JP3471065B2 - キャブタイヤケーブルの磁気シールド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は建築物等において、鉄骨
にスタッドボルトを溶接する時に、スタッドボルト溶接
用キャブタイヤケーブルに大電流が流れることによって
鉄骨等の強磁性材が磁化するのを防止するために用いる
キャブタイヤケーブルの磁気シ−ルド装置に係るもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年のインテリジェントビルを代表とす
る事務所ビルや、クリーンルームを設置した精密工場等
に設置される機器には、磁気に対して敏感なものが多く
なってきている。例えば、コンピューター用のＣＲＴ
は、１Ｇ（ガウス）程度の直流磁場で画面が歪んだり色
ずれが生じたりする。また、磁気情報により走行が制御
されるタイプの無人搬送車は、１〜２Ｇ程度の磁気が誤
動作の原因になり得る。

【０００３】次に実際の磁気障害事例として、無人搬送
車の誤動作について述べる。これは、精密工場のクリー
ンルームに設置された光学式誘導方式の無人搬送車が、
ある一定の場所で異常停止するというものである。この
搬送車は、床面に連続で貼られた反射テープのガイドに
沿って走行しており、ポイント毎に床面に貼られた磁石
シ−トの磁気番地情報により、右折・左折・停止等の走
行制御がなされている。誤動作の原因は、床面から発生
している磁気を磁石シ−トからの停止情報と誤って認識
したためであった。

【０００４】図１は、現地測定による床面から２５ｍｍ
の高さにおける磁気の平面分布図である。磁気は床上に
不規則に分布しているが、搬送車上の磁気センサーが通
るラインにある３Ｇ以上のポイントと異常停止箇所は一
致していた。この他にも、搬送車の走行ライン以外の場
所で直接問題にはならなかったが、大きい磁気が床面上
に観測された。

【０００５】一般に、建物内の床面上に存在する磁気の
発生源としては、以下の５項目の要素が考えられる。 （イ） 建築構造材である鉄骨・鉄筋・ボルト等の強磁
性体の残留磁気 （ロ） 動力線等の電力設備から発生する磁気 （ハ） 階下の変電室や機械室から漏洩する磁気 （ニ） 誤ってコンクリート中に埋め込まれた永久磁石
から発生する磁気 （ホ） 設備機器中の永久磁石やコイルから発生する磁
気 このうち、（ロ）乃至（ホ）は発生源の存在が明らかに
限定される特殊なケースであり、かつ永久的に磁気を発
生するため、これに対処するには発生源を取り除くか、
発生源から遠ざけるか、あるいは磁気シ−ルドを施す手
段しかない。

【０００６】しかし、一般的な床面においては、（イ）
の強磁性体の残留磁気が磁気発生源であることが多く、
どこででも起こり得る身近な問題として、今後その対策
が重要になるものと考えられる。前に挙げた精密工場の
ケースも、これに該当していた。ここで、鉄，コバル
ト，ニッケルの如き磁化され易い強磁性材の残留磁気の
問題について調査した結果を挙げる。

【０００７】図２は、本工場の床内部に存在する強磁性
体の断面配置図を示し、図に示す鉄骨ａ，鉄筋ｂ，スタ
ッドボルトｃ及びハイテンションボルトｄの４種の材料
について、残留磁気の可能性を以下にまとめる。なお、
図中ｅはスラブ，ｆは柱である。 （イ′）鉄骨ａは、製造工場において残留磁気を帯びて
いる。 （ロ′）鉄筋ｂは、ハンドリング用の電磁石により残留
磁気を帯びている。

【０００８】切断加工時にも磁化されるが、そのレベル
は小さい。 （ハ′）スタッドボルトｃは、溶接時の大電流によりボ
ルト自体が磁化される。溶接時にキャブタイヤケーブル
を流れる大電流により周辺の強磁性体が磁化される。 （ニ′）ハイテンションボルトｄは、最終工程で熱処理
を施されるので全く問題ない。

【０００９】図３は、施工中の鉄骨鉄筋コンクリート造
（ＳＲＣ造）の事務所ビルにおけるコンクリート打設前
の鉄骨梁周辺の強磁性体表面における磁気の分布図であ
る。鉄骨天端、スタッドボルト天端、及び鉄筋天端とも
ばらつきがあるが、大きな残留磁気を帯びていることが
わかる。また、図中、スタッドボルト溶接前の鉄骨天端
の値も示しているが、溶接前後で大きな差があることが
わかる。

【００１０】以下に示す表１は、スタッドボルト溶接時
に発生する磁気の測定値である。電流値は１，７００Ａ
で、通電時間０．６秒中のピーク値である。これから、
キャブタイヤケーブルの横で大きな磁気が発生している
こと、及びその影響で周辺の強磁性体が磁化されている
ことがわかる。このように、強磁性体の残留磁気の問
題、特にスタッドボルト溶接時のキャブタイヤケーブル
を流れる大電流による周辺強磁性体の磁化の問題は、ク
リーンな磁気環境が要求される高度情報化社会に向けて
解決すべき重要な課題である。

【００１１】

【表１】

【００１２】この問題が事前に分っていて、設計時点で
対策を考えるのであれば、床面に磁気シ−ルドを施す等
の手段がある。磁気シ−ルドは、パーマロイ，アモルフ
ァス，珪素鋼板，純鉄等の強磁性体材料で床面を覆い、
侵入磁場を吸い取る形で磁気の侵入を防ぐものである。
また本発明者は前記問題の解決策として、特開平５−１
３５９４８号公報において、床面を走行する無人搬送車
に磁気センサー，消磁用コイル，同コイルに交流電流を
流す交流電源と、前記磁気センサーによる床面からの磁
気検知信号を入力して前記交流電源を制御する制御装置
を装架した「床面の自動消磁装置」を提案した。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者の方
法は多大の手間を必要とし、コストが嵩み、必ずしも最
善の解決策とはいえない。また後者の方法は、建物完成
後に床面を全面消磁しようとするものであるが、鉄等の
保磁力の大きい材料に関しては、必ずしも完全な消磁が
できず、一部残留磁気が生じる可能性がある。

【００１４】残留磁気を完全になくすには、建物完成か
ら遡って製造工場及び施工時点で強磁性材に残留磁気を
残さない対策を講じることが肝要である。前述の残留磁
気の可能性に対応して対策を講じると、鉄骨ａと鉄筋ｂ
に関しては、ハンドリング時に電磁石を使用しないよう
にするとともに、製造工場において出荷時に脱磁作業を
行えば解決できる。これは製造時点の問題である。これ
に対してスタッドボルトｃの溶接は施工時の問題であっ
て、この問題を解決すれば、建物完成時に床面から磁気
が発生する可能性は大幅に減少される。

【００１５】以上を勘案して、本発明者等はスタッドボ
ルト溶接時にキャブタイヤケーブルを流れる大電流によ
って周辺の強磁性体が磁化される問題の解決策として、
特願平６−３１２３８号「磁気シ−ルドケーブルピッ
ト」を提案した。これはスタッドボルト溶接用キャブタ
イヤケーブルを内包した複数の磁気シ−ルドケーブルユ
ニットと、２次元平面上で任意の角度に回転可能な同ケ
ーブルユニットの継手とからなり、前記磁気シ−ルドケ
ーブルユニットは強磁性体からなる磁気シ−ルド層、ス
タッドボルト溶接用キャブタイヤケーブルを前記磁気シ
−ルド層のほぼ中央に固定する装置、及び前記ケーブル
ユニットを任意の位置に移動させる自在キャスターより
構成されている。

【００１６】これは磁気シ−ルドを施したケーブルピッ
トの中をキャブタイヤケーブルを通し、漏洩磁場を小さ
くして強磁性体への磁化を抑えるものであって、スタッ
ドボルト溶接点の移動に即応しうるようにしたものであ
る。しかしながら前記装置は同装置底面に装架した自在
キャスターで水平移動を行っているので、ＳＲＣ構造で
床面に張設されたデッキプレートの凹凸が大きいと、キ
ャスターが挟って移動不能になるという問題点が残る。

【００１７】このような状況において、スタッドボルト
溶接に伴う強磁性材の磁化の問題を解決する手段の実現
が望まれている。本発明はこのような実情に鑑みて提案
されたもので、その目的とする処は、スタッドボルト溶
接時にキャブタイヤケーブルを流れる大電流によって周
辺の強磁性体が磁化される問題を解決するとともに、凹
凸の大きいデッキプレート上でも使用可能なキャブタイ
ヤケーブルの磁気シ−ルド装置を供する点にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るキャブタイヤケーブルの磁気シ−ルド
装置は、スタッドボルト溶接用キャブタイヤケーブルに
おいて、非磁性，絶縁性，かつ可撓性を有する芯材に導
電材を螺旋状に捲装してなり、同導電材を流れる電流同
士が互いの外部磁場を打ち消し合い、全体としての漏洩
磁場を小さく抑えることを可能ならしめるように構成し
たことを特徴とするものである。

【００１９】

【作用】スタッドボルトは、鉄骨とコンクリートを一体
化するために鉄骨天端に溶着されるものであって、柱・
梁鉄骨にプラス電極を設け、スタッドボルトと母材間に
マイナス電極を設けてアークを発生させ、ボルトを溶着
する。マイナス電極を発生させる固定部の溶接機と、ス
タッドボルトを所定の場所に溶着する移動部のガンを結
ぶキャブタイヤケーブル、及びスタッドボルトには直流
の大電流が流れ、その大きさは１，５００Ａ〜１，６０
０Ａ、通電時間は１秒前後である。直流電流が流れると
き、その回りには電流の方向に対して右ねじ方向に同心
円状に直流磁場が発生する。その大きさは、電流を無限
長直線と仮定すると、 Ｈ（磁場の強さ）＝Ｉ／（２・π・ｄ） Ｉ：電流（Ａ） ｄ：距離（ｍ） で表される。即ち、電流の大きさに比例し、距離に反比
例するものである。

【００２０】これが、十分に距離減衰する前に強磁性材
に接するか、あるいは強磁性材が周辺に存在すると、磁
気誘導により強磁性材は磁化され、磁場を取り除いても
残留磁気が残ることになる。これが、本発明で対象にし
ているスタッドボルト溶接キャブタイヤケーブルによる
鉄骨等の強磁性材の磁化現象である。本発明はキャブタ
イヤケーブルに磁気シ−ルド機能を付加し、漏洩磁場を
小さく抑えて、強磁性材への磁化の影響を除去すること
を可能にするものである。

【００２１】漏洩磁場を小さく抑える手段として、先ず
キャブタイヤケーブルの形状について説明する。前述の
通り、直流電流が流れると、その回りには電流の方向に
対して右ねじ方向同心円状に直流磁場が発生する。この
直流電流の経路を螺旋状にすると、任意の点を基準点に
して電流が１８０°回った点では基準点に対してほぼ反
対方向の電流が流れることになる。反対側の電流から発
生する磁場は、基準点から発生する外部磁場を打ち消す
方向に働き、全体として螺旋の外部に漏洩する磁場を小
さく抑えることになる。その効果は、螺旋に巻くピッチ
と径が小さいほど高い。なお、電流の経路を螺旋状にす
るには、ケーブルを芯材に巻き付ければよい。

【００２２】一方、螺旋の内部には、基準点及び反対側
からの軸方向の磁場の方向が一致し、大きな磁場が発生
する。これは、螺旋内部に封じ込まれるもので問題はな
いが、ケーブルを巻き付ける芯材を強磁性材にするとキ
ャンセル用の磁場まで吸い込み、結果として外部漏洩磁
場を大きくすることになる。従って、芯材は非磁性であ
る必要がある。また、電気がショートしないように絶縁
性を有するとともに、キャブタイヤケーブルの移動に対
して柔軟に変形する可撓性を有する材料である必要もあ
る。なお、芯材に螺旋状に巻き付けるケーブルは、ゴム
等の絶縁材を外殻に有するケーブルに限定することな
く、一般的な電気の良導体である導電材であればよい。
但し、この場合は、その外部に電気の絶縁性を保つ保護
層が必要になる。

【００２３】以上の結果として、従来電流の回りに右ね
じ方向同心円状に発生していた磁場が、螺旋状のケーブ
ルの中に封じ込まれる形で、外部への漏洩磁場が小さく
抑えられることとなる。但し、強磁性材の残留磁場を１
Ｇ以下程度のクリーンな磁気環境まで抑えることを想定
した場合、上記の方法だけでは不十分な場合もある。そ
こで、さらに漏洩磁場を小さく抑える手段として、上記
螺旋状に巻いたケーブルの外側に磁気シ−ルド層を設け
る。磁気シ−ルド層は、キャブタイヤケーブルが自由に
変形することを考慮すると、純鉄やパーマロイ等の強磁
性の板材は使用できない。アモルファスリボンのような
薄膜材、アモルファスフレーク、アモルファス粉末等の
バルク状の材料、磁性流体等のような液体状の材料が好
適である。これらはいずれも、高透磁率を有する材料で
あり、必要性能に応じて厚さが決められる。

【００２４】なお、これらの材料が磁気シ−ルド性能を
十分に発揮するには、磁気飽和現象を防止しなければな
らない。磁気飽和とは、材料内の磁束密度が材料固有の
飽和磁束密度を越えたとき、磁気を内部に蓄えられなく
なり漏洩してしまう現象である。これを防止するには、
ケーブルからある程度距離を空けて距離減衰により磁場
の強さの低減を図るか、あるいは厚さを増す等の方法が
ある。このような理由から、ケーブルを螺旋状に巻くこ
となしに直線状のキャブタイヤケーブルに直接磁気シ−
ルド層を設けることは非現実的であり、螺旋状のケーブ
ルの上に設けて初めて効果が出る手段である。

【００２５】

【実施例】以下本発明を図示の実施例について説明す
る。図４は、螺旋状キャブタイヤケーブルの正面図で、
非磁性，絶縁性，かつ可撓性を有する芯材１、例えば円
形断面のネオプレンゴムに、ケーブル２が螺旋状に捲装
される。この結果、ケーブル２に流れる電流は螺旋状に
流れ、前後の電流同士が互いの外部磁場を打ち消し合
い、全体としての漏洩磁場を小さく抑えることが可能に
なる。また、螺旋の内部の芯材１には軸方向に大きな内
部磁場が発生するが、螺旋内部に封じ込まれるもので問
題はない。

【００２６】図５は、螺旋状のキャブタイヤケーブル２
に磁気シ−ルド層３を重層した場合の断面図である。芯
材１の回りには螺旋状にキャブタイヤケーブル２が捲装
され、その外側にネオプレンゴム等の絶縁保護層４が設
けられる。同保護層４はケーブル間の電気の絶縁性を保
つとともに、漏洩磁場を距離減衰により小さくし、平行
磁場に近い形にして磁気シ−ルド効果を高める意味も有
する。そして、その外側に磁気シ−ルド層３が設けられ
る。同磁気シ−ルド層３は、キャブタイヤケーブル２が
自由に変形することを考慮すると、純鉄やパーマロイ等
の強磁性の板材は使用できず、アモルファスリボンのよ
うな薄膜材，アモルファスフレーク，アモルファス粉末
等のバルク状の材料，磁性流体等のような液体状の材料
が好適である。いずれも、高透磁率を有する材料であ
り、必要性能に応じて厚さが決められる。また、最外殻
には、ネオプレンゴム等の絶縁保護層が設けられる。

【００２７】図６は、前記実施例において、螺旋の径を
５０ｍｍ、ピッチを５０ｍｍ、磁気シ−ルド材として厚
さ０．０２５ｍｍのアモルファスリボンの５枚積層、電
流を１，５００Ａとしたときの数値解析結果による本発
明の効果を示している。横軸は、キャブタイヤケーブル
外側からの距離，縦軸は磁場の強さを示している。直線
ケーブルに比べて螺旋状ケーブルが、さらに磁気シ−ル
ド層を設けたものが漏洩磁場が小さくなり、強磁性材の
磁化の惧れが少なくなることがわかる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、スタッドボルト溶接用キャブ
タイヤケーブルにおいて、非磁性，絶縁性，かつ可撓性
を有する芯材に導電材を螺旋状に捲装したことによっ
て、同導電材を流れる電流同士が互いの外部磁場を打ち
消し合うようにし、施工時点で発生源の存在そのものを
なくすようにしたことによって、床面に磁気シ−ルドを
施す前記従来の床面に磁気シ−ルドを施す従来技術に比
して、床面から発生する不要磁気を効率よくなくすこと
ができるとともに、コストも低減できる。

【００２９】また前記特開平５−１３５９４８号公報に
開示された「床面の自動消磁装置」に比して強磁性材の
磁化自体を小さく抑えるので、鉄等の如き保磁力が大き
く、消磁し難い材料でも残留磁気が生じる惧れがない。
また本発明の装置においては、キャブタイヤケーブル
を、可撓性を有する芯材に導電材を螺旋状に捲装して構
成し、移動用の自在キャスターを使用しないことによっ
て、凹凸の大きいデッキプレート上でも使用が可能とな
る。

【００３０】請求項２の発明によれば前記キャブタイヤ
ケーブルの外殻に高透磁率材からなる可撓性磁気シ−ル
ド層を設けたことによって磁気シ−ルド効果がより増大
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】現地測定による床面から２５ｍｍの高さにおけ
る磁気の平面分布図である。

【図２】工場の床内部に存在する強磁性体の配置を示す
断面図である。

【図３】施工中の鉄骨鉄筋コンクリート造の事務所ビル
におけるコンクリート打設前の鉄骨梁周辺の磁気の分布
図である。

【図４】本発明に係るキャブタイヤケーブルの磁気シ−
ルド装置の一実施例を示す平面図である。

【図５】図４の拡大縦断面図である。

【図６】磁場の強さと距離の関係を示す図である。

【符号の説明】 １ 芯材 ２ ケーブル ３ 磁気シ−ルド層 ４ 絶縁保護層

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/32 H05K 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタッドボルト溶接用キャブタイヤケー
   ブルにおいて、非磁性，絶縁性，かつ可撓性を有する芯
   材に導電材を螺旋状に捲装してなり、同導電材を流れる
   電流同士が互いの外部磁場を打ち消し合い、全体として
   の漏洩磁場を小さく抑えることを可能ならしめるように
   構成したことを特徴とするキャブタイヤケーブルの磁気
   シールド装置。
2. 【請求項２】 前記キャブタイヤケーブルの外殻に、高
   透磁率材からなる可撓性磁気シ−ルド層を設けた請求項
   １記載のキャブタイヤケーブルの磁気シ−ルド装置。