光と赤外線 (IR) 放射エネルギーは XNUMX つの形態の光放射であり、紫外線放射と一緒に光スペクトルを形成します。 光スペクトル内では、波長が異なれば、生物学的影響を引き起こす可能性がかなり異なります。このため、光スペクトルはさらに細分化される場合があります。
用語 光 は、網膜で視覚反応を引き起こす 400 ～ 760 nm の放射エネルギーの波長用に確保する必要があります (CIE 1987)。 光は、照明ランプ、視覚ディスプレイ、およびさまざまな照明器具の出力に不可欠な要素です。 見るための照明の重要性は別として、一部の光源は、職場での作業の人間工学的設計が不十分であるため、障害や不快なまぶしさ、ちらつき、その他の形の目のストレスなど、望ましくない生理学的反応を引き起こす可能性があります。 強い光の放出は、アーク溶接などの一部の産業プロセスの潜在的に危険な副作用でもあります。
赤外線 (IRR、波長 760 nm ～ 1 mm) は、非常に一般的に次のように呼ばれることもあります。 熱放射 （または 放射熱）、そしてあらゆる暖かい物体（高温のエンジン、溶融金属およびその他の鋳造源、熱処理された表面、白熱電球、放射加熱システムなど）から放出されます。 赤外線放射は、電気モーター、発電機、変圧器、さまざまな電子機器など、さまざまな電気機器からも放出されます。
赤外線放射は、熱ストレスの一因です。 周囲の空気の温度と湿度が高く、空気循環の程度が低いと、放射熱と組み合わさって熱ストレスが発生し、熱傷の可能性があります。 涼しい環境では、望ましくない、または設計が不十分な放射熱源も不快感を引き起こす可能性があります。これは、人間工学的な考慮事項です。
生物学的効果
可視光線および赤外線形態の放射によって目と皮膚にもたらされる職業上の危険は、明るい光に対する目の嫌悪感と、強烈な放射熱による皮膚の痛みの感覚によって制限されます。 目は、周囲の太陽光からの急性の光放射損傷 (紫外線、可視光、または赤外線放射エネルギーによる) から身を守るようによく適応しています。 明るい光源を見ることへの自然な嫌悪反応によって保護されており、太陽、アークランプ、溶接アークなどの光源への露出から生じる損傷から通常は保護されています。 XNUMX 分の XNUMX 秒。 ただし、強い視覚刺激のないIRRが豊富なソースは、慢性的な露出の場合、目の水晶体に危険を及ぼす可能性があります. また、太陽、溶接アーク、または雪原を強制的に凝視することで、一時的 (場合によっては永久的) に視力を失うこともあります。 明るい光が視野の奥深くに見える産業環境では、目の保護メカニズムがあまり効果的でなく、危険に対する予防措置が特に重要です。
強い光と IRR の発生源による目と皮膚への危険には、少なくとも 1980 種類あり、それぞれを理解した上で保護手段を選択する必要があります。 一部の強力な光源からの紫外線 (UVR) による潜在的な危険に加えて、次の危険を考慮する必要があります (Sliney and Wolbarsht 1982; WHO XNUMX)。
- 400 nm ～ 1,400 nm の波長で発生する網膜の熱損傷。 通常、この種の損傷の危険性は、レーザー、非常に強力なキセノン アーク源、または核の火の玉によってのみもたらされます。 網膜の局所的な熱傷により、盲点 (暗点) が生じます。
- 網膜に対する青色光の光化学的損傷 (主に 400 nm から 550 nm の波長の青色光に関連する危険) (Ham 1989)。 この損傷は、一般に「青色光」光網膜炎と呼ばれています。 この損傷の特定の形態は、その原因に応じて名前が付けられています。 太陽光網膜炎. 太陽網膜炎は、かつて「日食失明」および関連する「網膜熱傷」と呼ばれていました。 光網膜炎は、網膜が可視スペクトルの短波長、すなわち紫光と青色光にさらされた後の光化学的損傷メカニズムに起因することが明らかになったのは、ごく最近のことです。 1970 年代までは、熱損傷メカニズムの結果であると考えられていました。 青色光とは対照的に、IRA 放射は網膜損傷の発生には非常に効果的ではありません。 (Ham 1989; Sliney と Wolbarsht 1980)。
- 工業用熱白内障の可能性を伴うレンズへの近赤外線熱障害 (約 800 nm から 3,000 nm の波長に関連)。 太陽光の赤外線への平均的な角膜曝露は、10 W/m のオーダーです。2. 比較すると、0.8 から 4 kW/m のオーダーの赤外線放射照度にさらされたガラスおよび鉄鋼労働者2 10 年から 15 年間毎日、レンズ状の混濁が発生したと報告されています (Sliney and Wolbarsht 1980)。 これらのスペクトル バンドには、IRA と IRB が含まれます (図 1 を参照)。 眼の前部の IRA 曝露に関する米国政府産業衛生士会議 (ACGIH) ガイドラインは、100 W/m の時間加重総放射照度です。2 1,000 秒 (16.7 分) を超える暴露時間 (ACGIH 1992 および 1995)。
- 角膜および結膜の熱損傷 (波長約 1,400 nm ～ 1 mm)。 このタイプの傷害は、レーザー放射への曝露にほぼ限定されています。
- 皮膚の熱損傷。 これは従来の光源からはまれですが、光スペクトル全体で発生する可能性があります。
波長と露光時間の重要性
上記の熱による損傷 (1) および (4) は、一般に非常に短時間の曝露に限定されており、眼の保護具はこれらの急性損傷を防ぐように設計されています。 しかし、上記の(2)で述べたような光化学的傷害は、低線量率が就業日全体に広がることによって生じる可能性があります。 線量率と暴露時間の積は常に線量になります (光化学的危険の程度を支配するのは線量です)。 他の光化学的損傷メカニズムと同様に、光生物学的効果を引き起こす際のさまざまな波長の相対的な有効性を表すアクション スペクトルを考慮する必要があります。 たとえば、光化学的網膜損傷の作用スペクトルは、約 440 nm でピークに達します (Ham 1989)。 ほとんどの光化学効果は、非常に狭い範囲の波長に限定されています。 一方、熱効果はスペクトル内の任意の波長で発生する可能性があります。 したがって、これらの特定の影響に対する目の保護は、効果的であるために比較的狭いスペクトル帯域のみをブロックする必要があります。 通常、ブロードバンド ソースの目の保護では、複数のスペクトル バンドをフィルタリングする必要があります。
光放射源
日光
光放射への最大の職業被ばくは、屋外作業員が太陽光線に被ばくした結果です。 太陽のスペクトルは、成層圏のオゾン層のカットオフである紫外線帯域の約 290 ～ 295 nm から、赤外線帯域の少なくとも 5,000 nm (5 μm) まで広がっています。 日射量は 1 kW/m にも達する2 夏の間。 周囲の気温と湿度によっては、熱ストレスが発生する可能性があります。
人工ソース
光放射への人間の露出の最も重要な人為的発生源には、次のものがあります。
- 溶接と切断。 溶接工とその同僚は通常、強力な UV 放射だけでなく、アークから放出される強力な可視放射と IR 放射にもさらされています。 まれに、これらの発生源が目の網膜に急性損傷を与えることがあります。 これらの環境では目の保護が必須です。
- 金属産業と鋳造。 可視および赤外線被ばくの最も重要な原因は、鉄鋼およびアルミニウム産業および鋳造工場における溶融および高温の金属表面からのものです。 労働者のばく露は通常、0.5 から 1.2 kW/m の範囲です2.
- アークランプ。 光化学硬化ランプを使用するプロセスなど、多くの産業および商業プロセスでは、強力な短波可視 (青色) 光だけでなく、UV および IR 放射も放出されます。 シールドにより有害な露出の可能性は低いですが、場合によっては偶発的な露出が発生する可能性があります。
- 赤外線ランプ。 これらのランプは主に IRA 範囲で発光し、一般に熱処理、塗料乾燥、および関連する用途に使用されます。 これらのランプは、暴露時に生じる不快感によって暴露が安全なレベルに制限されるため、人に重大な暴露の危険をもたらすことはありません。
- 医療。 赤外線ランプは、さまざまな診断および治療目的で身体医学に使用されています。 患者への曝露は治療の種類によって大きく異なり、IR ランプはスタッフが慎重に使用する必要があります。
- 一般照明。 蛍光灯は赤外線をほとんど放射せず、一般的に目に危険を及ぼすほど明るくありません。 タングステンおよびタングステン ハロゲン白熱灯は、放射エネルギーの大部分を赤外線で放出します。 さらに、タングステン ハロゲン ランプから発せられる青色光は、人がフィラメントを凝視すると網膜障害を引き起こす可能性があります。 幸いなことに、明るい光に対する目の嫌悪反応により、近距離でも急性損傷を防ぐことができます。 これらのランプの上にガラス製の「熱」フィルターを配置すると、この危険を最小限に抑える/排除することができます。
- 光学式プロジェクターおよびその他のデバイス。 強力な光源は、サーチライト、フィルム映写機、およびその他の光ビーム コリメーティング デバイスで使用されます。 これらは、非常に近い距離での直接ビームで網膜障害を引き起こす可能性があります。
ソース特性の測定
あらゆる光源の最も重要な特性は、そのスペクトル パワー分布です。 これは、適切な入力光学系、モノクロメーター、および光検出器で構成される分光放射計を使用して測定されます。
多くの実際の状況では、特定のスペクトル領域を選択するために広帯域光放射計が使用されます。 可視照明と安全の両方の目的で、機器のスペクトル応答は生物学的スペクトル応答に従うように調整されます。 たとえば、照度計は目の明所視 (視覚) 反応に合わせて調整されています。 通常、UVRハザードメーターは別として、強力な光源と赤外線源の測定とハザード分析は、日常的な労働安全衛生の専門家にとって複雑すぎます。 ランプの安全カテゴリの標準化が進んでいるため、潜在的な危険を判断するためにユーザーによる測定は必要ありません。
人体への暴露限界
人間の目の光学パラメータと光源の放射輝度の知識から、網膜での放射照度 (線量率) を計算することができます。 人間の目の前部構造の赤外線放射への曝露も重要である可能性があり、光源の相対位置と眼瞼閉鎖の程度が眼球曝露の適切な計算に大きく影響する可能性があることをさらに心に留めておく必要があります。用量。 紫外および短波長光露光では、光源のスペクトル分布も重要です。
多くの国内外のグループが、光放射の職業被ばく限度 (EL) を推奨しています (ACGIH 1992 および 1994; Sliney 1992)。 そのようなグループのほとんどは、UV およびレーザー放射に対して EL を推奨していますが、可視放射 (つまり、光) に対して EL を推奨しているグループは XNUMX つだけです。 ACGIH は、その EL をしきい値制限値 (TLV) と呼んでいます。 これらは毎年発行されるため、年次改訂の機会があります (ACGIH 1992 および 1995)。 それらの大部分は、動物研究からの眼の損傷データと、太陽と溶接アークを見た結果として生じる人間の網膜損傷のデータに基づいています。 さらに、TLV は、雪原や砂漠などの非常に異常な環境、または実際に太陽に目を向けている場合を除いて、可視放射エネルギーへの屋外環境曝露は通常、目に有害ではないという根本的な仮定に基づいています。
光放射線安全性評価
包括的なハザード評価には、光源のスペクトル放射照度と放射輝度の複雑な測定が必要であり、場合によっては非常に特殊な機器と計算も必要になるため、産業衛生士や安全技術者が現場で実施することはめったにありません。 代わりに、配備される目の保護具は、危険な環境での安全規則によって義務付けられています。 調査研究では、実用的で適用しやすい安全基準に関する幅広い推奨事項を作成するために、幅広いアーク、レーザー、および熱源を評価しました。
保護対策
可視光線および赤外線放射への職業被ばくはほとんど危険ではなく、通常は有益です。 ただし、一部の光源はかなりの量の可視放射線を放出します。この場合、自然な嫌悪反応が引き起こされるため、偶発的に目が過度に露出される可能性はほとんどありません。 一方、近赤外放射のみを放射する人工光源の場合、偶発的な被ばくの可能性が非常に高くなります。 スタッフが不必要に IR 放射にさらされるのを最小限に抑えるために講じることができる対策には、使用中の光学システムの適切な工学的設計、適切なゴーグルまたはフェイス バイザーの着用、作業に直接関係する人物のアクセスの制限、および作業員への認識の徹底が含まれます。強力な可視および赤外線放射源への曝露に関連する潜在的な危険。 アークランプを交換するメンテナンス スタッフは、危険な暴露を防ぐために十分なトレーニングを受けている必要があります。 労働者が皮膚の紅斑や光角膜炎を経験することは容認できません。 これらの状態が発生した場合は、作業方法を調査し、将来的に過度の暴露が発生しないようにするための措置を講じる必要があります。 妊娠中の操作者は、妊娠の完全性に関して、光放射に対する特別なリスクはありません。
アイプロテクターの設計と規格
産業用光放射源を提示する溶接およびその他の作業 (鋳造作業、鉄鋼およびガラス製造など) 用のアイ プロテクタの設計は、今世紀の初めにクルックス ガラスの開発とともに始まりました。 後に進化したアイプロテクタの規格は、視覚には赤外線と紫外線は必要ないため、現在入手可能なガラス素材でこれらのスペクトル帯域を可能な限り遮断するという一般原則に従っています。
目の保護具の経験的基準は 1970 年代にテストされ、透過係数が現在の職業上の暴露限界に対してテストされたときに赤外線と紫外線の大きな安全係数が含まれていることが示されましたが、青色光の保護係数はちょうど十分でした. そのため、一部の規格の要件が調整されました。
紫外線および赤外線放射保護
産業界では、蛍光検出や、インク、プラスチック樹脂、歯科用ポリマーなどの光硬化のために、多くの特殊な UV ランプが使用されています。 通常、UVA 光源はほとんどリスクをもたらしませんが、これらの光源には微量の有害な UVB が含まれているか、グレア障害 (眼の水晶体の蛍光による) の問題を引き起こしている可能性があります。 UV スペクトル全体から保護するために、非常に高い減衰率を持つガラスまたはプラスチックの UV フィルター レンズが広く利用されています。 保護が 400 nm に与えられている場合、わずかに黄色がかった色合いが検出される場合があります。 このタイプのアイウェア (および工業用サングラス) にとって、周辺視野を保護することは非常に重要です。 サイド シールドまたはラップアラウンド デザインは、皮質白内障が頻繁に発生する水晶体の鼻赤道領域に一時的な斜めの光線が集束するのを防ぐために重要です。
ほとんどすべてのガラスとプラスチックのレンズ素材は、300 nm 未満の紫外線放射と 3,000 nm (3 μm) を超える波長の赤外線放射を遮断します。また、いくつかのレーザーと光源については、通常の耐衝撃性の透明な安全眼鏡で十分に保護できます (例:透明なポリカーボネート レンズは、3 μm を超える波長を効果的にブロックします)。 ただし、ガラスの金属酸化物やプラスチックの有機染料などの吸収剤を追加して、約 380 ～ 400 nm までの UV と、780 nm を超えて 3 μm の赤外線を除去する必要があります。 材料に応じて、これは簡単または非常に困難または高価である可能性があり、吸収体の安定性は多少異なる場合があります. 米国規格協会の ANSI Z87.1 規格を満たすフィルターは、重要なスペクトル帯域ごとに適切な減衰係数を備えている必要があります。
さまざまな業界での保護
消火活動
消防士は強烈な近赤外線放射にさらされる可能性があり、非常に重要な頭と顔の保護に加えて、IRR 減衰フィルターが頻繁に処方されます。 ここでは、衝撃保護も重要です。
鋳造およびガラス産業のアイウェア
赤外線放射に対する眼保護用に設計された眼鏡やゴーグルは、一般的に明るい緑がかった色合いをしていますが、可視放射に対する快適さが必要な場合は色合いが暗くなることがあります. このようなアイプロテクタは、目的が溶融物の温度を視覚的にチェックすることである製鋼および鋳造作業で使用される青いレンズと混同されるべきではありません。 これらの青い眼鏡は保護を提供しないため、短時間だけ着用する必要があります.
溶接
赤外線および紫外線のろ過特性は、酸化鉄などの添加剤によってガラス フィルターに容易に付与できますが、厳密に目に見える減衰の程度によって、 シェード番号、減衰の対数表現です。 通常、ガス溶接には 3 ～ 4 のシェード番号が使用され (ゴーグルが必要です)、アーク溶接およびプラズマ アーク操作には 10 ～ 14 のシェード番号が使用されます (ここではヘルメット保護が必要です)。 経験則では、溶接工がアークを快適に見られると判断した場合、眼の危険に対して適切な減衰が提供されます。 スーパーバイザー、溶接ヘルパー、および作業エリアの他の人は、光角膜炎 (「アークアイ」または「溶接フラッシュ」) から保護するために、比較的低いシェード番号 (たとえば、3 ～ 4) のフィルターを必要とする場合があります。 近年、新しいタイプの溶接フィルター、オートダークニングフィルターが登場しました。 フィルターの種類に関係なく、ダーク シェード用に指定された固定溶接フィルターの ANSI Z87.1 および Z49.1 規格に適合する必要があります (Buhr and Sutter 1989; CIE 1987)。
オートダークニング溶接フィルター
当たる光放射の強度に応じてシェード数が増加するオートダークニング溶接フィルターは、一貫して高品質の溶接をより効率的かつ人間工学的に行う溶接工の能力における重要な進歩を表しています。 以前は、溶接機は、アークの開始と消弧のたびにヘルメットまたはフィルターを上下させなければなりませんでした。 溶接機は、アークを発生させる直前に「ブラインド」で作業する必要がありました。 さらに、ヘルメットは通常、首と頭の鋭いスナップで下げたり上げたりするため、首の緊張やより深刻な怪我につながる可能性があります. この不快で面倒な手順に直面して、一部の溶接工は、従来のヘルメットを上げた位置でアークを頻繁に開始し、光角膜炎を引き起こします。 通常の周囲照明条件下では、オートダークニング フィルターを装着したヘルメットをかぶった溶接工は、溶接する部品の位置合わせ、溶接装置の正確な位置決め、アーク放電などのタスクを実行するために、目の保護具を装着した状態で十分に見ることができます。 最も典型的なヘルメットの設計では、光センサーはアーク フラッシュが発生すると仮想的にそれを検出し、電子ドライブ ユニットに指示して液晶フィルターを明るいシェードから事前に選択された暗いシェードに切り替えます。固定シェード フィルターを使用した演習。
隠れた安全性の問題がオートダークニング フィルターで発生する可能性があるかどうかという疑問が頻繁に提起されています。 たとえば、職場で経験した残像 (「フラッシュブラインドネス」) は、永続的な視覚障害を引き起こす可能性がありますか? 新しいタイプのフィルターは、従来の固定フィルターが提供できるものと同等またはそれ以上の保護の程度を本当に提供しますか? XNUMX 番目の質問には肯定的に答えることができますが、すべての自動減光フィルターが同等であるとは限らないことを理解する必要があります。 フィルターの反応速度、特定の照度下での明暗の値、および各ユニットの重量は、機器のパターンによって異なる場合があります。 本機の性能の温度依存性、電池の劣化による日陰の変化、「静止時の日陰」などの技術的要因は、各メーカーの設計によって異なります。 これらの考慮事項は、新しい基準で対処されています。
すべてのシステムで適切なフィルター減衰が提供されるため、オートダークニング フィルターのメーカーが指定する最も重要な属性は、フィルター切り替えの速度です。 現在のオートダークニング フィルタのスイッチング速度は、1 分の 10,000 秒から 1989/0.1 秒を超えるものまでさまざまです。 Buhr と Sutter (1985) は、最大切り替え時間を指定する手段を示しましたが、その定式化は切り替えの時間経過に応じて異なります。 切り替え速度は非常に重要です。これは、同じ有効シェード番号の固定フィルターによって受け入れられる光と比較して、アークが当たったときにどれだけの光が目に入るかという非常に重要な (ただし特定されていない) 測定値への最良の手がかりを与えるからです。 . 日中のスイッチングのたびに目に入る光が多すぎると、蓄積された光エネルギーの線量が「一時的な適応」や「眼精疲労」などの問題を引き起こします。 (一過性適応とは、光環境の突然の変化によって引き起こされる視覚体験であり、不快感、まぶしさにさらされたような感覚、詳細な視覚の一時的な喪失を特徴とする場合があります。) 現在の製品の切り替え速度は 1992 ミリ秒程度です。光網膜炎に対する十分な保護を提供します。 ただし、XNUMX ミリ秒程度の最短の切り替え時間には、一時的な適応効果を減らすという利点があります (Eriksen XNUMX; Sliney XNUMX)。
溶接工は、大規模な実験室試験を行わなくても簡単なチェック試験を利用できます。 溶接工に、多くのオートダークニング フィルターを通して詳細なプリントのページを単純に見るように提案するかもしれません。 これにより、各フィルターの光学品質が示されます。 次に、溶接機は、購入を検討している各フィルターを通してアークを観察しながら、アークを打ってみるように求められる場合があります。 幸いなことに、見る目的で快適な光レベルは危険ではないという事実に頼ることができます。 UV および IR フィルターの有効性は、製造元の仕様書でチェックして、不要なバンドがフィルターで除外されていることを確認する必要があります。 数回のアーク放電を繰り返すことで、溶接工は一時的な順応によって不快感を感じるかどうかを判断できるはずですが、XNUMX 日の試行が最適です。
オートダークニング フィルターの休止状態または障害状態のシェード番号 (バッテリーが故障したときに障害状態が発生します) は、少なくとも 100 秒から数秒間、溶接工の目を XNUMX% 保護する必要があります。 暗い状態を「オフ」位置として使用するメーカーもあれば、暗い色合いと明るい色合いの状態の中間の色合いを使用するメーカーもあります。 いずれの場合も、フィルターの静止状態の透過率は、網膜障害を排除するために、明暗の透過率よりもかなり低くする必要があります。 いずれにせよ、デバイスは、フィルターがオフになったとき、またはシステム障害が発生したときに、ユーザーに明確で明白なインジケーターを提供する必要があります。 これにより、溶接が開始される前にフィルターがオンになっていない場合や適切に動作していない場合に、事前に溶接機に警告が送信されます。 バッテリー寿命や極端な温度条件下でのパフォーマンスなど、その他の機能は、特定のユーザーにとって重要な場合があります。
結論
光放射源から目を保護するデバイスの技術仕様はやや複雑に見える場合がありますが、シェード番号を指定する安全基準が存在し、これらの基準は着用者に保守的な安全係数を提供します。