JP2006300268A - 作業車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】 構成部品の増加を最小限にとどめ、高速で後進させることができ、エネルギロスが少ない作業車両を提供すること。
【解決手段】エンジンの出力軸51と、トルクスプリット型の無限減速装置7と、この無限減速装置7の出力により駆動する駆動軸62とを備えた作業車両において、無限減速装置7は、エンジンの出力回転及びバリエータの71の出力回転が入力され、これらの出力回転を合成して後段に出力する遊星歯車機構72と、遊星歯車機構72の低速出力回転、及び遊星歯車機構を介さないバリエータの高速出力回転を切り換えて後段に出力する出力切換機構73H、73Lと、この出力切換機構73H、73Lの後段に配置され、該出力切換機構73H、73Lの出力回転を正逆切り換えて駆動軸62に出力する正逆切り替え機構74F、74Rとを備える。
【選択図】 図2
【解決手段】エンジンの出力軸51と、トルクスプリット型の無限減速装置7と、この無限減速装置7の出力により駆動する駆動軸62とを備えた作業車両において、無限減速装置7は、エンジンの出力回転及びバリエータの71の出力回転が入力され、これらの出力回転を合成して後段に出力する遊星歯車機構72と、遊星歯車機構72の低速出力回転、及び遊星歯車機構を介さないバリエータの高速出力回転を切り換えて後段に出力する出力切換機構73H、73Lと、この出力切換機構73H、73Lの後段に配置され、該出力切換機構73H、73Lの出力回転を正逆切り換えて駆動軸62に出力する正逆切り替え機構74F、74Rとを備える。
【選択図】 図2
Description
本発明は、エンジンの出力軸の回転を入力し、それを無段階で変速して出力するバリエータの出力回転、及び前記エンジンの出力回転が入力される遊星歯車機構が設けられたトルクスプリット型の無限減速装置と、この無限減速装置の出力により駆動する駆動軸とを備えた作業車両に関する。
従来、ホイルローダ、ブルドーザ、フォークリフト等の作業車両においては、作業機を利用して複雑な動作をさせる必要があるため、微妙なシフト操作によって作業車両を細かく動作させるために、変速の際、シフトアップやシフトダウンで振動が生じないような変速装置が要求されている。
このような要求に対応できる変速装置としては、HST(Hydro Static Transmission)装置を備えた走行装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような要求に対応できる変速装置としては、HST(Hydro Static Transmission)装置を備えた走行装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このHST装置は、エンジンの動力によって油圧ポンプを駆動し、駆動輪等の動作部分近傍に設けられた油圧モータを油圧ポンプからの圧油によって動作させるものである。このHST装置によれば、シフトレバー等の微妙な操作を圧油に変換して油圧モータを駆動させることとなるので、スムーズな変速操作を実現することができる。
しかし、このようなHST装置では、エンジンの動力を一旦液体エネルギの圧力に変換し、油圧モータによって機械的駆動に変換しているため、エネルギ効率上は、エンジンの機械的動力を、直接駆動輪等の動力として供給する方法が望まれている。
しかし、このようなHST装置では、エンジンの動力を一旦液体エネルギの圧力に変換し、油圧モータによって機械的駆動に変換しているため、エネルギ効率上は、エンジンの機械的動力を、直接駆動輪等の動力として供給する方法が望まれている。
ところで、作業車両を含む車両の変速機には、無段変速機があり、このような無段変速機としては、専ら機械的伝導機構により駆動力の伝達を行うCVT(Continuously Variable Transmission)が知られている。
このCVTの変速を実現するバリエータとしては、例えばトロイダル形式のバリエータが知られ、このバリエータは、エンジン側に設けられた曲面部を有する入力ディスクと、これに対向配置され、入力ディスクの曲面部に対向する曲面部を有し、駆動輪等の駆動機構に動力を伝達する出力ディスクと、これら入力ディスク及び出力ディスクの曲面部間に配設されるパワーローラとを備えて構成される。そして、パワーローラが曲面部間で種々の姿勢となることにより、入力に対する出力を変え、無段変速を実現するものである。
このCVTの変速を実現するバリエータとしては、例えばトロイダル形式のバリエータが知られ、このバリエータは、エンジン側に設けられた曲面部を有する入力ディスクと、これに対向配置され、入力ディスクの曲面部に対向する曲面部を有し、駆動輪等の駆動機構に動力を伝達する出力ディスクと、これら入力ディスク及び出力ディスクの曲面部間に配設されるパワーローラとを備えて構成される。そして、パワーローラが曲面部間で種々の姿勢となることにより、入力に対する出力を変え、無段変速を実現するものである。
ここで、トロイダル形式のバリエータや他のベルトを利用したバリエータの場合も同様だが、エンジン側の入力ディスクから駆動輪側の出力ディスクにパワーローラを介して常に力が伝達される構成であるため、そのままでは、エンジンを動作させた状態での停止状態、いわゆるニュートラルの状態を維持できない。
そこで、変速装置では、バリエータと遊星歯車機構を組み合わせてIVT(Infinitely Variable Transmission)としたものが用いられている。
このIVTでは、例えばエンジン出力回転を遊星歯車機構のサンギヤに、エンジン出力回転を入力したバリエータの出力回転を遊星キャリアに入力し、バリエータの変速を調整し、サンギヤと遊星キャリアの回転速度が出力となるリングギヤの回転速度を相殺して0になるような、いわゆるギヤドニュートラル状態を実現することができる。また、その状態から変速比を代えることにより、出力回転を前進、又は後進方向に連続的に変化させることが可能となる(例えば、特許文献2参照)。
そこで、変速装置では、バリエータと遊星歯車機構を組み合わせてIVT(Infinitely Variable Transmission)としたものが用いられている。
このIVTでは、例えばエンジン出力回転を遊星歯車機構のサンギヤに、エンジン出力回転を入力したバリエータの出力回転を遊星キャリアに入力し、バリエータの変速を調整し、サンギヤと遊星キャリアの回転速度が出力となるリングギヤの回転速度を相殺して0になるような、いわゆるギヤドニュートラル状態を実現することができる。また、その状態から変速比を代えることにより、出力回転を前進、又は後進方向に連続的に変化させることが可能となる(例えば、特許文献2参照)。
また、他の変速装置としては、フルトロイダル形式のバリエータと2つの遊星歯車機構を組み合わせてギヤドニュートラルの状態を実現した、コンパウンド型IVTの変速装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。
この特許文献3には、コンパウンド型の変速装置において、遊星歯車機構の後段に高速及び低速切換用のクラッチの他に、さらに前進及び後進切換用のクラッチを設けることにより、車両の後進時に高速走行を実現できる構成が開示されている。
この特許文献3には、コンパウンド型の変速装置において、遊星歯車機構の後段に高速及び低速切換用のクラッチの他に、さらに前進及び後進切換用のクラッチを設けることにより、車両の後進時に高速走行を実現できる構成が開示されている。
しかしながら、前記特許文献2に記載の技術を作業車両に適用しようとした場合、車両の前進時は、クラッチの切換により高速走行を可能とできるが、後進時はこのような設定がないので、前進時のように高速に後進させることができない。
ここで、作業車両の場合、作業機を利用して荷の積み込みや荷降ろしを効率的に行うには、前進、後進時の最高速度を同程度の速度で走行させる必要があるので、特許文献2のような後進速度では十分ではない。
また、前記特許文献3に記載の技術では、遊星歯車機構を2つ備えたコンパウンド型の変速装置にさらに、前進及び後進切換用のクラッチを付加しなければならず、構成部品が多くなってしまい、構成部品の配置が複雑になるという問題がある。
ここで、作業車両の場合、作業機を利用して荷の積み込みや荷降ろしを効率的に行うには、前進、後進時の最高速度を同程度の速度で走行させる必要があるので、特許文献2のような後進速度では十分ではない。
また、前記特許文献3に記載の技術では、遊星歯車機構を2つ備えたコンパウンド型の変速装置にさらに、前進及び後進切換用のクラッチを付加しなければならず、構成部品が多くなってしまい、構成部品の配置が複雑になるという問題がある。
本発明の目的は、構成部品の増加を最小限にとどめ、高速で後進させることができ、エネルギロスが少ない作業車両を提供することにある。
第1発明に係る作業車両は、
エンジンの出力軸の回転を入力し、それを無段階で変速して出力するバリエータの出力回転、及び前記エンジンの出力回転が入力される遊星歯車機構が設けられたトルクスプリット型の無限減速装置と、この無限減速装置の出力により駆動する駆動軸とを備えた作業車両であって、
前記無限減速機は、
前記エンジンの出力回転及び前記バリエータの出力回転が入力され、これらの出力回転を合成して後段に出力する遊星歯車機構と、
前記遊星歯車機構の低速出力回転、及び、前記遊星歯車機構を介さない前記バリエータの高速出力回転を切り換えて後段に出力する出力切換機構と、
この出力切換機構の後段に配置され、該出力切換機構の出力回転を正逆切り換えて前記駆動軸に出力する正逆切換機構とを備えていることを特徴とする。
エンジンの出力軸の回転を入力し、それを無段階で変速して出力するバリエータの出力回転、及び前記エンジンの出力回転が入力される遊星歯車機構が設けられたトルクスプリット型の無限減速装置と、この無限減速装置の出力により駆動する駆動軸とを備えた作業車両であって、
前記無限減速機は、
前記エンジンの出力回転及び前記バリエータの出力回転が入力され、これらの出力回転を合成して後段に出力する遊星歯車機構と、
前記遊星歯車機構の低速出力回転、及び、前記遊星歯車機構を介さない前記バリエータの高速出力回転を切り換えて後段に出力する出力切換機構と、
この出力切換機構の後段に配置され、該出力切換機構の出力回転を正逆切り換えて前記駆動軸に出力する正逆切換機構とを備えていることを特徴とする。
第2発明に係る作業車両は、第1発明の作業車両において、バリエータがハーフトロイダル型の無段変速機であることを特徴とする。
第3発明に係る作業車両は、第1発明の作業車両において、バリエータがフルトロイダル型の無段変速機であることを特徴とする。
第4発明に係る作業車両は、第1発明の作業車両において、バリエータが無端ベルト状の動力伝導体を備えた無段変速機であることを特徴とする。
第3発明に係る作業車両は、第1発明の作業車両において、バリエータがフルトロイダル型の無段変速機であることを特徴とする。
第4発明に係る作業車両は、第1発明の作業車両において、バリエータが無端ベルト状の動力伝導体を備えた無段変速機であることを特徴とする。
第1発明によれば、トルクスプリット型という比較的単純な構造の後段部分に、正逆切換機構を設けるだけでよいので、変速装置の構成部品の増加を必要最低限に抑えることができる。また、機械的な伝導機構によって無段変速を実現しているので、従来のHST装置よりもエネルギ伝達効率を向上させることができる。
第2発明によれば、ハーフトロイダル型の無段変速機に本発明を採用することにより、フルトロイダル型の無段変速機の場合に比較して、スピンロスを生じることがなく、伝達効率を一層向上させることができる。
第3発明によれば、フルトロイダル型の無段変速機に本発明を採用することにより、エンジンから駆動軸へのトルク伝達を向上することができるため、伝達損失が少なく、エネルギ効率を向上することができる。また、フルトロイダル型の無段変速機の場合、入力ディスク及び出力ディスクの断面円形状の曲面の円中心を通るように、パワーローラの姿勢が変更するようになっているので、別途パワーローラを支持させる部品が必要とならず、単純でコンパクトに無段変速機を構成することができる。
第3発明によれば、フルトロイダル型の無段変速機に本発明を採用することにより、エンジンから駆動軸へのトルク伝達を向上することができるため、伝達損失が少なく、エネルギ効率を向上することができる。また、フルトロイダル型の無段変速機の場合、入力ディスク及び出力ディスクの断面円形状の曲面の円中心を通るように、パワーローラの姿勢が変更するようになっているので、別途パワーローラを支持させる部品が必要とならず、単純でコンパクトに無段変速機を構成することができる。
第4発明によれば、無端ベルト状の動力伝達体を備えた無段変速機に本発明を採用することにより、構成部品のコストを低減することができるので、作業車両を安価に製造することができ、特にトラクタ等の小型の作業車両に好適である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
■1.第1実施形態
(1)全体構成
図1には、本発明の第1実施形態に係る作業車両としてのホイルローダ1が示されている。このホイルローダ1は、車両本体2、作業機3、キャビン4、動力部5、及び走行装置6を備えて構成される。
車両本体2は、作業機3、キャビン4、及び動力部5を支持する鋼製フレーム体から構成されている。この車両本体2の前方側には、車両本体2に対して左右方向に回転自在に構造体21が設けられ、この構造体21のさらに前方側には、作業機3が設けられている。
■1.第1実施形態
(1)全体構成
図1には、本発明の第1実施形態に係る作業車両としてのホイルローダ1が示されている。このホイルローダ1は、車両本体2、作業機3、キャビン4、動力部5、及び走行装置6を備えて構成される。
車両本体2は、作業機3、キャビン4、及び動力部5を支持する鋼製フレーム体から構成されている。この車両本体2の前方側には、車両本体2に対して左右方向に回転自在に構造体21が設けられ、この構造体21のさらに前方側には、作業機3が設けられている。
作業機3は、前記構造体21に枢軸されるブーム31と、このブーム31に上下に枢軸されるバケット32と、ブーム31の中間部分にブーム31に枢軸されるベルクランク33とを備えて構成されている。
ブーム31は、車幅方向に一対配置され、構造体21に対して上下に回動自在に枢軸されている。このブーム31の下部には、リフトシリンダ34が枢軸され、リフトシリンダ34の基端部分は、構造体21に枢軸されている。そして、このリフトシリンダ34を油圧等によって伸長させることにより、ブーム31は上下に揺動するようになっている。
バケット32は、掘削土等を積み込む部分であり、ブーム31の枢軸位置よりも上部にリンク35が枢軸されており、他端側はベルクランク33の下端部に枢軸されている。
ブーム31は、車幅方向に一対配置され、構造体21に対して上下に回動自在に枢軸されている。このブーム31の下部には、リフトシリンダ34が枢軸され、リフトシリンダ34の基端部分は、構造体21に枢軸されている。そして、このリフトシリンダ34を油圧等によって伸長させることにより、ブーム31は上下に揺動するようになっている。
バケット32は、掘削土等を積み込む部分であり、ブーム31の枢軸位置よりも上部にリンク35が枢軸されており、他端側はベルクランク33の下端部に枢軸されている。
ベルクランク33は、一対のブーム31の間に枢軸され、下端は前記リンク35の基端部分が接続されているとともに、上端には、チルトシリンダ36が枢軸され、このチルトシリンダ36の基端部分は、前記構造体21に枢軸されている。
そして、ブーム31を上部に揺動させた状態で、チルトシリンダ36を縮めると、ベルクランク33の上端部分が車両本体2側に回動し、ベルクランク33の下端部分が車両前方側に回動する。そうすると、リンク35によってバケット32の上部が車両前方側に押され、これによりバケット32が回動して、バケット32内に積み込まれた掘削土をダンプトラック等の荷台に降ろすことができる。
そして、ブーム31を上部に揺動させた状態で、チルトシリンダ36を縮めると、ベルクランク33の上端部分が車両本体2側に回動し、ベルクランク33の下端部分が車両前方側に回動する。そうすると、リンク35によってバケット32の上部が車両前方側に押され、これによりバケット32が回動して、バケット32内に積み込まれた掘削土をダンプトラック等の荷台に降ろすことができる。
キャビン4は、車両本体2の略中央に設けられており、このキャビン4内にオペレータが乗車してホイルローダ1を操縦する。キャビン4内部には、図示を略したが車両走行時に走行速度を変更する変速レバー、アクセルペダル、ブレーキペダル、及び作業機3を操作するための操作レバーが設けられている。
動力部5は、図示を略したが、エンジン及び変速装置等の走行装置と、油圧ポンプを備えて構成され、エンジンにより油圧ポンプを駆動することにより、作業機3のリフトシリンダ34及びチルトシリンダ36を伸縮することが可能となる。
動力部5は、図示を略したが、エンジン及び変速装置等の走行装置と、油圧ポンプを備えて構成され、エンジンにより油圧ポンプを駆動することにより、作業機3のリフトシリンダ34及びチルトシリンダ36を伸縮することが可能となる。
走行装置6は、車両本体2の側面4箇所に設けられる駆動輪61と、図1では図示を略したが、それぞれの駆動輪61を車両本体2に対して回転自在に支持するアクスルと、このアクスルと車両本体2の幅方向略中央部でディファレンシャルを介して接続され、動力部5のエンジンの出力軸からの回転が伝達される駆動軸とを備えている。詳しくは後述するが、エンジンの出力軸の回転は、変速装置を介して駆動軸に伝達され、ディファレンシャルを介して駆動輪61を回転させ、ホイルローダ1が走行する。
(2)変速装置7の構成
図2には、前述したホイルローダ1の変速装置7の構造を表すスケルトン図が示されている。
この変速装置7は、バリエータに対して遊星歯車機構が1つ設けられたトルクスプリット型の変速装置であり、バリエータ71、遊星歯車機構72、高速側クラッチ73H、低速側クラッチ73L、前進側クラッチ74F、及び後進側クラッチ74Rを備えて構成される。エンジンの出力軸51の回転は、これらの構成部品を介して、駆動軸62に伝達され、図2では図示を略した走行装置6を構成する駆動輪61を回転させる。
図2には、前述したホイルローダ1の変速装置7の構造を表すスケルトン図が示されている。
この変速装置7は、バリエータに対して遊星歯車機構が1つ設けられたトルクスプリット型の変速装置であり、バリエータ71、遊星歯車機構72、高速側クラッチ73H、低速側クラッチ73L、前進側クラッチ74F、及び後進側クラッチ74Rを備えて構成される。エンジンの出力軸51の回転は、これらの構成部品を介して、駆動軸62に伝達され、図2では図示を略した走行装置6を構成する駆動輪61を回転させる。
(2-1)バリエータ71の構成
バリエータ71は2つ設けられ、各バリエータ71は、ハーフトロイダル型の無段変速機であり、エンジンの出力軸51が貫通しており、入力ディスク711、出力ディスク712、及びパワーローラ713を備えて構成される。
バリエータ71において、入力ディスク711は、図示を略したが、エンジンの出力軸51とローディングカムを介して直結されており、出力軸51と一体的に回転し、この入力ディスク711の出力軸51の連結部分とは反対側の端面には、球面の一部からなる凹曲面711Aが形成されている。また、入力ディスク711への入力側には、エンジンの出力軸51の回転をオフセット配置される伝達軸75にバリエータ71を介さないで伝達させるための歯車714が設けられている。
バリエータ71は2つ設けられ、各バリエータ71は、ハーフトロイダル型の無段変速機であり、エンジンの出力軸51が貫通しており、入力ディスク711、出力ディスク712、及びパワーローラ713を備えて構成される。
バリエータ71において、入力ディスク711は、図示を略したが、エンジンの出力軸51とローディングカムを介して直結されており、出力軸51と一体的に回転し、この入力ディスク711の出力軸51の連結部分とは反対側の端面には、球面の一部からなる凹曲面711Aが形成されている。また、入力ディスク711への入力側には、エンジンの出力軸51の回転をオフセット配置される伝達軸75にバリエータ71を介さないで伝達させるための歯車714が設けられている。
出力ディスク712は、出力軸51に回転自在に支持され、直結はされていない。この出力ディスク712には、入力ディスク711の凹曲面711Aと向き合うように球面の一部からなる凹曲面712Aが形成され、この凹曲面712Aの反対側の面には、歯車715が一体的に設けられている。この歯車715は、後段の伝達軸75に設けられる歯車751と噛合している。
そして、凹曲面711A及び凹曲面712Aが向き合った状態では、両凹曲面711A、712Aによって球面状のくぼみが形成され、これらの間にはパワーローラ713が配置される。
そして、凹曲面711A及び凹曲面712Aが向き合った状態では、両凹曲面711A、712Aによって球面状のくぼみが形成され、これらの間にはパワーローラ713が配置される。
パワーローラ713は、両凹曲面711A、712Aに応じた球面状の凸曲面713Aを有し、この部分でオイルを介して摺接している。凹曲面711A、712A及び凸曲面713Aの間にオイルが介在した状態で、これらの曲面によって圧接されると、オイルは高い圧力で固化して油膜のせん断応力によって、凹曲面711Aから凸曲面713A、凸曲面713Aから凹曲面712Aに動力が伝達されるようになる。
動力伝達を変化させる場合には、凹曲面711A、712Aに沿ってパワーローラ713の姿勢を変化させる制御を行い、パワーローラ713Aの摺接面を変化させることにより実現できる。
動力伝達を変化させる場合には、凹曲面711A、712Aに沿ってパワーローラ713の姿勢を変化させる制御を行い、パワーローラ713Aの摺接面を変化させることにより実現できる。
例えば、図2の状態の場合、パワーローラ713は、入力ディスク711側は出力軸51に接近した部分、出力ディスク712側は出力軸51から離れた部分で摺接した状態となっているため、入力ディスク711の回転数に対して出力ディスク712の回転が少なくなった状態で出力軸51の回転が出力ディスク712に伝達される。このように入力ディスク711及び出力ディスク712間に配置されるパワーローラ713の姿勢制御を行うことにより、エンジンの出力軸51の回転を無段階に変速して、出力ディスク712の出力とすることができる。
(2-2)遊星歯車機構72の構成
遊星歯車機構72は、伝達軸75に直結されるサンギヤ721、サンギヤ721の周囲に配置される複数の遊星歯車722、及び最外周に設けられるリングギヤ723を備えて構成される。
サンギヤ721は、バリエータ71の出力ディスク712の出力に基づいて回転し、歯車715及び歯車751を介して伝達軸75が回転することでサンギヤ721も回転する。
遊星歯車722は、後述する低速側クラッチ73Lへの出力であり、各遊星歯車722が回転すると、各遊星歯車722の回転中心に接続されるキャリア724が回転する。
リングギヤ723は、エンジンの出力軸51の出力に基づいて回転し、歯車723A及び歯車714を介して回転する。
遊星歯車機構72は、伝達軸75に直結されるサンギヤ721、サンギヤ721の周囲に配置される複数の遊星歯車722、及び最外周に設けられるリングギヤ723を備えて構成される。
サンギヤ721は、バリエータ71の出力ディスク712の出力に基づいて回転し、歯車715及び歯車751を介して伝達軸75が回転することでサンギヤ721も回転する。
遊星歯車722は、後述する低速側クラッチ73Lへの出力であり、各遊星歯車722が回転すると、各遊星歯車722の回転中心に接続されるキャリア724が回転する。
リングギヤ723は、エンジンの出力軸51の出力に基づいて回転し、歯車723A及び歯車714を介して回転する。
(2-3)高速側クラッチ73H及び低速側クラッチLの構成
出力切換機構としての高速側クラッチ73H及び低速側クラッチ73Lは、前述したバリエータ71の出力か遊星歯車機構72の出力を切り換える部分であり、いずれの出力を選択するかで駆動軸62を高速回転させるか、低速回転させるかを選択できる。
高速側クラッチ73Hは、伝達軸75と接続される入力側クラッチ板731Hと、入力側クラッチ板731Hの回転を摩擦力により伝達する出力側クラッチ板732Hとを備えて構成される。
この出力側クラッチ板732Hには、出力側クラッチ板732Hの回転とともに回転するように、歯車733Hが設けられており、この歯車733Hには、歯車76が噛合し、この歯車76には、歯車77が噛合している。そして、出力側クラッチ板732Hの回転は、この歯車733H、歯車76、及び歯車77を介して、伝達軸78に出力される。
出力切換機構としての高速側クラッチ73H及び低速側クラッチ73Lは、前述したバリエータ71の出力か遊星歯車機構72の出力を切り換える部分であり、いずれの出力を選択するかで駆動軸62を高速回転させるか、低速回転させるかを選択できる。
高速側クラッチ73Hは、伝達軸75と接続される入力側クラッチ板731Hと、入力側クラッチ板731Hの回転を摩擦力により伝達する出力側クラッチ板732Hとを備えて構成される。
この出力側クラッチ板732Hには、出力側クラッチ板732Hの回転とともに回転するように、歯車733Hが設けられており、この歯車733Hには、歯車76が噛合し、この歯車76には、歯車77が噛合している。そして、出力側クラッチ板732Hの回転は、この歯車733H、歯車76、及び歯車77を介して、伝達軸78に出力される。
一方、低速側クラッチ73Lは、遊星歯車機構72のキャリア724に接続される入力側クラッチ板731Lと、入力クラッチ板731Lの回転を摩擦力により伝達する出力側クラッチ板732Lとを備え、出力側クラッチ板732Lには、出力側クラッチ板732Lの回転とともに回転する歯車733Lが設けられており、この歯車733Lには、歯車79が噛合している。そして、出力側クラッチ板732Lの回転は、歯車733L及び歯車79を介して、伝達軸78に出力される。
(2-4)後進側クラッチ74R、前進側クラッチ74Fの構成
正逆切換機構としての後進側クラッチ74R及び前進側クラッチ74Fは、伝達軸78の回転を駆動軸62に伝達する際、駆動軸62を正逆何れかの方向に回転させるかを選択し、駆動軸62に伝達する部分である。
後進側クラッチ74Rは、伝達軸78に接続される入力側クラッチ板741Rと、入力側クラッチ板741Rの回転を摩擦力により伝達する出力側クラッチ板742Rとを備えている。
この出力側クラッチ板742Rには、出力側クラッチ板742Rの回転とともに回転するように、歯車743Rが設けられており、この歯車743Rには、さらに歯車621が噛合し、歯車621は、駆動軸62に直結される歯車622と噛合している。
正逆切換機構としての後進側クラッチ74R及び前進側クラッチ74Fは、伝達軸78の回転を駆動軸62に伝達する際、駆動軸62を正逆何れかの方向に回転させるかを選択し、駆動軸62に伝達する部分である。
後進側クラッチ74Rは、伝達軸78に接続される入力側クラッチ板741Rと、入力側クラッチ板741Rの回転を摩擦力により伝達する出力側クラッチ板742Rとを備えている。
この出力側クラッチ板742Rには、出力側クラッチ板742Rの回転とともに回転するように、歯車743Rが設けられており、この歯車743Rには、さらに歯車621が噛合し、歯車621は、駆動軸62に直結される歯車622と噛合している。
前進側クラッチ74Fは、伝達軸78に接続される入力側クラッチ板741Fと、入力側クラッチ板741Fの回転を摩擦力により伝達する出力側クラッチ板742Fとを備えて構成される。
この出力側クラッチ742Fには、出力側クラッチ板742Fの回転とともに回転するように歯車743Fが設けられており、この歯車743Fには、駆動軸62に直結される歯車623と噛合している。
この出力側クラッチ742Fには、出力側クラッチ板742Fの回転とともに回転するように歯車743Fが設けられており、この歯車743Fには、駆動軸62に直結される歯車623と噛合している。
(3)変速装置7の作用
次に、前述した変速装置7の作用について説明する。
エンジンの出力軸51の回転は、歯車714を介して遊星歯車機構72のリングギヤ723に入力するとともに、バリエータ71の出力は、歯車751を介して遊星歯車機構72のサンギヤ721に入力する。
バリエータ71による変速が行われると、バリエータ71の出力回転数が変化してサンギヤ721の回転速度が変化し、これにより遊星歯車722が回転し、キャリア724が回転する。また、バリエータ71の変速を調節することにより、サンギヤ721の回転がリングギヤ723の回転を相殺する速度で回転し、キャリア724の回転が0になるいわゆるギヤドニュートラルの状態を実現できる。
次に、前述した変速装置7の作用について説明する。
エンジンの出力軸51の回転は、歯車714を介して遊星歯車機構72のリングギヤ723に入力するとともに、バリエータ71の出力は、歯車751を介して遊星歯車機構72のサンギヤ721に入力する。
バリエータ71による変速が行われると、バリエータ71の出力回転数が変化してサンギヤ721の回転速度が変化し、これにより遊星歯車722が回転し、キャリア724が回転する。また、バリエータ71の変速を調節することにより、サンギヤ721の回転がリングギヤ723の回転を相殺する速度で回転し、キャリア724の回転が0になるいわゆるギヤドニュートラルの状態を実現できる。
ここで、ホイルローダ1を低速で走行させる場合、高速側クラッチ73Hを切り、低速側クラッチ73Lをつなぐ。そうすると、遊星歯車機構72の出力は、低速側クラッチ73Lから歯車733L、79を介して伝達軸78に出力される。
この状態で前進側クラッチ74Fをつなぎ、後進側クラッチ74Rを切ると、伝達軸78の回転は、歯車623によって反転し、駆動軸62の回転となる。
この状態で前進側クラッチ74Fをつなぎ、後進側クラッチ74Rを切ると、伝達軸78の回転は、歯車623によって反転し、駆動軸62の回転となる。
一方、後進側クラッチ74Rをつなぎ、前進側クラッチ74Fを切ると、伝達軸78の回転は、歯車621によって反転するが、この歯車621は歯車622と噛合しているので、さらに反転し、駆動軸62の回転となる。
すなわち、後進側クラッチ74R及び前進側クラッチ74Fの切換によって、ホイルローダ1の低速側クラッチ73L経由の出力を、前進又は後進のいずれにも使用することができ、ローレンジ(低速レンジ)におけるバリエータ71の変速も前進、後進いずれにも使用することができ、極めて単純な構造でホイルローダ1を同じ速度範囲で前進又は後進させることができる。
すなわち、後進側クラッチ74R及び前進側クラッチ74Fの切換によって、ホイルローダ1の低速側クラッチ73L経由の出力を、前進又は後進のいずれにも使用することができ、ローレンジ(低速レンジ)におけるバリエータ71の変速も前進、後進いずれにも使用することができ、極めて単純な構造でホイルローダ1を同じ速度範囲で前進又は後進させることができる。
次に、ホイルローダ1を高速で走行させる場合、高速側クラッチ73Hをつなぎ、低速側クラッチ73Lを切ると、バリエータ71の出力回転は歯車715から歯車751を介して伝達軸75に伝達される。伝達軸75の回転は、歯車733H、歯車76、歯車77を介して、伝達軸78に伝達され、この伝達軸78の回転は、後進側クラッチ74R又は前進側クラッチ74Fを介して駆動軸62に伝達され、これにより駆動軸62が回転する。
つまり、ハイレンジ(高速レンジ)の場合、遊星歯車機構72を介することなく駆動軸62が回転し、ホイルローダ1をローレンジの場合よりも高速で走行させることができる。尚、前進及び後進の切り換えは、前述と同様であり、ハイレンジにおいても、同じ速度でホイルローダ1を前進又は後進させることができる。
つまり、ハイレンジ(高速レンジ)の場合、遊星歯車機構72を介することなく駆動軸62が回転し、ホイルローダ1をローレンジの場合よりも高速で走行させることができる。尚、前進及び後進の切り換えは、前述と同様であり、ハイレンジにおいても、同じ速度でホイルローダ1を前進又は後進させることができる。
これをグラフで説明すると、図3に示されるように、前進の場合、遊星歯車機構72を介して変速を行うローレンジでは、グラフG1のような変速比と速度比の関係となり、ハイレンジに切り替わるとグラフG2のような変速比と速度比との関係となる。
一方、後進の場合には、前進の場合のグラフG1及びグラフG2を速度比0の軸を中心に対称となるグラフG3、グラフG4のような関係となり、グラフG1及びグラフG3が交わる速度比ゼロの点P1がギヤドニュートラルの状態となる。すなわち、本実施形態によれば、前進、後進問わずハイレンジによる走行が可能となり、ローレンジにおいてはギヤドニュートラルを実現できる。
一方、後進の場合には、前進の場合のグラフG1及びグラフG2を速度比0の軸を中心に対称となるグラフG3、グラフG4のような関係となり、グラフG1及びグラフG3が交わる速度比ゼロの点P1がギヤドニュートラルの状態となる。すなわち、本実施形態によれば、前進、後進問わずハイレンジによる走行が可能となり、ローレンジにおいてはギヤドニュートラルを実現できる。
■2.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態について説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分等については、同一符号を付してその説明を省略する。
前述の第1実施形態では、バリエータとしてハーフトロイダル型のバリエータ71を採用していた。
これに対して、第2実施形態に係る変速装置8では、図4に示されるように、バリエータとしてフルトロイダル型のバリエータ81を採用している点が相違する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分等については、同一符号を付してその説明を省略する。
前述の第1実施形態では、バリエータとしてハーフトロイダル型のバリエータ71を採用していた。
これに対して、第2実施形態に係る変速装置8では、図4に示されるように、バリエータとしてフルトロイダル型のバリエータ81を採用している点が相違する。
このバリエータ81は、第1実施形態に係るバリエータ71と同様に、入力ディスク811、出力ディスク812、及びパワーローラ813を備えて構成されるが、入力ディスク811の凹曲面811A及び出力ディスク812の凹曲面812Aが、パワーローラ813の中立位置(図4においてパワーローラ813が水平となった位置であり、入力ディスク811と出力ディスク812の回転が等しくなる位置)を軸として対称となるように形成されている。
つまり、パワーローラ813は、凹曲面811A及び凹曲面812Aによって形成される球体の中心を常に通るような形で姿勢変更を行う。
つまり、パワーローラ813は、凹曲面811A及び凹曲面812Aによって形成される球体の中心を常に通るような形で姿勢変更を行う。
尚、第2実施形態に係る変速装置8では、低速側クラッチ73Lの配置が第1実施形態とは異なっているが、遊星歯車機構72による出力の取出は、キャリア部分であり第1実施形態の場合と同様なので、その説明を省略する。
■3.第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
前述した第1実施形態に係るバリエータ71、第2実施形態に係るバリエータ81は、いずれもトロイダル型のバリエータを採用していた。
これに対して、第3実施形態に係る変速装置9は、図5に示されるように、ベルトプーリにより無段変速を実現するバリエータ91を採用している点が相違する。
バリエータ91は、エンジンの出力軸51に接続されるプライマリプーリ911と、このプライマリプーリ911と並列配置され、伝達軸75に軸支されるセカンダリプーリ912と、プライマリプーリ911及びセカンダリプーリ912に巻装させる無端状のスチールベルト913を備えて構成される。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
前述した第1実施形態に係るバリエータ71、第2実施形態に係るバリエータ81は、いずれもトロイダル型のバリエータを採用していた。
これに対して、第3実施形態に係る変速装置9は、図5に示されるように、ベルトプーリにより無段変速を実現するバリエータ91を採用している点が相違する。
バリエータ91は、エンジンの出力軸51に接続されるプライマリプーリ911と、このプライマリプーリ911と並列配置され、伝達軸75に軸支されるセカンダリプーリ912と、プライマリプーリ911及びセカンダリプーリ912に巻装させる無端状のスチールベルト913を備えて構成される。
プライマリプーリ911は、スチールベルト913の巻装面が円錐面状に構成された一対の円錐台状部材911A、911Bを組合せて構成され、一方の円錐台状部材911Aは、その外側に設けられるアクチュエータ914によって出力軸51上を移動することができるようになっている。
セカンダリプーリ912もプライマリプーリ911と同様に一対の円錐台状部材912A、912Bを組合せて構成され、一方の円錐台状部材912Bは、アクチュエータ915によって出力軸75上を移動することができるようになっている。
セカンダリプーリ912もプライマリプーリ911と同様に一対の円錐台状部材912A、912Bを組合せて構成され、一方の円錐台状部材912Bは、アクチュエータ915によって出力軸75上を移動することができるようになっている。
このようなバリエータ91によって変速を行う場合、アクチュエータ914によって、円錐台状部材911Aを円錐台状部材911Bに接近させると、プライマリプーリ911のスチールベルト913の当接面は、プライマリプーリ911の外周部分近傍となり、離間させるとスチールベルト913の当接面は、プライマリプーリ911の回転軸部分近傍となる。セカンダリプーリ912も同様である。
このようにプライマリプーリ911及びセカンダリプーリ912のスチールベルト913の当接位置を変更することにより、巻装状態が変化するので、エンジンの出力軸51の回転を無段階に変更して、伝達軸75の回転とすることができる。
このようにプライマリプーリ911及びセカンダリプーリ912のスチールベルト913の当接位置を変更することにより、巻装状態が変化するので、エンジンの出力軸51の回転を無段階に変更して、伝達軸75の回転とすることができる。
このようなベルトプーリ型のバリエータ91の場合、自動車等に広く用いられる安価なバリエータで変速装置9を構成できるので、作業車両の製造コストを低減することができ、特に、トラクタやフォークリフト等の小型の作業車両に好適に用いることができる。
■4.第4実施形態
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
前述した第1〜第3実施形態では、エンジンの出力軸51から2本の伝達軸75、78を介して駆動軸62に伝達を行っていた。
これに対して、第4実施形態では図6に示されるように、エンジンの出力軸51から1本の伝達軸75を介して駆動軸62に伝達を行っている点が相違する。
また、前述した第1〜第3実施形態では、正逆切換機構としての後進側クラッチ74R、前進側クラッチ74Fは別体で構成されていた。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
前述した第1〜第3実施形態では、エンジンの出力軸51から2本の伝達軸75、78を介して駆動軸62に伝達を行っていた。
これに対して、第4実施形態では図6に示されるように、エンジンの出力軸51から1本の伝達軸75を介して駆動軸62に伝達を行っている点が相違する。
また、前述した第1〜第3実施形態では、正逆切換機構としての後進側クラッチ74R、前進側クラッチ74Fは別体で構成されていた。
これに対して、第4実施形態に係る変速装置10は、図6に示されるように、正逆切換機構94が一体構成されている点が相違する。
正逆切換機構94は、後進側クラッチ部94Rと、前進側クラッチ部94Fとを備えて構成され、両クラッチ部94R、94Fは、駆動軸62に回転自在に保持されるキャリア941を介して接続されており、後進側クラッチ部94Rの摩擦当接部分、前進側クラッチ部94Fの摩擦当接部分を組み合わせることにより、駆動軸62の回転方向を正逆自由に切り換えることができるようになっている。
このような第4実施形態によっても、前記実施形態と同様の作用効果を享受することができる。
正逆切換機構94は、後進側クラッチ部94Rと、前進側クラッチ部94Fとを備えて構成され、両クラッチ部94R、94Fは、駆動軸62に回転自在に保持されるキャリア941を介して接続されており、後進側クラッチ部94Rの摩擦当接部分、前進側クラッチ部94Fの摩擦当接部分を組み合わせることにより、駆動軸62の回転方向を正逆自由に切り換えることができるようになっている。
このような第4実施形態によっても、前記実施形態と同様の作用効果を享受することができる。
■5.実施形態の変形
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、遊星歯車機構72は、すべて遊星歯車722に接続されたキャリア723から出力伝達を行っていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、リングギヤやサンギヤから出力伝達を行って後段の構成部品の駆動を行うようにしてもよい。
また、前記実施形態では、本発明をホイルローダに適用していたが、これに限らず、モータグレーダ、フォークリフト等他の作業車両に本発明を適用してもよい。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、遊星歯車機構72は、すべて遊星歯車722に接続されたキャリア723から出力伝達を行っていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、リングギヤやサンギヤから出力伝達を行って後段の構成部品の駆動を行うようにしてもよい。
また、前記実施形態では、本発明をホイルローダに適用していたが、これに限らず、モータグレーダ、フォークリフト等他の作業車両に本発明を適用してもよい。
さらに、前記実施形態で開示された歯車等の組合せは種々のものが考えられ、要するに、トルクスプリット型の変速装置において、高低速切換用のクラッチの後段に前進後進切換用のクラッチが組み合わされた構成であればよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
本発明は、ホイルローダ、モータグレーダ等の建設機械に利用できる他、フォークリフト、トラクタ等の作業車両にも利用することができる。
1…ホイルローダ、7、8、9、10…変速装置、51…エンジン出力軸、62…駆動軸、71、81、91…バリエータ、72…遊星歯車機構、73H…高速側クラッチ、73L…低速側クラッチ、74F…前進側クラッチ、74R…後進側クラッチ、94…正逆切換機構
Claims (4)
- エンジンの出力軸(51)の回転を入力し、それを無段階で変速して出力するバリエータ(71、81、91)の出力回転、及び前記エンジンの出力回転が入力される遊星歯車機構(72)が設けられたトルクスプリット型の無限減速装置(7、8、9、10)と、この無限減速装置(7、8、9、10)の出力により駆動する駆動軸(62)とを備えた作業車両(1)であって、
前記無限減速装置(7、8、9、10)は、
前記エンジンの出力回転及び前記バリエータ(71、81、91)の出力回転が入力され、これらの出力回転を合成して後段に出力する遊星歯車機構(72)と、
前記遊星歯車機構(72)の低速出力回転、及び、前記遊星歯車機構(72)を介さない前記バリエータ(71、81、91)の高速出力回転を切り換えて後段に出力する出力切換機構(73H、73L)と、
この出力切換機構(73H、73L)の後段に配置され、該出力切換機構(73H、73L)の出力回転を正逆切り換えて前記駆動軸(62)に出力する正逆切換機構(74F、74R、94)とを備えていることを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記バリエータは、ハーフトロイダル型の無段変速機(71)であることを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記バリエータは、フルトロイダル型の無段変速機(81)であることを特徴とする作業車両。 - 請求項1に記載の作業車両において、
前記バリエータは、無端ベルト状の動力伝導体を備えた無段変速機(91)であることを特徴とする作業車両。
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- 2005-04-22 JP JP2005125586A patent/JP2006300268A/ja not_active Withdrawn
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