JP6376540B2 - 集材車とその駆動方法 - Google Patents

Description

この発明は、丸太等の重量物を積載して傾斜地を走行し運搬する集材車とその駆動方法に関する。

従来、山間部の傾斜地で伐採し造材された丸太を林道等へ搬出する作業には、いろいろな搬出用機械が使用されている。例えば、タワーヤーダは北欧で開発され日本に導入された架線式集材機械であり、トラックやトレーラをベースマシンとして、集材用のウインチとワイヤーロープを高く張り上げるためのタワーを装備している。タワーヤーダによる搬出作業を行うときは、スカイライン（主索Φ１８、長さ２００ｍで約２８０ｋｇ）や、タワー（約８ｍの支柱：高さは電柱と同等）が倒れないように支持するための複数本（通常５〜６本）のガイドライン（控索）や、引き寄せ索、引き戻し索を張り、引き寄せ索や引き戻し索を環状に動作させるための多数の滑車を配置する。また、タワーヤーダを使用しないエンドレスタイラー式もあり、これは傾斜地に張り巡らせたワイヤーロープをドラム巻取装置で循環的に回しながら運搬するものである。

一方、特許文献１、特許文献２、特許文献３には、土木建設用の作業車を傾斜地に走行させることが開示されている。これは、傾斜地の作業を行う地点よりも上方位置（山側）に左右一対の固定点を設け、作業車には左右一対のウインチを設置して、両ウインチから繰出した昇降用ワイヤーロープを各固定点にそれぞれ固定し、作業車の上下移動や左右移動に応じて両ウインチにより昇降用ワイヤーロープを巻取ったり、繰出したりすることで作業車の移動を助勢するものである。この様な作業車により、傾斜地で伐採した丸太を載せて走行させ、搬出作業を行うことができる。

特開平１１−２１９３６号公報 特開２００８−４５２９５号公報 特開平４−１２０３１９号公報

上記背景技術の場合、タワーヤーダやエンドレスタイラー式のように、架線を用いる搬出作業は、複数本の索を張る作業や滑車を配置する作業に熟練が必要で、かつ作業者の負担が大きく疲労が蓄積しやすいものである。また、タワーヤーダ等の高性能林業機械は高価であり、費用対効果を追い求めざるを得ないため、さらに作業者の負担が大きく、林業従事者の離反を招いていた。

また、特許文献１、特許文献２、特許文献３のように、作業車を昇降用ワイヤーロープで固定して傾斜面を走行させて集材する方法は、作業車が、斜面に直交する方向や斜め方向への移動することが困難であり、また立木の間を縫うように走行することができず、任意の方向に丸太を搬送することができないものである。さらに、作業車への丸太の積み込み作業や運転作業も難しく、熟練を要するものである。

この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な操作で安全に傾斜地を走行し、傾斜地から丸太を効率よく搬出する集材車とその駆動方法を提供することを目的とする。

本発明は、斜面を走行する車体と、前記車体を移動させる走行装置と、前記車体の水平面上の中心に一致する回動軸を有する旋回台と、前記旋回台に取り付けられ前記旋回台の前記回動軸に交差する回転軸の軸周りに回転可能なワイヤーロープ巻取ドラムとが設けられた集材車である。前記ワイヤーロープ巻付けドラムには、ワイヤーロープが巻き付けられ、前記斜面の山側に前記ワイヤーロープの一方の端部が保持され、前記ワイヤーロープの他方の端部側が前記ワイヤーロープ巻取ドラム側に取り付けられて、前記車体を牽引可能に設けられている。前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、前記ワイヤーロープの繰り出し位置が、前記旋回台の前記回動軸上に位置し、前記ワイヤーロープに掛かる張力が、前記旋回台の中心と、前記斜面の山側の前記一方の端部とを通る直線に一致し、前記ワイヤーロープ巻取ドラムの前記回転軸に対して直交する面と前記ワイヤーロープの線が重なるように、前記旋回台が回動可能に設けられている。さらに、前記旋回台に対して固定され前記回転軸と同軸に設けられた雄ネジ軸を備え、前記ワイヤーロープ巻付けドラムは雌ネジ部材を介して前記雄ネジ軸に設けられ、前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、前記回転軸方向に移動可能に取り付けられ、前記ワイヤーロープ巻取ドラムの回転により、前記ワイヤーロープの巻き取りピッチと等しい量だけ前記ワイヤーロープ巻取ドラムが前記回転軸方向に移動し、前記ワイヤーロープの繰り出し位置と前記旋回台の中心とが常に一致するように設けられている集材車である。

前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、ブレーキ内蔵型等の油圧モータにより駆動されるものである。

前記旋回台は、前記ワイヤーロープの繰り出し位置から所定の距離に、前記ワイヤーロープを支持して繰り出す繰り出し口を備えるものである。

前記車体は、その中央部に、搬送用丸太の積込み可能な空間を有し、前記丸太の上面に跨るように前記車体を移動して、前記丸太を積み込み可能に設けられているものである。

また本発明は、斜面を走行する車体と、前記車体を移動させる走行装置と、前記車体の水平面上の中心に一致する回動軸を有する旋回台と、前記旋回台に取り付けられ前記旋回台の前記回動軸に交差する回転軸の軸周りに回転可能なワイヤーロープ巻取ドラムが設けられ、前記ワイヤーロープ巻付けドラムには、ワイヤーロープが巻き付けられ、前記斜面の山側に前記ワイヤーロープの一方の端部が保持され、前記ワイヤーロープの他方の端部側が前記ワイヤーロープ巻取ドラム側に取り付けられて、前記車体を牽引可能に設けられ、前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、前記ワイヤーロープの繰り出し位置が、前記旋回台の前記回動軸上に位置し、前記ワイヤーロープに掛かる張力が、前記旋回台の中心と、前記斜面の山側の前記一方の端部とを通る直線に一致し、前記ワイヤーロープ巻取ドラムの前記回転軸に対して直交する面と前記ワイヤーロープの線が重なるように、前記旋回台が回動可能に設けられ、前記車体の複数箇所に荷重測定センサが設けられ、前記センサの出力が入力される演算部を備え、前記演算部は、前記複数のセンサによる荷重から、前記車体の傾斜角を求め、求めた前記傾斜角から、前記斜面に平行な方向の力を求めるとともに要求される前記ワイヤーロープの張力を求め、求めた前記張力を基に、前記ワイヤーロープ巻取ドラムを駆動して前記ワイヤーロープにより前記車体を走行させる集材車の駆動方法である。

前記ワイヤーロープ巻取ドラムを油圧モータにより駆動し、前記油圧モータの正転及び逆転により、前記車体を前記斜面上で走行させるものである。

本発明の集材車とその駆動方法は、簡単な操作で安全に傾斜地を走行装置により走行し、傾斜地から丸太を効率よく搬出することができる。さらに、山側に張ったワイヤーロープを、巻取ったり繰出したりすることで作業車の移動を助勢することができ、走行する傾斜地の位置や傾斜角度に合わせてワイヤーロープを操作し、安定して搬送作業を自由に行うことができる。

この発明の一実施形態の集材車の正面図（ａ）と左側面図（ｂ）である。 この実施形態の集材車の繰り出し位置の正面図（ａ）と上面図（ｂ）である。 この実施形態の集材車の滑落防止用安全ブレーキの部分破断正面図である。 この実施形態の集材車の斜面と直交方向に走行する状態を示す概略図である。 この実施形態の集材車の斜面方向に走行する状態を示す概略図である。 この実施形態の集材車が１つの斜面を傾斜方向に対して４５°の角度で走行する状態を示す概略図である。 この実施形態の集材車が走行する斜面の傾斜が２種類となる状態を示す概略図である。 この実施形態の集材車のワイヤーロープの張力を制御する油圧装置の概略油圧回路図である。 この実施形態の集材車のワイヤーロープの繰り出し位置が、山側のワイヤーロープ固定位置と集材車の中心を繋ぐ線上に位置する状態を示す集材車の概略平面図である。 この実施形態の集材車のワイヤーロープの繰り出し位置が、山側のワイヤーロープ固定位置と集材車の中心を繋ぐ線上にない状態を示す集材車の概略平面図である。 この実施形態の集材が走行する斜面が２種類となる時に使用するワイヤーロープ用保持器の概略図である。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図１１はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の集材車１０は、クローラ式走行装置１４を備えて構成される車体１２が設けられている。車体１２には、既存のエンジンや減速機等の駆動機構等の各種装置が内側に設けられている。車体１２の上面１２ａには、ドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５が設けられている。

ドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５について、以下に説明する。まず、ドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５が取り付けられる車体１２の上面１２ａは、クローラ式走行装置１４の設置面と平行であり、図９、図１０に示すように、設置面に対して直角方向上方から見てほぼ円形であり、円周上の、直径方向に位置する互いに平行な一対の側面部分が、直線状に形成されている。上面１２ａの中央に旋回台１６は、旋回ベアリング１７を介して回転可能に設けられている。旋回台１６は、一方向に長い矩形であり、旋回台１６の回動軸は、この矩形の中心に位置するとともに旋回ベアリング１７の中心であり、車体１２の水平方向の略中心に一致している。旋回台１６の、回動軸の近傍にはブレーキ内蔵型油圧旋回モータ１９が設けられ、ブレーキ内蔵型油圧旋回モータ１９により車体１２に対して旋回台１６を回転させることができる。車体１２には旋回角検出センサ２１が設けられ、旋回台１６の、ブレーキ内蔵型油圧旋回モータ１９による回転角度を検出する。センサ２１の出力は、車体１２の内部に設けられた図示しない制御部で演算処理される。

旋回台１６の長手方向の両端部には、板状の保持板１８，２０が設けられている。保持板１８，２０は、旋回台１６の上面から略直角に一体に上方に、つまり車体１２とは反対方向に突出して設けられている。一方の保持板１８には、雄ネジ軸２２が取り付けられている。雄ネジ軸２２は、旋回台１６の長手方向に対して平行であり、車体１２の上面１２ａと平行に設けられ、一方の端部は保持板１８に固定され、他方の端部は、反対側の保持板２０付近に達し、保持板２０から離間している。雄ネジ軸２２には、雌ネジ部材であるナット２３が取り付けられている。雄ネジ軸２２とナット２３は、既存のボールねじ装置を利用してもよい。

雄ネジ軸２２とナット２３の外側には、回転筒２４が設けられている。回転筒２４の軸方向の長さは雄ネジ軸２２よりも長く、回転筒２４の中心軸に雄ネジ軸２２が位置している。回転筒２４の両端部には、円板形状のスライド軸保持板２６が取り付けられ、スライド軸保持板２６の直径は、回転筒２４の直径より大きく、回転筒２４の端部の外周を一周してフランジを形成している。一対のスライド軸保持板２６の間には、回転筒２４の周囲に、６個のスライド軸２８が円周に沿って等間隔に設けられている。各スライド軸２８は、回転筒２４に対して平行であり、回転筒２４の長手方向と同じ長さである。

一対のスライド軸保持板２６は、一対の保持板１８，２０に対して各々平行に対面して取り付けられている。保持板１８に対面する一方のスライド軸保持板２６は、中心軸を軸とする円筒部３３が外側に突出し、円筒部３３は転がり軸受け３４を保持する。転がり軸受３４は、保持板１８と円筒部３３の間に設けられている。保持板２０に対面する他方のスライド軸保持板２６は、ブレーキ内蔵型油圧モータ３６を介して保持板２０に取り付けられて駆動される。ブレーキ内蔵型油圧モータ３６には、減速機３７が取り付けられている。そして、ブレーキ内蔵型油圧モータ３６により、回転筒２４、スライド軸保持板２６、スライド軸２８が一体に回転駆動され、雄ネジ軸２２の中心軸を中心に回転する。

６個のスライド軸２８の外側には、１個のワイヤーロープ巻取ドラム３０が取り付けられている。ワイヤーロープ巻取ドラム３０は、ワイヤーロープ２９を巻き回すものであり軸方向の長さは、回転筒２４とスライド軸２８よりも短く、直径は６個のスライド軸２８を覆う長さの円筒形状である。ワイヤーロープ巻取ドラム３０は、摺動部材３２を介してスライド軸２８に、摺動可能に取り付けられている。摺動部材３２は、ワイヤーロープ巻取ドラム３０の内周面に固定され、スライド軸２８に対して摺動するものである。１個のスライド軸２８に２個の摺動部材３２が軸方向に離間して取り付けられ、合計１２個の摺動部材３２で取り付けられている。各スライド軸２８に取り付けられた２個の摺動部材３２のうち、保持板１８に近い一方の摺動部材３２は、雄ネジ軸２２に螺合されたナット２３に連結されている。ナット２３には、雄ネジ軸２２の外周に突出するフランジ部２３ａが一体に設けられ、フランジ部２３ａの外周縁に摺動部材３２が固定されている。これにより、ナット２３と摺動部材３２及びワイヤーロープ巻取ドラム３０が、一体として雄ネジ軸２２の軸方向に移動可能に設けられている。

ワイヤーロープ巻取ドラム３０の外周面には、ワイヤーロープ２９が巻き取られて嵌合する半円形状の溝部３８が軸周りに螺旋状に設けられている。また、ワイヤーロープ巻取ドラム３０の、組立状態で保持板１８に近い端部付近に、ワイヤーロープ２９の端部を固定する固定部材４０が設けられている。ワイヤーロープ２９は、ワイヤーロープ巻取ドラム３０の外周面を、保持板１８側から保持板２０側に向かって巻き回されるものである。

旋回台１６には、ワイヤーロープ巻取ドラム３０の外周面の下面に近接するプレッシャーローラ４８が設けられている。ワイヤーロープ巻取ドラム３０に巻き回されたワイヤーロープ２９は、プレッシャーローラ４８を経てワイヤーロープ巻取ドラム３０から離れて引き出され、プレッシャーローラ４８の位置が、ワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５（ワイヤーロープ２９を繰り出す時にワイヤーロープ巻取ドラム３０から離れる位置）となる。プレッシャーローラ４８は旋回台１６の中心に位置し、つまり旋回台１６の回動軸に一致し、車体１２の水平方向の中心である。プレッシャーローラ４８は、旋回台１６の旋回に伴って向きがワイヤーロープ巻取ドラム３０とともに変わり、プレッシャーローラ４８の軸方向は常にワイヤーロープ巻取ドラム３０の軸方向に対して平行である。そして、ブレーキ内蔵型油圧モータ３６によりワイヤーロープ巻取ドラム３０が軸周りに回りながら軸方向にスライドする時、常に車体１２の水平方向の中心で、ワイヤーロープ２９をワイヤーロープ巻取ドラム３０側に圧接する。

旋回台１６の、プレッシャーローラ４８の側方には、プレッシャーローラ４８から引き出されたワイヤーロープ２９を上下から挟む一対のロープシープ５０が設けられている。ロープシープ５０の軸方向は、ワイヤーロープ巻取ドラム３０とプレッシャーローラ４８と同じである。一対のロープシープ５０の、プレッシャーローラ４８と反対側の両脇には、ロープシープ５０を通過したワイヤーロープ２９を左右から挟む一対のワイヤーロープガイドローラ５２が設けられている。ワイヤーロープガイドローラ５２の軸方向は、ロープシープ５０の軸方向に対して直角に位置している。ロープシープ５０とワイヤーロープガイドローラ５２は、枠部材５４に保持されて旋回台１６に固定されている。旋回台１６の旋回に伴って移動し、常にプレッシャーローラ４８の延長線上に位置している。一対のロープシープ５０中間で、一対のワイヤーロープガイドローラ５２の中間に位置するところは、ワイヤーロープ２９の繰り出し口５５となる。

プレッシャーローラ４８と一対のロープシープ５０の間には、ワイヤーロープ２９の上側にワイヤーロープ上方向検出センサ５６が設けられている。ワイヤーロープ上方向検出センサ５６の、ワイヤーロープ２９を挟んで下側にワイヤーロープ下方向検出センサ５８が設けられている。

車体１２の下面１２ｂには、一対のクローラ式走行装置１４が設けられている。クローラ式走行装置１４は、前後方向に長い走行フレーム６０を有し、走行フレーム６０の前端部に設けられる遊動輪６２と、走行フレーム６０の後端部に設けられる駆動輪６４が設けられ、遊動輪６２と駆動輪６４との間に巻き回された覆帯６６を備えて構成されている。走行フレーム６０には、覆帯６６を走行フレーム６０の下側で案内する複数のローラ６９が設けられている。

クローラ式走行装置１４は、前後左右の計４本の支柱７０で車体１２を支えている。各支柱７０には、荷重測定センサ７２が設けられている。

一対のクローラ式走行装置１４の間には、被運搬物である丸太４６を収容する収容凹部４２が両端部に貫通して設けられている。収容凹部４２には、丸太４６を保持する保持装置である丸太積込みロープ４４が伸縮可能に設けられている。丸太積込みロープ４４は、一対のクローラ式走行装置１４に対して交差する方向に設けられ、図１（ｂ）に示すように、長さの中心が、収容凹部４２の上面１２ａに対して平行な天井部分に固定され、１本の丸太積込みロープ４４の中心を挟んで左右一対の両側に、例えば２本の丸太４６が保持される。

集材車１０には、滑落防止用安全ブレーキ７４が設けられている。滑落防止用安全ブレーキ７４は、図３に示すように、ワイヤーロープ巻取ドラム３０の一対のスライド軸保持板２６のうち、保持板１８に対面する方に、側面円周に複数個の回り止め用ロックピン穴７８を形成し、後述の図８に示す油圧装置の故障や非常停止ボタン操作を操作した時などに、後述するワイヤーロープ巻取ドラム回り止め装置に組み付けた油圧シリンダー８１の油圧回路の油圧を減圧させ、圧縮ばね８３の力でロックピン７９を回り止め用ロックピン穴７８に打ち込む。ロックピン７９を解除する時は、イヤーロープ巻取ドラム回り止め装置に組み付けた油圧シリンダー８１に油圧を供給しロックピン７９を引き戻す。

集材車１０の旋回台１６には、カバー７６が設けられている。カバー７６は、ドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５であるワイヤーロープ２９やワイヤーロープ巻取ドラム３０、ロープシープ５０、ワイヤーロープガイドローラ５２等を収める構造をとる。このため、カバー７６は巻き取ったワイヤーロープ２９を含むドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５全体を雨露や埃、落下物から守り、ワイヤーロープ２９の保管性を高めることができる。

次に、集材車１０のワイヤーロープ巻取ドラム３０の力の算出について図４に基づいて説明する。集材車１０は、ワイヤーロープ２９の一端部をドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５に取り付け、他方の端部を、集材車１０の山側のワイヤーロープ２９の固定位置に固定し、ワイヤーロープ２９を巻き取ったり繰出したりすることで走行を助勢するものである。集材車１０のドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５は、傾斜地で走行中に変化する斜面に平行な分力と同等な力でワイヤーロープ２９に張力をかける。

図４は、集材車の斜面と直交方向に走行する状態を示す概略図である。なお、Ｗは、集材車１０と丸太４６の重さを示す。Ｎは、斜面に対して垂直な分力を示す。Ｆは、斜面に対して平行な分力（滑落力）を示す。集材車１０のワイヤーロープ巻取ドラム３０は、走行中に変化する斜面に平行な分力Ｆと同等な張力でワイヤーロープ２９を引っ張る。集材車１０を山側のワイヤーロープ２９固定位置からワイヤーロープ２９で支えると、集材車１０に作用する斜面に平行な分力Ｆ（以降、滑落力Ｆと記載する）は、集材車１０と丸太４６を合わせた斜面に垂直な分力Ｎを、車体１２側から２輪の覆帯６６を回す駆動輪６４や遊動輪６２、ローラ６９を取り付けた覆帯６６を前後左右４本の支柱７０で支えて、それぞれの支柱７０に設けられた歪ゲージ式の荷重測定センサ７２で、分力Ｎ＝Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４を読み取る。Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４は、各々前後左右４本の支柱７０の荷重測定センサ７２により得られた力の値である。

また、集材車１０の走行中に変化する斜面の傾斜角度θは、予め集材作業の前にＧＰＳ３次元測位装置を持参して山林の走行予定経路を歩き、山林の位置（経緯と緯度）や高度を点列でデータを入力し、集材車１０は、制御部によりそのデータと集材車１０の位置を照らし合わせ、集材車１０の向きや傾きを求める。例えばこの時、約５〜１０ｍ間隔で得る複数のデータを内挿補間する。更に、前記データと同様に集材車１０の斜面上の角度αを得て、集材車１０の滑落力Ｆを、計算式Ｆ＝Ｎｓｉｎθ×ｃｏｓαで得る。なお、αは、図６、図７に示すように、山側のワイヤーロープ固定位置から支えたとき、斜面に沿って水平線に下ろした垂線と、山側のワイヤーロープ固定位置と集材車１０を直線で繋いだ線の角度である。

集材車１０の制御部は、集材車１０の滑落力Ｆにつり合うワイヤーロープ２９の張力を得るため、油圧力を、上記計算式で得た値に変換し、比例電磁式圧力制御弁と、ブレーキ内蔵型油圧モータ３６と、減速機３７と、ワイヤーロープ巻取ドラム３０を組み合わせた動力の伝達方式で、ワイヤーロープ２９の張力を設定し、この時の油圧設定値を保ちながら外部のクローラ式走行装置１４の走行力でワイヤーロープ巻取ドラム３０を回転駆動する。なお、このときブレーキ内蔵型油圧モータ３６の逆転も正常運転の範囲にある。

次に、図８に示す油圧装置の基本動作について説明する。先ず、油圧ポンプ８０側のシステム圧力を、比例電磁式圧力制御弁８２で目標値に制御し、ブレーキ内蔵型油圧モータ３６で発生させた回転トルクを、減速機３７を介してワイヤーロープ巻取ドラム３０に伝える。集材車１０が登坂する時、ワイヤーロープ巻取ドラム３０は巻取り動作を行う。逆に降板する時は、ワイヤーロープ巻取ドラム３０はワイヤーロープ２９を繰り出すため、油圧ポンプ８０側のシステム圧力を保持したままブレーキ内蔵型油圧モータ３６が逆転する。この時は油圧ポンプ８４側が油を補給する。なお、ワイヤーロープ２９の交換やメンテナンスを行うとき、ワイヤーロープ２９の巻取り速度を手動の操作バルブ８６で調整する。

集材車１０の、滑落力Ｆに釣り合うワイヤーロープ２９の張力は、図８の、エンジン８８と油圧ポンプ８０で油圧と油量を制御し、その油エネルギーを例えばナブテスコ社製のブレーキ内蔵型油圧モータ付きの減速機３７でワイヤーロープ巻取ドラム３０に伝える。なお集材車１０に用いる油圧回路とクレーンなどに用いられる油圧回路の違いは、この時の油圧設定値を保ちながら外部のクローラ走行力でワイヤーロープ巻取ドラム３０を回転駆動するブレーキ内蔵型油圧モータ３６の逆転も正常運転の範囲にあることにある。外部のクローラ走行力でワイヤーロープ巻取ドラム３０を回転駆動するブレーキ内蔵型油圧モータ３６を逆転する時、減速機３７は増速する役目を果たすため、集材車１０は効率の良い遊星歯車式減速機を用いると良い。

省エネルギーを追及する場合は、ワイヤーロープ巻取ドラム３０を回転駆動する油圧回路のワイヤーロープ牽引力用油圧ポンプを比例電磁式圧力・流量制御形可変ピストンポンプ（例えば油研工業社製）に置き換え、油圧モータ逆転時補給用ポンプを可変容量形ピストンポンプ（例えば不二越社製）に置き換えることができる。

集材車１０の、ワイヤーロープ巻取ドラム３０の動作は、旋回台１６に取り付けたブレーキ内蔵型油圧モータ３６が付いた減速機３７で、回転筒２４に回転トルクを伝える。ワイヤーロープ巻取ドラム３０は、前述のように、６本のスライド軸２８で軸方向にスライドできるように支えられている。スライド軸２８は、一対のスライド軸保持板２６を介して回転筒２４に固定されている。ワイヤーロープ巻取ドラム３０は、回転筒２４のワイヤーロープ巻取動作（回転動作）において、ワイヤー巻取ピッチと同じ移動量だけ雄ネジ軸２２で軸方向に送られる。これにより、ワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５が定点であるドラムシフター構造とすることができる。さらに、ワイヤーロープ２９の溝部３８の飛びや、乱巻を防ぐプレッシャーローラ４８の位置も定点構造となる。プレッシャーローラ４８は、急速なワイヤーロープ２９の繰出しや解放時にワイヤーロープ２９がワイヤーロープ巻取ドラム３０上から離れ、ゆるみを生じることがあるが、このような場合にプレッシャーローラ４８はワイヤーロープ２９を抑え、他の溝部３８に飛ぶのを防止して、常に正常な位置を保つ。

集材車１０のワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５を旋回台１６の中心に置き、さらに旋回台１６の中心を車体１２の中心に置くことで、ワイヤーロープ２９の繰出し位置３５を集材車１０の中心に置く。この設定で、ワイヤーロープ２９の張力の発生位置が常に集材車１０の中心にある。これにより、集材車１０に対して、旋回方向の力のモーメントである、車体１２の中心を旋回軸としたモーメントを発生させない。

なお、ワイヤーロープ２９の安全に関係する法規に従い、ワイヤーロープ２９の消耗を少なくするため、ワイヤーロープ２９の径に対するワイヤーロープ巻取ドラム３０の径やロープシープ５０の径の比数を大きく設定することや、ワイヤーロープ巻取ドラム３０のロープ巻取ピッチをワイヤーロープ２９の直径より大きく設定しワイヤーロープ２９同士の擦りを無くする（互いに接触させない）こと等の基本的な事項を順守することが好ましい。

集材車１０は、ワイヤーロープ２９の繰出し位置が定点であるドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５を備え、このワイヤーロープ２９の繰出し位置を集材車１０の中心に置き、張力の発生位置が常に集材車１０の中心にある構造と、山側のワイヤーロープ２９固定位置と集材車１０の中心を直線で繋ぐと、集材車１０のワイヤーロープ２９の繰出し口がこの直線上にあるようにブレーキ内蔵型油圧旋回モータ１９を用いてワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５を制御している。これにより、ワイヤーロープ巻取ドラム３０から繰り出されたワイヤーロープ２９の消耗に大きくかかわる曲げ数を最小にすることができる。

集材車１０はクローラ式走行装置１４により傾斜地を走行する際、覆帯６６を回す駆動輪６４や遊動輪６２、及びローラ６９や走行フレーム６０に加わる重さは、主に集材車１０本体の重さと、丸太４６の重さであるが、その重心位置は、ワイヤーロープ２９の繰出し量やワイヤーロープ巻取ドラム３０の位置の変化や丸太４６の積載位置の影響を受ける。そこで、傾斜地において重さや重心位置を捉えるため、車体１２をクローラ式走行装置１４で支える支柱７０に取り付けた荷重測定センサ７２で荷重を読み取る。

集材車１０は、走行中に変化する傾斜角度θをより正確に得るため、ワイヤーロープ２９の張力を増減制御して前後左右の支柱７０に取り付けた４個の荷重測定センサ７２の読取値が均等になる（４個の読取値のバラツキが所定のしきい値内に納まる）時の傾きを傾斜角測定センサで読取る。

なお、集材車１０の傾斜角度θは、地面の陥没や隆起の影響を受けて４個の荷重測定センサ７２の読取値が均等にならないことも予想される。この様な場合、図６に示すように、読取値を左右２個ずつのグループと前後２個ずつのグループに分けて、山側のワイヤーロープ固定位置から傾斜面に沿って水平線に下ろした垂線を基準として集材車１０の走行角度４５°をしきい値に設定し、４５°以下の場合は読取値を前後２個ずつのグループで荷重の均等を判断し、４５°を超える時は、左右の２個ずつのグループで荷重の均等を判断する。また、集材車１０は一度走行した経路を同様に走行する時は、作業者の操縦操作を軽減するため走行動作の学習機能を備える。

集材車１０に加わる荷重の測定や傾斜角度θや張力等の情報の演算処理と信号の出力などを処理する制御部は、高い安全性と安定性があるＰＬＣ（プログラマルロジックコントローラ）を用い、集材車１０の操作は無線による遠隔装置とする。

また、図６、図７に示すように、集材車１０が走行可能な角度の範囲αは、約±２０°で、この範囲内であれば、立木を避けながら登坂や降板や斜行ができる。また、傾斜面は図６のように単一の平面ではなく、図７のように途中から面の方向が大きく変化することが予想される。この時は、第２、第３の山側のワイヤーロープ２９固定位置を作り、ワイヤーロープ２９の張力方向を変えることになる。ワイヤーロープ２９の固定方法は、図１１に示すように、変局線（例えば、斜面１と斜面２の境界の線）付近の立木から屈曲半径の大きいワイヤーロープ用保持器３１をのばし、ワイヤーロープ２９を保持する。

集材車１０の、ドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５は、車体１２の上面１２ａに取り付けたワイヤーロープ巻取ドラム３０の回転軸が、車体１２の上面１２ａと常時平行に設定され、ワイヤーロープ２９の巻取動作でワイヤー巻取ピッチと同じ量を雄ネジ軸２２で、ワイヤーロープ巻取ドラム３０を軸方向に送り、ワイヤーロープ２９の繰出し位置が定点である。従って、ワイヤーロープ２９の繰出し位置を、集材車１０の中心に置き、張力の発生位置が常に集材車１０の中心にあることで、滑落力Ｆにつり合うワイヤーロープの張力（＝滑落力Ｆ）を、集材車１０の中心に作用させ、集材車１０に旋回方向のモーメントを発生することがない。

集材車１０の滑落力Ｆは、山側のワイヤーロープ固定位置から支え、山側のワイヤーロープ固定位置と集材車１０の中心を直線で繋ぐとともに、集材車１０のワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５がこの直線上にあるよう設定する。そのため、集材車１０にはＧＰＳ受信機を搭載し、集材車１０から山側のワイヤーロープ固定位置を見た時の方位を得て、その方位にワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５をセットする。繰り出し位置３５のセットは、ブレーキ内蔵型油圧旋回モータ１９と、車体１２に取り付けた旋回角検出センサ２１で合わせ、ワイヤーロープ２９の張力の増減で、ドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５が旋回方向に振られることがないように調整する。

ここで、図１０は、ワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５が山側のワイヤーロープ取り付け位置と集材車１０の中心を直線で繋ぐ線上にない場合を示し、旋回方向に角度Ａが生じている。これにより、集材車１０には、図１０において反時計回りに旋回方向のモーメントが作用する。これに対して本願発明による集材車１０の状態を示す図９は、旋回方向に角度Ａを振って、ワイヤーロープ２９の繰り出し位置３５が山側のワイヤーロープ固定位置と集材車１０の中心を直線で繋ぐ線上に位置している。

集材車１０は、ワイヤーロープ２９を自車から繰出すため、立木側からワイヤーロープ２９を見るとワイヤーロープ２９は止まっていて、ワイヤーロープ２９の走行運動は無いため、ワイヤーロープ２９の支持は滑車ではなく、保持構造になる。また、ワイヤーロープ２９の走行運動が無いため、ワイヤーロープ２９と立木が接触した場合も、ワイヤーロープ２９の走行運動があるもの、例えば山側にワイヤーロープ巻取ドラム装置があり、ワイヤーロープ２９の出し入れで集材車を牽引制御する組み合わせに比べて擦り傷が浅くなることが期待される。そして、傾斜地走行用集材車は、ワイヤーロープ２９を自車から繰出すため、複雑かつ作業者に疲労を強いるタワーヤーダのような架線作業は不要になる。ところで、ワイヤーロープ２９を２本、それぞれワイヤーロープ巻取ドラム３０の両端から対象の巻取配置にすることも考えられるが、集材車１０のように丸太を積載した集材車１０が狭く複雑な立木の間を縫うように走行させようとすると、１本のワイヤーロープ２９で作る線と２本のワイヤーロープ２９で作る面で比較すると、１本のワイヤーロープ２９の方が走行の自由度が高い。

次に、集材車１０の動作について説明する。集材車１０は、丸太４６を合わせた垂直方向の重さを、傾斜地の斜面に垂直な分力と斜面に平行な分力（滑落力）に分け、走行中に変化する斜面に平行な分力と同等な力でワイヤーロープ２９を張力できるドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置１５を備え、集材車１０のクローラ式走行装置１４による走行力で、平地を走行すると同様に丸太４６を保持して、立木の間を縫うように移動する。

丸太４６の積み込みは、従来の搬送車のように丸太４６をウインチで車体によせてから荷台に引き上げて積み込む方法と異なり、車体１２を丸太４６の上面に跨るように移動し丸太積込みロープ４４を掛け、図示しないウインチで丸太４６を引き上げて収容凹部４２内に保持する。この方法を用いると丸太４６の移動量が最小であることから、積み込み操作も最小になり、安全性も改善される。

集材車１０には、前述の滑落防止用安全ブレーキ７４が設けられている。ワイヤーロープ巻取ドラム３０の回転駆動に、例えばナブテスコ社製のブレーキ内蔵型油圧モータ３６が付いた減速機３７を用いる。減速機３７は、ワイヤーロープ巻取ドラム３０の駆動源である油圧装置が故障し、油圧が低下して集材車１０の滑落力Ｆに釣り合うワイヤーロープ２９の張力を維持できなくなる危険性が発生しても、油圧の減圧に伴って減速機３７に内蔵されているブレーキが自動的に動作する。さらに、集材車１０には、二重安全のため、滑落防止用安全ブレーキ７４も設けられている。

この実施形態の集材車１０によれば、傾斜地で伐採し造材された丸太４６を、複雑な架線作業や積込み作業や、熟練を要する集材機械の運転作業を軽減して、林道へ搬出することができる。小形で低価格化が可能なため小規模な林業組合や林業家の個人所有が可能であり、疲労を強いる架線作業を軽減することができる。そして、ワイヤーロープ２９を山側のワイヤーロープ固定位置で固定する作業や、消耗したワイヤーロープ２９を新品と交換する作業など、軽い作業で行うことができる。さらに、造材された丸太４６を、立木の間を縫うように搬送することができるため、皆伐や間伐等に幅広く適応することができる。

また、車体１２を丸太４６の上面に跨るように移動し丸太積込みロープ４４掛け、図示しないウインチで丸太４６を引き上げて保持する。この方法を用いると丸太４６の移動量が最小であることから、積み込み操作も最小になり、安全性も改善される。

１０ 集材車
１２ 車体
１４ クローラ式走行装置
１５ ドラムシフター式ワイヤーロープ巻き取り装置
１６ 旋回台
１７ 旋回ベアリング
１９ ブレーキ内蔵型油圧旋回モータ
２２ 雄ネジ軸
２３ ナット
２４ 回転筒
２６ スライド軸保持板
２８ スライド軸
２９ ワイヤーロープ
３０ ワイヤーロープ巻取ドラム
３２ 摺動部材
３５ 繰り出し位置
３６ ブレーキ内蔵型油圧モータ
４２ 収容凹部
４６ 丸太
５５ 繰り出し口
７０ 支柱
７２ 荷重測定センサ

Claims (6)

1. 斜面を走行する車体と、前記車体を移動させる走行装置と、前記車体の水平面上の中心に一致する回動軸を有する旋回台と、前記旋回台に取り付けられ前記旋回台の前記回動軸に交差する回転軸の軸周りに回転可能なワイヤーロープ巻取ドラムが設けられ、
   前記ワイヤーロープ巻付けドラムには、ワイヤーロープが巻き付けられ、前記斜面の山側に前記ワイヤーロープの一方の端部が保持され、前記ワイヤーロープの他方の端部側が前記ワイヤーロープ巻取ドラム側に取り付けられて、前記車体を牽引可能に設けられ、
   前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、前記ワイヤーロープの繰り出し位置が、前記旋回台の前記回動軸上に位置し、前記ワイヤーロープに掛かる張力が、前記旋回台の中心と、前記斜面の山側の前記一方の端部とを通る直線に一致し、前記ワイヤーロープ巻取ドラムの前記回転軸に対して直交する面と前記ワイヤーロープの線が重なるように、前記旋回台が回動可能に設けられ、
   前記旋回台に対して固定され前記回転軸と同軸に設けられた雄ネジ軸を備え、前記ワイヤーロープ巻付けドラムは雌ネジ部材を介して前記雄ネジ軸に設けられ、前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、前記回転軸方向に移動可能に取り付けられ、前記ワイヤーロープ巻取ドラムの回転により、前記ワイヤーロープの巻き取りピッチと等しい量だけ前記ワイヤーロープ巻取ドラムが前記回転軸方向に移動し、前記ワイヤーロープの繰り出し位置と前記旋回台の中心とが常に一致するように設けられていることを特徴とする集材車。
2. 前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、油圧モータにより駆動される請求項１記載の集材車。
3. 前記旋回台は、前記ワイヤーロープの繰り出し位置から所定の距離に、前記ワイヤーロープを支持して繰り出す繰り出し口を備える請求項１記載の集材車。
4. 前記車体は、その中央部に、搬送用丸太の積込み可能な空間を有し、前記丸太の上面に跨るように前記車体を移動して前記丸太を積み込み可能に設けられた請求項１記載の集材車。
5. 斜面を走行する車体と、前記車体を移動させる走行装置と、前記車体の水平面上の中心に一致する回動軸を有する旋回台と、前記旋回台に取り付けられ前記旋回台の前記回動軸に交差する回転軸の軸周りに回転可能なワイヤーロープ巻取ドラムが設けられ、
   前記ワイヤーロープ巻付けドラムには、ワイヤーロープが巻き付けられ、前記斜面の山側に前記ワイヤーロープの一方の端部が保持され、前記ワイヤーロープの他方の端部側が前記ワイヤーロープ巻取ドラム側に取り付けられて、前記車体を牽引可能に設けられ、
   前記ワイヤーロープ巻付けドラムは、前記ワイヤーロープの繰り出し位置が、前記旋回台の前記回動軸上に位置し、前記ワイヤーロープに掛かる張力が、前記旋回台の中心と、前記斜面の山側の前記一方の端部とを通る直線に一致し、前記ワイヤーロープ巻取ドラムの前記回転軸に対して直交する面と前記ワイヤーロープの線が重なるように、前記旋回台が回動可能に設けられ、
   前記車体の複数箇所に荷重測定センサと、前記センサの出力が入力される演算部を備え、
   前記演算部は、前記複数のセンサによる荷重から、前記車体の傾斜角を求め、求めた前記傾斜角から、前記斜面に平行な方向の力を求めるとともに要求される前記ワイヤーロープの張力を求め、求めた前記張力を基に、前記ワイヤーロープ巻取ドラムを駆動して前記ワイヤーロープにより前記車体を走行させることを特徴とする集材車の駆動方法。
   
6. 前記ワイヤーロープ巻取ドラムを油圧モータにより駆動し、前記油圧モータの正転及び逆転により、前記車体を前記斜面上で走行させる請求項５記載の集材車の駆動方法。

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