安全装置付き作業機
【課題】作業機及び作業機の操作に由来する固有の振動や姿勢変化に伴う加速度の影響を抑えつつ、加速度センサを使って予期しない危険な状況を検出する。
【解決手段】刈払機100に組み込んだ加速度センサ24から供給される周波数成分を含む加速度情報に基づいて、加速度ピークが１００Ｈｚよりも低い周波数域にあるときには、S5に進んで、加速度ピークの増幅処理が実行され、次のS6で、この増幅処理後の加速度ピークの値としきい値との比較が行われる。加速度ピークがしきい値以上であるときにはS7に進んで安全信号が生成され、この安全信号がコントローラ26から高電圧発生回路30に出力され、高電圧発生回路30における高電圧生成が停止される。
【解決手段】刈払機100に組み込んだ加速度センサ24から供給される周波数成分を含む加速度情報に基づいて、加速度ピークが１００Ｈｚよりも低い周波数域にあるときには、S5に進んで、加速度ピークの増幅処理が実行され、次のS6で、この増幅処理後の加速度ピークの値としきい値との比較が行われる。加速度ピークがしきい値以上であるときにはS7に進んで安全信号が生成され、この安全信号がコントローラ26から高電圧発生回路30に出力され、高電圧発生回路30における高電圧生成が停止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刈払機、チェーンソー、ヘッジトリマなどの刃物を備えた小型の室外作業機に関し、より詳しくは、作業中の安全性を確保するための安全装置を備えた作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の手持ち作業機として、草刈りに適用される刈払機、樹木の伐採に適用されるチェーンソー、垣根を整えるのに適用されるヘッジトリマが知られている。刈払機、チェーンソー等は高速で動作する刈刃を備えた作業具であることから、作業中に予期しない状況が発生したときに刃物から作業者の安全を確保する安全装置を備えた作業機が開発されている。
【０００３】
特許文献１は、肩掛けベルト式の刈払機の左右のハンドルに、夫々、作業者が把持することにより動作する停止レバーを設け、作業者が手を離して左右の停止レバーの少なくともいずれか一方が解放されたときには、この停止レバーに機械的に連係された燃料バルブを閉じることにより、エンジンへの燃料供給を強制的に停止する又は点火プラグへの電源供給を強制的に停止してエンジンの動作を停止させることを開示している。
【０００４】
特許文献２は、肩掛けベルト式の刈払機において、ハンドルに停止レバー又は圧力センサを設け、この作業者がハンドルから手を離したときには、電磁式のブレーキ又は機械式のストッパが動作して刈刃の回転を強制的に停止させることを開示している。
【０００５】
特許文献３は手持ち式の電動刈払機を開示しており、この電動刈払機は、駆動源であるモータと刈刃との間の動力伝達軸を包囲する操作チューブと当接する圧電素子からなる衝撃センサを有し、この衝撃センサが衝撃を検出したときに電動モータを強制停止させることを開示している。また、この特許文献３は、衝撃センサを含む安全装置に、衝撃センサに流れる電流を調整するための可変抵抗を設けることで、圧電素子の個体差による感度の不均一を解消することを提案している。
【０００６】
特許文献４は、内燃エンジン又は電動モータを駆動源と、この駆動源と刈刃とを機械的に連結する動力伝達軸との間に介装した遠心クラッチを有する肩掛けベルト式の刈払機において、この遠心クラッチにクラッチシューを設け、駆動源と動力伝達軸との間に大きな相対変位が有ったときには、この相対変位によって機械的に動作するクラッチシューによって自動的に遠心クラッチに制動力を加えることを開示している。
【０００７】
特許文献５は、肩掛けベルト式の刈払機において、この刈払機を肩掛けするためのベルトの先端に取り付けられたキャップを、刈払機側のスイッチ本体に係脱自在に設けることを提案している。この肩掛けベルト式の刈払機にあっては、刈刃が大きな石などに当たって刈払機が跳ね返されるキックバックの衝撃でキャップがスイッチ本体から離脱すると、点火プラグへの電源供給が強制的に停止されることによりエンジンが停止する。
【０００８】
特許文献６は、電動モータの出力を刈刃に伝達する動力伝達シャフトを包囲する操作チューブの傾斜角度を検出する水銀スイッチを設け、操作チューブの傾斜角度が所定の範囲から逸脱したときに、電動モータへの電源供給を遮断され、これにより電動モータを強制的に停止させることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】JP実用新案出願公開平２−１３１８２２号公報
【特許文献２】JP特開平４−１５８７１４号公報
【特許文献３】JP特開２００６−２８８２９６号公報
【特許文献４】JP特開平８−１８７０２４号公報
【特許文献５】JP特開２００８−１１８９６０号公報
【特許文献６】JP特開昭６２−１９８３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１〜６は刈払機に関する安全装置の例であるが、勿論、他の種類の刃物を備えた作業機に関しても同様に安全装置を搭載するのが好ましいことは言うまでもない。この種の作業機に関して、予期しない危険な状況について、刈払機を例に説明すると次のとおりである。
【００１１】
刈払機において、作業者が刈払機を制御できない状態に陥ってしまう状況を想定してみると、第１に刈刃が岩石や切り株等の障害物に衝突してキックバックが発生したとき、第２に作業者が作業中に転倒したとき、第３に作業者が危険を感じて刈払機を放り投げたとき、の三つの態様を挙げることができ、この三つの態様で的確に動作する安全装置が望まれる。
【００１２】
その一方で、上記第１〜第３の状況が発生して安全装置が動作したとしても、作業者の身に何事も無かったときには、直ぐに作業を再開するのが通常であると考えられることから、この要請に応じることのできる安全装置である必要がある。
【００１３】
従来の安全装置のうち、例えば特許文献１、２のように、安全装置が作動する条件として、ハンドルの停止レバー又は圧力センサから手を離すことを条件とした安全装置では、作業者は常にこの条件を意識し続ける必要がある。しかし、例えば作業中の転倒を想定すると、作業者は転倒の方に気を取られてしまうのが通常であり、ハンドルから手を離すことを忘れてしまう場合もあると思われる。したがって、作業者の操作に依存しない安全装置である必要がある。
【００１４】
刃物を備えた小型の作業機を使って作業している最中に作業者が危険な状況に陥る可能性のある上記三つの態様、つまり、(1)キックバックによって制御不能な状態に陥ったとき；(2)作業者が転倒したとき；(3)刈払機が地面に落下したときの三つの態様で共通するのは、刈払機に何らかの通常にはない揺れ及び刈払機の急激な姿勢変化を伴うことであり、この揺れ及び急激な姿勢変化を検知するには加速度センサが適している。このことは、例えばチェーンソーについても同様であり、チェーンソーの場合には、特にキックバックによって作業者がチェーンソーを制御することができない状態に陥ったときに作業者が危険な状況に陥ってしまう可能性がある。
【００１５】
しかし、作業機には、動力源の振動やこの動力源から刃物までに至る経路で発生する振動に加えて作業者の操作（刈払機であれば刈刃を左右に移動させる）に伴って発生する振動又は姿勢変化があることから、加速度センサを採用するときには、この固有の振動や姿勢変化に対する対策が必要となる。本願発明者らは、典型例として、空冷式の内燃エンジン（単気筒２ストロークエンジン）を搭載した刈払機の駆動源部に加速度センサを設置して駆動源部の振動及び通常の草刈り作業に伴う駆動源部の姿勢変化に伴う加速度を計測する試みを行った。図１〜図３がその計測データである。なお、駆動源部に取り付けた加速度センサは、その検出軸が単一の一軸式加速度センサであった。また、この計測は、草刈りの作業と同じ操作、つまりハンドルを握って刈刃を左右に移動させながら行った。したがって、図１〜図３の計測データは実際に草刈り作業を行ったときの計測データではない。ここに、使用した刈払機は手持ち式であり、この刈払機の単気筒エンジンは、周知のように、シリンダボアの軸線が上下方向に延びる状態で刈払機に搭載されている。
【００１６】
図１は、検出軸を上下方向に向けた状態で加速度センサをエンジンカバーに取り付けて計測したデータであり、換言すれば上下方向振動に含まれる加速度成分の計測データである。図２は、検出軸を前後方向に向けた状態で加速度センサをエンジンカバーに取り付けて計測したデータであり、換言すれば前後方向振動に含まれる加速度成分の計測データである。図３は、検出軸を左右方向に向けた状態で加速度センサをエンジンカバーに取り付けて計測したデータであり、換言すれば左右方向振動に含まれる加速度成分の計測データである。図１〜図３において、一点鎖線はエンジン回転数が8,500rpmの時の計測データを示し、実線は10,000rpmの時の計測データを示す。
【００１７】
上記の「上下方向」、「前後方向」、「左右方向」を説明すると、「上下方向」とは、エンジンのシリンダボアの軸線方向つまり水平の台に刈払機を正規の姿勢で置いたときの垂直方向を意味する。「前後方向」とは、刈払機を操作する作業者から見て前後方向を意味し、概略的には、刈払機の操作チューブ（エンジンの動力を刈刃に伝達する動力伝達シャフト）の長手方向と言い換えることができる。「左右方向」とは、作業中の刈刃の移動方向を意味し、作業者から見て横方向と言い換えることができる。
【００１８】
草刈り作業中のエンジン回転数は8,000〜10,000rpmであるが、この常用回転数領域において、図１〜図３を見ると、検出した加速度のピークは約１００Ｈｚ以上の周波数域に見られ、１００Ｈｚよりも低い周波数域では、加速度のピークが見られない。なお、上下方向振動を計測したデータである図１を参照すると、前後方向の振動（図２）、左右方向の振動（図３）に比べて加速度の大きなピークが見られる。
【００１９】
図１〜図３に見られる加速度は、概略的には、使用した刈払機のエンジン振動に由来する加速度に加えて、実験を行った者が、草刈り作業の模擬操作を行ったときの刈払機の姿勢変化に由来する加速度であると考えられる。このような、刈払機及びその作業操作に由来する固有の振動や姿勢変化に伴う加速度特性は、例えば操作チューブでも同様である。図４〜図６は、２ストロークエンジンを搭載した刈払機の操作チューブの先端部に加速度センサを設置したときの計測データである。
【００２０】
図４は、検出軸を上下方向に向けた状態で加速度センサを操作チューブの先端部に取り付けて計測したデータである。図５は、検出軸を前後方向に向けた状態で加速度センサを操作チューブの先端部に取り付けて計測したデータである。図６は、検出軸を左右方向に向けた状態で加速度センサを操作チューブの先端部に取り付けて計測したデータである。図４〜図６によれば、操作チューブにおいても、検出した加速度のピークが約１００Ｈｚ以上の周波数域にあることが分かる。
【００２１】
また、上述した刈払機及びその操作に由来する固有の振動や姿勢変化に伴う加速度特性は、チェーンソー、ヘッジトリマにおいても同様である。図７〜図９は、２ストローク内燃エンジンを備えたチェーンソーに関する計測データである。図７は上下振動、図８は前後振動、図９は左右振動に関する。図１０〜図１２は、２ストローク内燃エンジンを備えたヘッジトリマに関する計測データである。なお、ヘッジトリマにあってはエンジンが横置きに搭載されており、このエンジンのシリンダボアの軸線は前後方向に延びている。図１０は上下振動、図１１は前後振動、図１２は左右振動に関するが、このヘッジトリマに関しては図１１の前後振動にエンジン振動が含まれている。
【００２２】
チェーンソーに関する図７〜図９及びヘッジトリマに関する図１０〜図１２からも分かるように、加速度のピークは約１００Ｈｚ以上の周波数域に見られ、１００Ｈｚよりも低い周波数域では加速度ピークが見られない。
【００２３】
本願発明者らは、作業機及びその作業操作に由来する振動や姿勢変化に伴う加速度のピークが限定的な周波数域に見られ、特定の周波数域、図１〜図１２に示す例では低周波数域では加速度のピークが見られない点に着目して本発明を案出するに至ったものである。
【００２４】
本発明の目的は、作業機及び作業機の操作に由来する固有の振動や姿勢変化に伴う加速度の影響を抑えつつ、加速度センサを使って予期しない危険な状況を検出することのできる安全装置付き作業機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
キックバックや転倒など予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときの衝撃波は比較的低周波数域である。これに対して図１などを参照して前述した作業機及びその作業操作に由来する固有の加速度ピークが現れる周波数は比較的高い周波数域である。
【００２６】
基本的には、本発明は、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域が、作業機及びその作業操作に由来する固有の加速度ピークが現れる第２周波数域から外れている作業機の場合に、加速度センサが検出した周波数成分を含む加速度情報を第１周波数域と第２周波数域とに分け、次いで第１周波数域の加速度情報から加速度ピークを求め、この加速度ピークとしきい値とを対比することで安全装置の作動制御を行うことに特徴を有する。これにより、作業機及びその作業操作に由来する振動や作業機の姿勢変化の影響を抑えて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態を検出することができる。
【００２７】
具体的には、本発明の第１の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度のピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により前記加速度ピークが前記第１周波数域にあると判断されたときに、該加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００２８】
上記周波数域判断手段により前記加速度ピークが前記第１周波数域にあるときに、該加速度ピークを増幅する処理を行った後に、増幅した加速度ピークとしきい値とを前記比較手段により比較するようにしてもよい。
【００２９】
本発明の第２の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度の周波数から、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域の加速度情報を抽出する一方で、作業機の固有の振動又は当該作業機の操作に伴う加速度のピークが現れる第２周波数域の加速度情報を除外するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により抽出した前記第１周波数域の加速度情報から加速度ピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００３０】
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークをしきい値と比較する前に、該加速度ピークを増幅する処理を行った後に、増幅した加速度ピークとしきい値とを前記比較手段により比較するようにしてもよい。
【００３１】
本発明の第３の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報から加速度のピークを求める演算手段と、
該演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により、前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域にあると判断されたときに、該第１周波数域の加速度ピークを増幅する増幅手段と、
該増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークと第１しきい値を比較する第１比較手段と、
前記周波数域判断手段により前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域外の周波数域にあると判断された当該加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００３２】
この第３の観点の発明によれば、第２しきい値との対比で刃物に異常が発生したときに刃物の動きを停止させることができる。この第３の観点の発明の具体的な適用例は刈払機であり、作業中に円盤状の刈刃にアンバランスが発生したときに、これを検知して直ちに刈刃の回転を停止させることができる。
【００３３】
本発明の第４の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報の加速度の周波数が、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか又はそれ以外の周波数域にあるかを区別する周波数域区別手段と、
前記第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを求める第１演算手段と、
該第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを増幅する増幅手段と、
前記第１周波数ではない周波数域にある加速度情報から加速度のピークを求める第２演算手段と、
前記増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークを第１しきい値と比較する第１比較手段と、
前記第２演算手段により求めた前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００３４】
この第４の観点の発明によれば、第２しきい値との対比で刃物に異常が発生したときに刃物の動きを停止させることができる。この第４の観点の発明の具体的な適用例は刈払機であり、作業中に円盤状の刈刃にアンバランスが発生したときに、これを検知して直ちに刈刃の回転を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図２】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図３】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図４】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の操作チューブの先端で検出される上下振動の計測データである。
【図５】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の操作チューブの先端で検出される前後振動の計測データである。
【図６】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の操作チューブの先端で検出される左右振動の計測データである。
【図７】内燃エンジンを駆動源とするチェーンソーの駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図８】内燃エンジンを駆動源とするチェーンソーの駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図９】内燃エンジンを駆動源とするチェーンソーの駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図１０】横置きの内燃エンジンを駆動源とするヘッジトリマの駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図１１】横置きの内燃エンジンを駆動源とするヘッジトリマの駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図１２】横置きの内燃エンジンを駆動源とするヘッジトリマの駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図１３】実施例の肩掛けベルト式の刈払機の斜視図である。
【図１４】図１３の刈払機の駆動源を後方から見た図である。
【図１５】加速度センサを使った安全装置及びその制御対象のブロック図である。
【図１６】図１３の刈払機を落下させたときの上下振動の計測データである。
【図１７】図１３の刈払機を落下させたときの前後振動の計測データである。
【図１８】図１３の刈払機を落下させたときの左右振動の計測データである。
【図１９】図１３の刈払機を意図的にキックバックさせたときの上下振動の計測データである。
【図２０】図１３の刈払機を意図的にキックバックさせたときの前後振動の計測データである。
【図２１】図１３の刈払機を意図的にキックバックさせたときの左右振動の計測データである。
【図２２】図１５のコントローラで行われる処理を説明するためのブロック図である。
【図２３】加速度センサを使った安全装置に含まれるコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。
【図２４】図２３のフローチャートの変形例であり、作業者が刈払機を制御不能な状態になったときの安全制御に加えて刈刃がアンバランスになったときに刈刃の回転を強制停止する制御を加えるコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。
【図２５】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の刈刃を意図的にアンバランスな状態にしたときに駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図２６】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の刈刃を意図的にアンバランスな状態にしたときに駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図２７】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の刈刃を意図的にアンバランスな状態にしたときに駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図２８】図１３の刈払機の基本構成図である。
【図２９】図２３の処理の変形例を示すフローチャートである。
【図３０】刈払機の駆動源部の背面に取り付けた加速度センサが上下方向に対して傾斜して取り付けられていることを説明するための図である。
【図３１】加速度センサの検出軸を上下方向に傾斜して配置したときに、検出軸の傾斜角度と加速度センサの感度との関係を計測したデータである。
【図３２】加速度センサを傾斜して取り付けた場合のコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。
【図３３】図３２の処理の変形例を示すフローチャートである。
【図３４】図３２の処理の別の変形例を示すフローチャートである。
【図３５】加速度センサが衝撃を検知したときに、安全対策として制御対象をエンジン停止に加えて、遠心クラッチの出力を制動する例を示す図である。
【図３６】加速度センサが衝撃を検知したときに、刃物の機能を停止する機能停止手段つまり安全機構としてエンジンを停止させるのに加えて、刈刃部のベベルギアへの入力を制動する例を示す図である。
【図３７】加速度センサを刈払機の操作チューブの先端部に取り付けて、この加速度センサが衝撃を検知したときに、エンジンを停止する例を示す図である。
【図３８】加速度センサを刈払機の操作チューブの先端部に取り付けて、この加速度センサが衝撃を検知したときに、エンジンの停止に加えて、遠心クラッチと減衰ダンパとの間のブレーキによってエンジン出力を制動する例を示す図である。
【図３９】加速度センサを刈払機の操作チューブの先端部に取り付けて、この加速度センサが衝撃を検知したときに、エンジンの停止に加えて、刈刃部のベベルギアへの入力を制動する例を示す図である。
【図４０】加速度センサの検出軸を上下方向に対して傾斜させるときに、加速度センサの衝撃受け面の向きを変える自由度を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００３６】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
【００３７】
図１３、図１４は実施例の肩掛けベルト式の刈払機を示す図である。刈払機の斜視図である図１３を参照して、刈払機１００は、操作チューブ２の一端に配設された駆動源部４と、操作チューブ２の他端に配設された刈刃部６とを有し、操作チューブ２にはその長手方向中間部分にハンドル８が組み付けられている。この構成は、従来から周知の構成である。ハンドル６にはスロットルレバー１０等が設けられ、作業者は、このスロットルレバー１０を操作することで刈刃部６の動作速度を調整することができる。
【００３８】
駆動源部４は、エンジンカバー１２に包囲された単気筒の空冷２ストローク内燃エンジン１４（図１４）と、このエンジン１４の下方に隣接して配設された燃料タンク１６とを有し、この燃料タンク１６から供給される燃料を受け取ってエンジン１４の運転が実行される。単一気筒の内燃エンジン１４はそのシリンダボアの軸線が垂直方向に沿って延びるように駆動源部４に搭載されている。図中、参照符号１８は点火プラグを示し、点火プラグ１８はエンジン１４の頂部に取り付けられている。また、参照符号２０はリコイルスタータを示す。リコイルスタータ２０は、駆動源部４の後部において、後方に向けて突出する状態で取り付けられている。このリコイルスタータ２０を操作することでエンジン１４を始動することができる。リコイルスタータ２０の下方且つ燃料タンク１６の後方のデッドスペースには衝撃検出ボックス２２が配設されている。
【００３９】
図１４は、刈払機１００を後端面つまり刈刃部６とは反対側から刈払機１００を見た図であり、この図１４では、衝撃検出ボックス２２の蓋２２ａを取り外した状態で図示してある。衝撃検出ボックス２２には、加速度センサ２４と、マイコンからなるコントローラ２６とが収容されている。
【００４０】
この実施例では、加速度センサ２４は圧電センサで構成され、この圧電センサのピックアップは、圧電セラミックを薄い円盤状の金属板に貼り付けた構成を有しており、その検出軸は単一である。勿論、加速度センサとして半導体式センサを採用してもよい。半導体式センサの典型例はピエゾ素子型、圧電素子型のセンサである。半導体式センサは、検出軸が単一の一軸式、２つの検出軸を備えた二軸式、３つの検出軸を備えた三軸式が知られている。本発明は一軸、二軸、三軸のいずれの加速度センサでも採用することができるが、一軸式の加速度センサを採用することで、コントローラ２６での処理を簡素化することができるという利点がある。
【００４１】
この実施例では、加速度センサ２４、コントローラ２６及び点火プラグ１８に高電圧を供給する高電圧発生回路３０で安全装置３２が構成される（図１５）。すなわち、加速度センサ２４から周波数成分を含む加速度情報がコントローラ２６に入力される。コントローラ２６では、後に説明する処理を行い所定の条件を満足したときに安全信号を出力する。この安全信号は、この実施例では、点火プラグ１８に高電圧を供給する高電圧発生回路３０に供給される。高電圧発生回路３０が安全信号を受け取ると、高電圧発生回路３０は、点火プラグ１８に供給するための高電圧を生成する機能が停止される。具体的には、コントローラ２６から出力される安全信号によって、高電圧発生回路３０の一次コイルに対する電源供給が停止される。これにより点火プラグ１８に対する高電圧の供給が停止され、その結果、エンジン１４が停止する。そして、その結果、刈刃部６はその機能を停止し刈刃の回転が停止される。この刈刃４８の回転を停止させる機能停止手段つまり安全機構として何を制御対象にするかに関して、上記のエンジン停止に代えて又はエンジン停止と共に刈刃４８の回転を強制停止するようにブレーキ機構を設けてもよい。
【００４２】
図１６〜図１８は、刈払機１００を試験的に地面に落下させたときの上下振動（図１６）、前後振動（図１７）、左右振動（図１８）の計測データである。また、図１９〜図２１は、刈払機１００を丸太に意図的に打ち付けたときのキックバックの上下振動(図１９)、前後振動(図２０)、左右振動（図２１）の計測データである。図１６〜図１８に見られる四角の印は、最も高い加速度ピークを示している。図１６〜図１８から分かるように、１００Ｈｚ以下の周波数域の中でも相当に低い周波数で加速度ピークが見られる。
【００４３】
図２２を参照して、コントローラ２６は、フィルタ処理手段３４と、好ましくは増幅処理手段３６と、判定処理手段３８とを有し、その一連の処理の一例を図２３のフローチャートに従って説明する。
【００４４】
図２３を参照して、加速度センサ２４から供給される周波数成分を含む加速度情報はステップＳ１でコントローラ２６に取り込まれ、次のステップＳ２で、ステップＳ１で取り込んだ加速度情報から加速度ピークを求める演算処理を行った後に、該加速度ピークの有無の判定処理（Ｓ３）が実行される。このステップＳ３で加速度ピークが無いと判定されると、ＮＯということで上記ステップＳ１に戻る。逆に、ステップＳ３で加速度のピークが「有り」と判定されると、ＹＥＳということでステップＳ４に移行し、このステップＳ４で加速度のピークが１００Ｈｚよりも低い周波数域にあるか否かの判定処理が実行される。そして、このステップＳ４でＮＯつまり加速度ピークが１００Ｈｚ以上の高い周波数域にあると判定されると、ステップＳ１に戻る。すなわち、このステップＳ４で、１００Ｈｚ以上の周波数域にある加速度ピークを除外するフィルタ処理が実行される。逆に、ステップＳ４においてＹＥＳのとき、つまり加速度ピークが１００Ｈｚよりも低い周波数域にあるときには、ステップＳ５に進んで、この加速度ピークの増幅処理が実行され、次のステップＳ６で、この増幅処理後の加速度ピークの値としきい値との比較が行われ、このステップＳ６で加速度ピークがしきい値以上であるときには、ステップＳ７に進んで安全信号が生成され、この安全信号がコントローラ２６から出力される。この安全信号はタイマにより一定時間（例えば５秒間）継続的に出力し続けるのが好ましい。なお、上記ステップＳ５において、増幅した加速度ピークの値がしきい値よりも小さいときにはステップＳ１に戻る。
【００４５】
タイマに設定する上記一定時間は、次の条件を満たす時間であれば５秒に限定されない。すなわち、エンジンが高電圧の供給を遮断された後に、エンジンの慣性が残っている状態では点火プラグ１８に高電圧を供給しない時間が設定される。例えばタイマの時間を２〜３秒に設定した場合、２〜３秒間安全信号が出力された直後に点火プラグ１８への高電圧の供給を再開するとエンジン１４が再起動してしまう可能性がある。タイマの時間として例えば５秒程度又はそれ以上の時間を設定すれば、エンジン１４を確実に停止させることができる。以上の安全制御により、加速度センサ２４から衝撃検知信号を受け取ると直ちに高電圧発生回路３０の一次コイルに対する電源供給が停止される。この電源供給停止が一定時間継続されることにより、エンジン１４を完全に停止させることができる。
【００４６】
なお、変形例として、上記ステップＳ５の増幅処理は省いてもよい。また、他の変形例として、１００Ｈｚよりも低い周波数域の加速度に対して増幅処理を行い、その後、１００Ｈｚよりも低い周波数域での加速度ピークを求めるようにしてもよい。
【００４７】
図２４は上記図２３のフローチャートの変形例である。この図２４のフローチャートを参照して、ステップＳ４では、図２３を参照して前述したフィルタ処理とは違って、実質的に、１００Ｈｚを挟んでこれよりも低い周波数域又は高い周波数域に加速度ピークが存在しているか否かの区分けが行われる。そして、このステップＳ４においてＮＯ、つまり加速度ピークが１００Ｈｚよりも高い周波数域にあるときには、ステップＳ８に進んで当該加速度ピークが第２しきい値よりも大きいか否かの判定が行われる。
【００４８】
図２５〜図２７は、刈刃の外周部に５グラム(ｇ)の錘を付けて意図的に刈刃が周方向にアンバランスの状態を作ったときの上下振動(図２５)、前後振動(図２６)、左右振動(図２７)を計測したデータである。図２５の上下振動においてエンジン回転数が11,000rpmのときに約３５Ｇという極めて大きな加速度ピークが周波数約２００Ｈｚで見られる。また、10,000rpmのときのアンバランス振動による最大加速度は約２４Ｇ（約２００Ｈｚ）と大きい。前述した図１と対比すると、図１の上下振動(エンジン振動)では最大の加速度ピークが約１４Ｇである。図２４のフローチャートのステップＳ８では、図１の１４Ｇよりも大きく、アンバランス状態での上記２４Ｇ（図２５）よりも小さい値が上記第２しきい値として設定される。これにより、作業中に刈刃にアンバランスが発生したことを検出することができる。
【００４９】
上記ステップＳ８においてＹＥＳのときは、刈刃にアンバランスが発生したとして、前述したステップＳ７に進んで安全信号を出力してエンジン停止する。その結果、刈刃（図２８の参照符号４８）の回転が停止する。刃物である刈刃４８の回転を停止する機能停止手段つまり安全手段として、エンジン停止以外にも刈刃４８に動力を伝達する経路にブレーキを設け、このブレーキを締結することで刈刃４８の回転を強制的に停止させるようにしてもよい。
【００５０】
上記の例では、加速度センサ２４を、第１にキックバックなどで作業者が制御不能の状態に陥ったことを検出する手段として、第２に刈刃のアンバランスが発生したことを検出する手段として用いてあるが、この加速度センサ２４を刈刃のアンバランス検出だけに用いてもよい。
【００５１】
図２８は、上述した刈払機１００の基本構成図である。駆動源部４に配設されたエンジン１４は、その出力が、操作チューブ２に挿入された動力伝達シャフト４０を介して刈刃部６に供給される。駆動源部４には、エンジン１４と動力伝達シャフト４０との間に介装された遠心クラッチ４２及び減衰ダンパ４４が配設されている。また、刈刃部６にはベベルギア４６が配設され、このベベルギア４６を介して動力伝達シャフト４０と円盤形の刈刃４８とが連結されている。
【００５２】
コントローラ２６による上述した処理により、高電圧発生回路３０（図１５）は、コントローラ２６から出力される安全信号を受けて高電圧の生成を停止し、これによりエンジン１４は停止する。また、コントローラから約５秒間安全信号が継続して出力されることから、高電圧発生回路３０による高電圧の生成を所定の時間停止することで、エンジン１４を確実に停止させることができる。
【００５３】
図２３の処理の変形例として、上述したステップＳ５の増幅処理に代えて、ステップＳ３で加速度ピークが有りと判断されてステップＳ４に移行する前に、加速度ピークに対して増幅処理を行うようにしてもよい。
【００５４】
図１〜図３を参照して前述したように、単気筒内燃エンジン１４を搭載した刈払機１００では、その駆動源部４に現れる固有の加速度のピークが約１００Ｈｚ以上の周波数域に見られ、１００Ｈｚよりも低い周波数域には見られない。したがって、１００Ｈｚ以上の高低周波数域の加速度のピークをフィルタ処理手段３４で除外することで、刈払機１００及び刈払機１００の操作に伴う固有の加速度の影響を受けることなく、キックバックや作業者の転倒など予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態を検知して、エンジン１４を停止させることができる。
【００５５】
また、好ましい例として、１００Ｈｚよりも低い周波数域の加速度又は加速度ピークを増幅した後に、そのピーク値としきい値とを比較することから、しきい値の設定が容易であり、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態を検知するのに適したしきい値の設定の自由度を向上することができる。
【００５６】
図２９は、図２３で説明した一連の処理の変形例である。この図２９のフローチャートを参照して、ステップＳ２１は図２３のステップＳ１に対応している。このステップＳ２１で加速度センサ２４から周波数成分を含む加速度情報を取り込み、次のステップＳ２２で１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度をフィルタ処理で除外することにより、加速度センサ２４から取り込んだ加速度情報のうち１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度が抽出される。そして、次のステップＳ２３において、１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度のピークを求める演算処理が行われ、この加速度ピークは次のステップＳ２４でしきい値と対比されて１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークがしきい値よりも大きいときにはステップＳ２５に進んで安全信号がコントローラ２６から出力される。
【００５７】
変形例として、ステップＳ２２のフィルタ処理と次のステップＳ２３との間で１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度に対して増幅処理を行ってもよいし、ステップＳ２３で加速度のピークを求めた後に、この加速度ピークに対して増幅処理を行ってもよい。
【００５８】
上記の安全装置の制御系において、一軸式の加速度センサ２４の取り付けに関して、その検出軸が上下方向となるように駆動源部４に取り付けてもよいが、以下に説明するように、上下方向に対して検出軸を傾斜させるようにしてもよい。すなわち、上述の説明は、検出軸が上下方向に沿って延びる姿勢で加速度センサ２４を刈払機１００に設置した場合であってもよいし、以下に説明するように検出軸が上下方向に対して傾斜した姿勢で加速度センサ２４を刈払機１００に設置した場合であってもよい。
【００５９】
図１４に戻って、加速度センサ２４の単一の検出軸を矢印ＤＡで示してある。図３０は、刈払機１００を水平面に着座させた状態で、駆動源部４の背面に取り付けられた加速度センサ２４の検出軸ＤＡの傾斜状態を説明するための図である。
【００６０】
図３０を参照すると直ちに理解できるように、刈払機１００を水平面に着座させたときに、シリンダボアの軸線と平行な鉛直面において、加速度センサ２４が上下方向Ｖに対して斜めの姿勢で取り付けられており、これにより検出軸ＤＡが、鉛直面において、シリンダボアの軸線方向である上下方向Ｖに対して傾斜している。図３０の参照符号θ１は、鉛直面において、上下方向Ｖに対する検出軸ＤＡの傾斜角度である。
【００６１】
加速度センサ２４を上下方向Ｖに対して傾斜した状態で駆動源部４に搭載することにより、センサ２４の衝撃受け面は上下方向に対して傾斜して位置決めされることになる。図３０において、加速度センサ２４の衝撃受け面の上下方向に対する傾斜角度をθ２で示してある。
【００６２】
ここに、加速度センサ２４は衝撃を受ける面を備えた衝撃検知部材を有し、この衝撃検知部材が備える衝撃受け面と直交する軸が、加速度センサ２４の検出軸ＤＡである。後に図４０を参照して説明するが、検出軸ＤＡを上下方向に傾斜して配置するときに、例えば加速度センサ２４の衝撃受け面が前傾又は後傾するように加速度センサ２４をエンジン１４の近傍に配設してもよく、特に一軸の加速度センサ２４を採用する場合に好ましい。これによれば、一軸式加速度センサ２４の感度を上下方向の振動に関しては低下させながら、三次元の全方位の衝撃に対して一軸式加速度センサを感応させることができる。また、加速度センサ２４として一軸式を採用することにより、コントローラ２６での制御を簡素化できるという利点がある。
【００６３】
刈払機１００では、作業者が刈払機１００を使って作業するときには、作業者から見て前方に且つ刈刃４８を斜め下に位置させる作業姿勢を取る。したがって、実施例のように駆動源部４の背面（第１鉛直面）に関して、その上下方向に対して加速度センサ２４を斜めに取り付けることで、実際の作業環境では、加速度センサ２４を三次元の３つの面の全てに対して斜めに配置したのと同じ状態になる。
【００６４】
図３１は、加速度センサ２４の検出軸ＤＡの傾斜角度θ１とセンサユニット２４の感度との関係を示す。この図３１のデータは、刈払機１００を地面に垂直落下させたときに、加速度センサ２４が所定の出力値を出力するときの落下高さを計測したデータである。すなわち、刈払機１００をどの高さ位置から落下させたときに、加速度センサ２４が所定レベル以上の衝撃検知信号を出力するかを試験したときのデータが図３１である。
【００６５】
図３１を参照して、加速度センサ２４の取り付け角度を変えて刈払機１００の落下方向つまり上下方向に対する検出軸ＤＡの傾斜角度θ１を変更したときに、例えば、検出軸ＤＡの傾斜角度θ１が４５°の場合は、約１０ｃｍの高さ位置から刈払機１００を自由落下させたときに衝撃検知信号を出力している。これに対して、傾斜角度θ１が７０°の場合は、約３０ｃｍの高さ位置から刈払機１００を自由落下させたときに衝撃検知信号を出力している。また、傾斜角度θ１が８０°の場合は、約９０ｃｍの高さ位置から刈払機１００を自由落下させたときに衝撃検知信号を出力している。図３１から、検出軸ＤＡの傾斜角度θ１が大きくなるほど、加速度センサ２４の感度が低下することが分かる。
【００６６】
図１４に戻って、加速度センサ２４の取付姿勢は、ビス５０を弛めることより、実線で示す第１の傾斜位置から仮想線で示す第２の傾斜位置まで任意の傾斜角度に調整することができ、これにより検出軸ＤＡの傾斜角度θ１を変更することができる。勿論、ビス５０を締める付けることで、加速度センサ２４の傾斜した取付姿勢を固定することができる。なお、図示の例では、ビス５０を中心にして、図１４に実線で示す第１傾斜位置と、仮想線で示す第２傾斜位置の二つの異なる傾斜角度から一つの傾斜位置をユーザが選択する設計となっているが、３以上の傾斜位置から選択させるようにしてもよく、また、第１、第２の傾斜位置の間で無段階に加速度センサ２４の衝撃受け面の傾斜角度θ２を設定できるようにしてもよい。
【００６７】
このように、加速度センサ２４の傾斜した取付姿勢によって、検出軸ＤＡが上下方向Ｖに対して傾斜しているため、図１を参照して前述したように刈払機１００のエンジン１４が動作することに伴う駆動源部４の上下振動つまりエンジン振動に対して、加速度センサ２４が本来有している感度を低下させることができる。また、図２５〜図２７を参照して説明した刈刃４８のアンバランスに起因した大きな上下振動に対して、加速度センサ２４が本来有している感度を低下させることができる。
【００６８】
図３２のフローチャートは、１００Ｈｚよりも低い低周波数域での加速度によるキックバックなどの検出と、図２５〜図２７を参照して説明した刈刃４８のアンバランス検出とを共通のしきい値を用いて行う処理の一例を示す。図３２のフローチャートにおいて、ステップＳ２１〜Ｓ２７は、図２３のステップＳ１〜Ｓ７に対応していることから、図３２の各ステップＳ２１〜Ｓ２７の各ステップでの処理の説明を省略して、特徴部分を説明する。ステップＳ２４(図３２)の加速度ピークの周波数域の区分けにおいて、ＮＯつまり加速度ピークが１００Ｈｚ以上の高周波数域にあるときには、ステップＳ２６に進んで、この高周波数域の加速度ピークが共通しきい値と対比され、高周波数域の加速度ピークが共通しきい値以上のときには、ステップＳ２７に進んで、コントローラ２６から安全信号が例えば５秒間継続される。この安全信号により前述したようにエンジンが停止及び／又はブレーキが締結されて刈刃４８の回転が停止される。ステップＳ２６の共通しきい値は、１００Ｈｚよりも低い周波数での加速度ピークに対しても適用され、キックバックや作業者の転倒などの検出に用いられるのは、先に図２３のフローチャートで説明した通りである。
【００６９】
上述したように、加速度センサ２４の上下方向に対して傾斜して配置することで、刈刃４８のアンバランスによる上下振動に対してセンサ２４の感度が、本来の感度よりも低下しているため、刈刃４８のアンバランスによる加速度ピークの値は実際よりも低い値になる。その一方で、１００Ｈｚよりも低い周波数域での加速度ピークの増幅率として、キックバックなどによる加速度ピークが、上述した刈刃４８のアンバランスによる加速度ピークの値とほぼ同じになるように増幅率を設定することで、共通のしきい値で、刈刃４８のアンバランス発生の検出及びキックバックなどの発生の検出を行うことができる。このことは、加速度センサ２４として一軸式のセンサを採用した場合に限らず、二軸式や三軸式のセンサを採用したときであっても同様である。
【００７０】
図３２のフローチャートを参照した上述の一連の処理において、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピーク及び１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを共通のしきい値と対比するようにしたが（Ｓ２６）、図３３に示すように、１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを第１しきい値と対比させ、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピークを第２しきい値と対比させるようにしてもよい（図３３のステップＳ２８）。この第２しきい値の設定は、図２４を参照して前述したように、図１の１４Ｇよりも大きく、アンバランス状態での上記２４Ｇ（図２５）よりも小さい値が上記第２しきい値として設定される。これにより、作業中に刈刃４８にアンバランスが発生したことを検出することができる。
【００７１】
図３４のフローチャートは、図３２のフローチャートで説明した処理の変形例を示す。この図３４のフローチャートに例示の処理にあっては、ステップＳ３１で加速度センサ２４から取り込んだ加速度情報から１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度であるか又は１００Ｈｚよりも高い高周波数域の加速度であるかを区別し（Ｓ３２）、次いでステップＳ３３において、加速度情報の加速度が低周波数域であるか否かの判断が行われる。このステップＳ３３でＹＥＳつまり低周波数域の加速度であるときにはステップＳ３４に進んで、この低周波数域の加速度情報から加速度のピークを求める演算処理が行われ、次いで、この加速度ピークを増幅する増幅処理が行われる（Ｓ３５）。
【００７２】
他方、上記ステップＳ３３においてＮＯつまり高周波数域の加速度であるときにはステップＳ３６に移行して、このステップＳ３６で、この高周波数域の加速度情報から加速度のピークを求める演算処理が行われる。
【００７３】
ステップＳ３５で増幅処理した低周波数域の加速度ピーク及びステップＳ３６で高周波数域の加速度の加速度情報から求めた加速度ピークは、ステップＳ３７において共通のしきい値と対比され、低周波数域及び／又は高周波数域の加速度ピークがしきい値以上であるときには、ステップＳ３８に進んで、安全信号が生成され、この安全信号がコントローラ２６から出力される。この図３４において、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピーク及び１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを共通のしきい値と対比するようにしたが（Ｓ３７）、変形例として、図３３のフローチャートを参照して前述したように、１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを第１しきい値と対比させ、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピークを第２しきい値と対比させるようにしてもよい。
【００７４】
また、上述した刈払機１００によれば、ビス５０を弛めることにより、加速度センサ２４の衝撃受け面の傾斜角度θ２を調整できるため、仮にユーザが実際に刈払機１００を使用して、もう少し安全装置がエンジン振動や刈刃４８のアンバランスに伴う振動に対して鈍感の方が良いのであれば、加速度センサ２４が上下方向Ｖに対して起立した状態に近づく傾斜姿勢になる図１４の仮想線で示す第２傾斜位置にセットし直すことで、このユーザの要望を満足させることができる。
【００７５】
上述した実施例の刈払機１００にあっては、作業者が予期しない危険な状況に陥るのを回避するために又はこれに加えて刈刃４８のアンバランス発生の際にエンジン１４を停止するようにしたが、これに代えて又はエンジン停止と共に刈刃４８の回転を直接的又は間接的に強制停止するようにブレーキ機構を設けてもよい。
【００７６】
図３５は、遠心クラッチ４２と減衰ダンパ４４との間にブレーキ５２が設けられ、このブレーキ５２のアクチュエータ５４（機能停止手段）に安全信号を供給して遠心クラッチ４２の出力に制動力を付与して刈刃４８の回転を強制停止するようにしてある。なお、この図３５の例では、コントローラ２６が生成した安全信号を外部機器に供給する例を示す。外部機器とは例えば通信手段であり、コントローラ２６から安全信号を受け取ると外部機器によって例えば作業者を雇用又は管理する作業又は業務管理会社や家族の携帯電話に通報が発信される。
【００７７】
図３６は、制御対象に関する他の例を示す。この図３６の例では、刈刃部６においてベベルギア４６の直ぐ上流側にブレーキ６０を設け、コントローラ２６からの安全信号をブレーキ６０のアクチュエータ６２（刈刃の機能停止手段）に入力してベベルギア４６の直ぐ上流部に制動力を加えて刈刃４８の回転を強制停止するようにしてもよい。このベベルギア４６の直ぐ下流に刈刃４８が位置しているため、刈刃４８の回転を直接的に強制停止することができる。この図３６の例に関する変形例として、操作チューブ２の先端部に機能停止手段としてのブレーキを設け、このブレーキで動力伝達シャフト４０の先端部に制動力を加えることで刈刃４８の回転を直接的に停止させるようにしてもよい。
【００７８】
加速度センサ２４は駆動源部４の任意の箇所、例えばエンジンカバー１２の内面や駆動源部４のデッドスペースに設置してもよいのは勿論であるが、加速度センサ２４の設置箇所は、駆動源部４に限定されない。上述したように刈払機１００やこれを操作することに伴う固有の振動の加速度ピークが現れる振動数域と、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態で加速度ピークが現れる振動数域とを区別できるのであれば、ハンドル８（図１３）に設けてもよいし、操作チューブ２の例えば先端部に設けてもよい。
【００７９】
図３７〜図３９は操作チューブ２の先端部に加速度センサ２４を設けた例であり、この場合にあっても、安全制御対象としてエンジンを停止してもよいし(図３７)、遠心クラッチ４２と減衰ダンパ４４との間のブレーキ５２によってエンジン出力に制動を加えるようにしてもよいし（図３８）、刈刃部６のベベルギア４６に対する入力に対して制動力を加えることで刈刃４８の回転を直接的に停止するようにしてもよい(図３９)。
【００８０】
加速度センサ２４は、その衝撃受け面（ピックアップ面）と直交する軸が、加速度センサ２４の検出軸ＤＡである。したがって、検出軸ＤＡを上下方向に傾斜して配置するときに、加速度センサ２４の衝撃受け面の向きに関して自由度がある。図４０は、加速度センサ２４の検出軸ＤＡの上下方向に対して斜めに配置する場合に、加速度センサ２４の衝撃受け面の向きに関する自由度を説明するための図である。図４０に書いてある「左右」「前後」「上下」について刈払機１００を例に説明すると、「左右」は草刈り作業中に作業者によって操作される刈刃４８の移動方向を意味している。「前後」は概略的には操作チューブ２の延び方向を意味している。「上下」とは、単一気筒の内燃エンジン１４を搭載した刈払機１００を例に説明すれば、内燃エンジン１４のシリンダボアの軸線方向を意味している。
【００８１】
加速度センサ２４の衝撃受け面を水平面に置き、この加速度センサ２４の前後方向の軸線を中心に加速度センサ２４を回転させれば、加速度センサ２４の検出軸ＤＡを上下方向に対して傾斜させることができる。この第１例では、加速度センサ２４は上下方向の加速度及び左右方向の加速度を検出することができる。他の例として、水平面に衝撃受け面を置いた加速度センサ２４の左右方向の軸線を中心に加速度センサ２４を回転させれば、加速度センサ２４の検出軸ＤＡを上下方向に対して傾斜させることができる。この第２の例では、加速度センサ２４は上下方向の加速度及び前後方向の加速度を検出することができる。勿論、第１、第２の例を合体させれば、加速度センサ２４は左右方向、前後方向、上下方向の３方向の加速度を検出することができる。
【００８２】
以上、添付の図面に基づいて本発明の実施例及びその変形例を説明したが、刈払機１００の駆動源は内燃エンジンに限らず電動モータであってもよい。また、肩掛けベルト式の刈払機１００を例示して実施例を説明したが、駆動源部４を背中に背負って作業を行う背負い式の刈払機に対しても本発明を適用することができる。ただし、背負い式の刈払機の場合には、作業者の背中に背負う駆動源部４以外の加速度センサ２４は、操作チューブ２やハンドル８など部位を選択することでキックバック現象を検出することができる。また、チェーンソーやヘッジトリマにあっても、本発明を適用可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 刈払機
２ 操作チューブ
４ 駆動源部
６ 刈刃部
８ ハンドル
１０ スロットルレバー
１２ エンジンカバー
１４ エンジン
１６ 燃料タンク
１８ 点火プラグ
２０ リコイルスタータ
２２ 衝撃検出ボックス
２４ 加速度センサ
２６ コントローラ
３０ 高電圧発生回路
３２ 安全装置
３４ フィルタ処理手段
３６ 増幅処理手段
３８ 判定手段
４０ 動力伝達シャフト
４２ 遠心クラッチ
４４ 減衰ダンパ
４６ ベベルギア
４８ 刈刃
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刈払機、チェーンソー、ヘッジトリマなどの刃物を備えた小型の室外作業機に関し、より詳しくは、作業中の安全性を確保するための安全装置を備えた作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型の手持ち作業機として、草刈りに適用される刈払機、樹木の伐採に適用されるチェーンソー、垣根を整えるのに適用されるヘッジトリマが知られている。刈払機、チェーンソー等は高速で動作する刈刃を備えた作業具であることから、作業中に予期しない状況が発生したときに刃物から作業者の安全を確保する安全装置を備えた作業機が開発されている。
【０００３】
特許文献１は、肩掛けベルト式の刈払機の左右のハンドルに、夫々、作業者が把持することにより動作する停止レバーを設け、作業者が手を離して左右の停止レバーの少なくともいずれか一方が解放されたときには、この停止レバーに機械的に連係された燃料バルブを閉じることにより、エンジンへの燃料供給を強制的に停止する又は点火プラグへの電源供給を強制的に停止してエンジンの動作を停止させることを開示している。
【０００４】
特許文献２は、肩掛けベルト式の刈払機において、ハンドルに停止レバー又は圧力センサを設け、この作業者がハンドルから手を離したときには、電磁式のブレーキ又は機械式のストッパが動作して刈刃の回転を強制的に停止させることを開示している。
【０００５】
特許文献３は手持ち式の電動刈払機を開示しており、この電動刈払機は、駆動源であるモータと刈刃との間の動力伝達軸を包囲する操作チューブと当接する圧電素子からなる衝撃センサを有し、この衝撃センサが衝撃を検出したときに電動モータを強制停止させることを開示している。また、この特許文献３は、衝撃センサを含む安全装置に、衝撃センサに流れる電流を調整するための可変抵抗を設けることで、圧電素子の個体差による感度の不均一を解消することを提案している。
【０００６】
特許文献４は、内燃エンジン又は電動モータを駆動源と、この駆動源と刈刃とを機械的に連結する動力伝達軸との間に介装した遠心クラッチを有する肩掛けベルト式の刈払機において、この遠心クラッチにクラッチシューを設け、駆動源と動力伝達軸との間に大きな相対変位が有ったときには、この相対変位によって機械的に動作するクラッチシューによって自動的に遠心クラッチに制動力を加えることを開示している。
【０００７】
特許文献５は、肩掛けベルト式の刈払機において、この刈払機を肩掛けするためのベルトの先端に取り付けられたキャップを、刈払機側のスイッチ本体に係脱自在に設けることを提案している。この肩掛けベルト式の刈払機にあっては、刈刃が大きな石などに当たって刈払機が跳ね返されるキックバックの衝撃でキャップがスイッチ本体から離脱すると、点火プラグへの電源供給が強制的に停止されることによりエンジンが停止する。
【０００８】
特許文献６は、電動モータの出力を刈刃に伝達する動力伝達シャフトを包囲する操作チューブの傾斜角度を検出する水銀スイッチを設け、操作チューブの傾斜角度が所定の範囲から逸脱したときに、電動モータへの電源供給を遮断され、これにより電動モータを強制的に停止させることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】JP実用新案出願公開平２−１３１８２２号公報
【特許文献２】JP特開平４−１５８７１４号公報
【特許文献３】JP特開２００６−２８８２９６号公報
【特許文献４】JP特開平８−１８７０２４号公報
【特許文献５】JP特開２００８−１１８９６０号公報
【特許文献６】JP特開昭６２−１９８３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１〜６は刈払機に関する安全装置の例であるが、勿論、他の種類の刃物を備えた作業機に関しても同様に安全装置を搭載するのが好ましいことは言うまでもない。この種の作業機に関して、予期しない危険な状況について、刈払機を例に説明すると次のとおりである。
【００１１】
刈払機において、作業者が刈払機を制御できない状態に陥ってしまう状況を想定してみると、第１に刈刃が岩石や切り株等の障害物に衝突してキックバックが発生したとき、第２に作業者が作業中に転倒したとき、第３に作業者が危険を感じて刈払機を放り投げたとき、の三つの態様を挙げることができ、この三つの態様で的確に動作する安全装置が望まれる。
【００１２】
その一方で、上記第１〜第３の状況が発生して安全装置が動作したとしても、作業者の身に何事も無かったときには、直ぐに作業を再開するのが通常であると考えられることから、この要請に応じることのできる安全装置である必要がある。
【００１３】
従来の安全装置のうち、例えば特許文献１、２のように、安全装置が作動する条件として、ハンドルの停止レバー又は圧力センサから手を離すことを条件とした安全装置では、作業者は常にこの条件を意識し続ける必要がある。しかし、例えば作業中の転倒を想定すると、作業者は転倒の方に気を取られてしまうのが通常であり、ハンドルから手を離すことを忘れてしまう場合もあると思われる。したがって、作業者の操作に依存しない安全装置である必要がある。
【００１４】
刃物を備えた小型の作業機を使って作業している最中に作業者が危険な状況に陥る可能性のある上記三つの態様、つまり、(1)キックバックによって制御不能な状態に陥ったとき；(2)作業者が転倒したとき；(3)刈払機が地面に落下したときの三つの態様で共通するのは、刈払機に何らかの通常にはない揺れ及び刈払機の急激な姿勢変化を伴うことであり、この揺れ及び急激な姿勢変化を検知するには加速度センサが適している。このことは、例えばチェーンソーについても同様であり、チェーンソーの場合には、特にキックバックによって作業者がチェーンソーを制御することができない状態に陥ったときに作業者が危険な状況に陥ってしまう可能性がある。
【００１５】
しかし、作業機には、動力源の振動やこの動力源から刃物までに至る経路で発生する振動に加えて作業者の操作（刈払機であれば刈刃を左右に移動させる）に伴って発生する振動又は姿勢変化があることから、加速度センサを採用するときには、この固有の振動や姿勢変化に対する対策が必要となる。本願発明者らは、典型例として、空冷式の内燃エンジン（単気筒２ストロークエンジン）を搭載した刈払機の駆動源部に加速度センサを設置して駆動源部の振動及び通常の草刈り作業に伴う駆動源部の姿勢変化に伴う加速度を計測する試みを行った。図１〜図３がその計測データである。なお、駆動源部に取り付けた加速度センサは、その検出軸が単一の一軸式加速度センサであった。また、この計測は、草刈りの作業と同じ操作、つまりハンドルを握って刈刃を左右に移動させながら行った。したがって、図１〜図３の計測データは実際に草刈り作業を行ったときの計測データではない。ここに、使用した刈払機は手持ち式であり、この刈払機の単気筒エンジンは、周知のように、シリンダボアの軸線が上下方向に延びる状態で刈払機に搭載されている。
【００１６】
図１は、検出軸を上下方向に向けた状態で加速度センサをエンジンカバーに取り付けて計測したデータであり、換言すれば上下方向振動に含まれる加速度成分の計測データである。図２は、検出軸を前後方向に向けた状態で加速度センサをエンジンカバーに取り付けて計測したデータであり、換言すれば前後方向振動に含まれる加速度成分の計測データである。図３は、検出軸を左右方向に向けた状態で加速度センサをエンジンカバーに取り付けて計測したデータであり、換言すれば左右方向振動に含まれる加速度成分の計測データである。図１〜図３において、一点鎖線はエンジン回転数が8,500rpmの時の計測データを示し、実線は10,000rpmの時の計測データを示す。
【００１７】
上記の「上下方向」、「前後方向」、「左右方向」を説明すると、「上下方向」とは、エンジンのシリンダボアの軸線方向つまり水平の台に刈払機を正規の姿勢で置いたときの垂直方向を意味する。「前後方向」とは、刈払機を操作する作業者から見て前後方向を意味し、概略的には、刈払機の操作チューブ（エンジンの動力を刈刃に伝達する動力伝達シャフト）の長手方向と言い換えることができる。「左右方向」とは、作業中の刈刃の移動方向を意味し、作業者から見て横方向と言い換えることができる。
【００１８】
草刈り作業中のエンジン回転数は8,000〜10,000rpmであるが、この常用回転数領域において、図１〜図３を見ると、検出した加速度のピークは約１００Ｈｚ以上の周波数域に見られ、１００Ｈｚよりも低い周波数域では、加速度のピークが見られない。なお、上下方向振動を計測したデータである図１を参照すると、前後方向の振動（図２）、左右方向の振動（図３）に比べて加速度の大きなピークが見られる。
【００１９】
図１〜図３に見られる加速度は、概略的には、使用した刈払機のエンジン振動に由来する加速度に加えて、実験を行った者が、草刈り作業の模擬操作を行ったときの刈払機の姿勢変化に由来する加速度であると考えられる。このような、刈払機及びその作業操作に由来する固有の振動や姿勢変化に伴う加速度特性は、例えば操作チューブでも同様である。図４〜図６は、２ストロークエンジンを搭載した刈払機の操作チューブの先端部に加速度センサを設置したときの計測データである。
【００２０】
図４は、検出軸を上下方向に向けた状態で加速度センサを操作チューブの先端部に取り付けて計測したデータである。図５は、検出軸を前後方向に向けた状態で加速度センサを操作チューブの先端部に取り付けて計測したデータである。図６は、検出軸を左右方向に向けた状態で加速度センサを操作チューブの先端部に取り付けて計測したデータである。図４〜図６によれば、操作チューブにおいても、検出した加速度のピークが約１００Ｈｚ以上の周波数域にあることが分かる。
【００２１】
また、上述した刈払機及びその操作に由来する固有の振動や姿勢変化に伴う加速度特性は、チェーンソー、ヘッジトリマにおいても同様である。図７〜図９は、２ストローク内燃エンジンを備えたチェーンソーに関する計測データである。図７は上下振動、図８は前後振動、図９は左右振動に関する。図１０〜図１２は、２ストローク内燃エンジンを備えたヘッジトリマに関する計測データである。なお、ヘッジトリマにあってはエンジンが横置きに搭載されており、このエンジンのシリンダボアの軸線は前後方向に延びている。図１０は上下振動、図１１は前後振動、図１２は左右振動に関するが、このヘッジトリマに関しては図１１の前後振動にエンジン振動が含まれている。
【００２２】
チェーンソーに関する図７〜図９及びヘッジトリマに関する図１０〜図１２からも分かるように、加速度のピークは約１００Ｈｚ以上の周波数域に見られ、１００Ｈｚよりも低い周波数域では加速度ピークが見られない。
【００２３】
本願発明者らは、作業機及びその作業操作に由来する振動や姿勢変化に伴う加速度のピークが限定的な周波数域に見られ、特定の周波数域、図１〜図１２に示す例では低周波数域では加速度のピークが見られない点に着目して本発明を案出するに至ったものである。
【００２４】
本発明の目的は、作業機及び作業機の操作に由来する固有の振動や姿勢変化に伴う加速度の影響を抑えつつ、加速度センサを使って予期しない危険な状況を検出することのできる安全装置付き作業機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
キックバックや転倒など予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときの衝撃波は比較的低周波数域である。これに対して図１などを参照して前述した作業機及びその作業操作に由来する固有の加速度ピークが現れる周波数は比較的高い周波数域である。
【００２６】
基本的には、本発明は、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域が、作業機及びその作業操作に由来する固有の加速度ピークが現れる第２周波数域から外れている作業機の場合に、加速度センサが検出した周波数成分を含む加速度情報を第１周波数域と第２周波数域とに分け、次いで第１周波数域の加速度情報から加速度ピークを求め、この加速度ピークとしきい値とを対比することで安全装置の作動制御を行うことに特徴を有する。これにより、作業機及びその作業操作に由来する振動や作業機の姿勢変化の影響を抑えて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態を検出することができる。
【００２７】
具体的には、本発明の第１の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度のピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により前記加速度ピークが前記第１周波数域にあると判断されたときに、該加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００２８】
上記周波数域判断手段により前記加速度ピークが前記第１周波数域にあるときに、該加速度ピークを増幅する処理を行った後に、増幅した加速度ピークとしきい値とを前記比較手段により比較するようにしてもよい。
【００２９】
本発明の第２の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度の周波数から、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域の加速度情報を抽出する一方で、作業機の固有の振動又は当該作業機の操作に伴う加速度のピークが現れる第２周波数域の加速度情報を除外するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により抽出した前記第１周波数域の加速度情報から加速度ピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００３０】
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークをしきい値と比較する前に、該加速度ピークを増幅する処理を行った後に、増幅した加速度ピークとしきい値とを前記比較手段により比較するようにしてもよい。
【００３１】
本発明の第３の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報から加速度のピークを求める演算手段と、
該演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により、前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域にあると判断されたときに、該第１周波数域の加速度ピークを増幅する増幅手段と、
該増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークと第１しきい値を比較する第１比較手段と、
前記周波数域判断手段により前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域外の周波数域にあると判断された当該加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００３２】
この第３の観点の発明によれば、第２しきい値との対比で刃物に異常が発生したときに刃物の動きを停止させることができる。この第３の観点の発明の具体的な適用例は刈払機であり、作業中に円盤状の刈刃にアンバランスが発生したときに、これを検知して直ちに刈刃の回転を停止させることができる。
【００３３】
本発明の第４の観点に従う作業機は、
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報の加速度の周波数が、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか又はそれ以外の周波数域にあるかを区別する周波数域区別手段と、
前記第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを求める第１演算手段と、
該第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを増幅する増幅手段と、
前記第１周波数ではない周波数域にある加速度情報から加速度のピークを求める第２演算手段と、
前記増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークを第１しきい値と比較する第１比較手段と、
前記第２演算手段により求めた前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する。
【００３４】
この第４の観点の発明によれば、第２しきい値との対比で刃物に異常が発生したときに刃物の動きを停止させることができる。この第４の観点の発明の具体的な適用例は刈払機であり、作業中に円盤状の刈刃にアンバランスが発生したときに、これを検知して直ちに刈刃の回転を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図２】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図３】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図４】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の操作チューブの先端で検出される上下振動の計測データである。
【図５】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の操作チューブの先端で検出される前後振動の計測データである。
【図６】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の操作チューブの先端で検出される左右振動の計測データである。
【図７】内燃エンジンを駆動源とするチェーンソーの駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図８】内燃エンジンを駆動源とするチェーンソーの駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図９】内燃エンジンを駆動源とするチェーンソーの駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図１０】横置きの内燃エンジンを駆動源とするヘッジトリマの駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図１１】横置きの内燃エンジンを駆動源とするヘッジトリマの駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図１２】横置きの内燃エンジンを駆動源とするヘッジトリマの駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図１３】実施例の肩掛けベルト式の刈払機の斜視図である。
【図１４】図１３の刈払機の駆動源を後方から見た図である。
【図１５】加速度センサを使った安全装置及びその制御対象のブロック図である。
【図１６】図１３の刈払機を落下させたときの上下振動の計測データである。
【図１７】図１３の刈払機を落下させたときの前後振動の計測データである。
【図１８】図１３の刈払機を落下させたときの左右振動の計測データである。
【図１９】図１３の刈払機を意図的にキックバックさせたときの上下振動の計測データである。
【図２０】図１３の刈払機を意図的にキックバックさせたときの前後振動の計測データである。
【図２１】図１３の刈払機を意図的にキックバックさせたときの左右振動の計測データである。
【図２２】図１５のコントローラで行われる処理を説明するためのブロック図である。
【図２３】加速度センサを使った安全装置に含まれるコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。
【図２４】図２３のフローチャートの変形例であり、作業者が刈払機を制御不能な状態になったときの安全制御に加えて刈刃がアンバランスになったときに刈刃の回転を強制停止する制御を加えるコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。
【図２５】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の刈刃を意図的にアンバランスな状態にしたときに駆動源部で検出される上下振動の計測データである。
【図２６】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の刈刃を意図的にアンバランスな状態にしたときに駆動源部で検出される前後振動の計測データである。
【図２７】内燃エンジンを駆動源とする刈払機の刈刃を意図的にアンバランスな状態にしたときに駆動源部で検出される左右振動の計測データである。
【図２８】図１３の刈払機の基本構成図である。
【図２９】図２３の処理の変形例を示すフローチャートである。
【図３０】刈払機の駆動源部の背面に取り付けた加速度センサが上下方向に対して傾斜して取り付けられていることを説明するための図である。
【図３１】加速度センサの検出軸を上下方向に傾斜して配置したときに、検出軸の傾斜角度と加速度センサの感度との関係を計測したデータである。
【図３２】加速度センサを傾斜して取り付けた場合のコントローラの処理の一例を示すフローチャートである。
【図３３】図３２の処理の変形例を示すフローチャートである。
【図３４】図３２の処理の別の変形例を示すフローチャートである。
【図３５】加速度センサが衝撃を検知したときに、安全対策として制御対象をエンジン停止に加えて、遠心クラッチの出力を制動する例を示す図である。
【図３６】加速度センサが衝撃を検知したときに、刃物の機能を停止する機能停止手段つまり安全機構としてエンジンを停止させるのに加えて、刈刃部のベベルギアへの入力を制動する例を示す図である。
【図３７】加速度センサを刈払機の操作チューブの先端部に取り付けて、この加速度センサが衝撃を検知したときに、エンジンを停止する例を示す図である。
【図３８】加速度センサを刈払機の操作チューブの先端部に取り付けて、この加速度センサが衝撃を検知したときに、エンジンの停止に加えて、遠心クラッチと減衰ダンパとの間のブレーキによってエンジン出力を制動する例を示す図である。
【図３９】加速度センサを刈払機の操作チューブの先端部に取り付けて、この加速度センサが衝撃を検知したときに、エンジンの停止に加えて、刈刃部のベベルギアへの入力を制動する例を示す図である。
【図４０】加速度センサの検出軸を上下方向に対して傾斜させるときに、加速度センサの衝撃受け面の向きを変える自由度を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００３６】
以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。
【００３７】
図１３、図１４は実施例の肩掛けベルト式の刈払機を示す図である。刈払機の斜視図である図１３を参照して、刈払機１００は、操作チューブ２の一端に配設された駆動源部４と、操作チューブ２の他端に配設された刈刃部６とを有し、操作チューブ２にはその長手方向中間部分にハンドル８が組み付けられている。この構成は、従来から周知の構成である。ハンドル６にはスロットルレバー１０等が設けられ、作業者は、このスロットルレバー１０を操作することで刈刃部６の動作速度を調整することができる。
【００３８】
駆動源部４は、エンジンカバー１２に包囲された単気筒の空冷２ストローク内燃エンジン１４（図１４）と、このエンジン１４の下方に隣接して配設された燃料タンク１６とを有し、この燃料タンク１６から供給される燃料を受け取ってエンジン１４の運転が実行される。単一気筒の内燃エンジン１４はそのシリンダボアの軸線が垂直方向に沿って延びるように駆動源部４に搭載されている。図中、参照符号１８は点火プラグを示し、点火プラグ１８はエンジン１４の頂部に取り付けられている。また、参照符号２０はリコイルスタータを示す。リコイルスタータ２０は、駆動源部４の後部において、後方に向けて突出する状態で取り付けられている。このリコイルスタータ２０を操作することでエンジン１４を始動することができる。リコイルスタータ２０の下方且つ燃料タンク１６の後方のデッドスペースには衝撃検出ボックス２２が配設されている。
【００３９】
図１４は、刈払機１００を後端面つまり刈刃部６とは反対側から刈払機１００を見た図であり、この図１４では、衝撃検出ボックス２２の蓋２２ａを取り外した状態で図示してある。衝撃検出ボックス２２には、加速度センサ２４と、マイコンからなるコントローラ２６とが収容されている。
【００４０】
この実施例では、加速度センサ２４は圧電センサで構成され、この圧電センサのピックアップは、圧電セラミックを薄い円盤状の金属板に貼り付けた構成を有しており、その検出軸は単一である。勿論、加速度センサとして半導体式センサを採用してもよい。半導体式センサの典型例はピエゾ素子型、圧電素子型のセンサである。半導体式センサは、検出軸が単一の一軸式、２つの検出軸を備えた二軸式、３つの検出軸を備えた三軸式が知られている。本発明は一軸、二軸、三軸のいずれの加速度センサでも採用することができるが、一軸式の加速度センサを採用することで、コントローラ２６での処理を簡素化することができるという利点がある。
【００４１】
この実施例では、加速度センサ２４、コントローラ２６及び点火プラグ１８に高電圧を供給する高電圧発生回路３０で安全装置３２が構成される（図１５）。すなわち、加速度センサ２４から周波数成分を含む加速度情報がコントローラ２６に入力される。コントローラ２６では、後に説明する処理を行い所定の条件を満足したときに安全信号を出力する。この安全信号は、この実施例では、点火プラグ１８に高電圧を供給する高電圧発生回路３０に供給される。高電圧発生回路３０が安全信号を受け取ると、高電圧発生回路３０は、点火プラグ１８に供給するための高電圧を生成する機能が停止される。具体的には、コントローラ２６から出力される安全信号によって、高電圧発生回路３０の一次コイルに対する電源供給が停止される。これにより点火プラグ１８に対する高電圧の供給が停止され、その結果、エンジン１４が停止する。そして、その結果、刈刃部６はその機能を停止し刈刃の回転が停止される。この刈刃４８の回転を停止させる機能停止手段つまり安全機構として何を制御対象にするかに関して、上記のエンジン停止に代えて又はエンジン停止と共に刈刃４８の回転を強制停止するようにブレーキ機構を設けてもよい。
【００４２】
図１６〜図１８は、刈払機１００を試験的に地面に落下させたときの上下振動（図１６）、前後振動（図１７）、左右振動（図１８）の計測データである。また、図１９〜図２１は、刈払機１００を丸太に意図的に打ち付けたときのキックバックの上下振動(図１９)、前後振動(図２０)、左右振動（図２１）の計測データである。図１６〜図１８に見られる四角の印は、最も高い加速度ピークを示している。図１６〜図１８から分かるように、１００Ｈｚ以下の周波数域の中でも相当に低い周波数で加速度ピークが見られる。
【００４３】
図２２を参照して、コントローラ２６は、フィルタ処理手段３４と、好ましくは増幅処理手段３６と、判定処理手段３８とを有し、その一連の処理の一例を図２３のフローチャートに従って説明する。
【００４４】
図２３を参照して、加速度センサ２４から供給される周波数成分を含む加速度情報はステップＳ１でコントローラ２６に取り込まれ、次のステップＳ２で、ステップＳ１で取り込んだ加速度情報から加速度ピークを求める演算処理を行った後に、該加速度ピークの有無の判定処理（Ｓ３）が実行される。このステップＳ３で加速度ピークが無いと判定されると、ＮＯということで上記ステップＳ１に戻る。逆に、ステップＳ３で加速度のピークが「有り」と判定されると、ＹＥＳということでステップＳ４に移行し、このステップＳ４で加速度のピークが１００Ｈｚよりも低い周波数域にあるか否かの判定処理が実行される。そして、このステップＳ４でＮＯつまり加速度ピークが１００Ｈｚ以上の高い周波数域にあると判定されると、ステップＳ１に戻る。すなわち、このステップＳ４で、１００Ｈｚ以上の周波数域にある加速度ピークを除外するフィルタ処理が実行される。逆に、ステップＳ４においてＹＥＳのとき、つまり加速度ピークが１００Ｈｚよりも低い周波数域にあるときには、ステップＳ５に進んで、この加速度ピークの増幅処理が実行され、次のステップＳ６で、この増幅処理後の加速度ピークの値としきい値との比較が行われ、このステップＳ６で加速度ピークがしきい値以上であるときには、ステップＳ７に進んで安全信号が生成され、この安全信号がコントローラ２６から出力される。この安全信号はタイマにより一定時間（例えば５秒間）継続的に出力し続けるのが好ましい。なお、上記ステップＳ５において、増幅した加速度ピークの値がしきい値よりも小さいときにはステップＳ１に戻る。
【００４５】
タイマに設定する上記一定時間は、次の条件を満たす時間であれば５秒に限定されない。すなわち、エンジンが高電圧の供給を遮断された後に、エンジンの慣性が残っている状態では点火プラグ１８に高電圧を供給しない時間が設定される。例えばタイマの時間を２〜３秒に設定した場合、２〜３秒間安全信号が出力された直後に点火プラグ１８への高電圧の供給を再開するとエンジン１４が再起動してしまう可能性がある。タイマの時間として例えば５秒程度又はそれ以上の時間を設定すれば、エンジン１４を確実に停止させることができる。以上の安全制御により、加速度センサ２４から衝撃検知信号を受け取ると直ちに高電圧発生回路３０の一次コイルに対する電源供給が停止される。この電源供給停止が一定時間継続されることにより、エンジン１４を完全に停止させることができる。
【００４６】
なお、変形例として、上記ステップＳ５の増幅処理は省いてもよい。また、他の変形例として、１００Ｈｚよりも低い周波数域の加速度に対して増幅処理を行い、その後、１００Ｈｚよりも低い周波数域での加速度ピークを求めるようにしてもよい。
【００４７】
図２４は上記図２３のフローチャートの変形例である。この図２４のフローチャートを参照して、ステップＳ４では、図２３を参照して前述したフィルタ処理とは違って、実質的に、１００Ｈｚを挟んでこれよりも低い周波数域又は高い周波数域に加速度ピークが存在しているか否かの区分けが行われる。そして、このステップＳ４においてＮＯ、つまり加速度ピークが１００Ｈｚよりも高い周波数域にあるときには、ステップＳ８に進んで当該加速度ピークが第２しきい値よりも大きいか否かの判定が行われる。
【００４８】
図２５〜図２７は、刈刃の外周部に５グラム(ｇ)の錘を付けて意図的に刈刃が周方向にアンバランスの状態を作ったときの上下振動(図２５)、前後振動(図２６)、左右振動(図２７)を計測したデータである。図２５の上下振動においてエンジン回転数が11,000rpmのときに約３５Ｇという極めて大きな加速度ピークが周波数約２００Ｈｚで見られる。また、10,000rpmのときのアンバランス振動による最大加速度は約２４Ｇ（約２００Ｈｚ）と大きい。前述した図１と対比すると、図１の上下振動(エンジン振動)では最大の加速度ピークが約１４Ｇである。図２４のフローチャートのステップＳ８では、図１の１４Ｇよりも大きく、アンバランス状態での上記２４Ｇ（図２５）よりも小さい値が上記第２しきい値として設定される。これにより、作業中に刈刃にアンバランスが発生したことを検出することができる。
【００４９】
上記ステップＳ８においてＹＥＳのときは、刈刃にアンバランスが発生したとして、前述したステップＳ７に進んで安全信号を出力してエンジン停止する。その結果、刈刃（図２８の参照符号４８）の回転が停止する。刃物である刈刃４８の回転を停止する機能停止手段つまり安全手段として、エンジン停止以外にも刈刃４８に動力を伝達する経路にブレーキを設け、このブレーキを締結することで刈刃４８の回転を強制的に停止させるようにしてもよい。
【００５０】
上記の例では、加速度センサ２４を、第１にキックバックなどで作業者が制御不能の状態に陥ったことを検出する手段として、第２に刈刃のアンバランスが発生したことを検出する手段として用いてあるが、この加速度センサ２４を刈刃のアンバランス検出だけに用いてもよい。
【００５１】
図２８は、上述した刈払機１００の基本構成図である。駆動源部４に配設されたエンジン１４は、その出力が、操作チューブ２に挿入された動力伝達シャフト４０を介して刈刃部６に供給される。駆動源部４には、エンジン１４と動力伝達シャフト４０との間に介装された遠心クラッチ４２及び減衰ダンパ４４が配設されている。また、刈刃部６にはベベルギア４６が配設され、このベベルギア４６を介して動力伝達シャフト４０と円盤形の刈刃４８とが連結されている。
【００５２】
コントローラ２６による上述した処理により、高電圧発生回路３０（図１５）は、コントローラ２６から出力される安全信号を受けて高電圧の生成を停止し、これによりエンジン１４は停止する。また、コントローラから約５秒間安全信号が継続して出力されることから、高電圧発生回路３０による高電圧の生成を所定の時間停止することで、エンジン１４を確実に停止させることができる。
【００５３】
図２３の処理の変形例として、上述したステップＳ５の増幅処理に代えて、ステップＳ３で加速度ピークが有りと判断されてステップＳ４に移行する前に、加速度ピークに対して増幅処理を行うようにしてもよい。
【００５４】
図１〜図３を参照して前述したように、単気筒内燃エンジン１４を搭載した刈払機１００では、その駆動源部４に現れる固有の加速度のピークが約１００Ｈｚ以上の周波数域に見られ、１００Ｈｚよりも低い周波数域には見られない。したがって、１００Ｈｚ以上の高低周波数域の加速度のピークをフィルタ処理手段３４で除外することで、刈払機１００及び刈払機１００の操作に伴う固有の加速度の影響を受けることなく、キックバックや作業者の転倒など予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態を検知して、エンジン１４を停止させることができる。
【００５５】
また、好ましい例として、１００Ｈｚよりも低い周波数域の加速度又は加速度ピークを増幅した後に、そのピーク値としきい値とを比較することから、しきい値の設定が容易であり、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態を検知するのに適したしきい値の設定の自由度を向上することができる。
【００５６】
図２９は、図２３で説明した一連の処理の変形例である。この図２９のフローチャートを参照して、ステップＳ２１は図２３のステップＳ１に対応している。このステップＳ２１で加速度センサ２４から周波数成分を含む加速度情報を取り込み、次のステップＳ２２で１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度をフィルタ処理で除外することにより、加速度センサ２４から取り込んだ加速度情報のうち１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度が抽出される。そして、次のステップＳ２３において、１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度のピークを求める演算処理が行われ、この加速度ピークは次のステップＳ２４でしきい値と対比されて１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークがしきい値よりも大きいときにはステップＳ２５に進んで安全信号がコントローラ２６から出力される。
【００５７】
変形例として、ステップＳ２２のフィルタ処理と次のステップＳ２３との間で１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度に対して増幅処理を行ってもよいし、ステップＳ２３で加速度のピークを求めた後に、この加速度ピークに対して増幅処理を行ってもよい。
【００５８】
上記の安全装置の制御系において、一軸式の加速度センサ２４の取り付けに関して、その検出軸が上下方向となるように駆動源部４に取り付けてもよいが、以下に説明するように、上下方向に対して検出軸を傾斜させるようにしてもよい。すなわち、上述の説明は、検出軸が上下方向に沿って延びる姿勢で加速度センサ２４を刈払機１００に設置した場合であってもよいし、以下に説明するように検出軸が上下方向に対して傾斜した姿勢で加速度センサ２４を刈払機１００に設置した場合であってもよい。
【００５９】
図１４に戻って、加速度センサ２４の単一の検出軸を矢印ＤＡで示してある。図３０は、刈払機１００を水平面に着座させた状態で、駆動源部４の背面に取り付けられた加速度センサ２４の検出軸ＤＡの傾斜状態を説明するための図である。
【００６０】
図３０を参照すると直ちに理解できるように、刈払機１００を水平面に着座させたときに、シリンダボアの軸線と平行な鉛直面において、加速度センサ２４が上下方向Ｖに対して斜めの姿勢で取り付けられており、これにより検出軸ＤＡが、鉛直面において、シリンダボアの軸線方向である上下方向Ｖに対して傾斜している。図３０の参照符号θ１は、鉛直面において、上下方向Ｖに対する検出軸ＤＡの傾斜角度である。
【００６１】
加速度センサ２４を上下方向Ｖに対して傾斜した状態で駆動源部４に搭載することにより、センサ２４の衝撃受け面は上下方向に対して傾斜して位置決めされることになる。図３０において、加速度センサ２４の衝撃受け面の上下方向に対する傾斜角度をθ２で示してある。
【００６２】
ここに、加速度センサ２４は衝撃を受ける面を備えた衝撃検知部材を有し、この衝撃検知部材が備える衝撃受け面と直交する軸が、加速度センサ２４の検出軸ＤＡである。後に図４０を参照して説明するが、検出軸ＤＡを上下方向に傾斜して配置するときに、例えば加速度センサ２４の衝撃受け面が前傾又は後傾するように加速度センサ２４をエンジン１４の近傍に配設してもよく、特に一軸の加速度センサ２４を採用する場合に好ましい。これによれば、一軸式加速度センサ２４の感度を上下方向の振動に関しては低下させながら、三次元の全方位の衝撃に対して一軸式加速度センサを感応させることができる。また、加速度センサ２４として一軸式を採用することにより、コントローラ２６での制御を簡素化できるという利点がある。
【００６３】
刈払機１００では、作業者が刈払機１００を使って作業するときには、作業者から見て前方に且つ刈刃４８を斜め下に位置させる作業姿勢を取る。したがって、実施例のように駆動源部４の背面（第１鉛直面）に関して、その上下方向に対して加速度センサ２４を斜めに取り付けることで、実際の作業環境では、加速度センサ２４を三次元の３つの面の全てに対して斜めに配置したのと同じ状態になる。
【００６４】
図３１は、加速度センサ２４の検出軸ＤＡの傾斜角度θ１とセンサユニット２４の感度との関係を示す。この図３１のデータは、刈払機１００を地面に垂直落下させたときに、加速度センサ２４が所定の出力値を出力するときの落下高さを計測したデータである。すなわち、刈払機１００をどの高さ位置から落下させたときに、加速度センサ２４が所定レベル以上の衝撃検知信号を出力するかを試験したときのデータが図３１である。
【００６５】
図３１を参照して、加速度センサ２４の取り付け角度を変えて刈払機１００の落下方向つまり上下方向に対する検出軸ＤＡの傾斜角度θ１を変更したときに、例えば、検出軸ＤＡの傾斜角度θ１が４５°の場合は、約１０ｃｍの高さ位置から刈払機１００を自由落下させたときに衝撃検知信号を出力している。これに対して、傾斜角度θ１が７０°の場合は、約３０ｃｍの高さ位置から刈払機１００を自由落下させたときに衝撃検知信号を出力している。また、傾斜角度θ１が８０°の場合は、約９０ｃｍの高さ位置から刈払機１００を自由落下させたときに衝撃検知信号を出力している。図３１から、検出軸ＤＡの傾斜角度θ１が大きくなるほど、加速度センサ２４の感度が低下することが分かる。
【００６６】
図１４に戻って、加速度センサ２４の取付姿勢は、ビス５０を弛めることより、実線で示す第１の傾斜位置から仮想線で示す第２の傾斜位置まで任意の傾斜角度に調整することができ、これにより検出軸ＤＡの傾斜角度θ１を変更することができる。勿論、ビス５０を締める付けることで、加速度センサ２４の傾斜した取付姿勢を固定することができる。なお、図示の例では、ビス５０を中心にして、図１４に実線で示す第１傾斜位置と、仮想線で示す第２傾斜位置の二つの異なる傾斜角度から一つの傾斜位置をユーザが選択する設計となっているが、３以上の傾斜位置から選択させるようにしてもよく、また、第１、第２の傾斜位置の間で無段階に加速度センサ２４の衝撃受け面の傾斜角度θ２を設定できるようにしてもよい。
【００６７】
このように、加速度センサ２４の傾斜した取付姿勢によって、検出軸ＤＡが上下方向Ｖに対して傾斜しているため、図１を参照して前述したように刈払機１００のエンジン１４が動作することに伴う駆動源部４の上下振動つまりエンジン振動に対して、加速度センサ２４が本来有している感度を低下させることができる。また、図２５〜図２７を参照して説明した刈刃４８のアンバランスに起因した大きな上下振動に対して、加速度センサ２４が本来有している感度を低下させることができる。
【００６８】
図３２のフローチャートは、１００Ｈｚよりも低い低周波数域での加速度によるキックバックなどの検出と、図２５〜図２７を参照して説明した刈刃４８のアンバランス検出とを共通のしきい値を用いて行う処理の一例を示す。図３２のフローチャートにおいて、ステップＳ２１〜Ｓ２７は、図２３のステップＳ１〜Ｓ７に対応していることから、図３２の各ステップＳ２１〜Ｓ２７の各ステップでの処理の説明を省略して、特徴部分を説明する。ステップＳ２４(図３２)の加速度ピークの周波数域の区分けにおいて、ＮＯつまり加速度ピークが１００Ｈｚ以上の高周波数域にあるときには、ステップＳ２６に進んで、この高周波数域の加速度ピークが共通しきい値と対比され、高周波数域の加速度ピークが共通しきい値以上のときには、ステップＳ２７に進んで、コントローラ２６から安全信号が例えば５秒間継続される。この安全信号により前述したようにエンジンが停止及び／又はブレーキが締結されて刈刃４８の回転が停止される。ステップＳ２６の共通しきい値は、１００Ｈｚよりも低い周波数での加速度ピークに対しても適用され、キックバックや作業者の転倒などの検出に用いられるのは、先に図２３のフローチャートで説明した通りである。
【００６９】
上述したように、加速度センサ２４の上下方向に対して傾斜して配置することで、刈刃４８のアンバランスによる上下振動に対してセンサ２４の感度が、本来の感度よりも低下しているため、刈刃４８のアンバランスによる加速度ピークの値は実際よりも低い値になる。その一方で、１００Ｈｚよりも低い周波数域での加速度ピークの増幅率として、キックバックなどによる加速度ピークが、上述した刈刃４８のアンバランスによる加速度ピークの値とほぼ同じになるように増幅率を設定することで、共通のしきい値で、刈刃４８のアンバランス発生の検出及びキックバックなどの発生の検出を行うことができる。このことは、加速度センサ２４として一軸式のセンサを採用した場合に限らず、二軸式や三軸式のセンサを採用したときであっても同様である。
【００７０】
図３２のフローチャートを参照した上述の一連の処理において、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピーク及び１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを共通のしきい値と対比するようにしたが（Ｓ２６）、図３３に示すように、１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを第１しきい値と対比させ、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピークを第２しきい値と対比させるようにしてもよい（図３３のステップＳ２８）。この第２しきい値の設定は、図２４を参照して前述したように、図１の１４Ｇよりも大きく、アンバランス状態での上記２４Ｇ（図２５）よりも小さい値が上記第２しきい値として設定される。これにより、作業中に刈刃４８にアンバランスが発生したことを検出することができる。
【００７１】
図３４のフローチャートは、図３２のフローチャートで説明した処理の変形例を示す。この図３４のフローチャートに例示の処理にあっては、ステップＳ３１で加速度センサ２４から取り込んだ加速度情報から１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度であるか又は１００Ｈｚよりも高い高周波数域の加速度であるかを区別し（Ｓ３２）、次いでステップＳ３３において、加速度情報の加速度が低周波数域であるか否かの判断が行われる。このステップＳ３３でＹＥＳつまり低周波数域の加速度であるときにはステップＳ３４に進んで、この低周波数域の加速度情報から加速度のピークを求める演算処理が行われ、次いで、この加速度ピークを増幅する増幅処理が行われる（Ｓ３５）。
【００７２】
他方、上記ステップＳ３３においてＮＯつまり高周波数域の加速度であるときにはステップＳ３６に移行して、このステップＳ３６で、この高周波数域の加速度情報から加速度のピークを求める演算処理が行われる。
【００７３】
ステップＳ３５で増幅処理した低周波数域の加速度ピーク及びステップＳ３６で高周波数域の加速度の加速度情報から求めた加速度ピークは、ステップＳ３７において共通のしきい値と対比され、低周波数域及び／又は高周波数域の加速度ピークがしきい値以上であるときには、ステップＳ３８に進んで、安全信号が生成され、この安全信号がコントローラ２６から出力される。この図３４において、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピーク及び１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを共通のしきい値と対比するようにしたが（Ｓ３７）、変形例として、図３３のフローチャートを参照して前述したように、１００Ｈｚよりも低い低周波数域の加速度ピークを第１しきい値と対比させ、１００Ｈｚ以上の高周波数域の加速度ピークを第２しきい値と対比させるようにしてもよい。
【００７４】
また、上述した刈払機１００によれば、ビス５０を弛めることにより、加速度センサ２４の衝撃受け面の傾斜角度θ２を調整できるため、仮にユーザが実際に刈払機１００を使用して、もう少し安全装置がエンジン振動や刈刃４８のアンバランスに伴う振動に対して鈍感の方が良いのであれば、加速度センサ２４が上下方向Ｖに対して起立した状態に近づく傾斜姿勢になる図１４の仮想線で示す第２傾斜位置にセットし直すことで、このユーザの要望を満足させることができる。
【００７５】
上述した実施例の刈払機１００にあっては、作業者が予期しない危険な状況に陥るのを回避するために又はこれに加えて刈刃４８のアンバランス発生の際にエンジン１４を停止するようにしたが、これに代えて又はエンジン停止と共に刈刃４８の回転を直接的又は間接的に強制停止するようにブレーキ機構を設けてもよい。
【００７６】
図３５は、遠心クラッチ４２と減衰ダンパ４４との間にブレーキ５２が設けられ、このブレーキ５２のアクチュエータ５４（機能停止手段）に安全信号を供給して遠心クラッチ４２の出力に制動力を付与して刈刃４８の回転を強制停止するようにしてある。なお、この図３５の例では、コントローラ２６が生成した安全信号を外部機器に供給する例を示す。外部機器とは例えば通信手段であり、コントローラ２６から安全信号を受け取ると外部機器によって例えば作業者を雇用又は管理する作業又は業務管理会社や家族の携帯電話に通報が発信される。
【００７７】
図３６は、制御対象に関する他の例を示す。この図３６の例では、刈刃部６においてベベルギア４６の直ぐ上流側にブレーキ６０を設け、コントローラ２６からの安全信号をブレーキ６０のアクチュエータ６２（刈刃の機能停止手段）に入力してベベルギア４６の直ぐ上流部に制動力を加えて刈刃４８の回転を強制停止するようにしてもよい。このベベルギア４６の直ぐ下流に刈刃４８が位置しているため、刈刃４８の回転を直接的に強制停止することができる。この図３６の例に関する変形例として、操作チューブ２の先端部に機能停止手段としてのブレーキを設け、このブレーキで動力伝達シャフト４０の先端部に制動力を加えることで刈刃４８の回転を直接的に停止させるようにしてもよい。
【００７８】
加速度センサ２４は駆動源部４の任意の箇所、例えばエンジンカバー１２の内面や駆動源部４のデッドスペースに設置してもよいのは勿論であるが、加速度センサ２４の設置箇所は、駆動源部４に限定されない。上述したように刈払機１００やこれを操作することに伴う固有の振動の加速度ピークが現れる振動数域と、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態で加速度ピークが現れる振動数域とを区別できるのであれば、ハンドル８（図１３）に設けてもよいし、操作チューブ２の例えば先端部に設けてもよい。
【００７９】
図３７〜図３９は操作チューブ２の先端部に加速度センサ２４を設けた例であり、この場合にあっても、安全制御対象としてエンジンを停止してもよいし(図３７)、遠心クラッチ４２と減衰ダンパ４４との間のブレーキ５２によってエンジン出力に制動を加えるようにしてもよいし（図３８）、刈刃部６のベベルギア４６に対する入力に対して制動力を加えることで刈刃４８の回転を直接的に停止するようにしてもよい(図３９)。
【００８０】
加速度センサ２４は、その衝撃受け面（ピックアップ面）と直交する軸が、加速度センサ２４の検出軸ＤＡである。したがって、検出軸ＤＡを上下方向に傾斜して配置するときに、加速度センサ２４の衝撃受け面の向きに関して自由度がある。図４０は、加速度センサ２４の検出軸ＤＡの上下方向に対して斜めに配置する場合に、加速度センサ２４の衝撃受け面の向きに関する自由度を説明するための図である。図４０に書いてある「左右」「前後」「上下」について刈払機１００を例に説明すると、「左右」は草刈り作業中に作業者によって操作される刈刃４８の移動方向を意味している。「前後」は概略的には操作チューブ２の延び方向を意味している。「上下」とは、単一気筒の内燃エンジン１４を搭載した刈払機１００を例に説明すれば、内燃エンジン１４のシリンダボアの軸線方向を意味している。
【００８１】
加速度センサ２４の衝撃受け面を水平面に置き、この加速度センサ２４の前後方向の軸線を中心に加速度センサ２４を回転させれば、加速度センサ２４の検出軸ＤＡを上下方向に対して傾斜させることができる。この第１例では、加速度センサ２４は上下方向の加速度及び左右方向の加速度を検出することができる。他の例として、水平面に衝撃受け面を置いた加速度センサ２４の左右方向の軸線を中心に加速度センサ２４を回転させれば、加速度センサ２４の検出軸ＤＡを上下方向に対して傾斜させることができる。この第２の例では、加速度センサ２４は上下方向の加速度及び前後方向の加速度を検出することができる。勿論、第１、第２の例を合体させれば、加速度センサ２４は左右方向、前後方向、上下方向の３方向の加速度を検出することができる。
【００８２】
以上、添付の図面に基づいて本発明の実施例及びその変形例を説明したが、刈払機１００の駆動源は内燃エンジンに限らず電動モータであってもよい。また、肩掛けベルト式の刈払機１００を例示して実施例を説明したが、駆動源部４を背中に背負って作業を行う背負い式の刈払機に対しても本発明を適用することができる。ただし、背負い式の刈払機の場合には、作業者の背中に背負う駆動源部４以外の加速度センサ２４は、操作チューブ２やハンドル８など部位を選択することでキックバック現象を検出することができる。また、チェーンソーやヘッジトリマにあっても、本発明を適用可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 刈払機
２ 操作チューブ
４ 駆動源部
６ 刈刃部
８ ハンドル
１０ スロットルレバー
１２ エンジンカバー
１４ エンジン
１６ 燃料タンク
１８ 点火プラグ
２０ リコイルスタータ
２２ 衝撃検出ボックス
２４ 加速度センサ
２６ コントローラ
３０ 高電圧発生回路
３２ 安全装置
３４ フィルタ処理手段
３６ 増幅処理手段
３８ 判定手段
４０ 動力伝達シャフト
４２ 遠心クラッチ
４４ 減衰ダンパ
４６ ベベルギア
４８ 刈刃
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサからの加速度情報に基づいて予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機であって、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度のピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により前記加速度ピークが前記第１周波数域にあると判断されたときに、該加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項２】
前記比較手段により比較処理を行う前に、前記第１周波数域にある前記加速度ピークを増幅する増幅手段を更に有する、請求項１に記載の安全装置付き作業機。
【請求項３】
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機であって、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度の周波数から、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域の加速度情報を抽出する一方で、作業機の固有の振動又は当該作業機の操作に伴う加速度のピークが現れる第２周波数域の加速度情報を除外するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により抽出した前記第１周波数域の加速度情報から加速度ピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項４】
前記比較手段により比較処理を行う前に、前記第１周波数域にある前記加速度ピークを増幅する増幅手段を更に有する、請求項３に記載の安全装置付き作業機。
【請求項５】
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報から加速度のピークを求める演算手段と、
該演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により、前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域にあると判断されたときに、該第１周波数域の加速度ピークを増幅する増幅手段と、
該増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークと第１しきい値を比較する第１比較手段と、
前記周波数域判断手段により前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域外の周波数域にあると判断された当該加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項６】
前記第１、第２のしきい値が共通のしきい値である、請求項５に記載の安全装置付き作業機。
【請求項７】
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機であって、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報の加速度の周波数が、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか又はそれ以外の周波数域にあるかを区別する周波数域区別手段と、
前記第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを求める第１演算手段と、
該第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを増幅する増幅手段と、
前記第１周波数域ではない周波数域にある加速度情報から加速度のピークを求める第２演算手段と、
前記増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークを第１しきい値と比較する第１比較手段と、
前記第２演算手段により求めた前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項８】
前記第１、第２のしきい値が共通のしきい値である、請求項７に記載の安全装置付き作業機。
【請求項１】
加速度センサからの加速度情報に基づいて予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機であって、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度のピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により前記加速度ピークが前記第１周波数域にあると判断されたときに、該加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項２】
前記比較手段により比較処理を行う前に、前記第１周波数域にある前記加速度ピークを増幅する増幅手段を更に有する、請求項１に記載の安全装置付き作業機。
【請求項３】
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機であって、
作業機に取り付けられた加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報に含まれる加速度の周波数から、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域の加速度情報を抽出する一方で、作業機の固有の振動又は当該作業機の操作に伴う加速度のピークが現れる第２周波数域の加速度情報を除外するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段により抽出した前記第１周波数域の加速度情報から加速度ピークを求める加速度ピーク演算手段と、
該加速度ピーク演算手段により求めた加速度ピークをしきい値と比較する比較手段と、
該比較手段により、前記加速度ピークがしきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項４】
前記比較手段により比較処理を行う前に、前記第１周波数域にある前記加速度ピークを増幅する増幅手段を更に有する、請求項３に記載の安全装置付き作業機。
【請求項５】
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機を前提として、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報から加速度のピークを求める演算手段と、
該演算手段により求めた加速度ピークが、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか否かを判断する周波数域判断手段と、
該周波数域判断手段により、前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域にあると判断されたときに、該第１周波数域の加速度ピークを増幅する増幅手段と、
該増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークと第１しきい値を比較する第１比較手段と、
前記周波数域判断手段により前記加速度ピークの周波数が前記第１周波数域外の周波数域にあると判断された当該加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項６】
前記第１、第２のしきい値が共通のしきい値である、請求項５に記載の安全装置付き作業機。
【請求項７】
加速度センサからの加速度情報に基づいて、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態にあると判断したときに作業機に含まれる刃物の動きを停止する作業機であって、
刃物を駆動する駆動源が配置された駆動源部に搭載された内燃エンジンと、
前記駆動源部に取り付けられた加速度センサであって、前記内燃エンジンのシリンダボアの軸線方向に対して検出軸が斜めに位置するように配置された加速度センサと、
該加速度センサから加速度情報を受け取って、該加速度情報の加速度の周波数が、予期しない危険な状況に陥る可能性のある状態のときに加速度ピークが現れる第１周波数域にあるか又はそれ以外の周波数域にあるかを区別する周波数域区別手段と、
前記第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを求める第１演算手段と、
該第１周波数域にある前記加速度情報から加速度のピークを増幅する増幅手段と、
前記第１周波数域ではない周波数域にある加速度情報から加速度のピークを求める第２演算手段と、
前記増幅手段により増幅された前記第１周波数域の加速度ピークを第１しきい値と比較する第１比較手段と、
前記第２演算手段により求めた前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークを第２しきい値と比較する第２比較手段と、
前記第１、第２の比較手段により、前記第１周波数域の加速度ピークが第１しきい値以上又は前記第１周波数域外の周波数域の加速度ピークが第２しきい値以上であるときに、前記作業機に含まれる刃物の動きを直接的又は間接的に停止させるための機能停止手段に安全信号を出力して、前記刃物の動きを停止させる出力手段とを有する安全装置付き作業機。
【請求項８】
前記第１、第２のしきい値が共通のしきい値である、請求項７に記載の安全装置付き作業機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【公開番号】特開２０１０−２６８７３０（Ｐ２０１０−２６８７３０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３５９８（Ｐ２００９−１２３５９８）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５０９２６４１３２）株式会社やまびこ (65)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５０９２６４１３２）株式会社やまびこ (65)
【Ｆターム（参考）】
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