(57)【要約】【課題】積層弾性体の経年老化を加味した精度の高いクリープ予測が可能な、積層弾性体のクリープ予測方法を提供する。【解決手段】積層弾性体のクリープ予測方法は、基準積層弾性体Ａ1を用い、初期クリープデータを測定し、少なくとも１つの熱老化積層弾性体Ａ2-Ａ4を用い、過渡クリープデータを測定し、初期クリープデータ及び過渡クリープデータを使用して、クリープひずみεの変化が線形となる線形領域での、クリープひずみεの傾きｑ1-ｑ4を求め、新品の状態から最初の過渡経年Ｔ1の状態までは、前記初期クリープデータから求めた傾きｑ1を用い、過渡経年Ｔ1以降は、前記過渡クリープデータから求めた傾きｑ2-ｑ4を用い、新品の状態から過渡経年の状態を経て前記到達経年の状態までのクリープ予測線を合成する。【選択図】図３
2018205066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性部材と剛性部材とが交互に配列された積層弾性体の、到達経年までのクリープひずみを予測する、積層弾性体のクリープ予測方法であって、
熱老化されていない基準積層弾性体を用い、当該基準積層弾性体に対して常温雰囲気の下で面圧を負荷し、初期クリープデータを測定する、初期クリープデータ測定ステップと、
前記到達経年の前の少なくとも１つの過渡経年に対応するように熱老化された、少なくとも１つの熱老化積層弾性体を用い、当該熱老化積層弾性体に対して常温雰囲気の下で面圧を負荷し、過渡クリープデータを測定する、過渡クリープデータ測定ステップと、
前記初期クリープデータを使用して、当該初期クリープデータの測定時間に対するクリープひずみの変化が実質的に安定となる所定の領域での、前記測定時間に対するクリープひずみの傾きを求める、初期クリープデータの傾き算出ステップと、
前記過渡クリープデータを使用して、当該過渡クリープデータの測定時間に対するクリープひずみの変化が実質的に安定となる所定の領域での、前記測定時間に対するクリープひずみの傾きを求める、過渡クリープデータの傾き算出ステップと、
新品の状態から最初の過渡経年の状態までは、前記初期クリープデータから求めた前記傾きを用い、前記最初の過渡経年以降は、前記過渡クリープデータから求めた前記傾きを用い、新品の状態から過渡経年の状態を経て前記到達経年の状態までのクリープ予測線を合成する、クリープ予測線合成ステップと、を有する、積層弾性体のクリープ予測方法。
【請求項２】
前記傾きは、クリープデータを測定するクリープデータ測定期間のうち、当該クリープデータ測定期間の中盤以降に現れる前記領域での傾きである、請求項１に記載の、積層弾性体のクリープ予測方法。
【請求項３】
前記熱老化積層弾性体は、窒素雰囲気内での加熱により熱老化された積層弾性体である、請求項１又は２に記載の、積層弾性体のクリープ予測方法。
【請求項４】
前記熱老化積層弾性体は、積層弾性体の外周を被覆部材で被覆した状態で熱老化された積層弾性体である、請求項１又は２に記載の、積層弾性体のクリープ予測方法。
【請求項５】
前記熱老化積層弾性体は、１次形状係数が３から２０の範囲にある積層弾性体である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の、積層弾性体のクリープ予測方法。
【請求項６】
前記過渡クリープデータ測定ステップでは、複数の過渡経年に対応するように、複数の熱老化積層弾性体を用いて過渡クリープデータの測定を行い、前記過渡クリープデータの傾き算出ステップでは、それぞれの過渡経年に対応する熱老化積層弾性体を用いて、それぞれの傾きを求め、前記クリープ予測線合成ステップでは、前記最初の過渡経年以降は、前記それぞれの傾きを経年経過に合わせて順次用い、前記クリープ予測線を合成する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の、積層弾性体のクリープ予測方法。
【請求項７】
前記傾きは、独立変数及び従属変数が対数スケールの両対数グラフの傾きである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の、積層弾性体のクリープ予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層弾性体のクリープ予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料の長期的な耐久性を判断するための要素の１つにクリープがある。クリープとは、ある部材に対して一定の温度及び雰囲気の下、一定の圧力を負荷したときに、時間の経過と共に当該部材の変形（クリープひずみ）が進行する現象をいう。クリープは、例えば、剛性部材では、高温使用下のボルト余寿命の診断のために利用されている（例えば、特許文献１参照。）。またクリープは、例えば、弾性部材では、合成樹脂材料の試験片の長期性能の評価に利用されている（例えば、特許文献２参照。）。こうしたクリープは、例えば、弾性部材と剛性部材とが交互に配列された積層弾性体では、積層ゴムの試験によって予測することができる（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２３６２４号公報
【特許文献２】特開２００２−２０２２３０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のクリープ予測方法は、積層弾性体の経年劣化の影響を考慮したものではない。このため、従来のクリープ予測方法では、時間の経過に伴う、クリープひずみの変化の減少量を正確に見積もることが困難である。従って、従来のクリープ予測方法では、到達経年年次のクリープひずみの予測精度に改善の余地があった。特にゴム一層あたりの厚さが大きい厚肉積層ゴムでは、クリープひずみ量が大きいため、クリープひずみ予測精度の改善効果が大きい。
【０００６】
本発明の目的は、積層弾性体の経年劣化を加味した精度の高いクリープひずみの予測が可能な、積層弾性体のクリープ予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法は、弾性部材と剛性部材とが交互に配列された積層弾性体の、到達経年までのクリープひずみを予測する、積層弾性体のクリープ予測方法であって、熱老化されていない基準積層弾性体を用い、当該基準積層弾性体に対して常温雰囲気の下で面圧を負荷し、初期クリープデータを測定する、初期クリープデータ測定ステップと、前記到達経年の前の少なくとも１つの過渡経年に対応するように熱老化された、少なくとも１つの熱老化積層弾性体を用い、当該熱老化積層弾性体に対して常温雰囲気の下で面圧を負荷し、過渡クリープデータを測定する、過渡クリープデータ測定ステップと、前記初期クリープデータを使用して、当該初期クリープデータの測定時間に対するクリープひずみの変化が実質的に安定となる所定の領域での、前記測定時間に対するクリープひずみの傾きを求める、初期クリープデータの傾き算出ステップと、前記過渡クリープデータを使用して、当該過渡クリープデータの測定時間に対するクリープひずみの変化が実質的に安定となる所定の領域での、前記測定時間に対するクリープひずみの傾きを求める、過渡クリープデータの傾き算出ステップと、新品の状態から最初の過渡経年の状態までは、前記初期クリープデータから求めた前記傾きを用い、前記最初の過渡経年以降は、前記過渡クリープデータから求めた前記傾きを用い、新品の状態から過渡経年の状態を経て前記到達経年の状態までのクリープ予測線を合成する、クリープ予測線合成ステップと、を有する。
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法によれば、積層弾性体の経年劣化を加味した精度の高いクリープひずみの予測が可能となる。
【０００８】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、前記傾きは、クリープデータを測定するクリープデータ測定期間のうち、当該クリープデータ測定期間の中盤以降に現れる線形領域での傾きであることが好ましい。
この場合、信頼性の高い傾きが安定した領域での、当該傾きを用いることにより、積層弾性体の経年劣化を加味したクリープひずみの予測の信頼性を高めることができる。
【０００９】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、前記熱老化積層弾性体は、窒素雰囲気内での加熱により熱老化された積層弾性体であるとすることができる。
この場合、酸化劣化が小さく抑えられることにより、積層弾性体の経年劣化を加味したクリープひずみの予測の信頼性をより高めることができる。
【００１０】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、前記熱老化積層弾性体は、積層弾性体の外周を被覆部材で被覆した状態で熱老化された積層弾性体であるとすることができる。
この場合、酸化劣化が小さく抑えられることにより、積層弾性体の経年劣化を加味したクリープひずみの予測の信頼性をより高めることができる。また、過渡クリープデータ測定ステップにおいては、シート等の被覆部材を取り外すことにより、測定への当該被覆部材の影響を除外できる。前記被覆部材の材料としては、空気遮蔽性に優れたブチルゴムやエピクロルヒドリンゴムが望ましい。
【００１１】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、前記熱老化積層弾性体は、熱老化された１次形状係数が３から２０の範囲にある積層弾性体であるとすることができる。
熱老化された１次形状係数が３から２０の範囲にある積層弾性体は、ゴム一層あたりの厚さが大きい厚肉積層弾性体であり、クリープひずみが大きい。このため、熱老化積層弾性体として、熱老化されたこうした厚肉積層弾性体を用いれば、積層弾性体の経年劣化を加味したクリープひずみの予測精度の改善効果が大きい。なお１次形状係数とは、ゴム径φとゴム内径φ’の差φ-φ’をゴム一層あたりの厚さの４倍で除した量である。
【００１２】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法によれば、前記過渡クリープデータ測定ステップでは、複数の過渡経年に対応するように、複数の熱老化積層弾性体を用いて過渡クリープデータの測定を行い、前記過渡クリープデータの傾き算出ステップでは、それぞれの過渡経年に対応する熱老化積層弾性体を用いて、それぞれの傾きを求め、前記クリープ予測線合成ステップでは、前記最初の過渡経年以降は、前記それぞれの傾きを経年経過に合わせて順次用い、前記クリープ予測線を合成することが好ましい。
この場合、前記クリープ予測線をより細分化して合成できることにより、より長期かつ精度よく、積層弾性体の経年劣化を加味したクリープひずみの予測を行うことができる。
【００１３】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法によれば、前記傾きは、独立変数（横軸）及び従属変数（縦軸）が対数スケールの両対数グラフの傾きであることが好ましい。
この場合、前記クリープ予測線を簡易に合成できることにより、積層弾性体の経年劣化を加味したクリープひずみの予測を簡易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層弾性体の経年劣化を加味した精度の高いクリープひずみの予測が可能な、積層弾性体のクリープ予測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る積層弾性体のクリープ予測方法で使用可能な試験体の一例を、一部断面で示す側面図である。
【図２】同実施形態に係る積層弾性体のクリープ予測方法において用いられる各試験体の、クリープひずみの時系列的な変化の測定結果を示した両対数グラフである。
【図３】同実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法を用いて合成された、クリープ予測線を示した両対数グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
建物の免震装置の一部に使用される積層ゴム（積層弾性体）は、長期にわたる使用により、建物重量による鉛直荷重を継続して負担している。このため、積層ゴムには、建物重量の鉛直荷重によって、時間の経過と共に進行する変形（クリープひずみ）が生じる。クリープは、長期的な耐久性を判断するための１つの要素である。また積層ゴムの経年老化も長期的な耐久性を判断するための１つの要素である。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法は、到達経年までのクリープ予測を要する試験体（以下、「基準試験体」ともいう。）と、当該試験体と実質的に同一の試験体であって、熱老化によって老化を促進させた、少なくとも１つの他の試験体（以下、「熱老化試験体」ともいう。）とを用い、新品の状態から前記到達経年の状態までの、基準試験体のクリープ予測線を合成し、当該基準試験体のクリープを予測する。
【００１８】
［試験体（積層弾性体）］
本実施形態の一実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、経年の水準（試験体）は、少なくとも経年０年（未劣化）を含めて、２つの水準を必要とする。
【００１９】
（基準試験体）
基準試験体には、老化を促進させていない積層弾性体（以下、「基準積層弾性体」ともいう。）が用いられる。基準試験体は、少なくとも１つの基準積層弾性体とする。本実施形態では、基準試験体には、熱老化されてない新品の積層弾性体を用いる。
【００２０】
（熱老化試験体）
熱老化試験体には、老化を促進させた積層弾性体（以下、「熱老化積層弾性体」ともいう。）が用いられる。熱老化試験体は、少なくとも１つの熱老化積層弾性体とする。クリープひずみの促進は熱老化によって行う。本実施形態では、熱老化試験体を得るための促進老化の方法は、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）の６．７．１及び付属書Ａ(規定)に開示された「期待使用期間(２０°Ｃ換算)に相当する促進老化条件の決定方法」に従う。
【００２１】
基準試験体及び熱老化試験体は、現物と同形状又は幾何学的に相似な形状の試験体とすることが望ましい。なお、「幾何学的に相似な形状の試験体」とは、現物に対して縮尺した試験体をいう。なお、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−１」（２０１５）の７．３．２の表１３及び表１４では、試験体の形状をゴム径φ１５０ｍｍ以上に限定している。しかしながら、本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、試験体のゴム径φは、５０ｍｍ以上であればよい。
【００２２】
本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、試験体は、弾性部材と剛性部材とが交互に配列された積層弾性体の他、当該積層弾性体が一部に配置されたユニット（組立体）とすることができる。前記ユニットとしては、例えば、図１に例示する免震装置１０が挙げられる。本実施形態では、免震装置１０は、少なくとも一部に積層ゴム（積層弾性体）１を有している。積層ゴム１は、ゴム部材（弾性部材）２と鋼板（剛性部材）３とが交互に配列されている。また本実施形態では、積層ゴム１は、中心部に直径φ’の穴を有する上側鋼板４と下側鋼板５とを有している。積層ゴム1の中心には直径をφ’とする円筒状の空間８が形成されている。更に本実施形態では、上側鋼板４には、上側フランジ鋼板６が取り付けられている。また本実施形態では、下側鋼板５には、下側フランジ鋼板７が取り付けられている。例えば、図１の免震装置１０を基準試験体Ａ１とした場合、当該基準試験体Ａ１のゴム径φは、鋼板３の外径としている。また、ゴム内径φ’は鋼板３の内径としている。
【００２３】
本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、少なくとも１つの基準試験体と、少なくとも１つの熱老化試験体とを使用する。即ち、到達経年までのクリープひずみを予測するべき積層弾性体の基準となる基準試験体と、前記到達経年前の、少なくとも１つの過渡経年に対応するように熱老化された、少なくとも１つの熱老化試験体とを使用する。
【００２４】
本実施形態では、到達経年は、例えば、製品寿命として想定した年である。本実施形態では、到達経年を６０年とする。基準試験体Ａ１は、経年０年の１つの積層弾性体（基準積層弾性体）である。本実施形態では、基準積層弾性体は、老化を促進させてない免震装置１０である。また熱老化試験体は、任意の経年年数まで老化を促進させた、複数の積層弾性体（熱老化積層弾性体）である。本実施形態では、熱老化試験体には、３つの熱老化試験体Ａ２−Ａ４を用いている。本実施形態では、熱老化試験体Ａ２は、経年１０年（過渡経年）相当の熱老化積層弾性体である。また熱老化試験体Ａ３は、経年２０年（過渡経年）相当の熱老化積層弾性体である。更に熱老化試験体Ａ４は、経年４０年（過渡経年）相当の熱老化積層弾性体である。熱老化試験体Ａ２−Ａ４はそれぞれ、老化（クリープひずみ）を促進させた免震装置１０である。但し、熱老化試験体の個数は、到達経年までの間の年数に対して、少なくとも１つ以上であればよい。
【００２５】
本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、熱老化積層弾性体の促進老化の方法は、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）の６．７．１及び付属書Ａ(規定)に開示された「期待使用期間(２０°Ｃ換算)に相当する促進老化条件の決定方法」に従う。この方法に従えば、例えば、老化を促進するための熱老化温度は１００°Ｃ以下とすることができる。本実施形態では、熱老化温度は８０°Ｃである。本実施形態では、上述のとおり、熱老化試験体Ａ２−Ａ４はそれぞれ、経年１０年、２０年及び４０年相当に促進老化させた試験体である。各経年相当に熱老化させるための熱老化時間ｔyは、上記決定方法に従い、以下の式（１）から求めることができる。
【００２６】
ｌｎ(ｔy)＝Ｅa（（１／Ｔy）−（１／Ｔo））／Ｒ＋ｌｎ(ｔ)  ・・・（１）
ｌｎ：自然対数
Ｅa ：活性化エネルギー（Ｊ／mol）
Ｒ  ：気体定数（８．３１４Ｊ／（mol・Ｋ））
Ｔo ：２０°Ｃ＝２９３Ｋ（絶対温度）
Ｔy ：熱老化温度（絶対温度）
ｔ  ：２０°Ｃでの期待使用期間（ｈ）
ｔy ：熱老化時間（ｈ）
【００２７】
本実施形態では、活性化エネルギーＥaは、上記決定方法にて用いられている活性化エネルギーの計算方法に従い求めることができる。また本実施形態では、熱老化温度Ｔyは、８０°Ｃ＝３５３Ｋである。期待使用期間は、熱老化試験体Ａ２の場合、１０年、熱老化試験体Ａ３の場合、２０年、そして、熱老化試験体Ａ４の場合、４０年である。なお、本実施形態では、期待使用期間は、製品寿命としての到達経年である。期待使用期間の単位は、時（ｈ）とする。
【００２８】
上記式（１）によれば、経年１０年相当、活性化エネルギー７７０００Ｊ／molの場合、熱老化時間ｔyは、日数に換算すると、１７日である。即ち、熱老化試験体Ａ２は、８０°Ｃの状態を１７日の間維持することにより、２０°Ｃ換算で経年１０年相当の熱老化積層弾性体となる。また上記式（１）によれば、経年２０年相当の場合、熱老化時間ｔyは、日数に換算すると、３４日である。即ち、熱老化試験体Ａ３は、８０°Ｃの状態を３４日の間維持することにより、２０°Ｃ換算で経年２０年相当の熱老化積層弾性体となる。更に上記式（１）によれば、経年４０年相当の場合、熱老化時間ｔyは、日数に換算すると、６８日である。即ち、熱老化試験体Ａ４は、８０°Ｃの状態を６８日の間維持することにより、２０°Ｃ換算で経年４０年相当の熱老化積層弾性体となる。
【００２９】
熱老化試験体を得るための具体的な熱老化の方法としては、例えば、２つの方法が挙げられる。第１の方法は、熱老化前の試験体（基準積層弾性体に相当する積層弾性体）を密閉容器に格納した後、当該密閉容器をオーブン（恒温層）の格納部分に格納し、当該オーブンを用いて前記試験体を間接的に加熱する方法（熱老化法１）である。第２の方法は、オーブンを用いて熱老化前の試験体を直接的に加熱する方法（熱老化法２）である。熱老化法１及び熱老化法２のいずれの場合も、前記オーブンは少なくとも、当該オーブンの格納部分を、試験体周辺の雰囲気が１００°Ｃ以下の一定温度に一定期間維持されるものであることが好ましい。
【００３０】
また熱老化法１及び熱老化法２のいずれの場合も、試験雰囲気（試験体が接触する雰囲気）は、大気雰囲気とすることができるが、酸素が窒素に置換された窒素雰囲気とすることが好ましい。熱老化法１の場合、例えば、前記密閉容器として、当該密閉容器の格納室の酸素を窒素で置換可能な密閉容器を使用する。この場合、前記密閉容器の格納室に熱老化前の試験体を格納した後、当該密閉容器の格納室内の酸素を窒素で置換する。また熱老化法２の場合、例えば、前記オーブンとして、当該オーブンの格納部分の酸素を窒素で置換可能なオーブンを使用する。この場合、前記オーブンの格納部分に熱老化前の試験体を格納した後、当該オーブンの格納部分内の酸素を窒素で置換する。
【００３１】
即ち、熱老化法１では、熱老化前の試験体を前記密閉容器に格納した後、当該密閉容器内の空気を窒素に置換し、その後、前記密閉容器を前記オーブンに格納し、当該オーブンにて、前記熱老化前の試験体を１００°Ｃ以下の一定温度で一定期間加熱する。これにより、熱老化前の試験体の老化を促進させることができる。また熱老化法２では、熱老化前の試験体を前記オーブンに格納した後、当該オーブン内の空気を窒素に置換し、その後、前記オーブンにて、前記熱老化前の試験体を１００°Ｃ以下の一定温度で一定期間加熱する。これにより、所望の経年年数相当まで、熱老化前の試験体の老化を促進させることができる。免震ゴムの場合、通常試験体は、実際の免震ゴムよりも小さく縮尺したものを使用する。この場合、実際の免震ゴムと異なり、酸化劣化が試験体の内部にまで及ぶことがある。このため、酸素を窒素で置換すれば、酸化劣化の影響が試験体の内部まで及びことを防止することができる。
【００３２】
次に、図１の、積層ゴム１が一部に配置された免震装置１０を例に、本実施形態に係る積層弾性体のクリープ予測方法を説明する。
【００３３】
本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法は、（１）初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と、（２）過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）と、（３）初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）と、（４）過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３４）と、（５）クリープ予測線合成ステップ（Ｓ５）と、を有する。
【００３４】
［初期クリープデータ測定ステップ］
初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）では、熱老化されていない基準積層弾性体を用い、当該基準積層弾性体に対して常温雰囲気の下で面圧を負荷し、初期クリープデータを測定する。
【００３５】
初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）では、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）の６．７．２及び付属書Ｄに準拠するクリープ試験を行う。例えば、試験雰囲気は、常温雰囲気とする。本実施形態では、常温の定義は「ＪＩＳ  Ｚ  ８７０３」（１９８３）の４に準拠した。即ち、本実施形態では、常温雰囲気とは、試験体を取り巻く空気が２０Ｃ°±１５°Ｃの範囲の状態をいう。また面圧Ｐは、建物重量等に応じて適宜設定可能である。例えば、面圧Ｐは、１−２０ＭＰａの範囲とすることができる。本実施形態では、面圧Ｐは、５ＭＰａとしている。試験期間（初期クリープデータを測定する初期クリープデータ測定時間）及び測定間隔も、上記クリープ試験に従う。本実施形態では、クリープ時刻歴（クリープの時系列変化）は、独立変数（横軸）及び従属変数（縦軸）が対数スケールの両対数グラフで表される。このため、試験期間は、両対数グラフ上で、線形領域が明確となるように、２年としている。
【００３６】
初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）では、基準積層弾性体として、クリープひずみεを促進させていない図１の免震装置１０を用いる。クリープひずみεは、各測定時間tごとに、以下の式（２）及び（３）から求めることができる。式（２）及び式（３）は、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）の６．７．２．４ ａ）の式（８）及びｂ）の式（９）に準拠する。なお、本実施形態では、「クリープデータを測定する」とは、以下の各パラメータを測定し、これらのパラメータを基に、クリープひずみεを演算することをいう。
【００３７】
ΔＨ20＝ΔＨτ＋ｎ×ｄτ（Ｔf−２０）α  ・・・（２）
ΔＨ20：規定温度（２０°Ｃ）における試験体高さの変化量（mm）
ΔＨτ：Ｔfにおける試験体高さの変化量
ｎ    ：弾性部材の層数
ｄτ  ：弾性部材の１層の厚さ
Ｔf   ：試験体の弾性部材の表面温度（°Ｃ）
α    ：線膨張係数（Ｔf °Ｃ〜規定温度（２０°Ｃ））
但し、αは付属書Ｂによる。
【００３８】
ε＝（ΔＨ20×１００）／（ｎ×ｄτ）  ・・・（３）
ε  ：規定温度（２０°Ｃ）におけるクリープひずみ（％）
【００３９】
測定時間ｔにおけるクリープひずみεは、ε(t)である。クリープひずみε(t)は式（３）から求めることができる。本実施形態では、基準試験体Ａ１の測定時間ｔにおけるクリープひずみεは、ε1(t)である。
【００４０】
［過渡クリープデータ測定ステップ］
過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）では、前記到達経年の前の、少なくとも１つの過渡経年に対応するように熱老化された、少なくとも１つの熱老化積層弾性体を用い、当該熱老化積層弾性体に対して常温雰囲気の下で面圧Ｐを負荷し、過渡クリープデータを測定する。
【００４１】
過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）では、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）の６．７．２及び付属書Ｄに準拠するクリープ試験を行う。例えば、試験雰囲気は、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、常温雰囲気とする。また面圧Ｐは、建物重量等に応じて適宜設定可能であるが、本実施形態では、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、面圧Ｐは、５ＭＰａとしている。試験期間（過渡クリープデータを測定する過渡クリープデータ測定時間）及び測定間隔も初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、上記クリープ試験に従う。本実施形態では、クリープ時刻歴（クリープの時系列変化）は、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、独立変数（横軸）及び従属変数（縦軸）が対数スケールの両対数グラフで表される。このため、試験期間も、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、両対数グラフ上で、線形領域が明確となるように、２年としている。
【００４２】
過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）では、熱老化積層弾性体として、クリープひずみεを促進させた図１の免震装置１０を用いる。本実施形態では、免震装置１０は、試験体Ａ２−Ａ４であり、これら３つの試験体のデータを測定する。クリープひずみεは、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、各測定時間tごとに、上述の式（２）及び（３）から求めることができる。
【００４３】
測定時間ｔにおけるクリープひずみεは、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）と同様、上記の式（３）から求めることができる。本実施形態では、熱老化試験体Ａ２の測定時間ｔにおけるクリープひずみεは、ε2(t)である。また熱老化試験体Ａ３の測定時間ｔにおけるクリープひずみεは、ε3(t)である。更に熱老化試験体Ａ４の測定時間ｔにおけるクリープひずみεは、ε4(t)である。クリープひずみε(t)は、熱老化試験体Ａ２−Ａ４のそれぞれについて求められる。
【００４４】
［初期クリープデータ測定ステップ及び過渡クリープデータ測定ステップ］
図２は、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）及び過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）にて測定した、各試験体Ａ１−Ａ４それぞれのクリープデータ（過渡クリープひずみ）の時系列的な変化を示したグラフである。このグラフは、対数スケールの両対数グラフである。図２では、独立変数（横軸）はｌｏｇ10ｔである。また従属変数（縦軸）はｌｏｇ10ε(t)である。本実施形態では、常用対数を用いて、底を１０としているが、自然対数を用いて、底をｅとすることもできる。
【００４５】
図２では、細字実線は、経年０年相当の基準試験体Ａ１のクリープデータ（初期クリープデータ）の時系列的な変化を示したグラフである。一点鎖線は、経年１０年相当の熱老化試験体Ａ２のクリープデータ（過渡クリープデータ）の時系列的な変化を示したグラフである。二点鎖線は、経年２０年相当の熱老化試験体Ａ４のクリープデータ（過渡クリープデータ）の時系列的な変化を示したグラフである。太字実線は、経年４０年相当の熱老化試験体Ａ４のクリープデータ（過渡クリープデータ）の時系列的な変化を示したグラフである。
【００４６】
なお、本実施形態では、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）を過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）に先立って実行しているが、初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）に先立って過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）を実行することができる。また初期クリープデータ測定ステップ（Ｓ１）及び過渡クリープデータ測定ステップ（Ｓ２）は同時並行的に実行することができる。
【００４７】
［初期クリープデータの傾き算出ステップ］
初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）では、前記初期クリープデータを使用して、当該初期クリープデータの測定時間ｔに対するクリープひずみεの変化が実質的に安定となる所定の領域での、測定時間ｔに対するクリープひずみεの傾きを求める。本実施形態では、「実質的に安定となる所定の領域」とは、「初期クリープデータの測定時間ｔに対するクリープひずみεの変化がほぼ線形となる領域（以下、単に「線形領域」ともいう。）」をいう。
【００４８】
本実施形態では、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）の６．７．２.４ ｄ）の式（１０）に従い、このクリープ試験結果に最小二乗法を用いて両対数関係で、以下の式（４）で表される一次回帰線を求める。
【００４９】
ｌｏｇ10ε(t)＝ｌｏｇ10ｐ ＋ｑｌｏｇ10ｔ  ・・・（４）
ｔ    ：測定時間
ｐ，ｑ：式（４）で回帰するときの係数
【００５０】
式（４）で表される一次回帰線は、対数スケールの両対数グラフである。式（４）の独立変数はｌｏｇ10ｔである。また式（４）の従属変数はｌｏｇ10ε(t)である。係数ｐ及びｑは、クリープ試験の測定時間ｔの対数スケールｌｏｇ10ｔと、式（３）から求められた各測定時間ｔに対応するクリープひずみεの対数スケールｌｏｇ10ε(t)とを用いて算出することができる。
【００５１】
初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）で求めるべき傾きは、式（４）のｑである。本実施形態では、ｌｏｇに、常用対数を用いて底を１０としている。但し、本発明によれば、ｌｏｇに、自然対数を用いて底をｅとすることもできる。また時間ｔの単位は、時間（ｈ）である。
【００５２】
係数ｑは、クリープデータを測定するクリープデータ測定期間のうち、当該クリープデータ測定期間の中盤以降に現れる前記領域での傾きであることが好ましい。具体的には、係数ｑは、初期クリープデータの測定期間の１／２から１０００時間以上の区間から求めた一次回帰線の傾きに対応することが好ましい。本実施形態では、初期クリープデータの測定期間は、上述のとおり、線形領域が明確になるように２年（１７５３１．５２時間）としている。即ち、本実施形態では、初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）では、係数ｑは、２年の測定期間のうち、１年から２年までの区間に現れる線形領域での、傾きである。
【００５３】
基準試験体Ａ１の一次回帰線ｌｏｇ10ε1(t)は、上述の式（４）により、以下の式（４−１）で表される。このときの係数ｐは、ｐ1である。また係数ｑは、ｑ1である。
【００５４】
ｌｏｇ10ε1(t)＝ｌｏｇ10ｐ1 ＋ｑ1ｌｏｇ10ｔ  ・・・（４−１）
【００５５】
［過渡クリープデータの傾き算出ステップ］
過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）では、前記過渡クリープデータを使用して、当該過渡クリープデータの測定時間ｔに対するクリープひずみεの変化が実質的に安定となる所定の領域での、測定時間ｔに対するクリープひずみεの傾きを求める。本実施形態では、「実質的に安定となる所定の領域」とは、「過渡クリープデータの測定時間ｔに対するクリープひずみεの変化がほぼ線形となる領域（以下、単に「線形領域」ともいう。）」をいう。
【００５６】
本実施形態では、初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）と同様、「ＪＩＳ  Ｋ  ６４１０−２」（２０１５）の６．７．２.４ ｄ）の式（１０）に従い、上述の式（４）の一次回帰線を求める。
【００５７】
過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）で求めるべき傾きは、初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）と同様、式（４）のｑである。過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）でも、ｌｏｇに、常用対数を用いて底を１０としている。但し、本発明によれば、ｌｏｇに、自然対数を用いて底をｅとすることもできるまた時間ｔの単位は、時間（ｈ）である。
【００５８】
係数ｑは、初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）と同様、クリープデータを測定するクリープデータ測定期間のうち、当該クリープデータ測定期間の中盤以降に現れる前記領域での傾きであることが好ましい。具体的には、係数ｑは、過渡クリープデータの測定期間の１／２から１０００時間以上の区間から求めた一次回帰線の傾きに対応することが好ましい。本実施形態では、過渡クリープデータの測定期間は、上述のとおり、線形領域が明確になるように２年としている。即ち、過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）では、係数ｑは、２年の測定期間のうち、１年から２年までの区間に現れる線形領域での、傾きである。
【００５９】
熱老化試験体Ａ２の一次回帰線ｌｏｇ10ε2(t)は、上述の式（４）により、以下の式（４−２）で表される。このときの係数ｐは、ｐ2である。また係数ｑは、ｑ2である。
【００６０】
ｌｏｇ10ε2(t)＝ｌｏｇ10ｐ2 ＋ｑ2ｌｏｇ10ｔ  ・・・（４−２）
【００６１】
また熱老化試験体Ａ３の一次回帰線ｌｏｇ10ε3(t)は、上述の式（４）により、以下の式（４−３）で表される。このときの係数ｐは、ｐ3である。また係数ｑは、ｑ3である。
【００６２】
ｌｏｇ10ε3(t)＝ｌｏｇ10ｐ3 ＋ｑ3ｌｏｇ10ｔ  ・・・（４−３）
【００６３】
また熱老化試験体Ａ４の一次回帰線ｌｏｇ10ε4(t)は、上述の式（４）により、以下の式（４−４）で表される。このときの係数ｐは、ｐ4である。また係数ｑは、ｑ4である。
【００６４】
ｌｏｇ10ε4(t)＝ｌｏｇ10ｐ4 ＋ｑ4ｌｏｇ10ｔ  ・・・（４−４）
【００６５】
［初期クリープデータの傾き算出ステップ及び過渡クリープデータの傾き算出ステップ］
図２中、時間ｔMは、クリープデータの測定を開始してから、クリープデータ測定期間の１／２の時間が経過したときの時間である。本実施形態では、クリープデータの測定時間に対するクリープひずみの変化が線形となる線形領域での傾きｑは、時間ｔMと、当該時間ｔMから１０００時間以上経過した時間ｔxとの区間に現れる線形領域での傾きとしている。また本実施形態では、初期クリープデータの測定期間と過渡クリープデータの測定期間とは同じ期間である。
【００６６】
図２中、基準試験体Ａ１のクリープデータから得られた傾きは、ｑ1である。このｑ1が初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）にて求めるべき、経年０年相当の傾きである。
【００６７】
一方、図２中、熱老化試験体Ａ２のクリープデータから得られた傾きは、ｑ2である。このｑ2が過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）にて求めるべき、経年１０年相当の傾きである。また図２中、熱老化試験体Ａ３のクリープデータから得られた傾きは、ｑ3である。このｑ3も過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）にて求めるべき、経年２０年相当の傾きである。更に図２中、熱老化試験体Ａ４のクリープデータから得られた傾きは、ｑ4である。このｑ4も過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）にて求めるべき、経年４０年相当の傾きである。即ち、本実施形態では、過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）において、３つの経年年数相当の熱老化試験体のクリープデータから得られた傾きを求めている。
【００６８】
なお、本実施形態では、初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）を過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）に先立って実行しているが、初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）に先立って過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）を実行することができる。また初期クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ３）及び過渡クリープデータの傾き算出ステップ（Ｓ４）は同時並行的に実行することができる。
【００６９】
［クリープ予測線合成ステップ］
クリープ予測線合成ステップ（Ｓ５）では、新品の状態から最初の過渡経年の状態までは、前記初期クリープデータから求めた前記傾きを用い、前記最初の過渡経年以降は、前記過渡クリープデータから求めた前記傾きを用い、新品の状態から過渡経年の状態を経て前記到達経年の状態までのクリープ予測線を合成する。
【００７０】
クリープひずみの予測に用いられる時間をＴとし、経年（過渡経年）Ｔ1＝１０年とすると、予測開始から過渡経年１０年までの間（０≦Ｔ≦Ｔ1）のクリープ予測線は、上述の式（４−１）により、以下の式（５−１）で表される。
【００７１】
ｌｏｇ10ε(Ｔ)＝ｌｏｇ10ｐ1＋ｑ1ｌｏｇ10Ｔ  ・・・（５−１）
【００７２】
次いで経年（過渡経年）Ｔ2＝２０年とすると、過渡経年１０年から過渡経年２０年までの間（Ｔ1＜Ｔ≦Ｔ2）のクリープ予測線は、上述の式（４−２）により、以下の式（５−２）で表される。
【００７３】
ｌｏｇ10ε(Ｔ)＝ｌｏｇ10ε(Ｔ1)＋ｑ2（ｌｏｇ10Ｔ−ｌｏｇ10Ｔ1）  ・・・（５−２）
【００７４】
次いで経年（過渡経年）Ｔ3＝４０年とすると、過渡経年２０年から過渡経年４０年までの間（Ｔ2＜Ｔ≦Ｔ3）のクリープ予測線は、上述の式（４−３）により、以下の式（５−３）で表される。
【００７５】
ｌｏｇ10ε(Ｔ)＝ｌｏｇ10ε(Ｔ2)＋ｑ3（ｌｏｇ10Ｔ−ｌｏｇ10Ｔ2）  ・・・（５−３）
【００７６】
次いで経年（到達経年）Ｔ4＝６０年とすると、過渡経年４０年から到達年数６０年までの間（Ｔ3＜Ｔ≦Ｔ4）のクリープ予測線は、上述の式（４−４）により、以下の式（５−４）で表される。
【００７７】
ｌｏｇ10ε(Ｔ)＝ｌｏｇ10ε(Ｔ3)＋ｑ4（ｌｏｇ10Ｔ−ｌｏｇ10Ｔ3）  ・・・（５−４）
【００７８】
本実施形態では、上述の式（５−１）−式（５−４）を合成することにより、新品から到達経年相当までのクリープ予測線を得ることができる。なお、本実施形態では、１年は、３６５．２４日とし、１０年は、Ｔ1＝８７６５７．６（ｈ）、２０年は、Ｔ2＝１７５３１５．２（ｈ）、４０年は、Ｔ3＝３５０６３０．４（ｈ）、６０年は、Ｔ4＝５２５９４５．６（ｈ）を使用する。
【００７９】
図３は、クリープ予測線合成ステップ（Ｓ５）にて合成された、上述のクリープ予測線を示した両対数グラフである。図３では、独立変数（横軸）はｌｏｇ10Ｔである。また従属変数（縦軸）はｌｏｇ10ε(Ｔ)である。
【００８０】
本実施形態では、クリープの経年変化の予測開始から過渡経年１０年までの間（０≦Ｔ≦Ｔ1）のクリープ予測線は、図３の細字実線に示すように、上述の式（５−１）で表される。即ち、図１の免震装置１０が新品の状態から過渡経年１０年相当の状態までは、式（５−１）に基いて、クリープひずみを予測することができる。
【００８１】
また本実施形態では、過渡経年１０年を超えて過渡経年２０年までの間（Ｔ1＜Ｔ≦Ｔ2）のクリープ予測線は、図３の一点鎖線に示すように、上述の式（５−２）で表される。即ち、図１の免震装置１０が過渡経年１０年相当の状態から過渡経年２０年相当の状態までは、式（５−２）に基いて、クリープひずみを予測することができる。
【００８２】
また本実施形態では、過渡経年２０年を超えて過渡経年４０年までの間（Ｔ2＜Ｔ≦Ｔ3）のクリープ予測線は、図３の二点鎖線に示すように、上述の式（５−３）で表される。即ち、過渡経年２０年相当の状態から過渡経年４０年相当の状態までは、式（５−３）に基いて、クリープひずみを予測することができる。
【００８３】
更に本実施形態では、過渡経年４０年を超えて到達経年６０年までの間（Ｔ3＜Ｔ≦Ｔ4）のクリープ予測線は、図３の太字実線に示すように、上述の式（５−４）で表される。即ち、過渡経年４０年相当の状態から到達経年６０年相当の状態までは、式（５−４）に基いて、クリープひずみを予測することができる。従って、製品寿命として想定した到達経年６０年相当のクリープひずみεは、式（５−４）、より具体的には、式（５−１）−式（５−４）に基いて、予測することができる。
【００８４】
一方、老化を促進させない基準試験体Ａ１のみで、到達経年６０年相当までのクリープひずみεを予測した場合、その予測は、図３の破線に示すように、式（５−１）に基いて行われる。一般的に、年数経過に伴い、クリープひずみεの変化の減少は小さくなっていく。しかしながら、式（５−１）に基いた予測の場合、クリープひずみεの変化、ひいては該当変化速度は、本実施形態に係るクリープ予測方法を用いて予測したときよりも大きい（ｑ4＜ｑ1）。
【００８５】
これに対し、本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、熱老化されてない基準積層弾性体と、過渡経年に対応するように熱老化された、少なくとも１つの熱老化積層弾性体とを用い、それぞれの線形領域でのクリープひずみの傾きを求め、これらの傾きを用いてクリープ予測線を合成することで、経年年次相当のクリープを順次予測している。このため、クリープひずみεの変化、ひいては当該変化の減少量を正確に予測することができる（ｑ1＞ｑ2＞ｑ3＞ｑ4）。
【００８６】
従って、本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法によれば、積層ゴム１の経年老化を加味した精度の高いクリープ予測が可能となる。
【００８７】
また本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、傾き（係数ｑ）は、クリープデータを測定するクリープデータ測定期間のうち、当該クリープデータ測定期間の中盤以降に現れる線形領域での傾きである。この場合、傾き（係数ｑ）が安定した線形領域での、当該傾きを用いることにより、積層ゴム１の経年老化を加味したクリープ予測の信頼性を高めることができる。
【００８８】
また本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、熱老化積層弾性体は、窒素雰囲気内での加熱により熱老化された積層弾性体であるとすることができる。この場合、酸化劣化が小さく抑えられることにより、積層ゴム１の経年老化を加味したクリープ予測の信頼性をより高めることができる。
【００８９】
また本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法によれば、前記過渡クリープデータ測定ステップでは、複数の過渡経年に対応するように、複数の熱老化積層弾性体を用いて過渡クリープデータの測定を行い、前記過渡クリープデータの傾き算出ステップでは、それぞれの過渡経年に対応する熱老化積層弾性体を用いて、それぞれの傾きを求め、前記クリープ予測線合成ステップでは、前記最初の過渡経年以降は、前記それぞれの傾きを経年経過に合わせて順次用い、前記クリープ予測線を合成する。この場合、前記クリープ予測線をより細分化して合成できることにより、より長期かつ精度よく、積層ゴム１の経年老化を加味したクリープ予測を行うことができる。
【００９０】
また本実施形態に係る、積層弾性体のクリープ予測方法によれば、傾き（係数ｑ）は、独立変数（横軸）及び従属変数（縦軸）が対数スケールの両対数グラフの傾きである。この場合、前記クリープ予測線を簡易に合成できることにより、積層ゴム１の経年老化を加味したクリープ予測を簡易に行うことができる。
【００９１】
また本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法によれば、熱老化積層弾性体は、積層弾性体の外周を被覆部材で被覆した状態で熱老化された積層弾性体とすることができる。即ち、本実施形態に係るクリープ予測方法では、前記熱老化試験体として、老化前の試験体の外周を、シート等の被覆部材で被覆した状態で熱老化させた試験体を用いることができる。この場合、酸化劣化が小さく抑えられることにより、積層弾性体の経年劣化を加味したクリープひずみの予測の信頼性をより高めることができる。また、過渡クリープデータ測定ステップにおいては、前記被覆部材を取り外すことにより、測定への当該被覆部材の影響を除外できる。前記被覆部材を例えば、シートとした場合、当該シートの材料としては、空気遮蔽性に優れたブチルゴムやエピクロルヒドリンゴムが望ましい。
【００９２】
本発明に係る、積層弾性体のクリープ予測方法では、前記熱老化積層弾性体は、熱老化された１次形状係数が３から２０の範囲にある積層弾性体とすることができる。即ち、本実施形態に係るクリープ予測方法では、前記熱老化試験体として、熱老化された１次形状係数が３から２０の範囲にある試験体を用いることができる。１次形状係数が３から２０の範囲にある積層ゴムは、ゴム一層あたりの厚さが大きい厚肉積層ゴムである。こうした厚肉積層ゴムは、クリープひずみが大きい。このため、試験体として、熱老化された１次形状係数が３から２０の範囲にある肉厚の積層ゴムを用いれば、当該積層ゴムの経年劣化を加味したクリープひずみの予測精度の改善効果が大きい。なお１次形状係数とは、ゴム径φとゴム内径φ’の差φ−φ’をゴム一層あたりの厚さの４倍で除した量である。
【００９３】
上述したところは、本発明の一実施形態を開示したにすぎず、特許請求の範囲に従えば、様々な変更が可能となる。例えば、本実施形態では、傾きは、両対数グラフから求められたが、両対数グラフから求めるものに限定されるものではない。過渡経年も、少なくとも１つ以上の標本があればよく、３つ以上を標本することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１：積層ゴム（積層弾性体），  ２：ゴム部材（弾性部材），  ３：鋼板（剛性部材），  １０：免震装置（試験体），  Ａ１：基準試験体（基準積層弾性体），  Ａ２：熱老化試験体（熱老化積層弾性体），  Ａ３：熱老化試験体（熱老化積層弾性体），  Ａ４：熱老化試験体（熱老化積層弾性体），  Ｔ1 ：過渡経年（１０年），  Ｔ2 ：過渡経年（２０年），  Ｔ3 ：過渡経年（４０年），  Ｔ4 ：到達経年（６０年）
【図１】
2018205066.tif 000003
【図２】
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【図３】
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