JP6041737B2

JP6041737B2 - 田植機

Info

Publication number: JP6041737B2
Application number: JP2013075405A
Authority: JP
Inventors: 竹山　智洋; 智洋竹山; 土井　邦夫; 邦夫土井
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014198025A

Description

本発明は、田植機に関する。

従来の田植機では、密植を基準に、下死点付近で植付爪先端の軌跡がほぼ鉛直になるように設定していると、疎植状態では、植付爪が圃場から逃げる速度が遅くなるため、植付けられた苗を前に押し倒す現象が生じやすい。逆に疎植を基準に、下死点付近で植付爪先端の軌跡がほぼ鉛直になるように設定していると、密植状態では、植付爪が圃場に入り込んだまま後ずさりするような現象が生じ、苗がばらけたり泥土がえぐられることで浮き苗が発生しやすい。そのため、密植状態を基準にして、植付爪を圃場からより迅速に逃げ移動させるべく疎植の際に、不等速機構を設けて、植付爪を支持するロータリ式植付アーム軸の一回転中の角速度（回転速度）を変化させる方法がある。

特許文献１には、植付ミッションケースから植付アーム軸の間に不等速伝動機構を設けて、一回転中の角速度を変化させることで、次のように緩急をつける技術が開示される。すなわち、苗取りをする時と、植付直後に速い区間を設けるとともに、苗取り前と植付前に遅い区間を設けることによって良好な苗取り動作及び植付動作を実現している。

特開平０７−１６３２１６号公報

不等速伝動機構は回転軸の一回転中での角速度を加減速させるものであるため、回転軸にかかるトルク変動（負荷変動）が大きくなる。回転軸がねじれ、ねじれ解除を繰り返すことにより、駆動系を構成するギアのバックラッシュまたは駆動系製造時に部品間に生じた隙間によるガタや駆動系のねじれに起因した駆動系の回転ムラが発生することで、加減速位相のズレがおき、植付不良につながる。そこで、本発明は、植付アーム軸に生じるトルク変動を打ち消すトルクを与えて、トルク変動を平準化し、位相のズレを改善することで、植付爪の軌跡を適正化し、植付不良を防ぐ田植機を提供する。

本発明の第一態様に係る田植機は、次の如く構成されたものである。

請求項１においては、ロータリケースを支持する植付アーム軸に不等速機構を介して動力を伝達する田植機であって、前記不等速機構によって生じるトルク変動を打ち消すトルクを付与するトルク平準化機構を設け、前記トルク平準化機構は、前記ロータリケースに設けられる前後のロータアーム軸間を連結する連結部材に設けられるとともに、前記トルク変動を打ち消すためのトルクを付与する弾性体を具備し、前記連結部材の回転とともに前記弾性体が伸縮して、不等速機構により植付アーム軸に発生するトルク変動と同周期の平準化トルクを付与することを可能とするものである。

本発明によれば、不等速機構によって発生するトルク変動を平準化し、位相のズレを改善することで、植付爪の軌跡を適正化し、植付不良を防ぐことができる。

田植機の側面図である。植付駆動部のスケルトン図である。トルク平準化機構の側面図である。トルク平準化機構によって付与されるトルクの説明図である。トルク平準化機構によって付与されるトルクの説明図である。不等速機構により駆動される植付アーム軸に生じるトルク変動及びトルク平準化機構によって付与される平準化トルク、並びにこれらの合成トルクを示す図である。トルク平準化機構に弾性力調節機構を設けた実施形態を示す図である。トルク平準化機構を植付横軸に設けた実施形態を示すスケルトン図である。トルク平準化機構を植付横軸に設けた実施形態を示す図である。トルク平準化機構を植付横軸に設けた実施形態を示す図である。トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。

添付の図面を参照して田植機１について説明する。田植機１は、エンジン２の動力により前輪３及び後輪４を駆動させて走行しながら、植付部５により植付作業を行う。エンジン２からの動力はミッションケース６を経て前輪３及び後輪４に、並びに、ミッションケース６及び株間変更装置９を経て植付部５にそれぞれ伝達される。植付部５は、植付センターケース１０、植付ベベルケース１１、ロータリケース１２、植付アーム１３、苗載台１４、及び、複数のフロート１５を具備する。

図２は、植付部５の植付駆動に関する伝動系統図である。図２は、一つの植付ユニットについて示しているが、他の植付ユニットについても同様に構成される。植付センターケース１０から分岐される植付横軸２０から、植付ベベルケース１１内でベベルギア２１ａ・２１ｂを介して植付縦軸２２に伝達される。そして、不等速ベベルギア２３ａ・２３ｂを介して植付縦軸２２からユニットクラッチ２４に伝達される。そしてユニットクラッチ２４の断接に応じて接続状態となった場合に、植付アーム軸２５に動力が伝達される。他方、ユニットクラッチ２４が切断状態となった場合は、植付アーム軸２５に動力は伝達されない。

植付アーム軸２５は、植付ベベルケース１１の左右に設けられるロータリケース１２内に延出され、ロータリケース１２に固定される。ロータリケース１２が回転することで、植付ベベルケース１１に固定されたサンギア３０から中間ギア３１を介して遊星ギア３２に伝達される。そして、遊星ギア３２に固定された植付アーム１３にロータアーム軸３３を介して伝達され、ロータリケース１２とともに植付爪３４が回転することで苗載台１４から苗を取り、植え付けることができる。

［不等速機構］
植付部５へ動力を伝達する株間変更装置９の内部に含まれる不等速機構、及び、植付部５の植付ベベルケース１１内の不等速ベベルギア２３ａ・２３ｂを含む不等速機構によって、植付アーム軸２５が不等速で回転運動する。すなわち、植付爪３４が苗載台１４から苗を取る時、及び、苗の植付後に植付爪３４を圃場から素早く引き抜くとともに植付爪３４に残る苗を振り落とす時にロータリケース１２の回転駆動を速くするとともに、圃場へ苗を植付ける前、及び、植付爪３４を苗載台１４に差し込む時にロータリケース１２の回転速度を緩めている。このように、不等速機構を介して植付アーム軸２５に動力が伝達され、周期的な加減速を伴って回転駆動される。これにより、植付アーム軸２５に不等速運動に起因するトルク変動が発生する。具体的には、各植付爪３４の苗取時と植付時を基準にそれぞれ加減速しているので、不等速運動に起因するトルク変動は、ロータリケース１２が一回転する間に二回のピークを有する周期的な変動となる。なお、密植時等、株間変更装置９にて設定される株間数によっては、等速で動力が伝達される場合もあり、常に不等速で動力が伝達されるとは限らない。

また、植付爪３４は側面視で斜めにした姿勢で苗載台１４から苗を掻き取り、次いで、植付爪は鉛直に近い姿勢になって圃場に向かい、下降しきってから上昇に転じる必要があるため、ロータリケース１２内のサンギア３０、中間ギア３１及び遊星ギア３２は非円形で偏心している。そのうえで、植付アーム軸２５と同様の理由から、植付アーム１３を支持しているロータアーム軸３３もロータリケース１２に対して不等速機構により不等速で回転させている。

［トルク平準化機構］
図２及び図３に示すように、トルク平準化機構４０が植付ベベルケース１１に設けられる。つまり、トルク平準化機構４０は各植付ユニットに設けられる植付ベベルケース１１に設けられている。トルク平準化機構４０は、植付アーム軸２５に動力を伝達するベベルギア２３ｂと噛み合うベベルギア４１、ベベルギア４１が固定されるクランク軸４２、及び、クランク軸４２に接続されるコイルバネ４３を具備する。ベベルギア４１の歯数はベベルギア２３ａの歯数と同数、かつ、ベベルギア２３ｂの歯数の半分である。つまり、クランク軸４２は、植付アーム軸２５の二倍の回転数で回転駆動される。

クランク軸４２にコイルバネ４３の一端を固定するボス４４ａを設ける。コイルバネ４３は、その一端をクランクアームに設けたボス４４ａに固定し、他端は植付ベベルケース１１の後方に取り付けられるボス４４ｂに固定する。また、コイルバネ４３には常に収縮する方向に力が作用するようにボス４４ｂの位置が決定される。

ユニットクラッチ２４が接続状態の時、植付アーム軸２５の回転に伴ってベベルギア２３ｂからベベルギア４１に回転が伝達され、ベベルギア４１の回転に伴ってクランク軸４２がその回転中心から偏心した位置で回転し、コイルバネ４３の長さが変わることによりコイルバネ４３に弾性力が発生する。このようにクランク軸４２の回転に連動してトルクが発生する。コイルバネ４３に発生した弾性力は、クランク軸４２を介してベベルギア４１に伝達され、さらに、植付アーム軸２５にトルクとして付与される。

なお、植付アーム軸２５からクランク軸４２への動力伝達は、クランク軸４２側の回転数が植付アーム軸２５の回転数の二倍となるものであれば良く、ベベルギア２３ｂ・４１の代わりにスプロケット・チェーンを用いたものでも良い。また、トルクを発生させる機構は、クランク軸４２及びコイルバネ４３によるクランク・バネ機構に限らず、ベベルギア４１の回転によって回転駆動されるカム及び当該カムに弾性力を付与する板バネ又はコイルバネによって構成されるカム・バネ機構も採用できる。

図４から図６を用いてトルク平準化機構４０によって付与するトルクについて詳述する。なお、図示において、ベベルギア４１及びクランク軸４２は時計回りに回転する。

図４に示すように、クランク軸４２が図示において右側、つまりコイルバネ４３による収縮力がベベルギア４１の回転方向と反対方向となる側に位置する場合は、コイルバネ４３の弾性力がベベルギア４１の回転方向と反対方向へのトルクが発生する。そして、クランク軸４２を介してベベルギア４１に生じるトルクはベベルギア２３ｂを介して植付アーム軸２５に伝達される。このとき植付アーム軸２５には減速側へのトルクが付与される。

図５に示すように、クランク軸４２が図示において左側、つまりコイルバネ４３による収縮力がベベルギア４１の回転方向と同一方向となる側に位置する場合は、コイルバネ４３の弾性力がベベルギア４１の回転方向と同一方向へのトルクが発生する。そして、クランク軸４２を介してベベルギア４１に生じるトルクはベベルギア２３ｂを介して植付アーム軸２５に伝達される。このとき植付アーム軸２５には加速側へのトルクが付与される。

また、クランク軸４２が回転運動することにより、コイルバネ４３の伸縮に伴って生じる弾性力は、周期的なトルクとしてベベルギア４１・２３ｂを介して植付アーム軸２５に伝達される。具体的には、コイルバネ４３の固定端であるボス４４ｂとクランク軸４２の位置及び角度、つまりクランク軸４２の回転位相に応じて正弦曲線に近いカーブを描くように変動するトルクが発生する。

図６に示すように、トルク平準化機構４０によって生じるトルクの周期を、不等速機構によって植付アーム軸２５に生じるトルク変動の周期に合わせて、不等速機構によって生じるトルク変動を打ち消す方向に（図示においては逆位相となるように）トルク平準化機構４０によるトルクを発生させる。このとき、クランク軸４２が固定されるベベルギア４１は、植付アーム軸２５の回転数の二倍で回転するため、トルク平準化機構４０には植付アーム軸２５が一回転する間に二周期分のトルクが生じる。つまり、トルク平準化機構４０は、不等速機構を介したロータリケース１２の一回転の間に発生する二回のピークを有する周期的なトルク変動を打ち消して平準化するトルクを発生させることができる。このように、トルク平準化機構４０の周期を、不等速機構によるトルク変動の周期に合わせることで、トルクを合成して不等速機構に起因するトルク変動を抑えている。

なお、本実施形態では、不等速機構によって生じるトルク変動に対して、逆位相の平準化トルクを付与しているが、当該トルク変動を効果的に抑制するものであれば、完全に逆の位相の平準化トルクでなくても良い。例えば、トルク変動に対して３０°、４５°など適宜遅角させた平準化トルクを付与することでトルク変動を打ち消すことも可能である。この場合、ベベルギア４１に設けられるトルク発生機構（本実施形態ではクランク軸４２及びコイルバネ４３）のタイミングを変更することで適宜設定可能である。

以上のように、トルク平準化機構４０は、不等速機構によって生じるトルク変動の周期と同じ周期（ロータリケース１２一回転で二周期）を有する滑らかなトルクを付与することで、トルク変動を平準化して、植付アーム軸２５の位相のズレを改善することが可能である。その結果、植付アーム軸２５が、ねじれたり、ガタついたりすることなく円滑に不等速回転でき、高速回転時の植付爪３４の軌跡を安定させ、植付不良を防ぐことができる。

トルク平準化機構４０は、植付ベベルケース１１内において、ギア若しくはチェーンの仕組みを介して植付アーム軸２５に直接的に取り付けられるため、トルク変動の発生元であるロータリケース１２に近い位置に置くことができる。それにより、逆位相のトルク変動を効果的に与えることができ、トルク変動を平準化する効果を大きくすることができる。

トルク平準化機構４０は、植付アーム軸２５が設けられる植付ユニット毎に設けられている。つまり、平準化トルクがロータリケース１２の加減速により発生するトルク変動と各ユニット内で打ち消し合うことにより、伝動系上流までトルク変動がさかのぼることがないので、植付爪３４のシャクリを抑えることができる。

図７に示すように、トルク平準化機構４０にコイルバネ４３の弾性力を変化させる調節機構５０を設けても良い。調節機構５０は、コイルバネ４３の長さを変更することで、弾性力を調節する。例えば、調節機構５０は、コイルバネ４３の一端に設けられるボス４４ｂに接続されるリンク５１、及び、リンク５１を操作するリンクバー５２を具備する。リンクバー５２を操作することでリンク５１の姿勢を変更してコイルバネ４３の一端の位置を変更する。ボス４４ｂは、適宜の長穴に挿通され、該長穴に沿って移動することでコイルバネ４３の長さが変更される。

以上のように、トルク平準化機構４０に調節機構５０を設けることで、平準化トルクの大きさを植付条件（例えば、植付株数（株間設定値）、車速（アクセル開度）、植付アーム軸２５の回転数（植付回転数）、若しくは植付アーム軸２５のトルク（トルク変動量））に応じて調節することができる。また、調節機構５０をユニットクラッチ２４と連動させることで作動条数に応じたトルク負荷を付加できる。なお、調節機構５０は、上述の構成に限定されるものではなく、コイルバネ４３の長さを変えることによってコイルバネ４３に発生する弾性力を変化させることができれば良く、他のリンク機構、又は、ワイヤを用いたものでも良い。

図８から図１０に示すように、トルク平準化機構４０は、植付横軸２０に設けても良い。なお、植付横軸２０の回転数は、植付アーム軸２５の二倍の回転数である。図８に示す実施形態では、植付横軸２０の端部にクランク軸４２を接続し、クランク軸４２にコイルバネ４３を接続する。

図９に示す実施形態では、トルク平準化機構４０は、植付横軸２２又は植付横軸２０の中途部に固定されるカム６０、カム６０のカム面６０ａに当接して回転するローラー６１、ローラー６１をカム６０側に付勢するコイルバネ６２、及び、ローラー６１とコイルバネ６２を支持するアーム６３を具備する。カム６０のカム面６０ａは、一側が低く、他側が高くなるような傾斜面として形成される。アーム６３の基端は、ケース内に摺動可能に収容されるとともに、先端にローラー６１が設けられる。アーム６３におけるローラー６１との間にコイルバネ６２が配置される。植付横軸２０の回転に伴ってカム６０が回転し、カム面６０ａに沿って回転するローラー６１の位置が変わることで、コイルバネ６２の長さが伸縮する。この伸縮の際に、カム６０を介して植付横軸２０に周期的なトルク変動が付与される。

図１０に示す実施形態では、トルク平準化機構４０は、植付横軸２２又は植付横軸２０の中途部に固定されるカム６５、カム６５に当接する押圧部材６６、及び、押圧部材６６をカム６５側に付勢するコイルバネ６７を具備する。カム６５のカム面には大径部が一箇所形成される。コイルバネ６７の基端はケース内に固定され、先端は押圧部材６６に固定される。植付横軸２０の回転に伴ってカム６５が回転し、カム面の大径部によって押圧部材６６を押し上げる際に、コイルバネ６７の弾性力がトルク抵抗として付与される。他方、カム面の大径部を過ぎた後は、コイルバネ６７の弾性力がトルクとして付与される。このように、カム６５の周期に応じた周期的なトルクが付与される。

［別実施形態］
図１１及び図１２は、トルク平準化機構４０の別実施形態を示す。図１１に示す実施形態では、トルク平準化機構４０は、ロータリケース１２に設けられる二つのロータアーム軸３３間を連結する連結部材である連結プレート７０に設けられる。

図１１（ａ）に示すように、連結部材である連結プレート７０から外方側に向けて突出して設けられる二本のピン７１は、ロータリケース１２の回転中心となる植付アーム軸２５を挟んで対称位置に設けられる。この二本のピン７１を外周側から覆うリング７２は、ピン７１間の長さを内周の一辺とする正方形状に形成される。リング７２のピン７１と当接する側と反対側の辺の中央には、弾性体であるコイルバネ７３が固定される。図１１（ｂ）に示すように、ロータリケース１２の回転に応じてピン７１も植付アーム軸２５回りに回転し、リング７２の内周を押し下げる。これにより、弾性体であるコイルバネ７３が伸長し、弾性力が生じる。このように発生した弾性体であるコイルバネ７３の弾性力は、連結部材である連結プレート７０及びロータリケース１２を介して植付アーム軸２５にトルクとして伝達される。ロータリケース１２が一回転する際に、ピン７１とリング７２との位置関係は、コイルバネ７３を伸ばす、縮める、伸ばす、縮める、の二周期で変化する。つまり、植付アーム軸２５に生じるトルク変動と同周期の平準化トルクを付与することが可能である。

より好ましい実施形態としては、ピン７１をフランジ形状にすることで、リング７２との接触面積を大きくしたり、ピン７１にローラーを取り付けてリング７２の内周面との抵抗を低減したりすることも可能である。若しくは、リング７２を三角形状に形成し、ピン７１間を結ぶ辺と対向する頂点にコイルバネ７３を固定することも可能である。三角形状とすることでコイルバネ７３を安定して固定することができる。

図１２に示す実施形態では、トルク平準化機構４０は、植付横軸２０に固定されるタイミングカム８０、タイミングカム８０によって設定されるタイミングで作動するソレノイド８１、及び、ソレノイド８１と接続され、作動電流を流すことによりソレノイド８１を作動するマイクロスイッチ８２を具備する。

図１２（ａ）に示すように、タイミングカム８０は、径方向に延びる段差面８０ａを有し、段差面８０ａを挟んで大径部と小径部が周方向に隣接して形成される。ソレノイド８１は、マイクロスイッチ８２の上方に配置され、基端部が回動可能に支持されている。マイクロスイッチ８２のスイッチ部分は上部、つまりソレノイド８１の下方に配置される。ソレノイド８１のプランジャ８１ａは、タイミングカム８０のカム面に沿うように配置される。図１２（ｂ）に示すように、ソレノイド８１のプランジャ８１ａが段差面８０ａを過ぎると、大径部から小径部に落ちる。これにより、ソレノイド８１が回動し、マイクロスイッチ８２のスイッチ部に接触し、マイクロスイッチ８２からソレノイド８１に作動電流が流される。そして、ソレノイド８１のプランジャ８１ａが段差面８０ａを押圧する。このようにして、タイミングカム８０を介して植付横軸２０にインパルストルクが付与される。

タイミングカム８０によるタイミングは、不等速機構によって生じるトルク変動における最大のトルクが発生するタイミングに設定される。これにより、最大のトルクを打ち消すようにインパルストルクを発生させている。以上のように、平準化トルクをインパルストルクとして付与することで、作用時間が短時間になるため、タイミングのズレが生じにくい。また、インパルストルクで回転をアシストするため、回転負荷へのブレーキとならない。さらに、トルク付与にかかる駆動力がロータリケース１２の回転駆動力から独立しているため、影響を受けることがない。なお、植付横軸２０ではなく、植付アーム軸２５に設ける場合は、タイミングカム８０に１８０°の位相差を有する段差面８０ａを設けることで、植付アーム軸２５に生じるトルク変動の周期に合わせた平準化トルクを付与することが可能である。

上述の実施形態における植付部５への動力伝達経路は、主にギアを用いたものであるが、植付センターケース１０から分岐される動力を各植付ユニットに伝達できるものであれば、スプロケット及びチェーンを用いたチェーン駆動式のものでも同様に適用可能である。

１：田植機、５：植付部、９：株間変更装置（不等速機構）、１１：植付ベベルケース、１２：ロータリケース、１３：植付アーム、２２：植付縦軸、２３ａ・２３ｂ：不等速ベベルギア（不等速機構）、２４：ユニットクラッチ、２５：植付アーム軸、４０：トルク平準化機構、４１：ベベルギア、４２：クランク軸、４３：コイルバネ

Claims

ロータリケースを支持する植付アーム軸に不等速機構を介して動力を伝達する田植機であって、
前記不等速機構によって生じるトルク変動を打ち消すトルクを付与するトルク平準化機構を設け、
前記トルク平準化機構は、前記ロータリケースに設けられる前後のロータアーム軸間を連結する連結部材に設けられるとともに、
前記トルク変動を打ち消すためのトルクを付与する弾性体を具備し、
前記連結部材の回転とともに前記弾性体が伸縮して、不等速機構により植付アーム軸に発生するトルク変動と同周期の平準化トルクを付与することを可能とする
ことを特徴とする田植機。