(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（２０）からの動力を油圧式無段変速装置（２１）の入力部である油圧ポンプ（２２）、及び遊星歯車機構（１０）の第一の要素であるサンギア（１）に伝達させる構成とし、該油圧式無段変速装置（２１）の出力部である油圧モータ（２３）と、該遊星歯車機構（１０）の第二の要素であるキャリア（５）との間に、「ＨＭＴ駆動モード」のときに係合する第一のクラッチ（１３）を配置し、前記油圧式無段変速装置（２１）の出力部である油圧モータ（２３）と、該油圧モータ（２３）より動力下流側に配置される駆動軸（２７）との間に、「ＨＳＴ駆動モード」のときに係合する第二のクラッチ（１４）を配置し、前記駆動軸（２７）と前記遊星歯車機構（１０）の第三の要素である出力ギア（３）との間に、第三のクラッチ（１９）を介在させ、該「ＨＳＴ駆動モード」において、前記油圧モータ（２３）と駆動軸（２７）を該第二のクラッチ（１４）により連結した際に、該第三のクラッチ（１９）の係合を解除し、前記駆動軸（２７）からの動力が、前記遊星歯車機構（１０）へ逆流するのを阻止すべく構成したことを特徴とする、油圧−機械式無段変速装置。
【請求項２】
請求項１記載の油圧−機械式無段変速装置において、前記第三の要素である出力ギア（３）を取り付けた軸（７）に、前記第三のクラッチ（１９）を設けたことを特徴とする、油圧−機械式無段変速装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の油圧−機械式無段変速装置において、前記第一のクラッチ（１３）、前記第二のクラッチ（１４）及び前記第三のクラッチ（１９）は、いずれも圧油の給排を介して係合及び係合解除の操作がされることを特徴とする、油圧−機械式無段変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）と、遊星歯車機構とを組み合わせた油圧−機械式無段変速装置（ＨＭＴ）であって、クラッチ切換により遊星歯車機構を切り離してＨＳＴのみで駆動できることもできるように構成したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジン動力を分岐して一方は遊星歯車機構に伝達し、他方はＨＳＴ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油圧−機械式無段変速装置は公知とされている。また、必要に応じてクラッチを切り換えて、遊星歯車機構を切り離してＨＳＴの出力を直接出力することもできる構成も公知とされている。例えば特開２０００−１２７７８３号に開示される技術は、中速域から高速域にかけては油圧−機械式駆動（ＨＭＴモード）とし、低速域を油圧式駆動（ＨＳＴモード）とし、各変速域に応じてクラッチを係合／係合解除させ、駆動モードを切り換えることとしている。具体的には、エンジン動力をＨＳＴ油圧ポンプのポンプ軸及び遊星歯車部に伝達し、ＨＳＴ油圧モータのモータ軸と遊星歯車部との間に、第一のクラッチを配し、前記モータ軸とそれより動力下流側に位置する駆動軸との間に、第二のクラッチを配し、前記遊星歯車部と前記駆動軸とを連結している。低速域では第一、第二のクラッチがそれぞれ「断」、「接」とされてＨＳＴモードになり、中速域では第一、第二のクラッチがそれぞれ「接」、「断」とされてＨＭＴモードになる。この技術は低速域においては油圧式駆動とすることで、駆動力の微調節を容易とする一方、中速〜高速にかけては油圧−機械式駆動を用いることで駆動力の伝達効率を向上させ得る点で優れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで上記技術では、ＨＭＴモードとしたときに遊星歯車部の出力を前記駆動軸へ伝達させるために、該遊星歯車部と駆動軸とを常時連動連結している。従って、ＨＳＴモードにおいてはＨＳＴ油圧モータのモータ軸を駆動軸に連結するので遊星歯車部で動力を合成する必要はないにもかかわらず、駆動軸から動力が遊星歯車部へ逆流して、遊星歯車が空回りすることになる。エンジンの動力は遊星歯車部に常時伝達されているので、前記逆流がなくても遊星歯車部は少量空回りするが、この逆流により遊星歯車部の空回りが激しく行われることになる。これは遊星歯車部の寿命を縮め、不要な熱を発生させ、動力伝達ロスを大きくしてしまう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に課題を解決するための手段を説明する。
請求項１においては、エンジン（２０）からの動力を油圧式無段変速装置（２１）の入力部である油圧ポンプ（２２）、及び遊星歯車機構（１０）の第一の要素であるサンギア（１）に伝達させる構成とし、該油圧式無段変速装置（２１）の出力部である油圧モータ（２３）と、該遊星歯車機構（１０）の第二の要素であるキャリア（５）との間に、「ＨＭＴ駆動モード」のときに係合する第一のクラッチ（１３）を配置し、前記油圧式無段変速装置（２１）の出力部である油圧モータ（２３）と、該油圧モータ（２３）より動力下流側に配置される駆動軸（２７）との間に、「ＨＳＴ駆動モード」のときに係合する第二のクラッチ（１４）を配置し、前記駆動軸（２７）と前記遊星歯車機構（１０）の第三の要素である出力ギア（３）との間に、第三のクラッチ（１９）を介在させ、該「ＨＳＴ駆動モード」において、前記油圧モータ（２３）と駆動軸（２７）を該第二のクラッチ（１４）により連結した際に、該第三のクラッチ（１９）の係合を解除し、前記駆動軸（２７）からの動力が、前記遊星歯車機構（１０）へ逆流するのを阻止すべく構成したものである。
【０００５】
請求項２においては、請求項１記載の油圧−機械式無段変速装置において、前記第三の要素である出力ギア（３）を取り付けた軸（７）に、前記第三のクラッチ（１９）を設けたものである。
【０００６】
請求項３においては、請求項１又は請求項２に記載の油圧−機械式無段変速装置において、前記第一のクラッチ（１３）、前記第二のクラッチ（１４）及び前記第三のクラッチ（１９）は、いずれも圧油の給排を介して係合及び係合解除の操作がされるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施例に係るＨＭＴ式トランスミッションのスケルトン図、図２はＨＳＴ及びミッション前部の側面断面展開図、図３はミッション後部の側面断面展開図である。
【０００８】
図１〜図３を参照して、ＨＭＴ式トランスミッションの構成について説明する。このトランスミッションは、ＨＳＴ（油圧式無段変速装置）２１、及び、遊星歯車機構１０を含むミッション３０を備えて構成されている。
【０００９】
〔走行駆動系〕
まず、走行駆動系を説明する。図２に示すようにＨＳＴ２１は油圧ポンプ２２及び油圧モータ２３を備えており、両者２１・２２は平板状のセンタセクション３２に付設されて、ＨＳＴハウジング３１内に収容されている。前記センタセクション３２はミッションケース３３に固設されている。
【００１０】
ＨＳＴ２１の油圧ポンプ２２の回転軸心を入力軸２５が貫通しており、該入力軸２５は駆動源であるエンジン２０からの動力を該油圧ポンプ２２に伝達するとともに、遊星歯車機構１０の後述するサンギア１に伝達させ、更には後述するＰＴＯ駆動系を介して、図３に示すＰＴＯ軸５３へも動力を伝達させている。該入力軸２５には油圧ポンプ２２のシリンダブロック２２ｂが係合されて相対回転不能とされ、入力軸２５とともにシリンダブロック２２ｂが駆動される構成になっている。該シリンダブロック２２ｂには複数のプランジャー２２ｃが摺動自在に配設され、該プランジャー２２ｃの頭部には可動斜板２２ａが当接している。該可動斜板２２ａは傾動自在に枢支され、その傾斜角を調節することにより油圧ポンプ２２の容積を変更することができる。油圧ポンプ２２により吐出された作動油は、センタセクション３２に設けられた油路を介して油圧モータ２３に送油される。そして、同様にシリンダブロック、プランジャー等より構成される固定容積型の油圧モータ２３を駆動させることによって、該油圧モータ２３のモータ出力軸２６の回転速度及び方向を制御する構成になっている。なお、本実施例のＨＳＴ２１では油圧ポンプのみを可変容積型とし、油圧モータは固定容積型としているが、その構成のＨＳＴに限るものでもない。例えば、油圧ポンプと油圧モータの双方を可変容積型とする構成でも、本発明を適用することができる。
【００１１】
ミッション３０の構成について、図１〜図３を参照して説明する。ミッション３０はミッションケース３３により被装されており、該ミッションケース３３には入力軸２５、モータ出力軸２６、駆動軸２７、副変速軸２８、ＰＴＯ軸５３等が水平で前後方向に配設され、それぞれ回動自在に支持されている。また、ミッションケース３３内には遊星歯車機構１０が設けられている。遊星歯車機構１０は前記ＨＳＴ２１の油圧ポンプ２２後方に配設され、後述するサンギア１、プラネタリギア２、出力ギア３、キャリア５等より構成されている。
【００１２】
一方、ＨＳＴ２１のモータ出力軸２６には二つのギア１１・１２が遊嵌されており、該ギア１１と該モータ出力軸２６との間には第一の油圧クラッチ１３が、ギア１２とモータ出力軸２６との間には第二の油圧クラッチ１４が、それぞれ介装されている。この二つの油圧クラッチ１３・１４は二つの駆動モード（ＨＭＴ駆動モードとＨＳＴ駆動モード）を切り換えるために用いられ、駆動モードに応じて二つの油圧クラッチ１３・１４のうちいずれか一方を係合させ他方を係合解除させることにより、モータ出力軸２６からギア１１・１２のいずれか一方に動力が伝達されることとなる。
【００１３】
前記入力軸２５は前記ＨＳＴ２１のセンタセクション３２を貫通してミッションケース３３内に延出しており、該延出部分上には遊星歯車機構１０を備えている。この遊星歯車機構１０を説明する。遊星歯車機構の第一の要素たるサンギア１は入力軸２５に対して相対回転不能に係合され、プラネタリギア２は二連のギアとし、一方のギア２ａは前記サンギア１に噛合し、他方のギア２ｂは、前記サンギア１に同心して配置された、第三の要素たる出力ギア３に噛合している。ここでプラネタリギア２は、入力軸２５上に遊嵌された第二の要素たるキャリア５に回転自在に支持され、自転しながら該キャリア５とともに公転し得るように構成されている。該キャリア５にはギア６が固設されており、該ギア６は、前記モータ出力軸２６上に遊嵌される前記ギア１１と噛合している。
【００１４】
また、遊星歯車機構１０の前記出力ギア３は入力軸２５上に遊嵌されたパイプ軸７の前端部に形成されており、該パイプ軸７の後端にはギア８が相対回転自在に遊嵌されている。該ギア８と前記パイプ軸７との間には第三のクラッチ１９が介設され、該クラッチ１９は油圧駆動されるシフタにより係脱されるように構成されている。
【００１５】
一方、前記ＨＳＴ２１のモータ出力軸２６と平行に駆動軸２７が配設されており、該駆動軸２７上にはギア１６が固定されて前記ギア８と噛合されている。この駆動軸２７上には更にギア１５が固設してあり、該ギア１５は、前記モータ出力軸２６上に遊嵌される前記ギア１２と噛合している。図３で示すように駆動軸２７の後端にはカップリングを介して伝達軸３４が連結されており、該伝達軸３４の後部に二つのギア１７・１８を固定している。
【００１６】
前記伝達軸３４と平行に副変速軸２８が支持され、該副変速軸２８上にはギア６０・６１が遊嵌されており、該ギア６０・６１が前記ギア１７・１８に噛合して互いに異なる回転数で駆動している。そして、副変速軸２８に設けられた副変速クラッチ６２を操作することにより、ギア６０・６１のうちいずれか一方の回転駆動力を副変速軸２８に伝達できるように構成し、副変速機構を構成している。該副変速軸２８の後端にはベベルギア６９が形設され、該ベベルギア６９を介して後輪デフ７０に動力が伝達される。
【００１７】
また、図３に示すように、副変速軸２８の前端部には二つのギア６３・６４が固設されており、該ギア６３・６４は前輪出力軸２９上に遊嵌されたギア６５・６６にそれぞれ噛合し、該ギア６５・６６を異なる回転数で駆動している。また、前輪出力軸２９上には二つの油圧クラッチ６７・６８が設けられており、該油圧クラッチ６７・６８のうち何れか一方を接続することにより、ギア６５・６６の何れか一方の回転駆動力を前輪出力軸２９に伝達できるようにし、前輪増速切換機構を構成している。
【００１８】
〔ＰＴＯ駆動系〕
次に、図３を参照してＰＴＯ駆動系を説明する。前記入力軸２５の後端はＰＴＯクラッチ４０を介してＰＴＯ入力軸４１に伝達される。ＰＴＯ入力軸４１の後端には三つのギア４２・４３・４４が相対回転不能に挿嵌され、それぞれＰＴＯ副変速軸４５に遊嵌されたギア４６・４７・４８に噛合している。そしてＰＴＯ副変速クラッチ４９の操作により三段階に変速されたＰＴＯ副変速軸４５の出力が、ギア５０・５２・５４を介してＰＴＯ軸５３に伝達され、作業機等に動力を伝達するよう構成している。
【００１９】
〔各駆動モードにおける駆動伝達構成〕
次に、以上の構成におけるトランスミッションにおいて、ＨＭＴ／ＨＳＴの各駆動モードにおける走行駆動系の駆動伝達構成を説明する。
【００２０】
〔ＨＭＴ駆動モード〕
最初に、ＨＭＴ駆動モードとしたときの駆動伝達構成について説明する。ＨＭＴ駆動モードにおいては前記二つの油圧クラッチ１３・１４のうち第一の油圧クラッチ１３は係合され、第二の油圧クラッチ１４は係合を解除される。これにより、モータ出力軸２６の回転出力はギア１２には伝達されず、ギア１１のみを回転駆動する。前記ギア１１は前記キャリア５に固設されたギア６に噛合しているので、モータ出力軸２６の回転出力が遊星歯車装置１０のキャリア５に伝達される。一方、エンジン２０に連結された入力軸２５の回転出力によりサンギア１は回転駆動されている。従って、前記キャリア５に支持され、更に前記サンギア１に噛合しているプラネタリギア２には、両者５・１の回転が合成されて伝達され、該合成された駆動力が、該プラネタリギア２に噛合する出力ギア３に伝達されて、パイプ軸７が駆動される。
【００２１】
そして、ＨＭＴ駆動モードにおいては前記第三のクラッチ１９が係合するよう制御されるので、パイプ軸７の駆動力がその後端のギア８に伝達され、該ギア８に噛合しているギア１６を介して、前記パイプ軸７の動力が駆動軸２７に伝達される。駆動軸２７の動力は副変速軸２８を経て後輪や前輪に伝達され、車両が駆動されることとなる。
【００２２】
〔ＨＳＴ駆動モード〕
次に、ＨＳＴ駆動モードとしたときの駆動伝達構成について説明する。ＨＳＴ駆動モードにおいては前記二つの油圧クラッチ１３・１４のうち第二の油圧クラッチ１４が係合され、第一のクラッチ１３は係合を解除される。これにより、モータ出力軸２６の回転出力はギア１１には伝達されず、ギア１２のみを回転駆動する。ギア１２には前述のとおりギア１５が噛合されているので、モータ出力軸２６の回転出力が駆動軸２７に伝達される。この動力は副変速軸２８を経て後輪や前輪に伝達され、車両が駆動される。
【００２３】
このＨＳＴ駆動モードにおいては、エンジン２０の出力が前後輪にまで伝達されるまでの間に遊星歯車機構１０を経由しない動力伝達構成となっている。即ち、エンジン出力が入力軸２５を介してサンギア１を駆動するが、遊星歯車機構１０はそのサンギア１の回転により空転するのみとされる。結局は、エンジン出力はＨＳＴ２１により変速されてモータ出力軸２６→駆動軸２７と伝達された後、副変速されて前後輪に伝達されることになる。
【００２４】
一方、前述のとおり前記駆動軸２７にはギア１６が固定されており、該ギア１６に噛合しているギア８は、前記駆動軸２７の回転が伝達されて駆動されることになる。しかし、ＨＳＴ駆動モードにおいては前記第三のクラッチ１９が係合を解除するように制御されるため、前記駆動軸２７の動力がパイプ軸７を介して出力ギア３まで伝達されることはなく、出力ギア３の空回りは防止される。従って、遊星歯車装置１０はサンギア１の回転駆動分だけ空回りするのみであり、サンギア１の回転駆動分と出力ギア３の空回り駆動分とが複合されて遊星歯車機構１０が激しく空回りすることはない。従って、遊星歯車機構１０、特に出力ギア３やキャリア５やプラネタリギア２の寿命が延びるとともに、空回りによる熱の発生が低減され、動力伝達損失も抑制されることになる。
【００２５】
なお、前述の遊星歯車機構１０の長寿命化や熱の発生・動力ロスの抑制という効果を奏させる構成という点では、この第三のクラッチ１９を配設する位置は、前記出力ギア３と駆動軸２７との間の動力伝達経路の中途であれば十分であり、前記パイプ軸７上に設ける図１・図２に示すような構成に限るものではない。ただし、本実施例においては、前記第三のクラッチ１９の配設位置を前記出力ギア３を設けた前記パイプ軸７上として、デッドスペースとなりやすい位置に該第三のクラッチ１９が配設されるレイアウトとしている。このレイアウトは、油圧−機械無段変速装置のコンパクト化に寄与し得る点で優れている。
【００２６】
〔各駆動モードの切換のための構成〕
次に、各駆動モードの切換のための構成を説明する。図４は駆動モード切換のための構成を示す説明図である。本実施例においては図２・図４に示すように、モータ出力軸２６の後端に回転ピックアップのためのダミーギア９を配設し、該ダミーギア９に近接して設けた回転数検出器８１で該モータ出力軸２６の回転速度や回転方向を検出している。更に、前記駆動軸２７に固定した前記ギア１５には回転数検出器８２を近接して設け、該回転数検出器８２にて該駆動軸２７の回転速度や回転方向を検出している。また図４に示すように、エンジン２０のクランク軸にも回転数検出器８３が設けられて、エンジン回転数を検出可能としている。
【００２７】
図４に示すように三つの回転数検出器８１・８２・８３は制御装置９０に電気的に接続され、該制御装置９０は主変速レバー８４の操作位置や前記回転数検出器８２の検出値をもとに、車速が該主変速レバー８４で指示される車速となるよう、前記ＨＳＴ２１の油圧ポンプ２２の可動斜板２２ａの傾斜角度をフィードバック制御する。また、前記第一油圧クラッチ１３には電磁弁９１が、第二油圧クラッチ１４には電磁弁９２が、前記第三のクラッチ１９のシフタを駆動する油圧シリンダ９４には電磁弁９３が、それぞれ接続されており、該電磁弁９１・９２・９３は前記制御装置９０に電気的に接続されている。制御装置９０は前記回転数検出器８２・８３の検出値からトランスミッションの変速比を計算する演算手段を備えており、求められた変速比が高速側の一定領域にあるときは「ＨＭＴ駆動モード」となって前記電磁弁９１・９２・９３に信号を送り、前記第一の油圧クラッチ１３及び第三のクラッチ１９を係合させ、第二の油圧クラッチ１４を係合解除させる。一方、変速比が低速側の一定領域にあるときは「ＨＳＴ駆動モード」となって電磁弁９１・９２・９３に信号を送り、前記第一の油圧クラッチ１３及び第三のクラッチ１９を係合解除させ、第二の油圧クラッチ１４を係合させる。即ち、中速域〜高速域では「ＨＭＴ駆動モード」、低速域では「ＨＳＴ駆動モード」というように、変速比に応じて二つの駆動モードを自動切換し、前記電磁弁９１・９２・９３を電気的に制御してクラッチ１３・１４・１９を係脱させるように構成しているのである。
【００２８】
前記三つのクラッチ１３・１４・１９は動力を断接操作できる構成であれば足り、それぞれ、油圧式クラッチとする構成に限らず、電磁式や歯車係合式等、様々な形式のクラッチを用いることができる。ただし、本実施例での三つのクラッチはいずれも圧油の給排を介して係合／係合解除の操作を行うように構成されているので、油圧回路を適宜に構成することにより、制御構成を簡潔とすることができる。即ち、図４に示す如く前記電磁弁９１・９２・９３にクラッチ１３・１４・１９をそれぞれ接続する構成のほかに、以下のような変形例も考えられる。即ち、図示は省略するが、第一クラッチ１３・第二のクラッチ１４、及び、第三のクラッチ１９の油圧シリンダ９４を単一の油圧回路に接続し、該油圧回路には単一の電磁弁を接続して、該電磁弁の切換によりクラッチ１３・１４・１９を同じタイミングで断接の切換を行わせることとすれば、電磁弁は一つで済み、構成の簡素化や制御装置９０の制御プログラムの簡素化を図ることができ、製造コストの低減に貢献できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、以下のような効果を奏する。
請求項１に示す如く、エンジン（２０）からの動力を油圧式無段変速装置（２１）の入力部である油圧ポンプ（２２）、及び遊星歯車機構（１０）の第一の要素であるサンギア（１）に伝達させる構成とし、該油圧式無段変速装置（２１）の出力部である油圧モータ（２３）と、該遊星歯車機構（１０）の第二の要素であるキャリア（５）との間に、「ＨＭＴ駆動モード」のときに係合する第一のクラッチ（１３）を配置し、前記油圧式無段変速装置（２１）の出力部である油圧モータ（２３）と、該油圧モータ（２３）より動力下流側に配置される駆動軸（２７）との間に、「ＨＳＴ駆動モード」のときに係合する第二のクラッチ（１４）を配置し、前記駆動軸（２７）と前記遊星歯車機構（１０）の第三の要素である出力ギア（３）との間に、第三のクラッチ（１９）を介在させ、該「ＨＳＴ駆動モード」において、前記油圧モータ（２３）と駆動軸（２７）を該第二のクラッチ（１４）により連結した際に、該第三のクラッチ（１９）の係合を解除し、前記駆動軸（２７）からの動力が、前記遊星歯車機構（１０）へ逆流するのを阻止すべく構成したので、「ＨＳＴ駆動モード」としたときに、駆動軸から前記第三の要素への動力を断って、該第三の要素の空回りを回避できる。
また、これに伴う前記第二の要素の空回りも抑えることができる。
この結果、第二・第三の要素の空回りによる摩耗や劣化を抑制できるから、その部分には摩耗に耐え得る高コストの部品を使用する必要がなくなるので、製造コストを節減できる。
更には、遊星歯車機構の空回りによる熱の発生も抑制でき、動力ロスも抑えることができる。
【００３０】
請求項２に示す如く、請求項１記載の油圧−機械式無段変速装置において、前記第三の要素である出力ギアを取り付けた軸に前記第三のクラッチを設けたので、請求項１に示す効果のほか、デッドスペースとなりやすい前記第三の要素を取り付けた軸に前記第三のクラッチを配設するレイアウトであることから、スペースの有効利用を図ることができ、油圧−機械式無段変速装置のコンパクト化に寄与できる。
【００３１】
請求項３に示す如く、請求項１又は請求項２に記載の油圧−機械式無段変速装置において、前記第一のクラッチ、前記第二のクラッチ及び前記第三のクラッチは、いずれも圧油の給排を介して係合及び係合解除の操作がされるので、三つのクラッチを油圧回路を介して制御できることとなり、制御構成を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例に係るＨＭＴ式トランスミッションのスケルトン図。
【図２】  ＨＳＴ及びミッション前部の側面断面展開図。
【図３】  ミッション後部の側面断面展開図。
【図４】  駆動モード切換のための構成を示す説明図。
【符号の説明】
１  サンギア（第一の要素）
３  出力ギア（第三の要素）
５  キャリア（第二の要素）
１０  遊星歯車機構
１３  第一のクラッチ
１４  第二のクラッチ
１９  第三のクラッチ
２０  エンジン（駆動源）
２１  ＨＳＴ（油圧式無段変速装置）
２２  油圧ポンプ（油圧式無段変速装置の入力部）
２３  油圧モータ（油圧式無段変速装置の出力部）
２７  駆動軸
【図１】
0004605567.tif 000002
【図２】
0004605567.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004605567.tif 000005