JP5210487B2 - 手で操縦される作業機のグリップおよびこの種のグリップを備えた作業機 - Google Patents

Description

本発明は、繊維補強したプラスチックを含んでいるラミネートから製造されるグリップパイプを備えたパワーチェーンソー等の手で操縦される作業機のグリップおよびこの種のグリップを備えた作業機に関するものである。

パワーチェーンソー、刈払い機等の手で操縦される作業機の作動時には、駆動原動機または駆動される切断工具の回転により励起される機械的振動が発生する。作業機はグリップで保持され、作動中グリップで操縦される。作業機の本体は、弾性変形可能なグリップとともに、駆動原動機または切断工具の励起振動により励起される振動系を形成する。励起された振動は操作者がグリップを把持して操縦している手に振動として知覚される。過度の振動は操作者を早期に疲労させ、或いは不満足な作業結果になることもある。

グリップと作業機のケーシングとを防振結合させる防振処置は多くの実施態様のものが知られている。防振処置はグリップで知覚される振動を緩衝もしくは低減させるためのものである。特許文献１からは、手で操縦される茶摘み機のグリップが知られており、グリップはＵ字状の形状を有している。Ｕ字状のグリップの２つの自由脚部は炭素繊維管により形成され、これら炭素繊維管は湾曲したアルミニウム管により互いに結合されている。発生する振動を緩衝させるため、湾曲したアルミニウム管は防振チューブで被覆されている。

特開平９−０３７６３５号公報

本発明の課題は、手で操縦される作業機のグリップにおいて、作業機の作動時に低レベルの振動がグリップに発生するように改良することである。さらに本発明の課題は、グリップでの作動振動が少ない作業機を提供することである。

この課題は、請求項１によれば、繊維補強したプラスチックを含んでいるラミネートから製造されるグリップパイプを備えた、駆動原動機を有する手で操縦される作業機のグリップであって、駆動原動機および／または該駆動原動機により駆動される作業機の切断工具によってグリップパイプに振動が励起したときに、振動波腹と振動波節とを有する動力学的変形線が発生し、振動波腹においては振動波節に比べてより高い変形エネルギーが形成される、前記グリップにおいて、グリップパイプは、振動波腹が作用して動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位において、局部的に配置したラミネート構造部により補強されていることによって解決される。

また、作業機に関する前記課題は、請求項１２により解決される。

本発明は、繊維補強したプラスチックを含んでいるラミネートから製造されるグリップパイプを備えた、手で操縦される作業機のグリップにおいて、グリップパイプが、振動波腹が作用して動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位において、局部的に配置したラミネート構造部により補強されていることを提案するものである。振動が励起すると、グリップパイプには、振動波腹と振動波節とを備えた動力学的的変形線が発生する。振動波腹が作用する領域には、振動波節が作用する領域に比べて、曲げ変形と横力変形とねじり変形とにより増大したグリップ形状変形エネルギーが形成される。振動波腹が作用するこれらの領域に、局部的に配置したラミネート構造部を配置すると、まさにこれら領域で所望の補強が得られ、他方グリップ形状変形エネルギーの小さな領域には、補助ラミネート層の補助体を設ける必要はない。所望の補強は固有振動数を高め、この場合グリップ形状変形エネルギーの小さな領域には補助ラミネート層を設ける必要がないので、振動系の固有振動数の点でさらに効果が高められる。グリップを備えた作業機から成っている振動系は全体的に剛性が大きく軽量であり、その結果固有振動数は高い。固有振動数は、作業機の作動時における主励起振動数からかけ離れているように合目的に設定することができる。駆動原動機および／または切断工具による振動励起のためにグリップに動力学的な反りが生じないように、或いは生じてもわずかな反りであるように振動系の合目的な離調が可能である。グリップの振動レベルは小さい。

グリップパイプの補強は、グリップを備えた作業機から発生する振動系の固有振動数が種々の作動条件の下での作業機の励起振動数範囲外にあり、特に作業機の駆動原動機の作動回転数よりも上にあるように実施するのが有利である。たとえば完全負荷条件のもとで作業機が作動している間、グリップでの共振は確実に回避されている。

グリップパイプのラミネートがベースラミネートを有し、ベースラミネートが前記振動波腹が作用して動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位において特に外面を補助ラミネートによって膨出処理されているのが有利である。重量の増大をわずかにして断面二次モーメントを著しく増大させることが可能である。対応的に、振動系の固有振動数が増大することですべての空間方向において際立った補強作用が得られる。

合目的な他の構成では、補助ラミネートは、グリップパイプの横断面軸線を中心にして作用する曲げモーメントによって増大した動力学的曲げ荷重の作用方向でのグリップパイプの剛性が当該作用方向に対し交差する方向での剛性よりも大きくなるように、グリップパイプの周方向に配分して設けられている。増大した動力学的ねじり荷重の部位においては、繊維角がグリップパイプのパイプ軸線に対し±４５゜であるのが有利である。曲げ剛性の増大は、たとえば一方向に（縦方向に）延びる繊維を含んだラミネート層を目的に応じて挿入することにより得ることができ、他方横力および／またはねじれの形態の剪断変形の増大は±４５゜にある繊維により効果的に吸収することができる。ラミネートのわずかな横断面積で適宜大きな剛性を得ることができ、この大きな剛性は、ラミネートが軽量であることと関連して、振動系の固有振動数を所望どおりに高める。

有利な実施形態では、グリップパイプは湾曲した複数の湾曲部分と固定部分とを有し、湾曲部分と固定部分とは適当な補強要素により補強されている。これらの部分は大きな動力学的曲げ荷重、横力荷重、ねじり荷重にさらされ、目的に応じて補強することにより振動系の固有振動数を上昇させることができることが明になった。グリップパイプの他の領域は補強しないままでよい。この他の領域には横断面の膨出部を設ける必要がないのと同様に補助体を設ける必要もない。この補強しないままになっている領域においてグリップパイプはその人間工学的に好ましい基本横断面を維持することができる。特に、固定部分の補強部は該固定部分を越えてグリップパイプの更なる延在方向へ案内されている。この有利な実施態様は、固定部分の直接の領域はねじ止め力等により高荷重を受け、これに隣接している領域は曲げ荷重、横力荷重、ねじり荷重を受けることを考慮したものである。これに対応して荷重増大領域は目的に応じて補強されている。

他の有利な構成では、ラミネートは炭素繊維を含み、特に炭素繊維のみを含むプラスチックから構成されている。これにより対応的に高い固有振動数を伴って剛性と重量との好ましい比率が得られる。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１は手で操縦される作業機１１（たとえばパワーチェーンソー）の斜視図である。作業機１１は原動機ケーシング１４を有し、原動機ケーシング１４内には駆動原動機１２（詳細には図示せず）が配置されている。原動機ケーシング１４からは、駆動原動機１２により駆動される切断チェーン１７を周回案内させる案内板１６が突出している。案内板１６とは反対側の原動機ケーシング１４の後部領域には後部グリップ１５が配置されている。前部グリップ１０はグリップパイプ１を有し、グリップパイプ１は重心付近で原動機ケーシング１４を取り囲んでいる。グリップパイプ１は原動機ケーシング１４の片側側面と作業機１１の下面領域とに設けた２つの固定部分９を有し、これら固定部分９でグリップパイプ１がねじ１３により原動機ケーシング１４に固定されている。

図２は図１のグリップパイプ１の詳細側面図である。グリップパイプ１は把持領域をグリップチューブ１８で被覆されている。作動中にグリップパイプ１が把持されるのは作業機１１の重心付近のグリップチューブ１８の領域で（図１を参照）、駆動原動機１２および／または切断チェーン１７（図１）による振動励起によりグリップパイプ１は動力学的に振動変形する。グリップパイプ１の振動変形の第１の基本形状を図２において破線２３で示した。この場合、グリップパイプ１は振動により動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている種々の部位３を有している。このような部位３は際立って湾曲している湾曲部分８と、グリップパイプ２のねじ１３による固定部分９の領域とにある。

図３は図２のグリップパイプ１の前面図であり、グリップパイプ１は振動により動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位３においてそれぞれ局部的に配置したラミネート（積層）構造部４により補強されている。これらの部位３は２つの固定部分９およびそれに境を接している領域と際立って湾曲した２つの湾曲部分８とによって形成されている。固定部分９は組み立て状態で原動機ケーシング１４（図１）に当接する当接面１９を備えた領域にわたって延在している。

補強したラミネート構造部４は固定部分９を越えてグリップパイプ１の更なる延在方向へ案内されており、その際下部固定部分９の補強部とこれに境を接している湾曲部分８の補強部とは互いに移行しあっている。

グリップパイプ１は、振動により動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位３において、局部的に配置したラミネート構造部４により局部的に補強されているのに対し、グリップパイプ１の残りの領域は補強していないグリップパイプ１により形成されている。

図４は図３のグリップパイプ１の概略横断面図であり、グリップパイプ１はその非補強部分（図３を参照）においてベースラミネート５から成っている。嵌合させたラミネート構造部４の領域には、ベースラミネート５の外面に補助ラミネート６が被着されている。補助ラミネート６は、図示した実施形態では、１つのカバー層２１と、横断面軸線ｘに関して互いに対向している２つの一方向層２０とから構成されている。ベースラミネート５と補助ラミネート６とはラミネート２を形成している。ラミネート２は繊維補強したプラスチックから製造されており、図示した実施形態では、繊維補強したプラスチックは炭素繊維のみを含んでいる。ガラス繊維および／またはアラミド繊維のような他の繊維材を含んだ混合ラミネートまたは同種ラミネートを設けてもよい。

カバー層２１はグリップパイプ１またはベースラミネート５の周囲に分配された膨出部を形成しており、これによりグリップパイプ１はパイプ軸線７のまわりでのねじり剛性が増大するとともに、横断面軸線ｘおよびこれに対し交差する軸線のまわりでの曲げ剛性が増大する。一方向層２０内部の繊維はパイプ軸線７に平行に延びている。したがってラミネート２の補助ラミネート６は、横断面軸線ｘを中心にして作用する曲げモーメントＭにより増大する動力学的曲げ荷重の作用方向でのグリップパイプ１の剛性がこれに対して交差する方向での剛性よりも大きくなるように、グリップパイプ１の周方向に配分して設けられている。曲げモーメントＭによりラミネート２内に発生する縦方向応力は実質的に一方向層２０により吸収され、他方横断面軸線ｘに対し交差する方向に作用する横力、特に横断面軸線ｘに対し垂直で且つパイプ軸線７に対し垂直な方向に作用する横力Ｑによって発生する剪断応力は主にベースラミネート５とカバー層２１とにより吸収される。

図５は図４のグリップパイプ１の概略部分側面図であり、曲げモーメントＭを吸収するための一方向層２０はパイプ軸線７に対し適当な間隔をもっている。格子状の線２２で示したように、ベースラミネート５とカバー層２１（図４）の繊維はパイプ軸線７に対しほぼ±４５゜の繊維角で配置されている。これにより、増大した動力学的ねじりモーメントＴのために増大するねじり荷重を効果的に吸収することができる。繊維層は主応力が定方位性を持つように方向づけられているのが合目的である。この場合、増大した動力学的横力Ｑの結果生じる剪断荷重はベースラミネート５とカバー層２１（図４）とを備えたラミネート二重構造部４により吸収される。この場合も繊維角はパイプ軸線に対し±４５゜であるのが有利である。

図１ないし図５に図示したグリップパイプ１の補強は、グリップ１０（図１）を備えた作業機１１から生じる振動系の固有振動数がたとえばほぼ２３０Ｈｚであるように実施されている。図１の駆動原動機１２の完全負荷時および切断チェーン１７を切断物に入れたときの作動回転数はほぼ２００Ｈｚの励起振動数に相当しており、ほぼ２３０Ｈｚの振動系の固有振動数は駆動原動機１２の作動回転数または励起振動数よりも高い。

グリップを備えたパワーチェーンソーを例にした、手で操縦される作業機の概観斜視図である。 動力学的作動荷重を受けている図１のグリップパイプの側面図である。 補助ラミネートを局部的に装着した図２のグリップパイプの前面図である。 図２および図３のグリップパイプの補助ラミネート領域における概略横断面図である。 ラミネート繊維が斜めに延びていることを示す図４の構成の側面図である。

符号の説明

１ グリップパイプ
２ ラミネート
３ 動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位
４ ラミネート構造部
５ ベースラミネート
６ 補助ラミネート
７ パイプ軸線
８ 湾曲部分
９ 固定部分
１１ パワーチェーンソー（作業機）
２０ 一方向層
ｘ 横断面軸線

Claims (14)

1. 繊維補強したプラスチックを含んでいるラミネート（２）から製造されるグリップパイプ（１）を備えた、駆動原動機（１２）を有する手で操縦される作業機のグリップであって、駆動原動機（１２）および／または該駆動原動機により駆動される作業機の切断工具によってグリップパイプ（１）に振動が励起したときに、振動波腹と振動波節とを有する動力学的変形線が発生し、振動波腹においては振動波節に比べてより高い変形エネルギーが形成される、前記グリップにおいて、
   グリップパイプ（１）は、振動波腹が作用して動力学的なグリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位（３）において、局部的に配置したラミネート構造部（４）により補強されていることを特徴とするグリップ。
2. グリップパイプ（１）のラミネート（２）がベースラミネート（５）を有し、ベースラミネート（５）は前記グリップ形状変形エネルギーが高くなっている部位（３）において補助ラミネート（６）によって膨出処理されていることを特徴とする、請求項１に記載のグリップ。
3. 補助ラミネート（６）がベースラミネート（５）の外面に被着されていることを特徴とする、請求項２に記載のグリップ。
4. 補助ラミネート（６）は、グリップパイプ（１）の横断面軸線（ｘ）を中心にして作用する曲げモーメント（Ｍ）によって増大した動力学的曲げ荷重の作用方向でのグリップパイプ（１）の剛性が当該作用方向に対し交差する方向での剛性よりも大きくなるように、グリップパイプ（１）の周方向に配分して設けられていることを特徴とする、請求項２または３に記載のグリップ。
5. 増大した動力学的ねじり荷重の部位における繊維角がグリップパイプ（１）のパイプ軸線（７）に対し±４５゜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グリップ。
6. グリップパイプ（１）が湾曲した複数の湾曲部分（８）を有し、これら湾曲部分（８）のうち少なくとも１つの湾曲部分（８）が局部的に配置したラミネート構造部（４）により補強されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載のグリップ。
7. グリップパイプ（１）が局部的に配置したラミネート構造部（４）により補強されている固定部分（９）を有し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グリップ。
8. 補強部が固定部分（９）を越えてグリップパイプ（１）の更なる延在方向へ案内されていることを特徴とする、請求項７に記載のグリップ。
9. ラミネート（２）が炭素繊維を含んで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グリップ。
10. ラミネート（２）が炭素繊維のみで構成されていることを特徴とする、請求項９に記載のハンドグリップ。
11. 作業機（１１）がパワーチェーンソーであり、切断工具が切断チェーン（１７）であることを特徴とする、請求項１に記載のハンドグリップ。
12. 請求項１から１１までのいずれか一つに記載のグリップ（１０）を備えた作業機。
13. グリップ（１０）を備えた作業機（１１）から発生する振動系の固有振動数が種々の作動条件の下での作業機（１１）の励起振動数範囲外に離調していることを特徴とする、請求項１２に記載の作業機。
14. グリップ（１０）を備えた作業機（１１）から発生する振動系の固有振動数が作業機（１１）の駆動原動機（１２）の作動回転数よりも上にあることを特徴とする、請求項１２に記載の作業機。

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