(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッチパック（１２８）と、
第１圧力チャンバ（１１６）と、
第２圧力チャンバ（１１８）と、
加圧流体が第１圧力チャンバ（１１６）に注入されるとクラッチパック（１２８）を押すように構成された第１ピストン（１０４）と、
加圧流体が第１圧力チャンバ（１１６）に注入されると第１ピストン（１０４）を押すように構成され、加圧流体が第２圧力チャンバ（１１８）に注入されると第１ピストン（１０４）を押すことを阻害される第２ピストン（１０６）と、
を含み、
前記第１ピストンは、前記第２ピストンと係合し、前記クラッチパックの方向における第２ピストンの移動を制限する係合突起部を含むことを特徴とする変速装置（１８）。
【請求項２】
クラッチパック（１２８）に向かう第１ピストン（１０４）の移動に抵抗するために位置付けられたばね（１１０）をさらに含む、請求項１に記載の変速装置（１８）。
【請求項３】
第１ピストン（１０４）が第２ピストン（１０６）の半径方向内側に配置される、請求項１に記載の変速装置（１８）。
【請求項４】
第１ピストン（１０４）の外側環状面と第２ピストン（１０６）の内側環状面との間に配置された封止部（１１４）をさらに含む、請求項３に記載の変速装置（１８）。
【請求項５】
変速装置ハウジング（１４）と、変速装置ハウジング（１４）の半径方向内側に配置された回転部材（３８）とをさらに含み、クラッチパック（１２８）は、第１ピストン（１０４）によって押されると、回転部材（３８）を変速装置ハウジング（１４）に固定するように構成される、請求項１に記載の変速装置（１８）。
【請求項６】
クラッチパック（１２８）が第１クラッチパックであり、
回転部材が第１回転部材であり、
変速装置（１８）がさらに、
第２回転部材（４６）と、
第３回転部材（４８）と、
作動されると第２回転部材を第３回転部材に固定するように構成された第２クラッチパック（７４）と、
を含む、請求項５に記載の変速装置（１８）。
【請求項７】
第１クラッチパックを作動するために加圧流体を第１圧力チャンバ（１１６）に選択的に供給するように移動可能な第１制御弁（２２２）と、
加圧流体が第２クラッチパックを作動することを選択的に可能にするように、および加圧流体を第２圧力チャンバ（１１８）に供給するように移動可能な第２制御弁（２２４）と、
をさらに含む、請求項６に記載の変速装置（１８）。
【請求項８】
第１回転部材がサンギヤであり、
第２回転部材が第１遊星キャリアであり、
第３回転部材が第２遊星キャリアである、
請求項７に記載の変速装置（１８）。
【請求項９】
変速装置を作動する方法であって、
前記変速装置は、
クラッチパックと、
第１圧力チャンバと、
第２圧力チャンバと、
加圧流体が第１圧力チャンバに注入されるとクラッチパックを押すように構成された第１ピストンと、
加圧流体が第１圧力チャンバに注入されると第１ピストンを押すように構成され、加圧流体が第２圧力チャンバに注入されると第１ピストンを押すことを阻害される第２ピストンと、
を含み、
前記第１ピストンは、前記第２ピストンと係合し、前記クラッチパックの方向における第２ピストンの移動を制限する係合突起部を含み、
第１の方向で変速装置を作動する間、回転部材（３８）に第１抵抗トルクを生成するために第１チャンバ（１１６）を加圧すること、および
第２の方向で変速装置を作動する間、第１抵抗トルク未満の第２抵抗トルクを生成するために、第１チャンバ（１１６）および第２チャンバ（１１８）を加圧すること、
を含む、変速装置（１８）を作動する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して変速装置に関し、より具体的には可変力クラッチを有する変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
連結式運搬トラックおよびオフハイウェイ採掘トラックなどの機械は、遊星式変速機を介してトラックの車輪に動力を提供するエンジンを含む。遊星式変速機は、一般的に、サンギヤと、少なくとも１つの遊星ギヤセットを有する遊星キャリアと、リングギヤとを含む少なくとも３つの異なる要素から構成される。遊星キャリアの遊星ギヤは、サンギヤおよびリングギヤと噛合する。サンギヤ、遊星キャリアおよびリングギヤの内の１つが、変速機の入力部として駆動される一方、サンギヤ、遊星キャリアおよびリングギヤの内の他のものは、変速機の出力部として回転する。サンギヤ、遊星キャリア、遊星ギヤ、およびリングギヤは全部が同時に回転して動力を入力部から出力部へ、第１の速度対トルク比で前方方向へ伝達することができ、あるいは、サンギヤ、遊星キャリア、およびリングギヤの内の１つを選択的に静止した状態に保持して、または固定して、その他のギヤを回転させることによって、動力を入力部から出力部へ、第２の速度対トルク比で、および／または後方方向へ伝達することができる。回転方向および／または変速機の速度対トルク比の変更は、サンギヤおよびリングギヤの歯の数、入力部として選択されるギヤ、出力部として選択されるギヤ、および、どのギヤが、もしあれば、別のギヤとともに静止した状態に保持されるか、または回転不能に固定されるか、に依存する。油圧クラッチ（一般にブレーキとも呼ばれる）が、特定のギヤを固定した状態に保持するために、および／または特定のギヤの回転を一緒に固定するために使用される。
【０００３】
ギヤを固定した状態に保持するために、または１つのギヤの回転を別のギヤと一緒に固定するために必要とされる抵抗トルクの量は、変わり得る。例えば、ローリバースギヤで運転している時、前進ハイギヤで運転中に特定のクラッチから必要とされるよりもかなり多くのトルクが同じクラッチから必要とされ得る。クラッチが単一レベルのトルク（すなわち運転中に必要とされる最高レベル）のみを提供できる場合、少量の抵抗トルクのみが必要とされるときのリバースギヤと前進ギヤとの間での変速機のシフトは速すぎる恐れがあり、それは機械のオペレータにとって不快である粗い運転をもたらし、かつ機械を損傷する可能性もある。
【０００４】
シフトの質を改善する試みの１つは、２０１０年１１月２８日に付与されたＨａｇｅｎｏｗによる（特許文献１）（’４８１号特許）に記載されている。具体的には、（特許文献１）は、自動変速機の第１部材と第２部材を係合するために、異なる圧力レベルをクラッチパックに与えるように設けられたクラッチピストン増幅装置を開示している。クラッチ増幅装置はピストンチャンバ、およびピストンチャンバを第１チャンバ部分と第２チャンバ部分とに分けるためにピストンチャンバ内に設けられたステージセパレータプレートを含む。クラッチ増幅装置はまた、第１チャンバ部分に設けられかつクラッチパックに軸方向圧力を与えるためにクラッチパックと係合する軸方向延伸アームを有する付与ピストンと、第２チャンバ部分に設けられた増幅器ピストンとを含む。増幅器駆動ピンが付与ピストンと増幅器ピストンとの間に設けられその両方と係合し、戻りばねが付与ピストンとピストンチャンバの壁との間に配置される。運転中、加圧流体が第１チャンバ部分に注入され、付与ピストンをばねの方に動かし、クラッチパックに第１圧力を（すなわち、第１および第２部材に第１抵抗トルクを）生成する。同じくまたはあるいは、加圧流体を第２チャンバ部分に注入して、増幅器ピストンを駆動ピンの方へ動かすことが可能で、駆動ピンは付与ピストンを押して圧力を増大するか、またはクラッチパックに異なる圧力レベルを提供する。この方法において、３つの圧力レベル（付与ピストン圧力、増幅器ピストン圧力、または付与ピストン圧力＋増幅器ピストン圧力）が利用可能であり、それによって、圧力の調整可能性およびその結果得られる円滑なシフト操作が許容される。
【０００５】
（特許文献１）の装置はシフトの質を改善し得るが、制御が複雑化され、難しくなることがある。具体的には、加圧流体の流れを適切に制御するために、第１および第２チャンバ部分のそれぞれに対する異なる弁操作が必要になり得る。加えて、異なる弁操作の調整は、正確なタイミングと複雑な制御を必要とし得る。さらに、増幅器駆動ピンの使用は、システムの費用を増大し、加圧流体の潜在的漏出経路をもたらし、システムの耐久性を低減し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，１４０，４８１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示される変速装置は、上記の問題および／または先行技術の他の問題の１つ以上を克服するために向けられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様において、本開示は変速装置に関する。変速装置はクラッチパックと、第１圧力チャンバと、第２圧力チャンバとを含み得る。変速装置はまた、加圧流体が第１圧力チャンバに注入されるとクラッチパックを押すように構成された第１ピストンと、加圧流体が第１圧力チャンバに注入されると第１ピストンを押すように構成され、加圧流体が第２圧力チャンバに注入されると第１ピストンを押すことを阻害される第２ピストンとを含み得る。
【０００９】
別の態様において、本開示は変速装置を作動する方法に関する。方法は、第１の方向において変速装置を作動する間、回転部材に第１抵抗トルクを生成するために第１チャンバを加圧することを含み得る。方法はまた、第２の方向において変速装置を作動する間、第１抵抗トルク未満の第２抵抗トルクを生成するために第１チャンバおよび第２チャンバを加圧することを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な開示される機械の概略図である。
【図２】図１の機械とともに使用され得る例示的な開示される変速装置の回路図である。
【図３】図２の変速装置用の例示的な開示される油圧回路の回路図である。
【図４】図２の変速装置用の別の例示的な開示される油圧回路の別の回路図である。
【図５】図２の変速装置の例示的な開示されるギヤの組み合わせを示す真理値表である。
【図６】図２の変速装置の一部の断面図である。
【図７】図２の変速装置の別の部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、作業現場１２で所定の作業を実行し得る例示的な移動機械１０を示す。示される実施形態において、機械１０は連結式運搬トラックである。しかしながら、機械１０は、オフハイウェイ採掘トラック、ホイールローダ、モータグレーダ、または当技術分野で公知の他のいずれかの移動機械など、他の種類の移動機械を具現化し得ると考えられる。作業現場１２は、例えば、採掘現場、埋め立て、採石、建設現場、または他の種類の作業現場を含み得る。機械１０によって実行される所定の作業は、機械１０が一般的に作業現場１２を、異なる目的地間で横断することを要求し得る。従って、機械１０には、作業現場１２における異なる目的地間の移動を容易にするパワートレイン１５が設けられ得る。
【００１２】
パワートレイン１５は一般的にエンジン１６と変速装置１８を含み得る。エンジン１６は、当技術分野で公知のいずれかの種類のエンジン、例えば、機械的動力出力を生成するように構成されたディーゼル、ガソリン、またはガス燃料駆動式内燃機関を具現化してもよい。変速装置１８は、トルクコンバータ２２を介して変速装置１８をエンジン１６の機械的動力出力部に接続する入力部材２０と、変速装置１８を１つ以上の走行装置２６に接続する出力部材２４とを含み得る。以下で詳細に記載されるように、変速装置１８は、少なくとも１つのリバースギヤ比と複数の前進ギヤ比とを有する機械的段階変化式変速機を具現化し得る。異なるギヤ比のそれぞれは、前進またはリバース移動方向のどちらかにおいて異なる速度対トルク比を提供するために手動的または自動的に選択され得る。
【００１３】
図２は対称回転軸（軸）２８の横に位置付けられた変速装置１８の半分を概略的に示す。入力部材２０と出力部材２４は軸２８に沿って整列され得る。変速装置１８は、固定ハウジング１４と、ハウジング１４内に配置され、軸２８に沿って回転可能に支持されかつ整列された４つの異なる遊星歯車装置３０、３２、３４、および３６とを一般的に含み得る。変速装置１８は、必要に応じより多い数または少ない数の遊星歯車装置を含み得ると考えられる。異なる歯車、入力部材、出力部材およびそれらの間の接続の構造を、従来の構成要素を使用して得ることができる。
【００１４】
開示される実施形態において、遊星歯車装置３０〜３６のそれぞれは、複数の相互接続された構成要素を含み得る。具体的には、遊星歯車装置３０〜３６の各々は、それぞれ、サンギヤ３８〜４４、遊星キャリア４６〜５２、およびリングギヤ５４〜６０を含み得る。遊星歯車装置３０の遊星キャリア４６は、連結器６２を介して入力部材２０とともに回転するように固定可能であり、同じく遊星歯車装置３０のリングギヤ５４は、連結器６４を介して遊星歯車装置３２のサンギヤ４０とともに回転するように固定可能である。遊星歯車装置３２のリングギヤ５６は、連結器６６を介して遊星歯車装置３４および３６のサンギヤ４２および４４とともに回転するように固定可能である。遊星歯車装置３４の遊星キャリア５０は、連結器６８を介して遊星歯車装置３６のリングギヤ６０とともに回転するように固定可能である。最後に、遊星歯車装置３６の遊星キャリア５２は、連結器６９を介して出力部材２４とともに回転するように固定可能である。
【００１５】
変速装置１８は、様々な異なる構成において、構成要素間の相対的な回転に抵抗し、それによって構成要素を互いにおよび／またはハウジング１４に対して回転不能に固定する連結器６２〜６９、サンギヤ３８〜４４、遊星キャリア４６〜５２、および／またはリングギヤ５４〜６０の部分にトルクをかけるように選択的に作動される複数のクラッチも含み得る。これらの接続により、出力部材２４に送達される速度対トルク比および回転方向に対する、入力部材２０で受け止められる速度対トルク比および／または回転方向の修正が容易になり得る。開示される実施形態において、変速装置１８は、６個の異なるクラッチ７０、７２、７４、７６、７８および８０を含む。しかしながら、変速装置１８は、必要に応じより多いまたは少ない数のクラッチを含み得ると考えられる。クラッチ７０はサンギヤ３８をハウジング１４に選択的に接続するように構成され得る。クラッチ７２はサンギヤ３８を遊星キャリア４８に選択的に接続するように構成され得る。クラッチ７４は遊星キャリア４６を連結器６２（すなわち、遊星キャリア４８および入力部材２０）に選択的に接続するように構成され得る。クラッチ７６は連結器６４（すなわちリングギヤ５４およびサンギヤ４０）を連結器６９（すなわち、遊星キャリア５２および出力部材２４）に選択的に接続するように構成され得る。クラッチ７８は連結器６８（すなわち遊星キャリア５０およびリングギヤ６０）をハウジング１４に選択的に接続するように構成され得る。クラッチ８０はリングギヤ５８をハウジング１４に選択的に接続するように構成され得る。
【００１６】
図３および４に示されるように、クラッチ７０〜８０は、上記の対応する構成要素を係合および接続するために、油圧流体を選択的に供給され得る。詳細には、変速装置１８は、低圧供給部２０２から流体を引き、流体を加圧し、マニホルド２０４および複数の分配ライン２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、および２１６をそれぞれ用いて加圧流体をクラッチ７０〜８０へ平行に導くように構成されたポンプ２００を含み得る。クラッチ７０〜８０のそれぞれは、以下でより詳細に記載されるように、１つ以上の内側作動チャンバを含んでもよく、内側作動チャンバは加圧流体で満たされると、１つ以上のピストンを移動し、ピストンを１つ以上のクラッチパックの方へ動かす。ピストンがクラッチパックに「接触」するとき、クラッチの作動チャンバは流体で満たされ、クラッチは対応する構成要素を回転不能に固定するように係合される。同じく以下でより詳細に記載されるように、係合されたクラッチの組み合わせは、変速装置１８の出力速度対トルク比および回転方向を決定し得る。
【００１７】
複数の制御弁２２０、２２２、２２４、２２６、２２８および２３０が、マニホルド２０４とクラッチ７０〜８０の間の分配ライン２０６〜２１６にそれぞれ配置され得る。制御弁２２０〜２３０は、オペレータまたは自動変速機制御器命令に基づき、クラッチ７０〜８０の内側作動チャンバへの加圧流体の流れを調整するように選択的に通電され得る。一例において、制御弁２２０〜２３０のそれぞれは、クラッチ７０〜８０の１つ以上を作動するようにソレノイド作動される二位置二方向弁機構（不図示）を含み得る。弁機構のそれぞれは、流体が関連作動チャンバへ流れ込む開放または流れ通過位置と、流体流が作動チャンバから遮断される閉鎖または流れ遮断位置との間で移動可能であり得る。各制御弁２２０〜２３０は、必要に応じ、二位置弁機構および関連する１つまたは複数のクラッチの内側作動チャンバに流入する流体の圧力を制御するように構成された比例弁機構、パイロット弁機構、あるいは当技術分野で公知の他のいずれかの機構など、追加のまたは異なる機構を含み得ると考えられる。
【００１８】
単一の制御弁２２０〜２３０をクラッチ７０〜８０の２つ以上に関連付けること、およびその逆が可能であると考えられる。例えば図３は、クラッチ７０およびクラッチ７４と関連付けられた制御弁２２４を示す。すなわち、制御弁２２４がクラッチ７４を作動するために流体通過位置へ移動すると、マニホルド２０４からの加圧流体は、制御弁２２４および分配ライン２３１を経由してクラッチ７０へ同時に導かれ得る。さらに、クラッチ７０には、制御弁２２０および分配ライン２０６を経由してマニホルド２０４から加圧流体が供給され得る。クラッチ７０は、以下でより詳細に記載されるように、複数の圧力チャンバを含んでもよく、その各々は異なる流路を経由して加圧流体を受け入れ得る。
【００１９】
図４は、図３に示された構成と異なる油圧回路構成を有する代替的な変速装置１８を示す。図４の実施形態はまた、図３の実施形態と同様に、同一クラッチに関連付けられた２つの制御弁を含み得る。しかしながら、図４の実施形態では、クラッチ７２は、各々が専用の分配ライン（２０８および２３２）および専用の制御弁（２２２および２３４）を有する複数の圧力チャンバを備えたクラッチであり得る。
【００２０】
圧力リリーフ弁２３６が、分配ライン２０６〜２１６の下流でマニホルド２０４内に配置され、マニホルド２０４内の流体圧力に応答して低圧供給部２０２に流体を選択的に通過させるように構成されてもよい。例として、圧力リリーフ弁２３６は、流れ遮断位置にばね付勢され、マニホルド２０４内の流体圧力に応答して流体通過位置へ移動可能である弁要素を含み得る。マニホルド２０４内の圧力が所定の閾値を超えると、弁要素に作用する流体圧力によって生成される力がばね力に打ち勝ち、弁要素を流れ通過位置へ動かし得る。この方法において、圧力リリーフ弁２３６はマニホルド２０４内の所望の圧力を維持するように機能し得る。
【００２１】
図５は、遊星歯車装置３０〜３６を使用して入力部材２０と出力部材２４との間に９つの前進ギヤ比と２つのリバースギヤ比を確立するクラッチ７０〜８０の可能な係合組合せを記載する真理値表８２を開示する。例えば、第１前進ギヤ比を達成するために、クラッチ７０、７４、および７８は同時に作動され、対応する構成要素と係合し、入力部材２０で受け取られたトルクの約０．３１、１．７８および３．７５倍の抵抗トルクをそれぞれかけ、それによって、対応する構成要素を回転不能に固定するように示されている。この構成において、サンギヤ３８と連結器６８（遊星キャリア５０およびリングギヤ６０を含む）は、ハウジング１４に固定可能であり、動力は入力部材２０から、連結器６２、遊星キャリア４６、クラッチ７４、遊星キャリア４８、リングギヤ５６、連結器６６、サンギヤ４４、遊星キャリア５２および連結器６９（図２参照）を経由して出力部材２４へ伝達可能である。別の例では、第１リバースギヤ比は、作動クラッチ７０、７２および７８を同時に作動し、対応する構成要素と係合し、入力トルクの約−２．２９、１．９８および−４．８３倍の抵抗トルクをそれぞれかけ、それによって、構成要素を回転不能に固定することによって達成されるように示されている。この構成において、サンギヤ３８および連結器６８（遊星キャリア５０およびリングギヤ６０を含む）は、ハウジング１４に固定可能であり、動力は入力部材２０から、連結器６２、遊星キャリア４６、リングギヤ５４、連結器６４、サンギヤ４０、遊星キャリア４８、リングギヤ５６、連結器６６、サンギヤ４４、および遊星キャリア５２（図２参照）を経由して出力部材２４へ伝達可能である。
【００２２】
第１前進ギヤ比および第１リバースギヤ比における変速装置１８の作動を取り囲む状況の比較から分かるように、対応する構成要素を回転不能に固定するためにクラッチ７０によって必要とされる抵抗トルクの範囲は広い可能性がある。具体的には、第１前進ギヤ比にシフトするとき、クラッチ７０は、サンギヤ３８をハウジング１４に十分に固定するために、入力トルクの０．３１倍の抵抗トルクをかけることを要求されるだけであり得る。しかしながら第１リバースギヤ比にシフトするとき、クラッチ７０は、サンギヤ３８をハウジング１４に十分に固定するために、入力トルクの−２．２９倍の抵抗トルクをかけることを要求される場合があり、それは第１前進ギヤ比にシフトする間に要求されるものの６倍超大きい。考慮されない場合、この極端な抵抗トルク範囲は、（より高い抵抗トルクに対処するように設計されたクラッチ７０を使用して）より低いトルクレベルの第１前進ギヤ比にシフトする間、クラッチ７０の速過ぎる係合を引き起こし得る恐れがあり、それは急激でぎこちないシフトをもたらす。
【００２３】
図６は、可変レベルの抵抗トルクを提供することによって変速装置１８のシフトの質を改善する助けとなり得るクラッチ７０の例示的な設計を示す。クラッチ７０は、クラッチハウジング８４と、クラッチハウジング８４内に配置されたクラッチパック８６と、同じくクラッチハウジング８４内に配置されたクラッチアクチュエータ８８とを含み得る。クラッチアクチュエータ８８は、クラッチパック８６を押し、それによりクラッチ７０と係合するために、制御弁２２０および２２４を（図３参照）を経由してマニホルド２０４から加圧流体を選択的に供給され得る。
【００２４】
クラッチハウジング８４は、サンギヤ３８の端部を環状に囲み、それによって環状凹部９０を画定するように構成された、略中空のトロイダル状容器であり得る。クラッチハウジング８４は、サンギヤ３８の外歯の反対側において、環状凹部９０に配置された内側スプライン９２を含み得る。クラッチハウジング８４は、外周面９４において、変速装置１８のハウジング１４と係合するように構成され得る。結合具９６がクラッチハウジング８４をハウジング１４に固定し得る。
【００２５】
クラッチパック８６は凹部９０に配置され、内側スプライン９２およびサンギヤ３８の外歯と交互に係合する構成要素を含み得る。具体的には、クラッチパック８６は、第１の複数のディスク９８と、ディスク９８間に均等に分配された第２の複数のディスク１００とを含み得る。ディスク９８は内側スプライン９２と相互に噛み合う外側スプライン１０２を含み得る一方で、ディスク１００はサンギヤ３８の外歯と相互に噛み合う内歯を含み得る。ディスク９８および／またはディスク１００はそれらの表面に付着された摩擦材料を有することが可能で、クラッチパック８６がクラッチアクチュエータ８８によって押されると、ディスク９８および１００は一緒に押され、回転不能に固定され得る。ディスク９８および１００が固定されると、サンギヤ３８はハウジング１４に固定され、それによって回転が防止され得る。
【００２６】
クラッチアクチュエータ８８は、クラッチパック８６の端部に向けられる軸方向の力を生成するために、加圧流体を選択的に供給される油圧アクチュエータであり得る。詳細には、クラッチアクチュエータ８８は、凹部９０に配置された第１ピストン１０４と第２ピストン１０６とを含み得る。第１および第２ピストン１０４、１０６の両方は、クラッチパック８６の周囲に環状に配置されてもよく、この時第１ピストン１０４は第２ピストン１０６の半径方向内側に位置付けられる。第１ピストン１０４は、図６の断面で見たとき、クラッチパック８６の端部を押すように半径方向内側に伸びるアーム部分１０８を含み得る。第１ピストン１０４をクラッチパック８６から外方へ付勢するために、ばね１１０が第１ピストン１０４の端部とクラッチハウジング８４の内側ラジアル面との間に配置され得る。アーム部分１０８と反対の方向に第１ピストン１０４から伸びる放射状突出部１１２は、第２ピストン１０６と係合し、それによってクラッチパック８６の方向における第２ピストン１０６の移動を制限する（すなわち、第２ピストン１０６がクラッチパック８６の方へ移動する間、第２ピストン１０６の軸方向端部が突出部１１２と係合しかつそれを押し得る）ように構成され得る。封止部１１４が第１ピストン１０４の外側環状面と第２ピストン１０６の内側環状面との間に配置され得る。
【００２７】
第１および第２ピストン１０４、１０６はともに、凹部９０を、分配ライン２０６および制御弁２２０（図３参照）と流体連通する第１圧力チャンバ１１６と、分配ライン２３１および制御弁２２４と流体連通する第２圧力チャンバ１１８とに軸方向に分け得る。第１圧力チャンバ１１６の内側ラジアル部分を封止するために、封止部１２０を第１ピストン１０４の内側環状面とハウジング１４の内側突出部との間に位置付けることが可能であり、第１圧力チャンバ１１６の外側ラジアル部分を封止するために、封止部１２２を第２ピストン１０６の外側環状面とハウジング１４の外側突出部との間に位置付けることが可能である。第２圧力チャンバ１１８の内側ラジアル部分を封止するために、別の封止部１２４をクラッチハウジング８４の内側突出部と第１ピストン１０４の外側環状面との間に位置付けることが可能である。第１圧力チャンバ１１６を加圧流体で満たすために制御弁２２０が流れ通過位置に移動されると、第１の力でクラッチパック８６の端部を押すように第１ピストン１０４を促すことができ、第１の力はハウジング１４に対するサンギヤ３８の回転に抵抗する第１トルクをもたらす。同じく第１圧力チャンバ１１６内の加圧流体によって、突出部１１２を押すように第２ピストン１０６を同時に促すことが可能で、それによってクラッチパック８６にかかる第１ピストン１０４の押圧力が増大され、その結果第２のより高い抵抗トルクがサンギヤ３８にもたらされる。従って、第１圧力チャンバ１１６が加圧されると、第１および第２ピストン１０４、１０６の両方がクラッチパック８６に向かって移動するように促され得る。
【００２８】
クラッチ７４およびクラッチ７０の第２圧力チャンバ１１８の両方を加圧流体で満たすために、制御弁２２４を制御弁２２０と同時に流れ通過位置へ選択的に移動することができる。第２圧力チャンバ１１８が加圧流体で満たされると、クラッチパック８６に向かう第２ピストン１０６の移動が阻害され得る（すなわち、第２ピストン１０６は第１ピストン１０４の突出部１１２を押すこと、およびクラッチパック８６の抵抗トルクを増大することを阻害され得る）。第２圧力チャンバ１１８が加圧流体で満たされると、第２ピストン１０６は移動を油圧的に阻止される可能性があり、この状況において、第１ピストン１０４のみが、クラッチパック８６に向かって移動し、かつそれをより低い力で押すことができ得る。この方法において、第１圧力チャンバ１１６を満たすことによって、および第２圧力チャンバ１１８を選択的に満たすことによって、クラッチパック８６にかかる異なる押圧力レベルが生成され得る。従って、第１リバースギヤへシフトするとき、入力トルクの約−２．２９倍のより高い必要抵抗を生成するために制御弁２２０を単独で利用可能であり、第１前進ギヤへシフトするとき、クラッチ７０の抵抗トルクを入力トルクの約０．３１倍へ低減するために制御弁２２０および２２４を一緒に利用可能である。制御弁２２４は、第１前進ギヤ比の間、クラッチ７４を起動することをすでに要求されている可能性があるので、追加の制御弁がクラッチ７０内の力の低減を調整することを要求され得ることはない。すなわち、クラッチ７４の起動によってクラッチ７０の抵抗トルクは自動的に低減され得る。サンギヤ３８を固定するのにちょうど十分なレベルまでクラッチ７０の抵抗トルクを低減することによって、クラッチ７０の係合期間を延ばすことができ、変速装置１８のシフトの質を改善することができる。
【００２９】
図７は図４の代替的な油圧回路に対応するクラッチ７２の例示的な設計を示す。クラッチ７２は、クラッチハウジング１２６と、クラッチハウジング１２６内に配置されるクラッチパック１２８と、同じくクラッチハウジング１２６内に配置されるクラッチアクチュエータ１３０とを含み得る。クラッチパック１２８を押し、それによってクラッチ７２と係合するために、クラッチアクチュエータ１３０は制御弁２２２および２３４（図４参照）を経由してマニホルド２０４から加圧流体が選択的に供給され得る。クラッチハウジング１２６は、サンギヤ３８および遊星キャリア４８の一部を環状に囲み、それによって環状凹部１３２を画定するように構成された略中空の容器であり得る。サンギヤ３８は遊星キャリア４８の外歯の反対側に位置付けられた内側スプライン１３４を凹部１３２に含むことができ、この時クラッチパック１２８はそれらの間に配置されている。
【００３０】
クラッチパック１２８は、内側スプライン１３４および遊星キャリア４８の外歯と係合する構成要素を含み得る。具体的には、クラッチパック１２８は、第１の複数のディスク１３６と、ディスク１３６間に均等に分配された第２の複数のディスク１３８とを含み得る。ディスク１３６は内側スプライン１３４と相互に噛み合う外側スプラインを含み得る一方で、ディスク１３８は遊星キャリア４８の外歯と相互に噛み合う内歯を含み得る。ディスク１３６および／またはディスク１３８はそれらの表面に付着された摩擦材料を有することが可能で、クラッチパック１２８がクラッチアクチュエータ１３０によって押されると、ディスク１３６および１３８は一緒に押され、回転不能に固定され得る。ディスク１３６および１３８が固定されると、サンギヤ３８は遊星キャリア４８に回転不能に固定され得る。
【００３１】
クラッチアクチュエータ１３０は、クラッチパック１２８の端部に向けられる軸方向の力を生成するために、加圧流体を選択的に供給される油圧アクチュエータであり得る。詳細には、クラッチアクチュエータ１３０は、クラッチハウジング１２６によって囲まれる凹部１３２に配置された第１ピストン１４０および第２ピストン１４２と、サンギヤ３８と、クラッチパック１２８とを含み得る。第１および第２ピストン１４０、１４２の両方は、クラッチパック１２８の端部に配置されてもよく、この時第１ピストン１４０は第２ピストン１４２の半径方向外側に位置付けられる。第１ピストン１４０は、図７の断面で見たとき、クラッチパック１２８の端部を押すように半径方向内側に伸びるアーム部分１４４を含み得る。第１ピストン１４０をクラッチパック１２８から外方へ付勢するために、ばね１４６が第１ピストン１４０の端部とクラッチハウジング１２６の内側ラジアル面との間に配置され得る。アーム部分１４４と関連付けられるショルダ１４８が、第２ピストン１４２と係合し、それによってクラッチパック１２８の方向における第２ピストン１４２の移動を制限する（すなわち、第２ピストン１４２がクラッチパック１２８の方へ移動する間、第２ピストン１４２の軸方向端部がショルダ１４８と係合しかつそれを押し得る）ように構成され得る。封止部１５０が第１ピストン１４０の内側環状面と第２ピストン１４２の外側環状面との間に配置され得る。
【００３２】
第１および第２ピストン１４０、１４２はともに、凹部１３２を、分配ライン２０８および制御弁２２２（図４参照）と流体連通する第１圧力チャンバ１５２と、分配ライン２３２および制御弁２３４と流体連通する第２圧力チャンバ１５４とに軸方向に分け得る。第１圧力チャンバ１５２の内側ラジアル部分を封止するために、封止部１５６を第２ピストン１４２の内側環状面に位置付けることが可能であり、第２圧力チャンバ１５４の一部を封止するために、封止部１５８を第２圧力チャンバ１５４とクラッチパック１２８の端部との間に位置付けることが可能である。第１圧力チャンバ１５２を加圧流体で満たすために制御弁２２２（図４参照）が流れ通過位置に移動されると、第１の力でクラッチパック１２８を押すように第１ピストン１４０を促すことができ、第１の力は第１トルクをサンギヤ３８と遊星キャリア４８にもたらし、相対的な回転に抵抗する。同じく第１圧力チャンバ１５２内の加圧流体によって、ショルダ１４８を押すように第２ピストン１４２を同時に促すこともでき、それによってクラッチパック１２８にかかる第１ピストン１４０の押圧力が増大され、その結果第２のより高い抵抗トルクがサンギヤ３８および遊星キャリア４８にもたらされる。従って、第１圧力チャンバ１５２が加圧されると、第１および第２ピストン１４０、１４２の両方がクラッチパック１２８に向かって移動するように促され得る。
【００３３】
クラッチ７２の第２圧力チャンバ１５４を加圧流体で満たすために、制御弁２３４を流れ通過位置へ選択的に移動することができる。第２圧力チャンバ１５４が加圧流体で満たされると、クラッチパック１２８に向かう第２ピストン１４２の移動が阻害され得る（すなわち、第２ピストン１４２は第１ピストン１４０のショルダ１４８を押すこと、およびクラッチパック１２８の抵抗トルクを増大することを阻害され得る）。第２圧力チャンバ１５４が加圧流体で満たされると、第２ピストン１４２は移動を油圧的に阻止される場合があり、この状況において、第１ピストン１４０のみが、クラッチパック１２８に向かって移動し、かつそれをより低い力で押すことができ得る。このようにして、第１圧力チャンバ１５２を満たすことによって、および第２圧力チャンバ１５４を選択的に満たすことによって、クラッチパック１２８にかかる異なる押圧力レベルが生成され得る。従って、第１リバースギヤへシフトするとき、クラッチ７２（図５参照）の必要とされる入力トルクの約１．９８倍の抵抗を生成するために制御弁２２２を単独で利用してもよく、第１前進ギヤへシフトするとき、クラッチ７２の抵抗トルクを入力トルクの約０．２４倍へ低減するために制御弁２２２および２３４を一緒に利用してもよい。サンギヤ３８および遊星キャリア４８を十分に固定するためにちょうど必要とされるレベルまでクラッチ７２の抵抗トルクを低減することによって、クラッチ７２の係合期間を延ばすことができ、変速装置１８のシフトの質を改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本開示の変速装置は、複数の速度およびトルク変速機レベルを必要とする任意の機械に適用可能性を有する一方、開示される変速装置は特に連結式運搬トラック、オフハイウェイ採掘トラックおよび重建設機械に適用可能であり得る。そのような機械は、開示される変速装置が適合可能であり得る特定のギヤ要件を有する。開示される変速装置は、可変レベルのクラッチ力作動を提供することによって、いかなる機械のシフトの質をも改善し得る。変速装置１８の操作を以下に記載する。
【００３５】
機械１０の運転中、オペレータまたは自動変速機制御器は、ギヤをシフトする必要性または要望を決定し得る。第１リバースギヤへシフトするとき、オペレータまたは自動変速機制御器からの信号に基づいて、制御弁２２０、２２２、および２２８は、加圧流体を分配ライン２０６、２０８および２１４を介してそれぞれクラッチ７０、７２、および７８（図３参照）へ導くために、流れ通過位置へ移動され得る。流体がこれらクラッチのそれぞれに流入すると、その関連する圧力チャンバは流体で満たされ、それらの対応するクラッチパックを押すようにされ、適切な構成要素を回転不能に固定し得る。例えば、制御弁２２０が開放されると、クラッチ７０の第１圧力チャンバ１１６（図６参照）を加圧流体で満たすことができ、第１および第２ピストン１０４、１０６の両方を、クラッチパック８６の端部に向かって移動しそれを押すように促し、それによってディスク９８をディスク１００に押し付け、サンギヤ３８を変速装置１８のハウジング１４に回転不能に固定する。同じく、制御弁２２２が開放されると、クラッチ７２を加圧流体で満たすことができ、関連クラッチパックを、サンギヤ３８を遊星キャリア４８に回転不能に固定するように促す。同様に、制御弁２２８が開放されると、クラッチ７８を加圧流体で満たすことができ、関連クラッチパックを、遊星キャリア５０およびリングギヤ６０をハウジング１４に回転不能に固定するように促す。この状態において、クラッチ７０、７２、および７８によって提供される抵抗トルクは、それぞれ、入力部材２０で受け取られたトルクの約−２．２９倍、１．９８倍および−４．８３倍であり得る。
【００３６】
第１前進ギヤへシフトするとき、加圧流体を分配ライン２０６、２１０、２３１および２１４を介してクラッチ７０、７４および７８（図３参照）へ導くために、制御弁２２０、２２４および２２８が流れ通過位置へ移動され得る。流体がこれらクラッチのそれぞれに流入すると、関連する圧力チャンバは流体で満たされ、それらの対応するクラッチパックを押すようにされ、適切な構成要素を回転不能に固定し得る。例えば、制御弁２２０が開放されると、クラッチ７０の第１圧力チャンバ１１６（図６参照）を加圧流体で満たすことができ、第１および第２ピストン１０４、１０６の両方を、クラッチパック８６の端部に向かって移動しそれを押すように促す。しかしながら、同様に制御弁２２４がこの同じ時に開放し得るので、クラッチ７０の第２圧力チャンバ１１８を同様に加圧流体で満たすことができ、それによって第２ピストン１０６がクラッチパック８６に向かって移動することが阻止される。その結果、第１ピストン１０４のみが実際にクラッチパック８６に力をかけることができ、ディスク９８をディスク１００に押し付け、第１リバースギヤへシフトする間にかけられるものより低い抵抗トルクでサンギヤ３８を変速装置１８のハウジング１４へ回転不能に固定する。同様に、制御弁２２４が開放されると、クラッチ７４を加圧流体で満たすことができ、関連クラッチパックに連結器６４（すなわちリングギヤ５４およびサンギヤ４０）を出力部材２４に回転不能に固定させる。同様に、制御弁２２８が開放されると、クラッチ７８を加圧流体で満たすことができ、関連クラッチパックに遊星キャリア５０およびリングギヤ６０をハウジング１４に回転不能に固定させる。この状態において、クラッチ７０、７４、および７８によって提供される抵抗トルクは、それぞれ、入力部材２０で受け取られたトルクの約０．３１倍、２．０２倍および４．９２倍であり得る。
【００３７】
クラッチ７０の抵抗トルクを低減することによって、（第１リバースギヤと比べて）第１前進ギヤにシフトするとき、クラッチ７０の調節時間（すなわち、クラッチ７０が加圧流体で満たされている間およびディスク９８および１００が完全に固定される前の時間）が増加し得る。この増加された調整時間は、シフトの円滑性を改善する一助となり得る。
【００３８】
図４および７の実施形態のクラッチ７２の作動は、上記のクラッチ７０の作動と同様であり得る。従って、クラッチ７２の作動はこの開示に詳細に記載しない。図６に示されるようなクラッチ７０、あるいは図７に示されるようなクラッチ７２は、変速装置１８に利用可能であると考えられるが、両方のクラッチ設計が１つの変速装置１８内で一緒に使用されることは不要かもしれない。具体的には、クラッチ設計のどちらかが、単独で変速装置１８のシフトの質を充分に改善することができ、同一の変速装置に両方の設計を含むという複雑性を加えることは、状況によっては費用効率的でないだろう。
【００３９】
多数の利点を、開示される変速装置に関連付けることができる。具体的には、開示されるクラッチ設計は、可変レベルのクラッチ力作動を提供するために既存の制御弁を利用できるので、開示される変速システムは比較的簡素かつ制御が容易であり得る。さらに、第１および第２ピストン１０４、１０６または１４０、１４２は、互いに直接係合しかつ押し合うことができるので、必要な構成要素の数をより少なくすることができ、かつ潜在的な漏出経路の数が低減され、それによって、変速装置１８の耐久性を改善する。
【００４０】
本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の変速装置の様々な修正および変形をなすことができることは、当業者に明白であろう。本明細書に開示されている制御システムの仕様および実践を考慮することにより、他の実施形態が当業者に明白であろう。仕様および例は例証としてのみ考慮され、本開示の真の範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって示されることが意図される。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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