特許 7449516 草取り装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-06

(45)【発行日】2024-03-14

(54)【発明の名称】草取り装置

(51)【国際特許分類】

   A01D 34/64 20060101AFI20240307BHJP

   A01M 21/02 20060101ALI20240307BHJP

【ＦＩ】

A01D34/64 K

A01M21/02

A01D34/64 M

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021037195

(22)【出願日】2021-03-09

(65)【公開番号】P2022137628

(43)【公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(73)【特許権者】

【識別番号】521100287

【氏名又は名称】ＪＴＦファーム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102716

【弁理士】

【氏名又は名称】在原 元司

(74)【代理人】

【識別番号】100122275

【弁理士】

【氏名又は名称】竹居 信利

(72)【発明者】

【氏名】海津 裕

(72)【発明者】

【氏名】古川原 琢

【審査官】田辺 義拓

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２２８８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭４４－００２０１３（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】特開２０１５－０４３７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－０３１１０３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】登録実用新案第３１４３５７０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５６－０３２９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－００４０４０８（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｄ ３４／６４

Ａ０１Ｍ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

牽引手段と、
前記牽引手段に牽引される草取り手段であって、回転しながら草取りを行う草取り刃が地面との接地側に設けられた回転板と、任意の異なる二つの方向の回転軸により前記回転板を回動可能に取り付け、畑地等の地面の凹凸、傾斜に応じて前記回転板が受動的に回動し、前記回転板の前記草取り刃が取り付けられた面を地面と平行に近い状態に維持する姿勢制御手段と、を有する草取り手段と、
を備える草取り装置。

【請求項2】

前記姿勢制御手段が、前記牽引手段による草取り手段の牽引方向及び牽引方向と直交方向の回転軸により前記回転板の面を回動させる、請求項１に記載の草取り装置。

【請求項3】

前記回転板を２個備え、それぞれの回転板の回転方向が互いに反対方向である、請求項１または請求項２に記載の草取り装置。

【請求項4】

前記回転板の回転数が６０～７２０ｒｐｍである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の草取り装置。

【請求項5】

前記草取り刃が、一方の端部側を前記回転板に固定した状態で裏表が逆になるように折り返されて立ち上げられ、他方の端部側を前記回転板に固定しつつ固定位置の手前で立ち下げられ、前記一方端部側と前記他方端部側とに、前記回転板の面と略平行な上面が形成された形状である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の草取り装置。

【請求項6】

前記草取り刃の前記一方の端部側の立ち上がり高さ及び前記他方の端部側の立ち下り高さが、前記回転板の表面から２～５ｃｍである、請求項５に記載の草取り装置。

【請求項7】

前記草取り刃は、その一方の端部が、前記回転板の外周から回転板の半径の７０～１００％以内の距離に固定され、前記一方の端部の固定位置から前記回転板の回転中心に向かう方向に対して、前記一方の端部の固定位置から前記草取り刃の他方の端部の固定位置に向かう方向の角度が、前記他方の端部を、前記一方の端部の固定位置と前記回転板の回転中心とを結ぶ直線から前記回転板の回転方向とは反対方向に離隔させる方向に２０°～６０°である、請求項５または請求項６に記載の草取り装置。

【請求項8】

前記一方の端部の固定位置が、前記上面より前記回転板の回転方向にずれており、前記他方の端部の固定位置が、前記上面より前記回転板の回転方向と反対方向にずれている、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の草取り装置。

【請求項9】

前記草取り刃は、前記回転板に３本～６本取り付けられている、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の草取り装置。

【請求項10】

前記草取り刃の本数をｎとしたときに、各草取り刃は、ｎ回回転対称に取り付けられている、請求項９に記載の草取り装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、草取り装置に関する。

【背景技術】

【0002】

畑地等における作物の間（通路）の草取りは、除草剤の散布、刈払機で刈る、削る、手で取る（鎌や鍬を使う場合も）等の方法で従来から行われている。これらの方法では、薬剤使用による環境負荷の問題や、労力と時間が大変にかかるという問題があった。

【0003】

そのため、自走機能を備える草取り装置（草取りロボット）が提案されている。例えば、下記特許文献１には、記憶している植え付け位置以外の位置に存在する植物を除草機構により除草する農機が開示されている。また、下記特許文献２には、自律走行によって作物の条間の除草作業ができる電動作業車両が開示されている。また、下記特許文献３には、水田全域を条間方向・株間方向に自律走行し、濁りを発生させることにより雑草の発芽および生育を抑制する防除草機が開示されている。

【0004】

上記従来の自律走行する車両等に草取り機構を設置して畑地等の草取りを行う場合、人間が手作業で草取りを行う場合と同等以上の草取り効率が求められる。草取りを行う際の最も簡単な方法は、草が大きく伸びる前、草の芽が出始めた時に取ることであり、出始めの芽を土ごと動かして処理することが好ましい。

【0005】

しかし、上記従来の技術では、出始めの草の芽を土ごと動かして処理することに適した草取り機構は提案されていなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－５９２９６号公報

【文献】特開２０１５－１４６７４８号公報

【文献】特開２０１６－５２２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、自律走行する車両に牽引されつつ、出始めの草の芽を土ごと動かして処理することに適した草取り手段を備えた草取り装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は以下の実施形態を含む。

【0009】

［１］ 牽引手段と、前記牽引手段に牽引される草取り手段であって、回転しながら草取りを行う草取り刃が地面との接地側に設けられた回転板と、任意の異なる二つの方向の回転軸により前記回転板の面を回動させる姿勢制御手段と、を有する草取り手段と、を備える草取り装置。

【0010】

［２］前記姿勢制御手段が、前記牽引手段による草取り手段の牽引方向及び牽引方向と直交方向の回転軸により前記回転板の面を回動させる、［１］に記載の草取り装置。

【0011】

［３］前記回転板を２個備え、それぞれの回転板の回転方向が互いに反対方向である、［１］または［２］に記載の草取り装置。

【0012】

［４］前記回転板の回転数が６０～７２０ｒｐｍである、［１］または［２］に記載の草取り装置。

【0013】

［５］前記草取り刃が、一方の端部側を前記回転板に固定した状態で裏表が逆になるように折り返されて立ち上げられ、他方の端部側を前記回転板に固定しつつ固定位置の手前で立ち下げられ、前記一方端部側と前記他方端部側とに、前記回転板の面と略平行な上面が形成された形状である、［１］から［４］のいずれか一に記載の草取り装置。

【0014】

［６］前記草取り刃の前記一方の端部側の立ち上がり高さ及び前記他方端部側の立ち下り高さが、前記回転板の表面から２～５ｃｍである、［５］に記載の草取り装置。

【0015】

［７］前記草取り刃は、その一方の端部が、前記回転板との外周から回転板の半径の７０～１００％以内の距離に固定され、前記一方の端部の固定位置から前記回転板の回転中心に向かう方向に対して、前記一方の端部の固定位置から前記草取り刃の他方の端部の固定位置に向かう方向の角度が、前記他方の端部を、前記一方の端部の固定位置と前記回転板の回転中心とを結ぶ直線から前記回転板の回転方向とは反対方向に離隔させる方向に２０°～６０°である、［５］または［６］に記載の草取り装置。

【0016】

［８］前記一方の端部の固定位置が、前記上面より前記回転板の回転方向にずれており、前記他方の端部の固定位置が、前記平行刃より前記回転板の回転方向と反対方向にずれている、［５］から［７］のいずれか一に記載の草取り装置。

【0017】

［９］前記草取り刃は、前記回転板に３本～６本取り付けられている、［１］から［８］のいずれか一に記載の草取り装置。

【0018】

［１０］前記草取り刃の本数をｎとしたときに、各草取り刃は、ｎ回回転対称に取り付けられている、［９］に記載の草取り装置。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、自律走行する車両に牽引されつつ、出始めの芽を土ごと動かして処理することに適した草取り手段を備えた草取り装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態にかかる草取り装置の全体構成を表す斜視図である。

【図2】実施形態にかかる草取り手段の構成例の説明図である。

【図3】実施形態にかかる草取り刃の形状の説明図である。

【図4】実施形態にかかる回転板への草取り刃の取付状態の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

【0022】

図１には、実施形態にかかる草取り装置の全体構成を表す斜視図が示される。図１において、草取り装置は、牽引手段１０と草取り手段２０とを含んで構成される。草取り手段２０は、牽引手段１０に牽引されつつ草取りを行う。

【0023】

牽引手段１０は、特に限定されない。例えば、畑地等において草取り手段２０を牽引可能であり、ＧＰＳ等を使用して自律走行が可能な装置であればいずれも使用可能である。なお、草取り手段２０を人あるいは動物が引く構成としてもよい。

【0024】

また、草取り手段２０は、畑地等において、出始めの草の芽を土ごと動かして処理する装置である。ここで、「処理」とは、草の生育を阻害するための動作であり、草を枯らす為に断ち切る、草を枯らす為に草の根が存在する土の上層を下層と分離し水分の供給を断つ、或いは、草の生育を阻害する為に傷つけること等を言う。

【0025】

図２には、実施形態にかかる草取り手段２０の構成例の説明図が示される。図２において、草取り手段２０は、回転しながら草取りを行う草取り刃（後述する草取り刃２８）が地面との接地側に設けられた回転板２２と、上記回転板２２の面を回動させる姿勢制御装置２４とを含んで構成されている。

【0026】

回転板２２は、モータ２６により回転され、後述する草取り刃２８により出始めの草の芽を土ごと動かして、すなわち草の芽が生えた地面の土を削りつつ処理する。

【0027】

姿勢制御装置２４は、牽引手段１０による牽引方向（矢印Ａ方向）及び牽引方向と直交方向の回転軸により回転板２２を回動可能に取り付けており、回転板２２の面を回動させて回転板２２の姿勢を制御する。なお、この場合、姿勢制御装置２４自体が、これに取り付けられた回転板２２とともに上記二つの回転軸により回動する構成でもよいし、回転板２２のみが回動する構成でもよい。図２では、上記牽引方向の回転軸が左右軸２４ａとして示され、牽引方向と直交方向の回転軸が上下軸２４ｂとして示されている。また、図２の例では、姿勢制御装置２４が、二つの回転板２２のそれぞれに対して設けられている。ここで、回転板２２の姿勢の「制御」とは、姿勢制御装置２４に取り付けられた回転板２２を左右軸２４ａ及び上下軸２４ｂにより能動的に回動させることではなく、畑地等の地面の凹凸、傾斜等に応じて回転板２２が受動的に回動し、回転板２２の草取り刃２８が取り付けられた面が地面と平行に近い状態を維持することをいう。これにより、畑地等の地面の凹凸、傾斜等に追随して、後述する草取り刃２８により地面を削ることができ、削り残しを少なくすることができる。

【0028】

なお、図２に示された例では、左右軸２４ａが牽引方向の回転軸として示され、上下軸２４ｂが牽引方向と直交方向の回転軸として示されているが、回転板２２を回動させる回転軸は、上記左右軸２４ａ及び上下軸２４ｂには限定されない。畑地等の地面の凹凸、傾斜等に応じて回転板２２が受動的に回動し、回転板２２の草取り刃２８が取り付けられた面が地面と平行に近い状態を維持することができれば、二つの回転軸は、任意の異なる二つの方向に設定することができる。

【0029】

上述したように、図２に示される実施形態にかかる草取り装置においては、回転板２２が２個備えられており、それぞれがモータ２６により回転される。この際、一対の回転板２２は、その回転方向が互いに反対方向とされている。図２の例では、回転板２２の回転方向がｒａ、ｒｂで示されている。上記回転方向を互いに反対方向とすることにより、回転板２２に設けられた草取り刃２８が回転板２２の回転により地面を削る際に、地面との間で発生する相互作用（反作用）の方向が、一対の回転板２２でそれぞれ反対方向となるため、２個の回転板２２のそれぞれに生じる地面からの反作用が打ち消し合い、回転板２２及びこれを取り付ける姿勢制御装置２４が、地面からの反作用により不規則な動きをすることを抑制できる。

【0030】

また、上記回転板２２の回転数は６０～７２０ｒｐｍの範囲とするのが好適である。上記回転数の範囲で回転板２２を回転させることにより、より高速回転する場合と比較して少ない動力で駆動できるとともに周囲の資材等の巻き込みを回避でき、安全性を向上できる。また、土埃の発生を防ぐこともできる。なお、実施形態にかかる草取り装置では、畑地等における出始めの草の芽を土ごと処理するものであり、上記回転数の範囲で十分草取りを行うことができる。

【0031】

図３には、草取り刃の形状の説明図が示される。図３において、草取り刃２８は、両端部Ｆｏ、Ｆｉがボルト等の固定具３０、３２により回転板２２の地面との接地側の面に固定されている。

【0032】

草取り刃２８は、細片状金属板により構成されており、細片状金属板を一方の端部Ｆｏで回転板２２に固定具３０により固定した状態で表裏が逆になるように折り返す（１８０度ひねる）ことにより立ち上がりを作り、回転板２２の面と略平行な上面Ｈを介して他方の端部Ｆｉの手前で立ち下がりを作り、他方の端部Ｆｉが回転板２２に固定具３２により固定されている。ここで、上記表裏が逆になるように折り返す（１８０度ひねる）場合、細片状金属板に折り線（折り目の線）を付けて折り返してもよいし、折り線を付けず、ループ状に折り返してもよい。また、上記一方の端部Ｆｏで回転板２２に固定した状態で表裏が逆になるように折り返す際に、回転板２２の面の上方から見た場合（平面図）の折り返し線をＢで示す。この場合、折り返し線Ｂは、折り線を付けて細片状金属板を折り返す場合には、回転板２２の周の内側で、周に最も近接する、あるいは周をはみ出て最も外側に位置する折り線であり、折り線を付けず、ループ状に折り返す場合には、回転板２２の周の内側で、周に最も近接する、あるいは周をはみ出て最も外側に位置する境界線である。以上のように、本実施形態にかかる草取り刃２８は、細片状金属板により構成されているので、強度が高く変形しにくい。この場合、細片状金属板の材料としては、ステンレス鋼、ばね鋼、高張力鋼等を好適に使用することができる。また、細片状金属板の厚さは、０．１ｍｍ～３ｍｍとするのが、草取り刃２８が土を削る抵抗を少なくしながら刃の強度を保つ観点から好適である。

【0033】

図３において、一方の端部Ｆｏ側の立ち上がりの斜面の辺Ｓ１と回転板２２の面に立てた垂線Ｐとのなす角を前進角αという。この場合、固定具３０による草取り刃２８の端部Ｆｏの固定位置が、回転板２２の回転方向（矢印Ｒ方向）に対して上面Ｈより前にずれている（前進している）ので、上記角度αを前進角としている。また、他方の端部Ｆｉ側の立ち下がりの斜面の辺Ｓ２と回転板２２の面に立てた垂線Ｐとのなす角を後退角βという。この場合、固定具３２による草取り刃２８の端部Ｆｉの固定位置が、回転板２２の回転方向（矢印Ｒ方向）に対して上面Ｈより後ろにずれている（後退している）ので、上記角度βを後退角としている。以上述べた前進角αを設定することにより、端部Ｆｏ側の立ち上がりの斜面が、回転板２２の回転方向に対して後退する角度となるので、土を削る際の抵抗を小さくすることができる。上記前進角α及び後退角βの大きさは特に限定されないが、１０～８０度の範囲とすることができる。

【0034】

上記一方の端部Ｆｏ側における草取り刃２８を以上のような形状とすることにより、一方の端部Ｆｏにおいて固定具３０により固定された草取り刃２８の上記折り返し線Ｂを、回転板２２の周からはみ出さない状態でより周に近づけることができ、あるいは上記折り返し線Ｂを回転板２２の周からはみ出すように配置できるとともに、一方の端部Ｆｏ側に上記前進角αを付けやすくなる。

【0035】

また、上記一方の端部Ｆｏ側の立ち上がり及び他方の端部Ｆｉ側の立ち下がりの、回転板２２の面からの高さｈは、２～５ｃｍとするのが好適である。立ち上がり及び立ち下がりの高さｈをこの範囲にすることにより、土を削る深さが深くなりすぎないので土を削る抵抗を小さくできる。また、土を削る際に土が刃に付着しにくく詰まることがないので、効果的に土を排出できる。なお、後述する図４（ａ）に示されるように、上記折り返し線Ｂに直交する半径Ｒｐが存在する場合、すなわち当該半径Ｒｐが回転板２２の周と交わる点における当該周の接線Ｔと折り返し線Ｂとが平行である場合、折り返し線Ｂが回転板２２の回転方向と平行になるので（一方の端部Ｆｏ側の立ち上がりの縁が回転方向に進むので）、土を削る抵抗を小さくすることに寄与できる。

【0036】

図４（ａ）～（ｄ）には、回転板２２への草取り刃２８の取付状態の例が示される。図４（ａ）が、回転板２２に３本の草取り刃２８を取り付けた例であり、図４（ｂ）が、４本取り付けた例であり、図４（ｃ）が、５本取り付けた例であり、図４（ｄ）が、６本取り付けた例である。なお、草取り刃２８は、回転板２２の地面との接地側の面に取り付けられる。

【0037】

図４（ａ）において、草取り刃２８の一方の端部Ｆｏが、円形の板である回転板２２の外周近傍の位置に固定されており、他方の端部Ｆｉが、上記端部Ｆｏより回転板２２の回転中心Ｃに近い位置に固定されている。この際、一方の端部Ｆｏの固定位置から回転板２２の回転中心Ｃに向かう方向Ｄｃに対して、上記一方の端部Ｆｏの固定位置から上記他方の端部Ｆｉの固定位置に向かう方向（一方の端部Ｆｏを固定する固定具３０から他方の端部Ｆｉを固定する固定具３２に向かう方向）Ｄｅの角度（以後、傾斜角度θということがある）が、上記他方の端部Ｆｉを、一方の端部Ｆｏの固定位置と回転板２２の回転中心Ｃとを結ぶ直線から回転板２２の回転方向とは反対方向に離隔させる方向（一方の端部Ｆｏの固定位置を回転の中心として他方の端部Ｆｉを回転移動させる場合に、回転板２２の回転方向Ｒと同じ方向）に２０°～６０°であるのが好適である。上記傾斜角度θが２０°未満の場合は、土を削る抵抗が大きくなって、草取り（出始めの草の芽を土ごと動かすこと）が困難になる。また、上記傾斜角度θが６０°を超えると、草取り刃２８の方向と回転板２２の回転方向（回転板２２の外周の接線方向）との角度差が小さくなり、土を削る量が減少して効率的に土を削ることができなくなる。

【0038】

ここで、上記草取り刃２８の長さ、すなわち一方の端部Ｆｏを固定する固定具３０から他方の端部Ｆｉを固定する固定具３２に引いた直線の長さは、回転板２２の半径の１０％以上であり、上記一方の端部Ｆｏから隣接する草取り刃２８の一方の端部Ｆｏまでの長さ（それぞれの位置で一方の端部Ｆｏを固定する固定具３０の間の距離）以下、とするのが好適である。回転板２２の半径の１０％以上の長さが無いと、土を有効に削ることが困難であり、上記一方の端部Ｆｏから隣接する草取り刃２８の一方の端部Ｆｏまでの長さ以下としないと、隣接する草取り刃２８同士が交差してしまうからである。

【0039】

また、上述した一方の端部Ｆｏが固定される回転板２２の外周近傍の位置とは、外周から回転板２２の半径の７０～１００％以内の距離をいう。

【0040】

図４（ａ）に示された例では、３本の草取り刃２８が、３回回転対称の位置に取り付けられているが、これには限定されず、草取り刃２８の取り付け位置を、草取りを行う畑地等の地面の状況に応じて適宜選択することができる。この際、上記傾斜角度θの大きさも、３本の草取り刃２８毎に変更してもよい。

【0041】

なお、以上の例では、回転板２２が円形の板であるとして説明してきたが、草取り刃２８を回転運動させることができれば、回転板２２の形状は限定されない。例えば、三角形、四角形等の多角形の板、棒状の板を回転中心Ｃから放射状に伸ばした形状等も使用可能である。この場合、回転中心Ｃにおける適宜な半径を有する同心円について、円形の回転板２２における上記説明が妥当する。

【0042】

また、図４（ｂ）の例では、４本の草取り刃２８が４回回転対称の位置に取り付けられており、草取り刃２８の端部Ｆｏ、Ｆｉの固定位置及び傾斜角度θ並びに回転板２２の形状については、上記図４（ａ）の場合と同様である。また、４本の草取り刃２８の取り付け位置も、４回回転対称に限定されるものではなく、草取りを行う畑地等の地面の状況に応じて適宜選択することができる。例えば、１本おきの２本の組み合わせ毎に２回回転対称の位置に取り付けてもよく、４本の草取り刃２８を回転対称ではない位置に取り付けてもよい。この際、上記傾斜角度θの大きさも、４本の草取り刃２８毎に変更してもよい。

【0043】

また、図４（ｃ）の例では、５本の草取り刃２８が５回回転対称の位置に取り付けられており、草取り刃２８の端部Ｆｏ、Ｆｉの固定位置及び傾斜角度θ並びに回転板２２の形状については、上記図４（ａ）の場合と同様である。また、５本の草取り刃２８の取り付け位置も、５回回転対称に限定されるものではなく、草取りを行う畑地等の地面の状況に応じて適宜選択することができる。この際、上記傾斜角度θの大きさも、５本の草取り刃２８毎に変更してもよい。

【0044】

また、図４（ｄ）の例では、６本の草取り刃２８が６回回転対称の位置に取り付けられており、草取り刃２８の端部Ｆｏ、Ｆｉの固定位置及び傾斜角度θ並びに回転板２２の形状については、上記図４（ａ）の場合と同様である。また、６本の草取り刃２８の取り付け位置も、６回回転対称に限定されるものではなく、草取りを行う畑地等の地面の状況に応じて適宜選択することができる。例えば、１本おきの３本の組み合わせ毎に３回回転対称の位置に取り付けてもよく、６本の草取り刃２８を回転対称ではない位置に取り付けてもよい。また、図４（ａ）～（ｃ）と同様に、上記傾斜角度θの大きさを、６本の草取り刃２８毎に変更してもよい。

【0045】

以上に述べたように、実施形態にかかる回転板２２に取り付けられる草取り刃２８の本数は３～６本が好適である。これは、草取り刃２８の本数が２本以下だと、草取り刃２８により地面を削る際に回転板２２の回転が安定せず、７本以上だと、土や草の詰まりが大きく、草取りを行うことが困難であるためである。なお、草取り刃２８の本数は、草取りを行う畑地等の地面の状況に応じて３～６本の範囲で適宜選択する。

【符号の説明】

【0046】

１０ 牽引手段、２０ 草取り手段、２２ 回転板、２４ 姿勢制御装置、２４ａ 左右軸、２４ｂ 上下軸、２６ モータ、２８ 草取り刃、３０、３２ 固定具。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】