JP4984653B2 - トラクタの変速装置 - Google Patents

Description

この発明は、対地作業機を備えるトラクタにおける動力伝動部の変速装置に関する。

特に低速時の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、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、作動油が泡立ちを嫌う為に直接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、軸を受けるオイルシールの潤滑性能を向上させる。

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、ミッションケース（１）は、前からフロントケース（１ａ）、ミドルケース（１ｂ）、リアケース（１ｃ）を一体にして構成し、フロントケース（１ａ）の前後に前後隔壁（２），（３）を構成して仕切り、その内部における上位に配置したバリエータ軸（１０）にトロイダル変速機構（４）を組み付け、このトロイダル変速機構（４）よりも下位において上から順番に前記トロイダル変速機構（４）へエンジン動力を入力する走行駆動入力軸（１１）とＰＴＯ伝動軸（１２）及び前輪駆動軸（１３）を設け、作動油をトロイダル変速機構（４）が浸からない状態でミッションケース（１）の前後隔壁（２），（３）内に貯留した構成とし、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、
前記バリエータ軸（１０）と一体回転する出力ディスク（４ａ）を出力ディスク受（５１）で受けて構成し、出力ディスク（４ａ）と出力ディスク受（５１）の間に構成される軸支部シリンダ室（Ｓ）にオイルを送油するにあたり、出力ディスク受（５１）に外周に向かうオイル供給路（４９）を形成し、一方、固定ドラム（５０）の外周から中心に向けてオイル供給路（４８）を形成し、前記出力ディスク受（５１）に形成されるオイル供給路（４９）と固定ドラム（５０）に形成されるオイル供給路（４８）とを連通し、前記オイル供給路（４８），（４９）を介して軸支部シリンダ室（Ｓ）へオイルを送油することで、出力ディスク（４ａ）を入力ディスク（４ｂ）側へ押し付けてトロイダル変速機構（４）の出力トルクを増大する構成とし、
前記バリエータ軸（１０）、走行駆動入力軸（１１）、ＰＴＯ伝動軸（１２）及び前輪駆動軸（１３）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一の軸に装着された複数のオイルシール（８２），（８３）と他の一の軸に装着された複数のオイルシール（８４），（８５）を構成し、この各オイルシール（８２），（８３），（８４），（８５）が配置される空間に通じるブリーザ機能を有する空気孔（２９）をケース外へ向けて設けてフロントケース（１ａ）とミドルケース（１ｂ）の気密を保つように構成するとともに空気孔（２９）はＰＴＯ伝動軸（１２）と前輪駆動軸（１３）のオイルシールが配置される空間部まで繋がるように構成したことを特徴とするトラクタの変速装置とする。
請求項２では、前記バリエータ軸（１０）と同軸心上の入力クラッチ軸（２５）に遊星減速機構（６５）と高・低切換クラッチ（３０）を設け、遊星減速機構（６５）のプラネタリギア支持軸（６８）の中心にオイル孔（６９）を設け、ミッションオイルを前記オイル孔（６９）からプラネタリギア支持軸（６８）に取り付けられているニードルベアリング（９４）へ供給するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のトラクタの変速装置とする。

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を直接作動油につけることなく、走行駆動入力軸１１とＰＴＯ入力軸１２及び前輪駆動軸１３が作動油をあまり掻き混ぜることなく、泡立ちしにくい。

このことにより、作動油をミッションケース１内に溜めることが出来て、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、後隔壁３におけるバリエータ軸１０、走行駆動入力軸１１の各オイルシールが配置される空間に通じる空気孔２９をケース外へ向けて設けているので、ブリーザ機能でフロントケース１ａとミドルケース１ｂの気密が保たれる。
また、請求項２の効果は、遊星減速機構６５のプラネタリギア支持軸６８に取り付けられているニードルベアリング９４の耐久性が向上する。

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伝動軸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伝動軸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を介して遊星ギア機構８７のプラネタリギアを駆動し、さらに入力クラッチ軸２５に直接スプライン嵌合した遊星ギア機構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。このような遊星ギア機構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。尚、前記ギア２８及び遊星ギア機構８７のキャリアは、一体回転するものとして、入力クラッチ軸２５上に回転自在に軸受されている。

このリングギアの回転が、多盤式の低速側クラッチ９０の入り操作によって伝動ドラム９３を回転させて出力クラッチ軸９２へ出力され、パワーローラ２４の傾きによって該出力クラッチ軸９２を低速の逆転から零を通過して低速の正転まで変速回転させる。

バリエータ軸１０の端部の前記ギア２６にスプライン嵌合した入力クラッチ軸２５へ多盤式の高速側クラッチ９１の伝動ドラム９３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９３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（停止状態）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、低速側クラッチ９０を断って高速側クラッチ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。この低速側クラッチ９０と高速クラッチ９１との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（停止状態）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と噛み合わせてデフ軸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。

なお、バリエータ軸１０から前輪駆動軸１３への伝動は、高・低切換クラッチ３０の前側に伝動ギア組を設けて行うようにすれば伝動が簡単になる。
また、この前輪増速クラッチ４０のギア伝動からトラクションオイル用ギアポンプの駆動を取ればこのギアポンプがバルブブロックの近くとなって配管が短くなってオイルの流動損失が少なくなり、制御応答性が良くなり、確実な制御を行うことができる。

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の低速側クラッチ９０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の高速側クラッチ９１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、出力回転を高速域内で無段階に増速変速する。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伝動軸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。即ち、出力ディスク４ａ，４ａと入力ディスク４ｂ，４ｂとに対する回転ローラ（パワーローラ２４）の接触面に泡立った作動油が入って滑りが大きくなるような状態を少なくすることができる。

また、前記構成では、大きな容積を占める高・低切換クラッチ３０とＰＴＯクラッチ４５と前輪増速クラッチ４０とがミドルケース１ｂ内の近くで前後に合理的に配置されることで各クラッチ３０，４５，４０への制御油圧の供給経路を短くして応答性が良くなる上に、ミッションケース１の胴体が太くなることが無く（断面積が大きくなることが無く）、前後長さも長くならない。

また、ＰＴＯ伝動軸１２をバリエータ（パワーローラ２４）から遠ざけて配置することにより、バリエータのサイズ設定及び設計の自由度を増すことができる。また、パワーローラ２４の角度を変更する油圧シリンダからパワーローラ２４までの角度変更操作連繋機構を、回動式のアームによる所謂レバータイプのものを用いることができ、該油圧シリンダへの油圧回路の簡素化と製造コストの低減とを図ることができる。

図５は、出力ディスク４ａのバリエータ軸１０との軸支部シリンダ室Ｓへのオイル供給路４８，４９を示す一部の拡大図で、メイン入力軸１４側の固定ドラム５０の外周から中心に向けて設けたオイル供給路４８を出力ディスク受５１に形成した外周に向かうオイル供給路４９に連通している。前記オイル供給路４８，４９を介して軸支部シリンダ室Ｓへ圧油を送油することにより、出力ディスク４ａを入力ディスク４ｂ側へ押し付けて、トロイダル変速機構４の出力トルクを増大することができる。この軸支部シリンダ室Ｓへの送油は、回転ローラ（パワーローラ２４）を増速側へ角度変更する際に行なわれる。

図６の実施例は、高・低切換クラッチ３０の内部を潤滑する構造で、トロイダル変速機構４の伝動後側であって遊星減速軸５２の中心に設けたオイル経路５４を軸端に設けた環状溝５６へ直交孔５５で連通し、この環状溝５６からブラケット５７のオイル経路５８へ通じてクラッチ軸５３の軸周面に設ける各溝５９，６０へ供給し、この溝５９，６０からクラッチ取付内筒６３のオイル孔６１，６２を介して前記高・低切換クラッチ３０のディスク部へ供給している。

図７は、上記の構成における遊星減速機構６５側の内部潤滑構造で、遊星減速軸５２の軸端近傍に設けた供給直交孔６４から軸中心のオイル経路５４に入ったオイルが遊星減速機構６５の内部に設ける直交孔６６，６７から遊星ギア機構８７へ供給して潤滑する。

図８と図９はバリエータ軸１０と同軸心上に遊星減速機構６５と高・低切換クラッチ３０を設けた構成で、遊星減速機構６５のプラネタリギア支持軸６８の中心にオイル孔６９を設け、ケース７８に取り付けたオイル溜具７０の凹部７１で掬うミッションオイルをオイル孔６９からニードルベアリング９４へ供給するようにしている。これにより、ニードルベアリング９４の耐久性を向上させることができる。

また、高・低切換クラッチ３０へ伝動するギア７３，７４，７５，７６，７７をハスバ歯車にした場合に、入力クラッチ軸２５の軸方向へスラスト力が作用するが、ミドルケース１ｂ内に形成する支持壁７２，７９に該入力クラッチ軸２５をベアリング８０，８１で支持することによって、このスラスト力を支持壁７２，７９で受けて支持している。これにより、遊星ギア機構８７のキャリア各部のスラストベアリングに作用しないようにして、このスラストベアリングの耐久性を向上させることができる。

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。 別実施例の一部拡大側断面図である。 別実施例の一部拡大側断面図である。 別実施例の一部拡大側断面図である。 別実施例の一部拡大正断面図である。

Ｅ エンジン
Ｓ 軸支部シリンダ室
１ ミッションケース
１ａ フロントケース
１ｂ ミドルケース
１ｃ リアケース
２ 前隔壁
３ 後隔壁
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伝動軸
１３ 前輪駆動軸
１４ メイン入力軸
２５ 入力クラッチ軸
２９ 空気孔
３０ 高・低切換クラッチ
４８ 外周から中心に向けて設けたオイル供給路
４９ 外周に向かうオイル供給路
５０ 固定ドラム
５１ 出力ディスク受
６５ 遊星減速機構
６８ プラネタリギア支持軸
６９ オイル孔
８２，８３，８４，８５ オイルシール
９４ ニードルベアリング

Claims (2)

1. ミッションケース（１）は、前からフロントケース（１ａ）、ミドルケース（１ｂ）、リアケース（１ｃ）を一体にして構成し、フロントケース（１ａ）の前後に前後隔壁（２），（３）を構成して仕切り、その内部における上位に配置したバリエータ軸（１０）にトロイダル変速機構（４）を組み付け、このトロイダル変速機構（４）よりも下位において上から順番に前記トロイダル変速機構（４）へエンジン動力を入力する走行駆動入力軸（１１）とＰＴＯ伝動軸（１２）及び前輪駆動軸（１３）を設け、作動油をトロイダル変速機構（４）が浸からない状態でミッションケース（１）の前後隔壁（２），（３）内に貯留した構成とし、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、
   前記バリエータ軸（１０）と一体回転する出力ディスク（４ａ）を出力ディスク受（５１）で受けて構成し、出力ディスク（４ａ）と出力ディスク受（５１）の間に構成される軸支部シリンダ室（Ｓ）にオイルを送油するにあたり、出力ディスク受（５１）に外周に向かうオイル供給路（４９）を形成し、一方、固定ドラム（５０）の外周から中心に向けてオイル供給路（４８）を形成し、前記出力ディスク受（５１）に形成されるオイル供給路（４９）と固定ドラム（５０）に形成されるオイル供給路（４８）とを連通し、前記オイル供給路（４８），（４９）を介して軸支部シリンダ室（Ｓ）へオイルを送油することで、出力ディスク（４ａ）を入力ディスク（４ｂ）側へ押し付けてトロイダル変速機構（４）の出力トルクを増大する構成とし、
   前記バリエータ軸（１０）、走行駆動入力軸（１１）、ＰＴＯ伝動軸（１２）及び前輪駆動軸（１３）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一の軸に装着された複数のオイルシール（８２），（８３）と他の一の軸に装着された複数のオイルシール（８４），（８５）を構成し、この各オイルシール（８２），（８３），（８４），（８５）が配置される空間に通じるブリーザ機能を有する空気孔（２９）をケース外へ向けて設けてフロントケース（１ａ）とミドルケース（１ｂ）の気密を保つように構成するとともに空気孔（２９）はＰＴＯ伝動軸（１２）と前輪駆動軸（１３）のオイルシールが配置される空間部まで繋がるように構成したことを特徴とするトラクタの変速装置。
2. 前記バリエータ軸（１０）と同軸心上の入力クラッチ軸（２５）に遊星減速機構（６５）と高・低切換クラッチ（３０）を設け、遊星減速機構（６５）のプラネタリギア支持軸（６８）の中心にオイル孔（６９）を設け、ミッションオイルを前記オイル孔（６９）からプラネタリギア支持軸（６８）に取り付けられているニードルベアリング（９４）へ供給するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のトラクタの変速装置。

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