JP2006017142A - 動力車両の変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力車両のミッションを構成する際にクラッチをミッションケース内にコンパクトに収容させて機体の前後長が長くならないようにする。
【解決手段】ミッションケース６内に固定される円筒状固定ドラム５０の中央を壁５５で仕切り、仕切壁５５の前後に空間部を形成し、前後いずれかの空間部に第１クラッチＡと第２クラッチＢを設け、仕切壁５５を挟んだ反対側の空間部には第３クラッチＣと第４クラッチＤを収容すると共に、第２クラッチＢは第１クラッチＡの半径方向外側に、第４クラッチＤは第３クラッチＣの半径方向外側に設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、トラクタや建設車両等の動力車両の変速装置に関するものである。

従来からトラクタ等の動力車両には油圧クラッチを用いた変速装置が用いられている。
一般的には、機体の前後進操作を行なうリバーサ機構に油圧クラッチを使ったり、主変速装置に油圧クラッチを用いることが多い。特に大型のトラクタでは操作性の向上を図る目的とクラッチ接続時のショックを軽減する目的から主変速装置のみならず副変速装置まで油圧クラッチを用いることが多い。例えば、特許文献１には、エンジンの後方に油圧式リバーサ機構を設け、その伝動後位に４段変速が可能な油圧式主変速装置と副変速装置を設けたものが記載されている。
特開平８−３３８５２５号公報（図１）

前記の従来装置の場合、油圧クラッチは回転する円筒状のドラムの前後に背中合わせ状に２組のクラッチを設けることしかできず、変速部を構成するためには油圧クラッチを支持する伝動軸とは別のカウンタ軸を設けなければならず、最低２軸が必要となる。リバーサ機構を設ける場合も同様で円筒状ドラムの前後に前進クラッチと後進クラッチを設け、さらに逆転用のアイドル軸を設けなければならず、ミッションケースの軸穴加工が増えたり内部の構造自体が複雑になり機体の前後長さも長くなるという欠点があった。

その上、回転ドラムには２組のクラッチしか収容できないから変速段数を増やすとすれば、このような回転ドラムが前後に複数個並び、全体的に前後方向の長さが長くなる欠点があったのである。

この発明が解決しようとする課題は、機体の全長を長くせずに、ミッションケース内をコンパクトに構成できる変速装置を提供することにある。

このため、請求項１の発明は、次のような構成を採用した。即ち、ミッションケース６内に固定される円筒状固定ドラム５０の中央を壁５５で仕切り、仕切壁５５の前後に空間部を形成し、前後いずれかの空間部に第１クラッチＡと第２クラッチＢを設け、仕切壁５５を挟んだ反対側の空間部には第３クラッチＣと第４クラッチＤを収容したことを特徴とする動力車両の変速装置とした。

請求項２の発明は、第１クラッチＡと第２クラッチＢは側面視において前後方向に少なくとも一部が重複し、第１クラッチＡが半径方向内側で第２クラッチＢがその外側となるように構成すると共に、反対側の第３クラッチＣは半径方向内側に、第４クラッチＤはその外側に設けたことを特徴とする請求項１記載の動力車両の変速装置とした。

請求項１、２に記載の発明による効果は次の通りである。即ち、請求項１の発明では中央の壁５５を挟んで４つのクラッチＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄがドラム５０の中に前後２組ずつ収容されているので、ミッションケース６の中に変速装置がコンパクトに収まり、機体の長さを短くすることができる。また、請求項２の発明は２つのクラッチＡ，Ｂ（Ｃ，Ｄ）が半径方向に並べて収められているので、軸長手方向には嵩張らず、従って４つのクラッチＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄからなる変速装置をミッションケース６内にコンパクトに収めることができる特徴を有する。

以下、図面に基づいて実施例を説明する。
図１はトラクタ１の側面図である。このトラクタ１は操舵用の前輪２，２と大径の後輪３，３を有し、ボンネット４内に搭載したエンジン５の回転動力をミッションケース６内の変速装置によって適宜減速し、その回転動力を前輪２，２と後輪３，３に伝達するように構成している。回転動力を後輪３，３のみに伝達するようにしてもよいが、この実施例では前輪２，２と後輪３，３に伝達するようにしている。

なお、動力伝達経路については後述するが、ミッションケース６内には機体の進行方向を切替える前後進切替装置８と車速を変更する変速装置９が設けられている。そして、ステアリングハンドル１１の横に設けた前後進切替レバー１０を前後方向に動かすことによって機体が前進若しくは後進するようになっている。また、ミッションケース６の後上部には油圧シリンダケース１４が設けられ、この油圧シリンダケース１４の左右両側にはリフトアーム１５，１５が回動自在に枢着されている。リフトアーム１５，１５とロワーリンク１６，１６との間にはリフトロッド１７，１７が介装連結され、ロワーリンク１６，１６の後部には作業機であるロータリ耕耘装置１８が連結されている。操縦席１２の横に設けた油圧操作レバー２０を上昇側に操作して油圧シリンダケース１４内に収容されている油圧シリンダ（図示省略）に作動油を供給するとリフトアーム１５，１５が上昇側に回動され、リフトロッド１７、ロワーリンク１６等を介してロータリ耕耘装置１８が上昇する。反対にこの油圧操作レバー２０を下降側に操作すると油圧シリンダ内の作動油は油圧タンクを兼ねるミッションケース６内に排出され、リフトアーム１５，１５を下降回動させる。

前記ロータリ耕耘装置１８は耕耘部２１と耕耘部２１上方を覆う主カバー２２と主カバー２２後部に枢着されたリヤカバー２３等を有する。
次に図２、図３に基づいて動力伝達経路について説明する。エンジン５のフライホイル２５と一体の出力軸２７後方には遊星ギヤ機構２８を介して前後進切替装置８と高低切替装置２９が設けられている。

遊星ギヤ機構２８はキャリヤ３０と複数個のプラネットギヤ３２…とサンギヤ３４等からなり、プラネットギヤ３２…はキャリヤ３０に固着された３本のピン３５…に夫々回転自在に支持されている。１つのプラネットギヤ３２は大小の２段ギヤ３２ａ，３２ｂからなり、前記出力軸２７の端部に形成した出力ギヤ２７ａがプラネットギヤ３２の大径ギヤ３２ａに噛み合い、このプラネットギヤ３２の小径ギヤ３２ｂはキャリヤ３０にピン３７にて支持されたギヤ３９に噛み合い、このギヤ３９がサンギヤ３４に直接噛み合うように構成している。

符号４０は中心部において軸長手方向に沿うボス部４０ａを有する断面形状が椀状の回転体であり、進行方向前側が開口されており、この回転体４０は前記キャリヤ３０に図示外のボルトによって一体的に固着されている。従ってキャリヤ３０が回転するとこの回転体４０も一緒に回転する。これらキャリヤ３０と回転体４０が一体になったものは前後２箇所がベアリング４１，４２によって支持されている。

サンギヤ３４は断面形状がクランク状をなし、サンギヤ３４の歯部３４ａと反対側（後端側）は半径方向外側に向けて径が大きく拡がった円筒部３４ｂが形成され、この円筒部３４ｂには前後方向に沿うスリット（図示省略）が設けられ、このスリットにドーナツ状の摩擦板４４…が複数枚、前後に移動はできるが回転はできない状態で嵌合装着されている。

回転体４０の内側に嵌合されたピストン４６がシリンダ室４７内に流入した作動油によって前側に移動させられると前記摩擦板４４…は圧着されてキャリヤ３０とサンギヤ３４を一体化する。この状態ではサンギヤ３４とスプライン嵌合している伝動軸４８が正転方向に回転させられて機体は前進する。

なお、この実施例ではこのピストン４６が前後進切替装置８の前進クラッチを構成するものであり、以下前進用のクラッチを第１クラッチＡと呼ぶ。この第１クラッチＡの半径方向外側には第２クラッチＢである後進クラッチが設けられる。

第１クラッチＡと第２クラッチＢを収容する固定ドラム５０は円筒状をなし、中央部には前後の空間部を仕切る仕切壁５５が設けられている。更に第１クラッチＡと第２クラッチＢとの間を仕切るように介装された回転体４０のスリット部４０ａと、固定ドラム５０の外周縁前端部のスリット部５０ａとの間にもドーナツ状で複数の摩擦板５２…が介装され、この摩擦板５２…をシリンダ室５８内に収容された後進用のピストン５３が押圧するとキャリヤ３０が固定されて回転を停止し、サンギヤ３４のみが回転させられ、その結果、伝動軸４８が逆向きに回転し、機体を後進させるようにしている。

固定ドラム５０はミッションケース６に着脱可能に取り付けられるものであって、仕切壁５５には油路５７が形成されており、この油路５７と前進用のシリンダ室４７、後進用のシリンダ室５８が夫々接続されている。

一方、仕切壁５５の後側空間部には前側と同じように半径方向に２室が設けられ、半径方向の内側の室には皿バネ６０が設けられ、外側の室にはシリンダ室６２とピストン６３が設けられている。符号６５は前側空間部に配設された回転体４０に相当する第２の回転体であり、固定ドラム５０に設けたベアリング６６により回転自在に支持されている。回転体４０の外周には前後方向に沿うスリット６８が複数個設けられ、このスリット６８…と伝動軸４８の大径部４８ａとの間には軸長手方向には移動できるが回転はできない状態で複数個の摩擦板７０…が介装されている。この回転体６５のスリット６８…と固定ドラム５０の後部外周に設けた前後方向に沿うスリット７２…との間にも軸長手方向には移動できるが回転はできない状態で複数個の摩擦板７４…が介装されている。また、両摩擦板７０，７４同士の間には１枚のセパレータプレート７５が設けられ、このセパレータプレート７５を皿バネ６０で常時前側に向けて押圧すべく構成している。セパレータプレート７５は前記ピストン６３を非作動側に押し戻す役目を果たす。即ち、このセパレータプレート７５は前後方向に移動可能な状態で摩擦板７０と摩擦板７４との間に設けられており、常態では半径方向内側の摩擦板７０同士を圧着して外側の摩擦板７４間には隙間がある状態とし、反対にシリンダ室６２内に作動圧油を流入させてピストン６３を後方へ移動させると半径方向内側の摩擦板７０同士には隙間が生じるが外側の摩擦板７４同士は圧着されるように構成している。

なお、この実施例では内側の皿バネ６０を第３クラッチＣと呼び、その外側のピストン６３を第４クラッチＤと呼ぶ。
更に前記の第２回転体６５の後部には前側キャリヤ３０と同じようにキャリヤ７７が一体的に固着され、このキャリヤ７７にもピン７８によってプラネットギヤ７９が回転自在に支持されている。

プラネットギヤ７９は大径ギヤ７９ａと小径のギヤ７９ｂからなり、大径ギヤ７９ａは伝動軸４８側のギヤ８２に噛み合い、小径のギヤ７９ｂは出力軸８０のギヤ８０ａに噛み合っている。

このような構成において、皿バネ６０によってセパレータプレート７５が摩擦板７０…を押圧しているときは伝動軸４８と回転体６５とが一体となり、従って後キャリヤ７７も回転体６５と一体となってベアリング６６の周りを回転し、出力軸８０から高速の回転が取り出されるように構成している。

そして、シリンダ室６２に作動油が供給されると皿バネ６０に抗してピストン６３が後方へ向けて移動し、回転体６５及びキャリヤ７７を固定ドラム５０に押し付け、これらを固定する。このため、伝動軸４８の回転は伝動軸４８の後方寄り部位に設けられたギヤ８２、プラネットギヤ７９等を順次介して出力軸８０側に取り出される。この場合、先の場合よりも減速された比較的低速の回転が出力軸８０から取り出されることになる。言い換えると、第３クラッチＣが繋がった状態では高速状態となり、第４クラッチＤが接続されると低速状態に切り替るように構成している。

以上の説明からわかるように、固定ドラム５０に対して中央の仕切壁５５を挟んで前側に第１クラッチＡと第２クラッチＢが設けられ、仕切壁５５の後側には第３クラッチＣと第４クラッチＤが設けられ、第１クラッチＡは第２クラッチＢよりも半径方向内側にあり、第３クラッチＣは第４クラッチＤよりも内側に設けられているのである。しかも、第１クラッチＡと第２クラッチＢとは前後方向において重なり、第３クラッチＣと第４クラッチＤも前後方向に一部重なるように構成したので、４つのクラッチＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有するものでありながら変速装置の前後方向の長さを大幅に短縮することができるのである。

なお、この実施例では第３クラッチを皿バネ６０を用いた機械式のクラッチで構成したが、この第３クラッチも他の３つのクラッチのように油圧式のクラッチで構成してもよいのである。

次に図３の動力伝達線図に基づいて伝動系の概略の構成を説明する。この図は、トラクタ１のミッションケース６内に組み込まれた動力伝達機構を模式的に表したものであり、図２で述べた機構に類似する変速装置をもう１組その後方に連結して４段の変速部を構成したものである。図２の変速ユニット８３は固定ドラム５０の仕切壁５５の前側に前後進切替装置８を設け、後側に高低速切替機構２９を設ける構成としたが、その後方に設けられた変速ユニット８４は、前側の変速ユニット８３の後半分を前後対称にした形態となっている。従って、この後側のユニット８４だけで４段の変速が可能になる。前側のユニット８３を含むと前後２組の変速ユニット８３，８４により前進側８段、後進側８段の変速が可能となるものである。

図３において、主変速以下の構成を説明すると、主変速装置の後方には３段変速可能な副変速装置８６が設けられている。
副伝動軸８７上に設けられた前側のシフタ８８を前方に移動させると副変速の「高速」が得られ、このシフタ８８を後側に移動させると副変速の「中速」が得られ、後側のシフタ８９を後方へ移動させると副変速の「低速」が得られ、これらの変速された回転動力がドライブピニオン軸９１に伝達される。ドライブピニオン軸９１の動力は更に後輪デフ装置９２、後輪最終減速機構９３を介して後車軸９４に伝達される。

一方、ドライブピニオン軸９１から分岐した前輪駆動用の動力は、等速四駆クラッチ９５と増速クラッチ９６からなる前輪増速装置９７に伝達され、等速四駆クラッチ９５が接続されると後輪３と前輪２の周速度が略等しい状態で前後輪２，３が駆動され、増速クラッチ９６が接続されると前輪駆動軸９８は増速回転され、前輪２は後輪３よりもその周速度が倍になって回転するように構成されている。なお、図３において符号９９は前輪デフ装置、１００は前輪ファイナルケース部の減速機構、１０１は前輪最終減速機構である。

次に同図に基づいてＰＴＯ系の動力伝達機構を説明する。エンジン５の回転動力はギヤ機構１０４を介して ＰＴＯ駆動軸１０５に伝達され、このＰＴＯ駆動軸１０５の後部にはＰＴＯクラッチ１０６が設けられ、更にその後方に軸の回転方向を正逆に切り替える正逆転切替装置１０８が設けられている。正逆転切替装置１０８の後方には高低２段の切替が可能な変速装置１０９が設けられ、ここで変速された回転がＰＴＯ軸１１０から取り出される。従って、この実施例では正転、逆転とも２段の回転がとれるようになっている。

次に図４に示す油圧回路について説明する。油圧ポンプ１１５から送り出された作動圧油は比例減圧弁１２０に入って一定の圧力に保持され、前進クラッチと後進クラッチと高低切替用のクラッチと１・２速切替用のクラッチと３・４速切替用のクラッチを夫々制御する比例制御弁１２１，１２２，１２３，１２４，１２５に送られる。これらの比例制御弁はＣＰＵを有するコントローラ１２７からの指令によって弁の開口量が制御されるが、この中でも前進クラッチと後進クラッチは、クラッチペダル１２９の回動基部に設けられたポテンショメータ１２８からの信号を受けて比例制御がなされる。したがって、従来の機械式クラッチを有するトラクタや自動車のようにクラッチペダル１２９の踏込量に応じて半クラッチ状態が作り出せるものである。前後進切替装置８以外の比例制御弁１２２，１２３，１２４、１２５については、変速のタイミングや車速、負荷の状態等に応じてコントローラ１２７から指令が出され、クラッチ接続のタイミングが適宜コントロールされる。

更に前進クラッチ（第１クラッチＡ）と後進クラッチ（第２クラッチＢ）に対しては２組の比例制御弁１２１，１２２だけでなく２位置４ポート式の１個の切替弁１３５が並列に設けられており、この切替弁１３５は、通常は両クラッチと油圧タンクを兼ねるミッションケース６との間を遮断するが、クラッチペダル１２９を最大限踏み込んで踏込終端に設けたスイッチ１３０がＯＮするとこの切替弁１３５が開口側に移動して前進クラッチあるいは後進クラッチ室内の作動油が油圧タンク側に戻るようにしているのである。

即ち、クラッチペダル１２９を終端まで踏み込むとシリンダ室内に流入していた作動油がタンクに戻るために走行系動力は中立状態になって機体が停止するのである。本来はクラッチペダル１２９を踏むとポテンショメータ１２８がその変位を検知し、クラッチをニュートラル状態に復帰させるものであるが、電気的な故障等によりポテンショメータが正常に作動しないような場合が考えられ、このような場合においても、クラッチペダル１２９を最大踏込んでこのスイッチ１３０がＯＮになるとクラッチが遮断されるため機体を確実に停止させることができるのである。

次に作用について説明する。
操縦席１２の近傍に設けた変速ボタンスイッチを押して変速段を指定し、この状態で前後進レバー１０を前進側に移動させ、踏んでいたクラッチペダル１２９から徐々に足を離すと油圧ポンプ１１５から送り出された作動圧油は比例減圧弁１２を通って比例制御弁１２１に至り、圧力制御された作動油が前進側のシリンダ室４７内に流入する。ピストン４６が前方に移動して摩擦板４４を圧着し、遊星ギヤ機構２８のキャリヤ３０とサンギヤ３４とを一体化し、出力軸２７と同じ方向の回転を伝動軸４８に与える。この場合において、オペレータによって変速段が指定されているので、前側の変速ユニット８３か後側の変速ユニット８４の中の選択されたクラッチが接続され、主変速１段から８段までの中の指定された変速段が接続される。同時に副変速装置８６は高速、中速、低速の中の３段の中から１段が選択され、オペレータが指定した変速段で機体を走行させることができる。

走行中にクラッチペダル１２９を踏み込むと半クラッチ状態となり機体の車速を一時的に低下させることができる。前後進レバー１０を後進側に引くと前進クラッチ（第１クラッチＡ）はＯＦＦとなり、後進クラッチ（第２クラッチＢ）が作動する。

即ち、前進クラッチ側のシリンダ室４７内の作動油はタンク側に戻され、その半径方向外側に設けられた後進クラッチ用のシリンダ室５８内に作動油が流入する。すると、ピストン５３が前側に移動して摩擦板５２同士を圧着し、キャリヤ３０を固定ドラム５０側に固定する。この場合には出力軸２７の回転は出力ギヤ２７ａ、遊星ギヤ機構２８のプラネットギヤ３２ａ、３２ｂ，ギヤ３９、サンギヤ３４を順次経て伝動軸４８に逆向きの回転を与える。機体は前進速度と略同速で後方に動き出し、機体を後退させる。

前進走行中、あるいは後進走行中にクラッチペダル１２９を踏み込むとその踏込み量をポテンショメータ１２８が検知し、半クラッチ状態にしたり、機体を停止させたりする。クラッチペダル１２９を最大踏込み位置まで踏むとスイッチ１３０がＯＮとなり、切替弁１３５を油路遮断側から油路開放側に切り替えて、前進側のシリンダ室４７あるいは後進側のシリンダ室５８とタンクとを油圧回路的に接続してシリンダ室に流入していた作動油をタンク内に回収させ、機体を確実に停止させることができるものである。

以上のような構成において、前進側の第１クラッチＡも第２クラッチＢも比例制御弁１２１，１２２で制御する構成としたので、クラッチ接続のショックを軽減させることができる。また、この実施例では前後進切替装置８を構成するにあたり、遊星ギヤ機構２８のキャリヤ３０を回転させるか固定するかによって前進側と後進側の選択を行わせるようにしたが、ブレーキを掛けてキャリヤ３０を固定する場合は大きい力が必要である。この例では前進側のクラッチを半径方向内側とし、キャリヤ３０を固定する際に大きな制動力が要る後進側のクラッチを半径方向外側としたので、前進走行時あるいは後進走行時の動力伝達効率もよく、エンジン馬力を損失するようなことがない。また、前進側の油圧クラッチと後進側の油圧クラッチは夫々独立して構成されているので、前進側のクラッチを接続した状態で後進側のクラッチを僅かに接続して伝動軸の回転を微妙に制御することもでき、作業負荷に応じたクラッチの圧力制御も簡単に行える。

トラクタの全体側面図である。 変速装置の要部の断面図である。 動力伝達線図である。 油圧回路図である。 ブロック図である。

符号の説明

１ トラクタ
２ 前輪
３ 後輪
４ ボンネット
５ エンジン
６ ミッションケース
８ 前後進切替装置
９ 変速装置
１０ 前後進レバー
２８ 遊星ギヤ機構
２９ 高低切替装置
３０ キャリヤ
３２ プラネットギヤ
３４ サンギヤ
４０ 回転体
５０ 固定ドラム
５５ 仕切壁
Ａ 第１クラッチ
Ｂ 第２クラッチ
Ｃ 第３クラッチ
Ｄ 第４クラッチ

Claims (2)

1. 円筒状固定ドラムの中央を壁で仕切り、仕切壁の前後に空間部を形成し、前後いずれかの空間部に第１クラッチと第２クラッチを設け、反対側の空間部には第３クラッチと第４クラッチを収容したことを特徴とする動力車両の変速装置。
2. 第１クラッチと第２クラッチは側面視において前後方向に少なくとも一部が重複し、第１クラッチが半径方向内側で第２クラッチがその外側となるように構成すると共に、反対側の第３クラッチは半径方向内側に、第４クラッチはその外側に設けたことを特徴とする請求項１記載の動力車両の変速装置。

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