JP6727750B2 - 耕耘爪、及び作業機 - Google Patents

Description

本発明は耕耘爪に関する。

未耕地を直接耕耘する場合や固い土壌を耕耘する場合には、耕耘爪の食い込み性能が重視される。所謂フランジタイプの耕耘爪は、取付フランジに取り付けられるための挿通孔を有する縦刃部と、縦刃部から延長される横刃部から成る。図１に従来技術によるフランジタイプの耕耘爪の形状の例を示す。この従来技術においては、縦刃部１０３から横刃部１０４にかけて、正回転方向Ａと逆向きへわずかに湾曲している。食い込み性能を確保するためには、耕耘爪の形状において正回転方向と逆向きへの湾曲が大き過ぎず、比較的湾曲の小さい形状の爪が用いられる。このような形状の爪を、爪の立った形状と呼ぶことがある。固い土壌を耕耘する場合において砕土性を確保するには、耕耘爪を強い衝撃とともに土壌へ打ち込む必要があるために、爪の立った形状の耕耘爪が好ましい。

しかしながら、近年の、特に北海道地方における畑作動向として、未耕地を直接耕耘するユーザは少なく、ロータリ耕耘作業前にプラウや引き物での粗起こしを行うことが主流になっている。このような粗起こしを行った後の比較的軟らかい土壌の耕耘作業においては、耕耘爪の食い込み性能よりも耕耘爪の耐摩耗性の改善という課題が重要になる。

耕耘爪の摩耗が進行すると必要以上に馬力を要し、燃費が悪化してしまう。また、固い土壌での耕耘作業では振動が大きくなり、快適な作業ができなくなる。更に、反転、砕土性といった耕耘性能が低下する。そこで、従来の耕耘爪による砕土性をある程度維持しながら、耕耘爪の耐摩耗性の改善という課題が重要になる。

そのために発明者らは、耕耘爪の形状において正回転方向と逆向きへの湾曲が大きい、所謂爪の寝た形状に着目した。プラウや引き物での粗起こしを行った後の比較的軟らかい土壌においては、砕土性及び燃費に関して、爪の立った耕耘爪と爪の寝た耕耘爪との間に大きな優位性の差は無いが、耐摩耗性に関しては爪の寝た耕耘爪の方が有利であることが発明者らの試験研究から明らかになってきた。

特開２０００−０３７１０１号公報

耕耘爪は特に耕耘作業による摩耗により徐々に劣化するものであり、例えば前述のような爪の立った形状の耕耘爪では、先端が尖るように摩耗してしまう。これは、土壌への打ち込み時に耕耘爪の先端付近が受ける衝撃が比較的強いことによる。このように一部分だけが特に摩耗してくびれてしまうと、早期に耕耘性能が低下してしまう。一般に、耕耘爪の摩耗によってその幅がいずれか一部において２０ｍｍに達したときが使用限界とされている。

本発明は、上記のような課題に鑑み、使用により摩耗しても耕耘性能が低下し難い耕耘爪を提案するものである。

本発明による耕耘爪は、回転爪軸の取付フランジに取り付けられ、回転爪軸の軸芯を中心として取付フランジを回転させることで土壌を耕耘する耕耘爪であって、縦刃部と、縦刃部から折曲開始線を境に滑らかに延長される横刃部とを具備し、縦刃部は、締結部材を挿入して取付フランジに取り付けるための複数の挿通孔を有し、軸芯に対して垂直な平面を成し、横刃部は、縦刃部が属する平面に対する垂直方向へ緩やかに湾曲する湾曲部を有し、耕耘爪の縦刃部から横刃部にかけて正回転方向側に刃縁部を有し、刃縁部の成す曲線の任意の一点における接線と、刃縁部の当該一点及び軸芯を結ぶ直線との成す角の余角である切込角が、折曲開始線との交点から横刃部の端部である刃先にかけて減少し、刃先近傍における切込角は前記折曲開始線との交点における切込角の５０％以上６０％以下となることを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べてロータリ耕耘機の燃費及び砕土性を同程度に保ちながら、耐摩耗性に優れた耕耘爪が得られる。耐摩耗性に関しては、刃縁部と峰縁部の間隔をほぼ等間隔に保ちつつ摩耗するため、性能の低下が少ない。

図１は、従来技術による耕耘爪の形状を示す図である。 図２は、本実施形態による耕耘爪の形状を示す図である。 図３は、本実施形態及び従来技術による耕耘爪の形状について挿通孔を一致させて重ねて示した図である。 図４は、本実施形態及び従来技術による耕耘爪の形状について回転半径より内側に５６ｍｍに位置する刃縁部を一致させて重ねて示した図である。 図５は、取付フランジに取り付けた本実施形態による耕耘爪を示す図である。 図６は、取付フランジに取り付けた従来技術による耕耘爪を示す図である。 図７は、摩耗試験前の本実施形態及び従来技術による耕耘爪の写真である。 図８は、摩耗試験後の本実施形態及び従来技術による耕耘爪の写真である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施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または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

図１及び図２はそれぞれ、従来技術及び本発明の一実施形態による耕耘爪の形状を示す図である。

図１（ａ）及び図２（ａ）において、実線は耕耘爪を回転軸方向から見た側面図である。二点鎖線は耕耘爪上の折曲開始線Ｂを境に横刃部４を湾曲させる前の、平面に展開した状態での側面図（平面展開図）を示す。

図１（ｂ）及び図２（ｂ）は、耕耘爪を折曲開始線Ｂ方向から見た底面図である。

本発明による耕耘爪は、縦刃部３と、縦刃部３から延長される横刃部４とを具備する。縦刃部３から横刃部４にかけて、耕耘爪の外周の正回転方向Ａ側には刃縁部７が設けられている。刃縁部７に対向する耕耘爪の外周の逆回転方向側の部分を峰縁部８と呼ぶ。

耕耘爪の縦刃部３は、締結部材を挿入して取付フランジ１１に取り付けるために複数の挿通孔２を有し、軸芯Ｏに対して垂直な平面を成す。本実施形態においては、挿通孔２が二箇所に設けられており、これらの挿通孔２にボルト等の締結部材を挿入して取付フランジ１１に装着される。縦刃部３におけるこれらの挿通孔２の位置関係によって、取付フランジ１１に対する耕耘爪の配置を調整することができる。また、軸芯Ｏと耕耘爪の回転の最外端との距離である回転半径は２７０ｍｍとなるように挿通孔２が配置されている。ここで、回転半径は２７０ｍｍに限られず、２５０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下であればよい。縦刃部３は、刃縁部７と峰縁部８の間隔を略一定に維持しながら略直線的に延長され、本実施形態においては正回転方向と逆向きに傾斜するように配置されている。図示はしないが、本実施形態においては、刃縁部７と峰縁部８の間隔は刃先付近で略７７ｍｍである。しかし、これに限られず、当該間隔は６５ｍｍ以上、９０ｍｍ以下の範囲であれば、本実施形態に係る耕耘爪は同等の性能が維持される。縦刃部３によって土壌の切削、砕土が行われる。

横刃部４は縦刃部３から延長されており、横刃部４と縦刃部３との境界線は、縦刃部３が成す平面に対する垂直方向への横刃部４の折り曲げが開始される位置に相当する折曲開始線Ｂである。横刃部４は、一端が折曲開始線Ｂを境に縦刃部３から滑らかに延長され、略一定の曲率半径で縦刃部３が属する平面に対する垂直方向へ緩やかに湾曲する湾曲部５を有する。本実施形態においては、湾曲部５は折曲開始線Ｂを境に曲率半径を１００ｍｍとして湾曲している。１００ｍｍという曲率半径は、耕耘爪としては比較的大きい。一般に、この曲率半径が小さいと土流れが急変するために耕耘爪が摩耗しやすい。本発明による耕耘爪は曲率半径を比較的大きくすることによって土流れをスムーズにしている。

本発明においては、湾曲部の曲率半径は一定でなく変動してもよい。湾曲部の両端に渡って、好ましくは湾曲部における曲率半径の最大値の２０％以内の変動幅で湾曲する。更に好ましくは、湾曲部の曲率半径は、９０ｍｍから１１０ｍｍの範囲で湾曲する。特に、曲率半径が７０ｍｍ以下になると、土流れが急変するために耐摩耗性が低下する。また、特に、曲率半径が１２０ｍｍ以上になると、反転や放てき性能が劣化する。

横刃部４の他端には、曲率を持たない平坦部６が滑らかに接続されてもよい。

図２（ａ）の平面展開図において、刃縁部及び峰縁部の間隔を略一定に維持しつつ、正回転方向と逆向きに緩やかに湾曲していることがわかる。図示はしないが、本実施形態においては、耕耘爪の幅は刃先付近において７７ｍｍであり、峰縁部及び刃縁部の曲率半径はそれぞれ、１３０ｍｍ及び２００ｍｍとなっている。本発明において、耕耘爪の幅は６５ｍｍ以上９０ｍｍ以下であれば同等の性能が維持される。前述のように、爪幅が２０ｍｍに達すると使用限界とされており、爪幅が狭いほど早期に使用限界に達する。そのため、最低限７５ｍｍの爪幅を確保しておくのが好ましい。一方、爪幅が広いほど、耕耘爪の重量増加のために作業機の燃費が低下する。そのため、爪幅は９０ｍｍ以内であることが好ましい。

図２（ｂ）の底面図において、縦刃部３と、湾曲部５の回転の外側の一端における接線との成す鋭角側の角は８０°である。このことは、湾曲部５が一定の曲率半径で湾曲する場合、湾曲部５の中心角が８０°であることも意味する。また、縦刃部３が属する平面から横刃部の先端までの距離は１１５ｍｍとなるように平坦部６が延長されている。横刃部４により土壌の砕土の他に反転や放てきが行われる。また、本実施形態において耕耘爪の厚さは８ｍｍである。

本発明において、縦刃部３と、湾曲部５の刃先側の端部における接線との成す鋭角側の角は、７０°以上９０°以下である。

前述した縦刃部３が属する平面から横刃部４の先端までの距離は切削幅に対応する。本実施形態による耕耘爪の切削幅は１１５ｍｍである。本発明における耕耘爪の切削幅は、１１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下である。単体としての爪に着目した場合、切削幅が短いほど、反転や放てき性能が劣化するために、１１０ｍｍ以上の切削幅を確保しておくのが好ましい。一方、切削幅が長いと、作業機の燃費が低下するために、１２０ｍｍ以下の切削幅に抑えることが好ましい。

図３は、本発明及び従来技術による耕耘爪の形状について軸芯Ｏと挿通孔２とを一致させて重ねて示した図である。

回転軸方向から見た爪の側面図において、刃縁部７の成す曲線の一点における接線と、刃縁部７の当該一点及び軸芯を結ぶ直線との成す角の余角が、刃縁部７の当該一点における切込角と定義される。本実施形態の耕耘爪においては、折曲開始線Ｂ及び刃縁部７の交点Ｐにおける切込角は５０°である。本発明において、折曲開始線Ｂ及び刃縁部７の交点Ｐにおける切込角は、好ましくは、縦刃部３と、湾曲部５の回転の刃先側の端部における接線との成す鋭角側の角の５５％以上６５％以下である。交点Ｐにおける切込角は、小さいほど土壌への打ち込みの際の衝撃が弱くなるが、耐摩耗性が向上する。一方、交点Ｐにおける切込角が大きいほど打ち込みの際の衝撃が強くなり、砕土性が向上するが、耐摩耗性が劣化する。

図４は、本発明及び従来技術による耕耘爪の形状について、軸芯Ｏと回転半径より内側へ５６ｍｍに位置する刃縁部７とを一致させて重ねて示した図である。回転半径より内側へ５６ｍｍの位置とは、トラクタ車速３ｋｍ／ｈ、爪軸回転速度２９７ｒｐｍで耕耘作業を行った場合における本発明による耕耘爪の土壌への打ち込みの位置にほぼ相当する。

図４に示すように、本実施形態による耕耘爪と従来技術による耕耘爪とを、土壌への打ち込みの位置に相当する回転半径から軸芯側に５６ｍｍに位置する刃縁部７を一致させて重ね合わせると、打ち込み位置から刃先にかけての湾曲具合が大きく異なることが容易にわかる。本実施形態による耕耘爪においては、回転半径から軸芯側に５ｍｍの位置における切込角が２８°であり、回転半径から軸芯側に５６ｍｍの位置における切込角が４９°である。一方、従来技術による耕耘爪においては、回転半径から軸芯側に５ｍｍの位置における切込角が４３°であり、回転半径から軸芯側に５６ｍｍの位置における切込角が５１°である。本実施形態による耕耘爪軸は、回転の内側から外側にかけて、刃縁部７の切込角が連続的に減少し、この減少率は、従来技術による耕耘爪に比べて大きい。このことは、横刃部４における正回転方向に対する逆向きへの湾曲が、従来技術による耕耘爪に比べて大きいことに起因している。

本発明において、横刃部の端部である刃先近傍（例えば、前記回転半径から軸芯側に５ｍｍの位置）における切込角は、折曲開始線Ｂの交点Ｐにおける切込角の５０％以上６０％以下である。交点Ｐから刃先にかけての切込角の減少率が小さいほど、従来技術に近い所謂爪の立った形状となり、耐摩耗性が劣化する。一方、交点Ｐから刃先にかけての切込角の減少率が大きすぎる場合は、交点Ｐにおける切込角が大きすぎることが考えられるが、そのような場合には打ち込みの際の衝撃が強くなり、耐摩耗性が劣化する。

このような切込角の関係により、本発明による耕耘爪は所謂爪の寝た形状となる。

一方、従来技術による耕耘爪においては、交点Ｐから刃先にかけて切込角が連続的に減少するものの、その減少率は本発明によるものに比べて小さい。このような切込角の関係により、従来技術による耕耘爪は所謂爪の立った形状となる。

本発明による耕耘爪は、複数の耕耘爪がトラクタ装着型のロータリ耕耘装置の回転爪軸の取付フランジ１１に取り付けられ、回転爪軸の軸芯Ｏを中心として取付フランジ１１を回転させることで土壌を耕耘（耕起し、反転し、砕土）する。

図５及び図６はそれぞれ、取付フランジ１１に取り付けた本発明による耕耘爪及び従来技術による耕耘爪を示す図である。本実施形態においては、一つの取付フランジ１１の一側方に６枚の耕耘爪が装着されて、取付フランジ１１を構成している。しかし、これに限られず、例えば、両側方にそれぞれ３枚ずつの耕耘爪が装着される形態でもよい。取付フランジ１１に取り付けられた複数の耕耘爪において、回転方向前側の挿通孔２と回転方向後ろ側の挿通孔２はそれぞれ、軸芯を中心とした同心円の円周上に配置されている。

本発明による複数の取付フランジ１１が回転爪軸に取り付けられる。例えば１３枚程度の取付フランジ１１を一つの回転爪軸に取り付けることができる。回転爪軸は軸周りに回転可能となるようにロータリ耕耘機に取り付けられる。ロータリ耕耘機は、トラクタ等の走行機体に牽引されるように連結される。走行機体から供給される動力によって、耕耘爪が回転することによって土壌の耕耘が行われる。本発明の耕耘爪は、ロータリ耕耘機のみならず畦塗り機や代掻き機等の作業機にも取り付けて用いることができる。

図５及び図６においては、正回転方向後側に配置される挿通孔の中心及び軸芯を通る直線と、横刃部において正回転方向に対する最後端部及び軸芯を通る直線との成す角を示している。当該角は、本実施形態においては３９°、従来技術においては１９°である。このことも本発明による耕耘爪は、横刃部４においての正回転方向に対する逆向きへの湾曲が、従来技術による耕耘爪に比べて大きいことに起因している。

一つの取付フランジ１１において、複数の耕耘爪は等間隔に配置されるとは限らない。本実施形態に示すように、一側面に取り付けられた耕耘爪の一つと、他側面側に取り付けられた耕耘爪の一つが対を成すように配置されてもよい。

複数の耕耘爪をトラクタ装着型のロータリ耕耘装置の回転爪軸の取付フランジ１１に装着して取付フランジ１１を構成し、トラクタを走行させながら取付フランジ１１を回転駆動させると、耕耘爪は取付フランジ１１の軸芯Ｏを中心として、矢示Ａ方向（正回転方向）に回転し、縦刃部３から土壌に突入して土を進行方向に切断すると共に横刃部４が土壌に突入して土を左右方向（回転爪軸の軸芯方向）に所定幅で切削して耕起し、この耕起された土は、横刃部４のすくい面で抱きかかえられ、横刃部４が土壌から抜け出た後に、進行方向後方側に放てき反転される。

本実施形態で示した耕耘爪により、従来技術による耕耘爪よりも耐摩耗性が向上する。

本発明による耕耘爪の耐摩耗性について、従来技術による耕耘爪と比較した試験研究の結果を参照しながら説明する。ここで比較のために用いた従来の耕耘爪は、図１に示した爪の立った形状の従来技術による耕耘爪にほぼ同一である。

図７は、摩耗試験前の従来技術による耕耘爪及び本発明による耕耘爪の写真である。左が従来技術による耕耘爪であり、右が本発明による耕耘爪である。試験前において、両者の爪高さ９、つまり切削幅は１１５ｍｍでほぼ同一であった。

摩耗試験条件について簡単に説明する。本発明による耕耘爪を装着した取付フランジ１１と従来品の耕耘爪を装着した取付フランジ１１をそれぞれ複数用意し、トラクタに装着されたロータリ耕耘装置に装着して、トラクタを走行させながら耕耘作業を行った。主な試験条件は以下の通りである。フランジ回転速度：２９７ｒｐｍ、トラクタ車速：２．０ｋｍ／ｈ、耕深：１８ｃｍとした。これらの条件下で１０時間２０分の耕耘作業を行った後、両者の爪の比較を行った。

図８は、従来技術及び本発明による耕耘爪の摩耗の進行を比較した写真である。左は従来技術であり、試験後の爪の高さの平均値は１０８ｍｍであった。一方、右は本発明による耕耘爪であり、試験後の爪の高さの平均値は１１３ｍｍであった。耕耘爪の高さは、本発明は従来品に比べてその減少が小さい。

本発明による爪の寝た形状の耕耘爪は、ほぼ均一に摩耗しており、残存している耕耘爪の幅は従来技術による耕耘爪よりも広く、特に先端付近においてこの差が顕著である。このため、本発明による耕耘爪は、従来技術による耕耘爪に比べて耕耘性能が低下し難いと考えられる。

一般に、耕耘爪の摩耗によってその幅が２０ｍｍに達したときが使用限界とされており、試験結果から明らかなように、本発明による耕耘爪は従来の爪の立った耕耘爪に比べて使用限界に達するまでの摩耗の進行が遅い。つまり、従来品に比べると使用限界に達するまでの期間が長い。

２、１０２： 挿通孔
３、１０３： 縦刃部
４、１０４： 横刃部
５、１０５： 湾曲部
６、１０６： 平坦部
７、１０７： 刃縁部
８、１０８： 峰縁部
９、１０９： 切削幅
１０、１１０： 湾曲部の曲率半径Ｒ
１１、１１１： 取付フランジ
１２、１１２：耕耘爪
Ａ 回転方向
Ｂ 折曲開始線
Ｏ フランジの軸芯
Ｐ 刃縁部と折曲開始線との交点

Claims (14)

1. 回転爪軸の取付フランジに取り付けられ、前記回転爪軸の軸芯を中心として前記取付フランジを回転させることで土壌を耕耘する耕耘爪であって、
   縦刃部と、
   前記縦刃部から折曲開始線を境に延長される横刃部と
   を具備し、
   前記縦刃部は、
   締結部材を挿入して前記取付フランジに取り付けるための複数の挿通孔を有し、
   前記軸芯に対して垂直な平面を成し、
   前記横刃部は、
   前記縦刃部が属する平面に対する垂直方向へ湾曲する湾曲部を有し、
   前記耕耘爪の縦刃部から横刃部にかけて正回転方向側に刃縁部を有し、
   前記横刃部の前記刃縁部の成す曲線の任意の一点における接線と、前記横刃部の前記刃縁部の当該一点及び前記軸芯を結ぶ直線との成す角の余角である切込角が、前記折曲開始線との交点から前記横刃部の端部である刃先にかけて減少し、前記刃先近傍における切込角は前記折曲開始線との交点における切込角の５０％以上６０％以下となることを特徴とする耕耘爪。
2. 前記湾曲部は、前記湾曲部の両端に渡って曲率半径の変動幅が、前記湾曲部の曲率半径の最大値の２０％以内であることを特徴とする請求項１に記載の耕耘爪。
3. 前記湾曲部は、曲率半径が９０ｍｍを超え、１１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の耕耘爪。
4. 前記折曲開始線との交点における切込角は、折曲開始線矢視方向から見た底面図において、前記縦刃部と前記湾曲部の前記刃先側の端部における接線との成す鋭角側の角の５５％以上６５％以下であることを特徴とする請求項３に記載の耕耘爪。
5. 前記縦刃部と前記湾曲部の前記刃先側の端部における接線との成す鋭角側の角は７０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項４に記載の耕耘爪。
6. 前記横刃部は、
   前記湾曲部の前記刃先側の端部から前記横刃部の先端にかけて延長される平坦部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の耕耘爪。
7. 前記縦刃部が属する平面から前記横刃部の先端までの距離である切削幅は、１１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の耕耘爪。
8. 前記縦刃部から前記横刃部にかけて、耕耘爪の幅は、７５ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載の耕耘爪。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の耕耘爪を具備する作業機。
10. 前記刃先近傍における前記切込角は、前記横刃部の刃先近傍の切込角であることを特徴とする請求項１に記載の耕耘爪。
11. 前記刃先近傍における前記切込角は、前記軸芯を中心とする前記耕耘爪の回転軌跡の円周から前記軸芯側に５ｍｍの位置の仮想円と交差する位置の前記刃縁部における切込角であることを特徴とする請求項１に記載の耕耘爪。
12. 回転爪軸に取り付けられ、前記回転爪軸の回転中心を中心に回転し、縦刃部及び横刃部を備えた耕耘爪であって、
    前記縦刃部は、前記回転爪軸に取付け可能な取付部及び前記回転爪軸に直交する平面部を有し、
    前記横刃部は、
    前記縦刃部の前記取付部側とは反対側で前記縦刃部に接続され、
    圃場に作用する側に刃縁部を備え、
    前記刃縁部側から、前記横刃部の前記刃縁部とは反対側に向かって、かつ、前記平面部の法線方向に向かって湾曲し、
    前記横刃部の前記縦刃部側とは反対側の先端近傍の第１位置における、前記耕耘爪の回転方向における前記刃縁部の第１接線と、前記第１位置における前記刃縁部及び前記回転中心を結ぶ第１直線とがなす角の余角は、湾曲し始める前記横刃部の第２位置における、前記回転方向における前記刃縁部の第２接線と、前記第２位置における前記刃縁部及び前記回転中心を結ぶ第２直線とがなす角の余角の５０％以上６０％以下である耕耘爪。
13. 前記第１位置は、前記横刃部の刃先近傍の位置であることを特徴とする請求項１２に記載の耕耘爪。
14. 前記第１位置は、前記回転中心を中心とする前記耕耘爪の回転軌跡の円周から前記回転中心側に５ｍｍの位置の仮想円と前記刃縁部とが交差する位置であることを特徴とする請求項１２に記載の耕耘爪。