WO2017051663A1

WO2017051663A1 - 自走式草刈機

Info

Publication number: WO2017051663A1
Application number: PCT/JP2016/075004
Authority: WO
Inventors: 太祐市毛; 清水　康雄
Original assignee: 日立工機株式会社
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2017-03-30
Also published as: JPWO2017051663A1; JP6536681B2

Abstract

昇降機構にて保持される刈刃に外力が加わった際に、刈刃を含めた駆動機構が上方向に待避可能なように構成した自走式草刈機を提供する。鉛直方向に回転軸３０ｃが向くように保持される刈刃モータ３０と、回転軸の先端に取り付けられ、地面と略平行な面で回転するロータリー式の刈刃３５と、モータを上下方向に移動させることによって刈刃による刈り込み高さを調整する自走式草刈機において、刈刃３５を持ち上げる力が作用した際に、モータ筒部７０を動かしてモータと刈刃を上方向に移動可能とした。このため、ダイヤル筒部６０の外周面に形成された半球状の窪み６４ｂにスチールボール６８ｂを配置し、モータ筒部側に形成された昇降案内リブ７３でモータ筒部を吊り下げることにより、刈刃の上方向への移動を可能にした。

Description

自走式草刈機

本発明は、電動モータを駆動源とし草刈領域内を自律的に走行して草を刈り取る自走式草刈機に関する。

地面に生えた芝生や雑草を刈り取るための草刈機として、ワイヤー等で区画された草刈領域内を自動的に走行して草を刈り取るようにした自律走行式（自走式、あるいはロボット式）の草刈機が普及してきた。自走式の草刈機においては、車輪を駆動するための車輪モータと、草刈用の刈刃を駆動する刈刃用のモータを設け、これらモータに電力を供給する二次電池を搭載して制御装置にて自律走行を制御する。

自走式にて草刈作業中に二次電池の充電容量が低下した場合には、草刈機が、送電装置が設けられた充電ステーション（充電ベース）に向けて自動的に帰還走行を行い、自動的に充電が行われる。二次電池の充電が終了した後は、指定された草刈領域での作業が自動的に再開される。このような草刈機は、充電が必要となる度に作業者が草刈機を充電ステーションに案内することが不要であり、作業者不在のまま長時間草刈りを行うことができる。ここで従来の自走式草刈機の使用例を図１２を用いて説明する。家屋２００に隣接する庭２１０に芝生（図示せず）が植えられており、そこが草刈りを行う対象たる草刈領域２９０である。草刈領域２９０には芝生の上に自走式の草刈機３０１が配置される。草刈領域２９０には、草刈機３０１を充電するための充電ステーション２７０が配置される。充電ステーション２７０は、芝刈り領域の隅に設置され、ケーブル２６０によってＡＣアダプタ２５０に接続される。ＡＣアダプタ２５０は、商用交流電源等のコンセント（図示せず）に接続され、コンセントから供給される交流電圧（例えば２３０Ｖ）を、直流電圧（例えば２１Ｖ）に変換する。充電ステーション２７０は直流出力端子（正極、負極）を有し、草刈機３０１が充電ステーション２７０の充電位置に到達すると、草刈機３０１の受電端子（図示せず）が充電ステーション２７０の直流出力端子（図示せず）に接触するようにして停止し、充電ステーション２７０側から草刈機３０１側への電力の供給が行われ、草刈機３０１は搭載された二次電池の充電を行う。

草刈機３０１には、車輪が複数（例えば４つ）設けられ、車輪のうちいくつかは車輪モータ（図示せず）により駆動される。また、草刈機３０１の前後方向に見て前輪と後輪の間には、地面と略平行な面で回転するロータリー式の刈刃（図示せず）が設けられ、刈刃は、走行用とは独立した刈刃用モータ（図示せず）によって回転される。

草刈機３０１の自律走行を助けるために、庭２１０内の草刈領域２９０とその他の領域との境界部分には、境界ケーブルや、柵や、無線や光等を用いた境界報知手段が予め配置される。図１２では境界報知手段としてループ状に形成されたガイドワイヤ（誘導ワイヤ）２８０が配設（例えば埋設）される。ガイドワイヤ２８０の配設は草刈機３０１の使用者が草刈り前に予め行うもので、自走式の草刈機３０１はガイドワイヤ２８０を外縁とする内側の領域にて草刈作業を行う。ガイドワイヤ２８０には充電ステーション２７０内の誘導信号発生器（図示せず）が接続され、所定間隔でパルス状の電流が流される。草刈機３０１は、ガイドワイヤ２８０に流れる電流により発生した磁界を検知することにより、ガイドワイヤ２８０の内側にいるか外側にいるかを判別し、自動かつ自律的に走行しながら草刈作業を行う。

特開２０１５－１５９２２号公報

特許文献１に記載されるような従来の自走式の草刈機は、刈刃の地面からの高さを変えることによって、刈り込み高さを調整できるように構成され、例えば、刈り込み高さを２０～６０ｍｍの範囲で、１０ｍｍ間隔での調整が可能である。しかし、自走式の草刈機においては作業者がいない状態で作業を行うため、地面の起伏や小さい障害物等によって刈刃の下側からの力が掛かり、刈刃に無理な力が掛かったり、刈刃が突起等に乗り上げて草刈機の走行が困難になる恐れがある。

本発明の目的は、上記背景に鑑みてなされたもので、昇降機構にて保持される刈刃に外力が加わった際に、刈刃を含めた駆動機構が上方向に待避可能なように構成した自走式草刈機を提供することにある。本発明の他の目的は、刈刃用のモータを収容する昇降機構に、草や土等が入り込んで動作の支障になることを回避し、信頼性を高めた自走式草刈機を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものの特徴を説明すれば次の通りである。本発明の一つの特徴によれば、駆動輪と従動輪によって走行可能とされる本体シャーシと、本体シャーシに保持されるモータと、モータにより駆動される回転軸の先端に取り付けられ、地面と略平行な面で回転する刈刃と、刈刃による刈り込み高さを調整する刈り込み高さ調整機構と、本体シャーシの上側を覆う本体カバーを有する自走式草刈機において、刈り込み高さ調整機構は、刈刃を持ち上げる力が作用した際に刈刃を上方向に移動可能とした。また、刈り込み高さ調整機構は、複数の高さ位置を備えた係止部と係止部に係合する突起部の何れか一方をシャーシ部に備え、他方を刈刃の保持部に備え、刈刃保持部がシャーシ部に吊り下がるようにして保持されるようにした。さらに、刈り込み高さ調整機構は、モータと刈刃を共に移動可能とした。

本発明の他の特徴によれば、刈り込み高さ調整機構は、本体シャーシにより保持され下側に開口を有するカップ状のダイヤル筒部と、上側に開口を有し、刈刃を保持するカップ状のモータ筒部を有し、ダイヤル筒部とモータ筒部の径が異なるようにしてそれぞれの筒部分を重ねて配置する。また、ダイヤル筒部とモータ筒部の重なり部分の一面側に突起部を設け、他面側に記係止部を設け、突起部と係止部の係合によってモータ筒部がダイヤル筒部に吊り下がるようにして保持される。モータ筒部は、内側にモータを収容するものであって、モータの回転軸がモータ筒部の底面を貫通して下側に延びるように配置される。さらに、係止部は周方向に高さ位置が変わるように斜めに、例えばリブ状に形成され、ダイヤル筒部を回転させる事によって係止部と突起部の係合位置が変わり、係止部の下側に、突起部が移動可能な空間が形成される。

本発明のさらに他の特徴によれば、突起部は、ダイヤル筒部の外周面に形成された半球状の窪みと、窪みに配置されるスチールボールによって形成され、係止部は、モータ筒部の内周面において径方向内側に突出する案内リブである。また、窪みとスチールボールは、周方向に均等間隔で３つ配置され、案内リブは、周方向に均等間隔で３つ配置され、内壁側面の周方向に向けて斜めに延びるように形成される。さらに、ダイヤル筒部とモータ筒部の周方向の数カ所にて、ダイヤル筒部の周方向の回転位置を保持させるクリック機構を設け、保持された回転位置にて案内リブがスチールボールによって下方向への荷重を受け止めるように構成した。

本発明のさらに他の特徴によれば、モータ筒部の上側方向への移動範囲を制限するストッパを、ダイヤル筒部又は本体シャーシ側に設けた。また、本体シャーシに対してモータ筒部が周方向に回転しないように、回り止め手段を設けた。さらに、刈り込み高さ調整機構が、刈刃を本体シャーシの前方下端の高さより低い位置に設定可能とし、刈刃を持ち上げる力が作用した際には、刈刃を本体シャーシの前方下端の高さとほぼ等しい位置まで移動可能に構成した。

本発明によれば、刈刃を持ち上げる力が作用した際にモータと刈刃が一緒に上方向に移動（待避）するので、モータの回転機構や刈刃に対して過大な負荷が掛かることを防止でき、安定した草刈り作業を行うことができる。また、刈り込み高さ調整機構は、下側に開口を有するカップ状のダイヤル筒部と、上側に開口を有するカップ状のモータ筒部を重ね合わせるようにすると共に、モータ筒部が外径側になるようにしたので、下側から直接ゴミが侵入する経路がないので、モータ部分に刈り取った草やゴミなどが入りにくくなる。さらに、モータ筒部をモータや刈刃の自重によって吊り下げるようにして保持させるので、ダイヤル筒部とモータ筒部の間に圧縮スプリング等の付勢手段を設ける必要が無く、刈り込み高さ調整機構の構造をシンプルにすることができる。

本発明の実施例に係る草刈機１の斜視図である。本発明の実施例に係る草刈機１の本体カバー２を外した状態の上面図である。図２のＡ－Ａ部の断面から右方向を見た図である。本発明の実施例に係る草刈機１の本体シャーシ１０に装備される各種機能部品を示すブロック図である。図３の刈刃モータ３０の昇降機構を示す部分拡大図である。図５のダイヤル筒部６０単体の斜視図である。図５のモータ筒部７０を形成する円筒部７１を示す斜視図である。図７の円筒部７１の内壁面を展開した展開図である。図３の刈刃モータ３０を最上位置にセットした状態を示す図であり、（１）はダイヤル筒部６０付近の部分上面図であり、（２）は刈刃モータ３０の昇降機構の縦断面図である。図３の刈刃モータ３０を最下位置にセットした状態を示す図であり、（１）はダイヤル筒部６０付近の部分上面図であり、（２）は刈刃モータ３０の昇降機構の縦断面図である。刈刃モータ３０の昇降機構に刈刃から突き上げる力を受けたときの動作を示す図であり、（１）は外力を受けていない通常状態の断面図で、（２）は外力を受けて上側に移動した状態の断面図である。従来技術における自走式の草刈機３０１の動作の概要を説明するための図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、本明細書においては、前後左右、上下の方向は図中に示す方向であるとして説明する。

図１は本発明の実施例に係る自走式の草刈機１の斜視図である。草刈機１は、走行方向に沿って転回または揺動可能に設けられる小径の前輪１２ａ、１２ｂ（図１では１２ａは見えない）と、駆動輪である大径の後輪１３ａ、１３ｂ（図１では１３ａは見えない）が左右にそれぞれ設けられ、草刈機１は本体カバー２によって上部全体が覆われる。草刈機１の電源は、着脱可能なバッテリパック（図２で後述）であって、制御装置に含まれるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）によって車輪モータ（図示せず）の駆動が制御され、自律的に走行しながら草を刈り取る。本体カバー２の前方下端２ｃは、地面との間に所定の距離Ｈの隙間を隔てるように構成され、この隙間から本体カバー２の内部に入りこんだ草が、本体シャーシ１０の下側に配置される刈刃（後述）によって刈り取られる。本体カバー２の上側には、前方側の回動軸を中心に開閉可能な開閉カバー３が設けられる。開閉カバー３は例えば透明性を有する樹脂部材により構成され、開閉カバー３を開けることにより図２にて後述するダイヤルノブ６１、キーボード２４、ディスプレイ２５にアクセス可能となる。本体カバー２の前方には前面視で略長方形の開口部５が設けられ、充電時に開口部５を介して充電ステーション２７０の送電端子が受電端子４１と接触可能となる。開口部５の内側には、本体シャーシ１０の先端部分が位置し、その左側側面と右側側面には受電端子４１が設けられる。本体カバー２の開口部５の左右両側には、前輪１２ａ（図２参照）、１２ｂの上部を覆うためのフェンダー２ａ、２ｂが形成される。本体カバー２の後方側上部には、手動停止用のストップスイッチ４が設けられる。

図２は、本発明の実施例に係る草刈機１の本体カバー２を外した状態の上面図である。本体シャーシ１０は先端が凸状に、上面視で三角形に絞り込まれ、その斜面から左右両側には取付アーム１１ａ、１１ｂが伸びるように設けられる。取付アーム１１ａ、１１ｂには前輪１２ａ、１２ｂが軸支され、草刈機１の移動方向に応じて車輪の向きが自在に追従可能なようにそれぞれ保持される。本体シャーシ１０の後方側には後輪１３ａ、１３ｂが設けられる。ここでは後輪１３ａ、１３ｂに大径の車輪を用いて、それぞれ独立した走行用の車輪モータ（右車輪モータ１６ａ、左車輪モータ１６ｂ）で駆動される。２つの車輪モータは、同期して又は非同期に駆動することによりメイン基板２６に搭載されるマイコン（図示せず）による操舵制御を可能としている。車輪モータの回転軸は図示しない減速機構によって所定の減速比にて減速された後に後輪１３ａ、１３ｂを回転させる。例えば、後輪１３ａ、１３ｂを同期して駆動することにより草刈機１が前進又は後進し、後輪１３ａ、１３ｂの回転差を生じさせるように駆動することにより所定方向に草刈機１を転回させることができる。車輪モータは、例えばブラシレスＤＣモータが用いられ、図示しないインバータ回路を介して駆動される。

本体シャーシ１０の先端近傍の左右両側の斜面には、２つの受電端子４１（正極端子４１ａ、負極端子４１ｂ）が設けられる。取付アーム１１ａ、１１ｂの水平部の上側には、本体カバー２を支持するために、本体カバー２の内壁部に設けられる板ばね部（図示せず）の端部を所定範囲内で移動可能に収容する凹部１７ａ、１７ｂが設けられる。本体シャーシ１０の後方側端部付近には、本体カバー２の内壁部に設けられる板ばね部（図示せず）の端部を所定範囲内で移動可能に収容する凹部１８ａ（左側端部付近の凹部は図示せず）が設けられる。

本体シャーシ１０の中央付近には、図示しない刈刃用のモータの上下方向を移動させることによって刈刃の地面からの高さＨ１、即ち、刈り込み高さを調整する刈り込み高さ調整機構が設けられる。ダイヤルノブ６１は作業者によって回転操作が可能である。ダイヤルノブ６１は、後述する刈刃と地面との距離（刈り込み高さ）を“２０”、“３０”、“４０”、“５０”“６０”と刻印された基台部２１により回転可能なように保持される。ダイヤルノブ６１のマークをいずれかの数値に合わせることにより、それに対応して後述する刈刃と刈刃モータが上方向又は下方向に移動する。ダイヤルノブ６１の前方には、本体シャーシ１０と本体カバー２の相対移動量から、草刈機１が障害物への衝突や、本体カバー２の持ち上げ状態、傾斜状態等を検出するリフトセンサ４７と接触センサ４８が設けられる。リフトセンサ４７と接触センサ４８と対応する位置であって本体カバー２の内壁側には、マグネット１９ａ、１９ｂが設けられる。リフトセンサ４７と接触センサ４８は、例えばホールセンサを有する基板を備えて構成される。

本体シャーシ１０の後方側にはバッテリパック（図３にて後述）を収容する容器部２２が設けられ、容器部２２の開口部は開閉可能な蓋部２３にて覆われる。蓋部２３の上面には液晶表示パネル等のディスプレイ２５と、キーボード２４と、メインスイッチ４２が設けられる。作業者はキーボード２４を操作して草刈りスケジュールの設定等を行うことができる。マイコンが搭載されるメイン基板は、本体シャーシ１０の容器部２２とモータハウジング８０との間に設けられている。

図２には図示していないが、地面と平行に所定の距離を隔てて回転する刈刃３５（図３参照）がダイヤルノブ６１の回転中心と同軸上で回転し、刈刃モータ３０（図３で後述）は、本体シャーシ１０の前後方向に見て前輪１２ａ、１２ｂと後輪１３ａ、１３ｂの間に設けられる。刈刃３５の外縁位置は、前輪１２ａ、１２ｂと後輪１３ａ、１３ｂのそれぞれの中心位置を結んだ仮想四角形の範囲内に収まるように配置される。また、点線で示す本体カバー２の外縁位置は、刈刃３５の外縁位置よりも十分外側に位置するように設定され、刈刃３５と本体カバー２とのクリアランスが十分確保される。

図３は図２のＡ－Ａ部の断面から右方向を見た図（草刈機１の左右中心位置を通る鉛直断面図）である。本体カバー２は地面側を除いて本体シャーシ１０のほぼ全体を覆う形状であって、バネ等によって本体シャーシ１０に対して浮いた状態で保持されることにより、前後左右及び上下方向に僅かに移動可能である。本体カバー２は岩や突起、壁などの障害物にぶつかることがあり、その際の本体カバー２の相対的な位置変動を後述するリフトセンサや接触センサ等で検出することにより、後述する制御装置が草刈機１の衝突等を検出する。

本体シャーシ１０の中央付近下側には、複数の刃３５ｂを回転させるための駆動装置（刈刃モータ３０）と駆動装置を収容するモータ筒部７０を有する。モータ筒部７０はダイヤル筒部６０を回転させることによって、本体シャーシ１０に対してモータの上下位置を移動させて、刈刃３５の上下方向に相対移動が可能なように構成された刈刃保持部である。図３では刈刃モータ３０の回転軸に対してモータ筒部７０が最下位置（刈刃高さＨ_１＝２０ｍｍ）にある状態を示している。

上方に開口を有するカップ状のモータ筒部７０の内側に、刈刃モータ３０が収容される。刈刃モータ３０の回転軸３０ｃ（図５参照）は、鉛直方向に延びるように配置され、回転軸３０ｃの下端に刈刃３５が取り付けられる。刈刃３５は円盤状に形成された合成樹脂製の円盤部３５ａの外周側の数カ所、例えば４カ所に可動式の金属製の刃３５ｂを設けたものであり、地面に対して略平行な水平面内で回転する。

刈刃モータ３０はブラシレスＤＣモータであって、励磁コイルが巻かれたステータ（図示せず）の内側にて、永久磁石を有するロータコア（図示せず）が回転する。刈刃モータ３０の上端側には円形のインバータ回路基板（図示せず）が設けられ、そこに複数のホールＩＣ（図示せず）と、複数のスイッチング素子（例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ））が搭載される。

刈刃モータ３０の後方側には、図示しないバッテリパックを収容するための略直方体状の容器部２２が設けられる。容器部２２は、プラスチック等の合成樹脂にて板状の基台部２１と一体成形にて製造される。容器部２２は、上側に開口を有し、蓋部２３を開閉するためのヒンジ２３ａが設けられ、開口は蓋部２３にて閉鎖される。容器部２２の中に収容されるバッテリパック２８は着脱式であって、その内部には複数の二次電池セル（図示せず）が収容される。容器部２２の上側後端付近には、ヒンジ２３ａの反対側で蓋部２３の開閉を固定するねじ等からなる蓋の操作部３７が設けられる。蓋部２３には、図２にて示したキーボード２４、ディスプレイ２５が配置される。

本体シャーシ１０の前端付近にはガイドワイヤセンサ４５が設けられる。ガイドワイヤセンサ４５はコイルによって、周囲の磁界の変化を電流の変化に変換する。ここでは図示しないコイルの軸方向（磁界の検出方向）が上下方向（鉛直方向）になるようにガイドワイヤセンサ４５の取り付け向きが設定される。尚、図３では図示していないが、本体シャーシ１０の後端付近には第２のガイドワイヤセンサが設けられる。後側のガイドワイヤセンサは、その上下中央位置が後輪駆動用のモータ１６ａ、１６ｂ（図２参照）の回転軸の高さとほぼ一致する位置に設けられる。

図４は草刈機１の本体シャーシ１０に装備される各種機能部品を示すブロック図である。メイン基板２６には草刈機１の動作を制御する制御装置や図示しない電源回路等が搭載される。制御装置は、図示しないマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）や記憶装置、その他の電子素子が含まれる。メイン基板２６には、充電ステーション２７０の２つの送電端子（正極、負極）に接続可能な受電端子４１（正極端子４１ａ、負極端子４１ｂ）と、電池取付部に装着されたバッテリパックの端子（図示しない出力電圧端子及び識別用端子）と着脱自在に接続する電池ターミナル２９が接続される。メインスイッチ４２は電池ターミナル２９とメイン基板２６の接続線路に挿入されるもので、草刈機１のメイン基板２６やモータ等への電源の供給スイッチである。メイン基板２６には、刈刃モータ３０、右車輪モータ１６ａ、左車輪モータ１６ｂに接続され、メイン基板２６から駆動電力がモータ駆動回路２７ａ～２７ｃを介して供給されることにより、刈刃３５が回転し、後輪１３ａ、１３ｂが独立して駆動される。モータ駆動回路２７ａ～２７ｃはインバータ回路が含まれ、マイコンによって制御されるＰＷＭ制御信号に応じて直流電源から三相交流の励磁電流を生成して刈刃モータ３０、右車輪モータ１６ａ、左車輪モータ１６ｂを回転させる。マイコンは刈刃モータ３０を回転させる事により、刈刃モータ３０の回転軸３０ｃに減速機構無しで直結される刈刃３５を回転させる。また、マイコンは、右車輪モータ１６ａと左車輪モータ１６ｂを連動させて又は非連動で回転させることにより後輪１３ａ、１３ｂを回転させる。

メイン基板２６にはキーボード２４、ディスプレイ２５、ストップスイッチ４が接続されるとともに、第１（前方側）のガイドワイヤセンサ４５、第２（後方側）のガイドワイヤセンサ４６、リフトセンサ４７、接触センサ４８、傾斜センサ４９等の各種センサが接続される。第１及び第２のガイドワイヤセンサ４５，４６のコイルにより検出された信号は、メイン基板２６に出力され、草刈り領域の境界をメイン基板２６に搭載されたマイコンにて認識する。この認識結果に応じて、マイコンは草刈機１の方向制御等を左車輪のモータ１６ｂと右車輪のモータ１６ａを独立して駆動することにより、草刈機１の前進、後退、及び転回をおこなう。リフトセンサ４７は、草刈機１の本体シャーシ１０が持ち上げられたとき、又は、草刈機１が地面に対して所定角度以上傾斜したときに、これを検知するものであり、その際にマイコンは右車輪モータ１６ａ、左車輪モータ１６ｂ、及び、刈刃モータ３０を停止させる。接触センサ４８は、草刈機１が何かに接触した際の衝撃を検出するものである。傾斜センサ４９は、草刈機１が地面に対して所定角度以上傾斜したときに、これを検知して傾斜面に草刈機１が侵入しないように回避する。

ストップスイッチ４は手動停止手段であり、本体カバー２の後端側上部の操作しやすい位置に設けられ、ユーザは手動操作で自動走行中若しくは草刈り中の草刈機１を停止させることができる。キーボード２４とそれに搭載されるディスプレイ２５は、草刈りに関する情報の入出力装置であり、操作者は本体カバー２に設けられた開閉カバー３を開くことでアクセスできるように配置され、動作開始の指示、タイマ設定、作業領域等の設定を行う。ここではキーボード２４を設けたが、ディスプレイ２５としてタッチ式の液晶ディスプレイを用いてこれらを一体に形成しても良い。

以上の草刈機１の構成において、本体シャーシ１０の電池取付部にバッテリパック２８を装着し、本体シャーシ１０を充電ステーション２７０に位置付けると、充電ステーション２７０側の制御装置は草刈機１の接続を判別して、図示しない送電回路から充電用の直流電圧を本体シャーシ１０に供給する。充電回路は定格出力電圧にてバッテリパック２８を充電する。充電完了後、マイコンは図示しないリレーを制御する事によりバッテリパック２８を負荷側（モータ等への電力供給側）から、モータ１６ａ、１６ｂ、３０に接続する側に切り替える。その後、草刈機１は充電ステーション２７０から離脱してメイン基板２６上のマイコンにより予め定められた自動走行プログラムに沿って草刈り動作を行う。草刈機１は要求された草刈り動作が終了したとき、又はバッテリパック２８の残量が低下したときは充電ステーション２７０に帰還する。

次に図５を用いて刈刃モータ３０の昇降機構を説明する。図は刈刃モータ３０の昇降機構を示す部分拡大図である。刈刃モータ３０の昇降機構は、主に、下側に開口部６０ａを有する略カップ状のダイヤル筒部６０と、上側に開口部を有する略カップ状のモータ筒部７０と、モータ筒部７０の外側部分を軸方向のみ移動を許容し周方向には回転しないように保持するサポート筒部１５ｂを含んで構成される。モータ筒部７０は、円筒部７１とモータハウジング８０の２つの部品により構成される。モータハウジング８０は円筒部７１の下側開口部を覆うように取り付けられ、下側にモータ筒部７０の底面となる円盤部８１が形成され、円盤部８１よりも上側に刈刃モータ３０を収容するモータカバー８２が形成される。円盤部８１とモータカバー８２は、プラスチック等の合成樹脂の一体成形により製造されるもので、回転軸３０ｃを通る鉛直面によって二分割式に製造され、お互いがネジ止め又はその他の固定方法で接合される。円盤部８１の中央には、刈刃モータ３０の回転軸３０ｃを貫通させる貫通穴８１ａが形成され、円盤部８１は外周部の３カ所にてネジ８４によって円筒部７１に固定される。

本実施例では、下側に開口部６０ａを有するダイヤル筒部６０と、上側に開口部７０ａを有するモータ筒部７０を、お互いの開口部が向かい合う方向に向けて重ね合わせることにより、刈刃モータ３０を収容するための閉鎖空間を形成した。ダイヤル筒部６０とモータ筒部７０は径が異なるようにし、その重なり状態はモータ筒部７０の円筒部７１が径方向外側に位置して、ダイヤル筒部６０が径方向内側に位置するように配置される。本実施例では、この２つの容器により画定される閉鎖空間内においてさらにモータカバー８２を配置し、その内部に刈刃モータ３０を収容するように構成した。本実施例では更に、アンダーカバー１４と一体に製造されるサポート筒部１５ｂを形成し、サポート筒部１５ｂの内周側に、モータ筒部７０が配置されるように構成した。従って、図５のＢ－Ｂ断面位置においては、外周側からサポート筒部１５ｂ、モータ筒部７０、ダイヤル筒部６０となり、それぞれの筒部分が径方向に重なる３重構造になる。ここでは、サポート筒部１５ｂは軸方向にも周方向にも移動しない固定部材である。モータ筒部７０は軸方向にだけ移動可能であるが周方向には回転しない。ダイヤル筒部６０は本体シャーシ１０に対して軸方向（上下方向）には移動不能だが周方向（刈刃モータ３０の中心軸を中心とした回転方向）には所定の回転角分だけ回転可能である。

ダイヤル筒部６０とモータ筒部７０の重なり部分の一面側には突起部（ここでは、窪み６４ａ～６４ｃとスチールボール６８ａ～６８ｃ）を設け、他面側に係止部（ここでは、昇降案内リブ７２～７４）を設け、突起部に係止部が係合するようにした。昇降案内リブ７２～７４は、周方向に均等間隔に配置され、内壁側面の周方向に向けて斜めに延びるように形成され、スチールボール６８ａ～６８ｃと昇降案内リブ７２～７４の周方向当接位置を変更することによって、ダイヤル筒部６０とモータ筒部７０の軸方向の距離が異なるようにした。このようにダイヤル筒部６０とモータ筒部７０を重ねる構成としたことで、刈刃モータ３０と刈刃３５の昇降機構が実現できる上に、刈刃３５によって跳ね上げられた草や塵埃、水等が刈刃モータ３０の収容空間内に入る恐れを大幅に下げることができ、刈刃モータ３０の耐久性を大幅に上げることができる。

ダイヤル筒部６０と円筒部７１との間（径方向の隙間部分）には３つのスチールボール６８ａ～６８ｃ（図では６８ｂしか見えない）が設けられ、円筒部７１の凸状の昇降案内リブ７３がスチールボール６８ｂの上側に位置する。つまり、円筒部７１の昇降案内リブ７２～７４による内側への凸部分が、スチールボール６８ｂの上側に位置することにより、円筒部７１がダイヤル筒部６０に吊り下がる（係止される）ようにして、円筒部７１が下側に抜け落ちないよう保持される。さらに、昇降案内リブ７２～７４を周方向に角度を持たせて形成することにより、スチールボール６８ａ～６８ｃとのカム機構を形成することができ、ダイヤル筒部６０の回転移動を円筒部７１の上下方向の移動に変換することができた。尚、ダイヤル筒部６０を回転させるのは作業者であるが、この回転を専用の電動モータを用いてマイコンにて制御するように構成しても良い。

ダイヤル筒部６０の径方向外側に位置するサポート筒部１５ｂは円筒形であって、その内周面には図示しないキー溝が形成される。キー溝は、円筒部７１に外周側に形成された軸方向と平行に形成された凸状のキー７９ａ～７９ｃ（後述）と係合することにより、円筒部７１が回転しないように回り止めの機能を果たしながら、円筒部７１の上下方向（軸方向）の移動だけを許容する。サポート筒部１５ｂは合成樹脂の一体成形により製造されるもので、本体シャーシ１０の下面に取り付けられる合成樹脂製のアンダーカバー１４の一部として形成すると良い（もちろん別体式で形成しても良い）。サポート筒部１５ｂの上側は、サポート筒部１５ｂとほぼ同じ径の円筒状の延長部分１５ａが形成され、延長部分１５ａの開口部にスライド部材６７を配置して、ダイヤル筒部６０のガイド溝部６２ａを支えるようにした。スライド部材６７はダイヤル筒部６０がスムーズに回転できるように滑りを良くする低摩擦部材である。

刈刃モータ３０の回転軸３０ｃは。上側が軸受３２ａによって、下側が軸受３２ｂによってモータカバー８２に対して回転可能に保持される。刈刃３５は刈刃モータ３０の回転軸３０ｃに、減速機構を介さずに直接取り付けられる。従って、刈刃モータ３０の回転速度と刈刃３５の回転速度は等しくなる。刈刃３５は合成樹脂製の円盤部３５ａを有し、その外周側の数カ所（ここでは４カ所）に金属製の刃３５ｂがネジ３５ｃにより軸支される。刃３５ｂはネジ３５ｃを中心に回転可能であり、刈刃３５が高速回転することにより、遠心力によって刃３５ｂが草の切断に最適な角度に保たれる。

次に図６を用いてダイヤル筒部６０の形状を説明する。ダイヤル筒部６０はプラスチック等の合成樹脂の一体成形により製造されるもので、回転式のダイヤルノブ６１を上面に有し、その下方に円筒部６３が形成される。ダイヤルノブ６１は径方向に延びる上面視で略長方形となる凸状部分であって、一方の端部に指針用の窪み６１ａが形成される。ダイヤルノブ６１の外周側を囲むように円環状のフランジ部６２が形成される。フランジ部６２の下側には、円周方向に連続するように形成されたガイド溝部６２ａが形成される。ガイド溝部６２ａと円筒部６３の間には、円周方向に複数設けられるスリット６２ｂが配置され、フランジ部６２の上下方向に連通する空気の通路を確保している。

図６（２）に示すように、円筒部６３の上側寄りには刈刃モータ３０への配線を取り出すための配線引出し穴６５が形成される。刈刃モータ３０は回転軸に対して軸方向に移動するものの、回転方向にはその位置が変わらない。しかしながら、ダイヤル筒部６０は回転方向に移動（回転）するため、刈刃モータ３０から引き出される配線と配線引出し穴６５は相対的な位置が変動する。そこで、配線引出し穴６５として周方向に細長い形状の切り欠きと、ダイヤル筒部６０の回転により配線に干渉しないようにした。ダイヤル筒部６０の下端側は開口部６０ａとなっており、開口部６０ａよりもやや上側の側面部には、スチールボール６８ａ～６８ｃ（図５参照）を保持するための半球状の窪み６４ａ～６４ｃが形成される（但し図６では窪み６４ｃは見えない）。

図７は、モータ筒部７０を形成する円筒部７１を示す斜視図である。円筒部７１は、ダイヤル筒部６０の円筒部６３よりも外周側に位置するもので、外周部には軸方向に連続する凸状のキー７９ａ～７９ｃが形成される。キー７９ａ～７９ｃは円筒部７１が本体シャーシ１０に対して周方向に相対回転しないようにするための回り止め機構であり、サポート筒部１５ｂの内周側に形成されるキー溝（図示せず）と係合する。円筒部６３の内周側（内壁側）には、スチールボール６８ａ～６８ｃ（図５参照）の上側に位置する昇降案内リブ７２～７４（図では７３，７４は見えない）が形成される。ここでは円筒部６３より半球分以下だけ径方向外側に突出するスチールボール６８ａ～６８ｃ（図５参照）に、昇降案内リブ７２～７４を用いて円筒部７１を吊り下げるように構成して、モータ筒部７０を保持するように構成した。

図８は図７の円筒部７１の内壁面を展開した展開図である。ここではスチールボール６８ａ～６８ｃ（図５参照）を周方向に１２０度間隔で３つ用いるため、それに対応する昇降案内リブ７２～７４も３つ形成される。昇降案内リブ７２においてスチールボール６８ａの位置を点線で例示しており、保持された回転位置にて昇降案内リブ７２～７４がスチールボール６８ａ～６８ｃ（図５参照）によって下方向への荷重を受け止める。これにより複数の高さ位置を備えることができ、刈り込み高さが２０、３０、４０、５０、６０ｍｍの時の位置が、それぞれ９１～９５となる。スチールボール６８ａ～６８ｃが当接する可動範囲（上下方向範囲）は、矢印７７で示す範囲となり、この可動範囲がいわゆるカム溝部分に相当する。ここではスチールボール６８ａの可動範囲７７の内側において、上側位置は昇降案内リブ７２により制限され、下側位置は図示しないストッパによってモータ筒部７０の相対移動が制限されることにより決定される。スチールボールが９１の位置（刈り込み高さが２０ｍｍ時）にあるときは９１’の位置まで移動可能であり、スチールボールが９３の位置（刈り込み高さが４０ｍｍ時）にあるときは９３’の範囲で移動可能となる。尚、スチールボール位置９５の場合（刈り込み高さが６０ｍｍ時）は、すでにスチールボール６８ａの可動範囲７７の下端位置にあるため、刈刃モータ３０は上方向には移動できないことになる。ここで、本体カバー２の前方下端２ｃは、地面との間に所定の距離Ｈの隙間を形成して設けられている。刈刃３５と地面との距離Ｈ１は、スチールボールが９１の位置にあるときに小さくなり、スチールボールが９５にあるときは大きくなる。また、スチールボールが９５にあるときの距離Ｈ１は、前方下端２ｃの距離Ｈとほぼ同じとなる。従って、刈刃３５は、本体カバー２の前方下端２ｃの地面との距離Ｈより低い位置から、距離Ｈよりほぼ同じ位置まで退避可能となっている。

ここで昇降案内リブ７２～７４の上側部分には径方向に延びるリブ（例えば７４ｂ～７４ｅ）が形成される。これらは基台部２１に設けた図示しないクリック機構と係合することにより、ダイヤル筒部６０が本体シャーシ１０（又は基台部２１）に対して不容易に回転しないように保持する。昇降案内リブ７２～７４の最高位置（例えば７４ａ）に隣接するように、スチールボールを挿入用の溝７５ａ～７５ｃが形成される。スチールボールは溝７５ａ～７５ｃを通して可動範囲７７内に位置づけられる。また、昇降案内リブ７２～７４の最高位置の下側面は矢印７４ｆのように湾曲状のストッパとされる。さらに、円筒部７１の周方向の１カ所には、刈刃モータ３０からの配線を引き出すための切り欠き７６が形成される。切り欠き７６は配線引出し穴６５（図６（２）参照）と対応する位置に配置される。以上のような内壁構造とすることによって、円筒部７１を合成樹脂の一体成形で製造することが容易となり、分割面を持たずに軽量で剛性の高いモータ筒部７０を形成することができた。

図９は刈刃モータ３０を最上位置にセットした状態を示す図であり、（１）に示すようにダイヤル筒部６０の指針用の窪み６１ａは、基台部２１の刈り込み高さ６０（ｍｍ）を差している。この際、図９（２）に示すように刈刃モータ３０は、最も上側に位置することになり、スチールボール６８ａの位置は、図８の位置９５にある。図示していないが、この位置においてはモータハウジング８０の一部が、ダイヤル筒部６０の一部に当接することにより、モータ筒部７０の上側方向への移動範囲を制限するストッパとしての作用を果たす。つまり、モータハウジング８０は図９（２）の状態から上方への移動できない（上方向への可動量０）。

図１０は刈刃モータ３０を最下位置にセットした状態を示す図であり、（１）に示すようにダイヤル筒部６０の指針用の窪み６１ａは、基台部２１の刈り込み高さ２０（ｍｍ）を差している。この際、図１０（２）に示すように刈刃モータ３０は、最も下側に位置することになり、スチールボール６８ｃの位置は、図８の位置９１に相当する位置にある。図示していないが、この位置においてはモータハウジング８０の一部が、ダイヤル筒部６０の一部に当接するまでは所定量だけ上方に移動できる（可動量Ｓ＝４０ｍｍ）。この移動の状態を示すのが図１１である。図１１は刈刃モータ３０の昇降機構に刈刃から突き上げる力を受けたときの動作を説明するための図であり、（１）は外力を受けていない通常状態の断面図であり、（２）は下側から外力を受けてモータ筒部７０が上側に移動した状態の断面図である。

図１１（１）において、モータハウジング８０の下側への移動は刈刃モータ３０の自重で行われる。ここで刈刃３５に対する上側の突き上げ力が加わると、（２）に示すようにスチールボール６８ｃとモータ筒部７０の係合位置が変わり、昇降案内リブ７２がスチールボール６８ｃと離反することにより、容易にモータハウジング８０が上方に移動することができる。また、昇降案内リブ７２はスチールボール６８ｃの上に乗っているだけの状態なので、モータハウジング８０の上方への移動を阻害することがなく、スムーズに移動が可能であり、刈刃３５を通じて本体シャーシ１０に伝わる外力を効果的に吸収することができる。また、刈刃３５に対する上側への突き上げ力が消失すると、刈刃モータ３０と刈刃３５の自重によってモータハウジング８０が下がり、再び図１１（１）の状態に戻る。

図１１において、円筒部７１が外側（外周側）で、ダイヤル筒部６０が内側（内周側）に位置させる点、および、円筒部７１の内周面とダイヤル筒部６０の外周面の間に、スチールボール６８ａ～６８ｃを介在させるための隙間を有するように構成したことが理解できるであろう。この際、ダイヤル筒部６０の外周面にスチールボール６８ａ～６８ｃ用の半球状の窪みを形成し、円筒部７１の内周面に昇降案内リブ７２～７４を形成したが、この窪みを設ける側と、昇降案内リブを設ける側の関係を逆にしても良い。即ち、ダイヤル筒部６０の外周面に昇降案内リブ７２～７４を形成して、円筒部７１の内周面にスチールボール６８ａ～６８ｃ用の半球状の窪みを形成し、昇降案内リブがスチールボール６８ａ～６８ｃの下側に位置するようにしても良い。また、スチールボール６８ａ～６８ｃを用いないで、スチールボール６８ａ～６８ｃに相当する突起部、又は何らかの凸部を形成して昇降案内リブ７２～７４の上面又は下面と当接させるようにしても同等の昇降機構を実現することができる。しかしながら、スチールボールを用いると円筒部７１の動きが大変スムーズになるので、これを置き換える場合は十分な摺動性を持たせるように考慮すると良い。

図１１を見るとダイヤル筒部６０の外壁と、円筒部７１の内周面との間の空間は、スチールボール６８ａの直径の半分程度と十分な距離を設けたが、この距離をさらに詰めるようにしても良い。また、モータカバー８２を用いないで、円盤部８１の上側に刈刃モータ３０をハウジング無しの状態で搭載するようにしても良い。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では、モータハウジングの上下方向の可動量Ｓを０ｍｍ（刈込み高さ６０ｍｍの時）から最大４０ｍｍ（刈込み高さ２０ｍｍの時）としたが、刈込み高さ６０ｍｍの時のストローク量を１０ｍｍ程度確保して、可動量を１０～５０ｍｍとしても良い。また、用いるスチールボールの数を３つでなく、４つ又はそれ以上としても良い。さらに、円筒部７１とダイヤル筒部６０の間にバネを介在させて、円筒部７１を下向きに付勢するように構成しても良い。

１…草刈機、２…本体カバー、２ａ，２ｂ…フェンダー、２ｃ…（本体カバーの）前方下端、３…開閉カバー、４…ストップスイッチ、５…開口部、１０…本体シャーシ、１０ａ…先端部、１１ａ，１１ｂ…取付アーム、１２ａ，１２ｂ…前輪（従動輪）、１３ａ，１３ｂ…後輪（駆動輪）、１４…アンダーカバー、１５ａ…延長部分、１５ｂ…サポート筒部、１６ａ，１６ｂ…モータ、１７ａ，１７ｂ，１８ａ…凹部、１９ａ，１９ｂ…マグネット、２１…基台部、２２…容器部、２３…蓋部、２３ａ…ヒンジ、２４…キーボード、２５…ディスプレイ、２６…メイン基板、２７ａ～２７ｃ…モータ駆動回路、２８…バッテリパック、２９…電池ターミナル、３０…刈刃モータ、３０ｃ…回転軸、３２ａ，３２ｂ…軸受、３５…刈刃、３５ａ…円盤部、３５ｂ…刃、３５ｃ…ネジ、３７…（蓋の）操作部、４１…受電端子、４１ａ…正極端子、４１ｂ…負極端子、４２…メインスイッチ、４５，４６…ガイドワイヤセンサ、４７…リフトセンサ、４８…接触センサ、４９…傾斜センサ、６０…ダイヤル筒部、６０ａ…開口部、６１…ダイヤルノブ、６２…フランジ部、６２ａ…ガイド溝部、６２ｂ…スリット、６３…円筒部、６４ａ～６４ｃ…窪み、６５…配線引出し穴、６７…スライド部材、６８ａ～６８ｃ…スチールボール、７０…モータ筒部、７１…円筒部、７２～７４…昇降案内リブ、７５ａ…溝、７６…切り欠き、７７…可動範囲、７９ａ～７９ｃ…キー、８０…モータハウジング、８１…円盤部、８１ａ…貫通穴、８２…モータカバー、８４…ネジ、２００…家屋、２１０…庭、２５０…ＡＣアダプタ、２６０…ケーブル、２７０…充電ステーション、２８０…ガイドワイヤ、２９０…草刈領域、３０１…草刈機、Ｓ…（モータハウジング８０の）可動量

Claims

駆動輪と従動輪によって走行可能とされる本体シャーシと、前記本体シャーシに保持されるモータと、前記モータにより駆動される回転軸の先端に取り付けられ、地面と略平行な面で回転する刈刃と、前記刈刃による刈り込み高さを調整する刈り込み高さ調整機構と、前記本体シャーシの上側を覆う本体カバーを有する自走式草刈機において、前記刈り込み高さ調整機構は、刈刃を持ち上げる力が作用した際に前記刈刃を上方向に移動可能としたことを特徴とする自走式草刈機。
前記刈り込み高さ調整機構は、複数の高さ位置を備えた係止部と前記係止部に係合する突起部の何れか一方を前記シャーシ部に備え、他方を前記刈刃の保持部に備え、前記刈刃保持部が前記シャーシ部に吊り下がるようにして保持されることを特徴とする請求項１に記載の自走式草刈機。
前記刈り込み高さ調整機構は、前記モータと前記刈刃を共に移動可能としたことを特徴とする請求項２に記載の自走式草刈機。
前記刈り込み高さ調整機構は、前記本体シャーシにより保持され下側に開口を有するカップ状のダイヤル筒部と、上側に開口を有し、前記刈刃を保持するカップ状のモータ筒部を有し、前記ダイヤル筒部と前記モータ筒部の径が異なるようにしてそれぞれの筒部分を重ねて配置し、前記ダイヤル筒部とモータ筒部の重なり部分の一面側に前記突起部を設け、他面側に記係止部を設け、前記突起部と前記係止部の係合によって前記モータ筒部が前記ダイヤル筒部に吊り下がるようにして保持されることを特徴とする請求項３に記載の自走式草刈機。
前記モータ筒部は、内側に前記モータを収容するものであって、前記モータの回転軸が前記モータ筒部の底面を貫通して下側に延びるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の自走式草刈機。
前記係止部は周方向に高さ位置が変わるように斜めに形成され、前記ダイヤル筒部を回転させる事によって前記係止部と前記突起部の係合位置が変わり、前記係止部の下側に、前記突起部が移動可能な空間が形成されることを特徴とする請求項５に記載の自走式草刈機。
前記突起部は、前記ダイヤル筒部の外周面に形成された半球状の窪みと、前記窪みに配置されるスチールボールによって形成され、前記係止部は、前記モータ筒部の内周面において径方向内側に突出する案内リブであることを特徴とする請求項６に記載の自走式草刈機。
前記窪みと前記スチールボールは、周方向に均等間隔で３つ配置され、前記案内リブは、周方向に均等間隔で３つ配置され、内壁側面の周方向に向けて斜めに延びるように形成されることを特徴とする請求項７に記載の自走式草刈機。
前記ダイヤル筒部と前記モータ筒部の周方向の数カ所にて、前記ダイヤル筒部の周方向の回転位置を保持させるクリック機構を設け、前記保持された回転位置にて前記案内リブが前記スチールボールによって下方向への荷重を受け止めることを特徴とする請求項８に記載の自走式草刈機。
前記モータ筒部の上側方向への移動範囲を制限するストッパを、前記ダイヤル筒部又は前記本体シャーシ側に設けたことを特徴とする請求項９に記載の自走式草刈機。
前記本体シャーシに対して前記モータ筒部が周方向に回転しないように、回り止め手段を設けたことを特徴とする請求項１０に記載の自走式草刈機。
前記刈り込み高さ調整機構は、前記刈刃を前記本体シャーシの前方下端の高さより低い位置に設定可能であり、刈刃を持ち上げる力が作用した際には、前記刈刃を前記本体シャーシの前方下端の高さとほぼ等しい位置に移動可能であることを特徴とする請求項１から１１の何れか一項に記載の自走式草刈機。
駆動輪と従動輪によって走行可能とされる本体シャーシと、鉛直方向に回転軸が向くように保持されるモータと、前記回転軸の先端に取り付けられ、地面と略平行な面で回転するロータリー式の刈刃と、前記モータの上下方向を移動させることによって前記刈刃による刈り込み高さを調整する刈り込み高さ調整機構と、前記本体シャーシの上側を覆う本体カバーを有する自走式草刈機において、前記刈り込み高さ調整機構は、下側に開口を有するカップ状のダイヤル筒部と、上側に開口を有し前記ダイヤル筒部の円筒部よりも径が大きいカップ状のモータ筒部を有し、前記モータ筒部の内側に前記モータを収容し、前記モータ筒部の底面に前記モータの回転軸を貫通させる貫通穴を形成し、前記モータ筒部の円筒部の外側に前記ダイヤル筒部の円筒部が重なるように配置し、前記モータ筒部は前記本体シャーシに対して前記モータの中心軸を中心に相対回転できないように保持されることを特徴とする自走式草刈機。
前記ダイヤル筒部の外周面に半球状の窪みを設け、前記モータ筒部の内周面において径方向内側に突出する案内リブを設け、前記窪みと前記モータ筒部の間にスチールボールを配置し、前記刈り込み高さ調整機構は、前記刈刃を持ち上げる力が作用した際に前記モータと前記刈刃を上方向に移動可能としたことを特徴とする請求項１３に記載の自走式草刈機。