特開 2021-19584 枝切断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-19584(P2021-19584A)

(43)【公開日】2021年2月18日

(54)【発明の名称】枝切断装置

(51)【国際特許分類】

   A01G 23/083 20060101AFI20210122BHJP

【ＦＩ】

   A01G23/083

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】書面

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-137122(P2020-137122)

(22)【出願日】2020年7月22日

(31)【優先権主張番号】特願2019-148093(P2019-148093)

(32)【優先日】2019年7月24日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】510047100

【氏名又は名称】イー・バレイ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】颯田 鋭也

(72)【発明者】

【氏名】山下 誠治

(72)【発明者】

【氏名】松原 啓泰

(57)【要約】

【課題】 刃の噛み込みを防止して、枝打ち作業を中断することなく行う枝切断装置を提供する。
【解決手段】 チェーンソー２１０を固定するマウント２１２はフレーム２１１に取付けられ、フレーム２１１を支持する台座２２１が、リニアブロック２３１を介して走行体２４１上に固定されている。走行体２４１は樹幹を取り囲むように取付けられるレール２４０上を旋回できる。チェーンソー２１０が枝に接触すると、その反力によってフレーム２１１が押され、引張ばね２２２が引っ張られる。センサー２２０がその変位を計測し、その値に応じて走行体２４１の進行速度を変動させる。走行体進行速度は枝切断可能速度以下に制限され、刃の噛み込みを防止できる。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹幹外周を旋回する走行体と、前記走行体の進行方向に進退可能に伸縮する弾性材を介して前記走行体に支持される刃体と、前記弾性材の変位を計測するセンサーとを備え、前記センサーの計測値に応じて前記走行体の進行速度を制御する枝切断装置。

【請求項2】

請求項１に記載の枝切断装置において、前記刃体は樹幹半径方向に進退可能であり、また前記刃体は下端を支点にして樹幹軸方向との傾角を可変であり、前記刃体は上端及び下端に樹幹または枝との接触を防止するカバーと、前記刃体を前記樹幹半径方向に、前記樹幹に押し当てる弾性材と、前記傾角を小さくする方向へ前記刃体を加圧する弾性材とを備える枝切断装置。

【請求項3】

請求項２に記載の枝切断装置において、前記刃体は上下可動であり、前記刃体を上下動させるアクチュエーターを備え、前記刃体上端カバーが枝に接触した際、前記アクチュエーターを駆動させて前記枝を回避する枝切断装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の枝切断装置において、樹幹周囲を取り囲むレールを備え、前記走行体は前記レール上を周回し、前記樹幹を昇降する昇降機の上に前記レールを装着する枝切断装置。

【請求項5】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の枝切断装置において、前記走行体が、樹幹を旋回しながら昇降する昇降機である枝切断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は枝切断装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

立木の枝打ち作業の効率化や安全確保を目的として、樹幹を昇降自在に移動する装置に、チェーンソーや丸鋸等の枝を切断する動力刃物を備え、樹幹外周を旋回しながら上昇して枝を切り落とす自動枝打機が数多く考案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−１５３１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

自動枝打機を用いて枝打ち作業を行う際に、刃が枝に噛み込んで装置が動作できなくなるという問題がしばしば生じる。そうなると、作業が中断されるばかりか、人が木に登って噛み込みを解除する必要があり、作業効率が著しく低下する。

【0005】

刃の噛み込みは、刃が枝を切り進められる速度を超えて枝打機が進行してしまうことにより発生する。チェーンソーの過負荷を検知して枝打機の進行速度を制御する方法は考案されているが、噛み込みは高負荷時瞬時に発生するため、制御が間に合わず噛み込みを防止することは難しい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の枝切断装置は、樹幹外周を旋回する走行体と、前記走行体の進行方向に進退可能に伸縮する弾性材を介して前記走行体に支持される刃体と、前記弾性材の変位を計測するセンサーとを備え、前記センサーの計測値に応じて前記走行体の進行速度を制御することを特徴とする。

【0007】

すなわち、前記走行体を進行させて前記刃体を枝に接触させ、前記刃体が受ける反力を前記弾性材で緩和し、前記弾性材の変位に応じて前記走行体の進行速度を制御する。弾性材を、その復元力が刃体の許容切断負荷以下となるように設定することで、刃体の枝切断可能速度以下に走行体進行速度を制限できる。

【0008】

また、前記刃体は樹幹半径方向に進退可能であり、また前記刃体は下端を支点にして樹幹軸方向との傾角を可変であり、前記刃体は上端及び下端に樹幹または枝との接触を防止するカバーと、前記刃体を前記樹幹半径方向に、前記樹幹に押し当てる弾性材と、前記傾角を小さくする方向へ前記刃体を加圧する弾性材とを備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明の枝切断装置において、前記刃体は上下可動であり、前記刃体を上下動させるアクチュエーターを備え、前記刃体上端カバーが枝に接触した際、前記アクチュエーターを駆動させて前記枝を回避することを特徴とする。

【0010】

また、本発明の枝切断装置において、樹幹周囲を取り囲むレールを備え、前記走行体は前記レール上を周回し、前記樹幹を昇降する昇降機の上に前記レールを装着することを特徴とする。

【0011】

もしくは、本発明の枝切断装置において、前記レールを備える代わりに、前記走行体が樹幹を旋回しながら昇降する昇降機であることを特徴とする。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［第１の実施例］
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照して説明する。図１は枝切断装置を示す斜視図である。枝を切断するチェーンソー１０は、樹幹に沿うように直立してマウント１２に固定されている。マウント１２は主フレーム１１に取付けられ、主フレーム１１を支持する副フレーム２１が、連結ブロック３１を介して走行体４１上に固定されている。

【0013】

走行体４１には走行モーター４２が備わっており、環状のレール４０外縁に押し当てられたローラー４３を回転させることで、レール４０上を旋回できる。レール４０は樹幹を取り囲むように取付けられる。レール４０は回転軸４４を支点とした開閉機構により、樹幹への取付け及び取外しが可能である。

【0014】

装置は、樹幹を昇降する昇降機の上に取り付けることで、自動枝打ち機として利用できる。その例を図２に示す。チェーンソー１０を駆動させながら、昇降機５０の上昇と走行体４１の旋回を組み合わせ、樹幹１００外周を旋回しながら枝を切り進めることができる。

【0015】

図３に枝切断装置の正面図を示す。主フレーム１１は回転軸２３を中心に一定角度可動である。主フレーム１１と副フレーム２１間に引張ばね２２が接続され、引張ばね２２の変位を計測するセンサー２０が主フレーム１１に取り付けられている。

【0016】

チェーンソー１０先端の湾曲部が枝に接触すると、キックバックや、枝切断面の品質が不安定となる問題があり、この部分での切断は回避するのが望ましい。刃を覆うように装着されたチップガード３６により前記湾曲部は枝に接触しない。

【0017】

マウント１２は両側方からスライダー１４に支持されており、スライダー１４は、シャフト１５に沿って上下に可動で、圧縮ばね１８に下から支えられている。サーボモーター２４はワイヤー２５を介してマウント１２の下方と繋がっている。

【0018】

図４は図３のＡ−Ａ断面を示す。副フレーム２１は樹幹半径方向に進退可能に、連結ブロック３１に取付けられており、圧縮ばね３２によってスプロケットカバー３７が樹幹に押し当てられる。これにより、チェーンソー１０は樹幹表面に近づきながらも、接することなくその距離を一定に保つ。サーボモーター３４はワイヤー３５を介して副フレーム２１と繋がっている。

【0019】

マウント１２は回転軸１７を中心に一定角度可動で、圧縮ばね１６の作用でチップガード１６が樹幹に押し当てられる。この構造により、樹幹の曲がりに対してチェーンソー１０の角度が追従できる。

【0020】

装置は制御回路７０（搭載位置は図示しない）を備えており、図５に制御ブロック図を示す。制御回路７０はチェーンソーモーター１３、サーボモーター２４、サーボモーター３４，及び走行モーター４２を駆動し、またその駆動は、各モーター及びセンサー２０の出力信号に基づいて制御される。

【0021】

枝打ち時、チェーンソーモーター１３及び走行モーター４２の制御により、チェーンソー１０を駆動させながら走行体４１を進行させる。チェーンソー１０が枝に接触すると、その反力によって主フレーム１１が押され、引張ばね２２が引っ張られる。センサー２０がその変位を計測し、その値に応じて図６に示すように走行体４１の進行速度を変動させる。変位が大きくなればやがて進行速度は０になるが、引張ばね２２の復元力で枝が切り進められれば変位は小さくなり、走行体４１は再び進行を始める。すなわち、引張ばね２２による復元力を、チェーンソー１０の許容切断負荷の範囲内に設定しておくことで、走行体４１の進行速度は切断可能速度以下に制限される。

【0022】

前記進行速度０の状態が一定時間以上続いた時には、制御回路７０は装置がそれ以上進行できないと判断し、走行体４１を後退させ、チェーンソー１０を枝から退避させる。

【0023】

枝打ち動作中に枝がチップガード３６に接触して切断できない場合、制御回路７０はそれを検知し、チェーンソー１０を下げて枝を回避させ、次の周回で切断するものとする。

【0024】

すなわち、枝がチップガード３６に接触すると引張ばね２２が変形しセンサー２０の計測値が変動する。計測値は枝切断時も変動するため、制御回路７０はまずその時点で切断中か否かの判定を行う。チェーンソーモーター１３に流れる電流（回転負荷）を読み取り、その値が枝非切断時と同等の場合は、枝切断中ではないこととなり、制御回路７０はチップガード３６に枝が接触したと判定する。すると枝を回避するためサーボモーター２４を駆動させマウント１２を下方へ引く。チップガード３６が枝をくぐれる高さになると引張ばね２２は復元し、センサー２０の計測値が元に戻り、サーボモーター２４を元の角度に戻して枝回避が完了する。

【0025】

以上の機構、制御の組み合わせにより、装置は途中で動作を停止することなく自動で作業を進めることが可能となる。

【0026】

枝打ち作業において、立木の枝がない部分や枝打ち終了後については、作業時間の短縮及び消費エネルギー低減のために、チェーンソー１０は停止させ、昇降速度を上げることが望ましい。その際、チェーンソー１０が樹皮に引っかかる等のトラブルを回避するため、サーボモーター３４を駆動させて副フレーム２１を引き、チェーンソー１０を樹幹から離しておくことができる。

【0027】

［第２の実施例］
本発明の枝切断装置を取り付ける昇降機が、本体ごと樹幹を旋回しながら昇降する機構であり、その昇降速度を制御可能である場合は、第１の実施例における連結ブロック３１を直接昇降機に固定し、自動枝打ち機として利用できる。その例を図７に示す。

【0028】

図８に第２の実施形態における枝切断装置の制御ブロック図を示す。これは、第１の実施形態における制御ブロック図（図５）の走行モーター４２が、車輪モーター６１に置き換わったものである。すなわち、本実施形態においては、第１の実施形態における走行モーター４２に対する制御を、車輪モーター６１の制御に置き換えることで、第１の実施形態と同様の効果を得られる。

【0029】

［第３の実施例］
以下、本発明の第３の実施例について図面を参照して説明する。図９は枝切断装置を示す斜視図である。枝を切断するチェーンソー２１０は、樹幹に沿うように直立してマウント２１２に固定されている。マウント２１２はフレーム２１１に取付けられ、フレーム２１１を支持する台座２２１が、リニアブロック２３１を介して走行体２４１上に固定されている。

【0030】

走行体２４１には走行モーター２４２が備わっており、環状のレール２４０外縁に押し当てられたローラー２４３を回転させることで、レール２４０上を旋回できる。レール２４０は樹幹を取り囲むように取付けられる。レール２４０は回転軸２４４を支点とした開閉機構により、樹幹への取付け及び取外しが可能である。

【0031】

装置は、樹幹を昇降する昇降機の上に取り付けることで、自動枝打ち機として利用できる。その例を図１０に示す。昇降機２５０は、樹幹外周に車輪を押し付け、樹幹を直動昇降可能な昇降機の一例である。チェーンソー２１０を駆動させながら、昇降機２５０の上昇と走行体２４１の旋回を組み合わせ、樹幹１００外周を旋回しながら螺旋状に枝を切り進めることができる。枝を切る刃体は、チェーンソーの他、鋸刃を上下に往復運動させるレシプロソーや、側面に刃が付いた軸を回転させるエンドミルであってもよい。

【0032】

図１１に枝切断装置の正面図を示す。マウント２１２は圧縮ばね２１６を介してフレーム２１１に支持されており、上下に一定距離可動である。サーボモーター２２４はフレーム２１１に固定されており、ベルト２２５を介してマウント２１２とつながっている。

【0033】

フレーム２１１は台座２２１上にリンク２１４とリンク２１５で支持され、平行クランク機構となっており、左右に一定距離可動である。リンク２１４と台座２２１間に引張ばね２２２が接続され、常時は進行方向側（左）に寄っている。フレーム２１１と台座２２１間の相対距離を計測するセンサー２２０が台座２２１に取り付けられている。

【0034】

チェーンソー２１０先端の湾曲部が枝に接触すると、キックバックや、枝切断面の品質が不安定となる問題があり、この部分での切断は回避するのが望ましい。刃を覆うように装着されたチップガード２３６により前記湾曲部は枝に接触しない。

【0035】

図１２は図１１のＢ−Ｂ断面を示す。台座２２１は樹幹半径方向に進退可能に、リニアブロック２３１に取付けられており、圧縮ばね２３２によってスプロケットカバー２３７が樹幹に押し当てられる。これにより、チェーンソー２１０は樹幹表面に近づきながらも、接することなくその距離を一定に保つ。

【0036】

台座２２１は回転軸２２３を中心に一定角度可動であり、圧縮ばね２２６の作用でチップガード２３６が樹幹に押し当てられる。この構造により、樹幹の曲がりに対してチェーンソー２１０の角度が追従できる。

【0037】

装置は制御回路２７０（搭載位置は図示しない）を備えており、図１３に制御ブロック図を示す。制御回路２７０はチェーンソーモーター２１３、サーボモーター２２４、サーボモーター２３４，及び走行モーター２４２を駆動し、またその駆動は、各モーター及びセンサー２２０の出力信号に基づいて制御される。

【0038】

枝打ち動作の開始指示は、作業者のリモコン操作による無線通信で行われる。枝打ち時、チェーンソーモーター２１３及び走行モーター２４２の制御により、チェーンソー２１０を駆動させながら走行体２４１が進行する。チェーンソー２１０が枝に接触すると、その反力によってフレーム２１１が押され、引張ばね２２２が引っ張られる。センサー２２０がその変位を計測し、その値に応じて図１４に示すように走行体２４１の進行速度を変動させる。変位が大きくなればやがて進行速度は０になるが、引張ばね２２２の復元力で枝が切り進められれば変位は小さくなり、走行体２４１は再び進行を始める。すなわち、引張ばね２２２による復元力を、チェーンソー２１０の許容切断負荷の範囲内に設定しておくことで、走行体２４１の進行速度は切断可能速度以下に制限される。なお、引張ばねの他に、ゴムバンドを用いたり、リンク２１４と台座２２１の接合部に巻きばねを取付けてその復元力を利用してもよい。

【0039】

前記進行速度０の状態が一定時間以上続いた時には、制御回路２７０は、装置がそれ以上進行できないと判断し、走行体２４１を後退させ、チェーンソー２１０を枝から退避させる。

【0040】

枝打ち動作中に枝がチップガード２３６に接触して切断できない場合、制御回路２７０はそれを検知し、チェーンソー２１０を下げて枝を回避させ、次の周回で切断するものとする。

【0041】

すなわち、枝がチップガード２３６に接触すると引張ばね２２２が変形しセンサー２２０の計測値が変動する。計測値は枝切断時も変動するため、制御回路２７０はまずその時点で切断中か否かの判定を行う。チェーンソーモーター２１３に流れる電流（回転負荷）を読み取り、その値が枝非切断時と同等の場合は、枝切断中ではないこととなり、制御回路２７０はチップガード２３６に枝が接触したと判定する。すると枝を回避するためサーボモーター２２４を駆動させマウント２１２を下方へ引く。チップガード２３６が枝をくぐれる高さになると引張ばね２２２は復元し、センサー２２０の計測値が元に戻り、サーボモーター２２４を元の角度に戻して枝回避が完了する。

【0042】

以上の機構、制御の組み合わせにより、装置は途中で動作を停止することなく自動で作業を進めることが可能となる。操作者のリモコン操作による停止指示、もしくは、動作時間や進行距離といった、予め入力された終了条件を満たした時、装置は枝打ち動作を停止する。

【0043】

図９に示すように、台座２２１に固定されたサーボモーター２３４はベルト２３５を介してリニアブロック２３１と繋がっている。枝打ち作業において、立木の枝がない部分や枝打ち終了後については、作業時間の短縮及び消費エネルギー低減のために、チェーンソー２１０は停止させ、昇降速度を上げることが望ましい。その際、チェーンソー２１０が樹皮に引っかかる等のトラブルを回避するため、サーボモーター２３４を駆動させて台座２２１をリニアブロック２３１に引き寄せ、チェーンソー２１０を樹幹から離して退避させることができる。

【0044】

チェーンソー２１０を樹幹から退避する際、チェーンソー２１０は圧縮ばね２２６の作用により樹幹側へ傾斜するため、チェーンソー２１０を確実に樹幹から離すためには、台座２２１を、チェーンソー２１０の傾斜を見込んだ十分な距離を移動させる必要がある。すると、広い可動範囲を確保するスペースや、装置を支えるリニアブロック２３１の高強度化が必要になる。

【0045】

このようなデメリットを回避するため、装置には、チェーンソー２１０が幹から離れる際に直立する機構が備わっている。図１５ａは図１１のＢ−Ｂ断面位置における、傾斜時の台座２２１周辺の様子を示す。圧縮ばね２２６を支持するばね台座２２７は、台座２２１との相対角度が一定の範囲に制限されている。ばね台座２２７はキャスター２２８を備え、台座２２１の移動に追従して走行体２４１上を移動する。

【0046】

走行体２４１上のキャスター２２８の経路はスロープ状になっており、退避位置での高さは低くなっている。すなわち、そのスロープの高低差による台座２２１の傾きと、ばね台座２２１に対する台座２２１の最大角度を等しくすることで、チェーンソー２１０は退避時に直立する。その様子を図１５ｂに示す。

【0047】

［第４の実施例］
本発明の枝切断装置を取り付ける昇降機が、樹幹を旋回しながら昇降する機構であり、その昇降速度を制御可能である場合は、第３の実施例におけるリニアブロック２３１を直接昇降機に固定し、自動枝打ち機として利用できる。その例を図１６に示す。

【0048】

昇降機２６０は、主フレーム２６１、副フレーム２６２、車輪２６３、引張ばね２６５で構成されている。主フレーム２６１と副フレーム２６２は片端を揺動可能に接続され、樹幹を取り囲むように開閉可能な構造となっている。各車輪２６３は樹幹軸方向に対し、一定角度傾けて主フレーム２６１及び副フレーム２６２に固定されている。主フレーム２６１と副フレーム２６２で樹幹を取り囲み、末端同士を引張ばね２６５で接続することで、各車輪２６３は樹幹に対して接圧がかかり、締め付けるようにして昇降機２６０は樹幹に取り付くことができる。車輪２６３に備わった車輪モーター２６４を駆動させることで、昇降機２６０は樹幹を螺旋状に昇降する。

【0049】

図１７に第４の実施例における枝切断装置の制御ブロック図を示す。これは、第３の実施例における制御ブロック図（図１３）の走行モーター２４２が、車輪モーター２６４に置き換わったものである。本実施例では、第３の実施例における走行モーター２４２に対する制御を、車輪モーター２６４の制御に置き換え、第３の実施形態と同様の制御をさせる。すると、装置は第３の実施例と同様に枝打ち作業を進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】本発明にかかる第１の実施例における枝切断装置を示す斜視図である。

【図2】第１の実施例における枝切断装置を昇降機に取付けた、自動枝打機を示す斜視図である。

【図3】第１の実施例における枝切断装置の正面図である。

【図4】［図３］のＡ−Ａ断面図である。

【図5】第１の実施例における枝切断装置の制御ブロック図である。

【図6】第１の実施例における走行体進行速度と引張ばね変位の関係図である。

【図7】第２の実施例における自動枝打機を示す斜視図である。

【図8】第２の実施例における枝切断装置の制御ブロック図である。

【図9】本発明にかかる第３の実施例における枝切断装置を示す斜視図である。

【図10】第３の実施例における枝切断装置を昇降機に取付けた、自動枝打機を示す斜視図である。

【図11】第３の実施例における枝切断装置の正面図である。

【図12】［図１１］のＢ−Ｂ断面図である。

【図13】第３の実施例における枝切断装置の制御ブロック図である。

【図14】第３の実施例における走行体進行速度と引張ばね変位の関係図である。

【図15】第３の実施例における枝切断装置の、樹幹離反時に直立する機構の説明図である。図１５ａは傾斜時、図１５ｂは直立時を示す。

【図16】第４の実施例における自動枝打機を示す斜視図である。

【図17】第４の実施例における枝切断装置の制御ブロック図である。

【符号の説明】

【0051】

１０ チェーンソー
１１ 主フレーム
１２ マウント
１３ チェーンソーモーター
１４ スライダー
１５ シャフト
１６ 圧縮ばね
１７ 回転軸
１８ 圧縮ばね
２０ センサー
２１ 副フレーム
２２ 引張ばね
２３ 回転軸
２４ サーボモーター
２５ ワイヤー
３１ 連結ブロック
３２ 圧縮ばね
３３ シャフト
３４ サーボモーター
３５ ワイヤー
３６ チップガード
３７ スプロケットカバー
３８ シャフト留め
４０ レール
４１ 走行体
４２ 走行モーター
４３ ローラー
４４ 回転軸
４５ ロックピン
５０ 昇降機
６０ 昇降機
６１ 車輪モーター
７０ 制御回路
１００ 樹幹
１０１ 枝
２１０ チェーンソー
２１１ フレーム
２１２ マウント
２１３ チェーンソーモーター
２１４ リンク
２１５ リンク
２１６ 圧縮ばね
２１７ シャフト
２２０ センサー
２２１ 台座
２２２ 引張ばね
２２３ 回転軸
２２４ サーボモーター
２２５ ベルト
２２６ 圧縮ばね
２２７ ばね台座
２２８ キャスター
２３１ リニアブロック
２３２ 圧縮ばね
２３３ シャフト
２３４ サーボモーター
２３５ ベルト
２３６ チップガード
２３７ スプロケットカバー
２３８ エンドブロック
２４０ レール
２４１ 走行体
２４２ 走行モーター
２４３ ローラー
２４４ 回転軸
２４５ ロックピン
２５０ 昇降機
２６０ 昇降機
２６１ 主フレーム
２６２ 副フレーム
２６３ 車輪
２６４ 車輪モーター
２６５ 引張ばね
２７０ 制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】