(57)【要約】【課題】劣化を精度良く評価すること。【解決手段】劣化評価方法は、高分子材料からなり、継続して使用される対象物の劣化を評価する評価工程と、対象物についての経時状態における応力歪線図１２を求める線図工程と、対象物についての未使用状態における応力歪線図１１において、対象物に応力が加えられてから破断に至るまでの歪の変化領域内での、未使用状態および経時状態の両応力歪線図１１、１２間の同一歪における応力の各差分から、経時状態における対象物についての劣化指標を算出する指標算出工程と、を有し、評価工程は、経時状態における対象物についての劣化指標に基づいて、対象物の劣化を評価する。【選択図】図１
2014002011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料からなり、継続して使用される対象物の劣化を評価する評価工程を有する劣化評価方法であって、
前記対象物についての経時状態における応力歪線図を求める線図工程と、
前記対象物についての未使用状態における応力歪線図において、前記対象物に応力が加えられてから破断に至るまでの歪の変化領域内での、前記未使用状態および前記経時状態の両応力歪線図間の同一歪における応力の各差分から、前記経時状態における前記対象物についての劣化指標を算出する指標算出工程と、を有し、
前記評価工程は、前記経時状態における前記対象物についての前記劣化指標に基づいて、前記対象物の劣化を評価することを特徴とする劣化評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の劣化評価方法であって、
前記劣化指標として、応力と歪との標準ＳＮ比を用いることを特徴とする劣化評価方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の劣化評価方法であって、
前記未使用状態の前記対象物を一定負荷下で継続して使用した場合において、使用時間と、当該使用時間使用された前記対象物についての前記劣化指標と、の相関関係を示す関係式を求める関係式工程と、
前記関係式に、前記経時状態における前記対象物についての前記劣化指標の値を代入することで、換算使用時間を算出する時間算出工程と、を有し、
前記評価工程は、前記換算使用時間に基づいて前記対象物の劣化を評価することを特徴とする劣化評価方法。
【請求項４】
請求項３記載の劣化評価方法であって、
前記一定負荷は、当該対象物について予め設定された基準負荷とされ、
前記評価工程は、前記換算使用時間と、前記経時状態における前記対象物の実使用時間と、に基づいて、前記経時状態における前記対象物の劣化速度を評価することを特徴とする劣化評価方法。
【請求項５】
請求項３記載の劣化評価方法であって、
前記経時状態は、当該対象物について予め設定された基準状態とされ、
前記評価工程は、前記換算使用時間に基づいて、前記未使用状態の前記対象物が前記一定負荷下で継続して使用された場合において前記基準状態に至るまでの劣化時間を評価することを特徴とする劣化評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、劣化評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、下記特許文献１に示されるような、高分子材料からなり、継続して使用される対象物の劣化を評価する劣化評価方法が知られている。この方法では、対象物（樹脂管）の酸化誘導時間を測定し、測定結果に基づき対象物の劣化（残存寿命）を評価する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−９７８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の劣化評価方法では、対象物の酸化劣化については評価をすることができるものの、例えば、対象物が曲げ変形させられた状態で使用される場合に生じる応力劣化など、その他の劣化要因についての評価をすることができず、劣化を精度良く評価することについて改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、劣化を精度良く評価することができる劣化評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る劣化評価方法は、高分子材料からなり、継続して使用される対象物の劣化を評価する評価工程を有する劣化評価方法であって、前記対象物についての経時状態における応力歪線図を求める線図工程と、前記対象物についての未使用状態における応力歪線図において、前記対象物に応力が加えられてから破断に至るまでの歪の変化領域内での、前記未使用状態および前記経時状態の両応力歪線図間の同一歪における応力の各差分から、前記経時状態における前記対象物についての劣化指標を算出する指標算出工程と、を有し、前記評価工程は、前記経時状態における前記対象物についての前記劣化指標に基づいて、前記対象物の劣化を評価することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、指標算出工程の際、前記経時状態における対象物についての劣化指標を、前記歪の変化領域内での、前記未使用状態および前記経時状態の両応力歪線図間の同一歪における応力の各差分から算出するので、評価工程の際、前記経時状態における対象物についての劣化指標に基づいて、対象物の劣化を評価することで、複数の劣化要因を網羅した劣化指標により劣化を総合的に評価することが可能になり、劣化を精度良く評価することができる。
【０００８】
また、前記劣化指標として、応力と歪との標準ＳＮ比を用いてもよい。
【０００９】
この場合、劣化指標として標準ＳＮ比を用いるので、劣化をより精度良く評価することができる。
【００１０】
また、前記未使用状態の前記対象物を一定負荷下で継続して使用した場合において、使用時間と、当該使用時間使用された前記対象物についての前記劣化指標と、の相関関係を示す関係式を求める関係式工程と、前記関係式に、前記経時状態における前記対象物についての前記劣化指標の値を代入することで、換算使用時間を算出する時間算出工程と、を有し、前記評価工程は、前記換算使用時間に基づいて前記対象物の劣化を評価してもよい。
【００１１】
この場合、時間算出工程の際、前記関係式に、前記経時状態における対象物についての劣化指標の値を代入することで、換算使用時間を算出するので、評価工程の際、換算使用時間に基づいて対象物の劣化を評価することで、対象物の多様な劣化を評価することができる。
【００１２】
また、前記一定負荷は、当該対象物について予め設定された基準負荷とされ、前記評価工程は、前記換算使用時間と、前記経時状態における前記対象物の実使用時間と、に基づいて、前記経時状態における前記対象物の劣化速度を評価してもよい。
【００１３】
この場合、評価工程の際、換算使用時間と実使用時間とに基づいて、前記経時状態における対象物の劣化速度を評価するので、前記経時状態における対象物の劣化速度を精度良く評価することができる。
すなわち、換算使用時間は、未使用状態の対象物を基準負荷下で継続して使用した場合において、その対象物についての劣化指標の値が、前記経時状態における対象物についての劣化指標の値になるまでの時間を表している。したがって、換算使用時間と実使用時間とを比較することで、例えば換算使用時間が実使用時間よりも長い場合などには、前記経時状態における対象物の劣化速度が、基準負荷下で継続して使用される対象物の劣化速度よりも速いと評価することができる。
【００１４】
また、前記経時状態は、当該対象物について予め設定された基準状態とされ、前記評価工程は、前記換算使用時間に基づいて、前記未使用状態の前記対象物が前記一定負荷下で継続して使用された場合において前記基準状態に至るまでの劣化時間を評価してもよい。
【００１５】
この場合、評価工程の際、換算使用時間に基づいて、未使用状態の対象物が前記一定負荷下で基準状態に至るまでの劣化時間を評価するので、実際に、未使用状態の対象物を前記一定負荷下で基準状態に至らせるまで継続して使用することなく、劣化時間を評価することが可能になり、劣化時間を精度良く簡便に評価することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る劣化評価方法によれば、劣化を精度良く評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る劣化評価方法において、劣化指標を算出するために用いられる応力歪線図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る劣化評価方法に係る関係式を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第１実施形態に係る劣化評価方法を説明する。
本実施形態に係る劣化評価方法は、高分子材料からなり、継続して使用される対象物の劣化を評価する。前記高分子材料としては、例えば樹脂材料やゴム材料などが挙げられ、対象物としては、例えば内部を流体が流通する配管などが挙げられる。前記配管としては、例えば架橋ポリエチレン管、ポリプロピレン管、ポリブテン管等の熱可塑性樹脂管をはじめとする樹脂管やゴム管などが挙げられる。
ここで本実施形態では、前記対象物として、配管を採用する。配管は、複数の劣化要因により劣化し、例えば前記流体の温度や塩素濃度により酸化劣化したり、前記流体の流体圧や、当該配管に作用する曲げ応力により応力劣化したりする。
【００１９】
本実施形態に係る劣化評価方法では、対象物の劣化として、一定時間継続して使用された経時状態における対象物の劣化速度を評価する。この劣化評価方法では、まず前記経時状態の対象物を採取するとともに、この対象物と同形同大の未使用状態の対象物を準備する。次に図１に示すように、対象物についての未使用状態における応力歪線図１１と、対象物についての前記経時状態における応力歪線図１２と、を求める（線図工程）。
【００２０】
そして、対象物についての未使用状態における応力歪線図１１において、対象物に応力が加えられてから破断に至るまでの歪の変化領域内での、未使用状態および前記経時状態の両応力歪線図１１、１２間の同一歪における応力の各差分から、前記経時状態における対象物についての劣化指標を算出する（指標算出工程）。なお、前記経時状態の応力歪線図１２における対象物の破断後の歪の大きさは０とみなす。
【００２１】
ここで本実施形態では、劣化指標として、応力と歪との標準ＳＮ比を用いる。この標準ＳＮ比は、未使用状態を標準状態として、入力信号としての歪および出力信号としての応力について算出される。標準ＳＮ比の値が大きいことは、未使用状態（標準状態）との差異が小さく劣化の程度が低いことを意味しており、標準ＳＮ比の値が小さいことは、未使用状態との差異が大きく劣化の程度が高いことを意味している。
【００２２】
また図２に示すように、未使用状態の対象物を、対象物について予め定められた基準負荷（一定負荷）下で継続して使用した場合において、使用時間と、当該使用時間使用された対象物についての標準ＳＮ比と、の相関関係を示す関係式１３を求める（関係式工程）。ここで基準負荷は、当該対象物の規格上の最大負荷とした。最大負荷下では、流体の温度、塩素濃度および流体圧、並びに当該配管に作用する曲げ応力がそれぞれ規格内で最も高い値をとる。
【００２３】
前記関係式１３は、例えば以下の方法により求めることができる。
すなわち、まず実際に、複数の対象物を基準負荷下で使用時間を互いに異ならせて使用する。その後、各対象物についての標準ＳＮ比を算出する。各対象物についての標準ＳＮ比は、当該対象物についての応力歪線図を求めた後、その応力歪線図と、未使用状態の応力歪線図１１と、の間の、前記歪の変化領域内での同一歪における応力の各差分から算出される。そして、各対象物の実使用時間と標準ＳＮ比との相関関係を示す近似式を求め、この近似式を前記関係式１３とする。
【００２４】
ところで本実施形態のように、劣化指標として標準ＳＮ比を用いた場合、前記関係式１３は下記（１）式で表される。
【００２５】
ｙ＝−ａ・ｌｎ（ｘ）＋ｂ      ・・・（１）
【００２６】
上記（１）式においてｘは、使用時間であり、ｙは標準ＳＮ比である。またａは、同一の対象物であれば負荷条件によらず同等となる。そしてｂは、標準ＳＮ比が具備する要因効果の加法性により、各劣化要因（例えば流体の温度、塩素濃度、流体圧や、配管に作用する曲げ応力など）を変数として算出される。つまりｂは、各劣化要因を独立変数とする関数で表されることとなる。したがって、ａの値および前記関数を予め取得しておき、前記関数に、基準負荷下での各劣化要因の値を代入することで、前記（１）式から前記関係式１３を求めることもできる。なお、ａの値および前記関数は、例えば事前検証やシミュレーションなどにより予め取得しておくことができる。また、ａおよびｂはいずれも０より大きく、これらの値が大きいほど、早期に劣化することを表す。
【００２７】
その後、前記関係式１３に、前記経時状態における対象物についての標準ＳＮ比Ｙ１の値を代入することで換算使用時間Ｘ１を算出する（時間算出工程）。なお換算使用時間Ｘ１は、前記関係式１３から算出された値に安全率を加味して算出してもよい。
そして、前記経時状態における対象物についての標準ＳＮ比Ｙ１に基づいて対象物の劣化を評価する（評価工程）。このとき換算使用時間Ｘ１と、前記経時状態における対象物の実使用時間と、に基づいて、前記経時状態における対象物の劣化速度を評価する。
【００２８】
ここで換算使用時間Ｘ１は、未使用状態の対象物を基準負荷下で継続して使用した場合において、その対象物についての標準ＳＮ比の値が、前記経時状態における対象物についての標準ＳＮ比Ｙ１の値になるまでの時間を表している。したがって、換算使用時間Ｘ１と実使用時間とを比較することで、例えば換算使用時間Ｘ１が実使用時間よりも長い場合などには、前記経時状態における対象物の劣化速度が、基準負荷下で継続して使用される対象物の劣化速度よりも速いと評価することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る劣化評価方法によれば、指標算出工程の際、前記経時状態における対象物についての劣化指標を、前記歪の変化領域内での、前記未使用状態および前記経時状態の両応力歪線図１１、１２間の同一歪における応力の各差分から算出するので、評価工程の際、前記経時状態における対象物についての劣化指標に基づいて、対象物の劣化を評価することで、複数の劣化要因を網羅した劣化指標により劣化を総合的に評価することが可能になり、劣化を精度良く評価することができる。
【００３０】
また、劣化指標として標準ＳＮ比を用いるので、劣化をより精度良く評価することができる。
さらに、評価工程の際、換算使用時間Ｘ１と実使用時間とに基づいて、前記経時状態における対象物の劣化速度を評価するので、前記経時状態における対象物の劣化速度を精度良く評価することができる。
【００３１】
なお本実施形態では、基準負荷を、当該対象物の規格上の最大負荷としたが、これに限られない。
【００３２】
（実施例）
次に、本実施形態の劣化評価方法に係る一実施例を説明する。本実施例では、対象物としてポリブテン管を採用し、前記経時状態におけるポリブテン管として、建築物において１０年間使用されたポリブテン管を採用した。
【００３３】
前記経時状態におけるポリブテン管についての標準ＳＮ比Ｙ１は１９．７７ｄｂであり、前記関係式１３は下記（２）式となった。なお基準負荷下では、ポリブテン管内で連続通水するものとし、水温を７０℃とし、塩素濃度を１．５ｐｐｍとし、水圧を０．４Ｍｐａとし、ポリブテン管の曲げ歪を６．８％とした。
【００３４】
ｙ＝−２．４９３・ｌｎ（ｘ）＋４８．５７２      ・・・（２）
【００３５】
次に、前記（２）式において標準ＳＮ比を表すｙ（ｄｂ）に、前記経時状態におけるポリブテン管についての標準ＳＮ比Ｙ１の値である１９．７７を代入して得られる使用時間ｘ（ｈ）に、安全率を乗じて換算使用時間Ｘ１を算出した。前記安全率を２としたとき、換算使用時間Ｘ１は約２３．８年となった。
【００３６】
そして、換算使用時間Ｘ１と、前記経時状態におけるポリブテン管の実使用時間と、を比較することで、前記経時状態におけるポリブテン管の劣化速度を評価した。本実施例では、換算使用時間Ｘ１の２３．８年が、実使用時間の１０年よりも長いので、前記経時状態における対象物の劣化速度が、基準負荷下で継続して使用される対象物の劣化速度よりも速いと評価することができた。これにより、ポリブテン管を早期に交換することが好ましいと判定することができる。さらにこの評価結果から、当該建築物において使用されるポリブテン管の使用環境が基準負荷を超えるものであることが予測され、使用環境の変更の必要性を判定することができる。
【００３７】
また別の実施例として、例えば前記換算使用時間Ｘ１が１０年よりも短い値で算出された場合には、前記経時状態における対象物の劣化速度が、基準負荷下で継続して使用される対象物の劣化速度よりも遅いと評価することができる。これにより、ポリブテン管の交換時期を所期したものよりも遅らせることが可能であると判定することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る劣化評価方法を説明する。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分についての説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００３９】
本実施形態に係る劣化評価方法では、対象物の劣化として、未使用状態の対象物が一定負荷下で継続して使用された場合において、予め設定された基準状態（経時状態）に至るまでの劣化時間を評価する。ここで前記一定負荷は、当該対象物の規格上の最大負荷とし、基準状態は、当該対象物が寿命に至った機能限界状態とした。機能限界状態は、予め実施した対象物の耐久試験に基づいて設定してもよく、機能限界状態を、対象物が破損した状態としてもよい。
このように、基準状態を機能限界状態とした場合には、この劣化評価方法により、未使用状態の対象物が前記一定負荷下で寿命に至るまでの時間を評価することができる。
【００４０】
この劣化評価方法では、まず予め設定された基準状態（経時状態）の対象物、およびこの対象物と同形同大の未使用状態の対象物を準備する。
次に図１に示すように、対象物についての未使用状態における応力歪線図２１と、対象物についての基準状態における応力歪線図２２と、を求める（線図工程）。
そして、対象物についての未使用状態における応力歪線図２１において、対象物に応力が加えられてから破断に至るまでの歪の変化領域内での、未使用状態および基準状態の両応力歪線図２１、２２間の同一歪における応力の各差分から、基準状態における対象物についての劣化指標である標準ＳＮ比Ｙ２を算出する（指標算出工程）。
【００４１】
また図２に示すように、未使用状態の対象物を前記一定負荷下で継続して使用した場合において、使用時間と、当該使用時間使用された対象物についての標準ＳＮ比と、の相関関係を示す関係式２３を求める（関係式工程）。
その後、前記関係式２３に、基準状態における対象物についての標準ＳＮ比Ｙ２の値を代入することで、換算使用時間Ｘ２を算出する（時間算出工程）。なお換算使用時間Ｘ２は、前記関係式２３から算出された値に安全率を加味して算出してもよい。
【００４２】
そして、基準状態における対象物についての標準ＳＮ比Ｙ２に基づいて対象物の劣化を評価する（評価工程）。このとき、換算使用時間Ｘ２に基づいて、未使用状態の対象物が前記一定負荷下で継続して使用された場合において基準状態に至るまでの劣化時間を評価し、換算使用時間Ｘ２を劣化時間とする。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る劣化評価方法によれば、評価工程の際、換算使用時間Ｘ２に基づいて、未使用状態の対象物が前記一定負荷下で基準状態に至るまでの劣化時間を評価するので、実際に、未使用状態の対象物を前記一定負荷下で基準状態に至らせるまで継続して使用することなく、劣化時間を評価することが可能になり、劣化時間を精度良く簡便に評価することができる。
【００４４】
なお本実施形態では、基準状態を、当該対象物が寿命に至った機能限界状態としたが、これに限られず、安全率を適宜加味してもよい。
また本実施形態では、前記一定負荷を、当該対象物の規格上の最大負荷としたが、これに限られない。
【００４５】
なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、劣化指標として標準ＳＮ比を用いるものとしたが、これに限られず、対象物についての未使用状態における応力歪線図において、対象物に応力が加えられてから破断に至るまでの歪の変化領域内での、未使用状態および経時状態の両応力歪線図間の同一歪における応力の各差分の積算値を、経時状態における対象物についての劣化指標としてもよい。
【００４６】
また評価工程が、前記経時状態における対象物についての劣化指標に基づいて、前記経時状態における対象物の劣化の程度を評価する場合、前記関係式工程および前記時間算出工程はなくてもよい。この場合、例えば、評価工程の前に、前記経時状態における対象物についての劣化指標と、機能限界状態における対象物についての劣化指標と、を算出し、両劣化指標を比較することで、劣化の程度を評価してもよい。
【００４７】
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１１、１２、２１、２２  応力歪線図
１３、２３  関係式
【図１】
2014002011.tif 000003
【図２】
2014002011.tif 000004