(57)【要約】      （修正有）【課題】材木に基づく原材料群（ＴＢＲＭＧ）から、応力波速度測定に基づいて、樹木および／または丸太の弾性率（ＭＯＥ）および／またはゆがみの可能性などの特性を推測する方法を提供する。【解決手段】複数の立ち木間の成長速度差に関する補正を、三つの原材料群の代表する応力速度、平均直径、未成熟材の百分率などを用いて可能にする式を提供する。したがって、本発明は、ＭＯＥおよび／またはゆがみの可能性の過小評価または過大評価を防ぐ方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
材木に基づく原材料群の弾性率を推測する方法であって、次の各工程：
第１、第２および第３の木材に基づく原材料群（以下、ＴＢＲＭＧという）それぞれについて代表する応力波速度を得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧそれぞれについて平均直径を得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧそれぞれについて未成熟材の平均直径を得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧについて測定した弾性率データを得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧそれぞれについて未成熟材の百分率を測定する工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧについての未成熟材の平均百分率と第１、第２または第３のＴＢＲＭＧのいずれかについての未成熟材の百分率との間の差に等しい、第１、第２および第３のＴＢＲＭＧのいずれかについての補正係数ＪＷｃをそれぞれ得る工程；
従属変数としての弾性率と、独立変数としての応力波速度およびＪＷｃとを利用して回帰計算を行う工程；および
次式：
ＴＢＲＭＧ  ＭＯＥ＝Ｋ１＋Ｋ２＊ＳＷＶ試験ＴＢＲＭＧ＋Ｋ３＊ＪＷＣ
（式中、Ｋ１は切片であり、Ｋ２およびＫ３は回帰式の回帰係数であり；
ＳＷＶ試験ＴＢＲＭＧは、試験するＴＢＲＭＧの平均応力波速度であり；そして
ＪＷｃは、試験するＴＢＲＭＧの未成熟材の百分率と比較する全てのＴＢＲＭＧの未成熟材の平均百分率との間の差（％ＪＷ平均−％ＪＷ試験ＴＢＲＭＧ）である）
から特定のＴＢＲＭＧの弾性率を推測する工程
を含む方法。
【請求項２】
応力波速度が、ＴＢＲＭＧ中の１つまたはそれより多い樹木または丸太の形成層付近で得た音響速度測定に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
未成熟材の測定が、１つまたはそれより多い断面における生長輪パターンの測定に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
未成熟材の測定が、抽出された生長コアの調査に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
未成熟材の測定が、年輪幅パターンまたは木材腐朽を測定する装置によって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
応力波速度が、ＴＢＲＭＧ中の１つまたはそれより多い樹木または丸太の形成層付近で得た超音波速度測定に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
未成熟材の測定が、ＴＢＲＭＧ成長記録に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
材木に基づく原材料のゆがみの可能性を推測する方法であって、次の各工程：
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧそれぞれについて代表する応力波速度を得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧそれぞれについて平均直径を得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧそれぞれについて未成熟材の平均直径を得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧについて測定されたゆがみデータを得る工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧそれぞれについて未成熟材の百分率を測定する工程；
第１、第２および第３のＴＢＲＭＧについての未成熟材の平均百分率と第１、第２または第３のＴＢＲＭＧのいずれかについての未成熟材の百分率との間の差の三乗に等しい、第１、第２および第３のＴＢＲＭＧのいずれかについての補正係数ＪＷｃをそれぞれ得る工程；
従属変数としてのゆがみの可能性と、独立変数としての応力波速度およびＪＷｃとを利用して回帰計算を行う工程；および
次式：
ゆがみの可能性＝Ｋ１＋Ｋ２＊ＳＷＶ試験ＴＢＲＭＧ＋Ｋ３＊ＪＷＣ
（式中、Ｋ１は切片であり、Ｋ２およびＫ３は回帰式の回帰係数であり；
ＳＷＶ試験ＴＢＲＭＧは、試験するＴＢＲＭＧの平均応力波速度であり；そして
ＪＷｃは、試験するＴＢＲＭＧの未成熟材の百分率と比較する全てのＴＢＲＭＧの未成熟材の平均百分率との間の差の三乗（％ＪＷ平均−％ＪＷ試験ＴＢＲＭＧ）３である）
から特定のＴＢＲＭＧのゆがみの可能性を推測する工程
を含む方法。
【請求項９】
ゆがみが曲がりの形態である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ゆがみが弓そりの形態である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
ゆがみが捩れの形態である、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ゆがみが丸まりの形態である、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
応力波速度が、ＴＢＲＭＧ中の１つまたはそれより多い樹木または丸太の形成層付近で得た音響速度測定に基づく、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
未成熟材の測定が、１つまたはそれより多い断面における生長輪パターンの測定に基づく、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
未成熟材の測定が、抽出された生長コアの調査に基づく、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
未成熟材の測定が、年輪幅パターンまたは木材腐朽を測定する装置によって行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
応力波速度が、ＴＢＲＭＧ中の１つまたはそれより多い樹木または丸太の形成層付近で得た超音波速度測定に基づく、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
未成熟材の測定が、ＴＢＲＭＧ成長記録に基づく、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般に、木材製品の特性に関する応力波速度に基づく推測を、成長速度の差を補正するように調節するための方法に関する。
【０００２】
発明の背景
音響測定が、丸太、樹木、板等のような木材製品の特性の測定に用いうることは一般に知られている。これらの特性としては、例えば、剛性、強度、収縮、および他の特徴が挙げられる。木材製品の特性を確かめるいくつかの態様では、応力波が木材製品へ誘導される。次に、この応力波が木材製品の第１の端から第２の端へ移動する時間に関して測定が行われる。この時間間隔から、応力波の速度は次式：
ｖ＝ｄ／ｔ
（式中、「ｖ」は応力波の速度であり；「ｄ」は応力波が移動する距離であり；そして「ｔ」は移動時間である）により決定することができる。この速度測定法は「飛行時間計測（time-of-flight）」法と一般に呼ばれる。速度は、例えば、木材製品の剛性の指標である木材製品の弾性率（ＭＯＥ）と相関させることができる。速度はまた、木材製品のゆがみの可能性とも相関させることができる。
【０００３】
これらの測定のタイプは、収穫前の森林の立ち木から加工される製材の剛性およびゆがみ傾向を調べるために、立ち木の外側の木材、すなわち成熟材において、最も広く行われる。応力波速度（ＳＷＶ）の値が高い樹木および立ち木は、一般的には、ゆがむ傾向が少ない上に硬くて安定な製材をもたらす。
【０００４】
未成熟材、すなわち、はじめのおよそ１０〜１５の生長輪を含む木材は剛性が低く、急な収縮勾配を有し、成熟材よりもゆがみやすい。その結果、外側の木材の応力波速度測定は、大量の未成熟材を含有する回収された製材の剛性を過大評価し、ゆがむ傾向を過小評価してしまう。図１および図２は、丸太から割り材を経て得られた製材についての、「応力波速度」対「実際の剛性」に関する測定における成長速度の影響を示す（すなわち、応力波速度の見積りの問題は、丸太および樹木に関連する）。多様な立地および遺伝因子の他に、植林地の立ち木は、それらの長いローテーションの間に異なる植林処方を経験する。したがって、収穫前の立ち木の直径もしくは樹齢、またはその両方が同じであっても、樹木の生長輪パターンは非常に異なることがある。これまでの研究では、丸太のＭＯＥの評価について、直径およびＳＷＶの両方に対する数学的補正を行うことが教示されている。しかしながら、これらの補正は、試料中の未成熟材の割合の影響については補償していない。
【０００５】
剛性は構造木材製品に最も不足する特性の一つであること、また、真直度は建築業者らにとって製材購入の決定における最も重要な要素の１つであることが知られている。したがって、剛性およびゆがみ傾向は、木材製品製造に用いられる樹木および丸太の重要な特性である。剛性およびゆがみ傾向は、森林の立ち木内および森林の立ち木間で有意に変わる。このことは、森林サイクルを通して価値を最適なものにするために、遺伝的改良について、また、特定の材料を適切な製造業者に配分することについて、樹木や立ち木をランクづけたり分類したりする機会を提供する。樹冠、幹および枝の大きさおよび形態のような視覚的特徴は、木材特性のうちいくつかの指標を提供し得る；しかしながら、同一の形態を有する樹木または立ち木は、多くの場合、非常に異なる剛性レベルおよびゆがみ傾向レベルを有する。樹木、丸太、幹または森林の立ち木に関する剛性およびゆがみ傾向などの木材内部特性を分類し、ランクづけするために、迅速で非破壊的な方法が適用されてきた。しかしながら、これらの方法は、多くの場合、成長速度差について補償しないので、ＭＯＥまたはゆがみ傾向を充分に推測またはランクづけすることができない。
【０００６】
したがって、材木に基づく原材料群中の成長速度差を補償するために、応力波速度測定に基づく特性の計算を調節するための方法が求められている。
【０００７】
図面の簡潔な説明
本発明の複数の態様を、次の図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【０００８】
図１は、成熟材の割合が低い丸太または樹木と、その丸太または樹木から得られる対応する割り材の透視図である。
【０００９】
図２は、成熟材成熟材の割合が高い丸太または樹木と、その丸太または樹木から得られる対応する割り材の透視図である。
【００１０】
図３は、丸太および製材の調査で得られたデータの表である。
【００１１】
図４は、図３の表に示した立ち木についての「弾性率（ＭＯＥ）」対「応力波速度測定値」のプロットである。
【００１２】
図５は、本発明の方法を用いてデータを調節した、「弾性率測定値」対「弾性率推測値」のプロットである。
【００１３】
図６は、図３の表に示した立ち木についての「曲がり」対「応力波速度測定値」のプロットである。
【００１４】
図７は、本発明の方法を用いてデータを調節した、「曲がり測定値」対「曲がり推測値」のプロットである。
【００１５】
発明の具体的な説明
本発明は、材木に基づく原材料群について、応力波速度測定に基づいて、樹木および／または丸太および／または幹の弾性率および／またはゆがみ可能性などの特性を推測する方法に関する。「材木に基づく原材料群」（timber-based raw material group）（ＴＢＲＭＧ）という用語は、例えば、材木の立ち木、個々の幹、個々の幹の集まり、個々の丸太、丸太の集まり等を包含する。本方法は、複数のＴＢＲＭＧ間の成長速度差の補償を可能にする式を提供する。したがって、本発明は、ＭＯＥおよび／またはゆがみ可能性の過小評価または過大評価を防ぐ。
【００１６】
本発明は、立ち木、丸太、板等のような木材製品または試料内の応力波速度を測定する既知の手段を用いて実施しうる。ある態様では、応力波速度は形成層にて測定する。これら装置の中でＦＡＫＯＰＰ（登録商標）またはＤｉｒｅｃｔｏｒ  ＳＴ３００（登録商標）装置を用いうる。これらの装置のタイプでは、木材製品に沿った第１の位置に置かれた第１プローブおよび木材製品に沿った第２の位置に置かれた第２プローブを用いる。第１プローブは、木材製品との接触によってまたは木材製品へ応力波を導入する他の方法によって生じた初期パルスを検出する。第２プローブは、第２の位置でパルスを検出する。これは「ピッチ−アンド−キャッチ」またはシングルパス測定と一般に呼ばれる。立ち木の場合、ピッチ−アンド−キャッチ法は、立ち木の境界がはっきりしないため最も一般的な実施方法の一つである。
【００１７】
本発明の実施に用いられる他の装置は、例えば、丸太および／または樹木の直径を測定する直径テープまたはキャリパーのような装置である。さらに、年輪パターンを測定するため穿孔する間に、腐朽を検知し、および／または、穿孔の深さおよび成長の遅い高抵抗性の晩材バンドの横断を記録する、Ｒｅｓｉｓｔｏｇｒａｐｈ（登録商標）またはＳｉｂｔｅｃ  ＤｍＰ（デジタルマイクロプローブ）のような装置も用いうる。また、他の態様では、共鳴振動数を用いることにより応力波速度を測定しうることも考えられる。これらの種類の測定を行う方法および系は当業者に知られており、例えばＨＩＴＭＡＮ（登録商標）またはＨＭ２００、および他の共鳴振動数測定装置がある。
【００１８】
本発明は、樹木、丸太、幹等内の未成熟材（最初の１０〜１５の年輪）の量の測定または推定を必要とする。これは、最初の１０〜１５の年輪で構成される幹の断面積の割合によって評価しうる。
【００１９】
応力波速度は、音響速度とも呼ばれ、年輪樹齢と共に増加することは一般に知られている。立ち木の応力波手段を用いて測定される速度は、成長のおよそ外側１〜３ｃｍを占める年輪を通る／横切る波の移動に相当する。例えば、年輪間隔がそのサイクルを通して比較的均質となるように管理される「典型的な」サザンパイン植林の立ち木のように、外側部分の年輪の数が多かれ少なかれ同じであるならば、この外側木質部の音響速度は、同じ樹齢の立ち木についてのＭＯＥとよい相関がある。ＦＡＫＯＰＰ読み取りと立ち木のＭＯＥとの間のかなり正確な関係は、同じ樹齢の「典型的な」立ち木全てについて予想することができる。しかしながら、この典型的な立ち木について開発されたＦＡＫＯＰＰ／ＭＯＥ関係（すなわちＦＡＫＯＰＰ測定に基づくＭＯＥ計算）は、外側の成長が止まった樹木のＭＯＥを過大評価し、外側の成長が増大した樹木のＭＯＥを過小評価する。
【００２０】
本発明の態様では、立ち木について測定された応力波速度を調節し、それによってＭＯＥを計算する方法を公式化した。以下の式は態様の一例であり、「ＴＢＲＭＧ」という用語は式中の「立ち木」という用語の代わりに置き換え、例えば、材木の立ち木、個々の幹、個々の幹の集まり、個々の丸太、丸太の集まり等を包含することができる。この方法には以下の式が含まれる：
立ち木のＭＯＥ＝Ｋ１＋Ｋ２＊ＳＷＶ試験立ち木＋Ｋ３＊ＪＷＣ
（式中、Ｋ１は切片であり、Ｋ２およびＫ３は回帰式の回帰係数であり；
ＳＷＶ試験立ち木は、試験する立ち木の平均応力波速度（単位＝ｍ／秒）（ＦＡＫＯＰＰまたは類似装置を用いて胸の高さで得た立ち木の応力波速度の平均）であり；そして
ＪＷｃは、試験する立ち木の未成熟材の百分率と比較する全ての立ち木の未成熟材の平均百分率との間の差（％ＪＷ平均−％ＪＷ試験立ち木）である）。
【００２１】
回帰式は最小二乗評価を用いて判定する。回帰判定には、従属変数としての弾性率と、独立変数としての応力波速度およびＪＷｃとを利用して、回帰判定を行うことが含まれる。
【００２２】
間伐のような樹齢１０〜１５年での植林作業の一覧データに記録された胸の高さでの立ち木の平均直径、すなわち「ＤＢＨ」は、未成熟材コア直径として用いて、未成熟材の割合を推定することができる。未成熟材の割合は１００＊（間伐直径∧２／丸太直径∧２）に等しい。補正係数ＪＷｃは、個々の立ち木の未成熟材の割合と比較する立ち木の集団の平均との間の差である。％ＪＷ試験立ち木は回帰に直接用いて、ＭＯＥ推測を改良することができるが、用語（％ＪＷ平均−％ＪＷ試験立ち木）は個々の立ち木の過大評価または過小評価についての追加情報を提供する。例えば、初期の成長が速く、後期の成長が停滞した（外側の年輪の目が詰まっている）立ち木は、中心割り材から取り出した製材の平均ＭＯＥを過大評価する飛行時間計測ＳＷＶを生じる。そのような立ち木は高い割合の未成熟材を有し、すなわちＪＷｃは過大評価の影響を減じる負の値である。
【００２３】
本発明の利点は、データに様々な時期での確かな直径データ（または推定値）が含まれるならば、変数％ＪＷ試験立ち木および％ＪＷ平均が一覧記録から推定することができることである。あるいは、これらの変数は、コアの増大、あるいは林業用の道具、例えばＳｉｂｔｅｃ  ＤｍＰもしくはＲｅｓｉｓｔｏｇｒａｐｈ（登録商標）、または年輪幅パターンもしくは木材腐朽を測定する他の装置を用いて推定することができる。これらの変数は丸太の端から直接測定することもできる。
【００２４】
類似の式はゆがみの可能性の判定に適用しうる。例えば、ＭＯＥを式において製材の曲がりに代えることができる。曲がりという用語が以下に説明する態様において用いられることは理解される；しかしながら、他のゆがみの形態、例えば弓そり、捩れ、丸まり等は当業者に既知の方法で以下の式において置き換えられる。さらに、以下の式は態様の一例であり、「ＴＢＲＭＧ」という用語は式中の「立ち木」の代わりに置き換え、例えば、立ち木の材木、個々の幹、個々の幹の集まり、個々の丸太、丸太の集まり等を包含することができる。未成熟材の急な収縮勾配のゆがみへの影響はＭＯＥへの影響より著しいので、ゆがみの推測の場合、例えば（％ＪＷ平均−％ＪＷ試験立ち木）３のような大きな調節が必要である。式は次のようになる：
製材の曲がり＝Ｋ１＋Ｋ２＊ＳＷＶ試験立ち木＋Ｋ３＊ＪＷＣ
式中、Ｋ１は切片であり、Ｋ２およびＫ３は回帰式の回帰係数である。
【００２５】
ＳＷＶ試験立ち木は、試験する立ち木の平均応力波速度（ＦＡＫＯＰＰまたは類似装置を用いて胸の高さで得た立ち木の応力波速度の平均）である。
【００２６】
ＪＷｃは、試験する立ち木の未成熟材の百分率と比較する全ての立ち木の未成熟材の平均百分率との間の差の三乗（％ＪＷ平均−％ＪＷ試験立ち木）３である。（％ＪＷ＝１００×（樹齢１０〜１５年の立ち木の直径）２÷（現時点の立ち木の直径）２）
回帰式は最小二乗評価を用いて判定する。回帰判定には、従属変数としての弾性率と、独立変数としての応力波速度およびＪＷｃとを利用して、回帰判定を行うことが含まれる。
【００２７】
ある態様では、本方法は次の工程を経て行いうる。第１工程で、ＴＢＲＭＧ中の多くの樹木を当業者に容易に理解される上記既知の方法のいずれかにより応力波速度について測定する。これによってＴＢＲＭＧの代表的な値が得られる。別の態様では、木を切り倒し、得られた丸太を応力波速度について調べる。次の工程では、未成熟材の割合を判定および／または推測する。第１工程で、樹齢１０〜１５（若い直径）および伐採年齢（丸太直径）での胸の高さにおける樹木の直径を一覧記録から推定することができる。あるいは、これらの直径はコアの増加、あるいは林業用の道具、例えばＳｉｂｔｅｃ  ＤｍＰもしくはＲｅｓｉｓｔｏｇｒａｐｈ（登録商標）、または年輪幅パターンもしくは木材腐朽を測定する他の装置を用いて立ち木で測定することができる。別の態様では、これらの直径は幹の端からまたは丸太の端から直接測定することができる。木または丸太の未成熟材率は、若い直径の二乗と丸太直径の二乗の比を１００倍して計算することができる。試験ＴＢＲＭＧの試料木材または丸太についての未成熟材の平均率はＪＷ試験ＴＢＲＭＧであり、全てのＴＢＲＭＧについて測定した未成熟材の平均はＪＷ平均である。調節変数、ＪＷｃは％ＪＷ平均−％ＪＷ試験ＴＢＲＭＧである。
【００２８】
次の実施例は本発明の１つの態様であり、速度測定、年輪パターン測定、または関連工程のような工程に完全に相当すると考えるべきではない。
実施例１
ウェヤーハウザー社所有の工場で１９９６年に行った調査は樹齢２６年の古いテーダマツの立ち木５本を切って行った。試料の木は胸の高さの直径（ＤＢＨ）が似ていた。ＤＢＨは１３〜１５インチ、平均１４インチであった。立ち木の応力波速度は立ち木１本当たり２５の樹木で測定した。丸太は、製材所を通じて加工し、追跡した。立ち木から取り出した製材の平均製材ＭＯＥおよび平均曲がりを測定した。「平均製材ＭＯＥ」対「応力波速度」は図４に示す。プロットに示すように、立ち木ｍおよびａの実際のＭＯＥはＳＷＶ測定により推測した値より上または下である。図５は、上記式によりデータを調節した後の「推測値」対「ＭＯＥ測定値」のプロットを示す。プロットに示されるように、標準誤差は減少した（０．０７対０．０１）。これは精度が約８６％増加したことを示す。「平均製材曲がり」対「応力波速度」は図６に示す。この結果により製材曲がりとＳＷＶとの間の関係は見られなかった。しかしながら、図７は、上記式によりデータを調節した後の「推測値」対「曲がり測定値」のプロットを示す。プロットに示されるように、製材曲がりは調節後に無理なく推測することができる。実施例の結果は、ＳＷＶ単独で材木に基づく原材料群のＭＯＥまたはゆがみ傾向を推測したり、ランクづけしたりすることは不十分であることを証明している。精度および推測を向上させ、正確なランクづけを得るには、未成熟材の割合の補正が必要である。
【００２９】
これまでに示したように、本発明の複数の態様を説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更を施すことができる。したがって、本発明の範囲はこれら複数の態様の説明によって限定されない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲を参照することによって決定すべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、成熟材の割合が低い丸太または樹木と、その丸太または樹木から得られる対応する割り材の透視図である。
【図２】図２は、成熟材成熟材の割合が高い丸太または樹木と、その丸太または樹木から得られる対応する割り材の透視図である。
【図３】図３は、丸太および製材の調査で得られたデータの表である。
【図４】図４は、図３の表に示した立ち木についての「弾性率（ＭＯＥ）」対「応力波速度測定値」のプロットである。
【図５】図５は、本発明の方法を用いてデータを調節した、「弾性率測定値」対「弾性率推測値」のプロットである。
【図６】図６は、図３の表に示した立ち木についての「曲がり」対「応力波速度測定値」のプロットである。
【図７】図７は、本発明の方法を用いてデータを調節した、「曲がり測定値」対「曲がり推測値」のプロットである。
【図１】
2007178430.tif 000002
【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】
2007178430.tif 000007
【図７】
2007178430.tif 000008
【外国語明細書】
2007178430000001.pdf