(57)【要約】【課題】比較的簡易な構造で、丸棒に螺旋状の溝を形成する装置を提供することを課題とする。【解決手段】円柱体の表面に曲率が一定な螺旋状に溝を形成する螺旋溝形成装置として、前記円柱体を保持し、駆動手段により当該円柱体を中心軸回りに回転させる円柱回転保持手段と、外周縁に刃が設けられた切削刃を保持し、当該切削刃を刃先の軌道が円周上を通るように回転させる切削手段と、前記切削刃の刃先が前記溝の底に達し、前記刃先の軌道が通る円周を含む平面が、溝と刃先との接点における溝の方向に平行になるように前記切削手段を保持する切削刃保持手段と、前記切削刃保持手段を前記円柱体の中心軸に平行に移動可能に固定する平行移動固定手段とから構成する。【選択図】  図１
2013252624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱体の表面に曲率が一定な螺旋状の溝を形成する装置であって、
前記円柱体を保持し、駆動手段により当該円柱体の中心軸回りに回転させる円柱回転保持手段と、
外周縁に刃が設けられた切削刃を保持し、当該切削刃を刃先の軌道が円周上を通るように回転させる切削手段と、
前記切削刃の刃先が前記溝の底に達し、前記刃先の軌道が通る円周を含む平面が、溝と刃先との接点における溝の方向に平行になるように前記切削手段を保持する切削刃保持手段と、
前記切削刃保持手段を前記円柱体の中心軸に平行に移動可能に固定する平行移動固定手段と
を有する螺旋溝形成装置。
【請求項２】
前記平行移動固定手段には、少なくとも円柱体の中心軸に平行な一方向に移動するような力が付与されるものである請求項１に記載の螺旋溝形成装置。
【請求項３】
前記切削刃保持手段は、さらに、前記刃先の軌道が通る円周の回転中心点から前記円柱体の回転軸に下ろした垂線上を前記刃先が通るように前記切削手段を保持するものである請求項１又は２に記載の螺旋溝形成装置。
【請求項４】
前記切削刃は、外周に刃が設けられた薄い板状の刃物を平行に２枚以上配列したものである請求項１から３のいずれか１項に記載の螺旋溝形成装置。
【請求項５】
前記切削刃は、前記刃先と前記歯先の軌道が通る円周の回転中心点を通り、切削刃の回転軸に平行な平面への刃先近傍の投影が、刃先側に向かって幅が狭くなるＵ字状又はＶ字状に形成されるものである請求項１から３のいずれか１項に記載の螺旋溝形成装置。
【請求項６】
前記切削手段は外周に刃が設けられた一枚の薄い板状の切削刃を有するものが２つ設けられ、前記螺旋状の溝は断面形状がＶ字状のものであって、
一の切削手段の切削刃は前記溝の一方の側面に当接し、他の切削手段の切削刃は前記溝の他方の側面に当接するように固定されるものである請求項１から３のいずれか１項に記載の螺旋溝形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に木材の円柱体に螺旋状の溝を形成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願の発明者は、地盤改良のために図７に示すような杭Ａを提案している。この杭Ａは間伐材からなる丸棒材の外周に螺旋状に溝を形成したものである。このような杭Ａを地盤改良に用いると、螺旋状の溝により上部を打ち込むことで自然に回転しならがら埋め込まれるので、容易に貫入することができ、貫入後は螺旋状の溝に土砂が入り込み摩擦力が増えることで支持力が増す。さらに、間伐材を用いることで、自然にやさしく撤去処理も簡易に行なうことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来はこのような螺旋状の溝が形成された杭を製造する適当な装置がなかった。木工旋盤では浅い螺旋溝を形成することはできるので、何度も往復することで螺旋溝を形成することは可能であるが、正確に刃を螺旋溝に沿うように移動させるのは難しく、高度な制御が必要となる。電動工具などを用いて手作業で溝を掘っていくという方法も可能であるが、この場合は多大な労力が必要となる。
本発明は、このような問題に鑑みて、比較的簡易な構造で、丸棒に螺旋状の溝を形成する装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、円柱体の表面に曲率が一定な螺旋状の溝を形成する装置であって、前記円柱体を保持し、駆動手段により当該円柱体を中心軸回りに回転させる円柱回転保持手段と、外周縁に刃が設けられた切削刃を保持し、当該切削刃を刃先の軌道が円周上を通るように回転させる切削手段と、前記切削刃の刃先が前記溝の底に達し、前記刃先の軌道が通る円周を含む平面が、溝と刃先との接点における溝の方向に平行になるように前記切削手段を保持する切削刃保持手段と、前記切削刃保持手段を前記円柱体の中心軸に平行に移動可能に固定する平行移動固定手段とを有する螺旋溝形成装置である。
請求項２に記載の発明は、前記螺旋溝形成装置において、前記平行移動固定手段には、少なくとも円柱体に中心軸に平行な一方向に移動するような力が付与されるものである。
請求項３に記載の発明は、前記螺旋溝形成装置において、前記切削刃保持手段は、さらに、前記刃先の軌道が通る円周の回転中心点から前記円柱体の回転軸に下ろした垂線上を前記刃先が通るように前記切削手段を保持するものである。
【０００５】
請求項４に記載の発明は、前記螺旋溝形成装置において、前記切削刃は、外周に刃が設けられた薄い板状の刃物を平行に２枚以上配列したものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１から３に記載の螺旋溝形成装置において、前記切削刃は、前記刃先と前記軌道が通る円周の回転中心点を通り、回転軸に平行な平面への刃先近傍の投影が、刃先側に向かって幅が狭くなるＵ字状又はＶ字状に形成されるものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の螺旋溝形成装置において、前記切削手段は外周に刃が設けられた一枚の薄い板状の切削刃を有するものが２つ設けられ、前記螺旋状の溝は断面形状がＶ字状のものであって、一の切削手段の切削刃は前記溝の一方の側面に当接し、他の切削手段の切削刃は前記溝の他方の側面に当接するように固定されるものである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、円柱体が回転保持手段によって中心軸回りに回転する一方で、切削刃は刃先の接触点において円柱体に形成される溝に沿った方向を向いて回転しながら溝を削るとともに、円柱体の中心軸に沿って移動可能に保持されている。このような構造により、円柱体を回転させながら適当な速度で切削刃が円柱体の中心軸に沿って移動すると円柱体に螺旋の溝が形成されることとなる。そして、また、円柱体の回転速度を遅くすれば切削刃の切削量を少なく出来るので、深い溝でも円柱体の回転速度を適切に調節すれば、一回切削刃を円柱体の中心軸に沿って移動させることで無理なく深い溝を形成することができ、複雑な制御を必要としない。
請求項２に記載の発明は、切削刃に円柱の中心軸方向に移動させる力を付与することで、切削刃の中心軸方向への移動を補助することでよりスムーズに溝を形成することができる。
請求項３に記載の発明は、溝の真上から切削刃が当たるので切削が安定し、特に、対称の刃先で左右対称な溝を形成する場合に好適である。
請求項４に記載の発明は、薄い刃物を複数枚平行に配置することで厚い刃物と同等の幅を切削でき、幅の広い溝を切削する切削刃の製造を比較的容易に行なうことができる。
請求項５に記載の発明は、複数枚の薄い刃を重ねる場合に比較して、滑らかなＵ字又はＶ字断面の溝を形成することができる。
請求項６に記載の発明は、薄い刃物を用いて幅の広いＶ字断面の溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は実施形態に係る螺旋溝形成装置の正面図であり、（ｂ）は実施形態に係る螺旋溝形成装置の平面図である。
【図２】切削刃の拡大斜視図である。
【図３】（ａ）は切削刃保持部の平面図であり、（ｂ1）は切削刃保持部の正面図であり、（ｂ２）は切削刃保持部の開いた状態を示す正面図である。
【図４】切削動作の説明をするための模式図である。
【図５】（ａ）は切削刃の変形例を示す正面図であり、（ｂ）は切削刃の変形例を示す刃先近傍の拡大斜視図である。
【図６】（ａ）は切削部の変形例を示す正面図であり、（ｂ）は切削部の変形例を示す側面図であり、（ｃ）は切削部をＶ字状に配列した状態を示す側面図である。
【図７】螺旋溝が形成された杭の正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）に実施形態に係る螺旋溝形成装置Ｘの正面図を示し、図１（ｂ）に螺旋溝形成装置Ｘの平面図を示す。螺旋溝形成装置Ｘは基台１０、円柱回転保持部２０、切削部３０、切削部保持台４０、レール５０、保持台駆動部６０を有する。
基台１０は上面が平らな台であり、装置の他の構成要素を上面に保持固定する。
円柱回転保持部２０は、モーター２１、第一軸受け２２、第一チャック２３、第二チャック２４、第二軸受け２５を有する。モーター２１は回転軸２１ａが水平を向くように基台２０に固定された周知のモーターであり、図示しない制御装置により回転速度を変えることができるようになっている。第一軸受け２２はモーター２１の回転軸を回転可能に支持するものであり、下部の脚２２ａによって基台１０に固定されている。第一チャック２３はモーター２１の回転軸先端に固定される円柱体の一端を固定するチャックであり、コの字状のフレームに円柱体の端部を入れて両側からハンドルの設けられたボルトで締め付けて固定するものである。また、このフレームの中央のモーター１１の回転軸が固定される反対面には突起が設けられ、円柱体の中心に予め設けた凹部と係合することで円柱体の中心軸とモーターの回転軸とが合致するようになっている。第二チャック２４は、円柱体の他端を固定する、第一チャックと同じ構造を有するチャックであり、チャックの裏側に回転軸が固定されている。第二軸受け２５は第二チャック２４の回転軸を回転可能に保持する軸受けであり、下部の脚により基台１０に固定されている。なお、第二軸受け２５の脚２５ａを固定する基台１０表面には回転軸方向に沿った長穴が形成されており、第二軸受け２５は長穴に沿って移動可能に固定される。
【０００９】
切削部３０は、外周縁に刃が設けられた円盤状の切削刃３１をモーター３２により円盤の中心回りに回転させるものである。図２に切削刃３１の斜視図を示す。切削刃３１は薄い円板の外周に刃を設けた刃物を４枚一定間隔で平行に配置したものである。４枚の刃物の内、内側の２枚の刃物３１ａ、３１ａは外側の２枚の刃物３１ｂ、３１ｂよりもやや外形が大きく形成されており中央側に深い溝を形成することができる。また、刃物同士の間隔をある程度狭くすることで、木材表面の切削において刃物同士の間の薄い部分は弱くなり一緒に脱落させることができ、実質的に切削刃３１全体の厚さの溝を形成することができる。
【００１０】
切削部固定台４０は切削部３０を保持固定する台である。図３（ａ）に切削部固定台４０の平面図を、図３（ｂ1）に切削部固定台４０の側面図を示す。切削部固定台４０は、下面に４つの車輪４２が設けられた長方形の板体からなる台車板４１、台車板４１から垂直に立ち上がるように固定された長方形の板体からなる支持板４３、支持板４３の上縁近傍で上縁に平行な回転軸回りに回転可能に固定される切削部固定板４４を有する。車輪４２は外周にＶ字状の溝が形成された車を互いに平行な回転軸回りに回転可能に軸支したものであり、後述するレール５０の間隔に等しい間隔で配置された２つの車をそれぞれ前輪、後輪として、各車がレール５０上に乗るように台車板４１に固定されている。支持板４３は、図３（ａ）に示すように車輪４２の移動方向に対して一定角度をもって斜めになるように固定される。切削部固定板４４は、一端側が支持板４３の上縁近傍で回転可能に固定されるが、支持板４３との角度が９０度以下にならないように回転が規制されている。図３（ｂ2）に切削部固定板４４を上方に回転させて開いた状態の切削部固定台４０の側面図を示す。図３（ｂ1）のように倒した状態における切削部固定板４４の先端の下方に位置する台車４１上に、上部がＴ字状に形成された引張りバネ４１ａの下端が固定されており、切削部固定板４４の先端縁には、引張りバネ４１ａの上部が係合する係合部４４ｂが設けられる。そして、引張りバネ４１ａの上部を係合部４４ｂに係合させることで図３（ｂ1）に示すように、切削部固定板４４を閉じた状態に保持できる。なお、引張りバネ４１ａは切削刃３１による切削では動かない程度の強さのものが用いられる。切削部固定板４４には中央に長方形状の穴４４ａが設けられ、この穴４４ａから切削部３０の切削刃３１が下面に突出するように、切削部３０のモーター３２が切削部固定板４４の上面に固定されている。なお、後述するレール５０に車輪４２を載せた状態で切削刃３１の最下点が、円柱保持回転部２０に固定される円柱体の回転軸の真上に位置するように設定されている。支持板４３が車輪４２の移動方向に対して一定角度をもって斜めになるように固定されているので、支持板４３と切削部固定板４４とがほぼ９０度の状態にあるときに、切削刃３１も車輪の移動方向に対して斜めに向くことになる。この方向が最下端の切削刃が接する想定される溝の方向となる。また、台車板４１には後述する保持台駆動部６０のチェーン６３に連結される舌部４１ｂが固定されている。
【００１１】
レール５０は断面が車輪に係合する山型に形成された基台１０に固定される棒体であり、円柱保持回転台２０の回転軸を通る平面に対して対称となるように２本設けられる。
保持台移動部６０は、モーターにより回転する第一スプロケット６１、第一スプロケット６１に対向して設けられる回転可能に保持された第二スプロケット６２、第一スプロケット６１、第二スプロケット６２に懸架されたチェーン６３とから構成される。チェーン６３はレール５０に平行になるように設けられるとともに、下方側が台車板４１の舌部４１ｂに合致する高さに設定され、下端側一部がこの舌部４１ｂに固定される。また、第一スプロケット６１を駆動するモーターの回転は図示しない制御装置により制御され、円柱回転保持部２０のモーター２１の回転に連動して回転数が一定比率となるように変わり、切削刃３１の円柱体表面に対する相対的な軌道が想定される溝に沿うようになっている。
【００１２】
次に、以上のような構成を有する螺旋溝形成装置Ｘの使用方法について説明する。使用に際しては、切削部固定台４０の切削部支持板４４を図３（ｂ2）のように開いた状態としておき、予め端面の中心に凹部が形成された木材の円柱体の両端を円柱回転保持部１０の第一チャック１３、第二チャック１４に固定する。この際、円柱体の長さに合わせて、第二チャック１４を支持する第二軸受け１５の固定位置を調節する。次に、切削部固定台４０を螺旋溝の開始位置まで移動させる。この状態で、切削部３０を始動し、円柱体を動かさない状態で、切削部支持板４４を閉じ、円柱体表面を削りながら図３（ｂ１）のように、引張りバネ４１ａを係合させて切削部支持板４４を完全に閉じた状態とする。螺旋溝の開始位置における溝の形成が完了したら、円柱回転保持部2０及び保持台移動部６０のモーターを回転させて、円柱体を回転させるとともに、切削部保持台４０をレールに沿って移動させる。これによって、切削刃は円柱体表面を相対的に螺旋状に移動して螺旋状の溝を形成していく。溝が想定される終端に達したら、円柱回転保持部１０、保持台移動部６０、切削部３０のモーターを止め、切削部支持板４４を開いて、円柱体を第一チャック１３、第二チャック１４から取り外して作業は完了する。
以上のような動作によって、本実施形態に係る螺旋溝形成装置Ｘは、切削刃が想定される螺旋溝に相対的に一回だけ移動すれば螺旋溝が形成できるので、何度も螺旋溝に沿って切削刃を相対的に移動させる場合に比較して、複雑な制御を要することがなく、簡易な構成で円柱体に螺旋溝を形成する装置を実現することができる。
【００１３】
なお、上記実施形態では、保持台移動部６０により強制的に切削部保持台４０を移動させているが、保持台移動部６０がなくても切削刃３１の回転方向が、円柱体の接触位置において円柱体と同じ方向に向くように回転させることで、切削部保持台４０は自然に円柱体の中心軸に沿ってレール５０上を移動する。このことを図４を用いて説明する。図４は円柱体Ｒを便宜的に平面に展開したもので、形成される螺旋溝は円柱体Ｒで囲まれた３組の平行線に挟まれた範囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３で表される。螺旋溝は平面に展開すると真っ直ぐな溝となり、切削刃３１はこの溝に沿った角度に固定されていることとなる。なお、切削刃３１には保持台移動部６０のような強制的に移動させる力は加わっておらず、切削部保持台４０はレール５０に対して自由に移動できるものとする。この状態で円柱体Ｒが回転することは円柱体Ｒが矢印Ｙの方向に移動することに等しい。円柱体Ｒは実際は円柱体なので右端の溝Ｃ1の左上は左隣の溝Ｃ２の右下へ繋がり、溝Ｃ２の左上はさらに左隣の溝Ｃ３の右下に繋がることになる。つまり、切削刃は溝Ｃ１から想像線で描かれた溝Ｃ２、溝Ｃ３へと真っ直ぐに溝を形成していくことになる。ここで、切削刃３１は円柱体表面上を左上に転がるような回転をすると、切削刃３１には図の矢印Ｗに向かう力が発生する。この状態で円柱体Ｒが回転していないと切削刃３１はそれまでに形成されている溝に挟まれているので移動力Ｗが発生していても移動することはできない。ここで、円柱体Ｒが回転即ち図４において矢印Ｙの方向に移動すると、切削刃３１は図における縦方向には固定されている一方で、レール５０に沿った左右方向には自由に移動できるので、力Ｗの左右方向成分Ｗ1によって矢印Ｘの方向へと移動する。切削刃３１はそれまでに形成されている溝にＸ方向の移動は制限されるので、溝を形成するに従ってＸ方向へと移動することとなる。即ち、切削刃３１の回転方向が、形成される螺旋溝に沿って転がるような回転、つまり円柱体の接触位置において円柱体と同じ方向に向くように回転する場合は、保持台移動部６０のような強制的な切削部保持台４０の移動手段を設けることは必ずしも必要ではない。
なお、切削部保持台４０のＸ方向への移動を補助するために、装置全体を傾けてレールＸに傾斜を設けたり、基台１０の端から紐で錘を滑車を介して下垂させ、これに切削部保持台４０を固定することでＸ方向に引張ったり、引張りバネで切削部保持台４０を引張ったりしてもよい。このような力は強過ぎなければ切削部保持台４０を強制的に動かすことにならず、これらの力を受けても切削刃は想定される螺旋溝に沿って相対的に移動することとなり、Ｘ方向への移動を補助することができる。
【００１４】
また、上記実施形態では、切削刃３１の形状として薄い円板状の切削刃を平行に複数枚配置したものを用いているが、図５（ａ）に全体の正面図を、図５（ｂ）に刃先の拡大斜視図を示した切削刃３１Ａのように幅が厚く、刃先が溝の断面に合致するＵ字状に形成されたもの、又は、刃先が溝の断面に合致するＶ字状に形成されたものを用いてもよい。
さらに、切削刃の厚さを溝の幅に一致させるのではなく、２つの薄い刃物で断面Ｖ字状の溝の側面を切断するようにしてもよい。具体的には図６（ａ）に正面図を図６（ｂ）に側面図を示す薄い円板状の切削刃３１Ｂをモーター３２Ｂにより回転させるように形成した切削部３０Ｂを２つ用い、図６（ｃ）に示すように切削刃３１Ｂ同士の先端を近接するようにしてＶ字状に形成し、これによってＶ字状断面の溝を形成するようにしてもよい。なお、切削刃３１Ｂ同士の先端は接触させると刃同士が緩衝するので、切削刃同士を並べて配置する場合は、少しの隙間が必要であり、この場合、Ｖ字部分の先端は切断されないこととなるが、薄い部分で弱くなるので切断の衝撃で切れ、また、仮に切断されずに残っても手で簡単に分離させることができる。さらに、一方の切削刃３１ＢはＶ字状断面の溝の一方の側面を切断し、他方の切削刃３１ＢはＶ字状断面の溝の他方の側面を切断するので、２つの切削刃同士は互いに近接する必要は必ずしもなく、互いに溝に沿ってずれた位置に配置するようにしてもよい。この場合は、Ｖ字部分の先端にそれぞれの切削刃が達するようにでき、Ｖ字部分の先端も切断することができる。
【００１５】
さらに、上記実施形態では切削部保持台４０の直線移動にレールと車輪を用いているが、ボールスプラインやリニアガイドなどを用いてもよく、保持台駆動部６０もチェーンスプロケットではなく、ボールネジやリニアモーターなどを用いてもよい。
また、円柱体を固定するチャックは円柱体の中心軸周りに回転できるように保持できればどのようなものでもよく、一般的な木工旋盤に用いられるチャックなどを用いてもよい。
【符号の説明】
【００１６】
Ｘ  螺旋溝形成装置
１０  基台
２０  円柱回転保持部
２１  モーター
２３  第一チャック
２４  第二チャック
３０  切削部
３１  切削刃
３２  モーター
４０  切削部固定台
４１  台車板
４２  車輪
４３  支持板
４４  切削部固定板
５０  レール
６０  保持台移動部
６１  第一スプロケット
６２  第二スプロケット
６３  チェーン
【図１】
2013252624.tif 000003
【図２】
2013252624.tif 000004
【図３】
2013252624.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013252624.tif 000008
【図７】
2013252624.tif 000009