JP7210056B2 - 作業用動力機械の回転動力遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業用動力機械の原動機が発生させた回転動力の作動部への伝達を遮断する回転動力遮断装置に関する。

エンジンや電気モータ、空気エンジン等の原動機を有するチェーンソー、動力カッター、刈払機、トリマ等の作業用動力機械が広く使用されている。これらの作業用動力機械は、各々原動機によって作動するチェーン、切刃等の作動部を有する。そして作動部は作業者の近傍に位置することが多いため、作動部と作業者の接触や作業中のキックバックによる怪我の危険性が存在する。この危険性を低減させる技術として、起動の際に原動機に供給される燃料を制限して、原動機の回転数を閾値以下に制御する発明（特許文献１）が開示されている。

特表２０１７-５３８８９４号公報

しかし、特許文献１の発明では、始動時の原動機の回転数は設定された閾値以下に制御されるものの、作業中の回転数の異常な上昇には対応できないという問題があった。

そこで、本発明は、作業用動力機械の作動部の回転数が所定の回転数を超えないように制限する機能を有する作業用動力機械の回転動力遮断装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の作業用動力機械の回転動力遮断装置は、原動機と作動部との間に設けられ、回転動力が所定の回転数に達すると機械的に動力の伝達を遮断する機能を有することを主な特徴とする。

すなわち、第一の本発明に係る作業用動力機械の回転動力遮断装置は、原動機の回転動力により作動する作動部を有する作業用動力機械の原動機の回転動力が伝達される出力シャフトと作動部を駆動させる駆動シャフトとの間に設けられる回転動力遮断装置であって、円筒状の入力ドラム周壁と入力ドラム周壁の一端を閉じる入力ドラム底板とを有する入力ドラムと、入力ドラムの内側に揺動自在に設けられるとともにバネにより内側に付勢された複数のクラッチシューと、複数のクラッチシューの内側に接するように入力ドラムと回転中心を一致させて設けられた円筒状の出力ドラム周壁と出力ドラム周壁の一端を閉じる出力ドラム底板とを有する出力ドラムとから構成され、入力ドラム底板が出力シャフトに連繋され、出力ドラム底板が駆動シャフトに連繋され、出力シャフトの回転数が所定の遮断回転数（Ｓ）以上になると、複数のクラッチシューが遠心力によって出力ドラムから乖離することを特徴とする。

第一の本発明によれば、出力シャフトの回転数が遮断回転数（Ｓ）に達した場合には、原動機からの回転動力を遮断して作動部の回転数の上限を制御することができる。回転動力遮断装置は、汎用の遠心クラッチの入力ドラムと出力ドラムの構造を逆転させることで実現できる。入力ドラムが出力ドラムの外周を覆うような構造とし、入力ドラム側にクラッチシューを揺動可能に設け、クラッチシューをバネにより出力ドラムに外側から押圧する。出力シャフトの回転数、すなわち入力ドラムの回転数が、バネの押圧力とクラッチシューの質量との相関により予め設定された遮断回転数（Ｓ）を超えると、遠心力がバネの押圧に打ち勝って、クラッチシューが出力ドラムから離れることで、駆動シャフトへの回転動力の伝達が遮断される。

遮断回転数（Ｓ）は、本発明の回転動力遮断装置が導入される作業用動力機械の特性に応じて安全性を考慮して設定される。例えば、作業用動力機械がエンジン式の刈払機であれば、遮断回転数は１００００ｒｐｍ程度が望ましい。刈刃の回転数が１００００ｒｐｍを超えると、作業上危険になるからである。なお、原動機はエンジン、電気モータ、空気エンジン等の回転動力を発生させることができるものが全て対象となる。

さらに第二の本発明は、第一の本発明の回転動力遮断装置を備えることを特徴とするチェーンソー、動力カッター、ポールソー、刈払機、ヘッジトリマ又はトリマである。

これらの作業用動力機械に第一の本発明の回転動力遮断装置を装備することで、作業者の安全性が向上する。

さらに第三の本発明は、原動機と作動部との間に遠心クラッチと第一の本発明の回転動力遮断装置とを備えることを特徴とするチェーンソー、動力カッター、ポールソー、刈払機、ヘッジトリマ又はトリマである。

作業用動力機械に、回転動力遮断装置に加えて汎用の遠心クラッチを備えることで、これらの機械の始動時の安全性が更に向上する。なお、遮断回転数（Ｓ）は、遠心クラッチの接続回転数（Ｃ）よりも大きいことはいうまでもない。

さらに第四の本発明の回転動力遮断装置は、第一の本発明の回転動力遮断装置において、出力ドラム底板が中心部に開口部を有し、 開口部に出力シャフトが挿入され、かつ、出力シャフトの先端にベアリングが設けられ、出力ドラムが、ベアリングを介して出力シャフトに回転自在に設けられていることを特徴とする。

第四の本発明の回転動力遮断装置は、出力ドラムがベアリングを介して出力シャフトに取り付けられている。そのため、出力シャフトの回転動力が出力ドラムに直接伝達されることがない。クラッチシューと出力ドラムとの作用は、第一の本発明と同様である。

第五の本発明は、請求項４に記載の回転動力遮断装置と、出力シャフトに設けられた遠心クラッチと、出力ドラムに設けられた刈刃ホルダーとを備え、遠心クラッチが原動機と作動部との間に位置し、出力シャフトが刈刃回転軸であることを特徴とする刈払機である。

第五の本発明の刈払機は、従来の刈払機の刈刃回転軸から刈刃を外した後に、刈刃に替えて、第四の本発明に係る回転動力遮断装置を装着する構造となっており、刈刃回転軸が回転動力遮断装置の出力シャフトとなる。入力ドラムは刈刃回転軸に固定されて刈刃回転軸と一体となって回転する。出力ドラムには刈刃ホルダーが設けられている。刈刃ホルダーは、上部ホルダーと上部ホルダーの中心に立設された刈刃駆動軸と、刈刃駆動軸に刈刃を装着した後に刈刃を固定する下部ホルダー及びナットとから構成される。刈払機に、回転動力遮断装置に加えて汎用の遠心クラッチを備えることで、始動時の安全性が更に向上する。

本発明の回転動力遮断装置は、作業用動力機械の安全性を向上させる。

本発明の第一実施例を示す断面図である。 本発明の第一実施例を示す平面図である。 本発明の第二実施例を示す断面図である。 本発明の第三実施例を示す断面図である。 本発明の第四実施例を示す断面図である。 本発明の第四実施例を示す平面透視図である。 本発明の第一実施形態を示す概念図である。 本発明の第二実施形態を示す概念図である。

図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。
図７は、本発明の第一実施形態を示す概念図である。
作業用動力機械１０が原動機２と出力シャフト３と回転動力遮断装置４と駆動シャフト５と作動部６とから構成されている。原動機２の回転動力が出力シャフト３に伝達され、回転動力遮断装置４は出力シャフト３の回転数が遮断回転数（Ｓ）未満であれば回転動力を駆動シャフト５に伝達する。そして出力シャフト３の回転数が上昇して遮断回転数（Ｓ）に達すれば回転動力遮断装置４は駆動シャフト５への回転動力の伝達を遮断するので、しばらくすると作動部６は動作を停止する。

その後、原動機２が制御されて出力シャフト３の回転数が遮断回転数（Ｓ）未満になれば、回転動力遮断装置４は再び駆動シャフト５への回転動力の伝達を開始し、作動部６は動作を再開する。

図８は、本発明の第二実施形態を示す概念図である。
作業用動力機械１０が、原動機２と出力シャフト３と遠心クラッチ８と回転動力遮断装置４と、駆動シャフト５と作動部６との組み合わせによって構成されている。遠心クラッチ８は出力シャフト３の回転数が接続回転数（Ｃ）に達すると回転動力を回転動力遮断装置４に伝達し、回転動力遮断装置４は、出力シャフト３の回転数が遮断回転数（Ｓ）に達すると回転動力を遮断する。
遮断回転数（Ｓ）＞接続回転数（Ｃ）の関係にあり、原動機２が動作を開始して出力シャフト３の回転数が上昇して接続回転数（Ｃ）に達すると駆動シャフト５を介して作動部６へ回転動力を伝達し、作動部６が回転を開始する。そして、出力シャフト３の回転数が遮断回転数（Ｓ）に達すると今度は回転動力遮断装置４が駆動シャフト５への回転動力の伝達を遮断し、作動部６は回転を停止し始める。このとき出力シャフト３の回転数が遮断回転数（Ｓ）以上の状態を継続すれば、回転動力は作動部６に伝達されることなく、やがて作動部６は回転を停止する。

作動部６の回転が停止する前に出力シャフト３の回転数が遮断回転数（Ｓ）よりも小さくなれば、再度回転動力が作動部６に伝達されるので作動部６は、遮断回転数（Ｓ） 未満の回転を継続する。このように作業用機械１０を扱う作業者は、回転数を遮断回転数（Ｓ）以上に大きくすると作動部６の回転数が急に小さくなりかけるので、回転数が過大になったことに気づくことができるとともに、過大な作動部６の回転による事故を防止することができる。

続いて以下に本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の第一実施例を図２のAA線から見た断面図であり、図２は本発明の第一実施例を示す平面図である。出力シャフト６０の先端に入力ドラム底板２４が固定され、入力ドラム底板２４の外周には出力ドラム周壁２２が立設されている。そして入力ドラム底板２４にはクラッチシュー４０及び４２が、ボルト６２及び６４で揺動自在に取り付けられている。クラッチシュー４０及び４２は入力ドラム周壁２２の内面に取り付けられたバネ５０及びバネ５２で各々中心側へ押圧され、クラッチシュー４０のライニング４４及びクラッチシュー４２のライニング４６は出力ドラム周壁３２に接している。

一方、出力ドラム３０は、出力ドラム底板３４とその周囲に立設された出力ドラム周壁３２とから構成され、前述のとおり、出力ドラム周壁３２とライニング４４及び４６とが接している。また、出力ドラム底板３４には駆動シャフト７０が固定されている。

ここで、出力シャフト６０の回転数が増加していき遮断回転数（Ｓ）に達すると、クラッチシュー４０及び４２に働く遠心力がバネ５０及び５２の押圧力に打ち勝って、クラッチシュー４０及び４２が外側に移動して、ライニング４４及び４６が出力ドラム周壁３２から離れる。この動作により出力シャフト６０の回転動力の駆動シャフト７０への伝達が遮断され、やがて駆動シャフト７０は回転を停止する。

その後、出力シャフト６０の回転数が減少して、遮断回転数（Ｓ）よりも小さくなると、バネ５０及び５２の押圧力が遠心力に打ち勝って、ライニング４４及び４６が出力ドラム周壁３２に接し、再び駆動シャフトが回転を始める。なお、遮断回転数（Ｓ）は、クラッチシュー４０及び４２の質量とバネ５０及び５２の押圧力により調整される。

図３は本発明の第二実施例を示す断面図で、刈払機２００の原動機１０８付近を示している。原動機１０８の上下運動がクランクケース１１２で回転運動に変換されてクランク軸（出力シャフト）１１４が回転する。クランク軸（出力シャフト）１１４の先端にはフライホイール１１６が設けられ、フライホイール１１６に遠心クラッチ１１８が固定されている。そして遠心クラッチドラム１４０が連結シャフト１４４とベアリング１３０及びベアリング１３２を介して回動自在に設けられている。

さらに遠心クラッチドラム１４０には入力ドラム１３６を介して回転動力遮断装置２０６が接合されている。回転動力遮断装置２０６の構造は前述のとおりであるから説明は省略する。回転動力遮断装置２０６の出力ドラム１４２には駆動シャフト１４６が固定され、出力ドラム１４２の内側には、ベアリング１３２を介して連結シャフト１４４が回動自在に支持されている。

クランク軸（出力シャフト）１１４が回転して、回転数が接続回転数（Ｃ）に達すると遠心力により遠心クラッチ１１８が動作して遠心クラッチドラム１４０を回転させ、これと一体となった入力ドラム１３６も同様に回転する。このとき回転動力遮断装置２０６は回転動力を出力ドラム１４２に伝達するので、駆動シャフト１４６も同様に回転する。

そしてクランク軸（出力シャフト）１１４の回転数が大きくなり、遮断回転数（Ｓ）に達すると、回転動力遮断装置２０６はクランク軸（出力シャフト）１１４の回転動力の駆動シャフト１４６への伝達を遮断する。

図４は、本発明の第三実施例を示す断面図で、チェーンソー３００のエンジン（原動機）３１０付近を示している。エンジン（原動機）３１０により回転駆動するクランク軸（出力シャフト）３２０の先端に遠心クラッチ３５０が取り付けられている。遠心クラッチ３５０の構造の説明は省略する。遠心クラッチ３５０の出力側である遠心クラッチドラム３５２には回転動力遮断装置３３０の入力ドラム３３２が接合され、両者はベアリング３４２を介してクランク軸（出力シャフト）３２０に回転自在に設けられている。

出力ドラム３３４には、鋸チェーン３７０を駆動するスプロケット（駆動シャフト）３６０が接続されている。遠心クラッチ３５０と回転動力遮断装置３３０の詳しい動作説明は第二実施例と同様であるから省略するが、クランク軸（出力シャフト）３２０の回転数が遮断回転数（Ｓ）に達するとスプロケット（駆動シャフト）３６０への回転動力の伝達が遮断される。

図５は、本発明の第四実施例を示す断面図で、刈払機２００の刈刃２１０付近を示している。また図６は、本発明の第四実施例を図５のＢＢ線から見た平面透視図である。第二実施例と異なり回転動力遮断装置２０６が傘歯車２７２と刈刃２１０との間に設けられている。原動機側と接続された伝動軸２４８の先端に設けられた傘歯車２７０が刈刃回転軸（出力シャフト）２７６の始端に設けられた傘歯車２７２とが係合している。刈刃回転軸（出力シャフト）２７６には入力ドラムホルダー２９２が周設され、入力ドラムホルダー２９２の下側に入力ドラム２６０が接合されている。そして入力ドラム２６０の内側には、クラッチシュー２６８がクラッチシュー取付穴２８４を中心に揺動自在に設けられている。クラッチシュー２６８は出力ドラム２６６に当接している。出力ドラム２６６は、刈刃回転軸（出力シャフト）２７６にナット２８３で固定されたベアリング２５８を介して刈刃回転軸（出力シャフト）２７６に回動自在に装着されており、刈刃回転軸（出力シャフト）２７６の回転運動とは連動しない。出力ドラム２６６の下面には刈刃ホルダー２８８が設けられている。刈刃ホルダー２８８は、出力ドラム２６６にボルト・ナット２８０で固定された上部ホルダー２９０と上部ホルダー２９０から突出した刈刃駆動軸（駆動シャフト）２７４と下部ホルダー２９１とナット２８２とで構成され、刈刃２１０は上部ホルダー２９０と下部ホルダー２９１の間に挟まれてナット２８２により固定される。

刈刃回転軸（出力シャフト）２７６の回転数が遮断回転数（Ｓ）に達すると、遠心力によりクラッチシュー２６８が外側に広がり出力ドラム２６６から離れて刈刃２１０は回転を停止し始める。刈刃２１０の回転が停止する前に刈刃回転軸（出力シャフト）２７６の回転数が遮断回転数（Ｓ）よりも小さくなると、再度クラッチシュー２６８が出力ドラム２６６に当接し、刈刃２１０に回転動力が伝達される。

２ 原動機
３ 出力シャフト
４ 回転動力遮断装置
５ 駆動シャフト
６ 作動部
８ 遠心クラッチ
１０ 作業用動力機械
２０ 入力ドラム
２２ 入力ドラム周壁
２４ 入力ドラム底板
３０ 出力ドラム
３２ 出力ドラム周壁
３４ 出力ドラム底板
４０ クラッチシュー
４２ クラッチシュー
４４ ライニング
４６ ライニング
５０ バネ
５２ バネ
５４ バネ座
５５ バネ座
５６ バネ座
５７ バネ座
６０ 出力シャフト
６２ ボルト
６４ ボルト
７０ 駆動シャフト
１０８ エンジン
１１２ クランクケース
１１４ クランク軸（出力シャフト）
１１６ フライホイール
１１８ 遠心クラッチ
１３０ ベアリング
１３２ ベアリング
１３４ ベアリング
１３６ 入力ドラム
１４０ 遠心クラッチドラム
１４２ 出力ドラム
１４４ 連結シャフト（出力シャフト）
１４６ 駆動シャフト
２００ 刈払機
２０６ 回転動力遮断装置
２１０ 刈刃
２４８ 伝動軸
２５０ ベアリング
２５２ ベアリング
２５４ ベアリング
２５８ ベアリング
２６０ 入力ドラム
２６６ 出力ドラム
２６８ クラッチシュー
２７０ 傘歯車
２７２ 傘歯車
２７４ 刈刃駆動軸（駆動シャフト）
２７６ 刈刃回転軸（出力シャフト）
２８０ ボルト・ナット
２８２ ナット
２８３ ナット
２８４ クラッチシュー取付ボルト
２８８ 刈刃ホルダー
２９０ 上部ホルダー
２９１ 下部ホルダー
２９２ 入力ドラムホルダー
３００ チェーンソー
３１０ エンジン（原動機）
３２０ クランク軸（出力シャフト）
３３０ 回転動力遮断装置
３４２ ベアリング
３４４ ベアリング
３５０ 遠心クラッチ
３６０ スプロケット（駆動シャフト）
３７０ 鋸チェーン
Ｓ 遮断回転数
Ｃ 接続回転数

Claims (5)

1. 原動機の回転動力により作動する作動部を有する作業用動力機械の前記原動機の回転動力が伝達される出力シャフトと
   前記作動部を駆動させる駆動シャフトと
   の間に設けられる回転動力遮断装置であって、
   円筒状の入力ドラム周壁と前記入力ドラム周壁の一端を閉じる入力ドラム底板とを有する入力ドラムと
   前記入力ドラムの内側に揺動自在に設けられるとともにバネにより内側に付勢された複数のクラッチシューと
   前記複数のクラッチシューの内側に接するように前記入力ドラムと回転中心を一致させて設けられた円筒状の出力ドラム周壁と
   前記出力ドラム周壁の一端を閉じる出力ドラム底板とを有する出力ドラムと
   から構成され、
   前記入力ドラム底板が前記出力シャフトに連繋され
   前記出力ドラム底板が前記駆動シャフトに連繋され
   前記出力シャフトの回転数が所定の遮断回転数（Ｓ）以上になると
   前記複数のクラッチシューが遠心力によって、前記出力ドラムから乖離することを特徴とする回転動力遮断装置。
2. 請求項１に記載の回転動力遮断装置を備えることを特徴とするチェーンソー、動力カッター、ポールソー、刈払機、ヘッジトリマ又はトリマ。
3. 前記原動機と前記作動部との間に遠心クラッチと請求項１に記載の回転動力遮断装置とを備えることを特徴とするチェーンソー、動力カッター、ポールソー、刈払機、ヘッジトリマ又はトリマ。
4. 前記出力ドラム底板が中心部に開口部を有し、
   前記開口部に前記出力シャフトが挿入され、
   かつ、
   前記出力シャフトの先端にベアリングが設けられ、
   前記出力ドラムが、前記ベアリングを介して前記出力シャフトに回転自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転動力遮断装置。
5. 請求項４に記載の回転動力遮断装置と、
   前記出力シャフトに設けられた遠心クラッチと、
   前記出力ドラムに設けられた刈刃ホルダーと、
   を備え、
   前記遠心クラッチが前記原動機と前記作動部との間に位置し、
   前記出力シャフトが刈刃回転軸であることを特徴とする刈払機。

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