2014 Fiscal Year Annual Research Report
FMCWレーダによる木造建築の構造と劣化の非破壊診断技術の開発
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25242032
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤井 義久 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (10173402)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
簗瀬 佳之 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (00303868)
堤 洋樹 前橋工科大学, 工学部, 准教授 (00329088)
森 拓郎 京都大学, 生存圏研究所, 助教 (00335225)
栗崎 宏 富山県農林水産総合技術センター(農業研究所、森林研究所及び木材研究所), その他部局等, 研究員 (20446644)
吉村 剛 京都大学, 生存圏研究所, 教授 (40230809)
森 満範 地方独立行政法人北海道立総合研究機構, その他部局等, その他 (60446341)
中島 正夫 関東学院大学, 公私立大学の部局等, 教授 (70172319)
清水 秀丸 富山県農林水産総合技術センター(農業研究所、森林研究所及び木材研究所), その他部局等, 研究員 (70378917)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 非破壊診断 / 木造建築 / 減災 / 長寿命化 / 生物劣化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、主として木造建築物の内部で進行する腐朽や虫害などの生物劣化、劣化を誘発する結露や木部含水率の状態、さらには筋交いや金具などの構造の状態を、非破壊・非接触で、定性的および定量的に診断する小型の装置の開発を目的とし、周波数がサブミリ波帯の電磁波をもちいたFMCW方式レーダ技術の適用性を検証し、装置の試作を行った。開発に際しては、サブミリ波帯における木材の誘電特性の検討、3次元で高分解能の可視化のためのアンテナの性能、検波回路などのハードと信号分析と画像解析と自動診断のためのソフトを考究および試作した。特に平成26年度は、木造住宅の外壁・大壁の下地の木部の含水率（湿気）を検出する小型の装置を開発した。
小型装置の試作と改良に関しては、既往の基礎研究及び試作で得た知見を用いて、10GHzを中心周波数とする帯域において、外壁用窯業系ボード、石膏ボード、モルタル層や木質建材における電磁波の透過および反射特性、および誘電率の測定などを行った。さらにこれらの建材で構成される一般的な木造住宅の外壁のモデルを試作し、これについても誘電特性を検討した。さらに外装材の下地の木部の含水率状態を変化させ、電磁波の反射特性を把握した。これらの知見を基に小型の装置開発で利用可能な周波数帯や電磁波の出力レベルを決定した。さらに既往の試作装置について、アンテナの小型化、検出感度の向上、検出データのの処理ソフトウェアを新たに設計し、試作し、その性能を把握した。さらに最終的には、装置に外壁の下地木部の含水率を選択的に測定できる機能と、木部の含水率を直接測定する機能を付与した。 さらに表面状態の異なる外壁でも感度よく検出できるように、アンテナ部と対象との間に用いることのできるカップリング材についても検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度・26年度は開発装置の希求条件、検出原理の検証や木材をはじめとする各種建材や構造体の誘電特性を検討し、開発に向けた基礎的内容について、実験や調査を行い、その結果を取りまとめ、関係学会などで公表した。同時に検出装置を試作し、そのハードウェアやソフトウェアの性能評価と改良を行った。同時に装置を実用化するために必要となる小型化、操作性、感度改良などについて検討を行った。その際もっとも重要となる電波法に準拠した装置の性能確保について様々な角度から取組み、平成26年度末には一定の成果が獲得でき、平成27年度に実用的な装置としての性能確保の道筋が明らかになる状況にある。同時に関連業界の動向調査から、特化した機能をもつ単能・小型の装置が求められていることが明らかになったため、平成26年度は、木造住宅の外壁の下地木部の水分を選択的に検出できる装置の開発に取り組みその性能を明らかにすることができた。
同時に木造建築物における生物劣化（蟻害・甲虫害・腐朽）の発生特性、非破壊的な早期検出のための条件、維持管理上の技術的課題、劣化と材料強度特性の関係などに関して装置開発に資する実践的な知見を獲得することができた。
本課題の装置を利用した木造建築の維持管理技術は今後さらに市場や社会の要請に応じて発展していくと考えられ、この状況に対応した装置開発を本研究では試行することができ、十分な成果を得つつある。また電磁波と各種建材との相互作用についての知見を獲得でき、今後の電磁波を用いた非破壊検査手法のための条件が明確になった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は、平成26年度に主として取り組んだ木造住宅の外壁の下地木部の水分を選択的に検出できる装置について、電波法に準拠しながらも高感度・高分解能の水分計測を可能にするハードとソフトの開発に取り組む。本課題は平成27年度で終了するが、木造住宅をはじめとする住宅などの社会資本について、既存物件の長寿命化・高耐久化は今後益々重要で喫緊の課題となり、その際に本研究で開発したような非破壊での診断装置を用いた物件の維持管理技術の開発、それを用いた産業体制の構築が益々重要となると思われる。この状況に答えるべく、本課題の成果を発信し、さらに発展的な開発に取り組む予定である。
本研究課題では、当初木造住宅において、閉所、隙所や背面などで進行する生物劣化を早期に包括的にかつ非破壊的に診断する装置の開発をめざし、装置の設計と試作を行った。しかし検出原理や装置技術上の制約、電波法における制約、市場や社会のニーズとの観点から、小型、単能ではあるが一定の精度と確度を有した装置の開発を途中から重点的に実施した。今後は開発装置を関係業界などに紹介しながら、再度装置の多機能化や高度化をめざすべきである。そしてその過程において、木造住宅を中心とする社会資本の優良化、長寿命化、再利用などの今日的で喫緊の社会的課題にハードとソフトの両面から取り組むことが求められる。
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