JP3273214B2 - グレーディングマシンのヤング率測定方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、木材の等級選別を行
なうグレーディングマシンにおけるヤング率測定方法
と、これを好適に実施する装置とに関するものである。

【０００２】

【従来技術】木材は、それに固有の優れた性質から、住
宅用の構造部材、建具、家具、工芸品等の用途に広く用
いられている。しかし木材は天然資材であるため、その
強度面にばらつきが存在し、工業用材料や住宅用構造部
材として使用するときは、強度が必要とされる部分と、
さほど必要でない部分との使い分けが重要となってい
る。すなわち、木材を工業用材料や住宅用構造部材の如
く、特に強度を必要とする個所に利用する場合には、そ
の用途に適した強度とその分布とに関する事前の評価が
必要とされる。

【０００３】このような見地から、木材の強度を機械的
に測定して、該木材の強度に関する等級区分をなし得る
ようにした木材等級選別機が既に実用化されている。こ
の木材等級選別機は、保証荷重試験機(プルーフロー
ディングマシン)と、等級選別試験機(グレーディング
マシン)との２つに大別される。前者の保証荷重試験機
は、試験しようとする木材に所要の応力(実際の使用時
に負担すると推定される応力)を機械的に加えて、使用
環境での安全を保証するようにした品質測定機械であ
る。従って加えられる荷重は比較的大きく、短期許容応
力程度か、場合によってそれ以上の応力が加えられる。
このため強度が小さかったり、割れや節等の欠点がある
材料は、その部分で直ちに破壊して、不合格材料である
旨の品質判定が下される。

【０００４】また後者の等級選別試験機は、基本的に非
破壊試験機であって、本発明が応用される対象技術にも
なっている。これは木材強度に関する等級を検査して選
別する技術に関し、その等級選別の基本方式としては、
試験に供される木材のヤング率を測定して強度を推定す
る技法が主流を占めている。すなわち木材に所要の荷重
を加え、これにより発生する変位(撓み)と該荷重とを基
礎として、既知の算出式からヤング率を算出するもので
ある。加える荷重の大きさは、先の保証荷重試験機に比
べ遥かに小さな荷重でよく、最大でも長期許容応力が発
生する程度の荷重を加えれば充分となっている。この等
級選別試験機は、一般に「グレーディングマシン」とも称
されるので、本明細書では以下この用語に従うものとす
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のグレーディング
マシンは、先に述べた如く、測定すべき木材のある部分
に外部荷重を加え、この荷重により該木材が撓んだ際の
変位と先の荷重とから、ヤング率を算出するものであ
る。そして従来のグレーディングマシンは、測定すべき
木材を静止状態に保持し、該木材の強度を知りたい部分
に外部荷重を印加して１つずつ測定する機種が殆どであ
り、所謂バッチ式であるために測定効率が極めて悪かっ
た。そこで木材を連続的に送りながら、そのヤング率の
測定を可能としたグレーディングマシンが提案されてい
る。これは木材の走行経路を挟んで、例えば該木材の表
面側および裏面側に夫々ロードセルの如き荷重検出手段
を配置し、一定の変位により発生する表面および裏面に
おける反力の変動を連続的に検出して、得られた値の平
均値からヤング率を算出するようにしたものである。し
かしこれは構造が複雑となり、極めて製造コストも嵩む
欠点を有している。

【０００６】

【発明の目的】この発明は、前述した従来技術に係るグ
レーディングマシンが内在している欠点に鑑み、これを
好適に解決するべく提案されたものであって、構造が簡
単で製作コストが低廉となり、しかも連続的に木材のヤ
ング率の変動および該ヤング率の分布を知ることができ
るヤング率測定方法およびその装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決し所
期の目的を好適に達成するため、本発明に係るヤング率
測定方法は、木材に与えた変位およびこれより生ずる反
力からヤング率を測定して、該木材の強度に関する評価
を行なうようにしたグレーディングマシンにおいて、真
直なパスラインに沿って設けた第１ステーションに、測
定すべき木材をその変位量が一定量である状態で通過さ
せつつ第１の変位を与えると共に、これに伴って変動的
に生ずる第１の反力を計測し、真直なパスラインに沿っ
て前記第１ステーションの下流側に設けた第２ステーシ
ョンに、該木材をその変位量が一定量である状態で通過
させつつ前記第１の変位より大きい第２の変位を与える
と共に、これに伴って変動的に生ずる第２の反力を計測
し、前記第１ステーションで変動的に計測される第１の
反力と、同じく第２ステーションで変動的に計測される
第２の反力とを、測定材料の位置的に同期させた状態で
対比し、対比される２つの反力の差分と一定の変位差と
により、前記木材の移動方向におけるヤング率を連続的
に算出することを特徴とする。

【０００８】また同じく前記課題を克服し、所期の目的
を達成するため、本願の別の発明に係るヤング率測定装
置は、木材に与えた変位およびこれより生ずる反力から
ヤング率を測定して、該木材の強度に関する評価を行な
うようにしたグレーディングマシンにおいて、測定すべ
き木材が通過させられる真直なパスラインに沿って、上
流側から下流側に第１ステーションおよび第２ステーシ
ョンを配設し、これら第１ステーションおよび第２ステ
ーションの夫々は、前記パスラインに沿って所要の間隔
で配設され、その上面を前記パスラインに整列させた第
１駆動ローラおよび第２駆動ローラと、前記パスライン
を挟んで第１駆動ローラおよび第２駆動ローラに夫々対
向し、前記木材の板厚に応じた間隙を保持して回転可能
な第１クランプローラおよび第２クランプローラと、前
記第１駆動ローラおよび第２駆動ローラの中間に位置し
て、前記パスラインに対し前記クランプローラの側に偏
倚させた変位付与ローラおよびこれに接続した荷重検出
手段とからなり、第１ステーションに設けた変位付与ロ
ーラの偏倚量よりも、第２ステーションに設けた変位付
与ローラの偏倚量が大きくなるよう設定したことを特徴
とする。

【０００９】

【実施例】次に、本発明に係るグレーディングマシンの
ヤング率測定方法およびその装置につき、好適な一実施
例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。図
１は、実施例に係るグレーディングマシンを側面状態で
示し、図中の符号ＰＬは、木材１０が水平に送り出され
る真直なパスラインを指示している。このパスラインＰ
Ｌの下方には、これと平行にフレーム構造体からなる機
台ＦＢが配設されている。この機台ＦＢは、垂直に立設
した複数本の直立柱３４と、この直立柱３４の頂部に水
平に掛け渡した水平ビーム２１と、該直立柱３４の中間
に掛け渡した中間ビーム４６とから構成されている。な
お図２から判明する如く、機台ＦＢは全体として箱状の
構造体である。この箱状構造体として水平に延在する機
台ＦＢは、図１における中間部の右側に位置する第１ス
テーション５６の部分と、左側に位置する第２ステーシ
ョン５８の部分とに大別される。そして、これら第１ス
テーション５６および第２ステーション５８を構成する
部材は、基本的に全く同一であるので、本明細書では右
側の第１ステーション５６の構成についてのみ説明し、
第２ステーション５８に関しては第１ステーション５６
との相違点についてのみ触れることとする。

【００１０】図１に示す第１ステーション５６におい
て、機台ＦＢの上部を構成する水平ビーム２１には、対
をなす第１駆動ローラ１２が上流側に、またこれより所
要間隔だけ離間した下流側に対をなす第２駆動ローラ１
３が夫々回転自在に設けられている。すなわち上流側の
第１駆動ローラ１２は、水平ビーム２１の上部に固設し
た軸受１９で回転自在に支持した一対のローラ群からな
り、これは図２に示す如く、前記水平ビーム２１の下方
に配設した送材用モータ５０によって一定方向に回転駆
動される。その動力伝達は、該モータ５０のスプロケッ
ト５４と、第１駆動ローラ１２の回転軸に設けたスプロ
ケット５４と、これらスプロケット群に掛け渡したチェ
ン５２とにより行なわれる。また下流側の第２駆動ロー
ラ１３も、水平ビーム２１の上部に固設した軸受１９で
回転自在に支持した一対のローラ群からなり、同じく送
材用モータ５０により一定方向に回転駆動されるように
なっている。なお第１駆動ローラ１２および第２駆動ロ
ーラ１３のローラ上面は、前記水平に延在するパスライ
ンＰＬと整列するよう位置設定してある。

【００１１】この第１ステーション５６には、前記パス
ラインＰＬを挟んで第１駆動ローラ１２と対向する上方
位置に、前記木材１０の板厚に応じた間隔を保持して回
転可能な第１クランプローラ１４が対応的に配設されて
いる。同じく前記パスラインＰＬを挟んで第２駆動ロー
ラ１３と対向する上方位置に、前記木材１０の板厚に応
じた間隔を保持して回転可能な第２クランプローラ１５
が対応的に配設されている。なお図示例では、第１駆動
ローラ１２の対および第２駆動ローラ１３の対の内で、
左側に位置する駆動ローラと前記クランプローラとが対
向するようになっている。この第１クランプローラ１４
および第２クランプローラ１５は、基本的に同じ構成で
あるので、第１クランプローラ１４の具体的な構成に関
してのみ説明する。第１クランプローラ１４は、軸受１
６を介して長尺の水平アーム１８の下面に下向きに取付
けられ、この水平アーム１８の一端部は、グレーディン
グマシンの固定部位(図示せず)に支軸２０を介して揺動
自在に枢着されている。また該アーム１８の他端部は、
機台ＦＢの上部水平ビーム２３に下向きに取付けたエア
シリンダ２２(のピストンロッド２５)にピン２４を介し
て枢着されている。

【００１２】また第１クランプローラ１４は、図示しな
い手段を操作することによって昇降可能であり、これに
より第１駆動ローラ１２との間に前記木材１０の板厚に
応じた間隙を設定し得るようになっている。そして木材
１０の板厚に応じた間隔に設定された後は、該第１クラ
ンプローラ１４は前記エアシリンダ２２により充分大き
な力で押えられるので、後述の如く第１駆動ローラ１２
および第１クランプローラ１４の間に位置する木材１０
は、両ローラ１２,１４によりしっかりと押し付けられ
た状態で通過させられることになる。なおエアシリンダ
２２は、一定の空気圧で付勢されているが、前記木材１
０の板厚が極端に大きく変動した場合には、該エアシリ
ンダ２２のピストンロッド２５が後退して、第１クラン
プローラ１４が上方へ退避可能になっている。また第１
クランプローラ１４および第２クランプローラ１５は、
他から積極駆動されることのない自由回転としてもよい
し、モータにより積極駆動されて、対向する第１駆動ロ
ーラ１２および第２駆動ローラ１３と同一方向(図１で
木材１０は、左側へ送給される)へ同じ速度で回転され
るようになっていてもよい。更に図示の実施例の場合、
第１クランプローラ１４と第２クランプローラ１５とに
おける軸間寸法は、一例として１２００mmに設定されて
いる。

【００１３】第１ステーション５６において、第１駆動
ローラ１２と第２駆動ローラ１３との略中間には、変位
付与ローラ２６が回転自在に設けられると共に、この変
位付与ローラ２６はロードセルに代表される荷重検出手
段３０に接続している。そして変位付与ローラ２６は、
前記パスラインＰＬを超えて第１クランプローラ１４,
第２クランプローラ１５の側に、所要の調節量だけ偏倚
させてある。すなわち、機台ＦＢを構成する直立柱３４
にリニアレール３６が垂直に配設され、このリニアレー
ル３６に鍵形をなすブラケット３２が、リニアスライダ
３８を介して垂直方向への昇降自在に配設されている。
ブラケット３２における水平部の上面には、軸受２８を
介して変位付与ローラ２６が自由回転自在に枢支され、
該水平部の下面側に荷重検出手段３０が密着固定されて
いる。この荷重検出手段３０の下方に位置し、かつ機台
ＦＢに水平に配設される中間ビーム４６には、サポート
４４が直立的に取付けられている。そして該サポート４
４に立設した調節ねじ４８の上端部が、前記荷重検出手
段３０の下面に接触している。そして前記調節ねじ４８
を回転させることによって、変位付与ローラ２６を支持
したブラケット３２は、荷重検出手段３０と共に、リニ
アレール３６に沿って規定範囲内で昇降する。この昇降
量は、図示のダイヤルゲージ４０によって読取り可能で
ある。本実施例では、基本的に変位付与ローラ２６の上
面が、前記パスラインＰＬより上方に所要距離だけ偏倚
するよう、前記調節ねじ４８により調節される。なお前
記ブラケット３２は、図示のストッパ４２により下降限
界が定められる。

【００１４】第１ステーション５６における第１駆動ロ
ーラ１２、第２駆動ローラ１３、第１クランプローラ１
４、第２クランプローラ１５および変位付与ローラ２６
の配列構成は先に述べた通りであり、従って下流側に設
けた第２ステーション５８におけるローラ群の配列構成
も、これと基本的に全く同じ構成を有している。但し、
第２ステーション５８における変位付与ローラ２６は、
第１ステーション５６における変位付与ローラ２６より
も、パスラインＰＬに対する偏倚量が大きくなるよう設
定されている。例えば第１ステーション５６での変位付
与ローラ２６の偏倚量をδ₁(例：２mm)とすれば、第２
ステーション５８での変位付与ローラ２６の偏倚量はδ
₂(例：８mm)に設定され、δ₁＜δ₂の関係が成立してい
る。また各ステーション５６,５８において、下流側に
位置する第２駆動ローラ１３の対の中間にセンサ６０が
設けられ、このセンサ６０は木材１０の先端が所定個所
へ到来したことを検出して制御回路に検出信号を送り込
むようになっている。一例として第１ステーション５６
で、供給の開始された木材１０は、先ず上流側の第１駆
動ローラ１２と第１クランプローラ１４との間に挟まれ
る。更に供給が進行するに伴い、該木材１０は下流側の
第２駆動ローラ１３と第２クランプローラ１５との間に
挟まれるに至る。このように木材１０が、上流側のロー
ラ１２,１４および下流側のローラ１３,１５の間に掛け
渡される状態に至ると、該木材１０の先端が前記センサ
６０により検出されるものである。

【００１５】次に、この構成に係るグレーディングマシ
ンを使用して、所要の木材１０のヤング率を測定する実
際の方法につき説明する。図３の模式図に示す如く、計
測すべき木材１０を水平に送り出して、第１ステーショ
ン５６における上流側の第１駆動ローラ１２および第１
クランプローラ１４の間と、下流側の第２駆動ローラ１
３および第２クランプローラ１５の間とに掛け渡す。こ
のとき該木材１０は、第１駆動ローラ１２の上方に位置
する第１クランプローラ１４および第２駆動ローラ１３
の上方に位置する軸受１６によって、所定方向への送り
出し可能でかつ変位不能にしっかりと保持されている。
また第１駆動ローラ１２および第２駆動ローラ１３の間
に位置する前記変位付与ローラ２６は、そのローラ上面
がパスラインＰＬより所要距離だけ上方に偏倚してい
る。従って前記木材１０が、第１駆動ローラ１２および
第２駆動ローラ１３の間に跨がって送り出されている間
は、当該木材１０の表面に変位付与ローラ２６により第
１の変位が付与されることになる。しかも木材１０は、
第１クランプローラ１４と第２クランプローラ１５とに
よって変位不能に押し付けられているから、前記変位付
与ローラ２６により与えられた第１の変位に対応する第
１の反力が、前記荷重検出手段３０に検出される。この
第１の反力は、木材１０の送りに伴なって変動的に生ず
るものである。

【００１６】先に述べた如く、第２ステーション５８に
おける変位付与ローラ２６は、第１ステーション５６に
おける変位付与ローラ２６よりも、パスラインＰＬの上
方に突出する偏倚量が大きく設定されている。従って木
材１０が前記第１ステーション５６を経由して第２ステ
ーション５８に進入し、上流側の第１駆動ローラ１２と
第１クランプローラ１４の間、および下流側の第２駆動
ローラ１３と第２クランプローラ１５の間に走行可能で
かつ変位不能に掛け渡されると、前記変位付与ローラ２
６は前記第１の反力より大きな第２の反力を該木材１０
に生じさせることになる。すなわち木材１０が第１駆動
ローラ１２と第２駆動ローラ１３との間に跨がって送ら
れている状態では、当該木材１０は変位不能であるため
に、第２ステーション５８に設けた前記荷重検出手段３
０には、第２の変位に対応して木材１０の送りに伴ない
変動する第２の反力が検出される。この第２の反力は、
第１ステーション５６で生じた第１の反力より大きいこ
とは勿論である。

【００１７】このように、第１ステーション５６に設け
た荷重検出手段３０には第１の反力が検出され、また第
２ステーション５８に設けた荷重検出手段３０には第２
の反力が検出される。そこで第１の反力と第２の反力と
を対比することになるが、第１の反力が生じた時期は、
第２の反力が生じた時期よりも時間的に先行しているの
で、これを測定材料の位置的に同期させる必要がある。
このためには先に述べた如く、木材１０の先端が第１ス
テーション５６の第２駆動ローラ１３に設けたセンサ６
０で検出された時点から、前記荷重検出手段３０が検出
した第１の反力に関するデータを制御回路中に取り込ま
せる。また該木材１０の先端が、第２ステーション５８
の第２駆動ローラ１３に設けたセンサ６０により検出さ
れた時点から、前記荷重検出手段３０が検出した第２の
反力に関するデータを制御回路中に取り込ませる。そし
て第１の反力および第２反力を、制御回路中で測定材料
の位置的に同期させる処理を行なって２つの反力の差分
を算出する。そして得られた反力の差分と該木材１０に
対する一定の変位差量とによって、木材移動方向でのヤ
ング率を連続的に算出すると共に、そのヤング率分布を
決定する。ヤング率の算出は、先に述べたように、既知
の算出式が使用されるので、これについては説明しな
い。その後は、例えば色分けしたスタンプローラによっ
て、木材１０の表面にヤング率分布を色分け印刷し、ユ
ーザーの視覚により確認可能とすれば更に好適である。
なお第１ステーション５６と第２ステーション５８との
間には、該第１ステーション５６で変位付与ローラ２６
により木材１０に付与された応力を一旦解除するため
に、一定の応力解放帯域を設けておくことが好ましい。

【００１８】

【発明の効果】以上に説明した如く、本発明に係るグレ
ーディングマシンのヤング率測定方法およびその装置に
よれば、木材を連続的に送り出して１パスさせるだけ
で、該木材のヤング率をリアルタイムに算出すると共
に、そのヤング率分布を決定することができる。しかも
装置の構成が簡単で、製造コストも低廉になし得る等の
優れた利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヤング率の測定方法を実施する装
置の概略構成を示す側面図である。

【図２】図１に示す装置の正面図である。

【図３】本発明に係る方法の概略を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 木材 １２ 第１駆動ローラ １３ 第２駆動ローラ １４ 第１クランプローラ １５ 第２クランプローラ ２６ 変位付与ローラ ３０ 荷重検出手段(ロードセル) ５６ 第１ステーション ５８ 第２ステーション ＰＬ パスライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 3/20 G01N 33/46 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 木材に与えた変位およびこれより生ずる
   反力からヤング率を測定して、該木材の強度に関する評
   価を行なうようにしたグレーディングマシンにおいて、 真直なパスライン(PL)に沿って設けた第１ステーション
   (56)に、測定すべき木材(10)をその変位量が一定量であ
   る状態で通過させつつ第１の変位を与えると共に、これ
   に伴って変動的に生ずる第１の反力を計測し、 真直なパスライン(PL)に沿って前記第１ステーション(5
   6)の下流側に設けた第２ステーション(58)に、該木材(1
   0)をその変位量が一定量である状態で通過させつつ前記
   第１の変位より大きい第２の変位を与えると共に、これ
   に伴って変動的に生ずる第２の反力を計測し、 前記第１ステーション(56)で変動的に計測される第１の
   反力と、同じく第２ステーション(58)で変動的に計測さ
   れる第２の反力とを、測定材料の位置的に同期させた状
   態で対比し、 対比される２つの反力の差分と一定の変位差とにより、
   前記木材(10)の移動方向におけるヤング率を連続的に算
   出することを特徴とするグレーディングマシンのヤング
   率測定方法。
2. 【請求項２】 木材に与えた変位およびこれより生ずる
   反力からヤング率を測定して、該木材の強度に関する評
   価を行なうようにしたグレーディングマシンにおいて、 測定すべき木材(10)が通過させられる真直なパスライン
   (PL)に沿って、上流側から下流側に第１ステーション(5
   6)および第２ステーション(58)を配設し、 これら第１ステーション(56)および第２ステーション(5
   8)の夫々は、 前記パスライン(PL)に沿って所要の間隔で配設され、そ
   の上面を前記パスライン(PL)に整列させた第１駆動ロー
   ラ(12)および第２駆動ローラ(13)と、 前記パスライン(PL)を挟んで第１駆動ローラ(12)および
   第２駆動ローラ(13)に夫々対向し、前記木材(10)の板厚
   に応じた間隙を保持して回転可能な第１クランプローラ
   (14)および第２クランプローラ(15)と、 前記第１駆動ローラ(12)および第２駆動ローラ(13)の中
   間に位置して、前記パスライン(PL)に対し前記クランプ
   ローラ(14,15)の側に偏倚させた変位付与ローラ(26)お
   よびこれに接続した荷重検出手段(30)とからなり、 第１ステーション(56)に設けた変位付与ローラ(26)の偏
   倚量よりも、第２ステーション(58)に設けた変位付与ロ
   ーラ(26)の偏倚量が大きくなるよう設定したことを特徴
   とするグレーディングマシンのヤング率測定装置。
3. 【請求項３】 前記第１ステーション(56)での変位付与
   ローラ(26)により木材(10)に付与された応力を解除する
   ために、第１ステーション(56)と第２ステーション(58)
   との間に応力解放帯域が設けられている請求項２に記載
   のグレーディングマシンのヤング率測定装置。