特許 6856891 作業車用ヘッド、作業車及びヘッド取付用品質評価センサユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6856891

(24)【登録日】2021年3月23日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】作業車用ヘッド、作業車及びヘッド取付用品質評価センサユニット

(51)【国際特許分類】

   A01G 23/08 20060101AFI20210405BHJP

【ＦＩ】

   A01G23/08 501A

   A01G23/08 501B

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-163468(P2016-163468)

(22)【出願日】2016年8月24日

(65)【公開番号】特開2018-29516(P2018-29516A)

(43)【公開日】2018年3月1日

【審査請求日】2019年8月23日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 発行者名 ：一般社団法人 日本森林学会（東京都千代田区六番町７ 日林協会館内） 刊行物名 ：第１２７回日本森林学会大会学術講演集 発行年月日 ：２０１６年３月２７日 〔刊行物等〕 集会名 ：第１２７回日本森林学会大会 開催場所 ：日本大学生物資源科学部（神奈川県藤沢市亀井野１８６６） 開催日 ：平成２８年３月２９日

(73)【特許権者】

【識別番号】508107630

【氏名又は名称】株式会社南星機械

(73)【特許権者】

【識別番号】591153477

【氏名又は名称】株式会社坂本電機製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】501186173

【氏名又は名称】国立研究開発法人森林研究・整備機構

(74)【代理人】

【識別番号】100087745

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 善廣

(74)【代理人】

【識別番号】100098545

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 伸一

(74)【代理人】

【識別番号】100106611

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 幸史

(74)【代理人】

【識別番号】100150968

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 悠有子

(72)【発明者】

【氏名】草野 喜行

(72)【発明者】

【氏名】田中 誠一郎

(72)【発明者】

【氏名】金澤 豊

(72)【発明者】

【氏名】山本 保則

(72)【発明者】

【氏名】加藤 英雄

(72)【発明者】

【氏名】上村 巧

【審査官】 大澤 元成

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１８６５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３０７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２９４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１９７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３２６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−００６２２８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−０５３０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８９７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００５７９４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１３１１６２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｇ ２３／００−２３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

木材を側方から把持する左右一対のクラブアームと、
前記木材の品質を評価するセンサと、
前記センサを開口端から突出するように摺動可能に格納し、把持された前記木材の側面に前記開口端が当接するように配置された複数のシリンダロッドと、を備えたことを特徴とする作業車用ヘッド。

【請求項2】

前記木材を前記木材の長手方向に送る送材手段をさらに備え、
前記シリンダロッドは、前記送材手段に隣接して配置された請求項１に記載の作業車用ヘッド。

【請求項3】

前記送材手段は、左右一対の各前記クラブアームに設けられた請求項２に記載の作業車用ヘッド。

【請求項4】

前記シリンダロッドは、前記送材手段に隣接して配置された前記シリンダロッドと対角に信号を送受信可能な位置にさらに配置された請求項２または３記載の作業車用ヘッド。

【請求項5】

左右一対の前記クラブアームの支点側端部の間に、前記クラブアーム内側面と共に木材を把持する当接片をさらに備え、
前記シリンダロッドは、前記当接片に配置された請求項４記載の作業車用ヘッド。

【請求項6】

前記クラブアームの端面の外側上方に設けられ前記把持された木材を切断する切断手段をさらに備え、
前記シリンダロッドは、前記切断手段に配置された請求項４または５記載の作業車用ヘッド。

【請求項7】

前記センサは、先端に針を有し、測定時において前記シリンダロッド内を摺動することにより前記針を前記開口端から突出させる請求項１〜６の何れか１項に記載の作業車用ヘッド。

【請求項8】

請求項１〜７の何れか１項に記載の作業車用ヘッドを備えたことを特徴とする作業車。

【請求項9】

木材を側方から把持する左右一対のクラブアームを有する作業車用ヘッドに取り付けられる木材の品質評価センサユニットであって、
前記木材の品質を評価するセンサと、
前記センサを開口端から突出するように摺動可能に格納するシリンダロッドと、
把持された前記木材の側面に前記シリンダロッドの開口端が当接するように配置されるものであるヘッド取付用品質評価センサユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、伐木など機械による木材の品質評価を行える作業車用ヘッド、作業車及びヘッド取付用品質評価センサユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

木材の品質評価センサの一例としてのヤング率判定用センサは、原木にセンサ先端を打ち込むことで音速を測定してヤング率を判定する。原木の品質判定として、このようなヤング率判定用センサを用いるが、これまでは、山ではヤング率の判定はほとんど行われなかった。
特許文献１は、銘木や街路樹を対象として非破壊で診断を行う検査方法及び装置を提案している。
ヤング係数を判定する他の方法としては、製材した木を実際に曲げて判定する方法や、木の木口をたたいて音速を測定する方法がある。
木材の消費者は、ヤング率を判定して強度的に保証された木材があれば、歩留まりが上がることを知っている。
ところで、車両系伐木造材機械の一つとしてハーベスタがある。ハーベスタのような作業車は、原木送り装置、枝払いナイフ、玉切り装置、測尺装置を備え、原木をつかんで伐木、造材、及び集積やはい積を行う（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−５３０４５号公報

【特許文献2】特開２０１１−１３０７１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

山で木のヤング率を計測するには、破損しやすいセンサと、重量のある音波発生装置とを持ち運び、木にセンサを打ち込む作業が必要であることから、山で計測することは敬遠されている。
またヤング率を音波で判定するには、センサ間の距離が重要となるが、木に刺したセンサ間の距離を測ることが難しかった。
このようなことから、山でヤング率などにより木材の品質を評価するには、計測に必要な機材を人力で運搬することなく、１名でも計測できることが必要である。

【0005】

そこで、本発明は木材の品質評価センサを保護することができ、測定を容易に行うことができる作業車用ヘッド、作業車及びヘッド取付用品質評価センサユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る作業車用ヘッドは、上述した課題を解決するために、木材を側方から把持する左右一対のクラブアームと、前記木材の品質を評価するセンサと、前記センサを開口端から突出するように摺動可能に格納し、把持された前記木材の側面に前記開口端が当接するように配置された複数のシリンダロッドと、を備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明の作業車用ヘッド、作業車及びヘッド取付用品質評価センサユニットにおいては、作業車で把持した木材の品質評価を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の作業車の一実施の形態の側面図

【図2】本発明の一実施の形態の作業車用ヘッドの正面図

【図3】同作業車用ヘッドの左側面図

【図4】同作業車用ヘッドの背面図

【図5】同作業車用ヘッドのシリンダロッドの配置を示す底面図

【図6】同作業車用ヘッドのシリンダロッドの配置を示す写真

【図7】同作業車用ヘッドの原木送り装置に隣接させて配置したシリンダロッドの配置を示す図

【図8】図７のVIII-VIII線に沿う縦断面図

【図9】同作業車用ヘッドの原木送り装置及びシリンダロッドを示す要部斜視図

【図10】同作業車用ヘッドのシリンダロッド及びヤング率判定用センサを示す断面図

【図11】同作業車用ヘッドで小径木材を把持した非測定時の状態での原木送り装置及びシリンダロッドを示す図

【図12】同作業車用ヘッドで小径木材を把持した測定時の状態での原木送り装置及びシリンダロッドを示す図

【図13】同作業車用ヘッドで大径木材を把持した測定時の状態での原木送り装置及びシリンダロッドを示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の作業車の一実施の形態の側面図である。
作業車１は、原木送り装置、枝払いナイフ、玉切り装置、測尺装置などを備え、原木をつかんで伐木、造材、及び集積やはい積など一連の作業を一台で行うハーベスタ（車両系伐木造材機械）である。
作業車１は、くの字状に形成されたブーム２と、ブーム２に接続されたアーム３とを備えている。アーム３の先端部には、４節リンク機構Ｍを介して作業車用ヘッド５が接続されている。なお、作業車用ヘッド５の枢動（揺動）のために４節リンク機構ＭのピンＰ１は、アーム３のブーム２の反対側の端部に設けられた突設部Ｅ１に油圧により伸縮自在の油圧シリンダＨ１を介して接続されている。
ブーム２の一方側の端部は、作業車１に枢動自在に支持され、同様に作業車１からブーム２の両側にピンＰ３で結合される油圧シリンダＨ２によりブーム２を枢動させる。ブーム２のくの字状の外側の部分の近傍において突設部Ｅ２が設けられ、この突設部Ｅ２とアーム３の端部Ｅ３とが油圧シリンダＨ３を介してピンＰ４，Ｐ５で結合される。そして、アーム３の内側部分Ｅ４とブーム２とがピンＰ６で結合される。これにより、油圧シリンダＨ３を伸縮させることによりアーム３がピンＰ６を支点として枢動することとなる。

【0010】

作業車１のアーム３の先端部には、水平面に対して平行に回転でき、且つ、アーム３の先端部を支点に枢動できるように作業車用ヘッド５が設けられている。具体的には、作業車用ヘッド５の上部両側においてピン支持されたアーム６により保持され、アーム６の上面中央部に回転駆動されるベアリング７により支持され、ベアリング７が揺動可能なようにピンＰ７により４節リンク機構Ｍに接続される。

【0011】

図２は本発明の一実施の形態の作業車用ヘッドの正面図、図３は同作業車用ヘッドの左側面図、図４は同作業車用ヘッドの背面図である。
作業車用ヘッド５は、木材を側方から把持するクラブアーム８と、木材を長手方向に送るための原木送り装置９（送材手段）と、木材を切断する玉切り装置１０（切断手段）と、枝払いのために枝を切る枝払いナイフ１３とを備えている。
クラブアーム８は、一方のクラブアーム８ａと他方のクラブアーム８ｂを対向して配置し、それぞれの上端部を支点１１として回動する。一方のクラブアーム８ａの支点１１側端部と他方のクラブアーム８ｂの支点１１側端部との間には、当接片１２を設けている。木材は、一方のクラブアーム８ａの内側面と、他方のクラブアーム８ｂの内側面と、当接片１２とで把持される。
それぞれのクラブアーム８ａ，８ｂは、木材を把持しやすいように、内側が略くの字形状に湾曲して形成される。また、クラブアーム８が閉じた際に、他方のクラブアーム８ｂを構成する枠体の内側に、一方のクラブアーム８ａを構成する枠体が通過できるように、他方のクラブアーム８ｂの枠体は一方のクラブアーム８ａの枠体よりも一回り大きく構成されている。このように構成することにより、クラブアーム８は、その開閉を調整して、小径の木材を把持することができる。
一方のクラブアーム８ａの枠体内の支点１１側には原木送り装置９ａが配置され、他方のクラブアーム８ｂの枠体内の支点１１側には原木送り装置９ｂが配置されている（図５）。原木送り装置９は、回転式のゴムローラやローラチェーンなどで構成され、把持した木材を木材の長手方向に送ることができる。
玉切り装置１０は、チェーンソーなどで構成され、クラブアーム８の端面の外側上方に設けられている。

【0012】

枝払いナイフ１３は、クラブアーム８と同様に、枝払いナイフ１３ａ，１３ｂを対向して配置し、それぞれの上端部を支点１１として回動する。
各枝払いナイフ１３ａ，１３ｂは、木材を把持しやすいように、内側が略くの字形状に湾曲して形成される。また、枝払いナイフ１３が閉じた際に、枝払いナイフ１３ｂを構成する枠体の内側に、枝払いナイフ１３ａを構成する枠体が通過できるように、枝払いナイフ１３ｂの枠体は枝払いナイフ１３ａの枠体よりも一回り大きく構成されている。

【0013】

図５は本発明の一実施の形態の作業車用ヘッドのシリンダロッドの配置を示す底面図、図６は同作業車用ヘッドのシリンダロッドの配置を示す写真、図７は同作業車用ヘッドの原木送り装置に隣接させて配置したシリンダロッドの配置を示す図、図８は図７のVIII-VIII線に沿う縦断面図、図９は同作業車用ヘッドの原木送り装置及びシリンダロッドを示す要部斜視図である。

【0014】

図５及び図６に示すように、作業車用ヘッド５は、一方のクラブアーム８ａの原木送り装置９ａに隣接させて配置した複数のシリンダロッド２１，２２と、他方のクラブアーム８ｂの原木送り装置９ｂに隣接させて配置した複数のシリンダロッド２３，２４と、当接片１２に配置したシリンダロッド２５と、玉切り装置１０の底面に配置したシリンダロッド２６とを備えている。シリンダロッド２１，２２，２３，２４，２５，２６内には、木材のヤング率を判定するヤング率判定用センサを格納している。ヤング率判定用センサは、本発明に係るヘッド取付用品質評価センサの一例である。

【0015】

図７から図９に示すように、原木送り装置９ａに隣接させて配置されたシリンダロッド２１，２２は、シリンダロッド２１，２２の開口端２０が、把持した木材の側面に当接するように、取付具３０によって原木送り装置９ａに固定される。また、原木送り装置９ｂに隣接させて配置されたシリンダロッド２３，２４も同様に、シリンダロッド２３，２４の開口端２０が、把持した木材の側面に当接するように、取付具３０によって原木送り装置９ｂに固定される。
図５及び６に示すように、シリンダロッド２５は、開口端２０が把持した木材の側面に当接するように当接片１２内に取り付けられる（埋め込まれる）。また、シリンダロッド２６は、開口端２０が把持した木材の側面に当接するように取付具によって玉切り装置１０に固定される。
このように、本実施の形態によれば、原木送り装置９ａ，９ｂや当接片１２、玉切り装置１０にシリンダロッド２１〜２６を配置することで、シリンダロッド２１〜２６の開口端２０を木材の側面に確実に当接させることができる。

【0016】

図１０は本発明の一実施の形態の作業車用ヘッドのシリンダロッド及びヤング率判定用センサを示す断面図であり、図１０（ａ）は非測定時の状態、図１０（ｂ）は測定時の状態を示している。なお、図１０ではシリンダロッド２１について説明するが、他のシリンダロッド２２，２３，２４，２５，２６についても同一構成である。
シリンダロッド２１は、堅牢な金属製であり、伐木造材時においてもヤング率判定用センサ４０が破壊されることなく使用可能なようにヤング率判定用センサ４０を保護するケーシングとしても機能する。
ヤング率判定用センサ４０は、シリンダロッド２１内に油圧駆動により摺動可能に格納されている。非測定時には、ヤング率判定用センサ４０の針４１は開口端２０から突出しない。測定時には、ヤング率判定用センサ４０の針４１は、開口端２０から突出する。針４１は、ヤング率判定用センサ４０の先端に固定されており、ヤング率判定用センサ４０から送受信される音波の送受信機として機能する。ヤング率判定用センサ４０には、配線が接続されており、シリンダロッド２１の開口端２０とは反対の端部から排出される。また、シリンダロッド２１の端部には、配線を保護するためのホースが取り付けられている。ヤング率判定用センサ４０と接続された情報処理装置（例えばパーソナルコンピュータ）は、所定位置に配置される。例えば、信号増幅装置が作業車用ヘッド５内の所定位置に、パーソナルコンピュータがショベル運転室（キャビン）内に配置される。
ヤング率判定用センサ４０としては、例えば特開２００６−５３０４５号公報に開示されているような、ピエゾ素子を用いて発信器と受信器とを兼用した音響波センサが適している。なお、ヤング率判定用センサ４０には、非破壊検査方法として用いられている、圧電型衝撃センサなど、他のヤング率測定方法に用いるセンサであってもよい。

【0017】

図１１は本発明の一実施の形態の作業車用ヘッドで小径木材を把持した非測定時の状態での原木送り装置及びシリンダロッドを示す図、図１２は同作業車用ヘッドで小径木材を把持した測定時の状態での原木送り装置及びシリンダロッドを示す図、図１３は同作業車用ヘッドで大径木材を把持した測定時の状態での原木送り装置及びシリンダロッドを示す図である。
図１１に示すように、クラブアーム８ａ，８ｂで木材Ｗ１を把持した状態では、ヤング率判定用センサ４０の針４１は、シリンダロッド２１，２３，２５の開口端２０から突出していない。
測定時には、図１２及び図１３に示すように、ヤング率判定用センサ４０の針４１は、シリンダロッド２１，２３，２５の開口端２０から突出し、木材Ｗ１、Ｗ２に打ち込まれる。また、図示はされていないが、所要のシリンダロッド２２，２４，２６も、木材Ｗ１、Ｗ２に打ち込まれる。ヤング率判定用センサ４０は、位置に応じて６チャンネルの送信器または受信器となり、対角に音波（信号）を送受信する。例えば、原木送り装置９ａに隣接して配置されたシリンダロッド２１とシリンダロッド２３，２６とは、対角に信号を送受信可能な位置に配置されている。また、原木送り装置９ａに隣接して配置されたシリンダロッド２２とシリンダロッド２４，２５とは、対角に信号を送受信可能な位置に配置されている。さらに、原木送り装置９ｂに隣接して配置されたシリンダロッド２３とシリンダロッド２１，２５とは、対角に信号を送受信可能な位置に配置されている。原木送り装置９ｂに隣接して配置されたシリンダロッド２４とシリンダロッド２２，２６とは、対角に信号を送受信可能な位置に配置されている。これにより、木材Ｗ１，Ｗ２の中心のヤング率を判定することができる。
なお、図１３に示す大径の木材Ｗ２では、図１２に示す小径の木材Ｗ１と比較して、シリンダロッド２１〜２６から突出する針４１間の距離は大きくなる。

【0018】

このように、本実施の形態における作業車用ヘッド５によれば、左右一対のクラブアーム８ａ、８ｂにそれぞれシリンダロッド２１〜２４を配置し、また当接片１２にシリンダロッド２５を、玉切り装置１０にシリンダロッド２６を配置することで、木材の径に対応した距離をもって容易に配置することができる。例えば、作業車用ヘッド５は、把持、送材可能な木材の径であれば、種々の径、例えば直径１２５ｍｍ〜５００ｍｍの木材を測定することができる。
また、ヤング率判定用センサ４０は、非測定時及び測定時においてシリンダロッド２１〜２６内に格納され保護されているため、精密な測定機器にとって適した作業環境とはいえない森林内における伐木作業時においても、破壊されることなく保持される。とくに、ヤング率判定用センサ４０は、測定時のみ摺動しシリンダロッド２１〜２６から突出するため、非測定時（非使用時）には十分に保護されることができる。
さらに、作業車用ヘッド５にヤング率判定用センサ４０を取り付けたため、シリンダロッド２１〜２６の開口端２０が、把持した木材の側面に好適に当接しセンサの位置決めをすることができるため、測定作業を容易に行うことができる。

【0019】

本発明の作業車は、本発明の作業車用ヘッドを装着できるものであればとくに制限するものではなく、ハーベスタを取り付けるようなもの、例えばトラクタやクレーンローダも含む。
また、本発明のヘッド取付用品質評価センサユニットは、ヤング率の他に、木材の密度や硬さ、含水量、空洞の有無または大きさなどを評価することのできるセンサ（例えば密度センサ）を用いてもよい。その場合においても、センサはシリンダロッド２１〜２６のようなケーシングに格納され、必要に応じて摺動して使用される。

【符号の説明】

【0020】

２ ブーム
８，８ａ，８ｂ クラブアーム
９，９ａ，９ｂ 原木送り装置
１０ 玉切り装置
１２ 当接片
２０ 開口端
２１，２２，２３，２４，２５，２６ シリンダロッド
４０ ヤング率判定用センサ
４１ 針
Ｗ１，Ｗ２ 木材

【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】