(57)【要約】【課題】建築物に建て込まれている状態で木造部材の密度を算出する。【解決手段】試験木材にドリルで穿孔したときの該ドリルが受ける穿孔抵抗値と、前記試験木材の密度とを測定し、該穿孔抵抗値と該密度とを２変数とする回帰線を求める工程と、木造部材にドリルで穿孔して該ドリルが受ける穿孔抵抗値を測定し、前記回帰線とから前記木造部材の密度を算出する工程と、を有する木造部材の密度算出方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験木材にドリルで穿孔したときの該ドリルが受ける穿孔抵抗値と、前記試験木材の密度とを測定し、該穿孔抵抗値と該密度とを２変数とする回帰線を求める工程と、
木造部材にドリルで穿孔して該ドリルが受ける穿孔抵抗値を測定し、前記回帰線とから前記木造部材の密度を算出する工程と、
を有する木造部材の密度算出方法。
【請求項２】
前記試験木材の年輪と直交するように前記試験木材にドリルで穿孔して該ドリルの受ける穿孔抵抗値を測定する請求項１に記載の木造部材の密度算出方法。
【請求項３】
試験木材にドリルで穿孔したときの該ドリルが受ける穿孔抵抗値と、前記試験木材の密度とを測定し、該穿孔抵抗値と該密度とを２変数とする回帰線を求める工程と、
木造部材にドリルで穿孔して該ドリルが受ける穿孔抵抗値を測定し、前記回帰線とから前記木造部材の密度を算出する工程と、
前記木造部材の超音波伝播速度を測定し、前記回帰線から算出した前記木造部材の密度とから前記木造部材のヤング率を算出する工程と、
を有する木造部材のヤング率算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木造部材の密度算出方法、及び木造部材のヤング率算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木造建築物の耐震診断や耐震改修を行う際に、木造建築物を構成する柱や梁等の木造部材の強度特性（ヤング率）を把握できれば、耐震診断の精度や耐震改修計画の品質を向上させることができる。例えば、特許文献１には、木材の木口をハンマー等で打撃して得られる振動音の周波数に基づいて、この木材のヤング率を算出する方法が開示されている。
【０００３】
一方、木造部材の密度と超音波伝搬速度から、木造部材のヤング率を求める方法があるが、木造建築物に建て込まれている状態で柱や梁等の木造部材の密度を把握することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９２７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は係る事実を考慮し、建築物に建て込まれている状態で木造部材の密度を算出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１態様の発明は、試験木材にドリルで穿孔したときの該ドリルが受ける穿孔抵抗値と、前記試験木材の密度とを測定し、該穿孔抵抗値と該密度とを２変数とする回帰線を求める工程と、木造部材にドリルで穿孔して該ドリルが受ける穿孔抵抗値を測定し、前記回帰線とから前記木造部材の密度を算出する工程と、を有する木造部材の密度算出方法である。
【０００７】
第１態様の発明では、木造部材にドリルで穿孔して、このドリルが受ける穿孔抵抗値を測定し、この穿孔抵抗値と回帰線とから木造部材の密度を算出することにより、建築物に建て込まれている状態で木造部材の密度を算出することができる。また、算出した密度から、木造部材の重量や強度特性（圧縮強度、引張強度等）を推定することができる。
【０００８】
第２態様の発明は、第１態様の木造部材の密度算出方法において、前記試験木材の年輪と直交するように前記試験木材にドリルで穿孔して該ドリルの受ける穿孔抵抗値を測定する。
【０００９】
第２態様の発明では、晩材を含めた木材本来の物性を反映した測定データを得ることができる。
【００１０】
第３態様の発明は、試験木材にドリルで穿孔したときの該ドリルが受ける穿孔抵抗値と、前記試験木材の密度とを測定し、該穿孔抵抗値と該密度とを２変数とする回帰線を求める工程と、木造部材にドリルで穿孔して該ドリルが受ける穿孔抵抗値を測定し、前記回帰線とから前記木造部材の密度を算出する工程と、前記木造部材の超音波伝播速度を測定し、前記回帰線から算出した前記木造部材の密度とから前記木造部材のヤング率を算出する工程と、を有する木造部材のヤング率算出方法である。
【００１１】
第３態様の発明では、回帰線から算出した木造部材の密度と、木造部材の超音波伝播速度とから木造部材のヤング率を算出することにより、高い精度で木造部材のヤング率を求めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上記構成としたので、建築物に建て込まれている状態で木造部材の密度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る穿孔抵抗値測定装置を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る穿孔抵抗値測定装置のドリルを示す側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るドリルの穿孔方向を示す平面断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るドリルの穿孔方向を示す平面断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る穿孔抵抗値測定装置の測定結果の一例を示す線図である。
【図６】本発明の実施形態に係る回帰直線を示す線図である。
【図７】本発明の実施形態に係る超音波伝播速度の測定方法を示す平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る木造部材の密度算出方法について説明する。
【００１５】
ここでは、木造建築物に建て込まれている状態の木造部材としての木造柱の密度を、本実施形態の木造部材の密度算出方法によって算出する例について説明する。以下の説明において、密度算出の対象部材となる木造柱を「調査対象木造柱」とする。
【００１６】
本実施形態の木造部材の密度算出方法は、回帰線導出工程と密度算出工程を行うことによって、調査対象木造柱の密度を算出する。
【００１７】
回帰線導出工程では、まず、調査対象木造柱と同じ樹種の樹木から製材を切り出して試験体（以下、「試験木材」とする）とし、この試験木材の密度（気乾密度）を測定する。
【００１８】
次に、図１の側面図に示す穿孔抵抗値測定装置１０を用いて試験木材の穿孔抵抗値を測定する。穿孔抵抗値測定装置１０を用いた試験木材の穿孔抵抗値の測定は、図１、及び図２の側面図に示すように、先端に向かって押し広げるようにして形成された平刃１２がシャフト１４の先端部に設けられたドリル１６を試験木材にねじ込むことにより、試験木材に孔を穿孔して貫通させ、このときのドリル１６が受ける穿孔抵抗値を測定する。この穿孔抵抗は、試験木材にドリル１６をねじ込む際に、平刃１２が受ける回転方向の抵抗であり、試験木材に対する平刃１２先端部の切削抵抗によって生じる。本例では、平刃１２の先端径を３ｍｍ、シャフト１４の直径を１．５ｍｍとし、ドリル１６の最大送り量（最大穿孔深さ）を３００ｍｍとしている。
【００１９】
ドリル１６により試験木材に孔を穿孔する際には、試験木材の年輪と出来るだけ直交する方向へ穿孔する。なお、試験木材の年輪は自然のものなので、ここで言う「直交」とは概念的な直交を意味する。
【００２０】
試験木材が樹木のどの部分から切り出されたかは、試験木材の四面の木目（柾目、板目）を見ることである程度判断することができる。例えば、樹木１８に対して、試験木材の切り出し部分２０が図３の平面断面図に示すように配置されている場合には、矢印２２や矢印２４の方向へ穿孔するようにする。また、例えば、樹木１８に対して、試験木材の切り出し部分２６、２８が図４の平面断面図に示すように配置されている場合には、矢印３０や矢印３２の方向へ穿孔するようにする。
【００２１】
このように、試験木材の年輪と直交するように試験木材にドリル１６で穿孔することにより、晩材を含めた木材本来の物性を反映した穿孔抵抗値の測定データを得ることができる。
【００２２】
穿孔抵抗値測定装置１０により測定された穿孔抵抗値のデータは、図５のグラフに示す出力例のようにして表示され、これによって、試験木材の穿孔深さに対する穿孔抵抗値を把握することができる。また、穿孔抵抗値測定装置１０により測定された穿孔抵抗値のデータは、デジタルデータとして記録される。
【００２３】
図５のグラフの値３４は、試験木材に穿孔したときのドリル１６が受けた穿孔抵抗値を波形で示したものである。グラフの横軸が、ドリル１６による穿孔深さ（ドリル１６の送り量）を示し、縦軸が、ドリル１６が受けた穿孔抵抗値を示している。グラフの縦軸の穿孔抵抗値は、最大目盛を４とする相対値として表示されており、物理量としての単位は持たない。
【００２４】
次に、図５の値３４から穿孔抵抗値の平均値を求め、この平均値を先に測定した試験木材の密度に対する値として、図６に示すグラフ上にプロットする。図６のグラフの横軸には、試験木材の穿孔抵抗値（平均値）が示され、縦軸には、試験木材の密度が示されている。なお、図５の値３４から穿孔抵抗値の平均値を求める際には、穿孔抵抗値測定装置１０により穿孔抵抗値の測定を開始した直後（試験木材の穿孔深さ３〜５ｍｍ程度まで）の不安定部分の値を除くのが望ましい。
【００２５】
そして、調査対象木造柱と同じ樹種の複数の試験木材に対して、これまで説明した方法と同様にして、密度の測定と、穿孔抵抗値測定装置１０による穿孔抵抗値の測定（穿孔抵抗値の平均値の算出）とを行い、図６のグラフ上にプロットする。これらにより、グラフ上に複数の値３６がプロットされる。
【００２６】
次に、図６に示すように、グラフ上にプロットされた複数の値３６の穿孔抵抗値（平均値）と密度とを２変数とする回帰線としての回帰直線３８を、回帰分析により求める。木材の密度は、穿孔抵抗と正の相関があるので、このような回帰直線３８を求めることができる。
【００２７】
密度算出工程では、まず、調査対象木造柱に穿孔抵抗値測定装置１０のドリル１６で穿孔したときのドリル１６が受ける穿孔抵抗値を測定する。この測定は、試験木材に対して行った測定と同様にして行うので、説明を省略する。
【００２８】
次に、調査対象木造柱に穿孔抵抗値測定装置１０のドリル１６で穿孔することによって測定された穿孔抵抗値の平均値と、図６の回帰直線３８とから、調査対象木造柱の密度を算出する。例えば、図６のグラフに点線で示したように、穿孔抵抗値の平均値が２の場合には、調査対象木造柱の密度は４６０（kg/m3）となる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係る木造部材のヤング率算出方法について説明する。
【００３０】
ここでは、木造建築物に建て込まれている状態の木造部材としての木造柱のヤング率を、本実施形態の木造部材のヤング率算出方法によって算出する例について説明する。
【００３１】
本実施形態の木造部材のヤング率算出方法は、木造部材の密度算出方法において密度算出対象部材となった調査対象木造柱に対し、木造部材の密度算出方法で行った回帰線導出工程と密度算出工程に加えて、ヤング率算出工程を行うことによって、この調査対象木造柱のヤング率を算出する。
【００３２】
ヤング率算出工程では、まず、調査対象木造柱の超音波伝播速度を測定する。図７の平面断面図には、超音波伝播速度の測定方法の一例が示されている。調査対象木造柱４０の直径方向に対して、調査対象木造柱４０の外周面の一方に超音波送信機４２を取り付け、他方に超音波受信機４６を取り付ける。超音波送信機４２の送信部４４、及び超音波受信機４６の受信部４８には、ゴム部材５０が装着されており、これによって、超音波送信機４２の送信部４４、及び超音波受信機４６の受信部４８を、調査対象木造柱４０の外周面に密着させることができる。
【００３３】
そして、超音波送信機４２の送信部４４から超音波を送信し、この超音波を超音波受信機４６の受信部４８で受信して、このときの超音波の伝搬時間を測定し、この伝搬時間と、予め測定しておいた超音波送信機４２の送信部４４から超音波受信機４６の受信部４８までの距離とから、調査対象木造柱４０の超音波伝播速度を算出する。
【００３４】
次に、この算出した調査対象木造柱の超音波伝播速度と、回帰線導出工程と密度算出工程を行うことによって求めた調査対象木造柱の密度とから、式（１）によりヤング率を算出する。式（１）では、調査対象木造柱のヤング率をＥ（kN/mm2）、超音波伝播速度をｃ（m/sec）、密度をρ（kg/m3）としている。
【００３５】
【数１】
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次に、本発明の実施形態に係る木造部材の密度算出方法、及び木造部材の密度算出方法の作用と効果について説明する。
【００３６】
本実施形態の木造部材の密度算出方法では、図１に示すように、調査対象木造柱にドリル１６で穿孔して、このドリル１６が受ける穿孔抵抗値を測定し、図６に示すように、この穿孔抵抗値と回帰直線３８とから調査対象木造柱の密度を算出することにより、建築物に建て込まれている状態で調査対象木造柱の密度を算出することができる。また、算出した密度から、調査対象木造柱の重量や強度特性（圧縮強度、引張強度等）を推定することができる。
【００３７】
また、従来は現物調査によらず、データ集等に示されている統計的な平均密度値を調査対象木造柱の密度として用いることが多かったが、本実施形態の木造部材の密度算出方法によれば、調査対象木造柱ごとに密度を算出できるので、高い精度で調査対象木造柱の密度を把握することができる。樹木の密度は、同じ樹種でもばらつきがあり、含水率によっても変動するので、統計的な平均密度値では、実際の調査対象木造柱の密度に対して誤差を生じる可能性が高い。
【００３８】
さらに、本実施形態の木造部材の密度算出方法では、調査対象木造柱にドリル１６で穿孔するだけで調査対象木造柱の密度を算出することができるので、調査対象となる木造建築物から密度測定のためにサンプルを切り出す等の手間を低減することができる。
【００３９】
また、本実施形態の木造部材の密度算出方法では、調査対象木造柱にドリル１６で穿孔するだけの非破壊に相当する検査方法なので、木造建築物を使用した状態（居ながら）で穿孔抵抗値の測定を行うことができる。本実施形態で示した穿孔抵抗値測定装置１０は、平刃１２の先端径を３ｍｍ、シャフト１４の直径を１．５ｍｍとしたものなので、調査対象木造柱にドリル１６で穿孔した後に調査対象木造柱４０の表面に形成される孔の痕跡は、表面の節や割れに比べて小さく、殆ど目立たない。
【００４０】
さらに、本実施形態の木造部材のヤング率算出方法では、図６に示すように、回帰直線３８から算出した調査対象木造柱の密度と、図７に示すように、実測した調査対象木造柱の超音波伝播速度とから、式（１）により調査対象木造柱のヤング率を算出することにより、高い精度で木造部材のヤング率を求めることができる。
【００４１】
よって、木造建築物の耐震診断や耐震改修を行う際に、木造建築物を構成する柱や梁等の木造部材の強度特性（ヤング率）を高い精度で把握できるので、耐震診断の精度や耐震改修計画の品質を向上させることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明した。
【００４３】
なお、本実施形態では、木造部材の密度算出方法により密度を算出する対象部材、及び木造部材のヤング率算出方法によりヤング率を算出する対象部材を、木造部材としての木造柱とした例を示したが、木造部材の密度算出方法により密度を算出する対象部材、及び木造部材のヤング率算出方法によりヤング率を算出する対象部材は、木造建築物を構成する柱や梁等のさまざまな木造部材とすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、図１に示すように、穿孔抵抗値測定装置１０を用いて試験木材及び調査対象木造柱の穿孔抵抗値を測定した例を示したが、穿孔抵抗値測定装置１０は、試験木材及び調査対象木造柱にドリルで孔を穿孔でき、このときのドリルの受ける穿孔抵抗値を測定できるものであればよい。調査対象木造柱にドリルで穿孔する孔の位置や数は、調査対象木造柱の調査目的に応じて適宜決めればよい。また、ドリル１６の最大送り量（最大穿孔深さ）を３００ｍｍとした例を示したが、調査対象木造柱の大きさに応じて、この調査対象木造柱を貫通可能なドリル１６の最大送り量を有する穿孔抵抗値測定装置を用いればよい。
【００４５】
さらに、本実施形態では、図６に示すように、調査対象木造柱と同じ樹種の複数の試験木材に対して、密度の測定と、穿孔抵抗値測定装置１０による穿孔抵抗値の測定（穿孔抵抗値の平均値の算出）とを行って、穿孔抵抗値（平均値）と密度とを２変数とする回帰線としての回帰直線３８を求めた例を示したが、このような回帰直線をさまざまな樹種別に予め求めて用意しておくことが好ましい。また、穿孔抵抗値（平均値）と密度とを２変数とする回帰線は、回帰曲線等の回帰直線以外のものであってもよい。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４７】
１６  ドリル
３８  回帰直線（回帰線）
４０  調査対象木造柱（木造部材）
【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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