JP5756697B2 - 振動吸収継手及びそれを備えた刈払機 - Google Patents

Description

本発明は、原動機側の出力軸と負荷側の伝導軸との間に設けられ、伝導軸のねじり振動を吸収させるための振動吸収継手及びそれを備えた刈払機に関する。

原動機の駆動力で細長い軸を回転させて使用する機械、装置等においては、ねじり振動が問題となる。ねじり振動は、原動機の回転の加速・減速時や負荷の変動等により、駆動される軸の一方の端部が他方の端部に比べ回転が遅れることにより生じる。

例えば刈払機では、原動機により伝導軸を回転させ、この回転に伴って刈刃が回転する。伝導軸は、細長い軸であり先端に質量の大きい刈刃が接続されている。このため、原動機の回転は伝導軸の先端側には直ぐには伝達されず、伝導軸の先端側に回転の遅れが生じ、伝導軸にねじり振動が生じる。ねじり振動は、刈刃の負荷が変動した場合や、原動機の回転を加速・減速させた場合にも生じる。

刈払機におけるねじり振動は、操作性悪化や疲労増大を引き起こすだけでなく、振動障害の原因になる可能性もある。このため、防振機構を備えた刈払機が望まれる。特許文献１には、伝導軸のねじり振動を圧縮コイルばねの伸縮運動に変換して吸収する振動吸収継手が開示されている。

特開２００７−６１０３１号公報

特許文献１の振動吸収継手においては、回転運動を直線運動に変換する変換手段が必要になる。特許文献１には変換手段として、三角形状の窓にピンを摺接させる摺接機構や凹部に凸部を嵌合当接させるカム機構が挙げられている。摺接機構では三角形状の窓に沿ってピンが摺動することにより、カム機構では凹部と凸部の嵌合当接状態をずらすことにより、それぞれ回転運動が直線運動に変換される。

しかし、前記の各機構では、変換動作の全体に亘り、窓とピンとの係合、凹部と凸部との係合のそれぞれを滑らかに保つことは困難であり、円滑な動作の実現には不利であった。また前記の摺接機構では、窓とピンとの係合部分の接触面積が小さく、前記のカム機構では可動中に凹部と凸部との係合部分の接触面積が小さくなる。このため、前記の各機構では、係合部分に力が集中し耐久性の面でも不利であった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、ねじり振動を吸収するとともに、円滑な動作及び耐久性の確保に有利な振動吸収継手及びそれを備えた刈払機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の振動吸収継手は、ねじり振動を吸収するための振動吸収継手であって、外周面に雄ねじが形成された回転軸と、内周面に雌ねじが形成された本体と、圧縮コイルばねとを備え、前記回転軸は、前記雄ねじと前記雌ねじとが螺合した状態で前記本体に取り付けられており、前記圧縮コイルばねは、前記回転軸の軸方向の移動により、長さが変化するように、前記本体に取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、回転軸に形成された雄ねじと本体の内周面に形成された雄ねじとが螺合しているので、回転軸の回転により回転軸は軸方向に移動する。一方、圧縮コイルばねは、回転軸の軸方向の移動により長さが変化する。このため、回転軸の回転運動が直線運動に変換されるとともに、圧縮コイルばねが伸縮して、ねじり振動が吸収される。本発明では、回転運動の直線運動への変換を雄ねじと雌ねじとの螺合により実現しているので、回転運動が直接的に直線運動に変換され、動作が円滑になる。また、雄ねじ及び雌ねじは全周が螺合部分になるので、螺合部分に加わる力は分散され耐久性の確保にも有利になる。

前記本発明の振動吸収継手においては、前記圧縮コイルばねと前記雄ねじとの間にフリクションリングが介在しており、前記フリクションリングは、前記雄ねじの端部側に傾斜面が形成されていることが好ましい。この構成によれば、圧縮コイルばねの伸縮時に、雄ねじの端部にフリクションリングの傾斜面からの摩擦力が作用するので、ねじり振動吸収により有利になる。

フリクションリングを備えた構成は、特に圧縮コイルばねが伸びる際のねじり振動吸収に役立つ。圧縮コイルばねが伸びる際は、圧縮コイルばねが伸びる方向と回転軸が移動する方向が同じになるので、圧縮コイルばねによる抵抗力は得られにくい。しかし、圧縮コイルばねが伸びている間においても、前記の通りフリクションリングの傾斜面からの摩擦力が作用し、この摩擦力がねじり振動吸収に寄与する。

また、前記本体内に潤滑材が充填された密閉空間が形成されており、前記密閉空間に前記雄ねじと前記雌ねじとの螺合部分が配置されていることが好ましい。雄ねじと雌ねじとの螺合部分には、全体に亘り潤滑剤を行き渡らせることができ、螺合部分に被覆された潤滑剤は他の部分に飛散しにくい。このため、本発明のように、雄ねじと雌ねじとの螺合により回転運動を直線運動へ変換させる構成は、潤滑剤の使用に適しており、円滑な動作及び耐久性の確保に一層有利になる。

本発明の刈払機は、前記各振動吸収継手を備えているので、円滑な動作及び耐久性が確保された刈払機を実現できる。

本発明によれば、回転軸の回転運動が直線運動に変換されるとともに、圧縮コイルばねが伸縮して、ねじり振動が吸収される。本発明では、回転運動の直線運動への変換を雄ねじと雌ねじとの螺合により実現しているので、動作が円滑になる。また、雄ねじと雌ねじとの螺合部分に加わる力は分散されるので、耐久性の確保にも有利になる。

本発明の一実施形態に係る刈払機の斜視図。 図１のＡ部の内部構造を示す拡大断面図。 本発明の一実施形態に係る振動吸収継手の軸方向における断面図。 本発明の一実施形態に係る振動吸収継手の分解斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動吸収継手の無負荷時を示す拡大断面図。 本発明の一実施形態に係る振動吸収継手の負荷時を示す拡大断面図。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る刈払機１の斜視図を示している。図２は、図１のＡ部の内部構造を示す拡大断面図である。図１において、操作棹２の先端に円板状の刈刃３が取り付けられ、後端に原動機であるエンジン５が取り付けられている。刈刃３の後側には防護カバー４が取り付けられている。操作棹２には、両側にグリップ７を備えたハンドル６が取り付けられている。

図２において、エンジン５の出力軸１０の回転は、振動吸収継手２０を介して伝導軸５０に伝達される。伝導軸５０の回転に伴い、図１の刈刃３が回転し、操作者は一対のグリップ７を掴んだ状態で雑草等の刈払作業を行う。本実施形態に係る刈払機１は、図２に示した振動吸収継手２０を備えたことにより、刈払作業時の振動を抑えて操作性を向上させている。以下、振動吸収継手２０について具体的に説明する。

図２において、出力軸１０の先端側に接続された機構を２点鎖線で簡略化して図示している。出力軸１０の回転は、遠心クラッチ機構により振動吸収継手２０に伝達される。出力軸１０が回転すると、これと一体に冷却ファン１１及びアーム１２が回転する。この回転に伴って、アーム１２の先端のクラッチシュー１３がクラッチドラム１４の内周面に当接する。このことにより、クラッチドラム１４が回転する。

クラッチドラム１４には、ベアリング１５に嵌め込まれた連結筒１６が固定されている。連結筒１６には、振動吸収継手２０の構成部品である回転軸２１が取り付けられている。このことにより、振動吸収継手２０の一端が、遠心クラッチ機構を介して出力軸１０側に接続されている。振動吸収継手２０の他端には伝導軸５０が接続されている。したがって、振動吸収継手２０を介して、出力軸１０側の連結筒１６と伝導軸５０とが接続されている。

振動吸収継手２０の構成部品及び内部構造について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は振動吸収継手２０の軸方向における断面図である。図４は振動吸収継手２０の分解斜視図である。キャップ２７、ホルダ２８及び接続筒２９により、本体３０を形成している。キャップ２７とホルダ２８はねじ部３１で連結され、図４に示した雄ねじ３２と雌ねじ３３とが螺合している。ホルダ２８と接続筒２９は、ねじ部３４で連結され、図４に示した雄ねじ３５と雌ねじ３６とが螺合している。

本体３０には、回転軸２１が組み込まれている。回転軸２１のうち本体３０から延出する部分を延出部２２と呼び、本体３０内に埋設した部分を埋設部２３と呼ぶ。延出部２２には、スプライン外歯２５が形成されている。スプライン外歯２５は、後に説明するように、回転軸２１を図２に示した連結筒１６に取り付けるための歯部である。

回転軸２１は、軸方向の中間部に雄ねじ２４が形成されている。雄ねじ２４は、図３に示したように、ホルダ２８の内周面に形成された雌ねじ３７と螺合している。図３では雄ねじ２４は、右ねじでの例を示している。この構成では、本体２０が軸方向に固定された状態で、回転軸２１を矢印ａ方向に回転させると、回転軸２１は矢印ｂ方向に前進する。

回転軸２１の延出部２２は、ワッシャ４０及びシールリング（Ｏリング）４１を挿通している。回転軸２１の埋設部２３は、雄ねじ２４側から順に、フリクションリング４２、圧縮コイルばね４３、ワッシャ４４及びシールリング（Ｏリング）４５を挿通している。

ワッシャ４０は雄ねじ２４の当接面を構成し、ワッシャ４４は圧縮コイルばね４３の当接面４８及び接続筒２９の当接面４９を構成している。シールリング４１とシールリング４５との間には、密閉空間が形成されている。この密閉空間には、雄ねじ２４と雌ねじ３７との螺合部分を潤滑させるための潤滑剤が充填される。

フリクションリング４２及び圧縮コイルばね４３は、ねじり振動吸収作用を発揮させるための構成部品である。フリクションリング４２には傾斜面４６及び圧縮コイルばね４３の当接面４７が形成されている。傾斜面４６は回転軸２１の雄ねじ２４の端部に当接して、この当接部に摩擦力を付与してねじり振動吸収に寄与する。フリクションリング４２の傾斜角度αは３０〜９０度の範囲内が好ましい。この範囲内であれば、回転軸２１の回転を過度に妨げることなく、摩擦力を付与できる。

この摩擦力は、前記の密閉空間に充填された潤滑剤の性質により変化する。一方、摩擦力の付与作用は、傾斜角度αを小さくすると強まり、傾斜角度αを大きくすると弱まる。したがって、最適な摩擦力を得るためには、潤滑剤による摩擦力の変化を考慮して傾斜角度αを設定しておけばよい。

圧縮コイルばね４３は、無負荷時が最大長さとなり、伸縮によりねじり振動吸収に寄与する。

以下、図５及び図６を参照しながら、振動吸収継手２０についてさらに具体的に説明するとともに、振動吸収継手２０によるねじり振動の吸収作用について説明する。図５は、無負荷時の振動吸収継手２０を示す拡大断面図である。伝導軸５０は、接続筒２９の内側に伝導軸５０の一部が挿入された状態で、接続筒２９に例えばねじ締め付けにより固定されている。回転軸２１は、回転軸２１に形成されたスプライン外歯２５と連結筒１６の内周面に形成されたスプライン内歯１７とがスプライン係合して、連結筒１６に取り付けられている。

スプライン外歯２５は、回転軸２１の軸方向に伸びた凸状の歯が回転軸２１の外周面に沿って複数形成された歯部である。スプライン内歯２５は、連結筒１６の軸方向に伸びた凸状の歯が連結筒１６の内周面に沿って複数形成された歯部である。スプライン外歯２５とスプライン内歯１７とがスプライン係合した状態では、連結筒１６の回転と一体に回転軸２１は回転する。スプライン係合は軸方向の移動には規制がなく、回転軸２１は連結筒１６から引き出される方向（矢印ｂ方向）に移動可能である。

クラッチドラム１４が回転すると、クラッチドラム１４に固定されベアリング１５に嵌め込まれた連結筒１６が回転する。連結筒１６が回転すると、連結筒１６に取り付けられた回転軸２１が回転する。回転軸２１の先端側の一部は、接続筒２９の内部に入り込んでいるが、回転軸２１は接続筒２９には固定されていない。したがって、回転軸２１の回転は、直接的には接続筒２９には伝達されず、接続筒２９に固定された伝導軸５０にも伝達されない。

これに対し、振動吸収継手２０を介さず、連結筒１６と伝導軸５０とが直結している場合には、連結筒１６の回転が直接的に伝導軸５０に伝達される。伝導軸５０の先端には質量の大きい刈刃３（図１）が接続されている。このため、伝導軸５０のねじりたわみにより、伝導軸５０の先端側は連結筒１６の回転に直ぐには追従できず、伝導軸５０の先端側は後端側に対し回転の遅れが生じる。

このことにより、伝導軸５０にねじり振動が生じる。ねじり振動は、刈刃３の負荷が変動した場合や、エンジン５の回転を加速・減速させた場合にも生じる。本実施形態では、図５に示したように、連結筒１６と伝導軸５０とが振動吸収継手２０を介して接続されていることにより、ねじり振動を防止している。

以下、ねじり振動防止について具体的に説明する。最初に、無負荷時から負荷時に移行する際のねじり振動防止について説明する。図５において、前記の通り伝導軸５０は本体３０の構成部品である接続筒２９に固定されている。伝導軸５０は伸縮しないので、本体３０は軸方向には移動しない。

本体３０内では、回転軸２１と一体の雄ねじ２４とホルダ２８の内周面に形成された雌ねじ３７とが螺合している。本体３０が軸方向には移動しない状態では、回転軸２１が矢印ａ方向に回転すると、これと一体に右ねじである雄ねじ２４が回転しながら、回転軸２１は本体３０内を前進（矢印ｂ方向）する。前記の通り回転軸２１は連結筒１６にスプライン係合しているので、回転軸２１は軸方向に移動可能である。

回転軸２１が前進すると、雄ねじ２４の端部に押されてフリクションリング４２が前進し、圧縮コイルばね４３が圧縮される。したがって、雄ねじ２４の端部には、フリクションリング４２を介して圧縮コイルばね４３の反発力が抵抗力として作用する。また、雄ねじ２４の端部は、フリクションリング４２の傾斜面４６により押圧された状態で、傾斜面４６上を摺動しながら回転する。このため、雄ねじ２４の端部には、傾斜面４６からの摩擦力が作用する。

さらに、回転軸２１の先端側の外周面には、接続筒２９及びシールリング４５の内周面からの摩擦力が加わるが、圧縮コイルばね４３による抵抗力や傾斜面４６からの摩擦力と比べると軽微な力である。

回転軸２１が前進するにつれて、フリクションリング４２を介して雄ねじ２４の端部に作用する圧縮コイルばね４３の抵抗力も大きくなる。回転軸２１の回転による推進力と圧縮コイルばね４３の抵抗力とが釣り合うと、回転軸２１の前進は停止する。

この状態を示したのが図６である。図６は、負荷時の振動吸収継手２０を示す拡大断面図である。図５では長さＡであった圧縮コイルばね４３は、図６では長さＣまで圧縮されている。また、回転軸２１の前進により、図５では長さＢであった回転軸２１の端面と作動軸５０の端面との間隔は、図６では長さＤまで縮まっている。

回転軸２１の前進が停止した図６の状態では、雄ねじ２４と雌ねじ３７とが螺合している。また、本体３０の回転は規制されていない。このため、回転軸２１の前進が停止すると、回転軸２１の回転は、雄ねじ２４と雌ねじ３７との螺合部分を介して本体３０に伝達され、本体３０の回転が開始する。本体３０が回転すると、これと一体に伝導軸５０が回転し、刈刃３（図１）が回転する。

以上のように無負荷時から負荷時に移行する過程において、圧縮コイルばね４３が縮むとともに、回転軸２１には圧縮コイルばね４３から抵抗力及びフリクションリング４２の傾斜面４６からの摩擦力が作用する。このことにより、負荷時に、伝導軸５０に生じるねじり振動が吸収されることになる。

前記の例は、刈払機１の起動時の例であるが、負荷が増大した場合やエンジン５の回転を加速させた場合も同様である。この場合は、図６において回転軸２１がさらに前進し、圧縮コイルばね４３の長さＣがさらに短くなった状態で回転軸２１が停止して、ねじり振動が吸収される。

ここで、フリクションリング４２の傾斜面４６からの摩擦力について、より具体的に説明する。フリクションリング４２と圧縮コイルばね４３の当接面４７、圧縮コイルばね４３とワッシャ４４の当接面４８及びワッシャ４４と接続筒２９との当接面４９にも摩擦力が作用する。前記の通り、フリクションリング４２の傾斜面４６の傾斜角度α（図３）を調整することにより、傾斜面４６における摩擦力の付与作用を調整できる。傾斜面４６における摩擦力が当接面４７〜４９における摩擦力と同等又は小さくなるように、傾斜角度αを設定することにより、傾斜面４６にすべり抵抗の摩擦力が発生する。この摩擦力は、前記の通りねじり振動吸収に寄与する。このことは、以下に説明する負荷時から無負荷時に移行する際においても同様である。

次に、負荷時から無負荷時に移行する際のねじり振動防止について説明する。図６の負荷時の状態から回転軸２１の駆動を停止すると、回転軸２１の回転は速やかに低下していく。一方、先端に質量の大きい刈刃３（図１）が接続されている伝導軸５０は、慣性により回転の低下は回転軸２１より遅れることになる。この場合、伝導軸５０と回転軸２１の回転方向（矢印ｃ方向）は同じであるが、伝導軸５０の回転数が回転軸２１の回転数より高い状態になる。

この回転差は、回転軸２１の雄ねじ２４が緩む方向に作用する。この場合、回転軸２１は後退し（矢印ｄ方向）、回転軸２１は本体２０から押し出される方向に移動する。この移動に伴い長さＣまで縮んでいた圧縮コイルばね４３は、図５の無負荷時の長さＡに復元するように伸びていく。

この場合、圧縮コイルばね４３が伸びることにより、ねじり振動の吸収作用は得られる。しかし、圧縮コイルばね４３は、回転軸２１の後退方向と同じ方向に伸びるので、圧縮コイルばね４３による抵抗力は得られにくい。一方、圧縮コイルばね４３が伸びている間は、圧縮コイルばね４３の反発力により、フリクションリング４２が雄ねじ２４の端部を押圧する。この状態では雄ねじ２４の端部には、フリクションリング４２の傾斜面４６からの摩擦力が作用する。この摩擦力はねじり振動吸収に寄与する。

以上のように負荷時から無負荷時に移行する過程において、圧縮コイルばね４３が伸びるとともに、回転軸２１にはフリクションリング４２の傾斜面４６からの摩擦力が作用する。このことにより、負荷時から無負荷時に変化する際に、伝導軸５０に生じるねじり振動が吸収されることになる。

前記の例は、回転軸２１の駆動を停止させたときの例であるが、負荷が減少した場合やエンジン５の回転を減速させた場合も同様である。この場合は、圧縮コイルばね４３が長さＣと長さＡの中間の長さに伸びた状態で回転軸２１が停止して、ねじり振動が吸収される。

以上のように、振動吸収継手２０は、ねじり振動の吸収作用を発揮する際には、回転軸２１の軸方向の移動を伴う。この移動は、本実施形態では、回転軸２１に形成した雄ねじ２４に本体３０の内周面に形成した雌ねじ３７を螺合させて実現している。この構成では、回転軸２１の回転運動が直接的に直線運動に変換され、動作が円滑になる。また、雄ねじ２４及び雌ねじ３７は全周が螺合部分になるので、螺合部分に加わる力は分散され耐久性の確保にも有利になる。

また、図３を用いて説明したように、本実施形態では、シールリング４１とシールリング４５との間に密閉空間を形成し、この密閉空間には潤滑剤が充填されている。雄ねじ２４と雌ねじ３７との螺合部分には、全体に亘り潤滑剤を行き渡らせることができ、螺合部分に被覆された潤滑剤は他の部分に飛散しにくい。このため、本実施形態は潤滑剤の使用に適しており、このことは円滑な動作及び耐久性の確保に一層有利になる。

前記実施形態において、回転軸２１に形成した雄ねじ２４と本体３０の内周面に形成した雌ねじ３７とが螺合したねじ部は、１条ねじでもよいが２条以上の多状ねじとしてもよい。多状ねじにすることにより、少量の回転運動でも直線運動に変換される運動量が大きくなる。このことにより、回転軸２１の回転運動は圧縮コイルばね４３に鋭敏に作用し、ねじり振動の吸収作用がより高まることになる。

前記実施形態では、本体３０は軸方向に移動せず回転軸２１が軸方向に移動してねじり吸収作用を発揮する例で説明した。これとは逆に、回転軸２１は軸方向に移動せず本体３０が軸方向に移動するようにしてもよい。図５において、連結筒１６と回転軸２１とを固定し、伝導軸５０と接続筒２９とをスプライン係合とすれば、負荷時には本体３０が軸方向に移動し、圧縮コイルばね４３が圧縮されていく。この場合、本体３０内部の動きは前記実施形態と同じなる。すなわち、ねじり吸収作用の際は、回転軸２１と本体３０とが相対的に移動すればよい。

前記実施形態では、フリクションリング４２を備えた構成を説明したが、フリクションリング４２の無い構成であってもよい。フリクションリング４２の無い構成であっても、圧縮コイルばね４３の伸縮によるねじり振動の吸収作用は得られる。フリクションリング４２を備えたことにより、ねじり振動吸収作用はより高まることになる。

前記実施形態では振動吸収継手２０を刈払機１に用いた例で説明したが、本発明に係る振動吸収継手は、ねじり振動を吸収できるとともに、前記の通り円滑な動作及び耐久性の確保に有利になる。このため刈払機に限らず、ねじり振動が問題となる機械、装置等に用いてもよい。

１ 刈払機
２ 操作棹
３ 刈刃
５ エンジン（原動機）
２０ 振動吸収継手
２１ 回転軸
２４ 雄ねじ
３０ 本体
３７ 雌ねじ
４１，４５ シールリング
４２ フリクションリング
４３ 圧縮コイルばね
４６ 傾斜面

Claims (3)

1. ねじり振動を吸収するための振動吸収継手であって、
   外周面に雄ねじが形成された回転軸と、
   内周面に雌ねじが形成された本体と、
   圧縮コイルばねとを備え、
   前記回転軸は、前記雄ねじと前記雌ねじとが螺合した状態で前記本体に取り付けられており、
   前記圧縮コイルばねは、前記回転軸の軸方向の移動により、長さが変化するように、前記本体に取り付けられており、
   前記圧縮コイルばねと前記雄ねじとの間にフリクションリングが介在しており、前記フリクションリングは、前記雄ねじの端部側に傾斜面が形成されていることを特徴とする振動吸収継手。
2. 前記本体内に潤滑材が充填された密閉空間が形成されており、前記密閉空間に前記雄ねじと前記雌ねじとの螺合部分が配置されている請求項１に記載の振動吸収継手。
3. 請求項１又は２に記載された振動吸収継手を備えた刈払機。
   

Images