特開 2024-1924 草刈機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024001924

(43)【公開日】2024-01-11

(54)【発明の名称】草刈機

(51)【国際特許分類】

   A01D 34/64 20060101AFI20231228BHJP

【ＦＩ】

A01D34/64 M

A01D34/64 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022100799

(22)【出願日】2022-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】000223698

【氏名又は名称】フジイコーポレーション株式会社

(72)【発明者】

【氏名】藤井 大介

(72)【発明者】

【氏名】山崎 敏栄

(72)【発明者】

【氏名】塚田 浩之

(72)【発明者】

【氏名】栗原 信

(72)【発明者】

【氏名】中川 勝己

【テーマコード（参考）】

2B083

【Ｆターム（参考）】

2B083AA02

2B083BA12

2B083BA18

2B083DA02

2B083DA03

2B083DA04

2B083HA20

2B083HA22

2B083HA24

2B083HA32

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型乗用草刈り機の主に不定期に使用する初心者、未熟練?、高齢者、女性用に、使用者の性格、好み、癖、などそれぞれ固有の能力に応じた理想的な刈り負荷制御技術を実現し、安全性、安定性に優れた草刈機を提供する。
【解決手段】電子制御ＨＳＴに構成した小型乗用草刈機で、エンジン回転数変動で草刈走行負荷変動を検知し、これを制御ユニットが読み取り、草刈作業が安定するよう電子制御ＨＳＴを制御し速度制御するようにした。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン又はモータを搭載し、左右一対の操舵前輪と駆動後輪または駆動前輪または駆動前後輪または駆動履帯と、機体中央部または機体前部に刈取部とを配設した小型乗用草刈機で、走行駆動用変速機構にＨＳＴ（Ｈｙｄｏｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を使用し、ＨＳＴの油圧ポンプ側の斜板調整軸（トラニオン軸）にアクチュエータを連結し、該アクチュエータの回転変速またはストローク変速により回動調整させるように電子制御ＨＳＴに構成した小型乗用草刈機において、エンジン又はモータ部に回転数を検知する手段を設け、回転数変動で草刈走行負荷変動を検知し、これを制御ユニットが読み取り、草刈作業が安定するよう電子制御ＨＳＴを制御し速度制御するようにし、草刈走行負荷制御をするようにし、安定した作業クルーズが出来るように構成した小型乗用草刈機。

【請求項2】

前記小型乗用草刈機のＨＳＴレバー機構部、またはＨＳＴ足踏みペダル機構部に、回転センサによる、レバー又はペダル回動位置検知手段を設け、またスロットルレバー機構部に回転センサによるレバー回動位置検知手段を設け、草刈作業時の操縦者の設定操作したエンジン回転数、即ちスロットルレバー回動位置と、作業走行速度、即ちＨＳＴレバー回動位置とを制御ユニットに都度読み取り、刈り負荷増でエンジン回転数低下した時、即、設定エンジン回転数に戻るよう、ＨＳＴを制御し速度制御するようにした請求項１に記載する小型乗用草刈り機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は草刈機または類機の芝刈機の中で主に小形乗用タイプのもので、その走行安全性と作業性の向上に関わるものである。

【背景技術】

【0002】

小型乗用草刈機は国内では従来ほとんどが４輪の後輪駆動－前輪操舵型で普及している。駆動操縦系としてはこれが一般的であるが、不整地を考慮した４輪駆動型、また車輪駆動型よりは少ないが履帯駆動型もある。また更に草刈機はほとんどの場合、他の農業機械もそうであるが、走行速度制御にＨＳＴ（Ｈｙｄｏｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が使用される。従来はこのＨＳＴの調整軸を一本のレバー操作で回動させ走行速度や前後進のコントロールを行っていた。制御技術が年々高度化していく現在、ＨＳＴの電子制御化により、より高い安全性と作業性の向上が求められる時代になっている。

【特許文献1】特開２０１８－１９６３５４

【特許文献2】特開２０２０－０００１５８

【特許文献3】特開２００８－２９０５１２

【特許文献4】特願２０２２－００９７８９

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本出願人は先に小型乗用草刈機用の電子制御ＨＳＴを開発した（特許文献４）。本願はその優れた性能を存分に生かし、従来からいろいろ試みられていた刈り負荷制御技術を理想的に実現しようとしたものである。従来技術は作業能率、作業効率などが優先され（即、機械性能優先）、それを操縦する作業者は蚊帳の外というのがほとんどであった（特許文献１、特許文献２）。出願人も電子制御技術がまだ脆弱だった１５年前、機構的にＨＳＴを制御し、作業性と安全性の向上を試みたことがあったが（特許文献４）、これも機械性能優先の技術?指向型で、市場での評判は今一つだった。そもそも機械最高性能で最高効率の作業が出来うるのは、専業の熟練者ぐらいの者で、機械を扱うほとんどの者は、不定期に使用する初心者、未熟練?、高齢者、女性などである。特に出願人が一般市場へ供給する汎用の小型機においては、尚のことである。近年のＡＩ制御に見られるような個人のそれぞれの能力に合った最適制御は機械性能優先一辺倒の従来には全く見られなかった。本願はこの新技術開発に、ややもすると性能を追い求める技術者指向型から一線を画し、使用者それぞれに適したアシストを行い、使用者の性格、好み、癖、などそれぞれ固有の能力に応じた刈り負荷制御技術を実現し、安全性、安定性に優れた草刈機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決するために本発明において講じた手段は、エンジン又はモータを搭載し、左右一対の操舵前輪と駆動後輪または駆動前輪または駆動前後輪または駆動履帯と、機体中央部または機体前部に刈取部とを配設した小型乗用草刈機で、走行駆動用変速機構にＨＳＴ（Ｈｙｄｏｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を使用し、ＨＳＴの油圧ポンプ側の斜板調整軸（トラニオン軸）にアクチュエータを連結し、そのアクチュエータの回転変速またはストローク変速により回動調整させるようにし、ＨＳＴレバー機構部に回転センサによる、レバー回動位置検知手段を設け、さらにアクチュエータによる斜板調整軸の回動駆動機構部に回転センサによる斜板調整軸回動位置検知手段を設け、ＨＳＴレバーの回動位置に相当した速度の斜板調整軸位置になるよう制御ユニットによりアクチュエータの回転またはストロークを制御するようにシフト・バイ・ワイヤ制御構成の電子制御ＨＳＴに構成した小型乗用草刈機において、エンジン又はモータ部に回転数を検知する手段を設け、回転数変動で草刈走行負荷変動を検知し、これを制御ユニットが読み取り、草刈作業が安定するよう電子制御ＨＳＴを制御し速度制御するようにし、草刈走行負荷制御をするようにし、安定した作業クルーズが出来るようにした。

【0005】

そして小型乗用草刈機のＨＳＴレバー機構部、またはＨＳＴ足踏みペダル機構部に、回転センサによる、レバー又はペダル回動位置検知手段を設け、またスロットルレバー機構部に回転センサによるレバー回動位置検知手段を設け、草刈作業時の操縦者の設定操作したエンジン回転数、即ちスロットルレバー回動位置と、作業走行速度、即ちＨＳＴレバー回動位置とを制御ユニットに都度読み取り、刈り負荷増でエンジン回転数低下した時、即、設定エンジン回転数に戻るよう、ＨＳＴを制御し速度制御するようにした。

【発明の効果】

【0006】

本発明は上記手段を施したことにより以下の効果を有する。

【0007】

草刈作業走行速度を刈り負荷に応じて制御し、且つそれを作業者それぞれに応じた制御をするので、誰でも操作しやすい草刈機になり、作業能率と作業走行安全性が向上する。

【0008】

作業者それぞれに応じた学習制御するので、使用時間と共に作業者に馴染んだ草刈機になっていくため、より作業能率と作業走行安全性が向上する。

【発明を実施するための最良の形態】

【0009】

草刈作業状況に応じた作業アシスト制御では刈り負荷検知が問題になる。刈刃の回転トルク変動を検知するのが理想的であるが、本願の狙いは機械の高効率化作業ではなく、作業者が安定感、安心感をもって作業巡航（クルーズ）出来るようにすることであり、間接検知ではあるがエンジン回転数検知にした。エンジン回転数変動は直接、作業者の聴覚、体感に影響を及ぼすからである。厳密な刈り負荷検知ではないが、作業走行速度は移動時に比べ遅い為、ほぼ等価であり充分である。

【実施例0010】

本発明の第一実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明車輪型草刈機の実施例で左斜視図、図２はその左側面図と平面図、図３に走行駆動機構の平面透視図を示し、図４にＨＳＴ調整軸のモータ駆動機構の詳細を示す、図５にＨＳＴレバー機構の詳細を示す。走行駆動用変速機４は本出願人の車輪型草刈機の中での最上位機種で４輪駆動のものを示している（図４）。速度調整のＨＳＴ５はこれに直結され、その調整軸５２を回動駆動する調整軸モータ５３も走行駆動用変速機４に、剛性の高いブラケット（図省略）で固定している。ＨＳＴ調整軸５２側に回動用の調整軸アーム５２１を、調整軸モータ５３側にモータアーム５３１を固定し、それらアーム間を緩衝バネを含む調整軸リンク５２２で回動自在に連結し３節リンク構成にし、調整軸の回動をモータで制御している（図４）。

【0011】

調整軸アーム５２１には別にセンサアームｂ５２３に回動自在に連結するアームが出ており、調整軸の回動変位をセンサアームｂ５２３に固定した、ＨＳＴ調整軸回動センサＳ２の回動軸に伝導し、センサは回動変位信号を制御ユニット９（図１、図３）へ送出する。制御動作は制御ユニット９の設定した調整軸回動センサＳ２の値になるよう調整軸モータ５３が動作する。

【0012】

ＨＳＴを操作するＨＳＴレバー５１は操作回動軸に、プリー＆プーリーブレーキ５１４とＨＳＴレバーアーム５１１を固定し回動自在に軸支している（図５）。ＨＳＴレバー５１は運転中はプーリーブレーキが働き回動操作位置で止まっていて（即ち操作速度維持）、ブレーキペダル５４が操作された場合、また本願実施例には無いが走行クラッチが断操作された場合に、プーリーブレーキが解除されニュートラル位置にスプリングリターンしリセットされる機構で、電磁ブレーキやモータなどを使用するジョイステックに比べシンプルな機構で、ＨＳＴを使用する農機、建機などで広く一般的に使用されているものである。

【0013】

ＨＳＴレバーアーム５１１にはリンクロッド５１２の一端が回動自在に連結され、もう一端がセンサーアームａ５１３に回動自在に連結しており、センサアームａ５１３に軸固定したＨＳＴレバー回動センサＳ１を回動させ、ＨＳＴレバー５１の回動操作が回動センサＳ１に伝導される。回動センサＳ１は制御ユニット９にＨＳＴレバー５１操作位置、即ち操縦者の速度設定手値を送信し、その設定速度になるようＨＳＴ調整軸回動センサＳ２の値を設定し、その値になるよう調整軸モータ５３を駆動する（図４）。

【0014】

ＨＳＴ調整軸５２を調整軸モータ５３で回動駆動するのに、ギヤトレーン駆動にせず、１節に緩衝バネを含む３節リンクを使用したのは、開発中の全くの偶然だったが、草刈走行負荷変動から来る調整軸からのトルク反力の変動に対し、ギヤ駆動機構にはない優れた緩衝効果（結果、ソフトスタート、ソフトストップ、ソフト加速、ソフト減速などの効果）がある。
以上、このシフト・バイ・ワイヤ制御構成にした電子制御ＨＳＴは出願人が構想から約２０年を経て、先に開発した（特許文献４）ものである。

【0015】

図６にエンジンスロットルレバー機構の詳細を示す。上図に操縦ピットの斜視図を、下図にスロットルレバー機構部分の詳細を示す。エンジンスロットルを調節するスロットルワイヤー２２をてこで回動操作するスロットルレバー２１の一端に、スロットルレバーアーム２１１を固定しレバーと共に回動させるようにしている。そのアーム２１１に連結ロッド２１２の一端を回動自在に連結し、もう一端をスロットルレバー回動センサＳ３の回動軸に固定したセンサアームｃ２１３に回動自在に連結し、スロットルレバー２１の回動角度をスロットルレバー回動センサＳ３で検出するようにしている。回動センサＳ３の検出回動軸を直接スロットルレバー２１の回動軸に連結しなかったのは、レバーの回動角度範囲（約５０°）をセンサのフルスケールレンジ範囲（１２０°）に拡大して検出し、出来るだけ分解能を上げ、検出精度を高める為である。前記ＨＳＴレバーの回動角検知機構もこれと同様な機構で、検出精度を高めたものである。

【0016】

図７にエンジン回転数検出状態を示す。エンジン９のカバーの外に、バッテリー８の充電用にレギュレーターと一体になっている整流器モジュール２３が出ている為、この入力側から検知するようにした。簡単ではあるが刈り負荷変動は即エンジン回転数変動につながる為、作業者には、エンジン音や刈り刃回転音の変化、シート振動変化や操作レバーの手の感触の変化、など聴覚や体に直接感じ取れる為、作業者の作業操縦感覚に違和感のないように制御することが出来る。刈刃回転トルクの直接ではなく間接的な検知ではあるが、本願刈り負荷制御の目的とするところは作業性能の向上ではなく、作業者それぞれに適したアシストを行うことであり、むしろこの方が制御パラメーターに適している。

【0017】

以上の構成で本願発明の刈り負荷制御第１実施例について説明する。一般的に、他の農業作業機でもそうだが、最高出力（フルスロットル）で作業走行速度を作業負荷に応じて、ＨＳＴレバー（手動の場合の）などで加減速調整するのが最大能率の作業が出来るとされ、従来、メーカー側もそのように推奨してきていた。しかしここに来て遅きに失した感はあるものの、そのような作業が出来るのは、専業の熟練者ぐらいの者で、ほとんどは、フルスロットルは少し怖いからこれくらいのエンジン回転数で、走行速度は自分の感覚ではこのくらいで、というような具合で機械性能をフルに引き出して操縦することはまず無い。ほとんどは、本業の前後、または合間に、不定期に使用し、それも本業とは別作業者（初心者、未熟練?、高齢者、女性など）である場合が多い。このことは業界も以前から解っていたことである。だからこそ未熟練者でも最高性能で作業できるというような、作業者をアシストしカバーするという本質からは逸脱した、見当違いのアシスト制御がほとんどだった。

【0018】

本出願人の意図したところは、機械性能優先の従来の技術指向型とは一線を画し、作業者それぞれに適したアシストを行い、作業者の運動感覚、体調、性格、好み、癖、などそれぞれ固有の能力に応じた刈り負荷制御技術を実現し、理想的な安全性、安定性を実現することにある。負荷制御技術は草刈機のような作業機には必須の技術である。未熟練者が、たとえ、いかにおとなしく安定しているように草刈作業を行っているつもりでも、草種類、集密度、地形、などの変化による刈り負荷変動に無頓着に対応しないでいると、急激な過負荷になった場合、エンジン出力ダウンし、刈取部１への草の絡みつき、刈取部１の破損、エンストによるエンジン停止、最悪パワートレインの破損、などのトラブルを引き起こし、作業中断、最悪継続困難に至ってしまう（図９）。熟練者はそうならないよう絶えず、前方状況、エンジン音、刈刃回転音、機体振動、などに注意を払い、ＨＳＴレバー（手動の場合の）を微妙に操作し走行速度を調整して、音や振動が安定するように操縦操作するのであるが、これは長年の作業経験から来る勘である。もちろん初心者、未熟練者にはそのようなものは無いから、おのずとぎこちない操縦になってしまう。

【0019】

本願の刈り負荷制御は、制御ＯＮ条件になると、即ち作業者がスロットルレバー２１を上げ（＝スロットルレバー回動センサＳ３値が上昇し）、整流器２３で検出するエンジン回転数を１０００ｒｐｍ以上に設定し、ＨＳＴレバー５１を前進側に倒すと（＝ＨＳＴレバー回動センサＳ１値が前進側）、制御ユニット９はスロットルレバー２１とＨＳＴレバー５１のそれぞれ作業開始操作位置での、スロットルレバー回動センサＳ３の設定値と、その時のエンジン回転数と、走行速度（即、ＨＳＴレバー回動センサＳ１値）を作業者が意志決定したエンジン回転数と作業走行速度として読み取り記憶する。草刈作業が始まると、制御ユニット９はエンジン回転数を約０．２秒の移動平均で絶えずサンプリング監視を続ける。刈り負荷が何らかの条件で過負荷になりエンジン回転数が低下すると、制御ユニット９は作業者が設定したエンジン回転数になるまで、走行速度を下げるようにＨＳＴ５を制御する。過負荷域を脱し軽負荷になりエンジン回転数が上昇すると、制御ユニット９は逆に作業走行速度を上げるようにＨＳＴ５を制御する。

【0020】

この時、速度を上げる制御は作業者が設定していた速度（ＨＳＴレバー回動センサＳ１値）までとし、たとえ制御前より軽負荷領域になったとしても、この設定速度以上にはしないようにしている。作業者の意志より早く走行してしまうことは、作業者に不安感を与えてしまいかねないからである。当然その場合はエンジン回転数が若干上昇する場合もあるが、作業開始時のエンジン回転数設定時に、若干の負荷状態だったことによる誤差の範囲内で、作業者に違和感を与えるようなものではない。基本的にエンジン回転数はスロットルレバー２１位置（即、スロットルワイヤー２２の引き量）で決まる。

【0021】

ところで、エンジン回転数の低下は刈り負荷が過負荷になった時だけではない。整地から不整地に入った時とか、上り坂を上る時とかにも当然ある。しかしいずれも定常走行状態よりは危険な走行状態に移ることであり、その時減速するこの制御は安全走行制御にもなっている。危険域を脱出した後は、操縦者のＨＳＴレバー５１で設定した速度に戻る。逆に、刈り負荷過負荷状態での走行も危険走行状態の一つと考えると、本願発明は刈り負荷の、操縦者それぞれの癖や好みに応じた安定制御を狙ったものではあるが、同時に操縦者それぞれに応じた安全走行制御にもなっている。

【0022】

以上が出願人が先に開発した電子制御ＨＳＴを活用し、初心者、未熟練者用に発案した刈り負荷制御技術である。この制御は決して設計者の意図した画一的なものではなく、初心者、未熟練者が作業回数が増し、慣れるに従って、人にもよるがエンジン回転数を徐々に上げ、走行速度も上げていくことにも、即ち熟練度がアップしていくことにも対応する。これを制御ユニット９が、逐次作業開始時の操縦者の設定値として読み取っていく為、作業者の習熟度に応じた刈り負荷制御にもなっている。

【0023】

以上、初心者、未熟練者用に運動感覚、体調、性格、好み、癖、などそれぞれ固有の能力に応じた刈り負荷制御技術を実現した。従来から色々試みられてきた技術だが、今度こそ真に作業者をアシストしカバーする本来の刈り負荷制御であるといえる。これにより草刈作業の安全性、安定性はもとより、作業者の熟練度の向上にも寄与する。

【産業上の利用可能性】

【0024】

作業負荷調整に走行速度制御が有効な中小型乗用の農業機械、土木建設機械など全ての中小型乗用作業機械に使用が可能である。

【0025】

【図1】本願第１実施例を示す車輪型草刈機の左斜視図である。

【図2】本願第１実施例を示す車輪型草刈機の左側面図と平面図である。

【図3】本願第１実施例の走行駆動機構を示す平面透視図である。

【図4】本願第１実施例のＨＳＴモータ制御機構を示す図である。

【図5】本願第１実施例のＨＳＴレバー機構を示す図である。

【図6】本願第１実施例のエンジンスロットルレバー機構を示す図である。

【図7】本願第１実施例のエンジン回転数検知を示す図である。

【図8】本願第１実施例の制御ブロックと制御チャートを示す示す図である。

【図9】本願発明スマートクルーズが解決する課題を示すイメージ図である。

【符号の説明】

【0026】

１ 刈取部
２ エンジン
３ ステアリングホイール
４ 駆動用変速機
５ ＨＳＴ
６ 前輪
７ 後輪
８ バッテリー
９ 制御ユニット
２１ スロットルレバー
２２ スロットルワイヤー
２３ 整流器
２１１ スロットルレバーアーム
２１２ 連結ロッド
２１３ センサアームｃ
５１ ＨＳＴレバー
５２ ＨＳＴ調整軸
５３ 調整軸モータ
５４ ブレーキペダル
５１１ ＨＳＴレバーアーム
５１２ リンクロッド
５１３ センサアームａ
５１４ プーリー＆プーリーブレーキ
５２１ 調整軸アーム
５２２ 調整軸リンク
５２３ センサアームｂ
５３１ モータアーム
Ｓ１ ＨＳＴレバー回動センサ
Ｓ２ ＨＳＴ調整軸回動センサ
Ｓ３ スロットルレバー回動センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】