JP5740917B2 - 刈払機 - Google Patents

Description

本発明は，主に刈払機の振動及び騒音の低減に関するものである。

従来、平地、傾斜地、山地などで草刈を行うため、エンジンを駆動源とするエンジン刈払機が使用されている。エンジン刈払機は、ギヤを収納するギヤケースを長尺の操作棹の一端に固定し、ギヤケースに収容された回転軸の下端に草や枝を刈り込むための刈刃或いはナイロンコードを取り付け、燃料タンクと一体化されたエンジンハウジングを操作棹の他端に取り付けて構成される。エンジンの出力を、操作棹内部に配置された駆動軸及びギヤケースに収納されたギヤを介して従動軸に伝達し、従動軸に取り付けられた刈刃或いはナイロンコードを回転駆動させることで草刈作業を行う。

エンジンは燃焼により回転トルクを発生させ、刈刃の回転を加速させるが、エンジン内ではシリンダとピストンリングによる摺動抵抗、或いは、燃料をピストンによって圧縮する際のポンピングロス等により減速する傾向があり、回転数が一定とはならないのが一般的である。

一方、先端に取り付けられた刈刃はある程度の質量があるため、回転すると慣性が生じる。エンジン本体と刈刃との駆動力の伝達には、中実或いは中空の鋼材からなる捩じりばね定数の高い長軸の駆動軸を用いることから、刈刃とエンジンに回転変動が生じ、駆動軸に捩じり振動が発生することにより操作棹が加振され、ハンドルが振動する。

上述から、先端側に配設されたギヤの噛み合い精度や、回転変動にともなうチャタリング等によるギヤ音が発生しやすく、これらの振動や騒音は作業者に不快感を与えるものである。

これらの問題に対し、ギヤ音を低減するため、ギヤの内径部に動力伝達可能な弾性材を配設する構成が考案され，特許文献１に開示されている。

特開２０１０−１４８４８４号公報

しかしながら、上記に記載の従来の刈払機においては、回転力の伝達に弾性体を介することで、軸とギヤの組み付けが複雑となり、コストが増加する恐れがあった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたもので，その目的とする処は，簡便且つ安価な構成にて振動、騒音を低減することができる刈払機を提供することである。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。

本発明の一つの特徴によれば、駆動源と、駆動源が一端に連結された操作棹に挿通され、駆動源の動力を伝達する駆動軸と、駆動軸に設けられた駆動歯車と、駆動歯車と噛合可能な従動歯車と、従動歯車が設けられ、操作棹の他端に連結されたギヤケースに回転可能に支承される従動軸と、従動軸と一体に回転するよう取付可能な回転工具と、を備えた刈払機において、従動歯車は、従動軸の軸方向に移動可能に設けられ、従動歯車の駆動歯車の歯面から離れる側には弾性部材が配設されると共に、従動歯車の歯面から離れる方向への移動量を規定する位置決め手段を備え、位置決め手段により規定された移動量が駆動歯車と従動歯車との噛み合いが維持される範囲とされて構成される。

本発明の他の特徴によれば、駆動源と、駆動源が一端に連結された操作棹に挿通され、駆動源の動力を伝達する駆動軸と、駆動軸に設けられた駆動歯車と、駆動歯車と噛合可能な従動歯車と、従動歯車が設けられ、操作棹の他端に連結されたギヤケースに回転可能に支承される従動軸と、従動軸と一体に回転するよう取付可能な回転工具と、を備えた刈払機において、駆動歯車は、駆動軸の軸方向に移動可能に設けられ、駆動歯車の前記従動歯車の歯面から離れる側には弾性部材が配設されると共に、駆動歯車の歯面から離れる方向への移動量を規定する位置決め手段を備え、位置決め手段により規定された移動量が駆動歯車と従動歯車との噛み合いが維持される範囲とされて構成される。

請求項１及び請求項１０記載の刈払機によれば、刈刃とエンジンに回転変動が生じ、駆動軸に発生する捩じり振動を弾性部材により低減することが可能となる。すなわち、駆動歯車と従動歯車の噛み合いにより、駆動歯車と従動歯車が離れる方向に荷重が発生するが、歯車を軸方向に移動させ、弾性部材によりばね定数を下げることで、捩れ振動の固有振動数が下がり、固有振動数を実用回転数から遠ざけることで振動低減が可能となる。また、弾性部材の内部減衰により振動低減が可能である。

さらに、回転変動にともなうチャタリング等による衝撃を緩衝し、ギヤ音を低減することが可能となる。

また、位置決め手段によりバックラッシの過少や歯車の移動過大を抑制することができるため適正な噛み合い状態が得られ、異音や異常磨耗を抑制することが可能となる。

請求項２記載の刈払機によれば、弾性部材を実装し易く且つ効果的な構成とすることが可能となる。

請求項３記載の刈払機によれば、弾性部材をゴム材とすることにより、剛性を下げるだけでなく、減衰を付与することができ、回転数と固有振動数が近い場合であっても振動低減効果を得ることが可能となる。

請求項４記載の刈払機によれば、切欠部に潤滑材を保持することができるため、歯車の軸方向の移動をスムーズにすることが可能となる。

請求項５記載の刈払機によれば、弾性部材の剛性をより低くすることが可能となる。

請求項６記載の刈払機によれば、弾性部材は前記駆動歯車或いは前記従動歯車とともに回転するが、側壁部を有するため遠心力による弾性部材の過大な変形を抑制することが可能となる。

請求項７記載の刈払機によれば、位置決め手段によりバックラッシの過少や歯車の移動過大を抑制することができるため適正な噛み合い状態が得られ、異音や異常磨耗を抑制することが可能となる。

請求項８及び請求項９記載の刈払機によれば、簡単な構成にて歯車を軸方向に移動可能とし、且つ、駆動源の回転駆動力を確実に切断工具に伝達することが可能となる。

本発明の上記及び他の目的ならびに新規な特徴は、以下の明細書の記載及び図面から明らかになるであろう。

本発明に係る刈払機の外観図 本発明の第１の実施形態に係る刈払機のギヤケース付近の断面図。 本発明の第１の実施形態に係る刈払機のギヤケース付近の断面図。 本発明の第２の実施形態に係る刈払機のギヤケース付近の断面図。 本発明の第２の実施形態に係る刈払機の弾性部材の斜視図。 本発明の第３の実施形態に係る刈払機のギヤケース付近の断面図。 本発明の第３の実施形態に係る刈払機の弾性部材付近の断面図。 本発明の第４の実施形態に係る刈払機の弾性部材付近の断面図。 本発明の第５の実施形態に係る刈払機の弾性部材の斜視図。 本発明の第６の実施形態に係る刈払機のギヤケース付近の断面図。

本発明を適用した刈払機の実施形態について図１から図５に基づき説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図１は本発明を適用したエンジン刈払機１の外観図である。エンジン２は筒状の操作棹３の一端に取り付けられ、操作棹３の他端にはギヤケース４が固定されるとともに、操作棹３の中間付近には、作業者がエンジン刈払機１を保持するためのハンドル５が固定されている。切断工具である刈刃６はギヤケース４に収納された歯車装置を介して回転可能に取り付けられている。

図２及び図３は本発明の第１の実施形態のギヤケース４付近の断面図であり、図３は本発明の動作状態を示す。尚、ここでは動作を分かり易くするため、歯車の移動量を誇張して表示してある。ギヤケース４に収納された歯車装置は、駆動歯車８、従動歯車９、従動軸１０、キー１１で構成される。駆動軸７は両端がスプライン等の回転伝達可能な形状で構成され、操作棹３の内部に回転可能に支持されている。駆動軸７の一端は、エンジン２の図示しない出力軸に接続され、他端は駆動歯車８に接続されている。駆動歯車８はギヤケース４に回転可能に支持され、従動歯車９と噛合っている。

従動歯車９は、従動軸１０に軸方向に移動可能に支持され、回転伝達手段であるキー１１は従動歯車９の内径部及び従動軸１０の外径部に形成されたキー溝に係合している。従動歯車９には、駆動歯車８と噛合う歯面と反対の軸方向に延びる突出部９ａと、駆動歯車８と噛合う歯面側に形成された平坦面９ｂを備えている。また、従動軸１０には大径部１０ａが形成されている。ギヤケース４は筒状の内部空間を有し、従動歯車が軸方向に移動したときに従動歯車の外周部がギヤケース４の内壁と接触しないだけの十分な空間からなる空隙部１４を画成している。

弾性部材１３はリング状に形成されたゴム材であり、ベアリングの内輪に接したワッシャ１２と従動歯車９に挟まれる位置に配置されている。従動軸１０はギヤケース４に回転可能に支持され、従動軸１０の図中下側には刈刃６が固定されている。ここで、突出部９ａとワッシャ１２、及び平坦面９ｂと大径部１０ａとによって従動歯車９の軸方向の移動量を制限する位置決め手段が構成されている。

通常時の噛合状態において、従動歯車９は弾性部材１３により付勢されているが、平坦面９ｂと大径部１０ａとで位置決めされることで、従動歯車９と駆動歯車８の歯面間に適度なバックラッシが生じるように構成されており、これにより歯面の摩耗や寿命の低下を抑制することができる。

次に、本発明の第１の実施形態の動作について説明する。作業者はエンジン２を始動した後ハンドル５を把持し、ハンドル３に設けられた図示しないスロットルレバーを操作することによりエンジン２の回転数を上昇させる。回転駆動力は、エンジン２の回転数が所定の回転数を超えるとエンジン２に設けた図示しないクラッチの動作により図示しない出力軸に伝達され、駆動軸７、歯車装置を経由して刈刃に伝達される。これにより刈刃が回転し、切断作業を行うことができる。

駆動歯車８と従動歯車９の噛み合いにより、駆動歯車８と従動歯車９が離れる方向に荷重が発生するが、本構成によれば、歯車に生じる荷重が小さい場合は、従動歯車９は弾性部材１３により駆動軸大径部１０ａに付勢され、適正なバックラッシを確保して駆動歯車８と噛合っている。荷重が大きくなると、弾性部材１３が圧縮され、従動歯車９が軸方向に移動することにより、エンジン２から刈刃６までの回転伝達経路における捩り振動の固有振動数の低下及び弾性部材１３の内部減衰の効果により振動を低下するとともに、ギヤ音を低減することが可能となる。

一方、歯車に生じる荷重が大きい場合は、図３に示すように、従動歯車突出部９ａがワッシャ１２と接触し、過大な移動による噛み合い異常や弾性部材の寿命の低下を抑制することが可能となる。ここで、弾性部材１３は種々のゴム材や樹脂材など、本発明の趣旨に合う各種材料を用いることができる。

本実施形態によれば、エンジン２と、エンジン２が一端に連結された操作棹３に挿通され、エンジン２の動力を伝達する駆動軸７と、駆動軸７に設けられた駆動歯車８と、駆動歯車８と噛合可能な従動歯車９と、従動歯車９が設けられ、操作棹３の他端に連結されたギヤケース４に回転可能に支承される従動軸１０と、従動軸１０と一体に回転するよう取付可能な刈刃６と、を備えた刈払機１において、従動歯車９は、従動軸１０の軸方向に移動可能に設けられ、従動歯車９の駆動歯車８の歯面から離れる側には弾性部材が配設されると共に、従動歯車９の歯面から離れる方向への移動量を規定する位置決め手段を備えたことにより、刈刃６とエンジン２に回転変動が生じ、駆動軸７に発生する捩じり振動を弾性部材１３により低減することが可能となる。すなわち、駆動歯車８と従動歯車９の噛み合いにより、駆動歯車８と従動歯車９が離れる方向に荷重が発生するが、従動歯車９を軸方向に移動させ、弾性部材１３によりばね定数を下げることで、捩れ振動の固有振動数が下がり、固有振動数を実用回転数から遠ざけることで振動低減が可能となる。また、弾性部材の内部減衰により振動低減が可能である。さらに、回転変動にともなうチャタリング等による衝撃を緩衝し、ギヤ音を低減することが可能となる。また、位置決め手段によりバックラッシの過少や歯車の移動過大を抑制することができるため適正な噛み合い状態が得られ、異音や異常磨耗を抑制することが可能となる。

また、弾性部材１３は、駆動歯車８と従動歯車９とを近づける方向に復元力を発生させるように配設されていることにより、弾性部材１３を実装し易く且つ効果的な構成とすることが可能となる。

また、弾性部材１３は管状に形成されたゴム材あるいは樹脂材であることにより、剛性を下げるだけでなく、減衰を付与することができ、回転数と固有振動数が近い場合であっても振動低減効果を得ることが可能となる。

また、従動歯車９は、駆動歯車８の歯面に近づく方向への移動量を規定する第２の位置決め手段を備えているため、位置決め手段によりバックラッシの過少や歯車の移動過大を抑制することができるため適正な噛み合い状態が得られ、異音や異常磨耗を抑制することが可能となる。

また、回転伝達手段は、従動軸１０の外周及び従動歯車９の内周にキー溝を設け、キー溝に係合するキー１１を配置して構成されることにより、簡単な構成にて歯車を軸方向に移動可能とし、且つ、駆動源の回転駆動力を確実に切断工具に伝達することが可能となる。

図４は本発明の第２の実施形態のギヤケース４付近の断面図である。第２の実施形態においては弾性部材として図５に示すようなウェーブワッシャ１４を配置している。第２の実施形態においては、ウェーブワッシャ１４のばね定数を適切に設計することで、固有振動数をエンジンの使用回転数より低く設定し振動を低減することが可能となる。ここで、ウェーブワッシャ１４に代わって皿ばねやコイルばねなど他の弾性部材を使用しても良い。

図６は本発明の第３の実施形態のギヤケース４付近の断面図、図７は図６中のＡ−Ａ断面図である。第３実施の形態においては弾性部材の内径部に溝状の切欠部２１３aを設けている。これにより、切欠部２１３aに潤滑材を保持できるため、従動歯車２０９の移動をスムーズにすることが可能となる。本実施形態においては、溝状の切欠部としたが、ディンプル状など他の形状としても同様の効果を得ることができる。

さらに、弾性部材２１３の径方向に従動歯車２０９の側壁部２０９ｃを設けている。弾性部材２１３は従動歯車２０９とともに回転するため遠心力により変形するが、側壁部２０９ｃがストッパとなり過大な変形を抑制することが可能となる。本実施の形態では従動歯車２０９に側壁部２０９ｃを設けたが、従動歯車２０９とベアリング１５の間に配設したワッシャ１２が側壁部を有する形状としてもよい。

本実施形態によれば、弾性部材２１３の内周に一箇所以上の切欠部２１３aを設けたことにより切欠部２１３aに潤滑材を保持することができるため、歯車の軸方向の移動をスムーズにすることが可能となる。

また、従動歯車２０９は、弾性部材２１３の径方向に位置する側壁部２０９ｃを有することにより弾性部材２０９は従動歯車２０９とともに回転するが、側壁部２０９ｃを有するため遠心力による弾性部材２１３の過大な変形を抑制することが可能となる。

また、図８に示す様に弾性部材３１３の外周に切欠部３１３ｂを設ける或いは、図９に示す様に弾性部材４１３の軸方向端面に切欠部４１３aを設けることで弾性部材の剛性を下げることができる。すなわち、耐磨耗性や耐油性などの必要な条件を満たす材料を選択し、形状を変更することで任意の剛性に設計することが可能となる。

本実施形態によれば、弾性部材３１３の外周或いは弾性部材４１３の軸方向端面に一箇所以上の切欠部３１３ｂ、４１３aを設けたことにより、弾性部材３１３、４１３の剛性をより低くすることが可能となる。

従動軸３１０の外周を非円形形状とし、従動歯車３０９の内周を非円形形状と係合する非円形形状としたことにより簡単な構成にて歯車を軸方向に移動可能とし、且つ、駆動源の回転駆動力を確実に切断工具に伝達することが可能となる。

また、上述の実施形態においては、従動歯車側に弾性部材を配置したが、図１０に示すように弾性部材５１３を駆動歯車５０８側に配置する構成としても良い。また、弾性部材の形状や移動量は、発生するトルクや歯車の寸法など製品仕様に応じて任意に変更可能である。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、従動歯車は従動軸に対して移動可能に設けられる構成としたが、従動歯車と従動軸が一体的に設けられ、従動軸ごと移動するようにして衝撃を緩衝するようにしてもよい。

１．刈払機 ２．エンジン ３．操作棹 ４．ギヤケース
５．ハンドル ６．刈刃 ７．駆動軸 ８．駆動歯車
９．従動歯車 ９ａ．突出部 １０．従動軸 １０ａ．大径部
１１．キー １２．ワッシャ １３．弾性部材 １４．ウェーブワッシャ
１５、１６、１７．ベアリング

Claims (10)

1. 駆動源と、前記駆動源が一端に連結された操作棹に挿通され、前記駆動源の動力を伝達する駆動軸と、前記駆動軸に設けられた駆動歯車と、前記駆動歯車と噛合可能な従動歯車と、前記従動歯車が設けられ、前記操作棹の他端に連結されたギヤケースに回転可能に支承される従動軸と、前記従動軸と一体に回転するよう取付可能な回転工具と、を備えた刈払機において、
   前記従動歯車は、前記従動軸の軸方向に移動可能に設けられ、前記従動歯車の前記駆動歯車の歯面から離れる側には弾性部材が配設されると共に、前記従動歯車の歯面から離れる方向への移動量を規定する位置決め手段を備え、前記位置決め手段により規定された移動量が前記駆動歯車と前記従動歯車との噛み合いが維持される範囲とされることを特徴とする刈払機。
2. 前記弾性部材は、前記駆動歯車と前記従動歯車とを近づける方向に復元力を発生させるように配設されたことを特徴とする請求項１に記載の刈払機。
3. 前記弾性部材は管状に形成されたゴム材あるいは樹脂材であること特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の刈払機。
4. 前記弾性部材の内周に一箇所以上の切欠部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の刈払機。
5. 前記弾性部材の外周或いは軸方向端面に一箇所以上の切欠部を設けたことを特徴とする請求項３もしくは請求項４に記載の刈払機。
6. 前記従動歯車は、前記従動軸と位置決めされることで前記弾性部材の径方向に位置する側壁部を有することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の刈払機。
7. 前記従動歯車は、前記駆動歯車の歯面に近づく方向への移動量を規定する第２の位置決め手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の刈払機。
8. 前記回転伝達手段は、前記従動軸の外周及び前記従動歯車の内周にキー溝を設け、前記キー溝に係合するキーを配置して構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の刈払機。
9. 前記従動軸の外周を非円形形状とし、前記従動歯車の内周を前記非円形形状と係合する非円形形状としたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の刈払機。
10. 駆動源と、前記駆動源が一端に連結された操作棹に挿通され、前記駆動源の動力を伝達する駆動軸と、前記駆動軸に設けられた駆動歯車と、前記駆動歯車と噛合可能な従動歯車と、前記従動歯車が設けられ、前記操作棹の他端に連結されたギヤケースに回転可能に支承される従動軸と、前記従動軸と一体に回転するよう取付可能な回転工具と、を備えた刈払機において、
    前記駆動歯車は、前記駆動軸の軸方向に移動可能に設けられ、前記駆動歯車の前記従動歯車の歯面から離れる側には弾性部材が配設されると共に、前記駆動歯車の歯面から離れる方向への移動量を規定する位置決め手段を備え、前記位置決め手段により規定された移動量が前記駆動歯車と前記従動歯車との噛み合いが維持される範囲とされることを特徴とする刈払機。