平成8年度 研究報告 大分県産♯科学技術センター

振動特性を応用した木材の裁断技術の開発研究
石井信義。山本幸雄
日田産業工芸試験所

Del7elopmenも Of恥od Clipping Method Using〜ribration Character
NobuyoshiIS‡j‡卜Yしはio YAト柏左！OTO‡iita 王ndustrlaiArt 王ミesearch Division

要旨
本研究は，ナイフ状工具刃物に振動特性を与え刃物の挙動によって，木材を分断する方法を採用するための応用研究として，超音波振動（出力3甜，発信周波数20K王ほ）を付加したナイフ（ミニカツター）での切断（以下仁裁断〉加工実験を行った．
その結果，（り繊維方向の裁断加工では，試験片の厚み2（m），3（m），そして，含水率10〜2〔乳 30〜4摘，50〜60駕すべてにおいてムリなく裁断加工が可能であり，分断面の焦げや刃先の異常（焼け）は認められなかった．
（2）年輪方向（木口方向）では〜 裁断加工は可能であったが，木口分断面（特に晩材郡）に焦げが発生した．また，刃物先端部に焼けが生じた．裁断加工の瞭の含水率の影響については，含水率が高くなるほど刃物の損傷（焼け等）は少なくなる傾向を把握した．
1． はじめに

2．実験方法

振動切削加工とは，工具の刃先に強制的かつ規則的な

2．1裁断加工試験

振動を付加して，振動1周期毎に断続的な切削加工を行

2か1．1供試材

う加工法である．振動切削は通常切削で，充分な仕上げ

供試材は，スギ板目材で試験片の寸法を50（T）×50（L）

面性状が得られなかったり，工具磨耗が激しく正常な切×3（R），2（R）（nl打1）の2種類とした。試験片の含水率は，10削を維持できない場合など，良好な切削を行うことが困〜20駕，30〜40駕，50〜60％の3段階に調湿したものを使用難である時に適用され その有効性がすでに確認されてした．調湿には，常温水（20±2℃）に浸せきした試験片のいる．

重量変化を測定して全乾法で算出した．含水率を3段階としたのは，木材に含まれている水分が裁断中に刃物工具

振動特性を応用した木材加工に，、「ナラ・ブナ材の回転切削加エ」 「ハードボードの打ち抜き加工」に与える影響の度合いを把握するためである．

「スギ気乾材のスライサー加工」等，あるいは振動切削

2．1．2加工条件

加工に関する理論的解析の報告はあるものの，厚板類

裁断加工方向は，繊維方向と年輪方向（木口方向）の2（5mm以上）の分断加工への適応例についての報告は見ら種類として実験を行った．加工刃物の加工速度は，5月lm／

れない．1）12）13）・4）secとし，裁断角度は20度に設定し実験を行った．

従来，木材の切断加工には，鰻刃（回転運動や往復運Fig．iに裁断加工の状況を表した占動）による切断加工が一般的であり，種々の加工機械や芋のこなど様々な手法が採用されている．これは，鰭刃，によって，木材を削り分断する方法であり，多量の絹屑が発生し歩留まりの低下や鰻屑の処乳 あるいは作業環境へ悪影響を及ぼしているのが現扶である．

そこで，本年度は振動特性を応用した一連の切削加工の報告を参考にしながら，木材（板鰍や角類等）の裁断加工時における鋸屑の除去方法の指針を得る目的で，ナイフ状工具刃物を使用して，その刃物に超音波振動を与え刃物の挙動による加工実験を実施した．そして，その結果を参考にし，今後の振動裁断加工技循について考察
Fig．i裁断加工を行った．

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刃物の振動方向は縦振動であり，刃物那の最大振幅モードは2×用】581で，振動回数はi秒間に20．000回である．
振動挙動には，超音波装置（本多電子（株）製，USW−335）を使用し，ナイフ状工具刃物は，市販品のカッター刃（NT社（株）製D型用替刃，DC−200−30度）を使用した亡 カッター刃の素材は，炭素工具鋼SK−2である．
Fig．2に本実験に使用した刃物の形状を表した．また，
F皇g．3と4に使用した発振装置一式の概要を表した．
Tebielは，使用した発振機の仕様である．
3．結果及び考察
射

ナイフ状刃物工具での木材の裁断加工には，被加工材条件として，樹種，比重，含水率，繊維の通直性，年輪Fig．2 刃物の形状密度，材温，および節などの諸要因が強く関係する．また，裁断条件としては，被加工材からは裁断幅，ひき板厚，裁断方向などが，機械側からは切削速度，送り速度，切り込み量がある．
工具条件には，材質，形状と寸法，刃先の諸角度，刃先の鋭利さなどを考慮しなければならない．
裁断加工の際のメカニズムは，工具刃先が被加工材に音義し，力が加わることによって被加工材は刃先先端部で弾性変形を起こす．この力が抵抗値以上の大きさになると刃先によって被加工材は2つに分離され，さらに刃先が中へくい込んで行き，これの連続作用で木材は分断される．5）

Fig．3 超音波発振装置の概略図

今回の実験では，裁断方向を2種類（繊維方向，年輪方向），含水率を3段階（10〜20，30〜40，50〜6D窯）に調湿した試験片で裁断加工実験を行った．
その結果は，すべての試験材に裁断加工を施すことが可能であり，裁断屑の発生も無く分断することができた．
そして，詳細について下記の内容を把握した．
3．1裁断方向による結果＝）繊維方向試験材の厚み2mm，3mmの裁断加工は〜 ムリなくスムーズに木材を分断することができた。分断面には木質部の抵抗等による焦げやむしれは生ぜず，欠点になるような異常は認められなかった．
また，晩材部と単相郡の硬さの羞についてもなんら影

Fig4 発振装置

響がなく，分断面は滑らかであった．
（2）年輪方向（木口方向）

試験材の厚み2mln．3nlnlの裁断加工は，可能であり木材を分断することができたが，分断軌 特に晩材都に焦げが発生したト ニれは晩財部の密度が大きく影響しており，刃先への抵抗が上昇して摩擦熱が発生したものと考える．
3、2含水率の影響
繊維方向の場合2m恥 3nlEれの裁断加工は，含水率の高低

Tab王ei発振機の仕様
電憾ミAClOOV，50／60主音z

消費電力

炭火1Å

出力30W

発信周波数20Kl呈z

電源コード1．5nl

振動子

ボルト締めランジエバン型（￠15m）には関係なくスムーズに刃物が動くことを確認した．

ルトナヒ〇−スコード i．4†n

分断面も滑らかで，なんら欠点となるような異常は認め

フットスイッチコイ 1，5nl

ー127鵬

平成愚考度 研究琉昏 衆分興産謹科学銀鱗せンタ叩−られなかった．年輪方向の場合2nl軋餌拙玖試験材とも裁断抵抗が少なく，刃先に焼けなど生ぜずほぼ満足のできる加工による分断はできたものの，木質部の抵抗による摩内容であった．

擦熱が発生し，分断面に焦げが生じた。焦げの発生は，年輪方向では．今回の工具刃物で分断はできるものの，刃先に摩擦熱（30那C前後）が発生し，その影響で先端部低含水率（10〜20海）試験材が多く，焦げの度合いも炭化に近い状態であったゝ 高含水率になるほど，焦げの発生分に焼けが生じた．焼けの発生度合いは，低含水率（用率は低下の傾向を示し，含水率50〜60射ま晩柑部に見られ〜20究）の試験材ほど多く認めらゎた．高含水率（5D〜るのみであった．

紺鋸の試験材ほど，刃物先端部の焼けは少なかった．

木質那に含まれている水分の影響が，裁断抵抗を緩和

これらの結果を参考に，ナイフ状工具刃物の形私 財贅，刃先の角度等を検討して，最適条件下での工具の開し摩擦熱の発生を抑制しているものと考える．

1−eble2に裁断加工実験結果を表した．Fig，5〜6には，発を進めたいと考えている亡F亘g．7〜8に試験材3nl首≧lの刃物の状態を表した．

試験材3mRlの裁断後の状態を表した．

Teb亘e2 加工実験結果
年輪方向〜60 1D〜2日 3（巨）40スギ／2。

。

。

□［コスギ／3○（〕○［］［コ○…異常無し

スギ／2・・・試験片材厚飢柑□…異常有りスギノ3…試験片材厚3m悶
F皇g。？刃物状態（絨緒方向3mm）

Fig．5 裁断状態（繊維方向3mm）

Fig．8 刃物∃犬態（年輪方向3mm）
3．童振動特性
今回の実験では，ナイフ賦工具刃物（ミニカッター）の振動に超音波特性を採用しj 2×iO▲5mの縦最大振幅モードで，20．000回ハSの振動回数による木材の分断を行った．
その結果については前述のとおりである，

今回は超音波発振機の仕様内容を考慮して，試験材の厚みを2，3（nlm）に設定した実験であった．目標としては，板類や角類等厚相の裁断加工への応用であるので，Fig．6 裁断状態（年輪方向3mm）
3．3刃物の状態

今後も引き続き振動の加振方法，振幅モードと刃物形状

今回実験灘したナイフ汰工具刃物の素材は，炭素工具との整合性の把蘭等について，実験を進めながら最適加鋼SK−2であり，比較的−一般に切削用刃物の素材として使工条件を創りたいと考えている．

われている．実験結果かちは，繊維方向の裁断加工には

l一一 ∴∵ l平成8年廣 研究報告 大分県産業科学織術センター

4．おわりに振動特性を応用したナイフ扶工具刃物を木材の裁断加工法へ利用するには，振動効果の生じる振動・裁断条件の範E軌 加振方法，経済性などの制約をクリアーしなければならない．

次年度（平成9年度）には，これらの実験結果を参考に裁断機の設計と製作を行い，さらに専用のナイフ状刃物の開発を進める計画である．そして，開発機械による分断加工実験を実施して、分断力，刃物の形状と状態，分断面の状態等細部について検討を加え実用化に向けて，資料の整備を進める考えである．

参考文献
1）．加藤専一：木材工業，VOl．33−9，（1978），3−82）．浜本和敏：日本大学農獣医学部学術研究報告（1983），
95−1053）．前田杏一：日本時計学会誌，No．133，（1990），2−164）．鬼鞍宏猷：平成6年度基盤技術研究成果報告（3），（1996），5−75）．田中千秋，喜多山繁：木材科学講座6切削加工，（1992），13−4i

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