JP4630437B2 - 工具ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原動機で駆動され、手で操縦される作業機における、回転可能な切断工具を受容するための工具ヘッドであって、ヘッドケーシングと、ヘッドケーシング内に軸受により回転可能に支持される工具軸と、工具受容部とを有し、工具受容部が、工具軸軸線に対し垂直に指向する当接面を備えた皿状当接部材と、切断工具のための調心フランジとを有している前記工具ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の工具ヘッド、特に刈払い機、エッジャー、切断研削機等における高速回転切断工具用の工具ヘッドは、操作性、ジャイロ偶力の低減、振動問題の回避を考慮して、軽量構造の寸法に構成される。この種の工具ヘッドの場合、アンバランスを避けるため、カッター或いは糸リールのような高速回転工具は工具受容部を用いて工具軸に対し直角に且つ調心状態で方向調整される。このため、工具受容部には皿状当接部材が設けられ、皿状当接部材は工具軸軸線に対し垂直に指向する当接面を備え、この当接面に切断工具が当接して工具軸軸線に対し垂直に保持される。さらに、切断工具を回転軸線に対し調心状態で指向させるため、調心フランジが設けられている。皿状当接部材と調心フランジの径は工具軸の径に比べて相対的に大きいのが通常であり、工具軸により高回転数時に動力学的な力が生じるので、これらの構成要素にあっては軽量構造が特に重要である。
【０００３】
さらに、特に高速回転カッターの場合は、石または枝のような硬い物体に不慮に接触することがあるので、切断工具と調心フランジの間に半径方向の大きな力が発生することを考慮する必要がある。このような力は調心フランジ、調心フランジの領域における切断工具、或いはこれら両部材をかなり磨耗させ、望ましいものではない。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９５４２１４４Ａ１号公報から知られている工具ヘッドの工具軸には、該工具軸と相対回転不能に結合され、回転阻止部として形成される工具ボスが配置されている。工具ボスは一体に形成され、調心フランジと、当接面を備えたフランジとを有し、調心フランジおよびフランジにおいて、切断工具と当接面との間に設けた円板により切断工具が方向調整されている。この公報に示されている工具ボスは鋼部材として構成すると、比較的体積が大きく、重量のある塊状の部材である。アルミニウムとして構成すると、調心フランジに磨耗の問題が発生し、部材全体を交換せねばならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、工具ヘッドに、軽量で耐磨耗性の工具受容部を備えさせることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、皿状当接部材がアルミニウム、マグネシウム、亜鉛、チタン、セラミックス、またはプラスチックから構成され、工具軸と相対回転不能に結合されていること、調心フランジが、皿状当接部材とは別個の部材として構成された調心要素によって形成され、切断工具と調心要素とは、その素材に関し、該切断工具と調心要素との間に発生する接触応力によって摩耗が回避されるように、選定されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の基本的な理念は、切断工具の調心と駆動と角度調整を、機能的に別個の２つの部材によって実現させるというものである。これにより、両部材はその構造および素材の選択において、発生する荷重に適合させることができ、これによって、均一な耐磨耗性および軽量化が可能になる。
【０００８】
本発明による工具ヘッドにおいて皿状当接部材を設ける目的は、切断工具のほうへ開口しているヘッドケーシングを覆うという以外に、工具軸から切断工具へトルクを伝達させること、および切断工具を工具軸軸線に対し直角に指向させることにある。このため、皿状当接部材は工具軸と相対回転不能に結合されている。この場合に生じる作動荷重は実質的に周方向と皿状当接部材の皿面に対し垂直な方向とに作用し、比較的小さなオーダーである。したがって皿状当接部材は軽量部材であり、アルミニウム鍛造部材として構成するのが有利である。これによってジャイロ偶力が小さくなり、パワートレインの振動が回避される。皿状当接部材を鍛造部材として構成する代わりに、鋳造成形部材または焼結成形部材として実施すれば低コストな製造が可能である。
【０００９】
皿状当接部材とは機能的に別個に、調心フランジを備えた調心要素が別個の部材として、特に平らな円板の形態で形成され、この円板において切断工具が回転軸線に対し半径方向に調心されている。さらに、調心要素の機能は半径方向の力を受容する点にある。選定した切断工具の種類と、これに伴い半径方向に作用する作動荷重とに依存して、調心要素は磨耗を避けるためその硬度に関し切断工具の材料に適合しており、有利には、調心要素の領域において切断工具の硬度と同じ硬度であるのがよい。これにより、切断工具と調心要素の間に発生する接触応力によって両部材がいずれも過度に荷重されることがなく、早期に磨耗することがない。特に鋼からなる切断カッターを選定した場合、調心要素を鋼で実施してもよく、これにより調心領域において両部材の磨耗が小さくなることが保証される。調心要素の構造的体積が小さいので、調心要素に対して硬く重い素材を選定しても、全体的に工具受容部の重量の増大は小さい。
【００１０】
調心要素が弾性的に構成され、その半径方向の弾性力によって工具軸に軸線方向において摩擦により固定されているのが有利である。これにより、切断工具を交換する際に調心要素が不慮に工具軸から脱落することがなく、他方簡単な手段で調心要素の取り付けまたは交換が可能である。
【００１１】
変形実施形態では、調心要素は軸固定リングとして形成され、工具軸の周溝で軸線方向において保持されている。このようにして形成される形状拘束的な結合部により、調心要素が軸線方向にスリップするのが阻止される。
【００１２】
本発明の他の構成においては、調心要素は皿状当接部材のための脱落阻止部の用をも成している。このため皿状当接部材は、軸線方向にクランプされないように工具軸に差し込まれ、工具軸の自由端の方向において調心要素により保持される。これにより、実質的に工具を使用しないで差込みまたは引き抜きを行なうことによって皿状当接部材の簡単な取り付けまたは交換が可能になる。さらに、切断工具の交換の際には、調心要素ばかりでなく、皿状当接部材も工具軸から不慮に脱落することがない。
【００１３】
工具軸と皿状当接部材間のトルクの伝達は、工具軸の外側歯部に係合するように皿状当接部材のボスに設けた内側歯部を介して行なうのが有利である。これにより、良好な回転で、確実なトルク伝達が可能であり、調心要素を取り外す際に軸線方向に可動であるので、簡単な取り付けまたは取り外しが可能である。
【００１４】
調心要素が、外周に対し同心の開口部を中央に備えた円板として形成され、前記開口部を貫通させるようにして工具軸を差込み可能であるのが有利である。円板はスリット状の切断部を有し、これにより円板は周方向に弾性のある弾性リングになる。中央の開口部には、有利には２つの歯からなる歯部が設けられ、この歯部は工具軸の外側歯部に対し角度ずれを有している。この角度ずれと、円板が弾性リングとして形成されていることにより、調心要素は取り付け状態で弾性力により保持され、たとえばスナップリングペンチのような簡単な工具で取り付け取り外しが可能である。歯部は、歯面調心により高精度の回転を可能にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は、切断工具１を取り付けた工具ヘッドを示している。切断工具１は、図示した実施形態の場合、鋼から製造された切断刃であるが、糸リール、丸鋸の板、またはこれらに類したものであってもよい。切断工具１は工具軸４によって駆動される。工具軸４は２つの軸受３でヘッドケーシング２内に回転可能に支持されている。ヘッドケーシング２は、工具軸軸線１２に対し角度を成して指向しているシャフト２１を有している。シャフト２１により、原動機で駆動される駆動軸（図示せず）が案内されている。ヘッドケーシング２とシャフト２１は、図示した実施形態の場合、一体に形成されている。ヘッドケーシング２とシャフト２１との結合部位の領域には、工具軸４を駆動するための傘歯車伝動装置２２が配置されている。工具軸４の自由端１８の領域にはねじ山２３が設けられ、ねじ山２３と軸受３の間には外側歯部１７が設けられている。工具軸４には、外側歯部１７の領域に皿状当接部材６と調心要素９とが嵌合している。皿状当接部材６は、図２によれば、中央部にボス１５を有し、ボス１５は内側歯部１６を備えている。内側歯部１６により皿状当接部材６は工具軸４と相対回転不能に且つ軸線方向にクランプされないように結合されている。皿状当接部材６と工具軸４との結合は、テーパ結合、セレーション結合、キー溝結合により行なってもよいし、多角形異形部を介して行なってもよく、また摩擦結合部として実施してもよい。皿状当接部材６は軽量構造で構成され、図示した実施形態ではアルミニウム鍛造部材である。皿状当接部材６は、半径方向に測ってボス１５の近くに、該皿状当接部材の面に対して作用する荷重に対し補強するため、厚み部２８を有している。
【００１６】
厚み部２８の代わりに、補強リブまたはこれに類したものを設けてもよい。また、皿状当接部材を押し抜き板部材として製造してもよい。或いは押出し成形、ダイカスト成形、切削成形または焼結成形の方法で金属材料または焼結プラスチック或いは射出成形プラスチックから製造してもよい。金属材料としては、アルミニウムのほかにマグネシウム、亜鉛、チタンまたは鋼を使用することができる。プラスチック構造では、皿状当接部材をガラス繊維または炭素繊維によって補強してよい。さらに、皿状当接部材６をセラミックスで実施してもよい。皿状当接部材６は周領域にフランジ２６を有し、フランジ２６は、図１によればヘッドケーシング２のケーシングエッジ２７を取り囲んでおり、その結果切断工具１の方向に開口しているヘッドケーシング２は皿状当接部材６により覆われ、巻き上げられる塵埃から保護される。
【００１７】
皿状当接部材６は当接面７を有し、当接面７は、少なくともほぼ工具軸軸線１２に対し直角に指向している。切断工具１は片面１１によって当接面７に面接触しており、このようにして工具軸軸線１２に対し垂直に指向している。切断工具１は、ねじ山２３にねじ止めされ且つプラスチックリング２４によりストップナットとして形成されているナット１３と、ナット１３と切断工具１の間に中間配置されている板ばね１４とにより、当接面７に対して押圧され、したがってトルク伝動するように摩擦により皿状当接部材６と結合されている。
【００１８】
工具軸軸線１２に対する切断工具１の調心は、調心要素９を用いて行なわれる。調心要素９はスリーブまたはこれに類したものであり、図示した実施形態では、円形の調心フランジ８を備えた平らな円板１９として形成されている（図３）。図１によれば、切断工具１は中心に円形の開口部１０を有し、この開口部１０に円形の調心フランジ８が遊びなしに着座し、これにより工具軸軸線１２に対する切断工具１の調心が保証されている。皿状当接部材６と調心要素９と板ばね１４とは工具受容部５を形成している。調心要素９は別個の部材として形成されており、その硬度に関しては切断工具１の素材に適合した材料で実施されている。図示した実施形態では、切断工具１も調心要素９もほぼ同じ硬度の鋼からなっているが、調心要素９に対しては、熱処理鋼または焼結鋼、或いは炭化鋼を選定してもよい。さらに、セラミックスも材料として有利である。
【００１９】
図示した実施形態では、調心要素９は弾性的に形成されており、その半径方向の弾性力により、外側歯部１７の領域において工具軸４に摩擦により軸線方向で位置固定されている。工具軸４に軸線方向にクランプしないように嵌合する皿状当接部材６は、工具軸４の自由端１８の方向においては調心要素９によって保持され、逆の方向においては軸受３によって保持されている。
【００２０】
図３は、円板１９として形成された調心要素９の詳細図であり、特に工具軸４との結合態様を示したものである。円板状の調心要素９は弾性材料と特に鋼から製造され、スリット３７を有しており、これにより周方向に弾性的な弾性リングになっている。中央には開口部４０が設けられ、開口部４０はスリット３７によって外側輪郭部と結合されている。開口部４０は、工具軸４の外側歯部１７の中間空間３３に係合する内側歯部２０を有している。内側歯部２０は、図示した実施形態では、３つの円板歯部３０からなり、そのうち１つの円板歯部はスリット３７に対向しており、他の２つの円板歯部はスリット３７の両側に配置されている。円板歯部３０の歯部軸線３２は中間空間３３の中間空間軸線３４に対して角度αの角度ずれを持っている。調心要素９が周方向に弾性特性を有し、角度ずれαが設定されているので、外側歯部１７の側面３５と円板歯部３０の側面３６とは互いに圧接し、これにより調心要素９が締付け保持される。スリット３７の両側にはそれぞれ１つの工具穴２９が設けられ、工具穴２９には、たとえば調心要素９を拡開して取り外すためのスナップリングペンチのような工具が係合可能である。角度ずれαがあるにもかかわらず調心要素９の取り付け取り外しが可能であるようにするため、角度ずれαは、取り付け取り外し過程時の調心要素９の変形が弾性範囲内に留まるほどの小ささに選定されている。図示した実施例では、角度ずれαはほぼ１゜である。
【００２１】
調心要素９は、側面３５と３６において工具軸軸線１２に対し側面調心されているが、歯部底部３８または歯部尖端３９においても調心してよい。調心フランジ８は多角形または多歯として実施してもよい。図示した調心要素９は押し抜き部材であるが、レーザー切断、焼結、鍛造、ブローチ削り、ウォータージェット切断または腐食により製造してもよい。
【００２２】
調心要素９は、図示した実施形態では固定していない部材であるが、皿状当接部材６と鋳込み成形、鍛造成形、接着、蝋付け、リベット結合、螺着または溶接により結合していてもよい。図示したような工具軸４に対する締付け結合の代わりに、挿入される板ばねを介して、弾性材料から製造される調心要素９に一体成形される弾性要素によって結合してもよく、または高速固定手段、スナップリング、或いはこれらに類したものによって結合してもよく、またはプレスばめによる固定でもよい。図示した実施形態の変形例では、調心要素は軸固定リングとして形成され、工具軸４の周溝で軸線方向において保持される。
【００２３】
図４は、軸固定リング４１として実施された調心要素９の変形実施形態である。このため、横断面で図示した工具軸４は周溝４２を有し、この周溝４２に、軸固定リング４１の、半径方向内側へ突出する３つの舌片４４が係合する。調心要素９の調心フランジ８を工具軸４の工具軸軸線１２に対し調心するため、舌片４４の半径方向内側の周面４５は周溝４２の溝底４３に接している。軸固定リング４１は弾性的な鋼から製造されており、スリット３７と、その両側にそれぞれ１つずつ設けられる工具穴２９とを有している。スリット３７は、工具固定リング４１を取り付け取り外しできるように、工具穴２９に挿入される適当な工具によって拡開可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工具ヘッドの横断面図である。
【図２】皿状当接部材の詳細図である。
【図３】図１の調心要素を工具軸に差し込んだ状態の横断面図である。
【図４】軸固定リングとして構成した、図３の調心要素の変形実施形態である。
【符号の説明】
１ 切断工具
２ ヘッドケーシング
３ 軸受
４ 工具軸
５ 工具受容部
６ 皿状当接部材
７ 当接面
８ 調心フランジ
９ 調心要素
１０ 切断工具の開口部
１２ 工具軸軸線
１３ ナット
１４ 板ばね
１５ ボス
１６ 皿状当接部材の内側歯部
１７ 工具軸の外側歯部
１９ 円板
２０ 円板の内側歯部
４１ 軸固定リング
４２ 溝

Claims (12)

1. 原動機で駆動され、手で操縦される作業機における、回転可能な切断工具（１）を受容するための工具ヘッドであって、ヘッドケーシング（２）と、ヘッドケーシング（２）内に軸受（３）により回転可能に支持される工具軸（４）と、工具受容部（５）とを有し、工具受容部（５）が、工具軸軸線（１２）に対し垂直に指向する当接面（７）を備えた皿状当接部材（６）と、切断工具（１）のための調心フランジ（８）とを有している前記工具ヘッドにおいて、
   皿状当接部材（６）がアルミニウム、マグネシウム、亜鉛、チタン、セラミックス、またはプラスチックから構成され、工具軸（４）と相対回転不能に結合されていること、
   調心フランジ（８）が、皿状当接部材（６）とは別個の部材として構成された調心要素（９）によって形成され、切断工具（１）と調心要素（９）とは、その素材に関し、該切断工具（１）と調心要素（９）との間に発生する接触応力によって摩耗が回避されるように、選定されていること、
   を特徴とする工具ヘッド。
2. 皿状当接部材（６）がアルミニウム鍛造部材として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の工具ヘッド。
3. 調心要素（９）の硬度が、切断工具（１）の硬度と同じであることを特徴とする、請求項１または２に記載の工具ヘッド。
4. 調心要素（９）と切断工具（１）が鋼からなっていることを特徴とする、請求項３に記載の工具ヘッド。
5. 調心フランジ（８）が円形の外側輪郭を有し、切断工具（１）の円形の開口部（１０）に遊びなしに挿着可能であること、切断工具（１）が、その側面（１１）と前記当接面（７）との摩擦により皿状当接部材（６）と相対回転不能に結合可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
6. 切断工具（１）が、工具軸（４）に螺着されるナット（１３）と、ナット（１３）と切断工具（１）の間にある板ばね（１４）とを介して、当接面（７）に押圧可能であることを特徴とする、請求項５に記載の工具ヘッド。
7. 皿状当接部材（６）が工具軸（４）に軸線方向においてクランプされないように支持され、調心要素（９）により工具軸（４）の自由端（１８）の方向に保持されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
8. 皿状当接部材（６）が、そのボス（１５）の領域に、工具軸（４）の外側歯部（１７）に係合する内側歯部（１６）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の工具ヘッド。
9. 調心要素（９）が弾性的に構成され、その半径方向の弾性力によって工具軸（４）に軸線方向において摩擦により固定されていることを特徴とする、請求項７または８に記載の工具ヘッド。
10. 調心要素（９）が、工具軸（４）の外側歯部（１７）に係合する内側歯部（２０）を備えたスリット付きの円板（１９）として構成され、内側歯部（２０）が外側歯部（１７）に対し角度ずれ（α）を有していることを特徴とする、請求項９に記載の工具ヘッド。
11. 調心要素（９）が工具軸（４）に対し、歯面に関し調心されていることを特徴とする、請求項１０に記載の工具ヘッド。
12. 調心要素（９）が軸固定リング（４１）として構成され、工具軸（４）の溝に軸線方向において固定されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。

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