JP2016160839A - 携帯型作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】できるだけ少ない部品点数で、粉塵を十分に分離してエンジンの耐久性を向上させると共に、エアフィルタのメンテナンスサイクルを長くする。【解決手段】エアフィルタ１８よりも上流に断面円形のサイクロン式分離装置１１を配置し、主通路９からずれた位置の分岐空気取入口１０からサイクロン式分離装置１１へ延びる導入通路１２を設ける。導入通路１２のサイクロン式分離装置１１の手前に、導入通路１２に導入された空気の少なくとも一部が流動する余剰空間１３を形成する。この余剰空間１３においてサイクロン式分離装置１１における旋回流の起点を発生させる。【選択図】図５

Description

本発明は、動力源としてエンジンを有する携帯型作業機に関する。

従来より、カットオフソーやエンジンカッターと呼ばれるコンクリートの塊などを切断する携帯型作業機が知られている。エンジンカッターでは、特にコンクリートなど粉塵を発生しやすいものを切断するにつれてエンジン用エアクリーナが目詰まりしてエンジンのパワーダウンが起こって作業性が低下したり、エンジン内部に粉塵が侵入して故障したりする問題がある。

例えば、特許文献１のようにエンジンにより回転駆動するファンと、このファンの周囲に設けられた第１ボリュートと、この第１ボリュートの内側又は外側に設けられた第２ボリュートとを備えた携帯型作業機が知られている。この携帯型作業機では、ファンの表裏面のうちの一方の面には第１ボリュートに対応した第１フィンが設けられ、他方の面には第２ボリュートに対応した第２フィンが設けられ、第１ボリュートは、第１フィンで吸引された空気をエンジン冷却用の冷却空気として噴出可能に設けられ、第２ボリュートの内周寄りの領域は、エンジンの吸気用流路と連通し、外周寄りの領域は前記エンジンの周囲に開放している。そして、第２ボリュートの下流側の吸気流路途中にはサイクロン型の遠心分離部が設けられている。この携帯型作業機では、第２ボリュートで１段目の遠心分離が行われ、下流側の遠心分離部で２段目の遠心分離が行われる。これにより、エンジンに供給される空気をより一層清浄化でき、エアクリーナでの負担を大幅に軽減できる。

特開２００７−４６５８６号公報

しかしながら、特許文献１のような２段階の粉塵の分離だけでは粉塵の浄化は十分ではなく、相変わらず、早期にフィルタを交換しなければならないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、できるだけ少ない部品点数で、粉塵を十分に分離してエンジンの耐久性を向上させると共に、エアフィルタのメンテナンスサイクルを長くすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、遠心ファンからエアフィルタに向かう通路において粉塵を効果的に分離できるようにした。

具体的には、第１の発明では、動力源としてエンジンを有する携帯型作業機を前提とし、
上記携帯型作業機は、
上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えている。

そして、上記導入通路の上記サイクロン式分離装置の手前には、該導入通路に導入された空気の少なくとも一部が流動する余剰空間が形成されており、
上記余剰空間において上記サイクロン式分離装置における旋回流の起点が発生するように構成されている。

上記の構成によると、遠心ファンの作用により粉塵を少なくされた空気が流れ込むときに、サイクロン式分離装置の手前に設けた余剰空間において、その後のサイクロン式分離装置内で発生させる旋回流の起点を生じさせることで、余剰空間がない場合に比べてサイクロン式分離装置内の旋回流が早い段階で発生し、その後も滑らかにサイクロン式分離装置内で空気が旋回する。このように、余剰空間が旋回流の助走のための空間のような役割を果たすので、短い距離で適切な旋回の回数が得られる。これにより、サイクロン式分離装置内で粉塵が効果的に分離される。

第２の発明では、第１の発明において、
上記余剰空間は、上記導入通路から上記サイクロン式分離装置に向かう通路における、上記サイクロン式分離装置の入口に対して該サイクロン式分離装置の軸方向反対側に膨らむことで形成されている。

上記の構成によると、適切な位置に旋回流の起点が発生し、サイクロン式分離装置内で粉塵が効果的に分離される。

第３の発明では、上記前提の携帯型作業機は、第１の発明と同様に
上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
上記導入通路は、上記サイクロン式分離装置の軸方向から見たときに、該サイクロン式分離装置の接線方向に延びて該サイクロン式分離装置に連続する直線部と、該直線部に連続して回り込むように湾曲する湾曲部とを備えている。

すなわち、サイクロン式分離装置に、その接線方向から空気を送り込むことで、サイクロン式分離装置内に旋回流を起こすことができるが、従来のように接線方向から空気を送り込むだけでは、サイクロン式分離装置へ接続される入口通路のサイズを大きくしすぎると、旋回流を阻害してしまう。しかし、上記の構成によると、遠心ファンの作用により粉塵を少なくされた空気が流れ込むときに、湾曲部で回り込んできた空気が滑らかに直線部に流れ込む。直線部を設けることで、直線部がない湾曲しただけの導入通路に比べてサイクロン式分離装置の半径方向外側へ導入通路を広げることができ、結果として旋回流を阻害することなく、通路面積を大きくすることができる。これにより、通路面積が小さいものに比べてより滑らかに空気を送り込ことができるので、サイクロン式分離装置内で粉塵が効果的に分離される。また、通路面積を大きく取れる効果として、通気抵抗を小さくすることができるためエンジン性能にほとんど影響を与えることなく分離効果が得られる。

第４の発明では、上記前提の携帯型作業機は、第１の発明と同様に
上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
上記サイクロン式分離装置は、上記遠心ファンの上方に配置され、該遠心ファンの回転軸の軸方向に延びており、該軸方向から見たときに、上記導入通路は、上記サイクロン式分離装置への入口に対し、該入口の接線方向に対して鋭角の方向に延びている。

上記の構成によると、導入通路を分岐空気取入口から上方に延びるサイクロン式分離装置に対して鋭角に延びるように設けることで、遠心ファンの作用により粉塵を少なくされた空気が流れ込むときに、接線方向からまっすぐ流れ込む場合に比べて通路面積を広くしても旋回流の発生を阻害しにくい。しかも、鋭角としたことで、軸方向から見たときに、サイクロン式分離装置がより遠心ファンの中心線に近付くので、携帯型作業機をコンパクトな構造とすることができる。

第５の発明では、上記前提の携帯型作業機は、第１の発明と同様に
上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
上記サイクロン式分離装置における出口手前側には、該サイクロン式分離装置の内径よりも内径の小さい出口側筒状部が設けられており、該出口側筒状部の半径方向外側には、上記遠心ファンからの冷却風がエンジンの発熱部を通過する経路に連通する引込貫通孔が形成され、該引込貫通孔から上記サイクロン式分離装置のサイクロン内周面に押し付けられた空気の少なくとも一部が上記エンジンの発熱部を通過する経路側へ引き込まれるように構成されている。

上記の構成によると、サイクロン式分離装置内では、旋回流による遠心力により、粉塵がサイクロン式分離装置のサイクロン内周面の方へ移動し、出口側筒状部には粉塵が少ない空気が流れ込む。そして、半径方向外側内周面近傍の粉塵を多く含んだ空気は、遠心ファンの下流側にあるエンジンの発熱部を通過する経路に流れる高速かつ大量の空気に引き寄せられて引込貫通孔から排出される（いわゆるエゼクター効果）。この遠心ファンから吐き出される冷却風による引込を利用することで、従来のように遠心ファンの入口部分の吸引力を利用するために専用の通路部品を必要としないので、部品点数が減って製品全体を小型化することができる。

第６の発明では、上記前提の携帯型作業機は、第１の発明と同様に
上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
上記サイクロン式分離装置における出口手前側には、該サイクロン式分離装置の内径よりも内径の小さい出口側筒状部が設けられており、
上記エアフィルタは、上記携帯型作業機の上側に設けられ、上記出口側筒状部の出口から上記エアフィルタに向かう空間は、該空間内の流速及び圧力の変化を吸収する変動吸収空間を構成している。

上記の構成によると、エアフィルタの手前に比較的広い空間よりなる変動吸収空間を設けることで、サイクロン式分離装置から出てきた空気が広い変動吸収空間に流れ込むときに、その流速及び圧力が低減される。このため、エアフィルタに衝突する粉塵の速度が落ち、フィルタが機械的に摩耗するのが軽減される。このことは、本発明のように、エンジンの吸気負圧だけでなく、分岐空気取入口から遠心ファンによって送り出される圧力の高い空気の流れをエアフィルタ側に送り出すようにしている場合では、なおさら有効に、高い圧力や流速が生じることによるフィルタの機械的な摩耗を効果的に防ぐことができる。また、空気がエアフィルタの入口に到達するまでに重い粉塵や水滴（霧）を重力で落下させることができる。これにより、粉塵や水滴などの異物がエアフィルタに到達しないようにすることができる。こうすることで、従来のようにエアフィルタの手前にプレフィルタとしてスポンジなどを設ける必要がなく、煩雑なメンテナンス作業を避けることができる。

第７の発明では、第６の発明において、
上記エアフィルタの入口は、側面視で上記サイクロン式分離装置の出口よりも上方に配置されている。

上記の構成によると、エアフィルタがサイクロン式分離装置よりも下方にある場合に比べ、変動吸収空間が上下方向にも広がり、重い粉塵や水滴（霧）を重力落下によってエアフィルタに到達しないようにすることができる。

第８の発明では、第７の発明において、
上記エアフィルタは、柱状であり、
上記エアフィルタは、筒状のフィルタカバーで覆われており、
上記変動吸収空間を形成する底面の少なくとも一部は、上記フィルタカバーの下端部から該携帯型作業機の後方に向けて下方へ傾斜している。

上記の構成によると、エアフィルタを固定するフィルタカバーの下方にも変動吸収空間を広げることで、重い粉塵や水滴（霧）を重力落下によってより効果的に落下させて、その上方にあるエアフィルタの入口に到達しないようにすることができる。また、エアフィルタの前の空間に流入してしまった粉塵を、下方に延びた領域を含めて変動吸収空間を形成する底面全面に堆積させることができ、粉塵がエアフィルタの入口に堆積する量を減らすことができるため、メンテナンス期間が長くなる。なお、例えば、エアフィルタは、円柱状でも四角柱状でもよく、フィルタカバーも円筒状でも四角筒状でもよい。

第９の発明では、上記前提の携帯型作業機は、第１の発明と同様に
上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
上記サイクロン式分離装置における出口手前側には、該サイクロン式分離装置の内径よりも内径の小さい出口側筒状部が設けられており、
上記出口側筒状部の出口から上記エアフィルタに向かう空間内には、先端が該エアフィルタと反対側に向いたガイド部が形成されている。

すなわち、通常、サイクロン式分離装置から出た空気は、圧力がより低いエアフィルタの入口に向かってまっすぐ向かうので、空気が拡散されにくく、サイクロン式分離装置の出口側筒状部の出口とエアフィルタの入口とを結ぶ経路から外れた場所には空気と粉塵が流れにくいため、粉塵や水滴が重力で落下するのが難しい。しかし、上記の構成によると、ガイド部の先端がエアフィルタと反対側に向いているので、エアフィルタに向かう空間を形成する壁部の内面にサイクロン式分離装置から送られてくる空気を衝突させることで、流速を減少させると共に、空間内に拡散させる。これにより、空気がより均一に流れやすくなって粉塵や水滴が重力で落下しやすくなり、エアフィルタの入口に粉塵や水滴が到達するのが防止される。

第１０の発明では、第９の発明において、
上記ガイド部の先端形状は、上記サイクロン式分離装置の内面に沿う円弧状に湾曲している。

上記の構成によると、ガイド部がサイクロン式分離装置の内面と同様に円弧状に丸められているので、出口側筒状部の入口の、粉塵侵入寄与度の高い１サイクル中の流速が最も速くなる期間の、流速が低下し、出口側筒状部内に流れ込む粉塵の量が減る。

第１１の発明では、第１から第１０のいずれか１つの発明において、
上記サイクロン式分離装置は、上記携帯型作業機のケーシング上側に該携帯型作業機の幅方向に延びるように配置されている。

上記の構成によると、携帯型作業機のサイズが大型化するのを防ぎながらできるだけ狭いスペースでも効果的に粉塵や水滴を除去することができる。

以上説明したように、本発明によれば、できるだけ少ない部品点数で、粉塵を十分に分離してエンジンの耐久性を向上させると共に、エアフィルタのメンテナンスサイクルを長くすることができる。

本発明の実施形態に係る携帯型作業機の全体を示す斜視図である。 遠心ファン及びその周辺を見えるようにした側面図である。 遠心ファン、主通路及びその周辺を見えるようにした正面図である。 導入通路及びその周辺を見えるようにした側面図である。 導入通路及びその周辺を見えるようにした拡大側面図である。 余剰空間、サイクロン式分離装置及びその周辺を見えるようにした拡大平面図である。 主通路、導入通路、サイクロン式分離装置及びその周辺を見えるようにした拡大正面図である。 エンジンカッターの上側を切断して内部が見えるようにした斜視図である。 エアフィルタを切断して内部が見えるようにした拡大斜視図である。 エアフィルタに流れ込む空気の流れが見えるようにした斜視図である。 サイクロンケーシングを拡大して示す斜視図である。 変動吸収空間における空気の流れを示す側面図である。 比較例のサイクロンケーシングを拡大して示す斜視図である。 変形例のサイクロンケーシングを拡大して示す斜視図である。 吸気流量の移り変わりを示すグラフである。 粒子重量の移り変わりを示すグラフである。 本発明の実施例に係る余剰空間を設けた導入通路の内部の流れのシミュレーション結果を示す概略図である。 比較例に係る余剰空間を設けない導入通路の内部の流れのシミュレーション結果を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジンカッターの構成−
図１は本発明の実施形態の携帯型作業機としてのエンジンカッター１を示し、このエンジンカッター１は、動力源としてエンジン２を有する。エンジン２は、本体ケーシング３に収容され、その動力により、円板状のブレード４を駆動してコンクリートなどを切断できるようになっている。本体ケーシング３の前側には、フロントハンドル５が設けられ、後側にはリアハンドル６が設けられている。

本体ケーシング３は、複数の部材よりなり、主としてエンジン２の側方に配置されて空気導入開口３ａを有する下部ケーシング３ｂと、エンジン２の上側に設けた上部ケーシング３ｃとを備えている。

エンジンカッター１は、図２に示すように、エンジン２により駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファン７を内部に備えている。遠心ファン７の回転軸７ａは、エンジン２の回転軸と同じくエンジンカッター１の幅方向に延びている。遠心ファン７は、複数の羽根７ｂを有し、複数の羽根７ｂの回転によって、下部ケーシング３ｂの空気導入開口３ａから粉塵を含んだ空気が取り入れられる。この空気は、複数の羽根７ｂによって遠心ファン７の外側を覆うファンケーシング８ａ及び下部ケーシング３ｂと内側のエンジン２のクランクケースとで囲まれた収容空間８で加速され、ファンケーシング８ａの半径方向外側内周面８ｂに押し付けられた粉塵を含む、エンジン２を冷却するための冷却風が矢印で示すように主通路９を通ってエンジン２の主な発熱部位であるシリンダ部２ａ等に送られる。シリンダ部２ａに関しては、冷却が優先され、粉塵や水滴が含まれていてもよい。

そして、図３及び図４に示すように、主通路９から遠心ファン７に近い側（半径方向外側内周面８ｂから遠い側）にずれた位置には、後述するエアフィルタ１８側へ主通路９よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む、分岐空気取入口１０が形成されている。

また、エアフィルタ１８よりも上流には、図７等に示すような断面円形のサイクロン式分離装置１１が設けられている。サイクロン式分離装置１１は、遠心ファン７の上方に配置され、遠心ファン７の回転軸７ａの軸方向（エンジンカッター１の幅方向）に延びている。このことで、エンジンカッター１のサイズが大型化するのを防ぎながらできるだけ狭いスペースでも効果的に粉塵や水滴を除去することができるようになっている。

図４及び図５に示すように、分岐空気取入口１０からサイクロン式分離装置１１へは、導入通路１２が延びている。この導入通路１２は、下部ケーシング３ｂの内側及びファンケーシング８ａ上部の外側のリブ状壁部で囲まれた部分で上流側部分が形成され、接続開口部１２ｃ（上部ケーシング３ｃに開口、図６参照）を経て、残りの下流側部分がサイクロン式分離装置１１の入口に接続されており、遠心ファン７の軸方向（エンジンカッター１の幅方向）から見てＳ字状（図５のように作業機の外側から見る場合は逆Ｓ字状）に折れ曲がっている。別の見方をすると、導入通路１２は、サイクロン式分離装置１１の軸方向から見たときに、サイクロン式分離装置１１の接線方向（図５の左右方向）に延び、サイクロン式分離装置１１に連続する直線部１２ａ（図５に範囲Ａで示す）と、この直線部１２ａに連続し、回り込むように湾曲する湾曲部１２ｂとを備えている。さらに、サイクロン式分離装置１１の軸方向から見たときに、導入通路１２は、サイクロン式分離装置１１への入口に対し、この入口の接線方向に対して鋭角αの方向に延びている。具体的には、図５の例では、導入通路１２は、サイクロン式分離装置１１の円形の入口の接線方向に延びる直線部１２ａに対して、接続開口部１２ｃよりも下側（上流側）の部分の向きが鋭角αとなっている。

そして、図５〜図７に示すように、導入通路１２のサイクロン式分離装置１１の手前には、接続開口部１２ｃを入口として、湾曲部１２ｂと直線部１２ａで形成される通路部分において、断面積が広がる部分である、接続開口部１２ｃから導入された空気の少なくとも一部が流動する余剰空間１３が形成されている。余剰空間１３は、接続開口部１２ｃ、湾曲部１２ｂ、直線部１２ａで構成される通路部分において、接続開口部１２ｃの外側辺（図６右側）から、サイクロン式分離装置１１の入口に対してサイクロン式分離装置１１の軸方向反対側（図６の右側）に膨らむことで形成されている。具体的には、この余剰空間１３は、上部ケーシング３ｃに形成された導入通路１２の接続開口部１２ｃを覆う、サイクロン式分離装置１１を形成するためのサイクロンケーシング１５（図１１参照）の内部に形成されている。本実施形態では、サイクロン式分離装置１１の上側をサイクロンケーシング１５で、下側を上部ケーシング３ｃでそれぞれ形成して、この２つの部品を組み合わせることでサイクロン式分離装置１１を形成している。サイクロンケーシング１５は、例えば、複雑な形状も成形可能な樹脂成形品よりなる。この余剰空間１３においてサイクロン式分離装置１１における旋回流の起点が発生している。

図７〜図９に示すように、サイクロン式分離装置１１における出口手前側には、このサイクロン式分離装置１１の内径よりも内径の小さい出口側筒状部１６が設けられている。この出口側筒状部１６は、例えば断面円形でサイクロン式分離装置１１と同心に、サイクロンケーシング１５の成形時に一体に形成されている。図６及び図７に示すように、この出口側筒状部１６の半径方向外側に位置するサイクロン式分離装置１１の内周面１１ａには、下方の主通路９の下流側のシリンダ部２ａのシリンダフィンの冷却風の出口側２ｂに連通する引込貫通孔１７（上部ケーシング３ｃに開口）が開口されている。この引込貫通孔１７からサイクロン式分離装置１１の半径方向外側内周面に押し付けられた空気の少なくとも一部がシリンダ部２ａのシリンダフィンの冷却風の出口側２ｂ側へ引き込まれるように構成されている。これは、シリンダ部２ａのシリンダフィンの冷却風の出口側２ｂの冷却風の流速及び流量が大きいので、引込貫通孔１７から空気が吸い寄せられる、いわゆるエゼクター効果を利用している。このため、引込貫通孔１７は、大きすぎたり小さすぎたりしない、適切な大きさで設定される。なお、図２及び図４に示すように、シリンダ部２ａの前方には、マフラ２ｃが設けられている。

図９及び図１０に示すように、エアフィルタ１８は、エンジンカッター１の上側の上部ケーシング３ｃと頂部カバー３ｄとで囲まれた空間内に設けられている。エアフィルタ１８は、例えば円柱状であり、円筒状のフィルタカバー１９で覆われている。なお、本実施形態では、フィルタカバー１９は、上部ケーシング３ｃと一体成形としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、別々の部品として、気密に取り付けるようにしてもよい。エアフィルタ１８は、四角柱状であってもよく、フィルタカバー１９も四角筒状であってもよい。エアフィルタ１８の入口は、側面視でサイクロン式分離装置１１の出口（出口側筒状部１６の出口）よりも上方に配置されている。

そして、図１１にも示すように、出口側筒状部１６の出口からエアフィルタ１８に向かう空間内には、サイクロン式分離装置１１における旋回流の周方向に延びるガイド部２０が形成されている。このガイド部２０の先端（流出部）は、図１０に示すように、エアフィルタ１８と反対側（エンジンカッター１の前方）に向いている。

また、出口側筒状部１６の出口からエアフィルタ１８に向かう、上部ケーシング３ｃの上側と頂部カバー３ｄの内面に囲まれた空間は、この空間内の流速及び圧力の変化を吸収する変動吸収空間２１を構成している。図１２に示すように、変動吸収空間２１を形成する底面は、フィルタカバー１９の下端部から作業機の後方（リアハンドル６側）に向けて下方へ傾斜している。この傾斜する形状によって、図１２中の範囲Ｂの部分で上部ケーシング３ｃの底面のうち、フィルタカバー１９の下端部において空間が下方に広がっている。また、出口側筒状部１６の出口及び反対側のフィルタカバー１９の前後左右の方向に対して、それぞれ、頂部カバー３ｄとの間にも隙間が確保されており、この部分も変動吸収空間２１の一部を構成している。

ここでいう流速及び圧力の変化とは、エンジン２や遠心ファン７の回転数によって、エアフィルタ１８の上流側の経路の流速及び圧力が変動することである。エンジン２では、回転数が増加すると吸気流速及び吸気負圧が増加する。そして特に、本実施形態では、遠心ファン７から吐き出される空気を分岐空気取入口１０からエアフィルタ１８側に送り込んでおり、このような遠心ファン７からの空気も同様に回転数が増加するほど、その流速及び圧力が増加する。これらの変動が変動吸収空間２１によって吸収される。

−エアフィルタに向かう空気の流れ−
以上のように構成したエンジンカッター１におけるエアフィルタ１８に向かう空気の流れについて図面を用いて詳しく説明する。

本実施形態のエンジンカッター１でコンクリートの塊などを切断するときには、エンジン２を始動し、ブレード４を回転させ、このブレード４をコンクリートの塊に押込ながら切断する。そのとき、コンクリートの粉塵が発生する。水道管を切断するときには、水道管に付着した水分を吹き上げることもある。エンジン２の作動中には、シリンダ部２ａなどの発熱部を冷却すると共に、エンジン２の燃焼室内に粉塵のない空気を送り込む必要がある。

エンジン２の始動により、遠心ファン７が回転すると、その羽根７ｂの作用により、空気導入開口３ａより空気が吸い込まれる。切断時には、コンクリートの粉塵などを大量に吸い込むことになる。

図２及び図３に示すように、遠心ファン７により半径方向外側内周面８ｂに押し付けられた粉塵を含む冷却風は、主通路９を通ってシリンダ部２ａ等に送り込まれ、シリンダ部２ａなどの発熱部が冷却される。主通路９を通った空気は、発熱部を冷却した後、反対側（図３の左側）から排出される。

図３及び図４に示すように、主通路９から遠心ファン７に近い側（半径方向外側内周面８ｂから遠い側）にずれた位置にある分岐空気取入口１０からは、主通路９よりも粉塵の少ない空気が導入通路１２に流れ込む。この段階で遠心ファン７の作用により、質量の大きな粉塵は除去されているが、質量が比較的小さな粉塵は除去されていない。

図５に示すように、導入通路１２からサイクロン式分離装置１１に空気が送り込まれるときには、その接線方向（図５の右側）から空気を送り込むことで、サイクロン式分離装置１１内に旋回流を起こすことができる。ここで、従来のように単に接線方向からまっすぐ空気を送り込むだけでは、サイクロン式分離装置１１へ接続される入口通路（直線部１２ａ相当）のサイズを大きくしすぎると、旋回流を阻害してしまう。しかし、本実施形態では、遠心ファン７の作用により粉塵を少なくされた空気が流れ込むときに、湾曲部１２ｂで回り込んできた空気が滑らかに直線部１２ａに流れ込む。この直線部１２ａを設けることで、直線部１２ａがない湾曲しただけの導入通路１２に比べてサイクロン式分離装置１１の半径方向外側へ導入通路１２を広げることができ、結果として旋回流を阻害することなく、通路面積を大きくすることができる。これにより、通路面積が小さいものに比べてより滑らかに空気を送り込ことができるので、サイクロン式分離装置１１内で粉塵が効果的に分離される。また、通路面積を大きく取れる効果として、通気抵抗を小さくすることができるためエンジン性能にほとんど影響を与えることなく分離効果が得られる。

また、本実施形態では、導入通路１２をサイクロン式分離装置１１に対して鋭角αに延びるように設けているので、遠心ファン７の作用により粉塵を少なくされた空気が流れ込むときに、単純に接線方向からまっすぐ流れ込む場合に比べて通路面積を広くしても旋回流の発生を阻害しにくい。しかも、鋭角αとすることで、図５の右側へサイクロン式分離装置１１を移動でき、より遠心ファン７の中心線（つまり、シリンダ部２ａの筒体の軸）に近付くので、エンジンカッター１をコンパクトな構造とすることができる。

そして、図５〜図７に示すように、導入通路１２の接続開口部１２ｃからサイクロン式分離装置１１に、遠心ファン７の作用により粉塵を少なくされた空気が流れ込むときに、サイクロン式分離装置１１の手前に設けた余剰空間１３において、その後のサイクロン式分離装置１１内で発生させる旋回流の起点が発生される。このことで、余剰空間１３がない場合に比べてサイクロン式分離装置１１内の旋回流が早い段階で発生し、その後も滑らかにサイクロン式分離装置１１内で空気が旋回する。このように、余剰空間１３が旋回流の助走のための空間のような役割を果たすので、短い距離で適切な旋回の回数が得られる。これにより、サイクロン式分離装置１１内で粉塵が効果的に分離される。

図７に示すように、サイクロン式分離装置１１内では、旋回流による遠心力により、粉塵がサイクロン式分離装置１１の半径方向外側内周面（サイクロン内周面１１ａ）の方へ移動し、出口側筒状部１６には粉塵が少ない空気が流れ込む。そして、サイクロン内周面１１ａ近傍の粉塵を多く含んだ空気は、高速で流れるシリンダ部２ａのシリンダフィンの冷却風の出口側２ｂに流れる空気に引き寄せられて引込貫通孔１７から排出される（いわゆるエゼクター効果）。このシリンダ部２ａのシリンダフィンの冷却風の出口側２ｂによる引込を利用することで、従来のような遠心ファン７の入口部分の吸引力を利用するために専用の通路部品を必要としないので、部品点数が減って製品全体を小型化することができる。

図９に示すように、通常、サイクロン式分離装置１１から出た空気は、圧力がより低いエアフィルタ１８の入口に向かってまっすぐ向かうので、空気が拡散されにくく、粉塵や水滴が重力で落下するのが難しい。しかし、本実施形態によると、図１０及び図１１に示すように、ガイド部２０の先端（流出部）がエアフィルタ１８と反対側に向いているので、エアフィルタ１８に向かう変動吸収空間２１を形成する上部ケーシング３ｃと頂部カバー３ｄの内面にサイクロン式分離装置１１から送られてくる空気を衝突させることで、流速を減少させると共に、変動吸収空間２１内に拡散させる。これにより、空気がより均一に流れやすくなり、粉塵や水滴が重力で落下しやすくなってエアフィルタ１８の入口に粉塵や水滴が到達するのが防止される。また、サイクロン式分離装置１１で分離しきれなかった粉塵や水滴のうち、比較的重量の大きな粉塵や水滴は、ガイド部２０の流出口から流れ出して、上部ケーシング３ｃや頂部カバー３ｄの内面に衝突する際に、空気の流れから引き剥がされた後、重力落下により、上部ケーシング３ｃの前側の底面に堆積するため、サイクロンケーシング１５が、堆積した粉塵が空気の流れによって、再びエアフィルタ１８の入口側に舞い上がろうとする動きに対して堰として機能する。

また、エアフィルタ１８の手前に比較的広い空間よりなる変動吸収空間２１を設けることで、サイクロン式分離装置１１から出てきた空気がそれよりも格段に広い変動吸収空間２１に流れ込むときに、その流速及び圧力が低減される。このため、エアフィルタ１８に衝突する粉塵の速度が落ち、エアフィルタ１８が機械的に摩耗するのが軽減される。このことは、本実施形態のように、エンジンの吸気負圧だけでなく、分岐空気取入口１０から遠心ファン７によって送り出される圧力の高い空気の流れをエアフィルタ側に送り出すようにしている場合では、なおさら有効に、エアフィルタ１８に高い圧力が掛かるのを効果的に防ぐことができる。また、空気が、エアフィルタ１８の入口に到達するまでに重い粉塵や水滴（霧）を重力で落下させることができる。これにより、粉塵や水滴などの異物がエアフィルタに到達しないようにすることができる。こうすることで、エアフィルタ１８の手前にスポンジなどのプリフィルタを設ける必要がなく、煩雑なメンテナンス作業を避けることができる。

さらに、図１２に示すように、変動吸収空間２１を形成する底面は、フィルタカバー１９の下端部から作業機の後方（リアハンドル６側）に向けて下方へ傾斜しており、また、フィルタカバー１９と頂部カバー３ｄとの間に、エアフィルタ１８の入口となる上方だけでなく、フィルタカバー１９の筒体周面の外側にも隙間が確保されているので、エアフィルタ１８を固定するフィルタカバー１９の下方及び周囲にも空気の流れが発生し、重い粉塵や水滴（霧）を重力落下によってより効果的に落下させて、その上方にあるエアフィルタ１８の入口に到達しないようにすることができる。また、エアフィルタ１８の前の空間に流入してしまった粉塵を、下方に延びた領域を含めて変動吸収空間２１を形成する底面全面に堆積させることができ、粉塵がエアフィルタ１８の入口に堆積する量を減らすことができるため、メンテナンス期間がより長くなる。

また、エアフィルタ１８の入口がサイクロン式分離装置１１よりも上方にあるので、変動吸収空間２１が上下方向にも広がり、重い粉塵や水滴（霧）を重力落下によってエアフィルタ１８に到達しないようにすることができる。

さらに、エアフィルタ１８を固定するフィルタカバー１９の下方にも変動吸収空間２１を広げることで、重い粉塵や水滴（霧）を重力落下によってより効果的に落下させて、その上方にあるエアフィルタ１８の入口に到達しないようにすることができる。

−ガイド部の効果を確かめるシミュレーション−
次いで、ガイド部２０の効果について、検証したシミュレーション結果を示す。図１３は、比較例としてガイド部２０のないサイクロンケーシング１５’を示し、図１４は、単なる垂直なガイド部１２０を有する変形例としてのサイクロンケーシング１１５を示す。

解析条件としては、エンジン回転数を９０００ｒｐｍとし、導入通路１２の入口（分岐空気取入口１０）の入口圧力を大気圧よりも少し高くし、引込貫通孔１７を大気圧とした。また、エアフィルタ１８にエンジンの吸気行程で発生する質量流量変動をサイクル毎に繰返し定義した（図１５）。シミュレーション結果として図１６に変動吸収空間２１内に侵入した粒子重量の概略値を示す。

この結果を見て分かるように、比較例のサイクロンケーシング１５’の粒子重量に比べ、変形例の垂直なガイド部１２０を設けたサイクロンケーシング１１５では、多少の粒子重量の低下が見られる。この変形例では、垂直なガイド部１２０があるので、出口側筒状部１６から出てきた空気がこのガイド部１２０に衝突し、出口側筒状部１６の入口付近の、変動吸収空間２１内への粒子侵入への寄与が大きい期間（１サイクル中の流速が最も速くなる期間）の、流速が若干低下し、この出口側筒状部１６内に流れ込む粉塵の量が減ることが分かった。

一方、本実施形態では、比較例に比べ、大幅な粒子重量の低下が確認できた。本実施形態では、さらにガイド部２０をサイクロン式分離装置１１の内面と同様に円弧状に丸めたので、出口側筒状部１６の入口の上述の１サイクル中の流速が最も速くなる期間の流速がさらに低下しやすくなり、出口側筒状部１６内に流れ込む粉塵の量が減ることが分かった。変形例のように、垂直なガイド部１２０を設けるだけでも粉塵の量を減らせることができるが、本実施形態のようにサイクロン式分離装置１１における旋回流の周方向に延びるガイド部２０を設ければ、さらに粉塵の量を減らすことができることが分かった。

したがって、本実施形態に係るエンジンカッター１によると、できるだけ少ない部品点数で、粉塵を十分に分離してエンジン２の耐久性を向上させると共に、エアフィルタ１８のメンテナンスサイクルを長くすることができる。

−余剰空間の効果を確かめるシミュレーション−
次いで、余剰空間１３の効果について、検証したシミュレーション結果を示す。

図１７及び図１８は、導入通路１２からサイクロン式分離装置１１までの経路における空気の流れの解析結果を示す概略図で、それぞれ、図１７は本発明の実施例を示し、図１８は比較例として、余剰空間１３を設けていない導入通路１２’を示す。

実施例の図１７の余剰空間１３は、サイクロン式分離装置１１の入口に対してサイクロン式分離装置１１の軸方向反対側に膨らむことで形成されている。

一方、比較例の図１８では、導入通路１２’における、接続開口部１２ｃからサイクロン式分離装置１１の入口までの通路（図示の例では直線部１２ａと湾曲部１２ｂを有する通路）の作業機で見たときの左右方向の幅は、接続開口部１２ｃの幅と略同一の大きさとなっている。

解析条件としては、エンジン回転数を１００００ｒｐｍとし、導入通路１２及び１２’の入口（分岐空気取入口１０）の圧力を大気圧よりも少し高くし、引込貫通孔１７を大気圧とした。また、エアフィルタ１８にエンジンの吸気行程で発生する質量流量変動をサイクル毎に繰返し定義した。

シミュレーションの結果、実施例のように余剰空間１３を設けることにより、比較例のような余剰空間１３を設けない場合に比べて侵入粒子重量が大幅に低下している（約５６パーセント低減している）ことが分かった。

以下にシミュレーションにより分かった流れの概略を示す。

まず、比較例（図１８）の空気の流れを見ると、余剰空間１３を設けない場合、分岐空気取入口１０からの空気の流れが、接続開口部１２ｃを経て湾曲部１２ｂに到達するような流れＦ１’と、その下流側に直線部１２ａに沿ってサイクロン式分離装置１１の円形の入口の接線方向へ流入する流れＧ１’が発生していることが分かった。

一方、実施例（図１７）の空気の流れを見ると、余剰空間１３を設けた場合、比較例の流れＦ１’、Ｇ１’と同様の流れＦ１、Ｇ１ だけでなく、接続開口部１２ｃを経て、湾曲部１２ｂに到達したのち、余剰空間１３の方に向かい、導入通路１２の直線部１２ａ内をその通路の進行方向に向けて螺旋状にループする流れＦ２と、その下流側に、直線部１２ａに沿って、サイクロン式分離装置１１の円形の入口の接線方向へ流入する流れＧ２とが発生していることが分かった。

流れＦ２が発生すると、流れＦ２を起点としたより強い回転流がサイクロン式分離装置１１内に発生することが分かった。より強い回転流が発生することにより粒子の遠心分離性能が向上し変動吸収空間２１内への粒子の侵入を大幅に低下できることが分かった。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、携帯型作業機としてエンジンカッター１の例を示したが、生垣などの剪定機であるヘッジトリマーや枯葉等の清掃用の送風機であるブロワーでもよい。これらも、作業場所（道路）や作業対象（草木）に、作業前から既に、大量の粉塵（砂埃）が堆積又は付着している環境で使用されるので、本発明の効果が発揮される。

なお、上記実施形態では、引込貫通孔１７を、シリンダ部２ａのシリンダフィンの冷却風の出口側２ｂの近傍の位置に設けているが、本発明はこれに限定されない。引込貫通孔の位置としては、遠心ファン７からの高速の冷却風が流れる場所（発熱部の近傍）であれば、上記のエゼクター効果を得ることができ、例えば、発熱しやすい部品の１つである、エンジン２のマフラ２ｃにも、遠心ファン７からの冷却風を当てて冷却する構造のものであれば、マフラ２ｃ近傍の冷却風が通過する経路に引込貫通孔を設けるようにすればよい。このように、マフラ２ｃ近傍の位置に引込貫通孔を設ける場合、冷却風が図３のように図中の左側（作業機の右側）から作業機の外へ流出する構造のもの（この場合は、マフラ２ｃにおけるシリンダ部２ａ側の外壁に冷却風が当たる）だけでなく、マフラ２ｃの上部に冷却風を当てた後、作業機の前側（図４の左側）から冷却風を流出させる構造であってもよく、それぞれ、冷却風が流れる位置に引込貫通孔を設ければよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、エンジンカッターなどの携帯型作業機について有用である。

１ エンジンカッター（携帯型作業機）
２ エンジン
２ａ シリンダ部
２ｂ シリンダ部のシリンダフィンの冷却風の出口側
２ｃ マフラ
３ 本体ケーシング
３ａ 空気導入開口
３ｂ 下部ケーシング
３ｃ 上部ケーシング
３ｄ 頂部カバー
４ ブレード
５ フロントハンドル
６ リアハンドル
７ 遠心ファン
７ａ 回転軸
７ｂ 羽根
８ 収容空間
８ａ ファンケーシング
８ｂ 半径方向外側内周面
９ 主通路
１０ 分岐空気取入口
１１ サイクロン式分離装置
１１ａ サイクロン内周面
１２，１２’ 導入通路
１２ａ 直線部
１２ｂ 湾曲部
１２ｃ 接続開口部
１３ 余剰空間
１５，１１５ サイクロンケーシング
１６ 出口側筒状部
１７ 引込貫通孔
１８ エアフィルタ
１９ フィルタカバー
２０ ガイド部
２１ 変動吸収空間
１２０ ガイド部

Claims (11)

1. 動力源としてエンジンを有する携帯型作業機において、
   上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
   上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
   上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
   上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
   上記導入通路の上記サイクロン式分離装置の手前には、該導入通路に導入された空気の少なくとも一部が流動する余剰空間が形成されており、
   上記余剰空間において上記サイクロン式分離装置における旋回流の起点が発生するように構成されている
   ことを特徴とする携帯型作業機。
2. 請求項１に記載の携帯型作業機において、
   上記余剰空間は、上記導入通路から上記サイクロン式分離装置に向かう通路における、上記サイクロン式分離装置の入口に対して該サイクロン式分離装置の軸方向反対側に膨らむことで形成されている
   ことを特徴とする携帯型作業機。
3. 動力源としてエンジンを有する携帯型作業機において、
   上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
   上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
   上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
   上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
   上記導入通路は、上記サイクロン式分離装置の軸方向から見たときに、該サイクロン式分離装置の接線方向に延びて該サイクロン式分離装置に連続する直線部と、該直線部に連続して回り込むように湾曲する湾曲部とを備えている
   ことを特徴とする携帯型作業機。
4. 動力源としてエンジンを有する携帯型作業機において、
   上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
   上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
   上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
   上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
   上記サイクロン式分離装置は、上記遠心ファンの上方に配置され、該遠心ファンの回転軸の軸方向に延びており、該軸方向から見たときに、上記導入通路は、上記サイクロン式分離装置への入口に対し、該入口の接線方向に対して鋭角の方向に延びている
   ことを特徴とする携帯型作業機。
5. 動力源としてエンジンを有する携帯型作業機において、
   上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
   上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
   上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
   上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
   上記サイクロン式分離装置における出口手前側には、該サイクロン式分離装置の内径よりも内径の小さい出口側筒状部が設けられており、該出口側筒状部の径方向外側には、上記遠心ファンからの冷却風がエンジンの発熱部を通過する経路に連通する引込貫通孔が形成され、該引込貫通孔から上記サイクロン式分離装置のサイクロン内周面に押し付けられた空気の少なくとも一部が上記エンジンの発熱部を通過する経路側へ引き込まれるように構成されている
   ことを特徴とする携帯型作業機。
6. 動力源としてエンジンを有する携帯型作業機において、
   上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
   上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
   上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
   上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
   上記サイクロン式分離装置における出口手前側には、該サイクロン式分離装置の内径よりも内径の小さい出口側筒状部が設けられており、
   上記エアフィルタは、上記携帯型作業機の上側に設けられ、上記出口側筒状部の出口から上記エアフィルタに向かう空間は、該空間内の流速及び圧力の変化を吸収する変動吸収空間を構成している
   ことを特徴とする携帯型作業機。
7. 請求項６に記載の携帯型作業機において、
   上記エアフィルタの入口は、側面視で上記サイクロン式分離装置の出口よりも上方に配置されている
   ことを特徴とする携帯型作業機。
8. 請求項７に記載の携帯型作業機において、
   上記エアフィルタは、柱状であり、
   上記エアフィルタは、筒状のフィルタカバーで覆われており、
   上記変動吸収空間を形成する底面の少なくとも一部は、上記フィルタカバーの下端部から該携帯型作業機の後方に向けて下方へ傾斜している
   ことを特徴とする携帯型作業機。
9. 動力源としてエンジンを有する携帯型作業機において、
   上記エンジンにより駆動されて空気を吸い込んで送り出す遠心ファンと、
   上記遠心ファンの収容空間に形成され、該遠心ファンにより半径方向外側内周面に押し付けられた粉塵を含む冷却風を送り出す主通路及び該主通路からずれた位置に配置され、エアフィルタ側へ上記主通路よりも少ない粉塵を含む空気を送り込む分岐空気取入口と、
   上記エアフィルタよりも上流に配置された断面円形のサイクロン式分離装置と、
   上記分岐空気取入口から上記サイクロン式分離装置へ延びる導入通路とを備えており、
   上記サイクロン式分離装置における出口手前側には、該サイクロン式分離装置の内径よりも内径の小さい出口側筒状部が設けられており、
   上記出口側筒状部の出口から上記エアフィルタに向かう空間内には、先端が該エアフィルタと反対側に向いたガイド部が形成されている
   ことを特徴とする携帯型作業機。
10. 請求項９に記載の携帯型作業機において、
    上記ガイド部の先端形状は、上記サイクロン式分離装置の内面に沿う円弧状に湾曲している
    ことを特徴とする携帯型作業機。
11. 請求項１から１０のいずれか１つに記載の携帯型作業機において、
    上記サイクロン式分離装置は、上記携帯型作業機のケーシング上側に該携帯型作業機の幅方向に延びるように配置されている
    ことを特徴とする携帯型作業機。

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