Adjusting device and method of the previous mechanical removal of roundwood bark

【発明の詳細な説明】 丸材樹皮の機械除去前の調整装置及び方法〔技術分野〕 本発明は、丸材の樹皮を除去し易く調整する装置及び方法に関する。 〔背景技術〕 ある種の木材は長くて比較的強度の高い繊維を含む樹皮を有する。 例えば、あるユーカリ樹の場合には、比較的新しく伐採した木の樹皮は木の核部分に余りにも緩くついているため、どんな樹皮取り具又は切断ナイフでも樹皮の切断を行うことができず、代りに樹皮は工具の前方に押されて丸材から離れて長い帯状になり、これがすぐに丸材搬送機構をブロックしてしまう。 ドラム式樹皮除去機はドラム内を転がる丸材から樹皮を切り、削り取る内表面部材を有する大きな回転ドラムを使用する。 ドラムは丸材が砕木機に向って送られる間に樹皮が落下して出ていく開口を有する。 しかしながら、多くの場合、特に長い繊維を含む樹皮の場合には、樹皮は直径２〜３フィートのボール状となり、大き過ぎて前記ドラムの開口を通過せずに砕木機に送られる。 樹皮が砕木機に入ることは好ましくない。 というのは樹皮の混入した木材チップは漂白されず、それ故にそのチップから作られる紙の品質を低下させる暗色の繊維を含むからである。 丸材の樹皮除去は、北方の気候では冬の場合に特に、樹皮が丸材に凍りつくため困難となる。 丸材を温水に浸しても樹皮を解かずには限られた効果しかない。 樹皮自体が水に耐性がありそのため温水が樹皮内に浸透することを妨げる。 樹皮はいくらか耐熱性があり、それで実際には非常に僅かな樹皮内の解凍が起るのみである。 ある種の木材では取り除かれた樹皮の搬送がまた困難である。 ユーカリ樹の大きな樹皮シートは、コンベアや貯留所をふさぐことがある。 樹皮シートは互いにからみくっつき閉塞を起し、例えば樹皮貯留所全体を一つの物体の集積物にしてしまう。 これらの閉塞を軽減させるべく個別の樹皮搬送プロセスラインがしばしば使用され、これには樹皮片のサイズを小さくする細断装置が含まれる。 かかる装置は高価でかつ運転中詰まりや機械的破損にさらされる。 従来、樹皮の除去及び搬送を容易にする試みとして、ある種の丸材については複雑な前処理装置及び方法が採用されてきた。 しかしながら、このような装置の大部分は一般に大変に高価である上に運転の効果が乏しいものであった。 地方によっては、ユーカリ樹の樹皮除去は手作業で行っており、高い労働コストを伴うものとなっている。 必要なものは、丸材の樹皮の機械による除去を容易にする前処理プロセスである。 〔発明の開示〕 本発明は丸材樹皮を機械により除去する前に樹皮の切れ目をつけるため高能力のレーザを採用する。 採用するレーザの典型的なものは、高ＫＷ数の産業用CO ₂ レーザである。 高能力レーザ光は、光学装置を通ってレーザヘッドに達し、ここでレーザ光は丸材樹皮表面の直上に焦点を合わせられる。 通常30〜45psi の圧力の圧縮空気がレーザ光と同軸に噴射され、樹皮表面の細い溝のレーザ光による蒸発と燃焼を容易にする。 丸材は谷状通路の基部を横切って延びる複数の平行なオーガ（螺旋状刃付回転具）によって移送され回転させられる。 レーザはオーガの間のかつその下方の空間に位置し、丸材がレーザの上方をそれに隣接して通過する。 レーザヘッドはレーザ光を樹皮に照射し、かつ、その焦点を樹皮表面に合わせるべく調節することができる。 レーザヘッドに対する丸材の動きにより丸材表面に沿って螺旋状の切れ目を作り、こうして丸材に沿って水平に走る長い繊維を細断する。 丸材の回転を逆方向にすると、第二のレーザが交差する螺旋状の切り込みを行い、こうして樹皮は適正な大きさに整えられる。 通常丸材の処理には、丸材をチェーン式コンベアで送り、それらを洗浄し、丸材搬送部に投入し、そこで丸材は回転し送られながら丸材表面に多重のレーザ光の照射が行われる。 こうしてレーザ光は丸材表面の樹皮に細い溝を切り刻む。 本発明の特徴は丸材樹皮の除去を容易にすることである。 本発明の別の特徴は、ある種の木材の樹皮の長い繊維を切断しその丸材樹皮の機械による除去を容易にすることである。 本発明の更なる特徴は、樹皮をとる対象丸材の樹皮の表面内部への温水その他の流体の浸透を容易にすることである。 本発明の更なる特徴は、樹皮に機械的な力を加えることなく切れ目を入れ、そうして樹皮が早期に剥がれるようにする装置及び方法を提供することである。 本発明の更なる目的、特徴及び利点は、以下の詳細説明と付随する図面により明らかとなろう。 〔図面の簡単な説明〕 図１は、本発明の丸材調整方法によるレーザ切り込みヘッドの略式拡大図で、 部分的に切り欠いてある。 図２は、本発明の方法により丸材の搬送、洗浄、レーザ切り込み及び機械による樹皮の除去を行う工程を示す略式図である。 〔発明を実施するための最良の形態］ 図１及び図２において同符号は同部品を示すこととして、先ずレーザ光20が図１に示されている。 レーザ光20は２個のレンズ22により丸材26の表面に焦点を合わせられる。 丸材表面24は樹皮28の層により覆われている。 レーザ光20が丸材表面24に当たる場所には、樹皮28中に細い溝30が形成される。 溝30は樹皮28中に切り込んだ状態となる。 図２に示したように、丸材26は丸材投入装置32から搬送チェーン34上に投入される。 搬送チェーン34は丸材26を送って洗浄機36の下を通過させる。 洗浄機36からは第二のチェーン駆動装置38が丸材26を搬送し、レーザ式樹皮調整部39の一部を構成する谷状通路40に送る。 谷状通路40はその底部44に並べられた複数のオーガ42を有する。 オーガ42を構成する螺旋状の刃46はスパイク状の突起部48を有する。 丸材26はスパイク48と係合し、オーガ42の回転によりその回転方向に丸材26 をその長軸周りに回転させると共に丸材をドラム式樹皮除去装置50に向けて移送する。 ドラム式樹皮除去装置50での丸材の樹皮除去を容易にするため、丸材26の樹皮28は複数のレーザ光20により切れ目を刻まれる。 丸材はオーガ42により回転させられながら同時に長手方向に送られ、その間に複数のレーザヘッド52上を通過させられる。 各レーザ光20は慣用型の高能力産業用CO ₂レーザ装置（図示なし）により供給される。 ネオジム：イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Nd:YAG) レーザを含む高能力の他のレーザを使用することもできる。 レーザ光20は光学装置54によりレーザヘッド52に送られる。 図１及び図２に示された如く、レーザヘッド52は丸材26の表面24の下方でそれに隣接するように僅かな空間を置いて保持されている。 レーザ光は入口60から空気又は酸素を供給されたノズル58を通って発せられる。 空気はノズル先端部62を出て、照射されるレーザ光64と同軸の空気の噴射を形成する。 最少のレーザ光エネルギにより最大の切れ目の深さを得るため、レーザ光は樹皮28により形成される表面24の直上部又はその部分に照射される。 空気の噴射は切り込みの形成には要件ではないが、一般に産業界で知られているようにレーザ光にさらされる材料の急速な燃焼又は蒸発の中でレーザ光の作用を行い易くする。 当業界の熟練者に知られているように、供給ガスの圧力は30〜 45psi でこれ以上の圧力は一般に必ずしも良い効果を持たらすものではない。 丸材26はオーガ42によって谷状通路40内で回転させられ移送される間に、レーザ光20は丸材に沿った曲りくねった軌道66の細い溝30を切り込む。 樹皮の除去に困難性を持たらす丸材樹皮の繊維は通常丸材26の長手方向に走っているため、これらの繊維を短かく切るには螺旋又は円周上の溝軌道66が効果的である。 溝66は連続した螺旋状に示されているが、これは隣接するレーザヘッド間の丸材の搬送の滑らかさに応じて不連続でも破断状でも良い。 望みにより、上記レーザ調整部39に類似した第二のレーザ調整部（図示なし） により丸材の第二の交差する曲線による切れ目をつけることができるが、この場合オーガは丸材を逆方向に回転させる。 実際にはレーザは樹皮を連続的に切り込むことはないが、実質的に円周上に切り込みを入れることによって樹皮は樹皮除去装置でより容易に除去され、かつ、樹皮のからみつく傾向は実質的に減じられる。 同様に、凍結した樹皮の除去を容易にするために切れ目をつける場合には、 温水の如き解凍液をより良く浸透させる効果を得るには完全な切れ目は必要ではない。 図１に示されたレーザ調整部39のレーザヘッド52は丸材26の下方の固定位置に保持されており、丸材はレーザ装置の配された空間43を横切ってオーガ42により搬送させられる。 レーザヘッドはこのヘッド52と溝30が形成される直前の丸材表面24との間の距離を絶えず検知する超音波センサ68を有する。 このセンサはレーザ光20の焦点を調整しそれによってレーザの切り込み作用を改善する。 超音波センサ68は、当技術の熟練者に知られる如く、丸材26がレーザヘッド52上をオーガ42により搬送される間のレーザによる丸材26の表面の照射を維持するためレンズ22の間隔を調整するモータ（図示なし）に接続されている。 光学装置がレーザ光20をレーザヘッド52へ更に丸材26へと伝達する。 光技術の熟練者に知られているように照射レンズ22、レーザ光20の直径及び照射されたレーザ光64の被写界深度の間には関係がある。 図１に示されたように、レーザ光20 はレンズ22を出た後、収束する。 この収束は図１では一点で示されているが実際の応用においては有限の大きさを有している。 切り込みの最適効果を得るため、出力密度が高くなるように焦点サイズは小さいことが望ましい。 これは、例えば１〜５インチのオーダの短焦点レンズによって容易に行うことができる。 他方、短焦点はレーザ光20を急速に収束させるため、レーザ光は照射点において高い出力密度を有する一方、高出力密度を維持する被写界深度は比較的浅くなる。 被写界深度は、レーザ光ヘッド52を丸材表面24から一定の距離に保持する必要性につながる。 レーザヘッド52を丸材26から正確な距離に保持することが困難である範囲では、より緩やかに収束するレーザ光が最適である。 照射レンズ22は短焦点とより大きな被写界深度との関係における折衷をなすものであり、丸材とレーザヘッドとの間の距離が正確に制御できない場合におけるレーザによる切り込み能力を最適化するものである。 より大きな焦点深度を有するより緩やかに収束するレーザ光は、最大エネルギ密度が低いため、樹皮表面24に沿った任意の移動速度及び切り込み深さを得るにはより大きなレーザ光出力を要する。 なお、レンズの焦点距離、レーザの総出力、望みの切り込み深さ、及び丸材表面上のレーザ光移動速度の間には関係がある。 合板を切り込む例で見ると、波長10.6マイクロメータのレーザ光を出力し焦点距離５インチで作動する10KWCO ₂レーザは、毎秒約0.5 フィートの速度で3/4 インチの溝を切り込むことができる。 他方1/4 インチの溝を切り込み1.5 インチの焦点距離のレンズを照射される10KWCO ₂レーザは、毎秒11フィートの速度で切り込みを行うことができる。 図示されたヘッド52は焦点の調節できるレンズ群22を有する。 照射するレンズは通常、レーザ光がレンズを透過する時レンズが吸収するレーザ光エネルギの一部を除去するため、水供給システム74で冷却する必要がある。 場合により特に高能力レーザ光の場合には、レンズを使用することなくレーザ光を照射することのできる光学的表面78を有する鏡76を使用するレンズのない設計とすることがより実際的である。 ２個又はそれ以上の鏡を使用して、鏡のみを使用する焦点調節可能な光学システムを形成することができる。 重く大きな丸材の搬送は相当の振動を発生させるため、丸材の谷状通路はレーザヘッド52が設けられたフレーム82とは振動の伝わらないように分離されたフレーム80上に設けることが望ましい。 レーザ光は丸材近くに隣接して照射を行うよう、かつ、レーザヘッドは丸材の直下に位置するよう示されているが、充分に高能力のレーザ光を使用する場合には、丸材から実質的に距離を離した位置からレーザ光を丸材表面上に動かす簡単な鏡を使用することができる。 示されたスパイク付オーガ以外の機構を丸材を回転させ移送し丸材表面にレーザ光による切れ目を入れるために使用することができる。 丸材を一つ一つ把持し樹皮の除去を行う機械による樹皮除去装置においては、 樹皮に切れ目を入れるレーザ光を通って丸材を移動させる時の動きを利用できる位置にレーザヘッドを配することができる。 また、丸材に対するレーザ光の焦点は図１に示された超音波変換器以外の手段によっても調節することができる。 例えば、丸材にまたがる車或は光学的又はマイクロ波センサである。 レーザヘッドのセンサは丸材がヘッド上にあるか否かを検出し、丸材がいずれのレーザヘッド上にもない時はレーザ光を消したり他のレーザヘッドに転じたりできるものとすべきである。 レーザ装置設計の熟練者に理解されるように、レーザ調整部39は安全のため人に損傷を与えないよう覆いをつけるべきである。 樹皮表面にレーザ光によって形成される溝の深さは、レーザ出力、レーザ光焦点距離、丸材表面上のレーザ光の移動速度又は丸材表面とレーザ光焦点の位置との関係における変化により調整することができる。 類似の年数の同種の丸材の樹皮厚さは比較的均一であるため、切り込まれる溝の深さは、処理される丸材の樹皮厚さに対応して設定することができる。 レーザにより行われる切り込みは、水噴射や機械による樹皮除去を含む既知の方法による丸材の樹皮除去を容易化する。 機械による樹皮除去装置は、丸材の周囲に配された切り込み工具、丸材が移送される間に丸材上で回転する工具及び丸材から樹皮を剥ぎ取る工具を複数個使用する。 樹皮の除去を容易にするため樹皮に切れ目を入れることに加えて、切れ目の線は樹皮が凍結した丸材を処理する場合に樹皮内に温水を浸透させることによって樹皮の解凍をも容易化することができる。 理想的には、樹皮は切れ目の線で形づくられる樹皮部分がどの部分も６インチ以内の大きさであれば充分な切れ目を入れられたことになろう。 同時に、繊維の覆い樹皮を有する丸材の処理を容易にしたり凍結した丸材の樹皮の解凍を容易にするためであれば切れ目の数を相当減らすこともできる。 本発明は、ここに図示し説明した部分の構成及び配置に限定されず、次の請求の範囲内にある修正された形態をも含むものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年３月５日【補正内容】 複雑な前処理装置及び方法が採用されてきた。 しかしながら、このような装置の大部分は一般に大変に高価である上に運転の効果が乏しいものであった。 地方によっては、ユーカリ樹の樹皮除去は手作業で行っており、高い労働コストを伴うものとなっている。 独国実用新案ＤＥ−Ｕ−９４−０２６８１は、エッチングのような作用をするレーザ手段によるガラス、プラスチック、半導体、木材又はセラミックスの処理装置を開示する。 米国特許ＵＳ ４，１８０，１０９は、高能力水噴射による樹皮の切り取りを行う、前処理装置を含む、木材樹皮処理装置を開示する。 独国特許出願ＤＥ−Ａ−４３０４ ８８７は、樹皮処理にレーザの使用を詳細でなく一般的に示唆する。 必要なものは、丸材の樹皮の機械による除去を容易にする前処理プロセスである。 〔発明の開示〕 本発明は丸材樹皮を機械により除去する前に樹皮の切れ目をつけるため高能力のレーザを採用する。 採用するレーザの典型的なものは、高ＫＷ数の産業用CO ₂ レーザである。 高能力レーザ光は、光学装置を通ってレーザヘッドに達し、ここでレーザ光は丸材樹皮表面の直上に焦点を合わせられる。 通常30〜45psi の圧力の圧縮空気がレーザ光と同軸に噴射され、樹皮表面の細い溝のレーザ光による蒸発と燃焼を容易にする。 丸材は谷状通路の基部を横切って延びる複数の平行なオーガ（螺旋状刃付回転具）によって移送され回転させられる。 レーザはオーガの間のかつその下方の空間に位置し、丸材がレーザの上方をそれに隣接して通過する。 レーザヘッドはレーザ光を樹皮に照射し、かつ、その焦点を樹皮表面に合わせるべく調節することができる。 レーザヘッドに対する丸材の動きにより丸材表面に沿って螺旋状の切れ目を作り、こうして丸材に沿って水平に走る長い繊維を細断する。 丸材の回転を逆方向にすると、第二のレーザが交差する螺旋状の切り込みを行い、こうして樹皮は適正な大きさに整えられる。 通常丸材の処理には、丸材をチェーン式コンベアで送り、それらを洗浄し、丸材搬送部に投入し、そこで丸材は回転し送られながら丸材表面に多重のレーザ光の照射が行われる。 こうしてレーザ光は丸材表面の樹皮に細い溝を切り刻む。 本発明の特徴は丸材樹皮の除去を容易にすることである。 本発明の別の特徴は、ある種の木材の樹皮の長い繊維を切断しその丸材樹皮の機械による除去を容易にすることである。 本発明の更なる特徴は、樹皮をとる対象丸材の樹皮の表面内部への温水その他の流体の浸透を容易にすることである。 本発明の更なる特徴は、樹皮に機械的な力を加えることなく切れ目を入れ、そ部を除去するため、水供給システム74で冷却する必要がある。 場合により特に高能力レーザ光の場合には、レンズを使用することなくレーザ光を照射することのできる光学的表面78を有する鏡76を使用するレンズのない設計とすることがより実際的である。 ２個又はそれ以上の鏡を使用して、鏡のみを使用する焦点調節可能な光学システムを形成することができる。 重く大きな丸材の搬送は相当の振動を発生させるため、丸材の谷状通路はレーザヘッド52が設けられたフレーム82とは振動の伝わらないように分離されたフレーム80上に設ける。 レーザ光は丸材近くに隣接して照射を行うよう、かつ、レーザヘッドは丸材の直下に位置するよう示されているが、充分に高能力のレーザ光を使用する場合には、丸材から実質的に距離を離した位置からレーザ光を丸材表面上に動かす簡単な鏡を使用することができる。 示されたスパイク付オーガ以外の機構を丸材を回転させ移送し丸材表面にレーザ光による切れ目を入れるために使用することができる。 丸材を一つ一つ把持し樹皮の除去を行う機械による樹皮除去装置においては、 樹皮に切れ目を入れるレーザ光を通って丸材を移動させる時の動きを利用できる位置にレーザヘッドを配することができる。 また、丸材に対するレーザ光の焦点は図１に示された超音波変換器以外の手段によっても調節することができる。 例えば、丸材にまたがる車或は光学的又はマイクロ波センサである。 レーザヘッドのセンサは丸材がヘッド上にあるか否かを検出し、丸材がいずれのレーザヘッド上にもない時はレーザ光を消したり他のレーザヘッドに転じたりできるものとすべきである。 レーザ装置設計の熟練者に理解されるように、レーザ調整部39は安全のため人に損傷を与えないよう覆いをつけるべきである。 樹皮表面にレーザ光によって形成される溝の深さは、レーザ出力、レーザ光焦点距離、丸材表面上のレーザ光の移動速度又は丸材表面とレーザ光焦点の位置との関係における変化により調整することができる。 類似の年数の同種の丸材の樹皮厚さは比較的均一であるため、切り込まれる溝の深さは、処理される丸材の樹皮厚さに対応して設定することができる。 レーザ〔請求の範囲〕 １． 第一のフレーム(80)と； 前記第一のフレーム(80)に設けられた丸材コンベア(44)と； レーザ光(20)を発生させる高能力産業用レーザ装置；を備え 第二のフレーム(82)が前記第一のフレーム(80)から振動を伝えないように分離されており； ヘッド(52)が前記第二のフレーム(82)に設けられており；かつ 光学装置(54)が前記レーザ光(20)を受け取り更に前記丸材コンベアにより搬送される丸材(26)に前記レーザ光を照射すべく前記ヘッド(52)に設けられており、 それによって前記照射されたレーザ光が前記丸材コンベアにより送られる丸材(2 6)の樹皮(28)に切れ目を入れてなる； ことを特徴とする丸材樹皮に切れ目を入れる装置。 ２． 前記丸材コンベアは、前記第一のフレーム(80)に設けられ搬送方向を横切る軸線周りに回転する通常平行に配された複数のオーガ(42)を備えてなることを特徴とする請求の範囲１に記載された装置。 ３． 前記各オーガは丸材を把持し回転させる歯状部材(48)を有してなることを特徴とする請求の範囲２に記載された装置。 ４． 前記光学装置(54)は、丸材が前記光学装置にぶつかるのを防止するため前記丸材コンベアの下方に設けられてなるごとを特徴とする請求の範囲１に記載された装置。 ５． 外面を樹皮(28)で覆われた丸材(26)を樹皮除去のため回転させ移送すること；及び レーザ光(20)が前記丸材の外面に沿う軌道(66)上を走りそうして前記樹皮内に細い溝(30)を形成するように、前記丸材が回転し移送される間に前記丸材の外面上にレーザ光(20)を照射すること；からなる工程を有し、更に 前記丸材の移送を継続する間に前記丸材の回転方向を逆転させること；及び レーザ光の作用により前記樹皮内に先に形成された前記溝に交差する第二の細い溝を形成すること； からなる工程を有してなることを特徴とする丸材(26)の樹皮除去方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ