(57)【要約】【課題】  木材の劣化部を精度よく特定することができる木材検査方法を提供する。【解決手段】木材検査方法は、高周波水分計２を用いた木材検査方法であって、互いに平行な高周波送信部３及び高周波受信部４を被検査木材１の繊維方向Ｄに距離を開けて、当該高周波送信部３及び当該高周波受信部４の長さ方向が前記繊維方向Ｄに対して略垂直となるように配置して電磁波を発生させて前記被検査木材１の静電容量を測定し、前記静電容量に基づいて前記被検査木材１の劣化度を判定する。木材検査方法は、前記被検査木材１の前記静電容量が予め設定した上限値以上である場合に、前記被検査木材１が高含水低密度状態であると判定するとともに、前記被検査木材１の前記静電容量が予め設定した下限値以下である場合に、前記被検査木材１が低含水低密度状態であると判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波水分計を用いた木材検査方法であって、
互いに平行な高周波送信部及び高周波受信部を被検査木材の繊維方向に距離を開けて、当該高周波送信部及び当該高周波受信部の長さ方向が前記繊維方向に対して略垂直となるように配置して電磁波を発生させて前記被検査木材の静電容量を測定し、
前記静電容量に基づいて前記被検査木材の劣化を判定することを特徴とすることを特徴とする木材検査方法。
【請求項２】
前記被検査木材の前記静電容量が予め設定した上限値以上である場合に、前記被検査木材が高含水低密度状態であると判定するとともに、
前記被検査木材の前記静電容量が予め設定した下限値以下である場合に、前記被検査木材が低含水低密度状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載の木材検査方法。
【請求項３】
前記被検査木材は木造建築物の構造躯体であり、
前記高周波送信部及び前記高周波受信部を壁面、床面、天井面、又は屋根面の板体表面に沿って配置して、当該板体の裏側に配置される被検査木材の静電容量を測定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の木材検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波水分計を用いた木材検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、木材の含水率を測定して、当該木材の含水率が異常に高い場合に、木材に水が含浸しており、木材が腐朽・劣化している可能性が高いと判断する方法が知られている（特許文献１、特許文献２参照）。また木材の含水率を測定する装置としては、距離を開けて一対の電極を平行に配置し、木材に高周波を流して静電容量の変化を検出することにより、木材の含水率を測定する高周波水分計が知られている（非特許文献１）。このような高周波水分計を用いた木材の含水率の測定は、図６に示すように、木材の繊維による誘電率の影響を排除するために、それぞれの電極を木材の繊維方向に略平行に並べて配置し、高周波の電磁波の進行方向が木材の繊維方向に対して略垂直となるようにして測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１７３７３号公報
【特許文献２】特開２００５−１６８３６２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社ケツト科学研究所  木材水分計ＨＭ−５２０  取扱説明書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のように高周波の電磁波の進行方向が木材の繊維方向に対して略垂直となるようにして測定する場合、互いに平行な一対の電極の間の電気力線の経路は当該電極の端部で外側に膨らむので、測定する箇所が健全部であったとしても、測定箇所に隣接して劣化部があった場合に、電気力線の一部が劣化部を通過することになり、当該劣化部の影響を受けるおそれがある。また、木材の端部に近い位置を測定する場合にも電気力線が木材の外部を通過することになって測定精度が低下するおそれがある。したがって、木材の腐朽・劣化の判断精度の低下や腐朽・劣化している範囲の特定が困難となる問題がある。
【０００６】
また、従来の技術は木材の含水率の異常な高値を木材の腐朽・劣化として判断しているので、木材自体は腐朽していたとしても、木材が乾燥して含水率が高くない場合には腐朽・劣化を判断することが出来ない。
【０００７】
そこで本発明は、木材の劣化部を精度よく特定することができる木材検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の木材検査方法は、高周波水分計を用いた木材検査方法であって、互いに平行な高周波送信部及び高周波受信部を被検査木材の繊維方向に距離を開けて、当該高周波送信部及び当該高周波受信部の長さ方向が前記繊維方向に対して略垂直となるように配置して電磁波を発生させて前記被検査木材の静電容量を測定し、前記静電容量に基づいて前記被検査木材の劣化を判定することを特徴とすることを特徴としている。
【０００９】
本発明の木材検査方法は、前記被検査木材の前記静電容量が予め設定した上限値以上である場合に、前記被検査木材が高含水低密度状態であると判定するとともに、前記被検査木材の前記静電容量が予め設定した下限値以下である場合に、前記被検査木材が低含水低密度状態であると判定することを特徴としている。
【００１０】
本発明の木材検査方法は、前記被検査木材は木造建築物の構造躯体であり、前記高周波送信部及び前記高周波受信部を壁面、床面、又は天井面の板体表面に沿って配置して、当該板体の裏側に配置される被検査木材の静電容量を測定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の木材検査方法によると、被検査木材は基本的に繊維方向に長尺となるので高周波送信部及び高周波受信部は被検査木材の長尺方向に距離を開けて互いに平行に配置されることとなる。このとき、高周波電気力線の通路を考えると、高周波送信部及び高周波受信部の端部においては電界が乱れて電気力線が外方向に膨出するので、被検査木材の幅によっては、電気力線の一部が被検査木材の側縁を越えて外側の空気中を通過することになり、被検査木材の静電容量の測定に誤差が生じるが、被検査木材の長尺方向のどの位置を測定する場合でも被検査木材の幅は変わらないので誤差を一定とすることができる。そして、電気力線が膨出するのは被検査木材の幅方向であり、被検査木材の長尺方向には膨出しないので、被検査木材の健全部と劣化部との境界が近い場合や被検査木材の端部が近い場合であっても精度よく被検査木材の劣化度を判定することができ、劣化部位を精度よく特定することができる。
さらに、被検査木材の劣化部は当該被検査木材の繊維が腐朽菌による分解や白蟻による食害などによって断裂しているので、繊維を流れる電磁波は、繊維の断裂箇所で減衰することとなる。したがって被検査木材の含水率が低い場合であっても、被検査木材の繊維の断裂箇所の多寡を判別することができるので、被検査木材の劣化を判定することができる。
【００１２】
本発明の木材検査方法によると、被検査木材の静電容量が予め設定した上限値以上である場合のみならず、被検査木材の静電容量が予め設定した下限値以下である場合にも、被検査木材が低密度状態であると判定するので、被検査木材が乾燥している場合であっても被検査木材の劣化を判定することができる。
【００１３】
本発明の木材検査方法によると、木造建築物の構造躯体となっている柱や梁を被検査木材とすることができ、電磁波が壁面、床面、又は天井面の板体を透過することで、板体を取り外すことなく、内部の被検査木材の劣化を判定することができる。特に柱脚などの水が存在しやすく、被検査木材の劣化が発生しやすい箇所であっても、高周波電気力線が下端方向に膨らむことがないので、精度よく被検査木材の劣化度を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の木材検査方法を用いて被検査木材の健全部の高周波静電容量を測定する状態を説明する図。
【図２】本実施形態の木材検査方法を用いて被検査木材の劣化部の高周波静電容量を測定する状態を説明する図。
【図３】本実施形態の木材検査方法を用いて屋外側又は屋内側から被検査木材の高周波静電容量を測定する状態を説明する図。
【図４】含水率の測定結果に基づいて被検査木材の劣化を判断する状態を示す表。
【図５】実施例の測定結果を示すグラフ。
【図６】比較例の測定結果を示すグラフ。
【図７】従来の木材の検査方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る木材検査方法の実施形態に付いて各図を参照しつつ説明する。本実施形態の木材検査方法は、木造建築物の構造躯体としての柱材又は梁材など被検査木材１の劣化度を非破壊で判定する方法である。なお、本発明の木材検査方法は木造建築物の構造躯体に限定されるものではなく、その他の構造物に用いられる木材や材料としての木材の内部の劣化度を判定するものも含まれる。
【００１６】
検査に用いる高周波水分計２は、高周波電磁波を発信する高周波送信部３と、当該電磁波を受信する高周波受信部４とを備えており、被検査木材１の誘電率（高周波静電容量）の変化を検出して被検査木材１の含水率を測定するものである。高周波送信部３及び高周波受信部４は所定の距離を開けて互いに平行に高周波水分計２の測定面に配置されている。被検査木材１の劣化部の範囲を特定するためには、高周波送信部３と高周波受信部４との間の距離が短いほうが好ましいが、被検査木材１の深い位置を測定するためには高周波送信部３と高周波受信部４との距離が長いほうが有利である。高周波送信部３と高周波受信部４との間の距離は例えば５０ｍｍ程度である。また、高周波送信部３と高周波受信部４の長さは、被検査木材１の幅の長さよりも短いことが好ましく、例えば１００ｍｍ以下である。なお、誘電率、高周波静電容量、含水率は正比例の関係にあるので、後述する被検査木材１の劣化の判断は、誘電率、高周波静電容量、及び含水率のいずれの値に基づいて判断するものであってもよい。
【００１７】
なお、高周波送信部３と高周波受信部４との間に形成される電界の電気力線５の側方への膨出を考慮し、被検査木材１の周辺部からのノイズや干渉を回避するためには、高周波送信部３及び高周波受信部４は被検査木材１の幅よりも相当程度短いことが好ましい。電気力線５の膨出部が被検査木材１の側縁よりも外側の空気を通過することによるノイズなどを減らすことができるからである。また、本実施形態の高周波水分計２の使用周波数は２０ＭＨｚであるがこれに限定されるものではない。例えば高周波水分計２の使用周波数は１ＭＨｚから３００ＭＨｚである。被検査木材１の誘電率や高周波静電容量の変化を測定する用途に適した周波数の高周波水分計２を用いることができる。
【００１８】
被検査木材１は無垢材又は集成材などの木質材料である。木材を積層した材料の場合には繊維方向Ｄが全てのラミナの繊維方向Ｄがほぼ長尺方向となる材料である。本実施形態においては、被検査木材１は柱材である。被検査木材１は上述の通り柱材に限定されるものではなく、梁材などの他の木材であってもよい。
【００１９】
木材検査方法は、まず、図１及び図２に示すように、被検査木材１の柾目面の外側に、高周波水分計２の高周波送信部３及び高周波受信部４がそれぞれ被検査木材１の繊維方向Ｄに垂直となるように配置する。本実施形態においては、被検査木材１が鉛直に立設される柱材であるので、高周波送信部３及び高周波受信部４が距離を開けて上下に並べられるように配置されている。このとき被検査木材１の表面に直接高周波水分計２の高周波送信部３及び高周波受信部４は接触させると測定時のノイズを最小限とすることができ好ましい。
【００２０】
しかし、被検査木材１が壁内、床下、天井裏、又は小屋裏などに収まっている場合には、壁面、床面、天井面、又は屋根面の板体表面に沿って高周波送信部３及び高周波受信部４を配置する。具体的には、本実施形態の被検査木材１としての柱材は、図３に示すように、その屋内側に石こうボード６が張り渡されて内壁面を形成しており、被検査木材１の屋外側に通気層７、壁下地合板８、及びサイディング材９が積層されている。したがって被検査木材１の屋内側部分を主として測定する場合には屋内側の石こうボード６の表面に貼付されている壁クロスに高周波送信部３及び高周波受信部４を接触させる。また、被検査木材１の屋外側部分を主として測定する場合には屋外側のサイディング材９の表面に高周波送信部３及び高周波受信部４を接触させる。
【００２１】
そして、高周波送信部３から高周波の電磁波を発信し、高周波受信部４が当該電磁波を受信することにより、被検査木材１の誘電率（高周波静電容量）を測定する。このとき、図１及び図２に示すように、高周波送信部３と高周波受信部４との間の電界の高周波電気力線５は、高周波送信部３及び高周波受信部４のそれぞれの両端部においては電界が乱れて電気力線５が外方向に膨出する。したがって、被検査木材１の幅によっては、電気力線５の一部が被検査木材１の側縁を越えて外側の空気中を通過することになるが、被検査木材１の長尺方向のどの位置を測定する場合でも被検査木材１の幅が一定であれば被検査木材１の側縁を越えて外側を通過する電気力線５も一定となるので、この現象による誘電率及び高周波静電容量の測定への影響が一定であり、補正が容易となるとともに、被検査木材１の健全部及び劣化部の判断精度を高めることができる。
【００２２】
また、図３に示すように、屋内側から測定する場合には、高周波電磁波が石こうボード６を透過して被検査木材１の誘電率（高周波静電容量）を測定する。屋外側から測定する場合には、サイディング材９、壁下地合板８、通気層７を透過して被検査木材１の誘電率（高周波静電容量）を測定する。このように本実施形態の木材検査方法は、高周波水分計２を用いて誘電率及び高周波静電容量を測定することで被検査木材１の劣化度を測定するので、各面材を取り外すことなく、被検査木材１の劣化を判定することができる。
【００２３】
また、図２に示すように被検査木材１の劣化部では、被検査木材１の繊維（細胞壁）が腐朽菌による分解や白蟻による食害などによって断裂している。したがって、繊維を流れる電磁波は、繊維の断裂箇所Ｔで減衰することとなる。これにより被検査木材１の含水率が低い場合であっても、被検査木材１の繊維の断裂箇所Ｔの多寡を判別することができるので、被検査木材１の劣化を判定することができる。
【００２４】
以上のように測定した被検査木材１の誘電率（高周波静電容量）は、高周波水分計２の図示しないディスプレイに含水率として表示されることとなる。すなわち、予め水分と誘電率（高周波静電容量）との関係を求めておき、水を含むことで増加する誘電率（高周波静電容量）を測定することで、含水率を算出し、図示しないディスプレイに表示している。
【００２５】
このようにして含水率が算出されると、この含水率に基づいて被検査木材１の劣化を判定する。被検査木材１の劣化の判定は、図４に示すように、正常範囲よりも含水率が高い場合のみならず、正常範囲よりも含水率が低い場合にも被検査木材１が劣化していると判定する。例えば、含水率が予め設定された上限値以上である場合には、被検査木材１の繊維密度が低下している低密度状態であると判定する。具体的には本実施形態においては含水率が１８％以上である場合に高含水の低密度状態であると判定する。すなわち、防水処理された建築物の構造躯体の含水率としては通常考えられない異常状態であると判別できるとともに、含水率が異常に高い状態では腐朽菌によって被検査木材１の繊維（細胞壁）が破壊されている可能性が高い、又は白蟻などの害虫によって食害されて被検査木材１の内部に蟻道が形成されており、且つ、白蟻の排泄物や餌の食べかすなどの吸水性の高い付着物が蟻道に付着していることから含水率が異常な高値となっていると推定される。なお、被検査木材１の含水率の正常と異常の境界を定める上限値は、１８％に限定されるものではなく、被検査木材１の材料や被検査木材１の設置場所などの要素によって変更されるものである。
【００２６】
また、例えば、含水率が予め設定された下限値以下である場合にも、被検査木材１の繊維密度が低下している低密度状態であると判定する。具体的には本実施形態においては含水率が８％以下である場合に低密度状態であると判定する。すなわち、含水率が異常に低い状態は腐朽菌や白蟻などの害虫によって被検査木材１の繊維が破壊されて内部に空洞ができて被検査木材１の保水能力が低下し、その後周辺の乾燥に伴って水分が蒸発して、含水率が極めて低くなっていると推定される。なお、被検査木材１の含水率の正常と異常の境界を定める下限値は、８％に限定されるものではなく、被検査木材１の材料や被検査木材１の設置場所などの要素によって変更されるものである。
【００２７】
なお、図４においては、被検査木材１が腐朽によって高含水又は低含水となる異常と、蟻害によって高含水又は低含水となる異常とを区別して説明しているが、高含水状態で腐朽及び蟻害が複合的に作用して被検査木材１の密度が低下する場合もあり得る。また、これら腐朽及び蟻害が複合的に作用して被検査木材１の密度が低下した結果、被検査木材１の保水能力が低下し、その後の乾燥によって、含水率が低下する場合もあり得る。そして、本実施形態の木材検査方法は、含水率を測定し高含水又は低含水を判別することで、これら腐朽及び蟻害が複合的に作用して被検査木材１が劣化した場合にも被検査木材１の劣化を判定することができる。
【００２８】
このように、被検査木材１の含水率の正常範囲の上限のみならず下限を定めて、被検査木材１の劣化を判定するので、劣化した被検査木材１が湿っている場合はもとより乾燥している場合であっても被検査木材１の劣化を判定することができる。
【００２９】
なお、本実施形態では被検査木材１の含水率に基づいて被検査木材１の劣化を判断しているが、含水率と正比例の関係にある被検査木材１の高周波静電容量又は被検査木材１の誘電率に基づいて当該被検査木材１の劣化を判断してもよい。
【００３０】
〔実施例〕
次に、本発明の木材検査方法の実施例及び比較例を説明する。幅１０５ｍｍ×奥行き１０５ｍｍ×繊維方向Ｄの長さ２５０ｍｍの寸法で、長さ方向の一端から５０ｍｍまでの範囲に劣化部を有するトドマツの供試体を、温度が２０±２℃で、湿度が６５±５％ＲＨの恒温恒湿室内にて３ヶ月以上養生し、劣化部の劣化が激しい材（以下、激劣化）と、劣化部の劣化が軽微な材（以下、微劣化）とを用意した。
【００３１】
また、高周波水分計２として、コンクリート・モルタル水分計ＨＩ−５２０−２、株式会社ケツト科学研究所製を使用し、当該高周波水分計２のＤモードにて前述の供試体の高周波静電容量を計測した。なお、Ｄモードは水分値ではなく、高周波静電容量と相関のある０から１９９９の数値を表示するモードである。計測は、繊維方向Ｄに間隔を開けて当該繊維方向Ｄに直交するように高周波送信部３及び高周波受信部４を配置して、目視上健全部である２５０ｍｍ〜５０ｍｍを５０ｍｍ毎に計測するとともに、目視上劣化部である０ｍｍ〜５０ｍｍを計測した。上記の計測は激劣化の供試体及び微劣化の供試体でそれぞれ実施した。計測した結果、表示された高周波静電容量を示す値は図５の通りである。
【００３２】
〔比較例〕
また、実施例と同一の激劣化の供試体及び微劣化の供試体を用いて、実施例と同一の高周波水分計２のＤモードにて、繊維方向Ｄに直交する方向に間隔を開けて当該繊維方向Ｄに平行に高周波送信部３及び高周波受信部４を配置して、２５０ｍｍ〜０ｍｍを５０ｍｍ毎に計測した。計測した結果、表示された高周波静電容量を示す値は図６の通りである。
【００３３】
まず、微劣化の供試体の結果を検討する。実施例及び比較例ともに微劣化の供試体の値は健全部と劣化部との間でほとんど静電容量に変化が見られない。但し、図６に示す比較例においては、微劣化の供試体の２００ｍｍ〜２５０ｍｍ及び０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で静電容量が僅かに低下している。これは、比較例の方法では、例えば図７（Ｂ）に示すように端部の近くを計測する際に、電界の電気力線５の側端部が膨らんで一部の電気力線５が供試体の外側を通過することになるため、その部分の誘電率が低下し、見かけ上の静電容量及び含水率が低下しているものであり、劣化判断のノイズとなっていることがわかる。
【００３４】
次に、激劣化の供試体の結果を検討する。実施例の激劣化の供試体の静電容量は健全部でほとんど低下が見られず、劣化部において明確に低下している。一方比較例の激劣化の供試体の静電容量は５０ｍｍ〜１００ｍｍの健全部でやや低下しており、０ｍｍ〜５０ｍｍの劣化部でさらに低下している。このように、実施例においては、健全部と劣化部との境界が明確であり、劣化範囲が特定できるのに対して、比較例では健全部と劣化部との境界があいまいになり、劣化範囲が十分に特定できない。これは、図７（Ａ）に示すように、比較例では劣化部の近くの健全部を計測する際に、電界の電気力線５の側部が膨らんで一部の電気力線５が劣化部を通過することになるため、その部分の誘電率が低下し、見かけ上の静電容量及び含水率が低下しているものであり、劣化部を特定する際にノイズとなっていることがわかる。
【００３５】
以上のように、本発明の木材検査方法によると、健全部と劣化部との判断の精度を高めることができ、また、被検査木材１の含水率が高い場合及び低い場合のいずれの場合でも被検査木材１の劣化判断を行うことができる。
【００３６】
本発明の実施の形態は上述の形態に限ることなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る木材検査方法は、例えば木造建築物の構造躯体の非破壊検査方法として好適である。
【符号の説明】
【００３８】
１      被検査木材
２      高周波水分計
３      高周波送信部
４      高周波受信部
６      石こうボード（板体）
９      サイディングボード（板体）
Ｄ      繊維方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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