JP2016038054A - 油圧式変速装置の容積制御用サーボ機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】油圧式変速装置(HST)の可動斜板のトラニオン軸からの距離が離れている場合にも良好に該トラニオン軸に連係されるサーボ機構を提供する。
【解決手段】アクチュエータ33a及び該アクチュエータ33aの進退動を制御するバルブ35a・36aを一体に組み合わせてサーボユニット60を構成する。HSTを収容するケース11の外側にて、該HSTの容積制御用の回動部材を枢支し、該回動部材7・8・9に該アクチュエータを連係している。該バルブ35a・36aでの油圧制御により該アクチュエータ33aが進退動すると、該アクチュエータ33aの進退動に伴って該回動部材7・8・9が回動する。一方、回動部材7・8・9の回動にかかわらず、該サーボユニット60が枢支軸63を中心に回動する。
【選択図】図1
【解決手段】アクチュエータ33a及び該アクチュエータ33aの進退動を制御するバルブ35a・36aを一体に組み合わせてサーボユニット60を構成する。HSTを収容するケース11の外側にて、該HSTの容積制御用の回動部材を枢支し、該回動部材7・8・9に該アクチュエータを連係している。該バルブ35a・36aでの油圧制御により該アクチュエータ33aが進退動すると、該アクチュエータ33aの進退動に伴って該回動部材7・8・9が回動する。一方、回動部材7・8・9の回動にかかわらず、該サーボユニット60が枢支軸63を中心に回動する。
【選択図】図1
Description
本発明は、油圧式変速装置(以後、「HST」)の容積制御に用いられる進退動式のアクチュエータとバルブを一つのユニットとして組み合わせたサーボユニットを有する油圧式変速装置制御用サーボ機構に関する。
トラクタの変速装置として用いられるHSTは、特許文献1、2、3に示すように、トラクタの車体フレームを兼ねるケースに内装されることが一般的である。このHSTの可動斜板を位置制御するためのアクチュエータとして、例えば、特許文献1、2、3に示すような、油圧シリンダのピストンを該アクチュエータとしたものが知られている。すなわち、可動斜板の回動支点軸としてのトラニオン軸を、該ピストンに連結するものである。特に、特許文献2、3の油圧シリンダは、サーボ機構として構成されている。
アクチュエータとトラニオン軸との連結に関し、特許文献1では、トラニオン軸の先端部を当該ケースの外部に突出させ、該先端部にアームを固設し、該アームと、該ケースの外部に配設される油圧シリンダのピストンロッド先端とを、リンクを介して連結している。特許文献2では、やはり、当該ケースの外部に突出したトラニオン軸先端にアームを固設しており、このアームの先端を、リンクを介さずに油圧シリンダ内のピストンに直接的に連結している。特許文献3では、当該ケースの一部が、油圧シリンダのハウジングとなっており、該ケース内に配設される油圧シリンダのピストンが、同じく該ケース内に配設されるHSTの可動斜板に直接的に連結され、HSTと油圧シリンダが該ケース内にて一体状に組み合わされている。
ここで、トラクタの製造者においては、車体フレーム自体を、構造が簡単でコンパクトなものとするため、HSTは車体フレームを兼ねるケースに収容されるようにコンパクトなものとし、アクチュエータについては、HSTとは別個のものとしてケースの外部にて取り付けるようにしたいという要望がある。特許文献3に開示の構造は、このような要望からは外れるものである。
このように、HSTを当該ケース内に、アクチュエータを該ケース外に配置することを前提にすると、組み立て性・メンテナンス性、さらには、部品点数やコスト低減等の面から、アクチュエータを、該ケースより突出するトラニオン軸の先端部に対し簡単に連結・切り離しできる構造であることが望ましい。そして、このようなアクチュエータを配置するのに適した場所として、該ケースの左右一側におけるトラクタのステップ(踏板)の下方の空間が挙げられる。しかし、ここではかなりアクチュエータの位置を下げて、その上方のステップとの高低差を確保しないと、トラニオン軸との着脱作業等がやりにくくなったり、取り付けたアクチュエータとステップとの干渉が生じたりする。そして、このような低い位置は、トラニオン軸よりもかなり低い位置でもあるので、トラニオン軸とアクチュエータとの連結には、特許文献1や特許文献2に開示されるようなリンクやアームを用いることが求められる。
ここで、アクチュエータが油圧シリンダのピストンロッドのような進退式のものである場合、進退式のアクチュエータの動きが直線上のものであるのに対し、アームはトラニオン軸等を中心に回動するで、円周上の動きになるものであり、このように移動の方向の異なるもの同士を連結するものであることを考慮しなければならない。この動きの差は、トラニオン軸とアクチュエータとの間の距離が大きいほど大きくなる。つまり、着脱容易性等を確保するためにアクチュエータとトラニオン軸との高低差を大きくすればそれだけ両者間の動きの差を何らかの方法で吸収する構造が必要となる。この点、特許文献1では、アクチュエータとしてのシリンダのピストンロッド先端をアームに枢結し、シリンダボトムを車両の一部(フレーム等)に枢支する構造とし、ピストンロッドが伸縮する際に、アームの回動につれてシリンダボトムの枢支点を中心にシリンダ全体が回動するものとしている。一方、特許文献2では、サーボ機構のピストンにおけるアーム先端との係合部に、ピストン摺動に際してのアーム先端の回動を吸収できる溝や長孔を設けている。
しかし、特許文献1のようにシリンダボトムを枢支した構造では、シリンダボトムの枢支部には片側に重量がかかり、回動に伴ってこじれが生じやすくなる可能性がある。アクチュエータとバルブを組み合わせたサーボユニットを構成した場合、特に、該バルブを、重量の大きなソレノイドバルブとした場合、このこじれの可能性は一層高まる。一方、特許文献2の場合、ピストンにおけるアーム先端の係合部の構造が複雑であり、正確に両者の動きの差を吸収しつつピストンの進退とアームの回動を確実なものとするための寸法設定も正確に行う必要があり、また、長孔や溝の加工も必要となり、結果的にコストも高くなる。さらにいえば、特許文献2の場合、アクチュエータは両ロッド式となっており、ピストンにアーム先端を係合した上で、アクチュエータ及びバルブを組み合わせたアクチュエータユニットを支持するため、両方のピストンロッドの先端をHSTのケースに取付支持しているので、アクチュエータユニットの着脱に際して取付・取り外し作業を必要とする場所及び行程数が多くなってしまう。
さらにいえば、サーボユニットがコンパクトな構成であることが望ましいが、アクチュエータには、可動斜板の中立位置(HSTの中立状態)に対応する位置への付勢手段が必要であるところ、この付勢手段が、サーボユニットのコンパクト化を阻む要因となっている。
本発明の課題は、HSTとは別個に設けられるべきとされるHST制御用のサーボユニットとHSTの可動斜板のトラニオン軸との間の距離が大きい場合においても、アクチュエータの進退動とトラニオン軸を中心とするアームの回動との確実かつ安定した連動連係を簡単な構造で実現することである。また、サーボユニットをコンパクトなものとし、さらに、該サーボユニットの装着・取り外しを容易化することである。
本発明に係るHSTの容積制御用サーボ機構は、進退動するアクチュエータ及び該アクチュエータの進退動を制御するバルブを一体に組み合わせて構成したサーボユニットを有している。HSTを収容するケースの外側にて、該HSTの容積制御用の回動部材を枢支し、該回動部材に該アクチュエータを連係している。また、第一枢支軸を介して該サーボユニットを該ケースに枢支している。該バルブでの油圧制御により該アクチュエータが進退動すると、該アクチュエータの進退動に伴って該回動部材が回動するのに応じて、該サーボユニットが該第一枢支軸を中心に回動する。
前記第一枢支軸は、前記アクチュエータの進退方向において、前記HSTの中立状態に対応する位置と一致するように配置される。
また、前記サーボ機構は、付勢手段を備えた進退部材を有している。該進退部材は第二枢支軸を介して前記ケースに枢支されている。また、該進退部材は前記回動部材に連係されている。該付勢手段は、該進退部材及び該回動部材を、前記HSTの中立状態に対応する位置へと付勢している。前記バルブによる油圧制御での該アクチュエータの進退動に伴う該回動部材の回動に応じて、該進退部材が進退するとともに、該進退部材が該第二枢支軸を中心に回動する。該HSTを該中立状態に戻す際には、該付勢手段の付勢力にて該進退部材が進退するとともに該第二枢支軸を中心に回動し、これにより該回動部材を回動させ、前記第一枢支軸を中心に前記サーボユニットを回動するとともに、該アクチュエータを、該HSTの中立状態に対応する位置に戻す。
前記回動部材は、第一アーム、第二アーム、及び該第一アームと第二アームとを連結するリンクよりなる。該第一アームは、前記HSTの可動斜板のトラニオン軸を介して前記ケースに枢支され、該第二アームは、該トラニオン軸以外の枢支軸を介して前記ケースに枢支される。該第一アームに前記進退部材を枢結し、該第二アームに前記アクチュエータを枢結している。
本発明に係るサーボ機構は、前記の如く、進退動という直線動作をするアクチュエータと回動部材とを連係した状態において、アクチュエータの進退動に伴う回動部材の回動に応じて該サーボユニットが該第一枢支軸を中心に回動する構成となっている。これにより、進退動(直線動作)するアクチュエータと回動する回動部材との間でこじれが発生することがなく、アクチュエータの進退動が確実に回動部材の回動へと変換される。また、サーボユニットが第一枢支軸を介して枢支されているので、アクチュエータの進退動及び回動部材の回動にかかわらず、アクチュエータとバルブとを組み合わせてのサーボユニットの一体性が確保され、組み立て性を向上し、サーボユニットの着脱容易性も確保される。
また、前記第一枢支軸が、前記アクチュエータの進退方向において、前記HSTの中立状態に対応する位置と一致するように配置されている。これにより、アクチュエータの進退に伴って回動するサーボユニットの重量バランスが向上し、また、サーボユニットの回動量も抑えられる。
また、前記サーボ機構は、前記の如く、付勢手段を備えた進退部材を有しており、該付勢手段が、前記サーボユニットのアクチュエータを、HSTの中立状態に対応する位置へと戻す中立戻し機能を有している。このことにより、サーボユニット自体には、付勢手段を備える必要がなくなり、サーボユニットのコンパクト化、低コスト化に貢献する。また、付勢手段を備えた進退部材として、既存の、トラニオン軸を回動するための進退部材を、そのまま適用することができ、これに、付勢手段のないサーボユニットを追加することで、サーボ機構全体を、HSTの中立状態への復帰機能を備えたアクチュエータ及びバルブの組み合わせとして提供できる。
また、前記の如く、回動部材を、第一アーム、第二アーム、及びリンクよりなるものとする。このことにより、該第一アームとしては、可動斜板のトラニオン軸を中心に回動するようにケースに枢支された既存のアームであって、既存の付勢手段付きの進退部材に枢結されたものを、そのまま転用することができる。そして、サーボユニットの取付に際し、追加的に、該第二アームをケースに枢支し、該リンクを介して該第二アームを該第一アームに連結すれば、該第一・第二アーム及び該リンクを、簡単に、付勢手段を備えた進退部材にも、サーボユニットのアクチュエータにも連係された前記回動部材として提供できる。
まず、図13の油圧回路図を参照しつつ、図1及び図2に示す構造について説明する。図1に示す車体フレームケース11には、トラクタ等の車両の変速装置であるHST1が、一つのユニットとして収容されている。車体フレームケース11は、前後両端を開口端としており、該前後端のうちの一方(本実施例ではこれを前端とする)の開口端11aは、エンジン10(図13参照)の端部(本実施例では後端部)に接合され、他方の開口端11bは、アクスルケース12の端部(本実施例では前端部)に接合される。なお、以下、各構成要素の位置や方向については、車体フレームケース11の開口端11aが前端、開口端11bが後端であるとの前提であるものとする。
アクスルケース12は図示されない車軸(アクスル)を支持するとともに、該車軸を駆動するための伝動機構を収容する。該伝動機構は、HST1の出力を該車軸に伝達するものであり、(例えばギア式の)変速機構を含むものであってもよい。この場合には、HST1を主変速機構とし、アクスルケース12内の変速機構を副変速機構とすることになる。
接合した車体フレームケース11及びアクスルケース12は、一つの車体フレームとして、例えば、トラクタ等の車両の左右中央部に配置され、図1に示すように、その左右端に略水平板状のステップ14が固設される。該ステップ14は、車両乗降用や、運転席に座る作業者の足置きとして用いられる。左右ステップ14のうちの一方の下方には、HST1の後記可動斜板を制御するためのサーボセット50が配置されている。
HST1は、油圧ポンプ2、油圧モータ3、センタセクション4、HSTハウジング5、チャージポンプ20等を組み合わせてなるものである。本実施例で、センタセクション4は、鉛直板状で、車体フレームケース11の後開口端11bを覆うように、車体フレームケース11内に固設されている。センタセクション4の鉛直前面には、ポンプ取付面・モータ取付面が上下並列状に形成されており、該ポンプ取付面に油圧ポンプ2のシリンダブロック2aを、該モータ取付面に油圧モータ3のシリンダブロック3aを、回転摺動自在に取り付けている(弁板を介設してもよい)。なお、本実施例では、油圧ポンプ2が上方に、油圧モータ3が下方に配置されている。センタセクション4より前方にHSTハウジング5が延設され、油圧ポンプ2及び油圧モータ3の上下左右及び前部を覆っている。
図2に示すように、HSTハウジング5の前壁部が油圧ポンプ2及び油圧モータ3の前方に配置されている。このHSTハウジング5の前壁部のうち、油圧ポンプ2に臨む部分には、油圧ポンプ2用の可動斜板6が、(図2ではHSTハウジング5の前壁部と可動斜板6とが離れているように見えているが、実際には)回動・摺動自在に装着され、シリンダブロック2aより前方に突出するプランジャ2bの頭部に当接している。また、HSTハウジング5の該前壁部のうち、油圧モータ3に臨む部分には、油圧モータ3用の固定斜板7が固設され、シリンダブロック3aより前方に突出するプランジャ3bの頭部に当接している。
可動斜板6は、その回動支点軸として、左右一対のトラニオン軸6aを有している。両トラニオン軸6aは、HSTハウジング5の左右壁部にて軸支されている。一方のトラニオン軸6aが該HSTハウジング5より突出し、さらに、前記ステップ14の直下方にて、車体フレームケース11の左右一方の外側面11cより外方に突出しており、この突出端に第一アーム7の上端部が固設されている。該第一アーム7は、車体フレームケース11の外側面に沿って下方に延設され、その下端に、中立戻しユニット80の筒体81より後方に延出されるロッド82の後端部82bが連結されている。
車体フレームケース11の外部におけるアーム7の後方にて、第二アーム9が、該車体フレームケース11の外側面11cに沿って延設されている。第二アーム9の上下途中部は、枢支軸9aを介して車体フレームケース11に枢支されている。該第二アーム9の上端部は、リンク8を介して、第一アーム7の上下途中部に枢結されている。そして、第二アーム9の下端部に、サーボユニット60のサーボシリンダ32より後方に延出されるピストンロッド33aの先端(後端)が枢支されている。サーボユニット60及び中立戻しユニット80の組み合わせにより、油圧ポンプ2の可動斜板6制御用のサーボセット(サーボ機構)50を構成している。すなわち、第一アーム7、リンク8、第二アーム9にてなる回動部材に、サーボユニット60の進退動式のアクチュエータであるピストン33のピストンロッド33aと、中立戻しユニット80の進退部材であるロッド82の一端部82bとが枢結されている。中立戻しユニット80には付勢部材である中立付勢バネ83が設けられており、ロッド82は、該中立付勢バネ83により、可動斜板6の中立位置に対応する該ロッド82の中立位置に付勢される。
サーボユニット60のピストンロッド33aが前後に進退することで、第二アーム9が枢支軸9aを中心に回動する。これにより、リンク8を介して該第二アーム9に連結されている第一アーム7が、トラニオン軸6aの軸心を中心に回動する。トラニオン軸6a自体は第一アーム7と一体に回動し、これにより、油圧ポンプ2の可動斜板6が回動する。さらに、ピストンロッド33aの進退及び第二アーム9の回動により第一アーム7が回動することにより、ロッド82が、付勢力に抗して進退される。サーボユニット60において給排切換弁35・36の制御により付与されていたピストンロッド33aへの操作力が緩められると、ロッド82が、バネ83の付勢力にて画される中立位置へと戻り、これにより、第一アーム7及び可動斜板6も、中立位置に戻る。そして、第一アーム7の中立位置への移動により、リンク8を介して、第二アーム9が回動し、可動斜板6及びトラニオン軸6aの中立位置に対応するピストンロッド33aの進退位置(前後位置)にピストンロッド33aが復帰する。
油圧ポンプ2は、シリンダブロック2aの回転芯軸としての前後水平状のポンプ軸2cを有し、油圧モータ3は、シリンダブロック3aの回転芯軸としての前後水平状のモータ軸3cを有する。ポンプ軸2c・モータ軸3cは、センタセクション4にて回転自在に軸支されている。ポンプ軸2cの後端部及びモータ軸3cの後端部は、センタセクション4よりアクスルケース12内へと後方に突出している。該アクスルケース12内にて、ポンプ軸2cの後端部には、PTO軸またはPTO軸に連動連係しているPTO伝動軸15の前端部が、カップリング15aを介して接続されており、一方、HST1の出力軸としてのモータ軸3cの後端部には、前記のアクスルケース12内の伝動機構の入力軸16の前端部が、カップリング16aを介して接続されている。
車体フレームケース11内において、HSTハウジング5の前端には、ギアケース21が固設されている。ポンプ軸2cの前部はHSTハウジング5の前壁部より、ギアハウジング21を介して、前方へと突出している。エンジン10と車体フレームケース11の前開口端11aとを接合した状態において、車体フレームケース11内には、前開口端11aを介して、エンジン10の前後水平状のエンジン出力軸10a及びその後端部に設けられるフライホイール10bが配設される。HST1の入力軸としてのポンプ軸2cは、前述の如くギアハウジング21より前方に突出し、その前端部が、ダンパ10cを介してフライホイール10bに接続されている。
ギアケース21内において、ポンプ軸2cの前後途中部が回転自在に軸支されているとともに、該ポンプ軸2cに対し平行のチャージポンプ駆動軸24が回転自在に軸支されている。ギアケース21内にて、ポンプ軸2cの該前後途中部にはギア22が固設され、チャージポンプ駆動軸24にはギア23が固設され、両ギア22・23が噛合して、ポンプ軸2cからチャージポンプ駆動軸24へと動力を伝達するためのギア列を構成している。ギアケース21の前端には、ポンプ軸2cの該ギアハウジング21からの前方突出部と並列するように、チャージポンプ20を収容するポンプハウジング25が固設されており、該チャージポンプ駆動軸24がギアケース21からポンプハウジング25へと前方に突出している。ポンプハウジング21内ではチャージポンプ駆動軸24に対し平行のポンプ従動軸20cが軸支されている。ポンプハウジング21内にて、チャージポンプ駆動軸24に固設されたポンプギア20aとポンプ従動軸20cに固設されたポンプギア20bとが噛合して、チャージポンプ20としてのギアポンプを構成している。
ここで、図2を参照しつつ図13の油圧回路図にて示すチャージポンプ20からHST1への作動油供給系統について説明する。チャージポンプ20は、アクスルケース12内の油溜まりより油を吸入する。すなわち、アクスルケース12には、油取り出しポートP1が設けられていて、アクスルケース12内の油溜まりより油取り出しポートP1を介してアクスルケース12の外部へと取り出された油が、油路L1を介して、車体フレームケース11内に配置されたチャージポンプ20の吸入口へと吸入される。油路L1は、例えば、車体フレームケース11の壁内に形成してもよいし、ケース11・12の外部に配管される油管にて構成してもよい。
チャージポンプ20の吐出口より吐出される油は、再び車体フレームケース11の外部へと取り出され、図13にて図示するラインフィルタ26、油路L2、チャージポートP2を介して、センタセクション4内に形成されたチャージ油路4a内に供給される。なお、図2に示す実施例では、センタセクション4の後端面におけるチャージ油路4aの開口端をチャージポートP2とし、ここに、油路L2が接続されるものとしている。
センタセクション4のチャージ油路4a内の油量は、センタセクション4内に設けたリリーフ弁28にて調整され、余剰の油は、センタセクション4内に形成したドレン油路4bを介して、センタセクション4の前方におけるHSTハウジング5内の空間に排出される。なお、図1に示すように、HSTハウジング5には、HSTハウジング5内の油をHSTハウジング5の外部に排出するためのドレンポートが形成されており、このドレンポートは、通常は図2に示すようにドレンキャップ29にて閉栓されている。このドレンポートからの油の排出先であるHSTハウジング5内または車体フレームケース11内の油溜まりは、図13に示すように、油路L5を介して、アクスルケース12内の油溜まりと連通させてもよい。
図13に示すように、センタセクション4内には、油圧ポンプ2と油圧モータ3との間に介装される一対のメイン油路ML1・ML2が形成されている。さらに、該センタセクション4内に、図13に示すように、一対のチャージ弁ユニットCV1・CV2が設けられており、チャージ油路4a内の(リリーフ弁28にて調量された)油は、チャージ弁ユニットCV1における逆止弁17が開弁することによりメイン油路ML1へと補充され、また、チャージ弁ユニットCV2における逆止弁17が開弁することによりメイン油路ML2へと補充される。なお、各チャージ弁ユニットCV1・CV2にて、それぞれの逆止弁17をバイパスするようにリリーフ弁18が設けられており、該当のメイン油路ML1・ML2内の油を調量するものとしている。さらに、一方のチャージ弁ユニットCV2(好ましくは、チャージ弁ユニットCV2の逆止弁17にて油の補充を受けるメイン油路ML2を、後進時に高圧側となる油路とする。)には、当該逆止弁17をバイパスするように、HST1の中立領域拡張用のオリフィス19が設けられている。
ここで、図13の油圧回路図にて、サーボセット50の概略構成と、チャージポンプ20からサーボセット50のサーボユニット60への油供給系統について説明する。チャージポンプ20からの吐出油の油路は、ラインフィルタ26通過後に油路L2・L3に分岐しており、油路L2はHST1へと延設され、一方、油路L3はサーボユニット60へと延設される。すなわち、チャージポンプ20は、HST1の作動油を供給するものであるとともに、HST1の可動斜板6制御用のサーボユニット60の作動油を供給するものでもある。
サーボユニット60は、油圧シリンダ32、給排切換弁35・36を有している。油圧シリンダ32は、可動斜板6の位置制御用アクチュエータとしてのピストン33を摺動自在に収容している。ピストン33から両側にピストンロッド33a・33bが延設されて、油圧シリンダ32の両側端より突出しており、ピストンロッド33aの先端が前述のように第二アーム9に枢結されている。
給排切換弁35は、該油圧シリンダ32内のピストン33の一側に形成される油室32aに対する油の給排を行う。給排切換弁36は、該油圧シリンダ32内のピストン33の一側に形成される油室32bに対する油の給排を行う。給排切換弁35・36は、それぞれ、比例ソレノイド35a・36aを備えた電磁比例制御弁である。給排切換弁35は、給排油路43を介して油圧シリンダ32の油室32aに連通する給排ポート35dを有している。給排切換弁36は、給排油路44を介して油圧シリンダ32の油室32bに連通する給排ポート36dを有している。給排切換弁35・36のうちの一方を、前進用に励磁されるべき給排切換弁とし、他方を、後進用に励磁されるべき給排切換弁としている。給排切換弁35・36のうち、励磁された方の給排切換弁の給排ポート35dまたは36dから、その該当の油室32aまたは32bに、該当の給排油路43または44を介して、油が供給される。
また、サーボユニット60は、入口ポートP3及び出口ポートP4を有している。入口ポートP3は、油路L3を介してチャージポンプ20からの吐出油を受ける。出口ポートP4は、油路L4を介して、車体フレームケース11内の油溜まりに連通される。油路L3から入口ポートP3を介してサーボユニット60に導入された油は、給入油路41を介して、両給排切換弁35・36それぞれの給入ポート35b・36bへと供給される。両給排切換弁35・36の排出ポート35c・36cからの排出油は、ドレン油路42にて合流し、出口ポートP4及びサーボユニット60の外部の油路L4を介して、車体フレームケース11内の油溜まりへと排出される。
前述の如く電磁比例制御弁である各給排切換弁35・36は、スプール等の可動部品を有し、それぞれの比例ソレノイド35a・36aの駆動力にて、該可動部品を、バネ力(中立戻しユニット80のバネ83の付勢力)や油圧力に対抗する方向に駆動し、該可動部品の位置や力のバランスを制御することで、流量や圧力を制御するものとしている。各比例ソレノイド35a・36aの該駆動力は、各比例ソレノイド35a・36aに印加される電流値(制御源流値)に比例する。図13を参照していえば、各給排切換弁35・36は、比例ソレノイド35a・36aに印加される電流値に応じて、供給位置Sと排出位置Dとに振動的に切り換えられるものである。各給排切換弁35・36は、供給位置Sにあるときに、その給入ポート35bまたは36bを給排ポート35dまたは36dに連通し、該給入ポート35bまたは35bに導入されている入口ポートP3からの油を、その該当の油室32aまたは32bに供給する。各給排切換弁35・36は、排出位置Dにあるときに、その給排ポート35dまたは36dを排出ポート35cまたは36cに連通し、その給排ポート35d・36dに導入されている該当の油室32aまたは32bからの油を、出口ポートP4へと排出する。このように油の給排を繰り返すことで油室32aまたは32bに対する圧力が設定され、この圧力と前記バネ83の付勢力とが釣り合うポイントまでピストン33がストロークする。なお、前記電流値は図外の変速ペダルやレバーの操作量に応じて図外のコントローラーが創成するものとされる。
図13にて示されるサーボセット50の構成は以上であり、これを踏まえて、図1乃至図12に示される該サーボセット50におけるサーボユニット60及び中立戻しユニット80の具体的構造について説明する。なお、サーボユニット60及び中立戻しユニット80は、前述の如く、車体フレームケース11の外部にて、該車体フレームケース11の外側面11cに沿って配設されているが、以後、サーボユニット60及び中立戻しユニット80の左右方向については、外側面11c寄りの側を「左右内側」、外側面11cに対し反対の側を「左右外側」と称するものとする。
まず、図1乃至図11より、サーボユニット60の構造について説明する。サーボユニット60は、ブラケット61、バルブブロック64、油路ブロック65等を有している。図3、図6等に示すように、ブラケット61は、車体フレームケース11の外側面11cに沿って前後方向に延設された板材であって、その後端部61a・前端部61bを左右外側に曲折している。図3、図6、図8乃至図10に示すように、ブラケット61の前後略中間部分、すなわち、後端部61aと前端部61bの間の略中間の部分には、左右内側向きに円筒状のボス62が固設されている。図3、図6に示すように、ブラケット61及びボス62には、これらを貫通するように、ボス孔61c・62aが形成されている。図6に示すように、枢支軸63がボス孔61c・62aに挿通される。枢支軸63の左右内側端部は外側面11cを介して車体フレームケース11内に挿入され、抜け止めされる。こうして、車体フレームケース11の外側面11cより左右水平方向に突設された状態の枢支軸63を介して、該ブラケット61の前後略中間部分が車体フレームケース11に枢支されている。これにより、枢支軸62を中心に、ブラケット61の後端部61a・前端部61bが上下に揺動可能となっている。
図3、図5、図6、図10で示すように、ブラケット61の後端部61aにはバルブブロック64の段差面64aが当接されている。一方、図1、図3乃至図7で示すように、ブラケット61の前端部61bには油路ブロック65の前端面が当接されている。また、図1、図3乃至図10に示すように、バルブブロック63と油路ブロック65との間にて、油圧シリンダ32が挟持されている。該油圧シリンダ32の左上方、右上方、左下方、右下方にて、該油圧シリンダ32を囲むように、4本の連結杆66が、油圧シリンダ32に対し平行状に延設されている。各連結杆66は、図5に示すように、ボルトとなっており、後端部をボルトヘッド66a、前端部を螺子軸部66bとしている。各連結杆66は、バルブブロック64の後方より前方へとバルブブロック64に挿通される。これらのうち、左右内側の上下2本の連結杆66は、バルブブロック64の段差面64aに当接するブラケット61の後端部61aを介して、バルブブロック64に挿通される。一方、各連結杆66の前端部の螺子軸部66bは、油路ブロック65に螺挿される。これらのうち、左右内側の上下2本の連結杆66の螺子軸部66bは、さらに、油路ブロック65の前端面に当接するブラケット61の前端部61bにも螺挿される。
以上のようにバルブブロック64及び油路ブロック65に挿通された4本の連結杆66のうち、左右外側の上下2本の連結杆66のボルトヘッド66aはバルブブロック64の後端面に当接され、左右内側の上下2本の連結杆66のボルトヘッド66aはブラケット61の後端部61aに当接される。この状態の4本の連結杆66を介して、油圧シリンダ32を挟持した状態のバルブブロック64及び油路ブロック65同士が締結され、さらに、左右内側の上下2本の連結杆66を介して、ブラケット61の後端部61a及び前端部61bにバルブブロック64及び油路ブロック65が締止されている。こうして、ブラケット61、ボス62、油圧シリンダ32、バルブブロック64、油路ブロック65及び連結杆66が一体状に組み合わされ、これらは、枢支軸63を中心に一体に回動する。なお、連結杆66は、枢支軸63を中心に油圧シリンダ32、バルブブロック64及び油路ブロック65が一体に回動可能となるようにこれらを組み合わせるのに適したものであればよく、連結杆66の本数や位置等は特定されない。
さらに、図1、図3、図4及び図7に示すように、油圧シリンダ32の上方にて、バルブブロック64と油路ブロック65との間に、油圧シリンダ32に対し平行状の油管67が介設されている。油管67は、バルブブロック64と油路ブロック65との間で油を流通させるために設けられている。油管67に関連する油路構造については後に詳述する。
図6及び図7に示すように、本実施例では、バルブブロック65に固定される油圧シリンダ32の後端の側の油室を油圧32aとし、油路ブロック66に固定される油圧シリンダ32の前端の側の油室を油圧32bとする。ピストンロッド33aは、油圧シリンダ32内のピストン33より後方に延設され、油圧シリンダ32の油室32aを通る。ピストンロッド33aはさらに、バルブブロック64を通り、該バルブブロック64より後方に突出し、その後端が、前述の如く第二アーム9の下端部に枢結されている。一方、ピストンロッド33bは、油圧シリンダ32内のピストン33より前方に延設され、油圧シリンダ32の油室32bを通る。ピストンロッド33bはさらに、油路ブロック65を通り、その前端部が、該油路ブロック65より前方に突出している。
油圧シリンダ32内におけるピストン33の前後摺動に伴い、バルブブロック64から後方に突出するピストンロッド33a及び油路ブロック65から前方に突出するピストンロッド33bが進退(直線動作)する。このピストンロッド33aの直線動作に伴い、図1及び図13でわかるように、第二アーム9が枢支軸9aを中心に回動する。この第二アーム9の回動中、第二アーム9の下端部の上下位置が変化し、それとともに、該第二アーム9の下端部に枢結されているピストンロッド33aの後端部が上下に揺動する。このピストンロッド33aの後端部の上下揺動は、前述の如く、枢支軸63を中心に、油圧シリンダ32、バルブブロック64及び油路ブロック65が一体状に回動自在となっていることにより、可能となっている。いいかえれば、ピストンロッド33aの進退に伴って、枢支軸63を中心に、油圧シリンダ32、バルブブロック64及び油路ブロック65が一体的に回動するので、ピストンロッド33aに枢結された第二アーム9が、こじれを起こすことなく、ピストンロッド33aの進退(直線動作)に伴って回動することができるのである。
バルブブロック64は、油圧シリンダ32及び連結杆66に接続された部分からさらに左右外側に膨出している。このバルブブロック64の左右外側への膨出部には、給排切換弁35・36が、上下に配列された状態で内装されている。本実施例では、油室32aに連通する給排切換弁35が下側、油室32bに連通する給排切換弁36が上側に配置されている。さらに、該給排切換弁35・36のソレノイド35a・36aがバルブブロック63の前記膨出部より前方に突出し、油圧シリンダ32に対し平行状に延設されている。
図6、図9、図11に示すように、バルブブロック64には、鉛直の油孔71が穿設されている。バルブブロック63内にて、油孔71の上下途中部が給排切換弁36の給入ポート36bに連通しており、油孔71の下端が給排切換弁35の給入ポート35bに連通している。この油孔71を、図13の油圧回路図で示す給入油路41としている。また、図3、図9、図11に示すように、該油孔71の上端71aがバルブブロック64の上端面にて開口しており、この油孔71の開口端71aを、図13の油圧回路図で示す入口ポートP3としている。
図6、図8に示すように、バルブブロック64には、鉛直の油孔72が穿設されている。油孔72の上端72aは、バルブブロック64の上端面に配置され、閉栓されている。油孔72の上下途中部は給排切換弁36の排出ポート36cに連通しており、油孔72の下端は給排切換弁35の排出ポート35cに連通している。さらに、図8に示すように、油孔72の上下途中部より左右外側に水平の油孔73を延設している。このように、バルブブロック64内に形成した油孔72、73を、図13の油圧回路図で示すドレン油路42としている。また、図1、図3、図4、図8に示すように、該油孔73の左右外側端73aは、バルブブロック74の左右外側の側面にて開口しており、この開口端73aを、図13の出口ポートP4としている。
図6及び図10に示すように、バルブブロック64の下半部内にて、該バルブブロック64の後端面に沿って左右方向に、上下傾斜状の油孔74が穿設されている。油孔74の左右外側端74aは、図3乃至図6及び図10に示すように、バルブブロック64の左右外側面に配置され、閉栓されている。油孔74の左右途中部は、給排切換弁35の給排ポート35dと連通している。さらに、図6、図8乃至図10に示すように、バルブブロック64内に、前後水平状の油孔75が穿設されている。図6及び図10に示すように、油孔75の後端と油孔74の左右内側端とが接続されている。そして、図6に示すように、油孔75の前端が油圧シリンダ32の油室32aの後端にて開口している。こうして、バルブブロック74内に形成した油孔74・75にて、図13の油圧回路図で示すように給排切換弁35の給排ポート35dと油圧シリンダ32の油室32aとを連通する給排油路43を構成している。
図7及び図10に示すように、バルブブロック64の上半部内にて、該バルブブロック64の後端面に沿って、左右水平の油孔76が穿設されている。油孔76の左右外側端76aは、図3、図4及び図10に示すように、バルブブロック64の左右外側面に配置され、閉栓されている。油孔76の左右途中部は、給排切換弁36の給排ポート36dと連通している。さらに、図7乃至図10に示すように、バルブブロック64内に、前後水平状の油孔77が穿設されている。図7及び図10に示すように、油孔75の後端と油孔74の左右内側端とが接続されている。一方、前述の如く、バルブブロック64と油路ブロック65との間に油管67が介設されており、図7に示すように、油孔75の開口前端と、バルブブロック74に装着された油管67の開口後端とが連通している。
図7に示すように、油路ブロック65には、鉛直の油孔78が穿設されている。油孔78の上端は、図3及び図7に示すように油路ブロック65の上端部に配置され、閉栓されている。油孔78の上下途中部に、油路ブロック65に装着された油管67の開口前端が接続されている。さらに、油路ブロック65に装着された油圧シリンダ32の前端部を介して、油孔78の下端部が油室32bに連通している。こうして、バルブブロック74内に形成された油孔76・77、バルブブロック74と油路ブロック75との間に介設された油管67、及び、油路ブロック75内に形成された油路78にて、図13の油圧回路図で示すように給排切換弁36の給排ポート36dと油圧シリンダ32の油室32bとを連通する給排油路44を構成している。
次に、図1及び図12、図13にて中立戻しユニット80の詳細について説明する。中立戻しユニット80は、筒体81、ロッド82、中立付勢バネ83、バネ止め84、ブラケット85、枢支軸86、止め輪87、ナット88を有する。該筒体81は、前述の如く車体フレームケース11の外側面11cに沿って延設されており、該筒体81の前後中間部が、枢支軸86を介して、車体フレームケース11に枢支されている。したがって、該筒体81の前端・後端が、その前後中間部における枢支軸86を中心に上下揺動自在な状態となっている。
図1に示すように、枢支軸86にて枢支される筒体81の前後中間部を囲むように、ブラケット85が設けられている。ブラケット85の上端部及び下端部は、それぞれボルト孔85bを有するタブ85aとなっている。該ボルト孔85aに挿通したボルト(図示せず)にて、該ブラケット85の上下のタブ85aを車体フレームケース11の外側面11cに締止することで、ブラケット85を車体フレームケース11に固設している。ブラケット85と筒体81の上下端部との間は、ある程度の空間が確保されている。この空間にて、筒体81の枢支軸86を中心としての揺動が許容される。逆にいえば、この空間で規定される範囲内に、筒体81の揺動量が限定される。
筒体81の前端・後端は開放されており、該ロッド82は、該筒体81を貫通するように前後方向に延設されている。該ロッド82の後端部82bは該筒体81の後端より後方に延出され、前述の如く第一アーム7の先端に枢結されている。該ロッド82は軸心方向(前後方向)に摺動自在であり、ロッド82の前方摺動時に、該ロッド82の前端部82cが筒体81の前端より突出可能となっている。
該筒体81内において、ロッド82には、前後一対のバネ止め84が、ロッド82に対して相対的に軸心方向摺動自在に嵌装されている。また、該筒体81内にて、該ロッド82を取り巻くように、両バネ止め84間に中立付勢バネ83が介設されている。また、該筒体81の内周部に、前後一対の止め輪87が固設されている。前側の止め輪87にて前側のバネ止め84の前方摺動が規制され、後側の止め輪87にて後側のバネ止め84の後方摺動が規制される。
図12に示す中立戻しユニット80では、中立付勢バネ83が初期の圧縮状態となっており、該中立付勢バネ83の前後外方向のバネ力にて、前後両方のバネ止め84がそれぞれの止め輪87に押接されている。また、ロッド82の軸心方向途中部にはフランジ82aが形成され、該フランジ82aが、後側の止め輪87に当接した状態の後側のバネ止め84の後端に当接している。一方、ロッド82の前端部82c寄りの部分にナット88が螺装され、該ナット88が、前側の止め輪87に当接した状態の前側のバネ止め84の前端に当接している。ロッド82の摺動方向において、図12に示すように中立付勢バネ83が初期状態となる位置を、進退部材であるロッド82の中立位置とする。ロッド82がこの中立位置にあるときに可動斜板6が中立位置となるよう、第一アーム7を介しての可動斜板6とロッド82との連結構造が設定されている。また、給排切換弁35・36のいずれの比例ソレノイド35a・36aも解磁された場合におけるシリンダ32内の油室32a・32b内の油の状態により現出されるピストン33の位置を、ピストン33の中立位置としており、ロッド82が中立位置にあるときにピストン33がこの中立位置に配置されるように、第一アーム7、リンク8及び第二アーム9を介して、ロッド82とピストンロッド33aとの連結構造が設定されている。
ピストン33(ピストンロッド33a・33b)が、その中立位置から前方摺動すると、第二アーム9、リンク8、第一アーム7を介して、可動斜板6が前進用・後進用の両傾倒方向のうちのいずれか一方に傾倒する。このときに、第一アーム7の下端部は後方に回動し、これにつれてロッド82が後方に摺動する。この際、筒体81が枢支軸86を中心に揺動して、回動部材である第一アーム7の円周上の動きと進退部材であるロッド82の直線上の動きとの差を吸収する。そして、ロッド82の後方摺動中に、後側のバネ止め84は後側の止め輪87に当接したままである一方で、ロッド82に固設されたナット88が前側のバネ止め84を後方に押動する。これにより、中立付勢バネ83は、初期の圧縮状態からさらに圧縮され、ロッド82に前方への付勢力を付与する。この付勢力が、ロッド82、可動斜板6及びピストン33それぞれの中立位置への付勢力となる。
一方、ピストン33(ピストンロッド33a・33b)が、その中立位置から後方摺動すると、可動斜板6が前進用・後進用の両傾倒方向のうちの他方に傾倒し、第一アーム7の下端部は前方に回動し、これにつれてロッド82が前方に摺動する。この際、筒体81は前述と同様に揺動して、第一アーム7の回動とロッド82の直線動との差を吸収する。ロッド82の前方摺動中に、前側のバネ止め84は前側の止め輪87に当接したままである一方で、ロッド82のフランジ82cが後側のバネ止め84を前方に押動する。これにより、中立付勢バネ83は、初期の圧縮状態からさらに圧縮され、ロッド82、可動斜板6及びピストン33それぞれの中立位置への付勢力となる後方への付勢力をロッド82に付与する。
以上のように、ロッド82の中立位置は、第一アーム7及び可動斜板6の中立位置を画定するとともに、第一アーム7、リンク8及び第二アーム9を介して、ピストン33の中立位置(給排切換弁35・36のいずれの比例ソレノイド35a・36aも解磁された状態)を画定する。つまり、前述の如く、中立戻しユニット80のロッド82がバネ83の付勢力で中立位置に戻ることにより、サーボユニット60のピストン33もその中立位置に戻る。そして、図6でわかるように、このピストン33の中立位置も、前後方向において、油圧シリンダ32を揺動自在に支持する枢支軸62の前後方向における位置と略一致している。これにより、油圧シリンダ32におけるピストン33の作動バランスが良好に保持され、また、ピストンロッド33aの進退に伴うシリンダ32の揺動量も抑えられる。
以上の如く説明したように、HSTの容積制御用サーボ機構であるサーボユニット50は、進退動するアクチュエータであるピストン33及び該ピストン33の進退動を制御するバルブ35・36を一体に組み合わせて構成したサーボユニット60を有している。HST1を収容する車体フレームケース11の外側にて、該HST1の容積制御用の回動部材(7・8・9)を枢支し、該回動部材(7・8・9)に該アクチュエータ33を連係している。また、枢支軸63を介して該サーボユニット60を該ケース11に枢支している。該バルブ35・36での油圧制御により該アクチュエータ33が進退動すると、該アクチュエータ33の進退動に伴って該回動部材(7・8・9)が回動するのに応じて、該サーボユニット60が該枢支軸63を中心に回動する。このような構成により、進退動(直線動作)するピストン33(及びピストンロッド33a)と回動する回動部材(7・8・9)との間でこじれが発生することがなく、ピストン33の進退動が確実に回動部材(7・8・9)の回動へと変換される。また、サーボユニット60が枢支軸63を介して枢支されているので、ピストン33の進退動及び回動部材(7・8・9)の回動にかかわらず、ピストン33とバルブ35・36とを組み合わせてのサーボユニット60の一体性が確保され、組み立て性を向上し、サーボユニット60の着脱容易性も確保される。
前記枢支軸63は、前記ピストン33の進退方向(前後方向)において、前記のピストン33の中立位置(HST1の中立状態に対応する位置)と一致するように配置される。これにより、アクチュエータの進退に伴って回動するサーボユニットの重量バランスが向上し、また、サーボユニットの回動量も抑えられる。
また、前記サーボユニット50は、付勢手段である中立付勢バネ83を備えた進退部材であるロッド82を有している。該ロッド82は枢支軸86を介して前記ケース11に枢支されている。また、該進退部材であるロッド82は前記回動部材(7・8・9)に連係されている。該中立付勢バネ83は、該ロッド82及び該回動部材(7・8・9)を、前記HST1の中立状態に対応する位置へと付勢している。前記バルブ35・36による油圧制御での該ロッド82の進退動に伴う該回動部材(7・8・9)の回動に応じて、該ロッド82が進退するとともに、該ロッド82が該枢支軸86を中心に回動する。該HST1を該中立状態に戻す際には、該中立付勢バネ83の付勢力にて該ロッド82が進退するとともに該枢支軸86を中心に回動し、これにより該回動部材(7・8・9)を回動させ、前記枢支軸63を中心に前記サーボユニット60を回動するとともに、該ピストン33を、該HST1の中立状態に対応する位置に戻す。このような構成により、サーボユニット60自体には、付勢手段を備える必要がなくなり、サーボユニット60のコンパクト化、低コスト化に貢献する。また、付勢手段を備えた進退部材として、既存の、トラニオン軸6aを回動するための進退部材を、そのまま適用することができ、これに、付勢手段のないサーボユニット60を追加することで、サーボセット50全体を、HST1の中立状態への復帰機能を備えたアクチュエータ及びバルブの組み合わせとして提供できる。
前記回動部材は、第一アーム7、第二アーム9、及び該第一アーム7と第二アーム9とを連結するリンク8よりなる。該第一アーム7は、前記HST1の可動斜板6のトラニオン軸6aを介して前記ケース11に枢支され、該第二アーム9は、該トラニオン軸6a以外の枢支軸9aを介して前記ケース11に枢支される。該第一アーム7に前記進退部材としてのロッド82を枢結し、該第二アーム9に前記アクチュエータとしてのピストン33(のピストンロッド33a)を枢結している。このことにより、該第一アーム7としては、可動斜板6のトラニオン軸6aを中心に回動するようにケース11に枢支された既存のアームであって、既存の付勢手段(中立付勢バネ83)付きの進退部材(ロッド82)に枢結されたものを、そのまま転用することができる。そして、サーボユニット60の取付に際し、追加的に、該第二アーム9をケース11に枢支し、該リンク8を介して該第二アーム9を該第一アーム7に連結すれば、該第一・第二アーム7・9及び該リンク8を、簡単に、付勢手段(中立付勢バネ83)を備えた進退部材(ロッド82)にも、サーボユニット60のアクチュエータ(ピストン33)にも連係された前記回動部材(7・8・9)として提供できる。
以上、本発明に係る油圧式変速装置(HST)制御用アクチュエータユニットについて、HSTを備えるトラクタ等の車両に簡単に装備できるものとして説明してきたが、このように簡単に装着できるという効果を奏するアクチュエータユニットは、車両以外の、HSTを用いることが考えられるあらゆる用途において、適用が可能である。
1 HST(油圧式変速装置)
6 可動斜板
6a トラニオン軸
7 第一アーム
8 リンク
9 第二アーム
32 油圧シリンダ
33 ピストン(進退動式のアクチュエータ)
33a ピストンロッド
50 サーボセット
60 サーボユニット
61 ブラケット
63 枢支軸(第一枢支軸)
80 中立戻しユニット
81 シリンダ
82 ロッド(進退部材)
83 中立付勢バネ(付勢手段)
86 枢支軸(第二枢支軸)
6 可動斜板
6a トラニオン軸
7 第一アーム
8 リンク
9 第二アーム
32 油圧シリンダ
33 ピストン(進退動式のアクチュエータ)
33a ピストンロッド
50 サーボセット
60 サーボユニット
61 ブラケット
63 枢支軸(第一枢支軸)
80 中立戻しユニット
81 シリンダ
82 ロッド(進退部材)
83 中立付勢バネ(付勢手段)
86 枢支軸(第二枢支軸)
Claims (4)
- 進退動するアクチュエータ及び該アクチュエータの進退動を制御するバルブを一体に組み合わせて構成したサーボユニットを有し、
油圧式変速装置を収容するケースの外側にて、該油圧式変速装置の容積制御用の回動部材を枢支し、該回動部材に該アクチュエータを連係しており、
第一枢支軸を介して該サーボユニットを該ケースに枢支し、
該バルブでの油圧制御により該アクチュエータが進退動すると、該アクチュエータの進退動に伴って該回動部材が回動するのに応じて、該サーボユニットが該第一枢支軸を中心に回動することを特徴とする油圧式変速装置の容積制御用サーボ機構。 - 前記第一枢支軸は、前記アクチュエータの進退方向において、前記油圧式変速装置の中立状態に対応する位置と一致するように配置されることを特徴とする請求項1記載の油圧式変速装置の容積制御用サーボ機構。
- 付勢手段を備えた進退部材を有しており、
該進退部材は、第二枢支軸を介して前記ケースに枢支されており、
該進退部材は、前記回動部材に連係されており、
該付勢手段は、該進退部材及び該回動部材を、前記油圧式変速装置の中立状態に対応する位置へと付勢しており、
前記バルブによる油圧制御での該アクチュエータの進退動に伴う該回動部材の回動に応じて、該進退部材が進退するとともに、該進退部材が該第二枢支軸を中心に回動し、
該油圧式変速装置を該中立状態に戻す際には、該付勢手段の付勢力にて該進退部材が進退するとともに該第二枢支軸を中心に回動し、これにより該回動部材を回動させ、前記第一枢支軸を中心に前記サーボユニットを回動するとともに、該アクチュエータを、該油圧式変速装置の中立状態に対応する位置に戻すことを特徴とする請求項1または請求項2記載の油圧式変速装置の容積制御用サーボ機構。 - 前記回動部材は、第一アーム、第二アーム、及び該第一アームと第二アームとを連結するリンクよりなり、
該第一アームは、前記油圧変速装置の可動斜板のトラニオン軸を介して前記ケースに枢支され、該第二アームは、該トラニオン軸以外の枢支軸を介して前記ケースに枢支され、
該第一アームに前記進退部材を枢結し、該第二アームに前記アクチュエータを枢結していることを特徴とする請求項3記載の油圧式変速装置の容積制御用サーボ機構。
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