田植機

本発明は、田植機に関する。

従来の田植機では、密植を基準に、下死点付近で植付爪先端の軌跡がほぼ鉛直になるように設定していると、疎植状態では、植付爪が圃場から逃げる速度が遅くなるため、植付けられた苗を前に押し倒す現象が生じやすい。逆に疎植を基準に、下死点付近で植付爪先端の軌跡がほぼ鉛直になるように設定していると、密植状態では、植付爪が圃場に入り込んだまま後ずさりするような現象が生じ、苗がばらけたり泥土がえぐられることで浮き苗が発生しやすい。そのため、密植状態を基準にして、植付爪を圃場からより迅速に逃げ移動させるべく疎植の際に、不等速機構を設けて、植付爪を支持するロータリ式植付アーム軸の一回転中の角速度(回転速度)を変化させる方法がある。

特許文献1には、ミッションケース内部に不等速伝動機構を設けて、一回転中の角速度を変化させることで、次のように緩急をつける技術が開示される。すなわち、植付爪が苗載台の下端部を通過する苗取出し行程、及び、植付爪が取出した苗を田面に植え込む植付け行程に速い区間を設けるとともに、苗載台から苗を取出して田面に向けて移動する下降行程、及び、田面から苗載台の下端にまで移動する上昇行程に遅い区間を設けることによって良好な苗取り動作及び植付動作を実現している。

特開2003−102214号公報

不等速伝動機構は回転軸の一回転中での角速度を加減速させるものであるため、回転軸にかかるトルク変動(負荷変動)が大きくなる。回転軸がねじれ、ねじれ解除を繰り返すことにより、駆動系を構成するギアのバックラッシュまたは駆動系製造時に部品間に生じた隙間によるガタや駆動系のねじれに起因した駆動系の回転ムラが発生することで、加減速位相のズレがおき、植付不良につながる。そこで、本発明は、植付アーム軸に生じるトルク変動を打ち消すトルクを与えて、トルク変動を平準化し、位相のズレを改善することで、植付爪の軌跡を適正化し、植付不良を防ぐ田植機を提供する。

課題を解決するための手段は、次の如くである。

請求項1においては、ロータリケースを支持する植付アーム軸に、不等速機構を介して動力を伝達する田植機であって、前記植付アーム軸は、植付チェーンケース内にて動力伝達系統の前段の植付横軸との間に介装されるチェーンを介して駆動され、前記植付チェーンケース内における動力伝達系統の後段に、前記植付アーム軸と平行してオプション駆動軸を軸支し、前記植付アーム軸とオプション駆動軸には、それぞれスプロケットを固設し、前記植付アーム軸側のスプロケットの歯数は、オプション駆動軸側のスプロケットの歯数の二倍とし、前記両スプロケット間には別のチェーンを巻回し、前記不等速機構によって生じるトルク変動を打ち消すトルクを付与するトルク平準化機構は、前記オプション駆動軸に固設されるクランク軸と、前記クランク軸を介してオプション駆動軸にトルクを付与する弾性体を具備し、前記トルク平準化機構により、植付駆動手段に発生するトルク変動とは逆位相のトルク変動を発生させるものである。

本発明によれば、不等速機構によって発生するトルク変動を平準化し、位相のズレを改善することで、植付爪の軌跡を適正化し、植付不良を防ぐことができる。

田植機の側面図である。

植付駆動部のスケルトン図である。

トルク平準化機構の側面図である。

トルク平準化機構によって付与されるトルクの説明図である。

不等速機構により駆動される植付アーム軸に生じるトルク変動及びトルク平準化機構によって付与される平準化トルク、並びにこれらの合成トルクを示す図である。

トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。

トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。

トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。

トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。

トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。

トルク平準化機構の別実施形態を示す図である。

添付の図面を参照して田植機1について説明する。田植機1は、エンジン2の動力により前輪3及び後輪4を駆動させて走行しながら、植付部5により植付作業を行う。エンジン2からの動力はミッションケース6を経て前輪3及び後輪4に、並びに、ミッションケース6及び株間変更装置9を経て植付部5にそれぞれ伝達される。植付部5は、植付センターケース10、植付チェーンケース11、ロータリケース12、植付アーム13、苗載台14、及び、複数のフロート15を具備する。

図2は、植付部5の植付駆動に関する伝動系統図である。エンジン2からの動力がミッションケース6から分岐される植付伝動軸20を介して、植付センターケース10に伝達される。植付センターケース10内でベベルギア21の対によって伝達軸22に伝達される。伝達軸22には、ギア23とスプロケット・チェーン24が固定されており、スプロケット・チェーン24を介して植付チェーンケース11内の植付横軸40に伝達される。他方、ギア23と噛み合うギア25に固定されている伝達軸26に伝達されると、伝達軸26に相対回転可能に支持されている四枚の掻き取り量調節従動ギア27のうちの一枚がスライドキー28によって伝達軸26とともに回転する。そして、掻き取り量調節従動ギア27に対応した一枚の掻き取り量調節主動ギア29が回転し、横送り軸30に伝達される。横送り軸30に伝達されると、スプロケット・チェーン31を介して縦送り軸32に伝達され、苗載台14上の苗マットを下方に向かって縦送りする。

植付横軸40から各植付チェーンケース11内のユニットクラッチ41に伝達される。ユニットクラッチ41の断接に応じて接続状態になった場合は、ユニットクラッチ41に固定されているスプロケット42に伝達される。スプロケット42とロータリケース側のユニットクラッチ43に設けられるスプロケット44にはチェーン45が巻回される。他方、ユニットクラッチ41が切断状態になった場合は、スプロケット42に伝達されない。ユニットクラッチ41は安全クラッチであり、通常時は接続状態が維持される。そして、ユニットクラッチ43の断接に応じて接続状態となった場合は、スプロケット44及びチェーン45を介して植付アーム軸46に伝達される。他方、ユニットクラッチ43が切断状態になった場合は、植付アーム軸46には伝達されない。

植付アーム軸46は、植付チェーンケース11の左右に設けられるロータリケース12内に延出され、ロータリケース12に固定される。ロータリケース12が回転することで、植付チェーンケース11に固定されたサンギア50から中間ギア51を介して遊星ギア52に伝達される。そして、遊星ギア52に固定された植付アーム13にロータアーム軸53を介して伝達され、ロータリケース12とともに植付爪54が回転することで苗載台14から苗を取り、植え付けることができる。

[不等速機構] ミッションケース6から株間変更装置9を介して植付センターケース10に動力が伝達される。株間変更装置9の内部には不等速機構が含まれ、当該株間変更装置9に設けられた不等速機構の不等速での回転運動が植付アーム軸46に伝達される。すなわち、植付爪54が苗載台14から苗を取る時、及び、苗の植付後に植付爪54を圃場から素早く引き抜くとともに植付爪54に残る苗を振り落とす時にロータリケース12の回転駆動を速くするとともに、圃場へ苗を植え付ける前、及び、植付爪54を苗載台14に差し込む時にロータリケース12の回転速度を緩めている。

このように、不等速機構を介して植付アーム軸46に動力が伝達され、周期的な加減速を伴って回転駆動される。これにより、植付アーム軸46に不等速運動に起因するトルク変動が発生する。具体的には、各植付爪54の苗取時と植付時を基準にそれぞれ加減速しているので、不等速運動に起因するトルク変動は、ロータリケース12が一回転する間に二回のピークを有する周期的な変動となる。なお、密植時等、株間変更装置9にて設定される株間数によっては、等速で動力が伝達される場合もあり、常に不等速で動力が伝達されるとは限らない。

また、植付爪54は側面視で斜めにした姿勢で苗載台14から苗を掻き取り、次いで、植付爪54は鉛直に近い姿勢になって圃場に向かい、下降しきってから上昇に転じる必要があるため、ロータリケース12内のサンギア50、中間ギア51及び遊星ギア52は非円形で偏心している。そのうえで、植付アーム軸46と同様の理由から、植付アーム13を支持しているロータアーム軸53もロータリケース12に対して不等速機構により不等速で回転させている。

[トルク平準化機構] 図2及び図3に示すように、トルク平準化機構60が植付アーム軸46に設けられる。トルク平準化機構60は、植付アーム軸46に固定されるスプロケット61、除草剤散布機や箱施用剤散布機などのオプションを駆動するオプション駆動軸62に固定されるスプロケット63、スプロケット61とスプロケット63に巻回され、これらを連動駆動するチェーン64、スプロケット63の回転中心であるオプション駆動軸62から植付チェーンケース11の外側に延出されて設けられるクランク軸65、及び、クランク軸65に接続されるコイルバネ66を具備する。スプロケット61の歯数はスプロケット63の二倍であり、オプション駆動軸62の回転数は植付アーム軸46の回転数の二倍であり、植付アーム軸46から増速されて伝達される。

クランク軸65にコイルバネ66の一端を固定するボス67aを設ける。コイルバネ66は、その一端をクランク軸65に設けたボス67aに固定し、他端は植付チェーンケース11の外側に設けたボス67bに固定する。また、コイルバネ66には常に収縮する方向に力が作用するようにボス67bの位置が決定される。

上記のトルク平準化機構60において、植付アーム軸46の回転に伴ってスプロケット61が回転し、チェーン64を介して、スプロケット63がオプション駆動軸62回りに回転する。スプロケット63の回転に伴ってクランク軸65がスプロケット63の回転中心から偏心した位置で回転し、コイルバネ66の長さが変わることによりコイルバネ66に弾性力が発生する。コイルバネ66に発生した弾性力は、クランク軸65を介してスプロケット63に伝達される。そして、チェーン64を介してスプロケット61に伝達され、さらに、植付アーム軸46にトルクとして付与される。

なお、植付アーム軸46からクランク軸65への動力伝達は、クランク軸65側の回転数が植付アーム軸46の回転数の二倍となるものであれば良く、スプロケット・チェーンの代わりにギアを用いたものでもよい。また、スプロケット・チェーンを介して植付アーム軸46に連動回転するオプション駆動軸62の回転に連動してトルクを発生させる機構は、クランク軸65及びコイルバネ66によるクランク・バネ機構に限らず、オプション駆動軸62と共に回転するカム及び当該カムに弾性力を付与する板バネによって構成されるカム・バネ機構も採用できる。

図3及び図4を用いてトルク平準化機構60によって付与するトルクについて詳述する。なお、図示において、植付アーム軸46は反時計回りに回転する。これにより、スプロケット61は反時計回りに、スプロケット63も反時計回りにそれぞれ回転する。

図4(a)に示すように、クランク軸65が下側、つまりコイルバネ66による収縮力がスプロケット63の回転方向と同一方向となる側に位置する場合は、コイルバネ66の弾性力がスプロケット63回転方向と同一方向へのトルクが発生する。そして、クランク軸65を介してスプロケット63に生じるトルクはそのままスプロケット61を介して植付アーム軸46に伝達される。このとき植付アーム軸46には加速側へのトルクが付与される。

図4(b)に示すように、クランク軸65が上側、つまりコイルバネ66による収縮力がスプロケット63の回転方向と反対方向となる側に位置する場合は、コイルバネ66の弾性力がスプロケット63回転方向と反対方向へのトルクが発生する。そして、クランク軸65を介してスプロケット63に生じるトルクはそのままスプロケット61を介して植付アーム軸46に伝達される。このとき植付アーム軸46には減速側へのトルクが付与される。

また、クランク軸65がスプロケット63周りに回転運動することにより、コイルバネ66の伸縮に伴ってクランク軸65に生じる弾性力は、周期的なトルクとして植付アーム軸46に伝達される。具体的には、コイルバネ66の固定端であるボス67bとクランク軸65の先端の位置及び角度、つまり、クランク軸65のスプロケット63に対する位置及び角度に応じて正弦曲線に近いカーブを描くように変動するトルクが発生する。

図5に示すように、トルク平準化機構60によって生じるトルクの周期を、不等速機構によって植付アーム軸46に生じるトルク変動の周期に合わせて、不等速機構によって生じるトルク変動を打ち消す方向に(図示においては逆位相となるように)トルク平準化機構60によるトルクを発生させる。このとき、クランク軸65が固定されるスプロケット63は、植付アーム軸46の回転数の二倍で回転するため、トルク平準化機構60には植付アーム軸46が一回転する間に二周期分のトルクが生じる。つまり、トルク平準化機構60は、不等速機構を介したロータリケース12の一回転の間に発生する二回のピークを有する周期的なトルク変動を打ち消して平準化するトルクを発生させることができる。このように、トルク平準化機構60の周期を、不等速機構によるトルク変動の周期に合わせることで、トルクを合成して不等速機構に起因するトルク変動を抑えている。

なお、本実施形態では、不等速機構によって生じるトルク変動に対して、逆位相の平準化トルクを付与しているが、当該トルク変動を効果的に抑制するものであれば、完全に逆の位相の平準化トルクでなくても良い。例えば、トルク変動に対して30°、45°など適宜遅角させた平準化トルクを付与することでトルク変動を打ち消すことも可能である。この場合、トルク発生機構(本実施形態ではクランク軸65及びコイルバネ66)のタイミングを変更することで適宜設定可能である。

以上のように、トルク平準化機構60は、不等速機構によって生じるトルク変動の周期と同じ周期(ロータリケース12一回転で二周期)を有する滑らかなトルクを付与することで、トルク変動を平準化して、植付アーム軸46の位相のズレを改善することが可能である。その結果、植付アーム軸46が、ねじれたり、ガタついたりすることなく円滑に不等速回転でき、高速回転時の植付爪54の軌跡を安定させ、植付不良を防ぐことができる。

トルク平準化機構60は、チェーン若しくはギアの仕組みを介して植付アーム軸46に直接的に取り付けられるため、トルク変動の発生元であるロータリケース12に近い位置に置くことができる。そのため、逆位相のトルク変動を効果的に与えることができ、トルク変動を平準化する効果が大きくなる。また、植付アーム軸46から一軸(オプション駆動軸62)離れた位置にトルク平準化機構60を配置しているが、トルクを付加する軸は、除草剤散布機や箱施用剤散布機などのオプション駆動軸であるので、部品点数の増加も少なく植付チェーンケース11内でのスペースを容易に確保でき、無理なく搭載できる。

トルク平準化機構60は、植付アーム軸46が設けられる植付ユニット毎に設けられている。つまり、平準化トルクがロータリケース12の加減速により発生するトルク変動とユニット内で打ち消しあうことにより、伝動系上流までトルク変動がさかのぼることがないので、植付爪54のシャクリを抑えることができる。

[別実施形態] 図6から図11は、トルク平準化機構60の別実施形態を示す。図6に示す実施形態では、トルク平準化機構60が植付横軸40に設けられる。トルク平準化機構60は、上流側のスプロケット42の回転中心である植付横軸40に設けられるクランク軸65、及び、クランク軸65に接続されるコイルバネ66を具備する。

ここで、上述同様に、植付横軸40の回転に伴ってスプロケット42が回転し、チェーン45を介して、スプロケット44が植付アーム軸46回りに回転する。スプロケット42の回転に伴ってクランク軸65がスプロケット42の回転中心から偏心した位置で回転し、コイルバネ66の長さが変わることによりコイルバネ66に弾性力が発生する。コイルバネ66に発生した弾性力は、クランク軸65を介してスプロケット42からスプロケット44にチェーン45を介して伝達され、さらに、植付アーム軸46に平準化トルクとして付与される。

また、同様にクランク軸65が固定されるスプロケット42は、植付アーム軸46の回転数の二倍で回転するため、トルク平準化機構60には植付アーム軸46が一回転する間に二周期分のトルクが生じる。つまり、トルク平準化機構60は、不等速機構を介したロータリケース12の一回転の間に発生する二回のピークを有する周期的なトルク変動を打ち消して平準化するトルクを発生させることができる。このように、トルク平準化機構60の周期を、不等速機構によるトルク変動の周期に合わせることで、トルクを合成して不等速機構に起因するトルク変動を抑えている。

弾性体であるコイルバネ66の弾性力を用いて、駆動系を構成するギアのバックラッシュまたは駆動系製造時に部品間に生じた隙間によるガタに起因した駆動系の回転ムラ発生を抑えている。その結果、植付アーム軸46が、ねじれたり、ガタつくことなく円滑に不等速回転でき、高速時の植付爪54の軌跡を安定化させ、植付不良を防ぐことができる。こうして、上述のトルク平準化機構60の効果と同様のものが得られる。さらに、植付チェーンケース11内の植付横軸40にトルク平準化機構60を設けることで、全長が伸びることなくコンパクトにすることができ、追加部品もクランク・バネ機構のみであるため、スペース的にもコスト的に有利である。

図7に示す実施形態では、トルク平準化機構60は、一対の植付アーム13を支持しているロータアーム軸53間に固定されている連結プレート70に設けられる。トルク平準化機構60は、連結プレート70の回転中心に設けられ、連結プレート70とともに回転するカム67、及び、カム67と当接し、かつ、カム67を挟むように配置される対の板バネ69を具備する。カム67には、一周期で二回の径変化を有するカム面が形成されている。

植付アーム13とともに連結プレート70が回転することで、カム67が連結プレート70とともに回転し、板バネ68を伸縮させることにより板バネ68に弾性力が発生する。その弾性力は、連結プレート70を介してロータアーム軸53に伝達される。そしてサンギア50、中間ギア51、遊星ギア52を介して植付アーム軸46にトルクとして付与される。

図8に示す実施形態では、トルク平準化機構60は、植付アーム軸46に固定されている下流側のスプロケット44に設けられる。トルク平準化機構60は、植付横軸40に固定されているスプロケット42、植付アーム軸46に固定されているスプロケット44、スプロケット42・37を連動するチェーン45、スプロケット44に固定され、二周期のカム面を有するカム80、及び、カム80と当接可能であり、その回転によって伸縮する二枚の板バネ81を具備する。この場合のスプロケット42の歯数は、スプロケット44の歯数と同じである。

カム80が回転し、板バネ81を伸ばす方向に押すことで、板バネ81の元に戻ろうとする弾性力が回転方向とは逆向きのトルクが植付アーム軸46に減速側へのトルクとして付与される。そして、板バネ81を元に戻す方向にカム80が回転することで、板バネ81の元に戻ろうとする弾性力が回転方向と同一の方向のトルクが植付アーム軸46に加速側へのトルクとして付与される。

つまり、トルク平準化機構60によって付与される平準化トルクは、植付アーム軸46が一回転する間に二回のピークを有する周期的な変動となる。このとき、カム80が固定されるスプロケット44は、植付アーム軸46と同じ回転数で回転するため、トルク平準化機構60は、不等速機構によるロータリケース12の一回転の間に発生する二回のピークを有する周期的なトルク変動を打ち消して平準化するトルクを発生させることができる。

図9に示す実施形態では、トルク平準化機構60は、植付横軸40と植付アーム軸46を連動させるチェーン45に設けられる。トルク平準化機構60は、植付横軸40に固定されているスプロケット42、植付アーム軸46に固定されているスプロケット44、スプロケットを連動するチェーン45、チェーン45の長さを変動させることでテンションを調節する板バネ90、及び、二周期のカム面を有するカム91を具備する。このカム91は、電動モータ等によりスプロケット・チェーン機構の回転に応じて回転駆動される。カム91が回転し、板バネ90を伸ばす方向に押すことで、チェーン45のテンションが増加し、スプロケット・チェーンに減速側へのトルクとして付与される。そして、板バネ90を元に戻す方向にカム91が回転することで、チェーン45のテンションが低減し、スプロケット・チェーンに加速側へのトルクとして付与される。

カム91の回転速度を調節することで、トルク平準化機構60によって付与される平準化トルクは、植付アーム軸46が一回転する間に二回のピークを有する周期的な変動とすることができる。このため、不等速機構によるロータリケース12の一回転の間に発生する二回のピークを有する周期的なトルク変動を打ち消して平準化するトルクを発生させることができる。

図10に示す実施形態では、トルク平準化機構60は、ロータリケース12に設けられる二つのロータアーム軸33間を連結する連結プレート70に設けられる。

図10(a)に示すように、連結プレート70から外方側に向けて突出して設けられる二本のピン71は、ロータリケース12の回転中心となる植付アーム軸46を挟んで対称位置に設けられる。この二本のピン71を外周側から覆うリング72は、ピン71間の長さを内周の一辺とする正方形状に形成される。リング72のピン71と当接する側と反対側の辺の中央にはコイルバネ73が固定される。図10(b)に示すように、ロータリケース12の回転に応じてピン71も植付アーム軸46回りに回転し、リング72の内周を押し下げる。これにより、コイルバネ73が伸長し、弾性力が生じる。このように発生したコイルバネ73の弾性力は、連結プレート70及びロータリケース12を介して植付アーム軸46にトルクとして伝達される。ロータリケース12が一回転する際に、ピン71とリング72との位置関係は、コイルバネ73を伸ばす、縮める、伸ばす、縮める、の二周期で変化する。つまり、植付アーム軸46に生じるトルク変動と同周期の平準化トルクを付与することが可能である。

より好ましい実施形態としては、ピン71をフランジ形状にすることで、リング72との接触面積を大きくしたり、ピン71にローラーを取り付けてリング72の内周面との抵抗を低減したりすることも可能である。若しくは、リング72を三角形状に形成することも可能である。三角形状とすることでコイルバネ73を安定して固定することができる。

図11に示す実施形態では、トルク平準化機構60は、植付横軸40に固定されるタイミングカム100、タイミングカム100によって設定されるタイミングで作動するソレノイド101、及び、ソレノイド101と接続され、作動電流を流すことによりソレノイド101を作動するマイクロスイッチ82を具備する。

図11(a)に示すように、タイミングカム100は、径方向に延びる段差面100aを有し、段差面100aを挟んで大径部と小径部が周方向に隣接して形成される。ソレノイド101は、マイクロスイッチ102の上方に配置され、基端部が回動可能に支持されている。マイクロスイッチ102のスイッチ部分は上部、つまりソレノイド101の下方に配置される。ソレノイド101のプランジャ101aは、タイミングカム100のカム面に沿うように配置される。図11(b)に示すように、ソレノイド101のプランジャ101aが段差面100aを過ぎると、大径部から小径部に落ちる。これにより、ソレノイド101が回動し、マイクロスイッチ102のスイッチ部に接触し、マイクロスイッチ102からソレノイド101に作動電流が流される。そして、ソレノイド101のプランジャ101aが段差面100aを押圧する。このようにして、タイミングカム100を介して植付横軸40にインパルストルクが付与される。

タイミングカム100によるタイミングは、不等速機構によって生じるトルク変動における最大のトルクが発生するタイミングに設定される。これにより、最大のトルクを打ち消すようにインパルストルクを発生させている。以上のように、平準化トルクをインパルストルクとして付与することで、作用時間が短時間になるため、タイミングのズレが生じにくい。また、インパルストルクで回転をアシストするため、回転負荷へのブレーキとならない。さらに、トルク付与にかかる駆動力がロータリケース12の回転駆動力から独立しているため、影響を受けることがない。なお、植付横軸40ではなく、植付アーム軸46に設ける場合は、タイミングカム1080に180°の位相差を有する段差面100aを設けることで、植付アーム軸46に生じるトルク変動の周期に合わせた平準化トルクを付与することが可能である。

1:田植機、5:植付部、9:株間変更装置(不等速機構)、10:植付センターケース、11:植付チェーンケース、12:ロータリケース、13:植付アーム、40:植付横軸、41:ユニットクラッチ、42:スプロケット、43:ユニットクラッチ、44:スプロケット、45:チェーン、46:植付アーム軸、60:トルク平準化機構、61:スプロケット、62:オプション駆動軸、63:スプロケット、64:チェーン、65:クランク軸、66:コイルバネ