安全率
安全率（あんぜんりつ）とは、システムが破壊などされる最小の負荷と、システムを安全に利用できる最大の負荷との比（前者÷後者）のことである。応力（荷重・強度）ほか、トルク、電圧、曝露量などさまざまな負荷に対し使われる。
安全係数（あんぜんけいすう）とも言う。文部科学省は学術用語として安全率を採用している[1]。英語では safety factor または factor of safety で、SF、FOS、FS などと略す。
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[編集] 概要
実際の工業製品の使用環境は、材質の経年劣化や環境の違い、想定外の使われ方をされるなど、多分に不確実性を含んだものである。設計者はそれらの事象を想定し、設計時にできる限りの計算を行うが、全てのことを計算し尽くせるわけではない。そのため、実際にはある程度の余裕をもって設計される。例えば、10 kgf の荷物を置くための棚について、荷物を置くときの動作の勢いや、棚の上で荷物が偏った置き方をされる場合などを考えると、実際には10 kgf以上の荷重に耐えられるように設計しなければならないことは明白である。
安全率が大きいということは応力予測の不確実性が大きいということを意味するのであり、安全性が高いことを意味するものではない[2]。
具体的には「耐荷重量: 100 kgf （安全率 2.5）」のように用いる。この場合、安全に使用出来るのは100 kgfまでであり、250 kgfで確実に壊れる（あるいは計算上壊れると予想される）という意味である。
安全率の値はさまざまで、1よりわずかに大きい値から、数百にまでいたる。安全率が大きいほど、安全に対し余裕がある設計である。なお、1をあまり超えない場合、「安全率1.1」の代わりに「安全率0.1」のようにいうことがあるが、正しい用法では無い。マージン (margin) は、安全率の同義語として使われることがあるが、本来は、安全率から1を引いた余裕部分を意味する。
直接的に人命に関わるような部材は安全率も大きめに取られており、例えばエレベーターのかごを吊るすロープなどは安全率を10以上とすることが建築基準法によって定められている。また、同じ自動車の中でも、過積載や現場の判断によって独自の改造などが施されるトラックなどは、一般的な乗用車より安全率が大きめに取られている。
[編集] 様々な安全率
[編集] 部材の安全率
部材などについては、極限応力（破壊・変形する応力）と、許容応力（機能を保つとする最大応力）との比が安全率に当たる。許容応力は設計段階での条件によって決定され、極限応力は用いる部材の性質によって定まる。実際の安全率の値は条件によって大きく異なり、通常1.2～10の間を取る。
安全率＝σs/σa
σs:極限応力、σa:許容応力
[編集] 化学物質の安全率
「毒性学」も参照
人間が摂取する薬品に対しては、100倍等の特段厳しい安全率（安全係数、あるいは不確実係数積ともいう）が用いられる。これは、人体実験が倫理上の理由により行えないため動物実験の結果を人間に当てはめる事になるが、その際に種による誤差（種差）が10倍程度生じると考えられ、また人間の間でもお年寄りや乳幼児のような弱者と健康体の間で10倍程度の感受性の開き（個体差）が生じると考えられ、乗算して100倍を取るからである。
[編集] 航空宇宙の安全率
航空宇宙工学では、安全率が1.15～1.25倍と極めて低い。これは安全のための設備や余裕が、そのまま機体重量に直結し、経済性の悪化につながるためである。そのため、これらの業界は徹底した品質管理が行われ、また整備に多くの時間をかける。
[編集] プラントの安全率
田中三彦『原発は何故危険か』によれば、原子炉圧力容器の設計に際して、その機械的な面での安全率は3倍（初期のプラントを除く）、化学プラントの安全率は歴史的、伝統的に4倍とされる。3という数字は、圧力容器に関するアメリカの規格ASME SecIII Rules for Nuclear Vesselsが1965年3月に改訂された際に応力解析の実施を条件として導入されたとされる。ただし、田中自身、説明の簡単化のために代表値として提示した旨を説明しており、実際には設計部位により設定される安全率は異なる。
原子力に比較して化学プラントの安全率が高く設定されているのは構造設計的にアバウトであり、材料・溶接・製造・検査などの法的要求も原子力施設ほど厳しくないからであるが、田中によればその安全性を脅かす不確実な要素が原子炉圧力容器に比べて多く存在することも意味すると言う。一方、原子力プラントでは、材料・溶接・製造・検査などに厳しい要求がされているとされる。但し、田中のような設計者出身の原子力撤廃論者からは、1970年代初頭に設計されたプラントに対して、詳細なデータ解析が当時の計算機の能力上不可能であり、勘と経験により最も厳しいと思われる条件のみモデル化し解析を実施していたことが告白されている。このことは原発の不確実要素を増す結果となっている[3]。
また、田中は安全率に関連して安全余裕という概念への批判を実施した。この概念は浜岡原発訴訟にて班目春樹が「3つの安全余裕」という形で説明に使用したことが田中の知ったきっかけであった。安全余裕という言葉はこの他、原子力安全基盤機構、アメリカ合衆国原子力規制委員会、経済協力開発機構原子力機関などでも使用されている[4]。田中は、安全率の考察にて、余裕の程度を示しているのではなく、安全性を脅かす不確実な要素に備えるためのものであると言う主張を元に、班目の説明した安全余裕の定義がその考えに沿っていないため批判している[5][6]。
[編集] 参考文献
[編集] 関連項目
[編集] 脚注
- ^ オンライン学術用語集
- ^ 菊地正紀・和田義孝「よくわかる材料力学の基本」（秀和システム）
- ^ 田中三彦「第2部第1章 理論的構築物の矛盾」『原発は何故危険か－元設計技師の証言－』岩波新書 1990年
- ^ 『安全余裕評価手法の検討』原子力安全基盤機構 2005年12月
- ^ 「まるで原発などないかのように」第1章・第5章によれば、３つの安全余裕は工学上で定義された学術用語ではない[要出典]。
- ^ 原発老朽化問題研究会「まるで原発などないかのように」（現代書館）第1章（執筆：田中三彦）
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