JP4953251B2 - 刈刃及び刈払機 - Google Patents

Description

本発明は、草木等の刈払い作業に用いられる刈刃及び刈払機に関し、特に刈刃の共鳴に起因する騒音を低減するとともに刈刃の強度を確保したものに関する。

刈払機は、草や小径木を刈り払うための機械である。一般に刈払機は、回転式の刈刃と、刈刃を駆動する動力部を、動力伝達軸を内蔵した操作アームの両端部に有し、操作者は操作アームの中間部に固定されたハンドルに設けられた操作部を操作して作業を行う。
刈刃としては、円盤状に形成された本体（台金）の外周縁部に多数の歯を形成し、歯の先端部に超硬合金製のチップを固定したチップソーが広く用いられている。

このようなチップソーにおいては、対象物を切断する際に歯が叩かれることによって台金が共鳴し、台金の固有振動数で騒音が発生する。特に、近年動力部に内燃機関に代えて二次電池及び電動モータを有する電動式の刈払機が普及しつつあり、動力部の静音化が進んでいることから、刈刃が発生する騒音は相対的に大きくなっている。

従来、チップソーの騒音低減技術として、台金に設けられる透穴群の間に、湾曲した線状のスリットを形成し、このスリット内に粘弾性体を充填することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
これによれば、スリットと粘弾性体によって台金の共鳴を抑制することができ、特に耳障りな高周波域の騒音を大幅に低減して聴感をよくすることができる。
特開２００６−４２７５０号公報

上述したようなスリットを台金に形成した場合、例えば５ｋＨｚ以上の高周波領域において、例えば５ｄＢ以上の顕著な騒音低減効果があることがわかっている。しかし、スリットを形成すると、台金に曲げ応力が作用した際にスリットを核として台金の割れが発生しやすく、スリット無しの場合に対して台金の強度が低下してしまう。スリットを用いた騒音低減対策は、例えば木工用途においては実績があるものの、刈払機は作業者が手持ちした状態で刈刃を高速回転することから、作業者保護のため使用中に刈刃が割れる事態は避けなければならない。
具体的には、例えば、社団法人日本農業機械工業会が定める刈払機用超硬刈刃の規格ＪＦＭＭＡＳ０００３−１９９７に規定された本体の曲げ強さを満足することが求められる。この曲げ強さ試験は、本体から窓穴を形成する円弧のうち、その最小半径を含む円周方向の短冊状（幅４０ｍｍ）の試験片を採取してＶブロックに載せ、１〜１０ｍｍ／ｓｅｃの範囲で荷重をかけるものである。
本発明の課題は、騒音を低減するとともに強度を確保した刈刃、及び、このような刈刃を有する刈払機を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、円盤状に形成された台金、及び、前記台金の外周縁部に設けられた複数のチップを有し、刈払機に装着される刈刃であって、前記台金の少なくとも一方の面部に、樹脂材料が充填される環状のスリットを形成したことを特徴とする刈刃である。
本発明において、スリットは、典型的には台金に対してレーザ加工を施すことによって彫り込まれた非貫通溝である。また、スリットに充填される樹脂材料は、例えばエポキシ系樹脂等の粘弾性を有するものが用いられる。

請求項２の発明は、前記台金には複数の貫通穴が形成され、前記環状のスリットは、前記貫通穴の少なくとも１つを包囲するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の刈刃である。
請求項３の発明は、前記台金は、刈刃の回転中心軸からの距離がそれぞれ異なる複数群の前記貫通穴を有し、前記環状のスリットは、前記回転中心軸からの距離が最も大きい群の前記貫通穴の周囲に形成されることを特徴とする請求項２に記載の刈刃である。

請求項４の発明は、円盤状に形成された台金、及び、前記台金の外周縁部に設けられた複数のチップを有し、刈払機に装着される刈刃であって、前記台金の外周縁部は、隣接する前記チップの間の領域を内径側に凹ませて形成された歯室を有し、前記台金の少なくとも一方の面部に、前記歯室の歯底の曲線にほぼ沿った円弧状に形成され、樹脂材料が充填されるスリットを形成したことを特徴とする刈刃である。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の刈刃と、前記刈刃を回転駆動する動力部と、一方の端部に前記刈刃が装着される操作アームと、前記操作アームに設けられ操作者に保持されるハンドル部と、前記動力部の出力操作を行う操作部とを有する刈払機である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）台金にスリットを形成することによって、既に公知であるようにチップが被切断物を叩く際に発生し得る台金の共鳴を抑制し、騒音を低減することができる。
そして、スリットを環状に形成することによって、応力集中が生じやすいスリット端部が存在しないため、曲げ応力が負荷された際にも割れの破壊核が形成されにくく、耐曲げ強度を向上することができる。
（２）台金の軽量化のため形成される貫通穴（窓穴）を包囲するように環状のスリットを配置することによって、刈刃を軽量化しつつ本発明の効果も得ることができる。また、このような貫通穴を有する既存の刈刃の設計を大きく変更することなく本発明を適用することができる。
（３）環状のスリットを、回転中心軸からの距離が最も大きい群の貫通穴の周囲に形成することによって、起震源となる歯からスリットまでの距離を小さくし、騒音低減効果を向上することができる。また、刈刃が支持される回転中心軸近傍からスリットまでの距離を遠ざけることによって、スリットに負荷される曲げ応力が軽減され、強度の確保が容易となる。
（４）歯室の歯底付近は、チップの近傍の領域のなかでは比較的負荷される曲げ応力が小さい部位であることから、歯底の曲線にほぼ沿った円弧状のスリットを形成することによって、起震源であるチップとスリットとの距離を小さくして騒音低減効果を向上することができ、また、強度の確保が容易となる。

本発明は、騒音を低減するとともに強度を確保した刈刃、及び、このような刈刃を有する刈払機を提供する課題を、刈刃の台金の表面にレーザ加工によって環状のスリットを形成することによって解決した。また、歯袋部のＲに沿って湾曲した円弧上のスリットを形成することによって解決した。

以下、本発明を適用した刈刃及び刈払機の実施例１について説明する。
図１は、実施例１の刈払機の外観斜視図である。
刈払機１は、リチウムイオンバッテリの電力で駆動される電動モータを動力源とする電動式のものである。
刈払機１は、刈刃１０、動力部２０、操作アーム３０、ハンドル部４０、肩掛けバンド５０等を備えて構成されている。

刈刃（カッタ）１０は、刈払い作業の対象となる草木等を切断する回転鋸刃（チップソー）である。刈刃１０については、後に詳しく説明する。
動力部２０は、刈刃１０を回転駆動するモータ部２１、及び、モータ部２１に電力を供給するバッテリ部２２をユニット化したものである。
バッテリ部２２は、例えばリチウムイオン電池等の２次電池を備え、モータ部２１の上部に着脱可能に装着されている。

操作アーム３０は、刈刃１０と動力部２０のモータ部２１との間に設けられている。操作アーム３０は、直線状に伸びて形成された中空筒状の本体部内に、モータ部２１の出力を刈刃１０側へ伝達する回転軸Ｓを収容して構成されている。
操作アーム３０の刈刃１０側の端部には、刈刃ホルダ３１及びブレードカバー３２が設けられている。
刈刃ホルダ３１は、刈刃１０が装着される部分であって、回転軸の回転を刈刃１０に伝達する動力伝達機構を備えている。
ブレードカバー３２は、刈刃１０の作業者側（ハンドル部４０側）の領域をカバーする作業者保護用の部材である。

ハンドル部４０は、作業者が把持することによって刈払機１を支持するとともに、作業者が刈払機１の操作を行う部分である。
ハンドル部４０は、ハンドルバー４１及び操作ハンドル４２等を備えて構成されている。
ハンドルバー４１は、その中間部が操作アーム３０の中間部と交差するように固定されたパイプ状の部材である。
操作ハンドル４２は、ハンドルバー４１の一方の端部（作業者が右手で把持する部分）に設けられている。操作ハンドル４２は、モータ部２１のオンオフを操作するオンオフレバー、モータ部２１の回転速度を調節する調速ダイアル等の各種スイッチを備えている。

肩掛けバンド５０は、操作アーム３０におけるハンドルバー４１とモータ部２１との中間部分に連結された環状のベルトであり、作業者が肩に掛けることによって刈払機１の保持を容易とするものである。
作業者は、ハンドル部４０を把持し、肩掛けバンド５０を肩に掛けることによって、刈刃１０を前方側へ突出させ、動力部２０を背負った状態で刈払機１を保持する。そして、作業者は、操作ハンドル４２に設けられた各種スイッチを操作して刈刃１０を回転させ、刈払い作業を行う。

次に、刈刃１０についてより詳細に説明する。
図２は、刈刃１０を回転軸方向から見た平面図である。刈刃１０は、図２における方向から見た場合には、反時計回りに回転する。
刈刃１０は、台金１１、チップ１２、歯室１３、歯底１４、窓穴１５、環状スリット１６等を備えて構成されている。なお。環状スリット１６は、実際には連続した環状に形成されるが、図示と理解の容易のため、破線にて図示している（図３以降の各スリットにおいて同様）。

台金１１は、金属板を打ち抜き加工して円盤状に形成された刈刃１０の本体部である。台金１１の中央部には、刈払機１の刈刃ホルダ３１が装着される開口である取付穴１１ａが形成されている。
チップ１２は、台金１１の外周縁部に固定される例えば超硬合金製の刃物である。チップ１２は、実施例１の場合には、例えば、３６個が台金１１の中心角１０°間隔で配列されている。

歯室１３は、台金１１の外周縁部における隣接するチップ１２の間の部分を、内径側に凹ませて形成された部分である。
歯底１４は、歯室１３を形成する台金１１の端縁部のうち、台金１１の最内径側に位置する部分である。歯底１４は、台金１１の回転中心軸方向から見た平面形がほぼ円弧状の曲線として形成されている。

窓穴１５は、主に刈刃１０の重量を軽減することを目的として、台金１１に形成された円形の貫通穴である。
窓穴１５として、台金１１の内径側から順次窓穴１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆが設けられている。各窓穴１５ａ〜１５ｆは、それぞれ台金１１の中心角２０°間隔で１８個ずつ配列されている。
そして、窓穴１５ａ、１５ｃ、１５ｅは、台金１１の径方向に整列して配置されている。また、窓穴１５ｂ、１５ｄ、１５ｆも、台金１１の径方向に整列して配置されている。
窓穴１５ａ、１５ｃ、１５ｅと、窓穴１５ｂ、１５ｄ、１５ｆとは、台金１１の中心角にして１０°オフセットして配置されている。

環状スリット１６は、台金１１の表面をレーザ加工することによって、台金１１の厚さ方向における中間部まで彫り込んで形成された非貫通溝である。環状スリット１６は、窓穴１５のうち最も台金１１の外径側に設けられた窓穴１５ｆを包囲するように形成され、窓穴１５とほぼ同心の真円状に形成されている。環状スリット１６は、１８個の窓穴１５ｆの全てに設けられる。
また、環状スリット１６の内部には、例えばエポキシ系樹脂等の粘弾性を有する材料が充填されている。

以上説明した実施例１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）台金１１に環状スリット１６を形成することによって、刈刃１０が被切断物を切断する際にチップ１２が被切断物に叩かれ発生し得る台金１１の共鳴を抑制し、騒音を低減することができる。
そして、スリットを環状スリット１６とすることによって、応力集中が生じやすいスリット端部が存在しないため、曲げ応力が負荷された際にも割れの破壊核が形成されにくく、耐曲げ強度を向上することができる。
（２）台金１１の軽量化のため形成される窓穴１５を包囲するように環状スリット１６を配置することによって、刈刃１０を軽量化しつつ上述した効果も得ることができる。また、このような窓穴１５を有する既存の刈刃の設計を大きく変更することなく本発明を適用することができる。
（３）環状スリット１６を、回転中心軸からの距離が最も大きい群の貫通穴１５ｆの周囲に形成することによって、起震源となるチップ１２から環状スリット１６までの距離を小さくし、騒音低減効果を向上することができる。また、刈刃１１が支持される回転中心軸近傍から環状スリット１６までの距離を遠ざけることによって、スリットに負荷される曲げ応力が軽減され、強度の確保が容易となる。
また、環状スリット１６がチップ１２により接近して騒音低減効果が向上すると、所望の騒音低減効果を得るのに台金１１に形成しなければならないスリットのトータルの長さが短縮されることから、レーザ加工に必要な時間が減少し、生産性が向上しコストも低廉にすることができる。

次に、本発明を適用した刈刃及び刈払機の実施例２について説明する。
以下説明する各実施例においては、従前の実施例と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
実施例２の刈払機は、実施例１の刈払機１の刈刃１０に変えて、以下説明する刈刃６０を備えている。
図３は、刈刃６０を回転軸方向から見た平面図である。
刈刃６０は、実施例１の刈刃１０における窓穴１５のうち、最も台金１１の外径側に設けられていた窓穴１５ｆを形成していないものである。
すなわち、実施例２においては、環状スリット１６の内側には窓穴は設けられていない。
以上説明した実施例２においても、刈刃の重量はやや増大するものの、それ以外の点については実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明を適用した刈刃及び刈払機の実施例３について説明する。
実施例３の刈払機は、実施例２の刈払機１の刈刃６０に変えて、以下説明する刈刃７０を備えている。
図４は、刈刃７０を回転軸方向から見た平面図である。
図５は、図４のＶ部拡大図である。

実施例３の刈刃７０は、実施例２の環状スリット１６に代えて、以下説明する円弧スリット７１を設けたものである。
図５に示すように、円弧スリット７１は、平面形が円弧状の曲線として形成された歯底１４とほぼ同心の円弧状に形成され、歯底１４のＲにほぼ沿わせて配置されている。円弧スリット７１は、実施例３における例えば３６個全ての歯底１４にそれぞれ設けられている。なお、円弧スリット７１も環状スリット１６と同様に、実際には連続して形成されるが、破線にて図示している。
円弧スリット７１は、実施例１、２の環状スリット１６と同様に、レーザ加工によって非貫通溝として形成され、粘弾性を有する材料を充填されている。
歯室１３の歯底１４付近は、チップ１２の近傍では比較的負荷される曲げ応力が小さい部位である。したがって、以上説明した実施例３によれば、歯底１４の曲線にほぼ沿った円弧状の円弧スリット７１を形成することによって、起震源であるチップ１２と円弧スリット７１との距離を小さくして騒音低減効果を向上することができる。また、以上説明した実施例３によれば、円弧スリット７１に大きな曲げ応力が作用しにくいことから強度の確保が容易となる。

次に、本発明を適用した刈刃及び刈払機の実施例４について説明する。
実施例４の刈払機は、実施例１の刈払機１の刈刃１０に変えて、以下説明する刈刃８０を備えている。
図６は、刈刃８０を回転軸方向から見た平面図である。
実施例４の刈刃８０は、実施例１の刈刃１０における窓穴１５及び環状スリット１６に代えて、以下説明する窓穴８１と、この窓穴８１を包囲する環状スリット８２とを備えている。

窓穴８１は、台金１１の径方向における中間部分に配置されている。窓穴８１は、主要部が台金１１の径方向とほぼ直交する直線状の貫通長穴として形成され、その両端部近傍は径方向内側に屈曲して形成されている。また、窓穴８１の両端は、円弧状に丸みをつけて形成されている。
環状スリット８２は、窓穴８１の内周縁部とほぼ相似形であって窓穴８１よりも大きい形状及びサイズに形成されている。窓穴８１は、環状スリット８２の内部に配置されている。また、窓穴８１の内周縁部と、環状スリット８２の隣接する部分との間隔は、全周にわたってほぼ同じとなるように配置されている。
窓穴８１及び環状スリット８２は、例えば４つが台金１１の中心角９０°間隔で設けられている。
以上説明した実施例４においても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明を適用した刈刃及び刈払機の実施例５について説明する。
実施例５の刈払機は、実施例１の刈払機１の刈刃１０に変えて、以下説明する刈刃９０を備えている。
図７は、刈刃９０を回転軸方向から見た平面図である。
実施例５の刈刃９０は、実施例１の刈刃１０における窓穴１５及び環状スリット１６に代えて、以下説明する窓穴群９１と、この窓穴群９１を包囲する環状スリット９２とを備えている。

窓穴群９１は、台金１１の内径側から外径側へ順次配列された窓穴９１ａ，９１ｂ，９１ｃを有する。窓穴９１ａ，９１ｂ，９１ｃは、それぞれほぼ矩形に形成され、そのコーナ部にはＲが付けられている。また、窓穴９１ａ，９１ｂ，９１ｃのサイズは、この順序に応じて順次大きくなるように設定されている。
窓穴９１ａ，９１ｂ，９１ｃは、台金１１の径線に対して傾斜した直線に沿って配列されている。
環状スリット９２は、窓穴群９１の窓穴９１ａ，９１ｂ，９１ｃを包囲するように形成されている。環状スリット９２は、窓穴９１ａの台金１１内径側の辺に隣接する上底、及び、窓穴９１ｃの台金１１外径側の辺に隣接する下底を有するほぼ台形状に形成されている。
これらの窓穴群９１及び環状スリット９２は、例えば３組が台金１１の中心角１２０°間隔で配列されている。
以上説明した実施例５においても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）上述した各実施例の刈払機は例えば電動式のものであるが、本発明は内燃エンジンを動力源とする刈払機にも適用することができる。また、電動式のものにおいて、モータ部を刈刃ホルダ部に設けたダイレクトドライブ式のものにも適用可能である。
（２）スリットの形状や個数は上述した各実施例の構成に限定されず、適宜変更することができる。例えば、実施例１のように貫通穴の周囲に環状スリットを設ける構成において、周方向における全ての貫通穴に環状スリットを設けるのではなく、一部の貫通穴に環状スリットを設ける構成としてもよい。また、実施例３のように歯底に円弧状スリットを設ける構成において、一部の歯底にスリットを設ける構成としてもよい。また、環状スリットの形状も特に限定されない。

本発明を適用した刈刃を有する刈払機の実施例１の外観斜視図である。 図１の刈払機に用いられる刈刃の平面図である。 本発明を適用した刈刃の実施例２の平面図である。 本発明を適用した刈刃の実施例３の平面図である。 図４のＶ部拡大図である。 本発明を適用した刈刃の実施例４の平面図である。 本発明を適用した刈刃の実施例５の平面図である。

符号の説明

１ 刈払機
１０ 刈刃（実施例１）
１１ 台金 １１ａ 取付穴
１２ チップ １３ 歯室
１４ 歯底 １５（１５ａ〜１５ｆ） 窓穴
１６ 環状スリット
２０ 動力部 ２１ モータ部
２２ バッテリ部 ３０ 操作アーム
３１ 刈刃ホルダ ３２ ブレードカバー
４０ ハンドル部 ４１ ハンドルバー
４２ 操作ハンドル ５０ 肩掛けバンド
Ｓ 回転軸
６０ 刈刃（実施例２）
７０ 刈刃（実施例３） ７１ 円弧スリット
８０ 刈刃（実施例４）
８１ 窓穴 ８２ 環状スリット
９０ 刈刃（実施例５）
９１ 窓穴群 ９１ａ〜９１ｃ 窓穴
９２ 環状スリット

Claims (5)

1. 円盤状に形成された台金、及び、前記台金の外周縁部に設けられた複数のチップを有し、刈払機に装着される刈刃であって、
   前記台金の少なくとも一方の面部に、樹脂材料が充填される環状のスリットを形成したこと
   を特徴とする刈刃。
2. 前記台金には複数の貫通穴が形成され、
   前記環状のスリットは、前記貫通穴の少なくとも１つを包囲するように配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の刈刃。
3. 前記台金は、刈刃の回転中心軸からの距離がそれぞれ異なる複数群の前記貫通穴を有し、
   前記環状のスリットは、前記回転中心軸からの距離が最も大きい群の前記貫通穴の周囲に形成されること
   を特徴とする請求項２に記載の刈刃。
4. 円盤状に形成された台金、及び、前記台金の外周縁部に設けられた複数のチップを有し、刈払機に装着される刈刃であって、
   前記台金の外周縁部は、隣接する前記チップの間の領域を内径側に凹ませて形成された歯室を有し、
   前記台金の少なくとも一方の面部に、前記歯室の歯底の曲線にほぼ沿った円弧状に形成され、樹脂材料が充填されるスリットを形成したこと
   を特徴とする刈刃。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の刈刃と、
   前記刈刃を回転駆動する動力部と、
   一方の端部に前記刈刃が装着される操作アームと、
   前記操作アームに設けられ操作者に保持されるハンドル部と、
   前記動力部の出力操作を行う操作部と
   を有する刈払機。

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