JP2007111893A - 丸太製材方法、及びこれに用いる丸太製材装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの装置で原木の皮剥ぎ加工と皮剥後の切削加工を可能とする丸太製材方法、及びこれに用いる丸太製材装置を提供する。
【解決手段】回転面上の回転軌跡に沿って多数の切刃４４を配設して成る盤状のカッター４を、軸回転させた原木Ｗの回転軸と垂直な回転軸をもって回転させながら、回転面上の切刃を原木の側面に接触させると共に原木の回転軸方向へ相対移動させて製材する。この方法を用いる装置１は、原木を軸支持して軸回転させる支持機構２と、原木の側面に接する面に沿った回転面を持ち、該回転面上の回転軌跡に沿って多数の切刃を有して成る円盤状のカッターと、該カッターを原木の側周面に接触させると共に原木の回転軸に沿って相対的に移動させる移動機構３と、から構成する。なお、切刃の向きは、カッターの回転放射方向とこれと略直交する方向とに略Ｌ字状に形成する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、丸太製材加工の分野に属し、特に、原木の皮剥ぎ加工及び皮剥ぎ加工後の切削加工を可能とする丸太製材方法、及びこれに用いる丸太製材装置に関する。

一般住宅、仏閣等の木造建築物の構造材として使用される柱や梁等の丸太は、杉や松等を伐採、枝払い、玉切りした原木に所定の加工を施して製材されるものである。この製材加工は、原木表面の皮剥ぎ加工と皮剥ぎ加工を行った後の荒削り及び仕上げ削り等の切削加工の二行程に分類され、皮剥ぎ加工と切削加工は別個の加工装置で行っているのが現状であった。

皮剥ぎ加工は、複数のタイヤから構成する回転受体に原木を載置して回転させると共に、この原木に回転したカッターを当接させる樹皮剥ぎ機によって行われていた（例えば、特許文献１を参照。）。この装置のカッターは、円筒体の側面に複数の切刃を埋め込むように配置して成り、原木と平行状態で側面同士を当接させ、原木の長手方向に移動して原木全体の皮剥ぎを行うものであった。

切削加工は、予め皮剥ぎ加工を行った後の原木を水平状態で保持して回転駆動させると共に、この原木に軸回転するブロック状の回転刃を所定角度で当接させる丸太の切削装置によって行われていた（例えば、特許文献２参照。）。この装置の回転刃は、角棒の側面部に複数の切刃を配置して成り、原木の回転軸と略２５度傾斜して軸回転して当接し、原木の長手方向に適宜に移動して切削を行うものであった。
実全昭５５−２６４５（第４−７頁、第１図） 実全平１−１０４３０３（第３−６頁、第１、２図）

上述したように、特許文献１の樹皮剥ぎ機は原木の皮剥ぎ加工に特化したものであり、特許文献２の丸太の切削装置は、皮剥ぎ加工後の原木の荒削り及び仕上げ削り等の切削加工に特化したものである。このため、どちらか一方の装置で皮剥ぎ加工及び切削加工の両方を行うことは、装置自体の構成やカッターの切削性能の面から難しく、丸太製材を行うためには二つの装置を備える必要があった。

このように二つの装置を備えた場合には、各装置のイニシャル、ランニング、メンテナンスの各コスト、各装置の設置スペースの確保、装置間における原木の移設作業が必要となる問題があった。また、原木は特性（例えば、枝の位置、節の数、外径寸法等）の差が大きいため、各装置の稼動状態等を調整や監視する専用オペレーターが必要であり、人件費が嵩む問題もあった。かかる問題は、結果的に丸太製材のコストアップの大きな要因であった。

そこで、本願発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、一つの装置で原木の皮剥ぎ加工及び皮剥後の切削加工を可能とする丸太製材方法、及びこれに用いる丸太製材装置を提供する。

上記課題を解決するため、本願発明の丸太製材方法は、以下のように構成している。
すなわち、回転面上の回転軌跡に沿って多数の切刃（４４）を配設して成る盤状のカッター（４）を、軸回転させた原木（Ｗ）の回転軸と垂直な回転軸をもって回転させながら、回転面上の切刃（４４）を原木（Ｗ）の側面に接触させると共に原木（Ｗ）の回転軸方向へ相対移動させることにより原木から丸太へ製材することを特徴としている。この丸太製材方法は、軸回転する原木（Ｗ）の側面に対して所謂フライス加工となっており、皮剥ぎ加工時の切削屑は燃料等に最適なある程度の大きさのチップ材となって排出されることとなる。

上記丸太製材方法に用いる装置（１）は、伐採した原木（Ｗ）を軸支持して軸回転させる支持機構（２）と、原木（Ｗ）の側面に接する面に沿った回転面を持ち、該回転面上の回転軌跡に沿って多数の切刃（４４）を有して成る円盤状のカッター（４）と、該カッター（４）を原木（Ｗ）の側周面に接触させると共に原木（Ｗ）の回転軸に沿って相対的に移動させる移動機構（３）と、から成ることを特徴としている。ここで、本装置（１）の具体的な構成例としては、原木（Ｗ）をその回転軸が略水平となるように支持し、カッター（４）の原木（Ｗ）への接触は上下移動によって行うように構成したものがある。

さらに、前記カッター（４）の切刃（４４）の向きは、カッター（４）の回転放射方向とこれと略直交する方向、つまりカッター（４）の原木（ｗ）への接触方向とに略Ｌ字状に形成したことを特徴としている。このカッター（４）の構成のため、原木（Ｗ）の軸回転作用とも相俟って多くの繊維を有する皮部分の加工も大きな切削抵抗も無く効率良く行え、切削屑のカッター（４）への巻き込みも抑制できる。

なお、特許請求の範囲の書類と上記の課題を解決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付記したもので、この図面上の形態に限定するものでないことはもちろんである。

本願発明の丸太製材方法、及びこれに用いる丸太製材装置は上記の構成であるため、皮剥ぎ加工及び切削加工を二つの専用装置で行っていた従来の丸太製材を、一つの装置で行うことを可能としている。これにより、装置に対するイニシャル、ランニング、メンテナンスの各コストを大幅に削減可能なことに加え、装置オペレーターの人件費の削減も可能であり、丸太製材のコスト削減に顕著な効果を発揮している。

また、装置間における原木の移設作業の削減に加え、装置配置のスペースや原木の一時保管スペース等の削減もでき、より柔軟な工場レイアウトの構築を可能としている。

さらに、皮剥ぎ加工時の切削屑は所謂チップ材として排出されるため、通常であれば産業廃棄物であった切削屑を、暖房等の燃料として有効利用できるようになり、その産業界への貢献は顕著なものである。

以下、本願発明に係る丸太製材方法、及びこれに用いる丸太製材装置１（以下、「本装置」と略称する。）の具体的実施形態例について、図面に基づき詳細に説明する。なお、本明細書では、説明の便宜上、配置する原木の軸方向を縦方向、これに直交する原木の断面方向を横方向と規定する。

図１は本装置の全体外観を示す一部切欠き斜視図であり、図２は本装置の支持機構を示す斜視図であり、図３は本装置の移動機構及びカッターを示す一部切欠き斜視図であり、図４は本装置のカッターを示す斜視図であり、図５及び図６は本装置の稼働時の作用説明図である。

先ず、本装置１の構成から説明する。本装置１は、主に、支持機構２、移動機構３、カッター４、とから構成しており、軸回転する原木Ｗの側面に回転させたカッター４を接触かつ切り込みさせて原木Ｗを丸太へ製材する装置である。

支持機構２は、所定長さの原木Ｗを略水平状態に軸支持すると共に所定の回転数で軸回転（矢印ｒ）させるものである。この支持機構２は、原木Ｗの両端部側に配置した各支持枠２１の支持ピン２２により原木Ｗを狭持（矢印ａ）して保持する構成である。支持ピン２２の一方は、狭持力の調整及び心出しのための心押し台２４を介して支持枠２１に配置されており、他方は回転駆動源となる回転モータ２３を介して支持枠２１に配置されている。

なお、本実施例の原木Ｗは予め軸心部を開孔しており、この孔に支持ピン２２を嵌入している。また、回転モータ側には原木Ｗの安定保持のために３つの支持ピン２２を配置し、外側の二つの支持ピン２２を原木Ｗの端面に突き刺す構成としている。

移動機構３は、原木Ｗの横方向両側に配置したコラム３１ａの上部に原木Ｗの上側を横断するように配置した横架３１ｂを配設して成る移動台３１と、この移動台３１に縦軸部３２、横軸部３３、上下軸部３４を配置して構成したものである。前記の各軸部３２、３３、３４は、移動台３１に配置するカッター４を鉛直下向きに保持すると共に縦、横、鉛直の三方向に往復移動させることを可能としている。

移動台３１のコラム３１ａの下部には、縦軸部３２を配設している。縦軸部３２は、原木Ｗを両側から挟むように接地面の縦方向に敷設したガイドレール３２ａと、このガイドレール３２ａを往復移動する走行車輪３２ｂと、この走行車輪３２ｂをチェーン３２ｃを介して駆動させる縦軸モータ３２ｄと、から構成している。縦軸部３２はこの構成により、移動台３１の全体を縦方向に往復移動（矢印Ｘ）させることを可能としている。

移動台３１の横架３１ｂの一方側側面には、横軸部３３を配設している。横軸部３３は、横架３１ｂの側面の横方向に平行配置した二本のガイドレール３３ｂと、このガイドレール３３ｂを往復移動する基台３３ａと、ガイドレール間に配置する共に基台３３ａの裏面側で螺号する送りネジ３３ｃと、この送りネジ３３ｃをチェーン３３ｄを介して回転駆動させる横軸モータ３３ｅと、から構成している。横軸部３３はこの構成により、基台３３ａを原木Ｗに対して横方向に往復移動（矢印Ｙ）させることを可能としている。

横軸部３３の基台３３ａの上面には、上下軸部３４を配設している。上下軸部３４は、横軸部３３の基台上面の上下方向に平行配置した二本のガイドレール３４ｂと、このガイドレール３４ｂを往復移動する基台３４ａと、ガイドレール間に配置すると共に基台３４ａの裏面側で螺号する送りネジ３４ｃと、この送りネジ３４ｃと直接的に連結すると共に送りネジ３４ｃを回転駆動させる上下軸モータ３４ｄと、から構成している。上下軸部３４はこの構成により、基台３４ａを原木Ｗに対して上下方向に往復移動（矢印Ｚ）させることを可能としている。

上下軸部３４の基台３４ａには、ブラケット４１ａを介してカッターモータ４１を鉛直下向きに配設し、カッターモータ４１の出力軸にボルトによりカッター４を配置している。このカッター４は、原木Ｗの天頂面に接する略水平面を回転面とする円盤状の基盤４２と、基盤４２の外周縁において回転放射方向に形成した複数（本実施例では１２）の腕部４３と、各腕部４３の外縁部の回転軌跡に沿って切刃４４を固定配置した所謂正面フライスである。

前記腕部４３は、図４に示すように、回転方向（矢印ｙ）に所定のスクイ角θ、かつ基盤４２の下面側へ所定の張出し量ｄをもって形成している。また、腕部４３の先端側に固定配置する切刃４４は、回転放射方向とこれと略直交する下側、つまり略Ｌ字状の２方向に刃体４４ａを形成している。なお、本実施例では腕部４３のスクイ角θは１５〜２５度、張出し量ｄは、基盤厚さ寸法の略２倍に設定している。

カッター４の周囲には、その外周を覆うカバー４５を配設している。このカバー４５には、吸引手段（図示省略）に接続した吸引ダクト４５ａを配設している。このカバー４５は、加工時に発生する切削屑を吸引しており、切削屑のある程度を回収してその飛散防止を図っている。

上記構成の本装置１は以下の方法により原木Ｗから丸太を製材している。
先ず、伐採後の皮付き原木Ｗの両端面側を、支持機構２の支持ピン２２により狭持して軸支持する。この時には、ある程度の原木Ｗの心出し作業を行う必要がある。

次に、カッター４を移動機構３の縦軸部３２、横軸部３３を適宜に操作して原木Ｗの一方の端部側の上部に配置する。この時には、カッター４の回転軸と原木Ｗの回転軸との上下方向の位置関係は一致させずに、図５に示すように、横方向に所定量ずらした位置としている。この位置関係は、原木Ｗの天頂部にカッター４の腕部付近がほぼ重なるように設定している。

カッター４の位置設定が終了したら原木Ｗ及びカッター４を所定の回転数で軸回転（矢印ｒ、ｙ）させる。そして、カッター４を移動機構の上下軸部３４を操作して下降移動（矢印Ｚ）させて原木Ｗに接触させると共にさらに所定量切り込ませ、縦軸部３２を操作してカッター４を原木Ｗの他方側の端部に向かって所定の送り速度で移動させて皮剥ぎ加工を行わせる。この皮剥ぎ加工においては、図６に示すように、原木Ｗの軸方向に延びる皮繊維を切刃４４の外周側の刃体４４ａが斜め方向（矢印ｂ）に切断していることとなるため、円滑に切削加工が行えるうえ、切刃４４に作用する切削抵抗が減少してその寿命も延びることとなる。さらに、皮の切削屑は、原木Ｗの軸回転作用及びカッター４の縦送り作用とが相俟って、燃料等に最適な大きさ、例えば親指の大きさ程の所謂チップ材となって排出されることとなる。

皮剥ぎ加工の終了後は、適宜にカッター４や原木Ｗの回転数、さらにはカッター４の縦方向の送り速度を変更して加工を開始した端部側にカッター４を戻す、つまり、カッター４を原木Ｗに対して適宜に往復移動させて切削加工を行い、丸太の製材を完了させる。

なお、本装置１の構成及びその製材方法により、外径寸法：０．１〜０．４ｍ、長さ：６〜８ｍの皮付き原木の丸太製材が可能であることを確認している。
本装置の主な加工条件は、カッターの外径寸法：略２９５ｍｍ、切削量：１０〜２０ｍｍとすると、以下となる。
まず、皮剥ぎ加工の条件は、カッターの回転数：２５００〜３５００ｒｐｍ、原木の回転数：２５〜３５ｒｐｍ、カッターの送り速度：８０〜１００ｃｍ／ｍｉｎであった。また、皮剥ぎ加工はカッターの往路移動のみで終了した。
仕上げ削り等の切削加工の条件は、カッターの回転数：２５００〜３５００ｒｐｍ、原木の回転数：５０〜７０ｒｐｍ、カッターの送り速度：６０〜８０ｃｍ／ｍｉｎであった。切削加工は丸太表面の仕上がり状態にもよるが、皮剥ぎ後の復路移動だけでなく再往復移動を必要とする場合もあった。
［他の実施形態の可能性］

本装置１は、移動機構３に三つの移動軸を備える構成であるが、横軸部３３は省略することが可能である。また、本装置１は、カッター４を移動機構３により原木Ｗに対して移動させる構成であるが、この移動機構３を原木側に配設して原木Ｗがカッター４に対して移動する形態とすることも可能である。

さらに、本装置１は移動台３１を所謂「門形」に形成すると共にカッター４を鉛直下向きに配置し、原木Ｗの天頂面に対してカッター４の上下移動により加工する構成としているが、移動台３１を所謂「片持ち」に形成し、カッター４を原木Ｗの側面に対して水平横向きや斜め向き等の移動により加工する構成とすることも可能である。

本装置の全体外観を示す一部切欠き斜視図である。 本装置の支持機構を示す斜視図である。 本装置の移動機構及びカッターを示す一部切欠き斜視図である。 本装置のカッターを示す斜視図である。 本装置の稼働時の作用説明図である。 本装置の稼働時の作用説明図である。

符号の説明

１ 本装置
２ 支持機構
２１ 支持枠
２２ 支持ピン
２３ 回転モータ
２４ 心押し台
３ 移動機構
３１ 移動台
３１ａ コラム
３１ｂ 横架
３２ 縦軸部
３２ａ ガイドレール
３２ｂ 走行車輪
３２ｃ チェーン
３２ｄ 縦軸モータ
３３ 横軸部
３３ａ 基台
３３ｂ ガイドレール
３３ｃ 送りネジ
３３ｄ チェーン
３３ｅ 横軸モータ
３４ 上下軸部
３４ａ 基台
３４ｂ ガイドレール
３４ｃ 送りネジ
３４ｄ 上下軸モータ
４ カッター
４１ カッターモータ
４１ａ ブラケット
４２ 基盤
４３ 腕部
４４ 切刃
４４ａ 刃体
４５ カバー
４５ａ 吸引ダクト
Ｗ 原木（丸太）

Claims (3)

1. 回転面上の回転軌跡に沿って多数の切刃（４４）を配設して成る盤状のカッター（４）を、軸回転させた原木（Ｗ）の回転軸と垂直な回転軸をもって回転させながら、回転面上の切刃（４４）を原木（Ｗ）の側面に接触させると共に原木（Ｗ）の回転軸方向へ相対移動させることにより原木から丸太へ製材することを特徴とした丸太製材方法。
2. 伐採した原木（Ｗ）を軸支持して軸回転させる支持機構（２）と、
   原木（Ｗ）の側面に接する面に沿った回転面を持ち、該回転面上の回転軌跡に沿って多数の切刃（４４）を有して成る円盤状のカッター（４）と、
   該カッター（４）を原木（Ｗ）の側周面に接触させると共に原木（Ｗ）の回転軸に沿って相対的に移動させる移動機構（３）と、
   から成ることを特徴とした丸太製材装置。
3. カッター（４）の切刃（４４）の向きを、カッター（４）の回転放射方向とこれと略直交する方向とに略Ｌ字状に形成したことを特徴とする請求項2記載の丸太製材装置。
   
   

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