JP7122040B2 - 耕耘爪及び農作業機 - Google Patents

Description

本発明は耕耘爪及び農作業機に関する。特に、耐摩耗性を有するコーティング層を設けた耕耘爪に関する。

従来、農作業用のロータリー作業機などに装備する耕耘爪の耐摩耗性を向上させるため、耕耘爪に耐摩耗性を有するコーティング層を形成する技術が知られている。耐摩耗性を有するコーティング層としては、一般的に、耕耘爪の母材よりも硬さの高いクロム炭化物を含む合金層が用いられる。このようなコーティング層を設けることにより、耕耘爪の耐久性を向上させることができる。

例えば、特許文献１には、ロータリー作業機のカバーに付着した土塊と耕耘爪との摩擦による耕耘爪の摩耗を防ぐために、耕耘爪において、土塊と接触する面にコーティング層を設けることが記載されている。

実用新案登録第３１１７４６６号公報

特許文献１の図１には、ロータリー作業機のカバー、当該カバーに付着した土塊、及び耕耘爪の位置関係が示されている。特許文献１の図１によれば、湾曲面を有する耕耘爪のうち、外側の湾曲面が土塊と接触して摩耗しやすいことが分かる。特許文献１に記載された技術では、その外側の湾曲面に対して耐摩耗性を有するコーティング層を設けることにより、土塊との接触による耕耘爪の摩耗を防いでいる。また、特許文献１に記載された技術では、耕耘爪の刃縁（斜めに成形した先尖り辺）にも耐摩耗性を有するコーティング層を設け、土壌を砕土・攪拌する際の刃縁の摩耗をも防ぐ構成となっている。

しかしながら、刃縁にコーティング層を設けた場合、刃縁の硬さが高くなる反面、刃縁の靭性が小さくなる虞がある。刃縁の靭性が小さいと、例えば、硬い石などが多く埋没している圃場で作業を行った場合に刃縁に石が当たって割れてしまうといった問題が起こり得る。

また、刃縁にコーティング層を設けている分、耕耘爪の製造コストが余計にかかるだけでなく、個々の耕耘爪の重量が増える結果、耕耘ロータ全体の重量も増えてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、刃縁部の靭性を損なうことなく、土塊との接触による耕耘爪の摩耗を抑制することを課題とする。

本発明の一実施形態による耕耘爪は、農作業機が備える耕耘ロータの回転軸に装着され、前記回転軸の軸方向の一方に湾曲する刃部と、前記刃部の外側湾曲面に設けられた刃縁部とを有し、前記外側湾曲面の一部には他の部分よりも硬さが高いコーティング層が設けられ、前記コーティング層は、前記刃縁部には設けられていない。

本発明の一実施形態による耕耘爪は、農作業機が備える耕耘ロータの回転軸に装着され、前記回転軸の軸方向の一方に湾曲する刃部と、前記刃部の外側湾曲面に設けられた刃縁部とを有し、前記外側湾曲面における前記刃縁部を除く領域に、前記刃縁部よりも硬さが高いコーティング層が設けられている。

前記コーティング層は、前記外側湾曲面における刃縁部と峰縁部との間の領域に設けられていてもよい。この場合、前記コーティング層は、前記峰縁部の近傍には設けられていなくてもよい。

前記耕耘爪は、農作業機が備える耕耘ロータにおける前記回転軸の端部に装着されていてもよい。特に、前記耕耘爪は、前記回転軸を支持するサイドプレートに隣接した位置に装着されていてもよい。

本発明によれば、刃縁部の靭性を損なうことなく、土塊との接触による耕耘爪の摩耗を抑制することができる。

第１実施形態の農作業機の構成を背面側から示す図である。 第１実施形態の農作業機の構成を左側方から示す断面図である。 第１実施形態の右方向に湾曲した耕耘爪を農作業機の右側方から見た図である。 第１実施形態の右方向に湾曲した耕耘爪を農作業機の左側方から見た図である。 第２実施形態の右方向に湾曲した耕耘爪を農作業機の左側方からから見た図である。

以下、図面を参照して本発明の耕耘爪の実施形態について説明する。但し、本発明の耕耘爪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。

本願の明細書及び特許請求の範囲において、「上」は水平面（地面）から垂直に遠ざかる方向を示し、「下」は水平面に向かって垂直に近づく方向を示す。また、「前」は作業機を基準として走行機体が位置する方向を示し、「後」は前とは１８０°反対の方向を示す。また、「左」は作業機を基準として走行機体が位置する方向に向かったときの左を示し、「右」は左とは１８０°反対の方向を示す。

〈第１実施形態〉
［農作業機の構成］
図１は、第１実施形態の農作業機１００の構成を背面側から示す図である。図２は、第１実施形態の農作業機１００の構成を左側方から示す断面図である。具体的には、図２は、農作業機１００のエプロン（整地体とも呼ばれる。）１３０を通常位置に下降させた状態を左側方から示している。

本実施形態の農作業機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１４０、耕耘ロータ１５０等を含む。

フレーム１１０は、トラクタ等の走行機体（図示せず）とトップマスト１３５及びロアリンク連結部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１０５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、農作業機１００の側部に配置されたチェーンケース１０５に接続され、このチェーンケース１０５内のチェーン伝達機構によって、耕耘ロータ１５０の回転軸１５２に動力が伝達される。

耕耘ロータ１５０は、回転軸１５２と、この回転軸１５２に設けられた複数の耕耘爪１５４とで構成される。図１に示されるように、農作業機１００の背面側から見た場合、複数の耕耘爪１５４は、左方向に湾曲した耕耘爪１５４Ｌ（以下「Ｌ爪１５４Ｌ」と記す。）と、右方向に湾曲した耕耘爪１５４Ｒ（以下「Ｒ爪１５４Ｒ」と記す。）とで構成され、回転軸１５２の軸方向に所定の間隔で取付けられる。さらに、１箇所の取付け位置につき、複数本の耕耘爪１５４が取付けられる。

図２に示されている２本のＲ爪１５４Ｒは、回転軸１５２の左側端部の取付け位置に装着されたものである。また図示はしないが、回転軸１５２の右側端部の取付け位置には、２本のＬ爪１５４Ｌが装着され、回転軸１５２の両端部以外の取付け位置には、２本のＬ爪１５４Ｌ、２本のＲ爪１５４Ｒがそれぞれ装着されている。なお、本実施形態では、１箇所の取付け位置に対して、２本のＬ爪１５４Ｌ及び／又は２本のＲ爪１５４Ｒが装着されているが、装着される耕耘爪の種類や本数はこれに限られるものではない。これら各２本のＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒには、耐摩耗性を向上させるためのコーティング層３０が設けられている。このコーティング層３０は、サイドプレート１４０に付着した土塊にＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒが接触する部分に設けられており、土塊との接触によるＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの摩耗を抑制するものである。

図１に示されているように、農作業機１００を背面側から見た場合、向かい合って配置されているＲ爪１５４Ｒ、Ｌ爪１５４Ｌは、互いの爪先がオーバーラップしている。したがって、個々のＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒが土を掘り起こす領域の幅は、隣接するＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの間で一部重複している。なお、本実施形態の農作業機１００においては、耕耘ロータ１５０は、図２において矢印Ｒで示す方向に回転する。

シールドカバー１２０は、耕耘ロータ１５０の上方を覆うように配置される。シールドカバー１２０の側面には、サイドプレート１４０が設けられる。サイドプレート１４０は、チェーンケースプレート、サイドフレーム、支持フレーム等と呼ばれる場合もある。図２においては、サイドプレート１４０の図示が省略されている。

エプロン１３０は、耕耘ロータ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を軸として回転可能となっている。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の整地板１３２が取付けられている。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が耕耘ロータ１５０によって掘り起こされた圃場を平坦にする。

また、整地板１３２の両端には可動式の延長整地板１３４が設けられている。延長整地板１３４を開くことによって整地板１３２とともに広い幅の範囲を整地することが可能になる。

［耕耘爪の構成］
図３及び図４は、第１実施形態の農作業機１００が備える右方向に湾曲した耕耘爪１５４Ｒの構成を示す図である。具体的には、図３は、第１実施形態のＲ爪１５４Ｒを農作業機１００の右側方から見た図である。また、図４は、第１実施形態のＲ爪１５４Ｒを農作業機１００の左側方から見た図である。なお、本実施形態に示す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。また、Ｌ爪１５４Ｌ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、以下に説明するＲ爪１５４Ｒと同様の特徴を有するものである。

図３において、Ｒ爪１５４Ｒは、図面に向かって左から順に、取付基部１２、縦刃部１４、及び横刃部１６を有する。本実施形態では、縦刃部１４と横刃部１６とをまとめて刃部と呼ぶ場合がある。また、図３では、縦刃部１４から横刃部１６にかけて図面の手前側（紙面から垂直に離れる方向）に向かって緩やかに湾曲した形状となっている。本実施形態では、図３に示されるＲ爪１５４Ｒの刃面を内側湾曲面と呼ぶ。

また、取付基部１２には、取付孔１８ａ及び１８ｂが長手方向に２箇所設けられている。Ｒ爪１５４Ｒは、これらの取付孔１８ａ及び１８ｂにボルト等の締結部材を挿入して、図２に示した耕耘ロータ１５０の回転軸１５２に装着される。このような装着方法を一般的にはフランジ方式と呼ぶが、これに限られるものではなく、公知のホルダー方式を採用することも可能である。

図４において、Ｒ爪１５４Ｒは、上述した取付基部１２、縦刃部１４及び横刃部１６に加えて、刃縁部２０及びコーティング層３０を有する。図４において、Ｒ爪１５４Ｒは、縦刃部１４から横刃部１６にかけて図面の奥側（紙面に向かって垂直に近づく方向）に向かって緩やかに湾曲した形状となっている。本実施形態では、図４に示されるＲ爪１５４Ｒの刃面を外側湾曲面と呼ぶ。

図４に示した刃縁部２０は、縦刃部１４から横刃部１６にかけて、それらの外縁に沿って曲線形状をなすように設けられている。この刃縁部２０は、図４に示される外側湾曲面の端部を断面が斜めになるように成形して構成され、略一定の刃幅を有する。なお、本実施形態では、Ｒ爪１５４Ｒの外側湾曲面を刃付け面（刃縁部２０を設ける面）としているが、これに限られるものではない。つまり、刃縁部２０は、外側湾曲面又は内側湾曲面のみに設けた片刃としても良いし、内側湾曲面及び外側湾曲面の両方に設けた両刃としても良い。また、両刃とする場合、刃の角度を等しくしてもよいし、異なるものとしてもよい。

また、縦刃部１４及び横刃部１６は、刃縁部２０に対して略等間隔を維持しながら延びる峰縁部２２を有する。さらに、横刃部１６は、刃縁部２０と峰縁部２２を曲線状に滑らかに結ぶ頭縁部２４を有している。Ｒ爪１５４Ｒは、前述のように、爪先に向けて略一定の曲率半径で一側方に湾曲しているため、湾曲した内側の面（内側湾曲面）はすくい面を形成している。本実施形態のＲ爪１５４Ｒは、このすくい面によって土を耕耘・放擲するとともに土寄せも行うことが可能となっている。

図４に示されるコーティング層３０は、耐摩耗性を有するコーティング層であり、例えば合金材料で構成される。コーティング層３０としては、Ｒ爪１５４Ｒの母材（例えば、ＳＵＰ６などのバネ鋼）よりも硬さの高い合金層、例えばクロム炭化物又はニオブ炭化物等を含む合金層や自溶性合金層（例えばコルモノイ合金を含む合金層）を用いることができる。

勿論、ここで例示した合金層は一例に過ぎず、Ｒ爪１５４Ｒの母材よりも硬さの高い合金層であれば如何なるものを用いてもよい。なお、硬さは、母材と合金層との相対的な硬さの指標であればよく、例えば、ロックウェル硬さ、ビッカース硬さ、ブリネル硬さ等を用いることができる。

本実施形態では、図４に示されるように、コーティング層３０が外側湾曲面における刃縁部２０を除く領域に設けられている。つまり、本実施形態のＲ爪１５４Ｒは、意図的に刃縁部２０を避けてコーティング層３０を配置する構成となっている。具体的には、コーティング層３０は、Ｒ爪１５４Ｒの外側湾曲面における刃縁部２０と峰縁部２２との間に設けられている。なお、本実施形態では、コーティング層３０が峰縁部２２の近傍には設けられていない（すなわち、峰縁部２２とコーティング層３０との間に隙間が存在する）が、この構成に限られるものではない。

前述のように、耕耘ロータ１５０の回転軸１５２の端部に配置されたＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒは、サイドプレート１４０に付着した土塊に接触して側面が摩耗しやすい。例えば、図１において、複数の耕耘爪１５４のうち、回転軸１５２の端部、すなわち当該回転軸１５２を支持するサイドプレート１４０に隣接した位置に装着されたＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒ（枠線４０で囲まれた耕耘爪）は、サイドプレート１４０に付着した土塊に接触する場合がある。この場合、サイドプレート１４０に隣接するＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの外側湾曲面（サイドプレート１４０に向かい合う面）は、土塊との接触により摩耗しやすい傾向にあると言える。

そのため、本実施形態では、サイドプレート１４０に隣接するＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの外側湾曲面に対してコーティング層３０を設け、サイドプレート１４０に付着した土塊との接触による摩耗を抑制する構成となっている。つまり、Ｌ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの外側湾曲面のコーティング層３０により土塊とＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの母材との直接的な接触を防いでいる。

このとき、本実施形態では、さらに、外側湾曲面に設けられた刃縁部２０にはコーティング層３０を設けないことにより、刃縁部２０の靭性が小さくなることを防いでいる。すなわち、刃縁部２０に対してコーティング層３０を設けて硬さを高めることよりも、刃縁部２０が元々備えている靭性を最大限に利用することを優先した構成となっている。このように、刃縁部２０を除く領域に対して刃縁部２０よりも硬さが高いコーティング層３０を設けることにより、刃縁部２０の靭性を損なうことなく、土塊との接触によるＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの摩耗を抑制することができる。

また、刃縁部２０にはコーティング層３０を設けない構成となっているため、従来に比べてＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの製造コストを安くすることができるだけでなく、Ｌ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの重量の増加を抑制することができる。

なお、本実施形態のコーティング層３０は、少なくとも、サイドプレート１４０に隣接して配置されたＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒ、すなわち、図１の枠線４０で囲まれたＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒに設けられていればよい。しかしながら、本実施形態は、回転軸１５２に装着されたすべての耕耘爪１５４にコーティング層３０が設けられることを排除するものではない。特に、上述の製造コストを削減する、重量の増加を抑制するという効果は、すべての耕耘爪１５４にコーティング層３０を設ける場合に有効と言える。

以上説明したように、本実施形態では、Ｌ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの外側湾曲面のうち、刃縁部２０を避けた部分に対して局所的にコーティング層３０を設ける。そのため、コーティング層３０の形成には、複雑な形状を有するＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの所望の位置に対して、局所的にコーティング層３０を形成できる技術を採用することが望ましい。そこで、本実施形態では、コーティング層３０の形成に当たり、レーザークラッディング法を用いる。

レーザークラッディング法とは、微細な合金粉末をレーザー光の照射領域に吹き付け、レーザー光のエネルギーを利用してワーク（処理対象）の母材と合金粉末を溶解し、ワークの表面に合金層を形成する技術である。通常、硬さの高いコーティング層を形成するために、ニッケル系やコバルト系の基合金にクロム炭化物やニオブ炭化物などを含有させる。したがって、コーティング層としては、通常は合金層が利用される。勿論、単一の金属元素からなる純金属層を用いることを排除するものではない。

レーザークラッディング法では、複数の可動軸を有する多関節ロボットのアーム部の先端に取付けたレーザー装置から出射されるレーザー光を用いる。そのため、レーザー光の照射位置を三次元空間で自由に制御することができる。したがって、本実施形態のように、湾曲面を有するＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒにコーティング層３０を形成するに当たり、Ｌ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの表面に沿って細やかにレーザー光の位置を正確に制御することができ、加工精度の向上という観点からも有利である。

また、レーザー光のエネルギーを利用するため、被処理対象物であるＬ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒの表面付近にしか熱的影響が及ばない（つまり、母材への入熱が少ない）という利点を有する。つまり、Ｌ爪１５４Ｌ、Ｒ爪１５４Ｒに発生する熱歪みや熱影響部を低減することができるという利点を有する。また、レーザークラッディング法は、合金層の厚さの制御が容易であり、合金層の表面も滑らかであるという利点がある。

なお、本実施形態では、コーティング層３０をレーザークラッディング法により形成する例を示したが、これに限られるものではない。例えば、コーティング層３０をＰＰＷ（プラズマパウダウェルディング）法、溶射法等の他の方法で形成してもよい。

〈第２実施形態〉
本実施形態では、第１実施形態とは異なる態様でコーティング層を設けた例について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態のＲ爪２０４Ｒを農作業機１００の左側方から見た図である。ただし、図５において、図４と同様の構成については、図４と同じ符号を用いることにより詳細な説明を省略する。

図５に示されるように、本実施形態のＲ爪２０４Ｒにおいては、コーティング層３０ａが、外側湾曲面における峰縁部２２の近傍（すなわち、峰縁部２２に隣接する領域）まで設けられている。換言すれば、本実施形態では、コーティング層３０ａが、外側湾曲面のうち峰縁部２２が位置する側の端部に至るまで設けられている。ただし、本実施形態においても、コーティング層３０ａは、刃縁部２０には設けられておらず、刃縁部２０を除く領域に設けられている。

本実施形態のＲ爪２０４Ｒは、第１実施形態と同様に、外側湾曲面のうち刃縁部２０を除く領域に対して局所的にコーティング層３０ａが配置される。したがって、第１実施形態と同様に、刃縁部２０の靭性を損なうことなく、土塊との接触によるＬ爪２０４Ｌ、Ｒ爪２０４Ｒの摩耗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、本発明は上記の実施形態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、各実施形態の耕耘爪を基にして、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。

また、上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。

１２…取付基部、１４…縦刃部、１６…横刃部、１８ａ、１８ｂ…取付孔、２０…刃縁部、２２…峰縁部、２４…頭縁部、３０、３０ａ…コーティング層、１００…農作業機、１０５…チェーンケース、１１０…フレーム、１２０…シールドカバー、１３０…エプロン、１３２…整地板、１３４…延長整地板、１３５…トップマスト、１３７…ＰＩＣシャフト、１４０…サイドプレート、１５０…耕耘ロータ、１５２…回転軸、１５４Ｌ…Ｌ爪、１５４Ｒ…Ｒ爪、２０４Ｒ…Ｒ爪、１６０…接続部

Claims (7)

1. 農作業機が備える耕耘ロータの回転軸に装着される耕耘爪であって、
   前記回転軸の軸方向の一方に湾曲する刃部と、前記刃部の内側湾曲面のみに設けられた刃縁部とを有し、
   前記刃部の外側湾曲面の一部には他の部分よりも硬さが高いコーティング層が設けられ、
   前記コーティング層は、前記外側湾曲面における前記刃縁部と対向する領域には設けられていない、耕耘爪。
2. 農作業機が備える耕耘ロータの回転軸に装着される耕耘爪であって、
   前記回転軸の軸方向の一方に湾曲する刃部と、前記刃部の内側湾曲面のみに設けられた刃縁部とを有し、
   前記刃部の外側湾曲面における前記刃縁部と対向する領域を除く領域に、前記刃縁部よりも硬さが高いコーティング層が設けられている、耕耘爪。
3. 前記コーティング層は、前記外側湾曲面における前記刃縁部と対向する領域と峰縁部との間の領域に設けられている、請求項１又は２に記載の耕耘爪。
4. 前記コーティング層は、前記外側湾曲面における前記峰縁部の近傍には設けられていない、請求項３に記載の耕耘爪。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の耕耘爪が前記回転軸に装着された、農作業機。
6. 前記耕耘爪が、前記回転軸の端部に装着された、請求項５に記載の農作業機。
7. 前記耕耘爪が、前記回転軸における、当該回転軸を支持するサイドプレートに隣接した位置に装着された、請求項５に記載の農作業機。
   
   

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