JP2007223363A - 歩行型作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータ及びバッテリーの発熱を抑制することができる電動式の歩行型作業機を提供する。
【解決手段】 歩行型作業機は、電動モータ１を伝動ケース２の上部に備え、電動モータ１の外周部にバッテリー３を備えると共に、電動モータ１とバッテリー３との間に冷却風を通すファン６を備えて構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝動ケースの下部に耕耘爪又は走行装置を備え、後方に延出された操縦ハンドルを備えた歩行型作業機に関する。

従来の歩行型作業機は、特許文献１及び特許文献２に示されるように、エンジンを駆動源とし、エンジンの下部又は後方に伝動ケースを備え、伝動ケースの下部に耕耘爪又は走行装置を備えると共に、後方に延出された操縦ハンドルを備えるものであった。

特開平１１−１８９０５０号公報（図１） 特開２００２−１８７５７９号公報（図１）

歩行型作業機はエンジンを備えたものが一般的であるが、近年では地球温暖化防止及び作業環境向上の観点からエンジンに代えて電動モータを使用することが提唱されている。すなわち、エンジンに代えて電動モータを使用することによりビニールハウス内で使用する場合の排気ガスの問題やエンジンの騒音問題を解決することができる。
エンジンを備えた歩行型作業機にあっては、エンジン自体に冷却する機構が備わっている。これは、エンジンの発熱を抑制しエンジン性能の低下やエンジン寿命の低下を防止するためである。

エンジンに代えて電動モータを使用した場合も同様に電動モータ及びバッテリーが発熱し、電動モータやバッテリーの性能低下や寿命低下の原因となる。また、作業中に電動モータ及びバッテリーの温度が上昇し過ぎると連続作業の妨げともなる。そのため、電動モータ及びバッテリーの性能を維持し寿命低下を抑制すると共に、連続作業を可能にするため、電動モータ及びバッテリーを冷却する必要がある。

本発明は、歩行型作業機において、エンジンに代えて電動モータを使用する場合に、電動モータ及びバッテリーを適切に配置することを目的としており、電動モータ及びバッテリーの冷却を適切に行うことを目的とするものである。

［Ｉ］
（構成）
本発明の第１特徴は、伝動ケースの下部に耕耘爪又は走行装置を備えて、後方に延出された操縦ハンドルを備えた歩行型作業機において、次のように構成することにある。
耕耘爪又は走行装置を駆動する電動モータを伝動ケースの上部に備え、前記電動モータの外周部にバッテリーを備えると共に、電動モータとバッテリーとの間に冷却風を通す電動モータによって駆動されるファンを備える。

（作用）
本発明の第１特徴によると、電動モータを伝動ケースの上部に備え、電動モータの外周部にバッテリーを備えることにより、電動モータ及びバッテリーを伝動ケースの上部にコンパクトに配置することができる。
電動モータによって駆動されるファンを備えることにより、ファンを取り付けるための別個の駆動系を設ける必要がない。
電動モータとバッテリーの間に冷却風を通す構成とすることにより、電動モータとバッテリーの双方を効果的に冷却することができる。

（発明の効果）
本発明の第１特徴によると、電動モータとバッテリーにより駆動する歩行型作業機において、電動モータ及びバッテリーをコンパクトに配置することができる点並びにファンを取り付けるための別個の駆動系を設ける必要がない点により、比較的低コストで小型の歩行型作業機を実現することができる。
電動モータ及びバッテリーを伝動ケースの上部にコンパクトに配置することにより、作業時の重量バランスがよくなり、作業者の負担が軽くなる。
電動モータとバッテリーの双方を効果的に冷却することにより、電動モータ及びバッテリーの性能低下や寿命低下を防止することができる。

［ＩＩ］
（構成）
本発明の第２特徴は、本発明の第１特徴の歩行型作業機において次のように構成することにある。
冷却風が通過する隙間を隣接するバッテリーの間に備える。

（作用）
本発明の第２特徴によると、本発明の第１特徴と同様に前項［Ｉ］に記載の「作用」を備えており、これに加えて以下のような「作用」を備えている。
隣接するバッテリー間に冷却風が通過する隙間を設けることにより、隣接するバッテリー同士が互いに発生した熱の授受をし難くし、また、バッテリー間に冷却風が通過することにより、隣接したバッテリーの側面を冷却風が通過する。これにより、バッテリーを効果的に冷却することができる。

（発明の効果）
本発明の第２特徴によると、本発明の第１特徴と同様に前項［Ｉ］に記載の「発明の効果」を備えており、これに加えて以下のような「発明の効果」を備えている。
本発明の第２特徴によると、隣接するバッテリー間を効果的に冷却することにより、バッテリーの性能低下や寿命低下を更に防止することができる。

［ＩＩＩ］
（構成）
本発明の第３特徴は、本発明の第１又は第２特徴の歩行型作業機において次のように構成することにある。
ファンを電動モータの上部に設け、冷却風が通過する隙間をバッテリーの下部に備える。

（作用）
本発明の第３特徴によると、本発明の第１又は第２特徴と同様に前項［Ｉ］［ＩＩ］に記載の「作用」を備えており、これに加えて以下のような「作用」を備えている。
ファンを電動モータの上部に設け、冷却風が通過する隙間をバッテリーの下部に設けることにより、バッテリーの下部に冷却風を通すことができる。これにより、バッテリーを効果的に冷却することができる。

（発明の効果）
本発明の第3特徴によると、本発明の第１又は第２特徴と同様に前項［Ｉ］［ＩＩ］に記載の「発明の効果」を備えており、これに加えて以下のような「発明の効果」を備えている。
本発明の第３特徴によると、バッテリーの下部を効果的に冷却することにより、バッテリーの性能低下や寿命低下を更に防止することができる。

［ＩＶ］
（構成）
本発明の第４特徴は、本発明の第１〜第３特徴の歩行型作業機のうちいずれか一つにおいて次のように構成することにある。
コントローラを電動モータの外周部に備える。

（作用）
本発明の第４特徴によると、本発明の第１〜第３特徴のうちのいずれか一つと同様に前項［Ｉ］［ＩＩ］［ＩＩＩ］に記載の「作用」を備えており、これに加えて以下のような「作用」を備えている。
一般的にコントローラは多数の電子機器類で構成されており熱に弱い。コントローラを電動モータの外周部に設けることにより、バッテリーだけでなくコントローラにも冷却風が当たることが期待できる。これにより、コントローラを効果的に冷却することができる。

（発明の効果）
本発明の第４特徴によると、本発明の第１〜第３特徴のうちのいずれか一つと同様に前項［Ｉ］［ＩＩ］［ＩＩＩ］に記載の「発明の効果」を備えており、これに加えて以下のような「発明の効果」を備えている。
本発明の第４特徴によると、バッテリーだけでなくコントローラも効果的に冷却することができ、コントローラの発熱による故障や誤作動を防止することができる。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は歩行型作業機の操縦ハンドル１０を持つ作業者から見た方向に従う。また、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は本発明に係る歩行型作業機を示す側面図である。歩行型作業機は駆動源として電動モータ１の動力を伝動ケース２を介して耕耘軸４に伝達することで、この耕耘軸４に取り付けた作業部としての耕耘爪５で耕耘作業を行わせると共に、耕耘爪５にて走行させるようにした自走式の歩行型作業機である。

電動モータ１は伝動ケース２の上部に備え、電動モータ１の駆動源となるバッテリー３も同様に伝動ケース２の上部に備える。このように、出力軸１ａと同一軸芯P１上に耕耘爪５、伝動ケース２、電動モータ１を配置し、電動モータ１の外周部にバッテリー３を配置することにより、耕耘軸４を中心とした重量バランスがよくなる。そのため、耕耘作業をする場合の作業者の負担を軽減することができると共に、作業後、安定した状態で作業機を保管することができる。

電動モータ１の上部には冷却風を通すためのファン６を備え、電動モータ１と連動する。そのため、電動モータ１とは別にファン６を設ける場合に比べ駆動源を個別に設ける必要がないため、低コストでファン６を取り付けることができる。

電動モータ１とバッテリー３は通気性のよい保護カバー７（例えば、パンチングメタル）により覆われており、伝動ケース２の上部に固定されている。保護カバー７は、外部からの衝撃に耐え得るような剛性を有するもので、内部の発熱に耐え得る熱に強い材質のものを用い、雨水等が直接電動モータ１等にかからないような構造とする。保護カバー７の上部にはファン６の通気をよくするため通気口８を備える。通気口８の上部にはカバー３６を備え、保護カバー７に固着する。カバー３６は外部からの衝撃に耐え得るような剛性を有するもので、内部の発熱に耐え得る熱に強い材質のものを用い、雨水等が直接電動モータ１等にかからないような構造とする。

保護カバー７の後方には、電動モータ１を制御するためのコントローラ９を備え、後方に延出された操縦ハンドル１０取り付け用のフレーム１１にブラケット１４を用いて固定してある。保護カバー７の後方にコントローラ９を備えたのは、作業の邪魔にならず、コンパクトにコントローラ９を配置できるからである。コントローラ９は、電動モータ１などの振動の影響を受けにくいように、クッションゴム１２を介して取り付けてある。

バッテリー３及び電動モータ１はコントローラ９に接続されており、バッテリー３から供給された電力を変換して電動モータ１に供給する。電動モータ１の始動及び停止はコントローラ９に備えたスイッチ３７により行うが、前記スイッチ３７を操縦ハンドル１０に別に取り付ければ、作業者の手元で簡単に操作することができる。伝動ケース２の後方に抵抗棒１５を備える。抵抗棒１５は、高さ調節可能にフレーム１１と連結したヒッチ１６に取り付けられている。

図２は本発明に係る歩行型作業機を示す平面図である。説明の都合上、図１で説明した保護カバー７は省略している。電動モータ１の外周部の四方にバッテリー３を配置している。バッテリー３とバッテリー３の間には、冷却風を通過させるための隙間３２を設けており、熱がこもりにくく冷却効率がよくなるようにバッテリー３を配置している。

図３は本発明に係る歩行型作業機の電動モータ１周辺の構造を示した断面図である。伝動ケース２の上部にベース板７Ａを備え、前記ベース板７Ａの上部の軸芯P１上にブラケット３４を介して電動モータ１を備える。隙間３２に十分な冷却風を送るため、電動モータ１より外径が大きいファン６を備え、電動モータ１の上部に設けた電動モータ１と連動する出力軸３５に固定されている。電動モータ１の外周部にはバッテリー３を備え、バッテリー受け皿３３とバンド３１により、振動等によって安易に外れないように、ベース板７Ａの上部に固定されている。電動モータ１とバッテリー３の間、上側のバッテリー３と下側のバッテリー３の間、下側のバッテリー３とベース板７Ａの間及び上側のバッテリー３と保護カバー７の上面との間には冷却風を通すための隙間３２を備える。保護カバー７の上部には、上述したように通気口８及びカバー３６を備え、カバー３６の側面から通気口８を通じて外気を取り込むことができるように構成されている。

以上の構成により、ファン６は保護カバー７上部のカバー３６の側面から通気口８を通じて外気を吸い込み、上記隙間３２に冷却風を送り、保護カバー７の外周部（例えば、パンチングメタルの穴）から排気することによって、バッテリー３及び電動モータ１を冷却する。バッテリー３の配置は図３のように上下２段に配置してもよく、バッテリー３の大きさや容量により１段としても３段以上に配置してもよい。バッテリー受け皿３３及びバンド３１は、バッテリー３を保持するために必要な剛性を有し、通気性がよい形状であればよく、保温効果のない材質のものが望ましい。

図４に示すように、伝動ケース２には、電動モータ１の出力軸１ａを太陽ギヤとする遊星減速装置１７、出力軸１ａと同一軸芯Ｐ１上に配設された縦向き伝動軸１８、及び、縦向き伝動軸１８の下端に装着されたベベルギヤ式伝動機構１９、などが内装されている。伝動ケース２の下部には、伝動ケース２から左右の両外側方に向けて突出する横向きの耕耘軸４が配設されており、この耕耘軸４の両端に耕耘爪５が一体回転するように装着されている。

図５に示すように、遊星減速装置１７は出力軸１ａ、出力軸１ａに噛合する３個の遊星ギヤ２１、これらの遊星ギヤ２１を等間隔に支持する遊星キャリヤ２２、及び、これらの遊星ギヤ２２を噛合案内するリングギヤ２３、などによって構成されており、出力軸１ａの回転に伴って、各遊星ギヤ２１が公転しながら遊星キャリヤ２２に減速伝動することで、遊星キャリヤ２２が出力軸１ａと同一軸芯Ｐ１周りに減速回転駆動されるようになっている。

図４及び図６に示すように、クラッチ機構２４は遊星減速装置１７の遊星キャリヤ２２、伝動軸１８と一体回転する筒軸２５、筒軸２５の外周に形成した凹部２５ａ、筒軸２５の周部の遊星キャリヤ２２に形成した貫通孔２２ａ、凹部２５ａに係入する伝動位置と、凹部２５ａから離脱する非伝動位置とに移動可能な６個の伝動ボール２６、それらの各伝動ボール２６を伝動位置に保持する保持位置と伝動ボール２６の非伝動位置への移動を許容する摺動可能なホルダ２７、及び、ホルダ２７を非保持位置に復帰付勢するバネ２９、などによって、単一のシフトフォーク２８によるホルダ２７の摺動操作で、伝動軸１８を駆動しない状態〔図６（イ）参照〕と伝動軸１８を駆動する状態〔図６（ロ）参照〕とに切り換え可能なボール伝動式に構成されるとともに、遊星減速装置１７下部のデッドスペースＳに配設されている。

図１及び図４に示すように、シフトフォーク２８は、伝動ケース２内の遊星減速装置１７下部のデッドスペースＳにおいて、縦向き伝動軸１８と垂直で横軸心Ｐ２周りに回動自在に配設された操作軸３０に固着されている。操作軸３０の外端には、操作アーム１３が横軸芯Ｐ２周りに一体回動するように連結されている。操作アーム１３は、操縦ハンドル１０に装備された操作レバー２０にワイヤ連係されている。

この構成から、操作レバー２０を操縦ハンドル１０側に握り込むと、操作アーム１３が回転しシフトフォーク２８を介してホルダ２７を押し上げ〔図６（ロ）参照〕、電動モータ１から遊星ギヤ２１を介して遊星キャリヤ２２に伝動された動力が伝動軸１８に伝わり、これによって、電動モータ１から耕耘軸４への伝動が行われるようになる。また、操作レバー２０の操縦ハンドル１０側への握り込みを解除すると、クラッチ機構２４に備えたバネ２９の付勢によってホルダ２７を押し下げ〔図６（イ）参照〕、遊星キャリヤ２２の回転の遠心力により伝動ボール２６が筒軸凹部２５ａから外れる。これによって、電動モータ１から耕耘軸４への伝動が遮断されるようになる。

［発明の実施の第１別形態］
前述の［発明を実施するための最良の形態］の図１〜３に示したバッテリー３は形状が直方体のものを電動モータ１の周辺に配置してあるが、バッテリー３の形状は図７及び図８に示すように、円筒状でもよく、さらに、円筒状で分割式のものでもよい。また、分割する数は図８に示す２分割以上のものでもよい。円筒状のバッテリーにすれば電動モータ１の周辺にコンパクトに配置することができ無駄なスペースがなくなる。また、分割式にすれば製造時の組立作業が容易になり、製造コスト削減が図れると共に、バッテリー交換時などのメンテナンス性も向上する。

［発明の実施の第２別形態］
前述の［発明を実施するための最良の形態］の図１〜３及び［発明の実施の第１別形態］の図７、８においては、電動モータ１の周辺にバッテリー３のみ配置しているが、図９及び図１０のようにコントローラ９をバッテリー３と共に電動モータ１の周辺に配置してもよい。コントローラ９をバッテリー３と共に電動モータ１の周辺に配置することにより、コントローラ９を別の位置に配置する必要がなく作業機全体をコンパクトに低コストで実現できる。また、バッテリー３や電動モータ１と同様にコントローラ９も冷却することができるため、コントローラ９の発熱による故障や寿命低下を防止することができる。

［発明の実施の第３別形態］
前述の［発明を実施するための最良の形態］に示した作業機は、歩行型作業機を例に示しているが、特許文献１のように車輪付で後方に耕耘装置を備えた作業機や特許文献２のようにクローラ式で後方に耕耘装置を備えた作業機でもよい。また、自走式や歩行型に限らず電動モータをバッテリーで駆動する作業機であれば適用できる。

歩行型作業機の全体側面図 歩行型作業機の全体平面図 バッテリー取付部を示す縦断側面図 歩行型作業機の伝動構成を示す要部の縦断側面図 遊星減速装置の構成を示す要部の横断平面図 クラッチ機構の入切状態を示す要部の縦断側面図 発明の実施の第１別形態におけるバッテリーの配置を示す横断平面図 発明の実施の第１別形態におけるバッテリーの配置を示す横断平面図 発明の実施の第２別形態におけるコントローラの配置を示す横断平面図 発明の実施の第２別形態におけるコントローラの配置を示す横断平面図

符号の説明

１ 電動モータ
２ 伝動ケース
３ バッテリー
５ 耕耘爪
６ ファン
９ コントローラ
１０ 操縦ハンドル
３２ 隙間

Claims (4)

1. 伝動ケースの下部に耕耘爪又は走行装置を備えて、後方に延出された操縦ハンドルを備え、
   前記耕耘爪又は走行装置を駆動する電動モータを伝動ケースの上部に備え、前記電動モータの外周部にバッテリーを備える共に、
   電動モータとバッテリーとの間に冷却風を通す前記電動モータによって駆動されるファンを設けてある歩行型作業機。
2. 冷却風が通過する隙間を隣接する前記バッテリーの間に備えてある請求項１に記載の歩行型作業機。
3. 前記ファンを電動モータの上部に備え、冷却風が通過する隙間を前記バッテリーの下部に備えてある請求項１又は２に記載の歩行型作業機。
4. コントローラを前記電動モータの外周部に備えてある請求項１〜３のうちのいずれか一つに記載の歩行型作業機。

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