JP2007318866A - 自走式作業機の走行駆動機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】走行動力の伝達手段に双方向クラッチを採用した簡単な構造で、駆動源による走行後停止後の作業機の押し引き等の作業が容易にできる自走式作業機の走行駆動機構を供する。
【解決手段】電動モータの動力により走行する自走式作業機の走行駆動機構において、電動モータ30により駆動する駆動軸50の回転が双方向クラッチ55を介して駆動輪７側に伝達される走行動力伝達手段40，61，62と、作業者が操作する走行操作手段86の作動による指示信号を入力して電動モータ30を制御する走行制御手段70とを備え、走行制御手段70は、走行操作手段86の作動による走行停止信号を入力すると、電動モータ30に電力を供給した状態で駆動を停止する自走式作業機の走行駆動機構。
【選択図】図６

Description

本発明は、駆動源の動力により走行する自走式作業機の走行駆動機構に関する。
芝刈機等の駆動源の動力により走行する自走式作業機は、駆動源による走行を停止した状態で作業機を作業者が押したり引いたりして移動させたり、作業機を旋回させて方向を変えたりすることがあるので、走行動力の伝達手段にはクラッチが介装されており、作業者が作業機を移動するときは、クラッチを切断して作業を容易にしている。
動力の伝達される方向に拘わらず切断を行うクラッチ機構は、クラッチを接続・切断を行うアクチュエータを必要として高コストとなるので、簡単な一方向クラッチが一般に用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
しかし、一方向クラッチの場合、駆動源により走行後停止したとき、一方向クラッチは係合状態にあり、作業機を後方に引くときに駆動輪側の後進回転によりクラッチが接続されたまま駆動源側の駆動軸を回転させることになり、荷重が大きく作業が困難となる。
これを解消するためには、クラッチを切断する動作が必要である。
また、走行動力の伝達手段に介装されるクラッチとして、双方向クラッチ（２ウエイクラッチ）を備えた例が提案されている（特許文献２参照）。
ここに、双方向クラッチとは、駆動源側の駆動軸の前進方向の動力のみが駆動輪に伝達されるとともに、クラッチの係合が外れていれば駆動輪側の前進方向および後進方向の双方向の回転は駆動軸側に伝達されない構造のクラッチのことである。
なお、特許文献２では、１ウエイクラッチとして説明されているが、２ウエイクラッチの機能も果たせる構造を備えているので、本明細書中では双方向クラッチとした。
実公昭６２−２３３８号公報 特開２００５−１２７４４８号公報
双方向クラッチの場合、駆動源による走行後停止したとき、クラッチが外れていれば駆動輪は駆動軸と切断されてフリーとなり、作業機の前後の移動が容易にできるが、駆動源により走行後停止する際、駆動軸が停止するが慣性により駆動輪側が回転し、この駆動輪側の回転がクラッチの係合を外すことなく駆動軸を連れ回りしてしまうと、停止後作業機を後方に引くときにクラッチが係合されたままで荷重が大きく作業が困難となる。
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、走行動力の伝達手段に双方向クラッチを採用した簡単な構造で、駆動源による走行後停止後の作業機の押しはもちろんのこと引き作業も容易にできる自走式作業機の走行駆動機構を供する点にある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電動モータの動力により走行する自走式作業機の走行駆動機構において、電動モータにより駆動する駆動軸の回転が双方向クラッチを介して駆動輪側に伝達される走行動力伝達手段と、作業者が操作する走行操作手段の作動による指示信号を入力して前記電動モータを制御する走行制御手段とを備え、前記走行制御手段は、前記走行操作手段の作動による走行停止信号を入力すると、電動モータに電力を供給した状態で駆動を停止する自走式作業機の走行駆動機構とした。
請求項１記載の自走式作業機の走行駆動機構によれば、走行制御手段は、走行操作手段の作動による走行停止信号を入力すると、電動モータに電力を供給した状態で駆動を停止すなわち短絡停止するので、駆動軸は回動を規制された状態で停止するため、停止直後駆動輪が慣性により回転して停止するまでに双方向クラッチは確実に切断され、以後の作業機の押し作業はもちろんのこと引き作業も容易にできる。
以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図１２に基づいて説明する。
本実施の形態に係る作業機は芝刈機１であり、４ストロークサイクルの内燃機関10によりブレード12を回転して芝刈り作業を行い、走行用ＤＣモータ30により自ら走行することができるハイブリッド型の自走式芝刈機である。
図１は、本芝刈機１の全体斜視図であり、図２は芝刈機本体の側面図、図３は同平面図、図４は同後面図である。
地面に沿って回転するブレード12を軸支して上方から覆うブレードハウジング２が、左右一対の前輪６，６および後輪７，７によって走行自在に支持されている。
本明細書中では、芝刈機１の前進方向を向いた状態を基準にして前後左右を決めることとする。
ブレードハウジング２は、４隅が前輪６，６と後輪７，７の４輪を軸支する軸受部２ｆ、２ｆ、２ｒ、２ｒをなし、軸受部２ｆ、２ｆ、２ｒ、２ｒに囲まれた中央部２ｃの下部が偏平椀状をなしてブレード12を覆うブレード収容部２ｂが形成され、中央部２ｃは後半が後方へいくに従い上方に膨出し、さらに後方に連続して上方に膨出した膨出部２ｅが形成されている。
このブレードハウジング２の中央部２ｃに、内燃機関10がクランク軸11を鉛直に指向させて搭載されている。
内燃機関10は、シリンダ10cyを前方に向け、クランクケース10ｃからクランク軸11を下方に突出している。
クランク軸11とブレード12との間に電磁クラッチ20が介装されている。
したがって、内燃機関10の駆動が電磁クラッチ20の接続を介してブレード12を回転して芝を刈ることができる。
ブレードハウジング２における中央部２ｃの右側部から後半の膨出部２ｅに亘って斜めに鉛直仕切板３（図３参照）によってブレードハウジング２内を仕切られて刈芝搬送通路４が形成されている。
刈芝搬送通路４は、ブレードハウジング２内を画成して形成された通路で、通路前端がブレード収容部２ｂに開口しており、同前端開口から後方へ通路断面積を徐々大きくしていき、膨出部２ｅの若干傾斜した後壁に大きな後端開口４ｂを形成している。
刈芝搬送通路４の後端開口４ｂは膨出部２ｅの後壁２ｄの右半部強を大きく開口しており、この後端開口４ｂに前端の口を連結して刈芝収集袋５が後方に延設される（図１参照）。
斜めの鉛直仕切板３によってブレードハウジング２内を仕切られて右側に刈芝搬送通路４が形成され、鉛直仕切板３より左側の空間の下半部に走行用ＤＣモータ30と減速機構40が設けられている。
走行用ＤＣモータ30のモータ駆動軸31が減速機構40の上部に減速機構40の入力軸として挿入されており、モータ駆動軸31の回転が減速ギヤ群の噛合いを介して減速機構40の下部において出力軸である駆動軸50に減速されて伝達される。
駆動軸50は、後輪７，７をそれぞれ回転自在に軸支する後車軸７ａ，７ａの後方において、左右に延びて回転自在に架設されており、駆動軸50の両端に双方向クラッチ55を介して嵌着された駆動ギヤ61，61が後輪７，７に一体に固着された被動ギヤ62，62と噛合している。
したがって、走行用ＤＣモータ30のモータ駆動軸31の回転が、減速機構40を介して減速されて駆動軸50に伝達され、駆動軸50の回転が双方向クラッチ55および駆動ギヤ61，61と被動ギヤ62，62の噛合いを介して後輪７，７の回転に伝達されて芝刈機１が走行される。
双方向クラッチ55については後記する。
走行用ＤＣモータ30の駆動制御、内燃機関10の運転制御および内燃機関10の駆動をブレード12に伝達する前記電磁クラッチ20の接続・切断制御などは、全てコンピュータによる電子制御装置であるＥＣＵ70により実行される。
このＥＣＵ70は、ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの上部で刈芝搬送通路４の鉛直仕切板３により仕切られた左側の空間の上半部に配設される。
ＥＣＵ70の下方に前記走行用ＤＣモータ30が位置する。
ＥＣＵ70は、直方体状の筐体に収容されており、筐体の上面には冷却フィン71が多数枚並んで長尺に突出形成されている。
ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの傾斜した上壁の一部が矩形に開口しており、その矩形口はＥＣＵ70の筐体の上面の長方形より若干小さく、同矩形口に下側から冷却フィン71を嵌挿して上部に露出させ、ＥＣＵ70の筐体の上面外周縁部を矩形口の開口縁部に当接してねじ72により固着してＥＣＵ70はブレードハウジング２の上壁に支持される。
このようにしてブレードハウジング２の後部膨出部２ｅに取り付けられたＥＣＵ70は、図２に示すように内燃機関10より後方に離れており、ＥＣＵ70の本体が内燃機関10の上端より下方に位置している。
ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの上部からは、後方に操作ハンドル80が延設されている。
操作ハンドル80は、管状部材をコ字状の屈曲したもので、ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの左右側部から左右長柄部81Ｌ，81Ｒが後方へ幾らか上向きに長尺に延出し、その後端部どうしを握り部82が連結して操作ハンドル80を構成している。
操作ハンドル80には、ブレードレバー85や走行レバー86等の操作部材が配設されており、作業者が操作ハンドル80の握り部82を持ってブレードレバー85や走行レバー86を操作しながら芝刈機１を操縦するようになっている。
本芝刈機１の制御系の概略ブロック図を図１１に示す。
本内燃機関10は、機関回転数を調整する電子ガバナ機構を備えており、スロットルバルブを駆動する電子ガバナモータ75を、ＥＣＵ70が制御する。
また、ＥＣＵ70は電磁クラッチ20および走行用ＤＣモータ30を駆動制御する。
内燃機関10には、クランク軸11の回転により発電するＡＣ発電機76が装備されており、ＡＣ発電機76により発電した電力のうち走行用電力が走行用ＤＣモータ30に供給されて走行に供されるとともに、制御用電力がＥＣＵ70や電子ガバナモータ75等の制御系に供される。
ＥＣＵ70は内燃機関10や走行用ＤＣモータ30を駆動制御するため、内燃機関10の運転状況を検出する機関回転数センサ77およびスロットル開度センサ78等を備えており、機関回転数センサ77が検出した機関回転数やスロットル開度センサ78が検出したスロットル開度のデータ信号がＥＣＵ70に入力される。
ブレードレバー85や走行レバー86の操作により作動するブレード操作スイッチ85ｓや走行操作スイッチ86ｓの操作信号がＥＣＵ70に入力され、信号処理されて電磁コイル24や走行用ＤＣモータ30の駆動制御に供され、芝刈り作業や走行駆動が制御される。
本芝刈機１は、概ね以上のように構成されており、以下動力伝達系の詳細を図５ないし図１０に基づき説明する。
まず、内燃機関10の動力をブレード12に伝達する電磁クラッチ20の構造を図５に示した断面図に基づき説明する。
内燃機関10の下方に突出したクランク軸11に下方から回転ディスク21がセレーション嵌合され、さらに円筒状のカラー22が嵌挿されてワッシャ23ｗを介してフランジ付ボルト23により一体に固着され、クランク軸11と一体に回転ディスク21が回転するようになっている。
回転ディスク21は、ベアリング19で軸支された円筒部21ａとその下端の円板部21ｂからなり、円板部21ｂの上に近接して環状に電磁コイル24が上部を支持されて吊設されている。
前記カラー22の外周にベアリング25を介して環状のブレード支持部材26がクランク軸11と相対回転自在に取り付けられており、同環状支持部材26の下面にブレード12の基端環状部12ａが当接されてフランジ付きボルト26ｂにより一体に固着されている。
したがって、ブレード12はクランク軸11と相対回転自在に支持されている。
ブレード支持部材26の上には中空円板状のクラッチディスク27が上下移動可能に支持されている。
すなわち、ブレード支持部材26の上面に立設された複数のピン26ｐがクラッチディスク27を貫通して、クラッチディスク27がブレード支持部材26に対して上下移動を可能とするが相対的な回転は規制されて共に回転する構造をしている。
このクラッチディスク27は、前記回転ディスク21の円板部21ｂに近接して対向しており、上方に移動したときは、接触する。
クラッチディスク27の上面の回転ディスク21の円板部21ｂと接触する面には摩擦部材が貼着されている。
なお、クラッチディスク27の下面の外周縁部の下方には、環状係止板28がブレードハウジング２にボルト29により固定支持されている。
環状係止板28の上面には環状に摩擦部材28ａが貼着されている。
電磁クラッチ20は以上のような構造をしている。
電磁コイル24に通電せず消磁しているときは、クラッチディスク27は下方に移動して回転ディスク21と離れているので、内燃機関10が駆動されクランク軸11が回転ディスク21とともに回転していてもブレード支持部材26には動力が伝達されず、ブレード12は回転しない。
一方、電磁コイル24に通電し励磁すると、磁力によりクラッチディスク27は上方に移動して回転ディスク21に吸着するので、クランク軸11の回転は回転ディスク21と一体にクラッチディスク27を回転し、クラッチディスク27の回転はピン26ｐを介してブレード支持部材26に伝達されてブレード12が回転する。
ここで、電磁コイル24を消磁すると、回転ディスク21からクラッチディスク27が離れ、クラッチディスク27は下降して環状係止板28の摩擦部材28ａの上に載り、ブレード12とともに慣性により回転しようとするのを規制されて停止する。
次に、走行用ＤＣモータ30による走行駆動系について図５ないし図１０に基づいて説明する。
ブレードハウジング２の後部膨出部２ｅの鉛直仕切板３より左側の空間の下半部に、走行用ＤＣモータ30と減速機構40が設けられており、図７に示すように、走行用ＤＣモータ30の右側に突出したモータ駆動軸31が、減速機ケース41の上部に挿入されており、モータ駆動軸31の端部にモータ駆動ギヤ32が嵌着されている。
減速機ケース41の下部には駆動軸50が左右方向に貫通しており、減速機ケース41の内部にはモータ駆動軸31と駆動軸50との間に２本のギヤ軸42，43が左右方向に指向して架設されている。
ギヤ軸42に回転自在に軸支された小径ギヤ45に一体に嵌着された大径ギヤ44が、前記駆動ギヤ32と噛合している。
ギヤ軸43には大径ギヤ46と小径ギヤ47が一体となって回転自在に軸支されており、大径ギヤ46が前記小径ギヤ45に噛合し、小径ギヤ47が駆動軸50に嵌着された大径ギヤ48に噛合している。
減速機構40は、以上のように構成されており、モータ駆動軸31の回転が、小径ギヤから大径ギヤへの各ギヤの噛合を経て減速されて駆動軸50に伝達される。
駆動軸50の両端には双方向クラッチ55，55を介して駆動ギヤ61，61が設けられており、駆動ギヤ61，61が後輪７，７と一体の被動ギヤ62，62と噛合している。
駆動軸50と駆動ギヤ61との間に介装される双方向クラッチ55の構造を、駆動軸50の右端について図８ないし図１０に示し説明する。
なお、左右の双方向クラッチ55，55は、対称的で同じ構造をしている。
ブレードハウジング２の軸受部２ｒにはスリーブハウジング51が中心軸を左右方向に指向させて嵌着されており、同スリーブハウジング51にベアリング52を介して駆動軸50が回転自在に軸支されている。
駆動軸50の端部には、ベアリング52に沿って止め輪53ａが係止され、同止め輪53ａに平輪53ｂが重ねられ、平輪53ｂに当接して円筒状のカラー58が空転可能に嵌合された後、駆動ギヤ61が相対回転自在に嵌合軸支され、平輪54ｂを介して先端に係止された止め輪54ａにより駆動ギヤ61が位置決めされている。
なお、カラー58が駆動軸50の回転に連れ回りするのを規制するシール部材59がスリーブハウジング51とカラー58との間に介装されている。
駆動ギヤ61の駆動軸50が嵌挿される中心孔のカラー58側には、カラー58の右側一部が相対回転自在に嵌入すべく内径が拡大した拡大内径部が形成されている。
カラー58における駆動ギヤ61の拡大内径部に嵌入する部分には切欠き58ａが形成されている。
また、駆動ギヤ61の拡大内径部の内周面には、周方向に３箇所等間隔に係止溝61ａが形成されている。
駆動軸50の止め輪53に重ねられた平輪54より端部には、偏心位置に円孔と円孔の一部が外部に開口したクラッチ片凹部56が軸方向に切削形成されており、駆動軸50の軸方向に延びる円柱部57ａと同円柱部57ａから延出した突起部57ｂからなる鍵穴断面の揺動クラッチ片57が、その円柱部57ａをクラッチ片凹部56の円孔に嵌合し突起部57ｂをクラッチ片凹部56の開口から揺動自在に突出させるようにして組み合わされる。
この揺動クラッチ片57は、軸方向で駆動ギヤ61の拡大内径部に配置され、カラー58の内側に位置するが、揺動クラッチ片57の突起部57ｂはカラー58に形成された切欠き58ａからはみ出している。
双方向クラッチ55は、以上のような構造をしており、図９を参照して、走行用ＤＣモータ30の駆動により駆動軸50が矢印方向に回転すると、シール部材59により連れ回りを規制されたカラー58が遅れて回動することで、揺動クラッチ片57の突起部57ｂが起立され、図９に示すように駆動ギヤ61の拡大内径部に形成された係止溝61ａの１つに突起部57ｂの先端が係止して双方向クラッチ55は係合状態となり、駆動ギヤ61を回転し、駆動ギヤ61と被動ギヤ62の噛合いを介して後輪７を回転して芝刈機１は走行することができる。
図１０に示すように、揺動クラッチ片57の突起部57ｂが倒伏して係止溝61ａから外れ双方向クラッチ55が切断状態で停止しているときは、芝刈機１を押したり引いたりして、駆動ギヤ61が前進側および後進側の双方向に回転しても駆動軸50が固定停止していれば駆動ギヤ61の回転に対して連れ回りを規制されたカラー58により揺動クラッチ片57の突起部57ｂは倒伏状態が維持されて係合することはなく駆動軸50に動力が伝達されず、駆動ギヤ61は空回りする。
走行レバー86の操作による後輪７の駆動制御および作業者による芝刈機１の押し引き作業のタイミングチャートを図１２に示す。
走行レバー86の走行指示操作により走行操作スイッチ86ｓがオンすると、走行用ＤＣモータ30に走行電力が供給されて、駆動軸50が回転し、図９に示したように揺動クラッチ片57の突起部57ｂが起立され、係止溝61ａの１つに係止して双方向クラッチ55は係合状態となり、後輪７が前進方向に回転し、芝刈機１は前進走行する。
そして、走行レバー86の走行停止指示操作により走行操作スイッチ86ｓがオフすると、走行用ＤＣモータ30に停止電力が供給されて短絡停止し、駆動軸50は回動を規制された状態で停止する。
停止直後、後輪７が慣性により回転して停止するまでに回動を規制されて停止した駆動軸50の周りを駆動ギヤ61が回転するので、係止溝61ａの回動およびカラー58の回動で、図１０に示すように、揺動クラッチ片57の突起部57ｂが倒伏して係止溝61ａから外れ、双方向クラッチ55は確実に切断状態となり、芝刈機１は双方向クラッチ55が切断状態で停止する。
走行用ＤＣモータ30が短絡停止し双方向クラッチ55が切断状態で、芝刈機１は停止するので、作業者が停止した芝刈機１を前方に押すと、後輪７が前進方向に回転し、後輪７とともに駆動ギヤ61も前進方向に回転するが、図１０を参照して駆動ギヤ61の前進方向の回転に対しては双方向クラッチ55は元々係合することはないので、駆動ギヤ61は空回りして芝刈機１の押し作業を軽く行うことができる。
そして、作業者が停止した芝刈機１を後方に引くときも、後輪７が後進方向に回転し、後輪７とともに駆動ギヤ61も後進方向に回転するが、図１０を参照して揺動クラッチ片57の突起部57ｂは回動を規制された駆動軸50によりカラー58も駆動ギヤ61の回転に対して連れ回りを規制され、同連れ回りを規制されたカラー58によって揺動クラッチ片57の突起部57ｂは倒伏状態が維持されて双方向クラッチ55は係合することはなく、駆動ギヤ61は空回りして芝刈機１の引き作業を軽く行うことができる。
以上のように、本芝刈機１は、走行を停止したときは、双方向クラッチ55が確実に係合を解除して切断状態となり、その後作業者が芝刈機１を押したときは、もちろんのこと、引いたときも、双方向クラッチ55は切断状態を維持して駆動ギヤ61は双方向に空回りして芝刈機１の押し引き作業を軽快に行うことができる。
また、駆動ギヤ61は双方向に空回りするので、芝刈機１の方向転換も同様に軽快に行うことができる。
なお、ＥＣＵ70は、最終的に作業を中止するときは走行用ＤＣモータ30への電力供給は停止される。
本実施の形態では、内燃機関により芝刈り作業を行い電動モータにより走行するハイブリッド型の自走式芝刈機に適用したものであったが、本発明は、芝刈り作業も走行もともに電動モータにより駆動される自走式の芝刈機にも適用できる。
本発明の一実施の形態に係る芝刈機の全体斜視図である。 同芝刈機本体の側面図である。 同平面図である。 同後面図である。 芝刈機の一部省略し一部断面とした部分側面図である。 芝刈機の一部省略し一部断面とした後面図である。 走行用ＤＣモータおよび減速機構の断面図（図５のVII−VII線断面図）である。 双方向クラッチの断面図である。 図８のIX−IX線断面図である。 図９と同じ断面で別の状態を示す断面図である。 本芝刈機の制御系の概略ブロック図である。 走行レバーの操作による後輪の駆動制御および作業者による芝刈機の押し引き作業のタイミングチャートである。
符号の説明
１…芝刈機、２…ブレードハウジング、２ｅ…膨出部、３…鉛直仕切板、４…刈芝搬送通路、５…刈芝収集袋、６…前輪、７…後輪、
10…内燃機関、11…クランク軸、12…ブレード、
20…電磁クラッチ、21…回転ディスク、22…カラー、23…フランジ付ボルト、24…電磁コイル、25…ベアリング、26…ブレード支持部材、26ｐ…ピン、27…クラッチディスク、28…環状係止板、29…ボルト、
30…走行用ＤＣモータ、31…モータ駆動軸、32…モータ駆動ギヤ、40…減速機構、41…減速機ケース、42，43…ギヤ軸、
50…駆動軸、51…スリーブハウジング、52…ベアリング、55…双方向クラッチ、56…クラッチ片凹部、57…揺動クラッチ片、58…カラー、59…シール部材、61…駆動ギヤ、62…被動ギヤ、
70…ＥＣＵ、80…操作ハンドル、85…ブレードレバー、86…走行レバー。

Claims (1)

  1. 電動モータの動力により走行する自走式作業機の走行駆動機構において、
    電動モータにより駆動する駆動軸の回転が双方向クラッチを介して駆動輪側に伝達される走行動力伝達手段と、
    作業者が操作する走行操作手段の作動による指示信号を入力して前記電動モータを制御する走行制御手段とを備え、
    前記走行制御手段は、前記走行操作手段の作動による走行停止信号を入力すると、電動モータに電力を供給した状態で駆動を停止することを特徴とする自走式作業機の走行駆動機構。



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