JP4830673B2 - 作業車の変速装置 - Google Patents

Description

この発明は、対地作業機を備えるトラクタやフロントローダ等の作業車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、容量が不足したり作動油の泡立ちを嫌う為に、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のオイルタンクを不要にすることを課題とする。また、作業車に対地作業機を装着して作業を行っているときにおいて、負荷変動が大きい場合にトロイダル変速機構を保護する。

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）と平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すべく構成し、
前記トロイダル変速機構（４）で変速する回転を高・低切換クラッチ（３０）に伝動し、該高・低切換クラッチ（３０）の低速クラッチ（９０）を接続してトロイダル変速機構（４）の入力ディスク（４ｂ）から出力ディスク（４ａ）への動力伝達比を変更するパワーローラ（２４）の傾きを変更すると、出力回転は低速域内で逆転から正転に亘って無段階で変速する構成とし、
高・低切換クラッチ（３０）の高速クラッチ（９１）を接続してさらに正転で増速する構成とし、
エンジン（Ｅ）の出力軸へ直結するメイン入力軸（１４）から走行伝動入力軸（１１）を経由して対地作業機を駆動するＰＴＯ入力軸（１２）に動力伝達する構成とし、
作業車に装着した対地作業機で作業を行っているときにエンジン（Ｅ）のエンジン回転数を計測し、エンジン回転数がエンジン停止直前の回転数になると、前記高・低切換クラッチ（３０）を切りにして前記パワーローラ（２４）の傾き変更も停止するように構成したことを特徴とする作業車の変速装置とする。

このように構成すると、バリエータ軸（１０）はエンジン出力軸の軸心延長上に配置されるため、ミッションケース内上位に位置でき、このバリエータ軸（１０）と平行に走行駆動入力軸（１１）を設けられてギヤ伝動する。
また、作業車に装着した対地作業機で作業を行っているときに、エンジン回転数がエンジン停止直前の回転数になると、高・低切換クラッチ（３０）を切りにしてパワーローラ（２４）の傾き変更も停止する。

また、請求項２に記載の発明では、前記エンジン（Ｅ）のエンジン回転数の変化率を計測し、エンジン回転数の下げ変化率が所定値以上になると、前記高・低切換クラッチ（３０）を切りにして出力ディスク（４ａ）を入力ディスク（４ｂ）へ押し付けるサーボ圧を遮断するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業車の変速装置とする。
エンジン回転数の下げ変化率が所定値以上になると、高・低切換クラッチ（３０）を切りにして出力ディスク（４ａ）を入力ディスク（４ｂ）へ押し付けるサーボ圧を遮断する。

請求項1に記載の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内の上位位置になり、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。このことにより、作動油の専用オイルタンクを省略でき、製造コストを低下できる。

また、請求項１および請求項２に記載の発明は、前述のごとく構成したので、作業車に装着した対地作業機で作業を行っているときにおいて、パワーローラ２４の損傷を防止できる。

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、図２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。

最下位の前輪駆動軸１３は、後述するミドルケース１ｂ側からの伝動により前側のフロントデフ軸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３参照）
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４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８２，８３，８４，８５を装着しているが、この各オイルシール８２，８３，８４，８５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ザード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と前輪駆動軸１３のオイルシール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８６を介して遊星機構８７のプラネタリギアを駆動し、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のサンギアをも駆動する。また、走行駆動入力軸１１の延長軸８８には前記ギア２６と噛み合うワンウエイクラッチ２７と前記ワンウエイクラッチ８６に繋がるギア２８と噛み合うギア８９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のプラネタリギアとサンギアの駆動構成でリングギアが減速駆動される。

このリングギアの回転が低速側クラッチ９０の伝動ドラム９３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する。
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９１の伝動ドラム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９１の伝動ドラムを前記低速側クラッチ９０の正転最高速を引き継いでさらに高速へと変速する。

以上の構成で、低速側クラッチ９０を繋げば出力クラッチ軸９２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９１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。この低速クラッチ９０と高速クラッチ９１断続タイミングがマイコン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・低切換クラッチ３０の出力クラッチ軸９２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とかみ合ってデフ軸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・低切換クラッチ３０に伝動する。そしてこの高・低切換クラッチ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・低切換クラッチ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をあまり掻き混ぜることが少なく、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。

図５は、出力側ディスク４ａのバリエータ軸１０との軸支部オイル溜４７へのオイル供給路４８，４９，５０を示す一部の拡大図で、メイン入力軸１４側の供給アーム５１に設けたオイル供給路４８をバリエータ軸１０の軸心に設けた供給路４９に連通しさらにバリエータ軸１０に設ける放射状供給路５０から軸支部オイル溜４７に連通している。供給路４９の他端はバリエータ軸１０の端部を受けるギア１５のニードルベアリング５２に通じて潤滑している。５３はオイルシールリングである。

バリエータ軸１０の下位にあって入力ディスク４ｂへ回転を伝動する走行駆動入力軸１１は、ギア２１の嵌合部で前軸１１ａと後軸１１ｂに分離可能にスプライン勘合しているので、組み付けが容易になっている。

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作動油とミッションオイルが混ざらないようにしている。

なお、７１はＰＴＯ変速機構でＰＴＯ出力軸４１の回転を変速してＰＴＯ軸７０に伝達する構成である。７２は作業機昇降用油圧シリンダ機構である。
次に、この作業車における走行制御状態を説明する。

図６は制御ブロック図で、コントローラ５６に対してアクセルペダル踏込みセンサ５７からアクセルペダルを踏込み信号が入力され、車体傾斜センサ５８から車体の前後傾きが入力され、エンジン回転数センサ５９からエンジンの起動と回転数が入力され、リニアシフトセンサ６０からトロイダル変速機構４の変速状態が入力される。さらに、Ｈ／Ｌクラッチセンサ６１から高・低切換クラッチ３０の切換位置が入力され、Ｐブレーキセンサ６３から駐車ブレーキの入切信号が入力され、車速設定ダイヤル６４から走行速度設定値が入力される。

コントローラ５６からは、前記の各信号に基づいて、ターボ圧制御信号６５が出力され、２／４ＷＤ切換制御信号６６すなわち二輪駆動或いは四輪駆動の信号が出力され、Ｈ／Ｌ制御信号６７すなわち高速或いは低速走行信号が出力され、各変速機構へ社則制御信号６８が出力され、トロイダル変速機構４への変速信号すなわちＧＮ制御信号が出力される。

図７は、アクセルペダルの動きによる駆動トルクの変更制御を示すもので、走行トルクは出力ディスク４ａを入力ディスク４ｂへ押し付けるサーボ圧の変更によって変動するようにしているので、ステップＳ１でアクセルペダルの一定位置踏み込み時間を計測し、ステップＳ２で一定位置踏み込みが解除されて戻されたと判断されれば、ステップＳ３で登り坂の頂点を越えたと判断してステップＳ４でサーボ圧を低下してステップＳ５の一定車速走行に移行する。また、ステップＳ２でアクセルペダルが戻されず、ステップＳ６でアクセルペダルがさらに踏み込まれたと判断されれば、ステップＳ７でさらに傾斜の急な登り坂であると判断してステップＳ８でサーボ圧を上昇して走行トルクを強めてステップＳ９の一定車速走行に移行する。

図８は、前記制御に加えて下り坂の場合にステップＳ１８で四輪駆動（４ＷＤ）への切り換えを行い、登り坂の場合にステップＳ１９で二輪駆動（２ＷＤ）への切り換えを行うようにした例である。

図９は、車体の前後方向傾斜角度センサによる傾き計測による駆動トルクの変更制御を示すもので、ステップＳ１０で車体の傾斜角度を計測し、ステップＳ１１で傾斜角度がプラス（＋）ｏｒマイナス（−）を判断し、マイナス（−）すなわち下り傾斜であれば、ステップＳ１２で下り坂に向かったと判断してステップＳ１３でサーボ圧を低下してステップＳ１４の一定車速走行に移行する。また、ステップＳ１１でプラス（＋）すなわち登り傾斜であれば、ステップＳ１５で登り坂に向かっていると判断してステップＳ１６でサーボ圧を上昇して走行トルクを強めてステップＳ１７の一定車速走行に移行する。

図１０は、前記制御で下り坂の場合にステップＳ２０で四輪駆動（４ＷＤ）への切り換えを行い、登り坂の場合にステップＳ２１で二輪駆動（２ＷＤ）への切り換えを行うようにした例である。

トロイダル変速機構４は、急激なエンジン回転数の変動によってパワーローラ２４が損傷することがある。例えば、作業車で対地作業をしている際に作業負荷が増大してエンジンが停止寸前になりこれが負荷の突然軽減によって突然回転が上がる場合などに危険である。

このために、図１１に示す制御では、ステップＳ２０でエンジン回転数を計測していてステップＳ２１での回転数判定が例えばエンジン停止寸前の回転数になったと判断すれば、ステップＳ２２で高・低クラッチ３０の高速側クラッチ９１を切り、ステップＳ２３で低速側クラッチ９０も切って動力の伝動を断ち、ステップＳ２４でパワーローラ２４の駆動を遮断する。

また、図１２に記載の如く、ステップＳ２５でエンジン回転数の変化率を計測していてステップＳ２６での回転数変化率判定が大きく急激であると判断すれば、ステップＳ２７で高・低クラッチ３０の高速を切り、ステップＳ２８で低速を切って動力の伝動を断ち、ステップＳ２９でサーボ圧を遮断してトルク伝動を中断する。

さらに、図１３の実施例は、前記制御にステップＳ３０の駆動輪を制動して下り坂走行時の駆動輪からの逆駆動を防ぐ制御を追加した例である。
トロイダル変速機構４を組み込んだトランスミッションを使用している作業車は、トロイダル変速機構４をニュートラルにして停止状態にすることが出来るが、自動走行速度設定を高速にした状態でブレーキを解除して走行開始すると急発進して危険である。そのため、図１４に示す走行制御を行っている。

ステップＳ４０でエンジンが起動していれば、ステップＳ４１のリニアシフト（前後進クラッチ）がニュートラルであるかの判定を行い、ニュートラルであればステップＳ４２の走行クラッチを切る。ニュートラルでなければ、ステップＳ４３の低速側クラッチ９０の判定を行い、入であればステップ４７の前に移り、切であればステップＳ４４のギアードニュートラル（トロイダル変速機構４をニュートラルにする）制御を行う。

さらに、ステップＳ４５でギアードニュートラルが後進かの判定でＹＥＳであれば、ステップＳ４６の低速側クラッチ９０を入にしてステップＳ４７の駐車ブレーキの判定で入であればステップＳ４８で最大駆動トルクを低い２００Ｎ・ｍにし、駐車ブレーキが切であればステップＳ４９で最大駆動トルクを高い５００Ｎ・ｍにする。

ステップＳ５０の車速設定判定で、零であればステップＳ５１のギアードニュートラル制御を行い、零でなければステップＳ５２の設定速度での走行制御を行う。

本発明を実施したミッションケースの要部の側断面図である。 本発明を実施したミッションケースの後部の側断面図である。 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。 一部の拡大側面図である。 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。 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。

Ｅ エンジン
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
２４ パワーローラ
３０ 高・低切換クラッチ
７０ ＰＴＯ軸
９０ 低速クラッチ
９１ 高速クラッチ

Claims (2)

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）と平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すべく構成し、
   前記トロイダル変速機構（４）で変速する回転を高・低切換クラッチ（３０）に伝動し、該高・低切換クラッチ（３０）の低速クラッチ（９０）を接続してトロイダル変速機構（４）の入力ディスク（４ｂ）から出力ディスク（４ａ）への動力伝達比を変更するパワーローラ（２４）の傾きを変更すると、出力回転は低速域内で逆転から正転に亘って無段階で変速する構成とし、
   高・低切換クラッチ（３０）の高速クラッチ（９１）を接続してさらに正転で増速する構成とし、
   エンジン（Ｅ）の出力軸へ直結するメイン入力軸（１４）から走行伝動入力軸（１１）を経由して対地作業機を駆動するＰＴＯ入力軸（１２）に動力伝達する構成とし、
   作業車に装着した対地作業機で作業を行っているときにエンジン（Ｅ）のエンジン回転数を計測し、エンジン回転数がエンジン停止直前の回転数になると、前記高・低切換クラッチ（３０）を切りにして前記パワーローラ（２４）の傾き変更も停止するように構成したことを特徴とする作業車の変速装置。
2. 前記エンジン（Ｅ）のエンジン回転数の変化率を計測し、エンジン回転数の下げ変化率が所定値以上になると、前記高・低切換クラッチ（３０）を切りにして出力ディスク（４ａ）を入力ディスク（４ｂ）へ押し付けるサーボ圧を遮断するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の作業車の変速装置。

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