JP6076189B2 - ホイールローダ - Google Patents

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Description

本発明は、ホイールローダに係り、油圧駆動と機械駆動とを切替可能に構成されたトランスミッションを有するホイールローダに関する。
従来のホイールローダの動力伝達系は一般的に、後部車体フレームにマウントされるエンジンと、エンジンの回転動力を変速するトランスミッションと、トランスミッションの後方において後部車体フレームに取り付けられ、ディファレンシャルを内蔵するリアアクスルと、トランスミッションの出力軸とディファレンシャルの入力軸とを連結するプロペラシャフトと、リアアクスルから左右に突出する一対のアクスルシャフトと、これらのアクスルシャフトの外端に支持されるリアタイヤとを備える（例えば、特許文献１）。
その中でも、トランスミッションとしては、小型のホイールローダでは、ＨＳＴ（Hydraulic Static Transmission：静油圧式無段変速機）を用いることが多く、中型のホイールローダでは、トルクコンバータと遊星機構を組み合わせた所謂オートマチックトランスミッションを用いることが主流である。
特開２０１２−１３２２８９号公報
ところで、走行負荷が大きく牽引力が必要とされる低速時や作業時には、速度段の切替が発生せず、かつ十分な動力を発揮するＨＳＴにて走行し、所定速度以上では、駆動力の伝達効率が良好な機械式トランスミッションによって走行し、よって操縦性および燃費を改善することが望まれている。
しかしながら、ＨＳＴと機械式トランスミッションとを組み合わせる場合、最適な変速段数および変速比を確保しようとすると、構成が複雑になり、トランスミッション全体が大型化するという問題がある。しかも、後部車体フレームの上部には、オペレータが乗り込むキャブが設けられていることから、後部車体フレームの配置スペースは限られており、後部車体フレーム内にそのような大型のトランスミッションを配置することは困難である。
本発明の目的は、油圧駆動部分と機械駆動部分とが機能上支障なく存在し、かつ後部車体フレーム内に良好に配置できるトランスミッションを有したホイールローダ提供することにある。
第１発明に係るホイールローダは、エンジンからの動力が入力される入力軸とドライブシャフトに動力を出力する出力軸との間で変速するトランスミッションを有したホイールローダにおいて、前記トランスミッションは、前記エンジンの動力で駆動される複数のギア列を含んで構成された機械駆動部と、前記入力軸にて駆動されて走行用の作動油を供給する静油圧式無段変速用の走行用油圧ポンプと、前記走行用油圧ポンプと同軸上に設けられるか、または前記入力軸よりも上方に位置する動力取出装置を介して設けられるとともに、作業機用の作動油を供給する補機用油圧ポンプと、前記走行用油圧ポンプからの作動油で駆動される油圧モータと、前記油圧モータの動力と前記機械駆動部側の動力とを合成する動力合成部とを備え、前記機械駆動部は、前記入力軸から前記出力軸にかけて配置され、前記動力合成部では、前記機械駆動部からの動力と前記油圧モータからの動力とが前記出力軸よりも上方で合成され、合成された動力が伝達されるギア列は、上下に位置する前記走行用油圧ポンプと前記出力軸との間の空間を利用して配置されることを特徴とする。
第２発明に係るホイールローダでは、前記入力軸の軸中心および前記出力軸の軸中心は、鉛直な中心線上に位置し、最も上方に位置する前記動力取出装置の回転軸の軸中心は、前記入力軸の軸中心を中心として、前記中心線に対して所定角度傾倒した線上に位置していることを特徴とする。
第３発明に係るホイールローダでは、前記入力軸の軸中心および前記出力軸の軸中心は、鉛直な中心線上に位置し、前記油圧モータとしては、第１油圧モータおよび第２油圧モータの一対が設けられ、前記第１油圧モータおよび第２油圧モータは、前記中心線を挟んで左右に配置されていることを特徴とする。
なお、ここで第１油圧モータおよび第２油圧モータは、左右の両側に分かれて配置されればよく、第１油圧モータが左側、第２油圧モータが右側であっても、第１油圧モータが右側、第２油圧モータが左側であっても構わない。
第４発明に係るホイールローダは、エンジンからの動力が入力される入力軸とドライブシャフトに動力を出力する出力軸との間で変速するトランスミッションを有したホイールローダであって、前記トランスミッションは、前記エンジンの動力で駆動される複数のギア列を含んで構成された機械駆動部と、前記入力軸にて駆動されて走行用の作動油を供給する静油圧式無段変速用の走行用油圧ポンプと、前記走行用油圧ポンプと同軸上に設けられるか、または前記入力軸よりも上方に位置する動力取出装置を介して設けられるとともに、作業機用の作動油を供給する補機用油圧ポンプと、前記走行用油圧ポンプからの作動油で駆動される第１油圧モータおよび第２油圧モータと、前記第１、第２油圧モータの動力と前記機械駆動部側の動力とを合成する動力合成部とを備え、前記機械駆動部は、入力軸に取り付けられた一対の第１、第２ギアと、前記第１、第２ギア間に設けられた第１クラッチと、前記入力軸の下方に設けられた中間軸と、前記中間軸に取り付けられて前記第１、第２ギアと噛み合う一対の第３、第４ギアと、前記第３、第４ギア間に設けられた第２クラッチと、前記中間軸に取り付けられた第５ギアと、中間軸の下方に設けられた合成軸と、前記合成軸に取り付けられて前記第５ギアと噛み合う第６ギアと、前記合成軸に取り付けられた第１合成ギアと、前記第１合成ギアに隣設された第２合成ギアと、前記第１、第２合成ギア間に設けられた第３クラッチと、前記出力軸に取り付けられて前記第１合成ギアと噛み合う第７ギアとを備えるとともに、前記入力軸から前記出力軸にかけて配置され、前記動力合成部の前記第１油圧モータ側の部分は、前記第１油圧モータの第１モータ出力軸に取り付けられたサンギアと、前記サンギアの周囲に配置されて前記サンギアに噛み合う複数のプラネタリギアと、前記プラネタリギアが軸支された歯車状のキャリアと、前記プラネタリギアの外周を覆うように配置されて前記プラネタリギアに噛み合い、かつ前記第１モータ出力軸と同軸上で回転するリングギアと、前記リングギアとミッションケースとの間に設けられた第４クラッチと、前記キャリアと噛み合う前記第１合成ギアとを備え、前記動力合成部の前記第２油圧モータ側の部分は、前記第２油圧モータの第２モータ出力軸に取り付けられた第８ギアと、前記第８ギアと噛み合う前記第２合成ギアと、前記第１合成ギアと、前記第３クラッチとを備え、前記動力合成部では、前記機械駆動部からの動力と前記第１、第２油圧モータからの動力とが前記出力軸よりも上方で合成され、合成された動力が伝達されるギア列は、上下に位置する前記走行用油圧ポンプと前記出力軸との間の空間を利用して配置されることを特徴とする。
第１発明によれば、入力軸および出力軸の上下間に機械駆動部を納めるのであるが、機械駆動部の上部側では、走行用油圧ポンプが必然的に、エンジンが配置される側とは反対側に向けて突設されることになり、この走行用油圧ポンプの下方に空きスペースが生じる。そこで、油圧モータからの動力と機械駆動部側からの動力とを出力軸の上方で合成する構成とし、これによって走行用油圧ポンプの下方の空間を油圧モータの配置に利用したり、動力合成後のギア列の配置に有効に利用したりでき、動力合成部を機械駆動部の上下にはみ出すことなく納めることができる。従って、従来の機械式トランスミッションと比較しても、追加となる走行用油圧ポンプや油圧モータ、あるいは動力合成部の構成部品が機械駆動部を越えて上下にはみ出すことがなく、油圧による駆動部分と機械式による駆動部分とが共存したトランスミッションを限られた配置スペース内に良好に配置できる。
第２発明によれば、動力取出装置は機械駆動部の上方に位置することで最も高く突設されるが、このような動力取出装置の軸中心が中心線に対して傾倒配置されるので、動力取出装置が僅かに横側に寝ることになり、動力取出装置の上方への突出量を低減できる。従って、トランスミッションの上下寸法を抑制でき、限られた配置スペースにより確実に配置できる。特に、動力取出装置とその上方に配置される構造体等との干渉を避けることができ、転倒時運転者保護構造用の部材などを支障なく設けることができる。
第３発明によれば、第１油圧モータおよび第２油圧モータは、互いに上下に重なる位置に配置される訳ではなく、中心線を挟むように左右に離間して配置されるので、トランスミッションの上下寸法が拡大するのをより確実に抑制できる。
第４発明によれば、本発明の目的を達成できるうえ、トランスミッションとしては、第１〜第４クラッチを切り替えることで、油圧駆動による１速および２速の速度段、機械駆動部による３速および４速の速度段を実現できる。
本発明の第１実施形態に係るホイールローダおよびその動力伝達系を示す模式図。 前記実施形態のトランスミッションを示す正面図。 トランスミッションの動力の伝達経路を模式的に示す正面図。 トランスミッションの動力伝達経路を模式的に示す側面図。 トランスミッションの動力駆動部を示す断面図。 トランスミッションの動力合成部の第１油圧モータ側を示す断面図。 トランスミッションの動力合成部の第２油圧モータ側を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係るトランスミッションの動力の伝達経路を模式的に示す正面図。 本発明の第３実施形態に係るトランスミッションの動力の伝達経路を模式的に示す正面図。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態のホイールローダ１およびその走行用の動力伝達系統が透視図により模式的に示されている。なお、以下の説明において、前後左右の各方向としては、図１に示すキャブ６内で着座したオペレータから見た場合の前後左右と同じである。
［ホイールローダの概略構成］
図１において、ホイールローダ１は、後述するトランスミッション２０の構造および外観上の形状等を除き、周知のホイールローダと略同じである。すなわち、ホイールローダ１は、前部車体と後部車体とで構成される車体２を備え、前部車体の前方には、掘削・積込用の作業機としてのバケット３がブーム、ベルクランク、連結リンク、バケットシリンダ、ブームシリンダ等で構成される油圧式の作業機駆動機構４を介して取り付けられている。
後部車体は、厚板の金属板等で構成された後部車体フレーム５（図１中に２点鎖線で図示）を備える。後部車体フレーム５の前側上部には、オペレータが乗り込む箱状のキャブ６が設けられ、後部車体フレーム５の前側下部には、トランスミッション２０が設けられ、後部車体フレーム５の後側には、エンジンルーム７が設けられている。
［動力伝達系の概略構成］
エンジンルーム７内には、動力源であるディーゼルエンジン（以下、エンジンと略す）８がマウントされている。ホイールローダ１では、エンジン８のクランクシャフトの軸方向と車体の前後方向とは平行であり、エンジン８の動力は、エンジン８の前側に設けられたフライホイール８Ａ（図５，６参照）から出力される。
フライホイール８Ａから出力される動力は、トランスミッション２０に入力される。トランスミッション２０から出力される動力の一部は、リアドライブシャフト９を介してリアアクスル１１に伝達され、後輪に伝達される。また、トランスミッション２０から出力される動力の他の一部は、フロントドライブシャフト１２を介してフロントアクスル１３に伝達され、前輪に伝達される。
［トランスミッションの構成］
本実施形態のトランスミッション２０は、入力したエンジン８からの動力を機械駆動によって各ドライブシャフト９，１２に伝達する場合と、油圧駆動によって伝達する場合とに切替可能に構成されている。このためトランスミッション２０は、動力をギア列にて伝達する機械駆動部２１と、油圧駆動のための作動油を供給する走行用油圧ポンプとしてのＨＳＴ（Hydraulic Static Transmission：静油圧式無段変速機）ポンプ２２と、ＨＳＴポンプ２２からの作動油で駆動される第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４と、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４からの動力と機械駆動部２１側からの動力とを合成させる動力合成部２５とを備えて構成される。
また、トランスミッション２０には、動力の入力側に近い位置、つまり、エンジン８に近い側にＰＴＯ（Power Take Off：動力取出装置）２６が設けられている。ＰＴＯ２６には、これによって駆動される一対の油圧ポンプ２７，２７が接続されている。さらに、トランスミッション２０には、作業機駆動機構４を駆動せるための作動油を供給する補機用油圧ポンプ２８が設けられている。
トランスミッション２０は、後部車体フレーム５に支持されるミッションケース３０を備える。ミッションケース３０は、ＰＴＯ２６および機械駆動部２１の一部を収容する第１ケース３１と、機械駆動部２１の他の部分および動力合成部２５を収容する第２ケース３２とで構成された半割構造とされている。第１ケース３１には、油圧ポンプ２７，２７がそれぞれ同軸上に取り付けられている。第２ケース３２には、ＨＳＴポンプ２２および補機用油圧ポンプ２８がそれぞれ同軸上に取り付けられているとともに、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４が取り付けられている。
［トランスミッションの各部の配置およびフレームとの関係］
図２には、トランスミッション２０の正面図が示されている。
図１、図２において、ミッションケース３０を構成する第２ケース３２の左右下部側には、Ｌ字形状の取付片１４がボルト止めされている。一方、後部車体フレーム５を構成する左右のサイドフレーム５Ａの内面には、支持ブラケット１５が設けられている。支持ブラケット１５の上部にはゴムマウント１６が設けられている。このゴムマウント１６に取付片１４が取り付けられることで、トランスミッション２０全体がサイドフレーム５Ａに支持される。
トランスミッション２０が後部車体フレーム５に支持された状態では、トランスミッション２０の入力軸であるエンジン軸２０Ａ（図３ないし図５参照）の軸中心Ｃ１（ここでは、ＨＳＴポンプ２２および補機用油圧ポンプ２８の軸中心と同じ）、および出力側の出力軸２０Ｂの軸中心Ｃ２は、後部車体フレーム５の左右方向の中心を通る鉛直な中心線ＣＬ上に位置する。これら軸中心Ｃ１を有するエンジン軸２０Ａおよび軸中心Ｃ２を有する出力軸２０Ｂにかけて、トランスミッション２０の機械駆動部２１が上下に配置される。
第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４は、中心線ＣＬを挟んで左右に配置さている。詳しくは、第１油圧モータ２３の軸中心Ｃ３は、中心線ＣＬに対して右側に位置し、第２油圧モータ２４の軸中心Ｃ４は、中心線ＣＬに対して左側に位置している。また、軸中心Ｃ３および軸中心Ｃ４は、出力軸２０Ｂの軸中心Ｃ２よりも上方に位置している。従って、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４の動力と機械駆動部２１の動力とを合成させる動力合成部２５では、軸中心Ｃ２よりも上方において、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４の動力が機械駆動部２１の左右両側から入力されている。
また、動力合成部２５は、機械駆動部２１の中でも後段側に配置される第１合成ギア５２および第２合成ギア５３（図５ないし図７参照）を介して、ＨＳＴ駆動側の動力と機械駆動部２１側の動力とを合成する。また、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４を備えた本実施形態では、動力合成部２５は、各モータ２３，２４の動力を第１合成ギア５２および第２合成ギア５３（図５ないし図７参照）を介して互いに合成する。従って、そのような第１合成ギア５２および第２合成ギア５３は、機械駆動部２１を構成する部品ではあるが、動力合成部２５の構成部品でもある。この結果、機械駆動部２１の後段側は、合成された動力が伝達される第１合成ギア５２、第２合成ギア５３、およびギア５５で構成されたギア列になっており、このギア列は軸中心Ｃ２を有する出力軸２０Ｂと、ＨＳＴポンプ２２および補機用油圧ポンプ２８からなる油圧機器との間の空間を利用して配置されることとなる。
ＰＴＯ２６の最も上方にあるＰＴＯ軸２６Ａ（図５）の軸中心Ｃ５（ここでは、油圧ポンプ２７の軸中心と同じ）は、エンジン軸２０Ａの軸中心Ｃ１を中心として、中心線ＣＬに対し略３０°の傾倒角θにて左側に傾いた線上に位置している。この軸中心Ｃ５は、サイドフレーム５Ａよりも上方に位置している。この際、左右のサイドフレーム５Ａの上部間には、ＰＴＯ２６を跨ぐようにしてクロスメンバ５Ｂ（図５）がブリッジ状に架け渡される。
そのようなクロスメンバ５Ｂには、ＲＯＰＳ（Roll-Over Protective Structures：転倒時運転者保護構造）用のフレームが立設される。このため、ＰＴＯ２６は上方に突出していることでクロスメンバ５Ｂと近づくことになるが、ＰＴＯ２６を左側に傾倒配置することにより、ＰＴＯ２６の高さを低くし、互いに干渉しないようにしている。単純にＰＴＯ２６の上方への突出量を押さえ込むと、ＰＴＯ２６に接続された油圧ポンプ２７の位置が下がり、ミッションケース３０の第２ケース３２の上部と干渉する。また、ＰＴＯ２６部分で最も高い位置に張り出すギアの位置をクロスメンバ５Ｂに対して前後方向にずらすことで、両者間相互のより大きなクリアランスが確保されている。
［機械駆動部の詳細］
図３、図４には、トランスミッション２０での動力の伝達経路が模式的に示されている。図５には、トランスミッション２０の機械駆動部２１部分の断面図が示されている。
図３ないし図５において、エンジン８のフライホイール８Ａには、トランスミッション２０のエンジン軸２０Ａが連結されている。
機械駆動部２１は、エンジン軸２０Ａに取り付けられた一対のギア４１，４２と、ギア４１，４２間に設けられたクラッチ４３と、エンジン軸２０Ａの下方に設けられて中心線ＣＬから左側に外れて位置する中間軸４４と、中間軸４４に取り付けられてギア４１，４２と噛み合う一対のギア４５，４６と、ギア４５，４６間に設けられたクラッチ４７と、同じく中間軸４４に取り付けられたギア４８と、中間軸４４の下方に設けられて中心線ＣＬ上に位置する合成軸４９と、合成軸４９に取り付けられてギア４８と噛み合うギア５１と、同じく合成軸４９に取り付けられた第１合成ギア５２と、第１合成ギア５２に隣設された第２合成ギア５３と、第１合成ギア５２および第２合成ギア５３間に設けられたクラッチ５４と、出力軸２０Ｂに取り付けられて第１合成ギア５２と噛み合うギア５５とを備える。
ここで、ギア４１，４２，４５，４６，４８，５１，５５がそれぞれ、本発明に係る第１〜第７ギアである。また、クラッチ４３，４７，５４がそれぞれ、本発明に係る第１〜第３クラッチである。
クラッチ４３，４７，５４は、油圧式の湿式多板クラッチである。後述するクラッチ６５も同様である。エンジン軸２０Ａでは、ギア４２がエンジン軸２０Ａに固定され、クラッチ４３を繋ぐことでギア４２の回転がギア４１に伝達される。中間軸４４では、ギア４５が中間軸４４に固定され、クラッチ４７を繋ぐことでギア４６の回転がギア４５に伝達される。合成軸４９では、第１合成ギア５２が合成軸４９に固定され、クラッチ５４を繋ぐことで第２合成ギア５３の回転が第１合成ギア５２に伝達される。また、本実施形態では、出力軸２０Ｂに多板式のパーキングブレーキ５６が設けられている。
なお、図４では、作図上の理由からギア４８とギア５１とが離間して描かれ、第２合成ギア５３と後述するギア６６とが離間して描かれているが、実際には図５、図７に示すように、互いに噛み合っている。
［機械駆動部による動力伝達］
本実施形態のトランスミッション２０では、低速側から高速側へ前進１速から前進４速の前進速度段と、同じく後進１速および後進２速の後進速度段を有している。このうち、機械駆動部２１では、クラッチ４３，４７の操作により、速度段が前進３速と前進４速との間で切り替わる。機械駆動部２１による動力伝達時には、クラッチ５４は常に開放されている。
先ず、機械駆動部２１による前進３速の速度段では、クラッチ４３が開放され、クラッチ４７が繋げられる。この状態では、ギア４１は回転しないことから、エンジン軸２０Ａに入力した動力は、ギア４２からギア４６へと伝達され、ギア４６からギア４５にクラッチ４７を介して伝達され、中間軸４４を介してギア４８に伝達される。動力はさらに、ギア４８からギア５１および合成軸４９を介して第１合成ギア５２に伝達され、第１合成ギア５２からギア５５に伝達され、出力軸２０Ｂに伝達される。ギア４５と噛み合うギア４１は、クラッチ４３の開放によりエンジン軸２０Ａ回りを空転する。
次いで、機械駆動部２１による前進４速の速度段では、クラッチ４３が繋がれ、クラッチ４７が開放される。この状態では、エンジン軸２０Ａに入力した動力は、ギア４２からクラッチ４３を介してギア４１に伝達され、ギア４１からギア４５に伝達され、中間軸４４を介してギア４８に伝達される。以下は、前進３速と同じである。ギア４２と噛み合うギア４６は、クラッチ４７の開放により中間軸４４回りを空転する。
前進３速の速度段では、ギア４２とギア４６との噛み合いによる動力伝達によって減速するが、伝達トルクは大きい。これに対して、前進４速の速度段では、ギア４１とギア４５との噛み合いによる動力伝達によって増速するが、伝達トルクは小さい。
また、機械駆動部２１での動力伝達時でも、ＨＳＴポンプ２２は駆動されるが、この際には、斜板式であるＨＳＴポンプ２２の斜板角を０°にしておくことで、作動油が吐出されないようになっている。このため、ＨＳＴポンプ２２は略無負荷の状態で駆動されることとなり、ＨＳＴポンプ２２で費やされる動力は無視できる程度に小さい。
［ＨＳＴポンプの詳細］
図４、図５に示すように、ＨＳＴポンプ２２は、補機用油圧ポンプ２８と共にエンジン軸２０Ａに連結されている。ＨＳＴポンプ２２は、斜板式の可変容量型であり、斜板角を０°を境にしてプラス角度およびマイナス角度の両側に変更可能である。斜板角を０°を超えて動作させることにより、ＨＳＴポンプ２２からの作動油の吐出方向を変え、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４の回転方向を変更する。このようなＨＳＴポンプ２２は、吐出側の圧力よりも吸込側の圧力が高くなった場合に、油圧モータとして動作し、エンジン８を連れ回してエンジンブレーキを生じさせる。
［油圧モータの詳細］
第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４は、図４に示すように、斜軸式の可変容量型であり、ＨＳＴポンプ２２を含む油圧回路Ａ内に並列に配置されている。また、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４は、ＨＳＴポンプ２２からの作動油の吐出方向を換えることで回転方向が切り替わる。つまり、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４を正転させることでホイールローダ１を前進させ、逆転させることで後進させるのである。
［動力合成部の詳細］
図４および図６に基づき、動力合成部２５の中の第１油圧モータ２３側の部分について説明する。第１油圧モータ２３側において、動力合成部２５は、遊星機構にて構成されている。具体的に動力合成部２５は、第１油圧モータ２３の第１モータ出力軸２３Ａに取り付けられたサンギア６１と、サンギア６１の周囲に配置されてこのサンギア６１に噛み合う複数のプラネタリギア６２と、プラネタリギア６２が軸支された歯車状のキャリア６３と、プラネタリギア６２の外周を覆うように配置されてそれらのプラネタリギア６２に噛み合い、かつ第１モータ出力軸２３Ａと同軸上で回転するリングギア６４と、リングギア６４とミッションケース３０との間に設けられた第４クラッチとしてのクラッチ６５と、キャリア６３と噛み合う第１合成ギア５２とを備える。
次に、図４および図７に基づき、動力合成部２５の中の第２油圧モータ２４側の部分について説明する。第２油圧モータ２４側において、動力合成部２５は、第２油圧モータ２４の第２モータ出力軸２４Ａに取り付けられた第８ギアとしてのギア６６と、ギア６６と噛み合う第２合成ギア５３と、第１合成ギア５２と、クラッチ５４とを備える。なお、図７においては、作図上の理由からギア４８とギア５１とが離間して描かれているが、上述した通り、実際には互いに噛み合っている。
ところで、このような動力合成部２５によれば、機械駆動部２１での動力伝達時には、クラッチ５４，６５が開放されるとともに、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４の斜軸角が０°にされる。クラッチ６５を開放しない場合には、第１合成ギア５２の回転が遊星機構によって想定以上に増速され、第１油圧モータ２３が過度に高速で連れ回される可能性がある。このため、第１油圧モータ２３の耐久性の点からも、斜軸角を０°にするのに加え、クラッチ６５を開放することが望ましい。
［ＨＳＴによる動力伝達］
ＨＳＴポンプ２２、第１油圧モータ２３、および第２油圧モータ２４を用いたＨＳＴによる動力伝達では、前進１速と前進２速、および後進１速と後進２速とを担っている。図４、図６、および図７において、前進１速および後進１速の速度段では、機械駆動部２１側のクラッチ４３，４７が開放され、機械駆動部２１を通して動力が伝達されることはない。また、クラッチ５４，６５は繋がっている。この状態では、第１油圧モータ２３の動力および第２油圧モータ２４の動力が、動力合成部２５をも構成している第１合成ギア５２および第２合成ギア５３に入力され、合成される。
すなわち、ＨＳＴポンプ２２からの作動油にて駆動される第１油圧モータ２３の動力は、サンギア６１からプラネタリギア６２に伝達される。このとき、リングギア６４はクラッチ６５によって固定され、回転しないことから、プラネタリギア６２は自転しながらサンギア６１の回りを公転し、同時にキャリア６３が減速されて回転する。従って、第１油圧モータ２３の動力は、キャリア６３から第１合成ギア５２に伝達される。また、第２油圧モータ２４の動力は、ギア６６から第２合成ギア５３に伝達され、クラッチ５４を介して第１合成ギア５２に伝達され、この第１合成ギア５２にて第１油圧モータ２３からの動力と合成される。合成された動力は、第１合成ギア５２からギア５５を介して出力軸２０Ｂに伝達される。
これに対して前進２速および後進２速の速度段では、クラッチ５４を繋げるが、第１油圧モータ２３側のクラッチ６５は開放し、また、第１油圧モータ２３の斜軸角を０°にする。こうすることで、第１油圧モータ２３からの出力をなくしつつ、第１合成ギア５２側から第１油圧モータ２３側への動力伝達を防止する。すなわち、第２油圧モータ２４の動力が確実に出力軸２０Ｂに伝達される。
一方、速度段を前進２速または前進１速での走行中において、エンジン８の回転数を急速に落とした場合や、急勾配な降坂走行などには、エンジンブレーキが働く。つまり、このような状態では、タイヤ側から伝達される動力の方が動力合成部２５から出力される動力よりも大きくなるため、クラッチ５４，６５で繋がった状態の第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４は、増速されて連れ回され、油圧ポンプとして動作する。このため、ＨＳＴポンプ２２の吸込側には、吐出側よりも高い圧力の作動油が流れ込み、ＨＳＴポンプ２２が油圧モータとして動作する。この結果、エンジン８がＨＳＴポンプ２２によって連れ回され、エンジンブレーキが生じることとなる。
［動力伝達の切替］
例えば、Ｖシェープ動作のように、バケット３にて掘削しながら前進する場合や、積荷がある状態で短い距離を前後進する場合には、走行負荷が大きいことから、選択される速度段としては、ＨＳＴ駆動での前進１速および後進１速が主である。また、積荷がある状態で中距離を走行する場合や、除雪作業のように走行負荷が高負荷で車速が要求される場合では、ＨＳＴ駆動での前進２速および後進２速が選択される。積荷のない走行において、登坂走行など軽負荷程度の走行負荷の場合には、機械駆動での前進３速が選択され、平地走行などでは、走行負荷が僅かであるため、機械駆動での前進４速が選択される。本実施形態では、機械駆動による後進は想定していないが、リバースギアを組み込むことで、機械駆動での後進を可能にしてもよい。
速度段の切替は、オペレータのシフト操作により、各速度段の位置にシフトレバーを合わせることで行われる。選択された速度段に応じてクラッチ４３，４７，５４，６５が動作し、適正な動力伝達が行われる。また、所謂ドライブレンジの位置にシフトレバーを合わせておくことにより、自動判定された走行負荷に基づいてクラッチ４３，４７，５４，６５が動作し、速度段が自動的に切り替わるようにすることも可能である。
そして、前進２速から前進３速への速度段の切替においては、ＨＳＴ駆動側からの動力で回転している例えば第１合成ギア５２を、一時的ではあるが機械駆動部２１側の動力でも回転させることになる。それらの両方の動力で第１合成ギア５２以下を回転させることから、動力合成部２５にて動力合成が行われていることになる。前進３速から前進２速への速度段の切替時においても同様である。
［ＰＴＯの詳細］
図５に戻ってＰＴＯ２６は、エンジン軸２０Ａに取り付けられたギア７１と、ギア７１と噛み合うギア７２と、ギア７２が取り付けられる回転軸としてのＰＴＯ軸２６Ａとを備える。本実施形態では、ＰＴＯ軸２６Ａに一対の油圧ポンプ２７が接続されている。このようなＰＴＯ２６は、エンジン８の運転中には常に駆動されることとなる。ただし、油圧ポンプ２７は必要に応じて設けられればよく、省略可能である。この場合、ＰＴＯ軸２６Ａが略無負荷の状態で空転する。また、油圧ポンプ２７に代えて、他の装置をＰＴＯ軸２６Ａに接続してもよい。
〔第２実施形態〕
図８には、本発明の第２実施形態が示されている。
図８では、第１油圧モータ２３の動力がアイドラー軸８１Ａに取り付けられたアイドルギア８１を介して最下段のギア５５に入力する構成である。この場合でも、アイドルギア８１によるギア５５への動力入力位置、すなわち合成位置は出力軸２０Ｂよりも上方になっている。
ＨＳＴ駆動に要求される牽引力等が大きくなり、走行用の第１油圧モータ２３や上方のＨＳＴポンプ２２が大型化し、互いに干渉する可能性がでてくる。そこで、アイドルギア８１を介して第１油圧モータ２３の動力をギア５５も伝達することとし、よって第１油圧モータ２３をＨＳＴポンプ２２から遠ざけることができ、互いの干渉を防止できる。
〔第３実施形態〕
図９には、本発明の第３実施形態が示されている。
図９では、中心線ＣＬを挟んだ左右両側にＰＴＯ軸２６Ａが設けられ、これらの一方のＰＴＯ軸２６Ａに油圧ポンプ２７とＨＳＴポンプ２２とが接続され、他方のＰＴＯ軸２６Ａに油圧ポンプ２７と補機用油圧ポンプ２８とが接続されている。
ＨＳＴポンプ２２の大型化に伴って補機用油圧ポンプ２８も大型化することが考えられる。この場合、ＨＳＴポンプ２２および補機用油圧ポンプ２８と、ミッションケース３０の動力合成部２５を収容する辺りと干渉したり、前方に大きく突出して後部車体フレーム５内に収まりきれなかったりするおそれがある。そこで、一対のＰＴＯ軸２６Ａを設け、ＨＳＴポンプ２２および補機用油圧ポンプ２８をそれぞれのＰＴＯ軸２６Ａに分けて配置し、これによって前方への突出量を抑えることができ、他との干渉を確実に防止することが可能である。
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。
例えば、前記各実施形態では、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４が設けられていたが、本発明の走行用の油圧モータとしては１つであってよく、例えば第１油圧モータ２３のみであってよい。
また逆に、走行用の油圧モータが３つ以上の場合でも、本発明に含まれる。
前記第１実施形態では、第１油圧モータ２３および第２油圧モータ２４が左右に配置され、それらの動力が第１合成ギア５２および第２合成ギア５３に入力する構成であったが、第１油圧モータ２３の動力をギア５５に入力し、ギア５５にクラッチを介して隣設される別のギアに第２油圧モータ２４の動力を入力する構成であってもよい。
前記実施形態では、中間軸４４が中心線ＣＬに対して左側にずれて位置しており、このことでギア列の高さが抑えられていたが、加えて合成軸４９を中心線ＣＬに対して右側にずらし、さらに高さを抑えてもよい。ただし、ギア列と第１、第２油圧モータ２３，２４とが近づくため、それらの干渉を考慮する必要がある。
本発明は、ホイールローダに好適に利用できる。
１…ホイールローダ、３…作業機であるバケット、８…エンジン、９…ドライブシャフであるリアドライブシャフト、１２…ドライブシャフトであるフロントドライブシャフト、２０…トランスミッション、２０Ａ…入力軸であるエンジン軸、２０Ｂ…出力軸、２１…機械駆動部、２２…走行用油圧ポンプであるＨＳＴポンプ、２３…第１油圧モータ、２３Ａ…第１モータ出力軸、２４…第２油圧モータ、２４Ａ…第２モータ出力軸、２５…動力合成部、２６…動力取出装置（ＰＴＯ）、２６Ａ…回転軸であるＰＴＯ軸、２８…補機用油圧ポンプ、３０…ミッションケース、４１…第１ギアであるギア、４２…第２ギアであるギア、４３…第１クラッチであるクラッチ、４４…中間軸、４５…第３ギアであるギア、４６…第４ギアであるギア、４７…第２クラッチであるクラッチ、４８…第５ギアであるギア、４９…合成軸、５１…第６ギアであるギア、５２…第１合成ギア、５３…第２合成ギア、５４…第３クラッチであるクラッチ、５５…第７ギアであるギア、６１…サンギア、６２…プラネタリギア、６３…キャリア、６４…リングギア、６５…第４クラッチであるクラッチ、６６…第８ギアであるギア、Ｃ１〜Ｃ５…軸中心、ＣＬ…中心線、θ…傾倒角。

Claims (3)

  1. エンジンからの動力が入力される入力軸とドライブシャフトに動力を出力する出力軸との間で変速するトランスミッションを有したホイールローダにおいて、
    前記トランスミッションは、
    前記エンジンの動力で駆動される複数のギア列を含んで構成された機械駆動部と、
    前記入力軸にて駆動されて走行用の作動油を供給する静油圧式無段変速用の走行用油圧ポンプと、
    前記走行用油圧ポンプと同軸上に設けられるか、または前記入力軸よりも上方に位置する動力取出装置を介して設けられるとともに、作業機用の作動油を供給する補機用油圧ポンプと、
    前記走行用油圧ポンプからの作動油で駆動される第１油圧モータおよび第２油圧モータと、
    前記第１、第２油圧モータの動力と前記機械駆動部側の動力とを合成する動力合成部とを備え、
    前記機械駆動部は、前記入力軸に取り付けられた一対の第１、第２ギアと、前記第１、第２ギア間に設けられた第１クラッチと、前記入力軸の下方に設けられた中間軸と、前記中間軸に取り付けられて前記第１、第２ギアと噛み合う一対の第３、第４ギアと、前記第３、第４ギア間に設けられた第２クラッチと、前記中間軸に取り付けられた第５ギアと、前記中間軸の下方に設けられた合成軸と、前記合成軸に取り付けられて前記第５ギアと噛み合う第６ギアと、前記合成軸に取り付けられた第１合成ギアと、前記第１合成ギアに隣設された第２合成ギアと、前記第１、第２合成ギア間に設けられた第３クラッチと、前記出力軸に取り付けられて前記第１合成ギアと噛み合う第７ギアとを備えるとともに、前記入力軸から前記出力軸にかけて配置され、
    前記動力合成部の前記第１油圧モータ側の部分は、前記第１油圧モータの第１モータ出力軸に取り付けられたサンギアと、前記サンギアの周囲に配置されて前記サンギアに噛み合う複数のプラネタリギアと、前記プラネタリギアが軸支された歯車状のキャリアと、前記プラネタリギアの外周を覆うように配置されて前記プラネタリギアに噛み合い、かつ前記第１モータ出力軸と同軸上で回転するリングギアと、前記リングギアとミッションケースとの間に設けられた第４クラッチと、前記キャリアと噛み合う前記第１合成ギアとを備え、
    前記動力合成部の前記第２油圧モータ側の部分は、前記第２油圧モータの第２モータ出力軸に取り付けられた第８ギアと、前記第８ギアと噛み合う前記第２合成ギアと、前記第１合成ギアと、前記第３クラッチとを備え、
    前記動力合成部では、前記機械駆動部からの動力と前記第１、第２油圧モータからの動力とが前記出力軸よりも上方で合成され、
    合成された動力が伝達されるギア列は、上下に位置する前記走行用油圧ポンプと前記出力軸との間の空間を利用して配置される
    ことを特徴とするホイールローダ。
  2. 請求項１に記載のホイールローダにおいて、
    前記入力軸の軸中心および前記出力軸の軸中心は、鉛直な中心線上に位置し、
    最も上方に位置する前記動力取出装置の回転軸の軸中心は、前記入力軸の軸中心を中心として、前記中心線に対して所定角度傾倒した線上に位置している
    ことを特徴とするホイールローダ。
  3. 請求項１または請求項２に記載のホイールローダにおいて、
    前記入力軸の軸中心および前記出力軸の軸中心は、鉛直な中心線上に位置し、
    前記第１油圧モータおよび前記第２油圧モータは、前記中心線を挟んで左右に配置されている
    ことを特徴とするホイールローダ。
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