JP2023054485A - 除草・防草作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】除草及び防草の効果に優れ、作業の省力化を図り、効果が長期に亘って持続でき、環境に優しい除草・防草作業機を提供する。【解決手段】走行可能な車両２と、前記車両２の地面と対向する面に、地面に向けて突出した状態で配置されるとともに、互いに所定の離隔距離を空けて対向配置された対の電極３、３とからなり、前記対の電極３、３間に生じた電気的作用によって、前記対の電極３、３間に介在する植物４に電気的刺激を与える。また、別の形態として、走行可能な車両２と、前記車両２の地面と対向する面に配置された印加電極１０と、前記車両２に設けられるとともに先端が接地する受電部１１とからなり、前記印加電極１０に植物４が接触することにより少なくとも前記印加電極１０、植物４、前記受電部１１を閉回路として流れた電流によって、前記印加電極１０に接触した植物に電気的刺激を与える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気的刺激を利用して雑草の防除を行う除草・防草作業機に関する。

雑草の防除は、農業分野や工事現場などあらゆる場面で省力化・低コスト化が求められている。防除方法としては、農薬を用いた化学的防除と、刈払機を用いた草刈りなどの物理的防除とが広く知られている。前者の化学的防除は、生態系への影響に加え、近隣への飛散や、地下流出による水系への影響など、様々な環境問題を引き起こす懸念があるとともに、農薬に含まれる成分を吸い込むことによる人体への影響が懸念される。また、後者の物理的防除は、地上の茎や葉を刈り取っても地中に残った根から短期間で再び繁茂するため、除草頻度を高くする必要があり、人件費がかかるとともに、猛暑下での作業の場合における熱中症のリスクや、刈払機の振動・騒音による作業者の健康被害などの課題もある。

上述の化学的防除や物理的防除の他に、近年では、高電圧を雑草に放電又は印加する電気的防除方法も開発されている。この電気的防除方法は、電極間に高電圧を印加して放電した電流を雑草に当てて電気的刺激を与えるか、高電圧を印加した電極を直接雑草に接触させて電気的刺激を与えることにより、細胞・組織を破壊し、枯死させるものである。

このような電気的防除方法を利用したものとして、下記特許文献１には、高電圧や静電気等の放電もしくは印加を利用し植物を枯れ死させる除草と、植物を切断もしくは破砕等による除草を同時に実施する放電利用除草装置として、高電圧発生装置を備えた電動草刈り機が開示されている。この電動草刈り機は、高電圧発生装置から導かれたプラス電極が接続する上部切削刃と、高電圧発生装置から導かれたマイナス電極が接続する下部切削刃とを備え、雑草が切削刃に接触し刈り取られると火花放電がなされ、この放電を受けた雑草が、その根、茎および葉の細胞が破壊され、粉砕除去されるというものである。

また、下記特許文献２には、車体と、前記車体を走行可能に支持する走行装置と、前記車体の下方に設けられ、地面に植生した除去対象となる植物に向けて放電可能な放電装置とを備えた除草作業機が開示されている。前記放電装置は、絶縁性の外殻体と、前記外殻体により覆われ且つ地面に向けて放電を行う放電部とを有しており、前記放電部は、外殻体の導電軸に対して下向きに設けられた印加電極と、前記外殻体の内側面に取り付けられた複数の板状の受電部とにより構成され、前記印加電極の先端部と受電部との間の隙間で放電が起こると、外殻体の受電部同士の間に設けられた貫通孔を通って、放電に起因する放電生成物が外殻体の外部に出てくるようになっている。

特開２００２－１８６３２４号公報 特開２０２０－８０７３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された除草装置では、漏電による感電の危険性があり、作業者の安全性が確保できないとともに、刈払機に放電装置を装着しているので、草刈り頻度の低減は期待できるものの、従来と同様に人が移動して刈払機による草刈り作業を行わなければならないため、作業の省力化にはならず、人件費がかかるなどの欠点があった。

また、上記特許文献２に開示された除草作業機では、印加電極と受電部との間の隙間で起こった放電に起因する放電生成物が雑草に放電される際、貫通孔を通って外殻体の外部に出てきたものしか雑草に作用しないため、雑草に作用する放電量が少なく、多くの雑草に効果的に電気的刺激を与えることができないとともに、より多くの放電量を確保するために大きな電力を消費するという問題があった。

そこで本発明の主たる課題は、除草及び防草の効果に優れ、作業の省力化を図り、効果が長期に亘って持続でき、環境に優しい除草・防草作業機を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、走行可能な車両と、前記車両の地面と対向する面に、地面に向けて突出した状態で配置されるとともに、互いに所定の離隔距離を空けて対向配置された対の電極とからなり、
前記対の電極間に生じた電気的作用によって、前記対の電極間に介在する植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草作業機が提供される。

上記請求項１記載の発明は、本発明に係る除草・防草作業機の第１形態例であり、走行可能な車両に対の電極が対向配置されており、これら電極間に電気的作用を生じさせることによって、前記対の電極間に介在する植物に電気的刺激を与えている。このように走行可能な車両に搭載された対の電極によって雑草の防除ができるため、作業の省力化が図れる。また、電気的刺激を受けた植物は、不可逆的な細胞穿孔現象が起こることで細胞内容物が流出し、確実に枯死する。植物に与えられた電気的刺激は植物の根まで達し、根にもダメージを与えるため、除草効果が長期に亘って持続できる。また、対の電極間に生じた電気的作用は、植物に保持された種子や地面にこぼれ落ちた種子にも作用するため、これらの種子の発芽率が抑制されることによる防草効果も奏される。このような電気的刺激による雑草の防除は、農薬が飛散したり地下水へ流出したりするリスクがなく、環境に優しい。なお、前記電気的作用としては、対の電極間に生じた電界、電極に植物が接触することにより少なくともこの植物を通じて一方の電極から他方の電極に流れる電流及び電極と植物との間の隙間に生じる放電のいずれか又は２以上の組み合わせを挙げることができる。

請求項２に係る本発明として、前記対の電極は、前記車両の走行方向に沿って延びるとともに、これと直交する方向に離隔して平行に配置された平板からなる請求項１記載の除草・防草作業機が提供される。

上記請求項２記載の発明では、前記対の電極の具体的な実施形態として、車両の走行方向に沿って延びるとともに、これと直交する方向に離隔する平行な平板で構成している。これによって、これらの平行平板間に立体的な電界が生じるとともに、電極に接触した植物や土壌などを通じて植物に電流が流れるため、多くの植物に確実に電気的刺激を与えることができ、除草及び防草の効果が更に向上するようになる。

請求項３に係る本発明として、前記車両は、車体及び走行体からなり、
前記対の電極は、前記車体の下部に設けられている請求項１、２いずれかに記載の除草・防草作業機が提供される。

上記請求項３記載の発明では、前記対の電極が車両の車体の下部に設けられているため、感電の危険性が低減でき、作業の安全性が向上できる。

請求項４に係る本発明として、前記対の電極間の電界強度は、１．１ｋＶ／ｃｍ以上である請求項１～３いずれかに記載の除草・防草作業機が提供される。

上記請求項４記載の発明では、植物に強い電気的刺激を与え、不可逆的な細胞穿孔現象を起こすことで植物を確実に枯死させるため、前記対の電極間に所定の電界強度以上の電界を印加している。

請求項５に係る本発明として、走行可能な車両と、前記車両の地面と対向する面に配置された印加電極と、前記車両に設けられるとともに先端が接地する受電部とからなり、
前記印加電極に植物が接触することにより少なくとも前記印加電極、植物、前記受電部を閉回路として流れた電流によって、前記印加電極に接触した植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草作業機が提供される。

上記請求項５記載の発明は、本発明に係る除草・防草作業機の第２形態例であり、車両に印加電極と受電部とが設けられており、印加電極に植物が接触することにより、少なくとも印加電極→植物→受電部を閉回路として電流が流れ、これによって植物に電気的刺激を与えている。なお、電流が流れる経路は、印加電極と受電部との間に植物が短絡している場合は印加電極→植物→受電部となり、印加電極に植物が接触し、この植物から離隔した位置に受電部が接地している場合は印加電極→植物→土壌→受電部となる。このように走行可能な車両に搭載された印加電極及び受電部によって雑草の防除ができるため、作業の省力化が図れる。また、前記印加電極に植物が接触して該植物に高電圧の電流が流れることにより、植物の細胞・組織が破壊され、植物が枯死する。植物に与えられた電気的刺激は植物の根を通じて土壌に流れるため、植物の根にも確実にダメージを与え、除草効果が長期に亘って持続できる。また、植物に印加された電流が植物に保持された種子にも作用するとともに、植物を通じて土壌に流れた電流が地面にこぼれ落ちた種子にも作用するため、これらの種子の発芽率が抑制されることによる防草効果も奏される。このような電気的刺激による雑草の防除は、農薬が飛散したり地下水へ流出したりするリスクがなく、環境に優しい。

請求項６に係る本発明として、前記印加電極は、１又は複数の線状又は棒状部材からなる請求項５記載の除草・防草作業機が提供される。

上記請求項６記載の発明では、前記印加電極を、１又は複数の線状又は棒状の部材で構成しているため、印加電極が植物に接触しやすくなり、確実に植物に電気的刺激を与えることができる。

請求項７に係る本発明として、前記車両は自走可能である請求項１～６いずれかに記載の除草・防草作業機が提供される。

上記請求項７記載の発明では、車両を自走可能としているため、自動的に雑草の除去ができ、更なる雑草防除作業の省力化を図ることができる。

以上詳説のとおり本発明によれば、除草及び防草の効果に優れ、作業の省力化を図ることができ、効果が長期に亘って持続でき、環境に優しい除草・防草作業機が提供できるようになる。

第１形態例に係る除草・防草作業機１を示す側面図である。 図１のII－II線矢視図である。 変形例に係る除草・防草作業機１の側面図である。 ＰＦＮ型シングルパルス発生回路の概略図である。 実験装置の概略図である。 レタス葉部総重量と印加パルス電界強度の関係を示すグラフである。 レタス葉部総重量の増減割合を示すグラフである。 第２形態例に係る除草・防草作業機１を示す断面図である。 図８のIX－IX線矢視図である。 通電実験１に係る実験装置の概略図である。 通電実験２に係る実験装置の概略図（その１）である。 通電実験２に係る実験装置の概略図（その２）である。 散水装置２０を備えた除草・防草作業機１を示す断面図である。 散水車２１に牽引又は自動追尾する除草・防草作業機１を示す断面図である。 回転式の受電部１１を備えた除草・防草作業機１を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

〔第１形態例〕
本発明の第１形態例に係る除草・防草作業機１は、図１及び図２に示されるように、走行可能な車両２と、前記車両２の地面と対向する面に、地面に向けて突出した状態で配置されるとともに、互いに所定の離隔距離を空けて対向配置された対の電極３、３とを備えており、前記対の電極３、３間に生じた電気的作用によって、前記対の電極３、３間に介在する植物４に電気的刺激を与えている。

前記車両２は、車体５及びこの車体５を走行可能に支持する走行体６を備えている。前記車両２は、除草・防草作業の省力化を図るため遠隔操作又は自動で自走可能とするのが好ましいが、前記車体５に備えられた運転席に運転者が乗車して走行したり、別の車両に牽引又は自動追尾して走行したりするものでもよい。このように走行可能な車両２に備えられた対の電極３、３によって雑草の防除ができるため、人が刈払機を持って移動しながら除草作業する場合と比較して、各段に作業の省力化が図れる。

前記車体５には、前記走行体６を駆動するエンジンやモータなどの駆動装置が備えられるとともに、前記電極３や前記駆動装置に電気を供給する電源装置（バッテリー）が備えられている。前記電源装置が着脱可能に設けられることにより、充分に充電された電源装置を用いて、長時間に亘って広範囲の雑草の防除が可能となる。

前記走行体６は、図示例のように、少なくとも車体５の前後にそれぞれ設けられた前輪及び後輪からなるタイヤ車輪であってもよいし、無限軌道であってもよい。

前記対の電極３、３は、前記車体５の下部に設けられ、車体５の下面より地面に向けて突出した状態で配置されている。前記対の電極３、３は、車両２の走行方向に沿って延びるとともに、これと直交する車両２の幅方向に離隔して配置された平行な平板で構成されている。前記電極３は、車両２の進行方向に所定の長さを有するとともに、高さ方向に所定の高さを有する平板状に形成されており、この平板のほぼ全面が電気的作用を及ぼすようになっている。前記対の電極３、３は、車両２の左右に離隔して設けられており、車両２の走行に伴って、これらの電極３、３間を植物４が通過するようになっている。図１に示されるように、前記電極３が車両２の進行方向に所定の長さを有することにより、進行方向に沿う所定区間が電気的作用を及ぼす印加区間Ｅとなる。

前記電気的作用としては、前記対の電極３、３間に生じた電界、電極３に植物４が接触することにより少なくともこの接触した植物４を通じて一方の電極３から他方の電極３に流れる電流及び電極３と植物４との間の隙間に生じる放電のいずれか又は２以上の組み合わせを挙げることができる。

前記電極３の車両進行方向の長さとしては、５～５０ｃｍ、好ましくは１０～３０ｃｍとするのがよい。また、高さとしては、３～４０ｃｍ、好ましくは５～２０ｃｍとするのがよい。

前記対の電極３、３間を通過した植物４は、これら対の電極３、３間に生じた電気的作用によって電気的刺激を受ける。前記電気的作用が電界の場合、高い電界強度の電気的刺激を受けることにより、不可逆的な細胞穿孔現象が起こることで細胞内容物が流出するとともに、細胞が破壊されることで栄養吸収も滞り、やがて枯死する。植物４の地上に露出した葉や茎に与えられた電気的刺激は地中の根にまで達し、根にも大きなダメージを与えるため、除草効果が長期に亘って持続できる。また、対の電極３、３間に生じた電気的作用は、植物４に保持された種子や地面にこぼれ落ちた種子にも作用するため、これらの種子の発芽率が抑制されることによる除草効果も奏される。このような電気的刺激による雑草の防除は、農薬が飛散したり地下水へ流出したりするリスクがなく、化学的防除方法と比べ環境に優しい。

後段で詳述する非特許文献に記載されるように、植物に一定の電界を印加するとエレクトロポレーション効果により生育が促進されることが確認されている。しかし、これより高い電界強度は植物にとって強すぎる刺激となり、不可逆的な細胞穿孔現象が起こることで細胞内容物が流出するという植物にとって悪い効果をもたらす。このように植物に不可逆的な細胞破壊を生じさせる電界強度としては、後述する非特許文献に記載される実験結果より、１．１ｋＶ／ｃｍ以上、好ましくは１．５ｋＶ／ｃｍより大きくするのがよい。

前記対の電極３、３はそれぞれ、前記車体５に搭載された電源装置（図示せず）と電気ケーブルで接続され、一方の電極３はプラスに、他方の電極はマイナスに帯電し、高電圧が印加される。

前記電極３の下端は、地面に接触してもよいし、地面の上方に離隔してもよい。つまり、電極３の下端を、車輪の下端とほぼ同じ高さとしてもよいし、これより高くしてもよい。また、図３に示されるように、電極３の下端が地中に埋没するように、電極３の下端を車輪の下端より下方に位置してもよい。電極３の下端をできる限り地面に近づけた方が、好ましくは電極３の下端が地中に埋没するように配置した方が、植物の茎や葉だけでなく、根にも電界を印加しやすくなるので好ましい。

前記電極３の下端縁は、図１に示される車両２の側面視で、図示例では、地面とほぼ平行な直線としているが、図３(B)、(C)に示されるように、地面に向けて進行方向中央部が膨出する円弧状や、進行方向前方より進行方向後方の方が下方に突出する傾斜状に形成した方が、電極３が石などの障害物を乗り越えやすく、車両２の走行がスムーズになるとともに、円弧状や傾斜状に形成された下端縁のうち地面に近い部分が部分的に地中に埋没し、植物の根にも電界などの電気的作用を印加しやすくなるので好ましい。

従来より、パルス電界によって細胞を穿孔するいわゆるエレクトロポレーション技術が知られており、近年では農業分野への応用が始められている。本願の発明者らは、非特許文献（王斗艶、後藤貴弘、吉田尭史、浪平隆男、秋山秀典、藤原俊之、佐藤大吾；「パルス電界によるレタスの成育制御」、電気学会パルスパワー研究会資料、ＰＰＴ－１２、２０１２年３月、Ｐ１３－１６）において、植物工場普及へ向けた解決手段の一つである農作物の栽培日数短縮を目指して、植物根部へのパルス電界印加による植物の生育制御を図ることを目的として、パルス電界印加対象農作物として植物工場における主要栽培品種である水耕レタスを取り上げ、印加するパルス電界強度とレタス収量との関係について行った実験の結果を報告した。以下、その概要について説明する。

１．実験方法
〈パルス電界印加対象サンプル〉
実験では、水耕レタス（品種：アーリーインパルス）の根部へパルス電界を印加した。栽培は、レタス種を培養土で満たされた育苗ポットに播種して定植期（播種後２０日前後）までポット内で育てた後、定植期より育苗ポットごと液肥に浸して、液肥を循環させる。育苗ポットは薄い樹脂製であり、側面下部に周方向に間隔を空けて複数のスリットが設けられている。このスリットより液肥を吸収するとともに、成長した根が外部へ伸長する。レタス葉部の収穫時期は、播種後４０日前後である。

実験では、定植期にインキュベータ（Ｍ－２３０Ｆ、タイテック株式会社製）へ移して、収穫日まで約２０日間培養した。その間に、パルス電界印加実験を実施する。培養条件は、温度２０～２１℃、湿度３０～９５％、２４時間蛍光灯照明、照度６８００～１００００ルクスである。インキュベータ内では、樹脂製バットに液肥を浸した状態で育苗ポットを設置し、インキュベータ内で蒸発減少した分の液肥を追加することで、一定の液肥量を維持した。

〈パルス電界発生装置〉
パルス電界の発生には、ＰＦＮ（Pulse Forming Network）型シングルパルス発生回路を用いた。概略を図４に示す。ＰＦＮは７段接続とし、各段のインダクタンスは２μＨ、キャパシタンスは２．７ｎＦとした。理論値の出力パルス幅は４００ｎｓ、電源特性インピーダンスは１０Ωである。特性インピーダンスは、水耕レタスの栽培に用いる液肥の導電率（約１ｍｓ／ｃｍ）および電界を印加するための電極形状より算出した。なお、ＰＦＮ入力端に整合負荷１０Ωを接続することにより、負荷端で発生する反射波を入力側で吸収し、出力のシングルパルス化を図った。

ＰＦＮへの充電には直流高電圧電源（ＰＳ／ＥＷ４０Ｒ１５．０－１０、GLASSMAN HIGH VOLTAGE製）を用いた。また、電極間での放電発生を回避するために、負荷へは負極性のパルス電圧を印加した。

電極間へ印加される電圧波形は高電圧プローブ（Ｐ６０１５Ａ－Ｒ３、Tektronix製）を、負荷への電流は電流プローブ（Pearson current monitor、Model 110、Pearson Electronics製）を用いて、オシロスコープ（ＴＤＳ３０５４Ｂ、Tektronix製）により計測した。

レタス根部へのパルス電界印加用リアクタとしては、アクリル製容器の対向壁面にステンレス製平行平板型電極（直径８０ｍｍ、円盤型）を固定した。印加パルス電界強度を変化させるために、長さの異なるアクリル製容器を複数作成し、平行平板型電極を目的電界強度に応じた容器へ装着した。

〈パルス電界印加方法及びレタスの生育評価方法〉
パルス電界印加を開始するタイミングは定植期へ入る２０日前後とし、収穫日まで毎日１回、午前中に印加を実施した。パルス電界印加手順は、まずリアクタ内を新しい液肥で満たし、インキュベータより出したレタス株を育苗ポットの全体が液肥に浸るように平行平板電極間へ設置した（図５参照）。レタス根部へパルス電界を印加した後、育苗ポットをリアクタより取り出し、インキュベータ内へ戻した。リアクタ内の電界印加時に使用した液肥は廃棄し、レタス培養には使用しないこととした。

予備試験の知見より、レタス根部へ印加するパルス電界の周波数は１Ｈｚ、印加回数は１００回と決定し、また電界強度を０．２～２．０ｋＶ／ｃｍへと変化させた。レタス自身が有する生物的バランスを考慮して、各パラメータに３サンプルを用いた。また、コントロールサンプルには、パルス電界印加サンプルと同等の処理を施し、電界強度０．０ｋＶ／ｃｍ（電界印加無し）とした。

生育評価方法として、収穫したレタス葉部の総重量を、電界印加パラメータ毎のサンプルとコントロールサンプルを比較評価した。また、収穫の際は育苗ポットの上面縁高さに合わせてレタス葉部を切断し、電子天秤（ＰＬ３００２、メトラー・トレド株式会社製）を用いて葉部の総重量を計測した。また、再現性を検討するために実験は３回実施し、その平均値を評価した。

２．実験結果
図６に、収穫時のレタス葉部総重量の印加パルス電界強度依存性を示す。また、コントロールを１００％とした場合の、各電界強度におけるレタス葉部総重量の平均値をコントロールと比較した増減割合を表１及び図７に示す。図６、図７及び表１より、レタス根部へパルス電界を印加することで、レタスの成育制御が可能であることは明白である。また、生育促進効果を得るためには適切な電界強度値が存在し、強すぎる電界強度を印加すると生育抑制となる。本研究の実験条件（パルス持続時間４００ｎｓ、１Ｈｚ、１００パルスを定植期以降１日１回印加）においては、レタス葉部の生育促進に適切な電界強度は０．５～１．０ｋＶ／ｃｍであり、２．０ｋＶ／ｃｍ以上の強い刺激は葉部の生育抑制効果をもたらす。また、最も生育促進効果が得られた０．４ｋＶ／ｃｍでは、パルス電界を印加しない場合と比べて約２０％の増産となった。

更に、収穫時のレタス根部は、コントロールと比較して、最も生育促進効果が得られた０．４ｋＶ／ｃｍ印加株では根が太く長く伸びており、根毛の密度も高い。一方、生育抑制がみられた２．０ｋＶ／ｃｍ印加株では、コントロール株よりは根が発達しておらず、指で触れると根部先端が脆く崩れた。

表１及び図７に示されるように、コントロール株と比較してレタス葉部の総重量が減少する電界強度は、約１．１ｋＶ／ｃｍ以上であり、特に１．５ｋＶ／ｃｍより大きいと減少割合が２０％を超えて顕著となる。

〔第２形態例〕
本発明の第２形態例に係る除草・防草作業機１は、図８及び図９に示されるように、走行可能な車両２と、前記車両２の地面と対向する面に配置された印加電極１０と、前記車両２に設けられるとともに先端が接地する受電部１１とを備えており、前記印加電極１０に植物４が接触することにより少なくとも前記印加電極１０→植物４→受電部１１を閉回路として流れた電流によって、前記印加電極１０に接触した植物４に電気的刺激を与えている。電流が流れる経路は、印加電極１０と受電部１１との間に植物４が短絡している場合は印加電極１０→植物４→受電部１１となり、印加電極１０に植物４が接触し、この植物４から離隔した位置に受電部１１が接地している場合は印加電極１０→植物４→土壌→受電部１１となる。

前記印加電極１０は、１又は複数の線状部材又は棒状部材からなり、車体５の下面に下方に向けて突出した状態又は車体５の下面から下方に離隔して下面とほぼ平行に張設した状態で設けられている。具体的には、ワイヤや針金などの線材を用いることにより、植物４が通過する際に適度に変形し、通過後は自然と元の位置に戻るようにするのが好ましい。前記印加電極１０を下方に向けて突出した状態で配置した場合、上端が前記車体５に固定され、下端が地面に向けて垂下する自由端となっており、下端は地面に接地せず、地面の上方に所定の離隔距離を空けて配置されている。

前記印加電極１０は、車両２の幅方向に所定の間隔を空けて複数、好ましくは２～１０個程度配置されており、図９に示される形態例では、左右の車輪６、６間に５個の印加電極１０、１０…が配置されている。前記印加電極１０を幅方向に複数配置することにより、印加電極１０が植物４に接触する機会が増加し、植物４に電流が流れやすくなる。

前記受電部１１は、金属製の導電性部材からなり、好ましくはチェーンやワイヤ、棒材、板材などが用いられる。また、後段の通電実験２で述べるように、回転ローラや無限軌道などを用いてもよい。前記受電部１１の一端は車両２の車体５に取り付けられ、他端は地面に接するように配置されている。これにより、車両２は、常に受電部１１の他端を引きずりながら走行する。前記受電部１１の他端は、地面に接するように配置してもよいし、地中に埋没するように配置してもよい。

前記印加電極１０及び受電部１１の配置は、印加電極１０が車両２の進行方向前側に配置され、その後側に受電部１１が配置されるようにするのが好ましい。また、印加電極１０及び受電部１１を車両進行方向に対して直交する方向（車両幅方向）に並べて配置してもよい。

〔通電実験１〕
上記除草・防草作業機１を模擬した実験装置を用いて、植物への通電実験を行った。本通電実験１は、２つの電極のうち一方の電極に植物が直接接触することにより、この電極から植物や土壌を通じて他方の電極へと電流が流れて植物に電気的刺激を与える場合を想定したものである。以下の説明では、上記第２形態例に係る除草・防草作業機１に基づいて、前記一方の電極を印加電極１０、前記他方の電極を受電部１１と記載しているが、上記第１形態例に係る除草・防草作業機１において、一方の電極３から植物４や土壌を通じて他方の電極３に電流が流れる場合にも同様の作用効果が生じる。

実験装置は、図１０に示されるように、３株の植物４（ソルガム）が植生された栽培ポットと、水平方向に張設した線状の印加電極１０と、前記栽培ポット底面から土中に挿入して設置された受電部１１と、パルスパワーを発生する電源装置とから構成される。実験条件は、電源出力が20kV（開放負荷時）、パルス周波数が1kppsである。また、植物４に対する印加電極１０の高さは、土壌表面から65mm、30mmの２通りとした。実験方法は、印加電極１０を植物４に接触させた状態で約１分間通電し、植物４の状態を観察するとともに、これを同一の栽培ポットに植生された３株のうち２株について実施した後、インキュベータ内で１週間継続栽培し、植物４の状態を観察した。

その結果、通電後の植物４は、印加電極１０に接していた部位で折れて、折れた部分に黒い焦げが見られた。通電時間帯の途中から、印加電極１０と植物４との接触部分から放電が目視で確認された。約１週間後、通電した２株の植物４は目視で枯死が確認され、根の一部は土と同化して回収できない状態となっていたが、通電しない１株の植物４は成長を続けた。上記の現象は、印加電極１０の高さが65mm、30mmのいずれの場合も同様である。

〔通電実験２〕
上記除草・防草作業機１を模擬した実験装置を用いて、植物への通電実験を行った。本通電実験２は、２つの電極のうち一方の電極に植物が直接接触することにより、この電極から植物や土壌を通じて他方の電極へと電流が流れて植物に電気的刺激を与える場合を想定したものである。以下の説明では、上記第２形態例に係る除草・防草作業機１に基づいて、前記一方の電極を印加電極１０、前記他方の電極を受電部１１と記載しているが、上記第１形態例に係る除草・防草作業機１において、一方の電極３から植物４や土壌を通じて他方の電極３に電流が流れる場合にも同様の作用効果が生じる。

実験装置は、１株の植物４（ソルガム）が植生された栽培ポットと、水平方向に張設した線状の印加電極１０と、実験条件に応じて所定の位置に設置された受電部１１と、パルスパワーを発生する電源装置とから構成される。

予備実験として、図１１(A)に示されるパターン1-1、図１１(B)に示されるパターン1-2について、通電実験を行った。パターン1-1は、金属棒からなる前記受電部１１を、印加電極１０からの水平距離Ｌを30mm離隔した土中に先端から30mmの深さまで鉛直に挿入したものである。このときの負荷抵抗値は小さく、約３ｋΩであった。パターン1-2は、金属棒からなる前記受電部１１を、印加電極１０からの水平距離Ｌを60mm離隔した栽培ポット外の空気中にセットしたものである。このときの負荷抵抗値は前記パターン1-1と比較して各段に大きく、数ＭΩ以上であった。実験条件は、電源出力が20kV（開放負荷時）、パルス周波数が1kppsである。また、植物４に対する印加電極１０の高さは、土壌表面から15mmである。その結果、パターン1-1では、印加電極１０→植物４→土壌→受電部１１を閉回路として電流が流れるとともに、通電時間帯の途中から印加電極１０と植物４との接触部分から放電が目視で確認され、一定期間経過後（数日後）、植物４が枯死した。一方、パターン1-2では、電流が流れず（流れたとしても測定器の検出感度以下であり）、植物４はそのまま成長を続けた。この結果から、植物を確実に枯死させるには、植物へより大きな電流を流すことが必要である。

本実験では、水分を充分に含ませた土壌に植物４（ソルガム）をポット栽培しているため、電源装置と負荷の間に形成される閉回路は低い抵抗値を有している。一方、実際に雑草が生い茂った草地では、土壌の水分含有率や印加電極１０と受電部１１との距離、受電部１１の接地面積などにより抵抗値が大きくなり、この抵抗値が過大になると上記パターン1-2のような閉ループが想定される。したがって、草地においてより大きな電流が流れるような工夫を施すことが重要である。

より大きな電流が流れるようにするため、水撒きの効果について確認実験を行った。実験は、草地に水撒きする前後で大地の抵抗を測定し比較した。測定器として絶縁抵抗計を用い、アース側とリード側のテストリード先端を水平距離で10cm離して土壌に鉛直に突き刺した。水撒きする前と約8L/m²水撒きした後とで抵抗を測定した結果、水撒き前は14kΩだった抵抗が、水撒き後5kΩに低下した。これにより、水撒きを行うことで大地抵抗を低下させることができ、より大きな電流を流すことが可能になることが確認できた。

次に、より大きな電流が流れるようにするため、印加電極１０と受電部１１との距離Ｌ及び受電部１１の接地面積Ａを変化させて通電実験を行った。実験装置を図１２に示す。受電部１１としては先端が金属体であればよく、好ましくは平板状を成しているのがよく、本実験では先端がリング状の圧着端子を用いた。この受電部１１と印加電極１０との水平距離をＬとした。前記受電部１１を土壌中に挿入した状態（図示例）では、土壌との接触面は圧着端子の表裏両面となり、前記受電部１１を土壌表面に接触させた状態では、土壌との接触面は圧着端子の一方面となる。このため、受電部１１を土壌表面に接触させた場合の接地面積Ａを１とすると、受電部１１を土壌中に挿入した場合の接地面積Ａは２となる。実験条件は、電源出力が20kV（開放負荷時）、パルス周波数が1kppsである。表２に示すように、土壌表面から印加電極１０までの高さＨ、印加電極１０から受電部１１までの水平距離Ｌ及び受電部１１の接地面積Ａの割合をそれぞれ変化させたパターン2-1～2-3について通電実験を行った。なお、パターン2-1の印加電圧は10kV、印加電圧は16Aであり、パターン2-2、2-3の印加電圧は6～7kV、印加電流は10Aである。

なお、これら電気処理株との比較として、市販の除草剤（ＢＡＳＦジャパン製、バスタ液剤）を使用した除草剤処理株も用意した。前記除草剤は、100倍希釈液を10ml、植物の地上部表面に満遍なく滴下して使用した。

その結果、除草剤処理株は、処理後１日目から萎れはじめ、５日目には液剤を滴下したところを中心に枯れ始めた。電気処理株は、いずれも処理後２日目までには萎れはじめ、５日目にはワイヤ電極接触部より下の地上部を中心に枯れ始めた。いずれの処理においても、７～１０日目には地上部は枯れていた。植物４の地上部では、電気処理株は除草剤処理株と同等の効果を示す。植物４の地下部では、電気処理株では土から分離しずらいほど脆くなったのに対して、除草剤処理株では細くなるも形状を維持していた。本実験で使用した除草剤が主に植物の地上部を枯らす成分が配合されていたため、地下部（根）の形状が維持されていたものと思われるが、いずれにせよ、除草剤は部分的な枯草効果であるのに対して、電気処理は電流が流れる回路の閉ループの取り方（植物の根にも電流が流れるようにすること）によって、地上部と地下部の両方を枯らす効果がある。また、印加電極１０と受電部１１との距離Ｌを小さくし、受電部１１の接地面積Ａを大きくしたパターン2-2、2-3の方がパターン2-1よりその傾向が顕著であった。

以上の実験から、電気処理（パルスパワー通電処理）による植物の枯死を達成するためには、印加電極１０→植物４→土壌→受電部１１により形成される閉回路において、土壌の抵抗値（インピーダンス）をできるだけ低減させることで、より大きな電流を流すことが望ましい。

土壌の抵抗値（インピーダンス）を低減させる方法としては、次の３つが有効であることが上記実験から明らかである。
(1)土壌への水撒き
(2)印加電極１０と受電部１１との水平距離をできるだけ短くとる
(3)受電部１１の接地面積をできるだけ大きくとる
以下、上記３項目を本発明に係る除草・防草作業機１に適用した場合の具体的な実施形態例について例示する。

(1)土壌への水撒き
土壌の抵抗値を低減させるため、本発明に係る除草・防草作業機１によって植物４に電気的刺激を与える前に、予め土壌に水を撒いておくのが好ましい。散水の時期は、印加電極１０が植物４に接触して植物４に電流が流れる前であればいつでもよいが、土壌に充分な水分が保持された状態で通電が成されるようにするのが好ましい。

土壌への散水方法としては、除草・防草予定区画にホースなどで予め散水したり、散水車によって予め散水することができる。また、土壌に撒いた水が地中深くに浸透しないうちに通電することにより、植物４により大きな電流が流れるようにするため、図１３に示されるように、除草・防草作業機１の先頭に散水装置２０が備えられるようにしてもよいし、図１４に示されるように、除草・防草作業機１が散水車２１に牽引又は自動追尾するようにしてもよい。

(2)印加電極１０と受電部１１との水平距離をできるだけ短くとる
土壌の抵抗値を低減させるため、印加電極１０と受電部１１とは、これらの間で電気的に短絡しない程度の水平距離を空けて離隔させた近接設置するのが好ましい。このため、印加電極１０及び受電部１１を両者とも車体５の後方や前方など特定の部位にまとめて設置するのが好ましく、印加電極１０及び受電部１１を近接設置したものを組として、これを車体５に複数組設置してもよい。

(3)受電部１１の接地面積をできるだけ大きくとる
受電部１１と地面との接地面積を増加するには、受電部１１を複数設けることが可能である。例えば、１つの印加電極１０に対して複数の受電部１１…を並列に接続することができる。これにより、印加電極１０で印加された電流は、植物４を通って土壌から複数の受電部１１…へと流れやすくなる。

一方、このように地面に接地する受電部１１を複数設けた場合、地面との接触抵抗により除草・防草作業機１の進行に必要な動力が増加し、動力装置を大型化しなければならない問題が生じるおそれがある。このため、受電部１１の接地面積を増加させる一方で、地面との接触抵抗を低減するため、図１５に示されるように、受電部１１として回転ローラや無限軌道などを用いてもよい。

１…除草・防草作業機、２…車両、３…電極、４…植物、５…車体、６…走行体、１０…印加電極、１１…受電部

Claims (7)

1. 走行可能な車両と、前記車両の地面と対向する面に、地面に向けて突出した状態で配置されるとともに、互いに所定の離隔距離を空けて対向配置された対の電極とからなり、
   前記対の電極間に生じた電気的作用によって、前記対の電極間に介在する植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草作業機。
2. 前記対の電極は、前記車両の走行方向に沿って延びるとともに、これと直交する方向に離隔する平行な平板からなる請求項１記載の除草・防草作業機。
3. 前記車両は、車体及び走行体からなり、
   前記対の電極は、前記車体の下部に設けられている請求項１、２いずれかに記載の除草・防草作業機。
4. 前記対の電極間の電界強度は、１．１ｋＶ／ｃｍ以上である請求項１～３いずれかに記載の除草・防草作業機。
5. 走行可能な車両と、前記車両の地面と対向する面に配置された印加電極と、前記車両に設けられるとともに先端が接地する受電部とからなり、
   前記印加電極に植物が接触することにより少なくとも前記印加電極、植物、前記受電部を閉回路として流れた電流によって、前記印加電極に接触した植物に電気的刺激を与えることを特徴とする除草・防草作業機。
6. 前記印加電極は、１又は複数の線状又は棒状部材からなる請求項５記載の除草・防草作業機。
7. 前記車両は自走可能である請求項１～６いずれかに記載の除草・防草作業機。

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