JPH03246432A - 木材等の自動応力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は長尺の木材、木質材料の強度を、非破壊的に自
動的に測定するための自動応力測定装置、代表的には、
周期たわみ変化により木質材料の等級区分を判別するた
めに用いられる自動応力等級区分装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 木材、木質材料の強度を非破壊的に推定する方法はいろ
いろ試みらているが、曲げヤング係数と強度との間には
比較的高い相関関係があり、曲げヤング係数は荷重とた
わみの関係から容易に得られるので、これを利用した自
動応力測定装置として、実用的用途に応じた所定の強度
水準を有しているか否かを判別する装置である自動応力
等級区分装置（ストレスグレーディングマシン）がいく
つか実用化されている。

曲げによる自動送り応力等級区分装置の代表的なものは
、中央集中荷重方式によるもので、一定間隔（スパン）
に設置した一対の支点兼用送りロールと、支点の中央位
置で荷重を載荷する荷重ロールからなり、被測定材（以
下単に「材料」という場合がある）を送りながら連続的
に曲げて、応力とたわみ量の関係からヤング係数を算出
する仕組みのものが知られている。

ここで応力の測定は荷重変換器を用い、通常は荷重ロー
ルに取付けられる。

ところでこのような装置では、材料の送りに伴なって変
動するたわみ量の測定、あるいはたわみ量を一定に規定
するためには変位測定器を使用するが、変位測定は百分
の１　ｍｍの精度を必要とする上、たわみ量の三乗かヤ
ング係数に逆比例するので、変位測定器の調整如何か測
定結果に大きく影響する。

また上記装置における測定の方式は主として三方式あり
、その一つは、一定のたわみを加えそれにより生ずる応
力の値を測定する方式であり、他方は、一定の応力を加
えそれにより生ずるたわみの値を測定する方式である。

（発明が解決しようとする課題） しかし上記の前者の測定方式を採る従来装置では、材料
が「そり」、「曲がり」等の変形をしている場合に、荷
重方向に凹にたわんでいると応力か実際よりも過小とな
り、反対に荷重方向に凸であれば応力が過大になるため
に表裏の測定値を平均するか。あらかじめ材料の変形量
を測定しておいて、補正をすることが必要となる。

また上記後者の応カ一定方式を採る従来装置においても
、材料が変形している場合には測定方向によってたわみ
量に差が生ずるので、同様に表裏の測定値を平均するか
、変形量に応じた補正が必要である。

本発明は以上のような従来装置の欠点を解消し、変位測
定の単純化を実現すると共に、材料自体の「そり」、「
曲がり」等の変形に由来した測定誤差を少なくし、しか
も表裏からの測定を行なうことなく、一方向からの測定
のみでヤング係数を正確に求めることを可能とした、周
期たわみ変化による自動応力測定装置、代表的には自動
応力等級区分装置を提供することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を実現する代表的には自動応力測定装置の特徴
は、長さ方向に送られる長尺の木材又は来貢材料である
被測定材料を該長尺方向の少なくとも２点で支持する支
点ロールと、この支点ロールで支持された被測定材料を
たわみ変形させると共に、上記被測定材料をたわみ変形
させる荷重を作用した状態で該被測定材料に一定振幅の
繰返したわみを与えるたわみ変形付与手段と、この被測
定材料から作用する荷重を検出するために支点ロール又
はたわみ変形付与手段に連係された荷重検出手段と、上
記たわみ変形付与手段を上記繰返したわみを与える位置
に位置決めする手段とを備え、被測定材料に付与された
繰返したわみ変形による荷重変動を上記荷重検出手段に
より測定するという構成をなすところにある。

上記において、荷重検出手段は例えはロードセル等によ
って構成され、この荷重検出手段で検出された変化する
荷重の大きさに関する情報と、材料の断面寸法や形状に
関する予め調へておいた情報、及び例えばたわみ変形付
与手段として設けられる偏心荷重ロールの偏心量（つま
り被測定材料に与えられるたわみ量）との関係から、既
知の算出式をプログラムした演算算出装置（マイクロコ
ンピュータ）を用いてヤング係数を算出することがてき
る。荷重検出手段はたわみ変形付与手段に組み付けても
よいし、支点ロールに組み付けてもよい。

上記のたわみ変形付与手段は、上記した偏心荷重ロール
や円周の一部に突起を設けた回転ロールによる場合の他
、シリンダ装置、クランク装置等の一定振幅の周期的往
復動を被測定材料に与えることができるものであれば使
用でき、３等分４点荷重のように荷重点が２点あるもの
であってもよい。また変形付与手段は支点ロールの中間
に位置させることが適当である場合が多いが、装置の設
計により支点ロールの長尺方向の外側に配置することも
で籾る。このたわみ変形付与手段によって被測定材料に
与える周期的なたわみ変形は、例えば数ヘルツ程度の低
周波のものとして与えるのが適当である場合が多い。

（作用） 本発明は前記の構成をなすことにより、たわみ変形付与
手段を移動機構により被測定材料に若干の小さいたわみ
を与える状態に位置させ、材料を送りながら、例えばた
わみ変形付与手段である荷重ロールを偏心回転させて被
測定材料の一定範囲のたわみのために作用する荷重の変
動量を測定することができる。従って測定に変位計を必
要としないので、変位測定にともなう誤差の虞れがなく
、機構が単純で調整箇所が少ない。また材料自体の変形
による誤差が生じにくく、一方向からの測定でヤング係
数を求めることができる。

本発明の装置は、製材品を構造用に使用するときに、測
定した強度に応じ等級を区分して強度性能に応じた合理
的な使用を実現する応力等級区分装置として代表的に利
用できる。

また接着技術を用いた木質材料では、集成材のラミナ（
集成材を構成する一枚一枚の板）の等級区分、集成材、
単板積層材、合板足場板等の製品検査、さらに足場材の
場合には一定の使用期間毎に実施する安全検査にも簡便
かつ精度、信頼性の高い装置として利用で鮒るという効
果がある。

このように信頼性の高い応力測定装置、実用的には特に
応力等級区分装置として用いられる装置の普及は、木構
造、木材・木質材料の信頼性向上と資源の有効利用に有
益であり、その有用性は極めて大きなものがある。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明装置の構成原理を説明するための図であ
り、本例の装置は、木材の自重による測定への影響を除
くために、装置を構成する各ロールを垂直軸回りに回転
するように構成し、またたわみ変形付与手段を偏心型荷
重ロールを用いて構成したという特徴がある。

この図において１は支点・駆動ロールであり、材料を導
入する入口側に設けられている。

２はこの支点・駆動ロール１と対向一対をなす送り補助
ロールであり、図示しない移動機構により支点・駆動ロ
ール１との間で被測定材料５を挟持して送りを行なう状
態から、被測定材料５から離間した退避の状態（図示の
状態）の間で移動てきるようになっている。

３は材料５の出口側の支点ロールであり、これは材料と
の接触により摩擦的に駆動される従動ロールとして構成
されている。

４は荷重ロールであり、偏心中心をもった偏心回転ロー
ルであり、図示しない移動機構により材料５に対して離
間した状態から図の上方にその軸芯が移動されて材料５
に接触できるようになっていると共に、偏心量ｄによっ
てｙ＝ａｃｏｓθ（ただしθは回転角度）の単振動を材
料に与えることができるようになフている。なおこの荷
重ロールは材料により摩擦的に回転される従動ロールを
構成している。

また荷重ロール４の軸芯には、図示しないロードセルが
組付けられていて、材料と接触した状態で生ずる荷重の
大きさを検出できるようになっており、このロードセル
の検出信号は図示しないコンピュータに入力されて、既
知の演算式によるヤング係数の算出を行なうようにして
いる。

以上の構成の装置において、まず横断面の形状寸法を予
め測定した材料を入口側から挿入し、補助送りロール２
を図の上方に移動させて支点・駆動ロール１との間で挟
圧しながら該支点・駆動ロール１の駆動回転により材料
５を図の右方に送る。送りされた材料が出口側の送りロ
ール３に到達すると、補助ロール２は図の下方に移動さ
せて材料から離間させ、荷重ロール４を図の上方に移動
させて材料５を若干たわむ程度の状態で固定する（以下
この固定位置を「定位置」と称し、荷重ロールが最小半
径の状態で材料に接触している位置とする）。

この状態で測定を開始することができ、支点・駆動ロー
ル１の回転駆動により材料５は一定の速度で送られ、こ
れに同期して荷重ローラ４が摩擦駆動により回転し、上
記単振動を繰返す。したがってこの単振動により上記材
料５には２ｄのたわみが繰返し作用することになり、こ
のたわみ変動に即した荷重変動が上記ロードセルから検
出される。

材料５の後端か支点・駆動ロール１から外れた時点て測
定を終了し、荷重ロール４は初期位置に後退されると共
に、図示しない出口側の送出し機構により材料５は装置
外に搬出される。

以上の構成の装置を、次のように構成した実際の材料強
度の測定を行なった。

人口側の支点・送りロール１と出口側の送りロール４の
支点間隔を１００　ｃｍ、偏心回転する荷重ロール５の
半径７５ｍｍ、偏心回転位置はロールの中心から２．５
ｍｍ、材料の断面寸法は、厚み３．５ｃｍ、幅１８ｃｍ
、長さは４ｍの製材品、重板積層板等とした。材料の送
り速度は一定とし、１５ｍ／分〜３５ｍ／分の数段階で
実施した。

これらの結果から、本例装置では支点間距離１００ｃｍ
の場合には荷重ロール４の単振動は２〜５ｍｍの振幅が
適当であった。

また定位置（荷重ロールが最小半径の状態て材料に接触
している位置）でロールが材料を約２ｍｍ押している状
態が最適であった。

上記実施例において、荷重変動を測定した一例の結果を
第２図に示した。また検出荷重変動に基づく算出ヤング
係数の値を第３図に示した。これらの図において、横軸
は材料の長さ方向であり、目盛はロールの半周（半径７
５ｍｍＸ円周率）を示している。

なお同じ材料について本発明装置で測定したものと、静
荷重により測定した標準的なりング係数とを第４図に示
した。これにより静荷重による測定結果と本実施例によ
る測定結果の間に高い相関性が認められ、本発明の再現
性が高いことが確かめられた。

なお上記実施例ではたわみ量の最大値５ｍｍからヤング
係数を算出しているが、さらにたわみ量を細分してヤン
グ係数を算出することも可能である。また荷重ロールの
回転角によって一定のたわみ景色に荷重量を検出し、そ
の間の応力差からヤング係数を測定して同様の結果を得
ることも可能である。

なお第３図で予め等級区分をａ−ｄのように定めておい
て、算出値をこれとの比較で材料ごとの等級を決め、更
に色付は装置を連動させることによりて等級ごとの色分
けを自動的に行なわせるようにすることも好ましい。

（発明の効果） 本発明の自動応力等級区分装置によれは、従来の同種装
置が測定要素特に測定精度に大きく影響する変位量の測
定、及びそのための機構の調整がデリケートであったこ
とに比へ、予めロールの偏心回転量として定めた変位量
を被測定材料に機械的に与えることかで齢、変位測定器
の調整による誤差、材料の状態による誤差、変位量測定
器の精度等々の影響が解消され、取扱いが容易で、単純
で信頼性の高い機構を実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動応力等級区分装置の構成概要を説
明するための平面図であり、第２図は同装置を用いて測
定した荷重変動の状態を示した図、第３図は同荷重変動
値に基づいて算出したヤング係数の算出値を示した図で
ある。第４図は静荷重により測定した標準的なりング係
数と本発明装置で測定算出したヤング係数の相関性を示
した図である。 １：支点駆動ロール　　２：送り補助ロール３：支点ロ
ール　　　　４：荷重ロール５：材料 １１１１１４名 第 ■ 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、長さ方向に送られる長尺の木材又は木質材料である
   被測定材料を該長尺方向の少なくとも２点で支持する支
   点ロールと、この支点 ロールで支持された被測定材料をたわみ変形させると共
   に、荷重を作用した状態で該被測定材料に一定振幅の繰
   返したわみを与えるたわみ変形付与手段と、この被測定
   材料から作用する荷重を検出するために支点ロール又は
   たわみ変形付与手段に連係された荷重検出手段と、上記
   たわみ変形付与手段を上記繰返したわみを与える位置に
   位置決めする手段とを備え、被測定材料に付与された繰
   返したわみ変形による荷重変動を上記荷重検出手段によ
   り測定することを特徴とする自動応力測定装置。 ２、請求項１において、たわみ変形付与手段が被測定材
   料に対し単振動のたわみ変形を与える手段であることを
   特徴とする自動応力測定装置。 ３、請求項１又は２において、たわみ変形付与手段が、
   支点ロールの中間に位置していることを特徴とする自動
   応力測定装置。