JPWO2011048697A1 - 振動吸収機構およびこれを備えた作業機 - Google Patents
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Abstract
エンジン等の駆動源からの駆動力の伝達経路中に振動吸収機構3が設けられた刈払機1であって、振動吸収機構3を、軸状継手10と、軸状継手10の一部が回動自在に挿入される筒状継手20と、筒状継手20の外周側に挿通され、各継手10,20に設けられたバネ座14,25間に配置されるコイルバネ30と、コイルバネ30の回動量を規制する回動規制手段とを備えて構成し、バネ座10,20には、コイルバネ30の端部31,32に対してコイルバネ30を拡径させる方向に係止する係止段差18,28を設け、回動規制手段としては、軸状継手10側の複数の凸条部16と、これを収容する筒状継手20側の凹条部とで構成し、凹条部の内壁面に対して凸条部16の外壁面を面接触させる。
Description
本発明は、振動吸収機構およびこれを備えた作業機に関する。
従来、携帯型刈払機等の作業機において、エンジンの不整燃焼や、加減速時におけるトルク変動、回転数変動、刈刃に作用する負荷の変動により、伝動軸にねじり振動が生じる。
このような問題の解決策として、エンジンの出力軸の回転をねじりコイルバネを介して伝動軸に伝達し、この伝動軸のねじり振動をねじりコイルバネにより吸収する振動吸収継手を設けることが知られている(例えば特許文献1)。この振動吸収継手の構造ではさらに、可動スリーブと筒状連結体との嵌押部分にコイルバネが所定角度以上ねじられないようにする回動規制手段が設けられている。
このような問題の解決策として、エンジンの出力軸の回転をねじりコイルバネを介して伝動軸に伝達し、この伝動軸のねじり振動をねじりコイルバネにより吸収する振動吸収継手を設けることが知られている(例えば特許文献1)。この振動吸収継手の構造ではさらに、可動スリーブと筒状連結体との嵌押部分にコイルバネが所定角度以上ねじられないようにする回動規制手段が設けられている。
しかしながら、特許文献1に記載された刈払機の振動吸収継手では、可動スリーブに回動規制用のピンを挿通させるための長孔を形成したり、コイルバネの端部を折曲させて可動スリーブおよびばね受け部材に係合したりする必要があるなど、構造が複雑になるという問題点がある。
また、特許文献1において回動規制が働く際には、回動規制用の長孔の内周面にピンが当接されることになるが、ピンと長孔の内周面との接触はほぼ線接触に近く、当接時の面圧が大きくなってピンおよび長孔が著しく摩耗する。特に長孔の摩耗が進むと、回動量が大きくなるため、コイルバネが所定角度を超えてねじれてしまい、最終的には破損するという問題がある。
また、特許文献1において回動規制が働く際には、回動規制用の長孔の内周面にピンが当接されることになるが、ピンと長孔の内周面との接触はほぼ線接触に近く、当接時の面圧が大きくなってピンおよび長孔が著しく摩耗する。特に長孔の摩耗が進むと、回動量が大きくなるため、コイルバネが所定角度を超えてねじれてしまい、最終的には破損するという問題がある。
本発明の目的は、簡単な構造で振動を確実に吸収でき、かつ耐久性を向上させることができる振動吸収機構およびこれを備えた作業機を提供することにある。
本発明の振動吸収機構は、駆動源からの駆動力の伝達経路中に設けられる振動吸収機構であって、前記駆動力の入力側および出力側の一方側に設けられる軸状継手と、他方側に設けられて前記軸状継手の一部が回動自在に挿入される筒状継手と、前記筒状継手の外周側に挿通されるとともに、それぞれの継手に設けられたバネ座間に配置されるコイルバネと、前記軸状継手および前記筒状継手の互いの相対回動量を規制する回動規制手段とを備え、前記バネ座には、螺旋状とされたコイルバネの端部に対して、前記駆動力の伝達時に当該外コイルバネを拡径させる方向に係止する係止段差が設けられ、前記回動規制手段は、前記軸状継手の外周において軸方向に沿って設けられた凸条部と、前記筒状継手の内周において前記凸条部が周方向に所定角度回動自在に収容された凹条部とを備えて構成されることを特徴とする。
本発明の振動吸収機構では、前記凸条部と前記凹条部との総接触面積は、30mm2以上であることが望ましい。
本発明の作業機は、以上の振動吸収機構を備えていることを特徴とする。
ここで、作業機としては、刈払機の他に、ハンドヘルドエッジャー、ロングリーチトリマ、ショートリーチトリマー、ポールソー等であってもよい。
ここで、作業機としては、刈払機の他に、ハンドヘルドエッジャー、ロングリーチトリマ、ショートリーチトリマー、ポールソー等であってもよい。
本発明によれば、軸継手および筒状継手のうち駆動力の入力側に設けられる継手に対して、出力側の継手以降にねじれ振動等による回転遅れが生じた場合、コイルバネが広がることでねじれ振動を吸収する。このため、駆動力を伝達しつつ振動を吸収するためには、コイルバネの基端部を入力側の継手の係止段差で押圧すればよく、コイルバネの巻線形状をそのまま利用できるなど、構造を簡単にできる。
また、回動規制手段を凸条部および凹条部によって構成するため、それら凸条部および凹条部の対向面同士を当接させることで互いの回動範囲が規制され、当接時の面圧を小さくできて摩擦を殆ど生じなくできる。従って、摩擦が生じ難いことで、互いの回動範囲を長期にわたって一定にできるとともに、コイルバネが広がりすぎるおそれがなく、その破損を良好に防止できて、信頼性および耐久性を向上させることができる。
そして、凸条部と凹条部との総接触面積を30mm2以上に設定することで、当接部分の面圧を低減でき、耐久性の大幅な向上を確実に実現できる。
〔第1実施形態〕
図1において、刈払機1では、図示しない駆動源としてのエンジンの駆動力が遠心クラッチ2、振動吸収機構3、中空シャフト4、および中空シャフト4がスプライン結合される図示しない作業機駆動部を介して刈刃に伝達される。刈払機1のその他の構成は、通常のものと同様であり、既知であるため、以下での図示および説明を省略する。
図1において、刈払機1では、図示しない駆動源としてのエンジンの駆動力が遠心クラッチ2、振動吸収機構3、中空シャフト4、および中空シャフト4がスプライン結合される図示しない作業機駆動部を介して刈刃に伝達される。刈払機1のその他の構成は、通常のものと同様であり、既知であるため、以下での図示および説明を省略する。
遠心クラッチ2の従動側のハウジング2Aには、筒状の出力軸6が設けられ、この出力軸6がベアリング7に支持された状態でハウジング2Aと一体に回転する。出力軸6の先端は、作業機駆動部側に延出したパイプ8の基端側に位置している。このパイプ8の基端側は、複数の樹脂製部品または金属製部品により構成されたパイプ固定部9内に挿入され、スクリュー9Aによって抜け止め固定されている。
振動吸収機構3は、基端側が出力軸6内にスプライン結合されて一体に回転する軸状継手10と、軸状継手10の先端側が回動自在に挿入された筒状継手20と、筒状継手20の外周に配置されたコイルバネ30とを備え、筒状継手20の先端面に前記中空シャフト4が溶着固定されている。
図2にも示すように、軸状継手10の基端側は、スプラインが刻設された結合部11とされ、先端側が筒状継手20内に挿入される挿入部12になっている。結合部11および挿入部12の間の大径部13には、円環状のバネ座14が設けられている。
挿入部12の先端には、周方向に連続した溝部15が設けられ、挿入部12が筒状継手20の挿入孔21内に挿入された状態では、筒状継手20に対して径方向から挿通される固定ピン22が溝部15に係合し、軸状継手10が抜け止めされる。これに対して、挿入部12の基端(バネ座14側)外周には、軸方向に沿った所定長さと、径方向に沿った所定高さと、周方向に沿った所定幅とを有した5条の凸条部16が等周間隔で設けられている。
バネ座14には、コイルバネ30と対向する螺旋状の対向面17が設けられ、対向面17の周方向の途中には、コイルバネ30の基端部31が係止される係止段差18が設けられている。軸状継手10にエンジンからの駆動力が伝達され、軸状継手10が図2中の回転方向A側に回転する場合、係止段差18がコイルバネ30の基端部31に当接し、コイルバネ30を押し広げる方向に押圧しながら回転させる。
一方、筒状継手20の基端側は、コイルバネ30内に位置する案内部23とされ、先端側が二面幅部24になっている。案内部23および二面幅部24の間にも、円環状のバネ座25が設けられている。案内部23には、挿入孔21用の挿入開口26が設けられ、挿入開口26の縁部分が軸状継手10の大径部13に近接する位置まで、軸状継手10の挿入部12が挿入孔21内に挿入される(図1参照)。
バネ座25にはやはり、コイルバネ30と対向する螺旋状の対向面27が設けられ、対向面27の周方向の途中には、コイルバネ30の先端部32が係止される係止段差28が設けられている。案内部23内に挿入部12が挿入された状態では、軸状継手10および筒状継手20の各バネ座14,25が所定間隔で離間しており、この間にコイルバネ30が自由状態で挿通される。
従って、軸状継手10からコイルバネ30に伝達されたエンジンからの駆動力は、該コイルバネ30の先端部32がバネ座25の係止段差28に係止することで筒状継手20を押圧し、出力を筒状継手20に伝達する。さらに、エンジン出力は中空シャフト4から作業機駆動部に伝達され、刈刃を駆動する。
この際、トルク変動や回転数変動、負荷変動等により中空シャフト4にねじり振動が生じ、軸状継手10側に対して筒状継手20側の回転が遅れると、軸状継手10がバネ力に抗してコイルバネ30を押し広げることになり、コイルバネ30が広がることで振動が確実に吸収される。
図3に拡大して示すように、筒状継手20の内周には、軸状継手10の凸条部16に対応した凹条部29が設けられ、凹条部29内に凸条部16が周方向に所定角度回動自在に収容されている。凹条部29の周方向の幅寸法W2は、凸条部16の幅寸法W1の約2倍である。コイルバネ30が自由状態で各バネ座14,25間に挿通されているとき、各バネ座14,25の係止段差18,28はコイルバネ30の各端部31,32に略接触した状態にあり、各継手10,20としては、凸条部16が凹条部29の幅方向の中央に位置した位置関係にある。
前述のように、軸状継手10側に対して筒状継手20側の回転が遅れると、コイルバネ30を押し広げるようになるため、各継手10,20が共に回転しながらも、筒状継手20に対して軸状継手10は、回転方向A側に進んで回動し、凸条部16および凹条部29の間の一方の空間S1を回転方向A側に詰めることになる。
各継手10,20側での回転差が著しく大きくなると最終的には、凸条部16の軸方向に沿った一方の外壁面16Aが、これと対向する凹条部29の内壁面29Aに所定の面積で当接して回動の進みが規制され、コイルバネ30が所定角度以上に広げられるのを防止する。つまり、これらの凸条部16および凹条部29により、軸状継手10および筒状継手20の互いの相対回動量を規制する回動規制手段が構成される。
ここで、各外壁面16Aを合わせた略合計の面積、すなわち凸条部16と凹条部29との総接触面積は、通常の一般的な刈払機で生じるねじり振動の大きさに基づいて、当接時の面圧を十分に小さくすることを考慮すると、30mm2以上であることが望ましく、より望ましくは48mm2以上である。30mm2未満では、軸状継手10側の回転トルクにより、外壁面16Aと内壁面29Aとの間の面圧が高くなりすぎ、耐久性の大幅向上を期待できない可能性がある。
なお、コイルバネ30が押し広げられると、その径寸法が拡大するが、図1に示すように、コイルバネ30とパイプ8との間には、コイルバネ30が最大に拡径した場合でも、パイプ8の内周面に接触しない程度の隙間Cが形成されている。
ところで、刈刃への負荷が抜けた状態で、高回転数域からエンジンを急停止させた場合などには、遠心クラッチ2が断たれた後、刈刃の慣性力によって筒状継手20側の回転が維持され、筒状継手20が軸状継手10側を連れ回す現象が生じる。このような場合、本実施形態では、軸状継手10に対して筒状継手20は、回転方向B側に進んで回動し、凸条部16および凹条部29の間の他方の空間S2を回転方向B側に詰めることになる。
ただし、この場合に筒状継手20の回動は、バネ座25がコイルバネ30の先端部32から離れる方向に進むため、空間S2が詰まる際にはコイルバネ30による抗力が発生せず、凹条部29の軸方向に沿った他方の内壁面29Bが、これと対向する凸条部16の他方の外壁面16Bに即座に当接することになる。従って、筒状継手20側の回転が軸状継手10側の回転を上回った場合でも、コイルバネ30が縮径側にねじられすぎず(本実施形態ではまったくねじられない)、コイルバネ30の耐久性が良好に維持される。
以上に説明した本実施形態によれば、筒状継手20側にねじれ振動が生じ、筒状継手20の回転に遅れが生じた場合、コイルバネ30が広がることでねじれ振動を吸収するようにしたので、エンジン出力を伝達させるためには、コイルバネ30の基端部31を軸状継手10の係止段差18で押圧すればよく、コイルバネ30の巻線形状をそのまま利用できるなど、構造を簡単にできる。
また、各継手10,20の回動規制を、凸条部16の外壁面16A,16Bと凹条部29の内壁面29A,29Bの面同士の当接によって行うので、当接時の面圧を小さくできて摩擦を殆ど生じなくできる。従って、摩擦が生じ難いことで、互いの回動範囲を長期にわたって一定にできるので、コイルバネ30が広がりすぎるおそれがなく、その破損を良好に防止できて、信頼性および耐久性を向上させることができる。
〔第2実施形態〕
図4には、本発明の第2実施形態が示されている。本実施形態では、前記第1実施形態と同様な振動吸収機構3がエンジン側ではなく、作業機駆動部5側に設けられている。この振動吸収機構3において、エンジンからの駆動力は先ず筒状継手20に入力し、押し広げられるコイルバネ30を介して軸状継手10に伝達される。従って、本実施形態でも、刈刃への負荷変動により、軸状継手10側の回転が筒状継手20側に対して遅れた場合には、その遅れに起因する振動をコイルバネ30で確実に吸収できる。
図4には、本発明の第2実施形態が示されている。本実施形態では、前記第1実施形態と同様な振動吸収機構3がエンジン側ではなく、作業機駆動部5側に設けられている。この振動吸収機構3において、エンジンからの駆動力は先ず筒状継手20に入力し、押し広げられるコイルバネ30を介して軸状継手10に伝達される。従って、本実施形態でも、刈刃への負荷変動により、軸状継手10側の回転が筒状継手20側に対して遅れた場合には、その遅れに起因する振動をコイルバネ30で確実に吸収できる。
また、本実施形態において、作業機駆動部5の構成は以下の通りである。
すなわち、軸状継手10とスプライン結合される入力軸50を有するとともに、一対のベアリング41に支持されるベベルギア51と、ベベルギア51と噛合する別のベベルギア52と、ベベルギア52に挿通されて一体で回転し、かつ間隔を空けて配置された一対のベアリング42で支持される取付シャフト53と、これらの部品を収容するギアケース54と、取付シャフト53の先端に取り付けられた円板状の取付座55と、取付シャフト53に螺合するボルト56により、前記取付座55との間で刈刃を挟持固定する固定用キャップ57とを備えて構成されている。作業機駆動部5の他の構成も、一般的な刈払機のものと同じであり、既知であるため、ここでのさらなる説明を省略する。
すなわち、軸状継手10とスプライン結合される入力軸50を有するとともに、一対のベアリング41に支持されるベベルギア51と、ベベルギア51と噛合する別のベベルギア52と、ベベルギア52に挿通されて一体で回転し、かつ間隔を空けて配置された一対のベアリング42で支持される取付シャフト53と、これらの部品を収容するギアケース54と、取付シャフト53の先端に取り付けられた円板状の取付座55と、取付シャフト53に螺合するボルト56により、前記取付座55との間で刈刃を挟持固定する固定用キャップ57とを備えて構成されている。作業機駆動部5の他の構成も、一般的な刈払機のものと同じであり、既知であるため、ここでのさらなる説明を省略する。
なお、本発明は以上の第1、第2実施形態で説明した構成に限定されず、本発明の目的を達成する範囲内での変形は本発明に含まれる。
例えば、前記第1実施形態では、振動吸収機構3がエンジン側に設けられ、第2実施形態では作業機駆動部5側に設けられていたが、そのような振動吸収機構3をエンジン側と作業機駆動部5側の両方に設けてもよいし、中空シャフト4の長さ方向の中央付近に1つ設けてもよい。要するに、振動吸収機構は、エンジン等の駆動源からの駆動力の伝達経路中に設けられていればよい。
例えば、前記第1実施形態では、振動吸収機構3がエンジン側に設けられ、第2実施形態では作業機駆動部5側に設けられていたが、そのような振動吸収機構3をエンジン側と作業機駆動部5側の両方に設けてもよいし、中空シャフト4の長さ方向の中央付近に1つ設けてもよい。要するに、振動吸収機構は、エンジン等の駆動源からの駆動力の伝達経路中に設けられていればよい。
前記第1実施形態では、凸条部16が凹条部29の幅方向の中央に位置するように、各継手10,20の位置関係が設定されていたが、図5に示すように、角度αを角度βよりも大きくすることで、コイルバネ30が自由状態にあるときから既に、空間S1が空間S2よりも大きくなるように、位置関係を設定してもよい。このような場合には、コイルバネ30の弾性変形を有効に利用でき、振動をより広い範囲で吸収できる。
前記第1実施形態では、凸条部16および凹条部29がそれぞれ5箇所に設けられていたが、例えば、図6に示すように、4箇所に設けることも可能である。すなわち、凸条部16および凹条部29の数は、強度上問題とならない範囲で任意に決めることができ、3箇所以下や、6箇所以上など、5箇所や4箇所以外であっても、勿論よい。
本発明の振動吸収機構は、エンジン駆動の刈払機に限らず、電動モータで駆動される刈払機や、その他の任意の作業機にも利用可能である。
1…作業機としての刈払機、3…振動吸収機構、10…軸状継手、14,25…バネ座、16…凸条部、18,28…係止段差、20…筒状継手、29…凹条部、30…コイルバネ。
Claims (3)
- 駆動源からの駆動力の伝達経路中に設けられる振動吸収機構であって、
前記駆動力の入力側および出力側の一方側に設けられる軸状継手と、
他方側に設けられて前記軸状継手の一部が回動自在に挿入される筒状継手と、
前記筒状継手の外周側に挿通されるとともに、それぞれの継手に設けられたバネ座間に配置されるコイルバネと、
前記軸状継手および前記筒状継手の互いの相対回動量を規制する回動規制手段とを備え、
前記バネ座には、螺旋状とされたコイルバネの端部に対して、前記駆動力の伝達時に当該外コイルバネを拡径させる方向に係止する係止段差が設けられ、
前記回動規制手段は、前記軸状継手の外周において軸方向に沿って設けられた凸条部と、前記筒状継手の内周において前記凸条部が周方向に所定角度回動自在に収容された凹条部とを備えて構成される
ことを特徴とする振動吸収機構。 - 請求項1に記載の振動吸収機構において 前記凸条部と前記凹条部との総接触面積は、30mm2以上である
ことを特徴とする振動吸収機構。 - 請求項1または請求項2に記載の振動吸収機構を備えている
ことを特徴とする作業機。
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