JP7289561B2 - 刈刃付き電動作業機 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータと刈刃との間にクラッチを介在させた刈刃付き電動作業機において、刈刃近傍の刈草除去時の安全対策のための制御に関する。

従来、芝や草を刈り取るために、芝刈機や草刈機といった作業機が用いられている。これらの作業機においては、水平方向に配置された刈刃を備え、刈刃を駆動源で回転させるものが知られており、刈刃の駆動源としては、エンジンや電動モータが用いられている。例えば特許文献１に記載の歩行型草刈機は、前後車輪と上下方向の軸芯回りに回転する刈刃の駆動源として、電動モータ８が用いられている。

刈刃の駆動源と刈刃との間にクラッチを介在させる点は、駆動源がエンジンであっても電動モータであっても同様であり、特許文献１に記載の歩行型草刈機は、草刈時に刈刃クラッチ５４を繋ぐと、電動モータ８の出力軸４７の回転が刈刃クラッチ５４を介して刈刃６に伝達されて刈刃６が回転駆動される（特許文献１の図１参照）。

クラッチを備えた作業機においては、クラッチレバーをＯＮ状態に操作してクラッチを繋ぐ必要がある。クラッチレバーと刈刃との位置関係は、クラッチレバーをＯＮ状態に保持したままでは刈草を除去することができない位置関係であるのが通常である。このような位置関係では、作業機を横倒して刈草の詰まりや絡まりを除去している時点で、エンジンやモータは起動していても刈刃の回転は停止していることになる。

特開２０１４－２３９６６０号公報

しかしながら、不測の事態を考慮すると、より一層の安全対策の強化が必要となる。例えば、駆動源がエンジンの場合は、刈草の詰まりや絡まりの抵抗で刈刃が回転しなくなるとエンストし、一旦エンストすると運転の再開には再起動が必要になる。これに対し、駆動源が電動モータの場合は、刈刃が回転しなくなってもクラッチを切れば電動モータは回転が再開し、クラッチを切っている限り電動モータの回転は継続する。

本発明は、前記のような従来の刈刃付き電動作業機の安全面に鑑み、刈刃の駆動源である電動モータと刈刃との間にクラッチが介在する構造を採用する刈刃付き電動作業機において、より一層の安全対策の強化を図った刈刃付き電動作業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、本発明の刈刃付き電動作業機は、機体を走行させながら刈り取り作業を行う刈刃付き電動作業機であって、刈刃と、前記刈刃を回転駆動する電動モータと、前記電動モータに電力を供給する主電源と、前記電動モータと前記刈刃との間で動力を断接するクラッチと、前記機体の傾斜を検知する傾斜センサと、前記主電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御手段とを備えており、
機体の走行方向と直交する方向を水平方向とし、水平面上の前記機体を正面から見たときの前記機体の垂直方向の中心線を基準線とすると、前記制御手段は、前記水平方向において、前記基準線が規定角度以上傾斜したとき又は前記電動モータの回転が規定時間以上停止したときに、前記主電源をＯＦＦにすることを特徴とする。

前記本発明の刈刃付き電動作業機によれば、刈刃近傍の刈草の除去を行う場合に想定される状況を考慮して、基準線が規定角度以上傾斜したとき又は電動モータの回転が規定時間以上停止したときの２つの条件のいずれか一方を満足するときに主電源が自動的にＯＦＦになる制御を採用しており、主電源がＯＦＦになれば、再度刈刃を回転させるには、多段階の操作が必要になり、不意に刈刃が回転するという不測の事態が生じることはなく、作業者は安全上問題なく、刈刃近傍の刈草の除去を行うことができ、作業者の心理的負担も解消される。

前記本発明の刈刃付き電動作業機においては、前記クラッチを操作する操作手段により、前記電動モータの動力が前記刈刃に伝達されない前記クラッチを切った状態と前記電動モータの動力が前記刈刃に伝達される前記クラッチが繋がった状態とを切り換え可能であり、前記操作手段と前記刈刃との位置関係が、作業者が操作手段により前記クラッチが繋がった状態を保持したままでは、前記作業者と同一作業者が前記刈刃近傍の刈草を除去することができない位置関係であることが好ましい。この構成によれば、作業者が刈刃近傍の刈草の除去を行う際には、クラッチが切れた状態になり刈刃の回転は停止するので、安全対策面でより有利になる。

本発明の効果は前記のとおりであり、要約すれば、本発明によれば、２つの条件のいずれか一方を満足するときに主電源が自動的にＯＦＦになる制御を採用しており、主電源がＯＦＦになれば、再度刈刃を回転させるには、多段階の操作が必要になり、不意に刈刃が回転するという不測の事態が生じることはなく、作業者は安全上問題なく、刈刃近傍の刈草の除去を行うことができ、作業者の心理的負担も解消される。

本発明の一実施形態に係る刈刃付き電動作業機の外観斜視図。 図１に示した刈刃付き電動作業機のモータボックスの内部を示す斜視図。 図１に示した刈刃付き電動作業機をハンドル側から見たときの斜視図。 図１に示した刈刃付き電動作業機を裏面側から見た斜視図。 図１に示した刈刃付き電動作業機のハウジングデッキの内部に配置されたクラッチの構造を示す断面図。 図５に示したクラッチの拡大図であり、クラッチを切った状態を示す断面図。 図５に示したクラッチの拡大図であり、クラッチが繋がった状態を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るクラッチレバーの近傍を示す外観斜視図。 本発明の一実施形態に係る制御手段による制御を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る傾斜センサの拡大斜視図。 本発明の一実施形態に係る刈刃付き電動作業機の機体の正面図。 本発明の一実施形態に係る刈刃付き電動作業機において運転開始から運転終了までの工程を示すフローチャート。

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刃付き電動作業機１（以下単に「作業機１」という。）の外観斜視図であり、図２はモータボックス２の内部を示す斜視図であり、図３は作業機１をハンドル側から見たときの斜視図であり、図４は作業機１を裏面側から見た斜視図である。

本実施形態においては、作業機１は歩行式芝刈機の例で説明するが、後に説明するとおり、本発明は、電動モータと刈刃との間にクラッチを介在させた作業機において、刈刃近傍の刈草除去時の安全対策のための制御に関するものであり、この制御の適用対象は同様の刈刃回転機構を有するものであればよく、例えば乗用式芝刈機であってもよく、草刈機であってもよい。

最初に図１～４を参照しながら、作業機１の概要を説明する。図１において、モータボックス２の前方に前輪３が取り付けられており、後方に後輪４が取り付けられている。図２に示したように、モータボックス２の内部には電動モータ５が搭載されている。電動モータ５により後輪４及び刈刃９（図４参照）が回転駆動される。

図１において、モータボックス２の後方には主電源６（バッテリ）が搭載されている。モータボックス２の下方にハウジングデッキ７があり、ハウジングデッキ７の後方にグラスバッグ８が取り付けられている。図４に示したように、ハウジングデッキ７内には刈刃９が配置されている。詳細は後に説明するが、刈刃９に電動モータ５の回転がクラッチ２０（図５参照）を介して伝達されて、刈刃９が回転する。

図４において、刈刃９の回転と一体にフィン付きディスク３５が回転して、ハウジングデッキ７からグラスバッグ８に向かう空気の流れが生じる。このことにより、刈刃９の回転により刈り取られた芝は排気口１９を経てグラスバッグ８に送られて、ここに集められる。

作業機１は、作業者が歩行しながら使用するものであり、図１において、機体には操作棹１０が取り付けられており、操作棹１０の端部には操作ハンドル１１、クラッチレバー１２（クラッチの操作手段）及び変速レバー１３が取り付けられている。また、一対の操作棹１０の間にはフレーム１５が架け渡され、フレーム１５には電動モータ５の回転数等を表示するディスプレイ１６が固定されている。図３に示したように、ディスプレイ１６には、メインスイッチ１７が取り付けられており、メインスイッチ１７を回転させることにより、主電源６をＯＮにすることができる。

図１において、主電源６がＯＮの状態で、変速レバー１３をスライドさせることにより（矢印ａ方向）、電動モータ５を起動させることができ、電動モータ５の回転を段階的に高めることができる。操作ハンドル１１の近傍には操作レバー１４が取り付けられており、電動モータ５が回転中の状態において、操作レバー１４の操作により、後輪４が駆動され作業機１が前進する。

電動モータ５が回転していても、クラッチレバー１２を操作しない限り、刈刃９の回転駆動は停止しており、芝刈りを行う際には、クラッチレバー１２でクラッチ２０（図５参照）を操作して、電動モータ５の動力が刈刃９に伝達されないクラッチ２０を切った状態から電動モータ５の動力が刈刃９に伝達されるクラッチ２０が繋がった状態に切り換える必要がある。

以下、図５～図８を参照しながら、クラッチ２０の動作について説明する。図５はハウジングデッキ７の内部に配置されたクラッチ２０の構造を示す断面図であり、図６及び図７はクラッチ２０の拡大図であり、図６はクラッチ２０を切った状態を示しており、図７はクラッチ２０が繋がった状態を示している。図８は、クラッチレバー１２の近傍を示す外観斜視図である。

図５に示したように、クラッチ２０はハウジングデッキ７の内部に配置されており、ハウジングデッキ７の上側に配置された電動モータ５（図２参照）のモータ軸２１がドライブディスク２２と連結されている。モータ軸２１とドライブディスク２２とは、キー（図示せず）で結合されており、モータ軸２１の回転と一体にドライブディスク２２も回転する。

図６において、モータ軸２１には、上側ベアリング２３を介して、ブレーキディスク支持板２４が取り付けられている。ブレーキディスク支持板２４には、円環状のブレーキディスク２５が上下方向移動可能に取り付けられている。この構成では、モータ軸２１が回転しても、モータ軸２１とブレーキディスク支持板２４との間には上側ベアリング２３が介在しているので、ブレーキディスク支持板２４及びこれと一体のブレーキディスク２５は回転しない。

刈刃９はブレードホルダ２６の下側に固定されており、ブレードホルダ２６とドライブディスク２２との間には下側ベアリング２７が介在している。ブレードホルダ２６の上側には摩擦板２８が上下スライド可能に回り止め結合されており、摩擦板２８が回転すれば、これと一体にブレードホルダ２６及び刈刃９が回転する。

ブレードホルダ２６と摩擦板２８との間には、スプリング２９が介在しており、摩擦板２８はスプリング２９の伸縮に伴い上下方向にスライドする。図６の状態では、摩擦板２８がブレーキディスク２５により押圧されて下側にスライドしており、スプリング２９が縮んでいる。このため、摩擦板２８はドライブディスク２２から離れている。この状態はクラッチ２０を切った状態であり、モータ軸２１の回転と一体にドライブディスク２２が回転していても、ドライブディスク２２の回転は摩擦板２８に伝達されず、刈刃９も回転しない。

これに対し、図７の状態はブレーキディスク２５による摩擦板２８の押圧が解除されており、その結果スプリング２９が伸びてスプリング２９の反発力により、摩擦板２８がドライブディスク２２を押圧している。この状態はクラッチ２０が繋がった状態であり、ドライブディスク２２の回転は摩擦板２８に伝達され、刈刃９は回転し芝刈りが可能になる。

作業機１は、ブレーキディスク２５を下側へ押し下げてクラッチ２０を切った状態（図６の状態）と、クラッチ２０を切った状態が解除されクラッチ２０が繋がった状態（図７の状態）とを切り換える切り換え機構（図示せず）を備えている。この切り換え機構はクラッチレバー１２（図１及び図８参照）の操作により作動する。

図８において、クラッチレバー１２上部の操作ボタン１８を押した状態で（矢印ｂ）、そのままクラッチレバー１２を前方に倒す（矢印ｃ）と、切り換え機構が作動し、ブレーキディスク２５が下側へ押し下げられた状態が解除され、図７のように摩擦板２８がドライブディスク２２を押圧したクラッチ２０が繋がった状態になり、刈刃９が回転する。操作ボタン１８を押しクラッチレバー１２を前側に倒した状態を維持する限り刈刃９は回転するが、クラッチレバー１２から作業者の手が離れると、クラッチ２０を切った状態になり刈刃９の回転が停止する。

以上、作業機１の概要及びクラッチの動作について説明したが、図４において刈取作業中はハウジングデッキ７内部や排気口１９に刈草が詰まったり、刈刃９に刈草が絡まったりする。この状態が進行すると電動モータ５が過負荷状態になり、電動モータ５が停止し刈刃９の回転も停止する。この場合、本来の刈取作業を続けるには、作業機１を横倒しして刈刃９近傍の刈草の除去が必要となる。

作業機１は図１に示したように、クラッチレバー１２とハウジングデッキ７とは離れた位置にあり、クラッチレバー１２と刈刃９との位置関係が、作業者がクラッチレバー１２によりクラッチ２０が繋がった状態を保持したままでは、同一作業者が刈刃９近傍の刈草を除去することができない位置関係になっており、クラッチレバー１２の把持と刈草の除去は両立できないように設計している。

このため、作業機１を横倒しして刈刃９近傍の刈草の除去を行う場合は、クラッチレバー１２から手を離す必要がある。クラッチレバー１２から手を離すと、前記のとおりクラッチ２０を切った状態になり電動モータ５の動力は刈刃９には伝達されず刈刃９の回転が停止する。

したがって、刈刃９近傍の刈草の除去は、電動モータ５の動力が刈刃９には伝達されない状態で行うことができる。本実施形態では、クラッチ２０の把持と刈草の除去は両立できないので、再度クラッチ２０を繋ぐには、刈刃９近傍から手を離した上で、クラッチレバー１２の操作が必要になり、不意に刈刃９が回転するという危険は想定し難い。

一方、クラッチ２０を切った状態では刈刃９の回転が停止していても電動モータ５は回転するので、この状態での刈草の除去作業は作業者に心理的負担を与えてしまう。また、万全の安全対策のためには、刈草の除去作業中、規定外の使用により刈刃９が回転するという不測の事態をも考慮する必要がある。これらの点に鑑み、本願発明者らは、刈草の除去作業をする際のより一層の安全対策の強化を図るために、所定の条件を満足するときに、単に電動モータ５への通電を停止するのではなく、主電源を自動的にＯＦＦにする制御を導き出した。

作業機１は、主電源６のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御手段３０（コンピュータ）を内蔵しており、以下、特に図９～図１２を参照しながら、制御手段３０による制御について説明する。図９は制御手段３０による制御を示すブロック図であり、図１０は傾斜センサ３１の拡大斜視図であり、図１１は作業機１の正面図であり、図１２は運転開始から運転終了までの工程を示すフローチャートである。

図９において、制御手段３０に傾斜センサ３１からの信号が入力される。図２に示したように傾斜センサ３１は、モータボックス２の内部に固定されている。傾斜センサ３１は傾斜角を検出するセンサであり、物体に取り付けた場合は、物体の傾いた角度に比例した信号が出力される。本実施形態では傾斜センサ３１は、機体の走行方向と直交する水平方向における傾斜角を検出するものである。

傾斜角について、図１１を参照しながら具体的に説明する。作業機１の機体の正面図である図１１において、作業機１は水平面３５上にあり、Ｘ方向が作業機１の機体の走行方向（Ｚ方向）と直交する方向を水平方向である。基準線３６は、水平面３５に対して垂直方向（Ｙ方向）に伸びた機体の中心線である。図１１において、作業機１の機体が水平方向（Ｘ方向）において、角度αだけ傾くと基準線３６も角度αだけ傾く。この角度αを傾斜センサ３１は検出可能である。

本実施形態に係る制御は、第１の条件及び第２の条件のうち、いずれか一方を満足するときに主電源６が自動的にＯＦＦになる制御である。第１の条件は水平方向における角度αが規定角度以上になるという条件である。第１の条件は、刈刃９近傍の刈草を除去するには、機体を横倒しすることを考慮したものである。

第２の条件は電動モータ５の回転が規定時間以上停止するという条件である。第２の条件は、刈草の詰まりや絡まりが進行するとこれらの抵抗で刈刃９の回転が停止し同時に電動モータ５の回転も停止することを考慮したものである。

以下、図１２を参照して作業機１の運転開始から運転終了までの動作について説明しながら、本実施形態に係る安全対策のための制御について説明する。図１２において、運転を開始させるときは（ステップ１００）、メインスイッチ１７（図３参照）を回転させることにより、主電源６をＯＮにする（ステップ１０１）。この状態で変速レバー１３（図１参照）をスライドさせることにより（ステップ１０２）、電動モータ５が起動し、電動モータ５が回転する（ステップ１０３）。この状態で、図１において、操作レバー１４の操作により、後輪４が駆動され作業機１が前進する。

一方、クラッチレバー１２（図１参照）を操作しない限り、電動モータ５が回転していても、クラッチ２０は切った状態であり刈刃９は回転せず、刈刃９を回転させるには、クラッチレバー１２の操作によりクラッチ２０を切った状態を解除し、クラッチ２０を繋ぐ必要がある。本実施形態においては、クラッチ２０を切った状態であるか、クラッチ２０を繋いた状態であるかにかかわらず、機体が４５度以上傾くと（ステップ１０４）、図９において、制御手段３０は傾斜センサ３１からの信号によりこれを検知し、主電源６がＯＦＦになり（ステップ１０７）運転が終了する（ステップ１０８）。

主電源６がＯＦＦになると、刈刃９のみならず電動モータ５の回転も停止する。刈刃９を回転させるには、機体を起こし、図３においてメインスイッチ１７を回転させて再度主電源６をＯＮにし、変速レバー１３（図１参照）をスライドさせて電動モータ５を起動させた上で、図８においてクラッチレバー１２上部の操作ボタン１８を押した状態でクラッチレバー１２を前方に倒すという多段階の操作が必要になる。このため、機体を横倒しにして、主電源６がＯＦＦの状態であれば、不意に刈刃９が回転するという不測の事態が生じることはなく、作業者は安全上問題なく、刈刃９近傍の刈草の除去を行うことができる。

機体の傾斜については図１１を参照して説明したとおりであり、４５度は図１１における角度αである。４５度は規定角度の一例であり、これに限るものではなく、機体の大きさ、構造及び使用態様等を考慮しながら、適宜決定すればよい。

前記のとおり、主電源６が自動的にＯＦＦになる第２の条件は、電動モータ５の回転の規定時間以上の停止である。刈取り運転中にハウジングデッキ７（図４参照）内の刈草の詰まりや絡まりが進むと、刈刃９の回転が停止する。刈取り運転中はクラッチ２０が繋がっているので、刈刃９の回転停止と同時に電動モータ５の回転も停止する。本実施形態では、この電動モータ５の回転の停止が１秒以上になると（ステップ１０５）、主電源６がＯＦＦになり（ステップ１０７）運転が終了する（ステップ１０８）。

主電源６がＯＦＦになると、前記のとおり、再度刈刃９を回転させるには多段階の操作が必要になり、不意に刈刃９が回転するという不測の事態が生じることはなく、作業者は安全上問題なく、刈刃９近傍の刈草の除去や各部の点検作業を行うことができる。また、クラッチ２０が繋がった状態で、電動モータ５の回転が停止した状態が続くと、電動モータ５の過負荷状態が続くことになるが、速やかに主電源６がＯＦＦになることで、過負荷状態が解除され、消費電力が過度に増えることも防止できる。

一方、電動モータ５の回転が停止した直後にクラッチ２０を切った場合は、電動モータ５が回転するが、前記のとおり刈草の除去のためのに機体を傾けると、主電源６がＯＦＦになり（ステップ１０７）運転が終了する（ステップ１０８）。

主電源をＯＦＦにするときの、電動モータ５の停止時間の規定値は、本実施形態では１秒であったが、これに限るものではなく適宜決定すればよい。電動モータ５が瞬間的に停止してもすぐ復帰する場合もあり、ある程度の待ち時間が必要であるが、前記のとおり過負荷状態が長く続くことを避けるには、停止時間の規定値は数秒程度の短い値が望ましい。

以上、本発明について説明したが、本発明によれば、刈刃９近傍の刈草の除去を行う場合に想定される状況を考慮して、第１の条件及び第２の条件のうち、いずれか一方を満足するときに主電源６が自動的にＯＦＦになる制御を採用しており、主電源６がＯＦＦになれば、再度刈刃９を回転させるには、多段階の操作が必要になり、不意に刈刃９が回転するという不測の事態が生じることはなく、作業者は安全上問題なく、刈刃９近傍の刈草の除去を行うことができ、作業者の心理的負担も解消される。

前記実施形態は一例であり、適宜変更したものであってもよい。例えば、前記実施形態では、クラッチ２０の操作手段として、クラッチレバー１２を用いていたが、クラッチ２０が操作できればよく、レバー構造に限るものではない。また、前記の第１の条件において、検出する角度αは水平方向における傾斜角としているが、安全性をより高めるために、機体の走行方向（前後方向）における傾斜角を検出して主電源６をＯＦＦにする制御を追加してもよい。

１ 刈刃付き電動作業機
３ 前輪
４ 後輪
５ 電動モータ
９ 刈刃
１２ クラッチレバー（クラッチの操作手段）
１８ 操作ボタン
２０ クラッチ
２２ ドライブディスク
２８ 摩擦板
３０ 制御手段
３１ 傾斜センサ

Claims (2)

1. 機体を走行させながら刈り取り作業を行う刈刃付き電動作業機であって、
   刈刃と、
   前記刈刃を回転駆動する電動モータと、
   前記電動モータに電力を供給する主電源と、
   前記電動モータと前記刈刃との間で動力を断接するクラッチと、
   前記機体の傾斜を検知する傾斜センサと、
   前記主電源のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御手段とを備えており、
   前記クラッチを操作する操作手段により、前記電動モータの動力が前記刈刃に伝達されない前記クラッチを切った状態と前記電動モータの動力が前記刈刃に伝達される前記クラッチが繋がった状態とを切り換え可能であり、
   機体の走行方向と直交する方向を水平方向とし、水平面上の前記機体を正面から見たときの前記機体の垂直方向の中心線を基準線とすると、
   前記制御手段は、前記水平方向において、前記基準線が規定角度以上傾斜したとき又は前記通電中の電動モータの回転が規定時間以上停止したときに、前記主電源をＯＦＦにし、
   前記電動モータの回転が停止した直後に前記クラッチを切り、前記電動モータが回転しても、前記機体を傾けて前記基準線が規定角度以上傾斜したときに主電源がＯＦＦになることを特徴とする刈刃付き電動作業機。
2. 前記操作手段と前記刈刃との位置関係が、作業者が操作手段により前記クラッチが繋がった状態を保持したままでは、前記作業者と同一作業者が前記刈刃近傍の刈草を除去することができない位置関係である請求項１に記載の刈刃付き電動作業機。

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