JP7253439B2 - 粒材散布装置 - Google Patents

Description

本発明は、薬剤，肥料，種子などの粒材を散布する粒材散布装置に関するものである。

粒材の散布は、空中散布によって広い範囲を効率的に散布することができる。近年は、ドローンと呼ばれる自立飛行が可能な無人のマルチコプターが普及しており、これを利用した薬剤等の空中散布装置も知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、ヘリコプターに搭載されて空中散布を行う散布装置として、粉粒状の散布物を収容するタンクと、回転軸を中心に回転駆動されるインペラと、インペラの上側を覆うインペラカバー（散布カバー）とを備え、インペラカバーが、インペラを覆う円板状の上面カバーと、インペラの側面側を覆う円錐状の側面カバーとを備え、タンク内の散布物をインペラの上面側に供給する吐出口を回転軸線を中心に等間隔で複数配設したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第５８９０５６９号公報 特開２００３－２３９４９号公報

インペラの回転による遠心力を利用した粒材の散布装置は、タンク内の粒材を如何に円滑にインペラ上に供給するかが重要な課題になっている。特に、空中散布を行う粒材散布装置は、地上を離れた後は、作業者がタンクからの粒材の供給状況を確認できなくなるため、作業中にタンクからインペラ上に粒材が供給されなくなると、その間で散布密度が低くなったり、散布されていない領域が発生するなどして、精度の高い散布作業を行うことができなくなる。

これに対しては、強制的な送り出し機構で対応することも考えられるが、粒材散布の場合には、薬剤や肥料などの種類によって、粒材の径や比重が様々であり、扱う散布物の性質に多様性があるため、様々な性質に対応した送り出し機構を設けることが難しい。また、空中散布を行う場合には、可能な限り散布装置の重量を軽量化することが求められ、特に、マルチコプター（ドローン）のように小型で自立飛行を行うものに搭載する場合には、軽量化の要求が更に高くなる。このため、タンクからインペラ上への粒材の供給は、繰り出し機構を省いた自重での供給にならざるを得ない。

また、空中散布を行う場合には、散布装置における機体重量のバランスが重要になる。前述した特許文献２に記載された従来技術は、タンク内の散布物をインペラ上に供給する吐出口を、回転軸中心の周りに等間隔で複数配置することで、重量バランスを得ようとしているが、回転軸の周りに設けた送出筒が鉛直に配置されていて、その直下に吐出口を調整する計量板が配置されているので、タンク内の粒材の重量が直接計量板に作用することになり、計量板に変形が生じたり、調量機能の動作を妨げたりして、安定した散布量の調整ができなくなる問題があった。

本発明は、このような事情に対処することを課題としている。すなわち、自重のみでタンクからインペラ上に粒材を供給する散布装置において、粒材の供給を円滑にして、作業中の供給止まりや供給ムラが生じないようにすること、強制的な送り出し機構を省いて軽量化することで、マルチコプターなどに搭載させる際の作業性を確保すること、機体の重量バランスを保ちながら、散布量の調量機能を安定に機能させること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
粒材が収容されるタンクと、前記タンクに接続される本体枠と、前記本体枠の下端に取り付けられ、回転駆動されるインペラを内部に収容する散布カバーとを備え、前記本体枠は、前記タンクの下端開口部に接続される供給口を備えると共に、前記供給口から前記インペラ上の投下口に至る粒材供給路を備え、前記粒材供給路の途中に設けられる計量板が、前記タンクの中心からオフセットした位置に設けられており、前記粒材供給路は、前記供給口から前記計量板に至る流路が、前記本体枠の前記供給口から下方に向けて斜めに形成された第１傾斜流路と、その下端から側面視で屈曲して下方に向けて斜めに形成された第２傾斜流路になっていることを特徴とする粒材散布装置。

このような構成を備えた粒材散布装置は、自重のみでタンクからインペラ上に粒材を供給する散布装置において、粒材の供給を円滑にして、作業中の供給止まりや供給ムラが生じないようにすることで、精度の高い散布作業が可能になる。特に、空中散布を行う場合には、地上から離れてから開始する散布作業を円滑且つ精度良く行うことができる。そして、マルチコプターなどに搭載させて空中散布を行う散布装置においては、自重のみの供給で軽量化の要求に対応でき、良好な作業性を得ることができる。

また、タンクからインペラ上に粒材を供給するに際して、機体の重量バランスを保ちながら、計量板に直接粒材の重量が加わらないようにしているので、散布量の調量機能を安定化させることができ、空中散布を行う際に、高い作業性と作業精度を得ることができる。

散布装置の外観構成を示した説明図（側面図）である。 インペラと散布カバーを示す散布装置の底面図である。 散布装置の本体枠の構造を示した分解斜視図である。 散布装置の本体における粒材供給路を示す説明図ある。 傾斜流路を説明する説明図である。 調量機構を説明する説明図である。 散布装置の本体枠における側面カバーを外した状態を示した説明図である。 マルチコプターに搭載した散布装置を示した正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。なお、以下の説明における粒材は、粒径が微小な粉材などを含むものとする。

散布装置１は、図１に示すように、外観的には、タンク２と、タンク２に接続される本体枠３と、散布カバー４を備えている。散布装置１は、タンク２の中心Ｔｃが本体枠３及び散布カバー４の中心と一致しており、機体の重量バランスが中心Ｔｃに対して軸対称になっている。

タンク２は、散布物である粒材が収容される容器であり、本体枠３の上端に設けられる供給口３Ａに下端開口部２Ａが接続されている。タンク２は、上方から下方に至るほど小径断面になる漏斗状の側面部２Ｂを有しており、タンク２内には、粒材のみが収容される体積容量が確保されている。タンク２内に収容された粒材は、自重で下端開口部２Ａから本体枠３に供給される。

本体枠３は、前述したタンク２の下端開口部２Ａに接続される供給口３Ａを上端に備え、本体枠３の下端に散布カバー４が取り付けられている。本体枠３内には、散布カバー４内に収容されるインペラを回転駆動するモータを含めた駆動部が配備されていると共に、タンク２から供給された粒材を、散布カバー４内のインペラ上に投下させる粒材供給路が形成されている。また、図示の例では、本体枠３の側面には、着脱自在な側面カバー３Ｂが両側面に設けられている。

図２は、散布装置１の底面図であり、散布カバー４の中央部には、回転駆動軸５Ａに接続されたインペラ５が配置されている。散布カバー４は、インペラ５の上側を覆う上面部４０とインペラ５の側方の一部を囲む側壁部４１とを有しており、インペラ５の上側で本体枠３の下端に取り付けられている。散布カバー４の上面部４０には、インペラ５の回転中心の軸対称位置に、インペラ５上に粒材を投下する投下口４Ａ，４Ｂが一対設けられている。

また、散布カバー４は、投下口４Ａ，４Ｂに対応して主拡散流路４Ｃ，４Ｄを備えている。主拡散流路４Ｃ，４Ｄを設けることで、投下口４Ａ，４Ｂから投下された粒材を主に１８０°の方向に向けて拡散することができる。また、散布カバー４は、主拡散流路４Ｃ，４Ｄ以外の側壁面４１に、ギザギザ状の落下面４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを設けている。これにより、インペラ５の周囲にも効果的に粒材を投下させ、円周方向に飛んでしまう粒材を整流でき、散布範囲内での均一散布が可能になる。よって、より高い指向性で散布範囲を広げることができる。

このような機能を備える散布カバー４は、比較的簡単な構造であって、直線的な側壁部４１とギザギザ状の落下面４１Ａ～４１Ｄを備える軸対称形状の単体部品であり、樹脂材などの成形部品として形成することができる。これによって、量産性を高めて低コスト、低重量の部品を得ることができる。

本体枠３は、図３に示すように、面対称な一対の分割成形体３１，３２を締結部材３３で結合する構造になっている。本体枠３は、内部に駆動部５０を備えている。駆動部５０は、インペラ５を回転駆動するＤＣモータ５１、ＤＣモータ５１などを制御する制御基板５２、制御基板５２に接続される電子部品５３、シャッタ１０を駆動するサーボモータ５４とその駆動部材５５などを含んでいる。

本体枠３は、内部に前述した駆動部５０を収容する収容室３０を備えている。収容室３０は、分割成形体３１，３２の内側に形成された区画部分Ｓ１，Ｓ２によって、分割成形体３１，３２を結合することで形成される。一方、本体枠３は、供給口３Ａから前述した投下口４Ａ，４Ｂに至る一対の粒材供給路６０を備えている。収容室３０は、本体枠３内の粒材供給路６０から駆動部５０を隔離するために設けられており、収容室３０の内側には粒材が入り込まない。

粒材供給路６０の途中には計量板１１が設けられている。粒材供給路６０は、図４に示すように、供給口３Ａの直下に傾斜流路６０Ａが形成され、その傾斜流路６０Ａの下端に配置されている計量板１１に設けた２つの計量口１１Ａ，１１Ｂによって、その下側が一対の流路に分けられている。その一方の流路は、計量口１１Ａから分割成形体３１における収容室３０の外側に形成され、そこから投下口４Ａに至ることになり、他方の流路は、計量口１１Ｂから分割成形体３２における収容室３０の外側に形成され、そこから投下口４Ｂに至ることになる。

計量板１１とシャッタ１０は、サーボモータ５５によるシャッタ１０の駆動によって、計量板１１の計量口１１Ａ，１１Ｂを閉止することで、投下口４Ａ，４Ｂに投下される粒材を遮断し、計量口１１Ａ，１１Ｂの開口面積を調整することで、投下口４Ａ，４Ｂに投下される粒材の量を調整する調量機構を構成している。

前述した傾斜流路６０Ａは、図５に示すように、本体枠３の供給口３Ａから下方に向けて形成された第１傾斜流路６０Ａ１と、その下端から屈曲して計量口１１Ａ，１１Ｂに至る第２傾斜流路６０Ａ２を有している。第１傾斜流路６０Ａ１の落下高さは、第２傾斜流路６０Ａ２の落下高さより大きく形成されており、第２傾斜流路６０Ａ２の下に配置される計量板１１は、タンク２の中心Ｔｃからオフセットした位置に設けられている。

このような傾斜流路６０Ａと計量板１１の配置構成にすることで、タンク２から供給口３Ａを通って本体枠３内に供給された粒材の圧力は、主に、第１傾斜流路６０Ａ１の斜面Ｎ１が受けることになり、計量板１１が直接粒材の圧力を受けることが無い。これにより、計量板１１の変形によるシャッタ１０の動作不良などを抑止することができ、安定性の高い計量を行うことが可能になる。

また、傾斜流路６０Ａは、前述した斜面Ｎ１を有する第１傾斜流路６０Ａ１に対して屈曲する第２傾斜流路６０Ａ２が設けられているので、計量板１１の位置を中心Ｔｃに近づけて配置した場合にも、計量板１１への粒材圧を抑えることができる。これによって、本体枠３の横幅をコンパクトにしながら、安定性の高い計量を行うことが可能になる。

更に、第１傾斜流路６０Ａ１と第２傾斜流路６０Ａ２を有する傾斜流路６０Ａは、第１傾斜流路６０Ａ１の斜面Ｎ１と第２傾斜流路６０Ａ２の斜面Ｎ２で粒材圧を受けるので、粒材のブリッジ現象が起こり難くなっている。また、第２傾斜流路６０Ａ２の落下高さを比較的小さくしていることで、屈曲部分の下側の粒材が溜まり易い箇所の体積を小さくしている。これらによって、自重のみでタンクからインペラ上に粒材を供給する散布装置において、粒材の供給を円滑にして、作業中の供給止まりや供給ムラを抑止している。

図６は、調量機構を平面的に示している。調量機構は、シャッタ１０が計量板１１に沿ってスライドすることで、計量板１１の計量口１１Ａ，１１Ｂの大きさを調整する。計量口１１Ａ，１１Ｂは、全閉から初期段階の調整での開口変化が、その後の調整での開口変化より大きくなるような開口形状を有している。

図示の例では、初期段階の開口幅ｍ１が、その後の有効計量範囲での調整を行う開口幅ｍ２より大きくなっていて、計量口１１Ａ，１１Ｂの平面形状はＴ字状になっている。このような計量口１１Ａ，１１Ｂにすることで、計量口１１Ａ，１１Ｂを開放し始めてから所望の調量になるまでの立ち上がりを速くすることができると共に、有効調量範囲での調整を精緻に行うことができる。

計量板１１の下側の粒材供給路６０は、図７に示すように、分割成形体３１，３２における収容室３０の外側の空間と側面カバー３Ｂの内側の空間を合わせて、内部流路６０Ｂが形成されている。この内部流路６０Ｂは、収容室３０の外側を経由してインペラ５上の回転軸周りに投下される一対の供給路を備えており、本体枠３に着脱自在な側面カバー３Ｂを取り外すことで、開放できるようになっている。このように、側面カバー３Ｂを取り外して内部流路６０Ｂを開放できるようにすることで、内部流路６０Ｂ内での粒材の詰まり除去や使用後のメンテナンス（清掃）を簡易に行うことができる。

また、側面カバー３Ｂの内側には、内部流路６０Ｂ（粒材供給路６０）の幅を調整する調整プレート１２が着脱自在に設けられている。調整プレート１２は、内部流路６０Ｂの空間を仕切るものであり、調整プレート１２を装着すると、調整プレート１２の内側の空間が内部流路６０Ｂとなり、投下口４Ａ，４Ｂの有効面積もそれに応じて小さくなる。調整プレート１２を取り外すと、内部流路６０Ｂは、前述したように、分割成形体３１，３２における収容室３０の外側の空間と側面カバー３Ｂの内側の空間を合わせた空間になり、側面カバー３Ｂの内側に所定の体積の流通空間を形成することで、内部流路６０Ｂを拡大することができる。調整プレート１２を外した場合には、投下口４Ａ，４Ｂは、その全体が有効な開口面積になる。このような調整プレート１２を設けることで、粒径・比重の異なる様々な粒材の散布に対応することができる。

本体枠３においては、供給口３Ａの中心（タンク２の中心Ｔｃ）と、収容室３０内に収容されたＤＣモータ５１の出力軸が同軸になっており、散布カバー４内のインペラ５の回転駆動軸５Ａと供給口３Ａの中心とが同軸になっている。更に、本体枠３内に形成される一対の粒材供給路６０が、供給口３Ａの中心（すなわち、回転駆動軸５Ａ）に対して軸対称に形成されている。

これによって、散布装置１は、重量バランスがとれた状態で作業を行うことができ、空中散布を行う場合にも、安定した状態で飛行させながら作業を行うことができる。また、散布装置１の中心（タンク２の中心Ｔｃ）がインペラ５の駆動中心になっており、その中心に対して軸対称に散布カバー４が形成されているので、散布装置１の機体中心から左右に等しく散布範囲を広げることができ、マルチコプターなどを操作しながら散布作業を行う作業者にとっては、全体の散布範囲を明確に把握しながら、散布作業を行うことができる。

図８には、マルチコプターＭに散布装置を搭載した状態を示している。この例では、散布装置１は、マルチコプターＭの接続部に接続される設置フレーム１００に支持されており、設置フレーム１００の上部にタンク２の上部が取り付けられている。

このようにマルチコプターＭに搭載された散布装置１は、散布装置１の中心（タンク２の中心Ｔｃ）を全体の重心に近づけることができる。これにより、散布装置１自体が重量バランスの取れた機体を有していることで、マルチコプターＭを安定した状態で飛行させながら散布作業を行うことができる。

そして、散布装置１は、自重のみでタンク２からインペラ５上に円滑に粒材を供給することができるので、マルチコプターＭで空中散布を行う際にも、散布作業を円滑且つ精度良く行うことができる。また、散布装置１は、強制的な粒材の繰り出し機構を省いていることで軽量化できるので、作業中のマルチコプターＭの自立飛行を安定して継続させることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：粒材散布装置（散布装置），
２：タンク，２Ａ：下端開口部，２Ｂ：側面部，
３：本体枠，３Ａ：供給口，３Ｂ：側面カバー，３０：収容室，
３１，３２：分割成形体，３３：締結部材，
４：散布カバー，４Ａ，４Ｂ：投下口，４Ｃ，４Ｄ：主拡散流路，
４０：上面部，４１：側壁部，４１Ａ～４１Ｄ：落下面，
５：インペラ，５Ａ：回転駆動軸，
５０：駆動部，５１：ＤＣモータ，５２：制御基板，５３：電子部品，
５４：サーボモータ，５５：駆動部材，
６０：粒材供給路，６０Ａ：傾斜流路，
６０Ａ１：第１傾斜流路，６０Ａ２：第２傾斜流路，６０Ｂ：内部流路，
１０：シャッタ，１１：計量板，１１Ａ，１１Ｂ：計量口，
１２：調整プレート，１００：設置フレーム，
Ｍ：マルチコプター，Ｓ１，Ｓ２：区画部分，Ｔｃ：中心

Claims (5)

1. 粒材が収容されるタンクと、
   前記タンクに接続される本体枠と、
   前記本体枠の下端に取り付けられ、回転駆動されるインペラを内部に収容する散布カバーとを備え、
   前記本体枠は、前記タンクの下端開口部に接続される供給口を備えると共に、前記供給口から前記インペラ上の投下口に至る粒材供給路を備え、
   前記粒材供給路の途中に設けられる計量板が、前記タンクの中心からオフセットした位置に設けられており、
   前記粒材供給路は、前記供給口から前記計量板に至る流路が、前記本体枠の前記供給口から下方に向けて斜めに形成された第１傾斜流路と、その下端から側面視で屈曲して下方に向けて斜めに形成された第２傾斜流路になっていることを特徴とする粒材散布装置。
2. 調量機構として、前記計量板に沿ってスライドすることで前記計量板の計量口の大きさを調整するシャッタを備えており、
   前記計量口は、全閉から初期段階の調整での開口変化がその後の調整での開口変化より大きくなるような開口形状を有していることを特徴とする請求項１記載の粒材散布装置。
3. 前記本体枠は、前記インペラを回転駆動する駆動部を収容する収容室を備え、
   前記粒材供給路は、前記計量板の下方に、前記収容室の外側を経由して前記インペラ上の回転軸周りに投下される一対の供給路を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の粒材散布装置。
4. 前記粒材供給路は、前記本体枠に着脱自在な側面カバーの内側の空間と前記収容室の外側の空間を合わせた空間に形成されていることを特徴とする請求項３記載の粒材散布装置。
5. 前記側面カバーの内側には、前記粒材供給路の幅を調整する調整プレートが着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項４記載の粒材散布装置。

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