JP2001289760A - 木材の等級判別装置及び木材の等級判別方法 - Google Patents

木材の等級判別装置及び木材の等級判別方法

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JP2001289760A
JP2001289760A JP2000105211A JP2000105211A JP2001289760A JP 2001289760 A JP2001289760 A JP 2001289760A JP 2000105211 A JP2000105211 A JP 2000105211A JP 2000105211 A JP2000105211 A JP 2000105211A JP 2001289760 A JP2001289760 A JP 2001289760A
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young
modulus
discriminated
moisture
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Hiroyuki Tanaka
博之 田中
Satoshi Takahashi
智 高橋
Katsutoshi Horino
克年 堀野
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Ibiden Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定状態のヤング率を印刷できる木材の等級
判別装置を提供する。 【解決手段】 測定したヤング率を水分及び当該水分に
応じた当該被判別木材の断面積変化分で補正するので、
安定状態(気乾状態)のヤング率を求め、印字すること
が可能となる。従って、家屋となった際の必要十分な強
度の木材を適切に使用できるため、軽く廉価な木材を利
用することができ、十分な強度を軽量な木材を用いて得
ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、木材のヤング率
を測定して等級を判別する木材の等級判別装置及び木材
の等級判別方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】建材用の木材は、一般的にヤング率(弾
性率)により等級分けされ、必要なヤング率を満たすよ
うに用いられている。ヤング率により木材を等級分けす
るための判別装置は、被判別木材に荷重を加えて荷重と
撓みの関係から、又は、木材をハンマーで打撃し打撃音
の周波数からヤング率を求め、被判別木材へ測定したヤ
ング率を印刷している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】製材段階での木材の含
水率は様々で、含水率に応じてヤング率は変化する。こ
のため、ヤング率の変化により強度的な問題が発生しな
いように比較的大きめな安全値を加えて木材を用いてい
るが、安全率を高く取ってあるので、木材の太さが必要
以上に太くなって自重が重くなり、更に、周りの木材を
も太くしなけらばならないという悪循環に陥っている。
【0004】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、安定状
態のヤング率を印刷できる木材の等級判別装置を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1は、被判別木材のヤング率を求めるヤング
率測定装置と、被判別木材の水分を測定する水分測定装
置と、被判別木材に印字する印字装置とを備える木材の
等級判別装置において、前記ヤング率測定装置にて測定
したヤング率を、水分測定装置にて測定した水分にて補
正し、前記印字装置にて補正したヤング率を印字するこ
とを技術的特徴とする。
【0006】請求項1の木材の等級判別装置は、測定し
たヤング率を水分で補正して印字するため、安定状態の
ヤング率を被判別木材に印字することができる。
【0007】請求項2は、被判別木材のヤング率を求め
るヤング率測定装置と、被判別木材の水分を測定する水
分測定装置と、被判別木材に印字する印字装置とを備え
る木材の等級判別装置において、前記ヤング率測定装置
にて測定したヤング率を、水分測定装置にて測定した水
分及び当該水分に応じた当該被判別木材の断面積変化分
で補正し、前記印字装置にて補正したヤング率を印字す
ることを技術的特徴とする。
【0008】請求項2の木材の等級判別装置は、測定し
たヤング率を水分及び当該水分に応じた当該被判別木材
の断面積変化分で補正して印字するため、安定状態のヤ
ング率を被判別木材に印字することができる。
【0009】請求項3の木材の等級判別装置は、請求項
1または2において、前記ヤング率測定装置が、被判別
木材を打撃する打撃装置と、当該打撃装置によって被判
別木材を打撃した際の音響を捕らえる集音装置とを備
え、当該集音装置にて捕らえた音響の振動数からヤング
率を求めることを技術的特徴とする。
【0010】請求項3では、音響の振動数からヤング率
を求めるため、簡易な構成でヤング率を測定することが
できる。
【0011】請求項4は、請求項1または2において、
前記印字装置が、ヤング率を、被判別木材の上面及び下
面に印字することを技術的特徴とする。
【0012】請求項4の木材の等級判別装置では、測定
したヤング率を、印字装置にて被判別木材の上面及び下
面に数字にて印字する。このため、後加工で、木材の端
部を切断してもヤング率を確認することができる。ま
た、施工現場で木材を集積した状態、あるいは、該木材
を横架材又は柱材として組み込んだ状態でヤング率を容
易に確認することができる。更に、ヤング率を数字で印
字するため、誰でもヤング率を判別することができる。
【0013】請求項5の木材の等級判別方法は、被判別
木材を打撃した際の音響の振動数からヤング率を求め、
被判別木材の水分を測定し、測定したヤング率を、測定
した水分及び当該水分に応じた当該被判別木材の断面積
変化分とで補正し、補正したヤング率を当該被判別木材
へ印字することを技術的特徴とする。
【0014】請求項5の木材の等級判別方法では、測定
したヤング率を水分及び当該水分に応じた当該被判別木
材の断面積変化分で補正して印字するため、安定状態の
ヤング率を被判別木材に印字することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る木
材の等級判別装置について図を参照して説明する。図1
は第1実施態様に係る木材の等級判別装置のライン構成
を示す平面図である。該等級判別装置10は、木材Wを
搬入する1対のチェーンローラCからなる前段搬送装置
20と、前段搬送装置20から搬入された木材Wの重量
を測定する重量測定装置30と、該重量測定装置30に
て重量の測定された木材Wを搬送する1対のチェーンロ
ーラCからなる後段搬送装置22と、該後段搬送装置2
2を搬送される木材Wの水分を測定する水分測定装置5
0と、木材Wのヤング率を測定するヤング率測定装置7
0と、測定したヤング率を木材Wへ印字する印字装置9
0と、上述した重量測定装置30、水分測定装置50、
ヤング率測定装置70及び印字装置90を制御する制御
装置12とから成る。
【0016】図2は、図1に示すライン構成のB側から
見た側面図である。重量測定装置30は、木材Wを搬送
する搬送装置32と、該搬送装置32及び搬送装置32
にて搬送中の木材Wの重量を測定する重量測定器34と
から成る。該搬送装置32は、一対のチェーンローラC
(図1参照)と、チェーンローラCを懸架するスプロケ
ットSと、スプロケットを駆動するモータ36と、該モ
ータ36の駆動力をスプロケット側へ伝達するチェーン
38とを備える。
【0017】木材Wの水分を測定する水分測定装置50
は、木材Wの搬送位置の上方に配設され、木材Wへマイ
クロ波を照射するマイクロ波照射器52と、木材Wの搬
送位置の下方に配設され、マイクロ波照射器52から照
射され木材Wを透過したマイクロ波を受信するマイクロ
波受信器54とから成る。制御装置12は、マイクロ波
受信機54の出力に基づき、木材Wの水分(含水率)を
測定する。
【0018】図2中に示す、木材Wのヤング率を測定す
るヤング率測定装置70の矢印D側から見た図を図3に
示す。ヤング率測定装置70は、被判別木材の木口を打
撃する打撃装置72と、当該打撃装置72によって被判
別木材Wを打撃した際の音響を捕らえる集音マイクロホ
ン74と、該木材WをチェーンローラCから持ち上げる
昇降装置80と、該持ち上げられた木材Wを上述した打
撃装置72側に設けられたストッパ76まで移送させる
エアーシリンダから成る移送装置78とを備える。
【0019】打撃装置72は、ハンマー72Aと、当該
ハンマー72Aを枢支する軸72Bと、該ハンマー72
Aを駆動するシリンダ72Cとから構成されており、該
シリンダ72Cのロッドが引き込まれることで、ハンマ
ー72Aが木材Wの木口を打撃する。一方、集音マイク
ロホン74の集音部には、木口側に開口を設けたカバー
75が取り付けられることで、木口側への指向性が持た
されている。
【0020】上記昇降装置80は、木材Wを支持する支
持桿86と、該支持桿86をロッド84を介して昇降す
るエアーシリンダ82とから成る。該支持桿86の頂
部、即ち、木材Wとの当接部には、ゴム、樹脂等の弾性
材料からなる弾性部材88が配設されている。
【0021】図1中に示す、木材Wへのヤング率の印字
を行う印字装置90の矢印E側から見た図を図4に示
す。印字装置90は、後段搬送装置22上を搬送される
木材Wの上側に配設される印字ヘッド90Aと、木材W
の下側に配設される印字ヘッド90Bとを備える。印字
ヘッド90A及び印字ヘッド90Bは、共にインクジェ
ット方式のものが用いられている。
【0022】該印字装置90と共に木材Wを検出するた
めのセンサ93が配設されている。該センサ93は、後
段搬送装置22上を搬送される木材Wの上側に配設され
赤外線発光器93aを複数備える発光器93Aと、木材
Wの下側に配設され受光素子93bを複数備える受光器
93Bとから成る。即ち、木材Wの到来により、発光器
93Aの赤外線発光器93aからの赤外線が遮断される
ことを、受光器93Bの受光素子93bが検出するよう
に構成されている。
【0023】引き続き、該木材の等級判別装置による被
判別木材のヤング率判別動作について図2を参照して説
明する。木材Wは、前段搬送装置20の搬送方向に対し
て垂直方向に載置されて搬送される。前段搬送装置20
から重量測定装置30へ木材Wが搬入されると、当該重
量測定装置30にて木材Wの重量が測定される。上述し
たように、重量測定装置30の搬送装置32は、モータ
36の駆動力がチェーン38を介してチェーンローラC
を回転しており、チェーンローラC上に木材Wを搬送す
る。
【0024】重量測定器34は、該搬送装置32及び搬
送装置32にて搬送中の木材Wの重量を併せて測定し、
図1に示す制御装置12側に測定値を送信する。ここ
で、測定値は、図5(A)に示すように、木材Wの搬送
に伴い時間と共に変化する。即ち、前段搬送装置20か
ら重量測定装置の搬送装置32へ渡され始めた状態で
は、木材Wの荷重が、当該搬送装置32のみならず前段
搬送装置20にも加わっており、測定値は低くなる。そ
して、木材Wが完全に搬送装置32へ渡され、当該搬送
装置32の中央位置まで搬送された時点(時刻T)に
て、測定値はピークとなる。更に、当該搬送装置32か
ら後段搬送装置22に渡され始めた状態では、木材Wの
荷重が、当該搬送装置32のみならず後段搬送装置22
にも加わり、測定値は搬送に伴い徐々に低くなる。
【0025】制御装置12は、測定値のピーク値(図5
に示す時刻T)w1に基づき木材Wの重量を算出する。
即ち、ピーク値W1から、予め分かっている搬送装置3
2の重量を減算し、更に、補正値を掛けることで木材W
の重量を求める。この補正値は、予め重量を測定してあ
る木材Wを実際に木材の等級判別装置10に流し、重量
測定装置30にて重量を測定し、この測定値と実重量と
を比較することにより求められている。
【0026】第1実施形態の重量測定装置30では、搬
送装置32にて木材Wを搬送しながら重量を測定するた
め、搬送路上を搬送される木材Wの重量を円滑に測定す
ることができる。ここで、搬送装置32にて木材Wを搬
送しながら重量を測定するので、測定値が木材Wの搬送
と共に変化するが、変化のピーク値に基づき木材Wの重
量を測定するため、正確に重量を測定できる。
【0027】重量測定装置30にて重量の測定が完了し
た木材Wは、後段搬送装置22へ渡され、搬送方向に対
して垂直方向に載置されて搬送される。そして、水分測
定装置50にて、木材Wの水分(含水率)が測定され
る。該水分測定装置50には、図4を参照して上述した
印字装置90のセンサ93と同様なセンサ91(図1参
照)が備えられている。そして、当該センサ91にて、
木材Wの到来が検出されると、制御装置12は、マイク
ロ波照射器52からマイクロ波を木材Wの上面に照射す
る。そして、木材Wを透過したマイクロ波が、木材Wの
搬送位置の下方に配設されマイクロ波受信器54にて受
信され、受信された値が、制御装置12側に送られる。
制御装置12は、送信された値に基づき木材Wの水分
(含水率)を算出する。
【0028】水分測定の完了した木材Wは、後段搬送装
置22にて更に搬送され、ヤング率測定装置70にてヤ
ング率が測定される。該ヤング率測定装置70には、図
1に示すように、印字装置90のセンサ93と同様なセ
ンサ92が備えられている。そして、当該センサ92に
て、木材Wの到来が検出されると、制御装置12は、ヤ
ング率の測定を開始する。先ず、図3に示すように、昇
降装置80のエアーシリンダ82を動作させ、支持桿8
6により、木材Wを後段搬送装置22のチェーンローラ
Cから持ち上げる。次に、移送装置78のシリンダを図
中鎖線で示すように突出させ、木材Wをストッパ76に
当接する位置まで移送する。
【0029】そして、打撃装置72のシリンダ72Cを
引き入れ、ハンマー72Aにより木材Wの木口を打撃す
る。そして、打撃音を集音マイクロホン74にて捕らえ
る。制御装置12は、打撃音の周波数と、上記重量測定
装置30にて測定した木材Wの質量(重量)からヤング
率を算出する。
【0030】ここで、第1実施形態の木材の等級判別装
置10では、木材Wを後段搬送装置22の進行方向に対
して垂直方向に載置して搬送する。そして、ヤング率測
定装置70の打撃装置72を、後段搬送装置22にて搬
送される木材Wと干渉しない当該後段搬送装置22の側
方位置であって、当該木材Wの木口を側方から打撃し得
る位置に配置してある。即ち、打撃装置72を木材Wと
干渉しない位置に配置してあるため、打撃装置72を測
定の度に木材Wとの干渉を避けるため昇降させる必要が
なく、簡易に構成できる。更に、昇降装置80が後段搬
送装置22から木材Wを持ち上げるので、後段搬送装置
22のチェーンローラCの雑音が重畳することなく音響
を捕らえることができ、正確にヤング率を測定すること
が可能となる。
【0031】また、第1実施形態の木材の等級判別装置
10では、木材Wを支持するための支持桿86に、木材
Wとの接触部に弾性部材88を配設してある。このた
め、外部からの雑音が重畳することなく音響を捕らえる
ことができ、正確にヤング率を測定することが可能とな
る。
【0032】また更に、打撃音を指向性を備える集音マ
イクロホン74にて捉えるため、外部からの雑音が重畳
することなく、正確にヤング率を測定することが可能と
なる。
【0033】引き続き、制御装置12によるヤング率の
水分量に応じた補正について説明する。木材Wの含水率
が様々であるが、含水率が下がるに従いヤング率は上昇
する。ここで、木材Wは、製材の段階では含水率が高く
(20%以上)、住宅等で用いられると徐々に乾燥が進
み、15%程度の気乾状態で安定する。従って、ヤング
率は、上記安定状態である15%の気乾状態で表示する
ことが望ましい。このために、図7中の図表に示す含水
率に応じた補正係数Xeを検索し、該補正係数Xeを測定
したヤング率に掛けることで、15%の気乾状態のヤン
グ率を求めることができる。
【0034】本実施形態の制御装置12は、上述した含
水率のみでなく、水分に応じた木材Wの断面積変化分に
応じてヤング率を補正する。即ち、木材Wの断面積は、
含水率が低下するほど小さくなり、断面積が小さくなる
と、ヤング率が低下する。含水率に基づく断面積変化に
よるヤング率低下を図5(B)中に(木材の断面2次モ
ーメントの減少による補正値)として示す。上述した含
水率と共に、当該含水率に応じた当該被判別木材の断面
積変化分を補正するため、制御装置12は、図7中の図
表に示す含水率に応じた補正係数Xeと断面積変化補正
係数Xiとを掛けた(Xe*Xi)の値を検索し、該補正
係数(Xe*Xi)を測定したヤング率に掛けることで、
15%の気乾状態のヤング率を求める。
【0035】この断面積変化分に応じた補正係数は下記
の式より求めた。先ず、撓みを求める式として下式が広
く用いられている。
【数1】撓み量=5wL4/(384・E・I) ここで、wは等分布荷重 Eはヤング係数、Lはスパ
ン、Iは断面2次モーメント断面2次モーメントIは、
次式で求められる
【数2】I=(b・h3)/12 ここで、bは、木材の幅を、hは高さを表している。
【0036】本実施形態では、含水率の5%減少で、木
材Wの断面積が、木口の接線方向に1%収縮すると仮定
し、下式から補正係数Xiを求めた。
【数3】 Xi=1−(w−15.0)×(0.01/5)
【0037】第1実施形態の木材の等級判別装置では、
測定したヤング率を水分及び当該水分に応じた当該被判
別木材の断面積変化分で補正するため、安定状態(気乾
状態)のヤング率を求めることができる。
【0038】当該制御装置は、補正したヤング率を更
に、木材の規格値に合うように調整を行う。ここで、本
実施形態では、ヤング率(×103Kgf/cm2)として、E
70未満、E90未満、E110未満、E130未満、
E150のいずれかの値とする。即ち、Eが70未満で
あるとき(例えば、E=66)にはE70とし、Eが7
0以上90未満のときにE90とし、Eが90以上11
0未満のときにE110とし、Eが110以上130未
満のときにE130とし、Eが130以上のとき(例え
ばE=155)にはE150とする。
【0039】引き続き、木材の等級判別装置は、上記規
格値に分けたヤング率を図2及び図4に示すように印字
装置90にて木材Wへ印字する。制御装置12は、セン
サ93により後段搬送装置22上を搬送される木材Wの
到来を検出すると、木材Wの上側に配設される印字ヘッ
ド90Aを駆動して、木材Wの上面に図6(A)に示す
ように上記規格に沿ったヤング率を数字で印字する。同
時に、木材Wの下側に配設される印字ヘッド90Bによ
り、木材Wの裏面に、図6(A)に示す木材Wの裏面図
である図6(B)のようにヤング率を印字する。
【0040】図示しないが、木材Wの上側に配設される
印字ヘッド90Aには自動昇降装置が備えられており、
図示しないセンサにより木材Wを高さを測定し、木材W
に合わせて印字ヘッド90Aの高さを自動調整するよう
になっている。この実施形態では、印字ヘッド90Aを
高さ調整するように構成してあるが、この代わりに、木
材Wを反転させ、上面を下側に持ってきた状態で、下方
に配置した印字ヘッドにより上面の印字を行うように構
成することも可能である。
【0041】本実施形態の木材の等級判別装置10で
は、測定したヤング率を、印字装置90にて木材Wの上
面及び下面に数字にて印字する。このため、後加工で、
木材の端部を切断してもヤング率を確認することができ
る。また、施工現場で木材を集積した状態、あるいは、
該木材を横架材又は柱材として組み込んだ状態でヤング
率を容易に確認することができる。更に、ヤング率を数
字で印字するため、誰でもヤング率を判別することがで
きる。
【0042】更に、第1実施形態の木材の等級判別装置
では、水分及び当該水分に応じた当該被判別木材の断面
積変化分で補正してヤング率を印字する。このため、家
屋となった際の必要十分な強度の木材を適切に使用でき
るため、軽く廉価な木材を利用することができ、十分な
強度を軽量な木材を用いて得ることが可能となる。
【0043】なお、上述した実施形態では、測定したヤ
ング率を水分及び当該水分に応じた当該被判別木材の断
面積変化分で補正したが、この代わりに、測定したヤン
グ率を水分に応じたヤング率変化のみで補正して印字す
ることも可能である。
【0044】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、測定した
ヤング率を水分及び当該水分に応じた当該被判別木材の
断面積変化分で補正して印字するため、安定状態のヤン
グ率を被判別木材に印字することができる。このため、
家屋となった際の必要十分な強度の木材を適切に使用で
きるため、軽く廉価な木材を利用することができ、十分
な強度を軽量な木材を用いて得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施態様に係る重量測定装置を用いる木材
の等級判別装置のライン構成を示す平面図である。
【図2】図1に示すライン構成のB矢視図である。
【図3】図2中に示すヤング率測定装置70のD矢視図
である。
【図4】図1に示す印字装置のE矢視図である。
【図5】図5(A)は、重量測定器による木材Wの測定
重量の変化を示すグラフであり、図5(B)は、含水率
とヤング率補正係数との関係を示すグラフである。
【図6】図6(A)は、ヤング率の印字された木材Wの
平面図であり、図6(B)は裏面図である。
【図7】含水率とヤング率補正係数との関係を示す図表
である。
【符号の説明】
10 木材の等級判別装置 12 制御装置 20 前段搬送装置 22 後段搬送装置 30 重量測定装置 32 搬送装置 34 重量測定器 36 モータ 38 チェーン 50 水分測定装置 52 マイクロ波照射器 54 マイクロ波受信器 70 ヤング率測定装置 72 打撃装置 74 集音マイクロホン 76 ストッパ 78 移送装置 80 昇降装置 82 エアーシリンダ 84 ロッド 86 支持桿 88 弾性部材 90 印字装置 90A、90B 印字ヘッド C チェーンローラ S スプロケット W 被判別木材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀野 克年 岐阜県大垣市青柳町300 イビデン株式会 社青柳工場内 Fターム(参考) 2G047 AA11 AD18 AD19 BA01 BC20 CA03 EA10 GA18 GD02 GG41 GH02 2G061 AA13 AB04 BA07 CA13 CB02 DA17 EA06 EB08 EC06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被判別木材のヤング率を求めるヤング率
    測定装置と、被判別木材の水分を測定する水分測定装置
    と、被判別木材に印字する印字装置とを備える木材の等
    級判別装置において、 前記ヤング率測定装置にて測定したヤング率を、水分測
    定装置にて測定した水分にて補正し、前記印字装置にて
    補正したヤング率を印字することを特徴とする木材の等
    級判別装置。
  2. 【請求項2】 被判別木材のヤング率を求めるヤング率
    測定装置と、被判別木材の水分を測定する水分測定装置
    と、被判別木材に印字する印字装置とを備える木材の等
    級判別装置において、 前記ヤング率測定装置にて測定したヤング率を、水分測
    定装置にて測定した水分及び当該水分に応じた当該被判
    別木材の断面積変化分で補正し、前記印字装置にて補正
    したヤング率を印字することを特徴とする木材の等級判
    別装置。
  3. 【請求項3】 前記ヤング率測定装置が、被判別木材を
    打撃する打撃装置と、当該打撃装置によって被判別木材
    を打撃した際の音響を捕らえる集音装置とを備え、当該
    集音装置にて捕らえた音響の振動数からヤング率を求め
    ることを特徴とする請求項1又は2の木材の等級判別装
    置。
  4. 【請求項4】 前記印字装置が、ヤング率を、被判別木
    材の上面及び下面に印字することを特徴とする請求項1
    または2の木材の等級判別装置。
  5. 【請求項5】 被判別木材を打撃した際の音響の振動数
    からヤング率を求め、 被判別木材の水分を測定し、 測定したヤング率を、測定した水分及び当該水分に応じ
    た当該被判別木材の断面積変化分とで補正し、補正した
    ヤング率を当該被判別木材へ印字することを特徴とする
    木材の等級判別方法。
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