(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、ＰＴＯ出力回転を変速させることにより、作業機のオイルポンプに伝達されるエネルギー効率を向上させ、かつコンパクトおよび安価なＰＴＯ変速機構を提供することにある。【解決手段】  本発明は、ＰＴＯ機構により取り出された原動機の動力を作業機のオイルポンプに伝達するＰＴＯ変速機構であって、それぞれ直列に接続された、第１ギヤが周りに配された第１シャフト、ワンウェイクラッチおよび第４ギヤが一体に回転される第２シャフトと、第２ギヤおよび第３ギヤを配した第３シャフトとを具備し、原動機の回転数が所定値を下回る場合には、第１シャフトの回転がワンウェイクラッチおよび第２シャフトを介して、原動機の回転数が所定値を超える場合には、第１シャフトの回転がクラッチ、第１ギヤ、第２ギヤ、第３シャフト、第３ギヤ、第４ギヤ、第２シャフトを介して、前記オイルポンプに伝達される、前記ＰＴＯ変速機構に関する。【選択図】図１
2008189210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーテイクオフ（ＰＴＯ）機構により取り出された原動機の動力を作業機のオイルポンプに伝達するＰＴＯ変速機構であって、
それぞれ直列に接続された第１シャフト、ワンウェイクラッチおよび第２シャフトと、
該第１シャフト、ワンウェイクラッチおよび第２シャフトとは異なる軸に並置された第３シャフトと、
第１シャフトの周りに配された第１ギヤと、
第２シャフトの周りに配され、第２シャフトと一体に回転する第４ギヤと、
第３シャフトの周りにそれぞれ軸方向に間隔を置いて配され、第３シャフトと一体に回転する第２ギヤおよび第３ギヤと、
第１シャフトの周りに配され、第１シャフトの回転が所定値を超えた場合にのみ、第１シャフトおよび第１ギヤとともに一体になって運動するクラッチとを具備し、
原動機の回転数が所定値を下回る場合には、第１シャフトの回転がワンウェイクラッチおよび第２シャフトを介して前記オイルポンプに伝達され、
原動機の回転数が所定値を超える場合には、第１シャフトの回転がクラッチ、第１ギヤ、第２ギヤ、第３シャフト、第３ギヤ、第４ギヤ、第２シャフトを介して前記オイルポンプに伝達される、前記ＰＴＯ変速機構。
【請求項２】
クラッチが第１ギヤと一体構造であるおよび／またはワンウェイクラッチが第４ギヤと一体構造であることを特徴とする、請求項１に記載のＰＴＯ変速機構。
【請求項３】
クラッチが、遠心クラッチ、電磁クラッチまたは多板クラッチであることを特徴とする、請求項１または２に記載のＰＴＯ変速機構。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＰＴＯ変速機構が組み込まれたオイルポンプシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のオイルポンプシステムを備えた作業車。
【請求項６】
トラクター、消防車、塵芥車、ダンプカー、バキュームカー、レッカー車、高所作業車、クレーン車、保冷車、冷凍車またはトラックミキサである、請求項５に記載の作業車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クラッチ、ギヤおよびワンウェイクラッチの組合せにより、パワーテイクオフ（ＰＴＯ）機構により取り出された原動機の動力を遮断せずに変速させるＰＴＯ変速機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラクター、消防車、塵芥車、ダンプカー、バキュームカー、レッカー車、高所作業車、クレーン車、保冷車、冷凍車やトラックミキサなどの作業車には、ウインチ、クレーン、コンプレッサなどの作業機のオイルポンプの駆動のために原動機の動力を取り出すＰＴＯ装置がトランスミッションに備えられている。ＰＴＯ装置により取り出された動力、たとえば原動機の回転数は、オイルポンプに等速で伝達される。
【０００３】
例えば、トラック積載型クレーン、アームロール等の作業機に使用されているオイルポンプは、ＰＴＯ装置を介して伝達される原動機の動力により駆動される。かかる作業機には、原動機のアイドリング領域で発生するトルクに容量を合わせた、小さいポンプが一般的に採用されている。作業機の動作スピードを上げるとき、オイルポンプの吐出量を増やすために、ＰＴＯ機構の出力回転数を高くする必要があるが、この原動機の回転数を高くした状態では極端に原動機の出力が過剰になる傾向があり、エネルギー効率が悪いだけでなく、騒音の増加も問題となる。また、上記作業機のほとんどは停車状態で使用されるため、回転により発生する熱による原動機の水温や油温の上昇を走行風により抑えることができず、原動機への熱による負荷が大きい。また、ポンプを大きくすることにより、ポンプの吐出量を増やすことも可能であるが、原動機のアイドリング領域で発生するトルクに合わせたポンプ容量を選定する必要があるため、ポンプを大きくするには限界がある。
【０００４】
さらに、トラック架装用クレーンにおいて、通常原動機を動力源としたオイルポンプを1つ用いるところ、原動機の出力を抑えるために、２つのオイルポンプを直列させ、かかるオイルポンプからの吐出量を電子制御することで、低速作業時は１つのオイルポンプのみを使用し、高速作業時には２つのオイルポンプの吐出量を合わせて使用することで、従来の吐出量を維持しながらも、エンジン回転数を従来よりも低くすることが可能であるが（非特許文献１）、かかる構造を従来のオイルポンプを搭載した作業機に適用するには、オイルポンプ一式を交換する必要があり、交換費用が高額である。また、作業機の従来のオイルポンプ収納空間よりも広い設置スペースが必要であり、従来の作業機によっては適用できない。
【０００５】
また、プランジャーポンプを用いることにより、原動機の出力回転数を変更することなくオイルポンプの吐出量を増やすことが可能であるが、該プランジャーポンプは高価であり、コストの面から作業車への適用がされず、作業車における実用化の可能性が薄い。
【非特許文献１】古河ユニック株式会社ホームページ内「U-CAN ECO」（URL: http://www.furukawaunic.co.jp/product/unic_u-can-eco.htm）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、ＰＴＯ装置により取り出された原動機の動力を遮断せずに原動機のトルク上昇に合わせてＰＴＯ出力回転を変速させることにより、作業機のオイルポンプに伝達されるエネルギー効率を向上させ、かつコンパクトおよび安価なＰＴＯ変速機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意研究を重ねる中で、原動機とオイルポンプとの間に原動機の回転数が所定値を超えた場合にクラッチを締結させて変速することができるＰＴＯ変速機構を設けることによって、原動機の動力を遮断せずに変速させて作業機のオイルポンプに伝達することができる、コンパクトで安価なＰＴＯ変速機構とすることができることを見出し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明は、パワーテイクオフ（ＰＴＯ）機構により取り出された原動機の動力を作業機のオイルポンプに伝達するＰＴＯ変速機構であって、
それぞれ直列に接続された第１シャフト、ワンウェイクラッチおよび第２シャフトと、
該第１シャフト、ワンウェイクラッチおよび第２シャフトとは異なる軸に並置された第３シャフトと、
第１シャフトの周りに配された第１ギヤと、
第２シャフトの周りに配され、第２シャフトと一体に回転する第４ギヤと、
第３シャフトの周りにそれぞれ軸方向に間隔を置いて配され、第３シャフトと一体に回転する第２ギヤおよび第３ギヤと、
第１シャフトの周りに配され、第１シャフトの回転が所定値を超えた場合にのみ、第１シャフトおよび第１ギヤとともに一体になって運動するクラッチとを具備し、
原動機の回転数が所定値を下回る場合には、第１シャフトの回転がワンウェイクラッチおよび第２シャフトを介して前記オイルポンプに伝達され、
原動機の回転数が所定値を超える場合には、第１シャフトの回転がクラッチ、第１ギヤ、第２ギヤ、第３シャフト、第３ギヤ、第４ギヤ、第２シャフトを介して前記オイルポンプに伝達される、前記ＰＴＯ変速機構に関する。
【０００９】
また本発明は、クラッチが第１ギヤと一体構造であるおよび／またはワンウェイクラッチが第４ギヤと一体構造であることを特徴とする、前記ＰＴＯ変速機構に関する。
さらに本発明は、クラッチが、遠心クラッチ、電磁クラッチまたは多板クラッチであることを特徴とする、前記ＰＴＯ変速機構に関する。
【００１０】
また本発明は、前記ＰＴＯ変速機構が組み込まれたオイルポンプシステムに関する。
さらに本発明は、前記オイルポンプシステムを備えた作業車に関する。
また本発明は、トラクター、消防車、塵芥車、ダンプカー、バキュームカー、レッカー車、高所作業車、クレーン車、保冷車、冷凍車またはトラックミキサである、前記作業車に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＰＴＯ変速機構によれば、原動機の回転数が所定値を下回る場合は、第１シャフト、ワンウェイクラッチおよび第２シャフトを介して回転が作業機のオイルポンプに伝達され、原動機の回転数が所定値を超えてクラッチが締結されたときに、第１シャフトの回転がクラッチ、第１ギヤ、第２ギヤ、第３シャフト、第３ギヤ、第４ギヤ、第２シャフトを介して前記オイルポンプに伝達されることにより、原動機の動力を遮断せずに原動機の回転トルクの上昇にあわせて変速させるため、原動機の出力を効率よくオイルポンプにて油圧へ変換することができ、所望のオイル吐出量を得るためのオイルポンプを駆動する原動機の回転数を従来に比べて低く抑えることができる。また、回転数を低く抑えることにより、燃料消費量およびＣＯ２排出量を削減することができ、騒音を軽減することもでき、さらに回転により発生する熱による原動機への負荷も軽減することができる。
【００１２】
さらに、本発明のＰＴＯ変速機構は、ポンプの容量や数を増やすことなく、またポンプの種類を変えることなく、従来の原動機のアイドリング領域で発生するトルクに容量を合わせたオイルポンプに適用することにより、かかるオイルポンプを駆動する原動機の回転数を低く抑えることができる。また、部品数が少ないので、コンパクトにまとめあげることができ、設置スペースも小さくできる。そして、簡単な構造であるため、製作するための工程数も少なく、製作コストを低く抑えることができる。また、簡単な構造であるために故障も少なく、クラッチ板、ギヤオイル以外の定期交換部品が発生しないことから、維持コストも低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、第一の実施形態を示す。
本実施形態におけるＰＴＯ変速機構は、遠心クラッチ２および該遠心クラッチ２が締結された時のみ該遠心クラッチ２と一体に動く第１ギヤ５を貫通し、ワンウェイクラッチ３に連結する第１シャフト１と、ワンウェイクラッチ３に連結し、第４ギヤ８を周囲に配した第２シャフト４とが直列に接続されている。また、第３シャフト９の周りにそれぞれ軸方向に間隔を置いて配され、第３シャフト９と一体に回転する第２ギヤ６および第３ギヤ７を第１ギヤ５および第４ギヤ８にそれぞれ噛合させている。前記ワンウェイクラッチ３は、前記第１シャフト１と第２シャフト４との間に原動機からオイルポンプへの動力を伝達する一方、逆方向の動力伝達を遮断するように構成する。また、第４ギヤ８は第２シャフト４に固定されているので、該第２シャフト４の回転と連動する。
【００１４】
第１ギヤ５〜第４ギヤ８の歯数およびピッチは特に限定されないが、第１ギヤ５と第２ギヤ６との変速比（第２ギヤ／第１ギヤ）ならびに第３ギヤ７と第４ギヤ８との変速比（第４ギヤ／第３ギヤ）をそれぞれ１未満となるよう、第１ギヤ５〜第４ギヤ８を介して伝達される回転数を増加させる歯数およびピッチとし、第１ギヤ５よりも第２ギヤ６の歯数が少なく、第３ギヤ７よりも第４ギヤ８の歯数が少ないのが好ましい。具体的には、例えば変速比（第２ギヤ／第１ギヤ）および変速比（第４ギヤ／第３ギヤ）の合計減速比を０．５とすると、原動機の回転数を半分に抑えたままで従来軸ａ−ａ’経由で伝達していた動力と同じ動力を作業機のオイルポンプに伝達することができる。ギヤの材質は特に限定されないが、摩擦力を小さくするために、異種の組合せが好ましく、小さいギヤが大きいギヤよりも硬い材質が好ましい。
【００１５】
上記ＰＴＯ変速機構は、図示されていない原動機の動力の一部を取り出すＰＴＯ装置と、該ＰＴＯ装置により取り出された動力により駆動される作業機のオイルポンプとの間に設けられる。
上記ＰＴＯ装置により取り出された動力は、第１シャフト１へ伝達され、かかる動力は、ワンウェイクラッチ３を介して第２シャフト４に等速で伝達され、さらにオイルポンプへ伝達され、該オイルポンプは上記ＰＴＯ装置により取り出された動力と等速で作業機を駆動する。
原動機の回転数が所定値を超えると、遠心クラッチ２が締結し、該遠心クラッチ２および第１ギヤ５がＰＴＯ装置により取り出された動力により第１シャフト１と等速で回転する。動力は、第１ギヤ５と噛合した第２ギヤ６へ、そして第３シャフト９を介して第３ギヤ７、第３ギヤ７と噛合させた第４ギヤ８に伝達されるが、かかる動力は、第１ギヤ５と第２ギヤ６との変速比（第２ギヤ／第１ギヤ）分、ならびに第３ギヤ７と第４ギヤ８との変速比（第４ギヤ／第３ギヤ）分変速され、第４ギヤ８と連動する第２シャフト４に伝達され、かかる増速された回転数により、オイルポンプを駆動する。なお、このとき発生する第１シャフト１と第２シャフト４との回転差は、ワンウェイクラッチ３にて調整される。
【００１６】
このようにすれば、従来の等速でオイルポンプを駆動するのに比べて、原動機の回転数に対して増速された回転数によってオイルポンプを駆動することができるので、エネルギー効率が向上する。すなわち、所定値を超える場合、従来の等速でオイルポンプを駆動するのに比べて、低い回転数で所望の動力を得ることが可能であるため、原動機への負荷が少なく、燃料消費量ならびにＣＯ２排出量を減らし、騒音を小さくすることができ、原動機への回転により発生する熱による負荷も軽減することができる。
【００１７】
また、遠心クラッチ２を用いることにより、特別なクラッチ操作を必要とせず、機構を簡易化できる。すなわち、既存の作業車のＰＴＯ装置−作業機間にＰＴＯ変速機構の取り付けスペースさえあれば、既存の作業車にも取り付けることが可能である。
【００１８】
次に、第２の実施形態を図２に基づいて説明する。
本実施形態におけるＰＴＯ変速機構は、遠心クラッチ２を第１ギヤ５と一体構造にし、ワンウェイクラッチ３も第４ギヤ８と一体構造にする以外は、第１の実施形態と同様である。かかる構造にすることにより、更なるコンパクト化が可能である。
【００１９】
また、第３の実施形態として、第１および第２の実施形態における遠心クラッチの代わりに、電磁クラッチを用いることにより、様々な原動機のトルク特性に合ったより正確な変速が可能となる。
【００２０】
さらに、第４の実施形態を説明する。
本実施形態におけるＰＴＯ変速機構は、第１の実施形態のうち、遠心クラッチを多板クラッチとしたものであり、該多板クラッチがオイルポンプからの吐出圧により締結する機構を備えている。かかる構造において、原動機の回転が上昇し、オイルポンプの吐出圧が所定圧を超えたときに作動するレリーズシリンダを介して多板クラッチが締結し、該多板クラッチおよび第１ギヤがＰＴＯ装置により取り出された動力により第１シャフトと等速で回転する。動力は、第１ギヤと噛合した第２ギヤへ、そして第３シャフトを介して第３ギヤ、第３ギヤと噛合させた第４ギヤに伝達されるが、かかる動力は、第１ギヤと第２ギヤとの変速比（第２ギヤ／第１ギヤ）分、ならびに第３ギヤと第４ギヤとの変速比（第４ギヤ／第３ギヤ）分変速され、第２シャフトに伝達され、かかる増速された動力により、オイルポンプを駆動する。
このようにすれば、従来の等速でオイルポンプを駆動するのに比べて、原動機の回転数に対して増速された回転数によってオイルポンプを駆動することができるので、エネルギー効率が向上するという、上述の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２１】
さらに、第５の実施形態として、多板クラッチと第１ギヤとを一体構造にし、ワンウェイクラッチと第４ギヤとを一体構造にする以外は、第３の実施形態と同様の構成にするＰＴＯ変速機構とする。かかる構造にすることにより、更なるコンパクト化が可能である。
また、第４および第５の実施形態において、オイルポンプとレリーズシリンダとの間に流量調節機構を設けることにより、多板クラッチの締結タイミング制御すなわち変速時期の調整が可能である。
【００２２】
さらに、第６の実施形態として、第４および第５の実施形態において用いられている多板クラッチを外部入力により締結するものに変更することにより、様々な原動機のトルク特性に合ったより正確な変速が可能となる。例えば、第３および第４の実施形態として多板クラッチをオイルポンプからの吐出圧により締結させていたところを、多板クラッチを電子制御にする。
【００２３】
また、第７の実施形態においては、本発明のＰＴＯ変速機構を複数組み合わせることにより、変速数を増やすことが可能である。
なお、以上の各実施の形態においては、ＰＴＯ装置とオイルポンプとの間に本発明を適用する例を示したが、オイルポンプ内に本発明を組み込むことができる。
【００２４】
また、以上の各実施の形態においては、ＰＴＯ装置とオイルポンプとの間に本発明を適用する例を示したが、車両トランスミッション内に本発明を組み込むことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のＰＴＯ変速機構によれば、原動機の回転数が所定値を下回る場合は、第１シャフト、ワンウェイクラッチおよび第２シャフトを介して回転が作業機のオイルポンプに伝達され、原動機の回転数が所定値を超えてクラッチが締結されたときに、第１シャフトの回転がクラッチ、第１ギヤ、第２ギヤ、第３シャフト、第３ギヤ、第４ギヤ、第２シャフトを介して前記オイルポンプに伝達されるため、原動機の動力を遮断せずに原動機の回転トルクの上昇にあわせて変速させるため、原動機の出力を効率よくオイルポンプにて油圧へ変換することができ、所望のオイル吐出量を得るためのオイルポンプを駆動する原動機の回転数を従来に比べて低く抑えることができる。また、回転数を低く抑えることにより、燃料消費量およびＣＯ２排出量を削減することができ、騒音を軽減することもでき、さらに回転により発生する熱による原動機への負荷も軽減する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    第１シャフト
２    遠心クラッチ
３    ワンウェイクラッチ
４    第２シャフト
５    第１ギヤ
６    第２ギヤ
７    第３ギヤ
８    第４ギヤ
９    第３シャフト
【図１】
2008189210.tif 000003
【図２】
2008189210.tif 000004