JP2023057904A - センサ付き作業爪、作業機及び保護カバー - Google Patents

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Takatomo Takiguchi
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Abstract

【課題】センサ付きの作業爪において、作業中におけるセンサの脱落や破損を防ぐこと。【解決手段】一実施形態におけるセンサ付き作業爪は、爪本体と、前記爪本体に取り付けられたセンサユニットと、前記センサユニット及び前記爪本体の一部を被覆する保護カバーと、を備える。前記センサユニットは、前記爪本体の峰部に設けられていてもよい。前記爪本体は、取付穴を有し、前記保護カバーは、前記取付穴に対応する位置に開口部を有していてもよい。【選択図】図2

Description

本発明は、センサ付き作業爪、作業機及び保護カバーに関する。
従来、畑や田んぼなどの圃場に対する耕耘作業を行う作業機として、ロータリ作業機や代掻き機が知られている。これらの作業機は、圃場の耕起、砕土などを行う作業ロータを備える。作業ロータとは、回転軸となる爪軸に、複数の作業爪が取り付けられた装置であり、爪軸の回転に伴い作業爪を直接的に圃場に作用させる。そのため、耕耘作業の継続により、次第に作業爪が摩耗して耕耘性能が低下するという問題がある。このような問題に鑑み、近年では、作業爪にセンサを設けて摩耗の程度を予測する試みがなされている。例えば、特許文献1には、作業爪に取り付けられたセンサを用いて作業爪の摩耗の度合いを評価するための技術が開示されている。
特開2020-005535号公報
耕耘作業中において、作業爪は、直接的に土壌に作用するため、センサに土塊が衝突することによりセンサが脱落又は破損する可能性がある。また、耕耘作業中の作業爪は、土壌への衝突を繰り返すため激しく振動する。したがって、作業爪へのセンサの取り付け方が不十分であると、耕耘作業中にセンサが脱落してしまうおそれがある。このように、センサ付きの作業爪を用いて耕耘作業を行う場合、センサの脱落や破損を防ぐことが重要な課題となっている。
本発明の課題の一つは、センサ付き作業爪を用いた作業中におけるセンサの脱落や破損を防ぐことにある。
本発明の一実施形態におけるセンサ付き作業爪は、爪本体と、前記爪本体に取り付けられたセンサユニットと、前記センサユニット及び前記爪本体の一部を被覆する保護カバーと、を備える。
上述のセンサ付き作業爪において、前記センサユニットは、前記爪本体の峰部に設けられていてもよい。
上述のセンサ付き作業爪において、前記爪本体は、取付穴を有し、前記保護カバーは、前記取付穴に対応する位置に開口部を有していてもよい。
上述のセンサ付き作業爪において、前記センサユニットは、アンテナを含んでいてもよい。このとき、前記保護カバーは、前記アンテナに対応する位置に窓部を有していてもよい。また、前記窓部は、前記保護カバーを構成する部材とは異なる材料の部材によって塞がれていてもよい。
上述のセンサ付き作業爪において、前記センサユニットは、前記爪本体に設けられた凹部の内側に配置されていてもよい。
本発明の一実施形態における作業機は、上述のセンサ付き作業爪を含む作業ロータを備える。
本発明の一実施形態における作業機は、ホルダに固定されたセンサ付き作業爪を含む作業ロータを備え、前記センサ付き作業爪は、爪本体に取り付けられたセンサユニットを有し、前記センサユニットは、アンテナを含み、前記ホルダは、前記センサユニットを被覆するとともに前記アンテナに対応する位置に窓部を有する。
本発明の一実施形態における作業機は、ホルダに固定されたセンサ付き作業爪を含む作業ロータを備え、前記センサ付き作業爪は、爪本体に設けられたセンサユニットを有し、前記ホルダは、前記センサユニットを被覆するとともに内部空間に前記センサユニットの形状に応じた段差を有する。
上述の作業機において、前記センサユニットは、前記爪本体に設けられた凹部の内側に配置されていてもよい。
本発明の一実施形態における保護カバーは、センサ付き作業爪の爪本体に取り付けられたセンサユニット及び前記爪本体の一部を被覆可能に構成される。
上述の保護カバーは、前記センサユニットに含まれるアンテナに対応する位置に、窓部を有していてもよい。
上述の保護カバーは、第1面に設けられた第1開口部及び前記第1面とは反対側の第2面に設けられた第2開口部を有していてもよい。このとき、前記第1開口部の径は、前記第2開口部の径と異なってもよい。また、前記第1開口部及び前記第2開口部は、それぞれ2箇所に設けられていてもよい。
本発明の一実施形態によれば、センサ付き作業爪を用いた作業中におけるセンサの脱落や破損を防ぐことができる。
第1実施形態の作業機の構成を示す側面図である。 第1実施形態のセンサ付き作業爪の構成を示す図であり、(A)は、センサ付き作業爪の側面図であり、(B)は、(A)の側面図をA-A’で切断した断面図である。 第1実施形態のセンサユニットの構成を示すブロック図である。 第1実施形態の変形例1におけるセンサ付き作業爪の構成を示す側面図である。 第1実施形態の変形例2におけるセンサ付き作業爪の構成を示す側面図である。 第2実施形態のセンサ付き作業爪の構成を示す図であり、(A)は、センサ付き作業爪の側面図であり、(B)は、(A)の側面図をB-B’で切断した断面図である。 第3実施形態のセンサ付き作業爪の構成を示す図であり、(A)は、センサ付き作業爪の側面図であり、(B)は、(A)の側面図をC-C’で切断した断面図である。 第4実施形態のセンサ付き作業爪の構成を示す図であり、(A)は、センサ付き作業爪の側面図であり、(B)は、(A)の側面図をD-D’で切断した断面図である。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態であるセンサ付き作業爪及びそのセンサ付き作業爪を含む作業ロータを備える作業機について説明する。但し、ここで説明するセンサ付き作業爪及び作業機は、多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す例の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
〈第1実施形態〉
[農作業機の構成]
図1は、第1実施形態における作業機100の構成を示す側面図である。具体的には、図1は、作業機100として、複数の作業爪を含む作業ロータを備えたロータリ作業機を進行方向に対して左側側面から見た図を示している。本実施形態の作業機100は、大別して、フレーム110、シールドカバー120、エプロン130、サイドプレート(図示せず)、作業ロータ150、及び制御装置170等を含む。
フレーム110は、トラクタ等の走行機体(図示せず)に対し、トップリンク連結部135及びロアーリンク連結部136により接続される。フレーム110は、例えば円筒形であり、チェーンケース(図示せず)に通じる内部には、動力伝達軸(図示せず)を有する。この動力伝達軸は、トラクタ等の走行機体が有するPTO軸からPIC(Power Input Connection)シャフト137を経て伝達される回転動力の向きを、進行方向に対して左右方向へと切り替える役割を果たす。フレーム110内の動力伝達軸は、作業機100の側部に配置されたチェーンケースに接続され、このチェーンケース内のチェーン伝達機構によって、作業ロータ150の爪軸152に動力が伝達される。
作業ロータ150は、作業機100の幅方向に延びる爪軸152と、この爪軸152にフランジ153を介して装着された複数の作業爪154とを含む。複数の作業爪154は、進行方向に対して左方向に湾曲した作業爪(以下「L爪154L」と記す)と、右方向に湾曲した作業爪(以下「R爪154R」と記す)とを含み、爪軸152の軸方向に所定の間隔で取り付けられる。本実施形態の作業機100において、作業ロータ150は、矢印Rで示す方向に回転する。
本実施形態では、1つのフランジ153につき、複数本の作業爪154が固定部材155を介して取り付けられる。図1では、1つのフランジ153に対して、2本のL爪154L及び2本のR爪154Rが装着されているが、装着される作業爪の種類や本数はこれに限られるものではない。また、本実施形態では、固定部材155として、ボルト、ボルトプレート及びナットを組み合わせた組ボルトを用いるが、この例に限られるものではない。
本実施形態において、少なくとも1つの作業爪154には、センサユニット210と、センサユニット210を被覆する保護カバー220とが取り付けられている。具体的には、少なくとも1つの作業爪154には、加速度や圧力などの情報を検知するためのセンサユニット210が両面テープや硬化性樹脂等を含む接着剤などにより取り付けられるとともに、保護カバー220によりセンサユニット210が保護されている。そのため、耕耘作業中に土塊等がセンサユニット210に直接当たることがなく、センサユニット210が脱落したり破損したりしないような構造となっている。
以下の説明において、センサユニットが取り付けられた作業爪を、「センサ付き作業爪」と呼ぶ。ただし、本明細書において「センサ付き作業爪」という用語は、作業爪及びセンサユニット以外の構成を排除するものではない。例えば、本実施形態において、センサ付き作業爪とは、センサユニット及び当該センサユニットを被覆する保護カバーが取り付けられた作業爪を指す。
本実施形態では、R爪154Rにセンサユニット210及び保護カバー220を取り付けられた例を示し、R爪154Rを爪本体と呼ぶ場合がある。また、爪本体であるR爪154Rにセンサユニット210及び保護カバー220が取り付けられた作業爪は、センサ付き作業爪200と呼び、センサユニット210が取り付けられていない他の作業爪と区別する。なお、本実施形態では、R爪154Rにセンサユニット210及び保護カバー220が取り付けられた例を示したが、この例に限られるものではない。例えば、センサ付き作業爪200は、L爪154Lを爪本体として構成してもよいし、L爪154L及びR爪154Rの両方を爪本体として構成してもよい。センサ付き作業爪200の詳細な構成については後述する。
シールドカバー120は、作業ロータ150の上方を被覆するように配置される。図示は省略するが、シールドカバー120の側面には、左右一対のサイドプレートが設けられ、サイドプレートによって作業ロータ150の爪軸152が軸支される。なお、サイドプレートは、チェーンケースプレート、サイドフレーム等とも呼ばれる。
エプロン130は、作業ロータ150の後方に配置され、シールドカバー120に対して接続部160を軸として上下方向に回動可能となっている。エプロン130の重心は、接続部160よりも後方にあるため、エプロン130は自重により下降しようとする。エプロン130の先端にはステンレス製の整地板132が取り付けられている。整地板132はエプロン130の内側から外側に向かってループを描くように構成されている。この整地板132が作業ロータ150によって掘り起こされた圃場を均平化する。
制御装置170は、外部から受信した信号(例えば、リモコン信号)を処理したり、内部で生成した信号(例えば、駆動部の制御信号)を外部に送信したりする機能を有する。例えば、制御装置170は、作業者がリモコンを操作した際の操作信号に応じて作業機100が備えるアクチュエータ等の駆動部の動作を制御する。さらに、本実施形態の制御装置170は、センサユニット210から検知データ(センシングデータ)を受信する機能を有する。制御装置170は、センサユニット210から受信した検知データをサーバや携帯端末等の他の情報処理装置に送信してもよいし、検知データに基づいて演算処理を行い、その演算結果を他の情報処理装置に送信してもよい。
以上説明した本実施形態の作業機100は、センサ付き作業爪200のセンサユニット210により、センサの種類に応じた様々な情報(検知データ)を取得することができる。さらに、爪本体に取り付けられたセンサユニット210は、保護カバー220によって保護されているため、耕耘作業中に土塊等がセンサユニット210に直接当たることによってセンサユニット210が脱落したり破損したりすることを防ぐことができる。作業機100が備えるセンサ付き作業爪200の具体的な構成について、以下に説明する。
[センサ付き作業爪の構成]
図2は、本発明の第1実施形態におけるセンサ付き作業爪200の構成を示す図である。具体的には、図2(A)は、センサ付き作業爪200の側面図であり、図2(B)は、図2(A)の側面図をA-A’で切断した断面図である。図2では、センサ付き作業爪200として、R爪154R(爪本体)に、センサユニット210及び保護カバー220を取り付けた例を示す。L爪154Lを爪本体とした例についての詳細な説明は省略するが、湾曲する方向が異なる点を除いては、R爪154Rを爪本体とした場合と同様の構成を有する。また、図2(A)に示したR爪154Rの形状は一例に過ぎず、この形状に限定されるものではない。
図2(A)に示すように、R爪154Rは、取付基部154Ra及び取付基部154Raから連続して延びる刃部154Rbを有する。また、R爪154Rは、刃部154Rbの一方の縁に刃付部11を有する。刃付部11は、徐々に厚さが薄くなるように加工された部分であり、土壌を砕土する機能を有する。刃付部11とは反対側の縁には、峰部12を有する。また、刃部154Rbの先端には、刃付部11と峰部12を曲線状に滑らかに結ぶ頭頂部13を有する。
図示は省略するが、刃部154Rbは、取付基部154Raに近い側の縦刃部と、取付基部154Raから遠い側の横刃部とに区別される場合もある。本実施形態において、刃部154Rbは、取付基部154Raに近い側から遠い側にかけて緩やかに湾曲した形状となっている。具体的には、図2(A)に示すR爪154Rの刃部154Rbは、図面の手前側から奥側に向かって緩やかに湾曲している。
図2(A)に示すR爪154Rにおいて、取付基部154Raは、フランジ153にR爪154Rを装着するための2箇所の取付穴14及び15を含む部分であり、その他の部分が刃部154Rbである。図1に示したように、R爪154Rは、固定部材155としてボルト、スプリングワッシャ、ナット等を用いてフランジ153に装着される。
耕耘作業中、作業ロータ150の回転に伴い、R爪154Rは、刃付部11を先頭にして土壌に作用し、圃場の耕耘作業を行う。峰部12は、刃付部11の反対側の縁であるため、直接的には土壌に作用しない。また、峰部12は、R爪154Rの厚さ分の幅を有する。そのため、本実施形態では、耐衝撃性を考慮して、峰部12にセンサユニット210を配置している。具体的には、図2に示す例では、取付基部154Raの峰部12にセンサユニット210が配置されている。ただし、この例に限らず、センサユニット210は、刃部154Rbの峰部12に配置されてもよい。この場合、保護カバー220で被覆することを考慮し、できるだけ取付基部154Ra近傍にセンサユニット210を配置することが好ましい。このように、センサユニット210は、保護カバー220で被覆可能である範囲において、どこに配置されていてもよい。
図2(A)及び図2(B)に示すように、本実施形態のセンサ付き作業爪200は、センサユニット210が爪本体の一部(具体的には、取付基部154Ra)とともに保護カバー220によって被覆される。本実施形態では、保護カバー220は、金属材料により構成されている。ただし、この例に限らず、必要な対候性、強度を満たす範囲において、他の材料(例えば、エンジニアリングプラスチック等の樹脂材料等)を用いることも可能である。
保護カバー220は、センサユニット210を取り付けた爪本体の取付基部側を挿入するための挿入口が設けられ、センサユニット210とセンサユニット210を取り付けた爪本体の取付基部側の形状に倣った形に構成されている。保護カバー220には、挿入する爪本体に設けられた取付穴14及び15に対応する位置に、それぞれ開口部24及び25を有する。開口部24及び25は、より具体的には、(保護カバー220の対向する第1面220a及び第2面220bにおいて)径の異なる2つの開口部で構成される。例えば、図2(B)に示すように、開口部25は、保護カバー220の第1面220aに設けられた開口部25aと、第1面220aとは反対側の第2面220bに設けられた開口部25bとを含む。このとき、開口部25aの径に比べて開口部25bの径は小さい。具体的には、開口部25aの径は、上述した固定部材155におけるボルトの頭部の径よりも大きく、開口部25bの径は、ボルトのネジ部の径より若干大きめに設定されている。
図2に示すセンサ付き作業爪200は、フランジ153に対し、保護カバー220の第2面220bが向かい合うように取り付けられる。具体的には、第2面220bの開口部25bとフランジ153に設けられた取付穴(図示せず)とを合わせた状態(重畳させた状態)で、第1面220aの開口部25aからボルトを挿入することにより、センサ付き作業爪200をフランジ153に装着する。このとき、開口部25aの径は、ボルト頭部の径よりも大きいため、ボルト頭部が爪本体(すなわち、R爪154R)に接する。そのため、ボルト及びナットによりフランジ153、保護カバー220及びR爪154Rを締め付けることにより、各部材が固定される。本実施形態では、開口部25aは、ボルトの頭部の径よりも大きい径の丸穴としているが、ボルトの頭部がはまり込む六角穴にて構成しても同様の効果が得られる。なお、ここでは、開口部25を例に挙げて説明したが、開口部24についても同様である。図2(A)では、第1面220aの側の開口部24aが図示されている。
以上のとおり、本実施形態のセンサ付き作業爪200は、爪本体(図2に示す例では、R爪154R)と、爪本体に取り付けられたセンサユニット210と、センサユニット210及び爪本体の一部(図2に示す例では、取付基部154Ra)を被覆する保護カバー220と、を備える。このような構造とすることにより、センサユニット210を土塊や衝撃から保護することができ、耕耘作業中におけるセンサユニット210の脱落や破損を防ぐことができる。
[センサユニットの構成]
図3は、本発明の第1実施形態におけるセンサユニット210の構成を示すブロック図である。センサユニット210は、センサ部31、制御部32、記憶部33、通信部34、及び電源部35を含む。ただし、この例に限らず、センサユニット210は、他の回路要素を含んでいてもよい。
センサ部31は、作業ロータ150の回転によりセンサ付き作業爪200が土壌に衝突する際の加速度を検知する機能を有する。具体的には、センサ部31は、加速度センサを含む。加速度センサは、1軸加速度センサであっても3軸加速度センサであってもよい。また、センサ部31は、加速度センサに加えて、ジャイロセンサや磁気センサを含んでいてもよい。さらに、センサ部31は、用途に応じて、圧力センサ(歪センサや応力センサ等)や光センサなどの物理量センサ、及び/又は、土壌の温度、水分量、塩分量、pH(水素イオン指数)などを測定するための土壌センサを含んでいてもよい。
センサ部31は、固有の識別子を有していてもよい。すなわち、個々のセンサ部31は、識別子を用いて互い識別できるように構成されていてもよい。識別子は、記憶部33に記憶されていてもよいし、識別子を記憶するためのメモリがセンサ部31に別途設けられていてもよい。識別子は、センサ部31で取得された検知データ(例えば加速度データ)と共に、制御装置170に送信される。これにより、制御装置170は、どのセンサ付き作業爪200から送信された検知データであるのかを特定することが可能となる。
制御部32は、記憶部33から読み出したプログラムを実行することにより、センサユニット210の各要素を制御する機能を有している。制御部32としては、例えば、CPUを含むマイクロコンピュータを用いることができる。制御部32は、例えば、センサ部31に対してセンシングを指示したり、通信部34に対して検知データの送信を指示したりすることができる。
さらに、制御部32は、電源部35の蓄電量の残量をモニタリングし、残量が閾値を下回るとその旨を報知するよう指示したり、電源部35に対してスリープモードへの切り替えを指示したりすることも可能である。ただし、これらの制御は一例であり、制御部32に対して他の制御を実行させることも可能である。例えば、センサ部31で取得された検知データ用いて演算処理等の情報処理を行ってもよい。
記憶部33は、制御部32が実行する各種制御のためのプログラムの記憶、センサ部31で取得された検知データの記憶等を行うことができる。前述した識別子は、記憶部33に記憶することができる。
通信部34は、センサ部31で取得された検知データや記憶部33に記憶された識別子を制御装置170に送信する送信部として機能を有する。通信部34としては、例えば、ブルートゥース(登録商標)などの近距離無線通信を行うことが可能な無線通信モジュールを用いることができる。通信部34は、アンテナ34aを含み、アンテナ34aを介してデータの送受信を行う。具体的には、通信部34は、アンテナ34aを用いて外部に電波を放出し、当該電波に乗せて検知データを無線出力することができる。なお、通信部34は、検知データを送信する送信部としての機能だけでなく、センサユニット210を制御するための制御データを外部から受信する受信部としての機能を有していてもよい。
電源部35は、センサユニット210の各要素を動作させるための電源として機能する。電源部35は、電池であってもよいし、充電可能なバッテリであってもよい。電源部35として充電可能なバッテリを用いる場合、電源部35は、ワイヤレス給電のための給電回路を有していてもよい。例えば、給電回路は、高周波信号を受信するアンテナ及び受信した高周波信号に基づいて電力を生成する整流回路等を有していてもよい。
(変形例1)
図3に示したように、本実施形態のセンサユニット210は、無線通信を行うためのアンテナ34aを含む。アンテナ34aから電波を効率よく放出するためには、アンテナ34aの周囲に存在する金属製の遮蔽物を極力減らすことが望ましい。例えば、アンテナ34aは、できるだけ爪軸152から離れた位置に配置されることが好ましい。また、保護カバー220が金属材料で構成される場合、保護カバー220に対し、電波を通過させるための窓部を設けることも有効である。
図4は、第1実施形態の変形例1におけるセンサ付き作業爪300の構成を示す側面図である。図4において、図2に示したセンサ付き作業爪200と同じ部分については、同じ符号を用いて示し、重複する説明を省略する。
図4に示すように、保護カバー320は、センサユニット210の一部を露出するように窓部26を有する。具体的には、窓部26は、保護カバー320におけるセンサユニット210のアンテナ34aに対応する位置(アンテナ34aに重畳する位置)に設けられている。このとき、窓部26は、フランジ153に対向する面とは反対側の面(図4に示す例の場合、第1面320a)に設けられる。
本変形例1によれば、アンテナ34aから放出された電波が窓部26を介して外部に放出されるため、センサユニット210の無線通信性能を向上させることができる。窓部26の大きさについて特に限定はないが、窓部26が大き過ぎると保護カバー320の強度が低下したり、水分や土が窓部26を介して侵入しやすくなったりするため、アンテナ34aのほぼ全体が露出する程度の大きさとすることが好ましい。
図4に示す例では、保護カバー320に窓部26として開口部を設ける例を示したが、この例に限らず、アンテナ34aに対応する位置に窓部26として切り欠きを設けてもよい。また、保護カバー320に窓部26を設ける場合、保護カバー320自体を構成する部材とは異なる材料、例えば、ガラス、樹脂又はゴムなどで構成される部材によって窓部26を塞いでもよい。例えば、窓部26の内側に樹脂(例えばエポキシ樹脂)を充填し、その後、充填した樹脂を硬化させてもよい。また、窓部26の形状に合わせて成形したガラス板やエンジニアリングプラスチック、ゴムを窓部26に嵌め込み、接着剤等により固着させてもよい。
(変形例2)
第1実施形態のセンサ付き作業爪200では、R爪154Rの峰部12にセンサユニット210を取り付ける例を示したが、爪本体のセンサユニット210が配置される位置に、凹部が設けられる構成としてもよい。すなわち、センサユニット210は、爪本体に設けられた凹部の内側に配置されてもよい。
図5は、第1実施形態の変形例2におけるセンサ付き作業爪350の構成を示す側面図である。図5において、図2に示したセンサ付き作業爪200と同じ部分については、同じ符号を用いて示し、重複する説明を省略する。
図5に示すように、R爪154Rの取付基部154Raにおける峰部12には、凹部27が設けられている。凹部27は、例えば、窪み又は切り欠きである。凹部27の深さは、センサユニット210の高さよりも深いことが望ましいが、これに限られるものではなく、凹部27からセンサユニット210が突出していてもよい。その場合、突出した部分の形状に保護カバー220の形状を合わせればよい。
本変形例2によれば、爪本体に対するセンサユニット210の高さを実質的に低減することができるため、保護カバー220の表面に形成される段差を低減することができる。これにより、保護カバー220への土の付着を抑制することができる。
〈第2実施形態〉
第1実施形態では、爪軸に設けられたフランジに作業爪を装着するタイプの作業機を例示して説明したが、本実施形態では、爪軸に設けられたホルダに作業爪を装着するタイプの作業機について説明する。本実施形態では、第1実施形態との相違に着目して説明を行い、第1実施形態と同じ部分については、図面において同じ符号を用いて示し、重複する説明を省略する。
図6は、本発明の第2実施形態におけるセンサ付き作業爪400の構成を示す図である。具体的には、図6(A)は、センサ付き作業爪400の側面図であり、図6(B)は、図6(A)の側面図をB-B’で切断した断面図である。図6では、センサ付き作業爪400として、L爪154L(爪本体)に、センサユニット210及び保護カバー420を取り付けた例を示す。R爪154Rを爪本体とした例についての詳細な説明は省略するが、湾曲する方向が異なる点を除いては、L爪154Lを爪本体とした場合と同様の構成を有する。また、図6(A)に示したL爪154Lの形状は一例に過ぎず、この形状に限定されるものではない。
図6(A)に示すように、L爪154Lは、取付基部154La及び取付基部154Laから連続して延びる刃部154Lbを有する。刃付部11、峰部12及び頭頂部13については、第1実施形態で説明したR爪154Rと同様であるため、ここでの説明を省略する。図6(A)に示すL爪154Lの刃部154Lbは、図面の奥側から手前側に向かって緩やかに湾曲している。
取付基部154Laは、爪軸152に固定されたホルダ157にL爪154Lを装着するための取付穴16を含む部分であり、その他の部分が刃部154Lbである。本実施形態のL爪154Lは、固定部材158としてボルト158a及びナット158bを用いてホルダ157に装着される。
本実施形態では、第1実施形態と同様に、取付基部154Laの峰部12にセンサユニット210を配置している。ただし、この例に限らず、センサユニット210は、刃部154Lbの峰部12に配置されてもよい。この場合、保護カバー420で保護することを考慮し、できるだけ取付基部154La近傍にセンサユニット210を配置することが好ましい。このように、センサユニット210は、保護カバー420で被覆可能である範囲において、どこに配置されていてもよい。
図6(A)及び図6(B)に示すように、本実施形態のセンサ付き作業爪400は、センサユニット210が爪本体の一部(具体的には、取付基部154La)とともに保護カバー420によって覆われる。具体的には、図6(A)に示すようにセンサユニット210は、ホルダ157と重畳しない位置に配置され、L爪154Lがホルダ157に装着された状態において、ホルダ157ごと保護カバー420によって被覆される。本実施形態において、保護カバー420は、金属材料で構成されるが、第1実施形態と同様に、他の材料(例えば、エンジニアリングプラスチック等)を用いることも可能である。
また、保護カバー420は、爪本体に設けられた取付穴16に対応する位置に、開口部46を有する。開口部46は、より具体的には、径の異なる2つの開口部46a及び46bで構成される。例えば、図6(B)に示すように、開口部46は、保護カバー420の第1面420aに設けられた開口部46aと、第1面420aとは反対側の第2面420bに設けられた開口部46bとを含む。このとき、開口部46aの径に比べて開口部46bの径は小さい。具体的には、開口部46aの径は、上述したボルト158aの頭部の径よりも大きく、開口部46bの径は、ボルト158aのネジ部の径より若干大きめに設定されている。
図6に示すセンサ付き作業爪400は、取付基部154Laをホルダ157の内部空間に挿入し、保護カバー420を装着した状態で固定部材158によって固定される。具体的には、ボルト158aは、保護カバー420の第1面420aの側から、保護カバー420の開口部46、ホルダ157の開口部56、L爪154Lの取付穴16の順に挿通され、第2面420bの側にナット158bが装着される。なお、ナット158bと第2面420bとの間には、ワッシャが設けられている。
図6(B)に示すように、ホルダ157の開口部56は、径の異なる2つの開口部56a及び56bで構成される。具体的には、開口部56aは、ボルト158aの頭部がはまり込む形状を有し、開口部56bは、保護カバー420の開口部46bと略同一の径を有する。つまり、開口部56aは六角穴に形成され、開口部56bの径は、ボルト158aのネジ部の径より若干大きめに設定されている。
爪本体(L爪154L)、ホルダ157及び保護カバー420にそれぞれ上述した形状の開口部が設けられているため、ボルト158aを装着した際、ボルト頭部がL爪154Lに接する。つまり、ボルト158a及びナット158bによって保護カバー420、ホルダ157及びL爪154Lが締め付けられ、各部材が固定される。
以上のとおり、本実施形態のセンサ付き作業爪400は、ホルダ157に装着された状態においてセンサユニット210が保護カバー420によって保護される。つまり、本実施形態の保護カバー420は、ホルダ157を覆うとともにセンサユニット210をも覆うことにより、センサユニット210を土塊や衝撃から保護することができる。したがって、本実施形態のセンサ付き作業爪400を含む作業ロータを備えた作業機は、耕耘作業中におけるセンサユニット210の脱落や破損を防ぐことができる。
なお、本実施形態においても、第1実施形態の変形例1に示した図4と同様に、保護カバー420に対し、電波を通過させるための窓部(開口部又は切り欠き)を設けてもよい。すなわち、保護カバー420は、センサユニット210が備えるアンテナ34aに対応する位置に窓部を有していてもよい。また、この場合において、保護カバー420自体を構成する部材とは異なる材料、例えば、ガラス、樹脂又はゴムなどで構成される部材によって窓部を塞いでもよい。第2実施形態の場合、窓部は、保護カバー420の第1面420a、第2面420b、又は、第1面420a及び第2面420bの両方のいずれかに設けることができる。
また、第1実施形態の変形例2に示した図5と同様に、爪本体(ここではL爪154L)は、センサユニット210が配置される位置に凹部が設けられていてもよい。すなわち、センサユニット210は、爪本体に設けられた凹部(例えば、窪み又は切り欠き)の内側に配置されてもよい。
〈第3実施形態〉
本実施形態では、爪軸に設けられたホルダに作業爪を装着するタイプの作業機において、ホルダと保護カバーとを兼用する例について説明する。本実施形態では、第1実施形態との相違に着目して説明を行い、第1実施形態と同じ部分については、図面において同じ符号を用いて示し、重複する説明を省略する。
図7は、第3実施形態のセンサ付き作業爪500の構成を示す側面図である。具体的には、図7(A)は、センサ付き作業爪500の側面図であり、図7(B)は、図7(A)の側面図をC-C’で切断した断面図である。第2実施形態と同様に、図7では、センサ付き作業爪500として、L爪154L(爪本体)に、センサユニット210を取り付けた例を示す。L爪154Lの基本的な構造は、図6(A)と同様であるため、ここでの説明は省略する。
図7(A)に示すように、本実施形態では、爪本体(L爪154La)を爪軸152に固定するためのホルダ520が、爪本体に取り付けられたセンサユニット210を保護する保護カバーとして機能する。そのため、爪本体の取付基部側を挿入するためのホルダ520の(挿入口の)内部空間は、センサユニット210の形状に合わせて従来のホルダより広く形成されている。つまり、ホルダ520は、内部空間にセンサユニット210の形状に応じた段差61を有し、内部空間の形状が、取付基部154La及びセンサユニット210の外形に沿った形状となっている。
なお、本実施形態では、取付基部154Laの峰部12とは反対側にセンサユニット210を配置している。その理由について以下に説明する。
センサ付き作業爪500は、爪軸152の回転に従い、刃付部11を先頭にして回転する。そのため、刃付部11が土壌に衝突した際、円62及び63で示す領域において、ホルダ520に対して取付基部154Laが強く押し付けられる。そのため、センサユニット210が取付基部154Laの峰部12(すなわち、円62で示す領域)に配置されていると、センサユニット210に大きな圧力が掛かり、センサユニット210が破損するおそれがある。そのため、本実施形態では、峰部12とは反対側にセンサユニット210を配置して大きな圧力が掛かることを防止している。
しかし、本実施形態は、センサユニット210を円62又は63で示す領域に配置することを排除するものではない。例えば、センサユニット210に含まれるセンサ部31(図3参照)が圧力センサである場合は、円62又は63で示す領域に配置した方が大きな圧力を検出することができるため、検知精度を向上させることができる。
図7(B)に示すように、本実施形態においても、ホルダ520の開口部66は、径の異なる2つの開口部66a及び66bで構成される。具体的には、開口部66aは、ホルダ520の第1面520aに設けられ、開口部66bは、ホルダ520の第2面520bに設けられる。開口部66aは、ボルト158aの頭部がはまり込む六角孔で形成され、開口部66bの径は、ボルト158aのネジ部の径より若干大きめに設定されている。
以上のとおり、本実施形態のセンサ付き作業爪500は、ホルダ520に装着することによりセンサユニット210がホルダ520によって保護される。つまり、本実施形態のホルダ520は、保護カバーとしての機能を兼ね備え、センサユニット210を土塊や衝撃から保護することができる。したがって、本実施形態のセンサ付き作業爪500を含む作業ロータを備えた作業機は、耕耘作業中におけるセンサユニット210の脱落や破損を防ぐことができる。
さらに、本実施形態の場合、ホルダ520の内部空間に段差61を設けてセンサユニット210の配置された部分だけ広くする構成、すなわち、センサユニット210の高さ分だけ内部空間の幅(深さ方向と直交する方向の長さ)を全体的に広くするのではなく、センサユニット210の形状に合わせて局所的に広くする構成となっている。このような構成により、ホルダ520は、L爪154Lの取付基部154Laを2点(具体的には、円62及び63で示される領域)で支持することができ、センサ付き作業爪500を安定して固定することができる。
なお、本実施形態においても、第1実施形態の変形例1に示した図4と同様に、ホルダ520に対し、電波を通過させるための窓部(開口部又は切り欠き)を設けてもよい。すなわち、ホルダ520は、センサユニット210が備えるアンテナ34aに対応する位置に窓部を有していてもよい。また、この場合において、ホルダ520自体を構成する部材とは異なる材料、例えば、ガラス、樹脂、ゴムなどで構成される部材によって窓部を塞いでもよい。また、窓部は、ホルダ520の第1面520a、第2面520b、又は、第1面520a及び第2面520bの両方のいずれかに設けることができる。
また、第1実施形態の変形例2に示した図5と同様に、爪本体(ここではL爪154L)は、センサユニット210が配置される位置に凹部が設けられていてもよい。すなわち、センサユニット210は、爪本体に設けられた凹部(例えば、窪み又は切り欠き)の内側に配置されてもよい。
〈第4実施形態〉
第1実施形態では、2つの固定部材を用いて作業爪をフランジに固定する例について説明したが、本実施形態では、固定部材としてボルトプレートを有する組ボルトを用いる例について説明する。本実施形態では、第1実施形態との相違に着目して説明を行い、第1実施形態と同じ部分については、図面において同じ符号を用いて示し、重複する説明を省略する。
図8は、本発明の第1実施形態におけるセンサ付き作業爪600の構成を示す図である。具体的には、図8(A)は、センサ付き作業爪600の側面図であり、図8(B)は、図8(A)の側面図をD-D’で切断した断面図である。第1実施形態と同様に、図8では、センサ付き作業爪600として、R爪154R(爪本体)に、センサユニット210及び保護カバー620を取り付けた例を示す。
図8(A)に示すように、保護カバー620の第1面620aには、爪本体の2箇所の取付穴14及び15と重畳する開口部28aが設けられている。また、保護カバー620の第2面620bには、爪本体の取付穴15に対応する位置に、開口部28bを有する。なお、図8では図示を省略するが、保護カバー620の第2面620bには、爪本体の取付穴14に対応する位置にも、開口部28bと同様に、開口部が設けられている。
本実施形態では、爪本体をフランジ153に取り付けるに当たり、組ボルトを用いる。本明細書中における「組ボルト」とは、複数のボルトと、当該複数のボルトそれぞれを挿通する開口部を有するボルトプレートと、を組み合わせた固定部材を指す。本実施形態の組ボルトは、2つのボルトの間に1枚のボルトプレートが配置された構成で使用される。実際には、ボルト、ボルトプレート、スプリングワッシャ、ナット等を用いて爪本体をフランジ153に装着することもできる。
ここで、図8(A)に示すように、開口部28aは、第1面620の側に配置されるボルトプレート(図示せず)の形状に合わせた形状を有し、ボルトプレートが開口部28aの内側に収まるようになっている。このような構造とすると、フランジ153に対してセンサ付き作業爪600を装着した際、ボルトプレートが爪本体(具体的には、取付基部154Ra)に接するため、2つのボルト及び1枚のボルトプレートによって爪本体をフランジ153に固定することができる。
以上のように、本実施形態のセンサ付き作業爪600は、フランジ153への装着に際して組ボルトを使用することができる。そのため、2つのボルトを一度に挿入できるので、作業時間の短縮が図れる。さらに、ボルトプレートがワッシャと同様の役割を果たし、ボルトと爪本体との間にかかる圧力を分散させるため、摩耗によるボルトの緩み等を抑制することができる。
以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は前述の各実施形態(以下、変形例も含む)に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。さらに、前述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。
前述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
11…刃付部、12…峰部、13…頭頂部、14、15、16…取付穴、24、24a、25、25a、25b、28a、28b…開口部、26…窓部、27…凹部、31…センサ部、32…制御部、33…記憶部、34…通信部、34a…アンテナ、35…電源部、46、46a、46b、56、56a、56b…開口部、61…段差、62、63…円、66、66a、66b…開口部、100…作業機、110…フレーム、120…シールドカバー、130…エプロン、132…整地板、135…トップリンク連結部、136…ロアーリンク連結部、137…(Power Input Connection)シャフト、150…作業ロータ、152…爪軸、153…フランジ、154…作業爪、154L…L爪、154La…取付基部、154Lb…刃部、154R…R爪、154Ra…取付基部、154Rb…刃部、155…固定部材、157…ホルダ、158…固定部材、158a…ボルト、158b…ナット、160…接続部、170…制御装置、200、300、400、500、600…作業爪、210…センサユニット、220、320、420、520、620…保護カバー、220a、420a、520a、620a…第1面、220b、420b、520b、620b…第2面

Claims (14)

  1. 爪本体と、
    前記爪本体に取り付けられたセンサユニットと、
    前記センサユニット及び前記爪本体の一部を被覆する保護カバーと、
    を備える、センサ付き作業爪。
  2. 前記センサユニットは、前記爪本体の峰部に設けられる、請求項1に記載のセンサ付き作業爪。
  3. 前記爪本体は、取付穴を有し、
    前記保護カバーは、前記取付穴に対応する位置に開口部有する、請求項1又は2に記載のセンサ付き作業爪。
  4. 前記センサユニットは、アンテナを含み、
    前記保護カバーは、前記アンテナに対応する位置に窓部を有する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセンサ付き作業爪。
  5. 前記窓部は、前記保護カバーを構成する部材とは異なる材料の部材によって塞がれている、請求項4に記載のセンサ付き作業爪。
  6. 前記センサユニットは、前記爪本体に設けられた凹部の内側に配置される、請求項1乃至5のいずれか1項に記載のセンサ付き作業爪。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載のセンサ付き作業爪を含む作業ロータを備える、作業機。
  8. ホルダに固定されたセンサ付き作業爪を含む作業ロータを備える作業機であって、
    前記センサ付き作業爪は、爪本体に取り付けられたセンサユニットを有し、
    前記センサユニットは、アンテナを含み、
    前記ホルダは、前記センサユニットを被覆するとともに前記アンテナに対応する位置に窓部を有する、作業機。
  9. ホルダに固定されたセンサ付き作業爪を含む作業ロータを備える作業機であって、
    前記センサ付き作業爪は、爪本体に取り付けられたセンサユニットを有し、
    前記ホルダは、前記センサユニットを被覆するとともに内部空間に前記センサユニットの形状に応じた段差を有する、作業機。
  10. 前記センサユニットは、前記爪本体に設けられた凹部の内側に配置される、請求項8又は9に記載の作業機。
  11. センサ付き作業爪の爪本体に取り付けられたセンサユニット及び前記爪本体の一部を被覆可能に構成される、保護カバー。
  12. 前記センサユニットに含まれるアンテナに対応する位置に、窓部を有する、請求項11に記載の保護カバー。
  13. 第1面に設けられた第1開口部及び前記第1面とは反対側の第2面に設けられた第2開口部を有し、
    前記第1開口部の径は、前記第2開口部の径と異なる、請求項11又は12に記載の保護カバー。
  14. 前記第1開口部及び前記第2開口部は、それぞれ2箇所に設けられている、請求項13に記載の保護カバー。
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