JP2015142515A

JP2015142515A - 芝刈機

Info

Publication number: JP2015142515A
Application number: JP2014016392A
Authority: JP
Inventors: 貴士上田; Takashi Ueda; 朋也中島; Tomoya Nakajima
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-08-06

Abstract

【課題】ブレードの回転開始時に駆動部への過負荷状態となる恐れを低減させて、確実に起動できるようにした芝刈機の提供。
【解決手段】モータ１５により回転し地面に対して略平行な切削面にて移動するブレード３０を有し、前後の車輪２、３の間にブレードが配置される芝刈機において、ブレードを上下方向に移動可能な可動手段１７を介してモータに接続し、動力源の起動時又は低速回転時にはブレードを地面から離れた位置に上昇させ、高速回転時にはブレードが地面に近づくように下降させる。可動手段は、駆動軸１６に設けられ軸方向に相対移動可能なスリーブ１７と、スリーブと駆動軸を軸方向に付勢する弾性手段を含んで構成され、回転刃はスリーブに取り付けられる。回転刃には送風用の羽根部３３が形成され、回転時の上向きの風により高速回転時に回転刃を下降させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンやモータ等の動力源によって刈刃（ブレード）を駆動して芝を刈り取るための芝刈機に関し、特に、刈刃の自動昇降機能付きの芝刈機に関する。

従来の芝刈機において、垂直軸周りに回転するブレードの回転軌跡の上面と側面とを覆うハウジングが設けられ、ハウジングの後方側に延出したハンドルを作業者が把持した状態で押しながら作業を行うものが知られる。このような芝刈機は、例えば特許文献１にて知られている。図１７〜１９は市販されている電動式の芝刈機１０１の構成を示す図である。芝刈機１０１は芝面上を前方（進行方向７）に移動する際にブレード１３０がその回転で芝を刈り取ると共に、刈り取られた刈草は、ブレードの回転に伴って発生する空気流又は専用の送風ファンによってメインデッキ４の内面に案内され、メインデッキ４の後方開口部に連結された集草ボックス２２へ送られ集積される。芝刈機１０１には、作業者自身がハンドルを押す手押し式のものと、例えば駆動源の動力を利用して車輪２、３のいずれか（例えば後輪）を回転させることで移動を行う自走式のものがある。

芝の刈り高さの調整は、メインデッキ４の前後に配設された車輪２、３の位置移動により調整する形式の芝刈機が多く普及しており、特に構造が簡単で操作が安易なレバー操作（刈高さ調節レバー１４）により車輪軸を移動させる構造が主流となっている。しかしながら、刈り込み高さはブレードの回転の起動時、作業時、停止時とも同じ高さにて固定される。図１８は従来の芝刈機１０１のブレード１３０の固定構造を示す部分拡大断面図である。偏平状のモータ１５はメインデッキ４に取り付けられるカッタハウジング９にボルト１１ａ、１１ｂによって固定される。モータ１５の回転軸１１６はカッタハウジング９に設けられる穴部を貫通して鉛直方向下向きに延びるように構成され、回転軸１１６の下端部にブレード１３０が取付ボルト２１によって固定される。ブレード１３０はメインデッキ４の側面下端４ａよりもやや上側に位置するように配置される。カッタハウジング９の下面とブレード１３０の距離Ｈは不変であり、地面に対するブレード１３０の高さ、つまり刈り取り高さを調整する場合は、メインデッキ４に対する車輪２、３の高さを調整することにより行う。図１９は従来の芝刈機１０１のブレード１３０の形状を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は上面図、（３）は側面図である。ブレード１３０は、平面状の回転式のブレードであって、いわゆる一文字ロータリブレードと呼ばれるものである。ブレード１３０は中央に取付ボルト２１のネジ部を貫通させる取付穴１３５を有する“一文字ロータリブレード”と呼ばれる刈刃であって、取付部１３１の両側にナタ状の刃物部１３２が設けられ、刃物部３２の回転方向前側には刃部１３２ａがそれぞれ形成される。取付穴１３５の両側にはブレード１３０が回転軸１１６に対して空回りしないようにする二カ所の回り止め穴１３６が設けられる。

特開２０１２−１１０２９６号公報

前述のような芝の刈り高さの調整機構は、作業開始時、作業中のＵターン後など、芝地で刈り込み状態にセットした後にブレードの回転開始をする機会が多いが、ブレードは同じ高さにて固定されるため、伸びた芝地上でのモータの再起動の際に、ブレード刃部に初期的に芝が接しているためモータに過大な負荷がかかり、過負荷保護回路が動作して停止（起動失敗）する恐れがある。また、過負荷保護回路が作動した後は一定時間再起動できないように設計されたものが主流で、電池エネルギーロス、作業効率低下を招く恐れがあった。また、保護回路作動後は一定時間再起動できないように設計されたものが主流で、電池エネルギーロス、作業効率低下を招くばかりか、不快に感じる場合があった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は、ブレードの回転開始時に駆動部への過負荷状態となる恐れを低減させて、確実に起動できるようにした芝刈機を提供することにある。
本発明の他の目的は、作業中に過負荷状態となった場合に、ブレード位置が自動的に上昇して連続的な過負荷状態を回避できるようにした芝刈機を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、停止時のブレード上昇機能を簡単な機構にて実現させた芝刈機を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。
本発明の一つの特徴によれば、動力源と、動力源により回転し地面に対して略平行な切断面にて移動するブレードと、ブレードの周囲を覆うと共に動力源を保持するハウジングと、ハウジングの前後に設けられる車輪を有し、ブレードは前後の車輪の間に配置される芝刈機において、ブレードを上下方向に移動可能な可動手段を介して動力源に接続し、動力源の起動時又は低速回転時にはブレードが地面から離れた位置に上昇しており、動力源の高速回転時にブレードが地面に近づくように下降するように構成される。ブレードは回転刃であって、動力源の鉛直方向に配置される駆動軸の先端に可動手段を介して回転刃が設けられる。

本発明の他の特徴によれば、可動手段は、駆動軸に設けられ軸方向に相対移動可能で回転方向に相対回転不能なスリーブと、スリーブと駆動軸を軸方向に付勢する弾性手段を含んで構成され、回転刃はスリーブの下端部に取り付けられる。回転刃には回転により風を起こすための羽根部が形成され、回転時に上向きの風を生成することにより高速回転時に可動手段にて保持される回転刃を下降させる。また、スリーブに軸方向の風を生成する送風ファンを設けるようにして、送風ファンを回転させることによりスリーブ及び回転刃を下降させるように構成しても良い。

本発明のさらに他の特徴によれば、スリーブを軸方向に移動させる電動式の駆動手段を設け、駆動手段に供給する電力によって回転刃の下降を制御する。動力源は、例えばソレノイドであり、電気モータの回転数を検出する回転数検出手段を設け、電気モータの回転数に基づいてソレノイドを駆動することにより回転刃の上昇及び下降を電気的に制御する。また、電気モータの回転をオン又はオフさせるスイッチ手段を有し、スイッチ手段と直接連動させて、又は所定の遅延時間を有するように連動させてソレノイドを電気的に制御するように構成しても良い。

本発明によれば、芝刈機においてブレードの高速回転時には地面に接近する方向に位置し、ブレードの低速回転時又は停止時には地面から離れる方向に自動的に戻るので、モータの起動時の芝からの負荷を軽減又は排除することができ、モータを確実に再起動することができ、スムーズな芝刈り作業を実現できる。
本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明の実施例に係る芝刈機１の側面図である（高速回転時）。本発明の実施例に係る芝刈機１の側面図である（停止又は低速回転時）。本発明の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図である（高速回転時）。本発明の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図である（停止又は低速回転時）。図１のブレード３０の形状を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は上面図、（３）は側面図である。本発明の実施例に係る芝刈機のブレードの回転数と上下位置の関係を説明するための図であり、（１）はブレードの回転数、（２）はメインスイッチの状況、（３）はブレードの上下位置を示すグラフである。本発明の第二の実施例に係る芝刈機１の側面図である（高速回転時）。本発明の第二の実施例に係る芝刈機１の側面図である（停止又は低速回転時）。本発明の第二の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図である（高速回転時）。本発明の第二の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図である（停止又は低速回転時）。本発明の第三の実施例に係る芝刈機１の側面図である（高速回転時）。本発明の第三の実施例に係る芝刈機１の側面図である（停止又は低速回転時）。本発明の第三の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図である（高速回転時）。本発明の第三の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図である（停止又は低速回転時）。モータ１５の駆動制御系の構成を示すブロック図である。本発明の第三の実施例に係る芝刈機のブレードの回転数と上下位置の関係を説明するための図であり、（１）はブレードの回転数、（２）はメインスイッチの状況、（３）はブレードの上下位置を示すグラフであり、（４）は変形例１に係るブレードの上下位置を示すグラフであり、（５）は変形例２に係るブレードの上下位置を示すグラフである。従来の芝刈機１０１の側面図である（高速回転時）。従来の芝刈機１０１のブレード１３０の固定構造を示す部分拡大断面図である。従来の芝刈機１０１のブレード１３０の形状を示す図であり、（１）は斜視図、（２）は上面図、（３）は側面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１は本発明の実施例に係る芝刈機１の側面図であって、ブレード３０が刈り取り作業時の定格回転時（高速回転時）の状態を示す。芝刈機１は、メインデッキ４（ハウジング）、駆動源としてのモータ１５、ハンドル５を備えている。メインデッキ４は、前後に設けられた左右一対の前車輪２および、後車輪３をそれぞれ車軸１２および車軸１３を中心に回転自在に支持している。メインデッキ４の下側にはモータ１５が回転軸１６を地面と垂直に鉛直方向（上下方向）に延びるよう配置されている。メインデッキ４の中央底部には、モータ１５の回転軸１６が延びるように設けられ、回転軸１６の先端にはスリーブ１７を介してナタ状のブレード３０が固定される。このブレード３０を取り付ける構造については図３〜図５を用いて後述する。

モータ１５は図示しないバッテリによって回転されるものであって、ここではブラシレスＤＣモータを用いているが、電源やモータの形式は任意であり、商用電源を用いても良いし、モータの形式はブラシ付きの直流モータであっても交流モータであっても良い。メインデッキ４は、ブレード３０の回転軌跡の上面と外周面とを覆う平面視円形状をなすハウジングを形成するものであって、内側にカッタハウジング９が設けられる。メインデッキ４及びカッタハウジング９はモータ１５の回転により起こされるファン風が流れるボリュート部の役割を果たし、後方側に形成された排出口を介して、ファン風と共に刈り取った芝を集草ボックス２２と連通するよう設けられる。集草ボックス２２は草の取り出し用の開口を備えて蓋部２２ａを有する箱状に形成され、メインデッキ４の排出口に接続され、ファン風を外部に排出させると共に芝だけを集める。

刈高さ調節レバー１４は前車輪２、後車輪３のメインデッキ４に対する高さ位置を調整するためのレバーであって、刈高さ調節レバー１４を回転させる事によって前車輪２、後車輪３の高さを変更して固定することができる。これによりブレード３０と地面（芝面）の位置が変わり刈高さを調整することができる。尚、図１においては、モータ１５やブレード３０が見えるように図示しているが、実際にはメインデッキ４のブレード３０の左右両側がすべて覆うように構成され、飛散防護カバーの機能を果たす。また、メインデッキの前方側には図示しない開放部が形成され、刈草をメインデッキ４の内部へと案内する。ブレード３０により左右方向に飛散した刈草や小石等はメインデッキ４に阻まれて外部への飛散を抑制される。尚、メインデッキ４を含む全体のハウジングの形状は任意であり、図に示す形状だけで無く様々なハウジングの形状とすることが可能である。メインデッキ４の後部には後上方に突出したハンドル５が設けられる。ハンドル５には、ハンドル５にはモータをＯＮ又はオフするための図示しないメインスイッチと、メインスイッチをオン又はオフにするためのスイッチレバー６が設けられる。作業者は図示しない安全ロックを押しながらスイッチレバー６とハンドル５の後端部を握ることにより、スイッチレバー６が移動させて（揺動させて）図示しないメインスイッチがオンになりモータ１５がオンになる。

図２は、本発明の実施例に係る芝刈機１の側面図であって、ブレード３０の位置は、何らかの理由によりブレード３０の回転が低下した場合又はブレード３０が停止している時の状態を示している（但し、スイッチレバー６はオフにされた状態を図示している）。図１と比べると回転軸１６とそれに連結されるスリーブ１７の軸方向の相対位置が変わり、ブレード３０が図１の状態に比べて上昇していて、地面（図示せず）から離れている。本実施例の芝刈機１においては、モータ１５の回転が開始されるとブレード３０も同速度で回転を開始し、モータ１５の回転数が高くなるとブレード３０が自動的に下降し、芝刈り作業を行う図１の状態になる。このブレード３０が下降して高速回転中の状態において作業者が図１の進行方向７に芝刈機１を押すことにより、ブレード３０が芝面の芝を所定の高さにて順次刈り取ることができる。ブレード３０により刈り取られた刈草は、図示しない送風ファンの回転により発生した空気流によってメインデッキ４の内面に案内されて、集草ボックス２２内に排出される。
空気流２３は集草ボックス２２を通過して外部に放出され、刈草のみが集草ボックス２２内に残されて集積される。しかしながら、何らかの理由によりブレード３０の回転が低下した場合（停止状態も含む）には、ブレード３０は上昇して最大で図２の状態まで移動する。

図３は本発明の実施例に係る芝刈機１のブレード３０の可動機構（可動手段）を示す部分拡大断面図であって、ブレード３０が高速回転をしている際の状態を示す図である。モータ１５の回転軸の先端には略円筒形のスリーブ１７が設けられ、スリーブ１７の下端側にブレード３０が取付ボルト２１によって固定される。ブレード３０はナタ状であって、図３の状態では長手方向に近い角度からの側面視であるため前後方向の長さが短いように見えるが、実際には長細い形状である（その具体的な形状は図５にて後述する）。スリーブ１７は回転軸１６の外周側に配置され、回転軸１６に対して軸方向（ここでは上下方向）に移動可能であるが、回転方向に相対回転が不能なように回転軸１６にて保持される。ここでは回転軸１６に対して軸方向と垂直方向（ここでは水平方向）にその長手方向を有するピン１９によって保持される。スリーブ１７のピン１９が貫通する部分は軸方向に長い長穴１７ｂに形成され、スリーブの上端は内側に径が小さくなるように上壁部１７ａが形成される。また、ピン１９の上側とスリーブ１７の上壁部１７ａの下面との間には弾性手段たる圧縮式のスプリング１８が設けられ、スリーブ１７が回転軸１６及びモータ１５と近づく側に移動するように常に付勢される。スプリング１８の下端とピン１９の間にはワッシャ２０が介在され、スプリング１８とピン１９の当接姿勢が崩れないようにしてスリーブ１７がスムーズに上下移動できるように構成される。

ブレード３０は高速にて回転されると図３の矢印２３のように上向きの風を生成するように構成され、この上向きの風によってスリーブ１７がスプリング１８の力に抗して下降することにより、ブレード３０が矢印２４の方向に移動（下降）して地面に対して接近した状態とされる。この状態で芝刈機１を図１の進行方向７に移動させることにブレード３０の前側にある芝を刈り込むことができる。この下降した位置は、従来の芝刈機１０１にて固定されたブレード１３０の位置に相当する。このようにして芝の刈り込み作業を行うが、何らかの理由によりブレード３０の位置を上昇した方が好ましい状況が生ずる。例えば、芝刈機１を芝地において直進させて作業を行い、芝地の端部にまで到達したら芝刈機１をＵターンさせるが、そのＵターンの際にはブレード３０を停止させることが多い。そのＵターン後のモータ１５の再起動の際にはブレード３０を上昇させた状態で行う方が、モータ１５に加わる負荷が軽くて起動が容易である。逆を言えば、Ｕターン直後に芝刈機１を刈り込み作業前の芝の上に位置させ、ブレード３０の全周に多量の芝が食いついたままの状態でモータ１５の起動を試みても、ブレード３０の負荷が高くなって起動ができない恐れがある。また、芝刈機１を直進させながらの芝刈り途中において、ブレード３０に大量の芝が食いついたときにはブレード３０の回転数が急激に低下するため、そのままにするとモータ１５の過負荷保護回路が動作してモータ１５が停止してしまう恐れがあるので、ブレード３０の位置を一旦上昇させて負荷を軽くして運転を継続する方がモータ１５の保護の観点からは好ましい。尚、芝は地面に離れるほどに細くなり、疎らになることから、ブレード３０は上昇時に地面から離れるに従い負荷が軽くなり、ブレード３０と芝が完全に接触しない位置でなくとも所望の効果を得ることができる。

図４は本発明の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図であって、モータ１５の低速回転時又は停止時である。本実施例ではブレード３０の形状を工夫することにより、ブレード３０の高速回転によって図３の矢印２３の様な風を発生させるように構成したが、ブレード３０の回転が低速になったり、停止させた場合には図３の矢印２３の方向の風は少なくなるか又は消失するため、スプリング１８の作用によってスリーブ１７が上向きに移動し、それに伴いブレード３０も矢印２５のように上昇する。このようにモータ１５の回転軸１６に可動手段（１７、１８、１９、２０）を設けて可動手段にてブレード３０を上下移動させるようにしたので、特別な駆動源を別途準備すること無くブレード３０を回転させるだけで容易にブレード３０を軸方向に移動させることができるようになった。

次に図５を用いてブレード３０の形状を説明する。図５（１）はブレード３０の外観を示す斜視図であり、（２）は上面図、（３）は側面図である。ブレード３０は中央に取付ボルト２１（図３参照）のネジ部を貫通させる取付穴３５を有する“一文字ロータリブレード”と呼ばれる刈刃であって、取付部３１の両側にナタ状の刃物部３２が設けられ、刃物部３２の回転方向前側には刃部３２ａがそれぞれ形成され、地面と略平行な平面において回転する。取付部３１の取付穴３５の両側にはブレード３０がスリーブ１７に対して空回りしないようにする二カ所の回り止め穴３６が設けられる。スリーブ１７の下面には図示していないが回り止め穴３６に嵌合する凸部が形成されている。ここまでは従来のブレード１３０とほぼ同等であるが、本実施例のブレード３０ではさらに、回転したときに特定方向（ここでは上向き）に風を起こすものであって送風用の風起片として作用する羽根部３３が外周付近に形成される。この羽根部３３を形成したことによってブレード３０は送風ファンの機能を果たし、高速で回転することによって図３の矢印２３で示す方向に風を起こすことができる。本実施例では羽根部３３の形状は、（２）のような上面視で略三角形のフィン状としているが、風の力にてスリーブ１７を移動させるのに十分な風力を生成することができるならば、羽根部３３の形状は任意である。但し、刃部３２ａの構成（配置や長さ）に影響しない位置に設けるようにすることが重要であるので、本実施例では回転方向にみて刃部３２ａの後方側に形成した。

図６は本実施例に係る芝刈機１のブレード３０の回転数と上下位置の関係を説明するための図であり、（１）はブレードの回転数、（２）はメインスイッチの状況、（３）はブレードの上下位置を示すグラフである。それぞれの横軸は時間Ｔ（秒）であり、横軸のスケールを合わせて図示している。本実施例ではブレード３０の回転数４１は、モータ１５の回転数と同じになるため、モータ１５の回転数を検出すればブレード３０の回転数は検出できる。信号４２のように時刻ｔ_１においてメインスイッチがオンになるとモータ１５が起動し、ブレード３０の回転数は矢印４１ａのように上昇する。本実施例ではブレード３０の回転数が２４００ｒｐｍ程度まで上昇すると生成される風の力でスプリング１８が十分縮むことによりブレード位置４３が矢印４３ａのように上端位置から下降して下端位置まで達する。ブレード３０の回転は必ずしも一定ではなく、刈り取る芝からの反力により矢印４１ｂ〜４１ｄ等で示すように変動することが多い。ここでは矢印４１ｄの付近でブレード３０に対して下降力を生じさせる２４００ｒｐｍを下回ることになるが、ブレード３０が上昇を始める前に回転数が２４００ｒｐｍに復帰しているので上昇せずに元の位置のままである。しかしながら，回転数下降の度合いが矢印４１ｄより大きい場合はブレード３０の上下位置が変化することもある。このようにブレード３０はその回転数によって下降又は上昇し、矢印４２ｂに示す時刻ｔ_８において作業者がメインスイッチをオフにすると、ブレード３０の回転数が低下して矢印４１ｆの地点で２４００ｒｐｍを下回るので、それにやや遅れて矢印４３ｂのようにブレード３０が上昇して図４に示す停止時の位置に復帰する。

以上、本実施例ではブレード３０に設けた羽根にて生成される風の力でブレード３０の高速回転時には地面に接近する方向に移動させ、ブレード３０の低速回転時又は停止時には地面から離れる方向に自動的に戻るように構成したので、モータ１５の起動時における芝からの負荷を軽減又は排除することができ、モータ１５を確実に起動させることができる。特にブレード３０の移動をその回転によって生成される風の力で行うように構成したので、複雑な駆動機構（駆動手段）を設けること無いので、信頼性が高くて確実に動作するブレード３０の昇降手段を実現できた。

次に図７〜図１０を用いて本発明の第二の実施例を説明する。第二の実施例においても、ブレード１３０を高速回転時には地面に接近する方向に位置させ、低速回転時又は停止時には地面から離れる方向（上側）に自動的に戻るように制御するものである。第一の実施例においては回転時に風を生成する送風効果を有する専用のブレード３０を用いるように構成した。しかしながら、従来から用いられるブレード１３０を装着した場合には送風効果が無いか、又は十分ではないためブレード１３０が下降できず芝刈り作業に支障が出てしまう可能性がある。この問題を解消したのが第二の実施例である。図７は第二の実施例に係る芝刈機６１の側面図であって、ブレード１３０が刈り取り作業時の定格回転時（高速回転時）にある状態を示す。芝刈機６１は、第一の実施例に比べてモータ１５の回転軸１６に取り付けられるスリーブ６７の形状が異なる。ここではスリーブ６７の上端付近に送風ファン７０が固定される。この送風ファン７０は、回転軸１６と同速度で回転するスリーブ６７と共に回転する。送風ファン７０の作用によりブレード１３０が回転すると回転数の上昇に応じてブレード１３０が下降して地面に近い位置にて保持される。これに対して図８の状態では回転軸１６の回転数が低下又は停止したことによりブレード１３０が上昇した状態を示すものである。

図９は本発明の第二の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図であって、ブレード１３０及び送風ファン７０が高速で回転している状態を示す図である。第一の実施例と同じ構成部品を用いる部分には同じ符号を付している。送風ファン７０は複数のプロペラ翼を有する軸流ファンであって、回転すると矢印７１のように軸方向に強い風を起こす。この生成された風の力でスプリング１８の付勢力に抗してスリーブ６７を矢印６３の方向に移動させる。この結果、スリーブ６７の先端（下端）に取り付けられるブレード１３０は地面に近づく位置に下降する。このブレード１３０が下降して高速回転中の状態において作業者が進行方向７に芝刈機６１を押すことにより、ブレード１３０が芝面の芝を所定の高さにて順次刈り取る。

図１０は、第二の実施例に係る芝刈機６１の側面図であって、何らかの理由によりブレード１３０の回転が低下した場合又はブレード１３０が停止している時の状態を示す。この状態では送風ファン７０による風が消失するためにスリーブ６７を下方に押し下げる力が失われ、スプリング１８の付勢力によりスリーブ６７が矢印６５のように上方（モータ１５に近い方向）に移動するためブレード１３０が上昇することになる。

以上説明したように第二の実施例によればスリーブ６７に送風ファン７０を形成するようにしたので、ブレードとして特別な専用品を用意する必要は無く、従来から用いられているブレード１３０をそのまま用いて本発明を実現できる。また、風の力でブレード１３０を高速回転時に地面に接近する方向に位置させ、ブレード１３０の低速回転時又は停止時に地面から離れる方向に自動的に戻るように構成したので、モータ１５の起動時の芝からの負荷を軽減又は排除することができ、モータ１５を確実に再起動することができる。尚、第二の実施例では送風ファン７０を用いて刈り取られた芝を集草ボックス２２へ導くように構成することも可能である。

次に図１１〜図１６を用いて本発明の第三の実施例を説明する。第三の実施例においても、ブレード１３０を高速回転時には地面に接近する方向に移動させ、低速回転時又は停止時には地面から離れる方向（上側）に戻るように移動させるものであるが、これらの移動を電気的に制御可能な駆動手段９０によって行うようにしたものである。第三の実施例ではこの駆動手段９０としてソレノイドを含む駆動機構を用い、ソレノイドに通電又は遮断することによってスリーブ８７を移動させるようにした。図１１は芝刈機８１の側面図であり高速回転時の状態を示している。モータ１５と回転軸１６の形状は第一及び第二の実施例と同じであり、スリーブ８７の形状も第一及び第二の実施例とほぼ同様の形状である。図１１はソレノイドに電力が供給されることによりブレード１３０が下降している状態を示し、図１２はソレノイドへの電力が遮断されることによりブレードが上昇している状態を示している。

図１３及び図１４は本発明の第三の実施例に係る芝刈機のブレードの可動機構を示す部分拡大断面図であって、図１３がブレード１３０の高速回転時、図１４が低速回転時又は停止時である。モータ１５の回転軸１６の外側に略円筒形のスリーブ８７が設けられ、スリーブ８７を回転軸１６の軸方向にスライド可能とした点、周方向の２カ所に設けられる長穴８７ｂを貫通させるピン１９によってスリーブ８７が回転軸１６に対して相対回転が不能であって、軸方向にだけ相対移動ができるように保持されること、スプリング１８によってスリーブ８７がモータ１５と近づく方向に付勢される点は第一及び第二の実施例の可動機構（可動手段）と同様である。第三の実施例においてはスリーブ８７の上側に、一端が回動軸９４に軸支され他端がスリーブ８７に接続されたアーム９３が設けられ、アーム９３の回動軸９４に近い側にてアクチュエータ９２を稼働させるソレノイド９１が接続される。ソレノイド９１は、所定の電流を流すことによって発生する電磁力によってアクチュエータ９２を引きつけ（図１３の状態）、電流を遮断させることによってスプリング１８を用いたバネ力によって図１４の状態になる。このように駆動手段９０（９１〜９４）を用いて任意のタイミングにてブレード１３０を地面に近づける刈り取り位置と、地面から離した待避位置に位置づけることができる。

次に、モータ１５の駆動制御系の構成と作用を図１５に基づいて説明する。図１５はモータの駆動制御系の構成を示すブロック図であり、本実施例では、モータ１５は３相のブラシレスＤＣモータで構成される。このブラシレスＤＣモータは、永久磁石（マグネット）を含んで構成される回転子（ロータ）１５ｂと、スター結線された３相の固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗから成る固定子１５ａと、回転子１５ｂの回転位置を検出するために周方向に所定の間隔毎、例えば角度６０°毎に配置された３つの回転位置検出素子（ホール素子）５３を有する。これら回転位置検出素子５３からの位置検出信号に基づいて回転子位置検出回路５４は位置信号を演算部５１に出力し、これを用いて演算部５１は固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗへの通電方向と時間を決定してモータ１５を駆動する。回転数検出回路５５は、回転子位置検出回路５４の出力に基づいてモータ１５の回転数（回転軸１６の回転数）を検出して、演算部５１に出力する。

インバータ回路５７は、３相ブリッジ形式に接続されたＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含んで構成されモータ１５に対して駆動連力を供給する。ブリッジ接続された６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートは、制御信号出力回路５２に接続され、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ドレインまたは各ソースは、スター結線された固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。これによって、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、制御信号出力回路５２から入力されたスイッチング素子駆動信号（Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６等の駆動信号）によってスイッチング動作を行い、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に印加されるバッテリ５６の直流電圧を３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとして固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに電力を供給する。６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲートを駆動するスイッチング素子駆動信号（３相信号）のうち、３個の負電源側スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６として供給し、演算部５１によってＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ比）を変化させることによってモータ１５への電力供給量を調整し、モータ１５の起動／停止と回転速度を制御する。

メインスイッチ８は、モータ１５を回転させるためのスイッチであり、本実施例ではスイッチレバー６の動きに連動してオン又はオフの信号を演算部５１に出力する。演算部５１は、図示していないが、処理プログラムとデータに基づいて駆動信号を出力するための中央処理装置（ＣＰＵ）、処理プログラムや制御データを記憶するためのＲＯＭ、データを一時記憶するためのＲＡＭ、タイマ等を含んで構成される。制御信号出力回路５２は、演算部５１の出力信号に基づいて所定のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を交互にスイッチングするためのゲート信号を形成してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に出力する。これによって固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの所定の巻線に交互に通電する。モータ１５に供給される電流値は、シャント抵抗５９を用いて電流検出回路５８によって測定され、その値が演算部５１にフィードバックされることにより、設定された駆動電力となるように調整される。尚、演算部５１は検出された電流値が所定の閾値よりも上昇したか否かを検出し、この閾値を超えた状態、即ちモータ１５に過大な負荷がかかっている過負荷状態の際にはモータ１５の回転を停止させるように制御することにより、過負荷保護機能を実現している。

以上の構成が、第一から第三の実施例において用いられる回路のブロック図であるが、第三の実施例ではそれに加えてブレード１３０を上下させるための駆動手段９０が設けられる。駆動手段９０の駆動源はソレノイド９１であって、演算部５１からの信号によってＦＥＴ９６のゲート信号を制御することにより、任意のタイミングでソレノイド９１を駆動させる。ここでは、ソレノイド９１に通電（ＦＥＴ９６をＯＮ）することにより、スリーブ８７を下降させることができる。また、ソレノイド９１への通電を遮断（ＦＥＴ９６をＯＦＦ）することにより、スリーブ８７はスプリング１８の力によって図１４に示す位置に上昇する。

図１６は本発明の第三の実施例に係る芝刈機のブレードの回転数と上下位置の関係を説明するための図であり、（１）はブレードの回転数、（２）はメインスイッチの状況、（３）はブレードの上下位置を示すグラフである。また、（４）は変形例１に係るブレードの上下位置を示すグラフであり、（５）は変形例２に係るブレードの上下位置を示すグラフである。メインスイッチの動作とモータ１５の回転制御は第一の実施例と同様であるため、図１６（１）（２）は図６の（１）（２）と同じである。第三の実施例ではブレード１３０の上昇及び下降をソレノイド９１への通電及び遮断を行うだけで容易に実現できるが、（３）はモータ１５の回転数に応じて制御しており、ここでは回転数が移動閾値（ここでは２４００ｒｐｍ）を越えたらソレノイド９１に通電してブレード１３０を下降させ、復帰閾値（ここでは２４００ｒｐｍ）を下回ったらソレノイド９１への電力を遮断してブレード１３０を下降させる。このソレノイドの制御は演算部５１（図１５参照）により行われる。ここでは、矢印４４ａで示すように時刻ｔ_２にてブレード１３０が下降し、時刻ｔ_４においてブレード１３０の回転数が低下するためにブレード１３０が一時的に上側に待避する。そして時刻ｔ_５にて再び移動閾値まで上昇するためソレノイド９１へ電力を供給することによりブレード１３０を下側に移動させる。

図１６（４）は第三の実施例の第一の変形例である。ここでは移動閾値と復帰閾値を同じ回転数（ここでは２４００ｒｐｍ）に設定し、その回転数に到達してから一定の遅れ時間Ｄ_１（秒）が経過したらソレノイド９１への電流の供給又は遮断を行うようにした。このように遅れ時間Ｄ_１を確保することによりモータ１５の起動時には、ブレード３０が上昇した位置にて十分加速し、その後にブレード３０を下降させるので、確実にモータ１５を起動できスムーズに芝刈り作業に移行できる。矢印４５ｂで示す時刻ｔ_４においてモータ１５の回転数が２４００ｒｐｍを下回ったら、ブレード１３０の位置を上昇させて、２４００ｒｐｍを上回った時刻ｔ_５にてすぐにブレード１３０を下降させるのでは無く、一定の遅れ時間Ｄ_１が経過した後の時刻ｔ_７にて再び下降させるように制御した。このように構成すれば、ブレード３０が２４００ｒｐｍ前後回転する際に頻繁にブレード１３０が上昇と下降を繰返すことを防止できる。尚、時刻ｔ_８にてメインスイッチがオフとなりモータ１５が停止するような上昇位置への復帰の場合は、遅れ時間を持たせる必要が無いので直ちにブレード１３０を上昇させる。

図１６（５）は第三の実施例の第二の変形例である。（３）に示した例では移動閾値と復帰閾値を共に２４００ｒｐｍとしたが、ブレードの回転数が２４００ｒｐｍ近辺で停滞する場合にはブレード１３０の上下動が頻繁に起きて動作が不安定になる可能性がある。その場合は移動閾値＞復帰閾値の関係となるように設定し、例えば移動閾値を２７００ｒｐｍ程度とするように設定して回転数を十分上昇させてからブレードを下降させるようにすると安定して動作させることができる。この制御を示すのが（５）であり、移動閾値（下降閾値）を２７００ｒｐｍに設定し、復帰閾値（上昇閾値）を２４００ｒｐｍに設定したものである。ここでは時刻ｔ_３の矢印４６ａにおいてブレード１３０が下降する。モータ１５の回転数が低下する時刻ｔ_４においてブレード１３０が上昇して、回転数が再び２７００ｒｐｍになった時刻ｔ_６においてブレード１３０が再び下降する。

以上説明したように第三の実施例では、電気的に制御可能なソレノイド９１の駆動によってブレード１３０を様々なタイミングで下降又は上昇させることができる。尚、第三の実施例では図１６（３）〜（５）で示した例だけでなくその他の制御としても良い。例えば、時刻ｔ_１にてメインスイッチがオンになったら即座に又は所定の遅れ時間を持たせてからソレノイド９１への電力を遮断してブレード１３０を下降させ、メインスイッチがオフになったら即座にソレノイド９１への電力を遮断させるように制御しても良い。また、固定位置が２つしかないソレノイドで無く、移動量を複数段で又は連続可変に調整できる駆動手段を用いれば、回転数に応じてブレードの高さを連続可変に制御することも可能である。ソレノイドを動作させるためのブレードの回転数は、芝刈機８１の種類や装着されるブレード１３０に応じて適宜設定すれば良い。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば上述の実施例では回転軸の先端に設けるブレードの保持機構を、モータに対して軸方向に移動可能な可動手段として構成したが、本発明ではブレードと地面の距離を変えるようにすることが目的であるため、回転軸にブレードを固定する構成であっても回動軸を含むモータ自体を上下に移動させることによりブレードと地面の距離を変えるようにした機構としても同等の効果が得られる。さらに、ブレード３０は、一文字ロータリブレードに羽根部３３を形成したものであるが、一文字形状のものだけに限られずに、十文字形状やその他の形状であっても良い。さらに、スリーブを軸方向に移動させる駆動手段は、風力を利用するもの、電動式駆動手段によるものだけに限られずに、機械的な制御によってスリーブを軸方向に移動できるものであっても良い。

１芝刈機２前車輪
３後車輪４メインデッキ
５ハンドル６スイッチレバー
７（芝刈機の）進行方向８メインスイッチ
９カッタハウジング１１ａ、１１ｂボルト
１２、１３車軸１４刈高さ調節レバー
１５モータ１５ａ固定子
１５ｂ回転子１６回転軸
１７スリーブ１７ａ上壁部
１７ｂ長穴１８スプリング
１９ピン２０ワッシャ
２１取付ボルト２２集草ボックス
２２ａ蓋部２３空気流
２４、２５（ブレードの）移動方向３０ブレード
３１取付部３２刃物部
３２ａ刃部３３羽根部
３５取付穴３６回り止め穴
４１ブレード回転数４２メインスイッチ信号
４３ブレード位置５１演算部
５２制御信号出力回路５３回転位置検出素子
５４回転子位置検出回路５５回転数検出回路
５６バッテリ５７インバータ回路
５８電流検出回路５９シャント抵抗
６１芝刈機６７スリーブ
７０送風ファン８１芝刈機
８７スリーブ８７ｂ長穴
９０駆動手段９１ソレノイド
９２アクチュエータ９３アーム
９４回動軸１０１芝刈機
１１６回転軸１３０ブレード
１３１取付部１３２刃物部
１３２ａ刃部１３５取付穴
１３６回り止め穴

Claims

動力源と、
前記動力源により回転し地面に対して略平行な切削面にて移動するブレードと、
前記ブレードの周囲を覆うと共に前記動力源を保持するハウジングと、
前記ハウジングの前後に設けられる車輪を有し、
前記ブレードは前記前後の車輪の間に配置される芝刈機において、
上下方向に移動可能な可動手段を介して前記ブレードを前記動力源に接続し、前記動力源の起動時又は低速回転時には前記ブレードが地面から離れた位置に上昇しており、前記動力源の高速回転時に前記ブレードが地面に近づくように下降するように構成されることを特徴とする芝刈機。
前記ブレードは回転刃であって、前記動力源の鉛直方向に配置される駆動軸の先端に前記可動手段を介して前記回転刃が設けられることを特徴とする請求項１に記載の芝刈機。
前記可動手段は、前記駆動軸に設けられ軸方向に相対移動可能で回転方向に相対回転不能なスリーブと、前記スリーブと前記駆動軸を軸方向に付勢する弾性手段を含んで構成され、
前記回転刃は前記スリーブの下端部に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の芝刈機。
前記回転刃には羽根部が形成され、回転時に上向きの風を生成することにより高速回転時に前記可動手段にて保持される回転刃を下降させることを特徴とする請求項３に記載の芝刈機。
前記スリーブに軸方向の風を生成する送風ファンを設け、前記送風ファンを回転させることにより前記スリーブ及び前記回転刃を下降させることを特徴とする請求項３に記載の芝刈機。
前記スリーブを軸方向に移動させる電動式の駆動手段を設け、前記駆動手段に供給する電力によって前記回転刃の下降を制御することを特徴とする請求項３に記載の芝刈機。
前記動力源は電気モータであり、
前記電気モータの回転数を検出する回転数検出手段を設け、前記電気モータの回転数に基づいて前記回転刃の上昇及び下降を電気的に制御することを特徴とする請求項６に記載の芝刈機。
前記電気モータの回転をオン又はオフさせるスイッチ手段を有し、
前記スイッチ手段と直接連動させて、又は所定の遅延時間を有するように連動させて前記回転刃の上昇及び下降を電気的に制御することを特徴とする請求項６に記載の芝刈機。