刈払機の駆動軸構造

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【発明の名称】	刈払機の駆動軸構造
【発明者】	【氏名】藁科誠【氏名】内谷博明【氏名】佐々木英志
【要約】	【課題】刈払機の駆動軸の径を増すことなく剛性を確保しつつ、駆動軸に発生する振動をより低減できること。及び、駆動軸の両端を、原動機の出力軸や刈刃に確実に連結できるとともに、連結部分の耐久性を確保できること。【解決手段】刈払機１０は、パイプ状の操作杆１１に駆動軸１２を通し、この駆動軸１２を操作杆１１の一端に設けた原動機１３で回転させることで、操作杆１１の他端に設けた刈刃１４を回転させるものである。駆動軸１２は、チタン合金製軸部２１の一端に鋼製原動機側軸端部２２を一体的に取付けるとともに、チタン合金製軸部２１の他端に鋼製刈刃側軸端部２６を一体的に取付けた、異種金属組合せ軸である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】パイプ状の操作杆に駆動軸を通し、この駆動軸を操作杆の一端に設けた原動機にて回転させることで、操作杆の他端に設けた刈刃を回転させる形式の刈払機において、前記駆動軸は、チタン合金製軸部の両端に鋼製軸端部を一体的に取付けてなる異種金属組合せ軸であることを特徴とした刈払機の駆動軸構造。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は刈払機に関し、特に原動機の動力を刈刃に伝える駆動軸の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】田畑の畦等における雑草は病害虫の巣になりやすいことから、年に数回は刈る必要がある。この作業は重労働であることから、様々な機械が提案され、実用に供されている。そのような機械のうち、刈払機は小型で取扱いが容易であることから、多く用いられている。
【０００３】刈払機は、パイプ状の操作杆に駆動軸を通し、この駆動軸を、操作杆の一端に設けた原動機で回転させることによって、操作杆の他端に設けた刈刃を回転させるものである。作業者は肩に刈払機を吊り下げ、操作杆の途中に設けたバー状ハンドルを握って操作杆を前後左右に振ることで、刈刃にて雑草を刈ることができる。
【０００４】ところで近年、農作業における労働環境をより一層改善することが求められている。刈払機においても作業者の負担を軽減する上で、駆動軸から操作杆を介してバー状ハンドルに伝わる振動を、より低減するという要求が高まっている。操作杆に通した駆動軸は長いので、自重によるたわみが大きい。この結果、原動機を回転させたときに、駆動軸には自重による撓み振動（たわみ振動）が生じる。たわみ振動を低減させる方法としては、■駆動軸を軸長手方向に多数の軸受で支持したり、■駆動軸を軽量にすることが一般的である。
【０００５】これらのうち、多数の軸受を設けることで軸受間の距離を小さくする方法は、構造上の制限や刈払機の全重量アップの点から限界がある。そこで、駆動軸を軽量にする方法が研究されてきた。従来は駆動軸に棒鋼や鋼管を用いていた。駆動軸を軽量化するには軸径を小さくしたり、薄肉のパイプ材にしたり、軽量の材料に代えることが考えられる。
【０００６】ところで、駆動軸は原動機の動力を刈刃に伝達するものであるから、一定以上のねじり剛性や曲げ剛性も必要である。このため、小径にしたり薄肉のパイプ材にするには限界がある。一方、材料を変更することで駆動軸を軽量にする方法としては、駆動軸をアルミニウム合金材にすることが考えられる。しかし、アルミニウム合金材は軽量ではあるものの、必要な剛性を確保するには限界がある。
【０００７】他に、材料を変更することで駆動軸を軽量にするようにした刈払機としては、例えば実公平１－３０９９５号公報「刈払機の操作桿」（以下、「従来の技術■」と言う。）や特開平８－２０５６４９号公報「刈払機用伝動軸とその製造方法並びに刈払機用操作桿」（以下、「従来の技術■」と言う。）が知られている。
【０００８】上記従来の技術■は同公報の第１図及び第２図に示される通り、パイプ状の主管４（番号は公報に記載されたものを引用した。以下同じ。）に通した伝動軸５を動力部１で駆動することによって、主管４の先端に設けた刃物部２を回転させるというものである。さらに上記従来の技術■は、伝動軸５の材質を鋼材から樹脂材に代えて軽量化することで、伝動軸５のたわみ振動の低減を図ったものである。
【０００９】また、上記従来の技術■は同公報の図３に示される通り、繊維強化樹脂管５０の両端の孔に金属製ジョイント５３を嵌合し接着剤にて接合し、さらに繊維強化樹脂管５０の端部を補強リング５４で締め付けることで固定したというものである。このようにして組合せた部材は、刈払機用伝動軸として採用することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の技術■は、伝動軸５の材質を単に鋼材から樹脂材に代えたものである。一般に樹脂製軸は、ねじり剛性や曲げ剛性が小さいものであり、その分を何等かの方法で補う必要がある。剛性を確保するために軸径を大きくしたのでは、軽量化に逆行する。さらに上記従来の技術■は、動力部１の出力軸や刃物部２に対する伝動軸５の連結構造が不明である。出力軸や刃物部２は金属製品であるから、金属製品に樹脂製伝動軸５を確実に連結し、その連結強度を高めることは容易でない。
【００１１】一方、上記従来の技術■は、繊維強化樹脂管５０の剛性を高める配慮をしたものである。しかし、繊維強化樹脂管５０であっても、これに鋼材と同等の剛性を求めると軸径や肉厚が増すことになりかねない。軸径を増すと、繊維強化樹脂管５０を通す主管（操作杆に相当。）も大径になるので得策ではない。さらに上記従来の技術■は、繊維強化樹脂管５０に対する金属製ジョイント５３の結合構造が複雑である。しかも、樹脂製品と金属製品の結合であるから、結合部分の耐久性を確保することが容易でない。
【００１２】そこで本発明の目的は、第１に、刈払機の駆動軸の径を増すことなく剛性を確保しつつ、駆動軸に発生する振動をより低減でき、第２に、駆動軸の両端を、原動機の出力軸や刈刃に確実に連結できるとともに、連結部分の耐久性を確保できる技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項１は、パイプ状の操作杆に駆動軸を通し、この駆動軸を、操作杆の一端に設けた原動機にて回転させることで、操作杆の他端に設けた刈刃を回転させる形式の刈払機において、駆動軸を、チタン合金製軸部の両端に鋼製軸端部を一体的に取付けてなる異種金属組合せ軸としたことを特徴とする。
【００１４】チタン合金は、鉄鋼と概ね同等の機械的強度（ねじり強さ・曲げ強さや縦弾性係数など）を有するとともに、鉄鋼よりも比重が小さい。このため、従来と同一径の軸部であっても、刈払機の駆動軸として必要なねじり剛性や曲げ剛性を十分に確保することができる。しかも、軽量の軸部を採用したので、自重によるたわみ振動をより低減させることができる。さらには、チタン合金製軸部の両端に鋼製軸端部を一体的に取付けたのであるから、軸部に対する軸端部の結合部分の耐久性を確保することができる。しかも、軸端部を原動機の出力軸や刈刃に確実に連結できるとともに、この連結部分の耐久性を確保できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。図１は本発明に係る刈払機の側面図である。刈払機１０は、パイプ状の操作杆１１に駆動軸１２を通し、この駆動軸１２を、操作杆１１の一端に設けた原動機１３にて回転させることで、操作杆１１の他端に設けた刈刃１４を回転させる形式の刈払機である。さらに刈払機１０は、操作杆１１の長手中央部にハンドル１５を平面視十文字を呈するようにハンドルホルダ１６で固定したものである。原動機１３はエンジン又は電動モータである。
【００１６】図２は本発明に係る刈払機の使用状態を示す説明図である。バー状のハンドル１５は正面視略Ｕ字状を呈し、中央部を操作杆１１に取付けるとともに左右に延びる１本のパイプ材又はバー部材からなり、左右の先端にグリップ（左のグリップ１７及び右のグリップ１８）を設けたものである。右のグリップ１８は原動機１３を制御するスロットルレバーやロックレバーを備える操作部である。
【００１７】作業者Ｍは、操作杆１１の長手途中に備える肩掛け用吊りベルト１９を肩に掛けることで刈払機１０を吊り下げることができる。そして、左右のグリップ１７，１８を握って操作杆１１を前後左右に振りながら、原動機１３で刈刃１４を回転させることで、雑草ｇｒを刈ることができる。
【００１８】図３は本発明に係る刈払機の要部断面図であり、駆動軸１２と原動機１３の出力軸１３ａとの間にクラッチ機構３０を介在させ、このクラッチ機構３０をクラッチケース４０に収納するようにし、このクラッチケース４０を介して操作杆１１の一端部に原動機１３を取付けたことを示す。このような刈払機１０は、操作杆１１並びに駆動軸１２を原動機１３の出力軸１３ａに同心に配置したものである。
【００１９】クラッチ機構３０は、駆動軸１２の原動機側軸端部２２にスプライン結合で取付けたクラッチドラム３１と、原動機１３の出力軸１３ａに取付けた回転部材３２と、回転部材３２が高速回転したときだけ回転部材３２をクラッチドラム３１に連結するクラッチ部材３３と、からなる遠心クラッチである。クラッチドラム３１は、回転部材３２を包囲するカップ状部材である。
【００２０】クラッチケース４０は、操作杆１１の一端部を取付ける操作杆取付部４１と、操作杆取付部４１から原動機１３側へ延びて可撓性を有する可撓連結部４２と、可撓連結部４２から原動機１３側へ延びて原動機１３に取付ける原動機取付部４３と、からなる樹脂製一体成形品である。原動機取付部４３は原動機１３のケース１３ｂにボルト止めにて取付けたものである。
【００２１】さらにこの図３は、操作杆１１の他端部に伝動機構ケース６１を介して刈刃１４を取付け、駆動軸１２と刈刃１４との間に介在させた伝動機構６２を伝動機構ケース６１に収納するようにしたことを示す。伝動機構６２は、駆動軸１２の刈刃側軸端部２６に連結した駆動ベベルギヤ６３と、駆動ベベルギヤ６３に噛み合う従動ベベルギヤ６４と、従動ベベルギヤ６４並びに刈刃１４を取付けた従動軸６５とからなる。
【００２２】ところで駆動軸１２は、軸長手方向の複数箇所が回転可能に支承されたものである。具体的には駆動軸１２を次の箇所で支承した。第１に、原動機側軸端部２２をクラッチドラム３１のボス３４にスプライン結合し、このボス３４を軸受３５，３５にて支持することで、駆動軸１２の一端部をボス３４並びに軸受３５，３５を介して原動機取付部４３で支承した。第２に、刈刃側軸端部２６を駆動ベベルギヤ６３に結合し、この駆動ベベルギヤ６３を軸受６６，６６にて支持することで、駆動軸１２の他端部を駆動ベベルギヤ６３並びに軸受６６，６６を介して伝動機構ケース６１で支承した。第３に、駆動軸１２のうち原動機側軸端部２２と刈刃側軸端部２６との間を、軸長手方向に一定間隔で配列した複数のブッシュ７６・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）を介して操作杆１１で支承した。なお、６７は従動軸支持用軸受である。
【００２３】図４（ａ）～（ｃ）は本発明に係る駆動軸の構成図であり、（ａ）は駆動軸１２の軸長手途中を省略した側面断面構造を示し、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ線断面構造を示し、（ｃ）は（ａ）のｃ部を拡大して示す。駆動軸１２は、チタン合金製軸部２１の両端に鋼製軸端部（原動機側軸端部２２及び刈刃側軸端部２６）を一体的に取付けてなる異種金属組合せ軸であることを特徴とする。以下に駆動軸１２について詳しく説明する。
【００２４】軸部２１は、例えば外径７ｍｍで長さ１５００ｍｍのチタン合金製パイプである。原動機側軸端部２２は、例えば機械構造用炭素鋼鋼材製丸棒であり、基端部２３を軸部２１に嵌合するとともに真空ろう付によって一体的に取付け、先端部２４に雄スプライン２５を形成したものである。刈刃側軸端部２６は、例えば機械構造用炭素鋼鋼材製丸棒であり、基端部２７を軸部２１に嵌合するとともに真空ろう付によって一体的に取付け、先端部２８の外周面を４面取りすることで（ｂ）のように略四角形断面の嵌合凸部２９に形成したものである。
【００２５】（ｃ）は、軸部２１に対する刈刃側軸端部２６の取付構造を示す。刈刃側軸端部２６の基端部２７は、パイプからなる軸部２１の孔に嵌合する嵌合部２７ａと、嵌合部２７ａに連なり軸部２１の端面に突き当てる突当部２７ｂとからなる。軸部２１の孔に嵌合部２７ａを必要十分な長さだけ嵌合したので、この部分に曲げ荷重が作用しても曲げ剛性を十分に確保することができる。このように嵌合した上に、更に軸部２１の端面と突当部２７ｂとの当り面を真空ろう付することで、両者を一体的に取付けることができる。
【００２６】なお、軸部２１に対する原動機側軸端部２２の取付構造についても、上記刈刃側軸端部２６の取付構造と同様に嵌合部２３ａと突当部２３ｂとからなる。ここで「真空ろう付」とは、例えば炉内ろう付において、ろう付環境を１３３×１０^-3～１３３×１０^-7Ｐａの真空とした清浄な空間で行う、ろう付方法である。
【００２７】チタン合金は、鉄鋼と概ね同等の機械的強度（ねじり強さ・曲げ強さや縦弾性係数など）を有する。従って、チタン合金製軸部２１は、従来と同一径の軸であっても、刈払機の駆動軸として必要なねじり剛性や曲げ剛性を十分に確保することができる。さらに、鉄鋼の比重が概ね７．８であるのに対してチタン合金の比重は概ね４．５である。このように、チタン合金の比重は鉄鋼の比重よりも極めて小さい。このような軽量のチタン合金製軸部２１を採用したので、自重によるたわみ振動をより低減させることができる。従って、上記図２において原動機１３を回転させたときに、駆動軸１２から操作杆１１を介してハンドル１５に伝わる振動を、簡単な構成で、より低減することができる。この結果、作業者Ｍの負担を軽減することができる。
【００２８】さらには、チタン合金製軸部２１の両端に鋼製軸端部（原動機側軸端部２２及び刈刃側軸端部２６）を一体的に取付けることによって、軸部２１に対する軸端部２２，２６の結合部分の耐久性を確保することができる。しかも駆動軸１２の両端、すなわち軸端部２２，２６を上記図３に示す原動機１３の出力軸１３ａや刈刃１４に確実に連結できるとともに、この連結部分の耐久性を確保することができる。
【００２９】なお、上記本発明の実施の形態において、チタン合金製軸部２１の両端に鋼製軸端部２２，２６を一体的に取付ける構造は、真空ろう付に限定するものではなく、両者間を一体化できるものであればよく、例えばリベット止め、溶接、接着による構造であってもよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮する。請求項１は、刈払機の駆動軸のうち軸部を、鉄鋼と概ね同等の機械的強度を有するとともに鉄鋼よりも比重が小さい、チタン合金製とすることによって軽量化したので、駆動軸として必要なねじり剛性や曲げ剛性を十分に確保することができるとともに、自重によるたわみ振動をより低減させることができる。従って、駆動軸から操作杆を介してハンドルに伝わる振動を、簡単な構成で、より低減することができる。
【００３１】さらには、チタン合金製軸部の両端に鋼製軸端部を一体的に取付けることによって、軸部に対する軸端部の結合部分の耐久性を確保することができる。しかも、軸端部を原動機の出力軸や刈刃に確実に連結できるとともに、この連結部分の耐久性を確保することができる。このようにして、駆動軸の両端を、原動機の出力軸や刈刃に確実に連結することができるとともに、連結部分の耐久性を確保することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５３２６【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
【出願日】	平成１３年２月２７日（２００１．２．２７）
【代理人】	【識別番号】１０００６７３５６【弁理士】【氏名又は名称】下田容一郎（外１名）
【公開番号】	特開２００２－２５３０２７（Ｐ２００２－２５３０２７Ａ）
【公開日】	平成１４年９月１０日（２００２．９．１０）
【出願番号】	特願２００１－５２９５８（Ｐ２００１－５２９５８）