JP6945224B2 - プレカット加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、木造建築に使用される柱や横架材等の建築材料にプレカット加工を施すためのプレカット加工装置に関する。

木造建築に使用される柱や横架材等の建築材料には、工事現場での作業を軽減するために、工場において予め継ぎ手やホゾなどの仕口加工を施すプレカット加工が行われる。プレカット加工装置は、投入された建築材料を位置決めしてからコンピュータの制御により、様々な加工機を動作させる。この加工開始前に、建築材料をプレカット加工装置に投入して正確に位置決めをする加工準備作業が必要になる。この準備作業の効率化を計るために各種の技術が開発されている（特許文献１）。

特許２５３３００８号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
プレカット加工の効率化を図るために、ラインに複数の装置を並べてこれらの装置と同数の建築材料をラインに同時に投入するという方法がある。しかし、これは設備コストの増大を招く。
端末加工、ホゾ加工、穴あけ加工というように、それぞれ別々の種類の加工する加工装置をラインに連続的に並べて、建築材料を順送りしながら次々に投入すれば、効率的に材料を搬送できる。加工機の作業分担を平均化すれば効率よくラインが運用できる。
しかしながら、投入される建築材料の種類が多岐にわたると、それぞれの装置の加工時間にバラツキが生じる。即ち、作業分担の平均化が容易でない。加工処理に最も時間がかかる装置の能力でラインの処理速度が決まってしまうという問題があった。

本発明は、建築材料を最も効率よく搬送し、各種加工機を効率良く配置し、複数の加工を同時に行う頻度を高めることを容易にしたプレカット加工装置を提供することを目的とする。

以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。

＜構成１＞
木造建築に使用される柱及び横架材を含む複数の建築材料を送り込み、これらに連続的にプレカット加工を施すための装置であって、
送り込まれた建築材料を長手方向に搬送するために設けられた搬送路と、
上記搬送路を搬送される建築材料にプレカット加工を施す加工機と、
上記建築材料の所定の部位を掴んで、上記加工機による加工動作中は建築材料の位置を固定し、加工前及び加工終了後は上記搬送路に沿って移動して上記建築材料を搬送する複数のクランプと、
上記搬送路上の建築材料の加工位置が上記加工機の位置と一致するように上記クランプの移動量を制御し、上記建築材料がいずれかのクランプにより上記搬送路を移動して上記搬送路の上流側に空きスペースが生じたとき、その空きスペースに新たな建築材料を 別のクランプで掴んで受け入れて、下流側の建築材料の加工が終了する前に、新たな建築材料の加工を開始するように制御する材料搬送制御部を備えたことを特徴とするプレカット加工装置。

＜構成２＞
搬送路は加工対象となる複数の建築材料を連続的に長手方向に並べて搬送できる長さに設定されていることを特徴とする構成１に記載のプレカット加工装置。

＜構成３＞
上記複数の加工機には、搬送路に沿って位置を移動できるものが含まれており、上記建築材料の加工位置に基づいて、上記加工機の位置が上記加工位置と一致するように、加工機を移動させる制御を行う加工位置制御部を備えたことを特徴とする構成１または２に記載のプレカット加工装置。

＜構成４＞
建築材料が搬送路に投入されるときにその材料位置を検出して、その建築材料の搬送開始位置とする材料位置検出部と、
その後いずれかのクランプにより建築材料が搬送されたとき、そのクランプが搬送路に沿って移動した移動量を上記搬送開始位置に加算して、上記建築材料の上記搬送路上の材料位置を算出する材料位置算出部が設けられていることを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載のプレカット加工装置。

＜構成５＞
建築材料がクランプにより搬送路上を搬送されて搬送を停止したとき、再びそのクランプもしくは別のクランプにより搬送を開始する前に、その建築材料の先端もしくは後端もしくは所定のマークを検出して、その建築材料の材料位置を検出する材料位置検出部と、
上記材料位置検出部で検出した上記建築材料の材料位置と加工位置に基づいて上記加工機の位置が上記加工位置と一致するように、加工機を移動させる制御を行う加工位置制御部を備えたことを特徴とする構成１または２に記載のプレカット加工装置。

＜構成６＞
搬送路に投入された建築材料は、いずれかの加工機による加工を終了して搬送路から排出されるまで、いずれかのクランプによって常時掴まれた状態で搬送されることを特徴とする構成１乃至５のいずれかに記載のプレカット加工装置。

＜構成７＞
搬送路に投入された建築材料は、いずれかの加工機による加工を終了して搬送路から排出されるまで、複数のクランプによって順送りにより搬送されることを特徴とする構成１乃至５のいずれかに記載のプレカット加工装置。

＜構成１の効果＞
一本の建築材料がラインを搬送される間に各種の加工機がかわるがわる加工をする。複数の加工機が一本の建築材料の複数箇所で同時に加工を行えば効率よく加工ができる。さらに、搬送路の上流側に空きスペースができたときには、次の新たな建築材料をクランプで掴んで投入できる。そのときはあたかも、搬送路上の一本の長い建築材料に対して、複数の加工機が最も効率のよい位置で同時並行して加工をするように制御できる。
＜構成２の効果＞
搬送路に複数の建築材料を隙間を詰めて長手方向に並べて搬送できれば、連続的に効率よく建築材料を加工できる。
＜構成３の効果＞
搬送路に沿って前後にあるいは自由に移動できる加工機を使用することができる。これにより、加工機の位置を高精度に制御できる。複数の加工機が最も効率のよい位置で同時並行して加工処理をして、最短時間で建築材料を装置から送り出すことができる。

＜構成４の効果＞
クランプが搬送路に沿って移動した移動量を搬送開始位置に加算し、常に建築材料の搬送路上の位置が制御されているので、建築材料が搬送路上のどの位置にあっても正確に加工位置を制御できる。
＜構成５の効果＞
クランプの受け渡し等により建築材料の位置に狂いが生じた場合にも、クランプにより搬送をして搬送を停止するたびに建築材料の位置検出をして、加工位置の精密な制御をすることができる。
＜構成６の効果＞
建築材料がいずれかのクランプに掴まれたまま搬送路を搬送されれば、そのクランプの精密な位置制御により、常に建築材料の材料位置を正確に算出できる。さらに、建築材料を支持する姿勢も正確に維持できる。それぞれ別々のクランプにより建築材料を連続的に搬送路に送り込んで、他の例と同様に生産効率を高めることができる。
＜構成７の効果＞
各クランプの移動量を精密に制御すれば、複数のクランプにより建築材料が順送りされながら搬送されたときでも、搬送開始位置に各クランプの移動量を加算して材料位置を算出できる。

（ａ）は本発明のプレカット加工装置の平面図、（ｂ）はその動作中の平面図である。 上記の装置の加工位置制御用の制御回路の実施例ブロック図である。 加工位置制御用の制御回路の別の実施例ブロック図である。 図２や図３の制御回路による制御例を示す装置の側面図である。 クランプ３１の具体例を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｇ）は、上記の装置の具体的な動作中の各タイミングの側面図である。 建築材料の搬送方法の変形例を説明するための搬送路側面図である。

以下、本発明の実施の形態を実施例毎に詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明のプレカット加工装置の平面図、（ｂ）はその動作中の平面図である。
この装置は、木造建築に使用される柱や横架材を含む複数の建築材料１２を送り込み、これらに連続的にプレカット加工を施すための装置である。図の実施例の装置の中央には、送り込まれた建築材料１２を長手方向に搬送するための搬送路１４が設けられている。搬送路１４の入り口側には、投入搬送台２４が設けられ、出口側には排出搬送台２８が設けられている。プレカット加工前の建築材料は投入搬送装置２２に蓄積され、プレカット加工を終えた建築材料は排出搬送装置２６に蓄積される。

例えば、１軒分の建築に使用する建築材料が、投入搬送装置２２から一本ずつ投入搬送台２４に投入される。プレカット加工を終えると、建築材料は排出搬送台２８から排出搬送装置２６に移される。建築材料は、例えばクランプ３１とそのほかの６台のクランプにより搬送路１４上を搬送される。

搬送路１４の両側には、搬送される建築材料１２にプレカット加工を施すための、左右６台ずつの加工機５１〜５６と６１〜６６とが配置されている。これらの加工機は、建築材料を切断したり溝や穴を形成したりする工具を備えたもので、搬送路に沿って各種の機能を持つものが混在していて構わない。

クランプ３１等は、建築材料１２の所定の部位を掴んで搬送路に沿って搬送する機能を持つ。なお、図示していないが、支えるだけで搬送する機能を持たないクランプを混在させてもよい。クランプは、加工機による加工動作中は建築材料の位置を固定し、加工前及び加工終了後は搬送路１４に沿って移動して上記建築材料１２を搬送する。

図１に示すように、搬送路１４は加工対象となる複数の建築材料を連続的に長手方向に並べて搬送できる長さに設定することが好ましい。これらの建築材料は搬送路上を加工されながら下流側に搬送される。一箇所で集中的に加工されたり、少しずつ下流側に移動しながら数回に分けて加工されたりする。

このような長さに搬送路を設定すると、先に搬送された建築材料の上流側に空きスペースができたら、すぐに新たな建築材料を投入できる。これで、複数の建築材料を同時並行して加工して、生産効率を上げることが可能になる。また、複数の建築材料が搬送路上に長手方向に並んでいて、あたかも、搬送路１４上の一本の長い建築材料１２に対して、複数の加工機が同時並行して加工処理をするように制御できる。

上記の複数の加工機には、位置が固定されているものと、搬送路１４に沿って自由に位置を移動できるものとが混在していてよい。これで、加工機の位置と搬送路上の建築材料の加工位置とを高精度に一致させることができる。例えば、搬送路に沿って数ミリメートルの位置調整機能だけ有するものでもよい。加工精度を高めるために、それだけでも加工機を移動できれば十分な場合がある。

図２は、上記の装置の加工位置制御用の制御回路の実施例ブロック図である。
図１の装置の動作説明の前に、加工位置制御の例を説明する。この装置は、材料位置算出部１６と加工位置制御部１８と材料搬送制御部２０とを備えている。位置検出機４１は、建築材料１２が搬送路１４に投入されるときにその先端を検出して、その建築材料１２の搬送開始位置データを取得する機能を持つ。

材料位置算出部１６は、クランプ３１により建築材料１２が搬送されたとき、建築材料１２が搬送路１４に沿って移動した移動量を搬送開始位置に加算して、建築材料１２の搬送路１４上の材料位置を算出する機能を持つ。

加工位置制御部１８は、建築材料１２の搬送路１４上の材料位置が各加工機の最適な加工位置と一致するように、クランプの移動量を制御するか、もしくは、静止している建築材料の材料位置に基づいて、加工機の加工位置を制御する機能を持つ。この実施例では、算出された材料位置によりその建築材料１２の加工位置を決定するので、クランプにより建築材料１２を搬送路１４上の最適位置に位置決めすることができる。

図１（ｂ）に示すように、材料搬送制御部２０は、加工を始めた建築材料１２が、次の加工のためにクランプにより搬送路１４を移動したときに、搬送路１４の上流側に空きスペースが生じると、その空きスペースに新たな建築材料１３を別のクランプで掴んで受け入れるように制御する。

こうして、下流側の建築材料１２の加工が終了していなくても、新たな建築材料１３を搬送路に受け入れることができる。新たな建築材料１３の先端の一部だけを受け入れて、その先端部分の加工を開始するように制御してもよい。また、新たな建築材料１３の全体を搬送路に受け入れて、複数の加工機で加工を開始するように制御してもよい。即ち、この搬送路には、1本または複数本の建築材料を、本数の制限無く送り込むことができ、搬送路上のスペースを自由に有効に利用することができる。

なお、各加工機は、直前に搬送された建築材料に一定の加工を施すものでもよいし、搬送路の前後に動き回って建築材料の複数箇所に加工を施すものでもよい。様々な建築材料がプレカット装置に投入され、その建築材料毎に指定された加工をすることができる。搬送路を十分に長く設定しておけば、複数の建築材料を同時に加工できるし、特殊な長尺の建築材料も、先端部分から順番に搬送しながら加工することができる。

図１に示した搬送路１４の両側に配置した加工機の数やその配置は任意である。建築材料の種類や長さに応じて、予め加工機の配置を最適位置に調整しておくと、建築材料の搬送や加工の準備時間を最小限にすることができる。また、必要に応じて図１（ｂ）に示すように、新たな加工ユニット５０を追加することもできる。即ち、搬送路を自由に伸縮することができるという効果がある。

図３は、上記の加工位置制御用の制御回路の別の実施例ブロック図である。
図の実施例の回路には、加工位置制御部１８と材料搬送制御部２０とが設けられ、複数の位置検出機４１〜４３が使用される。図２の実施例では、クランプの移動量で材料位置が制御された。例えば、図１において、搬送路１４に投入された建築材料１２が、いずれかの加工機による加工を終了して搬送路１４から排出されるまで、いずれかのクランプ１２によって常時掴まれた状態で搬送されてもよい。これには、複数のクランプが搬送路の上流から下流まで移動した後、他のクランプに衝突せずに再び上流に戻るガイド等を設けておけばよい。これにより、材料位置はきわめて高精度に制御できる。また、加工中の建築材料の支持も狂わずに正確にできる。

また、図２において、建築材料が加工を終了して搬送路１４から排出されるまで、複数のクランプ３１〜３６によって順送りされるように制御することもできる。この場合も、各クランプの移動量を精密に制御すれば、搬送開始位置に各クランプの移動量を加算して材料位置を算出できる。この場合には、全てのクランプを例えば、リニアモータ等で駆動するとよい。

一方、例えば、各クランプを油圧のプランジャ等で駆動すると、その位置精度が若干低下することもある。また、クランプを高精度に移動させても、クランプ間で建築材料を受け渡すときに、建築材料を掴む姿勢が微妙に狂うこともある。図３の実施例では、各加工機５１〜５３の直前に建築材料が搬送されてきて搬送を停止したとき、再びそのクランプもしくは別のクランプにより搬送を開始する前に、材料位置を検出する。

位置検出機４１〜４３は、建築材料１２の先端や後端や、建築材料に印刷されたマーク等を検出して、材料位置を判定するとよい。こうして、クランプにより搬送をして搬送を停止するたびに建築材料１２の位置検出をして、加工位置の精密な制御をすることができる。

クランプは次に加工をする加工機の前の最適位置に建築材料を搬送するように制御される。そのとき、位置検出機で材料位置を正確に検出してから、加工機の位置を微調整する。これにより、例えば、位置制御の１ｍｍの狂いも調整をして製品の加工精度を向上できる。

加工位置制御部による具体的な制御は次のようになる。まず、クランプを駆動して、次に加工するべき加工機前の目標位置に建築材料を搬送する。位置検出機は、このとき、その建築材料の先端、後端あるいは建築材料に付したマークの位置を検出する。加工位置制御部は、この検出位置をその建築材料の材料位置とする。続いて、建築材料の材料位置とこれから加工をするべき建築材料の加工位置と、現在の加工機の位置の関係から、加工機の必要移動量を決定する。そして、加工機の位置と上記加工位置が一致するように加工機を移動する。

図４は図２や図３の制御回路による制御例を示す装置の側面図である。
例えば、図の（ａ）に示すように、新たに建築材料１２が装置に投入されると、位置検出機４１がその先端を検出し、搬送開始位置が決定される。このとき、クランプ３１で建築材料１２を掴んで支持し、加工機５１で建築材料１２の先端部の加工をする。次に（ｂ）に示すようにクランプ３２がクランプ３１に近づいて、建築材料１２の先端を掴む。

クランプ３１はここで建築材料１２を開放して、クランプ３２に搬送を任せる。即ち、この例では、クランプ３１は建築材料１２を一時的に支持するだけで搬送はしない。図の（ｃ）に示すようにクランプ３２が建築材料１２を搬送した後に、クランプ３２とクランプ３１とで建築材料１２を掴んで支持する。そして、加工機５２と５３とで同時に建築材料１２の加工をする。

その後クランプ３２が建築材料１２を持ち替えて、図の（ｄ）に示すように、今度は建築材料１２を搬送路の上流方向に少し戻すように搬送する。そして、クランプ３２とクランプ３１とで建築材料１２を支持した状態で加工機５１を作動させる。例えば、ここで、建築材料１２の後端側を規定の寸法に切断するといった加工をする。その後、クランプ３２はクランプ３３の待機する場所まで建築材料１２を搬送して、クランプ３３に建築材料１２を受け渡す。

上記のように、複数のクランプを利用して、建築材料１２を搬送路上で自由に搬送して、最適位置で各種の加工を施すことができる。その場合にも、この実施例では、最初に位置検出機４１で搬送開始位置が決定されているので、複数のクランプで搬送した距離を積算すれば常に建築材料の正確な位置制御ができる。なお、複数の建築材料への連続的な加工動作については、後で図６を用いて説明する。

図５は、クランプ３１の具体例を示す斜視図である。
クランプ３１は、搬送路に設けられたローラー３７上を自由に転がって移動するように支持されている。ローラー３７は、建築材料を滑らせることができるガイド板でも構わない。クランプ３１は、例えば、建築材料１２を両側からアームで挟むように構成されている。なお、クランプ３１に、建築材料１２を持ち上げたり、矢印３８の方向に回転させたりする機能があればより多様な加工が可能になる。このほかに、建築材料を掴むアームと建築材料を支えるローラを備えたクランプも使用できる。さらに、建築材料を上下方向から掴むようなものも使用できる。

図６（ａ）〜（ｇ）は、上記の装置の具体的な動作中の各タイミングの側面図である。
この図では、図面の煩雑さを防ぐために、加工機本体は全て一定の形状の台で表した。また、クランプは建築材料の上方からアームを出すものや側方からアームを出すものが混在してよいが、全て下側からアームを出す構造のもので表した。
まず、（ａ）で、建築材料１２が搬送路に投入されると、位置検出機４１が建築材料１２の先端を検出する。そして、クランプ３１が建築材料１２の先端を掴む。ここで、建築材料１２の先端が加工される。この図では、ハッチングをつけた部分の加工機が動作していることを表している。

この時、クランプ３１は建築材料１２を固定して支持し続ける。加工が終了すると、今度は（ｂ）で、クランプ３２が、建築材料１２の先端を掴む。クランプ３１は建築材料１２を開放する。クランプ３２は建築材料１２の搬送をする。クランプ３１で建築材料１２をクランプ３２の待機する場所まで搬送しても構わない。（ｃ）で、クランプ３２とクランプ３１が建築材料１２を支持して、加工機５２が建築材料１２を加工する。

次に、（ｄ）で、クランプ３２が上流に移動して、建築材料１２の中央付近を掴む。（ｅ）に示すように、クランプ３２が建築材料１２の搬送し、クランプ３３が建築材料１２の先端を掴む。クランプ３２とクランプ３３が建築材料１２を支持した状態で、加工機５３が建築材料１２を加工する。次に（ｆ）で、クランプ３３が建築材料１２を少し下流側に移動させる。この状態で建築材料１２は、加工機５２と加工機５３と加工機５４によって、同時に様々な加工がされる。

なお、これと並行して、建築材料１３が搬送路に投入される。そして、建築材料１３がクランプ３１に支持された状態で、加工機５１により加工される。次に（ｇ）で、建築材料１２は加工を終えて、クランプ３３とクランプ３４とクランプ３５によって、下流側に搬送される。建築材料１３は、クランプ３２によって搬送されて、加工機５１と加工機５２と加工機５３によって、同時に様々な加工がされる。

例えば、上記のような手順で、複数の建築材料が、複数のクランプにより順次搬送されて、搬送路上で同時並行してプレカット加工をすることができる。

図７は、建築材料の搬送方法の変形例を説明するための搬送路側面図である。
この図を用いて建築材料の別の搬送方法を説明する。ここでは、複数のクランプを用いて、建築材料１２を順送りしながら位置制御を行う動作を中心に説明する。搬送路上で建築材料１２が静止しているタイミングで、いずれかの加工装置が加工を行うが、この説明は省略する。

まず、始めに、（ａ）に示すように、建築材料１２が搬送路に投入されると、建築材料１２の先端部分をクランプ３１が掴む。ここでなんらかの加工が施される。次に、（ｂ）に示すように、クランプ３１は建築材料１２を掴んで下流側に搬送する。建築材料１２の先端部分がクランプ３２に達すると、クランプ３２が建築材料１２の先端部分を掴む。その後、（ｃ）に示すように、クランプ３１は建築材料１２を解放して上流側に移動し元の位置に戻る。この状態で別の加工が施される。

続いて、（ｃ）の状態で、クランプ３１は、再び建築材料１２を掴む。このとき、クランプ３２は建築材料１２を解放する。その後（ｄ）に示すように、クランプ３１は建築材料１２を掴んだまま下流側に移動する。ここで、再びクランプ３２が建築材料１２の先端部分を掴む。その後、クランプ３１は、（ｅ）に示すように、建築材料１２を解放して上流側に移動し元の位置に戻る。今度は、（ｆ）に示すように、クランプ３２が建築材料１２を掴んで、下流側に移動して、これをクランプ３３に渡す。その後の動作説明は省略するが、加工の手順や加工機の位置に応じて、様々な受け渡し制御をすることができる。

１２ 建築材料
１３ 建築材料
１４ 搬送路
１６ 材料位置算出部
１８ 加工位置制御部
２０ 材料搬送制御部
２２ 投入搬送装置
２４ 投入搬送台
２６ 排出搬送装置
２８ 排出搬送台
３１ クランプ
３２ クランプ
３３ クランプ
３４ クランプ
３５ クランプ
３６ クランプ
３７ ローラー
３８ 矢印
４１ 位置検出機
４２ 位置検出機
４３ 位置検出機
４４ 位置検出機
５０ 加工ユニット
５１ 加工機
５２ 加工機
５３ 加工機
５４ 加工機
５５ 加工機
５６ 加工機
６１ 加工機
６２ 加工機
６３ 加工機
６４ 加工機
６５ 加工機
６６ 加工機

Claims (2)

1. 木造建築に使用される柱及び横架材を含む複数の建築材料を送り込み、これらに連続的にプレカット加工を施すための装置であって、
   送り込まれた建築材料を長手方向に搬送するために設けられた搬送路と、
   上記搬送路を搬送される建築材料にプレカット加工を施す加工機と、
   上記建築材料を掴んで、上記加工機による加工動作中は建築材料の位置を固定し、加工前及び加工終了後は上記搬送路に沿って移動して上記建築材料を搬送する複数のクランプと、
   上記搬送路上の建築材料の材料位置が上記加工機の加工位置と一致するように上記クランプの移動量を制御し、上記建築材料がいずれかのクランプにより上記搬送路に沿って移動して上記搬送路の上流側に空きスペースが生じたとき、その空きスペースに新たな建築材料を 別のクランプで掴んで受け入れて、下流側の建築材料の加工が終了する前に、新たな建築材料の加工を開始するように制御する材料搬送制御部を備え、
   上記搬送路は加工対象となる複数の建築材料を連続的に長手方向に並べて搬送できる長さに設定されており、
   建築材料が搬送路に投入されるときにその材料位置を検出して、その建築材料の搬送開始位置とする材料位置検出部と、
   その後いずれかのクランプにより建築材料が搬送されたとき、そのクランプが搬送路に沿って移動した移動量を上記搬送開始位置に加算して、上記建築材料の上記搬送路上の材料位置を算出する材料位置算出部が設けられ、
   搬送路に投入された建築材料は、いずれかの加工機による加工を終了して搬送路から排出されるまで、いずれかのクランプによって常時掴まれた状態で搬送され、
   搬送路に投入された建築材料は、いずれかの加工機による加工を終了して搬送路から排出されるまで、複数のクランプによって順送りにより搬送されることを特徴とするプレカット加工装置。
2. 上記複数の加工機には、搬送路に沿って加工位置を移動できるものが含まれており、
   建築材料がクランプにより搬送路上を搬送されて搬送を停止したとき、再びそのクランプもしくは別のクランプにより搬送を開始する前に、その建築材料の先端もしくは後端もしくは所定のマークを検出して、その建築材料の材料位置を検出する材料位置検出部と、
   上記材料位置検出部で検出した上記建築材料の材料位置と加工位置に基づいて上記加工機の位置が上記加工位置と一致するように、加工機を移動させる制御を行う加工位置制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプレカット加工装置。

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