JP2019170353A - 刈払機の防振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作棹の一端にエンジンを他端にカッターを備えた刈払機の振動を低減すること。【解決手段】操作棹の後端に備えたエンジンと操作棹の前端にエンジンによって駆動されるカッターを備えた刈払機において、エンジンの重心より前方のクラッチケースにクランク軸から重心までの距離と略同一高さの位置にエンジン取り付けステーを設けて、前記操作棹に固定したブラケットによって前記エンジン取付けステーを支持するとともに前記クラッチケース前端と前記操作棹後端とを弾性部材を介して支持し、エンジンの慣性力を上下方向に発生させるようにした。【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、エンジンを備えてカッターを回転させながらハンドルを左右に操作して雑草を刈る刈払機の防振装置に関する。

エンジンを備えてカッターを回転させて雑草を刈る刈払機は、刈払機の質量を保持しつつ操作桿に備えたハンドルを操作して作業するので、エンジンの振動に伴う作業者の疲労を軽減することが求められている。

そのため、エンジンとハンドル支持ケースの間に防振コイルバネと防振ゴムからなる第１〜第３の防振部材を備えて、第１及び第２の防振部材は駆動軸を中心とする上部に左右対称に配置し第３の防振部材は駆動軸を挟んで下部に配置し、駆動軸からの上部の距離が下部の距離より大きくしてハンドル支持ケースに伝わるエンジンの振動を低減するようにしたものとして下記特許文献１がある。（名称は文献に記載された通り）

また、操作棹の後端にマウントフレームを固定し、マウントフレームにエンジンを防振的に支持する弾性部材を介して搭載するようにして、操作棹にエンジンの振動が伝わりにくくしたものとして下記特許文献２がある。（名称は文献に記載された通り）

更に、エンジン全体を取り囲むカバーを設けてカバーとエンジンの間を複数の防振装置によって保持するようにして、メインパイプにエンジンの振動が伝わりにくくしたものとして下記特許文献３がある。（名称は文献に記載された通り）

特許第４３３８４６９号公報 特開２０１５−１３０８３１号公報 特開２０１３−２１９７９号公報

上記特許文献１は、エンジンとハンドル支持ケースの間に備えた防振部材によってハンドル支持ケースに伝わる振動を低減するという考え方であるが、ハンドル取り付けのためのハンドル挟持部からエンジン部までをハンドル支持ケースでつないでいるため装置が大型化して質量が増加し、更に防振コイルバネと防振ゴムの取り付けも複雑なものとなっているため組立作業性の低下やコストの増加などを招いている。

上記特許文献２は、エンジンをマウントフレームとの間で揺動自在に支持して操作棹に伝わる振動を低減するという考え方であるが、エンジンを搭載する大型のマウントフレームが必要であり、マウントフレーム自体の剛性も必要となるため、質量増加やコスト増加の問題があった。

上記特許文献３は、エンジンをカバーとの間でスプリングによって保持して振動によるエンジンの振れを受け止めるようにしたものであるが、そのために必要となるカバーの剛性やカバー設置に伴う大きさの増大及びそのためのコスト増加や質量増加などの問題があった。

また、上記いずれの特許文献も振動によるエンジンの振れを緩衝するために支持ケースやマウントフレーム、カバーを用いて緩衝部材をどのように配置するかという思想であるが、単に振動の発生方向に緩衝部材を配置しただけでは新たな振動モードが発生するために、別の方向に振れる新たな振動が現れることによって効果的な振動低減効果が得られないという問題があるが、そのための技術思想は示されていない。

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、刈払機の操作棹に伝わるエンジンの振動を簡単な構成で効果的に低減させる技術を提供することによって、エンジンの振動に伴う作業者の疲労を軽減することである。

上記課題を達成するために、本願請求項１記載の発明による刈払機の防振装置は、操作棹の途中に作業者が操作するハンドルと操作棹の後端に備えたエンジンと操作棹の前端にエンジンによって駆動されるカッターを備えた刈払機において、エンジンの重心より前方のクラッチケースにクランク軸から重心までの距離と略同一高さの位置にエンジン取り付けステーを設けて、前記操作棹に固定したブラケットによって前記エンジン取付けステーを支持するとともに前期クラッチケース前端と前記操作棹後端とを弾性部材を介して支持し、エンジンの慣性力を上下方向に発生させるようにしたことを特徴としている。

請求項２に係る発明は、前記エンジン取り付けステーを前後方向に平面を有する断面形状とし弾性部材を介して前記ブラケットで支持するようにしたことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、前記エンジン取り付けステーの前後方向位置近傍でクラッチケースに備えたクラッチと前記駆動軸とをダンパーを介して接続駆動するようにしたことを特徴としている。

上記請求項１の発明によると、エンジンの慣性力によって発生する振動を上下方向にのみ発生させたうえで振動による加振力が最も小さくなる位置でエンジンを支持するので、新たな振動モードが発生することなく操作棹に伝わる振動を効果的に低減できる。そのため、ハンドルなどの振動による作業者の疲労が軽減される。

上記請求項２の発明によると、広い面でエンジンを支持することができるため弾性体のバネ定数を小さく設定できるので、エンジンの振動が伝達されにくくできるとともに燃料の量の変化で重心位置が変化しても振動による加振力が最も小さくなる位置でエンジンを支持することができるので、広い使用状態での振動低減効果を持たせることができる。

上記請求項３の発明によると、エンジンとエンジンの動力をカッターに伝える駆動軸との角度ズレや芯ズレを小さくできる位置にダンパーを備えることができるため、ダンパーを小型化できるとともにダンパーの摩耗や劣化を抑えて耐久性を持たせることができる。

以下、本発明の実施形態である刈払機を図面に基づいて説明する。

図１は本発明にかかる刈払機１の外観斜視図である。刈払機１は前後方向に延びる操作棹２の前端にカッター３と後端にエンジン４を備えて、途中に作業者が操作するハンドル５を備える。６は角度を変えるためのハウジングである。なお、図中に示すように、操作する際の作業者の向きを基準として、前後方向、左右方向、上下方向を定義する。

図２にエンジン４の縦断面図を示す。シリンダ１１内に配置されたピストン１２が上下に往復動してクランク軸１３から動力を発生する。クランク軸１３の後端にはリコイル式始動装置１４が、前端には冷却ファンを兼ねるフライホイールマグネトウ１５を備えている。シリンダ１１を取り付けたクランクケース１６は冷却ファンケースを兼ねて、前方にクラッチケース１７を固着している。フライホイールマグネトウ１５には遠心クラッチのシュー１８が取り付けられ、クランク軸１３と同軸上に遠心クラッチのクラッチドラム１９がベアリング２０によって支持されており、所定の回転数でシュー１８からクラッチドラム１９にクランク軸１３の動力を伝達する。また、クランクケース１６の下方には燃料タンク２１が一体に取り付けられている。

ＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である図３に示したように、クラッチドラム１９は内径側に向けた突起１９ａを有し、ゴムなどの駆動ダンパー２２を介してクランク軸１３の動力をジョイント２３に伝達する。ジョイント２３の内径部はスプラインとなっており、操作棹２の内側に設けた図示しない軸受に支持された駆動軸２４を駆動する。そして、駆動軸２４の前端から操作棹２の前端のハウジング６内のベベルギヤを介してカッター３を回転させる。

クラッチケース１７には上部の左右にエンジン取り付けステー２５を一体に備えて先端にゴムや合成樹脂などの弾性部材２６を取り付けている。ＩＶ−ＩＶ断面図である図４に示したように、エンジン取り付けステー２５は前後方向に平面を有する形状となっている。ここでは長方形となっているが、長円形状や大きな半径の円弧を有する断面形状であっても構わない。

左右の弾性部材２６を一体的に支持するブラケット２７がクラッチケース１７の上方に設けられ、Ｖ−Ｖ断面図である図５に示すように、ベアリングホルダー２８を挟んでキャップ２９とボルト３０の締め付けによって取り付けられるが、ベアリングホルダー２８にはキャップ２９の長さに渡ってスリット３１が設けられているので、操作棹２外径とブラケット２７及びキャップ２９内径との間で容易に変形して密着して強固に固定される。

図２に示すように、ベアリングホルダー２８は後端にジョイント２３を支持するベアリング３２を取り付けて、内径部の断部３３を操作棹２の後端部に当てて取り付けられ、前方に設けた穴にブラケット２７の位置決め凸部３４が嵌まるようになっている。そのため、ブラケット２７の前後方向の取り付け位置が規制される。

上記のように操作棹２にブラケット２７を取り付けた後、クラッチケース１７のエンジン取り付けステー２５に弾性部材２６を取り付けて、前端をゴムなどのダンパー３５の外周に嵌めながら図４のように弾性部材２６をブラケット２７に挿入し、ジョイント２３に取り付けた駆動ダンパー２２にクラッチドラム１９を組み合わせることで、エンジン４が取り付けられ支持される。図３に示したように駆動ダンパー２２は一体となっており、クラッチドラム１９が組み付けしやすくなっている。その後、一部省略したエンジンの側面視である図６に示したように、ボルト３６によって固定プレート３７を取り付ける。固定プレート３７は後端がＬ字形に曲げられた３８部を有しているので、これによってエンジン４のブラケット２７からの抜けを防止する。また、ブラケット２７はＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である図７及び図６に示したようにクラッチケース１７の上方に約半周に渡って形成され、リブ３９によってエンジン４の質量を支えるための上下方向の強度を確保している。

ベアリンクホルダー２８の外周に取り付けられたダンパー３５は、図７に示したように外周が菊型となっているので、クラッチケース１７の振動を柔らかく緩衝する。

次に、上記構成の防振装置の作用について説明する。

エンジンはピストンやコンロッドの往復質量部分などの慣性力が加振源となって振動を発生させるのであるが、その動きを図８によって説明すると、ピストン１２などの往復質量による慣性力によって加振力Ｆが上向きの矢印方向に作用した時、２点鎖線で示したようにエンジンは瞬間回転中心Ｐを中心として上方に動く。これは加振力による加振方向への並進運動と重心Ｇを中心としたモーメントＭによる回転運動が合わさった運動の合成である。瞬間回転中心Ｐは加振力Ｆによる上向きの並進加速度αとモーメントＭによる下向きの回転加速度−αとが等しくなる点であり、従って瞬間回転中心Ｐの加速度は０になる。往復質量の上下動による逆方向の慣性力−Ｆによる加振力が加わった場合は上記と逆に瞬間回転中心Ｐを中心として下方に動くことは勿論である。従って、瞬間回転中心Ｐでエンジンを支持すれば最も振動が小さくできる。

往復質量によって発生するエンジンの慣性力は、クランクバランスによってベクトル方向を設定できることは公知である。そのため、慣性力を上下方向にのみ発生するようにすると加振力Ｆは上下方向にしか発生しない。瞬間回転中心Ｐであるクラッチケース１７の左右にエンジン取り付けステー２５を設けているので、エンジンの質量を支持しながら振動が最も小さくなる取り付けができる。具体的には、クランク軸１３から重心Ｇまでの距離Ｌと略同一高さの位置にエンジン取り付けステー２５を設けて、操作棹２に固定したブラケット２７によって取付けステー２５を支承しているので、これによって運転するエンジンの回転数や負荷に関わらず、新たな振動モードを発生することなく操作棹２に伝わる振動を常に最も小さくする設定とできる。

なお、瞬間回転中心Ｐから離れたクラッチケース１７の先端に上下方向に発生する振れは柔らかなダンパー３５で緩衝されるので、ここから操作棹２に伝わる振動は問題なくなる。

ところで、エンジンには燃料タンク２１が一体で取り付けられているので、燃料の量によって重心Ｇの位置が変化する。燃料量が少ない時の重心がＧ１、燃料量が多い時の重心がＧ２である。このため、瞬間回転中心Ｐの位置も変化する。

図９は加振力Ｆが働いたときの図４と同様の断面図である。（ａ）では重心Ｇの位置で上向きの加振力Ｆが働いた場合を示しており、エンジン取り付けステー２５の真ん中にある瞬間回転中心Ｐの前後端で弾性部材２６を圧縮してブラケット２７に伝わる振動を緩衝する。
（ｂ）は重心がＧ１の位置で上向きの加振力Ｆが働いた場合を示しており、エンジン取り付けステー２５前方にある瞬間回転中心Ｐ１から弾性部材２６の後方上側が圧縮される。弾性部材２６の変形は大きくなるが、後方だけなので、ブラケット２７に伝わる振動は（ａ）と同程度となる。
（ｃ）は重心がＧ２の位置で上向きの加振力Ｆが働いた場合を示しており、エンジン取り付けステー２５後方にある瞬間回転中心Ｐ２から弾性部材２６の前方下側が圧縮される。弾性部材２６の変形は大きくなるが、前方だけなので、ブラケット２７に伝わる振動は（ａ）と同程度となる。
なお、弾性部材２６の外形部前後の隅は面取りが施されているので、逃げとなって弾性部材２６の変形を可能にしている。

以上のように、エンジン取り付けステー２５を前後方向に平面を有する断面形状とし弾性部材２６を介してブラケット２７で支持するようにしたので、燃料量が変化しても操作棹２に伝わる振動の強度が変化することがない。

エンジンを瞬間回転中心Ｐで搭載することによってエンジン４と駆動軸２４との間に角度ズレや芯ズレが発生するため、駆動ダンパー２２を設けてクラッチドラム１９とジョイント２３とを接続しているが、前後方向の位置をエンジン瞬間回転中心Ｐ近傍に配置したことによってクラッチドラム１９とジョイント２３とを最も小さなズレ量とできるので、駆動ダンパー２２を小型化できる。
また、駆動ダンパー２２によってトルク変動を緩衝できるので、カッター３による断続的な切削抵抗によって発生する駆動軸２４の捩り振動によるハンドル５の振動や、２サイクルエンジンの減速時の不整燃焼によるハンドルの振れ、あるいは４サイクルエンジンの場合の回転変動に伴うハンドル振動も低減できる。

以上説明したように、本発明は往復質量の慣性力が加振源となって発生させるエンジン振動の加速度が最も小さくなる位置でエンジンを支承するようにしたので、組み付け作業性低下や大きな質量増加、コスト増加などを生じることなく、簡単な構成で操作棹２に伝わる振動を低減することができ、エンジンの振動に伴う作業者の疲労を軽減できる。

実用においては、市場の要求に応じてリコイル式始動装置１４を蓄力式などに変更したり、若干のピストン径変更による排気量変更などのバリエーションが発生する場合があるが、それによってエンジン質量や重心位置が少し変わっても、弾性部材２６によって緩衝もしているので、その都度厳密に瞬間回転中心を設定しなくても本発明の効果がなくなるわけでない。

また、クランクバランスはエンジンの加振力をエンジンの上下方向のみに発生させるように設定するのが望ましいが、エンジンの共通化や部品管理上などの理由から１００％上下方向に発生させたものでなくても本発明の効果がないわけではなく、技術的思想を異にするものではない。

操作棹に伝わる振動が効果的に低減できるので、従来のようにハンドルをラバーを介して柔らかく取り付ける必要がなく、剛性感を持ってハンドル操作ができ、左右のハンドル長さの異なる非対称ハンドルとした場合でも左右で振動の大きさが異なることがない。

以上説明したように、本発明はエンジンを備えてカッターによって草刈作業する刈払機の振動軽減について有用である。

本発明にかかる刈払機１の外観斜視図 エンジンの縦断面図 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図 図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図 図２におけるＶ−Ｖ線断面図 一部省略したエンジンの側面図 図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図 加振力によるエンジンの動きの説明図 重心位置が変化した時の加振力が働いた図４と同様の断面図

１ 刈払機 ２ 操作棹
４ エンジン １３ クランク軸
１７ クラッチケース １９ クラッチドラム
２２ 駆動ダンパー ２３ ジョイント
２５ エンジン取り付けステー ２６ 弾性部材
２７ ブラケット ３５ ダンパー
Ｇ 重心 Ｐ 瞬間回転中心
Ｌ クランク軸から重心までの距離

Claims (3)

1. 操作棹の途中に作業者が操作するハンドルと操作棹の後端に備えたエンジンと操作棹の前端にエンジンによって駆動されるカッターを備えた刈払機において、エンジンの重心より前方のクラッチケースにクランク軸から重心までの距離と略同一高さの位置にエンジン取り付けステーを設けて、前記操作棹に固定したブラケットによって前記エンジン取付けステーを支持するとともに前記クラッチケース前端と前記操作棹後端とを弾性部材を介して支持し、エンジンの慣性力を上下方向に発生させるようにしたことを特徴とする刈払機の防振装置。
2. 前記エンジン取り付けステーを前後方向に平面を有する断面形状とし弾性部材を介して前記ブラケットで支持するようにした請求項１の刈払機の防振装置。
3. 前記むエンジン取り付けステーの前後方向の位置近傍で、前記クラッチケースに備えたクラッチと前記駆動軸とをダンパーを介して接続駆動するようにした請求項１の刈払機の防振装置。

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