JP4925388B2 - 施肥装置及び施肥方法 - Google Patents

Description

本発明は、使用する肥料の流動特性を考慮し、圃場単位面積当りの施肥量を均一化できる施肥装置及び施肥方法に関する。

コスト低減、環境への負荷低減、さらには高付加価値の農産物を効率良く生産するという観点から、圃場へ施肥を行う場合には肥料の節減や適正な施用が求められる。そのため、圃場に肥料を施すときに、単位面積当りの施肥量が一定（均一）となるように調整する技術が従来から提案されている。例えば、特許文献１では田植機或いは播種機等の移動農機に設ける施肥駆動装置について開示している。この移動農機ではエンジンからの動力伝達経路を、走行部に動力を伝達する走行系の伝達経路Ａと、作業機に動力を伝達する作業機系の伝達経路Ｂとの２つに分岐している。そして、前記走行系の伝達経路Ａから施肥装置へ動力を取出すようにしている。特許文献１に開示される施肥装置は、作業機の駆動速度を変更しても走行系の伝達経路から動力が伝達されるので、走行速度に対応した施肥量で施肥作業を行ことができる。よって、圃場に対する単位面積当りの施肥量を一定に保持することができるというものである。

また、特許文献２は肥料繰出部の肥料の繰出量を調節する繰出量調節機構を設けると共に、この繰出量調節機構を作動させる電動モ−タを備えた施肥機について開示している。そして、この特許文献２では、施肥機の肥料ホッパ（以下、単にホッパ）に肥料比重を計量する計量カップを設けた構造を開示している。計量カップを使用して肥料の比重を検出し、これに基づいて所望の施肥量となるように前記繰出量調節機構を作動させ適正な施肥を行うようにしている。

特開平１０−２９５１３０号 公報 特開２００２−２７２２３１号 公報

しかしながら、特許文献１の技術は主にペースト肥料を用いる場合を想定しており、また単に移動農機の走行速度に対応して一定の速度で施肥を行う施肥装置を開示するだけである。よって、肥料が粒状である場合や異なる比重の肥料を使用する場合には施肥量を一定にすることができない。一方、特許文献２で開示する施肥機は容積可変もしくは容積一定の溝を有する繰出ローラを回転させることによって規定量の肥料を繰り出すようにした、いわゆる容積式である。そして、肥料の繰出量の変更は、溝容積の調整あるいは繰出ローラの回転数の調整、又はこの両者を組合わせて調整が行われる。よって、各肥料のかさ密度を確認できれば、様々な肥料に対応して精度良い施肥作業を行うことができる。

しかしながら、特許文献２で開示する施肥機では肥料を搬送するための送風機やこれに関連する肥料案内管等を設ける必要がある。また、さらに上記溝の容積を適正に制御することも必要となるので、構造及び制御系の構成が複雑化する共に、作業幅を拡大することが困難である。

よって、本発明の目的は、使用する肥料が変化する場合でも、簡素化した構造で単位面積当たり施肥量を均一にできる施肥装置及び施肥方法を提供することである。

上記目的は、肥料を収納しているホッパの開口の開度をシャッタ羽根の移動により調整しつつ、前記ホッパの開口から前記肥料を繰出し、圃場を移動しながら施肥を行う施肥装置であって、前記圃場で使用する肥料の種類及び単位面積当りの施肥量を含む入力情報を外部から受け付け、肥料の種類毎に予め前記ホッパと相関関係のある測定装置を用いて測定された圃場で使用する各肥料の単位時間あたりの流下量から求められる、前記肥料の種類毎の流動性に関する物理量を示す指標値を予め記憶しておき、前記予め記憶しておいた指標値のうち前記入力情報に含まれる前記圃場で使用する肥料の種類に対応する指標値と、前記入力情報に含まれる単位面積当りの施肥量とに基づいて、単位面積当たり施肥量が均一となるように前記シャッタ羽根を移動することで前記ホッパの開口を通過する肥料の流量を変更する制御を実行する制御部を備えることを特徴とする施肥装置により達成することができる。本発明によると、使用する肥料の種類及び単位面積当りの施肥量を含む入力情報と、肥料の種類毎に予めホッパと相関関係のある測定装置を用いて測定された圃場で使用する各肥料の流下量から求められる、肥料の種類毎の流動性に関する物理量を示す指標値と、に基づいて、制御部がシャッタ羽根を移動することでホッパの開口の開度を調整する制御を実行する。よって、簡単な構造で圃場単位面積当りの施肥量を均一化する施肥装置を提供できる。

また、前記施肥装置の移動速度を検出する速度検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記速度検出手段から速度信号を取得し、肥料の種類と共に移動速度の変化にも応じて前記開口を通過する肥料の流量を変更する制御を実行することが望ましい。この場合には、施肥装置の移動速度が変化しても施肥量が調整されるので、より確実に単位面積当たりの施肥量を均一にすることができる。

また、前記施肥装置は、移動体に牽引又は搭載されることにより移動し、前記制御部は、前記移動体に設けた速度検出手段から速度信号を取得し、肥料の種類と共に移動速度の変化にも応じて前記開口の開度を調整するように構成してもよい。施肥装置は、トラクタ等の移動体に牽引又は搭載されることにより移動する形態でもよいし、施肥装置自体がエンジン等の移動手段を具備して自律走行できる形態でもよい。

また、上記目的は、肥料を収納しているホッパの開口の開度をシャッタ羽根の移動により調整しつつ、前記ホッパの開口から前記肥料を繰出し、圃場を移動しながら施肥を行う施肥方法であって、前記圃場で使用する肥料の種類毎に単位時間当たりの流下量を前記ホッパと相関関係のある測定装置を用いて予め測定して、当該流下量から前記肥料の種類毎の流動性に関する物理量を示す指標値を作成しておく第１のステップと、前記圃場で使用する肥料の種類及び単位面積当りの施肥量を含む入力情報を受け付け、前記作成しておいた指標値のうち前記入力情報に含まれる前記圃場で使用する肥料の種類に対応する指標値と、前記入力情報に含まれる単位面積当りの施肥量と、に基づいて、単位面積当たり施肥量が均一となるように、前記シャッタ羽根を移動することで、前記ホッパの開口を通過する肥料の流量を変更する第２のステップと、を含むことを特徴とする施肥方法によっても同様に達成できる。
更に、前記第２のステップでは、前記指標値と共に圃場に対する移動速度にも対応して、単位面積当りの施肥量が均一となるように、前記開口を通過する肥料の流量を変更することがより好ましい。

以上説明したように、本発明によれば制御部が肥料の種類毎に予め設定した指標値を用いてホッパの開口を調整する制御を実行するので、使用する肥料に対応して施肥を均一に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は牽引形態で構成した施肥装置１の外観を模式的に示した図である。この施肥装置１はトラクタＴＲに牽引されて圃場Ｈ内を移動しなが施肥を行うように構成されている。施肥装置１は、いわゆるブロードキャスタ型の施肥装置であり、揺動筒（以下、スパウトと称す）１０を水平面（図1では、紙面に対して垂直な面）内で首を振るように揺動して遠心力を発生させて、その先端部１０ＴＰから肥料を放射状に散布する。

上記スパウト１０を揺動させるための動力は、トラクタＴＲから得るように設計されている。トラクタＴＲのエンジン側から取出したＰＴＯ（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｕｔ）軸９が、施肥装置１側の駆動装置３に接続されている。この駆動装置３の内部構成については図示を省略するが、上記のようにスパウト１０を揺動させるため、ＰＴＯ軸９の回転動作を揺動動作に変換する歯車機構等が組込まれている。

本施肥装置１はコントロールユニット２０を備え、これにより本体側１−Ａの駆動が制御される。コントロールユニット２０は、トラクタＴＲの運転席前方に固定されている。後述するようにコントロールユニット２０は入力部、表示部及び制御部等を含んでいる（図４参照）。作業者（トラクタの運転手）がコントロールユニット２０を操作することにより、トラクタＴＲの後ろに接続した施肥装置本体１−Ａが施肥動作を開始する。施肥装置本体１−Ａとコントロールユニット２０とは配線を介して電気的に接続されている。なお、施肥装置本体１−Ａとコントロールユニット２０とを無線を介して接続するように構成してもよい。

図２は、施肥装置１の本体１−Ａの構成が確認できるように拡大して示した図である。この図２を参照して、各部の構成を説明する。施肥装置本体１―Ａは骨格をなすフレーム４により支持されている。フレーム４の上部には円形に形成したリング部４ＣＲが形成されている。このリング部４ＣＲに肥料タンクとなる漏斗形状のホッパ２が支持されている。ホッパ２の上部２ＴＰから肥料ＦＥが投入され、ホッパ２内に貯留される。ホッパ２の下部も開放状態に形成されている。但し、ホッパ２の下部にはシャッタ装置５が配置されている。図２では、シャッタ装置５の一部のみが確認できる。なお、図２では、図１で示した部位と対応する部位には同符号を付している。図２において符号７で示すのはトラクタＴＲへの取り付け部である。

図３（Ａ）は、施肥装置本体１―Ａのシャッタ装置５に関連する構成部分を取出して示した平面図である。ホッパ２の下部は、図３（Ａ）に示すシャッタ基板５０によって塞がれている。この基板５０には３箇所にシャッタ開口５１−１〜５１−３が形成されている。よって、ホッパ２内に貯留された肥料はこの開口５１を介して、これより下方へと自然落下する。これらシャッタ開口５１のそれぞれには、シャッタ羽根５２−１〜５２−３が配置されている。シャッタ羽根５２は、シャッタ基板５０の下面側でリンク５３に接続されている。リンク５３は、出没するシリンダ６に接続されている。よって、矢印で示すように、シリンダ６の出没動作により、シャッタ羽根５２が基板５０の周方向へ移動する。このような構造によって、シャッタ開口５１を全閉状態から全開状態まで変化させることができる。

図３（Ａ）で示した状態は、シャッタ羽根５２がシャッタ開口５１の一部（４０％程度）を閉じた状態を図示している。ここで、再度、図２を参照するとシャッタ羽根５２を駆動するシリンダ６は装置本体１―Ａのフレーム４に固定されている。このシリンダ６は配線６ａを介して前述したコントロールユニット２０と接続されている。コントロールユニット２０がシリンダ６の駆動を制御してシャッタ羽根５２を移動させ、シャッタ開口５１の開閉状態を調整する。本施肥装置１では、シャッタ羽根５２が流量変更部材、これを駆動するシリンダ６がアクチュエータ、さらにこのアクチュエータを制御するコントロールユニット２０が制御装置となる。これらによりホッパ２の開口５１の開度を調整する施肥量調整手段が形成されている。

上記のように、施肥装置１はホッパ２内に貯留させた肥料ＦＥをシャッタ開口５１の開度を調整して自然落下させるという単純な構造であり肥料繰出部分の構成を簡素化できる。

なお、図３（Ｂ）は、シャッタ装置５のシャッタ羽根５２を駆動する他の構造例を示した図である。シャッタ基板５０からリンク５３までは図３（Ａ）と同様であるが駆動源が異なる。図示しないモータ軸に固定されて両方向へ回転する歯車６１と噛合する扇状のギア部材６３が配置されている。このギア部材６３は支軸６５を中心にして揺動可能である。ギア部材６３の一部が腕状に延在して、リンク５３の端部に接続されている。よって、歯車６１を両方向へ回転させることで、図３（Ａ）の場合と同様にシャッタ羽根５２を周方向へ移動でき、シャッタ開口５１を閉じることができる。この図３（Ｂ）で示す構成を採用する場合には、不図示のモータがコントロールユニット２０によって駆動制御される。

図４は、前記コントロールユニット２０及びこれに接続される構成を示したブロック図である。コントロールユニット２０は、インターフェース部２１、記憶部２２、入力部２３、表示部２４、制御部２５、カードインターフェース２６、バス２７を有している。インターフェース部２１は、外部装置との情報の入出力を制御するＩ／Ｏ（インプット／アウトプット）コントローラ２８との間で情報の受け渡しを行う。カードインターフェース２６は、バス２７とメモリカード３５との間でデータの受け渡しを行う。なお、本施肥装置１は、カードインターフェース２６を介してメモリカード３５に格納された情報を受け取ったり、収拾した情報をメモリカード３５に格納して外部のコンピュータで利用できるようになっている。このように構成しておくと、外部のコンピュータから施肥データを取得して施肥作業に利用できる。また、本施肥装置１の施肥に関するデータを外部コンピュータ側で利用することができるようになる。

記憶部２２は、例えばＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ或いはＨＤＤ等の記憶装置により構成される。この記憶部２２には、各圃場に関する施肥データが記憶されている。この施肥データには使用する各肥料に関する指標値が含まれている。また、記憶部２２には制御部２５が実行する施肥動作プログラム等が格納されている。この施肥動作プログラムは、上記指標値に基づいて単位面積当たりの施肥量が均一となるようにシャッタ装置５のシャッタ開口５１の開度を調整する動作が書込まれている。なお、より好ましい施肥動作プログラムは、トラクタＴＲの速度変化にも対応するもので、肥料の種類と共に移動速度の変化に応じてシャッタ開口５１の開度調整が行われる。

入力部２３は、作業者からの入力を受け付けるためのもので、複数の指示入力キーが含まれる。表示部２４は作業者に対して情報提供の画面や入力画面等の種々の画面を表示する。図５は、表示部２４と入力部２３とを一体に形成した入力表示部の一例を示した図である。入力部２３の一部を成す表示切替ボタン２３１を押すことで、使用する肥料の種類、施肥量を設定できる。これを液晶表示部２４１に表示して確認できる。また、施肥の累計の表示や、マニュアル操作でシャッタを開閉できるようになっている。図４で示しているように、入力部２３で設定された肥料の種類、施肥量等に関する入力信号は、バス２７を介して制御部２５へ供給される。

図４で、制御部２５はＣＰＵ等を中心に構成したマイクロコンピュータである。この制御部２５は、記憶部２２に記録されたプログラムをロードし、施肥装置１の全体を制御する。なお、図３で示したシリンダ６はＩ／Ｏコントローラ２８を介してコントロールユニット２０に接続されている。さらに、図４で示した例では、Ｉ／Ｏコントローラ２８にＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）受信装置３０及び車速センサ３１を接続している場合を例示している。本施肥装置１は、より好ましい形態としてトラクタＴＲの車速が変化したとき、これに応じて施肥量を変更できるようになっている。ＧＰＳ受信装置３０及び車速センサ３１のいずれか一方から車速情報を得るようにしてもよい。制御部２５は、トラクタＴＲの車速が変化したことを確認すると、これに応じてシリンダ６を駆動してシャッタ装置５の開度を調整して施肥量が一定となるように調整する。

前述したように、制御部２５は記憶部２２に記憶している施肥データの指標値を利用して施肥制御を行う。この指標値及びその取得について説明する。ここでの指標値として、肥料の種類毎に流動性に係る物理量を測定した固有値を利用することができる。具体的には、圃場で使用する各肥料の流下量を測定して得た値を用いることができる。図６は肥料の流動性を測定するために使用する測定装置１００を例示した図である。測定装置１００は、施肥装置１のホッパ２から肥料を落下させたときと同じ状態が再現されるように作製した測定装置である。測定装置１００は漏斗部１０１を備え、その下部に開閉自在なシャッタ１０２が配置されている。

この測定装置１００の漏斗部１０１内に規定量の肥料ＦＥを投入して、シャッタ１０２を一気に開いて単位時間当たりの流下量（ｇ／ｓｅｃ）を計測する。この計測を各肥料に対して行う。図７は、図６で示した測定装置を使用して測定した漏斗流下量（ｇ／ｓｅｃ）と、施肥装置１を駆動したときの肥料繰出量との関係を示した図である。横軸に図６の装置を用いて測定した漏斗流下量（ｇ／ｓｅｃ）をとっている。また、縦軸には施肥装置１のホッパ２に肥料を投入し、シャッタ開口５１の開度を一定にしたときの繰出量（ｋｇ／ｍｉｎ）をとっている。図７は、１５種の肥料について測定した結果をプロットしている。これらのプロットについて、相関係数Ｒが０．９４と極めて高いことが確認できる。よって、施肥装置1を駆動して施肥作業を行う場合に、漏斗流下量（ｇ／ｓｅｃ）に基づいて肥料繰出量を正確に予測できる。すなわち、各肥料について測定した漏斗流下量（ｇ／ｓｅｃ）は、流動性に係る物理量であり、肥料毎の固有値である。この固有値を用いて肥料毎のシャッタ開度を規定できる。以上から明らかなように、本施肥装置１は流動性に係る新規な固有値を用いてシャッタを開閉するので肥料繰出部分の構造を簡素化できる。

上記固有値が肥料毎に施肥データとして記憶部２２に記憶されている。よって、制御部２５がシャッタ開口５１の開閉を制御する際には、使用している肥料に対応して適性な開度を算出できる。具体的には、作業者が入力部２３から使用する肥料の種類と単位当たりの施肥量を入力することで、制御部２５がシャッタ開口５１の望ましい開度を算出し、シリンダ６を駆動してシャッタ装置５の開度を調整する。よって、本施肥装置１では種々の肥料を使用しても、単位面積当たりの施肥量を簡単に一定にすることができる。そして、本施肥装置１ではトラクタＴＲの速度情報も取得してシャッタ開口５１の開度を調整するので、さらに確実に単位面積当たりの施肥量を均一化にすることができる。

図８は、施肥装置１が施肥を行うときに、コントロールユニット２０の制御部２５が記憶部２２からプログラムを読出し、実行する処理の一例を示したフローチャートである。例えば、この処理はトラクタＴＲが施肥を行う圃場に入ったときに、作業者がコントロールユニット２０の起動ボタンを押すことによって開始される。制御部２５は、コントロールユニット２０の入力部２３から使用する肥料の種類及び施肥量について設定入力（指示信号）が有るか、否かを確認する（Ｓ１１）。これらの設定が為された場合、制御部２５は記憶部２２から前述した指標値を読み出し使用する肥料と施肥量に最適なシャッタ開度を算出する（Ｓ１２）。

続いて、制御部２５は前記ステップ１２の結果に基づいて、シリンダ６を駆動してシャッタ羽根５２を移動して所定のシャッタ開度を設定する（Ｓ１３）。以上のように施肥の準備が整ってから、トラクタＴＲを移動させて実際に施肥作業が行われる（Ｓ１４）。なお、ステップ１３までの準備が完了したことを作業者に知らせるため、例えば制御部２５が表示部２４に所定の表示（例えば「作業開始」等の表示）を行うように設定しておくことが好ましい。

実際に施肥作業が開始された後においては、制御部２５はＧＰＳ受信装置或いは速度センサからの出力信号でトラクタＴＲの速度を監視する（Ｓ１５）。移動速度が変化していることを確認した場合には、制御部２５は速度変化に対応してシャッタ開度を再度算出し、シャッタ開度の再設定を行う。これとは逆に、移動速度が変化していない場合には設定を維持する（Ｓ１６）。上記のような制御を実行して施肥作業が完了したときに（Ｓ１７）、本フローチャートによる処理を完了する。なお、施肥作業完了の確認は、作業者が入力部から所定の入力を行ったとき、ホッパ２内の肥料が空となったとき、或いは所定時間以上にわたり移動速度がゼロであるとき等を基準にして制御部２５が判断するように設定すればよい。

以上説明した施肥装置１では、肥料の種類毎に予め設定した指標値を用いて、制御部２５がホッパ２の前記開口５１の開度を調整する。よって、使用する肥料が変化しても圃場単位面積当りの施肥量を均一化できる。さらに移動速度にも対応してシャッタ開度を調整するので、さらに確実に施肥量を均一化できる。

なお、前述した施肥装置１は、ブロードキャスタ型の例に挙げたがこれに限定するものではない。また、各肥料について求めた落下に係る固有値は一例であって、肥料の種類毎の流動性に係る物理量はこれに限るものではない。例えば、図６に示した漏斗下に送風機を配置して各肥料を一定条件で圧送した場合に送出される搬送量を固有値として採用することもできる。また、上記実施形態では牽引型の施肥装置１を示したがこれは一例である。本施肥装置はトラクタ等の移動体に載置して移動させてもよいし、施肥装置自体が走行機能を備えて自律走行するように構成してもよい。

以上、本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

牽引形態で構成した実施形態に係る施肥装置の外観を模式的に示した図である。 図1で示す施肥装置の本体の構成が確認できるように拡大して示した図である。 （Ａ）は施肥装置本体のシャッタ装置に関連する構成部分を取出して示した平面図である。（Ｂ）はシャッタ装置のシャッタ羽根を駆動する他の構造例を示した図である。 コントロールユニット及びこれに接続される構成を示したブロック図である。 表示部と入力部とを一体に形成した入力表示部の一例を示した図である。 肥料の流動性を測定するために使用する測定装置を例示した図である。 図６で示した測定装置を使用して測定した漏斗流下量と、施肥装置を駆動したときの肥料繰出量との関係を示した図である。 施肥装置が施肥を行うときに、制御部が実行する処理の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 施肥装置
１−Ａ 施肥装置本体
２ ホッパ
５ シャッタ装置
５１ シャッタ開口
５２ シャッタ羽根
６ シリンダ
９ ＰＴＯ軸
１０ 揺動筒
２０ コントロールユニット
２２ 記憶部
２３ 入力部
２４ 表示部
２５ 制御部
３０ ＧＰＳ受信装置
３１ 車速センサ

Claims (5)

1. 肥料を収納しているホッパの開口の開度をシャッタ羽根の移動により調整しつつ、前記ホッパの開口から前記肥料を繰出し、圃場を移動しながら施肥を行う施肥装置であって、
   前記圃場で使用する肥料の種類及び単位面積当りの施肥量を含む入力情報を外部から受け付け、
   肥料の種類毎に予め前記ホッパと相関関係のある測定装置を用いて測定された圃場で使用する各肥料の単位時間あたりの流下量から求められる、前記肥料の種類毎の流動性に関する物理量を示す指標値を予め記憶しておき、
   前記予め記憶しておいた指標値のうち前記入力情報に含まれる前記圃場で使用する肥料の種類に対応する指標値と、前記入力情報に含まれる単位面積当りの施肥量とに基づいて、単位面積当たり施肥量が均一となるように前記シャッタ羽根を移動することで前記ホッパの開口を通過する肥料の流量を変更する制御を実行する制御部を備えることを特徴とする施肥装置。
2. 前記施肥装置の移動速度を検出する速度検出手段をさらに備え、
   前記制御部は、前記速度検出手段から速度信号を取得し、肥料の種類と共に移動速度の変化にも応じて前記開口を通過する肥料の流量を変更する制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の施肥装置。
3. 前記施肥装置は、移動体に牽引又は搭載されることにより移動し、
   前記制御部は、前記移動体に設けた速度検出手段から速度信号を取得し、肥料の種類と共に移動速度の変化にも応じて前記開口の開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の施肥装置。
4. 肥料を収納しているホッパの開口の開度をシャッタ羽根の移動により調整しつつ、前記ホッパの開口から前記肥料を繰出し、圃場を移動しながら施肥を行う施肥方法であって、
   前記圃場で使用する肥料の種類毎に単位時間当たりの流下量を前記ホッパと相関関係のある測定装置を用いて予め測定して、当該流下量から前記肥料の種類毎の流動性に関する物理量を示す指標値を作成しておく第１のステップと、
   前記圃場で使用する肥料の種類及び単位面積当りの施肥量を含む入力情報を受け付け、前記作成しておいた指標値のうち前記入力情報に含まれる前記圃場で使用する肥料の種類に対応する指標値と、前記入力情報に含まれる単位面積当りの施肥量と、に基づいて、単位面積当たり施肥量が均一となるように、前記シャッタ羽根を移動することで、前記ホッパの開口を通過する肥料の流量を変更する第２のステップと、
   を含むことを特徴とする施肥方法。
5. 前記第２のステップでは、前記指標値と共に圃場に対する移動速度にも対応して、単位面積当りの施肥量が均一となるように、前記開口を通過する肥料の流量を変更することを特徴とする請求項４に記載の施肥方法。

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