(57)【要約】【課題】作業機によらず一定の判定基準で、作業者による作業機の正常な使用を妨げるような異常状態を判定できる作業機を提供する。【解決手段】回転力を発生させる駆動部と、駆動部が取り付けられる本体部と、本体部の先端に取り付けられ、駆動部の回転力によって駆動される作業要素と、本体部に取り付けられ、作業者に把持される把持部と、把持部において作業者が受ける偶力モーメントが、５０ｍｓあたり２００Ｎ・ｍとなる値を超えた場合に、異常状態と判定するように構成された判定部と、を備える。【選択図】図５
2018057326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を発生させる駆動部と、
前記駆動部が取り付けられる本体部と、
前記本体部の先端に取り付けられ、前記駆動部の回転力によって駆動される作業要素と、
前記本体部に取り付けられ、作業者に把持される把持部と、
前記把持部において前記作業者が受ける偶力モーメントが、５０ｍｓあたり２００Ｎ・ｍを超えた場合に、異常状態と判定するように構成された判定部と、
を備える作業機。
【請求項２】
５０ｍｓあたり２００Ｎ・ｍの前記偶力モーメントを偶力閾値とし、
前記駆動部の回転状態を検出するように構成された回転検出部を更に備え、
前記判定部は、予め設定された前記作業要素のイナーシャと、前記回転検出部により検出された前記駆動部の回転速度の変化量と、前記作業要素から前記把持部までの距離とを用いて推定した前記偶力モーメントが、前記偶力閾値を超えたか否か判定するように構成されている、請求項１に記載の作業機。
【請求項３】
５０ｍｓあたり２００Ｎ・ｍの前記偶力モーメントを偶力閾値とし、
前記駆動部の回転状態を検出するように構成された回転検出部と、
前記作業要素のイナーシャを推定するように構成された推定部と、を更に備え、
前記判定部は、推定された前記イナーシャと、前記回転検出部により検出された前記駆動部の回転速度の変化量と、前記作業要素から前記把持部までの距離とを用いて推定した前記偶力モーメントが、前記偶力閾値を超えたか否か判定するように構成されている、請求項１に記載の作業機。
【請求項４】
前記判定部により異常状態と判定された場合に、前記駆動部を停止させるように構成された停止部を更に備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業機。
【請求項５】
前記駆動部は内燃機関であり、
前記内燃機関のクランク軸に初期回転を付与するセルモータを更に備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業機。
【請求項６】
前記本体部の軸心及び前記作業要素の回転面に垂直な方向における前記作業機への衝撃を検出するように構成された衝撃検出部を更に備え、
前記判定部は、更に、前記衝撃検出部により検出された前記衝撃が予め設定された衝撃閾値を超えた場合に、異常状態と判定するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業機。
【請求項７】
前記駆動部はモータであり、
前記モータを流れる電流を検出するように構成された電流検出部を更に備え、
前記推定部は、前記モータの始動時に前記電流検出部により検出された前記電流である突入電流から、前記イナーシャを推定するように構成されている、請求項３に記載の作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば草刈機、チェーンソー、ヘッジトリマなどのように、先端に設けられた作業要素を駆動させて作業を行う作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業者が把持する把持部の先端に設けられた作業要素を、モータや内燃機関の動力で駆動させて、作業要素に対応した作業を行う各種の作業機が知られている。このような作業機による作業中に、作業者による作業機の正常な使用を妨げるような異常状態が発生することがある。この種の異常状態としては、作業要素が岩や樹木などの固い物体に当たった場合に、その反動で作業要素が跳ね返るキックバックが挙げられる。
【０００３】
これに対して、特許文献１には、パイプ内に衝撃センサを設け、この衝撃センサにより検出された衝撃のレベルが所定値を超えた場合に、異常状態が発生したものと判定する電動草刈機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７５４８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、作業要素が固い物体に当たった場合に検出される衝撃のレベルと、反動に伴い作業機を把持する作業者に作用する力の大きさとは、必ずしも一致しない。検出される衝撃レベルが同じであっても、作業要素から把持部までの距離が短い作業機は長い作業機よりも、作業者に作用する力の大きさは小さくなる。すなわち、衝撃のレベルが同じであっても、作業機によっては、作業者が作業機を支えて正常な使用を続けられる場合もあれば、作業者が作業機を支えきれずに正常な使用を続けられない場合もある。
【０００６】
本開示の一局面は、作業機によらず一定の判定基準で、作業者による作業機の正常な使用を妨げるような異常状態を判定できる作業機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一局面の作業機は、駆動部と、本体部と、作業要素と、把持部と、判定部と、を備える。駆動部は、回転力を発生させる。本体部は、駆動部が取り付けられる。作業要素は、本体部の先端に取り付けられ、駆動部の回転力によって駆動される。把持部は、本体部に取り付けられ、作業者に把持される。判定部は、把持部において作業者が受ける偶力モーメントが、５０ｍｓあたり２００Ｎ・ｍを超えた場合に、異常状態と判定する。
【０００８】
本開示の一局面は、作業要素が物体に当たった際に、作業者が作業機を支えられずに反動で作業機が振られるか否かは、把持部において作業者が受ける偶力モーメントの大きさによることに着目したものである。偶力モーメントは、作業要素から把持部までの距離に応じた値、すなわち、作業機の個体差が考慮された値となる。したがって、把持部において作業者が受ける偶力モーメントを判定基準とすることにより、作業機によらず一定の判定基準で、作業者による作業機の正常な使用が妨げられる異常状態を判定することができる。
【０００９】
ここで、５０ｍｓあたり２００Ｎ・ｍの偶力モーメントを偶力閾値とし、駆動部の回転状態を検出するように構成された回転検出部を更に備えていてもよい。この場合、判定部は、予め設定された作業要素のイナーシャと、回転検出部により検出された駆動部の回転速度の変化量と、作業要素から前記把持部までの距離とを用いて推定した偶力モーメントが、偶力閾値を超えたか否か判定する。
【００１０】
作業要素が物体に当たると、作業要素の回転速度が変化し、回転速度の変化分のエネルギに応じた偶力が作業要素に作用する。そして、偶力は、作業要素のイナーシャと駆動部の回転速度の変化量とから推定され、偶力モーメントは、偶力と作業要素から把持部までの距離とから推定される。よって、作業要素のイナーシャと、回転速度の変化量と、作業要素から把持部までの距離とから偶力モーメントを推定して、偶力モーメントが偶力閾値を超えたか否か判定することができる。
【００１１】
あるいは、５０ｍｓあたり２００Ｎ・ｍの偶力モーメントを偶力閾値とし、駆動部の回転状態を検出するように構成された回転検出部と、作業要素のイナーシャを推定するように構成された推定部と、を更に備えていてもよい。この場合、判定部は、推定されたイナーシャと、回転検出部により検出された駆動部の回転速度の変化量と、作業要素から把持部までの距離と、を用いて、偶力モーメントを推定して、偶力モーメントが前記偶力閾値を超えたか否か判定する。
【００１２】
この場合、作業要素のイナーシャを推定するため、本体部に複数の作業要素を付け替えて使用する場合でも、各作業要素に対して、偶力モーメントが偶力閾値を超えたか否かを判定することができる。
【００１３】
さらに、判定部により異常状態と判定された場合に、駆動部を停止させるように構成された停止部を備えていてもよい。
これにより、異常状態が判定された場合に、作業要素の駆動が停止するため、作業者の安全を確保することができる。
【００１４】
また、駆動部は内燃機関であってもよく、内燃機関のクランク軸に初期回転を付与するセルモータを更に備えていてもよい。
セルモータを備えることにより、内燃機関を容易に停止状態から駆動状態にすることができる。ひいては、異常状態が判定されて内燃機関を停止させた場合でも、容易に作業要素を再駆動させることができる。
【００１５】
さらに、本体部の軸心及び作業要素の回転面に垂直な方向における、作業機への衝撃を検出するように構成された衝撃検出部を備えていてもよい。この場合、判定部は、更に、衝撃検出部により検出された衝撃が予め設定された衝撃閾値を超えた場合に、異常状態と判定する。
【００１６】
作業中に作業者が転倒した場合、作業者による作業機の正常な使用が妨げられるため、作業者が転倒した場合も異常状態と判定するとよい。そして、作業者が転倒した場合、作業機の後端側が落下し、本体部の軸心及び作業要素の回転面に垂直な方向において、作業機に大きな衝撃が加わる。よって、本体部の軸心及び作業要素の回転面に垂直な方向において、作業機に加わる衝撃を検出することで、作業者が転倒した場合も異常状態と判定することができる。なお、キックバックが発生した場合、本体部の軸心に垂直且つ作業要素の回転面に平行な方向において、作業機に衝撃が加わる。
【００１７】
また、駆動部はモータであってもよく、モータを流れる電流を検出するように構成された電流検出部を更に備えていてもよい。この場合、イナーシャ推定部は、モータの始動時に前記電流検出部により検出された前記電流である突入電流から、前記イナーシャを推定する。
【００１８】
モータの突入電流は、作業要素のイナーシャが大きいほど大きくなる。よって、検出された突入電流から作業要素のイナーシャを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態の草刈機の斜視図である。
【図２】モータ駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図３】制御回路が実行するモータ制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】モータの回転速度のタイムチャートである。
【図５】制御回路が実行するキックバック判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】制御回路が実行する回転閾値を設定する処理手順を示すフローチャートである。
【図７】エンジン駆動ユニットの内部構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
［１．構成］
図１に示すように、本実施形態の草刈機１は、メインパイプ２と、制御ユニット３と、駆動ユニット４と、カバー５と、ハンドル６とを備えている。メインパイプ２は、長尺かつ中空の棒状に形成されている。メインパイプ２の後端側に制御ユニット３が設けられ、メインパイプ２の前端側に駆動ユニット４およびカバー５が設けられている。なお、本実施形態の草刈機１は、本開示の一局面における作業機の一例である。
【００２１】
駆動ユニット４は、モータハウジング１６と、刈刃１７とを備えている。刈刃１７は、草や小径木などの刈り取り対象物（以下、草等）を刈り取るための作業要素であり、モータハウジング１６に対して着脱可能に構成されている。刈刃１７は、金属製であって、円板状の形状をなしており、外周全体に渡って鋸刃状の歯が形成されている。カバー５は、刈刃１７により刈り取られた草等が、草刈機１の使用者（以下、作業者）に飛んでくることを抑止するために設けられている。
【００２２】
モータハウジング１６の内部には、刈刃１７を駆動させるための回転力を発生するモータ５０が搭載されている。モータ５０の回転は、減速機構を介して刈刃１７が装着された作業要素回転軸に伝達される。
【００２３】
刈刃１７がモータ５０の回転力によって駆動されているときに、刈刃１７の外周部分を草等に当接させることで、草等を切断することができ、草等の刈り取り作業を行うことができる。
【００２４】
なお、草刈機１は、草等を刈り取るための作業要素として、刈刃１７に代えて、ナイロンコードを用いることもできる。この場合、モータハウジング１６には、刈刃１７に代えて、周知のナイロンコードアセンブリを装着すればよい。
【００２５】
ハンドル６は、Ｕ字状に形成されており、メインパイプ２の長さ方向における中間位置近傍でメインパイプ２に接続されている。ハンドル６の両端のうち一端側には作業者が右手で把持する右グリップ７が設けられ、他端側には作業者が左手で把持する左グリップ８が設けられている。
【００２６】
右グリップ７の先端側には、正逆切換スイッチ９、ロックオフボタン１０、及びトリガ引金１１が設けられている。正逆切換スイッチ９は、モータ５０の回転方向、つまり刈刃１７の回転方向を、正回転又は逆回転の何れかに切り替えるためのスイッチである。なお、正回転は、草等を刈り取る際に設定すべき回転方向であり、逆回転は、刈刃１７に絡まった草等を取り除く際に設定すべき回転方向である。
【００２７】
トリガ引金１１は、刈刃１７の回転又は停止を指示するための操作部材である。右グリップ７の内部には、トリガ引金１１と連動して動作するトリガスイッチ１２が内蔵されている。トリガスイッチ１２は、トリガ引金１１の操作時にオンし、トリガ引金１１の非操作時にオフして、そのオン、オフ状態を示すトリガ信号ＴＳを出力する。
【００２８】
ロックオフボタン１０は、刈刃１７の誤動作を防止するためのボタンである。ロックオフボタン１０が押下されていない状態では、ロックオフボタン１０がトリガ引金１１に機械的に係合する。これにより、トリガ引金１１の動きを規制し、トリガスイッチ１２がオン状態になることを阻止する。ロックオフボタン１０が押下された状態では、ロックオフボタン１０によるトリガ引金１１との係合が解除される。
【００２９】
右グリップ７の下端と制御ユニット３の前端の間には、制御配線パイプ１３が設けられている。制御配線パイプ１３は、中空の棒状に形成されており、内部には、トリガスイッチ１２及び正逆切換スイッチ９と制御ユニット３とを電気的に接続するための配線である制御用ハーネスが配設されている。
【００３０】
制御ユニット３は、後端ハウジング２１と、バッテリパック２２とを備えている。バッテリパック２２は、後端ハウジング２１に対してその後端部において着脱可能に構成されている。
【００３１】
バッテリパック２２には、バッテリ６０が内蔵されている。バッテリ６０は、後端ハウジング２１内の各部及びモータ５０へ電力を供給するための、繰り返し充電可能な電源である。バッテリ６０は、例えばリチウムイオン２次電池により構成されているが、これはあくまでも一例である。また、バッテリ６０の定格電圧は、例えば１８Ｖであるが、これもあくまでも一例である。
【００３２】
後端ハウジング２１の前端側には、変速ダイヤル２３及びメインスイッチ２４が、作業者が操作可能な状態で設けられていると共に、動作状態や異常等を報知するための表示部２５が、作業者が視認可能な状態で設けられている。
【００３３】
変速ダイヤル２３は、モータ５０の回転速度を可変設定するためのものである。
メインスイッチ２４は、バッテリ６０から各部への給電を開始させることで、草刈機１を使用可能な状態にするためのスイッチである。
【００３４】
表示部２５は、メインスイッチ２４が操作され各部への給電が行われているときに点灯する表示灯や、バッテリ６０の残容量を表示するための残容量表示灯、逆回転中であることを表示する逆転表示灯等を有する。
【００３５】
後端ハウジング２１の内部には、モータ駆動装置３０が配置されている。モータ駆動装置３０の主な機能は、モータ５０への通電を制御することによりモータ５０の回転を制御するモータ制御機能である。
【００３６】
なお、本実施形態のモータ５０は、本開示の一局面における駆動部の一例であり、本実施形態の刈刃１７は、本開示の一局面における作業要素の一例である。また、本実施形態のメインパイプ２は、本開示の一局面における本体部の一例であり、本実施形態のハンドル６は、本開示の一局面における把持部の一例である。
【００３７】
［２．モータ駆動装置］
次に、モータ駆動装置３０の構成について説明する。
図２に示すように、モータ駆動装置３０は、バッテリ６０とメインスイッチ２４を介して接続され、メインスイッチ２４がオンのときに、バッテリ６０から電力供給を受けてモータ５０を駆動可能な状態となる。
【００３８】
モータ駆動装置３０は、駆動回路３２、ゲート回路３４、制御回路３６、及び、レギュレータ３８を備える。
駆動回路３２は、バッテリ６０から電力供給を受けて、ブラシレスモータであるモータ５０の各相の巻線に電流を流す回路である。駆動回路３２は、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６からなる３相フルブリッジ回路として構成されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、例えばＭＯＳＦＥＴで構成されるが、これに限定されるものではない。
【００３９】
ゲート回路３４は、制御回路３６から出力された制御信号に従い、駆動回路３２内の各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせ、モータ５０の各相巻線に順次電流を流すことで、モータ５０を回転させる。なお、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を全てオフさせた場合、モータ５０はフリーランの状態となる。また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３をいずれもオフ、Ｑ４〜Ｑ６をいずれもオンさせた場合、モータ５０はいわゆる短絡ブレーキがかかった状態となる。
【００４０】
レギュレータ３８は、メインスイッチ２４がオンのときに、バッテリ６０から電源供給を受けて、制御回路３６を動作させるのに必要な一定の電源電圧Ｖｃｃ（例えば、直流５Ｖ）を生成する。
【００４１】
制御回路３６は、ＣＰＵ３６ａ、ＲＯＭ３６ｂ、ＲＡＭ３６ｃを含むマイクロコントローラ（マイコン）にて構成されている。制御回路３６には、上述したトリガスイッチ１２、正逆切換スイッチ９、変速ダイヤル２３、表示部２５が接続されている。
【００４２】
モータ駆動装置３０において、駆動回路３２からバッテリ６０の負極側に至る通電経路には、モータ５０に流れた電流を検出する電流検出回路５４が設けられている。また、モータ５０の近傍には、モータ５０を構成するロータの回転位置を検出する回転センサ５２が設けられている。回転センサ５２としては、光学エンコーダや、磁気エンコーダなどが採用される。そして、制御回路３６には、電流検出回路５４や回転センサ５２からの検出信号も入力される。
【００４３】
制御回路３６は、レギュレータ３８からの電源供給を受けて動作し、トリガスイッチ１２が操作されると、回転センサ５２からの回転検出信号に基づきモータ５０の回転位置及び回転速度を求める。そして、制御回路３６は、正逆切換スイッチ９や変速ダイヤル２３の設定に従って、所定の回転方向に所定の回転速度でモータ５０を駆動する。詳しくは、制御回路３６は、ゲート回路３４に出力する制御信号のデューティ比を変化させることで、モータ５０の回転速度を制御する。また、制御回路３６は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオン／オフさせるタイミングによって、回転方向や制動状態を変化させる。
【００４４】
さらに、制御回路３６は、こうしたモータ５０のための駆動制御とは別に、モータ駆動時に照明ＬＥＤを点灯させる制御や、表示部２５にバッテリ６０の残容量を表示する表示処理なども実行するが、ここでは説明を省略する。
【００４５】
なお、本実施形態の制御回路３６は、本開示の一局面における判定部及び停止部の一例であり、本実施形態の回転センサ５２は、本開示の一局面における回転検出部の一例である。
【００４６】
［３．駆動処理］
次に、制御回路３６が実行するモータ５０の駆動処理の処理手順について、図３のフローチャートを参照して説明する。メインスイッチ２４がオンになると、制御回路３６を構成するＣＰＵ３６ａは、モータ５０の駆動処理を、予め設定された周期（例えば、１ｍｓ）で繰り返し実行する。
【００４７】
ＣＰＵ３６ａは、本処理が起動すると、まず、ステップＳ１０において、異常フラグがセットされているか否か判定する。異常フラグは、後述するキックバック判定処理において、作業者による草刈機１の正常な使用を妨げるようなキックバックが発生したと判定された場合に、セットされるフラグである。つまり、異常フラグは、作業者が草刈機１を支えきれないような反動を受けたと判定された場合に、セットされるフラグである。
【００４８】
ステップＳ１０において、異常フラグがセットされていないと判定した場合は、ステップＳ２０に移行し、モータ５０を駆動可能か否か判定する。詳しくは、トリガスイッチ１２がオンになっており、バッテリ６０の残存容量が所定容量以上ある等のモータ５０を駆動する条件を満たしているか否かを判定する。
【００４９】
ステップＳ２０において、モータ５０を駆動可能と判定した場合は、ステップＳ３０に移行し、ゲート回路３４を介してモータ５０の駆動を開始する。一方、ステップＳ２０において、モータ５０を駆動不可能と判定した場合は、ステップＳ４０に移行し、モータ５０を停止する。ステップＳ４０では、モータ５０に、草刈機１の製品仕様に応じた制動ブレーキをかける。例えば、製品仕様に応じて、モータ５０に、フリーランの後に短絡ブレーキをかけたり、直ちに短絡ブレーキをかけたりする。
【００５０】
一方、ステップＳ１０において、異常フラグがセットされていると判定した場合は、ステップＳ５０に移行し、安全を確保するため、直ちにモータ５０に短絡ブレーキをかける。短絡ブレーキをかけることで、強い制動力でモータ５０の回転数が減少し、短時間でモータ５０が停止する。以上で、本処理を一旦終了する。なお、本実施形態において、ステップＳ５０の処理が、本開示の一局面における停止部が実行する処理の一例である。
【００５１】
［４．キックバック判定処理］
次に、制御回路３６が実行するキックバック判定処理の概要について説明する。作業者による草刈機１の正常な使用を妨げるような異常状態として、キックバックが挙げられる。キックバックは、草刈機１の刈刃１７が岩や樹木などの固い物体に当たった場合に、その反動で刈刃１７が跳ね返る現象である。
【００５２】
図４に示すように、時刻ｔ１で刈刃１７が物体に当たると、刈刃１７の回転速度が低下し始める。このとき、回転速度の低下分のエネルギに応じた力が刈刃１７に作用する。刈刃１７に作用する力は、ハンドル６に対して偶力Ｆとして作用する。そして、偶力Ｆ［Ｎ］と、刈刃１７からハンドル６までの距離Ｌ［ｍ］とに応じた、偶力モーメントＭ［Ｎ・ｍ］＝Ｆ［Ｎ］×Ｌ［ｍ］が、ハンドル６を把持する作業者に作用する。
【００５３】
偶力モーメントＭが比較的小さい場合は、作業者は反動を抑え込み、草刈機１を支えて正常な使用を続けられる。一方、偶力モーメントＭが比較的大きい場合は、作業者は反動を抑えこむことができず、草刈機１を支えて正常な使用を続けることができなくなる。作業者が、草刈機１の正常な使用ができなくなる偶力モーメントＭの偶力閾値は、実験又はシミュレーションにより、５０［ｍｓ］あたり２００［Ｎ・ｍ］となる値であることがわかった。よって、作業者に作用する偶力モーメントＭが偶力閾値を超えた場合に、異常状態であると判定して、異常フラグをセットすればよい。
【００５４】
ここで、偶力モーメントＭは、上述したように、刈刃１７の回転速度の変化量、すなわち、モータ５０の回転速度の変化量に対応する値となる。具体的には、刈刃１７のイナーシャをＩｐ［×１０−４ｋｇ・ｍ２］、ΔＴ［ｓ］間における回転速度の変化量ΔＮｓ［ｒｐｍ］とすると、偶力Ｆは、Ｆ＝Ｋ×Ｉｐ×（ΔＮｓ／ΔＴ）と表される。Ｋは係数である。なお、ここでは、１分間あたりのモータ５０の回転数を回転速度としている。
【００５５】
よって、刈刃１７のイナーシャＩｐと、回転速度の変化量ΔＮｓとから、偶力モーメントＭを推定して、偶力モーメントＭが偶力閾値を超えたか否か判定すればよい。使用する刈刃１７が決まっている場合は、予めイナーシャＩｐ及び係数Ｋを設定して、図４に示すように、予め設定された所定の時間ΔＴにおける、モータ５０の回転速度の変化量ΔＮｓから、偶力モーメントＭが偶力閾値を超えたか否かを判定すればよい。
【００５６】
ただし、モータ５０の回転速度は、草刈機１が太い根や樹木を切るなどの通常の切断動作をした場合にも、短期間低下する。草刈機１が通常の切断動作をした場合、モータ５０の回転速度は、一旦低下した後に回復する。そのため、時間ΔＴが短すぎると、草刈機１の通常の切断動作まで、異常状態と判定してしまう可能性がある。よって、時間ΔＴは、通常の切断動作に伴うモータ５０の回転速度の低下を、異常状態と判定しないようなある程度の長さを持った期間に設定されている。つまり、時間ΔＴは、草刈機１の通常の切断動作であれば、モータ５０の回転速度が低下し始めてから回復し始めるまでの期間よりも、長い期間に設定されている。本開示の一局面では、一例として、時間ΔＴを３２［ｍｓ］と設定している。なお、時間Ｔを２のべき乗とすると、制御回路３６を構成するＣＰＵ３６ａによる演算処理に適し、演算処理に要する時間を低減することができる。
【００５７】
次に、制御回路３６が実行するキックバック判定処理の処理手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。メインスイッチ２４がオンになると、制御回路３６を構成するＣＰＵ３６ａは、キックバック判定処理を、予め設定された周期で繰り返し実行する。
【００５８】
制御回路３６を構成するＣＰＵ３６ａは、本処理が起動すると、まず、ステップＳ１００において、トリガスイッチ１２の操作状態がオンになったか否か判定する。ステップＳ１００において、トリガスイッチ１２の操作状態がオフのままであると判定した場合は、一旦本処理を終了する。一方、ステップＳ１００において、トリガスイッチ１２の操作状態がオンになったと判定した場合は、ステップＳ１１０に移行し、回転センサ５２からの回転検出信号に基づき、モータ５０の回転速度を取得する。
【００５９】
続いて、ステップＳ１２０では、トリガスイッチ１２の操作状態がオフからオンに切り替わってから、１００ｍｓ経過したか否か判定する。つまり、モータ５０の駆動が開始されてから過渡期間を経過し、モータ５０の回転速度が安定状態になっているか否か判定する。なお、１００ｍｓは一例であり、判定値はモータ５０の仕様に応じて設定すればよい。
【００６０】
ステップＳ１２０において、１００ｍｓ経過していないと判定した場合は、ステップＳ１３０に移行して、判定フラグをクリアする。判定フラグは、後続の処理でキックバック判定を行うか否か示し、キックバック判定を行う場合にセットされるフラグである。
【００６１】
一方、ステップＳ１２０において、１００ｍｓ経過したと判定した場合は、ステップＳ１４０に移行して、モータ５０の回転速度が５０００ｒｐｍ以上か否か判定する。モータ５０の回転速度が、偶力閾値に対応する回転速度の変化量ΔＮｓよりも低い場合、キックバック発生時に偶力閾値を超えるような偶力モーメントは発生しない。ステップＳ１４０では、キックバックが発生した場合に、偶力閾値を超える偶力モーメントＭが発生するような回転速度になっているか否かを判定する。なお、５０００ｒｐｍは一例であり、判定値は作業要素に応じて設定すればよい。
【００６２】
ステップＳ１４０において、モータ５０の回転速度が５０００ｒｐｍ以上と判定した場合は、ステップＳ１５０に移行して、判定フラグをセットする。一方、ステップＳ１４０において、モータ５０の回転速度が５０００ｒｐｍ未満と判定した場合は、ステップＳ１６０に移行する。
【００６３】
続いて、ステップＳ１６０では、判定フラグがセットされているか否か判定する。ステップＳ１６０において、判定フラグがセットされていないと判定した場合は、ステップＳ１７０に移行し、異常フラグをクリアして、一旦本処理を終了する。
【００６４】
一方、ステップＳ１６０において、判定フラグがセットされていると判定した場合は、ステップＳ１８０に移行する。そして、ステップＳ１８０では、現時点から時間ΔＴ遡った時点までの期間、すなわち直近の３２ｍｓ間における、モータ５０の回転速度の最大値と最小値を取得する。
【００６５】
続いて、ステップＳ１９０では、ステップＳ１８０で取得したモータ５０の回転速度の最大値と最小値との差分、すなわち回転速度の変化量ΔＮｓが、回転閾値Ｎｔｈよりも大きいか否か判定する。回転閾値Ｎｔｈは、予め設定されているイナーシャＩｐを用いて、偶力モーメントＭが偶力閾値となる値に設定されている。本実施形態では、一例として、回転閾値Ｎｔｈを７２２５ｒｐｍとする。つまり、ステップＳ１９０では、回転速度の変化量ΔＮｓ及びイナーシャＩｐから推定した偶力モーメントＭが、偶力閾値を超えているか否か判定する。
【００６６】
ステップＳ１９０において、回転速度の変化量ΔＮｓが回転閾値Ｎｔｈ以下と判定した場合は、本処理を一旦終了する。一方、ステップＳ１９０において、回転速度の変化量ΔＮｓが回転閾値Ｎｔｈよりも大きいと判定した場合は、ステップＳ２００に移行する。
【００６７】
ステップＳ２００では、モータ５０が減速中か否か判定する。具体的には、ステップＳ１８０で取得した最大値よりも、ステップＳ１８０で取得した最小値の方が、新しいデータである場合に、モータ５０が減速中であると判定する。
【００６８】
ステップＳ２００において、モータ５０が減速中ではないと判定した場合は、本処理を一旦終了する。一方、ステップＳ２００において、モータ５０が減速中と判定した場合は、ステップＳ２１０に移行して、異常フラグをセットする。図４は、時刻ｔ２において、異常フラグがセットされ、短絡ブレーキがかけられた様子を示す。以上で、本処理を一旦終了する。なお、本実施形態において、上記キックバック判定処理が、本開示の一局面における判定部が実行する処理の一例である。
【００６９】
［５．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ハンドル６において作業者が受ける偶力モーメントＭを、キックバック判定の判定基準とすることにより、作業機によらず一定の判定基準で、作業者による作業機の正常な使用が妨げられるキックバックの発生を判定することができる。
【００７０】
（２）刈刃１７のイナーシャＩｐと、回転速度の変化量ΔＮｓと、刈刃１７からハンドル６までの距離Ｌとから偶力モーメントＭを推定して、偶力モーメントＭが偶力閾値を超えたか否か判定することができる。
【００７１】
（３）異常状態が判定された場合に、モータ５０に短絡ブレーキがかけられ、モータ５０の駆動が急停止される。これに伴い、刈刃１７の駆動が急停止されるため、作業者の安全を確保することができる。
【００７２】
（第２実施形態）
［１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００７３】
前述した第１実施形態では、刈刃１７のイナーシャＩｐを予め設定し、それに応じて回転閾値Ｎｔｈも予め設定していた。これに対し、第２実施形態では、制御回路３６が、モータ５０の始動時の突入電流から刈刃１７のイナーシャＩｐを推定し、推定したイナーシャＩｐに応じて回転閾値Ｎｔｈを設定する点で、第１実施形態と相違する。
【００７４】
［２．回転閾値設定処理］
次に、制御回路３６が実行する回転閾値Ｎｔｈの設定処理の処理手順について、図６のフローチャートを参照して説明する。メインスイッチ２４がオンになると、制御回路３６を構成するＣＰＵ３６ａは、回転閾値Ｎｔｈの設定処理を１回実行する。なお、制御回路３６は、第１実施形態において説明した駆動処理及びキックバック判定処理を別途実行する。
【００７５】
ＣＰＵ３６ａは、本処理が起動すると、まず、ステップＳ３００において、トリガスイッチ１２の操作状態がオンになったか否か判定する。ステップＳ３００において、トリガスイッチ１２の操作状態がオフのままであると判定した場合は、オンになるまで待機する。
【００７６】
ステップＳ３００において、トリガスイッチ１２の操作状態がオンになったと判定した場合は、ステップＳ３１０に移行し、電流検出回路５４からの検出信号に基づいて、突入電流を取得する。
【００７７】
続いて、ステップＳ３２０において、ステップＳ３１０で取得した突入電流から、イナーシャＩｐを推定し、推定したイナーシャＩｐを用いて、回転閾値Ｎｔｈを、偶力モーメントＭが偶力閾値となる値に設定する。以上で本処理を終了する。なお、本実施形態において、上記回転閾値設定処理が、本開示の一局面における推定部が実行する処理の一例である。
【００７８】
［３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）〜（３）に加え、以下の効果が得られる。
【００７９】
（４）刈刃１７のイナーシャＩｐを推定して回転閾値Ｎｔｈを設定するため、刈刃１７を含む複数種類の作業要素を駆動ユニット４に付け替えて使用する場合でも、各作業要素に対して、偶力モーメントＭが偶力閾値を超えたか否か判定することができる。
【００８０】
（５）モータ５０の始動時の突入電流は、刈刃１７のイナーシャＩｐが大きいほどおおきくなる。よって、検出された突入電流から刈刃１７のイナーシャＩｐを推定することができる。
【００８１】
（第３実施形態）
［１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００８２】
前述した第１実施形態では、回転変化に基づいて異常状態を判断した。これに対し、第３実施形態では、異常状態として、キックバックの発生と、作業者の転倒、詳しくは作業者の転倒に伴う草刈機１の後端側の落下を衝撃検出によって検出する。
【００８３】
第３実施形態では、図２に破線で示すように、加速度センサ２７を備える。加速度センサ２７は、後端ハウジング２１内に設置され、その検出信号は制御回路３６に入力される。
【００８４】
ここで、図１に示すように、メインパイプ２の軸心と平行な方向を前後方向Ｄｚとする。また、前後方向Ｄｚに垂直な方向であって、且つ刈刃１７の回転面に平行な方向を左右方向Ｄｘとする。また、左右方向Ｄｘ及び前後方向Ｄｚの双方に垂直な方向を上下方向Ｄｙとする。草刈機１を用いて刈取り作業をしている作業者が作業中に転倒すると、草刈機１に対して上下方向Ｄｙに大きな衝撃が生じ、上下方向Ｄｙに大きな加速度が生じる。なお、草刈作業中にキックバックが発生すると、左右方向Ｄｘに衝撃が生じ、左右方向Ｄｘに加速度が生じる。
【００８５】
加速度センサ２７は、検出軸が上下方向Ｄｙと一致するように、後端ハウジング２１内に設置され、上下方向Ｄｙの加速度を検出する。制御回路３６は、上述した駆動処理及びキックバック判定処理を実行するとともに、転倒判定処理を実行する。制御回路３６は、転倒判定処理として、加速度センサ２７の検出信号に基づいて、上下方向Ｄｙの加速度が、予め設定された衝撃閾値Ａｙを超えた場合に、異常状態と判定して、異常フラグをセットする。衝撃閾値Ａｙは、転倒の発生の有無を判断するための判定値である。なお、本実施形態の加速度センサ２７は、本開示の一局面における衝撃検出部の一例である。
【００８６】
また、加速度センサ２７は、２軸又は３軸の加速度を独立して検出可能なセンサでもよい。この場合、加速度センサ２７は、少なくとも２つの検出軸が上下方向Ｄｙと左右方向Ｄｘとに一致するように、後端ハウジング２１内に設置され、少なくとも上下方Ｄｙと左右方向Ｄｘの加速度を検出する。そして、制御回路３６は、上下方向Ｄｙの加速度が衝撃閾値Ａｙを超えた場合に、異常状態と判定する。
【００８７】
さらに、制御回路３６は、キックバック判定処理のステップＳ１９０において、回転速度の変化量ΔＮｓが回転閾値Ｎｔｈを超え、且つ、左右方向Ｄｘの加速度が衝撃閾値Ａｘを超えているか否か判定するようにしてもよい。衝撃閾値Ａｘは、通常の作業よりも大きな衝撃が左右方向Ｄｘに生じたことを判定する判定値である。この場合、回転閾値Ｎｔｈは、イナーシャＩｐを用いて予め設定されている値よりも小さい値にしてもよい。ステップＳ１９０において、左右方向Ｄｘの加速度の条件を追加することで、回転速度の変化量ΔＮｓの条件を緩くしても、回転速度の変化量ΔＮｓの条件のみで判定する場合と同程度の精度で、キックバックの発生を判定することができる。このように、複数の検出値を用いて判定することで、回転速度の変化量ΔＮｓのみを用いて判定する場合よりも、異常状態でないにもかかわらず異常状態と判定することを抑制できる。
【００８８】
ここで、異常状態でないにもかかわらず異常状態と判定する場合は、通常作業であっても製品に衝撃が加わる場合に発生する。たとえば、特開２０１３−０３４４０４号に記載されているように、欠損したコード状の刈刃をコードホルダから繰り出す動作である。コードホルダのスプールには、コード状の刈刃が巻きつけられている。スプールの下部にあるコード送出ボタンを地面に打ち付けることによって、スプールに巻かれたコード状の刈刃に遠心力が作用し、その結果、刈刃が送出される。
【００８９】
衝撃のみを検出する場合には、上記の動作を異常と判断してしまう場合があり得るが、たとえば回転速度の変化量と衝撃検出とを併せることによって、より高精度に通常作業と異常状態とを判定することもできる。
【００９０】
なお、第２実施形態に係る作業機１においても、転倒の発生を異常状態と判定してもよい。
[２．効果]
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態及び第２実施形態の効果（１）〜（５）に加え、以下の効果が得られる。
【００９１】
（６）草刈機１に加わる衝撃を検出することで、作業者が転倒して、作業者による草刈機１の正常な使用が妨げられた場合も、異常状態と判定することができる。
（７）回転変化と衝撃とを併せることによって、より高精度に異常状態を判定することができる。このため、正常な作業を異常状態と判断することを防止又は抑制できる。
【００９２】
（第４実施形態）
［１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００９３】
前述した第１〜第３実施形態では、刈刃１７はモータ５０の回転力により駆動した。これに対し、第４実施形態では、刈刃１７はエンジン２００の回転力により駆動する。
第４実施形態の草刈機１は、メインパイプ２の後端側に、制御ユニット３の代わりに、図７に示す駆動ユニット７００を備える。そして、メインパイプ２の前端側には、駆動ユニット４が設けられていない。駆動ユニット７００は、エンジン２００と、セルモータユニット３００と、制御回路５００を備える。
【００９４】
エンジン２００は、燃料タンク２１０と、クランク軸２２０と、イグニッションコイル２３０と、ピストン２４０と、点火プラグ２５０等、を備える、周知の２サイクルの小型エンジンである。クランク軸２２０は、メインパイプ２の内部を通る駆動軸を介して、刈刃１７の回転軸に接続されている。これにより、刈刃１７は、エンジン２００の回転力で駆動される。
【００９５】
制御回路５００は、ＣＰＵ５００ａ、ＲＯＭ５００ｂ、ＲＡＭ５００ｃを含むマイクロコントローラ（マイコン）にて構成されている。クランク軸２２０の近傍には、クランク軸２２０の回転位置を検出するクランク角センサ２５２が設けられている。制御回路５００には、クランク角センサ２５２からの検出信号が入力される。制御回路５００は、エンジン２００の駆動制御を実行する。また、制御回路５００は、制御回路３６と同様に、モータ５０の回転速度の代わりに、エンジン２００の回転速度を用いて、キックバック判定処理を行う。なお、本実施形態のクランク角センサ２５２は、本開示の一局面における回転検出部の一例である。
【００９６】
セルモータユニット３００は、セルモータ３２０と、動力伝達機構３５０とを備える。セルモータ３２０は、図示しないバッテリの電力によって回転力を発生する直流モータであって、エンジン２００の始動時にクランク軸２２０に初期回転を付与する。動力伝達機構３５０は、セルモータ３２０の回転軸とクランク軸２２０との間に設定され、セルモータ３２０の駆動力をクランク軸２２０に伝達する。
【００９７】
セルモータユニット３００は、トリガスイッチ１２の操作状態がオフからオンに切り替わると作動し、クランク軸２２０に駆動力を伝達する。これにより、クランク軸２２０に初期回転が付与され、エンジン２００が始動する。
【００９８】
なお、駆動ユニット７００は、第２実施形態及び第３実施形態の草刈機１に適用してもよい。駆動ユニット７００を第２実施形態に適用する場合、制御回路５００は、例えば、エンジン２００の始動時における回転速度の上昇率からイナーシャＩｐを推定すればよい。イナーシャＩｐが小さいほど、エンジン２００の回転速度の上昇率は大きくなる。
【００９９】
[２．効果]
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１〜第３実施形態の効果（１）〜（４）及び（６）に加え、以下の効果が得られる。
【０１００】
（８）セルモータ３２０を備えることにより、エンジン２００を容易に停止状態から駆動状態にすることができる。ひいては、異常状態が判定されてエンジン２００を停止させた場合でも、容易に刈刃１７を再駆動させることができる。
【０１０１】
（他の実施形態）
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【０１０２】
（ａ）第１〜第３実施形態では、異常状態が判定された場合に、短絡ブレーキを用いてモータ５０を停止させたが、これに限定されるものではない。例えば、短絡ブレーキの代わりに機械的なブレーキを用いてもよい。モータ５０を停止させることができれば、どのようなブレーキを用いてもよい。
【０１０３】
（ｂ）第２実施形態において、制御回路３６は、突入電流からイナーシャＩｐを推定したが、これに限定されるものではない。例えば、制御回路３６は、モータ５０の始動時におけるモータ５０の回転速度の上昇率から、イナーシャＩｐを推定してもよい。イナーシャＩｐが小さいほど、始動時における回転速度の上昇率は大きくなる。
【０１０４】
（ｃ）第１〜第３実施形態において、制御回路３６は、回転センサ５２の検出信号を用いず、モータ５０に流れた電流やモータ５０に印加された電圧のような駆動情報から、いわゆるオブザーバ手法を用いて、回転速度を推定してもよい。この場合、回転センサ５２の代わりに、モータ５０に印加された電圧を検出する電圧検出回路を設ければよい。
なお、第４実施形態におけるクランク角センサ２５２に変えて、フライホイールに埋め込まれた磁石による磁束の変化に基づいて、回転を検出してもよい。
【０１０５】
（ｄ）本発明は、草刈機への適用に限らず、例えばチェーンソー、ヘッジトリマ、バリカンなど、回転力により作業要素が駆動されるように構成された各種の作業機に対して適用可能である。
【０１０６】
（ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【０１０７】
（ｆ）上述した作業機の他、作業機の異常状態を判定する異常判定装置、異常判定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、異常状態判定方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…草刈機、２…メインパイプ、３…制御ユニット、４…駆動ユニット、５…カバー、６…ハンドル、１２…トリガスイッチ、１７…刈刃、２１…後端ハウジング、２７…加速度センサ、３０…モータ駆動装置、３６…制御回路、５０…モータ、５２…回転センサ、５４…電流検出回路、６０…バッテリ、２００…エンジン、２２０…クランク軸、２５２…クランク角センサ、３２０…セルモータ、５００…制御回路。
【図１】
2018057326.tif 000003
【図２】
2018057326.tif 000004
【図３】
2018057326.tif 000005
【図４】
2018057326.tif 000006
【図５】
2018057326.tif 000007
【図６】
2018057326.tif 000008
【図７】
2018057326.tif 000009