JP2008032172A - 作業車の変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミッションケース内へのトロイダル変速機構の組込み構成を工夫することで作動油の供給経路を短くしトロイダル変速機構の変速動作応答性を改善する。
【解決手段】エンジン出力軸の軸心延長上でミッションケース１内の上位にトロイダル変速機構４を装着するバリエータ軸１０を設け、該トロイダル変速機構４への入力ディスク４ｂをバリエータ軸１０に装着し、この入力ディスク４ｂを前後に挟んで出力ディスク４ａをバリエータ軸１０に固着すると共に、このバリエータ軸１０の下位で同軸１０と並行に設けた走行駆動入力軸１１から前記入力ディスク４ｂへギア２１，２２，２３によって回転力を伝動し、更に該走行駆動入力軸１１の下位に設けるＰＴＯ入力軸１２へギア組４３，１８で動力伝動し、このＰＴＯ入力軸１２の下位に設けるオイルポンプ７７へＰＴＯ入力軸１２からギア組７５，７６で動力伝動する。
【選択図】図１

Description

この発明は、対地作業機を備える農業用トラクタや建設機械、土木機械等の作業車における動力伝動部の変速装置に関する。

動力伝動効率が良い無段変速機構としてトロイダル変速機構を組み込んだトランスミッションが作業車で利用されている。
特許第３４４３７２４号公報 特開２００５−２７３７３４号公報

トロイダル変速機構に用いられる作動油は通常のミッションオイルとは異なっているため、このトロイダル変速機構を組み込む隔離空間をミッションケース内に設けている。前記の特許文献に記載の従来技術にも隔離空間にトロイダル変速機構が組み込まれているが、このトロイダル変速機構はオイル浸けにすることが出来ず、作動油も泡立ちを嫌う為に作動油をミッションケース内に溜めることなく、別置きのオイルタンクに貯めてポンプで供給するようになっている。

そこで、この発明では、ミッションケース内へのトロイダル型変速機構の組込み構成を工夫することで作動油用のオイルタンクを不要にして、ミッションケース内に作動油を直接溜めると共にこの溜めた作動油中にオイルポンプを浸けてトロイダル変速機構へ作動油を供給するようにすることで供給経路を短くしトロイダル変速機構の変速動作応答性を良くすることを課題とする。

本発明の上記課題は次の構成によって達成される。
すなわち、請求項１に記載の発明では、エンジン出力軸の軸心延長上でミッションケース１内の上位にトロイダル変速機構４を装着するバリエータ軸１０を設け、該トロイダル変速機構４への入力ディスク４ｂをバリエータ軸１０に装着し、この入力ディスク４ｂを前後に挟んで出力ディスク４ａをバリエータ軸１０に固着すると共に、このバリエータ軸１０の下位で同軸１０と並行に設けた走行駆動入力軸１１から前記入力デスク４ｂへギア２１，２２，２３によって回転力を伝動し、さらに該走行駆動入力軸１１の下位に設けるＰＴＯ入力軸１２へギア組４３，１８で動力伝動し、このＰＴＯ入力軸１２の下位に設けるオイルポンプ７７へＰＴＯ入力軸１２からのギア組７５，７６で動力伝動すべく構成した。

本発明は上述のごとく構成したので、トロイダル変速機構４を装着するバリエータ軸１０がミッションケース１内の最上位位置に配置でき、ミッションケース１の底部に溜める作動油から浮かせた位置となってオイル浸けにすることなく、適宜の潤滑が可能になる。

さらに、作動油に浸けた状態でオイルポンプ７７を設け、このオイルポンプ７７を入力軸１１とＰＴＯ入力軸１２に設けるギア組４３，１８及びギア組７５，７６で動力伝動して駆動しているので、トロイダル変速機構４とオイルポンプ７７が接近して設けられるので、作動油の供給経路を短く出来て、供給経路の圧力ロスが少なく動作応答が迅速であり、作動油の攪拌による劣化も少ない。

以下、図面に基づいて、この発明を農業用トラクタにて実施した形態について説明する。
ミッションケース１は、図１に示すように、前からフロントケース１ａ、ミドルケース１ｂ、リアケース１ｃの三ケースを連結して一体に構成している。

フロントケース１ａは、前隔壁２と後隔壁３とを有し、その前後隔壁２，３内に、上からバリエータ軸１０、走行駆動入力軸１１、ＰＴＯ入力軸１２、前輪駆動軸１３へ連結する中継軸４２を軸支している。バリエータ軸１０の前方で軸心線上には、エンジンＥの出力軸へ直結するメイン入力軸１４を軸架している。

メイン入力軸１４に前隔壁２の内側で固着したギア１５は、下位の走行駆動入力軸１１に固着した大小ギア１６の大径ギア部に噛み合って増速伝動し、この大小ギア１６の小径ギア部へさらに下位のＰＴＯ入力軸１２に固着したギア１８を噛み合わせて減速伝動している。ＰＴＯ入力軸１２はミドルケース１ｂ内でＰＴＯ軸変速機構４４に繋がるが、このＰＴＯ軸変速機構４４の伝動前側でミドルケース１ｂ内においてワンウエイクラッチ９７を設けてエンジンのゆり戻しによる逆回転を防止している。

ＰＴＯ入力軸１２の前後隔壁２，３中間においてギア７５を固着し、底部に設けるオイルポンプ７７のギア７６にこのギア７５を噛み合わせて駆動している。オイルポンプ７７はフロントケース１ａ内の中間壁９８へボルト９９で取り付けているが、この取付と同時にギア７６を挟み込んで回転可能に保持している。

最下位の中継軸４２は、後述するミドルケース１ｂ側からの伝動により前側の前輪駆動軸１３を介してフロントデフ軸１７へ動力を伝動している。フロントデフ軸１７は、フロントデフギア１９を介して左右の前輪２０を駆動する。（図２参照）
バリエータ軸１０に装着したトロイダル変速機構４は、バリエータ軸１０と一体回転する２つの出力ディスク４ａ，４ａと、両出力ディスク４ａ，４ａの中央に位置して下方の走行駆動走行駆動入力軸１１に固着したギア２１に中継ギア２２を介して噛み合うギア２３と共に回転する入力ディスク４ｂ，４ｂと、前記出力ディスク４ａ，４ａと入力ディスク４ｂ，４ｂとの間にシリンダピストンの先端部に支持した回転ローラを複数挟持する構成（バリエータ機構）としている。そして、前記複数の回転ローラ及びシリンダピストン（以下、パワーローラ２４という）を油圧操作で位置を変更することにより同ローラの傾倒角が変更され、前記入力ディスク４ｂ，４ｂから出力ディスク４ａ，４ａへ伝わる動力伝達比が変更されてバリエータ軸１０の回転を変速する構成となっている。この変速伝動効率は約８０〜９０％と良く、特に低速での伝動効率が高いのが特徴である。

トロイダル変速機構４を装着したバリエータ軸１０と走行駆動入力軸１１を軸支する後隔壁３には、フロントケース１ａとミドルケース１ｂとを気密に隔離するオイルシール５６，５７，５８，５９を装着しているが、この各オイルシール５６，５７，５８，５９間の空間に通じる空気孔２９をケース外へ向けて設けてブリーザ機能でフロントケース１ａとミドルケース１ｂの気密を保つようにしている。この空気孔２９はＰＴＯ入力軸１２のオイルシール６８，６９部と中継軸４２に連結した前輪増速クラッチ４０の軸オイルシール７０，７１部まで繋がっている。

バリエータ軸１０の回転は、後隔壁３のミドルケース１ｂ側でバリエータ軸１０に連結した入力クラッチ軸２５にスプライン嵌合したギア２６とワンウエイクラッチ６０（以下、「スプラグ６０」という）を介してプラネタリギア支持体８０に遊星機構８７のプラネタリギア７９をピン８１で軸支して駆動し、さらに入力クラッチ軸２５に直接スプライン勘合した遊星機構８７のサンギア７８をも駆動する。また、走行駆動入力軸１１の延長軸６２には前記ギア２６と噛み合うワンウエイクラッチ２７（スプラグ２７）と前記スプラグ６０の外ギア２８と噛み合うギア６３をスプライン嵌合して動力を伝動している。このような遊星機構８７のプラネタリギア７９とサンギア７８の駆動構成でリングギア１００が減速駆動される。なお、スプラグ６０に外ギア２８を形成し、直接伝動することで伝動構成を単純化し、後述のローレジウムから同じく後述のハイレジウムへの変速伝動を段差無く円滑に行える。

リングギア１００は前後ケース７３，７４で挟み込んで固定され、そのリングギア１００の回転が後ケース７４を介して低速側クラッチ６４の伝動ドラム６７の回転となり、パワーローラ２４の傾きによって低速の逆転から零を通過して低速の正転まで変速回転（「ローレジウム」という）する。このローレジウムは走行駆動軸の回転速度で言えば、例えば後進１５ｋｍ／ｈから零を経過して前進１０ｋｍ／ｈまでの変速となる。

プラネタリギア支持体８０はミドルケース１ｂに設ける内支持壁８２へ軸受８３で支持し、前ケースは軸受８４で内支持壁８２へ支持している。また、内支持壁８２にはプラネタリギア支持体８０に設ける油孔８６に通じる油穴８５を設け、さらにプラネタリギア支持体８０に設ける別の油孔６０をプラネタリギア７９のピン８１に設ける油穴８８に通じてプラネタリギア７９の軸支ブッシュを潤滑している。

バリエータ軸１０の端部には前記ギア２６にスプライン嵌合した入力クラッチ軸２５へ高速側クラッチ６５のサンギア一体伝動ドラム１０１をスプライン嵌合して伝動し、パワーローラ２４の傾きによる変速がこの高速側クラッチ６５の伝動ドラム１０１を前記低速側クラッチ６４の正転最高速を引き継いでさらに高速へと変速（「ハイレジウム」という）する。このハイレジウムは走行駆動軸の回転速度で言えば、例えば前進１０ｋｍ／ｈから前進５０ｋｍ／ｈまでの変速となる。

高速側クラッチ６５と低速側クラッチ６４は前側の遊星ギア組と後ケース７４で包み込んだ状態になるが、ミドルケース１ｂの上側で潤滑油から浮いた位置でもこの後ケース７４内に潤滑油を溜めてオイル切れを防ぐ効果がある。

以上の構成で、低速側クラッチ６４を繋げば出力クラッチ軸６６は低速の逆転から零を通過して低速の正転まで変速され、さらに正転で増速するには高速側クラッチ６５を繋いでパワーローラ２４の傾きを変えていくことになる。この低速側クラッチ６４と高速クラッチ６５の断続タイミングいわゆるローレジウムからハイレジウムへの引継ぎが高・低クラッチ３０の断続で制御されて低速逆転から零を通過して高速正転へ滑らかに変速されることになる。

この高・低クラッチ３０の出力クラッチ軸６６の後端にスプライン嵌合したギア３１をリアデフギア３４のデフ軸３２にスプライン嵌合したギア３３が噛み合ってデフ軸３２を駆動する。デフ軸３２の回転はリアデフギア３４を介して左右の後輪３５へ伝動される。

デフ軸３２の回転はギア３７からＰＴＯ出力軸４１に遊嵌した二連ギア３６を介して前輪駆動延長軸３９にスプライン嵌合したギア３８に伝動されこの前輪駆動延長軸３９を駆動する。

前輪駆動延長軸３９にはトラクタの旋回時に前輪を同速或いは増速して駆動させる所謂前輪増速クラッチ４０を装着し、さらにこの前輪駆動延長軸３９に中継軸４２を介して前記の前輪駆動軸１３に伝動すべく連結している。

以上の構成で、前記エンジンＥの回転をトロイダル変速機構４へ伝達し、このトロイダル変速機構４で変速する回転を高・低クラッチ３０に伝動する。そしてこの高・低クラッチ３０の低速クラッチを接続してトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の傾きを変更すると、出力回転を低速域内で逆転から正転に亘って無段階で変速する。この変速は作業車を対地作業に適した低速度で前後進する走行条件に適している。また高・低クラッチ３０を高速にしてトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の傾きを変更すると、出力回転を高速域内で正転から逆転に亘って無段階で変速する。この変速は作業車が路上を移動する走行条件に適している。

対地作業機を駆動するＰＴＯ出力軸４１は、次のように伝動している。
前後隔壁２，３の内部で、前記トロイダル変速機構４の下部に軸架した走行駆動入力軸１１に固着したギア４３をＰＴＯ入力軸１２に固着したギア１８と噛み合わせて、このＰＴＯ入力軸１２の回転を後隔壁３の後部に設けるＰＴＯ軸変速機構４４とＰＴＯクラッチ４５を介してＰＴＯ出力軸４１に伝動している。ＰＴＯ出力軸４１の回転は、リアケース１c内に設けるＰＴＯ軸第二変速機構４６で適宜の回転数に変速してＰＴＯ出力軸４７に伝動する。

このように、トロイダル変速機構４を内蔵する前後隔壁２，３内には、走行駆動走行駆動入力軸１１とＰＴＯ入力軸１２及び前輪駆動軸１３が軸支されて、ギア組が少ないので、底部に溜める作動油の掻き混ぜによる劣化が少なく、作動油の泡立ちを極力防いでトロイダル変速機構４への悪影響を少なくしている。

バリエータ軸１０の出力側端部はギア２６にスプライン嵌合して動力を伝動しているが、ギア２６の後隔壁３への支持を軸受５４で行い、オイルシール５５でトロイダル変速機構用作動油とギア用ミッションオイルが混じらないようにしている。

次に、この作業車における走行制御状態を説明する。
図７は以下の走行制御に係わる制御信号の制御ブロック図で、コントローラ８９に対して左右ブレーキペダルセンサ１０２，１０３からペダルの踏込み信号と踏込み速度が入力され、ブレーキ連結センサ１０４から左右ブレーキを連結したかどうかつまり単なる走行時かどうかの信号が入力され、作業選択センサ９１から耕耘等の対地作業の選択信号が入力され、速度設定センサ９２から走行設定速度が入力され、対地作業機位置センサ９５から対地作業機の地面高さが入力され、アクセルペダルセンサ９０から走行開始信号が入力される。さらに、高・低クラッチ圧力センサ１０６から高・低クラッチ３０の作動信号がコントローラ８９へ入力され、出力ディスク４ａの回転数が出力ディスク回転センサ１０７から入力ディスク４ｂの回転数が入力ディスク回転センサ１０８からそれぞれ入力され、車速センサ１０５から車体の走行中の速度が入力される。

コントローラ８９からは、前記の各信号に基づいて、高・低クラッチ制御信号９３とブレーキ制御信号９４及びパワーローラ制御信号９６等が出力される。
図８は、低速前進或いは後進時における走行発進時の制御フローチャートで、ステップＳ１０でエンジンを始動しステップＳ１１で時間経過を開始し、ステップＳ１３で短い一定時間内に前進或いは後進操作を行うと、ステップＳ１４でトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の傾きを変速設定に応じた傾けに変更しステップＳ１５で低速側クラッチ６４を徐々に繋いで発進する。また、ステップＳ１３で前進或いは後進操作が一定時間内に行われないと、ステップＳ１６でトロイダル変速機構４が動力伝動をしない状態つまりギアニュートラルを検出することになり、この場合にはステップＳ１７で低速側クラッチ６４を直ちに繋ぎ、ステップＳ１８でトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の傾きを変速設定に応じた傾けに変更して走行する。

図９は、変速設定を高速前進にした場合の制御フローチャートで、前記図８との違いは、ステップＳ２４で高速側クラッチ６５を徐々に繋いで発進する点と、ステップＳ２６でまず低速側クラッチ６４を直ちに繋ぎステップＳ２７で高速側クラッチ６５に繋ぎ変えて設定変速で走行する点である。

図１０は、高速前進つまりハイレジウムでの走行中に急制動をした場合の制御フローチャートで、通常の緩やかな制動と異ならせている。ステップＳ３０でエンジンを始動し、ステップＳ３１でギアドニュートラルを検出し、ステップＳ３２でクラッチを低速から高速へ切り換えて走行中にステップＳ３３で急制動を感知すると、クラッチを高速側のままで速度が一定速度まで低下するのを待って高・低クラッチ３０をニュートラルにしてブレーキで制動する。ステップＳ３３で急制動でないと判断すれば、ステップＳ３５でトロイダル変速機構４のパワーローラ２４の傾きを低速側へ変更しそれに伴って高・低クラッチ３０を高速側から低速側へクラッチを切り換えて最後にブレーキで制動する。このような急制動制御を用いることで制動距離を短く出来る。

図１１は、トラクタで回転中のロータリを走行中に地面へ降ろす場合の制御フローチャートで、回転しているロータリを接地させるとロータリの回転が車体の走行を増速したり制動したりして暴走させる現象を防ぐ為の制御である。まず、ステップＳ４０で作業モードをロータリ作業に設定してロータリを回転させ、ステップＳ４１で作業速度を目標車速Ｖに設定して走行を開始しロータリを地面へ降ろして行く。ステップＳ４２でロータリの地面からの高さＨを検出し、ステップＳ４３でその高さＨが地面に近づき例えば２０ｃｍ以下になれば、ステップＳ４４で経過時間の計測を開始し、ステップＳ４５で目標車速Ｖを約半分（１／２Ｖ）に設定し直す、ステップＳ４６でトロイダル変速機構４の目標車速（１／２Ｖ）に応じた圧力へ変更し車速を１／２に低下する。ステップＳ４７で一定時間の経過（ロータリを接地して耕耘を開始する時間の経過）を待って、ステップＳ４８で目標車速を初期の設定速度Ｖに戻し増速し、ステップＳ４９のロータリ作業を続行する。このことによってトラクタがロータリ作業の開始時に急制動したり暴走したりする危険性を予防出来る。

本発明を実施したミッションケースの側断面図である。 本発明を実施したミッションケースの正断面図である。 ミッションケース内の動力伝動系統図である。 ミッションケースの一部拡大側断面図である。 一部の拡大側断面図である。 一部の拡大側断面図である。 制御ブロック図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。 制御フローチャート図である。

符号の説明

１ ミッションケース
４ トロイダル変速機構
４ａ 出力ディスク
４ｂ 入力ディスク
１０ バリエータ軸
１１ 走行駆動入力軸
１２ ＰＴＯ入力軸
２１ ギア
２２ ギア
２３ ギア
１８ ギア
４３ ギア
７５ ギア
７６ ギア
７７ オイルポンプ

Claims (1)

1. エンジン出力軸の軸心延長上でミッションケース（１）内の上位にトロイダル変速機構（４）を装着するバリエータ軸（１０）を設け、該トロイダル変速機構（４）への入力ディスク（４ｂ）をバリエータ軸（１０）に装着し、この入力ディスク（４ｂ）を前後に挟んで出力ディスク（４ａ）をバリエータ軸（１０）に固着すると共に、このバリエータ軸（１０）の下位で同軸（１０）と並行に設けた走行駆動入力軸（１１）から前記入力デスク（４ｂ）へギア（２１），（２２），（２３）によって回転力を伝動し、さらに該走行駆動入力軸（１１）の下位に設けるＰＴＯ入力軸（１２）へギア組（４３），（１８）で動力伝動し、このＰＴＯ入力軸（１２）の下位に設けるオイルポンプ（７７）へＰＴＯ入力軸（１２）からのギア組（７５），（７６）で動力伝動すべく構成したことを特徴とする作業車の変速装置。

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