JP2004011769A

JP2004011769A - 静油圧式無段変速装置

Info

Publication number: JP2004011769A
Application number: JP2002166063A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Nakatani; 中谷　安信
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15
Also published as: FR2840662B1; DE10316675B4; US20030226357A1; GB2389407A; DE10316675A1; GB0306086D0; US6874319B2; FR2840662A1; GB2389407B; KR20030095211A; KR100501599B1

Abstract

【課題】現状の油圧システムに加える改造をできるだけ小規模なものに済ませながら、最大トルクの増大できるＨＳＴを提供する。
【解決手段】可変容量型油圧ポンプＰと、これによる圧油で作動する油圧モータＭ１，Ｍ２を２個設け、これら２個の油圧モータＭ１，Ｍ２の圧油入力側ポート２５，２６どうし、及び排油側ポート２７，２８どうしを連通接続して並列回路ｈを形成するとともに、第１油圧モータＭ１を定容量型に、かつ、第２油圧モータＭ２を可変容量型にそれぞれ構成し、２個の油圧モータＭ１，Ｍ２の各出力回転を合流させて単一の出力回転として取出すための出力合流機構Ａを設け、第２油圧モータＭ２を、これの斜板角が、第１油圧モータＭ１の斜板角に等しい第１速度状態と、０度となる第２速度状態との２状態切換型に構成する。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラクタ、ホイールローダ等の作業機に用いられる静油圧式無段変速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の静油圧式無段変速装置は、特開平１１−５９２１０号公報に示されたように、一つの油圧モータと一つの油圧ポンプから成る構造、いわゆる１ポンプ・１モータ型に構成されているのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、１ポンプ・１モータ型の静油圧式無段変速装置（以下、ＨＳＴと略称する）は、油圧モータは定容量型であって、油圧ポンプのみ可変容量型に構成されており、これら油圧ポンプと油圧モータの各容量によってＨＳＴの出力回転、及び出力トルクの各特性が決定される。つまり、最低速操作を行ったときの油圧モータの出力トルクは、設定された負荷圧力（リリーフ弁による最大回路圧）を越えることはできない。
【０００４】
例えば、適用される作業機の種類等によっては、ＨＳＴの最大トルクを強化したいことがあるが、その場合の対策としてまず考えられるのは、油圧モータの大型化と、油圧モータの可変容量化である。油圧モータの大型化、すなわち、油圧モータの容量を大きく（減速比を高く）する手段では、それに合わせて油圧ポンプの容量も大きくしなければならないので、油圧系全体としての改造が必要になる点で困難性がある。また、油圧モータを可変容量型とすることで、より低速回転を可能として高トルク化を図る手段では、油圧モータの許容回転数からＨＳＴとしての減速比が制限されてしまい、所期の減速比領域を満たすことが困難になるという問題がある。このように、いずれの手段でも更なる改善の余地が残されているものであった。
【０００５】
本発明の目的は、現状の油圧システムに加える改造をできるだけ小規模なものに済ませながら、最大トルクの増大できるＨＳＴを提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔構成〕
請求項１の構成は、静油圧式無段変速装置において、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプによる圧油で作動する油圧モータを２個設け、これら２個の油圧モータの圧油入力側ポートどうし、及び排油側ポートどうしを連通接続して並列回路を形成するとともに、２個の油圧モータのうちの少なくとも一方を可変容量型の油圧モータに構成し、これら２個の油圧モータの各出力回転を合流させて単一の出力回転として取出すための出力合流機構を設けてあることを特徴とする。
【０００７】
〔作用〕
請求項１の構成は、２個の油圧モータを並列接続して単一の出力回転として取り出すことにより、ある出力回転速度におけるトルクを従来のほぼ２倍にする考えである。すなわち、圧油入力側ポートどうし、及び排油側ポートどうしが連通接続された２個の油圧モータを装備する構造、すなわち、油圧モータをタンデムで並列接続する構造とし、しかも、いずれか一方の油圧モータを可変容量型に構成したので、一方の油圧モータが定容量型である場合には、合流された出力回転速度が同一となるように、他方の可変容量型油圧モータの出力回転速度を調節することにより、その状態での出力トルクをほぼ２倍にすることが可能であるとともに、可変容量型油圧モータの出力回転速度が０となるように調節すれば、定容量型油圧モータを１個のみ装備したものと同じ状態にすることができる。そして、油圧モータの双方が可変容量型である場合には、合流された回転速度が等しくなるように両油圧モータの出力回転速度を調節することにより、その調節された出力回転速度における出力トルクを従来のほぼ２倍にすることが可能になるとともに、一方の可変容量型油圧モータの出力回転速度が０となるように調節すれば、他方の可変容量型油圧モータのみによる出力状態とすることができる。
【０００８】
従って、一方の油圧モータのみを可変容量型とする場合には、可変容量型の油圧モータを並列接続状態で追加設定することにより、従来と同じ出力回転速度域を有するようにしながら、トルクがほぼ２倍となる出力回転速度を低速域に設定することで、従来よりも低速トルクが強化することを実現できるようになった。また、双方の油圧モータを可変容量型とする場合でも、定容量型油圧モータを可変容量型に変更し、かつ、可変容量型の油圧モータを並列接続状態で追加設定することにより、従来と同じ出力回転速度域を有するようにしながら、トルクがほぼ２倍となる出力回転速度を低速域に設定することで、従来よりも低速トルクを強化することが可能になった。
【０００９】
〔効果〕
その結果、請求項１に記載のＨＳＴでは、少なくとも一方が可変容量型とされた油圧モータの２個を並列接続した１ポンプ・２モータ構成とする構造工夫により、可変容量型油圧モータを１個付設する程度の局部的な改造で済むようにしながら、所望の変速領域の確保と最大トルクの強化との双方の要求を満たすことができた。
【００１０】
〔構成〕
請求項２の構成は、静油圧式無段変速装置において、可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプによる圧油で作動する油圧モータを２個設け、これら２個の油圧モータの圧油入力側ポートどうし、及び排油側ポートどうしを連通接続して並列回路を形成するとともに、２個の油圧モータのうちの一方を可変容量型の油圧モータに、かつ、他方を定容量型の油圧モータに構成し、
可変容量型の油圧モータを、これの斜板角が、定容量型の油圧モータにおける斜板角に等しい第１速度状態と、０度となる第２速度状態との２状態切換型に構成してあることを特徴とするものである。
【００１１】
〔作用〕
請求項２の構成によれば、定容量型油圧モータと可変容量型油圧モータによる２個の油圧モータを並列接続して単一の出力回転として取り出すことにより、従来のほぼ２倍の最大トルクを得る考えである。すなわち、可変容量型の油圧モータを、これの斜板角が、定容量型の油圧モータにおける斜板角に等しい第１速度状態と、０度となる第２速度状態との２状態切換型としたので、可変容量型の油圧モータを第１速度切換状態にすれば、出力トルクがほぼ２倍になるから、油圧ポンプの単位時間当たりの圧油吐出量を最も絞った最大トルクをほぼ２倍にすることが可能になる。そして、可変容量型の油圧モータを第２速度状態にすれば、低容量型油圧モータが１個装備されたと同じ状態となり、従来通りの変速領域を得ることができる。
【００１２】
〔効果〕
請求項２に記載のＨＳＴでは、高低２速の切換構造とされた可変容量型油圧モータを並列接続状態として１個付設するという、できるだけ少ない改造で済む工夫により、ほぼ２倍の最大トルクを発揮できるものとしながら、必要となる変速領域も確保できる合理的なものとして提供できるに至った。
【００１３】
〔構成〕
請求項３の構成は、請求項１又は２の構成において、２個の油圧モータを、それらの出力軸どうしが一直線上に並ぶように配置してあることを特徴とするものである。
【００１４】
〔作用〕
請求項３の構成によれば、２個の油圧モータを、それらの出力軸が一直線上に並ぶように配置されるから、例えば、２個の油圧モータの出力軸どうしをギヤ連動させて１つの出力軸とする構造に比べて、前後方向には長いが、上下左右方向にはコンパクトになるといった具合に、出力軸の径方向への嵩張りが軽減された変速装置を構成することが可能になる。また、２個の油圧モータが同じ出力回転速度である場合には、出力軸どうしを直結することができ、さらにコンパクト化することが可能である。
【００１５】
〔効果〕
請求項３に記載のＨＳＴでは、２個の油圧モータを、それらの出力軸どうしが一直線上に並ぶように配置する工夫により、出力軸方向に交差する方向の寸法がをンパクト化することができた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に農用トラクタが示されおり、Ｅはエンジン、１は前輪、２は後輪、３はボンネット、４は運転部、５はエンジン、６は走行用ミッション、７は車体、８は運転座席、９はＰＴＯ軸、１０は後部作業装置、１１は後輪用フェンダ、ｇはガード部材である。
【００１７】
図２、図３に、走行用ミッション６の主要部であるＨＳＴ１２が、そして図４にはその油圧回路図がそれぞれ示されている。このＨＳＴ１２は、入力軸１３に入力されたエンジン動力を平ギヤ連動機構１４を介して、可変容量型の油圧ポンプＰのポンプ軸１５に伝動し、油圧ポンプＰの圧油によって作動する２個の油圧モータＭ１，Ｍ２それぞれの出力軸１６，１７をカップリング１８（出力合流機構Ａの一例）を用いて直結連動してあり、１ポンプ・２モータ型に構成されている。なお、図４において、一点破線で囲まれた部分がミッションケース６ｃであり、その外側に描かれたもの（チャージポンプ１９の吐出側油路１９ａや後述の電磁切換弁３９等）は、外部配管やケース外付け部品となっている。
【００１８】
ポンプ軸１５には、ＨＳＴ１２用のチャージポンプ１９が装備されるとともに、その先端をミッションケース６ｃ外に突出させてあり、ライブＰＴＯ軸等に利用できる突出先端軸部２０としてある。ミッションケース６ｃは、主として油圧ポンプＰ及び第１油圧モータＭ１とを覆う主ケース部２１、入力軸１３等を軸支する蓋ケース部２２、第２油圧モータＭ２を覆うモータケース部２３、及び、主ケース部２１とモータケース部２３との間に介装される油路ブロック２４を有して構成されている。
【００１９】
図４に示すように、プランジャ式の油圧ポンプＰは可変容量型に、アキシャルピストン式の第１油圧モータＭ１は定容量型に、そして、アキシャルピストン式の第２油圧モータＭ２は可変容量型にそれぞれ構成されており、これら２個の油圧モータＭ１，Ｍ２の圧油入力側ポート２５，２６どうし、及び排油側ポート２７，２８どうしを連通接続して並列回路ｈを形成して、一対の給排油路２９，３０を介して油圧ポンプＰに接続してある。３４，３５は、前進側及び後進側の最大負荷圧を設定する走行用のリリーフ弁であり、３６は回路圧の上限を設定する主リリーフ弁である。なお、入力側と排油側各ポート２５〜２８は、ＨＳＴ１２としての出力回転方向が正転のときと逆転のときとでは、その機能が互いに反対となる。
【００２０】
油圧ポンプＰの斜板操作部３３に連動している油圧式の変速シリンダ３１を変速バルブ３２の切換えによって操作することにより、油圧ポンプＰの斜板角が変化して単位時間当たりの圧油の吐出量を変化させ、その吐出された圧油のエネルギーを第１及び第２油圧モータＭ１，Ｍ２によって回転力に変換して、入力軸１３からの回転動力を前進側と後進側とに切換え自在であるとともに、前進側と後進側のいずれにおいても無段階に変速して出力軸１７から取り出し、図示しない副変速機構等を介して後輪２に伝達するように、ＨＳＴ１２が機能する。
【００２１】
第２油圧モータＭ２を、これの斜板角が、第１油圧モータＭ１における斜板角に等しい第１速度状態と、０度となる第２速度状態との２状態切換型に構成してある。図４に示すように、第２油圧モータＭ２の斜板３７の斜板操作部３７ａに作用する切換シリンダ３８と、この切換シリンダ３８を切換え操作する２位置切換え型の電磁切換弁３９と、そのボタンスイッチ４０とを設けてある。つまり、ボタンスイッチ４０を操作して、電磁切換弁３９を切換えて切換シリンダ３８を伸縮動させることにより、斜板３７が傾斜した第１速度状態（図３に示す状態）と、斜板３７が垂直に立って傾角が０となる第２速度状態（図２に示す状態）とが選択切換え自在に構成されている。
【００２２】
切換シリンダ３８は、シリンダ室４１ａとピストンロッド４１ｂとで成る操作部４１と、復帰バネ４２ａと押しロッド４２ｂとで成る戻し部４２とを、モータケース部２３内において対向配置して構成されており、シリンダ室４１ａに圧油を供給して復帰バネ４２ａの付勢力に抗して強制的にピストンロッド４１ｂを押し出せば図３に示す第１速度状態になり、シリンダ室４１ａから排油すれば、復帰バネ４２ａの付勢力によって押しロッド４２ｂが斜板操作部３７ａを０度位置に押し戻し、図２に示す第２速度状態に自己復帰するのである。
【００２３】
第２油圧モータＭ２は、その出力軸１７の軸心が、第１油圧モータＭ１の出力軸１６の軸心Ｘと一致して一直線上に並ぶように配置されている。従って、モータ部として見た場合は、軸心Ｘ方向（前後方向）には長いが、上下及び左右方向にはコンパクトに形成できおり、ミッションのスペースが前後に長くなるトラクタ等に好適な配置レイアウトになっている。
【００２４】
第１速度状態では、両油圧モータＭ１，Ｍ２が同斜板角となるので、第１油圧モータＭ１による場合のほぼ２倍のトルクを発生することができる。理論上トルクは２倍になるが、実際には機械的な摩擦損失等のエネルギーロスが存在するので、出力軸１７から取り出されるトルクは「ほぼ２倍」になる。従って、この第１速度状態で油圧ポンプＰを最低速操作すれば、従来のほぼ２倍の最大トルクを発生できるので、泥濘地におけるプラウ作業等の負荷トルクが非常に大きくなる作業走行に好適なものとなる。また、傾角が０となる第２速度状態では、圧油が第２油圧モータを素通りするような状態となるので、実質的に第１油圧モータＭ１のみが装備された１モータ状態のＨＳＴとして使用することができる。
【００２５】
〔別実施形態〕
例えば、第２油圧モータＭ２の出力軸１７の回転をギヤ減速機構によって２分の１に減速して第１油圧モータＭ１の出力軸１６に連動するように構成し、第１速度状態のときには、第２出力軸１７の回転速度が第１出力軸１６の回転速度の２倍となるように、第２油圧モータＭ２の斜板３７の傾角を調節設定する構造のものでも良い。この場合は、ギヤ減速機構が出力合流機構Ａに相当する。
【００２６】
本発明をコンバインや田植機、運搬車等の作業機の変速装置として適用自在であるとともに、２個の油圧モータＭ１，Ｍ２の双方を容量可変型にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラクタの側面図
【図２】第２速度状態でのＨＳＴの構造を示す側面図
【図３】第１速度状態でのＨＳＴの構造を示す側面図
【図４】ＨＳＴの油圧回路図
【符号の説明】
１６，１７　　　出力軸
２５，２６　　　入力側ポート
２７，２８　　　出力側ポート
Ａ　　　　　　　出力合流機構
Ｐ　　　　　　　油圧ポンプ
Ｍ１，Ｍ２　　　油圧モータ
ｈ　　　　　　　並列回路

Claims

可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプによる圧油で作動する油圧モータを２個設け、これら２個の油圧モータの圧油入力側ポートどうし、及び排油側ポートどうしを連通接続して並列回路を形成するとともに、前記２個の油圧モータのうちの少なくとも一方を可変容量型の油圧モータに構成し、これら２個の油圧モータの各出力回転を合流させて単一の出力回転として取出すための出力合流機構を設けてある静油圧式無段変速装置。
可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプによる圧油で作動する油圧モータを２個設け、これら２個の油圧モータの圧油入力側ポートどうし、及び排油側ポートどうしを連通接続して並列回路を形成するとともに、前記２個の油圧モータのうちの一方を可変容量型の油圧モータに、かつ、他方を定容量型の油圧モータに構成し、前記２個の油圧モータの各出力回転を合流させて単一の出力回転として取出すための出力合流機構を設け、
前記可変容量型の油圧モータを、これの斜板角が、前記定容量型の油圧モータにおける斜板角に等しい第１速度状態と、０度となる第２速度状態との２状態切換型に構成してある静油圧式無段変速装置。
前記２個の油圧モータを、それらの出力軸どうしが一直線上に並ぶように配置してある請求項１又は２に記載の静油圧式無段変速装置。