JP2010048762A - 積層ゴムの診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層ゴムのゴム層を超音波で診断する診断方法を提供する。
【解決手段】非破壊検査装置１０は、積層ゴム２２が建物４４を支持した状態でゴム層１８の外周面から内部の損傷の有無を検査する。非破壊検査装置１０は、制御及び解析装置としてのパソコン４０を有し、パルス発生装置４２は、パソコン４０からの指示に従いパルスを発生させ、ケーブル２８を介してパルスを超音波探触子２４に送る。超音波探触子２４は、パルス発生手段４２からのパルスに基づき超音波を発生させる。発生させた超音波は、筒部２４Ｌから検査治具４６を介し、ゴム層１８の外周面から内部へ入射される。入射された超音波は、ゴム層１８の内部で反射され、受信側の検査治具４６を介して超音波探触子２５で受信される。超音波探触子２５は超音波をパソコン４０に送信する。パソコン４０は、超音波が受信までに要した時間で損傷の有無を診断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層ゴムのゴム層を非破壊検査で診断する積層ゴムの診断方法に関する。

免震建築物に用いられ、建築物を支持し免震機能を発揮する積層ゴムは、鋼板とゴム層の積層構造とされ、ゴム層で振動を吸収している。このため、ゴム層については、地震による損傷の程度や経年劣化の程度等を正確に把握しておき、いつでも免震機能を発揮できる状態に維持する必要がある。

しかし、ゴム層は、上下面を積層された鋼板で挟まれており、外部に露出しているのはゴム層の外周面のみである。このため、ゴム層内部の損傷の程度を直接に目視で確認することはできず、非破壊検査で診断する診断法の確立が求められている。

積層ゴムの非破壊検査法としては、例えば、Ｘ線ＣＴ装置を利用する方法（特許文献１）や超音波検査装置を利用する方法が考えられる。

特許文献１に記載されたＸ線ＣＴ装置を利用する方法は、Ｘ線がゴム層を透過する必要があり、ゴム層の径や測定場所が制限される問題がある。更に、検査をする者が、Ｘ線を取り扱う資格を有する者に限定されるという問題もある。
一方、超音波検査装置を利用する方法は、上記問題点をクリアできる長所がある。

しかし、ゴム層に入射された超音波は、ゴム層内を伝播し、ゴム層と空気層の境界面で反射することが知られているものの、超音波の利用は、金属や鉄筋コンクリートへの利用に比べて大きく遅れている。これは、超音波を利用したゴム層の診断方法が確立されていないからである。
特開２００１−３３４０２号公報

本発明は、上記事実に鑑み、積層ゴムのゴム層を超音波で診断する、診断方法を提供することを目的とする。

請求項1に記載の発明に係る積層ゴムの診断方法は、ゴム層と鋼板を積層した積層ゴムの前記ゴム層の外周面へ超音波を入射させ、前記ゴム層の内部で反射した超音波を受信し、受信した前記超音波の振幅値を検出し、検出した前記振幅値と、予め設定された振幅値の閾値とを比較し、前記振幅値が前記閾値以上のときには、前記超音波を入射してから前記閾値以上の前記振幅値が検出されるまでの経過時間を計測し、計測された前記経過時間と、前記ゴム層の寸法、構造及び前記超音波の音速から算出された計算上の反射時間とを比較して、損傷の有無を診断することを特徴としている。

請求項1に記載の発明によれば、先ず、ゴム層の内部へ超音波を入射させ、反射した超音波を受信して、受信した超音波の振幅値を検出する。

次に、検出した振幅値と予め設定してある振幅値の閾値とを比較し、振幅値が閾値以上のときには、超音波が入射されてから、閾値以上の振幅値が検出されるまでの経過時間を計測する。

この、計測された経過時間と、ゴム層の寸法、構造及び超音波の音速から算出された計算上の反射時間とを比較して、損傷の有無を診断する。
即ち、ゴム層の内部に損傷がある場合には、損傷がないときに予測される反射時間と、損傷位置で反射した超音波が戻るまでの経過時間とに差が生じることから、経過時間を計測することでゴム層の損傷の有無が診断できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の積層ゴムの診断方法において、前記経過時間から算出した前記ゴム層内部の反射位置と、前記ゴム層の構造及び寸法から特定される反射位置が一致しない場合には、検出された前記反射位置を前記ゴム層内部の損傷位置と診断することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、経過時間から算出したゴム層内部の反射位置と、ゴム層の構造及び寸法から特定される反射位置を比較して、これらが一致しない場合には、反射位置に損傷があると診断する。
これにより、ゴム層内での損傷位置を算出できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の積層ゴムの診断方法において、前記閾値以上の前記振幅値の中から、最も振幅値が大きい最大振幅値を求め、前記最大振幅値で前記ゴム層内部の損傷の程度を推定することを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、検出された閾値以上の振幅値の中から、最も振幅値が大きい最大振幅値を用いて、予め把握してあるゴム層の内部の損傷程度と超音波の最大振幅値の関係を利用して、ゴム層の損傷の程度を推定する。
即ち、最大振幅値を用いることで、ゴム層内部の損傷程度が推定できる。ゴム層の損傷の程度が推定されれば、ゴム層を精度よく診断できる。

請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の積層ゴムの診断方法において、前記閾値以上の前記振幅値の中から、最も振幅値が大きい最大振幅値を求め、前記最大振幅値の波形から最大振幅値波形の周波数を求め、前記周波数から前記ゴム層内部の損傷の程度を推定することを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、ゴム層の最大振幅値の波形から最大振幅値波形の周波数を求め、予め把握してあるゴム層の損傷程度と周波数の関係から、ゴム層の損傷の程度を推定する。
即ち、ゴム層の最大振幅値の波形から最大振幅値波形の周波数を算出することで、ゴム層の損傷の程度が推定できる。ゴム層の損傷の程度が推定されれば、ゴム層を精度よく診断できる。

請求項５に記載の積層ゴムの診断方法は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層ゴムの診断方法で、前記ゴム層を外周面から複数の測定位置で診断し、損傷が有ると診断された測定位置の数と、全ての前記測定位置の数との比が、予め定めた値以上のとき、前記ゴム層の交換が必要と診断することを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層ゴムの診断方法を用いて、ゴム層を外周面から複数の測定位置で診断する。そして、損傷が有ると診断された測定位置の数と、診断した全ての測定位置の数の比を求め、この比の値が予め定めた値以上のときには、ゴム層の交換が必要と診断する。
これにより、ゴム層を診断した測定位置の数に対する損傷を有する測定位置の割合が求められ、ゴム層の広い面積が診断できる。

請求項６に記載の積層ゴムの診断方法は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層ゴムの診断方法で、前記ゴム層を外周面から複数の測定位置で診断し、前記測定位置のそれぞれが診断する範囲である分担範囲に損傷が有るときは、前記損傷のある前記分担範囲を合計した平面積を損傷面積とし、前記損傷面積と前記ゴム層の平面積との面積比を損傷面積比とし、前記損傷面積比が、予め定めた値以上のとき、前記ゴム層の交換が必要と診断することを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、ゴム層を外周面から複数の測定位置で、請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層ゴムの診断方法で診断する。このとき、複数の測定位置が診断する分担範囲を予め定めておき、損傷が有ると診断された分担範囲を合計した平面積を損傷面積として算出する。

そして、損傷面積とゴム層の平面積の面積比を求め損傷面積比とし、この損傷面積比が予め定めた値以上のとき、ゴム層の交換が必要と診断する。
これにより、精度よくゴム層を診断できる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の積層ゴムの診断方法において、前記ゴム層は、中心部に円孔が形成されたリング状のゴム層であり、前記診断範囲を、前記円孔の内周面から前記ゴム層の外周面に至る径方向の中央点を基準として、内側及び外側へそれぞれ、前記内周面から前記外周面までの径方向の距離の４５％の範囲内としたことを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、中心部に円孔が形成されたリング状のゴム層の診断範囲を、円孔の内周面からゴム層の外周面に至る径方向の中央点を基準として、内側及び外側へそれぞれ、内周面から外周面までの径方向の距離の４５％の範囲内としている。
これにより、測定誤差が発生し易い、ゴム層の内周面の近傍及び外周面の近傍を診断範囲から除くことができ、精度のよい診断ができる。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の積層ゴムの診断方法において、前記ゴム層は、円板状に形成されたゴム層であり、前記診断範囲を、前記ゴム層の中心点を基準として、径の９０％の範囲内としたことを特徴としている。

請求項８に記載の発明によれば、円板状に形成されたゴム層の診断範囲を、ゴム層の中心点を基準として、径の９０％の範囲内としている。
これにより、測定誤差が発生し易いゴム層の外周面の近傍を、診断範囲から除くことができ、精度のよい診断ができる。

本発明は、上記構成としてあるので、積層ゴムのゴム層を超音波で診断できる。

（第１の実施の形態）
図１、２に示すように、第１の実施の形態に係る積層ゴム２２の診断方法は、非破壊検査装置１０でゴム層１８を検査し、検査結果に基づき損傷の有無を診断する方法である。

検査対象である積層ゴム２２は、ゴム層１８と鋼板２０の積層構造とされ、免震建築物４４を支持している。ゴム層１８の径は鋼板２０の径より小さく、ゴム層１８の外周面は鋼板の外周面より奥に位置している。積層ゴム２２の中央には、軸部を貫通する貫通孔１９（図３参照）が形成されており、後述する超音波は、貫通孔１９の空気層との境界面で反射する。

非破壊検査装置１０は、積層ゴム２２が建物４４を支持した状態で、ゴム層１８の外周面から内部の損傷の有無を検査する。ゴム層１８は、１つの積層ゴム２２に複数枚が積層されており、１枚ずつ、かつ全周囲に渡り検査を行う。

非破壊検査装置１０は、制御及び解析装置としてのパソコン４０を有している。パソコン４０は、パルス発生装置４２にパルス発生指示を出力する制御ソフトや、受信された超音波の振幅値及び周波数を算出する解析ソフト等を内蔵し、検査順序に従い検査の全体を制御する。

パルス発生装置４２は、パソコン４０からの指示に従い、超音波発生用のパルスを発生させ、ケーブル２８を介してパルスを超音波探触子２４に送る。
超音波探触子２４は、パルス発生手段４２からのパルスに基づき超音波を発生させる。発生させた超音波は、筒部２４Ｌから検査治具４６を介して、ゴム層１８の外周面から内部へ入射される。

入射された超音波は、ゴム層１８の内部で反射され、受信側の検査治具４６を介して超音波探触子２５で受信される。超音波探触子２５は、受信した超音波をパソコン４０に送信する。パソコン４０は、受信された超音波を分析し、後述する方法で損傷の有無を診断する。

ここで、ゴム層１８への超音波の入射、受信において重要な役割を果たす検査治具４６について説明する。
検査治具４６は、樹脂又はゴム材料で成形された箱形状の保持体１２を備え、保持体１２は、積層ゴム２２に取付けたとき外側を向く背面１２Ａの中央部に、円形状の凹部１６を有している。

凹部１６には、超音波探触子２４の円柱状の発信部２４Ｌが挿入され、発信部２４Ｌの端面２４Ｓと凹部１６の底部１６Ｓが面で接触する。

凹部１６の底部１６Ｓには、超音波伝播部１４が一体成形されている。超音波伝播部１４は断面が矩形状の柱体であり、ゴム層１８に沿って延出し、保持体１２の外側へ張り出している。ゴム層１８と対面する超音波伝播部１４の側面１４Ｂは、ゴム層１８の外周面に沿って円弧状に凹んでいる。

また、超音波伝播部１４の厚さは、鋼板２０の間に入り込ませ、鋼板２０とは接触せずにゴム層１８の外周面と対向させるため、ゴム層１８の厚さより小さい厚さとされている。保持体１２の角部には磁石２６が接合され、保持体１２を鋼板２０の外周面へ着脱可能としている。

これにより、超音波探触子２４で発生させた超音波を、超音波伝播部１４を経由して、ゴム層１８の外周面に伝播させることができる。

なお、ゴム層１８の貫通孔１９で反射された超音波（反射波）も、同じ検査治具４６を利用して、凹部１６に超音波を受信する超音波波探触子２５を挿入すれば受信できる。

即ち、検査治具４６を、同じゴム層１８の周方向に２つ並べてセットし、超音波発信側の凹部１６に超音波波探触子２４を挿入し、超音波受信側の凹部１６に超音波波探触子２５を挿入する。これにより、ゴム層１８の外周部から入射した超音波をゴム層１８の外周面で受信できる。

次に検査手順を説明する。
先ず、２つの検査治具４６を、ゴム層１８に定められた間隔で取付ける。このとき、ゴム層１８の外周面に超音波伝播部１４の対向面１４Ｂを密着させ、検査治具４６を磁石２６で鋼板２０の外周面に取付ける。超音波発信側の凹部１６に超音波探触子２４を、超音波受信側の凹部１６に超音波探触子２５を挿入する。

検査を開始すると、パソコン４０から超音波の発生指示が出力される。指示を受けて、パルス発生装置４２は、発生させる超音波に対応したパルスを発生させ、ケーブル２８を介して超音波探触子２４に送る。超音波探触子２４は、送られたパルスに基づき超音波を発生させる。

発生させた超音波は、超音波探触子２４から超音波伝播部１４を介して、ゴム層１８の外周面に直接伝播される。ゴム層１８に入射された超音波は、ゴム層１８の内部を直進し、ゴム層１８の内部の貫通孔１９若しくは損傷部位で反射される。反射された超音波は、ゴム層１８の外周面で超音波伝播部１４を介して超音波探触子２５に受信される。

超音波探触子２５で受信された超音波はパソコン４０に送られ、受信されるまでの経過時間や振幅等が解析ソフトで算出され、ゴム層１８の損傷の有無が診断される。

ここで、超音波でゴム層１８の内部を検査するメカニズムを説明する。
図３に示すように、例えば損傷のない正常な部位Ｘ１では、ゴム層１８の外周面から超音波探触子２４で貫通孔１９へ向けて入射された超音波Ｗ１は、直進して貫通孔１９に到達後、空気層との境界面で反射して超音波Ｗ２となり、外周面まで戻り、超音波探触子２５で受信される。

このときの受信した超音波Ｗ２は、図４（Ａ）に示すように、閾値Ｑを超えた大きな振幅の波形（振幅値Ｐ１、Ｐ２）となっている。損傷のない正常な部位Ｘ１では、ゴム層１８の内部での超音波Ｗ１、Ｗ２の減衰は少なく、受信された超音波Ｗ２の振幅値Ｐ１、Ｐ２は大きい。

また、超音波Ｗ２が受信されるまでの経過時間Ｔｓは、超音波Ｗ１を入射した時間Ｔ０から超音波Ｗ２が受信された時間Ｔ１までに要した時間である。この経過時間Ｔｓは、既知であるゴム層１８の外周面から貫通孔１９までの距離と、ゴム層１８の内部での超音波Ｗ１、Ｗ２の伝播速度から、予め予測できる。

一方、超音波Ｗ１の通路の途中に損傷（亀裂）２７がある部位Ｘ２では、超音波探触子２４で、ゴム層１８の外周面から貫通孔１９へ向けて入射された超音波Ｗ１は、亀裂２７で反射され、一部が超音波Ｗ２となり、超音波探触子２５で受信される。

この結果、図４（Ｂ）に示すように、超音波Ｗ２は、最初の閾値Ｑを超えた波形（振幅値Ｐ３、Ｐ４）と、次に閾値Ｑを超えた波形（振幅値Ｐ５、Ｐ６）の２つが見られる。

最初の波形（振幅値Ｐ３、Ｐ４）は、亀裂２７で反射された超音波Ｗ２と推定される。ここに、亀裂２７で反射された超音波Ｗ２は、亀裂２７の反射面の形状、状態等に左右される。即ち、亀裂２７の表面で減衰されず、超音波Ｗ１の全てが、超音波探触子２５の方向へ向けて反射された場合には、図４（Ａ）に示す正常な場合の振幅値Ｐ１、Ｐ２より大きい振幅値の振動が受信される。しかし、亀裂２７の表面で乱反射したり、超音波探触子２５と異なる方向に反射した場合等には、超音波Ｗ２の振幅値Ｐ３、Ｐ４は、図４（Ａ）に示す正常な場合の振幅値Ｐ１、Ｐ２より小さくなる。

振幅値Ｐ５、Ｐ６は、経過時間Ｔｓで受信されていることから、貫通孔１９で反射された超音波Ｗ２と推定できる。超音波Ｗ１、Ｗ２は、所定の幅を持って伝播するため、一部が貫通孔１９まで到達し、反射されたものであり、振幅値は小さい。

経過時間Ｔｆは、超音波Ｗ１を入射後、最初の閾値Ｑ以上の振幅値Ｐ３、Ｐ４の振動が受信されるまでの時間である。経過時間Ｔｆが正常な場合の経過時間Ｔｓより短いことから、超音波Ｗ１の一部が亀裂２７で反射し、受信されたと推定される。このことから、貫通孔１９に至る途中に損傷２７があると診断できる。

次に、反射された超音波Ｗ２の通路の途中に亀裂２９がある部位Ｘ３について説明する。超音波探触子２４で入射され、貫通孔１９で反射した超音波Ｗ２は、亀裂２９で遮られる。しかし、超音波Ｗ２は所定の幅を持って進行するため、超音波Ｗ２の一部が超音波探触子２５で受信される。

この結果、図４（Ｃ）に示すように、超音波Ｗ２は、閾値Ｑを僅かに超えた波形（振幅値Ｐ７、Ｐ８）となっている。

波形振幅値Ｐ７、Ｐ８は、超音波Ｗ１を入射後、時間Ｔｓが経過した時点で受信されており、貫通孔１９で反射しているといえる。しかし、振幅値は、正常な場合の波形振幅値Ｐ１、Ｐ２より小さく、正常とはいえない。このことから、間接的ではあるが、貫通孔１９と超音波探触子２５の間に亀裂２９があると推定される。

なお、亀裂２９の形状や方向によっては、振幅値Ｐ７、Ｐ８が閾値Ｑ未満に小さくなり、検出できない場合も予測される。この場合も、入射した超音波Ｗ１が戻らないことから、貫通孔１９と超音波探触子２５の間に亀裂２９があると推定できる。

次に、ゴム層１８の検査結果を用いた診断方法について説明する。
図５に示すように、先ず、非破壊検査装置１０を用いて、ゴム層１８に超音波Ｗ１を入射し（ステップ５０）、反射した超音波Ｗ２を受信し、受信した超音波Ｗ２の振幅値Ｐｎ（ｎ＝１、２、・・・）を求める。また、測定した振幅値Ｐｎの個数Ｎを求める。例えば図４（Ａ）ではＮ＝２、図４（Ｂ）ではＮ＝４、図４（Ｃ）ではＮ＝２となる。このとき、超音波Ｗ１を入射してからの経過時間Ｔｆをカウントし、カウンターｋを１にリセットする（ステップ５２）。
経過時間Ｔｆが、予め算出してある貫通孔１９で反射したときの経過時間Ｔｓと等しくなるまで、反射した超音波Ｗ２の受信動作を繰り返す（ステップ５２、ステップ５９）。

次に、ｎ＝ｋとし（ステップ１２４）、振幅値Ｐｎと予め設定してある閾値Ｑを比較する。振幅値Ｐｎが閾値Ｑ以上の場合には、ステップ５６に進み、振幅値Ｐが閾値Ｑ未満の場合にはステップ４７に進む（ステップ５４）。
ステップ５６では、超音波Ｗ１が入射されてから、閾値Ｑ以上の振幅値Ｐｎが検出されるまでの経過時間Ｔｆｎを求める。

次に、経過時間Ｔｆｎと、貫通孔１９で反射したときの経過時間Ｔｓとを比較する。経過時間Ｔｆｎと経過時間Ｔｓが等しい場合にはステップ６０へ進み、経過時間Ｔｆｎと経過時間Ｔｓが等しくない場合には、ステップ６２へ進む（ステップ５８）。

ステップ６０では、経過時間Ｔｆｎと経過時間Ｔｓが等しいことから、振幅値Ｐｎは貫通孔１９で反射したと推定し、ゴム層１８の内部には損傷がなく正常と診断し、ステップ１１２へ進む。
ステップ１１２では、再度超音波Ｗ１を入射するか否かを判断し、入射する場合には、ステップ５０へ戻り、入射しない場合には終了する。これにより、再計測したい場合の対応が容易となり、計測の信頼性を高めることができる。現在の計測位置での計測を終了し、次の計測位置に移動する場合には、一旦計測を終了し、測定位置を変更する。

一方、経過時間Ｔｆｎが経過時間Ｔｓより短い場合には、超音波Ｗ１が、貫通孔１９に至る途中にある亀裂２７で反射したと推定し、ゴム層１８の内部に損傷があると診断し、ステップ４７へ進む（ステップ６２）。
ステップ４７では、計測した振幅値Ｐｎが最後のものか否かを判断し、最後でない場合には、ステップ４９でカウンターｋを１つ増やし、ステップ１２４に戻る。振幅値Ｐｎが最後のものの場合には、ステップ１１４へ進む。

ステップ１１４では、閾値Ｑ以上の振幅値Ｐｎが１つもない場合に、貫通孔１９で反射した超音波Ｗ２が、超音波探触子２５の方向に進む途中にある亀裂２９により方向を変えられて受信できなくなったものと判断する。そして、ゴム層１８の内部に損傷があると診断しステップ１１２へ進む。

他の診断方法として、図６に示すように、閾値Ｑ以上の振幅値Ｐｎが受信された経過時間Ｔｆｎから、超音波Ｗ１の反射位置Ｓｆｎを求め、この反射位置Ｓｆｎを利用する方法がある。
即ち、図５で説明したと同様に、ステップ５０〜ステップ５６で閾値Ｑ以上の振幅値Ｐｎが検出されるまでの経過時間Ｔｆｎを求める。この経過時間Ｔｆｎから、ゴム層１８の外周面で入射された超音波Ｗ１が、ゴム層１８の内部で反射された反射位置Ｓｆｎを求める（ステップ６４）。

次に、反射位置Ｓｆｎと既知の貫通孔１９の位置Ｓｓを比較し、反射位置Ｓｆｎと貫通孔１９の位置Ｓｓが等しい場合にはステップ６０へ進み、貫通孔１９の位置Ｓｓと反射位置Ｓｆｎが異なる場合にはステップ６２へ進む（ステップ６６）。

ステップ６０では、受信された超音波Ｗ２は貫通孔１９で反射したと推定し、ゴム層１８の内部には損傷がなく正常と診断し、ステップ１１２に進む。
ステップ６２では、本来反射すべき貫通孔位置Ｓｓで反射していないことから、ゴム層１８の内部に損傷があると診断し、ステップ４７に進む。以後は上述と同じである。

（第２の実施の形態）
図７に示すように、第２の実施の形態に係る積層ゴム２２の診断方法は、実験で求められた損傷特性Ｙ１を用いて、ゴム層１８の損傷の程度を推定する診断方法である。

損傷特性Ｙ１は、ゴム層１８の内部の損傷の程度（縦軸Ｚ）と、損傷部位で反射した波形の最大振幅値（横軸Ｐｍａｘ）の関係を示したものである。ゴム層１８の内部の損傷の程度が大きければ、反射した超音波の最大振幅値Ｐｍａｘも大きいという比例関係があることが、実験的に確かめられており、この結果を診断に利用している。

即ち、受信した超音波Ｗ２の複数の振幅値Ｐｎの中から、最も振幅値が大きい最大振幅値Ｐｍａｘを求め、この最大振幅値Ｐｍａｘを用いてゴム層１８の損傷の程度を推定する。超音波Ｗ２の振幅値Ｐｎを検出するまでの手順は、第１の実施の形態と同じであり、その後の手順について説明する。

図８に示すように、先ず、ステップ５０で超音波Ｗ１を入射し、ステップ５２、５９で経過時間Ｔｓまでの間に受信した振幅値Ｐｎ（ｎ＝１、２・・・）を検出する。なお、ステップ５２でｋ＝１、Ｐｍａｘ＝ＤＡＭＹとしておく。そして、検出した振幅値Ｐｎが閾値Ｑ以上か否かを比較し（ステップ５４）、閾値Ｑ以上の振幅値Ｐｎの中から最も大きい振幅値Ｐｎｍの値を求め、その値を最大振幅値Ｐｍａｘ（Ｐｍａｘ-＝Ｐｎｍ）とする（ステップ５３）。

次に、最大振幅値Ｐｍａｘの値を用いて評価する。先ず、Ｐｍａｘ＝ＤＡＭＹの場合には、最大振幅値Ｐｍａｘが閾値Ｑ未満でありステップ９９に進む。一方、Ｐｍａｘ＝ＤＡＭＹでない場合には、閾値Ｑ以上の最大振幅値Ｐｍａｘが受信されており、ステップ１１８に進む（ステップ１１６）。

ステップ９９では、上述のように損傷は推定されるが、閾値Ｑ以上の超音波Ｗ２が受信されないため、損傷の程度の診断はできない。
ステップ１１８では、最大振幅値Ｐｍａｘが検出された時間Ｔｆｎが、時間Ｔｓと等しいか否かを判断する。時間Ｔｆｎが、時間Ｔｓと等しい場合にはステップ６０へ進み、等しくない場合には、ステップ５５へ進む。
ステップ６０では、時間Ｔｆｎが時間Ｔｓと等しいことから、貫通孔１９の位置で反射しており、損傷はなく正常と診断する。

ステップ５５では、予め設定されている特性Ｙ１（図７参照）を用いて、最大振幅値Ｐｍａｘに対応する損傷の程度Ｚ１を求め、ステップ５７へ進む。
ステップ５７では、この損傷の程度Ｚ１によりゴム層１８の交換の要否を診断する。
即ち、損傷の程度Ｚ１が小さい場合はステップ９８に進み、損傷の程度Ｚ１が中程度の場合はステップ１２０に進み、損傷の程度Ｚ１が大きい場合は、ステップ９６に進む。

ステップ９８では、ゴム層１８の損傷の程度Ｚ１は小さく、継続して使用可能と診断する。ステップ１２０では、ゴム層１８の損傷の程度Ｚ１は中程度であり、継続使用は可能であるが、経過観察が必要と診断する。一方、ステップ９６では、ゴム層１８の損傷の程度Ｚ１が大きいため、継続して使用するのは好ましくなく、ゴム層１８の交換が必要と診断する。

他の診断方法として、図９に示すように、実験で求められた損傷特性Ｙ２を用いて、ゴム層１８の損傷の程度を推定する方法がある。
損傷特性Ｙ２は、ゴム層１８の内部の損傷の程度（縦軸Ｚ）と、損傷部位で反射した波形の周波数（横軸ｆｓ）の関係を示している。

ゴム層１８の内部の損傷の程度Ｚが大きくなれば、反射した波形の周波数ｆｓは低くなるという関係があることが実験的に確かめられており、この特性を診断に利用している。即ち、ゴム層１８の損傷の程度Ｚと、損傷部位で反射した波形の周波数ｆｓの関係を予め実験で求め、特性Ｙ２を決定しておく。これにより、受信した波形の周波数ｆｓからゴム層１８の損傷の程度Ｚを推定することができる。

具体的な手順は、図１０に示すように、先ず、ステップ５０で超音波５０を入射し、ステップ５２、５９で経過時間Ｔｓまでの振幅値Ｐｎ（ｎ＝１、２・・・）を検出する。なお、ステップ５２でｋ＝１、Ｐｍａｘ＝ＤＡＭＹとしておく。そして、検出した振幅値Ｐｎが閾値Ｑ以上か否かを比較し（ステップ５４）、閾値Ｑ以上の振幅値Ｐｎの中から最も大きい振幅値Ｐｎｍの値を求め、その値を最大振幅値Ｐｍａｘ（Ｐｍａｘ-＝Ｐｎｍ）とする。この最大振幅値Ｐｍａｘの波形から最大振幅値Ｐｍａｘの周波数ｆｓを求める（ステップ１００）。

次に、最大振幅値Ｐｍａｘ及び周波数ｆｓの値を用いてで評価する。先ず、Ｐｍａｘ＝ＤＡＭＹの場合には、最大振幅値Ｐｍａｘが閾値Ｑ未満であるため、ステップ９９に進む。一方、Ｐｍａｘ＝ＤＡＭＹでない場合には、閾値Ｑ以上の最大振幅値Ｐｍａｘが受信されており、ステップ１１８に進む（ステップ１１６）。
ステップ９９では、損傷は推定されるが、閾値Ｑ以上の超音波Ｗ２が受信されないため、損傷の程度の診断はできない。

ステップ１１８では、最大振幅値Ｐｍａｘが検出された時間Ｔｆｎが、時間Ｔｓと等しいか否かを判断する。時間Ｔｆｎが、時間Ｔｓと等しい場合には、ステップ６０へ進み、等しくない場合には、ステップ１０２へ進む。

ステップ６０では、最大振幅値Ｐｍａｘは貫通孔１９の位置で反射しており、損傷はなく正常と診断する。
ステップ１０２では、予め設定されている特性Ｙ２（図９参照）を用いて、周波数ｆｓに対応する損傷の程度Ｚ２を求め、ステップ１０４に進む。
ステップ１０４では、この損傷の程度Ｚ２により交換の要否を診断する。即ち、損傷の程度Ｚ２が小さい場合はステップ１０６に進み、損傷の程度Ｚ２が中程度の場合はステップ１２２に進み、損傷の程度Ｚ２が大きい場合は、ステップ１０８に進む。

ステップ１０６では、ゴム層１８の損傷の程度Ｚ２は小さく、継続して使用可能と診断する。ステップ１２２では、ゴム層１８の損傷の程度Ｚ２は中程度であり、継続使用は可能であるが、経過観察が必要と診断する。一方、ステップ１０８では、ゴム層１８の損傷の程度Ｚ２が大きいため、継続して使用するのは好ましくなく、ゴム層１８の交換が必要と診断する。

（第３の実施の形態）
図１１に示すように、第３の実施の形態に係る積層ゴム２２の診断方法は、ゴム層１８を外周面から複数の位置で診断する診断方法である。
先ず、ゴム層１８の外周面における超音波の入射位置、受信位置を決定する。例えば、ゴム層１８の外周面を４０等分（Ｘ１〜Ｘ４０）し、検査治具４６の取付け位置をＳとする。

このとき、超音波の反射特性に基づき受信位置を決定する必要があり、奇数番号の取付け位置Ｓのみを使用する。また、連続した奇数番号のうち、小さい方の番号の位置を超音波の入射位置、その番号の次に大きい奇数番号の位置を受信位置とする。

例えば、入射位置Ｘ１から診断を開始した場合、入射位置Ｘ１で入射された超音波Ｗ１は、貫通孔１９で反射され、受信位置Ｘ３で受信される。次に診断位置を移動し、入射位置Ｘ３から入射された超音波Ｗ１は、貫通孔１９で反射され、受信位置Ｘ５で受信される。以後、入射位置と受信位置を順次繰上げて、２０回の計測で全周を検査するものである。このとき、非破壊検査装置１０による検査方法は第１の実施の形態と同じであり、説明は省略する。

既述したように、例えば、入射位置Ｘ１５と貫通孔１９の間に損傷（亀裂）７０がある場合、入射位置Ｘ１５から入射された超音波Ｗ１は亀裂７０で遮られて反射し、受信位置Ｘ１７で受信される。この受信された超音波Ｗ２を用いることで、亀裂７０の有無、亀裂７０の位置、及び亀裂７０の大きさを求めることができる。

ゴム層１８の全周２０箇所（Ｘ１〜Ｘ３９）を診断した結果、入射位置Ｘ１５でのみ亀裂７０があると診断され、他の１９箇所の測定位置（Ｘ１５を除くＸ１〜Ｘ３９）には損傷がなく正常と診断されたとき、ゴム層１８の損傷割合ｐは５％（ｐ＝１／２０）となる。

損傷割合ｐの許容限度は経験により決定される。許容限度を３０％とした場合、算出された損傷割合ｐは５％であり、ゴム層１８の継続使用は可能と診断する。

図１２に、具体的な評価手順を示す。
ゴム層１８の外周面の全ての入射位置及び受信位置（Ｘ１〜Ｘ３９）における検査を行い（ステップ８０）、測定位置ごとに損傷の有無を診断する（ステップ８２）。

いずれの測定位置にも損傷がないと診断された場合には、ステップ９８へ進み、ゴム層１８は健全であり、継続使用が可能と診断する（ステップ９８）。
いずれかの測定位置で損傷が見つけられた場合には、ステップ８４へ進み、損傷が見つけられた測定位置の合計数ｎを求める（ステップ８４）。

次に、合計数ｎと、検査位置の全数Ｎの比である損傷割合ｐ（ｐ＝ｎ／Ｎ）を求める（ステップ８６）。損傷割合ｐが基準値ａ％より小さければステップ９８へ進み、損傷割合ｐが基準値ａ％より大きければステップ９６へ進む（ステップ８８）。

ステップ９８では損傷割合ｐが小さいため継続使用が可能と診断し、ステップ９６では損傷割合ｐが大きいため交換が必要と診断する。
他の診断方法として、図１３に示すように、例えば２０等分した超音波の入射位置、受信位置（Ｘ１〜Ｘ３９）のそれぞれが診断する分担範囲（図１３の網掛け部）を予め定めておき、損傷があると診断された分担範囲の合計面積ＳＰと、ゴム層１８の全ての診断範囲を合計した面積ＳＴとの面積比ｑ（ｑ＝ＳＰ／ＳＴ）を求め、この面積比ｑが予め定めた値を超えるか否かで診断する方法がある。

例えば、入射位置Ｘ１、受信位置Ｘ３での分担範囲をｓ１３（網掛け部）、入射位置Ｘ３、受信位置Ｘ５での分担範囲をｓ３５（網掛け部）とし、この要領で診断範囲を割り振る。ゴム層１８の全ての診断範囲の面積ＳＴと、損傷があると診断された診断範囲の合計面積ＳＰを、それぞれ入射位置と受信位置に割り振られた診断範囲で表すことができ、容易に面積比ｑを求めることができる。

図１４に本評価法の評価手順を示す。
入射位置Ｘ１〜Ｘ３９における全周囲を検査した後（ステップ８０）、測定位置ごとに損傷部位の有無を判断し、いずれの測定位置にも損傷がないと判断された場合には、ステップ９８へ進み、いずれかの測定位置で損傷部位が見つけられた場合にはステップ９３に進む（ステップ８２）。

ステップ９８では、いずれの測定位置にも損傷がないことから、ゴム層１８は健全であり、継続使用が可能と診断する。
ステップ９３では、損傷部位が見つけられた測定位置の数を合計した損傷面積ＳＰを求める。
次に、損傷面積ＳＰがゴム層１８の全面積ＳＴに占める損傷割合ｑを求め、ステップ９７に進む（ステップ９５）。ステップ９７では、損傷割合ｑが基準値ａ％より小さければステップ９８へ進み、損傷割合ｑが基準値ａ％より大きければステップ９６へ進む。

ステップ９８では損傷面積の割合は小さく継続使用が可能と診断する。ステップ９６では損傷面積の割合は小さくないので、ゴム層１８の交換が必要と診断する。

他の診断方法として、図１５に示すように、本実施の形態において、ゴム層１８の内部をゴム層１８の外周面の近傍の外周部３２と、貫通孔１９の近傍の内周部３４と、外周部３２と内周部３４に囲まれた診断部３０（網掛け部）の３つに区分し、診断範囲を限定する方法がある。

即ち、外周部３２及び内周部３４は、測定誤差が生じやすいため、評価対象から除外している。診断部３０は、診断対象とする範囲であり、貫通孔１９の壁面からゴム層１８の外周面に至る径方向の中央点を基準として、内側及び外側へそれぞれ、内周面から外周面までの径方向の距離の４５％の範囲内の部分である。

第１〜３の実施の形態に基づく検査結果において、診断部３０の範囲内のみを診断対象とすることで評価の信頼性を高めることができる。
なお、検査技術の程度や、検査機器の精度等により、診断部３０の範囲は任意に設定することができる。

（第４の実施の形態）
図１６に示すように、第４の実施の形態に係る積層ゴム２２の診断方法は、円板状に成形されたゴム層９２の診断方法である。

ゴム層９２は、中央部に貫通孔が設けられていない点を除いて、上述したゴム層１８と同じであるので、異なる点について説明する。

ゴム層９２の内部における超音波の挙動は、例えば、入射位置Ｘ１から入射された超音波Ｗ１は、対向するゴム層９２の外周面（Ｘ２２の位置）まで直進し、外周面で反射される。反射した超音波Ｗ２は直進し、受信位置Ｘ３で受信される。

このとき、例えば、ゴム層９２の内部に損傷（亀裂）９４がある場合、超音波Ｗ１は亀裂９４で反射される。このため、受信位置Ｘ３５、及びＸ３７で受信した超音波Ｗ２を既述の方法で分析すれば損傷９４の有無、損傷９４の位置及び損傷９４の程度が検出できる。

以上のように、ゴム層９２は反射位置が異なるのみであり、第１〜第３の実施の形態と同様に、受信された超音波Ｗ２を分析することでゴム層９２の診断ができる。
なお、ゴム層９２においては、対向する外周面までの直径上を検査範囲としているため、亀裂９４を２重に計測することになるので、損傷面積ＳＰの計算において注意が必要である。

本発明の第１の実施の形態に係る積層ゴムの非破壊検査装置の基本構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る積層ゴムの非破壊検査装置の基本構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の診断手順を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の診断手順を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の診断手順を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の診断手順を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の診断手順を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の診断手順を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る積層ゴムの診断方法の基本原理を示す図である。

符号の説明

１８ ゴム層
２０ 鋼板
２２ 積層ゴム
２４ 超音波探触子（発信用）
２５ 超音波探触子（受信用）
２７ 損傷部位（亀裂）
３０ 診断部
３２ 外周部
３４ 内周部
Ｗ１ 超音波（入射波）
Ｗ２ 超音波（反射波）
Ｐ 振幅値
Ｐｍａｘ 最大振幅値
Ｑ 閾値

Claims (8)

1. ゴム層と鋼板を積層した積層ゴムの前記ゴム層の外周面へ超音波を入射させ、前記ゴム層の内部で反射した超音波を受信し、
   受信した前記超音波の振幅値を検出し、
   検出した前記振幅値と、予め設定された振幅値の閾値とを比較し、
   前記振幅値が前記閾値以上のときには、前記超音波を入射してから前記閾値以上の前記振幅値が検出されるまでの経過時間を計測し、
   計測された前記経過時間と、前記ゴム層の寸法、構造及び前記超音波の音速から算出された計算上の反射時間とを比較して、損傷の有無を診断する積層ゴムの診断方法。
2. 前記経過時間から算出した前記ゴム層内部の反射位置と、前記ゴム層の構造及び寸法から特定される反射位置が一致しない場合には、検出された前記反射位置を前記ゴム層内部の損傷位置と診断する請求項１に記載の積層ゴムの診断方法。
3. 前記閾値以上の前記振幅値の中から、最も振幅値が大きい最大振幅値を求め、前記最大振幅値で前記ゴム層内部の損傷の程度を推定する請求項１又は２に記載の積層ゴムの診断方法。
4. 前記閾値以上の前記振幅値の中から、最も振幅値が大きい最大振幅値を求め、前記最大振幅値の波形から最大振幅値波形の周波数を求め、前記周波数から前記ゴム層内部の損傷の程度を推定する請求項１又は２に記載の積層ゴムの診断方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層ゴムの診断方法で、前記ゴム層を外周面から複数の測定位置で診断し、
   前記診断で損傷が有るとされた前記測定位置の数と、全ての前記測定位置の数との比が、予め定めた値以上のとき、前記ゴム層の交換が必要と診断する積層ゴムの診断方法。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の積層ゴムの診断方法で、前記ゴム層を外周面から複数の測定位置で診断し、
   前記測定位置のそれぞれが診断する範囲である分担範囲に損傷が有るときは、前記損傷のある前記分担範囲を合計した平面積を損傷面積とし、前記損傷面積と前記ゴム層の平面積との面積比を損傷面積比とし、前記損傷面積比が、予め定めた値以上のとき、前記ゴム層の交換が必要と診断する積層ゴムの診断方法。
7. 前記ゴム層は、中心部に円孔が形成されたリング状のゴム層であり、
   前記診断範囲を、前記円孔の内周面から前記ゴム層の外周面に至る径方向の中央点を基準として、内側及び外側へそれぞれ、前記内周面から前記外周面までの径方向の距離の４５％の範囲内とした請求項６に記載の積層ゴムの診断方法。
8. 前記ゴム層は、円板状に形成されたゴム層であり、
   前記診断範囲を、前記ゴム層の中心点を基準として、径の９０％の範囲内とした請求項６に記載の積層ゴムの診断方法。

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