JP7458535B1 - 草抜き機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の草刈り機が苦手とする、地上３センチから１０センチ程度の雑草を根ごと引き抜きたい。また、抜いた雑草をまとめて処理したい。【解決手段】この引き抜き機は、回転体（棒状のローラー）、もしくは回転帯（ベルト、チェーン、キャタピラ）などをもち、それに対向する位置に回転体、回転帯、そのほかおさえ金具によって、標的である雑草を挟み込み、引っぱる、あるいは巻き取るような動きをする。丈が３センチから１０センチ程度の細かい雑草を、根ごとに引き抜く機能をもつ。引き抜かれた雑草は、円筒形、角の丸い容器を備えた収納装置に導かれる。丈の長い雑草は、収納装置の斜めに置かれた内壁に衝突し、コイル状、うずまき状になり、互いに絡み合って円筒形の団塊を形成する。【選択図】図１

Description

この発明は、雑草の中でも比較的小さな雑草をその根もろともに引き抜き、引き抜かれた雑草をコンパクトに収納する機械と、その取扱方法に関する。

従来、雑草を刈り取るための機械は、一般に草刈り機と呼ばれる機械を使うものだった。これは、高速で回転する刃や、細いワイヤーで雑草の根本、生え際など、地上部を切ってしまうことで行われてきた。この草刈り機は万能であり、一株の径が２０センチを越すようなススキでさえ容易に刈り取ることができるものである。
しかしながら、この草刈り機は土の中の根には一切働きかけは出来なかった。また、３センチから１０センチ程度の小さな雑草を刈るには、あまり適当とは言えなかった。
さらに、高速で回転する刃が、石などを弾き飛ばすことがあるという大きな欠点もあった。
その他にも、土の中の根を抜くことを特に意識したものは、あるにはあるが、個別の株をひとつひとつ処理するという傾向が強かった。

本発明に関する公知技術として次の特許文献をあげることができる。
特開平１０－１２７１０１ 特開２００８－３５７２４

本発明は、前記したような一般的な草刈り機の仕事ではなく、一般に「草むしり」として、手によって行われているような、小さな雑草を引き抜く、もしくは刈るための機械を目指す。

本発明では、回転する棒状の回転体（ローラー、回転帯）と、もう一つの回転体を向かい合わせで配置し、この２つの回転体で雑草を挟み込んで引っ張り込む手段を取る。
引っ張り込んだ先に、円筒状の容器を置くことで、巻き込まれた雑草が、円筒の内周に沿って渦巻状、コイル状にまとめられ、円筒状の塊になるように構成する。

草抜き機の本体と部品の構成図 草抜きを行うときの概念図 根が抜けにくい雑草のときの概念図 丈の高い草を抜くときの概念図 ローラーの形状を示す図であり、上部には円周方向に溝があるローラー、下には、歯車状になったローラー 容器の蓋裏側の見取り図 侵入する雑草を角度をつけて取り込む様子を示す概念図 雑草を引き込むとき、反作用で草抜き機が持っていかれ、根の周辺をほぐす楔状の棒が土に入り、てこの原理で土をほぐしている状態を示す概念図。 ローラーが縦に回転する状態で草抜き機を保持し、丈の低い雑草を取るときの概念図。 図１と同じであるが、取り込み容器の吸入方向を逆にしたもの。 図２と同じであるが、取り込み容器の吸入方向を逆にしたもの。 図３と同じであるが、取り込み容器の吸入方向を逆にしたもの。

以下符号の説明を行う。

１ 回転体、ローラー、ベルト等
２ 対向する回転体
２A 回転体の軸方向に刻まれた歯車状の溝
２B 回転体の回転方向に刻まれた輪状の溝
３ 回転体の後ろにつけられた円筒容器
３A 円筒容器につけられた取り込み口
３B 円筒容器と回転体との境に取り付けられた付着防止の板
３C ２Bの輪状の溝に噛み合うような付着防止の突き出し部
３D 円筒容器の蓋部
３E 円筒容器の蓋部についた、取り外し用の棒
４ 櫛状のストッパー、泥落とし
４A 回転体を垂直に立てたときのストッパー、泥落とし
５ ハンドル
５A ハンドルの回転軸部分
６ 車輪
６A 車輪中心
７ 草や根がひっかかったときに使うハサミ
８ 根をほぐす楔状の棒
９ 標的である雑草
１０ 標的である雑草類を取り込む動き
１１ 雑草類を取り込むときの反作用
１２ 反作用による力のかかる方向
１３ 全体が雑草に持っていかれる様子
１４ 動くハンドル
１５ 標的である雑草、大きい場合
１６ 地面
１７ 伸縮性のハンドル
１８ てこの原理で土を崩す力の方向
１９ ローラ縦使用時の櫛状のストッパー
２０ 標的引き込みの角度
２１ 振動子

本発明は、狭い面積の雑草取りを目的としたものであり、雑草を挟んで引き抜くために、雑草を引き抜く機構、後処理工程の機構を備えた機械である。
基本的には、片手もしくは両手で扱うハンドルを持ち、リチウム電池等の電池とモーターによって駆動することで、片手で持ち、動かすことができるポータブルなものを目指している。以下、図を参照しながら、機能を説明する。

まず、引き抜き機構について述べる。

この引き抜き機構は、少なくとも一つ以上の、１：回転体（棒状のローラー）、もしくは回転帯（ベルト、チェーン、キャタピラ）をもち、それに対向する位置に２：回転体、回転帯、もしくはおさえ金具、を備え、１と２で雑草を挟み込み、回転体、回転帯を回転させることで、雑草を引っ張るあるいは巻き取る、引き込む動きをするものである。

図１（図１０）の１と２が回転体を示している。これらは互いに反対方向に回転し、押し付けあっており、間に雑草を噛み込んで取り込む。１と２のどちらか一方が単なる金具であっても動作は可能である。
また、回転帯、ベルトやチェーン、キャタピラのようなものであると、さらに接触面積が増えて、雑草を掴む力が強い。

回転体、回転帯の表面が、雑草を挟むとき滑ったりしないよう、弾力ある素材で作られると、弾性によって、雑草をしっかりと挟み込むことができる。
また、表面に、歯車状の刻み目、図５の２Aなどがあると効果的である。２つの回転体、あるいは回転帯が歯車状の刻み目２Aで噛み合っていると、さらに雑草をしっかりと挟むことができる。
また、回転体の表面がブラシ構造、針金構造であると、あるいは円筒であっても浮力調整がしてあると、陸上でも水上でも使うことができる。水の多い場所で使うときには、フロートなどを取り付け、水の上に浮かべて動作させることもできる。

この１、２は、雑草を引き込む前（常態）では、地面に対して水平に並ぶのではなく、仮に一方は地表面すれすれであっても、もう一方は、雑草を引き込みやすいように、地表面からある程度浮き上がっている方がよい。
この点が、構造的に類似した掃除機のノズルなどとは、まったく異なっている。また、草抜き機は、掃除機とは異なり、吸気ファンもファンを回すモーターも不要で、引き込み口周辺を気密にする必要もない。

ふたつの回転体が接触している開口部の中心（接線）角度、標的引き込みの角度２０は、図２における黒い矢印１０とほぼ同じ方向であるが、雑草の種類、形状、大きさによって図にあるように下向き60度程度から、上を向くことも必要であり、ターゲットの種類、形状、大きさなどに合わせて、適時変化させることができる。

しかも、強く根を張った雑草を引っ張ったときには、反作用によって、回転体が地面に押し付けられて回転体の開口部が、地面と水平、標的引き込みの角度が地面に垂直近くになることもある。図３。

この１、２の前方には、1、２が地面に押し付けられたとき、土や小石を噛み込まないように、なおかつ、通常は雑草の茎が通れるように、進行方向に向けて櫛状になったストッパー４がある。ストッパー４はバネなどで、地面と１、２が触れないようにバランスをとっており地面の上をすべることができる。ストッパーには小さな車輪、フロートがあってもよい。
ストッパーに力がかかるときは、雑草の根がしっかりしており、回転ができないためモーターにも負荷がかかっている常態である。
ストッパー部にセンサーを置き、ストッパーに力が加わったときには、回転体の回転を弱めたり、ストップさせたり、時には逆転させたりすることもできる。

根に土がついているのを外す時には、櫛状のストッパーが振動したり、動く構造であるとよい。

ストッパー４の櫛の目は、中央位置にあたる部分は、他より広く取ってあり、そこには丈の高い直径１センチ程度のイネ科などの雑草を引き込めるようになっている。

引き抜き動作時、回転体、回転帯などの巻取機構が地面に直接触れ、石や泥を巻き込まないように、地面とローラー等の間隔を適切に保ち、地上を移動しやすいように、本体には車輪６がつけられ、ローラー、ストッパーの地面からの位置、角度を調整できるように設置されている。
車輪６にタイヤがある、あるいは歯車状の出っ張りがあると土に噛み込みやすい。図１では、２輪が示されているが、３輪、４輪あると、さらに精密に草抜き機の地上高、角度などを設定でき、操縦性を備え、自走機能を持たせることも可能である。

広い面積の草を引き抜くために、普段は、１、２の回転軸は地面と水平になっているが、高さが非常に低い雑草をピンポイントで引き抜くときには、図９に示したように、回転軸を垂直に近い角度に立てることで対応が可能になる。

次に後処理装置、主に収納装置について述べる。

引き抜き装置の後ろには、収納装置がつながっているが、収納容器の入り口には、雑草が、回転体にからみついたり、くっついてしまうのを防ぐための剥離板3Bがある。図１で、剥離板３Bが円筒容器の入口部に設置されている様子を示している。
さらに、回転体、回転帯の表面に、図５の２Bのような回転軸に直交するような溝が切られており、剥離板３Bに、溝２Bに嵌まるでっぱり２Cのような付着防止用のでっぱりがあると、雑草が剥離しやすい。

１．橇状、櫛状のストッパー、２．回転体（回転帯）、３．剥離板、などの引き込み装置の後方には、４．雑草が集まる、または巻き込まれて収納される容器、図１の３、図１０の３がある。または雑草を粉砕する装置をつける場合もある。

容器３は円筒形または、角が丸くなった形状であり、雑草の引き込み方向１０に対して、傾いた内壁がある構造となる。吸い込まれ、引き込まれる雑草のうち、丈の長いものは、その円筒の内面の接線方向から侵入し、先端部は内壁に斜めに衝突し、方向を変えられて、円筒形の内周をめぐるように進み、螺旋状、うずまき状、コイル状に巻き込まれ、からみあうようになっている。図２の黒い矢印参照。

草は、強く押されると、たがいに絡みつく傾向があり、丈の小さい雑草も狭い容器の中に押し込まれることで、たがいに絡み合い、団塊状になるため、容器から出した後も、ばらけず扱いやすい。

１、２の後ろに、カッターを置き、引き込まれた雑草をその場で細かく切断、粉砕する方法もある。これは図示してない。
切断、粉砕したものは、その場に撒き散らしても良いが、種などを含んでいる場合があるので、単純に容器内に集めておくこともできる。その場合は、容器内に落とすことができる。

図では円筒は横置きされているが、回転帯からの吸い込み口をうまく絞ってやれば縦置きでも配置できる。さらに、動力で筒、あるいは筒内にある棒などを回転させる構造でも、巻き込み、絡み合わせは可能である。

図７のように、容器の内壁の中心線が、雑草の侵入方向、に直角でなく、回転体の回転軸とも平行でなく、若干角度がつけられて配置されていると、図７にあるように、雑草の先端部は、ネジのように少しずつ移動し、コイルばねのように巻き取られ、からみあい一本の筒状、長い紐状、コイル状の団塊を作り出すことができる。

円筒に蓋３Dを用意することができる。この蓋には３Eのような棒、棒のセットがつけられ、団塊を回転させたり、容易に引き抜いたりすることができる。
また、この棒のセットをモーターなどで回転させることで、団塊を形成しやすくすることもできる。蓋ではなく、円筒の底部にセットを付けることもできる。

収納容器は透明プラスチックなどで作られると、中の様子がよくわかって便利である。
また、円筒は、水はけのよい金網状のものであってもよい。

●ここでは、引き抜き機の動作の状態などについて詳しく述べる。

本発明で標的とする雑草は、
1:地表からせいぜい１０センチ程度の大きさのもの。
2:もしくは、全長１メートル程度までの、根回りの直径がせいぜい１センチほどのものが最大限度である。ここには、イネ科のもの、菊科のものなどがある。
ススキのように繁茂して、根回り、根の束が、２０センチ、根の塊の径が１０センチを越えるようなものは考えに入れない。

以上の点から、本発明がターゲットとする雑草には、
１：根が抜けやすいもの、
２：少し振動を与えるか、土を崩してやると根が抜けるもの、
３：根が切れやすいもの、茎や葉が切れやすいもの、
４：多少の力では根が抜けないもの、
などがある。

この草抜き機は、構造上、雑草が引き抜かれるとき、反作用が生じ、地面に向けて引っ張られ、押し付けられる。図２、図４の白い矢印11参照。
草抜き機が、雑草を引き込み、逆に自分自身が地面に向かって押し付けられた様子を図３に示す。図２、図３では、ハンドルの取付部に回転軸５Aを用意し、保持している手首に無理な負荷がかからないようにしてある。

また、背の高さ５０センチから１００センチ程度の、イネ科の雑草を取り込むときの様子を図４に示した。ここでは、雑草の穂先にローラーをあて、回転させることで雑草を取り込んでいくが、その反作用で、草抜き機は雑草の根本に向かって進んでいく。

草抜き機のローラー、ストッパー等が地面に着いたとき、雑草の根がどうなるかによって、いくつかの動きが考えられる。
A）根が抜けて、全体が収納部分に引き込まれる。
B）根のどこかが切れて、それ以外の部分が引き込まれる。
C）根が抜けず、切れない。草抜き機は、地面に押し付けられたままになる。

C）の場合、モーターに負荷がかからないよう、モーターの回転力を落とし、仮の停止状態になるようにする。もっとも単純には、図３のように、回転体が前につんのめったようになり、その前にあるストッパーが強く地面におしけられた時、回転体のモーターのスイッチが停止状態になれば良い。

この、仮の停止状態で、いくつかの選択肢が生じる。
C1）根を抜くことを断念：根が抜けないとき、回転体などを逆転させ、引き込んだ雑草をもとに戻すことができる。すべてもとに戻すこともできるが、次の切断などの作業用に、必要なだけ元に戻し、次の作業に移ることもできる。
C2）根を抜くことを断念：草抜き機の下部にあるハサミ、図１の７、あるいはカッター、鎌、ハサミなどで、雑草の根本等を切断し、雑草上部を収納する。
C3）根が硬い時、草抜き機本体の後部の長いハンドル１７で、テコの原理によって草の根を引き起こす。次に根の泥をとり、抜けた部分を収納する。
図４では、伸縮性のある長いハンドル１７を示している。

C5）振動子２１により、雑草の根元に上下左右の振動、回転振動などを与え、土をほぐし、根を緩ませて、さらなる力を加える。
C6）一度収納した草を巻き戻し、草抜き機の下部に備えられた、根をほぐす楔状の棒８を引き起こし、再度回転や振動を加え、雑草が抵抗する反作用を利用して、雑草の根本に楔状の棒が強く差し込まれ、土をほぐして、根が抜けやすくなるようにする。
C7）この楔状の棒８を、モーターなどで動かすことで、さらに土を崩して、根を抜けやすくすることもできる。電動で楔の先端部を回転させたり、振動させたり、ドリル状に、回転とともに地面に噛みこんで行くこともできる。

図１、図２、図３では、雑草の取り込み角度が容器の下の接線の方向であり、雑草の先端は容器の下の斜めの壁にあたる構造であったが、図１０、図１１、図１２では、雑草の取り込み角度が、垂直に近い角度となり、雑草の先端部は、容器の上壁にあたる構造となったものを示している。
このほうが、雑草の根が強く、容器が引っ張られるときに草抜き機全体の動きが小さいものとなり、かつ容器の容量も増える。

●ここでは、草抜き機使用時の、分析方法について述べる。

さて、雑草には、地上部と地下部がある。
地上部は葉が中心であり太陽の光を得て光合成を行い、葉の他に、茎、花、実、などがある。
地下部は、根が中心であり、それは土から水と養分を得るものであるが、エネルギーを蓄えるための太い根や球根、地下茎などがある場合がある。

一般の草刈り機は、雑草の地上部にのみ関心を寄せるが、本発明の草抜き機は、地上部のみならず雑草の地下部の方にも強い関心を寄せるものである。

地下部に関心を寄せる時、ここでは根と土の関係にも留意する必要がある。
雑草は、さまざまな場所に生える。その生えている場所の土、その硬さ、砂、石などの量によって、根がどのように土に潜り込んでいるかが異なってくる。

雑草の地下部の根を取るには、生えている根の周りの地面をどのようにほぐすがが必要になる場合がある。

この草抜き機では、
草抜き機にカメラ、マイク、センサーなどを備える、あるいは、他のマシン、スマホなどでターゲットとした雑草、その周辺を撮影、種類を分析し、根の様子まで把握することで、草抜き機の動き方、草の抜き方などを、提案する働きを分析することができる。
根を引っ張っている時、マイクで音を拾い、根が切れていく様子などをチェックすることもできる。

１）土の状態を把握する。
雑草が生えている場所の土の性質を見極める方法として、A、Bの２つの要素を考慮する。
A：モーターのセンサー：根が抜けるときの動きとスピード、引っ張りの力の加減について精密に測定することで、雑草の根の状態を分析する。
B：雑草の根元の画像を撮影し、画像データベースから、土の様子を判断し分析する。

２）雑草の種類を把握する。
雑草の葉、茎などを撮影することで、雑草の種類を判断し、種類ごとの茎や根の切れやすさ、根が細かい根なのか、太い根なのか、長さはどうなのか、地下茎になっているのか、球根などをもっているのかなど分析する。

これらの分析は、草抜き機本体、あるいは他のマシンで、状態分析を行うことで、草抜き機にもっとも適切な方法を指示し、作業者に選択させることもできる。

一般の草刈り機では、地上部の草を切り取ることができるが、地下の根までは処理できていない。地下部が破壊されていないので、草刈り後、すぐに新しい芽が出てしまう欠点があった。

また、高速で刃が回転するため、石を弾いて危険であったりするという欠点があった。

さらに、これらの一般的草刈り機では、石弾きなしで、地上３センチから１０センチの草を刈ることは機能的に困難であった。
本発明の草抜き機は、普通一般に使われる草刈り機が、標的にできない小さい雑草を引き込んで、円筒形の塊に形成することができ、しかも全てではないが、根を抜いてしまうこともでき、草抜き効果が長持ちするという効果がある。

ここで、もう一度整理する。
（請求項1）
A．少なくとも一つ以上の、
１：回転体（棒状のローラー）、もしくは回転帯（ベルト、チェーン、キャタピラ）をもち、
それに対向する位置に、
２：回転体、回転帯、もしくはおさえ具を備える。
以上の１と２で、雑草等を挟み込み、回転体１、２のいずれか一つ以上が回転することで、雑草等を巻き込む、引き込み装置をもち、
B.回転体１、２からなる引き込み装置の前に、
雑草の茎や葉は通過するが、小石、泥の塊などを通過させないような、橇状、櫛状の形状であり、根がすぐに抜けない場合、強く押し付けられて反応するセンサースイッチの一部ともなることができる、
ストッパーを備えている。
以上A.引き込み装置の前にB.ストッパーを備えた、草抜き機。
（請求項２）
A．少なくとも一つ以上の、
１：回転体（棒状のローラー）、もしくは回転帯（ベルト、チェーン、キャタピラ）をもち、
それに対向する位置に、
２：回転体、回転帯、もしくはおさえ具を備える。
以上の１と２で、雑草等を挟み込み、回転体１、２のいずれか一つ以上が回転することで、雑草等を巻き込む、引き込み装置をもち、
C.回転体１、２からなる引き込み装置の後ろに、
抜いた雑草をとりこむ、円筒形、角の丸くなった形状の収納容器を備え、収納装置の内寸より丈の高い雑草は、引き込まれた先端部が当たる部分の内壁に、傾斜があることなどにより、円筒形等の内周をめぐるように進み、うずまき状、コイル状に巻き込まれ、団塊状に収容されることを特徴とする、円筒形、角の丸くなった収納容器を備えている。
以上A.引き込み装置の後ろにC.円筒形、角の丸くなった収納容器を備えた、草抜き機。
（請求項３）
雑草等を引き込み始め、回転体等を回転させたとき、雑草の根が抜けない状態となったとき、雑草を引き込む反作用によって、回転体本体は地面に向かって引き込まれ、地面に押し付けられることが起こる。この状態の時、
押し付けられたことを、ストッパーなどのセンサー、あるいはモーターの負荷を感じるセンサーなどにより検知し、一度、回転体の回転を中止し、
D.テコの原理で、根を引き起こすためのハンドルあり、根を引き起こす機能がある。
E.引き込み装置に振動を与える振動子をもち、振動で根をほぐして引き起こす機能がある。
F.必要に応じて、必要な長さを逆転できる機能がある。
G.回転体の下部に備えており、引き込み中の雑草を切断する刃物で、雑草を切断する機能がある。
H.回転体の下部に楔状の棒を備えており、回転体をわずかに逆回転し、回転体下部に収納されていた楔状の棒を引き起こしたのち、回転体を正転させて、回転体が引き込まれる力を利用して、楔を雑草の根の周辺に打ち込み、根の周辺の土をほぐし、根が抜けやすくすることができる機能がある。
以上、D、E、F、G、Hいずれかの機能を作動させることができる、請求項１、もしくは請求項２に記載された草抜き機。

Claims (2)

1. A．少なくとも一つ以上の、
   １：回転体、棒状のローラーよりなる回転体、
   もしくはベルト、チェーン、キャタピラのいずれかによりなる回転帯をもち、
   それに対向する位置に、
   ２：回転体、回転帯、もしくはおさえ具を備える。
   以上の１と２で、雑草を挟み込み、回転体または回転帯１、２のいずれか一つ以上が回転することで、雑草を巻き込む、引き込み装置をもち、
   B.回転体または回転帯１、２からなる引き込み装置の前に、
   雑草の茎や葉は通過するが、小石、泥の塊などを通過させないような、橇状、櫛状の形状であり、根がすぐに抜けない場合、強く押し付けられて反応するセンサースイッチの一部ともなることができる、
   ストッパーを備えている。
   以上A.引き込み装置の前にB.ストッパーを備えた、草抜き機。
2. 雑草を引き込み始め、回転体または回転帯を回転させたとき、雑草の根が抜けない状態となったとき、雑草を引き込む反作用によって、回転体本体は地面に向かって引き込まれ、地面に押し付けられることが起こる。この状態の時、
   押し付けられたことを、ストッパーにとりつけられたセンサー、あるいはモーターの負荷を感じるセンサーにより検知し、一度、回転体の回転を中止し、
   
   D.テコの原理で、根を引き起こすためのハンドルがあり、根を引き起こす機能がある。
   E.引き込み装置に振動を与える振動子をもち、振動で根をほぐして引き起こす機能がある。
   F.必要に応じて、必要な長さを逆転できる機能がある。
   G.回転体の下部に備えており、引き込み中の雑草を切断する刃物で、雑草を切断する機能がある。
   H.回転体の下部に楔状の棒を備えており、回転体をわずかに逆回転し、回転体下部に収納されていた楔状の棒を引き起こしたのち、回転体を正転させて、回転体が引き込まれる力を利用して、楔を雑草の根の周辺に打ち込み、根の周辺の土をほぐし、根が抜けやすくすることができる機能がある。
   以上、D、E、F、G、Hいずれかの機能を作動させることができる、請求項１に記載された草抜き機。