JP5215916B2

JP5215916B2 - 木質材料耐久性モニタリングシステム

Info

Publication number: JP5215916B2
Application number: JP2009075500A
Authority: JP
Inventors: 康之原; 芳平坂部
Original assignee: 三井ホーム株式会社
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010230344A

Description

本発明は、建材等として用いられる木質材料の状態をモニタリングする木質材料耐久性モニタリングシステムに関する。

住宅等において、構造躯体、面材等といった建材として用いられている木質材料の性能劣化等に対処するため、木質材料の状態をモニタリングすることが行われている。建材は内装材、外装材等によって被覆されているため、建材の状態をモニタリングする際には、モニタリング前に内装材、外装材等を一部除去し、さらにモニタリング後に除去した内装材、外装材等を修復する必要があった。かかる手間を省くため、住宅の各所に予めセンサを設置することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２４３９７９号公報

木質材料のモニタリング項目としては、木質材料の含水率が挙げられる。特許文献１に記載されたモニタリングシステムにおいて、木質材料の含水率を検出するために従来の含水率センサを採用すると、以下の問題が生じる。従来の含水率センサは、狭い二点間の含水率しか検出することができない。したがって、木質材料のあらゆる場所を検出するためには、多くの含水率センサを設置する必要があり、構成が複雑化するとともに高コスト化してしまう。

本発明は、前記した問題を解決すべく創案されたものであり、簡易な構成で木質材料の状態をモニタリングすることが可能な木質材料耐久性モニタリングシステムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の木質材料耐久性モニタリングシステムは、導電性材料が設けられた木質材料と、前記木質材料に電気的に接続された電源部と、前記木質材料の電気特性値を測定する測定部と、測定された前記電気特性値に基づいて、前記木質材料の状態を判定する判定部と、前記判定部による判定結果を通知する通知部と、を備え、前記木質材料は、一対の薄板であり、前記導電性材料は、接着剤に混合されたカーボンペーストであって前記一対の薄板間にベタ塗り状に設けられており、前記一対の薄板は、前記カーボンペーストが混合された前記接着剤によって互いに接着されていることを特徴とする。

かかる構成によると、導電性材料を設けた範囲に応じたモニタリングが可能となる。したがって、導電線及び測定部を複数セット設置しなくても、簡易な構成で木質材料の所望の範囲の状態をモニタリングすることができる。また、木質材料に導電性材料が設けられているので、導電性材料が設けられていない場合と比較すると、通常時と異常時（水分侵入時や破断時）とにおける電気特性値（例えば、電流値、電圧値、電気抵抗値）の変化量が大きくなる。したがって、木質材料のモニタリングが容易である。

前記電源部は、前記木質材料に所定の電流を供給し、前記測定部は、前記電気特性値として、前記木質材料の電圧値又は電気抵抗値を測定する構成であってもよい。この場合には、前記判定部は、測定された前記電圧値が電圧閾値未満となった場合、又は、測定された前記電気抵抗値が抵抗閾値未満となった場合に、前記木質材料に水分が浸入していると判定することができ、測定された前記電圧値の変化量又は測定された前記電気抵抗値の変化量に基づいて、前記木質材料の変形量を判定することもできる。

また、前記電源部は、前記木質材料に所定の電圧をかけ、前記測定部は、前記電気特性値として、前記木質材料の電流値又は電気抵抗値を測定する構成であってもよい。この場合には、前記判定部は、測定された前記電流値が電流閾値以上となった場合、又は、測定された前記電気抵抗値が抵抗閾値未満となった場合に、前記木質材料に水分が浸入していると判定することができ、測定された前記電流値の変化量又は測定された前記電気抵抗値の変化量に基づいて、前記木質材料の変形量を判定することもできる。

また、前記木質材料は、建材であってもよい。

本発明によれば、簡易な構成で木質材料の状態をモニタリングすることができる。

本発明の実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステムを模式的に示す図である。（ａ）は図１の導電性材料が設けられた木質材料を示す一部破断斜視図、（ｂ）は導電性材料が設けられた木質材料の変形例を示す一部破断斜視図である。測定部による測定結果の一例を示すグラフであり、（ａ）は電圧値を測定した結果を示すグラフ、（ｂ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。測定部による測定結果の他の例を示すグラフであり、（ａ）は木質材料の歪み量を示すグラフ、（ｂ）は電圧値を測定した結果を示すグラフ、（ｃ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。測定部による測定結果の他の例を示すグラフであり、（ａ）は電流値を測定した結果を示すグラフ、（ｂ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。測定部による測定結果の他の例を示すグラフであり、（ａ）は木質材料の歪み量を示すグラフ、（ｂ）は電流値を測定した結果を示すグラフ、（ｃ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。本発明の参考形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステムを模式的に示す図である。図７の導電性材料が設けられた木質材料をＸ方向から見た図である。

以下、本発明の実施形態について、本発明を木造建築物の建材に適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

＜実施形態＞
まず、本発明の実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステムについて、図１〜図６を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステムを模式的に示す図である。図２（ａ）は、図１の導電性材料が設けられた木質材料を示す一部破断斜視図、図２（ｂ）は導電性材料が設けられた木質材料の変形例を示す一部破断斜視図である。図３は、測定部による測定結果の一例を示すグラフであり、（ａ）は電圧値を測定した結果を示すグラフ、（ｂ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。図４は、測定部による測定結果の他の例を示すグラフであり、（ａ）は木質材料の歪み量を示すグラフ、（ｂ）は電圧値を測定した結果を示すグラフ、（ｃ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。図５は、測定部による測定結果の他の例を示すグラフであり、（ａ）は電流値を測定した結果を示すグラフ、（ｂ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。図６は、測定部による測定結果の他の例を示すグラフであり、（ａ）は木質材料の歪み量を示すグラフ、（ｂ）は電流値を測定した結果を示すグラフ、（ｃ）は電気抵抗値を測定した結果を示すグラフである。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ａは、建材としての木質材料１０Ａと、一対の導電線２０ａ，２０ｂと、電源部３０と、測定部４０と、制御部５０と、通知部６０と、を備えている。

木質材料１０Ａは、木材１１からなる薄板１１ａ,１１ｂと、薄板１１ａ,１１ｂ間に設けられた導電性材料１２と、を備えている。木質材料１０Ａは面材であり、その屋外側表面は、防水紙７０、外装材８０によって覆われている。防水紙７０は、外装材８０の下地となるとともに、木質材料１０Ａへの雨水の浸入を防止する部材であり、例えば不織布の一面側に改質アスファルト層を形成したもので構成されている。防水紙７０の屋内側面には複数の突起７０ａが形成されている。これにより、木質材料１０Ａと防水紙７０との間に通気層が形成され、屋内から木質材料１０Ａを透過してきた湿気は、かかる通気層を介して屋外に放出される。外装材８０は、いわゆる湿式外装を構成する部材であり、ラス網８１とモルタル８２とで構成されている。防水紙７０及びラス網８１は、図示しないステープルによって木質材料１０Ａに固定されている。なお、木質材料１０Ａの屋内側表面は、図示しない内装材によって覆われている。

一対の導電線２０ａ，２０ｂは、それぞれ、一端が木質材料１０Ａに電気的に接続されている。電源部３０は、一対の導電線２０ａ、２０ｂのそれぞれの他端に電気的に接続されており、木質材料１０Ａ及び一対の導電線２０ａ，２０ｂによって構成された電気回路に、所定の電流を供給しようとするものである。電源部３０は、木質材料１０Ａに所定の電流を供給することができるものであればよく、商用電源から電力の供給を受けるものであってもよく、電池、発電機等から電力の供給を受けるものであってもよい。

測定部４０は、木質材料１０Ａ及び一対の導電線２０ａ，２０ｂによって構成された電気回路において、木質材料１０Ａの電気特性値を測定するセンサであり、ここでは、木質材料１０Ａにかかる電圧値を測定する電圧センサ又は木質材料１０Ａの電気抵抗値を測定する電気抵抗センサである。測定された電圧値又は電気抵抗値は、制御部５０に出力される。

制御部５０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、入出力回路等を備えて構成されており、測定部４０による測定結果に基づいて木質材料１０Ａの状態を判定する判定部として機能する。判定結果は、通知部６０に出力される。また、制御部５０は、電源部３０の駆動（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御することもできる。

通知部６０は、ディスプレイ、警報機（スピーカ、ランプ）等であり、制御部５０による判定結果を、画像、音、光等を用いて利用者（木造建築物の住民、警備会社の担当者等）に通知する。

図２（ａ）に示すように、木質材料１０Ａは、合板であり、薄板（単板）１１ａ，１１ｂと、薄板１１ａ，１１ｂ間に設けられた導電性材料１２と、を備えている。導電性材料１２は、カーボンペーストであり、接着剤に混合された状態で薄板１１ａ，１１ｂ間にベタ塗り状に設けられている。薄板１１ａ，１１ｂは、導電性材料１２が混合された接着剤によって互いに接着されている。また、導電線２０ａは導電性材料１２に電気的に接続されており、導電線２０ｂは屋外側の薄板１１ｂに電気的に接続されている。

かかる構造において、電源部３０が所定の電流を供給し、木質材料１０Ａに侵入した水分の状態をモニタリングする場合について説明する。通常の状態においては、木質材料１０Ａは比較的乾燥しているので、図３（ａ）（ｂ）における時刻ｔ_１１のように、測定部４０によって測定された電圧値Ｅ_１１は大きく、電気抵抗値Ｒ_１１も大きい。一方、防水紙７０が破損して水が浸入し、木質材料１０Ａの薄板１１ａに水分が浸み込んだ場合には、薄板１１ａを介した導電線２０ｂ及び導電性材料１２間の電子移動が容易となるため、図３（ａ）（ｂ）における時刻ｔ_１２のように、測定部４０によって測定された電圧値Ｅ_１２は小さくなり、電気抵抗値Ｒ_１２も小さくなる。

そして、制御部５０は、測定部４０によって測定された電圧値Ｅが電圧閾値Ｅ_ＴＨ未満となった場合、又は、測定部４０によって測定された電気抵抗値Ｒが電気抵抗閾値Ｒ_ＴＨ未満となった場合に、木質材料１０Ａに水分が浸入していると判定し、判定結果を通知部６０に出力する。ここで、電圧閾値Ｅ_ＴＨ及び電気抵抗閾値Ｒ_ＴＨは、測定部４０によって測定された電圧値Ｅ及び電気抵抗値Ｒが当該値に達した場合には、木質材料１０Ａのメンテナンスが必要なほど水分が浸入しているということを表す値である。これら電圧閾値Ｅ_ＴＨ及び電気抵抗閾値Ｒ_ＴＨは、予め実験によって求められた値であり、木材１１の種類、導電性材料１２の種類、形状等によって異なる。

続いて、かかる構造において、電源部３０が所定の電流を供給し、木質材料１０Ａの変形の状態をモニタリングする場合について説明する。図４（ａ）（ｂ）に示すように、木質材料１０Ａの歪み量が大きくなると、測定部４０によって測定される電圧値Ｅは大きくなる。また、図４（ａ）（ｃ）に示すように、木質材料１０Ａの歪み量が大きくなると、測定部４０によって測定される電気抵抗値Ｒは大きくなる。ここで、木質材料１０Ａの歪み量と電圧値Ｅ又は電気抵抗値Ｒとの関係は、予めシミュレーション又は実験によって得られており、制御部５０は、当該関係を数式、テーブル等として記憶している。そして、制御部５０は、測定部４０によって測定された電圧値Ｅ又は電気抵抗値Ｒに基づいて木質材料１０Ａの歪み量を判定し、かかる歪み量を判定結果として通知部６０に出力する。

なお、電源部３０は、所定の電流を木質材料１０Ａに供給する代わりに、所定の電圧を木質材料１０Ａにかける構成であってもよい。この場合には、測定部４０は、木質材料１０Ａ及び一対の導電線２０ａ，２０ｂによって構成された電気回路において、木質材料１０Ａの電気特性値を測定するセンサであり、木質材料１０Ａに供給される電流値を測定する電流センサ又は木質材料１０Ａの電気抵抗値を測定する電気抵抗センサとすることができる。すなわち、実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ａは、木質材料１０Ａの電気特性値として、電流値、電圧値又は電気抵抗値をモニタリングするシステムである。

かかる構造において、電源部３０が所定の電圧をかけ、木質材料１０Ａに侵入した水分の状態をモニタリングする場合について説明する。通常の状態においては、木質材料１０Ａは比較的乾燥しているので、図５（ａ）（ｂ）における時刻ｔ_２１のように、測定部４０によって測定された電流値Ｉ_２１は小さく、電気抵抗値Ｒ_２１は大きい。一方、防水紙７０が破損して水が浸入し、木質材料１０Ａの薄板１１ａに水分が浸み込んだ場合には、薄板１１ａを介した導電線２０ｂ及び導電性材料１２間の電子移動が容易となるため、図５（ａ）（ｂ）における時刻ｔ_２２のように、測定部４０によって測定された電流値Ｉ_２２は大きくなり、電気抵抗値Ｒ_２２は小さくなる。

そして、制御部５０は、測定部４０によって測定された電圧値Ｉが電流閾値Ｅ_ＴＨ以上となった場合、又は、測定部４０によって測定された電気抵抗値Ｒが電気抵抗閾値Ｒ_ＴＨ未満となった場合に、木質材料１０Ａに水分が浸入していると判定し、判定結果を通知部６０に出力する。ここで、電流閾値Ｉ_ＴＨ及び電気抵抗閾値Ｒ_ＴＨは、測定部４０によって測定された電流値Ｉ及び電気抵抗値Ｒが当該値に達した場合には、木質材料１０Ａのメンテナンスが必要なほど水分が浸入しているということを表す値である。これら電流閾値Ｉ_ＴＨ及び電気抵抗閾値Ｒ_ＴＨは、予め実験によって求められた値であり、木材１１の種類、導電性材料１２の種類、形状等によって異なる。

続いて、かかる構造において、電源部３０が所定の電圧をかけ、木質材料１０Ａの変形の状態をモニタリングする場合について説明する。図６（ａ）（ｂ）に示すように、木質材料１０Ａの歪み量が大きくなると、測定部４０によって測定される電流値Ｉは小さくなる。また、図６（ａ）（ｃ）に示すように、木質材料１０Ａの歪み量が大きくなると、測定部４０によって測定される電気抵抗値Ｒは大きくなる。ここで、木質材料１０Ａの歪み量と電流値Ｉ又は電気抵抗値Ｒとの関係は、予めシミュレーション又は実験によって得られており、制御部５０は、当該関係を数式、テーブル等として記憶している。そして、制御部５０は、測定部４０によって測定された電流値Ｉ又は電気抵抗値Ｒに基づいて木質材料１０Ａの歪み量を判定し、かかる歪み量を判定結果として通知部６０に出力する。

実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ａは、以下の効果を奏する。
導電性材料１２が木材１１に塗布されているとともに一対の導電線２０ａ，２０ｂが導電性材料１２に電気的に接続されているので、測定部４０として市販の電流センサ、電圧センサ又は電気抵抗センサを用いた場合に、導電性材料１２を設けていない場合と比べて、通常時と異常時（水分侵入時や破断時）とにおける電流値、電圧値又は電気抵抗値の変化量が大きくなる。したがって、木質材料１０Ａのモニタリング（特に、薄板１１ａのモニタリング）が容易である。
また、導電性材料１２がベタ塗り状に設けられており、木材１１の全体にわたって設けられているので、測定部４０として単一の電流センサ、電圧センサ又は電気抵抗センサを用いて木質材料１０Ａ全体をモニタリングすることができる。
また、薄板１１ａ，１１ｂの剥離によって生じる電流値、電圧値又は電気抵抗値の変化を検出することも可能である。
かかるモニタリングは、仕上げ前の雨漏れ検査、引渡し後の定期点検時における雨漏れ検査等として実施可能である。
また、実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ａは、導電性材料１２に通電することによって、長期にわたって白蟻の侵入を防止することが可能である。

＜参考形態＞
続いて、本発明の参考形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステムについて、実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ａとの相違点を中心に、図７及び図８を参照して説明する。図７は、本発明の参考形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステムを模式的に示す図である。図８は、図７の導電性材料が設けられた木質材料をＸ方向から見た図である。

図７に示すように、本発明の参考形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ｂは、木質材料１０Ａに代えて木質材料１０Ｂを備えている。木質材料１０Ｂは、面材であり、木材１３と、木材１３の屋外側表面に塗布された導電性材料１４と、を備えている。導電性材料１４は、例えばカーボンペーストであり、塗料に混合された状態で木材１３の屋外側表面に塗布されている。図８に示すように、導電性材料１４は、離隔して互いに対向する一対の櫛形構造１４ａ，１４ｂを呈している。櫛形構造１４ａは、木材１３の左端部において上下方向に延設された基部１４ａ１と、基部１４ａ１から右方向に延設された複数の櫛歯部１４ａ２，１４ａ２，・・・と、から構成されている。櫛形構造１４ｂは、木材１３の右端部において上下方向に延設された基部１４ｂ１と、基部１４ｂ１から左方向に延設された複数の櫛歯部１４ｂ２，１４ｂ２，・・・と、から構成されている。複数の櫛歯部１４ａ２，１４ａ２，・・・と複数の櫛歯部１４ｂ２，１４ｂ２，・・・とは、交互に配置されている。また、導電線２０ａは、櫛形構造１４ａに電気的に接続されており、導電線２０ｂは、櫛形構造１４ｂに電気的に接続されている。

参考形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ｂも、木材１３に水が浸入した場合等に木質材料１０Ｂの導電性が変化する（例えば、木質材料１０Ｂの領域Ｙに水分が浸み込んだ場合には、櫛型構造１２ａ,１２ｂ間の電子移動が容易となり、電流値は増大し、電気抵抗値は低下し、電圧値も低下する）ので、実施形態に係る木質材料耐久性モニタリング１Ａと同様に、木質材料１０Ｂの状態をモニタリングすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、本発明は、参考形態として、面材ではなく構造躯体にも適用可能である。特に、本発明を構造躯体に適用する場合には、構造躯体の変形量を判定することが望ましい。また、参考形態として、実施形態に係る木質材料耐久性モニタリングシステム１Ａにおいて、薄板１１ａを省略した構成であってもよい。この場合には、図２（ｂ）に示すように、導電性材料１２は、塗料に混合された状態で薄板（単板）１１ｂの屋外側表面に塗布されており、導電線２０ａは、薄板１１ａの屋外側表面（導電性材料１２の屋内側表面）に電気的に接続されており、導電線２０ｂは、導電性材料１２の屋外側表面に電気的に接続されている。また、参考形態として、合板からなる木質材料の屋外側表面に導電性材料が塗布されている構成であってもよい。

１Ａ，１Ｂ木質材料耐久性モニタリングシステム
１０Ａ，１０Ｂ木質材料（建材）
１２，１４導電性材料
２０ａ，２０ｂ導電線
３０電源部
４０測定部
５０制御部（判定部）
６０通知部

Claims

導電性材料が設けられた木質材料と、
前記木質材料に電気的に接続された電源部と、
前記木質材料の電気特性値を測定する測定部と、
測定された前記電気特性値に基づいて、前記木質材料の状態を判定する判定部と、
前記判定部による判定結果を通知する通知部と、
を備え、
前記木質材料は、一対の薄板であり、
前記導電性材料は、接着剤に混合されたカーボンペーストであって前記一対の薄板間にベタ塗り状に設けられており、
前記一対の薄板は、前記カーボンペーストが混合された前記接着剤によって互いに接着されている
ことを特徴とする木質材料耐久性モニタリングシステム。
前記電源部は、前記木質材料に所定の電流を供給し、
前記測定部は、前記電気特性値として、前記木質材料の電圧値又は電気抵抗値を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の木質材料耐久性モニタリングシステム。
前記判定部は、測定された前記電圧値が電圧閾値未満となった場合、又は、測定された前記電気抵抗値が抵抗閾値未満となった場合に、前記木質材料に水分が浸入していると判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の木質材料耐久性モニタリングシステム。
前記判定部は、測定された前記電圧値の変化量又は測定された前記電気抵抗値の変化量に基づいて、前記木質材料の変形量を判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の木質材料耐久性モニタリングシステム。
前記電源部は、前記木質材料に所定の電圧をかけ、
前記測定部は、前記電気特性値として、前記木質材料の電流値又は電気抵抗値を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の木質材料耐久性モニタリングシステム。
前記判定部は、測定された前記電流値が電流閾値以上となった場合、又は、測定された前記電気抵抗値が抵抗閾値未満となった場合に、前記木質材料に水分が浸入していると判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の木質材料耐久性モニタリングシステム。
前記判定部は、測定された前記電流値の変化量又は測定された前記電気抵抗値の変化量に基づいて、前記木質材料の変形量を判定する
ことを特徴とする請求項５に記載の木質材料耐久性モニタリングシステム。
前記木質材料は、建材である
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の木質材料耐久性モニタリングシステム。