| 研究課題/領域番号 |
17H01481
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
藤井 義久 京都大学, 農学研究科, 教授 (10173402)
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| 研究分担者 |
簗瀬 佳之 京都大学, 農学研究科, 助教 (00303868)
栗崎 宏 富山県農林水産総合技術センター, 富山県農林水産総合技術センター木材研究所, 課長 (20446644)
辻 幸一 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (30241566)
吉村 剛 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (40230809)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 共焦点蛍光X線 / ミリ波 / 保存処理木材 / 非破壊検査 |
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| 研究実績の概要 |
本課題は以下の6段階で構成される。1)保存処理木材の有効成分分布と処理条件との関係の解明として蛍光X 線顕微鏡を用いて、断面での元素分布を測定し、開発装置の希求条件を明らかにする。含水率の影響も明らかにする。2)共焦点型蛍光X線方式による木材表層から10mm までの銅等の有効成分の濃度マッピングの可能性の可能性を解明する。3)ミリ波レーダ技術によって木材の水分状態や内部欠点の非破壊検出の可能性を明らかにする。4)（主目的）ミリ波検出系からの水分分布データによって蛍光X 線データを補正し木材中の有効処理成分の高精度濃度マッピング手法を確立する。5)蛍光X 線技術とミリ波技術を融合させた非破壊診断装置の基本設計を行う。6)データ分析とマッピング結果の2次元、3次元データのパターン認識による高速で大量の個別品質管理技術を構築する。
平成29年度は、蛍光X線顕微鏡を導入し、上記の1)および2)を実施するとともに3)に着手した。具体的には、保存処理木材について、その断面における銅などの成分の分布を評価した。評価では空間分解能10ミクロンで、保存処理木材断面における銅のマッピングを行い、樹種、処理剤と処理条件の分布への影響を検討した。さらに既存の共焦点X線装置を用いて、木材表面から深部にかけての銅元素の深さについての選択的な検出の可能性を明らかにした。その結果、現行の装置であは表面から最大1から2㎜程度の深さまでについては、銅の検出が可能であることが分かった。さらに100GHzのミリ波を用いて、これをアンテナあるいは導波管から放射させ木材表面における反射波を検出し、検出波に含まれる水分や材質の影響を明らかにした。その他、木材の耐久性や生物劣化特性、非破壊検査、木材の加工特性など本課題に関する一連の研究を実施した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題は、以下の6段階で構成される。1)保存処理木材の有効成分分布と処理条件との関係の解明として蛍光X 線顕微鏡を用いて、断面での元素分布を測定し、開発装置の希求条件を明らかにする。含水率の影響も明らかにする。2)共焦点型蛍光X線方式による木材表層から10mm までの銅等の有効成分の濃度マッピングの可能性の可能性を解明する。3)ミリ波レーダ技術によって木材の水分状態や内部欠点の非破壊検出の可能性を明らかにす。4)（主目的）ミリ波検出系からの水分分布データによって蛍光X 線データを補正し木材中の有効処理成分の高精度濃度マッピング手法を確立する。5)蛍光X 線技術とミリ波技術を融合させた非破壊診断装置の基本設計を行う。6)データ分析とマッピング結果の2次元、3次元データのパターン認識による高速で大量の個別品質管理技術を構築する。
原理確認から実用化に至るまでの流れのうち、原理確認については十分な成果をあげることができた。すなわち共焦点蛍光X線検出の原理によって、材料の深部におけるターゲット元素（ここではCu)を選択的に検出することについては原理を確認できた。しかし、現行の装置では、表面から2mm程度までの深さまで評価できたが、目標とする深さ10㎜までの評価については課題が残った。またX線のデータについて、含水率補正をかけるアイデアについては、ミリ波を用いて計測領域の水分を非接触・非破壊で高速評価できる道筋はみえた。しかし、検出系の周波数や検波方式、信号の処理方式については、最適化の余地がまだあることが明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
3年の研究計画について、初年度でで開発課題を実施するための原理確認は達成できたが、同時に実用化に向けての課題も明らかになった。材料深部におけるターゲット元素の選択的な検出を非接触・非破壊で、高速で実施する手法について、より実用化に向けた具体的な課題について最終年度に取り組む予定である。具体的には、蛍光X線計測については、目標深度10㎜までの計測を達成するために、照射X線の強度増加の他、材料内でのX線の共焦点領域を点から線にまで広げて計測効率を上昇させる方向での検討を行う。またミリ波については、現行よりもより広い範囲での平均的な水分分布を獲得することが必要になり、周波数を現行より下げたり、検出系をあらたに工夫して、近接領域での水分分布を獲得する工夫を行う。具体的には10から20GHzあたりの周波数を中心周波数とするFMCWレーダ方式での検出を試みる。これらの検討の成果を内外の学会で公表するとともに、得られた知見の特許化も進める。また改めて保存処理木材における銅分布とそれに対する材質、処理条件などの影響といった基礎的な知見も獲得し、今後の関連技術の発展に資するデータの蓄積を行う。また銅以外の有効性成分についても同様の検査方式の可能性を検討する。
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