JP6230642B2 - 歩行型芝刈機 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源により走行輪を駆動する歩行型芝刈機に関する。

歩行型芝刈機は、芝草を刈る際に、駆動源でカッターブレードを回転させた状態で作業者がハンドルのグリップを握りながらクラッチレバーを前方へスイングさせる。このことにより、トランスミッション内のクラッチをＯＮに切換え、走行輪である後輪に駆動力を伝達することができ、かつ、カッターブレードにより芝草を刈ることができる。

ところで、上記した歩行型芝刈機の駆動系において、トランスミッション内に、簡単な構造で、低コストで実現可能な、ドグクラッチ構造を採用したものが知られている。ドグクラッチ構造とは、例えば、特許文献１に記載されているように、車輪の回転軸に台形形状の噛み合わせクラッチを取り付け、ギヤの組み合わせをこの噛合わせクラッチの断続により制御するものである。

米国特許第７６６９７０２号公報

ところで、坂道を往復して芝草を刈る場合、登坂時はエンジンやモータ等の駆動源を用いて駆動し、下りは駆動を切って重力にしたがい運転するのが好ましい。しかしながら、ドグクラッチ構造を採用した歩行型芝刈機において、坂道登坂時に駆動源から噛合いクラッチへの動力の伝達を停止した場合、作業者は、嵌合状態にあるクラッチを解除して空走状態にするために機体を押し上げる必要があり、駆動停止と同時にクラッチが解除されないと使い勝手が極めて悪化する。このことは、坂道に限らず、壁際等、前後進の頻度が高い芝刈り時においても同様である。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、トランスミッション内にドグクラッチ構造を採用した歩行型芝刈機において、使い勝手の向上をはかることを目的とする。

請求項１に記載の発明は、機体にカッターブレードと、走行輪と、この走行輪を駆動する駆動源と、この駆動源と前記走行輪との間の動力伝達系に介在した噛合いクラッチと、この噛合いクラッチを切り換えるクラッチ切換え機構とを備え、前記機体から後方へ操作ハンドルが延びており、前記噛合いクラッチは、入力側の噛合い爪を有した入力側半体と、出力側の噛合い爪を有した出力側半体とからなり、前記入力側の噛合い爪が前記出力側の噛合い爪に対して正回転したときに、前記噛合いクラッチはオンになり、前記入力側の噛合い爪が前記出力側の噛合い爪に対して逆回転したときに、前記噛合いクラッチはオフになり、前記クラッチ切換え機構は、前記駆動源が正回転したときには、前記駆動源の動力によって前記噛合いクラッチをオンに切り換え、前記駆動源が逆回転したときには、前記駆動源の動力によって前記噛合いクラッチをオフに切り換える歩行型芝刈機において、前記駆動源は、電動モータによって構成され、操作スイッチと、この操作スイッチのスイッチ信号に従って前記電動モータを制御する制御部とを備え、この制御部は、前記操作スイッチからモータ停止操作信号を受けたときに、前記電動モータの正回転を停止し、前記電動モータが停止した後に前記電動モータを逆転するように制御する構成であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の歩行型芝刈機において、前記電動モータを逆転する時間は、少なくとも前記噛合いクラッチのオン状態からオフ状態に切り替わるまでの時間に設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の歩行型芝刈機において、前記制御部は、前記電動モータに通電される電流値の変化に従って、前記電動モータを逆転する時間を決定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、制御部は、操作スイッチからモータ停止操作信号を受けたときに、電動モータの正回転を停止した後に、この電動モータを逆転するように制御する構成である。このことにより、坂道や壁際等、前後進の頻度が高い場所での芝刈り時に駆動源から噛合いクラッチへの動力の伝達を停止した場合に、噛合状態にある噛合いクラッチを自動解除してアクスルシャフトを空走状態にするため、作業者が機体を押し上げる操作が不要になり、したがって、使い勝手の向上がはかれる。

請求項２に記載の発明によれば、電動モータを逆転する時間は、少なくとも噛合いクラッチのオン状態からオフ状態に切り替わるまでの時間に設定されている。このように、電動モータを逆転する時間は、噛合いクラッチがオン状態からオフ状態に切り替わるまでの極く短時間だけである。従って、電動モータを不必要に逆転しないので、再び噛合いクラッチをオフ状態からオン状態へ切り替える動作を、円滑に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、制御部は、電動モータに通電される電流値の変化に従って、電動モータを逆転する時間を決定している。このように、電流変化を監視することにより停止判定を行うため、電動モータの回転を検出する場合に比べ、噛み合いクラッチの嵌合の解除を簡単な仕組みで実現することができる。

本発明の実施の形態に係る歩行型芝刈機の左側面図である。 図１のトランスミッションボックスの内部構造とその制御系のブロック図である。 図２の噛合いクラッチの断面構造を示す図である。 図３のクラッチ切換え機構の作用説明図（１）である。 図３のクラッチ切換え機構の作用説明図（２）である。 図３の噛合いクラッチの斜視図である。 図６の噛合いクラッチの入力側半体の背面斜視図である。 図２の電動モータの駆動系の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態（以下、単に本実施形態という）に係る歩行型芝刈機について添付図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「左」、「右」は作業者から見た方向に従う。

図１は本実施形態に係る歩行型芝刈機１０の左側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る歩行型芝刈機１０は、機体１１の前部に左右の前輪１２，１２（この図では左右のうち左のみを示す。以下同じ。）を備え、機体１１の後部に左右の走行輪としての後輪１３，１３（この図では左右のうち左のみを示す。以下同じ。）を備える。

また、機体１１の上部にエンジン１４を備え、機体１１の中央下部に芝刈用のカッターブレード１６を備える。更に、機体１１の後部内部に電動モータ３５、及び伝動装置２０（トランスミッション２０）を備えるとともに、機体１１から後方へ操作用の左右のハンドル５０Ｌ，５０Ｒが延びている。エンジン１４は、カッターブレード１６を駆動する駆動源である。エンジン１４は、出力軸１５に、カッターブレード１６を連結する。

電動モータ３５は、伝動装置２０に内蔵される駆動ベベルギヤ（後述する図２の２１）、従動ベベルギヤ（後述する図２の２２）、アクスルシャフト（後述する図２の２５）等の伝動部品を介して後輪１３を連結する。電動モータ３５は、後輪１３，１３の駆動源である。

歩行型芝刈機１０は、左右のハンドル５０Ｌ，５０Ｒの後端に支持軸５４にて作業切換えレバー６０及びグリップ／走行操作レバー７０が前後にスイング可能に取付けられている。更に、走行操作レバー６０の支持軸５４近傍に、電動モータ３５のオンオフを制御する操作スイッチ３０を備える。

作業切換えレバー６０は、図示省略したワイヤケーブルを介し作業切換えクラッチ４１を切換え操作することで、エンジン１４からカッターブレード１６への駆動力を断続する操作部材である。具体的に、作業切換えレバー６０から手を放しているとき、すなわち、ワイヤケーブルを引かないときには、作業切換えクラッチ４１はオフで且つ制動した状態にある。作業切換えレバー６０でワイヤケーブルを引くことで作業切換えクラッチ４１をオン操作すれば、エンジン１４からカッターブレード１６へ駆動力を伝達することができる。

グリップ／走行操作レバー７０は、ハンドル５０Ｌ，５０Ｒを介して機体１１を操作（操舵）するために握るグリップの役割と、操作スイッチ３０を操作する役割とを、兼ねた操作部材である。具体的に、グリップ／走行操作レバー７０から手を放している場合に電動モータ３５は停止状態にある。グリップ／走行操作レバー７０でオン操作すれば、電動モータ３５が正転して後輪１３，１３へ駆動力を伝達することができる。

上記した歩行型作業機１０によれば、電動モータ３５を駆動することで、後輪１３，１３を回転させるとともに、エンジン１４を駆動してカッターブレード１６を回転させることにより、前・後輪１２，１３で走行しながらカッターブレード１６で芝草を刈ることができる。このとき、作業者は、作業切換えレバー６０及びグリップ／クラッチレバー７０を握って押しながら歩行する。なお、符号４０は、刈った芝草を収容する芝収容袋を示す。

図２に、伝動装置２０（ＴＭボックス）の内部構造と電動モータ３５の制御系の構成を示す。図２に示すように、伝動装置２０は、電動モータ３５のモータシャフト３６に取り付けられた比較的小径の駆動ベベルギヤ２１と、この駆動ベベルギヤ２１に噛み合う比較的大径の従動ベベルギヤ２２と、この従動ベベルギヤ２２を回転自在に取り付け、左右に延び後輪１３，１３に結合されるアクスルシャフト２５（車軸）からなる動力伝達系を含む。また、伝動装置２０は、電動モータ３５と後輪１３，１３との間の動力伝達系に介在する噛合いクラッチ２３と、この噛合いクラッチ２３を切換えるクラッチ切換え機構２４とを備える。

噛合いクラッチ２３は、図３にその断面構造を示すように、入力側の噛合い爪２３１を有した入力側半体２３ａ（可動部材）と、出力側の噛合い爪２３２を有した出力側半体２３ｂ（固定部材）とから構成される。噛合い爪２３１，２３２は、いずれも台形形状をなし、嵌合時にそれぞれが向かい合うスロープ面Ｄ，Ｄ‘を有する。

上記構成において、入力側半体２３ａの噛合い爪２３１が出力側半体２３ｂの噛合い爪２３２に対して正回転（右回転）したときに噛合いクラッチ２３を構成する入力側半体２３ａと出力側半体２３ｂが嵌合してクラッチオンになり、入力側の噛合い爪２３１が出力側の噛合い爪２３２に対して逆回転（右回転）したときに噛合いクラッチ２３を構成する入力側半体２３ａと出力側半体２３ｂの嵌合が解除されてクラッチオフになる。

このため、クラッチ切換え機構２４は、入力側噛合い爪２３１を有する入力側半体２３ａの裏面（従動ベベルギヤ２２と対向する面）に形成された、複数の平面で囲まれた多面体構造の突起部２３０と、この突起部２３０に対向して位置し、従動ベベルギヤ２３の回転時にその突起部２３０の少なくとも一部を受容する従動ベベルギヤ２２の凹部２２０と、を含む。

図４の作用説明図（１）に示すように、入力側半体２３ａに受けられる突起部２３０は、多面体構造でなり、その一面に、スロープ面Ａとフラット面Ｂとを有する。そして、従動ベベルギヤ２２の回転に伴い、従動ベベルギヤ２２の凹部２２０の角Ｃは、突起部２３０のスロープ面Ａに当接して突起部２３０を押し上げる。このことにより、入力側半体２３ａをアクスルシャフト２５の軸方向（矢印ｘ方向）に移動させることができ、その結果、噛合いクラッチ２３をオンオフ制御する。なお、フラット面Ｂは、図５の作用説明図（２）に示すように、噛合いクラッチ２３を嵌合位置で固定させるストッパとしての役割を持つ。

上記構成によれば、従動ベベルギヤ２２が右回転（図４の矢印ｙ方向）することにより、入力側半体２３ａの突起部２３０のスロープ面Ａが押し上げられ（図４）、スロープ面Ａが押し上げられることで入力側半体２３ａがアクスルシャフト２５の軸方向（矢印ｘ方向）に移動する。入力側半体２３ａがアクスルシャフト２５方向に移動することで入力側半体２３ａがアクスルシャフト２５に設けられた出力側半体２３ｂに嵌合することで電動モータ３５の駆動力が伝達（クラッチオン）される。一方、従動ベベルギヤ２２が左回転（点線矢印−ｙ方向）すると、入力側半体２３ａがアクスルシャフト２５の軸方向（点線矢印−ｘ方向）に移動することで入力側半体２３ａがアクスルシャフト２５に設けられた出力側半体２３ｂを嵌合状態から、嵌合状態を解除する解除状態に遷移させて駆動力の伝達を遮断（クラッチオフ）することができる。

すなわち、電動モータ３５が正回転したときに噛合いクラッチ２３をオンに切換え、電動モータ３５が逆回転したときに電動モータ３５により噛合いクラッチ２３をオフに切換えることができる。なお、突起部２３０のスロープ面Ａにおける斜角βは、噛合いクラッチ２３を構成する入力側半体２３ａの入力側噛合い爪２３１、及び／又は出力側半体２３ｂの出力側噛合い爪２３ｂの高さｈ（図５）に依存して決まる。

上記したクラッチ切換え機構２４の理解を助けるために、図６に、従動ベベルギヤ２３０と噛合いクラッチ２３との結合関係を示す斜視図が、図７に、噛合いクラッチ２３の入力側半体２３の背面斜視図が示されている。図６、図７に示すように、入力側半体２３ａに設けられた入力側噛合い爪２３１の背面に、一面にスロープ面Ａを有する多面体構造の突起部２３０が複数設けられている。また、従動ベベルギヤ２２の対向面には、回転時に入力側半体２３ａの突起部２３０の少なくとも一部を受容する凹部２２０が形成されている。この凹部２２０は、従動ベベルギヤ２２の回転に伴い、角Ｃが入力側半体２３ａの突起部２３０のスロープ面Ａに当接すると、スロープに沿って押し上げられ、スロープ面Ａが押し上げられることで入力側半体２３ａがアクスルシャフト２５の軸方向に移動する。

説明を図２に戻す。電動モータ３５の制御系は、制御部１４０と、電動モータ駆動回路部１４１と、電流検出部１４２とにより構成される。制御部１４０は、例えば、ＥＣＵ（電子制御ユニット）で構成され、操作スイッチ３０からモータ停止操作信号を受けたときに、電動モータ３５の正回転を停止し、且つ電動モータ３５を逆転するように制御する。このとき、電動モータ３５の逆転に要する時間は、少なくとも噛合いクラッチ２３がオン状態からオフ状態に切り替わるまでの時間に設定されている。

なお、制御部１４０は、電動モータ３５の逆転時に、電動モータ３５に通電される電流値の変化を検出することによって、噛合いクラッチ２３がオン状態からオフ状態に切り替わるまでの時間を判定する。ここでは、制御部１４０から逆転指令が出力された後、モータシャフト３６が一定回転したときに（噛み合わせクラッチ２３がオン状態からオフ状態に切り替わりに要する１回転未満の回転）、機械的に嵌合状態にあった噛合いクラッチ２３が解除されるものとする。モータシャフト３６が一定回転したことを検出するために、制御部１４０は、電流検出部１４２により、モータ駆動電流の電流値を計測することで実現される。なお、一定回転の検知は、電流検出部１４２により計測される電流値によらず、モータシャフト３６近傍に実装される回転センサ等により検出してもよい。

電動モータ駆動回路部１４１は、例えば、ＭＯＳ型トランジスタで構成され、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のスイッチング素子を備えている。そして、図示省略したバッテリから電力が供給され、バッテリの正極端子に接続される２つのハイ側スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４からなるハイサイドアーム、及びＧＮＤに接続される２つのロー側スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２からなるローサイドアームがブリッジ状に接続された、所謂、Ｈブリッジ回路で構成される。なお、制御部１４０は、電流検出部１４１を介してＨブリッジ回路を構成する抵抗に流れる電流を検知することによりクラッチを解除すべく電動モータ３５を逆転駆動する。

図８に、上記した制御系による電動モータ３５の駆動制御のための動作フローチャートが示されている。以下、図８の動作フローチャートを参照しながら、本実施形態に係る歩行型芝刈機１０における電動モータ３５の駆動制御について詳細に説明する。

制御部１４０は、操作スイッチ３０のオンオフを常時監視している。走行時、操作スイッチ３０がオンすることにより制御部１４０に走行信号が入力されると（ステップＳ１０１“ＹＥＳ”）、電動モータ駆動回路部１４１が電動モータ３５を駆動し、電動モータ３５による駆動力を、モータシャフト３６、駆動ベベルギヤ２１を介して従動ベベルギヤ２２に伝達する（ステップＳ１０２）。

ここで、従動ベベルギヤ２２が回転することにより、その凹部２２０の角Ｃにより、噛合いクラッチ２３の入力側半体２３ａに設けられた突起部２３０のスロープ面Ａが押し上げられる（ステップＳ１０３）。このスロープ面Ａが押し上げられることにより、入力側半体２３ａは、入力側半体２３ａと出力側半体２３ｂの噛合い爪２３１，２３２におけるスロープ面Ｄ，Ｄ’をスライドすることによりアクスルシャフト２５側に移動し、アクスルシャフト２５に設けられた出力側半体２３ｂに嵌合（クラッチオン）することにより、駆動力が伝達される。

一方、停止時、操作スイッチ３０がオフして停止信号が入力されると（ステップＳ１０４）、制御部１４０は、電動モータ駆動回路部１４１を介して電動モータ３５の動作を停止させる（ステップＳ１０５）。このとき、噛合いクラッチ２３は、入力側半体２３ａが、アクスルシャフト２５からの駆動力の伝達がなく出力側半体２３ｂと嵌合状態で停止している。

ここで制御部１４０は、電動モータ３５に逆転転指令を出力する（ステップＳ１０６）。これを受け、電動モータ駆動回路部１４１は電動モータ３５を逆転駆動する（ステップＳ１０７）。制御部１４０は、電流検出部１４２により、電動モータ３５の駆動電流を常時計測しており（ステップＳ１０８）、電動モータ３５が逆転中、電動モータ３５を流れる電流が所定値α以下になってモータシャフト３６が一定回転（噛合いクラッチ２３の嵌合解除に要する１回転以下の回転）したことを検知すると（ステップＳ１０９“ＹＥＳ”）、機械的に嵌合状態で停止していた噛合いクラッチ２３を解除する（ステップＳ１１０）。すなわち、入力側半体２３ａが出力側半体２３ｂから離れる方向に移動（クラッチオフ）することにより、アクスルシャフト２５がフリー状態になる。以降、ステップＳ１０１の操作スイッチ３０の監視処理に戻り、操作スイッチ３０がオンされると同様の処理を繰り返し実効する。

以上説明のように本実施形態に係る歩行型芝刈機１０によれば、制御部１４０は、操作スイッチ３０からモータ停止操作信号を受けたときに、電動モータ３５の正回転を停止し、且つ電動モータ３５を逆転するように制御する構成である。このことにより、坂道や壁際等、前後進の頻度が高い場所での芝刈り時に電動モータ３５を停止した場合に、噛合状態にある噛合いクラッチ２３を自動解除してアクスルシャフト２５を空走状態にするため、作業者が機体を押し上げてアクスルシャフト２５を手動で回転させる必要がなくなり、したがって、使い勝手の向上がはかれる。

また、本実施形態に係る歩行型芝刈機１０によれば、電動モータ３５を逆転する時間は、少なくとも噛合いクラッチ２３のオン状態からオフ状態に切り替わるまでの時間に設定されている。このように、電動モータ３５を逆転する時間は、噛合いクラッチ２３がオン状態からオフ状態に切り替わるまでの極く短時間だけである。従って、電動モータ３５を不必要に逆転しないので、再び噛合いクラッチ２３をオフ状態からオン状態へ切り替える動作を、円滑に行うことができる。

また、本実施形態に係る歩行型芝刈機１０によれば、制御部１４０は、電動モータ３５に通電された電流値の変化に従って、電動モータ３５を逆転する時間を決定している。このように、電流変化を監視することにより停止判定を行うため、電動モータ３５の回転を検出する場合に比べ、噛み合いクラッチ２３の嵌合の解除を簡単な仕組みで実現することができる。

１０ 歩行型芝刈機
１４ エンジン
１５ 出力軸
２０ 伝動装置（ＴＭボックス）
２１ 駆動ベベルギヤ
２２ 従動ベベルギヤ
２３ 噛合いクラッチ
２３ａ 入力側半体
２３ｂ 出力側半体
２４ クラッチ切換え機構
２５ アクスルシャフト
３０ 操作スイッチ
３５ 電動モータ
３６ モータシャフト
１４０ 制御部
１４１ 電動モータ駆動回路部
１４２ 電流検出部
２２０ 凹部
２３０ 突起部
２３１ 入力側半体の噛合い爪
２３２ 出力側半体の噛合い爪

Claims (6)

1. 機体にカッターブレードと、走行輪と、この走行輪を駆動する駆動源と、前記駆動源によって回転駆動される駆動ギヤと、前記走行輪が左右端に固定され、前記機体に回転自在に支持された車軸と、前記車軸に回転可能に設けられ、前記駆動ギヤに噛み合う従動ギヤと、前記駆動源と前記走行輪との間の動力伝達系に介在した噛合いクラッチと、前記噛合いクラッチを切り換えるクラッチ切換え機構とを備え、
   前記噛合いクラッチは、入力側の噛合い爪を有した入力側半体と、出力側の噛合い爪を有した出力側半体とからなり、
   前記入力側の噛合い爪が周方向における正回転側において周方向に対して直交する入力側直交面と、周方向における逆回転側において周方向に対して傾斜する入力側傾斜面とを備え、
   前記出力側の噛合い爪が前記入力側傾斜面に対向する出力側傾斜面と、前記入力側直交面に対向する出力側直交面とを備え、
   前記クラッチ切換え機構は、
   前記入力側半体に設けられた軸線方向に突出し、周方向に対して傾斜する傾斜面を有する突起部と、前記従動ギヤに設けられ、前記突起部を受容し、前記傾斜面に正回転時に当接する角を有する凹部とを含み、
   前記駆動源が正回転したときには、前記駆動源の動力によって前記噛合いクラッチをオンに切り換え、
   前記駆動源が逆回転したときには、前記駆動源の動力によって前記噛合いクラッチをオフに切り換える歩行型芝刈機において、
   前記駆動源は、電動モータによって構成され、
   当該歩行型芝刈機は、操作スイッチと、この操作スイッチのスイッチ信号に従って前記電動モータを制御する制御部とを更に備え、
   この制御部は、前記操作スイッチからモータ停止操作信号を受けたときに、前記噛合いクラッチをオフに切り換えるべく、前記電動モータを逆転するように制御する構成であることを特徴とする歩行型芝刈機。
2. 前記電動モータを逆転する時間は、少なくとも前記噛合いクラッチのオン状態からオフ状態に切り替わるまでの時間に設定されていることを特徴とする請求項１記載の歩行型芝刈機。
3. 前記制御部は、前記電動モータに通電される電流値の変化に従って、前記電動モータを逆転する時間を決定することを特徴とする請求項２記載の歩行型芝刈機。
4. 前記出力側半体が前記車軸に同軸に固定され、
   前記入力側半体が前記車軸に同軸に回転自在に設けられ、
   前記駆動源の動力によって、前記従動ギヤが回転し、前記従動ギヤの前記凹部の前記角が前記入力側半体の前記突起部の前記傾斜面に当接することで、前記入力側半体が前記出力側半体に向けて変位し、
   前記駆動源が正回転したときには、前記入力側直交面と前記出力側直交面とが互いに当接することで、前記噛合いクラッチがオンとなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の歩行型芝刈機。
5. 前記駆動源が逆回転したときには、前記入力側傾斜面と前記出力側傾斜面とが互いにスライドすることによって、前記入力側半体と前記出力側半体とが互いに離反し、前記噛合いクラッチがオフとなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載の歩行型芝刈機。
6. 前記突起部が、前記傾斜面の突端に連続し、周方向に対して直交する突起部直交面を更に有することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つの項に記載の歩行型芝刈機。

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