JP7153350B2 - 自走式作業機 - Google Patents

Description

本発明は、自走式作業機に係る。詳細には、作業者により操作されて草刈等の作業が可能な自走式作業機に係る。

本体部と、走行部と、これら本体部及び走行部の側方に位置させることができる作業部を有する作業機は、特許文献１の草刈機として開示されている。この草刈機は、刈刃を回転させるとともに走行部によって走行することで、刈刃を有する草刈部で作業面の草を刈りする。さらに草刈部が障害物等に当接した場合、この草刈部が作業機側に回動する作業機である。また、草刈部の前方には車輪が備えられていて、草刈部を支持している。

特開２００７－０３７４８９号公報

特許文献１に記載の草刈機は、草刈部が障害物に当接して水平方向に回動した場合、車輪も草刈部の回動とともに一体となって移動する。地面上を転がる車輪は、この地面が有する凹凸を乗り越えたり、路面抵抗等にも打ち勝ったりする必要がある。この点において不都合が生じると、草刈部がスムーズに回動できず、適正な位置に草刈部を位置させることができなかったり、草刈部の回動がスムーズに行われなかったりする問題がある。

したがって、本発明は上記課題に着眼してなされたものであり、作業部を安定して回動させることができる自走式作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、本体部と、この本体部の進行方向の左右両側のそれぞれに設けられた走行部と、本体部及び走行部の進行方向前方に位置した鉛直回動軸によって水平方向に回動自在の作業部と、鉛直回動軸の下方に設けたアーム接地体と、を備え、アーム接地体は鉛直回動軸と同軸で水平方向に回動自在に設け、且つ、作業部の水平方向への回動動作とは関連がない回動軸を有したキャスタアームと、キャスタアームの下部に取り付けて接地することで回転する車輪と、を備え、アーム接地体は車輪の接地によってキャスタアームが回動軸を軸にして回動することで進行方向に沿った向きに受動的に向く自走式作業機であることを要旨とする。

本発明によれば、作業部を安定して回動させることができる自走式作業機を提供できる。

本発明の一実施形態の自走式作業機の平面図である。 本発明の一実施形態の自走式作業機の正面図である。 本発明の一実施形態の自走式作業機の図１におけるＡから見た矢視図である。 本発明の一実施形態の自走式作業機の図２におけるＢで断面した平面断面図である。 本発明の一実施形態の自走式作業機の第２アームの鉛直回動軸に沿って断面した要部断面図である。 本発明の一実施形態の自走式作業機の要部背面図である。 本発明の一実施形態の自走式作業機の第１変形例の要部を示す説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は背面図である。 本発明の一実施形態の自走式作業機の第２変形例の要部を示す説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は背面図である。

次に、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付すことがある。ただし、図面は模式的なものであり、各部の寸法との関係等は現実のものとは異なることがある。
また、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

図１乃至図６は、本発明の一実施形態である自走式作業機１を示している。説明においては、図１の左側を自走式作業機１の進行方向に対する前方、図１の右側を進行方向に対する後方、図１の上側を進行方向に対する右方向、図１の下側を進行方向に対する左方向として説明する。
また、図７及び図８は、本発明の一実施形態である自走式作業機１の変形例を示している。図７及び図８においては、図の右側を自走式作業機１の進行方向に対する前方、左側を進行方向に対する後方として示している。
また、図１及び図３及び図５に二点鎖線で示された部分は、回動によって作業部あるいはアームが回動した状態の位置を示している。

自走式作業機１は、本体部２と、この本体部の進行方向の左右両側のそれぞれに設けられた走行部３を備えている。走行部３によって、前後進及び左右方向への旋回が可能である。本体部２及び走行部３の側方には、鉛直回動軸４２３を位置させていて、この鉛直回動軸４２３によって水平方向に回動自在の作業部５を備える。この実施形態の場合、鉛直回動軸４２３は進行方向の前方に配置している。鉛直回動軸４２３の下方には、アーム接地体６０が位置していて、作業部５と地面との高さを保っている。

作業部５は、昇降アーム４１１と、第１アーム４２２と、第２アーム４４１と、第３アーム４５１からなるアーム群４を介して連結されている。昇降アーム４１１は本体部２に連結されて、上下方向に回動自在にされている。第１アーム４２２は、昇降アーム４１１の先端部に設けられた水平方向の回動軸である第１の水平軸４２１に連結することで、上下方向に回動自在である。第２アーム４４１は、第１アーム４２２の先端部に設けられた鉛直回動軸４２３に連結することで水平方向に回動自在である。第３アーム４５１は、第２アーム４４１の先端部に設けられた第２の水平軸４４４で第２アーム４４１に連結することで上下方向に回動自在にされている。作業部５は、第３アーム４５１の先端部に取り付けられていて、作業を行う。この実施形態で説明する作業は、草刈作業として説明する。

また、本体部２の後方側には、走行部３に備えた走行モータ３１及び作業部４に備えられた刈刃モータ５１の駆動源であるバッテリ７と、本体部２の上部で前方側には走行部３及び作業部４の駆動や操舵等の制御を行う制御部８が設置されている。さらに、制御部８に制御信号を発信する送信機（図示せず）を作業者が操作することによって、自走式作業機１は操作され、走行すると共に地面の雑草等を刈る。

各部を詳細に説明する。
本体部２は、本体フレーム２０と、本体フレーム２０の上部を覆う本体カバー２１を備えている。本体フレーム２０は、複数の部材を水平方向に並べて配置されていて、機体の骨格を形成している。本体フレーム２０の上部には、本体フレーム２０の上部を覆うように本体カバー２１が取り付けられている。本体カバー２１は、本体フレーム２０の上部に設置されたバッテリ７及び制御部８を覆っていて、本体フレーム２０の上部への異物の侵入を防止している。

本体部２の側方で、進行方向の左右のそれぞれには走行部３を取り付ける。走行部３は、走行フレーム３０、駆動輪３２、転輪３３、従動輪３４、クローラベルト３５を備える。走行部３の骨格であり前後方向に長い走行フレーム３０は、本体フレーム２０に取り付ける。走行フレーム３０の後方側の上方部には、バッテリ７から電力の供給を受けて駆動可能な走行モータ３１が取り付けられている。走行モータ３１には駆動輪３２が取り付けられていて、走行モータ３１によって回転駆動する。走行フレーム３０の下方部には複数の転輪３３と、前方側に従動輪３４が回転自在に設置されている。駆動輪３２と転輪３３と従動輪３４には、クローラベルト３５が巻きつけられている。駆動輪３２の回転を受けてクローラベルト３５が周転することで、自走式作業機１が走行可能になる。

本体部２及び走行部３の進行方向前方には作業部５が位置している。作業部５は、本体部２から複数のアームからなるアーム群４によって連結されている。作業部５の構成は後述する。アーム群４は、昇降アーム４１１、第１アーム４２、第２アーム４４、第３アーム４５を備えていて、多関節構造となっている。

昇降アーム４１１は、図１に示すように平面視で開放側を後方に向けたコの字状の部材で、本体部２の中央部に設けた回動軸４１２に後端部を連結することで上下に回動自在である。昇降アーム４１１は、回動軸４１２から進行方向前方に向けて延ばされていて、前端部は、本体部２あるいは走行部３より前方に位置している。昇降可能にされている。昇降アーム４１１の昇降は、昇降アクチュエータ（図示せず）によって駆動されている。

昇降アーム４１１の前端部には、連結部４１４が設けられていて、これに第１アーム４２２が連結されている。第１アーム４２２は、第１の水平軸４２１と、第１の水平軸４２１から前方に延びる長手部４２２と、長手部４２２の前端部を機体の左右幅に対する中央線に向けて屈曲された屈曲部４２３を有していて、図１に示す平面視で、ほぼコの字状に形成されている。

第１アーム４２２に備えた第１の水平軸４２１は、左右方向に延びた水平軸であり、一方側を連結部４１４に挿入して回転自在に保持されている。第１の水平軸４２１の他方側は、連結部４１４の左右側方のいずれかに延ばされている。実施の形態では進行方向右側に延びている。

第１の水平軸４２１他方側の端部から前方に向かって長手部４２２を設ける。長手部４２２は走行部３の前方に位置していて、自走式作業機１の左右幅に対する中心線からオフセットしたように設けている。長手部４２２の前端部は、自走式作業機１の左右幅に対する中心線に向けて屈曲された屈曲部４２３を形成している。屈曲部４２３の前端は左右幅に対する中心線の近傍に位置している。

第１アーム４２２は第１の水平軸４２１に回動自在である一方、回動範囲に規制がかけられている。説明する実施形態の場合、第１アーム４２２は、長手部４２２が水平よりやや可能に位置した位置から、本体部２の上部に位置までの約１７０度の角度の範囲で回動することができる。回動範囲は、規制部分を調整することで、適宜任意の角度範囲に設定で設定できる。

さらに、第１アーム４２２には鉛直回動軸４２４が設けられている。鉛直回動軸４２４は屈曲部４２３の前端部から下方に向けて設けられる。鉛直回動軸４２４には、第２アーム４４が連結される。

第２アーム４４は、鉛直回動軸４２４によって水平方向に回動自在にされた部材である。第２アーム４４は、鉛直回動軸４２４に嵌まり回動自在な筒部材４４１と、この筒部材４４１の外周面から平行に二対設けた板部材４４２を備える。板部材４４２は半径方向の外側に端部を向けて、筒部材４４１に固着させている。

第２アーム４４は、鉛直回動軸４２４によって回動自在であるものの、第１アーム４２と同様に、回動範囲に規制がかけられている。板部材４４２が、長手部４２２に対する左右の反対側に位置させ、板面を進行方向左右方向から後方に２５度後方に傾斜させた位置から、さらに後方に５０度傾斜させた位置の範囲内で回動が可能に設定されている。回動範囲は適宜調整が可能である。

板部材４４２の進行方向の後方側には、第２アーム４４を前方側に付勢する弾性体４４３を取り付ける。弾性体４４３によって第２アーム４４は、常時、前方側に付勢された状態となる。第２アーム４４を鉛直回動軸４２４軸にして後方側に回動させても、後方側へ向かう負荷が取り除かれると前方に向けて回動し、元の位置に復帰する。

板部材４４２の鉛直回動軸４２４に対する回転半径の外側近傍には、第２の水平軸４４４を二対の板部材４４２を架け渡すように設ける。第２の水平軸４４４には第３アーム４５の一端側を取り付けて回動自在に設ける。第３アーム４５は二対の板部材４４２の間に位置している。

第３アーム４５は棒状の部材であり、他端側は板部材４４２を延長する方向に延ばされている。すなわち、第３アーム４５は長手部４２２に対し、機体の幅に対する中心線を軸にして反対側に位置している。第３アーム４５は、第２アーム４４及び第１アーム４２と同様に回動に一定の規制を設けている。説明する実施形態の場合、第３アーム４５は水平あるいは水平からやや下方に下がった位置から、上方に２０度程度の回動が可能である。第３アーム４５の回動範囲は、規制部分を適宜調整することで任意に変更が可能である。

上述したように、昇降アーム４１１、第１アーム４２、第２アーム４４、第３アーム４５で構成されるアーム群４は、多関節構造となっている。このため、昇降アーム４１１の上昇角度と、第３アーム４５の位置関係は必ずしも一致しない。第３アーム４５の他端側である第３アームの先端部４５１は、昇降アーム４１１が上昇しても、第１アーム４２、第２アーム４４、第３アーム４５のそれぞれが回動範囲内で自由に回動するため、対地角度を一定に保つことができる。第１アーム４２、第２アーム４４、第３アーム４５のそれぞれが昇降アーム４１１と一体となっての上昇は、第１アーム４２、第３アーム４５の下方側への回動に規制がかかった後に行われる。

第３アームの先端部４５１の下方には、作業部５が取り付けられる。作業部５は草刈作業をするための部位で、刈刃モータ５１、刈刃基部５３、刈刃５４、作業部接地体５６、作業部カバー５７を備える。

第３アームの先端部４５１の下方には作業部カバー５７を取り付ける。作業部カバー５７下方側が窪んだ器状の部材で、外周は刈った草が飛散しないようにカバー材で覆われている。作業部カバー５７の内側には刈刃モータ５１を取り付ける。刈刃モータ５１は出力軸を下方に向けていて、バッテリ７からの電力供給を受けて回転駆動が可能に設ける。刈刃モータ５１の下方には刈刃５４を取り付けるための部材である刈刃基部５３を取り付ける。刈刃基部５３は、刈刃モータ５１の回転動力を受けて水平方向に回転駆動する。刈刃基部５３の回転外周には、複数の刈刃５４を取り付ける。刈刃５４は刈刃基部５３と一体になって回転することで、草を刈ることができる。

刈刃基部５３の下部には作業部接地体５６を取り付ける。作業部接地体５６は刈刃５４と刈刃基部５３を地面から保護するための部材で、地面と刈刃５４及び刈刃基部５３の距離を一定に保つことで、直接地面が刈刃５４及び刈刃基部５３に接触できないようになっている。

作業部接地体５６は回転自在な部材であり、回転軸を刈刃モータ５１は出力軸と同軸上に設けている。ただし、刈刃モータ５１の駆動は伝達されず、独立して自由に回転をすることができる。したがって、作業部接地体５６が地面に接触しても、刈刃モータ５１の回転動力が地面に伝わることがない。作業部接地体５６は、接触した地面に対して、回転が相対的に停止した状態となる。

作業部５の最下部に位置する作業部接地体５６によって、機体を進行させながらの草刈作業中に地面上に存在する凹凸部に遭遇しても、作業部５全体を押し上げる働きをして、刈刃５４が直接地面に触れずにスムーズに草刈り作業ができる。作業部５を連結するアーム群４は多関節構造であるので、地面と刈刃５４の回転面との相対角度を大幅に変化させることがない。地面と刈刃５４の回転面をほぼ平行に保つように地面に追従するので、刈り跡を平らにすることができる。

また、作業部５の進行方向の前方から障害物が衝突しても、左右水平方向に回動する第３アーム４５に接続しているので、障害物に押されながら、図１の二点鎖線で示したように、進行方向後方側に回動する。すると、作業部５は左右の走行部３の間に位置して、障害物を回避することが可能である。障害物を通過すると、作業部５は、弾性体４４３によって元の位置に復帰する。作業部５の回避動作時及び復帰動作時にも、作業部接地体５６によって地面と刈刃５４の回転面を平行且つ一定距離を保つことができる。

上述した作業部５の地面追従動作及び回避動作及び復帰動作をさらに向上させるために、第３アーム４５の回動支点である鉛直回動軸４２４の下方にアーム接地体６０を設ける。アーム接地体６０は、車輪６１と、キャスタアーム６２を備えている。

鉛直回動軸４２４の下部に、鉛直回動軸４２４と同軸上で回転自在なキャスタアーム６２を取り付ける。キャスタアーム６２は第３アーム４５とは独立して回転自在に設けている。キャスタアーム６２は、板をコの字状に折り曲げた門形の部材で、開放された側を下方に向けて配置している。キャスタアーム６２は、鉛直回動軸４２４と同軸上で水平方向に回転自在である。

キャスタアーム６２の下部に車輪６１を回転自在に取り付ける。車輪６１は地面に接地することで回転する。車輪６１の回転軸６１１は、鉛直回動軸４２４の軸線より半径方向の外周側にオフセットしている。このため、車輪６１の接地による鉛直回動軸４２４周りの水平方向に回動が、安定して行われる。アーム接地体６０は、アーム群４の中間部に位置する鉛直回動軸４２４を支えることができる。

車輪６１の最下端は、作業部接地体５６の最下端と同じ高さか、これよりも下方に位置させる。こうすることで、アーム接地体６０を地面に接地させた際に、アーム群４と作業部５の自重を、本体部を除いたアーム接地体６０と作業部接地体５６に分散させる、あるいは、本体部を除いたアーム接地体６０に集中させることができる。アーム接地体６０の高さは、作業する地面の状態や草の抵抗度合いを考慮して自由に調整できる。

上述のようにアーム接地体６０を構成することで、作業部５の鉛直回動軸４２４周りの水平方向への回動による回避動作及び復帰動作や、第１アーム４２や第３アームの上下動による地面追従動作が行われる場合、作業部接地体５６への地面への摩擦が低減できる。したがって、作業部５の地面追従動作及び回避動作及び復帰動作を、作業部接地体５６が接地する場合と比較して、より滑らかに行うことができる。

また、アーム接地体６０の最下端を作業部接地体５６の最下端よりも下方に位置させることで、作業部接地体５６よりもいち早く、アーム接地体６０が地面の凹凸部を感知できる。作業部５の地面の凹凸部への追従時に、前方への進行とともに作業部接地体５６の下部を地面の凸部によって押されて、意図しない回避動作に移行することを防ぐことが可能である。

アーム接地体６０の回動軸は、鉛直回動軸４２４と同軸に設けるが、作業部５の水平回動動作とは関連がない。このため、アーム接地体６０は第１アーム４２の上下回動によって、常時地面に接地して地面に追従することができる。また、アーム接地体６０は、第１アーム４２と共に上下動するが左右方向には移動しないので、機体が不用意に振られることがなく機体の進行が安定する。さらに、この実施形態の場合、アーム接地体６０はキャスタアーム６２と車輪６１によって回転自在であるので、機体の進行方向に沿った向きに車輪６１が受動的に向けられる。したがって、左右方向に旋回動作をした場合でも、スムーズに地面に追従でき、機体の進行が安定する。

アーム接地体６０は作業部５の近傍に位置させているため、作業部５の作業部接地体５６の下部と地面との隙間を大きく変化させずに保つことができる。作業部５は、進行方向の周囲に存在する地面の凹凸等に容易に追従することが可能である。また、作業部５の刈刃５４が地面に対する相対高さが安定するので、刈り跡がきれいで安定した草刈作業を実現できる。

作業部５は、多関節構造体であるアーム群４の中間部の関節部である鉛直回動軸４２４の下方に位置している。アーム接地体６０に近接して位置する作業部５の回転駆動する刈刃５４の回転面が、地面に対して、平行を保とうとする機能を阻害することを防ぐ。

本体フレーム２０の上部には、バッテリ７と制御部８が設置されている。バッテリ７と制御部８の周囲は、本体カバー２１で覆われている。バッテリ７は、走行モータ３１、刈刃モータ５１、制御部８を作動させる電源である。バッテリ７の電源は電源ケーブル（図示せず）に接続した制御部８を経由して、走行モータ３１と刈刃モータ５１に分配される。制御部８は、送信機からの信号を制御部８に備えた受信部（図示せず）で受信する。受信した信号データに基づき制御部８によって走行モータ３１及び刈刃モータ５１の出力回転数を制御する。送信機は、自走式作業機１を遠隔操作するための装置である。作業者は送信機に設けられたレバーやスイッチを操作することによって、自走式作業機１を意図する方向や速度で走行させ草を刈取ることが可能である。

以上のように構成した自走式作業機１によって、作業部５を安定して回動させることができる。

第１の変形例を図７に基づいて説明をする。第１の変形例のアーム接地体６０ａは車輪を用いた構成とせずに、橇状部材を用いた構成としたもので、アーム接地体６０ａは、橇６１ａと、支持部材６２ａを備えている。

鉛直回動軸４２４の下部に、鉛直回動軸４２４と同軸上で回転自在な支持部材６２ａを取り付ける。支持部材６２ａの下端部に、前後方向に長い板の前端が上方に湾曲した橇６１ａを固定する。アーム接地体６０ａは鉛直回動軸４２４の下方で鉛直回動軸４２４と同軸上で水平方向に回動自在である。橇６１ａの下面は、作業部接地体５６の最下端と同じ高さか、これよりも下方に位置させる。アーム接地体６０ａと作業部接地体５６との設定高さによる効果は前述のとおりである。また、橇６１ａは、支持部材６２ａを橇６１ａの前方部で固定するとともに、地面に接地している。自走式作業機１が旋回すると、旋回方向に倣ってアーム接地体６０ａも支持部材６２ａを軸にして回動することができる。

アーム接地体６０ａは橇６１ａによって地面と接触しているので、アーム接地体６０ａでの地面追従時は接地圧を低減できる。このため、地面が軟弱な場合でもアーム接地体６０ａが沈みにくく、作業部５が地面に対して安定した高さで作業を実現できる。

第２の変形例を図８に基づいて説明をする。第２の変形例のアーム接地体６０ｂは、下方に湾曲した凸面を向けた円形の皿状部材６１ｂと、支持部材６２ｂを備えている。

鉛直回動軸４２４の下部に、鉛直回動軸４２４と同軸上の下方に支持部材６２ｂを取り付ける。この支持部材６２ｂは鉛直回動軸４２４に固定され回転はできない。支持部材６２ｂの下端部に皿状部材６１ｂの中央部を固定する。皿状部材６１ｂの下面である凸面は、作業部接地体５６の最下端と同じ高さか、これよりも下方に位置させる。アーム接地体６０ｂと作業部接地体５６との設定高さによる効果は前述のとおりである。

アーム接地体６０ｂは、皿状部材６１ｂが鉛直回動軸４２４に対して固定した状態であるため、部材を省略するとともに接地圧を低減できる。このため、より安価に製造することができ、需要者に自走式作業機１を供給することが可能である。また、アーム接地体６０ｂの皿状部材６１ｂは、鉛直回動軸４２４の同軸の下方で水平方向に回転自在に設けることもできる。この場合、アーム接地体６０ｂの進行方向に多数存在する地面の凹凸面を、皿状部材６１ｂが水平回転することで凹凸部を往なしながら地面に追従するので、滑らかに機体を移動させることができる。

本発明は、上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示に基づく実施形態、実施例及び運用技術の改変は、特許請求の範囲に記載された範囲内で可能である。

地面上に位置する作業部を支えることが必要であり、作業部が地面上を移動可能な作業機に適用できる。

１ 自走式作業機
２ 本体部
３ 走行部
４ アーム群
４１１ 昇降アーム
４２ 第１アーム
４２１ 第１の水平軸
４２４ 鉛直回動軸
４４ 第２アーム
４４４ 第２の水平軸
４５ 第３アーム
４５１ 第３アームの先端部
５ 作業部
６０ アーム接地体
７ バッテリ
８ 制御部
９ 送信機

Claims (3)

1. 本体部と、
   該本体部の進行方向の左右両側のそれぞれに設けられた走行部と、
   前記本体部及び前記走行部の進行方向前方に位置した鉛直回動軸によって水平方向に回動自在の作業部と、
   前記鉛直回動軸の下方に設けたアーム接地体と、を備え、
   前記アーム接地体は前記鉛直回動軸と同軸で水平方向に回動自在に設け、且つ、前記作業部の水平方向への回動動作とは関連がない回動軸を有したキャスタアームと、
   前記キャスタアームの下部に取り付けて接地することで回転する車輪と、を備え、
   前記アーム接地体は前記車輪の接地によって前記キャスタアームが前記回動軸を軸にして回動することで進行方向に沿った向きに受動的に向く、
   ことを特徴とする自走式作業機。
2. 前記作業部は、前記本体部から進行方向前方に向けて配置した複数のアームからなるアーム群によって連結されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の自走式作業機。
3. 前記作業部は、前記本体部から進行方向前方に向けて配置した複数のアームからなるアーム群によって連結されていて、
   前記作業部は、前記本体部に連結され上下方向に回動自在な昇降アームと、
   前記昇降アームの先端部に設けられ、水平方向の回動軸である第１の水平軸に連結することで上下方向に回動自在の第１アームと、
   前記第１アームの先端部に設けられた前記鉛直回動軸によって前記第１アームに連結することで水平方向に回動自在の第２アームと、
   前記第２アームの先端部に設けられた第２の水平軸で前記第２アームに連結することで上下方向に回動自在の第３アームと、によって連結されていることを特徴とする請求項１に記載の自走式作業機。

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