JP2005273734A - トロイダル型変速機を有する作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】トロイダル変速機構による高効率の伝動特性を確保した上で、必要な作動油についてそのコスト負担を抑えることができるトロイダル型変速機を有する作業車両を提供することにある。
【解決手段】トロイダル変速機構を内装したトランスミッションケース２、作業機昇降用油圧シリンダ７２を備える作業車両において、上記トランスミッションケース２の内部は、仕切壁９により前後に仕切って２つの区画Ａ，Ｂに区分し、その前側の区画Ａにトロイダル変速機構のバリエータ２１を内装すると共に、そのパワーローラ４４，４４…を駆動する第一の作動油を充填する一方、前記ケース２の後側の区画Ｂに少なくともＨｉＬｏクラッチ２３および、作業機系油圧クラッチ機構１２を内装すると共に、このＨｉＬｏクラッチ２３と油圧クラッチ機構１２の内部ピストンＲ１、及び前記作業機昇降用油圧シリンダ７２を駆動する第二の作動油を充填する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トランスミッションケース内にトロイダル変速機を備えた作業車両に関するものである。

特許文献１に示すように、トラクタ等の作業車に適用され、フルトロイダル型の変速機構をミッションケース内に備えて動力を変速制御する作業車用変速装置が知られている。この作業車用変速装置は、トロイダル変速機構の出力ディスクから取出した変速動力を側方に並列する中間伝動軸上の遊星ギヤ機構に導いて正逆転を含む幅広い速度幅の走行動力を効率良く変速出力することができる。

しかし、上記作業車用変速装置は、バリエータを始めとしてその変速動力の伝動系を油圧制御によって切替えるＨｉＬｏクラッチ、その他の伝動系を制御する油圧クラッチ式変速機構等の油圧作動機器のために多くの作動油を要するのみならず、トロイダル変速機構の入出力ディスク間を転動接触するパワーローラによる伝動効率を確保するための特殊な専用作動油を必要とすることから、その高効率の伝動特性と引き換えに作動油について大きなコスト負担を強いられるという問題を内包している。
特開２００３−７４６５９号公報

解決しようとする問題点は、トロイダル変速機構による高効率の伝動特性を確保した上で、必要な作動油についてそのコスト負担を抑えることできる作業車用変速装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、トランスミッションケースの後部に作業機昇降用油圧シリンダを備え、同ケース内に、エンジンから伝達された入力動力を、パワーローラの駆動により無段変速するバリエータ機構及びその変速動力の伝達トルクを高低二段階に切替える油圧クラッチ式ＨｉＬｏクラッチを有するトロイダル変速機構を介して駆動輪へ伝達すると共に、前記エンジンから伝達された入力動力を、作業機系動力として油圧クラッチ機構を介してＰＴＯ軸へ伝達する作業車両において、上記トランスミッションケースの内部は、仕切壁により前後に仕切って２つの区画に区分し、その前側の区画に上記トロイダル変速機構のバリエータを内装すると共に、前記パワーローラを駆動する第一の作動油を充填する一方、前記ケースの後側の区画に少なくとも前記ＨｉＬｏクラッチおよび油圧クラッチ機構を内装すると共に、このＨｉＬｏクラッチと油圧クラッチ機構の内部ピストン、及び前記作業機昇降用油圧シリンダを駆動する第二の作動油を充填したことを特徴とする。上記トロイダル変速機構のバリエータは、トランスミッションケース内で仕切壁によって他の区画から仕切られ、それぞれの区画に別系統の油圧系により個別に作動油が供給される。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成において、前記作業車両の油圧系を、前記バリエータに備えられたパワーローラおよびバリエータの入出力ディスクの支持軸上に設けられ、両ディスクを接近方向へ押圧するシリンダ室へ第一の作動油を供給する第一の系統と、前記油圧クラッチ機構へ第二の作動油を供給する第二の系統と、から構成され、夫れ夫れのポンプから圧油を供給してなることを特徴とする。上記第一の系統により第一の作動油がバリエータのパワーローラおよびエンドロードに限定して供給され、また、第二の系統により第二の作動油が油圧クラッチ機構に供給される。

請求項３に係る発明は、請求項１の構成において、前記作業車両の油圧系には、バリエータのエンドロード室内の油圧を所定圧に調整する制御弁を備えたことを特徴とする。上記エンドロードに作用する油圧が制御弁により応答性よく所定油圧に調整される。

本発明の作業車用変速装置は、以下の効果を奏する。
請求項１に係る発明の効果は、バリエータと他の機器とに分けて異なる油圧系により、トランスミッションケースの別区画内でそれぞれ作動油を供給するようにしたことから、トロイダル変速機構の伝動効率を確保した上で、バリエータに必要な専用作動油を最小限度に抑えてその所要コストの低減を図ることができる。

請求項２に係る発明の効果は、請求項１の効果に加え、バリエータ用の第一の油圧系により作動油がパワーローラおよびエンドロードに供給されることから、専用の作動油を必要な機器に限定集中することによりパワーローラによる伝動を確保することができる。

請求項３に係る発明の効果は、請求項１の効果に加え、エンドロードが応答性よく所定油圧に調整されるように構成したことから、バリエータの変速特性を高精度で確保することができる。

本発明の実施の形態について、以下に図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る作業車両の１例を示す農用トラクタの側面図である。農用トラクタは、前輪ａと後輪ｂとを備えた機体前部にエンジンｃを搭載し、このエンジンｃの回転動力を変速装置１に伝達し、この変速装置１で適宜減速された動力を前輪ａと後輪ｂとに伝達するとともに、後部のＰＴＯ軸ｋを介して作業機Ｋ１に出力するように構成している。また、オペレータによる操作のために、ステアリングハンドルｈの前側に運転状態を表示するモニタｍ、下側に前後進切換の前後進切換レバーｎとアクセルレバーＬ、基部にブレーキペダルｔ１とアクセルペダルｐ、ミッションケース２の上部に設けた操縦席ｑの脇に変速レバー７等が配置され、図示せぬ制御部により自動変速可能に構成される。

上記変速装置の軸線展開要部断面図とその透視正面図をそれぞれ図２、図３に示す。変速装置１は、ミッションケース２内に、その前段のケース入力軸３、作業伝動軸４、走行伝動軸５、中段の作業中間軸６、前輪出力軸７等を前後方向に平行に軸支し、それぞれに必要な伝動機構を構成することにより、受けたエンジン動力を走行系と作業系に変速出力するものである。また、ミッションケース２は鋳物製で、フロントケース２ａとミッドケース２ｂとリヤケース２ｃとからなり、そのフロントケース２ａには、その後段寄りに内部を横断するようにして前後の区画Ａ，Ｂに仕切る金属製の仕切壁９を形成する。

ケース入力軸３は、ミッションケース２の前端部に軸支されてエンジン動力を受ける。作業伝動軸４は、ケース入力軸３から動力を受けるギヤ４ａを前端部に備え、仕切壁９を貫通してミッションケース２内を縦断するように後方まで延び、その後端部に作業系伝動制御部としてＰＴＯ正逆切替クラッチ１２等を備える。

走行伝動軸５はケース入力軸３から同方向の回転動力を受けるギヤ５ａを前段側に備え、トロイダル変速機構のバリエータ２１、仕切壁９の後側に続く差動部２２、ＨｉＬｏ２つのクラッチからなる高低切替部２３、ドライブピニオン２４等を同一軸線上に備えて構成する。

作業中間軸６は、ミッションケース２の中段位置から後端に及び、その前部に作業中間軸６の回転方向を正逆に切替える切替部３１を備える。この切替部３１は、ＰＴＯ正逆切替クラッチ１２を介して作業中間軸６の前部に伝動された動力の回転方向を切替え、正転動力または逆転動力を伝動する。

前輪出力軸７は、走行伝動軸５の後段部からの分岐動力を受けるギヤ７ａを後端部に備え、前部には油圧制御によって増速切替する前輪増速用クラッチ３２を備えてミッションケース２の前部に前輪動力を出力する。

走行伝動軸５に備えたフルトロイダル型変速機構のバリエータ２１は、その専用作動油を供給するポンプ２１ａとともにミッションケース２の前側区画Ａ内に配置する。この変速機構は、前後配置の２つの入力ディスク４１，４２と、その間に配置した出力ディスク４３と、互いの対向面を円環凹面状に形成してこれらの対向面間に１２０°の等分周間隔で介設するパワーローラ４４…とによって構成する。前側の入力ディスク４１は、軸線方向にエンドロードの油圧を受けつつ走行伝動軸５によって一体に回動支持し、出力ディスク４３は、後方に延びるスリーブ状の伝動部材４５を取付けて走行伝動軸５上に軸支するとともに、同伝動部材４５上に後側の入力ディスク４２を軸支することにより、パワーローラ４４…の傾斜に応じた無段変速動力を出力ディスク４３により出力する。各パワーローラ４４…には油圧シリンダ４４ａを備えてその進退位置によって傾斜角度を制御するとともに、それぞれのシリンダロッド４４ｂに形成した油路を介して専用作動油を受けることにより伝動性を確保する。

差動部２２は、走行伝動軸５の後端部に一体に取付けた軸端部材５１を中心に構成する。この軸端部材５１は後側の入力ディスク４２と連結して一体に回動するとともに差動ギヤ体５３を軸支、この差動ギヤ体５３に出力ディスク４３の回動力を伝動部材４５を介して受ける。差動ギヤ体５３の後段には、逆転停止域を含む２速の差動動力を出力する同心構成の内外の伝動部材５４，５５を噛合伝動し、その一方を油圧動作による高低切替部２３に逆転入力することにより、２速の差動動力の切替えの際の回動方向を揃えて連続的な変速出力をドライブピニオン２４に伝動する。高低切替部２３の後段には、内側の伝動部材５４の後方の同一軸線上に走行出力軸５６を配置する。

作業伝動軸４の後端部のＰＴＯ正逆切替クラッチ１２は作業系動力を油圧制御により断接する伝動制御部であり、その後段から正逆転出力を選択可能に作業中間軸６に伝動するべく切替部３１を構成する。また、走行出力軸５６の後段に連結した延長軸５６ｅから分岐動力を受ける中間ギヤ８ａ，８ｂを作業中間軸６に軸支し、同中間ギヤ８ａ，８ｂの回動力を受けるギヤ７ａを前輪出力軸７に設けることにより、走行出力軸５６から走行動力を分岐して前輪出力軸７に伝動する。

つぎに、作業車用変速装置１の油圧系の構成について説明する。
作業車用変速装置１の油圧系は、そのミッションケース２内を横断する仕切壁９によって前後に仕切られたそれぞれの区画Ａ，Ｂについて油圧系を個々に構成することによって個別に作動油を供給する。前側の区画Ａの油圧系は、専用作動油（第一の作動油）を要する走行伝動軸５の前段部のバリエータ２１を管轄し、他の区画Ｂの油圧系は、一般の作動油（第二の作動油）による走行伝動軸５の後段部およびその他の作業機系の伝動機器を管轄する。

バリエータ２１の油圧系について詳細に説明すると、図４の油圧系統図に示すように、ミッションケース２の区画Ａの内底部にポンプ２１ａを配置し、このポンプ２１ａにより、各パワーローラ４４…にその油圧シリンダ４４ａのシリンダロッド４４ｂの軸端から専用作動油を供給する。この作動油により、入力ディスク４１，４２と出力ディスク４３との間の伝動を確保するべく、潤滑と冷却を行う。

全パワーローラ４４…を操作する油圧シリンダ４４ａには、電磁比例減圧弁６１，６１からパイロットピストンに油圧を受ける設定圧可変のレデュースバルブ６２，６２を伸縮の両方向について対称に設け、それぞれの圧力検出部４４ｃ，４４ｃに基づいて各パワーローラ４４…を進退することによってその伝動傾斜角度を制御する。

また、バリエータ２１のエンドロードに圧力制御弁６３を介設し、パワーローラ油圧シリンダ４４ａ側の油圧を受けることにより同油圧シリンダ４４ａの作動圧と連動して油圧をエンドロード用の内部ピストンＲ１に供給する。この圧力制御弁６３は、エンドロード圧によるパイロット制御によってその応答性を確保し、必要によりレデュースポジション６３ａを設けて最大圧力を規制するべく制御することにより、シリンダ圧の高い方の圧力と略同圧として過負荷圧を防止しつつ各パワーローラ４４…の転動接触圧を調整する。これらの専用作動油は前側区画Ａ内に限定して循環使用する。

その他の一般の作動油による油圧系は、図５の油圧系統図に示すように、ミッションケース２の後側区画Ｂの範囲、すなわち、走行伝動軸５の後段部の前輪駆動変速用クラッチ３２等、作業伝動軸４の作業系制御用のＰＴＯ正逆切替クラッチ１２等の機器の潤滑および油圧制御、および、旋回用ブレーキ制御シリンダ７１、作業機昇降用油圧シリンダ７２、作業機ローリング油圧シリンダ７３、パワステシリンダ７４、作業シリンダ７５、その他の作業用アクチュエータの作動油を２連ポンプ７０により供給制御する。

特に、走行伝動軸５の後段部のＨｉＬｏクラッチによる高低切替部２３は、その後段の走行出力軸５６に油圧制御弁７６から油圧を供給し、中立ポジションでＰＡＢオープン制御することによってＨｉ―Ｌｏの両方に油圧を供給し、Ｈｉ―Ｌｏ切替え時の応答性およびスムーズな変速が可能となる。

上記油圧制御弁７６は、必要により、電磁比例減圧弁７７によって圧力設定可変なリリーフバルブ７８を設けてクラッチ圧力を制御することにより、クラッチ切替え時の応答性の更なる向上および更にスムーズな変速が可能となる。また、機体の急ブレーキ作動時（ブレーキ作動スイッチまたは出力軸回転の急激なダウン等）に、クラッチが適度に滑る程度に圧力を降下するべく油圧制御することによってエンジンブレーキ動作が可能となる。このブレーキ対応制御に際し、機体の停車までにギヤードニュートラル近辺に戻すようにバリエータ２１のパワーローラ４４…を制御することにより、再発進時のスムーズな変速が可能となる。

これらの油圧系の制御部８１は、図６の入出力信号系統図に示すように、検出部４４ｃ，４４ｃによるパワーローラ４４の圧力に基づいて、電磁比例減圧弁６１，６１による設定圧可変のレデュースバルブ６２，６２を制御して全油圧シリンダ４４ａ…を伸縮制御する他、エンドロード圧を調整する圧力制御弁６３、ＨｉＬｏクラッチ２３の高低切替えの圧力制御弁７６、同ＨｉＬｏクラッチ２３のクラッチ圧制御用の圧力制御弁７７，７８を制御する。このように油圧系機器を駆動制御することにより、前述の変速制御が可能となる。

つぎに、バリエータ２１の第２の油圧系構成例について説明する。以下において、前記同様の部材はその符号を付すことによって説明を省略する。図７の油圧系統図に示すように、エンドロードにノーマルオープンタイプの電磁比例減圧弁９２を介設し、また、油圧シリンダ４４ａの伸縮制御にリリーフバルブ９３，９３を設ける。電磁比例減圧弁９２により、パイロット圧力としてエンドロード圧力が高すぎるときに若干低くすることにより、油圧シリンダ４４ａの伸縮動作圧の高い方と略同圧にしてエンドロード側の反応圧を素早く制御することができる。

図８は、バリエータ２１の第３の油圧系構成例の油圧系統図である。油圧シリンダ４４ａの圧力制御部を電磁比例減圧弁によって構成することにより、前記同様に、エンドロード側の反応圧を素早く制御することができ、油圧シリンダ４４ａの動作圧の高い方と略同圧となり、過負荷圧を防止できる。また、電磁比例減圧弁は２１ｋｇｆ／ｃｍ２（最大５０ｋｇｆ／ｃｍ２まで）の圧力制御とすることにより、電流―圧力特性を幅広くとることができるので、制御上細かな圧力を得ることが可能となる。

図９は、バリエータ２１の第４の油圧系構成例の油圧系統図である。油圧シリンダ４４ａの伸縮制御用のリリーフバルブ９４，９４を介してシリンダロッド４４ｂの軸端から作動油を供給する。前後進制御の場合（１０ｋｍ／ｈ以下）においてエンドロード側のピストン圧をパワーローラ４４の負荷を下げる程度に若干下げるように制御することにより、、素早くパワーローラ４４を反対側（後進側）に操作して前後進作業に素早く反応することができる。

本発明の作業車両の側面図である。 図１の作業車用変速装置の軸線展開要部断面図である。 図２の作業車用変速装置の透視正面図である。 バリエータの油圧系の油圧系統図である。 一般の作動油による油圧系の油圧系統図である。 油圧系の制御部の入出力信号系統図である。 バリエータの第２の油圧系構成例を示す油圧系統図である。 バリエータの第３の油圧系構成例を示す油圧系統図である。 バリエータの第４の油圧系構成例を示す油圧系統図である。

符号の説明

１ 変速装置
２ トランスミッションケース
３ ケース入力軸
４ 作業伝動軸
５ 走行伝動軸
６ 作業中間軸
７ 前輪出力軸
９ 仕切壁
１２ 伝動切替用クラッチ（油圧クラッチ式変速機構）
１２ａ 圧力制御弁
２１ バリエータ
２１ａ ポンプ
２２ 差動部
２３ ＨｉＬｏクラッチ（高低切替部）
３２ 前輪増速クラッチ（油圧クラッチ式変速機構）
４１，４２ 入力ディスク
４３ 出力ディスク
４４ パワーローラ
４４ａ 油圧シリンダ
４４ｂ シリンダロッド
５６ 走行出力軸
６３ 圧力制御弁
７０ ２連ポンプ
７２ 作業機昇降用油圧シリンダ
７５ 作業シリンダ（作業用アクチュエータ）
８１ 制御部
Ａ 前側区画
Ｂ 後側区画
ｃ エンジン
Ｒ１ 内部ピストン

Claims (3)

1. トランスミッションケース（２）の後部に作業機昇降用油圧シリンダ（７２）を備え、同ケース（２）内に、エンジン（ｃ）から伝達された入力動力を、パワーローラ（４４，４４…）の駆動により無段変速するバリエータ機構（２１）及びその変速動力の伝達トルクを高低二段階に切替える油圧クラッチ式ＨｉＬｏクラッチ（２３）を有するトロイダル変速機構を介して駆動輪（ａ，ｂ）へ伝達すると共に、前記エンジン（ｃ）から伝達された入力動力を、作業機系動力として油圧クラッチ機構（１２）を介してＰＴＯ軸（Ｋ）へ伝達する作業車両において、
   上記トランスミッションケース（２）の内部は、仕切壁（９）により前後に仕切って２つの区画（Ａ，Ｂ）に区分し、その前側の区画（Ａ）に上記トロイダル変速機構のバリエータ（２１）を内装すると共に、前記パワーローラ（４４，４４…）を駆動する第一の作動油を充填する一方、
   前記ケース（２）の後側の区画（Ｂ）に少なくとも前記ＨｉＬｏクラッチ（２３）および油圧クラッチ機構（１２）を内装すると共に、このＨｉＬｏクラッチ（２３）と油圧クラッチ機構（１２）の内部ピストン、及び前記作業機昇降用油圧シリンダ（７２）を駆動する第二の作動油を充填したことを特徴とするトロイダル型変速機を有する作業車両。
2. 前記作業車両の油圧系を、前記バリエータ（２１）に備えられたパワーローラ（４４）およびバリエータ（２１）の入出力ディスク（４１，４２，４３）の支持軸上に設けられ、両ディスク（４１，４２，４３）を接近方向へ押圧するシリンダ室（Ｒ１）へ第一の作動油を供給する第一の系統と、前記油圧クラッチ機構（１２）へ第二の作動油を供給する第二の系統と、から構成され、夫れ夫れのポンプ（７０，２１ａ）から圧油を供給してなることを特徴とする請求項１記載のトロイダル型変速機を有する作業車両。
3. 前記作業車両の油圧系には、バリエータ（２１）のエンドロード室（Ｒ１）内の油圧を所定圧に調整する制御弁（６３）を備えたことを特徴とする請求項１記載のトロイダル型変速機を有する作業車両。
   

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