JP2010265939A - 作業車両の変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力の伝達効率の悪化や燃費の悪化を伴うことなく、高馬力のエンジンに対応させることができる作業車両の変速装置を提供する。
【解決手段】エンジン３からの動力を伝達する入力軸２０と、入力軸２０上に配置され、入力軸２０から伝達される動力を無段階に変速して出力する無段変速機４０と、無段変速機４０から出力される動力を順回転方向又は逆回転方向に取り出して出力するリバーサクラッチ装置５０と、を具備し、リバーサクラッチ装置５０を選択的に切り換えるとともに、無段変速機４０を無段階に変速することによって変速する。
【選択図】図２

Description

本発明は、作業車両に具備される変速装置の技術に関し、特に当該変速装置による動力伝達の技術に関する。

従来、エンジンから動力を分岐して一方は遊星歯車機構に伝達し、他方は油圧式無段変速機構（以下、単に「ＨＳＴ」と記す）を介して無段変速した後に遊星歯車機構に伝達し、該遊星歯車機構にて両動力を合成して出力する構成の作業車両の変速装置は公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

前記変速装置を、高馬力のエンジンにまで対応させるためには、（Ａ）大容量のＨＳＴを搭載したり、（Ｂ）遊星歯車機構を二つ以上用いて複雑な動力伝達機構を構成したりする必要があった。

しかし、上記（Ａ）や（Ｂ）等の方策を取る場合、動力の伝達効率が悪化し、燃費が悪化する点で不利であった。

特開２００１−１０８０６０号公報

本発明は以上の如き状況に鑑み、動力の伝達効率の悪化や燃費の悪化を伴うことなく、高馬力のエンジンに対応させることができる作業車両の変速装置を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、駆動源からの動力を伝達する入力軸と、前記入力軸上に配置され、前記入力軸から伝達される動力を無段階に変速して出力する無段変速機と、前記無段変速機から出力される動力を順回転方向又は逆回転方向に取り出して出力するリバーサクラッチ装置と、を具備し、前記リバーサクラッチ装置を選択的に切り換えるとともに、前記無段変速機を無段階に変速することによって変速するものである。

請求項２においては、前記無段変速機から出力される動力を取り出して出力する合成クラッチ装置と、前記駆動源からの動力と前記合成クラッチ装置から出力される動力とを合成して出力する遊星歯車機構と、を具備し、前記リバーサクラッチ装置と前記合成クラッチ装置とを選択的に切り換えるとともに、前記無段変速機を無段階に変速することによって変速するものである。

請求項３においては、前記駆動源からの動力と他の動力とを合成して出力する遊星歯車機構と、前記リバーサクラッチ装置からの動力を取り出して出力、又は前記遊星歯車機構に伝達する合成クラッチ装置と、を具備し、前記リバーサクラッチ装置と前記合成クラッチ装置とを選択的に切り換えるとともに、前記無段変速機を無段階に変速することによって変速するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、リバーサクラッチ装置を切り換えることによって出力される動力の回転方向を選択できるとともに、無段変速機を無段階に変速させることによって作業車両を変速させることができる。また、無段変速機及びリバーサクラッチ装置と、その他の変速要素（例えば、遊星歯車機構等）を組み合わせることで、無段変速機及びリバーサクラッチ装置を作業車両の変速装置の変速要素として用いることができる。従って、無段変速機及びリバーサクラッチ装置を種々の変速装置（例えば、駆動源の馬力毎に対応する変速装置）に用いることができ、当該無段変速機及びリバーサクラッチ装置の共通化によるコストの削減や、部品点数の削減、開発期間の削減等を図ることができる。

請求項２においては、無段変速機から直接動力を出力する他、無段変速機からの動力と駆動源からの動力を合成して出力することができる。従って、リバーサクラッチ装置及び合成クラッチ装置を選択的に切り換え、無段変速機を無段階に変速させることによって、駆動源の出力に合わせて幅広い変速を行うことができる。

請求項３においては、無段変速機から直接動力を出力する他、無段変速機からの動力と駆動源からの動力を合成して出力することができる。従って、リバーサクラッチ装置及び合成クラッチ装置を選択的に切り換え、無段変速機を無段階に変速させることによって、駆動源の出力に合わせて幅広い変速を行うことができる。

本発明の第一実施形態に係る変速装置を具備する作業車両の全体構成を示した側面図。 同じく変速装置を示した模式図。 同じく側面断面図。 入力側斜板の傾斜角度と出力軸の回転数との関係を示した図。 出力軸の回転数と作業車両の車速との関係を示した図。 第一実施形態における作業車両の牽引力と車速との関係を示した図。 本発明の第二実施形態に係る変速装置を示した模式図。 第二実施形態における作業車両の牽引力と車速との関係を示した図。 本発明の第三実施形態に係る変速装置を示した模式図。 第三実施形態における作業車両の牽引力と車速との関係を示した図。

次に、本発明に係る作業車両の変速装置の実施の一形態である変速装置４を具備する作業車両１について説明する。なお、図中矢印Ｆで示す方向を前方と定義して、以下の説明を行う。

図１に示すように、作業車両１は、ロータリ等の耕耘装置やローダ等の作業機を用いて種々の農作業や土木作業を行うものである。作業車両１は、主として機体フレーム２、エンジン３、変速装置４、前輪５・５、後輪６・６、キャビン７等を具備する。

機体フレーム２は、作業車両１の主たる構造体となるものである。機体フレーム２は、長手方向を前後方向として、複数の板材等により構成される。

エンジン３は、作業車両１を駆動するための動力を発生する駆動源となるものである。エンジン３は、機体フレーム２の前部に具備される。

変速装置４は、エンジン３により発生された動力を変速するものである。変速装置４は、機体フレーム２の後部に具備される。

前輪５・５は、機体フレーム２の前部左右にそれぞれ具備される。
後輪６・６は、機体フレーム２の後部（変速装置４）左右にそれぞれ具備される。
前輪５・５及び後輪６・６は、変速装置４により変速された動力により回転駆動される。

キャビン７は、オペレータが乗車する空間を覆うものである。キャビン７は、機体フレーム２の前後略中央部から後部にかけて具備される。キャビン７内には、ハンドル７ａ、座席７ｂ、変速レバー７ｃ等が具備される。

ハンドル７ａは、作業車両１を操向操作するものである。ハンドル７ａは、キャビン７内の前部に具備される。
座席７ｂは、オペレータが着座するものである。座席７ｂは、ハンドル７ａの後方に具備される。
変速レバー７ｃは、変速装置４の変速比を設定することにより、作業車両１の走行速度を設定するものである。変速レバー７ｃは、座席７ｂの右側方に具備される。変速レバー７ｃは、本発明に係る変速比設定手段の実施の一形態である。

以下では、図２及び図３を用いて、本発明に係る変速装置の第一の実施形態である変速装置４の構成について説明する。変速装置４は、主としてトランスミッションケース１０、入力軸２０、無段変速機４０、リバーサクラッチ装置５０、合成クラッチ装置６０、遊星歯車機構７０、副変速機構８０、差動機構９０等を具備する。

図３に示すように、トランスミッションケース１０は、変速装置４の動力伝達経路を構成する種々の軸や歯車等を収容する箱状の部材である。トランスミッションケース１０は、具体的には、後述する入力軸２０や無段変速機４０、リバーサクラッチ装置５０等を収容する。

トランスミッションケース１０は、主として前ケース１０ａ、前支持壁１０ｂ、後ケース１０ｃ等を具備する。前ケース１０ａの後部には、前支持壁１０ｂが固設される。前支持壁１０ｂの略中央部には、前支持壁１０ｂを前後方向に貫通する開口部１０ｄが形成される。前支持壁１０ｂの後部には、後ケース１０ｃが固設される。後ケース１０ｃの前後中途部の内部には、後支持壁部１０ｅが、垂直面で左右方向に形成される。

トランスミッションケース１０の後部には、開口部１１が形成され、後方に開放されている。当該開口部１１は、トランスミッションケース１０の後部に所定の締結部材により固設されるＰＴＯカバー１２によって閉塞される。すなわち、ＰＴＯカバー１２は、トランスミッションケース１０の後側面を成す部材である。ＰＴＯカバー１２には、作業車両１が装着する作業機に動力を伝達するためのＰＴＯ出力軸１３が、後方へ突設される。

図２及び図３に示すように、入力軸２０は、エンジン３により発生された動力により回転駆動される部材である。入力軸２０は、主として第一入力軸２１、第二入力軸２２等より構成される。

第一入力軸２１の前端部は、ドライブシャフト３ｂを介してエンジン３の出力軸３ａと連動連結される。第一入力軸２１の後端部は、後方へと延設される。第一入力軸２１の中途部には、エンジン動力出力ギヤ２１ａが固設される。

第二入力軸２２は、第一入力軸２１の同一軸線上かつ後方に配置される。第二入力軸２２の前端部は、第一入力軸２１の後端部と軸継手２２ａを介して連動連結される。第二入力軸２２の後端部は、ＰＴＯカバー１２に回動可能に支持される。

無段変速機４０は、入力される動力を無段階に変速して出力するものである。無段変速機４０は、主としてシリンダブロック４１、油圧ポンプ４２、油圧モータ４３、出力軸４４、第一出力ギヤ４５、第二出力ギヤ４６等を具備する。

シリンダブロック４１は、略円柱状の部材であり、後述する入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・、入力側スプール弁４２ｃ・４２ｃ・・・、出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・、及び出力側スプール弁４３ｃ・４３ｃ・・・が挿通される複数の孔が形成される。シリンダブロック４１の軸心部には、第二入力軸２２が挿通され、第二入力軸２２とスプライン嵌合される。これによって、シリンダブロック４１は第二入力軸２２と一体的に回転する。

油圧ポンプ４２は、その容量を変更可能に構成された可変容量型油圧ポンプである。油圧ポンプ４２は、主として入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・、入力側斜板４２ｂ、入力側スプール弁４２ｃ・４２ｃ・・・等を具備する。

入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・は、シリンダブロック４１に形成される複数の孔に挿入され、作動油の吸入及び排出を行うものである。

入力側斜板４２ｂは、後部ハウジング４２ｄを介してボルト４２ｅ・４２ｅによりＰＴＯカバー１２に固設されるとともに、第二入力軸２２に対する傾斜角度を変更可能に構成された板状の部材である。本実施形態において、入力側斜板４２ｂの傾斜角度は、シリンダブロック４１の回転軸（第二入力軸２２）の軸線方向に対して−αからαまで変更可能に構成される。入力側斜板４２ｂには、入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・の突出端が当接される。

入力側スプール弁４２ｃ・４２ｃ・・・は、シリンダブロック４１に形成される複数の孔に挿入され、入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・によって吸入又は排出される作動油の油路を切り換えるものである。

上記の如く構成された油圧ポンプ４２において、入力側斜板４２ｂが傾斜している際にシリンダブロック４１が回転すると、入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・及び入力側スプール弁４２ｃ・４２ｃ・・・は第二入力軸２２の周りをシリンダブロック４１と共に回転しながら、シリンダブロック４１の孔内をその軸線方向に往復運動する。当該入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・の往復運動により、入力側スプール弁４２ｃ・４２ｃ・・・が切り換える油路を通じて、作動油が吸入及び排出される。

油圧モータ４３は、その容量を変更不能に構成された定容量型油圧モータである。油圧モータ４３は、主として出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・、出力側斜板４３ｂ、出力側スプール弁４３ｃ・４３ｃ・・・等を具備する。

出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・は、シリンダブロック４１に形成される複数の孔に挿入され、作動油の吸入及び排出を行うものである。

出力側斜板４３ｂは、第二入力軸２２に対する傾斜角度を変更不能に構成された板状の部材である。出力側斜板４３ｂは、第二入力軸２２上であって、シリンダブロック４１の前方に、第二入力軸２２と相対回転可能となるように配置される。出力側斜板４３ｂには、出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・の突出端が当接される。

出力側スプール弁４３ｃ・４３ｃ・・・は、シリンダブロック４１に形成される複数の孔に挿入され、出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・によって吸入又は排出される作動油の油路を切り換えるものである。

上記の如く構成された油圧モータ４３において、油圧ポンプ４２により作動油が供給されると、出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・はシリンダブロック４１の孔内をその軸線方向に往復運動する。当該出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・の往復運動により、出力側斜板４３ｂがシリンダブロック４１に対して相対的に回転する。

出力軸４４は、出力側斜板４３ｂと一体的に回転する部材である。出力軸４４は、その軸心部を中空に形成された中空軸である。出力軸４４は、その内部に入力軸２０を挿通した状態で、その後端は出力側斜板４３ｂに固設される。

第一出力ギヤ４５は、出力軸４４の前端に固設される歯車である。

第二出力ギヤ４６は、第一出力ギヤ４５の後方において、出力軸４４に固設される歯車である。

以下では、図３及び図４を用いて、上記の如く構成された無段変速機４０の動作態様について説明する。
エンジン３から入力軸２０を介して伝達される動力により、シリンダブロック４１が回転する。この際の入力軸２０の回転数（シリンダブロック４１の回転数）をＮｉｎとする。
入力側斜板４２ｂがシリンダブロック４１の回転軸（第二入力軸２２）の軸線と直交している場合、すなわち、入力側斜板４２ｂの傾斜角度が０の場合、入力側プランジャ４２ａ・４２ａ・・・は往復運動を行わない。従って、油圧ポンプ４２から油圧モータ４３への作動油の供給が断たれるため、出力側プランジャ４３ａ・４３ａ・・・が往復運動をすることはなく、出力側斜板４３ｂはシリンダブロック４１と一体的に回転数Ｎｉｎで回転する。すなわち、出力軸４４は、出力側斜板４３ｂ及びシリンダブロック４１を介して、入力軸２０と一体的に回転数Ｎｉｎで回転する。

入力側斜板４２ｂを減速側（図４における−α側）に傾斜させると、出力側斜板４３ｂはシリンダブロック４１に対して入力軸２０の回転方向と逆方向に相対的に回転する。入力側斜板４２ｂの傾斜角度を−αまで傾斜させると、出力側斜板４３ｂは、入力軸２０の回転数Ｎｉｎと同回転数でシリンダブロック４１に対して相対的に回転する。従って、出力軸４４の回転数は０となる。

入力側斜板４２ｂを増速側（図４におけるα側）に傾斜させると、出力側斜板４３ｂはシリンダブロック４１に対して入力軸２０の回転方向と同方向に相対的に回転する。入力側斜板４２ｂの傾斜角度をαまで傾斜させると、出力側斜板４３ｂは、入力軸２０の回転数Ｎｉｎと同回転数でシリンダブロック４１に対して相対的に回転する。従って、出力軸４４の回転数はＮｉｎの２倍となる。

また、本実施形態の如く無段変速機４０を入力軸上に配置することによって、変速装置４の大型化を伴うことなく、変速装置４を高馬力のエンジン３に対応させることができる。

図２及び図３に示すように、リバーサクラッチ装置５０は、出力軸４４からの動力を取り出すものである。リバーサクラッチ装置５０は、主として蓋体５１、クラッチ軸５２、第一前進ギヤ５３、後進ギヤ５４、第一前進クラッチ５５、後進クラッチ５６等を具備する。

蓋体５１は、前支持壁１０ｂの開口部１０ｄを閉塞する部材である。蓋体５１は、ボルト５１ａによって前支持壁１０ｂに固設される。

クラッチ軸５２は、入力軸２０及び出力軸４４と平行に配置される部材である。クラッチ軸５２の前端は、蓋体５１に回動可能に支持される。クラッチ軸５２の後端は、後支持壁部１０ｅに回動可能に支持される。

第一前進ギヤ５３は、クラッチ軸５２の中途部に回動可能に支持される歯車である。第一前進ギヤ５３は、中間ギヤ５３ａ（図２参照）を介して第二出力ギヤ４６と連動連結される。

後進ギヤ５４は、第一前進ギヤ５３の前方において、クラッチ軸５２に回動可能に支持される歯車である。後進ギヤ５４は、第一出力ギヤ４５と噛合される。

第一前進クラッチ５５は、第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２との間の動力の断接を可能とするものである。第一前進クラッチ５５は、第一前進ギヤ５３の前方において、クラッチ軸５２に固設される。

後進クラッチ５６は、後進ギヤ５４とクラッチ軸５２との間の動力の断接を可能とするものである。後進クラッチ５６は、後進ギヤ５４の後方において、クラッチ軸５２に固設される。第一前進クラッチ５５、後進クラッチ５６、及び後述する第二前進クラッチ６４と第三前進クラッチ６５は、油圧クラッチにより構成され、電磁バルブを切り換えることにより「入」「切」が可能である。変速レバー７ｃの近傍には検知部が設けられ、当該検知部は前記電磁バルブと接続されて、変速レバー７ｃの回動操作を検知して、当該回動操作により第一前進クラッチ５５等が切り換えられる構成としている。

以下では、上記の如く構成されたリバーサクラッチ装置５０の動作態様について説明する。
第一前進ギヤ５３は、中間ギヤ５３ａを介して第二出力ギヤ４６から伝達される動力により回転駆動される。後進ギヤ５４は、第一出力ギヤ４５から伝達される動力により回転駆動される。第一前進ギヤ５３と第二出力ギヤ４６の間に中間ギヤ５３ａを介することにより、第一前進ギヤ５３は、後進ギヤ５４の回転方向と逆方向に回転駆動される。
第一前進クラッチ５５により、第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合、第一前進ギヤ５３の動力がクラッチ軸５２へと伝達される。この場合にクラッチ軸５２へと伝達される動力の回転方向を、作業車両１を前進させるための方向（以下、単に「順回転方向」と記す）とする。
後進クラッチ５６により、後進ギヤ５４とクラッチ軸５２とが接続された場合、後進ギヤ５４の動力がクラッチ軸５２へと伝達される。この場合にクラッチ軸５２へと伝達される動力の回転方向を、作業車両１を後進させるための方向（以下、単に「逆回転方向」と記す）とする。

このように、第一前進クラッチ５５と後進クラッチ５６とを切り換えることにより、クラッチ軸５２へと伝達する動力の回転方向を切り換えることができ、ひいては、作業車両１の前進と後進を切り換えることができる。

また、リバーサクラッチ装置５０は、一つのユニットとして着脱可能に構成されている。具体的には、前方からボルト５１ａを外すことにより、リバーサクラッチ装置５０をユニットとして一体的に前方へ引き出すことが可能である。これによって、リバーサクラッチ装置５０のメンテナンスを容易に行うことができ、また、組み立てを容易に行うことができる。

なお、本実施形態においては、無段変速機４０からの動力を順回転方向に取り出す第一前進クラッチ５５と、逆回転方向に取り出す後進クラッチ５６と、をリバーサクラッチ装置５０に具備するものとしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、第一前進クラッチ５５及び後進クラッチ５６を、合成クラッチ装置６０に具備する構成とすることも可能である。

図２に示すように、合成クラッチ装置６０は、出力軸４４からの動力を取り出すものである。合成クラッチ装置６０は、主としてカウンタ軸６１、第二前進ギヤ６２、第三前進ギヤ６３、第二前進クラッチ６４、第三前進クラッチ６５等を具備する。

カウンタ軸６１は、入力軸２０及び出力軸４４と平行に配置される部材である。

第二前進ギヤ６２は、カウンタ軸６１の中途部に回動可能に支持される歯車である。第二前進ギヤ６２は、第一出力ギヤ４５と噛合される。

第三前進ギヤ６３は、第二前進ギヤ６２の後方において、カウンタ軸６１に回動可能に支持される歯車である。第三前進ギヤ６３は、中間ギヤ５３ａを介して第二出力ギヤ４６と噛合される。

第二前進クラッチ６４は、第二前進ギヤ６２とカウンタ軸６１との間の動力の断接を可能とするものである。第二前進クラッチ６４は、無段変速機４０から低速の動力を取り出す低速クラッチとなるものである。第二前進クラッチ６４は、第二前進ギヤ６２の後方において、カウンタ軸６１に取り付けられる。

第三前進クラッチ６５は、第三前進ギヤ６３とカウンタ軸６１との間の動力の断接を可能とするものである。第三前進クラッチ６５は、無段変速機４０から高速の動力を取り出す高速クラッチとなるものである。第三前進クラッチ６５は、第三前進ギヤ６３の前方において、カウンタ軸６１に取り付けられる。

以下では、上記の如く構成された合成クラッチ装置６０の動作態様について説明する。
第二前進ギヤ６２は、第一出力ギヤ４５から伝達される動力により回転駆動される。第三前進ギヤ６３は、中間ギヤ５３ａを介して第二出力ギヤ４６から伝達される動力により回転駆動される。第三前進ギヤ６３と第二出力ギヤ４６の間に中間ギヤ５３ａを介することにより、第三前進ギヤ６３は、第二前進ギヤ６２の回転方向と逆方向に回転駆動される。

第二前進クラッチ６４により、第二前進ギヤ６２とカウンタ軸６１とが接続された場合、第二前進ギヤ６２の動力がカウンタ軸６１へと伝達される。第三前進クラッチ６５により、第三前進ギヤ６３とカウンタ軸６１とが接続された場合、第三前進ギヤ６３の動力がカウンタ軸６１へと伝達される。

このように、第二前進クラッチ６４と第三前進クラッチ６５とを切り換えることにより、出力軸４４からカウンタ軸６１へと伝達される動力の回転方向を切り換えることができる。

遊星歯車機構７０は、合成クラッチ装置６０の前方に配置され、エンジン３からの動力と、出力軸４４からの動力と、を合成して出力するものである。遊星歯車機構７０は、主としてキャリヤ７１、プラネタリギヤ７２・７２・・・、サンギヤ７３、アウターギヤ７４等を具備する。

キャリヤ７１は、カウンタ軸６１の前端部に、カウンタ軸６１と相対回転可能に支持される。キャリヤ７１は、遊星歯車機構７０の第一伝動部となるものである。キャリヤ７１の前端部には、その外周に歯を形成された歯車部７１ａが具備される。キャリヤ７１の歯車部７１ａは、エンジン動力出力ギヤ２１ａと噛合される。

プラネタリギヤ７２・７２・・・は、キャリヤ７１の後端部にプラネタリ軸７２ａ・７２ａ・・・を介してそれぞれ回動可能に支持される。プラネタリギヤ７２・７２・・・は、カウンタ軸６１を中心とする同心円上に複数具備される。

サンギヤ７３は、カウンタ軸６１上であってキャリヤ７１の後方に、カウンタ軸６１と相対回転不能に支持される。サンギヤ７３は、遊星歯車機構７０の第二伝動部となるものである。サンギヤ７３は、プラネタリギヤ７２・７２・・・と噛合される。

アウターギヤ７４は、カウンタ軸６１上であってサンギヤ７３の後方に、カウンタ軸６１と相対回転可能に支持される。アウターギヤ７４は、遊星歯車機構７０の第三伝動部となるものである。アウターギヤ７４の前端部には、その内周に歯を形成された歯車部７４ａが具備される。アウターギヤ７４の後端部には、その外周に歯を形成された歯車部７４ｂが具備される。アウターギヤ７４の歯車部７４ａは、プラネタリギヤ７２・７２・・・と噛合される。

以下では、上記の如く構成された遊星歯車機構７０の動作態様について説明する。
キャリヤ７１は、エンジン動力出力ギヤ２１ａを介して入力軸２０から伝達される動力により回転駆動される。これにより、プラネタリ軸７２ａ・７２ａ・・・は、カウンタ軸６１を中心として回転駆動され、ひいては、プラネタリギヤ７２・７２・・・がカウンタ軸６１を中心として回転駆動（公転）される。

また、プラネタリギヤ７２・７２・・・は、サンギヤ７３を介してカウンタ軸６１から伝達される動力により、プラネタリ軸７２ａ・７２ａ・・・を中心として回転駆動（自転）される。

アウターギヤ７４は、プラネタリギヤ７２・７２・・・により回転駆動される。アウターギヤ７４の動力は、歯車部７４ｂから出力される。

このように、入力軸２０から伝達される動力と、カウンタ軸６１から伝達される動力は、プラネタリギヤ７２・７２・・・によって合成され、アウターギヤ７４により出力される。

上述の如く、リバーサクラッチ装置５０及び合成クラッチ装置６０を、入力軸２０の軸方向において、遊星歯車機構７０と無段変速機４０との間に配置することによって、変速装置４をコンパクトに構成することができる。また、リバーサクラッチ装置５０と合成クラッチ装置６０とを互いに近い位置に配置することができ、当該リバーサクラッチ装置５０及び合成クラッチ装置６０の動作を制御するための油圧回路の構成を簡略化することができる。

図２及び図３に示すように、副変速機構８０は、伝達された動力を変速して出力するものである。副変速機構８０は、主として高速駆動ギヤ８１、低速駆動ギヤ８２、副変速出力軸８３、高速従動ギヤ８４、低速従動ギヤ８５、副変速クラッチ８６等を具備する。

高速駆動ギヤ８１は、クラッチ軸５２の前端部に固設される歯車である。

低速駆動ギヤ８２は、高速駆動ギヤ８１の後方において、クラッチ軸５２に固設される歯車である。低速駆動ギヤ８２は、アウターギヤ７４の歯車部７４ｂと噛合される。

副変速出力軸８３は、クラッチ軸５２と平行に配置される部材である。副変速出力軸８３は、後述する差動機構９０の入力部となるものである。副変速出力軸８３の前端は、前支持壁１０ｂに回動可能に支持される。副変速出力軸８３の後端は、後支持壁部１０ｅに回動可能に支持される。

高速従動ギヤ８４は、副変速出力軸８３の前端部に回動可能に支持される歯車である。高速従動ギヤ８４は、高速駆動ギヤ８１と噛合される。

低速従動ギヤ８５は、高速従動ギヤ８４の後方において、副変速出力軸８３に回動可能に支持される歯車である。低速従動ギヤ８５は、低速駆動ギヤ８２と噛合される。
なお、本実施形態においては、低速駆動ギヤ８２及び低速従動ギヤ８５による変速比は、高速駆動ギヤ８１及び高速従動ギヤ８４による変速比より大きい（すなわち、クラッチ軸５２の回転数が一定の場合、低速従動ギヤ８５の回転数は高速従動ギヤ８４の回転数よりも小さい）ものとする。

副変速クラッチ８６は、高速従動ギヤ８４の後方かつ低速従動ギヤ８５の前方に配置され、高速従動ギヤ８４又は低速従動ギヤ８５のいずれか一方と副変速出力軸８３とを相対回転不能となるように接続した状態と、高速従動ギヤ８４及び低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とを相対回転可能となるように接続を解除した状態と、を切り換えるものである。

以下では、上記の如く構成された副変速機構８０の動作態様について説明する。
第一前進クラッチ５５又は後進クラッチ５６が作動している場合、無段変速機４０の出力軸４４より伝達される動力によってクラッチ軸５２が回転駆動し、ひいては低速駆動ギヤ８２及び高速駆動ギヤ８１が回転駆動される。

また、第二前進クラッチ６４又は第三前進クラッチ６５が作動している場合、遊星歯車機構７０のアウターギヤ７４より伝達される動力によって低速駆動ギヤ８２が回転駆動し、ひいてはクラッチ軸５２及び高速駆動ギヤ８１が回転駆動される。

低速従動ギヤ８５は、低速駆動ギヤ８２から伝達される動力により回転駆動される。高速従動ギヤ８４は、高速駆動ギヤ８１から伝達される動力により回転駆動される。

副変速クラッチ８６により、低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とが接続された場合、低速従動ギヤ８５の動力が副変速出力軸８３へと伝達される。副変速クラッチ８６により、高速従動ギヤ８４と副変速出力軸８３とが接続された場合、高速従動ギヤ８４の動力が副変速出力軸８３へと伝達される。

このように、副変速クラッチ８６を切り換えることにより、クラッチ軸５２から副変速出力軸８３へと伝達される動力の回転数を切り換えることができ、ひいては、作業車両の車速を切り換えることができる。

また、リバーサクラッチ装置５０と合成クラッチ装置６０とを選択的に切り換えることにより、無段変速機４０からの動力又は遊星歯車機構７０からの動力を選択的にクラッチ軸５２へと取り出すことができる。これによって、必要に応じて所望の動力を取り出すことができる。

差動機構９０は、副変速機構８０から伝達される動力を左右に分配して出力するものである。差動機構９０は、副変速出力軸８３の後端部と連動連結される。すなわち、差動機構９０は、入力軸２０、無段変速機４０、リバーサクラッチ装置５０等の動力伝達下流側に配置される。差動機構９０により左右に分配された動力は、最終減速機構９１により減速された後、左右の後輪６・６へと伝達される。

なお、本実施形態において、エンジン３からの動力が前輪５・５及びＰＴＯ出力軸１３へと伝達される経路については、説明を省略する。

以下では、図２及び図５を用いて、上記の如く構成された変速装置４を具備する作業車両１における、無段変速機４０の出力軸４４の回転数と作業車両１の車速との関係を説明する。
図５のＦ１は、第一前進クラッチ５５により第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合、Ｆ２は、第二前進クラッチ６４により第二前進ギヤ６２とカウンタ軸６１とが接続された場合、Ｆ３は、第三前進クラッチ６５により第三前進ギヤ６３とカウンタ軸６１とが接続された場合、Ｒは、後進クラッチ５６により後進ギヤ５４とクラッチ軸５２とが接続された場合、をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、いずれの場合も、副変速クラッチ８６により低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とが接続されているものとする。

第一前進クラッチ５５により第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合、又は後進クラッチ５６により後進ギヤ５４とクラッチ軸５２とが接続された場合（図５のＦ１及びＲ参照）において、出力軸４４の回転数が０の場合、作業車両１の車速は０となる。

Ｆ１で示すように、第一前進クラッチ５５により第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合において、出力軸４４の回転数を増加させると、作業車両１の車速は上昇する。

Ｆ１とＦ２とが交差する点の近傍において、第一前進クラッチ５５を解除し、第二前進クラッチ６４により第二前進ギヤ６２とカウンタ軸６１とを接続させる。この場合、Ｆ２で示すように、出力軸４４の回転数を減少させると、作業車両１の車速は上昇する。

Ｆ２とＦ３とが交差する点の近傍において、第二前進クラッチ６４を解除し、第三前進クラッチ６５により第三前進ギヤ６３とカウンタ軸６１とを接続させる。この場合、Ｆ３で示すように、出力軸４４の回転数を増加させると、作業車両１の車速は上昇する。

また、Ｒで示すように、後進クラッチ５６により後進ギヤ５４とクラッチ軸５２とが接続された場合において、出力軸４４の回転数を増加させると、作業車両１の車速は０から減少、すなわち、作業車両１は後進する。

なお、図５においては、副変速クラッチ８６により低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とが接続されているものとしたが、副変速クラッチ８６により高速従動ギヤ８４と副変速出力軸８３とが接続された場合も、変速の態様は略同一である。

すなわち、第一前進クラッチ５５により第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合において、出力軸４４の回転数を増加させると、作業車両１の車速は上昇する。

第一前進クラッチ５５を解除し、第二前進クラッチ６４により第二前進ギヤ６２とカウンタ軸６１とを接続させた場合、出力軸４４の回転数を減少させると、作業車両１の車速は上昇する。

第二前進クラッチ６４を解除し、第三前進クラッチ６５により第三前進ギヤ６３とカウンタ軸６１とを接続させた場合、出力軸４４の回転数を増加させると、作業車両１の車速は上昇する。

また、後進クラッチ５６により後進ギヤ５４とクラッチ軸５２とが接続された場合において、出力軸４４の回転数を増加させると、作業車両１の車速は０から減少、すなわち、作業車両１は後進する。

なお、高速従動ギヤ８４と副変速出力軸８３とが接続された場合、低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とが接続された場合よりも、出力軸４４の回転数の変化に対する車速の変化が大きくなる。

上述の如く構成された変速装置４を具備する作業車両１における、作業車両１の車速と牽引力との関係を図６に示す。

図６の曲線Ｅ１は、エンジン３の出力を示す。また、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３は、以下に述べるそれぞれの条件における車速と牽引力との関係を示す。

Ｌ１及びＨ１は、第一前進クラッチ５５により第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合、Ｌ２及びＨ２は、第二前進クラッチ６４により第二前進ギヤ６２とカウンタ軸６１とが接続された場合、Ｌ３及びＨ３は、第三前進クラッチ６５により第三前進ギヤ６３とカウンタ軸６１とが接続された場合、をそれぞれ示す。

また、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は、副変速クラッチ８６により低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とが接続された場合、Ｈ１、Ｈ２、及びＨ３は、副変速クラッチ８６により高速従動ギヤ８４と副変速出力軸８３とが接続された場合、をそれぞれ示す。

図６に示すように、変速装置４は、リバーサクラッチ装置５０、合成クラッチ装置６０、及び副変速クラッチ８６の組み合わせによって、エンジン３の出力範囲をカバーすることができ、エンジン３の出力に対応した変速が可能となる。また、無段変速機４０と遊星歯車機構７０とを組み合わせたことによって、少ないクラッチ（本実施形態においては、リバーサクラッチ装置５０、合成クラッチ装置６０、及び副変速クラッチ８６）の切り換えのみで、広い範囲で車速を変速することができる。これによって、細かい変速は主変速（油圧ポンプ４２による作動油の吐出量）の調節だけでよく、作業車両１の変速操作を簡単に行うことができる。

なお、本実施形態においては、入力軸２０の軸方向において、遊星歯車機構７０の後方に無段変速機４０が配置される構成としたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、入力軸２０の軸方向において、無段変速機４０の後方に遊星歯車機構７０を配置し、無段変速機４０と遊星歯車機構７０との間に、リバーサクラッチ装置５０及び合成クラッチ装置６０を配置する構成とすることも可能である。

以下では、変速装置の第二の実施形態である変速装置２０４について説明する。なお、第一の実施形態における変速装置４（図２参照）と略同一の構成の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７に示すように、変速装置２０４が変速装置４と異なる点は、合成クラッチ装置６０に代えて、合成クラッチ装置２６０を具備する点である。合成クラッチ装置２６０が合成クラッチ装置６０と異なる点は、第三前進ギヤ６３及び第三前進クラッチ６５を具備しない点である。

上述の如く構成された変速装置２０４を具備する作業車両における、当該作業車両の車速と牽引力との関係を図８に示す。

図８の曲線Ｅ２は、エンジン２０３の出力を示す。また、Ｌ１、Ｌ２、Ｈ１、及びＨ２は、以下に述べるそれぞれの条件における車速と牽引力との関係を示す。なお、エンジン２０３の出力馬力は、エンジン３の出力馬力より低いものとする。

Ｌ１及びＨ１は、第一前進クラッチ５５により第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合、Ｌ２及びＨ２は、第二前進クラッチ６４により第二前進ギヤ６２とカウンタ軸６１とが接続された場合、をそれぞれ示す。

また、Ｌ１及びＬ２は、副変速クラッチ８６により低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とが接続された場合、Ｈ１及びＨ２は、副変速クラッチ８６により高速従動ギヤ８４と副変速出力軸８３とが接続された場合、をそれぞれ示す。

図８に示すように、変速装置２０４は、リバーサクラッチ装置５０、合成クラッチ装置２６０、及び副変速クラッチ８６の組み合わせによって、エンジン２０３の出力範囲をカバーすることができ、エンジン２０３の出力に対応した変速が可能となる。また、無段変速機４０と遊星歯車機構７０とを組み合わせたことによって、少ないクラッチ（本実施形態においては、リバーサクラッチ装置５０、合成クラッチ装置２６０、及び副変速クラッチ８６）の切り換えのみで、広い範囲で車速を変速することができる。これによって、細かい変速は主変速（油圧ポンプ４２による作動油の吐出量）の調節だけでよく、作業車両１の変速操作を簡単に行うことができる。

また、変速装置４と変速装置２０４とを比較して分かるように、エンジンの馬力が異なる場合においても、無段変速機４０、リバーサクラッチ装置５０、及び遊星歯車機構７０を共通して用いることができる。このように、無段変速機４０、リバーサクラッチ装置５０、及び遊星歯車機構７０に汎用性を持たせることにより、部品の共通化を図り、部品コストの削減を図ることができる。

以下では、変速装置の第三の実施形態である変速装置３０４について説明する。なお、第一の実施形態における変速装置４（図２参照）と略同一の構成の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。

図９に示すように、変速装置３０４が変速装置４と異なる点は、合成クラッチ装置６０及び遊星歯車機構７０を具備しない点である。

上述の如く構成された変速装置３０４を具備する作業車両における、当該作業車両の車速と牽引力との関係を図１０に示す。

図１０の曲線Ｅ３は、エンジン３０３の出力を示す。また、Ｌ１及びＨ１は、以下に述べるそれぞれの条件における車速と牽引力との関係を示す。なお、エンジン３０３の出力馬力は、エンジン２０３の出力馬力より低いものとする。

Ｌ１及びＨ１は、第一前進クラッチ５５により第一前進ギヤ５３とクラッチ軸５２とが接続された場合を示す。

また、Ｌ１は、副変速クラッチ８６により低速従動ギヤ８５と副変速出力軸８３とが接続された場合、Ｈ１は、副変速クラッチ８６により高速従動ギヤ８４と副変速出力軸８３とが接続された場合、をそれぞれ示す。

図１０に示すように、変速装置３０４は、リバーサクラッチ装置５０及び副変速クラッチ８６の組み合わせによって、エンジン３０３の出力範囲をカバーすることができ、エンジン３０３の出力に対応した変速が可能となる。

また、変速装置４と変速装置３０４とを比較して分かるように、エンジンの馬力が異なる場合においても、無段変速機４０及びリバーサクラッチ装置５０を共通して用いることができる。このように、無段変速機４０及びリバーサクラッチ装置５０に汎用性を持たせることにより、部品の共通化を図り、部品コストの削減を図ることができる。

以上の如く、変速装置４は、エンジン３からの動力を伝達する入力軸２０と、入力軸２０上に配置され、入力軸２０から伝達される動力を無段階に変速して出力する無段変速機４０と、無段変速機４０から出力される動力を順回転方向又は逆回転方向に取り出して出力するリバーサクラッチ装置５０と、を具備し、リバーサクラッチ装置５０を選択的に切り換えるとともに、無段変速機４０を無段階に変速することによって変速するものである。
このように構成することにより、リバーサクラッチ装置５０を切り換えることによって出力される動力の回転方向を選択できるとともに、無段変速機４０を無段階に変速させることによって作業車両１を変速させることができる。また、無段変速機４０及びリバーサクラッチ装置５０と、その他の変速要素（例えば、遊星歯車機構７０等）を組み合わせることで、無段変速機４０及びリバーサクラッチ装置５０を作業車両１の変速装置の変速要素として用いることができる。従って、無段変速機４０及びリバーサクラッチ装置５０を種々の変速装置（例えば、駆動源の馬力毎に対応する変速装置）に用いることができ、当該無段変速機４０及びリバーサクラッチ装置５０の共通化によるコストの削減や、部品点数の削減、開発期間の削減等を図ることができる。

また、変速装置４は、無段変速機４０から出力される動力を取り出して出力する合成クラッチ装置６０と、エンジン３からの動力と合成クラッチ装置６０から出力される動力とを合成して出力する遊星歯車機構７０と、を具備し、リバーサクラッチ装置５０と合成クラッチ装置６０とを選択的に切り換えるとともに、無段変速機４０を無段階に変速することによって変速するものである。
このように構成することにより、無段変速機４０から直接動力を出力する他、無段変速機４０からの動力とエンジン３からの動力を合成して出力することができる。従って、リバーサクラッチ装置５０及び合成クラッチ装置６０を選択的に切り換え、無段変速機４０を無段階に変速させることによって、エンジン３の出力に合わせて幅広い変速を行うことができる。

また、変速装置４は、エンジン３からの動力と他の動力とを合成して出力する遊星歯車機構７０と、リバーサクラッチ装置５０からの動力を取り出して出力、又は遊星歯車機構７０に伝達する合成クラッチ装置６０と、を具備し、リバーサクラッチ装置５０と合成クラッチ装置６０とを選択的に切り換えるとともに、無段変速機４０を無段階に変速することによって変速するものである。
このように構成することにより、無段変速機４０から直接動力を出力する他、無段変速機４０からの動力とエンジン３からの動力を合成して出力することができる。従って、リバーサクラッチ装置５０及び合成クラッチ装置６０を選択的に切り換え、無段変速機４０を無段階に変速させることによって、エンジン３の出力に合わせて幅広い変速を行うことができる。

１ 作業車両
３ エンジン（駆動源）
４ 変速装置
１０ トランスミッションケース
２０ 入力軸
４０ 無段変速機
４２ 油圧ポンプ
４３ 油圧モータ
５０ リバーサクラッチ装置
５３ａ 中間ギヤ
５５ 第一前進クラッチ
５６ 後進クラッチ
６０ 合成クラッチ装置
６４ 第二前進クラッチ
６５ 第三前進クラッチ
７０ 遊星歯車機構
８０ 副変速機構
９０ 差動機構

Claims (3)

1. 駆動源からの動力を伝達する入力軸と、
   前記入力軸上に配置され、前記入力軸から伝達される動力を無段階に変速して出力する無段変速機と、
   前記無段変速機から出力される動力を順回転方向又は逆回転方向に取り出して出力するリバーサクラッチ装置と、
   を具備し、
   前記リバーサクラッチ装置を選択的に切り換えるとともに、前記無段変速機を無段階に変速することによって変速する作業車両の変速装置。
2. 前記無段変速機から出力される動力を取り出して出力する合成クラッチ装置と、
   前記駆動源からの動力と前記合成クラッチ装置から出力される動力とを合成して出力する遊星歯車機構と、
   を具備し、
   前記リバーサクラッチ装置と前記合成クラッチ装置とを選択的に切り換えるとともに、前記無段変速機を無段階に変速することによって変速する請求項１に記載の作業車両の変速装置。
3. 前記駆動源からの動力と他の動力とを合成して出力する遊星歯車機構と、
   前記リバーサクラッチ装置からの動力を取り出して出力、又は前記遊星歯車機構に伝達する合成クラッチ装置と、
   を具備し、
   前記リバーサクラッチ装置と前記合成クラッチ装置とを選択的に切り換えるとともに、前記無段変速機を無段階に変速することによって変速する請求項１に記載の作業車両の変速装置。

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