次世代林業に向けた新たな架線集材その展望と課題

高知大学教育研究部自然科学系農学部門

後藤純一

新たな架線集材システム検討会 和歌山県 2015/ 02/26

講演の流れ

• 林業活動を取り巻く状況の変化

• 架線か車両か，地形的特徴からみた分類

• 架線集材技術の変遷

1. 第一次タワーヤーダ導入期の課題

2. 最近導入されているタワーヤーダはどこが違うのか

3. 最新の開発動向

• 将来の展望は？

林業活動の変遷

皆伐・拡大造林 搬出間伐

木材価格の低迷

主伐・更新の先送り or 路網活用 伐出コスト削減

サプライチェーンの改革 増産要請

大径化

都道府県別傾斜分布－森林地帯－

傾斜区分

累加頻度

地形指数にもとづく分類（ 和歌山県の場合 ）

県全域

傾斜分布図

地形指数：傾斜（％）に3/4の重みをおき，谷密度と起伏量を合成した指標に1/4の重みをおいた指数 集材作業方法の適否を判断するための指数で，広範囲な地形の分類に用いられる。 （ 国土地理院5万分の１地形図を用い，半径500mの円内を対象に地形特性を測定する。 ）

田辺市

地域別分類 地形指数

急峻地・本格架線

新宮市

北山村

日高川町

有田川町

急傾斜・路網架線の併用

地域別分類 斜面傾斜

急峻地・本格架線

日高川町

有田川町

急傾斜・路網架線の併用

北山村

新宮市

傾斜分布－都道府県を傾斜タイプで分類－

頻度

傾斜区分

傾斜タイプ別の主要な作業システム

頻度

傾斜区分

40% 39% 8% 13%

26% 39% 11% 24%

16% 34% 13% 37%

架線系 車両・短スパン 架線併用

車両系

路網の発達と作業システム

谷筋・尾根筋林道 ー 架線による長距離集材 固定式主索を用いた架線集材

尾根筋・中腹林道 ー 100～500ｍの架線集材 機動性の高い架線集材

循環作業道 ー 100ｍ未満の架線集材 主索を用いない簡易架線集材

高密路網 ー 車両系の短距離集材 ウインチとグラップルによる集材

スイングヤーダ

タワーヤーダ

集材機集材

ウインチトラクタ

高密な路網が整備されている地域

高知県香美市 高知県四万十町

地形が複雑でも頻繁に張り替えが効く ＞＞＞ スイングヤーダ＋路網

集材機集材と中間サポート

作業システムと路網 （路網作業システム検討委員会報告書から引用）

架線系作業システムの変遷

大面積皆伐対応

固定式主索 多人数作業

小規模民有林対応

利用間伐の始まり

簡易索張り 少人数作業

高密路網の始まり

低コスト間伐対応

インターロック式 少人数作業

高性能林業機械導入

昭和30年代～63年 平成元年～12年 平成13年～X年

小面積皆伐・間伐

高機能型先進機械 単独連携作業

資源充実期大径化

X年～

エンドレスタイラー式 小型集材機高性能化

ジグザグ集材

自走式搬器 国産タワーヤーダ ラジコン導入

スイングヤーダ 全木集材

高機能タワーヤーダ 高速・高出力・完全自動化

架線系システム発展の歴史① 皆伐・拡大造林期

集材機の開発 単胴、２胴、３胴、小型集材機の導入

エンドレス索の活用 皆伐の採算性の確保・横取り対応

索張り方式の開発 大面積から小面積，皆伐から間伐対応へ

係留搬器・ダブルエンドレス用搬器の開発 作業索の省略，架設時間の短縮

67-80馬力用 3胴＋1エンドレスドラム

20－25馬力用 2胴＋1エンドレスドラム

ダブルエンドレス用搬器

各種の係留搬器 上：丸研工業エンドレス式 左：四国索道工業 F-6型自動繋留搬器 ストッパを介して搬器を 主索に係留する

架線系システム発展の歴史②-1 利用間伐始動期

簡易索張りの開発 頻繁な張り替え，架設撤去時間の短縮

ラジオコントロールの導入（自走式搬器） 小面積・少人数でも対応可能へ

国産小型タワーヤーダの開発 林内造材・短材集材から間伐材全木集材

高密路網先行導入，ウインチ道端集材 小型運材車，２ｔトラックの活用

スイングヤーダの開発，先行導入へ徐々に移行

架線系システム発展の歴史②-2 利用間伐始動期

第一次タワーヤーダ導入期 中欧のタワーヤーダの導入を機会に 国産化の試みが興る

ランニングスカイライン方式 インターロック機構を内蔵 荷掛けフックの強制降下

主索を用いた方式 エンドレス索と主索用クランプの組合せ搬器

中欧からの輸入機、国内メーカによる架装

国産開発機

架線系システム発展の歴史③ 路網活用期

高性能林業機械の本格導入 短材から全木集材へ，プロセッサの導入

エンドレス索からインターロックへ スイングヤーダの普及

列状間伐か，点状間伐（定性間伐）か？ 生産性向上か，より架設時間の短縮か

路網を活用した低コスト作業システム 集材距離の短縮によるコスト削減

ﾗﾝﾆﾝｸﾞｽｶｲﾗｲﾝ式，ｽﾗｯｸライン式，単線地引き

木材価格の低迷に対応した伐出コスト削減

架線系システム発展の歴史④ 高機能機械導入期

集材距離の克服 高速ウインチ，速度調整機能，自動走行

一荷あたりの材積の増加 高い直引力，高張力対応ワイヤーロープ

ラジオコントロール，制御機構の活用 荷掛け，荷外しの独立 安全性の向上

垂下量を抑え，地形変化への対応 中間支持金具の活用

資源の充実，単木材積の増加

オートチョーカーの導入

徹底したメーカーサポート

架線系システムの挑戦、その課題

定置式集材機による面集材（集材距離500m以上）

大起伏量の地形が対象（H型架線，コレクター集材） 専用搬器の開発 ラジコンヘリコプターの活用 索の張替え時間の短縮 技能の習熟

H型架線（エンドレスタイラーダブル式：丸金式）索張り図

コレクター集材用搬器

（株）とされいほく資料から引用

主索の使い方による分類

架線集材システム 備 考

スカイラインシステム

ｽﾀﾝﾃﾞｨﾝｸﾞｽｶｲﾗｲﾝｼｽﾃﾑ ｽｶｲﾗｲﾝは、常時張ったまま、両端を固定して集材する

ﾗｲﾌﾞｽｶｲﾗｲﾝｼｽﾃﾑ ｽｶｲﾗｲﾝの緊張、弛緩により（集材ｻｲｸﾙの中で）搬器を上下させる

ﾗﾝﾆﾝｸﾞｽｶｲﾗｲﾝｼｽﾃﾑ 走行するｽｶｲﾗｲﾝ上に、搬器を走行させて集材する

非スカイラインシステム ﾊｲﾘｰﾄﾞｼｽﾃﾑ ｽｶｲﾗｲﾝも搬器も使わず、作業索の結合部にﾌｯｸを取り付けて集材する

横取り方式による分類

１:動力引き込み型 荷上げ索を緩めながらホールバックラインを集材機の動力により引込み荷掛けフックを架線から離れた伐倒木に導く方式。 （ｴﾝﾄﾞﾚｽﾀｲﾗｰ式，ﾌｫｰﾘﾝｸﾞﾌﾞﾛｯｸ式）

２:空フック歩行型 搬器から鉛直下に降下する荷上げ索の先端（空フック）を人の手で伐倒木まで持って歩く方式。 （ﾀﾞﾌﾞﾙｴﾝﾄﾞﾚｽ式：ﾎｲｽﾃｨﾝｸﾞｷｬﾚｼﾞ式 自走式搬器）

林業機械化協会 「集材機索張り図集」から引用

索張り方式によるタワーヤーダの分類

１:主索固定型 ２:ランニングスカイライン型

上荷・下荷の特徴

架設撤去の作業負担が少ない 上荷 ＞ 下荷

索張りが単純 上荷 ＞ 下荷

適用可能な現場 上荷 ＜ 下荷

少ない動力で作業が可能 上荷 ＜ 下荷

控索設置が容易 上荷 ＞ 下荷

荷卸し地点の安全性 上荷 ＞ 下荷

自走式搬器

林道整備

搬器に求められる機能

皆伐 大きい吊上げ能力 幅広い横取り機能

間伐（非皆伐） 残存木の損傷回避 列状 vs 魚骨状

主索なし 主索あり

Norway Austria フック降下 強制降下機能

吊上げ荷重 搬器の軽量化

動滑車 動力引き込み

フック降下 人力引き込み

少ない作業索＞主索ｸﾗﾝﾌﾟ

係留・ｽﾗｯｸﾌﾟﾘﾝｸﾞ or 荷上ドラム内蔵

単機能化 ﾘﾌﾃｨﾝｸﾞに特化

ﾗﾝﾆﾝｸﾞｽｶｲﾗｲﾝ方式 皆伐もしくは列状向き

林業機械化協会 「集材機索張り図集」から引用

なぜ、タワーヤーダは定着しなかったのか

高価な輸入機 メンテナンス対応に日数を要し、機械の稼働率が低下

パワー不足の国産機

搬器速度が遅く、直引力が弱く、生産性が向上しない

ランニングスカイライン方式 専用搬器が揃わず、定性間伐時の搬器の制御が困難

主索を用いた方式 高張力のワイヤーロープや中間支持金具の採用がない 地形に制約を受け、事業量の確保が困難

列状間伐への導入は、スイングヤーダがとって替わる

資源が未熟、小径木では高い生産性は望めない

資源の成熟に伴って、パワーアップが必須

タワーヤーダ導入を意識したトラック道が未整備

わずかな材のために控索の設置に時間を

費やす

従来の主索固定式に比べて非力で信頼

性が乏しい

機械の導入に留まり 道路整備やオペレータ育成等トータルの理念が伝えられなかった

第１次タワーヤーダ導入期と何が違うのか

高価な輸入機 高機能機は制御機構を活かし、自動走行機能などを盛込み 少人数作業を実現している。 メールなどを活用し、瞬時のメンテナンス対応

国産機は開発されるのか

搬器速度を早く、直引力を強く、高機能を盛り込めるか

ランニングスカイライン方式 列状間伐やより架設時間を短縮した方式は既に定着

主索を用いた方式 高張力のワイヤーロープや中間支持金具を活用 スイングヤーダと異なる線の張り方を意識 地形の制約を克服し、事業量を確保

スイングヤーダで対応可能

資源が成熟、単木材積が増え、高い生産性が望める

資源の成熟に伴って、パワーアップが必須

一線でより多くの材を収穫し、主索導入の方式に特化

スイングヤーダでの集材作業に比べ 安定･安心感がある

フォレスタ研修を通じた 道路整備やオペレータ育成等トータルの理念を

踏まえた取組

オーストリアの地形と路網

○ 褶曲が少ない地形 ○ 帯状の伐区（伐採幅に基づいた伐採規制） ○ 氷河の移動によって作られた地形 ○ 石灰岩を母岩とする硬い地表と土質 ○ 山土場での原木取引 ○ 森林周辺の牧草地とトラクタ市場

1992年当時のオーストリアでの機械展にて

タワーヤーダを構成する機械装置

いずれかを選択

Heinimann et al., 2001

コンビマシｰンでの作業

作業システム

Heinimann et al., 2001

ﾀﾜｰﾔｰﾀﾞ間伐搬出作業の標準的な生産性

生産性

(m3/PSH15)

Karl Stampfer 2004

ﾄﾗｯｸ道から林地（面域）への対応

ﾀﾜｰ 元柱 ﾀﾜｰ 元柱 ﾄﾗｯｸ道 ﾄﾗｯｸ道

架設撤去 集材 合計

スパン長

横取り

160ｍ以上

林内路網密度の諸外国との比較

架線系先進林業機械の可能性

高機能タワーヤーダが求められる現場 集材距離が160m以上 大きい直引力が必要な大径材 路網の整備が困難な林地

高機能タワーヤーダ導入に必要な条件

車道幅員3.5m（全幅4.0m）以上の路網

高機能タワーヤーダ導入の可能性は

トラック道の整備が進むか？ 帯状皆伐更新，大径材生産志向が強まるか？

急峻な林地だけでなく、軟弱な林地も導入対象

架線系システムの到達点と課題

生産性向上は １サイクルの生産量の増加

パワーアップ（高出力エンジン）

サイクルタイムの短縮

スピードアップ（高速走行） 人員の削減

（荷掛け手による遠隔操縦、自動走行）

採算性は 事業量の確保，高い稼働率

集材距離の短縮以外には？

単木材積は大きく 高直引力，高速集材 トラブルロスの回避 架設・撤去時間の短縮

連携作業を回避し 待ち時間を圧縮

メーカとユーザが一体となった開発と作業研修＞＞＞

あらゆる地形で使えるか 誰でも操作できるか 路網は整備されているか

架線系システム開発のポイント

集材機あるいはタワーヤーダ本体の開発 架設撤去時間の短縮 インターロック機構

搬器の開発 係留機能 エンジンを搭載し、荷上げ索を内蔵 荷上げ索内蔵＋自走機能

エンドレス索を使わないで 作業索の本数を少なく 安定した自動走行 より少なくするには

高出力、高速搬器

タワーヤーダ用係留搬器

動力付ドラム内蔵（リフトライナー）

自走式搬器（ウッドライナー）

連動

主索

引寄索用ｸﾗﾝﾌﾟ

引寄索

主索用ｸﾗﾝﾌﾟ

強制降下索

引戻索

引寄索用ｸﾗﾝﾌﾟ

引寄索用ｸﾗﾝﾌﾟ

引寄索用ｸﾗﾝﾌﾟ

引寄索用ｸﾗﾝﾌﾟ

引寄索用ｸﾗﾝﾌﾟ

主索用ｸﾗﾝﾌﾟ

主索用ｸﾗﾝﾌﾟ

主索用ｸﾗﾝﾌﾟ

主索用ｸﾗﾝﾌﾟ

主索用ｸﾗﾝﾌﾟ

引寄索

引寄索

引寄索

引寄索

引寄索

主索

主索

主索

主索

主索

強制降下索

強制降下索

引戻索

Koller SKA-2.5 Koller SKA-1.5

Woodliner

ﾀﾜｰﾔｰﾀﾞｾｯﾄの標準的な諸元 装置 と型式

全ｾｯﾄ 質量 24t

ﾄﾗｯｸ ｴﾝｼﾞﾝ出力 243kW(330PS)

ﾌﾞｰﾑ V-Kran20.88 長さ 9m

最大ﾓｰﾒﾝﾄ 19.2t・m

ﾀﾜｰﾔｰﾀﾞ Wanderfalke 最大索張力 1.5t

最大索速度 6m/秒

ﾀﾜｰ高さ 9m

ドラム径 508mm

主索径 16mm

引寄索径 10mm

強制降下用索径 6mm

ﾌﾟﾛｾｯｻ Woody 50 ﾛｰﾃｰﾀを含む質量 750kg

最大鋸断径 55cm

ｸﾞﾗｯﾌﾟﾙ最大開口幅 95cm

送材速度 0-3m/秒

最大送り力 2.8t

搬器 Sherpa U-1.5t 設計荷重 1.5ｔ

搬器質量 250kg

型式 荷重 主索径 搬器質量 集材方向

SHERPA (SBA?) 1.5t 14-20mm 190kg 自重

SHERPA-U1.5 1.5t 14-20mm 280kg 全地形対応

SHERPA-U3 3.0t 14-24mm 410kg 全地形対応

SHERPA-U4 4.0t 18-26mm 520kg 全地形対応

SHERPA-Mot II 4.0t 18-26mm 610kg 自重

Koller SKA-1.5 1.5t 12-22mm 150kg 自重

Koller SKA-2.5 2.5t 18-28mm 290kg 自重

荷の荷重変動が大きくなる状況

Visser 1999

タワーヤーダ設置における課題

如何に地形に対応するか 中間支持

M型

中間支持金具

片吊型 ノルウェー集材作業マニュアルから引用

架線系システムの今後、その課題

短距離２胴スイングヤーダ（集材距離100m未満） 大径材対応の大型化 ラジコン機能の強化、安全性向上

中・長距離高機能タワーヤーダ（集材距離200m以上） 日本の道路事情に適合したコンビマシーンの導入 より長距離対応機の導入

高性能搬器の導入 起伏が大きい地形での既存機械との組合せ 架設補助機器の開発とオペレータの育成 従来の架線技術の活用と継承

定置式集材機による面集材（集材距離500m以上） 起伏が大きい地形が対象（H型架線，コレクター集材） 専用搬器の開発 集材機の製造を継続

新技術の動向と伐出機械への導入 • 画像認識技術 電子学会セミナ資料から(2015)

– デジタルカメラ、スマートフォン 技術：顔オートフォーカス、露光補正、カラーバランス 用途：表情の認識、年齢推定、眠気推定

– 車両 技術：ステレオカメラ 用途：物体認識、自律走行

• ＧＰＳ – 位置精度の向上、電波受信感度の向上

• 油圧機器用センサー – エンジンのコンピュータ制御

• 伐出機械への応用 – 油圧式集材機 – 搬器の走行制御 – フォワーダの自動走行

コンピュータの処理速度の向上

センサーの小型化

次世代の集材機械の姿

• 材が見える人が運転する機械

–荷掛け手と荷外し要員による連携・遠隔操縦

• 材を見ることなく運転する機械

–荷掛け手と荷卸し地点を追尾しながら走行する搬器

• 林地情報を蓄積しながら作業する機械

–施業履歴の蓄積、単木管理、精密林業へ

土場作業の改善 ― 線下作業を排除 ― 労働災害の大幅減少 伊藤崇之 「自走式搬器の自動化に関する研究」