JP7033523B2 - 締固め機械 - Google Patents

Description

本発明は、締固め機械の転圧輪表面に付着した付着物を除去する技術に関する。

締固め機械による路面仕上げや締固めに際し、締固め機械の鉄輪やタイヤなどの転圧輪の表面には、加熱アスファルト混合物や泥などの表面材が付着する。またこれを掻き落とすため、締固め機械にはスクレーパ装置が搭載されている。

従来、運転席に設けられる所定レバーの操作、あるいはスクレーパ装置の取着部位近傍に設けられる所定レバーの操作によって、スクレーパ部材が転圧輪に接触し、あるいは離間することができる。これらの作業は、現場作業員の管理の下で行われているが、自動でスクレーパ装置を作動させる締固め機械も提案されている。

例えば特許文献１には、締固め作業時に、散水もしくは液剤の噴霧が行われることに着目した技術が開示されている。この特許文献１には、スクレーパが運転席からの遠隔操作によって作動状態あるいは非作動状態に切換可能になった締固機械のスクレーパ操作装置において、少なくとも、散水装置の散水バルブがＯＮ、または液剤の噴霧バルブがＯＮのいずれかの信号が得られたとき、制御装置がスクレーパ装置を作動状態にする技術が開示されている。

特開平１０－６８１０３号公報

スクレーパ部材の磨耗を低減するため、付着物が転圧輪に付着しづらい土質においては、スクレーパ装置を作動させずに離間状態にしておく、との手法がとられており、スクレーパ装置の作動有無の判断は、現場作業員が行っている。そのため、締固め作業時に常時行われる散水もしくは液剤の噴霧の際、常にスクレーパ装置を作動させる特許文献１に記載の構造では、転圧輪の表面に付着しにくい土質を締固めする場合でも、スクレーパ装置が作動してしまい、スクレーパ部材の磨耗増加につながる。また今後、建設機械の自動化に伴う現場作業員数の減少にあたって、スクレーパ装置の使用可否を装置側で判定し、適切なタイミングで作動させる機能を有することが求められる。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたものであり、その目的は、転圧輪にスクレーパ部材を接触させて付着物を除去する締固め機械において、スクレーパ部材の磨耗を低減させることができる技術を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の締固め機械は、転圧輪と、前記転圧輪に付着している付着物の位置を示す座標値を検出する付着物検出装置と、スクレーパ部材とアクチュエータとを有し、前記アクチュエータの動作により前記転圧輪に前記スクレーパ部材を接触させて、前記付着物を除去するスクレーパ装置と、前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、を有する締固め機械であって、前記制御装置は、前記付着物検出装置により検出される座標値に基づき、前記付着物の量を算出し、算出した前記付着物の量と事前に定義される閾値とを比較し、前記付着物の量が前記閾値を少なくとも上回った場合、前記スクレーパ部材を前記転圧輪に接触させるように前記アクチュエータを制御し、当該制御を行っているときに前記付着物の量が前記閾値を少なくとも下回った場合、当該制御を解除して前記スクレーパ部材を前記転圧輪から離間させる、ことを特徴とする。

転圧輪に付着した付着物の量に応じてスクレーパ部材の接触要否を判定し、この判定結果に応じて制御することで、スクレーパ部材の磨耗を低減させることができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

締固め機械の概略図である。 第１実施形態のスクレーパ装置の機械構成の概略を示す斜視図である。 第１実施形態の制御ブロック図である。 第１実施形態のスクレーパ装置の側面図である。 第１実施形態のスクレーパ装置の他の態様例を示す側面図である。 第１実施形態の作動手順を示すフローチャートである。 第２実施形態の内輪と外輪との速度差を考慮した実装例を示す制御ブロック図である。 第２実施形態の締固め機械（破線）を上方より視認した場合の天面図である。 第２実施形態の内輪と外輪との速度差を考慮した他の実装例を示す制御ブロック図である。 第３実施形態におけるスクレーパ装置の機械構成の概略を示す斜視図である。 第３実施形態の態様を説明するための、転圧輪に付着物が付着している態様を示す図である。 第３実施形態の制御ブロック図である。 第３実施形態の作動手順を示すフローチャートである。 実施形態の制御装置のハードウェア構成例を示す図である。

以下の実施形態においては、便宜上必要があるときは、複数のセクションまたは実施形態に分割して説明する。以下の実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。尚、以下の実施形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。

以下、図面等を用いて、実施形態について説明する。以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、実施形態に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

［第１実施形態］
図１は締固め機械の概略を示す側面図であり、図２はスクレーパ装置の機械構成を示す斜視図である。締固め機械２１は、鉄輪およびタイヤなどから構成され、表面材を締め固める転圧輪１を有する。また締固め機械２１は、転圧輪１を支持するフレーム２と、ステアリングハンドル３、運転席１７、制御装置２２を備える車体本体１８とを有する。また、転圧輪１の前輪１９は、オペレータによるステアリングハンドル３の操作に従い、車体本体１８に対して左右に旋回することにより、締固め機械２１の操向を行う。

締固め機械２１は、地面に対して振動あるいは重量を加えることで締固めを行う。この締固めの際、転圧輪１の表面に加熱アスファルトや泥などの付着物が付着したままで転圧を続けると、舗装・転圧の品質に悪影響を及ぼす。そこで締固め機械２１には、図２に示すスクレーパ装置１２が設けられており、スクレーパ部材４が転圧輪１の表面に接触して摺動することで、付着物を除去する。図２では、後輪２０用のスクレーパ装置１２を図示しているが、前輪１９用のスクレーパ装置１２も、同様構成で設けられている（図１参照）。

スクレーパ装置１２は、転圧輪１の表面形状に合わせた曲面形状の下縁を有するブレード部材もしくはブラシ部材から成るスクレーパ部材４を有する。スクレーパ部材４は、締固め機械２１のフレーム２に支持されたベースコネクタ５、スクレーパコネクタ６、バー７などを介して、フレーム２と接続している。スクレーパ部材４の下縁が転圧輪１の表面と接触し、転圧輪１が例えば矢印２３の方向に回転し、この回転に伴いスクレーパ部材４が転圧輪１の表面上を摺動することで、スクレーパ装置１２は、転圧輪１の表面に付着した付着物を除去する。尚、前輪１９用のスクレーパ装置１２も同様の構成を有しており、転圧輪１（前輪１９）の表面に付着した付着物を除去することができる。

図３は、スクレーパ装置１２の動作を制御するための、第１実施形態における制御ブロックの一例を示す図である。図３に示すとおり、第１実施形態の締固め機械２１は、転圧輪１の表面に付着した付着物を検出する付着物検出装置１０と、前輪１９、後輪２０の回転速度を検出する回転速度センサ１１とを有する。これらは、制御装置２２と接続しており、各種信号やデータを制御装置２２に出力する。

制御装置２２は、スクレーパ部材４を転圧輪１に接触させ、もしくはスクレーパ部材４が転圧輪１から離間するように制御するコントローラである。制御装置２２は、例えば演算処理装置、記憶装置などをハードウェア構成に含んでおり（詳細は図１４を用いて後述する）、入力した各種信号やデータを用いて演算し、アクチュエータ９に制御用の電気信号（電流）を出力する。アクチュエータ９は、スクレーパ装置１２に設けられており、入力した電気信号を機械的動作に変換してスクレーパ部材４を動作させ、転圧輪１に対してスクレーパ部材４を接触状態にしたり、離間状態にしたりする。

図４を用いて付着物検出装置１０について説明する。付着物検出装置１０は、例えば３Ｄ－ＬｉＤＡＲなどのセンサであり、付着物検出範囲８内の表面プロファイルを読み取り、転圧輪１に付着している付着物１３の位置を示す座標値を検出する。付着物１３の形状は、付着物検出装置１０により得られる座標値の集合により特定され、また得られる座標値に基づき寸法や体積などが算出される。付着物検出装置１０の必要最低画角２９は、付着物検出装置１０の位置から転圧輪１の表面に向けた２つの接線２８を含むように設けられている。また必要最低画角２９は、接線２８上の接点Ｐ１、Ｐ２において、付着物１３の高さＨ（付着物１３の厚み）を少なくとも検出することができるように設けられている。これらに加え、必要最低画角２９は、転圧輪１に多少の揺動が発生した場合でも付着物１３の高さＨを検出できるように設けられている。

また付着物検出装置１０は、付着物１３の検出の際にスクレーパ部材４によって遮られないように、すなわち付着物検出装置１０から接点Ｐ１、Ｐ２までの間に何も遮る物体が無いように位置決めされているものとする。

このような配置とすることで、転圧輪１が矢印２３の方向に回転して締固め機械２１が前進する場合、付着物１３の前端部１３ａが接点Ｐ１に到達すると、付着物検出装置１０は、付着物１３の存在を検知するとともに、接点Ｐ１における付着物１３の幅Ｗや高さＨを検出することができる。また一方で、転圧輪１が逆回転して締固め機械２１が後進する場合においても、付着物１３の後端部１３ｂが接点Ｐ２に到達すると、付着物検出装置１０は、付着物１３の存在を検知するとともに、接点Ｐ２における付着物１３の幅Ｗや高さＨを検出することができる。

配置構成上の都合により、単一の付着物検出装置１０を用いて転圧輪１の両接線上にある付着物１３の高さＨを検出できない場合は、図５のように、付着物検出装置１０を複数設置してもよい。図５は、転圧輪１の後方側の付着物１３を検出する付着物検出装置１０ａ、転圧輪１の前方側の付着物１３を検出する付着物検出装置１０ｂの２つの検出装置を設けた構成を例示している。この構成においても、スクレーパ部材４の前端部４０ａ側の接線２８上、および後端部４０ｂ側の接線２８上に付着物１３が到達した場合、その付着物１３の存在を検知し、幅Ｗや高さＨなどの寸法も検出することができる。

尚、図４および図５では、後輪２０の付着物検出装置１０について示したが、前輪１９側も同様に、付着物検出装置１０が配置されている。

図３に戻り、引き続き第１実施形態の制御動作について説明する。まず、転圧輪１の回転速度を検出する回転速度センサ１１が、前輪１９、後輪２０それぞれの回転パルス信号と時間情報Ｔωを制御装置２２に出力する。制御装置２２内の回転速度演算部２５は、回転速度センサ１１からの信号に応じて転圧輪１の車輪回転速度ωを算出する。この車輪回転速度ωは、付着物情報演算部２６およびアクチュエータ制御部２７に出力される。この回転速度センサ１１、回転速度演算部２５の動作は、規定のサイクルごとに常時繰り返し行われる。

一方、付着物検出装置１０は、転圧輪１の接線２８上の表面プロファイルを広角スキャンし、座標データと時間情報を取得する。制御装置２２内の付着物情報演算部２６は、付着物検出装置１０により得られた各種情報を入力し、付着物１３が付着しているかの判定を行う。この動作も、付着物検出装置１０の読み取り動作と連動して、常時繰り返し行われる。尚、付着物１３が無い場合、付着物検出装置１０は、転圧輪１の表面形状を示す座標値のみを検出するが、付着物１３がある場合は、接点Ｐ１または接点Ｐ２の近傍に、転圧輪１の表面形状とは異なる形状を構成する物体を検出する。本実施形態では、このように転圧輪１の表面形状とは異なる形状を検知した場合、付着物１３が付着しているとして扱う。

以降の動作については、図６のフローチャートも参照しつつ説明する。付着物１３を検出した場合（Ｓ１０１：あり）、付着物情報演算部２６は、付着物１３の長さＬ、幅Ｗ、高さＨを演算により求め、付着物１３の体積Ｖを算出する。一方、付着物１３が検出されない場合（Ｓ１０１：なし）、処理はＳ１１１に進み、アクチュエータ制御部２７がアクチュエータ９に対してスクレーパ部材４の接触状態を解除して離間状態とするための解除信号を出力する（Ｓ１１１）。

付着物１３の長さＬは、付着物１３の前端部１３ａと後端部１３ｂとを結んだ円弧Ｌで示される（図４参照）。付着物情報演算部２６のＬ演算部３０は、付着物１３の前端部１３ａを検出した時間ＴＬａと付着物１３の後端部１３ｂを検出した時間ＴＬｂを、付着物検出装置１０から取得するか、もしくは制御装置２２の内蔵クロックから取得する。尚、Ｌ演算部３０は、現在処理している座標データと１サイクル前の座標データとの差分により、時間ＴＬａ、ＴＬｂを計時する。すなわちＬ演算部３０は、接点Ｐ１または接点Ｐ２において付着物１３が無い状態から付着物１３がある状態となったときの時間を時間ＴＬａとして計時し、付着物１３がある状態から付着物１３が無い状態となったときの時間を時間ＴＬｂとして計時する。

そしてＬ演算部３０は、時間ＴＬａと時間ＴＬｂとの差分時間ＴＬ１を算出する。車輪回転速度をωとした場合、円弧Ｌは、Ｌ＝２ＴＬ１πｒωにてあらわされるため（ここでｒは転圧輪１の半径）、Ｌ演算部３０は、この式を用いて円弧Ｌを算出する。尚、車輪回転速度ωは回転速度演算部２５から取得するものとするが、他の速度センサからの値を使用してもよい。

またＬ演算部３０は、これに加えて、付着物１３の前端部１３ａを検知してから前端部１３ａがスクレーパ部材４の後端部４０ｂに到達するまでの到達時間Ｔｘを、車輪回転速度ωに基づき算出する。図４の例において、付着物検出装置１０は接点Ｐ１で付着物１３の前端部１３ａを検出することとなるため、接点Ｐ１からスクレーパ部材４の後端部４０ｂまでの距離（規定値）をＸとすると、Ｌ演算部３０は、Ｔｘ＝Ｘ／２πｒωを用いて到達時間Ｔｘを算出する。また一方で、締固め機械２１が後進している場合、Ｌ演算部３０は、付着物１３の後端部１３ｂを検知してからスクレーパ部材４の前端部４０ａに到達するまでの到達時間Ｔｙを求める。この時間Ｔｙの求め方も、時間Ｔｘの求め方と同手法となる。すなわち、接点Ｐ２からスクレーパ部材４の前端部４０ａまでの距離（規定値）をＹとした場合、Ｌ演算部３０は、Ｔｙ＝Ｙ／２πｒωを用いて時間Ｔｙを求める。

上記のようにして付着物１３の長さが算出されるが、付着物１３の幅Ｗ、および高さＨは、付着物検出装置１０から入力する座標値を用いて得ることができる。ここで付着物１３の幅Ｗは、転圧輪１の回転軸方向における付着物１３の長さであり、高さＨは、上記のとおり付着物の厚さである。Ｈ／Ｗ演算部３１は、付着物検出装置１０から得られる座標値と、付着物が無いときの座標値との差分データから、この幅Ｗと高さＨとを算出することができる。本実施形態では、付着物が無いときの座標値を事前に取得しておき、これを記憶装置に記憶させておくものとする。また付着物検出装置１０は、接点Ｐ１、Ｐ２の位置で検出された付着物１３の断面形状を随時検出して得ているが、転圧輪１は回転しているため接点Ｐ１、Ｐ２上における断面形状は常時変化しており、得られる幅Ｗと高さＨの寸法は、その時々で異なる。このため本実施形態では、付着物１３の最端部を検出してから、今現在までに得られた幅、高さのうちで最長となる幅、高さを、付着物１３の幅Ｗ、高さＨとしてそれぞれ採用するものとする。

Ｖ演算部３２は、これら付着物１３の長さＬ、幅Ｗ、高さＨを、Ｌ演算部３０およびＨ／Ｗ演算部３１から取得し、付着物１３の体積Ｖを計算する。そしてＶ演算部３２は、算出した体積Ｖをアクチュエータ制御部２７に出力する。

アクチュエータ制御部２７は、体積ＶをＶ演算部３２から取得し、体積Ｖに基づきスクレーパ装置１２を作動させるか否かの判定を行う（Ｓ１０３）。

本実施形態では、試験的に付着物を付着させた状態で締め固めを行い、付着物の体積がどの程度の場合に施工面の高低差がどの程度生ずるかの平坦性試験を事前に行っておく。そしてこの平坦性試験により得られる結果から、高低差が規定値を超える体積（閾値Ｖｔｈとする）を導出し、閾値Ｖｔｈを記憶装置に事前に記憶させておく。尚、社団法人日本道路協会が定める施工面の平坦性（高低差）の許容値は、加熱アスファルト化合物の場合２．４ｍｍとなっていることから、この２．４ｍｍを上記高低差の規定値として、閾値Ｖｔｈを求めてもよい。

作動有無判定部３４は、付着物情報演算部２６から取得する体積Ｖが閾値Ｖｔｈを超える場合（Ｓ１０３：作動必要）、処理をＳ１０４に進める。一方、付着物情報演算部２６から取得する体積Ｖが閾値Ｖｔｈ以下の場合（Ｓ１０３：規定値以下）、処理をＳ１１１に進めて、アクチュエータ制御部２７は、スクレーパ部材４が転圧輪１から離間するように制御を解除する。

また一方で、アクチュエータ制御部２７は、作動させる場合はその作動タイミングを算出する（Ｓ１０４）。この算出処理は、作動タイミング演算部３３で行われる。作動タイミング演算部３３は、差分時間ＴＬ１、付着物１３の到達時間Ｔｘ（後進している場合はＴｙ）を、Ｌ演算部３０から取得する。

作動タイミング演算部３３は、締固め機械２１が前進している場合は到達時間Ｔｘを用いて作動タイミングＴｓｘを算出し、後退している場合は到達時間Ｔｙを用いて作動タイミングＴｓｙを算出する。締固め機械２１が前進している場合のスクレーパ装置１２の作動タイミングＴｓｘは、付着物１３の前端部１３ａがスクレーパ部材４の後端部４０ｂに到達するまでの時間Ｔｘよりも短くなくてはならない。よって作動タイミング演算部３３は、例えば時間Ｔｘを規定値で減算するなどの方法を用いて、作動タイミングＴｓｘを算出する。また、締固め機械２１が後進している場合のスクレーパ装置１２の作動タイミングＴｓｙは、付着物１３の後端部１３ｂがスクレーパ部材４の前端部４０ａに到達するまでの時間Ｔｙよりも短くなくてはならない。よって作動タイミング演算部３３は、例えば時間Ｔｙを規定値で減算するなどの方法を用いて、作動タイミングＴｓｙを算出する。尚、ここでは規定値で減算するものとしているが、作動タイミング演算部３３は、回転速度演算部２５より得られる車輪回転速度ωを用いて減算する値を求め、時間Ｔｘ、Ｔｙをこの値で減算し、作動タイミングＴｓｘ、またはＴｓｙを算出してもよい。作動タイミング演算部３３は、算出した作動タイミングＴｓｘ、またはＴｓｙを、電流出力決定部３５に出力する。

また一方で、作動有無判定部３４は、体積Ｖが閾値Ｖｔｈを超える場合、スクレーパ装置１２が既に制御されて接触状態となっているかを判定する（Ｓ１０５）。ここで既に接触状態となっている場合（Ｓ１０５：制御あり）、作動有無判定部３４は、この作動制御を継続して行うように電流出力決定部３５に指令する（Ｓ１０７）。電流出力決定部３５は、この指令に従って電流（制御信号）の出力を維持する。一方、接触状態となっていない場合（Ｓ１０５：制御なし）、作動有無判定部３４は、スクレーパ装置１２の作動制御を開始するように、電流出力決定部３５に指令する（Ｓ１０６）。

作動有無判定部３４から指令を受けた電流出力決定部３５は、指令内容に従い、アクチュエータ９に制御信号を出力する。これにより電流出力決定部３５は、スクレーパ部材４が転圧輪１に接触もしくは離間するように制御する。

アクチュエータ制御部２７の電流出力決定部３５は、この制御信号を出力するに際し、作動タイミングＴｓｘもしくはＴｓｙでアクチュエータ９が作動するように、スクレーパ装置１２の作動タイミングを制御する。これにより、スクレーパ部材４は当該作動タイミングで転圧輪１に接触する。この接触が維持された状態で転圧輪１が回転することで、スクレーパ部材４は転圧輪１に付着した付着物１３を除去する。また、スクレーパ装置１２が作動して時間ＴＬ１が経過した後、電流出力決定部３５は、信号出力を停止してスクレーパ装置１２の作動制御を停止する。これにより、Ｓ１１１の動作と同様にスクレーパ部材４は転圧輪１から離間する。

第１実施形態では、体積Ｖを算出してこの算出した体積により作動制御を行うか否かを判定しているが、施工面の平坦性（高低差）を評価するにあたっては、付着物１３の長さ、幅、高さの中で高さの影響が大きくなる。このことから、作動有無判定部３４は、体積Ｖに代えて高さＨを入力し、この高さＨと閾値（例えば平坦性の上記許容値２．４ｍｍ）とを比較してもよい。尚、この態様については第２実施形態で改めて説明する。

第１実施形態では、付着物の量に応じてスクレーパ部材を転圧輪に接触させるか、非接触にするのかを制御する実装例について説明した。また第１実施形態では、付着物の体積や高さを付着物の量を示す値として採用し、この値と閾値とを比較して接触の要否を判定した。これに対し、付着物の長さや幅を付着物の量を示す値として採用してもよく、体積、長さ、幅、高さのいずれかを組み合わせたデータセットを、付着物の量を示す値として採用してもよい。もしくは、付着物の重さを直接的もしくは間接的（例えば体積や比重を用いるなど）に求めることができる場合、この重さを付着物の量を示す値として採用してもよい。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、締固め機械２１が直進する場合などには有効である。しかしながら、例えば後輪２０（前輪１９であってもよい）が、締固め機械２１の進行方向に直行する左右方向に複数車輪が並んで成る構成であり、これらが個別に回転する場合、車両旋回の際に内輪と外輪とでは回転速度に差が生ずる。第２実施形態では、この内輪と外輪の速度差を考慮した実装例について説明する。

締固め機械による作業の場合、締固めの領域（レーン）を切り替える際は締固め機械２１の前輪１９が回頭してレーンチェンジを行う。この場合、複数の車輪により構成される後輪２０は、上記のとおり内輪と外輪とで車輪回転速度に差が発生する。そのため、第２実施形態の締固め機械２１は、後輪２０を構成する車輪ごとに回転速度センサを搭載する。図７は、この構成例を示すブロック図である。回転速度センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（図７では回転速度センサ１１ｂ、１１ｃの表記を省略している）は、それぞれで各車輪の回転速度を測定する。回転速度演算部２５は、回転速度センサ１１ａ～１１ｄから、それぞれ検出値を入力し、車輪ごとの回転速度ω１～ω４を算出して回転速度決定部３６に出力する。回転速度決定部３６は、回転速度ω１～ω４の中から、最も速く回転している回転速度をωｆ、最も遅く回転している回転速度をωsとして決定し、アクチュエータ制御部２７、およびＬ演算部３０に出力する。

スクレーパ装置１２を接触状態にする際、アクチュエータ制御部２７は、最も速く回転している回転速度ωｆを選択し、これを演算に用いることで、付着物１３の除去を開始するタイミングが遅れないように作動制御を行うことができる。また、スクレーパ装置１２を離間状態にする際、アクチュエータ制御部２７は、最も遅く回転している回転速度ωsを選択し、これを演算に用いることで、付着物１３の除去を終了するタイミングが早まることを防ぐように作動制御を行うことができる。

Ｌ演算部３０は、最も遅く回転している回転速度ωsを演算に用いて付着物１３の長さＬを算出する。これにより、付着物１３の長さＬが長く算出される傾向となり、体積Ｖも大きく見積もるようになる。よって、第１実施形態で説明したような体積Ｖと閾値Ｖｔｈとを比較することで作動有無を判定する構成の場合、体積Ｖが閾値Ｖｔｈを超えてスクレーパ装置１２を接触状態にする傾向となるため、付着物１３の除去漏れを低減させることができる。

また、車輪ごとに回転速度センサを配置することが困難な場合の態様例を、図８、図９を用いて説明する。図８は、締固め機械２１（破線で図示）を上方から視認した場合の模式図であり、ステアリング角度に基づき旋回時の各車輪の速度を求めることを説明するための図である。また図９は、当該動作を行う構成を例示したブロック図である。尚、ここでは、前輪１９が３輪、後輪２０が４輪で構成される締固め機械２１を例示している。

図９に示す回転速度演算部２５は、ステアリング角度検出装置３８から得られるステアリング角度φを基に、各車輪の回転速度を算出する。まず、前輪旋回半径ｒｆ（図８参照）は、ｒｆ＝Ｌｖ／ｓｉｎφで求めることができる。ここで、Ｌｖは前輪１９の回転軸と後輪２０の回転軸との間の距離、φはステアリング角度である。また、前輪１９の中央に位置する車輪１９ｂの速度をＶ０とした場合、角速度ωｖはωｖ＝Ｖ０／ｒｆで示される。

回転速度演算部２５は、前輪旋回半径ｒｆ、角速度ωｖを用いて、前輪側の車輪１９ａ、１９ｃ、後輪側の車輪２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄそれぞれの速度Ｖ１～Ｖ６を算出する。速度Ｖ１～Ｖ６は、それぞれＶ１＝ωｖ(ｒｆ－ｄｆ)、Ｖ２＝ωｖ(ｒｆ＋ｄｆ)、Ｖ３=ωｖ(ｒｒ－１．５ｄｒ)、Ｖ４=ωｖ(ｒｒ－０．５ｄｒ)、Ｖ５=ωｖ(ｒｒ＋０．５ｄｒ)、Ｖ６=ωｖ(ｒｒ＋１．５ｄｒ)であらわされる。ここで、ｄｆは車輪１９ａ～１９ｃそれぞれの横幅、ｒｒは後輪旋回半径、ｄｒは車輪２０ａ～２０ｄそれぞれの横幅である。またここでは、車輪のすべりを考慮していない。

回転速度演算部２５は、このようにして得られた速度Ｖ０～Ｖ６を用いて、回転速度ω０～ω６をそれぞれ算出する。そして回転速度演算部２５は、図７に示す回転速度決定部３６の処理と同様に、最も速く回転している回転速度をωf、遅く回転している回転速度をωsとして決定し、アクチュエータ制御部２７や付着物情報演算部２６に出力する。アクチュエータ制御部２７や付着物情報演算部２６の動作は、上記図７を用いて説明したとおりとなる。

また第２実施形態のアクチュエータ制御部２７は、図７や図９に示すように押し付け力演算部３７を有している。押し付け力演算部３７は、スクレーパ部材４を転圧輪１に押し付ける力（押し付け力Ｆ）を演算する。押し付け力Ｆは、従来のスクレーパ装置が転圧輪に対して押し付ける力を基準値とし、付着物１３の体積Ｖに応じて増減する。

ここでは、付着物情報演算部２６から得られる体積Ｖが第１閾値以上の場合、押し付け力演算部３７は、上記基準値となるように押し付け力Ｆを設定し、第１閾値よりも小さい場合、上記基準値に規定の値を減算させて、これを押し付け力Ｆとして設定する。この実装により、従来の押し付け力に比べ、押し付け力が減少傾向となるため、スクレーパ部材４の消耗をさらに低減させることができる。または、体積Ｖが事前に定義される第１閾値以上の場合、押し付け力演算部３７は、上記基準値に規定の値を加算して、これを押し付け力Ｆとして設定してもよいし、体積Ｖが第１閾値よりも小さい場合、上記基準値となるように押し付け力Ｆを設定してもよい。この実装により、従来の押し付け力に比べ、押し付け力が増加傾向となるため、付着物１３の１回での除去率が向上する。尚、この例では、１つの閾値（第１閾値）を用いて設定していることから、押し付け力Ｆの設定段数は２段階となるが、複数の閾値を事前に設けて、これに応じた押し付け力Ｆを定義しておくことで、押し付け力Ｆを多段階に設定することも可能である。

また、どの程度の体積の場合にどの程度の押し付け力とするのかを対応付けたテーブルを、事前に記憶装置に記憶させておき、押し付け力演算部３７がＶ演算部３２より得られる体積Ｖに基づき当該テーブルを検索し、押し付け力Ｆを得る実装でもよい。もしくは、体積Ｖから押し付け力Ｆを得ることができる数式を事前に設けておき、押し付け力演算部３７がこの式を用いて押し付け力Ｆを算出しても構わない。

尚、第１閾値、対応テーブルの各値、押し付け力を算出するための数式は、どの程度押しつけると付着物１３を除去できるかの試験を、体積Ｖに応じて事前に行うことで求められる。

押し付け力演算部３７は、導出した押し付け力Ｆの値をアクチュエータ制御部２７内の電流出力決定部３５に出力する。

アクチュエータ制御部２７内の電流出力決定部３５は、押し付け力演算部３７から押し付け力Ｆを取得し、これに応じた電流値（制御信号）に変換してアクチュエータ９に出力する。スクレーパ装置１２は、アクチュエータ９より動力を得て、接触／離間の動作を制御するとともに、接触動作の場合は、付着物１３の体積Ｖに応じた押し付け力Ｆでスクレーパ部材４を転圧輪１に押し付ける。

尚、上記例では、付着物１３の体積Ｖに応じた押し付け力Ｆでスクレーパ部材４を転圧輪１に押しつけるものとするが、押し付け力演算部３７は、付着物の長さ、幅、高さ、重さに応じて押し付け力Ｆを決定し、当該押し付け力Ｆでスクレーパ部材４を押し付ける実装でも構わない。

また第２実施形態では、図７や図９に示すように、Ｈ／Ｗ演算部３１が付着物１３の高さＨをアクチュエータ制御部２７に出力する。そして作動有無判定部３４は、高さＨと閾値Ｈｔｈ（例えば上記の平坦性の許容値２．４ｍｍ）との比較処理を行うものとする。高さＨが閾値Ｈｔｈを超える場合、上記の押し付け力演算部３７による押し付け力Ｆの導出処理が行われる。高さＨが閾値Ｈｔｈ以下の場合、アクチュエータ制御部２７は、スクレーパ部材４が転圧輪１から離間した状態となるように制御する。

［第３実施形態］
図１０～図１３を用いて第３実施形態の態様について説明する。第１実施形態、第２実施形態では、一体となって動作するスクレーパ部材を制御することで、転圧輪１に付着した付着物１３を除去していたが、第３実施形態では、複数のスクレーパ部材を個別に制御して付着物１３を除去する態様例について説明する。

図１０は、第３実施形態のスクレーパ装置の機械構成を示す斜視図である。図１０に示すとおり、第３実施形態の転圧輪１は、左右方向に並んで配置する車輪１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにより構成されている。また車輪１ａ～１ｄごとに、それぞれアクチュエータ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが設けられている。スクレーパ部材４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、転圧輪１の回転軸の方向に並んで配置しており、各アクチュエータ９ａ～９ｄが、対応するスクレーパ部材４ａ～４ｄの接触／離間を個別に制御することで、より細かな制御が可能となる。

付着物１３が車輪１ａ～１ｄのいずれかに集中して付着する場合などは、その他のスクレーパ部材４を磨耗させることなく運用することが可能となる。例えば、付着物１３が図１１に示すように転圧輪１に付着している場合、一体型のスクレーパ部材４で対処すると、非付着エリア１５と摺動するスクレーパ部材４は作動不要ながらも接触し、磨耗してしまう。そのため、第３実施形態の締固め機械２１は、複数に分けられたスクレーパ部材４ａ～４ｄを設け、各スクレーパ部材４ａ～４ｄが、それぞれ転圧輪１の一部領域と接触することで、当該一部領域に付着した付着物を除去する。各スクレーパ部材４ａ～４ｄにそれぞれ割り当てられた一部領域を、除去領域ａ～ｄと称する。

第３実施形態の制御装置２２は、除去領域ａ～ｄごとに、付着物１３の位置と量を計算し、各アクチュエータ９ａ～９ｄの作動タイミングを個別に計算して制御する。この構成により、作動する必要のないスクレーパ部材の寿命を延ばすことができる。

図１１は、付着エリア１４を除去領域に含むスクレーパ部材４ｂ、４ｃを転圧輪１に接触させるように制御した態様例を示している。すなわち付着物１３は、スクレーパ部材４ｂが除去を担う除去領域ｂ、およびスクレーパ部材４ｃが除去を担う除去領域ｃに付着しているため、制御装置２２は、スクレーパ部材４ｂ、４ｃを転圧輪１に接触させるように制御する。逆に、除去領域ａおよび除去領域ｄには付着物が無いため、制御装置２２は、スクレーパ部材４ａ、４ｄを転圧輪１から離間するように制御する。これにより、少なくともスクレーパ部材４ａ、４ｄの摩耗を低減させて寿命を延ばすことができる。このような実装により、スクレーパ部材４の交換頻度を全体的に低減させることができ、部品交換によるコストを低減することができる。

図１２は、第３実施形態における機能ブロックの構成を示した図である。制御装置２２内の座標切出し部１２１は、付着物検出装置１０より得られる座標データを、除去領域ａ～ｄに区分して切出す。そして座標切出し部１２１は、切出した座標データを、付着物情報演算部２６にそれぞれ出力する。

付着物情報演算部２６内には、スクレーパ部材４ａ～４ｄごと（アクチュエータ９ａ～９ｄごと）に、専用のＬ演算部３０、Ｈ／Ｗ演算部３１、Ｖ演算部３２が設けられている。アクチュエータ制御部２７内も、アクチュエータ９ａ～９ｄごとに、専用の作動タイミング演算部３３、電流出力決定部３５、押し付け力演算部３７、作動有無判定部３４が設けられている。この構成により、制御装置２２はアクチュエータ９ａ～９ｄを個別に制御することができる。

また転圧輪１が車輪１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにより構成されている場合、第２実施形態で説明した態様を適用することで、回転速度演算部２５は、各車輪１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの車輪回転速度ωをそれぞれ算出することができる。そして回転速度演算部２５は、付着物情報演算部２６、アクチュエータ制御部２７に車輪１ａ～１ｄの車輪回転速度ωをそれぞれ出力する。

上記の構成により、第３実施形態では、付着物検出装置１０により検出された付着物の座標データが座標切出し部１２１により切出された後は、第１、第２実施形態で説明した動作をアクチュエータ９ａ～９ｄごとに行うことができる。これによりスクレーパ装置１２は、除去領域ａ～ｄごとに付着物の除去を行うことができる。

図１３は、第３実施形態における動作例を示すフローチャートである。第３実施形態では、第１実施形態の図６と同様に、付着物の有無の判定処理が行われる（Ｓ２０１）。第３実施形態では、この処理は座標切出し部１２１により行われるものとする。付着物がない場合（Ｓ２０１：なし）、第１実施形態と同様にスクレーパ部材の制御解除の処理が行われて離間動作となる（Ｓ２１１）。一方、付着物がある場合（Ｓ２０１：あり）、座標切出し部１２１は、スクレーパ部材の個数分（すなわち除去領域ａ～ｄごと）に座標データを切出す（Ｓ２０２）。以降の動作は、各スクレーパ部材４ａ～４ｄの単位で個別に行われる（図１３の例では、「Ａ」・・・「Ｄ」と表記している）。またＳ２０３～Ｓ２０７の動作は、第１実施形態のＳ１０３～Ｓ１０７と同様である。

尚、第３実施形態では、Ｓ２０６またはＳ２０７の後に、付着物情報演算部２６は、座標切出し部１２１により切出された座標データを取得して、自己の除去領域内での付着物の有無を判定する（Ｓ２０８）。付着物が無い場合（Ｓ２０８：なし）、処理はＳ２１１に進む。付着物がある場合（Ｓ２０８：あり）、作動有無判定部３４は、閾値を用いて比較することで、作動が必要な量（体積）であるかの判定を行う（Ｓ２０９）。作動不要である場合（Ｓ２０９：規定値以下）、処理はＳ２１１に進み、作動する必要がある場合（Ｓ２０９：作動必要）、処理はＳ２０４に戻る。これらＳ２０８、Ｓ２０９の動作は、１回で領域内の付着物を除去することができない場合を想定している。すなわち制御装置２２は、スクレーパ装置１２の制御中に再度確認し、除去領域ごとに、その残存量に応じて作動を継続するか否かを判定する。付着物１３が残存していれば、当該除去領域については接触を継続し、付着物１３の除去が完了していれば、当該除去領域での接触制御を解除する。

第３実施形態では、４つの除去領域に分けた例を説明したが、この領域の分割数は、これに限定されない。またここでは、複数の車輪を左右方向に並べた態様例を示したが、一体となった車輪に対しても、第３実施形態の態様を適用させることができる。また第３実施形態では、車輪と除去領域とを１：１で一致させた例を示しているが、態様はこれに限定されず、必ずしも一致していなくてもよい。

最後に、図１４を用いて上記各実施形態で説明した制御装置２２のハードウェア構成例を説明する。制御装置２２は、図１４に例示するように従前のコンピュータと同様のハードウェア構成となっている。

ＣＰＵ１０１（ＣＰＵ：Central Processing Unit）は、ＲＯＭ１０３（ＲＯＭ：Read Only Memory）やストレージ１０４に記憶されているプログラムを、ＲＡＭ１０２（ＲＡＭ：Random Access Memory）に展開して演算実行する処理装置である。ＣＰＵ１０１は、プログラムを演算実行することで、制御装置２２の内部の各ハードウェアを統括的に制御する。ＲＡＭ１０２は揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１との間で直接的にデータの入出力を行うワークメモリである。ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１がプログラムを演算実行している間、必要なデータを一時的に記憶する。

ＲＯＭ１０３は不揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１で実行されるファームウェアを記憶している。ストレージ１０４は、フラッシュメモリ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ハードディスクドライブなどの補助記憶装置である。ストレージ１０４は、ＣＰＵ１０１が演算実行するプログラムや、パラメータなどの制御データを不揮発的に記憶する。

接続Ｉ／Ｆ１０５は、各種周辺機器などと接続するためのインターフェイス群である。接続Ｉ／Ｆ１０５は、例えば回転速度センサ１１、付着物検出装置１０からの信号やデータを入力可能なインターフェイスを有し、アクチュエータ９に制御信号を出力可能なインターフェイスを有している。

制御装置２２は、上記のような構成を有しているが、一部もしくは全てを、例えばＡＳＩＣなどの集積回路で実装してもよい。尚、一部もしくは全てが集積回路などで実装されている場合においても、当該構成はコンピュータの一形態とみなされる。また、図３、図７、図９、図１２に示す各ブロックは、図１４に示すＣＰＵ１０１が、プログラムを演算実行することで実現されるものとする。

上記の各実施形態の説明では、制御装置２２に内在している回転速度演算部２５、付着物情報演算部２６、アクチュエータ制御部２７などの機能部が動作主体となって各処理を行うものとして説明した。これら機能部の動作は、当然、制御装置２２による動作と換言することができる。すなわち、各実施形態で説明した各機能部による動作や処理は、制御装置２２による動作や処理とすることができる。

上記各実施形態において、制御装置は、付着物の量が閾値を「超える」場合、スクレーパ部材が転圧輪に接触するように制御を行い、付着物の量が閾値「以下」となる場合、スクレーパ部材が転圧輪から離間するように、制御を解除している。このように上記各実施形態では、付着物の量と閾値とが同値である場合、制御を解除して離間するものとしているが、付着物の量が閾値「以上」である場合は接触制御し、閾値「未満」となる場合は制御を解除する、との実装でも構わない。すなわち、制御装置は、付着物の量が閾値を「少なくとも上回った」場合に接触制御を行い、当該制御を行っているときに付着物の量が閾値を「少なくとも下回った」場合、この制御を解除してスクレーパ部材を転圧輪から離間させる構成であればよい。

以上、各実施形態により、付着物の量に応じてスクレーパ部材の押し付け有無を制御することができ、付着物の大小によりスクレーパ部材を転圧輪に接触もしくは離間するように制御することができる。これにより、スクレーパ部材の磨耗を低減させることができる。また、スクレーパ部材を押し付ける力とタイミングを制御することによって、スクレーパ部材の磨耗を、さらに低減させることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、説明した必ずしもすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

１：転圧輪
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ：車輪
２：フレーム
３：ステアリングハンドル
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：スクレーパ部材
５：ベースコネクタ
６：スクレーパコネクタ
７：バー
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ：アクチュエータ
１０、１０ａ、１０ｂ：付着物検出装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ：回転速度センサ
１２：スクレーパ装置
１３：付着物
１８：車体本体
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ：前輪
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ：後輪
２１：締固め機械
２２：制御装置
２５：回転速度演算部
２６：付着物情報演算部
２７：アクチュエータ制御部
３０：Ｌ演算部
３１：Ｈ／Ｗ演算部
３２：Ｖ演算部
３３：作動タイミング演算部
３４：作動有無判定部
３５：電流出力決定部
３６：回転速度決定部
３７：押し付け力演算部
３８：ステアリング角度検出装置
１２１：座標切出し部

Claims (6)

1. 転圧輪と、
   前記転圧輪に付着している付着物の位置を示す座標値を検出する付着物検出装置と、
   スクレーパ部材とアクチュエータとを有し、前記アクチュエータの動作により前記転圧輪に前記スクレーパ部材を接触させて、前記付着物を除去するスクレーパ装置と、
   前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、を有する締固め機械であって、
   前記制御装置は、
   前記付着物検出装置により検出される座標値に基づき、前記付着物の量を算出し、
   算出した前記付着物の量と事前に定義される閾値とを比較し、前記付着物の量が前記閾値を少なくとも上回った場合、前記スクレーパ部材を前記転圧輪に接触させるように前記アクチュエータを制御し、当該制御を行っているときに前記付着物の量が前記閾値を少なくとも下回った場合、当該制御を解除して前記スクレーパ部材を前記転圧輪から離間させる、
   ことを特徴とする締固め機械。
2. 請求項１に記載の締固め機械において、
   さらに、前記転圧輪の回転速度を検出する回転速度センサを有し、
   前記制御装置は、さらに、
   前記回転速度センサからの信号に応じて前記転圧輪の回転速度を算出し、
   算出される前記回転速度に基づき、前記付着物が前記スクレーパ部材に到達するまでの到達時間、および、前記付着物検出装置が前記付着物の前端部を検出した時間から当該付着物の後端部を検出した時間までの差分時間を算出し、
   算出される前記回転速度、前記到達時間、前記差分時間に基づき、前記スクレーパ部材を前記転圧輪に接触させるタイミングおよび前記転圧輪から離間させるタイミングを算出し、当該タイミングで前記制御を行うか、もしくは当該制御を解除する、
   ことを特徴とする締固め機械。
3. 請求項１に記載の締固め機械において、
   前記制御装置は、前記付着物の体積を前記付着物の量として算出する、
   ことを特徴とする締固め機械。
4. 請求項１に記載の締固め機械において、
   前記制御装置は、さらに、前記付着物の量に応じた押し付け力を導出し、当該押し付け力で前記スクレーパ部材が前記転圧輪と接触するように前記アクチュエータを制御する、
   ことを特徴とする締固め機械。
5. 請求項２に記載の締固め機械において、
   前記転圧輪は、前記締固め機械の進行方向に直行する左右方向に複数の車輪が並んで配置されることで成っており、
   前記制御装置は、前記車輪ごとの回転速度を算出し、
   前記車輪ごとの回転速度の中で最も速く回転している回転速度、および最も遅く回転している回転速度を取得し、最も速く回転している回転速度に基づき、前記スクレーパ部材を前記転圧輪に接触させるタイミングを算出し、最も遅く回転している回転速度に基づき、前記スクレーパ部材が前記転圧輪から離間するタイミングを算出する、
   ことを特徴とする締固め機械。
6. 請求項２に記載の締固め機械において、
   前記スクレーパ部材は、前記転圧輪の回転軸の方向に複数並んだ配置構成となっており、それぞれが、前記転圧輪の一部領域と接触することで当該一部領域に付着した付着物を除去し、
   前記アクチュエータは、前記各スクレーパ部材を個別に制御し、
   前記制御装置は、さらに、前記付着物検出装置により検出される座標値を、前記一部領域ごとに切出し、
   切出した各領域の座標値に基づき、前記一部領域ごとに、前記付着物の量を算出し、
   前記付着物の量と閾値とを、前記一部領域ごとに比較し、
   いずれかの一部領域で、前記付着物の量が閾値を少なくとも上回った場合、当該一部領域に応じたスクレーパ部材が前記転圧輪に接触するように前記アクチュエータを制御し、
   当該制御を行っている一部領域において、前記付着物の量が閾値を少なくとも下回った場合、当該制御を解除して前記スクレーパ部材を前記転圧輪から離間させる、
   ことを特徴とする締固め機械。

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