガル）：注意喚起アラーム発生
• 第2段階（100ガル）：作業一時停止推奨
• 第3段階（200ガル）：全機械自動停止
• 第4段階（300ガル）：緊急避難指示

このシステムにより、作業員の安全確保と高価な設備の保護を両立できる。特に、CNC工作機械やマシニングセンターといった精密機械では、微細な振動でも製品精度に影響するため、50ガル程度の軽微な揺れでも検知し、必要に応じて加工を一時停止する機能が重要となる。

 

また、地震後の復旧作業では、機械の精度確認が不可欠である。基準値以上の揺れを検知した機械については、以下の点検項目を実施する。

• 主軸の振れ精度測定
• 送り機構の位置決め精度確認
• 工具交換機構の動作確認
• 冷却液系統の配管点検

これらの管理により、地震発生後も迅速かつ安全な操業再開が可能となり、製造業の事業継続性確保に大きく貢献している。戦闘機パイロットが8,820ガルの負荷に耐えるように、適切な設計と管理により機械設備も想定以上の地震動に対応できる体制構築が求められている。