(57)【要約】【課題】土壌採取装置において、土壌採取の労力軽減と、連続した採取作業を実現することを課題とする。【解決手段】作業車１に土壌採取部２を搭載し、この土壌採取部２の筒体８および筒体を支持するメインフレーム６により構成され、筒体８を土中に侵入可能とし、前記メインフレーム６の上部に筒体８の駆動装置５を配置し、メインフレーム６の上部に採取物用のカップ１０を複数載置できる移動テーブル１１を設け、移動テーブル１１を移動させることにより、採取物用のカップ１０を筒体８下方に移動させ、採取物を移し替える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走式機械の前部または後部に昇降機構を介して土壌採取部を設け、自走式機械に制御部を搭載したことを特徴とする土壌採取装置。
【請求項２】
前記土壌採取部は、筒体および該筒体を支持するフレームにより構成され、該筒体を土中に侵入可能とし、前記フレームの上部に筒体の駆動装置を配置したことを特徴とする請求項１記載の土壌採取装置。
【請求項３】
前記フレームの下部に採取物用の容器を複数載置できる載置台を設け、該載置台を移動させることにより採取物用の容器を筒体下方に移動させ、採取物を容器へ移し替えることを特徴とする請求項２記載の土壌採取装置。
【請求項４】
自走式機械に採取時の位置を認織できる装置を搭載したことを特撒とする請求項１または請求項３記載の土壌採取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌状態を分析するための土壌サンプルを採取する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、土壌を採取してその成分を分析し、土壌の状態に応じた肥料を施肥して、土壌を調製することは知られている。土壌の採取方法としては、シャベルやスコップ等を利用して、１枚の田畑において任意に選択された１箇所の土壌を採取する。そして、この土壌を分析した結果に基づき施肥成分を決定するものである。
このような分析手法において、土壌を採取する場所が１箇所もしくは数箇所程度の場合には、分析の精度が低くなる。また、シャベルやスコップ等の手作業では採取量や採取場所の精度にばらつきが生じる。
このほかに、土壌を採取する技術としては、特許文献１に示されるものがある。これは、採取用の筒を複数個設け、各々の筒において土壌を分割して採取するものである。そして、これを複数箇所において行い土壌を採取する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２７３８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、採取個所の数に応じて筒を必要とするとともに、場所を変えて採取を行う場合には、採取装置を運搬する必要がある。さらに、筒の中に採取した土壌を分析用の容器に移し替える際に、多くの労力を必要となる。そして、採取個所と採取した土壌との関係を、作業者が管理する必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、これらの課題および、土を掘り起こすのに必要となる労力、土の採取量の定量性を、一連の土壌採取工程の中で解決することを目的とした。
そして、トラクタ、管理機などの自走式の機械に土壌採取装置を搭載することにより、作業時の採取個所から採取個所への移動を容易にした。
さらに、自走式機械に取付けることにより、土壌採取の一連の工程を自動化した。採取用の筒の土壌への挿入、採取した土壌の分析カップへの分配、土壌採取場所の記録など、一連の作業を連続的に行うシステムを構成し、自走式機械に搭載した。
すなわち、上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。
請求項１に記載のごとく、自走式機械の前部または後部に昇降機構を介して土壌採取部を設け、自走式機械に制御部を搭載した。
【０００６】
請求項２に記載のごとく、前記土壌採取部は、筒体および該筒体を支持するフレームにより構成され、該筒体を土中に侵入可能とし、前記フレームの上部に筒体の駆動装置を配置した。
【０００７】
請求項３に記載のごとく、フレームの下部に採取物用の容器を複数載置できる載置台を設け、該載置台を移動させることにより採取物用の容器を筒体下方に移動させ、採取物を容器への移し替える。
【０００８】
請求項４に記載のごとく、自走式機械に採取時の位置を認織できる装置を搭載した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１は土壌採取装置を作業車に装着した構成を示す側面図、図２は同じく後面図である。
土壌採取装置は土壌採取部２と制御部３よりなり、該土壌採取部２は自走式機械となる作業車１の後部に、昇降機構となる作業機装着装置４を介して装着されている。なお、本実施例では作業車１はトラクタを用い、作業機装着装置４は３点リンク式のトップリンクとロワーリンクと油圧シリンダ等より構成している。土壌採取部２は作業機装着装置４により昇降自在に構成されている。土壌採取部２の上方には、ＧＰＳ用のアンテナが配設されており制御部３と接続されて、土壌採取部２の位置を認識できる構成となっている。図１においては、ＲＯＰＳフレームよりステーを後方に延出して、土壌採取部２の上方においてＧＰＳ用アンテナを支持している。
【００１０】
作業車１の運転席後方には、土壌採取部２を制御する制御部３が配設されている。土壌採取部２と制御部３とはケーブル等により接続されており、制御部３において土壌採取部２の制御を行うとともに、土壌採取の位置などの情報を記録する。作業車１の運転席側方には、制御部３の表示部が設けられており、土壌採取部２の作動状態を運転者が認識できる構成となっている。
【００１１】
土壌採取部２は、主に、メインフレーム６および、該メインフレーム６に取り付けられる駆動装置５、可動フレーム７、スクレーパ９および移動テーブル１１により構成されている。土壌採取部２は、メインフレーム６に各種の装置を配設した構造であり、その上に各機械が配置されている。
メインフレーム６は作業車１の作業機装着装置４に取付けられ、作業機装着装置４により昇降自在に構成されている。
メインフレーム６は側面視Ｌ字状に構成して、該メインフレーム６の前部左右中央部の上部には、駆動装置５が配設されており、中央部には可動フレーム７がそれぞれ上下方向に配設されている。そして、下部には移動テーブル１１が配設され、移動テーブル１１の上方にスクレーパ９が配設されている。
【００１２】
駆動装置５は、メインフレーム６に対して可動フレーム７を昇降させるものである。駆動装置５は摺動ロッド先端に、可動フレーム７が接続され、駆動装置５により可動フレーム７が昇降する。駆動装置５としては可動フレーム７を昇降可能であれば良く、特に限定するものではない。図２に示す実施例においては油圧シリンダを用いるものである。作業車１に土壌採取部２を装着する場合には、作業車１に搭載される油圧ポンプを利用することが可能である。
可動フレーム７には、筒体８が取り付けられており、筒体８は可動フレーム７に対して昇降自在に構成されている。
メインフレーム６を下降接地させ、可動フレーム７を降下させ、筒体８を降下させて、筒体８内に土壌を取り込む。この後に筒体８を昇降させ、スクレーパ９により土壌を取出し、移動テーブル１１上の採取土用カップ１０内に土壌を採取する。
スクレーパ９は左右方向に摺動可能に構成されており、筒体８の下端部において筒体８内の土壌を取出す際に用いられる。
移動テーブル１１は、メインフレーム６の下部において前後左右に摺動可能に構成されており、移動テーブル１１上には採取土用のカップ１０が碁盤の目状に複数配設されている。カップ１０に土壌を採取する場合には、移動テーブル１１を摺動させて、カップ１０を筒体８の下方に移動させる。
移動テーブル１１には、複数個の凹部が構成されており、この凹部にカップ１０の下部が挿入されている。
【００１３】
図３はスクレーパの構成を示す図、図４は筒体近傍の構成を示す図である。
スクレーパ９にはスクレーパ用駆動装置１３が接続されており、スクレーパ用駆動装置１３の摺動により、スクレーパ９が筒体８の近傍まで摺動可能となっている。
筒体８の下端部は、可動フレーム７に固設されたガード板１２に設けた孔に挿入されている。ガード板１２は水平に維持されており、筒体８の地中への挿入時における筒体８のふらつきを防止する。そして、筒体８が地中より上昇する際に、筒体８の外周面に付着した土を削ぎ落とすものである。さらに、ガード板１２の下面には、樹脂膜等が貼り付けられており、ガード板１２の下面に土が付着しないように構成されている。樹脂膜の素材としては、フッ素樹脂やポリエチレン樹脂などを利用することが出来る。
【００１４】
スクレーパ９の先端部には、当接部１５が保持具１６により保持されており、保持具１６の下方に湾曲したカバー１４が配設されている。
当接部１５はスクレーパ９の摺動方向に切れ目が入っており、切れ目の中央部には円形の切り欠き部が構成されている。当接部１５は、ゴムや形状記憶合金、板バネなどの弾性体により構成されており、縁部を保持具１６により固定されている。
保持具１６はＵ字状に構成されており、開口側を筒体８に向けた構成となっている。
そして、カバー１４は、保持具１６の開口部に相当する位置に開口部を設けた筒状に構成されており、カバー１４は採取土用のカップ１０の形状に沿って湾曲している。なお、カバー１４の内側面も、土の付着を防止すべく、樹脂膜等を貼り付けるものである。
スクレーパ９は筒体８の側方に位置しており、筒体８に向けて摺動可能に構成されている。そして、スクレーパ９の摺動はスクレーパ用駆動装置１３により行われるものである。
【００１５】
次に、図５を用いて土壌採取部２の構成について説明する。
図５は土壌採取装置の正面図である。
メインフレーム６の中央には、可動フレーム７が配設されており、可動フレーム７は、メインフレーム６の上部に配設された駆動装置５により上下に摺動する構成となっている。
可動フレーム７には筒体摺動装置２２が配設されており、可動フレーム７に対して筒体８を上下に摺動可能に構成している。筒体８にはスクリュー２６が挿入されており、筒体８を地中に挿入してスクリューを回動することにより、筒体８内に土壌を取り込むものである。
スクリュー２６の上端は、スクリュー駆動装置２３に接続されており、スクリュー駆動装置２３によりスクリュー２６が回動するものである。スクリュー駆動装置２３には、スクリュー摺動装置２４が接続しており、スクリュー駆動装置２３とともにスクリュー２６を上下に摺動可能に構成している。
そして、可動フレーム７の下部には、接地センサ２５が配設されており、可動フレーム７を降下させた場合に、可動フレーム７の降下を接地直前に停止させることができるものである。
そして、筒体８の側方には、スクレーパ９が配設されており、筒体８に向けて摺動可能に構成されている。
【００１６】
次に、図６ないし図１１を用いて、土壌採取装置の土壌採取構成について説明する。
図６は可動フレームの降下前の状態を示す図、図７は筒体を接地させた状態を示す図、図８は筒体の地中への挿入状態を示す図、図９は筒体の地中への挿入完了状態を示す図、図１０は地中より筒体を取出した状態を示す図、図１１は筒体への土壌取り込み完了状態を示す図である。
始めに、作業車１を停車し、土壌採取部２を降下させて接地させる。
次に、図６に示すごとく、接地センサ２５の下端と筒体８の下端とを一致させて、可動フレーム７を降下させる。スクリュー２６は筒体８内に挿入されており、スクリュー２６の下端と筒体８の下端が一致した構成となっている。なお、可動フレーム７の可動開始により、スクリュー２６が土を掻き揚げる方向に回動する。
そして、筒体８およびスクリュー２６とともに可動フレーム７を、接地センサ２５が接地するまで降下させる。これにより、図７に示す状態となる。
【００１７】
なお、接地センサ２５は図では１個のみ示しているが、複数設けてもよい。部分的に隆起している部分にセンサ２５が反応した場合、必要以上に早く筒体８が動作を開始することがある。また、反対にくぼんでいる部分にセンサ２５が反応すると筒体８の動作開始が遅くなる。
従って、筒体８を中心とした−定の領域内に複数の接地センサ２５・・を配置し、それらがほぼ同時に反応することにより、採取する地面が一定の平面を保っていることを確認することも可能である。
そして、隆起している、または、くぼんでいる地面である場合には、その部分のセンサ２５の反応するタイミングがずれてくる。このため、隆起もしくは窪みを検知可能であり、この検知により部分的に警報を発して停止するなどの措置がとれる。
【００１８】
次に、図８に示すごとく、筒体８とともにスクリュー２６を地中に挿入する。土中に侵入した筒体８は内蔵しているスクリュー２６が土を掻き上げる方向に回転しているので土をその内部に取り込みながら土中に侵入する。
この際に、筒体８の下降速度と、スクリュー２６の回動による土壌の搬送速度とは、理論的には一致しているのが望ましい。しかし、実際のロスを考慮する場合には、若干スクリュー２６の搬送速度を速めておく方がよい。
【００１９】
なお、可動フレーム７が接地センサ２５により停止するときは、可動フレーム７が地面に接地しており、土壌採取作業時の筒体８の土中への侵入を安定して行うことが出来る。また、筒体８の周りを囲む形のガード板を設けて、筒体８の土壌侵入時におけるふらつきを防止することも可能である。
また、ガード板により、筒体８が上昇していく際に、筒体８の外周面に付着した土を削ぎ落とすことも可能である。
【００２０】
筒体８の地中への挿入量は、予め設定されており、その設定量により土中に一定深さの侵入を行う。筒体８が一定深さ侵入し、すなわち、一定量の土壌が筒体８内に導入されると、筒体８内部のスクリュー２６の回転を停止する。
そして、筒体８はスクリュー２６と共に上昇を始める。
【００２１】
図１０に示すように、筒体８が可動フレーム７に対して最大上昇位置となった後に、筒体８を接地面よりさらに上昇するときは、可動フレーム７を上昇させて、図１１に示すごとく、筒体８の下端とスクレーパ９との上下位置を一致させる。
【００２２】
次に、図１２から図１４を用いて、採取土壌のカップ１０への供給構成について説明する。
図１２は採取土用カップへの土壌供給状態を示す図、図１３はスクレーパによるスクリューの清掃状態を示す図、図１４は採取用カップへの土壌供給完了状態を示す図である。
メインフレーム６には、採取土壌用カップ１０を複数配置した移動テーブル１１が載置されている。この移動テーブル１１を移動させ、採取した土を投入するカップ１０を筒体８の下に配置する。
そして、図１２に示すように、筒体８はそのままの位置に保持され、内部のスクリュー２６のみが回転を停止した状態で、カップ１０に向けて下降する。
【００２３】
次に図１３に示すごとく、スクリュー２６にスクレーパ９を差し込む。
スクリュー２６の表面には採取した土壌が付着しており、この土壌をスクレーパ９により、スクリュー２６より取り除くものである。
スクリュー２６にスクレーパ９を差し込んだ状態で、スクリュー２６を土壌を採取するときと同様に回りながら上昇させる。回転方向は、効率よく土壌を削ぎ落とすためにスクリューの形状等を考慮して決定する。
すると、図１４に示すごとく、スクレーパ９がスクリュー２６表面上の土壌を削ぎ落とす。削ぎ落とされた土壌は、採取土壌用カップ１０の中に落下する。
【００２４】
スクレーパ９の差し込み位置については採取した土壌の不要な落下を防ぐために筒体８の最下位置に差し込むのが望ましい。
また、このようにスクリュー２６の土壌を取り除く際には、スクリュー２６を連続回転しながら上昇させるとスクレーパ９の状態によっては、スクレーパ９がスクリュー２６と共に筒体８の中に引き込まれてしまう場合がある。
これを避けるためには、スクレーパ９の硬度を上げる。もしくは、スクリュー２６の回転上昇を間欠的に実施する。または間欠的に逆転、下降などを行う。これにより、その都度スクレーパ９の姿勢が矯正され、筒体８内に引き込まれることがない。
なお、スクレーパ９の下方に湾曲した板を設け、土のこぼれを防ぐことも可能である。湾曲した板は、カップに沿って設けるものである。
【００２５】
以上のような作業を作業車１の装着した土壌採取部２により行うものである。そして、作業車１により、採取位置を変更しながら実施する。
これにより、オペレータの土壌採取にかかる労力を軽減できる。そして、移動時等に発生する、採取した土壌の運搬の手間が解消される。
さらに、移動テーブル１１に積載されたカップ１０の位置と、採取場所との情報が土壌採取部２のより関連付けされ記録されているので、採取した土壌を仕分ける作業にかかる労力が軽減され、田畑において一連の連続した採取工程として実施できるのである。
【００２６】
次に、これらの作業における応用例を説明する。
筒体８が土中に侵入している際に、筒体８の下降を停止し、スクリュー２６の回転のみを縦続する（下降はしない）とスクリュー２６が空回しの状態になる。この状態で、筒体８の下降を再開するとスクリュー２６が空回しになった区間だけ、スクリュー２６の表面上に土壌が採取されない部分ができる。
すなわち、一回の土中への侵入で同一個所の土壌を分割して採取することができる。このため、同一個所の土壌を複数の採取カップに分けることが可能になる。
筒体８を土中に侵入させる際は、筒体８とスクリュー２６（回転状態）を一体的に下降させるが、先に筒体８のみを侵入させてもよい。このとき、筒体８を回転させながら侵入させるとその作業が容易になる。スクリュー２６は、筒体８の侵入が完了した時点で下降を始め、回転により土を撞き上げる。
また、筒体８を先に土中に侵入させるのではなく、スクリュー２６（回転状態）を先に侵入させてもよい。そして、後から筒体８がスクリュー２６にかぶさる形で筒体８が下降し、土中に侵入する。このとき筒体８は回転状態で下降侵入すると作業が容易になる。
【００２７】
これらの方法は、耕起した土壌に対して効果がある。すなわち、粉砕され砂のようにやわらかくなった土壌は、筒体８とスクリュー２６の下降が同時に実施されると、スクリュー２６や筒体８のわずかな抵抗により筒体８の外にはみ出し、採取量が減少してしまうのである。スクリュー２６もしくは筒体８を後から下降させることにより、地中への挿入時における抵抗が減少し、土が筒体８の外にはみ出ることなく、正確な量の土の採取が可能になる。
すなわち、筒体８とスクリュー２６を同時に土中に侵入させるのに比べると時間はかかるが、それぞれ別に動作させることにより土中侵入時の抵抗を滅少できる。
【００２８】
また、構造を簡素化するためにスクリュー２６を廃止し、筒体８の中に土壌押し出し用のピストンを配置してもよい。
この場合、まずは筒体８のみが土中に回転しながら下降侵入し、土壌採取後、そのまま引き上げられる。このとき、土壌は筒体８内面との摩擦力のみにより、筒体８の中に保持される。この保持を確実なものにするためには、筒体８先端の径を筒体８の胴体部より若干細くしてやるとよい。
土壌を採取した後に、筒体８を土壌採取用カップ１０の上面に移動し、筒体８内部からピストンにて押し出していく。（このとき、筒体内面とピストンの摺動面にはウレタンなどの部材を施しておけば、ピストンの円滑な摺動を確保でき、筒体内面とピストンの隙間によるロスが解消される。）
また、トラクタに現在位置を感知するシステム（ＧＰＳなど）を搭載すれば土壌成分とその位置を関連付けて紀録することが出来、施肥の際にはそのデータに基づき、移動しながら可変的に施肥を実施することが出きる。
【００２９】
次に、図１５を用いてスクレーパ９の当接部１５の構成について説明する。図１５はスクレーパの当接部の構成を示す側面断面図である。
まず、図１５（ａ）を用いて、スクレーパ９の当接部１５の一例について説明する。当接部１５は、厚みのほぼ均一な板状部材により構成されており、先端部をスクリュー２６の表面２６ｂに当接させるものである。これにより、スクリュー２６の表面に付着した土を削ぎ落とすものである。
このような構成とすることにより、当接部１５を容易に構成することが可能である。
【００３０】
また、当接部１５先端部の構成として、図１５（ｂ）に示すごとく、スクリュー２６の外側面に当接する先端部を鋭角に構成する。すなわち、スクレーパ９の当接部において、スクリュー２６に当接する側の厚みを小さく構成するものである。このように構成とすることにより、土壌を容易に取り除くことができる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載のごとく、自走式機械の前部または後部に昇降機構を介して土壌採取部を設け、自走式機械に制御部を搭載したので、土壌採取を行う際のオペレータの労力を軽減できる。
【００３２】
請求項２に記載のごとく、前記土壌採取部は、筒体および該筒体を支持するフレームにより構成され、該筒体を土中に侵入可能とし、前記フレームの上部に筒体の駆動装置を配置したので、筒体を用意に地中に挿入可能であり、フレームと作業車との取付けおよび取り外しを容易に行うことができる。
【００３３】
請求項３に記載のごとく、フレームの下部に採取物用の容器を複数載置できる載置台を設け、該載置台を移動させることにより採取物用の容器を筒体下方に移動させ、採取物を容器への移し替えるので、採取物を確実に容器に収めることが可能であり、清掃と同時に採取物の移し替えを行うことができる。
【００３４】
請求項４に記載のごとく、自走式機械に採取時の位置を認織できる装置を搭載したので、採取物と採取場所との関連付けを容易に行うことができ、採取作業を連続して行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】土壌採取装置を作業車に装着した構成を示す側面図。
【図２】同じく後面図。
【図３】スクレーパの構成を示す図。
【図４】筒体近傍の構成を示す図。
【図５】土壌採取装置の正面図。
【図６】可動フレームの降下前の状態を示す図。
【図７】筒体を接地させた状態を示す図。
【図８】筒体の地中への挿入状態を示す図。
【図９】筒体の地中への挿入完了状態を示す図。
【図１０】地中より筒体を取出した状態を示す図。
【図１１】筒体への土壌取り込み完了状態を示す図。
【図１２】採取土用カップへの土壌供給状態を示す図。
【図１３】スクレーパによるスクリューの清掃状態を示す図。
【図１４】採取用カップへの土壌供給完了状態を示す図。
【図１５】スクレーパの当接部の構成を示す側面断面図。
【符号の説明】
１　作業車
２　土壌採取装置
３　制御装置
４　作業機装着装置
５　駆動装置
６　メインフレーム
７　可動フレーム
８　筒体
９　スクレーパ
１０　（採取土用）カップ
１１　移動テーブル
１２　ガード板
１３　スクレーパ用駆動装置
１４　カバー
１５　当接部
１６　保持具
２２　筒体摺動装置
２５　接地センサ
２６　スクリュー
【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】
2004124509.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004124509.tif 000011
【図１０】
2004124509.tif 000012
【図１１】
2004124509.tif 000013
【図１２】
2004124509.tif 000014
【図１３】
2004124509.tif 000015
【図１４】
2004124509.tif 000016
【図１５】
2004124509.tif 000017