伐る前に木の強さを測る非破壊木材強度評価器「WoodEcho」――精密計測技術で林業の課題に挑戦｜坂本電機製作所

精密計測の技術を林業へ――国の研究プロジェクトへの参画がきっかけに

――まずは、半導体製造装置向けの計測機器を手がけてきた坂本電機製作所が、林業の分野に取り組むようになったきっかけを教えていただけますか。

山﨑部長：私たちが木材強度評価器の製品開発に取り組むことになったのは、農林水産省の「革新的技術開発・緊急展開事業（先導プロジェクト）」への参画がきっかけでした。これは、生産現場での先進技術の実証や次世代技術の開発を支援する国の研究プロジェクトです。

当時、私たちは木の腐朽を診断する装置の受注生産を手がけており、その実績から「木の強度を測る装置を開発できないか」とお声がけいただいたのが始まりでした。

実際のプロジェクトでは、ICT（情報通信技術）やロボット技術を活用した高度木材生産機械の開発をテーマに、森林総合研究所や広島県立総合技術研究所、小松製作所、南星機械とともに研究開発に取り組みました。

（参照：（国研)森林研究・整備機構 森林総合研究所「ICT技術やロボット技術を活用した高度木材生産機械の開発」成果概要）

長谷川さん：プロジェクトで開発したのは、木材の曲がりの有無や強度性能を自動で判定する機能を備えたハーベスタです。ハーベスタとは、木の伐倒から枝払い、決まった長さへの切り分け（玉切り）までを1台でこなす林業機械のこと。当社はその中で、ハーベスタに搭載する木材強度判定装置の開発を担当しました。

これが、現在の「WoodEcho」につながる木材強度評価技術の基礎検討のスタートとなりました。

――プロジェクトでの装置開発から、単体の木材強度評価器の開発へと進んだ経緯をお聞かせください。

山﨑部長：ハーベスタに搭載した装置で測るのは、伐採した後の木の強度です。伐採後の丸太で測れるのであれば、製材でも、立木でも測れるのではないか。そんなアイデアをもとに、当社ではプロジェクトの段階から、立木・丸太・製材のすべてに対応できるよう、技術検討を進めてきました。

開発部は少人数ですが、担当の垣根を越えて、一人ひとりが主体的にアイデアを出し合う風土があります。定期的に意見を持ち寄って議論し、測定・検証データについても開発部全員でレビューする。こうした環境があることで、一人では思いつかないような発想も生まれやすくなっています。

さらに、持ち運べるハンディタイプの木材強度評価器は海外製品が中心で、国内メーカーの製品はほとんど流通していないのが現状です。海外製品には「価格が高い」「納品までに時間がかかる」「メンテナンスが難しい」といった声もあり、国内メーカーへの期待もありました。

技術的な土台があり、市場にもニーズがある。それならば取り組む価値があると考えたことが、当社の木材強度評価器「WoodEcho」の開発につながっています。

製材するまでわからなかった木の強度を、立木の段階で見極める

――「WoodEcho」は、伐採前の立木の段階で強度性能を評価できる点が特長だと伺いました。そもそも現在は、木材の強度性能をどの段階で測っているのでしょうか。

長谷川さん：森林で木を伐採して丸太にし、それを加工して製材にした段階で、ようやく強度性能を評価するのが一般的です。例えば建材の場合、製材の段階で建物に必要な強度性能を満たしているかを確認しますが、求められる強度性能に満たない場合には、用途変更や再加工が必要となり、廃棄せざるを得ないケースもあります。実際に、林業関係者からは、こうした木材の廃棄ロスが大きな課題になっているという声も聞いています。

問題は、製材した木材だけではありません。伐採して丸太に加工し、乾燥するまでにかけた作業やコストも無駄になる場合があります。伐採前に木の強度性能がわかれば、資材だけでなく、伐採や加工、乾燥といった工程のロスも減らせるため、林業の現場において大きな意義があると考えています。

――立木の段階で強度がわかると、どのようなメリットがあるのでしょうか。

長谷川さん：伐採前に木材の強度性能を把握できれば、用途に適した強度性能を持つ木を選んで伐採できるため、資源のロスを減らすことが期待できます。また、山のどのエリアに強度性能の高い木があるのか、分布図をつくることもできるでしょう。必要な強度性能の木を選んで伐採することで、不要な伐採や運搬、乾燥といった工程を減らせるため、コスト削減や省エネルギーにもつながります。

苗木の段階でも強度性能を評価できる可能性があるので、いずれは測定したデータを活用し、製品や建築物に求められる木材の強度性能や特性をもとに、苗木や品種を選定できるようにしたいですね。

こうした木材を無駄なく利用できれば、森林資源をより有効に活用できるだけでなく、木材として炭素を長期間貯蔵することにもつながります。森林資源の循環利用を通じて、カーボンニュートラルの実現にも貢献できると考えています。

デジタル水準器で培ったセンサー技術で、誰が測っても同じ結果に

――「WoodEcho」の特長と測定の仕組みを教えていただけますか。

山﨑部長：「WoodEcho」は、本体、センサー、打ち込み治具、樹脂ハンマーで構成される木材強度評価器です。すべてが小さな収納ケースに収まり、本体の重さも340gと軽量なので、腰袋などに入れて現場へ持ち運べます。

特にこだわったのが、センサーを木に打ち込むための治具です。角度は45°に固定され、打ち込む深さは、樹皮がある立木なら3センチ、製材なら2センチと、向きを変えるだけで使い分けられます。治具に付いた1メートルのひもを使えば、送信側と受信側のセンサーの間隔を毎回測らなくても一定に保てますし、打ち込んだ後は横にずらすだけで外せます。打ち込む位置を目で確かめられるよう、治具は透明にしました。

長谷川さん：計測では、この治具を使って送信用と受信用の2本のセンサーをハンマーで木に打ち込み、本体のボタンを押すだけです。治具を使えば、誰でも同じ角度、同じ深さでセンサーを設置できるので、測定者の経験によるばらつきを抑えられます。

ボタンを押すと、送信側のセンサーに内蔵された圧電素子が電気信号を振動に変え、その振動が木材の内部を伝わって受信側に届きます。受信側では振動を再び電気信号に変え、到達までにかかった時間を測定。センサー間の距離はわかっているので、そこから音速を求められます。この音速と木の密度からヤング係数（※1）を推定し、素材の日本農林規格（JAS）で定められた等級区分（※2）を参考に、対応する等級を表示する仕組みです。

イメージとしては、硬くしっかりした木ほど音が速く伝わり、スカスカの木ほど音はゆっくり伝わるというもので、スポンジと金属の違いを思い浮かべていただくと、わかりやすいかもしれません。

画面には、到達時間、音速、推定したヤング係数、等級区分の４つを表示します。計算に必要な木の密度は、地域や樹種によって異なります。そのため、測定する方が対象となる地域や樹種に応じた値を入力できるほか、当社が用意しているデフォルト値を使うこともできます。 

※1 材料を引っ張ったり圧縮したりしたときの、応力（単位面積あたりの力）とひずみの比のこと。値が大きいほど材料は変形しにくい。木材の強度性能を評価する重要な指標

※2 素材の日本農林規格（JAS）で定められた、縦振動ヤング係数による等級区分。Ef50からEf150までの6段階があり、数値が大きいほど変形しにくい。用途の目安としては、Ef50が仮設材や梱包材、Ef90が一般住宅の柱、Ef150が長いスパンの梁などが挙げられるが、実際の用途は樹種や設計条件などによって異なる。

――治具とボタン操作だけで、経験や技量に関係なく、誰でも同じように測定できるのですね。

山﨑部長：当社の製品のこだわりは「現場で使える装置であること」です。使い手の経験値や技量にかかわらず、誰もが直感的に使えて、同じ結果が得られるものをつくることを目指しています。

現在、国内で主に使われている海外メーカーの測定器は、木材に取り付けたセンサーをハンマーで叩き、その振動から音速を測定する打撃式が主流です。この方式では、叩く人や力の強さ、角度などによって振動にばらつきが生じ、同じ木を測っても結果がばらつく場合があることが課題でした。

一方、「WoodEcho」は電気信号で毎回同じ振動を発生させるため、誰が測定しても安定した条件で測定できます。繰り返し精度（CV値※3）は約0.1％で、当社の試験では打撃式の他社製品と比べて測定値のばらつきが約10分の1となることを確認しています。

※3 測定値のばらつきを平均値に対する割合で表した値で、小さいほど測定結果が安定していることを示す

研究機関から住宅メーカー、樹木医まで。広がる「WoodEcho」への期待

――学会での展示などでは、研究機関や企業など幅広い方面から期待の声が寄せられていると伺いました。反響はいかがでしたか。

長谷川さん：2026年3月に広島で開催された日本木材学会の展示会では、約110名の方に当社のブースを訪れていただきました。出展を決めた時点で想定していた人数を大きく上回り、改めて市場のニーズの高さを感じています。

ブースには、「WoodEcho」の特長をまとめたパネルのほか、センサーや治具の実物も展示しました。さらに、測定時の映像を流し、具体的な使用イメージを持っていただきながら、デモ機を使って実際に木材の強度性能を評価する測定も体験していただきました。

来場者からはさまざまな声が寄せられましたが、特に関心が高かったのは、立木の状態で強度性能を評価・数値化できることと、測定者の技量に左右されにくく、客観的な数値で評価できることです。大手住宅メーカーの方からも、建築用材に適した木を伐採することなく把握できる点を高く評価していただきました。

一方で、樹種や育った土地によって、木の密度や音の伝わる速さは変わります。これまで国内の人工林で最も多いスギを中心にデータを取ってきましたが、同じスギでも産地によって特性が異なるため、産地が異なっても信頼できる値が得られるよう、さまざまな木のデータを集めながら精度の向上に取り組んでいるところです。

山﨑部長：最近では、樹木医の方からも相談を受けています。街路樹や公園の木は、自治体が予算を確保して維持管理し、樹木医の方が委託を受けて点検しています。ただ、倒木の危険性を木材の強度性能の数値だけで判断することは難しく、現場で手軽に強度性能を評価できる機器も限られているのが現状です。

建材に使われるスギやヒノキとは異なり、街路樹はイチョウやサクラ、マツなど樹種もさまざまです。今後は、専門家の方々と連携しながら、樹種ごとの特性も踏まえた測定方法の確立やガイドラインづくりも含めて、活用の可能性を探っていきたいと考えています。

アルコニックスグループのネットワークを生かし、国内から世界へ

――国内販売に向けて、現在の状況をお聞かせください。

長谷川さん：現在、さまざまな場所でデモ機を使っていただきながらブラッシュアップを進めていて、2027年3月の発売開始を目指しています。説明会などの販促活動も並行して行っており、2026年9月には、東京ビッグサイトで開催された次世代森林産業展「FORESTRISE 2026」にも出展しました。

――デジタル水準器は、アルコニックスグループのネットワークを生かして海外展開を進めています。「WoodEcho」も、海外展開を視野に入れているのでしょうか。

山﨑部長：世界には、広大な森林を有する北米や、林業を基幹産業と位置づける北欧、林業の機械化・ICT化が進むオセアニアなど、「WoodEcho」が参入できる可能性のある市場が数多くあります。

まずは国内で実績を積み、製品の信頼性を高めることが第一ですが、将来的にはグループ各社が持つ顧客ネットワークなどを生かして、海外にも展開していきたいと考えています。

――最後に、今後の展望をお聞かせください。

山﨑部長：これまで国内で開発が進まなかったのは、ニッチな市場であることに加え、技術的なハードルが高かったからだと思います。木は生き物ですから、実際に測定し、データを蓄積していかなければ製品にはなりません。その点、当社にはセンサー技術や信号処理技術、測定技術の蓄積があり、木の状態を数値として捉え、製品として形にしていくための技術基盤があります。

私も長谷川も、これまで音響に関わる仕事をしていました。「WoodEcho」という名前には、木の声やこだまに耳を傾け、自然と対話するという思いを込めています。まだ発展途上ではありますが、資源や作業のロスを減らし、脱炭素への貢献も期待できる、やりがいのある分野です。これからも木と対話しながら、林業と社会の持続的な発展に貢献していきたいと考えています。

そして、当社が培ってきた技術が、アルコニックスグループの商社機能という翼に乗って、新たな市場や用途へと羽ばたいていくことを期待しています。

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