JP2010148484A - エンジン刈払機 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンは燃焼によるトルクで加速するがシリンダとピストンリングによる摺動抵抗、または燃料をピストンによって圧縮する際のポンピングロス等により減速する傾向があり、回転が一定とならず、この回転変動によるシャフトのねじりを抑制し、かつギヤ音を低減する刈払機を提供することを目的とする。
【解決手段】 ギヤケースに内包されたギヤの内径部に周方向に可動し動力伝達可能な弾性材を配設することで、動力伝達部のねじりばね定数を下げることで、上記課題のシャフトのねじり振動およびギヤ音の発生を解決できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主に刈払機の振動およびギヤ音の低減に関するものである。

従来、平地、傾斜地、山地などで草刈を行うため、エンジンを駆動源とするエンジン刈払機が使用されている。エンジン刈払機は、ギヤを収納するギヤボックスを長尺のシャフトの一端に連結し、ギヤボックスに収容されたスピンドルの下端に草や枝を刈り込むための刈刃あるいはナイロンコードを取り付け、燃料タンクと一体化されたエンジンハウジングをシャフトの他端に連結することにより構成され、エンジンの出力をシャフトとギヤボックスに収納されたギヤを介して刈刃に伝達して刈刃あるいはナイロンコードを回転駆動するものが用いられている。

エンジンは燃焼により回転トルクを発生させ、刈刃の回転を加速させるが、エンジン内ではシリンダとピストンリングによる摺動抵抗、または燃料をピストンによって圧縮する際のポンピングロス等により減速する傾向があり、回転数が一定とならないのが一般的である。

一方、先端に取り付けられた工具はある程度の質量があるため、回転すると慣性が生じ、ここでエンジン本体と刈刃との駆動力の伝達には、中実あるいは中空の鋼材からなるねじりばね定数の高い長軸のシャフトを用いていることから、工具とエンジンに回転変動が生じ、シャフトにねじりが発生することでシャフトが加振され、ハンドルが振動する。また、切断の対象が草や木であることから、断続切断となり、決まった材料の切断を行う場合に比べてトルク変動は大きくなる。

上述から、先端側に配設されたベベルギヤの噛み合い精度や、回転変動にともなうチャタリング等によるギヤ音が発生しやすく、これらの振動や騒音は作業者にとって不快な思いとなり、作業能力を低下する原因の一つとなる。

これらの問題について、刈払機の振動低減として、エンジンの出力軸部にクラッチを配設する構成や、シャフトのねじりばね定数を下げるためにフレキシブルシャフトを用いたものが考案されている。

特開２００３−８８２２０公報

特許文献１におけるエンジン刈払機では、内燃機関のクランクシャフトから回転軸を中心として回転する刈刃へ回転を伝達する伝達経路にワンウェイクラッチを搭載することで、過大トルクの発生の際にトルク伝達を遮断する構成となっているが、草を刈る際の刈刃の微小な繰返し回転変動、あるいはエンジンの燃焼およびポンピングロスによる回転変動を減衰する効果は少ないという問題があった。

また、ワイヤをよったフレキシブルシャフトを用いた場合では、排気量及び出力が大きくなると耐久性が問題となる。また、高速回転で運転されるため、歯車精度が悪い小ギヤ７、大ギヤ８では適切な噛み合いができずにチャタリングが生じることで騒音が悪化しやすいという問題があった。

本発明はかかる問題点を鑑みてなされたものであり、回転変動によるシャフトのねじりを抑制し、かつギヤ音を低減する刈払機を提供することを目的とする。

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、駆動力を伝達可能な長尺状のシャフトと、シャフトの一端側に取り付けられた刈刃と、シャフトの他端側に取り付けられた駆動源としてのエンジンと、エンジンから刈刃までの駆動力の伝達軸上に配置されたギヤ装置とを有する刈払機において、ギヤ装置は、回転可能な駆動軸と、内径部に弾性材が配設されたギヤを備え、ギヤが駆動軸に対し周方向に可動し、前記弾性材を介して駆動軸に動力を伝達することを特徴とする。

また、ギヤ装置は、駆動軸に所定の圧入力で圧入された中間部材と、中間部材を内包する内包部を有し、中間部材と係合して駆動軸と同軸回転するギヤとを有し、所定の圧入力は、駆動軸と中間部材との間に負荷が生じたときに駆動軸と中間部材との相対回転を生じさせ、内包部は凸部を備え、中間部材には、駆動軸と歯車との相対回転によって前記凸部に周方向で当接可能な突出部が設けられていることが好ましい。

また、前記中間部材は前記内包部の前記凸部と半径方向でオーバーラップする突出部を備え、
前記弾性材は、前記突出部と前記凸部との周方向間に挿入されていることが好ましい。

また、前記弾性材は、前記突出部と前記内包部内とにそれぞれ曲面で当接するよう構成されていることが好ましい。

また、前記弾性材は、前記内包部内にて圧縮変形された状態で配置され、前記ギヤの回転中心軸芯と前記駆動軸の軸芯とを略同一軸に保持していることが好ましい。

また、前記ギヤ装置は、前記エンジン側の第１ギヤ部と、前記刈刃側の第２ギヤ部との噛合により駆動力の伝達を行うものであり、前記弾性材は、前記第１ギヤ部のと前記第２ギヤ部の両方に備えられていることが望ましい。

請求項１の発明によれば、駆動力を伝達可能な長尺状のシャフトと、前記シャフトの一端側に取り付けられた刈刃と、前記シャフトの他端側に取り付けられた駆動源としてのエンジンと、
前記エンジンから前記刈刃までの駆動力の伝達軸上に配置されたギヤ装置とを有する刈払機において、前記ギヤ装置は、回転可能な駆動軸と、内径部に弾性材が配設されたギヤを備え、
ギヤが駆動軸に対し周方向に可動し、前記弾性材を介して駆動軸に動力を伝達することにより、エンジンの回転変動と先端に取り付けられた刈刃の慣性モーメントの差によるシャフトのねじりにより発生する振動や、刈刃に衝撃が加わった際にシャフトに伝達されるトルク変動などが抑制できる。また、ギヤの噛み合いにより発生するギヤ音も弾性材により吸収するとともに擬似的にバックラッシュを増加することで、噛み合いの加振力も低減でき、さらにギヤから刈刃への振動も抑制することが可能となる。

請求項２の発明によれば、ギヤ装置は、駆動軸に所定の圧入力で圧入された中間部材、中間部材を内包する内包部を有し、前記中間部材と係合して前記駆動軸と同軸回転する歯車とを有し、前記所定の圧入力は、前記駆動軸と前記中間部材との間に負荷が生じたときに前記駆動軸と前記中間部材との相対回転を生じさせ、前記内包部は凸部を備え、前記中間部材には、前記駆動軸と前記ギヤとの相対回転によって前記凸部に周方向で当接可能な突出部が設けられていることにより、駆動軸とギヤとの回転力の伝達を遮断することができる。また、駆動軸とギヤとの間に過大な衝撃等が生じたときも、駆動軸と中間部材が相対回転することで中間部材の破損が抑制できる。

請求項３の発明によれば、前記中間部材は前記内包部の前記凸部と半径方向でオーバーラップする突出部を備え、前記弾性材は、前記突出部と前記凸部との周方向間に挿入されていることにより、負荷が生じた場合に弾性材が変形して負荷を吸収することが可能となる。更に、突出部と内包部とが弾性材を介して負荷を吸収した後に凸部と突起部が当接することで弾性材の破損を防止できる。

請求項４の発明によれば、前記弾性材は、前記突出部と前記内包部内とにそれぞれ曲面で当接するよう構成したことにより、衝撃等に係る負荷が小さい状態では、当接面が小さいため、弾性材のバネ定数が小さくなり衝撃を吸収しやすく、衝撃等による負荷が大きい場合には、当接面が大きくなって弾性材のバネ定数が大きくなり、大きな負荷でも弾性材で吸収することが可能となる。また、弾性材の当接箇所が曲面に構成されることにより、例えば壁面との当接箇所付近には空隙が形成される。この空隙は弾性材が押圧されて変形した際の逃げ場となるため、負荷が生じた場合に弾性材は容易に変形して負荷を吸収することが可能となる。更に、弾性材が突出部と内包部内とに当接する時の加重に応じて、突出部と内包部とが弾性材により当接した後に凸部と突起部が当接することが可能となる。

請求項５の発明によれば、弾性材は、内包部内にて圧縮変形された状態で配置されているため、ギヤの回転中心軸芯と駆動軸の軸芯とを略同一軸に保持することが可能である。

請求項６の発明によれば、前記ギヤ装置は、前記エンジン側の第１ギヤ部と、前記刈刃側の第２ギヤ部との噛合により駆動力の伝達を行うものであり、前記弾性材は、前記第１ギヤ部のと前記第２ギヤ部の両方に備えられているため、シャフトに生じるねじれ振動を、エンジンからシャフトを介してギヤ装置に伝達される前に抑制することができる。

図１はエンジン刈払機の外観図である。図１に示すように、エンジン１には、駆動力を伝達するためのシャフトが回転可能に挿入されている竿２が取り付けられており、竿２は、中間付近には作業者がエンジン刈払機を保持するためのハンドル３が取り付けられていると共に、エンジン１との反対側端に駆動力の角度を変更し、減速を行うための小ギヤ７と大ギヤ８を内包するギヤケース５を備え、ギヤケース５を介して刈刃４に駆動力が伝達されるようになっている。

図２は、本発明の第一の実施形態に係るギヤケース５付近の動力伝達経路を説明するギヤケース５の断面図。図３〜図７は、第一の実施形態を示す幾つかの例であり、図２の弾性体付近の断面図である。

図２及び図３において、エンジン１の図示しない出力軸と接続され、回転可能に支持され、端部がスプライン等で形成されたシャフト６と、同じく内径がスプライン等で形成された小ギヤ７とが噛み合うことで動力が伝達され、更に小ギヤ７（第１ギヤ部）と大ギヤ８（第２ギヤ部）との噛合により駆動軸１１に動力が伝達される。大ギヤ８の内周には弾性体１０が配設される凹部が設けられ、更に、大ギヤ８の中心に配置された駆動軸１１の内周にも凹部が設けられ、弾性体１０は、大ギヤ８と駆動軸１１の半径方向に入り込む位置に配設されている。また、弾性体１０の脱落防止のため大ギヤ８の内径部にフタ９を設けられている。

また、小ギヤ７には大ギヤ８と同様内周に凹部が形成されており、弾性体２０が配置されている。小ギヤ側の弾性体２０に係る実施形態としては、図３〜図７に示された大ギヤ８用の方式をそれぞれ適用可能であるが、一般的な刈払機に用いられるシャフト６の端部形状が矩形状をしていることから、図５に示される実施形態を用いることが望ましく、特別な加工を必要とせず、弾性体２０を配置することが可能となる。また、弾性体２０は両側から脱落防止のためにフタ１９、２１により挟み込むことにより固定されている。

尚、弾性体１０、２０は回転方向に十分に可動な位置に配設されている。駆動軸１１には大ギヤ８と反対側に刈刃４が固定されている。また、図４から図７に示すように、弾性材１０の個数及び大きさ、形状、または材質などは使用条件に応じて適時変更可能である。

次に、本発明の第一の実施形態の動作について説明する。

作業者は、始動状態にあるエンジン１をハンドル３を把持した状態で、ハンドル３に設けられたスロットルレバーを操作することにより、エンジン１の回転数が使用回転数まで上昇し、駆動力伝達経路の途中に設けられた図示しないクラッチを介して、竿２に挿入されたシャフト６に駆動力が伝達され、ギヤ装置５に内包された小ギヤ７、大ギヤ８、大ギヤ８の内径に配設された弾性材１０に駆動力が伝達すると共に、弾性材１０が駆動力１１を回転させ、駆動軸１１に取り付けられた刈刃が回転することで、切断作業を行う。

このような構成によれば、大ギヤ８内に弾性材１０を配設することで、シャフト６からの動力が小ギヤ７、大ギヤ８に伝達されるが、シャフト６からの動力は弾性材１０、２０を介して出力軸１１に伝えることになり、円周方向に弾性が生じ、衝撃的なトルクが発生したとしても弾性材１０、２０により吸収され、刈刃４へ安定したトルク伝達を行うことができる。更に、木などの硬い被切断材が刈刃４と衝突し、刈刃４の回転が変動した際にも弾性材１０、２０の効果によりシャフト６へのトルクの変動は緩和される。尚、弾性材１０、２０は回転方向に十分に可動な位置に配設することで、減衰効果を大きく構成することが可能となる。

次に本発明の第二の実施形態について、図８を用いて説明する。図８は、第二の実施形態を示す、第一の実施形態の図３から図７に該当するギヤケース５の弾性体付近の断面図である。

ギヤ８は、中間部材１２を内包する内包部１５を有し、ギヤ８と同軸回転する駆動軸１１は中間部材１２に所定の圧入力で圧入されている。ここで所定の圧入力とは、回転軸１１と中間部材１２との間に負荷が生じたときに、回転軸１１と中間部材１２との相対回転を生じさせる程度に調整されたものである。また、内包部１５は凸部１４を備えており、中間部材１２には、回転軸１１と大ギヤ８との相対回転によって凸部１４に半径方向でオーバーラップした突出部１６が設けてあり、中間部材１２の突出部１６と大ギヤ８の凸部１４の間には弾性材１０が内包されている。また、中間部材１２には突起部１３が形成され、凸部１４と当接可能な位置に配置されている。また、弾性材１０は、内包部１５内にて圧縮変形された状態で配置される。

次に、本発明の第二の実施形態の動作について説明する。

シャフト６に駆動力が伝達され、ギヤ装置５に内包された小ギヤ７、大ギヤ８、大ギヤ８の内包部に配設された弾性材１０を介して突出部１６に力を伝達し、中間部材１２を回転させ、圧入力により接続された駆動軸１１を回転させることで、駆動軸１１に取り付けられた刈刃が回転し、切断作業を行う。

このような構成によれば、ギヤ装置５は、駆動軸に所定の圧入力で圧入された中間部材と、中間部材を内包する内包部を有し、中間部材１２と係合して駆動軸１１と同軸回転する大ギヤ８とを有し、所定の圧入力は、駆動軸１１と中間部材１２との間に負荷が生じたときに駆動軸１１と中間部材１２との間に相対回転を生じさせ、内包部１５は凸部１４を備え、中間部材１２には、駆動軸１１と大ギヤ８との相対回転によって凸部１４に周方向で当接可能な突出部１３が設けられている構成とすることで、駆動軸１１と大ギヤ８との回転力の伝達を遮断することができる。

また、所定の圧入力として、駆動軸１１と中間部材１２との間に一定以上の負荷が生じたときに駆動軸１１と中間部材１２との相対回転が生じるよう構成することで、駆動軸１１と大ギヤ８との間に過大な衝撃等が生じたときも、駆動軸１１と中間部材１２が相対回転することで中間部材１２の破損が抑制できる。

また、中間部材１２には回転方向と交差する壁面を備えた突出部１６を有し、内包部１５の凸部１４と突出部１６との間に弾性材１０が挿入されるよう構成したことで、伝達トルクが大きくなった時に弾性材１０が変形し、駆動軸１１に圧入される中間部材１２と大ギヤ８との間に生じる負荷を吸収することができる。また、更に過大なトルクが生じても、中間部材１２の突起部１３と大ギヤ８の凸部１４が所定の角度で接触することで弾性材１０を過剰に変形させることを抑制し、弾性材１０の破損を防止できる。

また、弾性材１０は、突出部１６と内包部１５内とにそれぞれ曲面で当接するよう構成されていることにより、衝撃等に係る負荷が小さい状態では、当接面が小さいため、弾性材１０のバネ定数が小さくなり衝撃を吸収しやすく、衝撃等による負荷が大きい場合には、当接面が大きくなって弾性材１０のバネ定数が大きくなり、大きな負荷でも弾性材１０で吸収することが可能となる。また、弾性材１０の当接箇所が曲面に構成されることにより、例えば突出部１６との当接箇所付近には空隙が形成される。この空隙は弾性材１０が押圧されて変形した際の逃げ場となるため、負荷が生じた場合に弾性材１０が容易に変形して負荷を吸収することが可能となる。更に、弾性材１０が突出部１６と内包部１５内とに当接する時の加重に応じて、突出部１６と内包部１５とが弾性材１０を介して衝撃を吸収した後に、凸部１４と突起部１３が当接することが可能となる。

また、弾性材１０は、内包部１５内にて圧縮変形された状態で配置されているため、大ギヤ８の回転中心軸芯と駆動軸１１の軸芯とを略同一軸に保持している。

また、ギヤケース５は、エンジン側の小ギヤ７と、刈刃４側の大ギヤ８との噛合による駆動力の伝達において、弾性材１０、２０を小ギヤ７と大ギヤ８の両方に備えたことにより、シャフトに生じるねじれ振動を、エンジンからシャフトを介してギヤ装置に伝達される前に抑制することができる。

以上、本発明を示す実施形態に基づき説明したが、本発明は上述の形態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。例えば本実施形態では駆動源としてエンジンを用いた構成について説明したが、電動モータで駆動する工具にも適用は可能である。また、弾性体１０、２０を伝動軸上に２つ配置する構成としたが、大ギヤ８と小ギヤ７の何れか一方に配置してもよく、シャフトのねじり振動や、刈刃に加わる衝撃がシャフトに伝達されることを抑制する効果を有する。

本発明に係るエンジン刈払機の外観図である。 本発明の第一の実施形態に係るエンジン刈払機のギヤケース付近の断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るエンジン刈払機のギヤ部断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るエンジン刈払機の変形例を示すギヤ部断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るエンジン刈払機の変形例を示すギヤ部断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るエンジン刈払機の変形例を示すギヤ部断面図である。 本発明の第一の実施形態に係るエンジン刈払機の変形例を示すギヤ部断面図である。 本発明の第ニの実施形態に係るエンジン刈払機のギヤ部断面図である。

符号の説明

１はエンジン、２は竿、３はハンドル、４は刈刃、５はギヤケース、６はシャフト、７は小ギヤ、８は大ギヤ、９はフタ、１０は弾性材、１１は出力軸、１２は中間部材、１３は突起部、１４は中間部材の凸部、１５は中間部材の内包部、１６は中間部材の突出部である。

Claims (6)

1. 駆動力を伝達可能な長尺状のシャフトと、
   前記シャフトの一端側に取り付けられた刈刃と、
   前記シャフトの他端側に取り付けられた駆動源としてのエンジンと、
   前記エンジンから前記刈刃までの駆動力の伝達軸上に配置されたギヤ装置とを有する刈払機において、
   前記ギヤ装置は、回転可能な駆動軸と、内径部に弾性材が配設されたギヤを備え、
   ギヤが駆動軸に対し周方向に可動し、前記弾性材を介して駆動軸に動力を伝達することを特徴とするエンジン刈払機。
2. 前記ギヤ装置は、
   前記駆動軸に所定の圧入力で圧入された中間部材と、
   前記中間部材を内包する内包部を有し、前記中間部材と係合して前記駆動軸と同軸回転する歯車とを有し、
   前記所定の圧入力は、前記駆動軸と前記中間部材との間に負荷が生じたときに前記駆動軸と前記中間部材との相対回転を生じさせ、
   前記内包部は凸部を備え、前記中間部材には、前記駆動軸と前記ギヤとの相対回転によって前記凸部に周方向で当接可能な突出部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン刈払機。
3. 前記中間部材は前記内包部の前記凸部と半径方向でオーバーラップする突出部を備え、
   前記弾性材は、前記突出部と前記凸部との周方向間に挿入されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン刈払機。
4. 前記弾性材は、前記突出部と前記内包部内とにそれぞれ曲面で当接するよう構成されていることを特徴とする請求項２若しくは請求項３に記載のエンジン刈払機。
5. 前記弾性材は、前記内包部内にて圧縮変形された状態で配置され、前記ギヤの回転中心軸芯と前記駆動軸の軸芯とを略同一軸に保持していることを特徴とする請求項２から請求項４のうち何れか一項に記載のエンジン刈払機。
6. 前記ギヤ装置は、前記エンジン側の第１ギヤ部と、前記刈刃側の第２ギヤ部との噛合により駆動力の伝達を行うものであり、
   前記弾性材は、前記第１ギヤ部のと前記第２ギヤ部の両方に備えられていることを特徴とする請求項1から請求項５のうち何れか一項に記載のエンジン刈払機。

Images