JP2015008636A - 携帯式作業機 - Google Patents

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Hisashi Irokawa
久志 色川
淳 久下沼
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淳 久下沼
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Abstract

【課題】携帯型作業機において、パイプ内において回転するドライブシャフトの支持の信頼性を高め、かつパイプに発生する振動を低減する。
【解決手段】ドライブシャフト20は、中心軸Xからみて外側から順次、第2弾性支持体13、第1弾性支持体12、メタルブッシュ11を介して、パイプ10の内側によって支持される。第1弾性支持体12のゴム硬度をH(°)、第2弾性支持体13のゴム硬度をH(°)とした際に、H>Hとされる。
【選択図】図1

Description

本発明は、作業者によって携帯されて使用され、細長いパイプ内に設けられたドライブシャフトで動力が伝達される構成を具備する携帯式作業機の構成に関する。
作業者が携帯して使用する携帯型作業機の一例として、生垣等の切断作業を行う刈払機がある。こうした刈払機としては、エンジンやモーターを動力源として、先端に設けられた刈刃が回転する構成のものが用いられる。この際、作業者は、刈刃を所望の箇所に移動させてこの切断作業を行う。こうした刈払機においては、一般に、回転する刈刃が細長いパイプの先端側に設けられ、このパイプの後端側に動力源(エンジン、モーター等)が固定される。
図5は、こうした構成の刈払機90の構成を示す側面図である。この刈払機90においては、図中左右に細長いパイプ91の先端(左端)側に、回転する刈刃92が設置される。パイプ91の後端(右端)側には、エンジン93、エンジン93に供給される燃料が溜められる燃料タンク94が固定される。パイプ91の内部には、パイプ91と同軸のドライブシャフト(図示せず)が内蔵されている。このドライブシャフトは、エンジン93のクランク軸に接続され、図中左右方向に延伸するパイプ91の中心軸の回りに回転運動をする。これによって、エンジン93のクランク軸の回転運動は、パイプ91の先端側に設けられたギヤボックス95まで伝達される。この回転運動はギヤボックス95で減速され、刈刃92を回転させる。なお、刈刃92の後側には、作業者の安全のためにカバー96が設けられている。
パイプ91には、後端側においてベルト97が取り付けられ、先端側においてハンドル98が固定されている。作業者は、例えばベルト97を肩に掛け、ハンドル98を手で把持することによって、この刈払機90を用いた切断作業を行うことができる。
この構成においては、動力源となるエンジン93と刈刃92とが離間しているために、後端に設けられたエンジン93の回転運動は、細長い中空のパイプ91内に同軸に設けられたドライブシャフトによって、パイプ91の先端側に設けられたギヤボックス95まで伝達される。この際、ドライブシャフトは、パイプ91の内部で、数1000rpm以上の高速で回転をする。このために、ドライブシャフトは、パイプ91の長手方向における複数の箇所で金属製の軸受(ベアリング、ブッシュ)によってパイプ91内において回転自在に支持される。こうした構成の一例は、例えば特許文献1に記載されている。
一方で、前記の通り、作業者は、パイプ91やパイプ91に固定されたハンドル98等を把持した状態で切断作業を行う。この際、上記の構成において、ドライブシャフトの回転運動に伴う振動がパイプ91に発生すると、この切断作業の障害となる、あるいは作業者の疲労が大きくなる。このため、パイプ91に発生する振動を抑制することが必要である。
このため、パイプ91の内部でドライブシャフトを支持する軸受は、弾性体(ゴム材)を介してパイプの内面に固定される場合が多い。この場合、ゴム材のゴム硬度を適度に設定することによって、パイプ91の表面に生ずる振動を吸収し、作業者に伝わる振動を大きく低減することができる。
特開2011−200144号公報
上記の構成においては、ゴム材のゴム硬度を低く設定することによって、振動を大きく低減することができる。しかしながら、この場合には、ドライブシャフトを支持する軸受の固定精度が悪くなり、軸受がパイプ91内部で位置ずれを起こす場合がある。軸受が位置ずれを起こした場合には、パイプ91内におけるドライブシャフトの支持に問題が生ずる場合がある。一方、ゴム材の硬度を高く設定することによって、ドライブシャフトの支持の信頼性を高めることはできるが、振動を低減する効果は小さくなる。すなわち、パイプ91内におけるドライブシャフトの支持の信頼性と、パイプ91に発生する振動の低減を両立することは困難であった。
このため、上記の構成の携帯型作業機において、パイプ内において回転するドライブシャフトの支持の信頼性を高め、かつパイプに発生する振動を低減することは困難であった。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記の問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の携帯型作業機は、中空のパイプと、当該パイプの中心軸に沿った方向の回りで回転自在とされて前記パイプの内部に設けられたドライブシャフトと、を具備する携帯型作業機であって、前記ドライブシャフトの外周面を外側から回転自在に支持する軸受と、弾性材料で構成され、前記軸受の外周面を前記中心軸からみた外側から支持する第1弾性支持体と、前記第1弾性支持体を構成する弾性材料よりも高いゴム硬度をもつ弾性材料で構成され、前記第1弾性支持体の外周面を前記中心軸からみた外側から支持し、かつ前記中心軸からみた外側から前記パイプの内面によって支持される第2弾性支持体と、を具備することを特徴とする。
本発明の携帯型作業機において、前記第1弾性支持体を構成する弾性材料のゴム硬度は30°〜50°の範囲であり、前記第2弾性支持体を構成する弾性材料のゴム硬度は70°〜90°の範囲であることを特徴とする。
本発明の携帯型作業機は、前記パイプの内部において、前記軸受、前記第1弾性支持体、及び前記第2弾性支持体を、前記中心軸に沿った方向における複数の箇所にそれぞれ具備することを特徴とする。
本発明の携帯型作業機は、前記中心軸に沿った方向において、前記第1弾性支持体は前記軸受よりも長く、前記第2弾性支持体は前記第1弾性支持体よりも長いことを特徴とする。
本発明の携帯型作業機において、前記第2弾性支持体は、前記パイプの内面側から前記中心軸側に向かって突出して前記ドライブシャフトの外周面と接するシール部を、前記中心軸に沿った方向における両端部側にそれぞれ具備し、前記第1弾性支持体は、2つの前記シール部の間において前記第2弾性支持体に支持されたことを特徴とする。
本発明の携帯型作業機は、前記軸受における前記ドライブシャフトと接する内周面、あるいは前記ドライブシャフトにおける前記軸受と接する外周面に、グリスが溜められる油溜溝を具備することを特徴とする。
本発明の携帯型作業機は、前記中心軸に沿った方向において、前記第2弾性支持体は、分割される構成とされたことを特徴とする。
本発明の携帯型作業機は、前記第1弾性支持体の外周面と前記第2弾性支持体の内周面、又は前記軸受の外周面と前記第1弾性支持体の内周面において、前記外周面に凹部又は凸部の一方、前記内周面に前記凹部又は凸部の一方と係合する凸部又は凹部の他方が、それぞれ形成されたことを特徴とする。
本発明の携帯型作業機は、前記中心軸に沿った方向において、前記パイプの一端側に刈刃が、他端側に動力源がそれぞれ設けられ、前記動力源によって回転する前記ドライブシャフトによって前記刈刃が駆動される刈払機であることを特徴とする。
本発明は以上のように構成されているので、携帯型作業機において、パイプ内において回転するドライブシャフトの支持の信頼性を高め、かつパイプに発生する振動を低減することができる。
本発明の実施の形態となる刈払機の内部構造を示す断面図である。 従来の刈払機の内部構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態となる刈払機の第1の変形例の内部構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態となる刈払機の第2の変形例の内部構造を示す断面図である。 刈払機の全体構成を示す図である。
本発明の実施の形態となる携帯型作業機として、刈払機の構成について説明する。この刈払機の外観は、図5における刈払機90と同様である。この刈払機90においては、パイプ内部の構造に特徴がある。これによって、パイプ内において回転するドライブシャフトの支持の信頼性を高め、かつパイプに発生する振動を低減することができる。
図1は、この刈払機におけるパイプ10内の内部構造を示す断面図であり、この図は、中空の円筒形状であるパイプ10の中心軸Xに沿った断面を示している。このパイプ10内においては、パイプ10と同軸にドライブシャフト20が支持されている。円筒形状の鋼材で形成されたドライブシャフト20は、筒状のメタルブッシュ(軸受)11の内側を図中左右方向に貫通して中心軸Xの回りで回転自在に支持されている。メタルブッシュ11は筒状の第1弾性支持体12の内側に挿着されることによって、その外周面が第1弾性支持体12によって支持される。また、第1弾性支持体12は、筒状の第2弾性支持体13の内側に挿着されることによって、その外周面が第2弾性支持体13によって支持される。第2弾性支持体13は、パイプ10の内面に挿着されることによって、その外周面がパイプ10の内面によって支持される。なお、図1の構成は、中心軸Xに関して軸対称である。このため、ドライブシャフト20の外周面はメタルブッシュ11の内周面で、メタルブッシュ11の外周面は第1弾性支持体12の内周面で、第1弾性支持体12の外周面は第2弾性支持体13の内周面で、第2弾性支持体13の外周面はパイプ10の内面で、それぞれ中心軸Xの回りの全周にわたって支持される。
この構成によって、ドライブシャフト20は、中心軸Xからみて外側から順次、第2弾性支持体13、第1弾性支持体12、メタルブッシュ11を介して、パイプ10の内側によって支持される。なお、図1の構成は、パイプ10(ドライブシャフト20)の長手方向(中心軸Xに沿った方向)における複数の箇所に設けられており、これによってドライブシャフト20がパイプ10の内側で回転自在に支持される。すなわち、この構成によって、図5におけるエンジン93からギヤボックス95まで回転運動を伝達することができる。
ここで、直接ドライブシャフト20と接するメタルブッシュ11は耐摩耗性の高い鋼材等(金属)で構成されるのに対して、第1弾性支持体12、第2弾性支持体13は、共に弾性材料(ゴム材)で構成される。ただし、第1弾性支持体12、第2弾性支持体13の特性、特に硬度は異なる設定とされ、第1弾性支持体12のゴム硬度(JISK6253準拠)をH(°)、第2弾性支持体13のゴム硬度をH(°)とした際に、H>Hとされる。すなわち、第2弾性支持体13のゴム硬度を高くし、第1弾性支持体12のゴム硬度は低く設定される。例えば、Hは30°≦H≦50°の範囲とし、Hは70°≦H≦90°の範囲とすることができる。
また、図1に示されるように、パイプ10の長手方向(中心軸Xに沿った方向)における長さは、第2弾性支持体13、第1弾性支持体12、メタルブッシュ11の順となっており、これらの中では第2弾性支持体13が最も長くなっている。第1弾性支持体12、第2弾性支持体13は弾性材料で構成されるために、図1に示されるように、メタルブッシュ11は第1弾性支持体12の内周面に埋め込まれるように固定され、第1弾性支持体12は第2弾性支持体13の内周面に埋め込まれるように固定される。
この構成により、メタルブッシュ11、第1弾性支持体12が、パイプ10の長手方向において第2弾性支持体13に対して移動することが抑制される。このため、第2弾性支持体13のパイプ10に対する固定精度が高ければ、メタルブッシュ11のパイプ10に対する取り付け精度を高めることができ、ドライブシャフト20のパイプ10に対する取り付け精度を高めることができる。ここでは、第2弾性支持体13を構成するゴム材のゴム硬度Hは高く設定されるために、第2弾性支持体13のパイプ10に対する固定精度を高くすることができる。このため、上記の構成によって、ドライブシャフト20のパイプ10に対する取り付け精度を高めることができ、パイプ10内におけるドライブシャフト20の支持の信頼性を高めることができる。
一方、前記の通り、第2弾性支持体13のゴム硬度Hを高めた場合には、振動抑制の効果は小さくなる。このため、振動の原因となるドライブシャフト20に近い側の第1弾性支持体12のゴム硬度Hを低く設定している。この場合、発生する振動は第1弾性支持体12によって吸収され、パイプ10の外面における振動は低減される。すなわち、図1の構成によって、パイプ10内におけるドライブシャフト20の支持の信頼性を高め、かつパイプ10に発生する振動を低減することもできる。
図1の構成は、ドライブシャフト20に対してメタルブッシュ11、第1弾性支持体12、第2弾性支持体13を図1に示されたように順次装着し、その後でこの構造をパイプ10の内部に圧入して挿着することによって実現できる。この際に、第1弾性支持体12、第2弾性支持体13が弾性変形をするために、この構造をパイプ10の内部に圧入することができ、圧入後にこの構造がパイプ10内で固定される。実際には1本のドライブシャフト20において長手方向における複数の箇所に図1の構造が設けられた構造が1本のパイプ10の内部に設けられるが、この場合においても、同様の方法を用いることができる。この際、例えばパイプ10の内面において、第2弾性支持体13を係止するための凸部等を適宜設置することもできる。あるいは、ドライブシャフト20を用いずに、メタルブッシュ11、第1弾性支持体12、第2弾性支持体13を図1に示されたように組み合わせた構造をパイプ10の内側に設置した後でドライブシャフト20をメタルブッシュ11に挿通させてもよい。
従来技術においては、図1の構成と異なり、単一の弾性支持体を用いて、同様にメタルブッシュ11、ドライブシャフト20がパイプ10内で回転自在に設置される。この場合の構成を図1に対応させて図2に示す。この場合には、単一の弾性支持体30のゴム硬度Hを高くした場合には、弾性支持体30のパイプ10内に対する取り付け精度を高めることができるために、パイプ10内におけるメタルブッシュ11、ドライブシャフト20の支持の信頼性を高めることができる。しかしながら、この場合には弾性支持体30による振動低減の効果が小さくなることは明らかである。一方、弾性支持体30のゴム弾性Hを低くした場合には、これとは逆に、振動低減の効果は大きくなるが、ドライブシャフト20の支持の信頼性を高めることが困難である。このため、図2の構造では、振動を低減すると共に、ドライブシャフト20の支持の信頼性を高めることは困難である。
図1の構成においては、ゴム硬度の異なる第1弾性支持体12、第2弾性支持体13を共に用いるため、振動の吸収は主に第1弾性支持体12によってなされ、メタルブッシュ11の固定精度は主に第2弾性支持体13によって高められる。このため、パイプ10内におけるドライブシャフト20の支持の信頼性を高めることと、パイプ10に発生する振動を低減することを両立することができる。
図1の構成の第1の変形例の断面図を図3に示す。この構成においては、メタルブッシュと第2弾性支持体の形状が図1の構成と異なっている。第1弾性支持体12、第2弾性支持体50のゴム硬度の関係については、図1の構成と同様である。
ここで用いられたメタルブッシュ40においては、ドライブシャフト20と接する内周面に、ドライブシャフト20を巻回する形態で油溜溝41が形成されており、油溜溝41の中には、潤滑のためのグリスが溜められている。これによって、メタルブッシュ40の内周面に対するドライブシャフト20の摺動を円滑に行うことができ、ドライブシャフト20をより円滑に回転させることができる。
このように摺動面においてグリスを用いる場合には、このグリスを広い範囲に飛散させず、メタルブッシュ40の近くにグリスを維持することが有効となる。このため、図3の構成においては、第2弾性支持体50の両端部が中心軸X側(ドライブシャフト20側)に向かって延伸したシール部51となっており、シール部51の先端は、ドライブシャフト20の外周面に接する構成とされる。図1における第2弾性支持体13と同様に、この第2弾性支持体50(シール部51)も、中心軸Xに関して軸対称となっている。このため、シール部51の先端が全周にわたりドライブシャフト20の外周面と接することによって、グリスは、図3における左右のシール部51の間、すなわち、メタルブッシュ40付近に維持される。
この際、シール部51とドライブシャフト20との間の接触面積が大きいと、ドライブシャフト20の回転運動の際の摺動抵抗が大きくなる。このため、シール部51の先端は、図3に示されるように薄く、グリスを封止するためには機能するが、摺動抵抗を大きくしない程度の幅に設定される。
また、図3の構成(第1の変形例)においては、図示されるように、第1弾性支持体13を、第2弾性支持体50における2つのシール部51に挟んだ形態で固定することができる。このため、第2弾性支持体50に対する第1弾性支持体13の取り付け精度をより高めることができる。これにより、パイプ10内におけるドライブシャフト20の支持の信頼性をより高めることができる。シール部51の先端とドライブシャフト20との接触面積が小さければ、ドライブシャフト20によって第2弾性支持体50に発生する振動も無視できるため、第1弾性支持体13による振動低減の効果については、図1の構成と同様である。
なお、図3の構成においては、油溜溝41がメタルブッシュ40の内周面に形成されていたが、メタルブッシュと接するドライブシャフトの外周面に油溜溝を設けることもできる。この場合においても、上記のシール部が有効であることは明らかである。あるいは、シール部を第1弾性支持体に設けることもできる。ただし、よりゴム硬度の高い第2弾性支持体にシール部を設ける方が、グリスの封止のためには有効である。
図3の構成を更に変形した例(第2の変形例)の断面図を図4に示す。この構成において使用されるメタルブッシュ40は図3の構成と同様である。メタルブッシュ40の外側の第1弾性支持体60の内周面側の構成は前記の第1弾性支持体13と同様であるが、その外周面側の構成が異なり、その外周面において、係合溝(凹部)61が形成されている。
また、第2弾性支持体70は、図4における左右で分離した左側第2弾性支持体71、右側第2弾性支持体72が、係合溝61の箇所で結合したことによって構成されている。このため、図4において、左側第2弾性支持体71の右端部には係合凸部(凸部)711が、右側第2弾性支持体72の左端部には係合凸部(凸部)721がそれぞれ中心軸X側に突出して設けられている。左側第2弾性支持体71、右側第2弾性支持体72が組み合わされた状態では、係合凸部711、係合凸部721が密着した状態で係合溝61に係合する。この構成により、第1弾性支持体60の第2弾性支持体70(左側第2弾性支持体71、右側第2弾性支持体72)に対する取り付け精度をより高めることができる。
また、前記の通り、第2弾性支持体70のゴム硬度は高いため、第1弾性支持体60と比べて第2弾性支持体70を変形させることは容易ではない。このため、上記のように係合溝61に対して第2弾性支持体70を固定することは必ずしも容易ではない。これに対して、上記の構成においては、第2弾性支持体70を左側第2弾性支持体71、右側第2弾性支持体72の2つに分断することができるために、これらを係合溝61に対して固定することが容易となる。
すなわち、図4の構成(第2の変形例)においては、 第1弾性支持体60の第2弾性支持体70に対する取り付け精度をより高めることができると同時に、その組立が容易となる。
なお、図4の構成においては、凹部(係合溝61)を第1弾性支持体60の外周面に設け、凸部(係合凸部711、係合凸部721)を第2弾性支持体70の内周面に設けたが、逆に、凸部を第1弾性支持体の外周面に、この凸部と係合する凹部を第2弾性支持体の内周面に設けることもできる。また、上記の例では、凹部、凸部が1組設けられていたが、これらを複数組設けることもできる。この際、第2弾性支持体を複数に分割できる構成とし、各々に対応させて凹部、凸部を設けることもできる。更に、上記と同様の凹部、凸部を、軸受の外周面と第1弾性支持体の内周面に適宜設けることもできる。また、図4の構成においては、第2弾性支持体が中心軸X方向において2分割される構成としたが、例えば中心軸Xと垂直な方向において分割される構成としてもよい。
なお、上記の例以外にも、第1弾性支持体の内周面、外周面の形状、第2弾性支持体の内周面、外周面の形状は、これらを高精度で容易に組み合わせることができる限りにおいて、適宜設定が可能である。この際、上記の例では、これらの形状が中心軸Xに対して軸対称であるものとしたが、軸対称である必要はない。メタルブッシュ(軸受)の外周面、パイプの内周面についても同様である。
また、上記の例では、金属製のメタルブッシュ(軸受)11が用いられていたが、第1弾性支持体、第2弾性支持体と異なり定形性があり、ドライブシャフト20の回転に対する耐摩耗性のある材料であれば、軸受の材料として用いることができる。例えば、第2弾性支持体よりも更に硬度の高い樹脂材料を軸受の材料として用いることもできる。あるいは、第1弾性支持体の内側で固定できる限りにおいて、メタルブッシュの代わりに、金属製のベアリングをこの軸受として用いることもできる。
また、上記においては、携帯型作業機の一例として、刈払機について説明したが、他の携帯型作業機においても、同様の構成のパイプと、このパイプ内において回転自在とされて設けられたドライブシャフトが用いられるものであれば、同様に上記の構成を用いることができる。例えば、ポールソー等においても、同様の構成を用いることができる。
10、91 パイプ
11、40 メタルブッシュ(軸受)
12、60 第1弾性支持体
13、50、70 第2弾性支持体
20 ドライブシャフト
30 弾性支持体
41 油溜溝
51 シール部
61 係合溝(凹部)
71 左側第2弾性支持体(第2弾性支持体)
72 右側第2弾性支持体(第2弾性支持体)
90 刈払機
92 刈刃
93 エンジン
94 燃料タンク
95 ギヤボックス
96 カバー
97 ベルト
98 ハンドル
711、721 係合凸部(凸部)
X 中心軸

Claims (9)

  1. 中空のパイプと、当該パイプの中心軸に沿った方向の回りで回転自在とされて前記パイプの内部に設けられたドライブシャフトと、を具備する携帯型作業機であって、
    前記ドライブシャフトの外周面を外側から回転自在に支持する軸受と、
    弾性材料で構成され、前記軸受の外周面を前記中心軸からみた外側から支持する第1弾性支持体と、
    前記第1弾性支持体を構成する弾性材料よりも高いゴム硬度をもつ弾性材料で構成され、前記第1弾性支持体の外周面を前記中心軸からみた外側から支持し、かつ前記中心軸からみた外側から前記パイプの内面によって支持される第2弾性支持体と、
    を具備することを特徴とする携帯型作業機。
  2. 前記第1弾性支持体を構成する弾性材料のゴム硬度は30°〜50°の範囲であり、前記第2弾性支持体を構成する弾性材料のゴム硬度は70°〜90°の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の携帯型作業機。
  3. 前記パイプの内部において、
    前記軸受、前記第1弾性支持体、及び前記第2弾性支持体を、前記中心軸に沿った方向における複数の箇所にそれぞれ具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の携帯型作業機。
  4. 前記中心軸に沿った方向において、
    前記第1弾性支持体は前記軸受よりも長く、前記第2弾性支持体は前記第1弾性支持体よりも長いことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の携帯型作業機。
  5. 前記第2弾性支持体は、前記パイプの内面側から前記中心軸側に向かって突出して前記ドライブシャフトの外周面と接するシール部を、前記中心軸に沿った方向における両端部側にそれぞれ具備し、
    前記第1弾性支持体は、2つの前記シール部の間において前記第2弾性支持体に支持されたことを特徴とする請求項4に記載の携帯型作業機。
  6. 前記軸受における前記ドライブシャフトと接する内周面、あるいは前記ドライブシャフトにおける前記軸受と接する外周面に、グリスが溜められる油溜溝を具備することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の携帯型作業機。
  7. 前記中心軸に沿った方向において、前記第2弾性支持体は、分割される構成とされたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の携帯型作業機。
  8. 前記第1弾性支持体の外周面と前記第2弾性支持体の内周面、又は前記軸受の外周面と前記第1弾性支持体の内周面において、
    前記外周面に凹部又は凸部の一方、前記内周面に前記凹部又は凸部の一方と係合する凸部又は凹部の他方が、それぞれ形成されたことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の携帯型作業機。
  9. 前記中心軸に沿った方向において、前記パイプの一端側に刈刃が、他端側に動力源がそれぞれ設けられ、前記動力源によって回転する前記ドライブシャフトによって前記刈刃が駆動される刈払機であることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の携帯型作業機。
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