JP2009077634A - 刈り取り機 - Google Patents

Abstract

【課題】刈り取り用の刃と前記刃を駆動するモータとを有した刈り取り機において、簡単な構成により、使用者が刃の適切な交換時期を知ることができ刃の浪費や作業能率の低下を抑制可能とする。
【解決手段】刈り取り機１は、刈り取り用の刃２と外部電源Ｐからの電力を受けて刃２を駆動するモータ３とを有し、動作時にモータ３へ流れる電流を検出する電流検出部４と、電流検出部４によって検出された電流の積算値を記憶する記憶部５と、記憶部５に記憶された電流積算値に基づいて刃２の寿命を推定する制御部６と、刃の使用状況を使用者に伝えるための警告部７と、モータ３の回転を変調させるスイッチング部８と、を備えており、制御部６は、記憶部５に記憶されている電流積算値が所定値を越えたときに、そのことを警告部７によって使用者に伝えて、使用者に刃の交換時期を知らせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータによって駆動される刈り刃によって庭木の剪定などを行う庭木バリカンなどの刈り取り機に関する。

従来から、刈り取り機における刈り刃（単に刃、刃部ともいう）の寿命を延ばすために刈り刃の構造や材質、動作機構などの検討が行われている。例えば、庭木を刃部に挟込みませて切断するいわゆるバリカン式の刃ブロックを備えた刈り取り機において、刃部の劣化を抑制して良好な切れ味を確保するものが知られている。これは、被切断物を挟み込んだ両側の刃の運動を、切断するための接近運動と、その接近運動方向に直交する互いに逆方向のスライド運動との複合運動とすることにより、刃先角を鋭くすることなく実質的に刃先角を鋭くした効果を生み出し、切れ味を確保して刃部の耐久性能の確保を図るものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−８７４０２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような刈り取り機や従来刈り取り機においては、刃の寿命を延ばすことは検討されているが、刃の交換時期については検討されていない。刃の交換時期は、例えば、目安として説明書に使用年数が記されているぐらいであり、刃の正確な寿命末期を知ることはできない。また、刃の寿命は実際の使用状況によって刃こぼれや切れ味の低下などが異なるので、使用年数などによって正確な交換時期を示すことができない。そのため、使用者は適切な刈り刃交換時期を把握することができず、交換時期が早過ぎれば刃を浪費し、遅過ぎれば作業性能が低下する。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、使用者が刃の適切な交換時期を知ることができ、刃の浪費や作業能率の低下を抑制できる刈り取り機を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、刈り取り用の刃と前記刃を駆動するモータとを有した刈り取り機において、動作時に前記モータへ流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された電流の積算値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された電流積算値に基づいて前記刃の寿命を推定する制御部と、を備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の刈り取り機において、前記刃の使用状況を使用者に伝えるための警告部を備えており、前記制御部は、前記電流積算値が所定値を越えたときに、そのことを前記警告部によって使用者に伝えるものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の刈り取り機において、前記モータの回転を変調させるスイッチング部を備えており、前記制御部は、前記電流積算値が所定値を越えたときに、前記スイッチング部を用いて前記モータの回転を変調させることにより、前記所定値を越えたことを使用者に伝えて警告するものである。

請求項４の発明は、請求項１に記載の刈り取り機において、前記制御部は、前記電流積算値が所定値を越えたときに、前記モータを停止するものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の刈り取り機において、前記制御部は、負荷時の電流から無負荷時の電流を除して電流の積算値を求めるものである。

請求項１の発明によれば、モータへ流れる電流の積算値に基づいて刃の寿命を推定するので、使用者は、刃の適切な交換時期を知ることが可能となり、刃の浪費や作業性能の低下を抑制できる。すなわち、モータに流れる負荷電流は剪定材などの被刈り取り材の太さや、刃こぼれなどによる切れ味の低下などによって電流値が変化するので、この電流値を監視することにより刃にかかるストレス、従ってその寿命を推定でき、刃の交換時期を使用者に知らせることができる。刃の交換時期を使用者に知らせる手段は、任意に設定できる。これにより、刃を無駄なく効率良く使用できる。

請求項２の発明によれば、電流積算値が所定値を越えたときに警告部によって使用者に伝えるので、使用者は刃の交換について計画的行動が可能となる。また、所定値を段階的に設定し、警告部による警告を段階的に行うようにすれば、使用者にとって好都合である。例えば、第１所定値は刃の寿命末期ではないものの寿命が近づいている場合、第２所定値は寿命末期の場合、などのように設定し、ＬＥＤ（発光ダイオード）などを用いた警告手段により、発光させたり、点滅させたりして段階的に寿命が近づいていることを使用者に知らせるとよい。

請求項３の発明によれば、使用者は、刈り取り機の操作中に手や腕を通じて振動の変化を体感し、または、目や耳によってモータの回転状態の変調を体感して、モータ回転の変調を知覚できるので、使用者は、見過ごすことなく確実に、刃の寿命末期が近づいていることを知ることができる。所定値を段階的に設定して、それに応じて変調の度合を段階的に設定すれば、使用者にとって好都合である。

請求項４の発明によれば、使用者に、刃の寿命到来による刃の交換の必要性を確実に知らせることができ、使用者が刃の適切な交換時期を知ることにより、刃の無駄使いや作業性能の低下を抑制できる。

請求項５の発明によれば、刃の消耗に実際に寄与する電流について積算するので、より精度良く刃の寿命を予測できる。

以下、本発明の一実施形態に係る刈り取り用の刃と前記刃を駆動するモータとを有した刈り取り機について、図面を参照して説明する。図１は刈り取り機のブロック構成を示し、図２は同刈り取り機の外観を示し、図３（ａ）（ｂ）は同刈り取り機の上面と一部破断側面の外観を示す。

刈り取り機１は、図１に示すように、刈り取り用の刃２と外部電源Ｐからの電力を受けて刃２を駆動するモータ３とを有し、動作時にモータ３へ流れる電流を検出する電流検出部４と、電流検出部４によって検出された電流の積算値を記憶する記憶部５と、記憶部５に記憶された電流積算値に基づいて刃２の寿命を推定する制御部６と、刃の使用状況を使用者に伝えるための警告部７と、モータ３の回転を変調させるスイッチング部８と、を備えており、制御部６は、電流積算値が所定値を越えたときに、そのことを警告部７によって使用者に伝える。

上述の刈り取り機１として、図２、図３（ａ）（ｂ）に示す庭木バリカンを例に挙げて、その構造を説明する。庭木バリカンとしての刈り取り機１は、ハウジング１０と、ハウジング１０の前部に前方突出させて取り付けた構造体であるバリカン刃２０、上部に配置した動作スイッチＳＷと表示器ＬＥＤ、後部に設けたグリップ１１、前方上側に設けた補助グリップ１２、および、バリカン刃２０の根本部に取り付けて前方上方に配置した保護カバー１３などを備えている。また、ハウジング１０の内部には、上述の制御部６やモータ３の他に、モータ３の回転を減速する減速ブロック３０が設けられ、減速ブロック３０の出力軸３１には偏心カム３２が取り付けられている。

バリカン刃２０は、長尺の上押し板２１と下押し板２２、および、これらの上押し板２１と下押し板２２との間に長手方向ｘに沿って往復自在に固定された上下２枚の刃２（それぞれ、上刃２ａ、下刃２ｂという）を備えた構造体である。上刃２ａと下刃２ｂは、それぞれ左右に櫛の歯状に突出した多数の切刃を備えている。切刃が消耗した場合には、上刃２ａや下刃２ｂの全体が、消耗のない切刃を有する上刃２ａや下刃２ｂと交換される。

上刃２ａと下刃２ｂとは、上述の偏心カム３２の上部カム３２ａと下部カム部３２ｂとにそれぞれ係合されている。そして、モータ３および減速ブロック３０によって出力軸３１を低速回転させ、偏心カム３２を回転させることにより、上刃２ａと下刃２ｂとを、長手方向ｘに沿って、互いに逆方向に往復駆動させる。上刃２ａと下刃２ｂとは、いわゆるバリカン形態になっていて上刃２ａと下刃２ｂとが、その往復動のもとで、協同して互いの切刃によって庭木の枝等を挟み込んで切断（剪定）する。なお、上刃２ａと下刃２ｂとは、いずれか片方のみを駆動する形態としてもよい。

モータ３への電力は、電気コード１４を介して外部電源Ｐ、例えば商用１００Ｖ電源や、可搬式発電器などから供給される。なお、外部電源Ｐを用いる替わりに、ハウジング１０内に二次電池から成るバッテリを内蔵し、バッテリ電源を用いるようにしてもよい。

次に、刈り取り機１における制御と動作について説明する。上述の動作スイッチＳＷは、刈り取り機１の主スイッチであり、制御部６やモータ３への通電のオン・オフ切替スイッチである。また、動作スイッチＳＷは、制御部６への電源供給、モータ３の動作と段階的強度変化、などを切り替える多段切替スイッチ機能を備えている。

電流検出部４は、シャント抵抗などを用いてモータ３へ流れる電流を検出すると共に電流値を測定し、その電流値を制御部６に送る。通常、動作スイッチＳＷをオンしてから材の剪定までは数秒以上かかるので、動作スイッチＳＷをオンした後、約１秒以内に電流測定を行えばよい。

制御部６は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）などを用いて構成され、電流検出部４から送られてくるモータ３を流れる電流値を積算し、その積算値を記憶部５に記憶させる。また、制御部６は、警告部７やスイッチング部８などを制御する。

警告部７は、上述の庭木バリカンとしての刈り取り機１において、表示器ＬＥＤを用いて構成されている。表示器ＬＥＤは、例えば、１つまたは複数の発光ダイオードで構成される。警告部７は、制御部６からの指示によって、発光ダーオードを点灯させたり、点滅させたり、発光色を変化させたりして、刈り取り機１の動作状態を使用者に呈示したり、警告したりする。なお、表示器ＬＥＤは、発光ダイオードに限らず液晶画面や他の表示手段を用いて構成することができる。

スイッチング部８は、ＦＥＴなどのスイッチング素子を用いて構成され、上述の動作スイッチＳＷの操作に従って、モータ３の回転を制御すなわち変調し、回転状態を変化させる。例えば、スイッチング部８は、モータ３の回転数をＰＷＭ制御し、これにより、刃２の長手方向ｘに沿った稼動スピードを変調させることができる。

上述の構成による刈り取り機１は、モータ３へ流れる電流の積算値に基づいて刃の寿命を推定する。その推定は、モータ３に流れる負荷電流は剪定材などの被刈り取り材の太さや、刃こぼれなどによる切れ味の低下などによって電流値が変化するので、また、モータ３の動作時間の増加に伴って刃２の消耗が進行するので、この電流値を監視することにより刃にかかるストレス、従ってその寿命を推定できる、という原理に基づいている。

そこで、制御部６は、記憶部５に記憶させた電流積算値が、刃２の寿命に相当する予め設定した積算値（所定値）を越えたときに警告部７によって、そのことを使用者に伝える。例えば、上述の表示器ＬＥＤの点灯状態を、通常の動作時とは異なる、より速く点滅する点灯状態などとする。

このような刈り取り機１によれば、電流積算値が所定値を越えたときに、そのことを警告部７によって使用者に伝えるので、使用者は刃２の交換について計画的行動が可能となる。使用者は、刃２の適切な交換時期を知ることが可能となり、刃２の浪費や作業能率の低下を抑制できる。また、上述の所定値を段階的に設定し、警告部７による警告を段階的に行うようにすれば、使用者にとって好都合である。例えば、第１の所定値は刃の寿命末期ではないものの寿命が近づいている場合、第２の所定値は寿命末期の場合、などのように設定し、表示器ＬＥＤなどを用いた警告手段により、発光させたり、点滅させたりして段階的に寿命が近づいていることを使用者に知らせるとよい。

次に、上述の警告部７について、他の例を説明する。上述のスイッチング部８は、モータ３の回転を変調することができる。そこで、制御部６は、電流積算値が所定値を越えたときに、スイッチング部８を用いてモータ３の回転を変調させることにより、所定値を越えたことを使用者に伝えて警告する。すなわち、この例では、モータ３の回転状態の変化を、警告部７の機能として用いている。このような警告方法は、上述の表示器ＬＥＤと併用することができる。

このような刈り取り機１によれば、使用者は、刈り取り機１の操作中にグリップ１１や前方上側に設けた補助グリップ１２を持つ手や腕を通じて振動の変化を体感し、または、目や耳によってモータ３の変調を体感して、モータ３の回転の変調を知覚できるので、使用者は、見過ごすことなく確実に、刃２の寿命末期が近づいていることを知ることができる。所定値を段階的に設定して、それに応じて変調の度合を段階的に設定すれば、使用者にとって好都合である。

次に、図４を参照して、刃２の寿命推定の精度をより高めることについて説明する。図４は、刈り取り機１の動作開始から終了までのモータ電流の時間変化を示す。モータ３を流れる電流Ｉは、被剪定材の太さによって異なり、通常は５〜１０Ａ程度であるが、材を挟んだまま、材を切断ができずに刃２の動作が止まった場合、いわゆるモータ３がロックした場合に、より大きな電流Ｉが流れる。負荷電流が大きい程、刃２にストレスがかかって刃２の寿命が短くなる。そこで、制御部６は、記憶部５に記憶させた電流積算値により、過去にどの程度の負荷が刃２にかかったかを推定することができる。

ところで、刈り取り機１は、動作スイッチＳＷの操作により、モータ３に電力が供給されて、刃２が稼動する。通常、動作スイッチＳＷをオンしてから被剪定材の剪定までは、作業者の作業態勢の準備などのため、数秒かかる。すなわち、図４の場合、時間ｔ１に動作スイッチＳＷがオンされ、その後、時間ｔ２に剪定作業が開始され、時間ｔ３に剪定作業が終了し、時間ｔ４に動作スイッチＳＷがオフされている。

図４において、時間領域ａ（時間ｔ１，ｔ２間）、および時間領域ｃ（時間ｔ３，ｔ４間）では、モータ３は無負荷であって、モータ電流は無負荷電流Ｉｂとなり、時間領域ｂ（時間ｔ２，ｔ３間）では、負荷状態のモータ電流Ｉが測定される。つまり、実際に刃２が剪定作業をして消耗するのは、モータ３、従って刃２が負荷状態にある時間領域ｂにおいてであり、この剪定作業状態での電流値のみを積算することにより、より精度の高い寿命予測を行うことができる。

無負荷電流Ｉｂはモータ３の仕様に依存し、例えば、Ｉｂ＝４Ａ、程度である。しかしながら、モータ３の個体差、経年劣化があるので特定の値で固定せずに、動作スイッチＳＷがオンされるたびに、モータ３が動作開始した後の数秒間における電流値を毎回測定してその測定値を無負荷電流Ｉｂとする。

上述の剪定作業状態での電流すなわち実負荷電流（Ｉｒとする）は、例えば、電流検出部４によって測定されたモータ電流Ｉから、バックグラウンドとしての無負荷電流Ｉｂを差し引いて求められる。制御部６は、実負荷電流Ｉｒ、Ｉｒ＝Ｉ−Ｉｂ、を算出し（ただし、０≦Ｉｒ）、この実負荷電流Ｉｒを記憶部５に記憶させる。なお、実負荷電流Ｉｒとして、Ｉｒ＝Ｉ−Ｉｂによらずに、図４における時間領域ｂにおける電流を採用し、その電流値を積算するようにしてもよい。

上述の実負荷電流Ｉｒの積算値を寿命推定に用いる刈り取り機１によれば、刃２の消耗に実際に寄与する電流に基づいて寿命推定を行うので、より精度良く刃２の寿命を推定できる。

次に、図５のフローチャートを参照して、刈り取り機１におけるモータ電流の積算と、その積算値に基づく刃２の寿命推定処理の流れを説明する。使用者が動作スイッチＳＷをオンすることにより（Ｓ１）、モータ３が回転を開始し（Ｓ２）、電流検出部４がモータ電流Ｉを測定する（Ｓ３）。

制御部６は、測定されたモータ電流Ｉから、基準電流値、すなわち無負荷電流Ｉｂを決定する（Ｓ４）。この無負荷電流Ｉｂは、制御部６が、モータ３の回転開始直後の電流値Ｉをサンプリングして平均化することにより決定される。

その後、使用者が剪定を実行すると（Ｓ５）、制御部６は、動作スイッチＳＷオンのときから電流検出部４が継続して測定しているモータ電流Ｉを取得し（Ｓ６）、式、Ｉｒ＝Ｉ−Ｉｂ、によって実負荷電流Ｉｒを算出し（Ｓ７）、その値を積算し、積算値Ｍとして記憶部５に記憶させる（Ｓ８）。

次に、制御部６は、積算値Ｍを第２の所定値ｍ２と比較し（Ｓ９）、積算値Ｍが第２の所定値ｍ２以上（ｍ２≦Ｍ）であれば（Ｓ９でＹｅｓ）、モータ３を停止する（Ｓ９）。

また、積算値Ｍが第２の所定値ｍ２より小（Ｍ＜ｍ２）であれば（Ｓ９でＮｏ）、制御部６は、積算値Ｍを第１の所定値ｍ１と比較し（Ｓ１１）、積算値Ｍが第１の所定値ｍ１以上（ｍ１≦Ｍ）であれば（Ｓ１１でＹｅｓ）、使用者に対して警告表示を行い（Ｓ１２）、制御ステップを次のステップＳ１３に進める。この警告表示としては、上述の表示器ＬＥＤを用いる方法や、スイッチング部８によるモータ３の回転の変調の方法が用いられる。

また、制御部６は、ステップＳ９において積算値Ｍが第１の所定値ｍ１より小（Ｍ＜ｍ１）であれば（Ｓ１１でＮｏ）、ステップＳ１３において、動作スイッチＳＷの状態を調べ、動作スイッチＳＷがオフであれば処理を終了し（Ｓ１３でＹｅｓ）、動作スイッチＳＷがオフでなければ（Ｓ１３でＮｏ）、制御ステップをステップＳ５に戻して、上記処理を繰り返す。

上述のように、第１の所定値ｍ１と、第２の所定値ｍ２と（ただし、ｍ１＜ｍ２）を用いて、電流積算値Ｍが第２の所定値ｍ２以上のときに、モータ３を停止することにより、刃２の寿命末期を使用者に知らせる。これにより、使用者に、刃２の寿命到来による刃２の交換の必要性を確実に知らせることができ、使用者が刃２の適切な交換時期を知ることにより、刃２の無駄使いや作業能率の低下を抑制できる。

また、電流積算値Ｍが第２の所定値ｍ２は越えないが、第１の所定値ｍ１を越えたときには、モータ３を停止することなく、交換準備を行うように注意喚起のために、警告表示を行って、使用者の利用の便が図られる。

なお、刈り取り機１は、記憶部５に記憶された電流積算値Ｍを初期状態に戻す、すなわちクリアするためのクリアボタンなどの操作手段を備えている。そこで、モータ３がステップＳ１０において強制的に停止された場合、使用者は、刃２の交換を行い、その後、記憶部５に記憶された電流積算値Ｍをクリアボタンを操作してクリアし、制御部６は、新たな刃２について、その刃２の寿命推定のため、新たに電流積算を開始する。

本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を矛盾のない範囲で互いに組み合わせた構成とすることができ、そのような組合せ可能な構成の実施形態は明記されていなくても当然に本発明に含まれる。また、上記では、刈り取り機１として庭木バリカンを例に挙げて説明したが、本発明は、庭木バリカンに限らず、刈り取り用の刃とその刃を駆動するモータとを有した種々の刈り取り機における刃の寿命推定と刃の交換時期の提示について適用することができる。

本発明の一実施形態に係る刈り取り機のブロック構成図。 同上刈り取り機の外観斜視図。 （ａ）は同上刈り取り機の上面図、（ｂ）は同機の一部破断側面図。 同上刈り取り機の動作中に測定されたモータ電流の変化図。 同上刈り取り機における電流積算値に基づく刃の寿命推定に関するフローチャート。

符号の説明

１ 刈り取り機
２ 刃
３ モータ
４ 電流検出部
５ 記憶部
６ 制御部
７ 警告部
８ スイッチング部

Claims (5)

1. 刈り取り用の刃と前記刃を駆動するモータとを有した刈り取り機において、
   動作時に前記モータへ流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部によって検出された電流の積算値を記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された電流積算値に基づいて前記刃の寿命を推定する制御部と、を備えたことを特徴とする刈り取り機。
2. 前記刃の使用状況を使用者に伝えるための警告部を備えており、
   前記制御部は、前記電流積算値が所定値を越えたときに、そのことを前記警告部によって使用者に伝えることを特徴とする請求項１に記載の刈り取り機。
3. 前記モータの回転を変調させるスイッチング部を備えており、
   前記制御部は、前記電流積算値が所定値を越えたときに、前記スイッチング部を用いて前記モータの回転を変調させることにより、前記所定値を越えたことを使用者に伝えて警告することを特徴とする請求項１に記載の刈り取り機。
4. 前記制御部は、前記電流積算値が所定値を越えたときに、前記モータを停止することを特徴とする請求項１に記載の刈り取り機。
5. 前記制御部は、負荷時の電流から無負荷時の電流を除して電流の積算値を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の刈り取り機。

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