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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitsmaschine, die Leistung von einer Antriebseinheit auf eine Arbeitseinheit über eine Welle überträgt, die von mehreren Lagerelementen innerhalb eines rohrförmigen Abschnitts abgestützt wird.
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STAND DER TECHNIK
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JP S53-062627 A ,
JP H11-257335 A und
JP 5297646 B2 beispielsweise offenbaren tragbare Arbeitsmaschinen. Die tragbare Arbeitsmaschine überträgt Leistung einer Antriebseinheit, wie beispielsweise eines Verbrennungsmotors, auf eine Arbeitseinheit, wie beispielsweise eine Schneidklinge, über eine Welle, die in einen rohrförmigen Abschnitt eingeführt und durch eine Mehrzahl von Lagerelementen abgestützt ist.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Wenn die Leistung der Antriebseinheit über die Welle auf die Arbeitseinheit übertragen wird und die Arbeitseinheit eine vorbestimmte Arbeit ausführt, schwingen die Welle, die Mehrzahl von Lagerelementen und der rohrförmige Abschnitt als Einheit, aufgrund der Schwingung der Antriebseinheit oder der Arbeitseinheit, die als Schwingungsquelle dient. Wenn in diesem Fall die Eigenfrequenz einer Struktur, die aus der Welle, der Mehrzahl von Lagerelementen und dem rohrförmigen Abschnitt gebildet ist, nahe der Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit oder der Arbeitseinheit ist, kommt die Schwingung der Struktur zur Resonanz und wird größer. Ein von einer Bedienperson ergriffener Griff ist über einen Griffstützabschnitt mit der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts der Arbeitsmaschine verbunden. Dementsprechend wird die Schwingung der Struktur über den Griffstützabschnitt auf den Griff übertragen.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des obigen Problems gemacht, und eine Aufgabe davon ist es, eine Arbeitsmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, Schwingungen einer Welle und eines rohrförmigen Abschnitts zu reduzieren.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arbeitsmaschine bereitgestellt, umfassend: eine Antriebseinheit; eine durch Leistung der Antriebseinheit angetriebene Arbeitseinheit; eine Welle, die dazu konfiguriert ist, die Leistung der Antriebseinheit auf die Arbeitseinheit zu übertragen; einen rohrförmigen Abschnitt, der zwischen der Antriebseinheit und der Arbeitseinheit angeordnet ist und in den die Welle eingesetzt ist; und mehrere Lagerelemente, die konfiguriert sind, um die Welle innerhalb des rohrförmigen Abschnitts abzustützen, wobei die mehreren Lagerelemente innerhalb des rohrförmigen Abschnitts auf einer Seite eines Knotens einer Schwingung angeordnet sind, die in der Welle oder dem rohrförmigen Abschnitt erzeugt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Übertragbarkeit von Schwingungen zwischen der Welle und dem rohrförmigen Abschnitt zu verringern, indem die Mehrzahl von Lagerelementen auf der Knotenseite der Schwingung angeordnet wird. Im Ergebnis ist es möglich, zu verhindern, dass die Struktur, die aus der Welle, der Mehrzahl von Lagerelementen und dem rohrförmigen Abschnitt gebildet ist, als Einheit schwingt. Im Ergebnis kann eine Schwingung der Welle und des rohrförmigen Abschnitts reduziert werden. Das heißt, die Welle und der rohrförmige Abschnitt schwingen in unabhängigen Moden (Biegeschwingungsmoden). Daher kann die Frequenz der in der Welle oder dem rohrförmigen Abschnitt erzeugten Schwingung von der Frequenz der Schwingung der als Schwingungsquelle dienenden Antriebseinheit oder Arbeitseinheit verschoben werden. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten von Resonanz in der Welle und dem rohrförmigen Abschnitt zu unterdrücken.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine gemäß einer vorliegenden Ausführungsform;
- 2 ist eine Seitenansicht des Inneren der Arbeitsmaschine von 1;
- 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III von 2;
- 4A ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch die Anordnung von Lagerelementen und das Auftreten von Schwingung in einem Vergleichsbeispiel darstellt; 4B ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch die Anordnung von Lagerelementen in einem ersten Beispiel darstellt, und 4C ist eine erläuternde Ansicht, die schematisch die Anordnung von Lagerelementen in einem zweiten Beispiel darstellt;
- 5 ist eine erläuternde Ansicht einer Schwingung, die in dem Vergleichsbeispiel erzeugt wird;
- 6 ist eine erläuternde Ansicht einer im ersten Beispiel erzeugten Schwingung;
- 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Frequenz und der Schwingungsbeschleunigung im ersten Beispiel zeigt;
- 8 ist eine erläuternde Ansicht einer Schwingung, die in dem zweiten Beispiel erzeugt wird; und
- 9 ist eine erläuternde Ansicht einer im zweiten Beispiel erzeugten Schwingung.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform einer Arbeitsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen dargestellt und beschrieben.
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[1. Schematische Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform]
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist eine Arbeitsmaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Motorsense als tragbare Arbeitsmaschine und umfasst eine Antriebseinheit 12, eine Arbeitseinheit 14, die durch die Leistung der Antriebseinheit 12 angetrieben wird, eine Welle 16, welche die Leistung der Antriebseinheit 12 zu der Arbeitseinheit 14 überträgt, einen rohrförmigen Abschnitt 18, der zwischen der Antriebseinheit 12 und der Arbeitseinheit 14 angeordnet ist und in den die Welle 16 eingesetzt ist, und mehrere Lagerelemente 20, welche die Welle 16 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 abstützen. Ein schwimmend gelagerter Kasten 24 mit einem Griffstützabschnitt 22 ist an der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 18 auf der Seite der Antriebseinheit 12 vorgesehen. Ein von einer Bedienperson ergriffener Griff 26 wird durch den Griffstützabschnitt 22 abgestützt.
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Die Antriebseinheit 12 ist an der Basisendseite der Welle 16 und des rohrförmigen Abschnitts 18 vorgesehen und verwendet beispielsweise einen Verbrennungsmotor als eine Antriebsquelle davon. Die Welle 16 ist beispielsweise eine stabförmige Welle aus Stahl und hat ein Basisende, das über eine Kupplung 28 mit der Antriebsquelle der Antriebseinheit 12 verbunden ist, und ein distales Ende, das über ein Getriebe 29 mit der Arbeitseinheit 14 verbunden ist. Leistung (Drehkraft) der Antriebseinheit 12 wird über die Kupplung 28, die Welle 16 und das Getriebe 29 auf die Arbeitseinheit 14 übertragen. Daher können die Antriebseinheit 12 und die Arbeitseinheit 14 aufgrund des Getriebes 29 mit unterschiedlichen Frequenzen schwingen. Wenn die Arbeitsmaschine 10 tatsächlich verwendet wird, führt die Arbeitseinheit 14 außerdem eine vorbestimmte Arbeit bei einer Frequenz von etwa 120 Hz aus. Der rohrförmige Abschnitt 18 ist beispielsweise ein Aluminiumrohr und weist ein mit der Antriebseinheit 12 verbundenes Basisende und ein mit der Arbeitseinheit 14 verbundenes distales Ende auf.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, stützen die mehreren Lagerelemente 20 die Welle 16 derart drehbar, dass die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 im Wesentlichen koaxial zueinander sind. Jedes der Lagerelemente 20 ist aus einer Buchse 20a und einem elastischen Element 20b gebildet. Die Buchse 20a besteht aus einem mit Öl imprägnierten rohrförmigen Metallelement und steht in Kontakt mit der Außenumfangsfläche der Welle 16. Das elastische Element 20b besteht aus einem ölbeständigen rohrförmigen Gummielement und ist zwischen der Außenumfangsfläche der Buchse 20a und der Innenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 18 angeordnet. Die Anordnungspositionen der mehreren Lagerelemente 20 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 werden später beschrieben.
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Die Arbeitseinheit 14 ist zum Beispiel eine rotierende Schneidklinge, die mit dem distalen Ende der Welle 16 verbunden ist, und führt eine vorbestimmte Arbeit durch, indem sie durch Leistung angetrieben wird (indem sie durch eine Rotationskraft gedreht wird), die von der Antriebseinheit 12 über die Kupplung 28 und die Welle 16 übertragen wird. Der Griff 26 ist mit einem Paar linker und rechter Griffteile 30 versehen, die von der Bedienungsperson während der Arbeit ergriffen werden. Ein Griffteil 30 ist mit einem Drosselhebel 32 versehen, der die Leistung der Antriebseinheit 12 einstellt.
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Ein erster Halteabschnitt 34 ist am Basisende des rohrförmigen Abschnitts 18 vorgesehen. Der erste Halteabschnitt 34 ist mit der Antriebseinheit 12 verbunden und deckt die Kupplung 28 und das Basisende des rohrförmigen Abschnitts 18 ab. Zusätzlich ist ein zweiter Halteabschnitt 36 an einer Stelle vorgesehen, die um einen vorbestimmten Abstand von dem Basisende des rohrförmigen Abschnitts 18 zu der Arbeitseinheit 14 entlang der Längsrichtung der Welle 16 getrennt ist. Der zweite Halteabschnitt 36 umgibt die äußere Umfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 18. Der schwimmend gelagerte Kasten 24 ist an der Basisendseite des rohrförmigen Abschnitts 18 so angeordnet, dass er zwischen dem ersten Halteabschnitt 34 und dem zweiten Halteabschnitt 36 aufgenommen ist.
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Ein Basisende des schwimmend gelagerten Kastens 24 ist mit dem ersten Halteabschnitt 34 über ein erstes schwingungsabsorbierendes Element 38 verbunden. Ein distales Ende des schwimmend gelagerten Kastens 24 ist mit dem zweiten Halteabschnitt 36 über ein zweites schwingungsabsorbierendes Element 40 verbunden. Der Griffstützabschnitt 22 ist an dem distalen Ende des schwimmend gelagerten Kastens 24 auf der Seite des zweiten Halteabschnitts 36 angebracht. Das erste schwingungsabsorbierende Element 38 und das zweite schwingungsabsorbierende Element 40 sind elastische Körper, wie etwa Gummi, und sind vorgesehen, um eine Schwingung zu unterdrücken, die von der Basisendseite des rohrförmigen Abschnitts 18 über den Griffstützabschnitt 22 auf den Griff 26 übertragen wird.
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[2. Charakteristische Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform]
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Als nächstes wird eine charakteristische Konfiguration der Arbeitsmaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die charakteristische Konfiguration bezieht sich auf die Anordnung der mehreren Lagerelemente 20 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18. 4A (Vergleichsbeispiel) veranschaulicht die Anordnung der Mehrzahl von Lagerelementen 20 in einer herkömmlichen Arbeitsmaschine 42. 4B (erstes Beispiel) und 4C (zweites Beispiel) veranschaulichen die Anordnung der Mehrzahl von Lagerelementen 20 in der Arbeitsmaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In den 4A bis 4C sind die Konfigurationen der Arbeitsmaschinen 10 und 42 schematisch dargestellt, um die Anordnungspositionen der mehreren Lagerelemente 20 in Bezug auf die Welle 16 hervorzuheben. In der Beschreibung des Vergleichsbeispiels und des ersten und zweiten Beispiels können die gleichen Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
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In dem Vergleichsbeispiel, wie in 4A gezeigt, sind die mehreren Lagerelemente 20 in gleichen Abständen entlang der Längsrichtung der Welle 16 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 angeordnet (siehe 1 bis 3). Andererseits, in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4B und 4C gezeigt, sind die mehreren Lagerelemente 20 in ungleichmäßigen Abständen entlang der Längsrichtung der Welle 16 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 angeordnet. Der Grund für die Anordnung in ungleichmäßigen Abständen ist wie folgt.
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Wie in 4A und 5 gezeigt, sind auch in dem Vergleichsbeispiel die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 (siehe 1 bis 3) über die Mehrzahl von Lagerelementen 20 miteinander verbunden. Das Basisende der Welle 16 ist mit der Antriebseinheit 12 verbunden. Das distale Ende der Welle 16 ist mit der Arbeitseinheit 14 über das Getriebe 29 verbunden. Wenn daher in der als Schwingungsquelle dienenden Antriebseinheit 12 oder Arbeitseinheit 14 eine Schwingung erzeugt wird, schwingen die Welle 16, die mehreren Lagerelemente 20 und der rohrförmige Abschnitt 18 aufgrund der Schwingung als Einheit. Wenn in diesem Fall die Eigenfrequenz einer Struktur 44, die aus der Welle 16, der Mehrzahl von Lagerelementen 20 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 gebildet ist, nahe an der Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 liegt, kommt die Schwingung der Struktur 44 zur Resonanz und wird größer. Der Griffstützabschnitt 22 ist an der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 18 über den zweiten Halteabschnitt 36 und das zweite schwingungsabsorbierende Element 40 angeordnet, und der Griff 26 wird durch den Griffstützabschnitt 22 abgestützt. In dem Vergleichsbeispiel wird die Schwingung der Struktur 44 in Resonanz daher von dem zweiten Halteabschnitt 36 über das zweite schwingungsabsorbierende Element 40 und den Griffstützabschnitt 22 auf den Griff 26 übertragen.
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In 4A und 5 ist, wenn die Schwingungsfrequenz der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 und die Eigenfrequenz der Struktur 44 beide 120 Hz betragen, die in der Struktur 44 erzeugte Schwingung schematisch durch eine dicke Linie dargestellt. Außerdem illustriert die dünne Linie in 4A schematisch einen Fall, in dem die Welle 16 alleine schwingt.
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Wie oben beschrieben, wird in dem Vergleichsbeispiel die Schwingungsmode (Biegeschwingungsmode), die in der Struktur 44 erzeugt wird, überhaupt nicht berücksichtigt, und die mehreren Lagerelemente 20 sind gleichmäßig entlang der Längsrichtung der Welle 16 angeordnet. Wenn daher zum Beispiel eines der Lagerelemente 20 an einer Position des Schwingungsbauches angeordnet ist, wird die Resonanzschwingung von der Welle 16 auf den rohrförmigen Abschnitt 18 über das Lagerelement 20 übertragen. Im Ergebnis wird eine größere Schwingung auf den Griff 26 übertragen.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 4B (erstes Beispiel) und 4C (zweites Beispiel) gezeigt, sind daher die mehreren Lagerelemente 20 auf der Knotenseite der Schwingung angeordnet, die in der Welle 16 oder dem rohrförmigen Abschnitt 18 erzeugt wird. Der Schwingungsknoten ist ein Abschnitt, wo die Schwingung gering ist. Daher wird eine Schwingungsübertragung zwischen der Welle 16 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 unterdrückt. Das heißt, die mehreren Lagerelemente 20 fungieren als Elemente, welche die Schwingung der Welle 16 und die Schwingung des rohrförmigen Abschnitts 18 trennen und die Übertragbarkeit von Schwingungen zwischen der Welle 16 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 verringern. Im Ergebnis schwingen die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 in unabhängigen Moden (Biegeschwingungsmoden), wodurch das Auftreten von Resonanz unterdrückt wird und die Struktur 44 daran gehindert werden kann, als Einheit zu schwingen.
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Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform die Eigenfrequenz der Struktur 44 durch ungleichmäßiges Anordnen der Mehrzahl von Lagerelementen 20 entlang der Längsrichtung der Welle 16 auf eine beliebige Frequenz geändert werden. Dementsprechend ändert sich die Eigenfrequenz der Struktur 44 zu einem Frequenzbereich, der sich von der Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 unterscheidet. In Ergebnis kann das Auftreten von Resonanz in der Struktur 44 vermieden werden.
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Insbesondere in dem ersten Beispiel, das in 4B illustriert ist, sind zwei oder drei Lagerelemente 20 kollektiv in der Nähe von jedem einer Mehrzahl von Schwingungsknoten in der Struktur 44 angeordnet, das heißt in jedem von Abschnitten, die in 4A bis 4C von unterbrochenen Linien umgeben sind. In dem ersten Beispiel kann die Mehrzahl von Lagerelementen 20 kollektiv in der Nähe von jedem der Mehrzahl von Knoten angeordnet sein. Ferner ist in dem zweiten Beispiel, das in 4C gezeigt ist, ein Fall dargestellt, in dem ein Lagerelement 20 in der Nähe von jedem der Mehrzahl von Schwingungsknoten in der Struktur 44 angeordnet ist.
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6 und 7 zeigen die Ergebnisse des ersten Beispiels. In 7 zeigt die durchgezogene Linie eine Änderung in der Schwingungsbeschleunigung in Bezug auf die Frequenz im ersten Beispiel an. Die gestrichelte Linie zeigt eine Änderung der Schwingungsbeschleunigung in Bezug auf die Frequenz im Vergleichsbeispiel an.
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In 6 und 7 ist die Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 auf 120 Hz eingestellt, und die Eigenfrequenz der Struktur 44 ist auf 142 Hz eingestellt. Das heißt, im ersten Beispiel wird die Eigenfrequenz der Struktur 44 von 120 Hz auf 142 Hz verschoben. Somit wird die Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 von der Eigenfrequenz der Struktur 44 verschoben, und im Ergebnis wird die Schwingungsbeschleunigung des rohrförmigen Abschnitts 18 um 120 Hz herum unterdrückt, und die Schwingungsbeschleunigung des Griffs 26 wird ebenfalls unterdrückt.
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Ferner sind in dem ersten Beispiel die mehreren Lagerelemente 20 auf der Knotenseite der Schwingung angeordnet. Somit wird die Schwingungsübertragbarkeit zwischen dem Schaft 16 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 reduziert, und im Ergebnis kann die Schwingung, die auf den Griff 26 übertragen wird, in geeigneter Weise reduziert werden.
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8 und 9 zeigen die Ergebnisse des zweiten Beispiels. In 8 ist die Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 auf 120 Hz eingestellt, und die Eigenfrequenz der Struktur 44 ist auf 140 Hz eingestellt. Ferner ist in 9 die Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 auf 120 Hz eingestellt, und die Eigenfrequenz der Struktur 44 ist auf 99 Hz eingestellt.
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Bei dem zweiten Beispiel ist der Anordnungsabstand zwischen der Mehrzahl von Lagerelementen 20 im Vergleich zu dem Abstand bei der gleichmäßigen Anordnung in 4A stark erweitert. Dementsprechend wird die Eigenfrequenz der Struktur 44 von der Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 verschoben, und im Ergebnis schwingen die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 in unabhängigen Moden. Daher kann auch im zweiten Beispiel das Auftreten von Resonanz wie im ersten Beispiel unterdrückt werden. Ferner kann die Schwingungsübertragbarkeit zwischen der Welle 16 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 reduziert werden. Im Ergebnis kann die auf den Griff 26 übertragene Schwingung in geeigneter Weise reduziert werden.
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[3. Wirkung der vorliegenden Ausführungsform]
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Wie oben beschrieben, umfasst die Arbeitsmaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Antriebseinheit 12, die durch die Leistung der Antriebseinheit 12 angetriebene Arbeitseinheit 14, die Welle 16, welche die Leistung der Antriebseinheit 12 auf die Arbeitseinheit 14 überträgt, den rohrförmigen Abschnitt 18, der zwischen der Antriebseinheit 12 und der Arbeitseinheit 14 angeordnet ist und in den die Welle 16 eingesetzt ist, und die Mehrzahl von Lagerelementen 20, welche die Welle 16 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 abstützen. In diesem Fall sind die mehreren Lagerelemente 20 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 auf der Knotenseite der in der Welle 16 oder dem rohrförmigen Abschnitt 18 erzeugten Schwingung angeordnet.
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Durch Anordnen der mehreren Lagerelemente 20 auf der Knotenseite der Schwingung auf diese Weise kann die Schwingungsübertragbarkeit zwischen der Welle 16 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 verringert werden. Dementsprechend ist es möglich, zu verhindern, dass die Struktur 44, die aus der Welle 16, der Mehrzahl von Lagerelementen 20 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 gebildet ist, als Einheit schwingt. Im Ergebnis kann die Schwingung der Welle 16 und des rohrförmigen Abschnitts 18 reduziert werden. Das heißt, die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 schwingen in unabhängigen Moden (Biegeschwingungsmoden), wodurch es möglich ist, die Frequenz der in der Welle 16 oder dem rohrförmigen Abschnitt 18 erzeugten Schwingung von der Frequenz der Schwingung der als Schwingungsquelle dienenden Antriebseinheit 12 oder Arbeitseinheit 14 zu verschieben. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten von Resonanz in der Welle 16 und dem rohrförmigen Abschnitt 18 zu unterdrücken.
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In diesem Fall sind die mehreren Lagerelemente 20 dicht in der Nähe des Knotens angeordnet. In der Welle 16 ist ein Abschnitt zwischen zwei Knoten ein Abschnitt, der frei schwingen kann (ein Abschnitt mit freier Länge, der ein Schwingungsbauch-Abschnitt ist). Daher wird durch dichtes Anordnen der Lagerelemente 20 in jedem der zwei Knoten die auf jedes Lagerelement 20 aufgebrachte Last verringert. Im Ergebnis ist es möglich, eine Verschlechterung der Lagerelemente 20 zu unterdrücken, während eine Schwingungsverlagerung des Abschnitts freier Länge unterdrückt wird.
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Zusätzlich können drei Lagerelemente 20 kollektiv in der Nähe von mindestens einem Knoten von mehreren Schwingungsknoten angeordnet sein. In diesem Fall ist es möglich, das Auftreten eines Schwingungsbauchs in dem Abschnitt zu unterdrücken, in dem die Lagerelemente 20 gemeinsam angeordnet sind. Im Ergebnis ist es möglich, die Ordnung der Biegeschwingungsmode der Welle 16 zu steuern, während eine Verschlechterung der Lagerelemente 20 unterdrückt wird. Beispielsweise tritt kein Schwingungsbauch in einem Abschnitt auf, in dem drei Lagerelemente 20 gemeinsam angeordnet sind, und die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 schwingen unabhängig und frei in einem freien Längenabschnitt, in dem ein Abstand zwischen den Lagerelementen 20 breit ist. Auf diese Weise kann die Ordnung der Biegeschwingungsmode der Welle 16 durch geeignetes Einstellen des Anordnungsabstands zwischen dem Abschnitt, in dem die Lagerelemente 20 gemeinsam angeordnet sind, und dem Abschnitt mit freier Länge gesteuert werden. Außerdem ist es möglich, den Verschiebungsbetrag der Eigenfrequenz der Struktur 44 einzustellen.
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Außerdem ist die Arbeitsmaschine 10 eine tragbare Arbeitsmaschine, die ferner den mit der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Abschnitts 18 verbundenen Griffstützabschnitt 22 und den durch den Griffstützabschnitt 22 gestützten und von der Bedienperson gegriffenen Griff 26 umfasst. Da, wie oben beschrieben, die Schwingungsübertragung auf den Griff 26 unterdrückt wird, kann die Marktfähigkeit der Arbeitsmaschine 10 verbessert werden.
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Ferner ist es in der vorliegenden Ausführungsform durch Verwendung einer CAE-Analyse (Computer Aided Engineering) möglich, die optimale Anordnung der Mehrzahl von Lagerelementen 20 zu untersuchen, während die Biegeschwingungsmode und die Resonanzfrequenz bestätigt werden. Außerdem ist es durch geeignetes Einstellen von Parametern wie etwa einem Grundskelett, einem Gewicht und einer Trägheitsmasse jedes Teils der Arbeitsmaschine 10 möglich, die Optimierung der Anordnung der Lagerelemente 20 in jeder Art von Arbeitsmaschine zu untersuchen. Bei Anwendung der CAE-Analyse wird die optimale Anordnung der Lagerelemente 20 durch Kurzzeitanalyse in Bezug auf das Muster einer Arbeitsmaschine 10 festgelegt. Dadurch kann die Anzahl der Untersuchungsschritte gegenüber der Prüfung auf experimenteller Basis stark reduziert werden.
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[4. Andere Konfigurationen usw.]
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In der Arbeitsmaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die mehreren Lagerelemente 20 in ungleichmäßigen Abständen entlang der Längsrichtung der Welle 16 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 angeordnet. Insbesondere ein Abschnitt der Welle 16, der dem zweiten Halteabschnitt 36 zugewandt ist, also ein Abschnitt der Welle 16, auf den der zweite Halteabschnitt 36 vorsteht, ist als Bereich A definiert, und der Bereich A ist so gestaltet, dass er einem Bauch einer Schwingung entspricht, die in der Welle 16 erzeugt wird. Dann werden die mehreren Lagerelemente 20 innerhalb des rohrförmigen Abschnitts 18 an anderen Stellen als dem Bereich A entlang der Längsrichtung der Welle 16 angeordnet. Insbesondere sind unter der Mehrzahl von Lagerelementen 20 zwei Lagerelemente 20 auf beiden Seiten des Bereichs A entlang der Längsrichtung der Welle 16 angeordnet. Ein Bereich, der den Bereich A enthält und sich entlang der Längsrichtung der Welle 16 erstreckt, um dem Abstand zwischen den beiden Lagerelementen 20 zu entsprechen (ein Bereich der Welle 16, der zwischen den zwei Lagerelementen 20 eingeschlossen ist), ist als ein erster Bereich 50 definiert. Das heißt, die zwei Lagerelemente 20 sind außerhalb des ersten Bereichs 50 (Bereich A) angeordnet, der sich entlang der Längsrichtung der Welle 16 erstreckt, um den ersten Bereich 50 in einem Abstand zwischen sich einzuschließen, der breiter als der erste Bereich 50 ist.
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Da der Schwingungsbauch ein Abschnitt ist, in dem die Schwingung groß ist, wird der erste Bereich 50 als Schwingungsbauchabschnitt festgelegt, der unabhängig von dem rohrförmigen Abschnitt 18 frei schwingt. Wenn eine Schwingung in der Welle 16 aufgrund einer Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 erzeugt wird, fließt dementsprechend Anregungsenergie, die durch die Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 verursacht wird, zu dem ersten Bereich 50 und der erste Bereich 50 schwingt durch die Anregungsenergie stark. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Anregungsenergie über die Mehrzahl von Lagerelementen 20 zu dem rohrförmigen Abschnitt 18 fließt. Im Ergebnis wird eine Schwingung des rohrförmigen Abschnitts 18 unterdrückt und die auf den Griff 26 über den Griffstützabschnitt 22 übertragene Schwingung wird reduziert.
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Der Abstand zwischen den beiden Lagerelementen 20, die an beiden Enden des ersten Bereichs 50 angeordnet sind, ist auf eine Länge eingestellt, die der Frequenz der in der Welle 16 erzeugten Schwingung entspricht. Wenn beispielsweise der Abstand zwischen den beiden Lagerelementen 20 auf eine Länge eingestellt ist, die der Frequenz der Schwingung der Arbeitseinheit 14 entspricht, fließt die durch die Schwingung der Arbeitseinheit 14 verursachte Anregungsenergie entsprechend zu dem ersten Bereich 50, und durch die Anregungsenergie schwingt der erste Bereich 50 stark.
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Ferner kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein zweiter Bereich 52 in der Welle 16 getrennt von dem ersten Bereich 50 vorgesehen sein. In diesem Fall ist der zweite Bereich 52 so gestaltet, dass er einem Bauch einer Schwingung mit einer Frequenz entspricht, die sich von der Frequenz der Schwingung entsprechend dem ersten Bereich 50 unterscheidet. Dann sind unter der Mehrzahl von Lagerelementen 20 zwei Lagerelemente 20 in der Nähe beider Enden des zweiten Bereichs 52 angeordnet.
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Der zweite Bereich 52 ist als ein Schwingungsbauchabschnitt eingestellt, der unabhängig von dem rohrförmigen Abschnitt 18 frei schwingt. Wenn eine Schwingung in der Welle 16 aufgrund einer Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 erzeugt wird, fließt dementsprechend Anregungsenergie, die durch die Schwingung der Antriebseinheit 12 oder der Arbeitseinheit 14 verursacht wird, zu dem zweiten Bereich 52, und durch die Anregungsenergie schwingt der zweite Bereich 52 stark. Auch in diesem Fall ist es möglich, zu verhindern, dass die Anregungsenergie über die mehreren Lagerelemente 20 zu dem rohrförmigen Abschnitt 18 fließt, und zu verhindern, dass der rohrförmige Abschnitt 18 schwingt. Im Ergebnis kann eine Schwingung reduziert werden, die über den zweiten Halteabschnitt 36, das zweite schwingungsabsorbierende Element 40 und den Griffstützabschnitt 22 auf den Griff 26 übertragen wird.
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Ferner entspricht der Abstand zwischen den beiden Lagerelementen 20 der Länge des zweiten Bereichs 52. Wenn in diesem Fall beispielsweise der Abstand zwischen den beiden Lagerelementen 20 auf eine Länge eingestellt wird, die der Frequenz der Schwingung der Antriebseinheit 12 entspricht, fließt die durch die Schwingung der Antriebseinheit 12 verursachte Anregungsenergie zu dem zweiten Bereich 52, und durch die Anregungsenergie schwingt der zweite Bereich 52 stark.
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Die vorliegende Ausführungsform ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem zwei Bereiche, nämlich der erste Bereich 50 und der zweite Bereich 52 in einer Welle 16 ausgebildet sind, und mindestens einer von dem ersten Bereich 50 oder dem zweiten Bereichs 52 kann in einer Welle 16 ausgebildet sein.
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Wie oben beschrieben, kann durch geeignetes Einstellen des Abstands zwischen den zwei Lagerelementen 20 in der Nähe beider Enden des ersten Bereichs 50 gemäß der Frequenz der zu reduzierenden Schwingung der erste Bereich 50 unabhängig von dem rohrförmigen Abschnitt 18 und synchron mit der Schwingungsfrequenz der Arbeitseinheit 14 zu einer Schwingung gebracht werden. Da folglich die durch die Schwingung der Arbeitseinheit 14 verursachte Anregungsenergie zum ersten Bereich 50 fließt, wird die Schwingung des rohrförmigen Abschnitts 18 an der Position des zweiten Halteabschnitts 36 (Ansprechpunkt) unterdrückt. Im Ergebnis kann die auf den Griff 26 übertragene Schwingung verringert werden. Daher ist es durch Verwenden des Verfahrens der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Schwingungsreduktion zu optimieren. Selbst wenn zum Beispiel die Konstruktion des Untersetzungsverhältnisses des Getriebes 29 zum Antreiben der Arbeitseinheit 14 geändert wird und die Schwingungsfrequenz der Arbeitseinheit 14 geändert wird, kann die Schwingungsreduzierung durch geeignetes Einstellen des Abstands zwischen den beiden Lagerelementen 20 in der Nähe beider Enden des ersten Bereichs 50 optimiert werden.
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Genauer gesagt, wird bei dem oben beschriebenen Verfahren die Schwingung durch effektives Ausnutzen eines Antiresonanzphänomens (Antiresonanzfrequenz) reduziert. Hier bezieht sich die Antiresonanzfrequenz auf eine Frequenz, bei der eine Schwingung, die zwischen benachbarten Resonanzfrequenzen vorhanden ist, an einem bestimmten Ansprechpunkt (der Position des zweiten Halteabschnitts 36) einen minimalen Wert hat.
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Insbesondere durch Einstellen der Anordnung der mehreren Lagerelemente 20 kommen die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 auf der Niederfrequenzseite und der Hochfrequenzseite zur Resonanz, mit einer dazwischen angeordneten vorbestimmten Anregungsfrequenz. Das heißt, Resonanzen bei zwei Eigenfrequenzen treten separat auf. In diesem Fall werden die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 auf einer von der Niederfrequenzseite oder der Hochfrequenzseite gleichphasig geändert, und die Welle 16 und der rohrförmige Abschnitt 18 werden auf der anderen von der Niederfrequenzseite und der Hochfrequenzseite gegenphasig geändert.
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Daher wird die Eigenfrequenz in zwei Eigenfrequenzen auf der Niederfrequenzseite und der Hochfrequenzseite getrennt, und die Phase des rohrförmigen Abschnitts 18 wird zu der Phase der Welle 16 auf der anderen Seite invertiert. Im Ergebnis kann eine Antiresonanz bei der Anregungsfrequenz in Bezug auf die Verlagerung/Auslenkung der Schwingung des rohrförmigen Abschnitts 18 erzeugt werden. Das heißt, es ist möglich, einen Frequenzbereich zu erzeugen, in dem die Verlagerung/Auslenkung der Schwingung den minimalen Wert hat, zwischen den beiden getrennten Eigenfrequenzen.
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Auf diese Weise ist es durch Einstellen der Eigenfrequenz des ersten Bereichs 50 in den Frequenzbereich, in dem die Schwingung minimiert ist, möglich, die Schwingung in Bezug auf die Anregungsfrequenz der Arbeitseinheit 14 von beispielsweise 120 Hz effektiv zu reduzieren. Bei anderen Eigenfrequenzen kann die Schwingung nach dem gleichen Prinzip reduziert werden.
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Es sollte festgehalten werden, dass, wie beispielhaft durch den zweiten Bereich 52 veranschaulicht, wenn der Bereich, in dem die Welle 16 unabhängig von dem rohrförmigen Abschnitt 18 schwingt, an einer Stelle vorgesehen ist, die von dem Ansprechpunkt (der Position des zweiten Halteabschnitts 36 in dem rohrförmigen Abschnitt 18) verschoben ist, an dem die Schwingung reduziert werden soll, eine Verschiebung auftritt zwischen der Eigenfrequenz des zweiten Bereichs 52, bestimmt auf Basis des Abstands zwischen den zwei Lagerelementen 20, und dem Frequenzbereich, in dem die Schwingung am Ansprechpunkt am meisten reduziert wird. In diesem Fall kann durch Verwendung einer CAE-Analyse oder dergleichen die optimale Anordnung der Lagerelemente 20 zum Reduzieren von Schwingungen untersucht werden, während die Frequenzantwort an dem Ansprechpunkt bestätigt wird.
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Zusätzlich ist es in einem Fall möglich, in dem der Abstand zwischen den zwei Lagerelementen 20 in Übereinstimmung mit der Frequenz der zu reduzierenden Schwingung geändert wird, einen Einfluss auf einen Niederfrequenzbereich gleich oder unterhalb der Frequenz der zu reduzierenden Schwingung zu unterdrücken. Dies liegt daran, dass der Effekt der Trennung der Schwingungsmoden des rohrförmigen Abschnitts 18 und der Welle 16 aufgrund der Anordnungseinstellung der Lagerelemente 20 besonders in Biegemoden dritter oder höherer Ordnung des rohrförmigen Abschnitts 18 auftritt, und daher der Effekt des Trennens der Schwingungsmoden des rohrförmigen Abschnitts 18 und der Welle 16 in einem Niederfrequenzbereich klein ist, wo die Ordnung der Biegung niedrig ist, selbst wenn die Anordnungseinstellung der Lagerelemente 20 durchgeführt wird. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Schwingung bei der zu reduzierenden Frequenz in dem Hochfrequenzbereich zu reduzieren, in dem die Nutzungsfrequenz in der Praxis hoch ist, ohne den Frequenzbereich anderer praktischer Drehzahlbereiche zu beeinflussen.
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Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene Konfigurationen darin auf der Grundlage des beschreibenden Inhalts der vorliegenden Beschreibung angenommen werden könnten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 53062627 A [0002]
- JP H11257335 A [0002]
- JP 5297646 B2 [0002]
