(57)【要約】【課題】農作業者の目視によらず、作業爪の摩耗の度合いを評価することができる作業爪を提供すること。【解決手段】作業爪は、農作業機に設けられた保持部材によって保持され、センサを備える作業爪であって、前記センサは、前記保持部材と前記作業爪との間に設けられている。又は、作業爪は、農作業機に取り付けられる作業爪であって、前記作業爪にかかる荷重によって発生する前記作業爪の歪みが、他の部分よりも大きい箇所にセンサを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
農作業機に設けられた保持部材によって保持され、センサを備える作業爪であって、
前記センサは、前記保持部材と前記作業爪との間に設けられた作業爪。
【請求項２】
前記保持部材は、前記作業爪を回動させる爪軸に設けられ、前記作業爪を挿入可能なホルダを含み、
前記センサは、前記ホルダの内壁と前記作業爪との間に設けられている、請求項１に記載の作業爪。
【請求項３】
前記保持部材は、前記作業爪を回動させる爪軸に設けられ、前記作業爪を取付け可能なフランジを含み、
前記センサは、前記フランジと前記作業爪との間に設けられている、請求項１に記載の作業爪。
【請求項４】
前記フランジは、
前記作業爪を取り付ける取付け部と、
前記取付け部から、前記取付け部に対して前記作業爪が設けられる側に突出する突出部と、
を有し、
前記センサは、前記突出部と前記作業爪との間に設けられている、請求項３に記載の作業爪。
【請求項５】
前記保持部材は、前記作業爪を回動させる爪軸に対して前記作業爪を固定する、脱着可能な固定部材を含み、
前記センサは、前記固定部材と前記作業爪との間に設けられている、請求項１乃至４のいずれか一に記載の作業爪。
【請求項６】
前記センサは、第１センサ及び第２センサを含み、
前記第１センサは、前記爪軸を中心とする回転方向において、前記保持部材と前記作業爪との間に設けられ、
前記第２センサは、前記作業爪を回動させる爪軸の長手方向において、前記保持部材と前記作業爪との間に設けられている、請求項１乃至５のいずれか一に記載の作業爪。
【請求項７】
農作業機に取り付けられる作業爪であって、
前記作業爪にかかる荷重によって発生する前記作業爪の歪みが、他の部分よりも大きい箇所にセンサを備える作業爪。
【請求項８】
前記作業爪は、前記農作業機に設けられた保持部材の第１支点及び第２支点によって支持され、
前記第１支点は、前記第２支点よりも前記作業爪の先端側に位置し、
前記センサは、前記第１支点よりも前記作業爪の先端側に設けられている、請求項７に記載の作業爪。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は作業爪に関する。
【背景技術】
【０００２】
農作業機用の作業爪として、ロータリー作業機に装着される耕耘爪や代かき機に装着される代かき爪などがある。これらの作業爪は、耕耘作業又は代かき作業の際に圃場と接触し、徐々に摩耗が進行する。作業爪の摩耗が進行するに伴い、作業爪の放擲能力、反転能力、又は攪拌能力が低下し、最終的には耕耘性能又は代かき性能が低下して、適切な作業が行えない状態となる。そのため、農作業者は、定期的に作業爪の摩耗の度合いを確認し、ある程度まで摩耗が進行したら速やかに交換することで対応している。
【０００３】
このような作業爪の交換時期を判断するために、例えば特許文献１には、作業爪の交換の目安となる摩耗後のラインに沿う位置に、両面から視認できるリブを設ける技術が記載されている。
【０００４】
また、農作業者は、農作業機による作業中に、目視又は作業爪が圃場に作用する音や振動などの情報に基づいて、耕深などの作業状態を推定していたが、この推定は農作業者の経験や勘に基づくものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第３１９８０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術の場合、結局、作業爪の摩耗の度合いは農作業者が目視で確認しなければならず、確認を忘れてしまったり、面倒で確認を怠ったりした場合には、作業爪の交換時期を逸してしまう可能性があるという問題があった。
【０００７】
また、例えばロータリー作業機や代かき機で耕耘作業を行う際に、耕耘爪に土や泥が付着する場合がある。そのような場合、特許文献１に記載された技術では、土や泥の影響でリブが視認できず、摩耗の度合いを判断することができない場合があるという問題があった。
【０００８】
また、農作業機による作業中の作業状態は、農作業者の経験や勘に頼らざるを得ず、農作業者に依存しない定量的な評価をすることは困難であった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、農作業者の目視によらず、作業爪の摩耗の度合いを評価することができる作業爪を提供することを課題とする。又は、農作業者の経験や勘に頼ることなく、圃場に対する作業状態を評価することができる作業爪を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態における作業爪（作業爪２００）は、農作業機に設けられた保持部材（ホルダ１９０、フランジ６００Ａ、又は固定部材５００）によって保持され、センサ（第１センサ３００又は第２センサ４００）を備える作業爪であって、前記センサは、前記保持部材と前記作業爪との間に設けられている。
【００１１】
前記保持部材は、前記作業爪を回動させる爪軸（爪軸１８０）に設けられ、前記作業爪を挿入可能なホルダ（ホルダ１９０）を含み、前記センサは、前記ホルダの内壁と前記作業爪との間に設けられていてもよい。
【００１２】
前記保持部材は、前記作業爪を回動させる爪軸（爪軸１８０Ａ）に設けられ、前記作業爪を取付け可能なフランジ（フランジ６００Ａ）を含み、前記センサは、前記フランジと前記作業爪との間に設けられていてもよい。
【００１３】
前記フランジは、前記作業爪を取り付ける取付け部（取付け部６１０Ａ）と、前記取付け部から、前記取付け部に対して前記作業爪が設けられる側に突出する突出部（突出部６２０Ａ）と、を有し、前記センサは、前記突出部と前記作業爪との間に設けられていてもよい。
【００１４】
前記保持部材は、前記作業爪を回動させる爪軸に対して前記作業爪を固定する、脱着可能な固定部材を含み、前記センサは、前記固定部材と前記作業爪との間に設けられていてもよい。
【００１５】
前記センサは、第１センサ及び第２センサを含み、前記第１センサは、前記爪軸を中心とする回転方向において、前記保持部材と前記作業爪との間に設けられ、前記第２センサは、前記作業爪を回動させる爪軸の長手方向において、前記保持部材と前記作業爪との間に設けられていてもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態における作業爪は、農作業機に取り付けられる作業爪であって、前記作業爪にかかる荷重によって発生する前記作業爪の歪みが、他の部分よりも大きい箇所にセンサを備える。
【００１７】
前記作業爪は、前記農作業機に設けられた保持部材（ホルダ１９０Ｂ及び固定部材５００Ｂ）の第１支点（開口端部１９５Ｂ）及び第２支点（固定部材５００Ｂのうち作業爪２００Ｂを支持する箇所）によって支持され、前記第１支点は、前記第２支点よりも前記作業爪の先端側に位置し、前記センサは、前記第１支点よりも前記作業爪の先端側に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、農作業者の目視によらず、作業爪の摩耗の度合いを評価することができる。又は、農作業者の経験や勘に頼ることなく、圃場に対する作業状態を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る農作業機の構成を背面側から示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る農作業機の構成を側方から示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る作業爪及びホルダを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る作業爪及びフランジを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る作業爪及びホルダを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るホルダタイプの作業爪において、作業爪に係る荷重によって発生する作業爪の歪みを計算したシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る作業爪及びフランジを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る作業爪及びフランジを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るフランジタイプの作業爪において、作業爪に係る荷重によって発生する作業爪の歪みを計算したシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るホルダタイプの作業爪において、爪の摩耗を検知する方法を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るホルダタイプの作業爪を用いて、作業時に作業爪に発生する歪みを測定した実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の作業爪、及び作業爪が装着された作業機の実施形態について説明する。但し、本発明の作業爪、及び作業爪が装着された作業機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又は同一の符号の後にアルファベットを付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
本願の明細書及び特許請求の範囲において、「上」は圃場から垂直に遠ざかる方向を示し、「下」は圃場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。また、作業爪単体の説明においては、図示した状態における上下左右方向を用いて説明する。
【００２２】
以下の実施形態では、作業爪として耕耘機に装着される耕耘爪について例示するが、この構成に限定されない。例えば、以下の実施形態に示す作業爪は、耕耘機以外に、代かき機、砕土機、畦塗り機などに用いられる作業爪であってもよい。また、以下の実施形態では、作業爪として、爪軸に取り付けられたホルダ又はフランジに装着される作業爪について例示するが、この構成に限定されない。例えば、以下の実施形態に示す作業爪は、これら以外の態様で爪軸に装着される作業爪であってもよい。また、特に技術的な矛盾が生じない限り、異なる実施形態間の技術を組み合わせることができる。
【００２３】
〈第１実施形態〉
［農作業機１００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の構成を側方から示す側面図である。具体的には、図２は、農作業機１００のエプロン１３０（整地体とも呼ばれる）を通常位置に下降させた状態を図１の左側方から示している。
【００２４】
図１及び図２に示すように、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（図２にのみ図示）、エプロン１３０、サイドプレート１４０（図１にのみ図示）、耕耘ロータ１５０、制御装置１７０等を含む。
【００２５】
図２に示すように、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、その内部には図１のチェーンケース１０５に通じる動力伝達軸（図示せず）が設けられている。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の爪軸１８０に動力が伝達される。
【００２６】
耕耘ロータ１５０は、農作業機１００の幅方向に延びる爪軸１８０と、この爪軸１８０に取り付けられたホルダ１９０と、ホルダ１９０に装着された複数の作業爪２００とで構成される。つまり、本実施形態における農作業機１００は、ホルダタイプの作業機である。図１に示すように、農作業機１００の背面側から見た場合、複数の作業爪２００は、左方向に湾曲した作業爪２００Ｌと、右方向に湾曲した作業爪２００Ｒとで構成され、爪軸１８０の軸方向に間隔をおいて取り付けられる。なお、本実施形態では、作業爪２００Ｌ及び作業爪２００Ｒは爪軸１８０の軸方向に一定間隔で取り付けられている。以下の説明において、作業爪２００Ｌ及び作業爪２００Ｒを特に区別しない場合、単に作業爪２００という。
【００２７】
本実施形態では、爪軸１８０の軸方向において略同じ位置に、１つの爪軸１８０に対して複数のホルダ１９０及び作業爪２００が取付けられる。なお、図２に示すように、爪軸１８０の軸方向において略同じ位置に、４つのホルダ１９０が取り付けられており、これらのホルダ１９０には、２本の作業爪２００Ｌ及び２本の作業爪２００Ｒが装着されている。ただし、装着される作業爪の種類や本数はこの構成に限定されない。
【００２８】
図１に示すように、農作業機１００を背面側から見た場合、互いに向かい合って配置されている作業爪２００Ｒ、作業爪２００Ｌは、互いの爪先がオーバーラップしている。したがって、個々の作業爪２００Ｌ、作業爪２００Ｒが土を掘り起こす領域の幅は、隣接する作業爪２００Ｌ、作業爪２００Ｒ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Ｗで示す方向に回転する。
【００２９】
図２に示すように、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。図１に示すように、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。
【００３０】
図２に示すように、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に接続されている。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。
【００３１】
図１に示すように、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。
【００３２】
制御装置１７０は、図示しない中央演算処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置（メモリ）及び通信装置を含み、農作業機１００の外部から受信した信号（例えば、リモコン信号）を処理したり、逆に、農作業機１００又は作業爪２００で生成された信号（例えば、センサによって取得されたデータ等）を外部に送信したり、作業爪２００で生成された上記信号を解析したりする機能を有する。記憶装置は、各種データ及び各種プログラムを記憶している。中央演算処理装置は、記憶装置からプログラムを読み出して実行することにより、農作業機１００が備えるアクチュエータ等の駆動部の動作を制御したり、作業爪２００で生成された上記信号を解析したりする。
【００３３】
通信装置は、有線通信又は無線通信を行うための装置である。例えば、無線通信の場合は、例えば、近距離無線通信を可能とするモジュールやＷｉＦｉ等の通信規格に従う無線通信を可能とするモジュールを搭載していてもよい。つまり、制御装置１７０が備える通信装置は、ネットワーク上に接続されるサーバやユーザ端末等の通信端末や走行機体に搭載されるタブレットＰＣ等の通信端末との間の通信を制御する機能を有していてもよい。
【００３４】
［作業爪２００の構成］
図３は、本発明の一実施形態に係る作業爪及びホルダを示す図である。図３の（Ａ）は、図２と同じ方向から作業爪２００を見た図である。図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）においてＤ２の方向に（つまり、図３の（Ａ）において、作業爪２００の右側から）作業爪２００を見た図である。なお、図３の（Ｂ）において、作業爪２００の一部は省略されている。図３に示す作業爪２００は、図２に示す作業爪２００Ｌを拡大した図である。なお、本実施形態に示す作業爪２００Ｌの形状は一例に過ぎず、この形状に限定されない。また、作業爪２００Ｒ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、以下に説明する作業爪２００Ｌと同様の特徴を有する。以下の説明において、作業爪２００Ｌを単に作業爪２００という。なお、以下の説明において、爪軸１８０を中心とする回転方向をラジアル方向Ｒといい、爪軸１８０の長手方向をスラスト方向Ｔという。
【００３５】
図３に示すように、ホルダ１９０は爪軸１８０の外周に設けられている。ホルダ１９０には、凹部１９１が設けられており、その凹部１９１に作業爪２００が挿入されている。ホルダ１９０及び作業爪２００には、スラスト方向Ｔにそれぞれを貫通する貫通孔が設けられている。これらの貫通孔が位置合わせされた状態で、これらの貫通孔にボルトなどの固定部材５００を貫通させることで、作業爪２００がホルダ１９０に固定される。換言すると、固定部材５００は、爪軸１８０に対して作業爪２００を固定する、脱着可能な部材である。なお、図３の（Ｂ）に示すように、ホルダ１９０には、凹部１９１につながる開口１９３が設けられている。固定部材５００は、開口１９３の内部で作業爪２００に接し、作業爪２００を凹部１９１の開口１９３が設けられた側とは逆側の内壁に押しつけるようにして、作業爪２００を固定する。なお、図３の（Ｂ）では、説明の便宜上、後述する第２センサ４００の他の、部材に対する相対的な厚さを実際よりも厚く図示している。そのため、固定部材５００より上方の湾曲内側面２０１側において、作業爪２００とホルダ１９０の内壁との間に間隙があるように示されているが、実際には上記のような間隙はほとんどない。ホルダ１９０の凹部１９１の内壁を単にホルダ１９０の内壁という場合がある。
【００３６】
図３の（Ａ）に示すように、作業爪２００は、取付け基部２１０、縦刃部２２０、及び横刃部２３０を有する。取付け基部２１０はＤ１方向に直線状に延びている。取付け基部２１０には、作業爪２００を貫通する貫通孔２１５が設けられている。上記のように、この貫通孔２１５に固定部材５００が貫通している。縦刃部２２０及び横刃部２３０は、取付け基部２１０から連続してＤ１方向及びＤ２方向に延びながらＤ２方向及びＤ３方向（紙面の奥側から手前側に向かう方向）に湾曲している。なお、横刃部２３０は、Ｄ３方向に略一定の曲率半径で湾曲している。ただし、横刃部２３０のＤ３方向への曲率は一定の曲率半径でなくてもよい。
【００３７】
横刃部２３０のＤ２方向の先端領域が頭頂部２４０である。頭頂部２４０は、後述する刃縁部２５０から峰縁部２６０まで延びている。縦刃部２２０及び横刃部２３０の下方の端部が刃縁部２５０である。縦刃部２２０及び横刃部２３０の下方には刃面２７０が設けられている。刃面２７０は、縦刃部２２０及び横刃部２３０の下端（つまり、刃縁部２５０）に向かって徐々に作業爪２００の厚さが小さくなる形状を有している。縦刃部２２０及び横刃部２３０の上方の端部、つまり刃縁部２５０の反対側が峰縁部２６０である。峰縁部２６０は、作業爪２００の２つの主面（湾曲内側面２０１及び湾曲外側面２０３）の間の側面に該当する部分であり、刃縁部２５０とは異なり、作業爪２００の厚さが略等間隔の形状を有している。なお、図３の（Ａ）では、横刃部２３０がＤ３方向に湾曲しているため、横刃部２３０の先端付近の頭頂部２４０が見えている。湾曲内側面２０１側は横刃部２３０の湾曲形状の内側（つまり、紙面の手前側）の面であり、湾曲外側面２０３は外側（つまり、紙面の奥側）の面である。
【００３８】
作業爪２００には第１センサ３００及び第２センサ４００が設けられている。図３の（Ａ）に示すように、第１センサ３００は、ラジアル方向Ｒにおいて、ホルダ１９０の内壁と作業爪２００との間に設けられている。本実施形態では、第１センサ３００は、ホルダ１９０の内壁及び作業爪２００の各々と接している。図３の（Ｂ）に示すように、第２センサ４００は、スラスト方向Ｔにおいて、ホルダ１９０の内壁と作業爪２００との間に設けられている。本実施形態では、第２センサ４００は、ホルダ１９０の内壁及び作業爪２００の各々と接している。上記のように、第１センサ３００及び第２センサ４００は、それぞれホルダ１９０の内壁と作業爪２００との間に設けられている。
【００３９】
ここで、ホルダ１９０及び固定部材５００を「保持部材」という場合がある。当該保持部材は農作業機１００に設けられた部材であり、作業爪２００を保持する部材である。上記の構成を換言すると、センサは当該保持部材と作業爪２００との間に設けられている。なお、農作業機１００がフランジタイプの場合、保持部材は上記のホルダ１９０に代えてフランジを含む。
【００４０】
第１センサ３００及び第２センサ４００として、センサにかかる圧力を検知することができる圧力センサを用いることができる。圧力センサは、センサにかかる圧力に基づく出力値を出力する。例えば、圧力センサとして、圧力センサに相対的に大きな圧力がかかったときは、相対的に出力値の変化量が大きく、圧力センサに相対的に小さな圧力がかかったときは、相対的に出力値の変化量が小さい、という特徴を有するセンサを用いることができる。つまり、第１センサ３００は、作業爪２００がラジアル方向Ｒに受ける荷重の大きさを測定することができる。第２センサ４００は、作業爪２００がスラスト方向Ｔに受ける荷重の大きさを測定することができる。第１センサ３００及び第２センサ４００として圧力センサが用いられる場合、作業爪２００の荷重が変化したときに、その変化量を測定できればよいので、作業爪２００に荷重がかかっていない、又はその荷重の力の弱い状態において、これらのセンサは作業爪２００及びホルダ１９０の内壁に接していなくてもよい。
【００４１】
本実施形態では、第１センサ３００及び第２センサ４００が作業爪２００に設けられた構成を例示したが、これらのセンサはホルダ１９０の内壁に設けられていてもよい。また、第１センサ３００が峰縁部２６０側の作業爪２００とホルダ１９０の内壁との間に設けられた構成を例示したが、第１センサ３００は刃縁部２５０側の作業爪２００とホルダ１９０の内壁との間に設けられていてもよく、両方に設けられていてもよい。また、第２センサ４００が湾曲内側面２０１側の作業爪２００とホルダ１９０の内壁との間に設けられた構成を例示したが、第２センサ４００は湾曲外側面２０３側の作業爪２００とホルダ１９０の内壁との間に設けられていてもよく、両方に設けられていてもよい。また、第１センサ３００及び第２センサ４００が貫通孔２１５よりも作業爪２００の先端（頭頂部２４０）側に設けられた構成を例示したが、これらのセンサは貫通孔２１５の上方（作業爪２００の先端とは反対側の端部側）に設けられていてもよい。
【００４２】
本実施形態では、第１センサ３００及び第２センサ４００が作業爪２００とホルダ１９０の内壁との間に設けられた構成を例示したが、これらのセンサは作業爪２００と固定部材５００との間に設けられていてもよい。例えば、第１センサ３００は、貫通孔２１５の内壁（位置３１０）に設けられていてもよい。また、第２センサ４００は作業爪２００の湾曲外側面２０３側（位置４１０）に設けられていてもよい。上記の構成を換言すると、第１センサ３００は、ラジアル方向Ｒにおいて、固定部材５００と作業爪２００との間に設けられていてもよい。また、第２センサ４００は、スラスト方向Ｔにおいて、固定部材５００と作業爪２００との間に設けられていてもよい。この場合においても、これらのセンサは、作業爪２００側に設けられていてもよく、固定部材５００側に設けられていてもよい。
【００４３】
上記のように、第１センサ３００及び第２センサ４００によって、作業爪２００にかかるラジアル方向Ｒ及びスラスト方向Ｔのそれぞれの荷重の大きさを測定することができる。作業爪２００が圃場に作用する際に、作業爪２００には、ラジアル方向Ｒ及びスラスト方向Ｔの荷重が変化する。作業爪２００が新品に近い状態で、その性能が最大限発揮されているときは、作業時に作業爪２００が圃場から受ける荷重は相対的に大きい。一方、作業爪２００が摩耗した状態で、その性能が十分に発揮されないときは、作業時に作業爪２００が圃場から受ける荷重は相対的に小さい。詳細は後述するが、第１センサ３００及び第２センサ４００にかかる荷重の大きさの経時変化を測定することで、作業爪２００の摩耗を検出することができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る作業爪２００によると、第１センサ３００及び第２センサ４００を用いて、作業中に作業爪２００にかかる荷重の大きさを測定することができる。この荷重の経時変化を測定することで、作業爪の摩耗の度合いを評価することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、作業爪２００に第１センサ３００及び第２センサ４００の両方が取り付けられ、ラジアル方向Ｒ及びスラスト方向Ｔの両方にかかる荷重の大きさを測定する構成を例示したが、この構成に限定されない。作業爪２００に取り付けられるセンサは、第１センサ３００だけでもよく、第２センサ４００だけでもよい。つまり、ラジアル方向Ｒ及びスラスト方向Ｔのうち、いずれか一方の荷重の大きさを測定する構成であってもよい。また、作業爪２００に対して第１センサ３００の反対側に第１センサ３００と同じセンサが設けられていてもよい。同様に、作業爪２００に対して第２センサ４００の反対側に第２センサ４００と同じセンサが設けられていてもよい。
【００４６】
また、第１センサ３００及び第２センサ４００が取り付けられるそれぞれの位置において、作業爪２００及びホルダ１９０の内壁の少なくともいずれか一方に凹部が設けられ、これらの凹部に第１センサ３００及び第２センサ４００が埋め込まれるように配置されてもよい。このようにすることで、作業爪２００に対して、それぞれのセンサを押す方向に非常に大きな荷重がかかった場合であっても、これらのセンサが潰されて破壊されることを抑制することができる。第１センサ３００及び第２センサ４００が作業爪２００と固定部材５００との間に設けられる場合は、作業爪２００及び固定部材５００の少なくとも一方に凹部が設けられ、その凹部にセンサが設けられてもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、第１センサ３００及び第２センサ４００として圧力センサが用いられる構成を例示したが、この構成に限定されない。これらのセンサとして、圧力センサ以外に、加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気センサ、歪みセンサ、音センサ、及び光センサなどの物理量センサを用いることができる。又は、上記のセンサとして、土壌の水分を検出するセンサ、土壌の塩分を検出するセンサ、及び土壌の温度を検出するセンサ、土壌のｐＨ（水素イオン指数）を検出するセンサなどの土壌センサを用いることができる。ただし、第１センサ３００及び第２センサ４００として用いられるセンサは、上記のセンサに限定されず、その他のセンサを用いることができる。
【００４８】
これらのセンサとして圧力に対して耐久性が低いセンサを用いる場合は、上記のように、作業爪２００及びホルダ１９０の内壁の少なくともいずれか一方、又は作業爪２００及び固定部材５００の少なくともいずれか一方に凹部を設け、センサに過剰な圧力がかからない構成にすることが好ましい。この場合、センサは作業爪２００及びホルダ１９０の内壁の両方と接していてもよく、いずれか一方と接していてもよい。同様に、センサは作業爪２００及び固定部材５００の両方と接していてもよく、いずれか一方と接していてもよい。また、これらのセンサとして上記のような土壌センサを用いる場合、土や泥がセンサに到達するように、センサから下方に向かって土や泥の通り道を設けた構成にすることが好ましい。
【００４９】
上記のように、第１センサ３００及び第２センサ４００として圧力センサ以外のセンサが用いられる場合、これらのセンサの周囲が作業爪２００及びホルダ１９０によって覆われているため、例えば作業中に飛来する小石などからセンサを保護することができる。
【００５０】
第１センサ３００及び第２センサ４００は電源を内蔵していてもよく、配線を介して外部から電源が供給されてもよい。また、これらのセンサがセンシングしたデータはセンサに内蔵された記憶装置に保存されてもよく、センサに接続され、作業爪２００に設けられた記憶装置に保存されてもよい。これらのセンサがセンシングしたデータは、作業爪２００の外部に設けられた記憶装置に、配線を介して送信されてもよく、無線で送信されてもよい。また、これらのセンサは、マイクロコンピュータ、ＣＰＵなどの演算処理装置、及びワイヤレス給電通信制御装置などを備えていてもよい。
【００５１】
第１センサ３００及び第２センサ４００は、センサに固有の識別子を有していてもよい。識別子はセンサによって異なるため、識別子に基づいてセンサを特定することができる。識別子はセンサに内蔵された記憶装置に記憶されていてもよく、センサに接続された他の記憶装置に記憶されていてもよい。識別子は、センサがセンシングしたデータと同様に外部機器に送信される。センサが識別子を有し、その識別子が外部機器に送信されることで、例えば、センサが取り付けられた作業爪２００が農作業機１００に複数装着されている場合であっても、センサによってセンシングされたデータがどの作業爪２００に取り付けられたセンサのデータなのかを特定することができる。つまり、識別子に基づいて作業爪２００を特定することができる。
【００５２】
〈第２実施形態〉
［作業爪２００Ａの構成］
図４を用いて、第２実施形態に係る作業爪２００Ａについて説明する。作業爪２００Ａは、フランジに装着される作業爪である。図４は、本発明の一実施形態に係る作業爪及びフランジを示す図である。図４の（Ａ）は、図２と同じ方向から作業爪２００Ａを見た図である。図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
【００５３】
図４に示すように、フランジ６００Ａは爪軸１８０Ａの外周に設けられている。フランジ６００Ａには２つの貫通孔６１５Ａが設けられている。これらの貫通孔６１５Ａに対応して、作業爪２００Ａにも２つの貫通孔２１５Ａが設けられている。貫通孔２１５Ａ及び貫通孔６１５Ａが位置合わせされた状態で、これらの貫通孔にボルトなどの固定部材５００を貫通させることで、作業爪２００Ａがフランジ６００Ａに固定される。なお、図４の（Ｂ）に示すように、作業爪２００Ａはフランジ６００ＡのＤ３方向側に設けられている。固定部材５００Ａはボルト５０１Ａ、ナット５０３Ａ、及びスプリングワッシャー５０５Ａで構成されている。ただし、固定部材５００Ａはこの構成に限定されない。
【００５４】
図３の作業爪２００と同様に、作業爪２００Ａは、取付け基部２１０Ａ、縦刃部２２０Ａ、及び横刃部２３０Ａを有しており、縦刃部２２０Ａ及び横刃部２３０Ａの下方の端部に刃縁部２５０Ａが設けられており、刃縁部２５０Ａの反対側に峰縁部２６０Ａが設けられている。上記のように、作業爪２００Ａの取付け基部２１０Ａには２つの貫通孔２１５Ａが設けられている。なお、この例では、貫通孔２１５Ａは２つだが、３つ以上設けられていてもよい。ただし、貫通孔２１５Ａは１つでもよい。図４の（Ａ）に示す２つの貫通孔２１５Ａのうち、一方の貫通孔２１５Ａだけが設けられた構成の場合、他方の貫通孔２１５Ａの位置には、作業爪２００Ａをフランジ６００Ａに係止可能な係止部が設けられていてもよい。
【００５５】
フランジ６００Ａは、取付け部６１０Ａ及び突出部６２０Ａを有する。作業爪２００Ａが取付け部６１０Ａに載置された状態で固定部材５００Ａによって固定され、作業爪２００Ａがフランジ６００Ａに固定される。突出部６２０Ａは、取付け部６１０Ａから、取付け部６１０Ａに対して作業爪２００Ａが設けられる側に突出している。
【００５６】
作業爪２００Ａには第１センサ３００Ａ及び第２センサ４００Ａが設けられている。図４の（Ａ）に示すように、第１センサ３００Ａは、ラジアル方向Ｒにおいて、突出部６２０Ａと作業爪２００Ａとの間に設けられている。本実施形態では、第１センサ３００Ａは、突出部６２０Ａ及び作業爪２００Ａの各々に接している。図４の（Ｂ）に示すように、第２センサ４００Ａは、スラスト方向Ｔにおいて、取付け部６１０Ａと作業爪２００Ａとの間に設けられている。本実施形態では、第２センサ４００Ａは、取付け部６１０Ａ及び作業爪２００Ａの各々に接している。なお、図４の（Ｂ）では、説明の便宜上、第２センサ４００Ａの他の部材に対する相対的な厚さを実際よりも厚く図示している。そのため、取付け部６１０Ａと作業爪２００Ａとの間に間隙があるように図示されているが、実施には上記のような間隙はほとんどない。
【００５７】
本実施形態では、第１センサ３００Ａ及び第２センサ４００Ａが作業爪２００Ａに設けられた構成を例示したが、これらのセンサは突出部６２０Ａ又は取付け部６１０Ａに設けられていてもよい。また、第１センサ３００Ａは、ラジアル方向Ｒにおいて、作業爪２００Ａと固定部材５００Ａとの間に設けられていてもよい。第２センサ４００Ａは、スラスト方向Ｔにおいて、作業爪２００Ａと固定部材５００Ａとの間に設けられていてもよい。
【００５８】
以上のように、本実施形態に係る作業爪２００Ａによると、第１センサ３００Ａ及び第２センサ４００Ａを用いて、作業中に作業爪２００Ａにかかる荷重の大きさを測定することができる。この荷重の経時変化を測定することで、作業爪の摩耗の度合いを評価することができる。
【００５９】
〈第３実施形態〉
［作業爪２００Ｂの構成］
図５を用いて、第３実施形態に係る作業爪２００Ｂについて説明する。作業爪２００Ｂは、ホルダに装着される作業爪である。図５は、本発明の一実施形態に係る作業爪及びホルダを示す図である。図５の（Ａ）は、図２と同じ方向から作業爪２００Ｂを見た図である。図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）においてＤ２の方向に作業爪２００Ｂを見た図である。
【００６０】
図５に示す作業爪２００Ｂは、図３に示す作業爪２００と類似しているが、第１センサ３００Ｂ及び第２センサ４００Ｂが設けられた位置が作業爪２００とは相違する。なお、図５の（Ａ）に示す作業爪２００Ｂは、作業爪２００Ｂにラジアル方向Ｒの荷重がかかった状態を示している。この状態において、作業爪２００Ｂは、固定部材５００Ｂ及びホルダ１９０Ｂの開口端部１９５Ｂによって、ラジアル方向Ｒへの回動が規制されている。なお、この回動の規制は、固定部材５００Ｂ及びホルダ１９０Ｂの側壁１９７Ｂによってなされていてもよい。また、図５の（Ｂ）に示す作業爪２００Ｂは、作業爪２００Ｂにスラスト方向Ｔの荷重がかかった状態を示している。この状態において、作業爪２００Ｂは、固定部材５００Ｂ及びホルダ１９０Ｂの開口端部１９９Ｂによって、スラスト方向Ｔへの回動が規制されている。
【００６１】
第１センサ３００Ｂ及び第２センサ４００Ｂは、取付け基部２１０Ｂと縦刃部２２０Ｂとの間の領域に設けられている。第１センサ３００Ｂは峰縁部２６０Ｂ側に設けられている。第２センサ４００Ｂは湾曲外側面２０３Ｂ側に設けられている。これらのセンサは、作業爪２００Ｂがホルダ１９０Ｂから露出した領域に設けられている。本実施形態では、第１センサ３００Ｂは峰縁部２６０Ｂ側に設けられており、第２センサ４００Ｂは湾曲外側面２０３Ｂ側に設けられているが、この構成に限定されない。第１センサ３００Ｂは、刃縁部２５０Ｂ側に設けられていてもよく、第２センサ４００Ｂは湾曲内側面２０１Ｂ側に設けられていてもよい。
【００６２】
第１センサ３００Ｂ及び第２センサ４００Ｂとして、作業爪２００Ｂの歪みを検知することができる歪みセンサを用いることができる。歪みセンサは、作業爪２００Ｂの歪みに基づく出力値を出力する。例えば、歪みセンサとして、歪みセンサが取り付けられた位置の作業爪２００Ｂの歪みが相対的に大きいときは、相対的に出力値の変化量が大きく、歪みが相対的に小さいときは、相対的に出力値の変化量が小さい、という特徴を有するセンサを用いることができる。詳細は後述するが、これらのセンサは、作業爪２００Ｂにかかる荷重によって発生する作業爪２００Ｂの歪みが、他の部分よりも大きい箇所に備えられている。ただし、第１センサ３００Ｂ及び第２センサ４００Ｂとして、歪みセンサ以外に、上述した他のセンサを用いることができる。
【００６３】
図５の（Ａ）に示す状態で、作業爪２００Ｂにラジアル方向Ｒの荷重がかかると、開口端部１９５Ｂ付近の作業爪２００Ｂの歪みが大きくなる。この状態において、作業爪２００Ｂは固定部材５００Ｂ及び開口端部１９５Ｂによって支持されているため、作業爪２００Ｂに発生する歪みについて、開口端部１９５Ｂより固定部材５００Ｂ側で発生する歪みに比べて開口端部１９５Ｂより作業爪２００Ｂの先端側で発生する歪みの方が大きい。したがって、第１センサ３００Ｂとして歪みセンサを用いる場合、当該センサは開口端部１９５Ｂよりも作業爪２００Ｂの先端側に設けられることが好ましい。このような場合、ホルダ１９０Ｂ及び固定部材５００Ｂを保持部材、作業爪２００Ｂを支持する開口端部１９５Ｂを第１支点、固定部材５００Ｂのうち作業爪２００Ｂを支持する箇所を第２支点という場合がある。なお、ここでは第１支点及び第２支点と表現するが、実際には、開口端部１９５Ｂ及び作業爪２００Ｂ、並びに、固定部材５００Ｂ及び作業爪２００Ｂは、Ｄ３方向に延びる線形部分において線接触している。また、上記の作業爪２００Ｂの先端側とは、作業爪２００Ｂにおける箇所において、頭頂部２４０Ｂに近い側を意味する。
【００６４】
ここで、作業爪２００Ｂの回動が固定部材５００Ｂ及び側壁１９７Ｂによって規制されている場合、作業爪２００Ｂに発生する歪みについて、固定部材５００Ｂより側壁１９７Ｂ側で発生する歪みに比べて固定部材５００Ｂより作業爪２００Ｂの先端側で発生する歪みの方が大きい。したがって、第１センサ３００Ｂとして歪みセンサを用いる場合、当該センサは固定部材５００Ｂよりも作業爪２００Ｂの先端側に設けられることが好ましい。このような場合、ホルダ１９０Ｂ及び固定部材５００Ｂを保持部材、固定部材５００Ｂのうち作業爪２００Ｂを支持する箇所を第１支点、作業爪２００Ｂを支持する側壁１９７Ｂを第２支点という場合がある。
【００６５】
図５の（Ｂ）に示す状態で、作業爪２００Ｂにスラスト方向Ｔの荷重がかかると、開口端部１９９Ｂ付近の作業爪２００Ｂの歪みが大きくなる。この状態において、作業爪２００Ｂは固定部材５００Ｂ及び開口端部１９９Ｂによって支持されているため、作業爪２００Ｂに発生する歪みについて、開口端部１９９Ｂより固定部材５００Ｂ側で発生する歪みに比べて開口端部１９９Ｂより作業爪２００Ｂの先端側で発生する歪みの方が大きい。したがって、第２センサ４００Ｂとして歪みセンサを用いる場合、当該センサは開口端部１９９Ｂよりも作業爪２００Ｂの先端側に設けられることが好ましい。このような場合、ホルダ１９０Ｂ及び固定部材５００Ｂを保持部材、作業爪２００Ｂを支持する開口端部１９９Ｂを第１支点、固定部材５００Ｂのうち作業爪２００Ｂを支持する箇所を第２支点という場合がある。
【００６６】
図６は、本発明の一実施形態に係るホルダタイプの作業爪において、作業爪に係る荷重によって発生する作業爪の歪みを計算したシミュレーション結果を示す図である。図６において、作業爪２００Ｂにラジアル方向Ｒ及びスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合における、作業爪２００Ｂに発生する歪みの大きさが色で識別されている。青で示されている領域は歪みが小さく、赤で示されている領域は歪みが大きい。なお、図６の（Ａ）は作業爪２００Ｂにスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合、（Ｂ）はラジアル方向Ｒの荷重がかかった場合のシミュレーション結果である。図６の（Ａ−１）及び（Ｂ−１）は、それぞれ図５の（Ａ）に対応する。（Ａ−２）及び（Ｂ−２）は、取付け基部２１０Ｂ付近を湾曲内側面２０１Ｂ側から見た斜視図であり、（Ａ−３）及び（Ｂ−３）は、湾曲外側面２０３Ｂ側からみた斜視図である。
【００６７】
図６の（Ａ−１）に示すように、作業爪２００Ｂにスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合、刃縁部２５０Ｂ側に比べて峰縁部２６０Ｂ側の方が、歪みが大きい。また、（Ａ−２）及び（Ａ−３）に示すように、開口端部１９５Ｂに発生する歪みは、湾曲内側面２０１Ｂ側に比べて湾曲外側面２０３Ｂ側の方が大きい。図６の（Ｂ−２）及び（Ｂ−３）に示すように、作業爪２００Ｂにラジアル方向Ｒの荷重がかかった場合、峰縁部２６０Ｂに大きな歪みが生じる。また、開口端部１９５Ｂに発生する歪みは、湾曲内側面２０１Ｂ側に比べて湾曲外側面２０３Ｂ側の方が大きい。
【００６８】
したがって、第１センサ３００Ｂ及び第２センサ４００Ｂとして歪みセンサを用いる場合、第１センサ３００Ｂを、湾曲内側面２０１Ｂと湾曲外側面２０３Ｂとの中央よりも湾曲外側面２０３Ｂ側に設けることがより好ましく、第２センサ４００Ｂを、刃縁部２５０Ｂと峰縁部２６０Ｂとの中央よりも峰縁部２６０Ｂ側に設けることが好ましい。
【００６９】
上記のように、作業爪にスラスト方向Ｔ及びラジアル方向Ｒの荷重がかかった場合のシミュレーション結果で、最も歪みが大きい領域に第１センサ３００Ｂ及び第２センサ４００Ｂを設けることで、効率よく作業爪２００Ｂに発生する歪みを測定することができる。なお、上記のセンサは、シミュレーション結果で最も歪みが大きい領域以外に設けられてもよい。上記のセンサは、少なくともシミュレーション結果において作業爪に歪みが、他の部分よりも大きい箇所に設けられればよい。
【００７０】
なお、作業爪において発生する歪みの分布は作業爪の形状によって異なる。したがって、上記のセンサを設ける最適な場所は、作業爪の形状によって適宜調整することが好ましい。ただし、上記のセンサを開口端部１９５Ｂよりも作業爪２００Ｂの先端側に設ける、という点は、作業爪の形状によらず共通する特徴である。
【００７１】
〈第４実施形態〉
［作業爪２００Ｃの構成］
図７を用いて、第４実施形態に係る作業爪２００Ｃについて説明する。作業爪２００Ｃは、フランジに装着される作業爪である。図７は、本発明の一実施形態に係る作業爪及びフランジを示す図である。図７の（Ａ）は、図２と同じ方向から作業爪２００Ｃを見た図である。図７の（Ｂ）は、図７の（Ａ）においてＤ２の方向に作業爪２００Ｃを見た図である。
【００７２】
図７に示す作業爪２００Ｃは、図４に示す作業爪２００Ａと類似しているが、第１センサ３００Ｃ及び第２センサ４００Ｃが設けられた位置、及びフランジ６００Ｃが突出部を有しない点において作業爪２００Ａとは相違する。なお、図７の（Ａ）に示す作業爪２００Ｃは、作業爪２００Ｃにラジアル方向Ｒの荷重がかかった状態を示している。この状態において、作業爪２００Ｃは、２つの固定部材５００Ｃによって、ラジアル方向Ｒへの回動が規制されている。
【００７３】
以下の説明において、２つの固定部材５００Ｃのうち、作業爪２００Ｃの先端に近い側の固定部材５００Ｃを第１固定部材５００Ｃ−１といい、他方の固定部材５００Ｃを第２固定部材５００Ｃ−２という。なお、これらを特に区別しない場合、単に固定部材５００Ｃという。この回動の規制は、３つ以上の固定部材によってなされていてもよい。また、図７の（Ｂ）に示す作業爪２００Ｃは、作業爪２００Ｃにスラスト方向Ｔの荷重がかかった状態を示している。この状態において、作業爪２００Ｃは、固定部材５００Ｃ及びフランジ６００Ｃの取付け部６１０Ｃによって、スラスト方向Ｔへの回動が規制されている。
【００７４】
第１センサ３００Ｃは、湾曲内側面２０１Ｃ側において、第１固定部材５００Ｃ−１の付近に設けられている。具体的には、第１センサ３００Ｃは、第１固定部材５００Ｃ−１に対して第２固定部材５００Ｃ−２とは反対側に設けられている。換言すると、第１センサ３００Ｃは、第１固定部材５００Ｃ−１よりも作業爪２００Ｃの先端側に設けられている。なお、第１センサ３００Ｃは、第１固定部材５００Ｃ−１の一部よりも作業爪２００Ｃの先端側に設けられていればよく、第１固定部材５００Ｃ−１の全部よりも作業爪２００Ｃの先端側に設けられている必要はない。つまり、第２固定部材５００Ｃ−２と第１センサ３００Ｃとの距離が、第２固定部材５００Ｃ−２と第１固定部材５００Ｃ−１の一部との距離と同じ、又はそれよりも短くてもよい。
【００７５】
なお、詳細は後述するが、作業爪２００Ｃにラジアル方向Ｒの荷重がかかったときに、第２固定部材５００Ｃ−２（又は、貫通孔２１５Ｃ−２）から見て、第１固定部材５００Ｃ−１（又は、貫通孔２１５Ｃ−１）の影になる位置における作業爪２００Ｃに大きな歪みが発生する。したがって、第１センサ３００Ｃとして歪みセンサを用いる場合、上記のように大きな歪みが発生する領域に第１センサ３００Ｃを設けることで、効率よく作業爪２００Ｃの歪みを検知することができる。ただし、作業爪２００Ｃに荷重がかかったときに作業爪２００に発生する歪みは、他の領域にも発生するため、第１センサ３００Ｃを設ける位置は、上記の領域に限定されない。
【００７６】
第２センサ４００Ｃは、湾曲外側面２０３Ｃ側において、フランジ６００Ｃの取付け部６１０Ｃの付近に設けられている。具体的には、第２センサ４００Ｃは、第１固定部材５００Ｃ−１に対して第２固定部材５００Ｃ−２とは反対側に設けられている。換言すると、第２センサ４００Ｃは、取付け部６１０Ｃの端部６１１Ｃよりも作業爪２００Ｃの先端側に設けられている。なお、詳細は後述するが、作業爪２００Ｃにスラスト方向Ｔの荷重がかかったときに、端部６１１Ｃよりも作業爪２００Ｃの先端側において、端部６１１Ｃ付近の作業爪２００Ｃに大きな歪みが発生する。したがって、第２センサ４００Ｃとして歪みセンサを用いる場合、上記の領域に第２センサ４００Ｃを設けることで、効率よく作業爪２００Ｃの歪みを検知することができる。ただし、作業爪２００Ｃに荷重がかかったときに作業爪２００Ｃに発生する歪みは、他の領域にも発生するため、第２センサ４００Ｃを設ける位置は、上記の領域に限定されない。
【００７７】
〈第５実施形態〉
［作業爪２００Ｄの構成］
図８を用いて、第５実施形態に係る作業爪２００Ｄについて説明する。作業爪２００Ｄは、フランジに装着される作業爪である。図８は、本発明の一実施形態に係る作業爪及びフランジを示す図である。図８の（Ａ）は、図２と同じ方向から作業爪２００Ｄを見た図である。図８の（Ｂ）は、図８の（Ａ）においてＤ２の方向に作業爪２００Ｄを見た図である。
【００７８】
図８に示す作業爪２００Ｄ及びフランジ６００Ｄは、図７に示す作業爪２００Ｃ及びフランジ６００Ｃと類似しているが、フランジ６００Ｄに対する作業爪２００Ｄの位置が図７とは逆である点において、作業爪２００Ｃとは相違する。図８の説明において、図７と同様の特徴については説明を省略し、図７との相違点について説明する。
【００７９】
図８の（Ｂ）に示すように、フランジ６００Ｄ（取付け部６１０Ｄ）は作業爪２００ＤのＤ３方向側に設けられている。つまり、図８の（Ａ）において、作業爪２００Ｄは、取付け部６１０Ｄの紙面奥側に位置している。作業爪２００Ｄのうち取付け部６１０Ｄに隠れている箇所は点線で示されている。
【００８０】
第１センサ３００Ｄ及び第２センサ４００Ｄは、いずれも、作業爪２００Ｄの湾曲外側面２０３Ｄ側において、第１固定部材５００Ｄ−１の付近に設けられている。具体的には、第１センサ３００Ｄ及び第２センサ４００Ｄは、第１固定部材５００Ｄ−１に対して第２固定部材５００Ｄ−２とは反対側に設けられている。換言すると、第１センサ３００Ｄ及び第２センサ４００Ｄは、第１固定部材５００Ｄ−１よりも作業爪２００Ｄの先端側に設けられている。なお、第１センサ３００Ｄ及び第２センサ４００Ｄは、第１固定部材５００Ｄ−１の一部よりも作業爪２００Ｄの先端側に設けられていればよく、第１固定部材５００Ｄ−１の全部よりも作業爪２００Ｄの先端側に設けられている必要はない。つまり、第２固定部材５００Ｄ−２と第１センサ３００Ｄとの距離、及び第２固定部材５００Ｄ−２と第２センサ４００Ｄとの距離が、第２固定部材５００Ｄ−２と第１固定部材５００Ｄ−１の一部との距離と同じ、又はそれよりも短くてもよい。
【００８１】
なお、詳細は後述するが、作業爪２００Ｄにラジアル方向Ｒの荷重がかかったときに、第１固定部材５００Ｄ−１（又は、貫通孔２１５Ｄ−１）よりも作業爪２００Ｄの先端側、かつ、峰縁部２６０Ｄ側の作業爪２００Ｄに大きな歪みが発生する。また、作業爪２００Ｄにスラスト方向Ｔの荷重がかかったときに、第１固定部材５００Ｄ−１の端部５０１Ｄ−１よりも作業爪２００Ｄの先端側において、端部５０１Ｄ−１付近の作業爪２００Ｄに大きな歪みが発生する。したがって、第１センサ３００Ｄ及び第２センサ４００Ｄとして歪みセンサを用いる場合、上記のように大きな歪みが発生する領域にそれぞれのセンサを設けることで、効率よく作業爪２００Ｄの歪みを検知することができる。ただし、作業爪２００Ｄに荷重がかかったときに作業爪２００Ｄに発生する歪みは、他の領域にも発生するため、これらのセンサを設ける位置は、上記の領域に限定されない。
【００８２】
〈第６実施形態〉
［作業爪の歪みシミュレーション結果］
図９は、本発明の一実施形態に係るフランジタイプの作業爪において、作業爪にかかる荷重によって発生する作業爪の歪みを計算したシミュレーション結果を示す図である。図９において、作業爪２００Ｃ、２００Ｄにラジアル方向Ｒ及びスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合における、作業爪２００Ｃ、２００Ｄに発生する歪みの大きさが色で識別されている。青で示されている領域は歪みが小さく、赤で示されている領域は歪みが大きい。なお、図９の（Ａ）は、図７に示す作業爪２００Ｃにスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合、（Ｂ）は、図８に示す作業爪２００Ｄにスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合、（Ｃ）は作業爪２００Ｃ、２００Ｄにラジアル方向Ｒの荷重がかかった場合のシミュレーション結果である。なお、（Ｃ）に関するシミュレーション結果は、作業爪２００Ｃ、２００Ｄの場合で実質的に差がないため、１つの図面で結果を示した。
【００８３】
図９の（Ａ−１）、（Ｂ−１）及び（Ｃ−１）は、それぞれ取付け基部２１０Ｃ、２１０Ｄを湾曲内側面２０１Ｃ、２０１Ｄ側から見た斜視図であり、（Ａ−２）、（Ｂ−２）及び（Ｃ−２）は、それぞれ取付け基部２１０Ｃ、２１０Ｄを湾曲外側面２０３Ｃ、２０３Ｄ側から見た斜視図である。
【００８４】
図９の（Ａ−１）に示すように、作業爪２００Ｃに図７に示すスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合、貫通孔２１５Ｃ（又は、第１固定部材５００Ｃ−１が取り付けられる位置）よりも作業爪２００Ｃの先端側において歪みが発生する。作業爪２００Ｃに発生する歪みの大きさは、刃縁部２５０Ｃ側に比べて峰縁部２６０Ｃ側の方が大きい。また、固定部材５００Ｃ又は取付け部６１０Ｃが作業爪２００Ｃに接する領域を除くと、貫通孔２１５Ｃに近いほど、相対的に歪みが大きい。また、（Ａ−２）に示すように、取付け部６１０Ｃの端部６１１Ｃ付近に、端部６１１Ｃに沿って大きな歪みが発生する。湾曲外側面２０３Ｃにおいて端部６１１Ｃ付近に発生する歪みは、湾曲内側面２０１Ｃ側で発生する歪みに比べて大きい。図７を参照すると、作業爪２００Ｃにスラスト方向Ｔの荷重がかかったときに、作業爪２００Ｃの湾曲外側面２０３Ｃが取付け部６１０Ｃの端部６１１Ｃによって支持されることで、その移動が規制される。このため、上記のように湾曲外側面２０３Ｃの端部６１１Ｃ付近において作業爪２００Ｃに発生する歪みが、他の領域に比べて大きくなっていると考えられる。
【００８５】
図９の（Ｂ−１）に示すように、作業爪２００Ｄに図８に示すスラスト方向Ｔの荷重がかかった場合、貫通孔２１５Ｄ（又は、第１固定部材５００Ｄ−１が取り付けられる位置）よりも作業爪２００Ｄの先端側において歪みが発生する。作業爪２００Ｄに発生する歪みの大きさは、刃縁部２５０Ｄ側に比べて峰縁部２６０Ｄ側の方が大きい。また、固定部材５００Ｄが作業爪２００Ｄに接する領域を除くと、貫通孔２１５Ｄに近いほど、相対的に歪みが大きい。特に、図９には図示されていないが、貫通孔２１５Ｄに取り付けられる第１固定部材５００Ｄ−１の端部であって、貫通孔２１５Ｄよりも作業爪２００Ｄの先端側の端部付近に大きな歪みが発生する。この歪みは、（Ａ）の場合とは異なり、湾曲内側面２０１Ｄ及び湾曲外側面２０３Ｄで同程度の大きさである。図８を参照すると、作業爪２００Ｄにスラスト方向Ｔの荷重がかかったときに、作業爪２００Ｄの湾曲外側面２０３Ｄが第１固定部材５００Ｄ−１によって支持されることで、その移動が規制される。このため、上記のように、第１固定部材５００Ｄ−１の端部５０１Ｄ−１に対応する領域において発生する歪みが、他の領域に比べて大きくなっていると考えられる。
【００８６】
図９の（Ｃ−１）に示すように、作業爪２００Ｃ、２００Ｄに図７、図８に示すラジアル方向Ｒの荷重がかかった場合、主に貫通孔２１５Ｃ、Ｄ（又は、第１固定部材５００Ｃ、Ｄ−１が取り付けられる位置）よりも作業爪２００Ｃ、Ｄの先端側において歪みが発生する。作業爪２００Ｃ、Ｄに発生する歪みの大きさは、刃縁部２５０Ｃ、Ｄ側に比べて峰縁部２６０Ｃ、Ｄ側の方が大きい。また、貫通孔２１５Ｃ、Ｄに近いほど、相対的な歪みが大きい。特に、貫通孔２１５Ｃ、Ｄの端部（貫通孔の側壁に近い部分）であって、貫通孔２１５Ｃ、Ｄよりも作業爪２００Ｃ、Ｄの先端側の端部付近に大きな歪みが発生する。作業爪２００Ｃ、Ｄの湾曲内側面２０１Ｃ、Ｄにおいて、最も大きい歪みが発生する領域は、第２固定部材５００Ｃ、Ｄ−２が取り付けられる貫通孔２１５Ｃ、Ｄ−２から見て、第１固定部材５００Ｃ、Ｄ−１が取り付けられる貫通孔２１５Ｃ、Ｄ−１の影になる領域である。
【００８７】
一方で、図９の（Ｃ−２）、（Ｃ−３）に示すように、作業爪２００Ｃ、Ｄの湾曲外側面２０３Ｃ、Ｄにおいて、作業爪２００Ｃ、Ｄに発生する歪みが最も大きい領域は、湾曲内側面２０１Ｃ、Ｄにおいて作業爪２００Ｃ、Ｄに発生する歪みが最も大きい領域（図９の（Ｃ−１）に示す領域）とは異なっている。具体的には、貫通孔２１５Ｃ、Ｄ−１（又は、第１固定部材５００Ｃ、Ｄ−１）よりも作業爪２００Ｃ、Ｄの先端側、かつ、峰縁部２６０Ｃ、Ｄ側の作業爪２００Ｃ、Ｄに最も大きな歪みが発生している。
【００８８】
上記のように、作業爪にスラスト方向Ｔ及びラジアル方向Ｒの荷重がかかった場合のシミュレーション結果で、最も歪みが大きい領域に第１センサ３００Ｃ、Ｄ及び第２センサ４００Ｃ、Ｄを設けることで、効率よく作業爪２００Ｃ、Ｄに発生する歪みを測定することができる。なお、上記のセンサは、シミュレーション結果で最も歪みが大きい領域以外に設けられてもよい。上記のセンサは、少なくともシミュレーション結果において作業爪に歪みが、他の部分よりも大きい箇所に設けられればよい。
【００８９】
なお、作業爪において発生する歪みの分布は作業爪の形状によって異なる。したがって、上記のセンサを設ける最適な場所は、作業爪の形状によって適宜調整することが好ましい。ただし、上記のセンサを貫通孔２１５Ｃ、Ｄ−１（又は、第１固定部材５００Ｃ、Ｄ−１が取り付けられる位置）よりも作業爪２００Ｃ、Ｄの先端側に設ける、という点は、作業爪の形状によらず共通する特徴である。
【００９０】
〈第７実施形態〉
［センサを用いた作業爪の摩耗検出方法］
図１０を用いて、センサとして圧力センサを用いた場合の、センサを用いた作業爪の摩耗検出方法について説明する。図１０の（Ａ）に示すホルダ１９０Ｅ、作業爪２００Ｅ、及び第１センサ３００Ｅは、図３に示したホルダ１９０、作業爪２００、及び第１センサ３００と同様である。第１センサ３００Ｅとして、圧力センサが用いられている。上記のように、圧力センサは、センサに相対的に大きな圧力がかかったときは、相対的な出力値の変化量が大きくなり、相対的に小さな圧力がかかったときは、相対的な出力値の変化量が小さくなる、という特徴を有する。例えば、圧力センサに圧力がかかったときに、圧力センサが初期値よりも大きな値の出力値を出力する場合、圧力センサにかかる圧力が大きくなるにしたがって出力値が大きくなる。一方、圧力センサに圧力がかかったときに、圧力センサが初期値よりも小さな値の出力値を出力する場合、圧力センサにかかる圧力が大きくなるにしたがって出力値が小さくなる。以下の説明は、圧力センサとして前者の特徴を有するセンサを用いた例について説明するが、後者の特徴を有するセンサを用いてもよい。
【００９１】
図１０の（Ｂ）に示すグラフ７００Ｅは、作業爪２００Ｅが圃場に打ち込まれたときに、第１センサ３００Ｅによって出力される出力値をプロットしたグラフである。グラフ７００Ｅの横軸７１０Ｅは荷重変化を示し、縦軸７２０Ｅはセンサ出力値を示す。グラフ７００Ｅにおいて、出力データ７３０Ｅは実線で表示されている。出力データ７３０Ｅは、１回の打ち込み動作において、作業爪２００Ｅが圃場から受ける荷重が最大になる最大荷重点７１１Ｅにおいて、極大値を有している。初期値７２１は、第１センサ３００Ｅに荷重がかかっていない状態における第１センサ３００Ｅの出力値である。しきい値７２３Ｅは、以下に説明する摩耗検出システムが出力データ７３０Ｅに基づいて作業爪２００Ｅが摩耗したか否かを判定する基準となる値である。
【００９２】
作業爪２００Ｅが新品に近い状態で、その性能が最大限発揮されているときは、作業時に作業爪２００Ｅが圃場から受ける荷重は相対的に大きい。一方、作業爪２００Ｅが摩耗した状態で、その性能が十分に発揮されないときは、作業時に作業爪２００Ｅが圃場から受ける荷重は相対的に小さい。つまり、作業爪２００Ｅが摩耗し、その性能が低下すると、出力データ７３０Ｅの極大値が小さくなり、その性能が一定以下まで低下すると、その極大値はしきい値７２３Ｅに達しなくなる。したがって、出力データ７３０Ｅの極大値がしきい値７２３Ｅに達しない場合（つまり、出力値の変化量が所定の量よりも小さい場合）に、作業爪２００Ｅの摩耗が進行し、摩耗検出システムが、作業爪２００Ｅの交換時期に達したと判断することができる。
【００９３】
図１０の（Ｃ）に示すグラフ７４０Ｅは、第１センサ３００Ｅによって出力される出力データ７３０Ｅの経時的な変動を示すグラフである。図１０の（Ｃ）を用いて、本実施形態に係る摩耗検出システムによって作業爪２００Ｅが摩耗したことを判断する方法（又は、作業爪２００Ｅの交換時期を判断する方法）について説明する。
【００９４】
第１期間７４１Ｅは、新品に近い状態の作業爪２００Ｅを用いて作業したときの出力データ７３０Ｅである。第１期間７４１Ｅでは、作業爪２００Ｅが圃場から受ける荷重は相対的に大きいため、出力データ７３０Ｅの極大値はしきい値７２３Ｅを上回る（つまり、出力値の変化量が所定の量よりも大きい）。ここで、第１期間７４１Ｅは、作業爪２００Ｅがほぼ新品である状態を示す期間であり、例えば、出力データ７３０Ｅの極大値が経時的に低下していないと認められる期間とすることができる。第１期間７４１Ｅは、作業爪２００Ｅを新品に交換してから、所定の期間（例えば、１週間）内、又は所定の作業時間（例えば、４８時間）内の期間であってもよい。第１期間７４１Ｅは、上記のように自動的に設定されてもよく、ユーザによって指定された期間であってもよい。
【００９５】
作業爪２００Ｅを用いた作業回数が増えて作業爪２００Ｅが摩耗すると、作業爪２００Ｅが圃場から受ける荷重が小さくなるため、出力データ７３０Ｅの極大値は作業爪２００Ｅの摩耗に伴って小さくなる（第２期間７４３Ｅ）。そして、作業爪２００Ｅの摩耗がさらに進行し、出力データ７３０Ｅの極大値がしきい値７２３Ｅを下回ったときに（つまり、第３期間７４５Ｅにおいて、出力値の変化量が所定の量よりも小さくなったときに）、上記の摩耗検出システムは、作業爪２００Ｅが摩耗したと判断する。
【００９６】
ここで、しきい値７２３Ｅは予め設定された値であってもよく、第１期間７４１Ｅの出力データ７３０Ｅに基づいて決定された値であってもよい。
【００９７】
しきい値７２３Ｅが予め設定された値の場合、ユーザがしきい値７２３Ｅを設定することができる。この場合、しきい値７２３Ｅに基準値があり、ユーザによって当該基準値が上下に調整されることでしきい値７２３Ｅが設定されてもよい。例えば、ユーザに圃場の硬さ、圃場の地域、圃場の種類（例えば、水田又は畑など）、又は作物の種類を選択可能なインターフェースを提供し、ユーザによって選択された内容に応じてしきい値７２３Ｅを自動的に調整してもよい。例えば、農作業機１００Ｅ又は作業爪２００ＥがＧＰＳ機能を有しており、当該ＧＰＳ機能によって得られた位置情報に基づいて、その地域に適したしきい値７２３Ｅを自動的に調整してもよい。ユーザによって選択された項目（例えば、圃場の硬さ、圃場の種類、作物の種類）及び上記ＧＰＳ機能によって得られた位置情報の両方の情報に基づいて、しきい値７２３Ｅが自動的に調整されてもよい。
【００９８】
しきい値７２３Ｅが第１期間７４１Ｅの出力データ７３０Ｅに基づいて決定される場合、例えば、第１期間７４１Ｅに測定された出力データ７３０Ｅの極大値の平均値に対して一定の乗数をかけた値、又は出力データ７３０Ｅの極大値の中央値をしきい値７２３Ｅとすることができる。しきい値７２３Ｅを算出するために用いられる乗数は、一定値であってもよく、第１期間７４１Ｅの出力データ７３０Ｅの極大値の統計値（例えば、極大値の標準偏差に基づく値）に基づいて変動する値であってもよい。
【００９９】
摩耗検出システムは、出力データ７３０Ｅがしきい値７２３Ｅを下回った場合に、作業爪２００Ｅが摩耗したと判断する。この判断の際に、突発的な異常値の影響を受けないように、一定回数以上、出力データ７３０Ｅがしきい値７２３Ｅを下回った場合に作業爪２００Ｅが摩耗したと判断してもよい。若しくは、ある一定期間における出力データ７３０Ｅ、その平均値、又はその中央値がしきい値７２３Ｅを下回った場合に作業爪２００Ｅが摩耗したと判断してもよい。上記の一定期間は、例えば、農作業機１００を起動してから停止するまでの間の期間であってもよく、所定の作業時間であってもよい。
【０１００】
なお、上記では、センサとして圧力センサを用いた場合における作業爪の摩耗検出について説明したが、圧力センサの代わりに歪みセンサを用いた場合についても、上記と同様の手法を用いることができる。
【実施例】
【０１０１】
〈第１実施例〉
［歪みセンサを用いた実施例］
図１１は、本発明の一実施形態に係るホルダタイプの作業爪を用いて、作業時に作業爪に発生する歪みを測定した実験結果を示す図である。図１１に示す作業爪２００Ｆは、図５に示す作業爪２００Ｂのうち第２センサ４００Ｂだけが設けられた作業爪である。図１１の（Ａ）は、新品の状態における作業爪２００Ｆを撮影した写真であり、（Ｂ）は、摩耗した状態の作業爪２００Ｆを撮影した写真である。作業爪２００Ｆの取付け基部２１０Ｆと縦刃部２２０Ｆとの境界付近に、第２センサ４００Ｆが設けられている。本実施例では、第２センサ４００Ｆとして歪みセンサが用いられている。第２センサ４００Ｆには配線４２０Ｆが接続されており、第２センサ４００Ｆは保護部材４３０Ｆによって覆われている。
【０１０２】
図１１の（Ｃ）は、第２センサ４００Ｆによって出力された出力データ７３０Ｆ（ひずみ値）の実測データであり、（Ｄ）は各条件における出力データ７３０Ｆの極大値を示す実測値である。図１１の（Ｃ）には、４つの条件で測定された出力データ７３０Ｆがプロットされている。細い実線は、新品の状態の作業爪２００Ｆで硬い圃場に対して作業を行った場合の実測データである。太い実線は、新品の状態の作業爪２００Ｆで軟らかい圃場に対して作業を行った場合の実測データである。細い点線は、摩耗した状態の作業爪２００Ｆで硬い圃場に対して作業を行った場合の実測データである。太い点線は、摩耗した状態の作業爪２００Ｆで軟らかい圃場に対して作業を行った場合の実測データである。
【０１０３】
これらの実測データの極大値を抽出した結果が（Ｄ）の実測値である。（Ｄ）に示すように、圃場が硬い場合であっても軟らかい場合であっても、作業爪２００Ｆが摩耗した状態の実測値は、新品の状態の実測値に比べて小さい。例えば、圃場が硬い場合、第２センサ４００Ｆによって出力される摩耗品のひずみ値は、新品のひずみ値の約８３％である。圃場が軟らかい場合、第２センサ４００Ｆによって出力される摩耗品のひずみ値は、新品のひずみ値の約７９％である。例えば、上記の摩耗検出システムにおいて、ひずみ値が新品の８５％を下回った場合に、作業爪２００Ｆが摩耗したと判断してもよい。このように、作業爪２００Ｆに発生するひずみ値に基づいて、作業爪２００Ｆが摩耗したことを検出することができる。
【０１０４】
以上のように、本実施例に係る作業爪２００Ｆによると、第２センサ４００Ｆを用いて、作業中に作業爪２００Ｆにかかる荷重の大きさの経時変化を測定することで、作業爪の摩耗の度合いを評価することができる。
【０１０５】
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、本実施形態の作業爪を基にして、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。さらに、上述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
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、    １３６：ロアリンク連結部、    １３７：ＰＩＣシャフト、    １４０：サイドプレート、    １５０：耕耘ロータ、    １６０：接続部、    １７０：制御装置、    １８０：爪軸、    １９０：ホルダ、    １９１：凹部、    １９３：開口、    １９５Ｂ：開口端部、    １９７Ｂ：側壁、    １９９Ｂ：開口端部、    ２００：作業爪、    ２０１：湾曲内側面、    ２０３：湾曲外側面、    ２１０：取付け基部、    ２１５：貫通孔、    ２２０：縦刃部、    ２３０：横刃部、    ２４０：頭頂部、    ２５０：刃縁部、    ２６０：峰縁部、    ２７０：刃面、    ３００：第１センサ、    ４００：第２センサ、    ４２０Ｆ：配線、    ４３０Ｆ：保護部材、    ５００：固定部材、    ５００Ｃ−１：第１固定部材、    ５００Ｃ−２：第２固定部材、    ５０１Ａ：ボルト、    ５０１Ｄ−１：端部、    ５０３Ａ：ナット、    ６００Ａ：フランジ、    ６１０Ａ：取付け部、    ６１１Ｃ：端部、    ６１５Ａ：貫通孔、    ６２０Ａ：突出部、    ７００Ｅ：グラフ、    ７１０Ｅ：横軸、    ７１１Ｅ：最大荷重点、    ７２０Ｅ：縦軸、    ７２１：初期値、    ７２３Ｅ：しきい値、    ７３０Ｅ：出力データ、    ７４０Ｅ：グラフ、    ７４１Ｅ：第１期間、    Ｒ：ラジアル方向、    Ｔ：スラスト方向、    Ｗ：矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020005535.tif 000009
【図８】
2020005535.tif 000010
【図９】
2020005535.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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