JP6021072B2 - 穿孔成形作業機および穿孔成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌中に地下排水路となる通水孔を成形する穿孔成形作業機および穿孔成形方法に関する。さらに詳しくは、水が集まる土地の条件、排水性に劣る土壌、特に農地に対して、土壌中の任意の位置に地中の余剰水を迅速に排除できる連続した通水孔を形成する穿孔成形作業機および穿孔成形方法に関する。

我が国の湿潤気候において、加えて、近年の異常気象の条件下では、長雨や大雨で湿害による農業生産の支障が生じている。そのため、農業者や経営者は、農地の排水性を向上させる排水改良の実施を望んでいる。これは、一次産業である農作物の生産や植物の栽培において、土地、特に農地の土壌の排水性を高めることが、生産面や作業面で優位となるためである。

そのため、湿害を回避する農地の排水改良としては、抜本的な改良として農地に排水のための深い溝を掘削して圃場外に余剰水を排除する排水路の整備を基本に、地中の余剰水を排除するために、深さ１ｍ前後に埋設した暗渠排水管と、モミガラや砂利などの暗渠排水管まで水を導く通水促進材の疎水材とを１０ｍ間隔で埋設する暗渠排水の整備が行われている。これに加えて、農業者は、独自の営農作業として、心土破砕や弾丸暗渠、モミガラのような入手が容易な資材を用いた補助暗渠などを追加して施工し、農地の排水性を高める取り組みを積極的に行っている。しかし、農地の排水性を高める必要性は高く、現在の各種の手法を用いても農業における湿害を回避するために十分な整備面積を確保できずにおり、農地に必要な排水性の要求度は満たされていないのが現状である。

斯かる農地排水の改良の具体的な工法としては、従来、次のようなものがある。
土地改良事業により整備されることの多い暗渠排水とその機能を高める補助暗渠については、一般的に農林水産省構造改善局監修土地改良事業計画設計基準計画「暗渠排水」や同設計基準計画「土層改良」に我が国で必要な改良の手順や標準的な工法や施工上の基準が示され、それらに基づく工法がある。
また、土地改良事業のみならず農業者自身が行う排水改良には、心土破砕や弾丸暗渠などの多様な土層改良工法もある。これらの改良工法には、資材を使用する工法と資材を必要としない工法がある。
排水性の劣る土壌に対して行われる補助暗渠の工法には、透水性の高い資材を疎水材として数ｍ〜５ｍ程度の一定間隔で溝状に投入する工法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。他方、資材を用いずに、土中の余剰水を排除するための破砕空隙や通水空洞を構築する心土破砕や弾丸暗渠の土層改良の工法がある（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０１０−２８１２０４号公報 特開２００２−１６７７４３号公報 特開２００８−１４８５８０号公報

上述したように、従来技術には、排水性に劣る農地を優良農地化する技術として暗渠排水管を用いる暗渠排水や有材の補助暗渠がある。しかし、これらの技術は、資材を用いるため多量の資材とその準備が必要であって、高コストとなり、施工効率が低く、資材の有無により施工可能地域が限定される。
もう一つの方法の無材の土層改良法である心土破砕や弾丸暗渠は、低コスト且つ高速であり機動的な排水改良法である。しかし、心土破砕は土に対して強制的に圧力を与えて破砕する。また、弾丸暗渠は破砕された土の最下部に円形の物体を引き込み、円状に土を押しよけて空洞を成形する。このため、これらの排水改良法によって改良された土壌は、土壌の性質による崩落性のため耐久性や効果に劣る場合が多い。また、営農用のため空洞の成形深さが３０ｃｍ程度と浅く十分な排水効果や耐久性がない。

本発明の目的は、排水性に劣る土壌を有する土地をより高生産性化するために、土壌の攪乱を最小限に抑えて、余剰水を集水する排水路として機能する１つ以上の連続した穿孔を任意の間隔と深さで構築することができ、高い施工性と低コストを具備した排水性改良のための穿孔成形作業機および穿孔成形方法を提供することである。

上記の目的を達成すべく、本発明の穿孔成形作業機は、
前側に刃が付き、下後方に伸びる穿孔成形用土壌切断後刃と、
前記穿孔成形用土壌切断後刃の下端に接続され、当該下端から前方に向かって下るように配置された長方形の平板であって、前記穿孔成形用土壌切断後刃とともに土壌を切断してＬ字状の切断細溝を形成し、当該Ｌ字状の切断細溝を一方の側面および底面とする上部方形土塊を形成し、地表面から下方に向かって長方形に切断された当該上部方形土塊を所定の高さに持ち上げて、当該持ち上げられた上部方形土塊の直下に断面が四角形の土塊持ち上げ空洞を成形する穿孔成形用土塊スライドと、
を有し、
前記成形された土塊持ち上げ空洞の横において、断面が四角形であって、前記土塊持ち上げ空洞を満たす大きさの下部方形土塊を切り出し、
前記切り出された下部方形土塊を前記土塊持ち上げ空洞内に寄せると同時に当該土塊持ち上げ空洞の側壁に押しつけて固定することで、前記下部方形土塊により前記上部方形土塊の直下の前記土塊持ち上げ空洞を塞ぐと共に前記下部方形土塊を切り出した元の位置に穿孔を構築する、
穿孔成形用土壌切断後刃部と、
前記穿孔成形用土壌切断後刃の前方に第１の所定の間隔を空けて、かつ前記穿孔成形用土壌切断後刃の横方向に第２の所定の間隔を空けて配置されており、前側に刃が付き、下後方に向かって凹湾曲しながら伸び、前記上部方形土塊の他方の側面となる切断細溝を少ない抵抗で形成する穿孔成形用土壌切断前刃と、当該穿孔成形用土壌切断前刃の下端に付いており、当該穿孔成形用土壌切断前刃に対する配置角度を調整して土壌中の下方に向かって刺さるようにすることができる穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピックとを有する穿孔成形用土壌切断前刃部と、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明の穿孔成形作業機は、
前記穿孔成形用土壌切断後刃部が、
前記穿孔成形用土塊スライドの後部に接続されており、前面の幅が前記穿孔成形用土塊スライドの幅より広く、穿孔成形用土塊スライドが接続されていない前面に穿孔成形用通水孔成形上面刃が形成されており、中央において幅が徐々に狭くなっている穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板と、
前記穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板の側部前側に直角に接続されており、前記穿孔成形用通水孔成形上面刃とともに、前記下部方形土塊を切り出すための逆Ｌ字状の刃を形成する穿孔成形用通水孔成形側面刃と、
前記穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板の中央において側部に直角に接続されており、前記切り出された下部方形土塊を前記土塊持ち上げ空洞内に寄せる穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板と、
前記穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板の側部後側に直角に接続されており、前記土塊持ち上げ空洞内に寄せられた下部方形土塊を、前記土塊持ち上げ空洞の側壁に押しつけて固定する穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の穿孔成形作方法は、
前側に刃が付き、下後方に向かって凹湾曲しながら伸びる穿孔成形用土壌切断前刃と、当該穿孔成形用土壌切断前刃の下端に付いており、当該穿孔成形用土壌切断前刃に対する配置角度を調整して土壌中の下方に向かって刺さるようにすることができる穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピックと、当該穿孔成形用土壌切断前刃の後方に第１の所定の間隔を空けて、かつ当該穿孔成形用土壌切断前刃の横方向に第２の所定の間隔を空けて配置されており、前側に刃が付き、下後方に伸びる穿孔成形用土壌切断後刃と、当該穿孔成形用土壌切断後刃の下端に接続され、当該下端から前方に向かって下るように配置された長方形の平板である穿孔成形用土塊スライドとを有する穿孔成形作業機を用いる穿孔成形方法であって、
前記穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピックが土壌中の下方に向かって刺さることで前記穿孔成形用土壌切断前刃の浮き上がりを防止しながら、前記穿孔成形用土壌切断前刃により上部方形土塊の一方の側面となる切断細溝を形成し、更に前記穿孔成形用土壌切断後刃と前記穿孔成形用土塊スライドとにより当該上部方形土塊の他方の側面および底面となるＬ字状の切断細溝を形成し、地表面から下方に向かって長方形に切断された当該上部方形土塊を、前記穿孔成形用土塊スライドにより所定の高さに持ち上げて、当該上部方形土塊の直下に断面が四角形の土塊持ち上げ空洞を成形する土塊持ち上げ空洞成形工程と、
前記土塊持ち上げ空洞成形工程で成形された土塊持ち上げ空洞の横において、断面が四角形であって、当該土塊持ち上げ空洞を満たす大きさの下部方形土塊を切り出す下部方形土塊切り出し工程と、
前記下部方形土塊切り出し工程で切り出された下部方形土塊を前記土塊持ち上げ空洞内に寄せると同時に当該土塊持ち上げ空洞の側壁に押しつけて固定することで、前記下部方形土塊により前記上部方形土塊の直下の前記土塊持ち上げ空洞を塞ぐと共に前記下部方形土塊を切り出した元の位置に穿孔を構築する穿孔構築工程と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、排水性に劣る土壌を有する土地をより高生産性化するために、土壌の攪乱を最小限に抑えて、余剰水を集水する排水路として機能する１つ以上の連続した穿孔を任意の間隔と深さで構築することができる。

本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機の一例の全体構成を示す側面図である。 （Ａ）は穿孔成形用土壌切断後刃部の構造の一例を示す上面図、（Ｂ）は同斜視図、（Ｃ）は同正面図である。 本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機による穿孔成形方法を示す平面図及び穿孔した空洞を示した斜面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は本発明の実施形態に係る穿孔成形方法の工程を示す断面図である。 通水孔の形状の変形例を示す断面図である。 通水孔内に施す処理を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機による穿孔成形方法の工程を示す斜面図である。 本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機による穿孔成形方法の別の工程を示す斜面図である。 穿孔成形部が一連式である穿孔成形作業機の一例を上方から見た全体構成を示す上面図である。 穿孔成形部が一連式から三連式までを選択できる穿孔成形作業機の一例を上方から見た全体構成を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機による通水孔の設置方法を示す立体図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機で施工された重粘土圃場を示す断面図、（Ｂ）は同多湿黒ボク土圃場を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１に示す本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機１は、農業用トラクターなどの牽引作業機の後方にある各種作業装置を装着する３点リンクに、作業機取付フレーム１０により連結される。この穿孔成形作業機１は、穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２を地中に挿入して牽引作業機の牽引力により穿孔されながら作業を行うことで通水孔を構築する。
なお、以下では、穿孔成形作業機１が牽引作業機に取り付けられる側を前側、前方、前部または前面、その反対側を後側、後方または後部という、

穿孔成形作業機１の前側には、牽引作業機と連結するための作業機取付フレーム１０がある。作業機取付フレーム１０は、作業機据え置き支柱と、作業機取付フレーム三点リンク上部接続部１０Ａと、作業機取付フレーム三点リンク下部接続部１０Ｂとを有する。
この作業機取付フレーム１０の後方に穿孔成形装置２０がある。穿孔成形装置２０は、穿孔成形装置フレーム２０Ａと、土壌切断刃保持部２０Ｂと、穿孔成形装置可動用シリンダー２０Ｃと、穿孔成形装置可動用シリンダー油圧伝達部２０Ｄと、穿孔成形用土壌切断前刃部２１と、穿孔成形用土壌切断後刃部２２とを有する。
穿孔成形装置可動用シリンダー２０Ｃは作業機取付フレーム三点リンク上部接続部１０Ａの後方にあり、穿孔成形装置フレーム２０Ａは作業機取付フレーム三点リンク下部接続部１０Ｂの後方にある。穿孔成形装置フレーム２０Ａは後方に向かう直線の支柱を有しており、その支柱の左側と右側にそれぞれ土壌切断刃保持部２０Ｂが前側と後側に所定の間隔をあけて配置されている。前方側の土壌切断刃保持部２０Ｂには穿孔成形用土壌切断前刃部２１が固定されており、後方側の土壌切断刃保持部２０Ｂには穿孔成形用土壌切断後刃部２２が固定されている。このため、穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２とは、前後に第１の所定の間隔を有し、横方向にも土壌切断刃保持部２０Ｂが配置されている支柱の幅以上の第２の所定の間隔を有している。
穿孔成形装置２０は、穿孔成形装置可動用シリンダー２０Ｃを穿孔成形装置可動用シリンダー油圧伝達部２０Ｄの油圧ホースを牽引作業機本体の油圧制御部に接続して油圧の操作によって伸縮させることにより穿孔成形装置フレーム２０Ａの後方を上下させ、穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２を斜め後方に持ち上げることができる。この機能は、穿孔成形作業機１の移動や施工作業時における穿孔成形作業機１の水平や深さの設定などを簡単に調整可能とするためである。

穿孔成形用土壌切断前刃部２１は、穿孔成形用土壌切断前刃２１Ａと穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック２１Ｂとを有する。
穿孔成形用土壌切断前刃２１Ａは、前側に刃が付き、下後方に向かって凹湾曲しながら伸びる。穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック２１Ｂは、穿孔成形用土壌切断前刃２１Ａの下端に付いており、穿孔成形用土壌切断前刃２１Ａに対する配置角度を変えることができる。穿孔成形用土壌切断前刃２１Ａは、少ない抵抗で土壌を縦に切断し、細い幅の切断縦溝を形成する。このとき穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック２１Ｂの角度を調整して土壌中の下方に向かって刺さるようにすることで穿孔成形用土壌切断前刃２１Ａの浮き上がりを防止することができる。

図２に示すように、穿孔成形用土壌切断後刃部２２は、穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａと、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂと、穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄと、穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃと、穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅと、穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆとを有する。
穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａは、前側に刃が付き、下後方に伸びる。穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａも、少ない抵抗で土壌を縦に切断し、細い幅の切断縦溝を形成する。
穿孔成形用土塊スライド２２Ｂは、穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａの下端に接続され、前方に向かって下るように配置された長方形の平板である。穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの先端にはくさび状のくさび刃または平板の刃が形成されている。穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの後部は穿孔成形用通水孔上面刃付き板接続部２２Ｇで穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄに接続されている。穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄの前部の幅は穿孔成形用土塊スライド幅Ｌ１より広く、穿孔成形用土塊スライド幅Ｌ１が接続されていない前部に幅Ｌ２の穿孔成形用通水孔成形上面刃が形成されている。また、穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄは、中央において幅が徐々に狭くなっている。
穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄの側面には、前方から順に穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃ、穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅ、および穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆが直角に接続されている。
穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃは、穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄの側部前側に接続されており、穿孔成形用通水孔成形上面刃とともに逆Ｌ字状の刃を形成する。
穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅは、徐々に幅が狭くなっている穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄの中央において側部に接続されている。
穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆは、穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄの側部後側に接続されている。

穿孔成形用土壌切断後刃部２２が前進することで、図３に示すように、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの先端の刃が穿孔成形用土塊スライド幅Ｌ１で上部方形土塊３０の下端を切断する。同時に穿孔成形用土塊スライド２２Ｂにより上部方形土塊３０を持ち上げながら穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａにより上部方形土塊３０の側面を切断する。これにより穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの下部後方に穿孔成形用土塊スライド幅Ｌ１で穿孔成形用通水孔成形側面刃高さＬ３の土塊持ち上げ空洞４１（図２参照）が構築される。
穿孔成形用土塊スライド２２Ｂによる土塊持ち上げ空洞４１の構築と連続して、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの後方の穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄと穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃとが、穿孔成形用通水孔成形上面刃幅Ｌ２で穿孔成形用通水孔成形側面刃高さＬ３の下部方形土塊３１を切断して成形する。そして、穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅが、この切断されて成形された下部方形土塊３１を土塊持ち上げ空洞４１の中に移動させ、穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆが下部方形土塊３１を土塊持ち上げ空洞４１の中に押しつけ固定する。この一連の工程により穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅの後方に土壌中の排水路として構築することを目的とした通水孔４０が構築される。
穿孔成形用通水孔成形上面刃幅Ｌ２は穿孔成形用土塊スライド幅Ｌ１以上であり、Ｌ１よりある程度長くすることが望ましい。

図３を参照して、穿孔成形作業機１による穿孔成形方法について説明する。
穿孔成形作業機１は、農業で広く用いられるトラクターＴＲなどの後方にある３点リンクＬＩに接続される。穿孔成形装置２０は、３点リンクＬＩの上下の調整により土壌中に出し入れされる。
トラクターＴＲなどを進行方向に前進させると、土壌中に挿入された穿孔成形作業機１の穿孔成形装置２０は、まず、地表面から下方に向かって長方形に切断された上部方形土塊３０を所定の高さに持ち上げて、上部方形土塊３０の直下に断面が四角形の土塊持ち上げ空洞４１を成形する（土塊持ち上げ空洞成形工程）。次に、穿孔成形装置２０は、成形された土塊持ち上げ空洞４１の横において、断面が四角形であって、土塊持ち上げ空洞４１を満たす大きさの下部方形土塊３1を切り出す（下部方形土塊切り出し工程）。最後に、穿孔成形装置２０は、切り出された下部方形土塊３１を土塊持ち上げ空洞４１内に寄せると同時に土塊持ち上げ空洞４１の側壁に押しつけて固定することで下部方形土塊３１を切り出した元の位置に通水孔４０（穿孔）を構築する（穿孔構築工程）。
上部方形土塊３０の上部が通水孔４０の略高さ分地表面に盛り上がるが、掘削土は発生せず土壌の溝への埋め戻し作業は不要である。

図４を参照して、本実施形態に係る穿孔成形方法の工程を詳細に説明する。
（Ａ）土塊持ち上げ空洞成形工程
図４（Ａ）に示すように、穿孔成形作業機１の穿孔成形用土壌切断前刃部２１により切断細溝２１’が形成される。次に、図４（Ｂ）に示すように、穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａと穿孔成形用土塊スライド２２ＢによりＬ字状の切断細溝２２’が形成される。そして、切断細溝２２’が切断細溝２１’とつながることで上部方形土塊３０が成形される。その後、図４（Ｃ）に示すように、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂのスライド上に上部方形土塊３０が押し上げられながら移動し、上部方形土塊３０の下に土塊持ち上げ空洞４１が成形される。
（Ｂ）下部方形土塊切り出し工程
土塊持ち上げ空洞成形工程の直後、穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄと穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃとで構成されるＬ字刃が下部方形土塊３１を切断して成形する。
（Ｃ）穿孔構築工程
そして、図４（Ｄ）に示すように、穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅと穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆとが下部方形土塊３１を土塊持ち上げ空洞４１の中に移動させ固定する。これにより下方方形土塊３１の横に通水孔４０（穿孔）が構築される。
なお、泥炭土などの膨軟で圧縮性のある土壌に対しては、穿孔成形作業機１に穿孔成形用土壌切断前刃部２１を接続せずに施工することもできる。すなわち、切断細溝２１’を形成せずに施工することもできる。

図５を参照して、通水孔４０の形状の変形例を説明する。
場合により、通水孔４０が成形された直後に穿孔成形用土壌切断後刃部２２に追加で付属させた変形通水孔４０’を成形する器具により通水孔４０を変形させて変形通水孔４０’を構築することができる。

図６を参照して、通水孔４０内に施す処理を説明する。
通水孔４０をそのまま通水孔とする他に、施工時に併せてパイプＰ等の資材を通水孔４０内に引き込む、あるいは、通水孔４０の内面にセメントや樹脂、適当な固化剤を噴霧してコーティング膜Ｃを形成し、耐久性の高い通水孔を構築することができる。

図７を参照して、本実施形態に係る穿孔成形作業機１による穿孔成形方法の工程を説明する。
穿孔成形作業機１の最前方にある穿孔成形用土壌切断前刃部２１の下端には穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック２１Ｂがある。この穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック２１Ｂは、土壌の深い方向に向かって刺さり込む構造になっている。このため、穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック２１Ｂは、穿孔成形作業機１全体を土壌に挿入するときの浮き上がる方向の抵抗を押さえる役割を果たす。穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック２１Ｂの土壌の深さ方向への刺さり込みの角度を数段階に変更することで抵抗力を調整できる。穿孔成形用土壌切断前刃２１Ａが後下方に湾曲しながら配置されており、切断刃も複数の波刃となっていることで土壌の内部摩擦を軽減して土壌が崩れることなく穿孔成形用土壌切断前刃部２１によって切断細溝２１’を形成できる。

次に、穿孔成形用土壌切断前刃部２１の後方に穿孔成形用土塊スライド幅Ｌ１ほど横にずらした形で配置された穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａと、その下端で穿孔成形用土壌切断前刃部２１による切断細溝２１’の下端に先端がくるように配置された穿孔成形用土塊スライド２２Ｂとにより、Ｌ字状の切断細溝２２’を形成する。切断細溝２２’が穿孔成形用土壌切断前刃部２１による切断細溝２１’とつながることで上部方形土塊３０が成形される。穿孔成形用土壌切断後刃部２２による切断細溝２２’は、穿孔成形用土壌切断前刃部２１による切断細溝２１’と同様に、その切断刃が複数の波刃となっていることで土壌の内部摩擦を軽減して土壌が崩れることなく切断細溝２２’を形成できる。
これと同時に穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの上にある上部方形土塊３０は、穿孔成形作業機１の進行に伴って穿孔成形用土塊スライド２２Ｂのスライド上に押し上げられながら移動する。これにより、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの裏側で上部方形土塊３０の下に土塊持ち上げ空洞４１が成形される。

その直後、土塊持ち上げ空洞４１の横に、穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄと穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃとで構成される逆Ｌ字状の刃が下部方形土塊３１を切断して成形する。穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅと穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆとが下部方形土塊３１を土塊持ち上げ空洞４１の中に移動させ固定する。これにより穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅの後部で下方方形土塊３１の横に通水孔４０が構築される。

図８を参照して、本実施形態に係る穿孔成形作業機１による穿孔成形方法の別の工程を説明する。
泥炭土などの膨軟で圧縮性のある土壌に対しては、穿孔成形作業機１の最前方にある穿孔成形用土壌切断前刃部２１を接続せずに施工することもできる。穿孔成形用土壌切断後刃２２Ａの切断刃が複数の波刃となっていることで土壌の内部摩擦を軽減して土壌が崩れることなく、切断細溝２２’を形成できる。

これと同時に穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの上にある上部方形土塊３０は穿孔成形作業機１の進行に伴って上方に持ち上げられながら移動し、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの裏側で上部方形土塊３０の下に土塊持ち上げ空洞４１が成形される。
その直後、土塊持ち上げ空洞４１の横に、穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄと穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃとで構成される逆Ｌ字状の刃が下部方形土塊３１を切断して成形する。そして、穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅと穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆとが下部方形土塊３１を土塊持ち上げ空洞４１の中に移動させ固定する。これにより穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅの後部で下方方形土塊３１の横に通水孔４０が構築される。

図９を参照して、穿孔成形部が一連式である穿孔成形作業機の構成の一例について説明する。
穿孔成形部が一連式の穿孔成形作業機は、通水孔４０を一度の走行により１列構築することができる。この穿孔成形作業機の穿孔成形装置２０’には、一組の穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２が２つの土壌切断刃保持部２０Ｂにより三角形の穿孔成形装置フレーム２０Ａの中央に取り付けられている。この一連式の穿孔装置２０’は一連式専用となる。

図１０を参照して、穿孔成形部が一連式から三連式までを選択できる穿孔成形作業機の構成の一例について説明する。
通水孔４０を一度の走行により最大３列構築するには、３連式の穿孔成形装置２０”を用いる。この穿孔成形装置２０”は、四角形の穿孔成形装置フレーム２０Ａを備えている。この穿孔成形装置フレーム２０Ａは、トラクターＴＲの進行方向と平行な支柱を真ん中に有する。真ん中の支柱とその左右の支柱には穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２の組がそれぞれ土壌切断刃保持部２０Ｂにより取り付けられている。
この３連式の穿孔成形装置２０”では、穿孔成形装置フレーム２０Ａの真ん中の支柱にだけ穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２を接続すると一度の走行で１列の通水孔を構築できる。また、穿孔成形装置フレーム２０Ａの左右の支柱に穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２を二組接続すると一度の走行で２列の通水孔を構築できる。
このように三連式の穿孔装置部２０は一連式或いは二連式としても使用できる。

図１１を参照して、本実施形態に係る穿孔成形作業機１による通水孔の設置方法について説明する。
穿孔成形作業機１により通水孔４０を構築するには、圃場内の平らなところから穿孔成形装置２０を土壌中に挿入してトラクターＴＲを走行させる。それに加えて、穿孔成形装置２０を排水路５０の中に始めに下ろしておきトラクターＴＲを走行させ穿孔成形作業機１を法面に挿入して排水路５０の法面から通水孔４０を構築することも可能である。
通水孔４０の深さは、トラクターＴＲの三点リンクＬＩを上下させたり、穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２の接続位置を上下させたりすることにより任意の通水孔深Ｈ１やＨ２に調整することができる。通水孔４０は深いほど耐久性が高いので、通水孔４０の深さは望ましくは５０ｃｍから６０ｃｍ程度である。現在のトラクターの馬力により実現可能な通水孔４０の最大の深さは１ｍ程度である。
通水孔４０は資材を使用していないことから通水孔４０同士を任意の角度であるいは望ましくは直行させてつなぐことができる。また、資材を使用した既存の暗渠排水６０に対しても通水孔４０を疎水材６２につなぐことで接続できる。これにより、排水機能の低下した既存の暗渠排水６０の排水機能を回復することができる。ただし、暗渠管６１のある深さより浅い位置に通水孔４０を構築しなければならない。
通水孔４０の通水孔間隔Ｗ１とＷ２は、図９と図１０の穿孔成形作業機１の使い分けや作業機の走行する位置により自由に調整することができる。
このように、土壌中に通水孔４０を自由に配置できることから、通水孔４０は、補助暗渠だけでなく暗渠管６１を用いた暗渠排水６０と同様な排水改良として使用することができる。

以下に、本発明の実施例を示す。なお、説明の便宜のため、図面に用いた符号を用いる場合がある。

［実施例１］
本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機１による通水孔４０の試験施工の結果を示す。下記の条件で行った試験では図１２（Ａ）の重粘土圃場の断面の結果となり、上部方形土塊３０と下部方形土塊３１が適切に成形・移動しており、設定した深さ４０ｃｍに連続した通水孔４０が成形された。断面の調査のために通水孔４０内を観察すると、１０ｍ離れた位置に掘削した調査断面に向かって明かりが確認でき、通水孔４０が連続してつながっていることが確認された。このことからも、本発明の優れた穿孔の成形能力が確認できた。施工後の降雨時には通水孔４０内に余剰水が流れることが確認され、適切な排水機能を有することが確認された。
試験場所：茨城県つくば市観音台農村工学研究所内の水田圃場
土壌条件：重粘土
使用トラクター：６８ＰＳホイールトラクター
使用した穿孔成形作業機：１連式

［実施例２］
本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機１による通水孔４０の試験施工の結果を示す。下記の条件で行った試験では図１２（Ｂ）の多湿黒ボク土圃場の断面の結果となり、上部方形土塊３０と下部方形土塊３１が適切に成形・移動しており、設定した深さ６０ｃｍに２列の連続した通水孔４０が成形された。断面の調査のために通水孔４０内を観察すると、１０ｍ離れた位置に掘削した調査断面に向かって明かりが確認でき、通水孔４０が連続してつながっていることが確認された。このことからも、本発明の通水孔４０の深さや間隔を自由に設定できる機能性と優れた穿孔の成形能力が確認できた。
試験場所：北海道北見市豊地の畑圃場
土壌条件：多湿黒ボク土
使用トラクター：６８ＰＳホイールトラクター
使用した穿孔成形作業機：３連式

［実施例３］
「施工効率」
図１２（Ｂ）の多湿黒ボク土における試験実施時の穿孔成形作業機１の施工速度は４〜５ｋｍ／ｈで従来技術の心土破砕や弾丸暗渠と同等の施工速度であった。

［比較例１］
本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機１との比較として従来からある弾丸暗渠の作業機により通水孔の試験施工を重粘土の水田圃場で行った。その結果、穿孔は８ｃｍ径の円形空洞が深さ３０ｃｍの位置に構築できた。しかし、それ以上の深さには作業機が挿入できず施工できなかった。従来技術では通水孔の設置深さの自由度がなかった。
試験場所：茨城県つくば市観音台農村工学研究所内の水田圃場
土壌条件：重粘土
使用トラクター：６８ＰＳホイールトラクター
使用した穿孔成形作業機：２連式の弾丸暗渠

［比較例２］
本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機１との比較として従来からある弾丸暗渠の作業機により通水孔の試験施工を行った。その結果、３０ｃｍの深さにも作業機を挿入できず、穿孔を構築することができなかった。そのため心土破砕としての効果しか期待できなかった。従来技術では土壌条件に対する柔軟な対応が困難であった。
試験場所：茨城県つくば市観音台農村工学研究所内の水田圃場
土壌条件：黒ボク土
使用トラクター：６８ＰＳホイールトラクター
使用した穿孔成形作業機：２連式の弾丸暗渠

以上のことから、本発明の実施形態に係る穿孔成形作業機１は、土壌中の自由な深さに適切な通水孔４０を構築できることから、従来の心土破砕や弾丸暗渠より自由度の高い穿孔の構築能力が期待されることが明らかになった。

以上説明したように、本発明によれば、トラクターやブルドーザなどの牽引作業機の後部に、穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２が付いた穿孔成形作業機１を取り付けて地中に挿入し、牽引作業機を走行させる。
これにより、まず、１）前部の下部波刃弓曲ナイフ（穿孔成形用土壌切断前刃部２１）により地中に幅数ｃｍの切断細溝が地表から地中１ｍ程度以内の任意の深さまで作られ、２）前部の下部波刃弓曲ナイフから１０〜５０ｃｍ程度ほど離れた後方の任意の位置にある後部の下部波刃湾曲ナイフ（穿孔成形用土壌切断後刃部２２）により、最初の溝から５ｃｍ〜１５ｃｍ程度ほど横方向に離れた任意の位置において、１）と同様に、地中に幅１ｃｍ程度の切断細溝が地表から地中１ｍ程度以内の任意の深さまで作られる。この２つの切断細溝は、任意の一定の幅で、任意の一定の深さまで達する２つの平行溝となる。

これと同時に、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの先端に形成されたくさび刃を、上述した２つの切断細溝の下端の間にくさび状に差込み、切断細溝の下端の土壌を切断してコの字状に切断細溝をつないで長方形の土壌ブロック（上部方形土塊３０）を作る。それに続き、くさび刃に続く穿孔成形用土塊スライド２２Ｂが、５〜２５ｃｍの所定の高さまで上部方形土塊３０を持ち上げる。これにより、上部方形土塊の直下に方形の土塊持ち上げ空洞４１が作成される。

穿孔成形用土塊スライド２２Ｂの後部には、穿孔成形用土塊スライド２２Ｂより長い横幅を有する上面の刃付き板（穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄ）と側面の刃付き板（穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃ）とが逆L字状に接続されている。この逆L字状の刃付き板により、土塊持ち上げ空洞４１と同じ深さでその横に連続して四角形の土塊（下部方形土塊３１）が切断されて成形される。
穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板２２Ｄの側部には、側面の刃付き板（穿孔成形用通水孔成形側面刃２２Ｃ）に続いて順番に土塊寄せ側面板（穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板２２Ｅ）と押し付け版（穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板２２Ｆ）が接続されている。これら土塊寄せ側面板と押し付け版により、四角形の下部方形土塊３１を土塊持ち上げ空洞４１内に移動させる。
これにより四角形の土塊（下部方形土塊３１）を成形した部分に四角形の連続した穿孔（通水孔４０）が構築される。

このように、本発明によれば、対象土壌を攪乱や掘削することなく、土壌中の３０〜１００ｃｍの任意の深さに５〜２０ｃｍ角の四角形の通水孔４０を構築することができる。このように未攪乱な壁面をもつ方形の通水孔４０とすることで耐久性が向上し、充分な排水効果を発現させることができる。このように、穿孔成形作業機１の走行だけによる無資材で簡単な工事により通水孔４０を構築する排水改良技術により、排水不良な農地を簡単かつ低コストに改良し、優良な農地にすることができる。

場合によって、土壌中の３０〜１００ｃｍの任意の深さで５〜２０ｃｍ角の四角形の通水孔４０をさらに特定形状の成形装置により押し付け変形させることで特定の形の穿孔を成形してもよい。
更に、通水孔の施工時に併せてパイプ等の資材を通水孔内に引き込む、あるいは、通水孔内面にセメントや樹脂、適当な固化剤を噴霧して、耐久性の高い通水孔を成形してもよい。

これまでの地中に円形の穿孔や破砕亀裂を構築する弾丸暗渠や心土破砕、あるいは、フラスコ型空洞や方形空洞を構築する無材暗渠と異なり、本発明に係る穿孔成形作業機を用いれば、（ａ）より狭い間隔での穿孔を構築でき、（ｂ）穿孔の間隔や深さも任意に設定でき、（ｃ）圃場全面が攪乱されることなく溝部のみの切断ですみ、（ｄ）且つ穿孔をつくるため持上げた土塊ブロックの状態が崩れても穿孔内に直接的な影響がなく、（ｅ）より牽引動力の小さい農家が所有するトラクターで施工できる。このため、本発明による地下排水組織構築技術は、従来の弾丸暗渠、心土破砕、無材暗渠の各技術より、穿孔の耐久性を高めながら、施工できる構造が多様化でき、利用範囲が広範である。

穿孔成形装置２０に通水孔を構築するための穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２とを２組以上取り付けることもできる。この場合、一度の牽引作業機の走行で土壌中に通水孔を２ヶ所同時に形成することができる。また、牽引作業機の走行位置を調整することで通水孔の間隔を調整することができる。さらに、穿孔成形装置フレーム２０Ａの土壌切断刃保持部２０Ｂにおける穿孔成形用土壌切断前刃部２１と穿孔成形用土壌切断後刃部２２の設置位置を調整すること、および、牽引作業機の三点リンクを上下させて穿孔成形作業機１を上下させることにより、任意の通水孔深に調整することができる。
このように、本発明に係る穿孔成形作業機は、１つ以上の穿孔を任意の間隔と深さで施工することができ、施工の自由度が高い。

この結果、本発明に係る穿孔成形作業機による施工は、従来の施工法に比べて、施工の効果や穿孔の耐久性は同等以上となる。このため、本発明によれば、農地の地下排水組織の整備コストをより低下させることが可能となり、より多くの農地を高生産性化して、優良な農地の創出に貢献することができる。

１ 穿孔成形作業機
１０ 作業機取付フレーム
１０Ａ 作業機取付フレーム三点リンク上部接続部
１０Ｂ 作業機取付フレーム三点リンク下部接続部
１１ 作業機据え置き支柱
２０ 穿孔成形装置
２０’ 穿孔成形装置
２０” 穿孔成形装置
２０Ａ 穿孔成形装置フレーム
２０Ｂ 土壌切断刃保持部
２０Ｃ 穿孔成形装置可動用シリンダー
２０Ｄ 穿孔成形装置可動用シリンダー油圧伝達部
２１ 穿孔成形用土壌切断前刃部
２１Ａ 穿孔成形用土壌切断前刃
２１Ｂ 穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピック
２１’ 穿孔成形用土壌切断前刃部による切断細溝
２２ 穿孔成形用土壌切断後刃部
２２Ａ 穿孔成形用土壌切断後刃
２２Ｂ 穿孔成形用土塊スライド
２２Ｃ 穿孔成形用通水孔成形側面刃
２２Ｄ 穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板
２２Ｅ 穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板
２２Ｆ 穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板
２２Ｇ 穿孔成形用通水孔上面刃付き板接続部
２２’
穿孔成形用土壌切断後刃部による切断細溝
３０ 上部方形土塊
３１ 下部方形土塊
４０ 通水孔
４０’ 変形通水孔
４１ 土塊持ち上げ空洞
５０ 排水路
６０ 暗渠排水
６１ 暗渠管
６２ 暗渠疎水材
Ｌ１ 穿孔成形用土塊スライド幅
Ｌ２ 穿孔成形用通水孔成形上面刃幅
Ｌ３ 穿孔成形用通水孔成形側面刃高さ
Ｈ１ 通水孔深
Ｈ２ 通水孔深
Ｗ１ 通水孔間隔
Ｗ２ 通水孔間隔
ＴＲ トラクター
ＬＩ ３点リンク
Ｐ パイプ
Ｃ コーティング膜

Claims (3)

1. 前側に刃が付き、下後方に伸びる穿孔成形用土壌切断後刃と、
   前記穿孔成形用土壌切断後刃の下端に接続され、当該下端から前方に向かって下るように配置された長方形の平板であって、前記穿孔成形用土壌切断後刃とともに土壌を切断してＬ字状の切断細溝を形成し、当該Ｌ字状の切断細溝を一方の側面および底面とする上部方形土塊を形成し、地表面から下方に向かって長方形に切断された当該上部方形土塊を所定の高さに持ち上げて、当該持ち上げられた上部方形土塊の直下に断面が四角形の土塊持ち上げ空洞を成形する穿孔成形用土塊スライドと、
   を有し、
   前記成形された土塊持ち上げ空洞の横において、断面が四角形であって、前記土塊持ち上げ空洞を満たす大きさの下部方形土塊を切り出し、
   前記切り出された下部方形土塊を前記土塊持ち上げ空洞内に寄せると同時に当該土塊持ち上げ空洞の側壁に押しつけて固定することで、前記下部方形土塊により前記上部方形土塊の直下の前記土塊持ち上げ空洞を塞ぐと共に前記下部方形土塊を切り出した元の位置に穿孔を構築する、
   穿孔成形用土壌切断後刃部と、
   前記穿孔成形用土壌切断後刃の前方に第１の所定の間隔を空けて、かつ前記穿孔成形用土壌切断後刃の横方向に第２の所定の間隔を空けて配置されており、前側に刃が付き、下後方に向かって凹湾曲しながら伸び、前記上部方形土塊の他方の側面となる切断細溝を少ない抵抗で形成する穿孔成形用土壌切断前刃と、当該穿孔成形用土壌切断前刃の下端に付いており、当該穿孔成形用土壌切断前刃に対する配置角度を調整して土壌中の下方に向かって刺さるようにすることができる穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピックとを有する穿孔成形用土壌切断前刃部と、
   を備えることを特徴とする穿孔成形作業機。
2. 前記穿孔成形用土壌切断後刃部が、
   前記穿孔成形用土塊スライドの後部に接続されており、前面の幅が前記穿孔成形用土塊スライドの幅より広く、穿孔成形用土塊スライドが接続されていない前面に穿孔成形用通水孔成形上面刃が形成されており、中央において幅が徐々に狭くなっている穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板と、
   前記穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板の側部前側に直角に接続されており、前記穿孔成形用通水孔成形上面刃とともに、前記下部方形土塊を切り出すための逆Ｌ字状の刃を形成する穿孔成形用通水孔成形側面刃と、
   前記穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板の中央において側部に直角に接続されており、前記切り出された下部方形土塊を前記土塊持ち上げ空洞内に寄せる穿孔成形用通水孔成形土塊寄せ側面板と、
   前記穿孔成形用通水孔成形上面刃付き板の側部後側に直角に接続されており、前記土塊持ち上げ空洞内に寄せられた下部方形土塊を、前記土塊持ち上げ空洞の側壁に押しつけて固定する穿孔成形用通水孔成形用側壁押しつけ板と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の穿孔成形作業機。
3. 前側に刃が付き、下後方に向かって凹湾曲しながら伸びる穿孔成形用土壌切断前刃と、当該穿孔成形用土壌切断前刃の下端に付いており、当該穿孔成形用土壌切断前刃に対する配置角度を調整して土壌中の下方に向かって刺さるようにすることができる穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピックと、当該穿孔成形用土壌切断前刃の後方に第１の所定の間隔を空けて、かつ当該穿孔成形用土壌切断前刃の横方向に第２の所定の間隔を空けて配置されており、前側に刃が付き、下後方に伸びる穿孔成形用土壌切断後刃と、当該穿孔成形用土壌切断後刃の下端に接続され、当該下端から前方に向かって下るように配置された長方形の平板である穿孔成形用土塊スライドとを有する穿孔成形作業機を用いる穿孔成形方法であって、
   前記穿孔成形用土壌切断前刃下部差し込みピックが土壌中の下方に向かって刺さることで前記穿孔成形用土壌切断前刃の浮き上がりを防止しながら、前記穿孔成形用土壌切断前刃により上部方形土塊の一方の側面となる切断細溝を形成し、更に前記穿孔成形用土壌切断後刃と前記穿孔成形用土塊スライドとにより当該上部方形土塊の他方の側面および底面となるＬ字状の切断細溝を形成し、地表面から下方に向かって長方形に切断された当該上部方形土塊を、前記穿孔成形用土塊スライドにより所定の高さに持ち上げて、当該上部方形土塊の直下に断面が四角形の土塊持ち上げ空洞を成形する土塊持ち上げ空洞成形工程と、
   前記土塊持ち上げ空洞成形工程で成形された土塊持ち上げ空洞の横において、断面が四角形であって、当該土塊持ち上げ空洞を満たす大きさの下部方形土塊を切り出す下部方形土塊切り出し工程と、
   前記下部方形土塊切り出し工程で切り出された下部方形土塊を前記土塊持ち上げ空洞内に寄せると同時に当該土塊持ち上げ空洞の側壁に押しつけて固定することで、前記下部方形土塊により前記上部方形土塊の直下の前記土塊持ち上げ空洞を塞ぐと共に前記下部方形土塊を切り出した元の位置に穿孔を構築する穿孔構築工程と、
   を備えることを特徴とする穿孔成形方法。
   
   

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