(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（５）の出力軸（３０）に油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）を連結し、前記油圧式無段変速装置（２０）に前後進切換装置（２１）を配置し、前記油圧式無段変速装置（２０）は、可変油圧装置（３２）と差動油圧装置（３３）を一体的に構成し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）は、油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）を中心として同一円周上に配置して、該入力軸（３１）の上にスプライン嵌合されたシリンダブロック（３４）内にそれぞれ摺動自在に収納し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）は、シリンダブロック（３４）の一側から出退可能に配置し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）の頭部は、可動斜板（３５）に当接し、該可動斜板（３５）は、油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）の軸心の一点を中心に円弧状に回動可能に配置され、かつ前後進切換操作具（１３）と連動連結され、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）は、同一のシリンダブロック（３４）内にそれぞれ摺動自在に収納し、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）は、前記シリンダブロック（３４）の他側から出退可能に配置されて、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）の頭部は、固定斜板又は可動斜板（３６）に当接又は嵌合され、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）と差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）とは、同一のシリンダブロック（３４）の内外において円周上で重ならないように配置し、互いに反対方向に突出し、前記前後進切換装置（２１）と油圧式無段変速装置（２０）とを一つのユニットとしたことを特徴とするトランスミッション。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行車両の変速装置として油圧式無段変速装置を備え、該油圧式無段変速装置を一つの軸上に配置して、その後部に前後進切換装置を配置する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧式無段変速装置を有するトランスミッションにおいて、エンジンの出力軸、または、トランスミッションの入力軸上にシリンダブロックを固定し、該シリンダブロックに複数のポンプ用プランジャとモータ用プランジャを出力軸に対して環状にそれぞれ摺動自在に収納し、シリンダブロックより突出したポンプ用プランジャの頭部を可動斜板に当接し、シリンダブロックより突出したモータ用プランジャの頭部を出力軸上に遊嵌した固定斜板に当接させて配置する。そして、該固定斜板を取り付けた出力体から動力を取り出すようにし、エンジンからの動力によってシリンダブロックを回動駆動し、可動斜板の角度を変更することによって、出力体の回転数を変更する技術は公知となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記トランスミッションを走行車両に搭載するとなると、前進と後進ができるようにする必要があるが、前記トランスミッションでは後進回転をつくり出すことが難しく、変速機構が複雑となっていたのである。
【０００４】
そこで本発明は、油圧式無段変速装置の出力側に前後進切換装置を一体的に付設して、広い範囲で変速でき、しかも簡単な構成で前後進切り換えができるようにするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解消すべく、本発明は次のような手段により、課題を解決するものである。
【０００６】
エンジン（５）の出力軸（３０）に油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）を連結し、前記油圧式無段変速装置（２０）に前後進切換装置（２１）を配置し、前記油圧式無段変速装置（２０）は、可変油圧装置（３２）と差動油圧装置（３３）を一体的に構成し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）は、油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）を中心として同一円周上に配置して、該入力軸（３１）の上にスプライン嵌合されたシリンダブロック（３４）内にそれぞれ摺動自在に収納し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）は、シリンダブロック（３４）の一側から出退可能に配置し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）の頭部は、可動斜板（３５）に当接し、該可動斜板（３５）は、油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）の軸心の一点を中心に円弧状に回動可能に配置され、かつ前後進切換操作具（１３）と連動連結され、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）は、同一のシリンダブロック（３４）内にそれぞれ摺動自在に収納し、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）は、前記シリンダブロック（３４）の他側から出退可能に配置されて、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）の頭部は、固定斜板又は可動斜板（３６）に当接又は嵌合され、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）と差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）とは、同一のシリンダブロック（３４）の内外において円周上で重ならないように配置し、互いに反対方向に突出し、前記前後進切換装置（２１）と油圧式無段変速装置（２０）とを一つのユニットとしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のトランスミッションをトラクタに搭載した実施の形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１はトラクタの全体側面図、図２は動力伝動系を示すスケルトン図、図３は本発明のトランスミッションの断面図、図４は前後進切換装置の他の実施例を示すスケルトン図、図５は同じく前後進切換装置を油圧クラッチで鵜構成したトランスミッションの断面図、図６は前後進切換装置を着脱可能に構成したスケルトン図、図７はミッションケース内に前後進切換装置の一部を収納した実施例の断面図、図８は可動斜板の角度と回転数の関係を示す図である。
【０００９】
図１において、走行車両をトラクタとし、該トラクタに本発明の油圧式無段変速装置２０と前後進切換装置２１を搭載した実施例について全体構成から説明する。走行車両の本機の前後に前輪１及び後輪２を支承し、前部のボンネット６内部には駆動源となるエンジン５を配置し、該ボンネット６の後方を操作部として、ステアリングハンドル１０を設けており、該ステアリングハンドル１０の後方にはシート１１を配設している。また、シート１１とステアリングハンドル１０の間の下方に配設したステップ１２上には、前後進切換及び変速を可能とする前後進切換操作具となる前後進ペダル１３が配置されている。該前後進ペダル１３の回動基部にはその回動を検知するセンサー１６が配置され、該センサー１６は制御回路１９を介して後述する前後進切換装置２１を切り換えるアクチュエータ１７と、可動斜板３５を回動するアクチュエータ１８と接続されている（図２）。但し、前後進切換及び変速を操作する手段として、ペダルの代わりにレバーやボリューム等を用いることも可能である。また、センサーの代わりにスイッチ等により前進側または後進側への回動を検知できるものであれば、限定するものではない。また、アクチュエータ１７・１８はシリンダやモータ等で構成できるが、アクチュエータを用いずにリンク等を介して連動連結することも可能である。
【００１０】
図２、図３において、エンジン５の出力軸３０後部にダンパーまたはクラッチを介して油圧式無段変速装置２０の入力軸３１と連結され、該油圧式無段変速装置２０の後部に前後進切換装置２１が配置され、その後部にデフ装置２２が配置され、該デフ装置２２から後輪２が駆動される。また、前後進切換装置２１の出力軸５０より図示しない前輪駆動切換装置を介して前輪１を駆動できるようにしている。これら油圧式無段変速装置２０、前後進切換装置２１、デフ装置２２、前輪駆動切換装置はミッションケース９内に収納されている。但し、図７に示すように、油圧式無段変速装置２０と前後進切換装置２１をユニットとして一体的に設けて、ミッションケース９内に前後進切換装置２１の一部を収納する構成とすることも可能である。なお、前後進切換装置２１である程度減速されるが、出力軸５０の後段に更に副変速装置を設けて減速比を変更可能とする構成とすることも可能である。
【００１１】
また、前記入力軸３１の後端にＰＴＯ軸１５が連結され、該ＰＴＯ軸１５はミッションケース９後端から後方に突出されて、該ＰＴＯ軸１５から図示しないユニバーサルジョイント等を介して機体後端に設けた作業機装着装置を介して装着した作業機を駆動するように構成している。但し、図６に示すように、入力軸３１の後端とＰＴＯ軸１５の間にＰＴＯクラッチ２３または図示しないＰＴＯ変速装置を設けることも可能である。
【００１２】
次に、動力伝動系の構成について説明する。前記油圧式無段変速装置２０は可変油圧装置３２と差動油圧装置３３とからなり、言い換えると、静止した当接部材によってピストンの突出入を行う可変油圧装置３２と、ピストンの突出入によって入力回転に対し、相対または同期回転のいずれかを行う出力回転部を有する差動油圧装置３３とから構成される。前記可変油圧装置３２は本実施例では、アキシャルピストン型で可変容積型の油圧ポンプで構成し、差動油圧装置３３はアキシャルピストン型で固定容積型の油圧モータより構成しているが、差動油圧装置３３は図４に示すように、可変容積型とすることも可能である。
【００１３】
また、可変油圧装置３２と差動油圧装置３３は入力軸３１上に一体的に設けられ、前後割りとしたケース２５内に油圧式無段変速装置２０と前後進切換装置２１が収納されて、一つのユニットとして構成している。図示しないがケース２５は上下割りまたは左右割りとすることも可能である。また、可変油圧装置３２と差動油圧装置３３の閉回路内に作動油を補給するためにトロコイド型のチャージポンプ２６が入力軸３１上に設けられているが、チャージポンプを設けずに自給式とすることも可能である。このように、油圧式無段変速装置２０と前後進切換装置２１を一つのユニットに構成することによって、車両や作業機等に搭載するときに組立易くなり、後付け等も容易にでき、変速装置自体をコンパクトに構成できる。
【００１４】
前記可変油圧装置３２のピストン（またはプランジャ）４０・４０・・・と差動油圧装置３３のピストン（またはプランジャ）４１・４１・・・は同一のシリンダブロック３４内にそれぞれ摺動自在に収納し、該シリンダーブロック３４は前記入力軸３１上にスプライン嵌合している。また、可変油圧装置３２のピストン４０・４０・・・は入力軸３１を中心として同一円周上に配置して、シリンダーブロック３４の一側から出退可能に配置している。該ピストン４０・４０・・・の頭部は可動斜板３５に当接され、該可動斜板３５は入力軸３１の軸心の一点を中心に円弧状に回動可能に配置され、該可動斜板３５は前記前後進ペダル１３と連動連結されている。
【００１５】
差動油圧装置３３のピストン４１・４１・・・はシリンダーブロック３４の他側から出退可能に配置されて、その頭部は固定斜板（または可動斜板）３６に当接または嵌合され、該固定斜板３６は入力軸３１上に軸受を介して回転自在に支持された出力体となる出力ギヤ３７にベアリングを介して取り付けられている。このようにピストン４０とピストン４１は互いに反対方向に突出するように配置して、円周上で重ならないように配置することによってコンパクトな構成としている。また、ピストン４０とピストン４１内またはシリンダ内に収容できる容量を変更することで、変速比を変更することができる。
【００１６】
また、前記ピストン４０とピストン４１の間のシリンダブロック３４内には連通油路３９が形成され、該連通油路３９への各ピストン４０からの作動油の出入り口にはそれぞれ制御弁４２が配置され、該制御弁４２はプランジャ状に構成されて出退可能に配置され、該制御弁４２の端部はベアリングを介してカム４３に当接されている。該カム４３は制御弁４２を往復摺動させて作動油の給排を制御し、カム４３は前記可動斜板３５をガイドする受体４４に固定されている。
【００１７】
また、前記差動油圧装置３３側の各ピストン４２と連通油路３９の間にはそれぞれ制御弁４５が設けられ、該制御弁４５はプランジャ状に構成されてシリンダブロック３４に出退可能に配置され、該制御弁４５の先端はベアリングを介してカム４６に当接され、該カム４６は制御弁４５を往復摺動させて作動油の給排を制御し、入力軸３１上に遊嵌した出力ギヤ３７に固定されている。
【００１８】
このようにして、可変油圧装置３２と差動油圧装置３３は連通油路３９を介して閉回路が構成されて、該閉回路内への圧油の補給は、入力軸３１の軸芯に設けた油路３１ａを介してチャージポンプ２６から圧油が供給される。該チャージポンプ２６は入力軸３１上に配置されているが、他の軸上に配置することもできる。また、ケース２５の外側にポンプケースを設けて収納しているが、ケース２５にチャージポンプ２６を構成することも可能である。
【００１９】
このような構成において、入力軸３１が回転されると、該入力軸３１に固定したシリンダブロック３４が回転され、該シリンダブロック３４の回転によって可動斜板３５に当接したピストン４０・４０・・・が出退摺動し、作動油が吐出される。
【００２０】
つまり、可動斜板３５が入力軸３１に対して直角の位置のとき、即ち、ニュートラル（中立）の時は、ピストン４０・４０・・・はシリンダブロック３４とともに回転するが、出退することがなく作動油の移動はない。可動斜板３５が傾倒されると、ピストン４０・４０・・・は摺動して出退することになり、伸長（進出）することでピストン４０内に作動油を吸い込み、縮小（退入）することによってピストン４０内の作動油を吐出する。この吸い込み時に低圧側の油路より作動油を吸入し、吐出時に高圧側の油路へ作動油を吐出するように前記制御弁４２で切り換えるのである。尚、制御弁４２に当接するカム４３を取り替え、或いは、回転させる等の操作によって吸入時期、または吐出時期を変更できる。また、可動斜板３５の傾倒角度を大きくする程、吐出量を増加することができ、変速比を大きくすることができる。
【００２１】
一方、差動油圧装置３３のピストン４１に作動油が供給され、制御弁４５の作動によって縮小位置のピストン４１に作動油が圧送されてピストン４１を伸長し、固定斜板３６を押して出力ギヤ３７を回転させる。最伸長位置からは制御弁４５の切り換えによって、ピストン４１へは圧油が送油されず、ピストン４１内の作動油を低圧側の連通油路に送油する。尚、カム４６を取り替え、または、回転させる等の手段で吐出時期を変更できる。また、固定斜板３６を可動斜板とすることによって、可変容積型の差動油圧装置とすることができ、更に広い範囲で変速比を変更することができるようになる。
【００２２】
次に前後進切換装置２１の構成を説明する。前記出力体（出力ギヤ）３７は二連の歯車で構成され、入力軸３１と平行にケース２５に回転自在に横架した出力軸５０上には前進歯車５１と後進歯車５２が遊嵌され、前進歯車５１は前記出力ギヤ３７の一方の歯車３７ａと噛合し、後進歯車５２はカウンター歯車５３を介して前記出力ギヤ３７の他方の歯車３７ｂと噛合させている。
【００２３】
そして、前記前進歯車５１及び後進歯車５２にはそれぞれ小歯車５１ａ・５２ａが形成され、前進歯車５１と後進歯車５２の間の出力軸５０上にはスプラインカラー５４が固定され、該スプラインカラー５４上にスライダ５５が摺動可能に外嵌され、該スライダ５５はシフター５６が係合され、該シフター５６はアクチュエータ１７の作動ロッド１７ａに固定され、該アクチュエータ１７を作動させることによってスライダ５５を摺動させて、小歯車５１ａと噛合させることによって、前進回転を出力軸５０に伝え、小歯車５２ａと噛合させることによって後進回転を出力軸５０に伝えるようにしている。このようにして、前後進切換装置２１を構成している。この前後進切換装置２１は前記油圧式無段変速装置２０と共にケース２５内に収納され、一つのユニットとしてコンパクトに構成している。
【００２４】
但し、前記前後進切換装置２１のスライダ５５等からなる切り換え部の構成は前記構成に限定するものではなく、図４に示すように、出力体３７に設けることも可能である。つまり、出力体３７はパイプ状のスプライン軸３７’に構成して、該スプライン軸３７’を入力軸３１上に遊嵌し、該スプライン軸３７’上に前進歯車５１’と後進歯車５２’を遊嵌し、前進歯車５１’と後進歯車５２’の間にスライダ５５’をスプライン嵌合して摺動自在に配置する。そして、出力軸５０上に従動歯車６１・６２を固設して、前進歯車５１’と従動歯車６１を噛合し、後進歯車５２’はカウンター歯車５３を介して従動歯車６２と噛合させる構成とすることも可能である。
【００２５】
また、スライダまたは歯車の摺動により、前後進を切り換えるようにする構成の代わりに、図５に示すように、前進歯車５１と後進歯車５２に油圧クラッチ５８・５９を設け、該油圧クラッチ５８・５９を断接することによって前後進を切り換えるように構成することもできる。また、図示しないがシンクロメッシュ式やボールクラッチ式や電磁クラッチ式等により前後進を切り換えるようにすることもでき、限定するものではない。
【００２６】
また、図６に示すように、油圧式無段変速装置２０と前後進切換装置２１を別々のケースに収納して分離可能に構成するこもできる。こうすることで、油圧式無段変速装置２０と前後進切換装置２１をミッションケースの別々に配置して、他の機器との関係で干渉しない位置に取り付けることで、設計変更を容易にすることができる。また、後付けや主変速装置のみ変更する等の設計変更も容易にできるのである。
【００２７】
なお、図６において、出力体３７は一つの歯車３７”として、該歯車３７”より切換軸６３上に固設した伝動歯車６４に動力を伝達し、該切換軸６３上にスプライン嵌合したスライダ５５’を摺動させて前進歯車５１または後進歯車５２の小歯車５１ａまたは５２ａと噛合させることで前後進を切り換えられるようにしている。
【００２８】
また、図３において、前記アクチュエータ１７はソレノイドで構成して、該アクチュエータ１７は制御回路１９を介して前後進ペダル１３の回動基部に設けたセンサー１６と接続され、前後進ペダル１３を前進方向へ回動したときに、アクチュエータ１７を伸長させて、スライダ５５を前進歯車５１の小歯車５１ａと噛合させ、後進方向に回動したときに、アクチュエータ１７を縮小して、後進歯車５２の小歯車５２ａと噛合させるようにしている。但し、アクチュエータ１７はソレノイドに限定するものではなく電動シリンダやモータ等であっても良い。
【００２９】
また、図６に示すように、シフター５６’をリンク６５（またはロッドやアームやワイヤ等）を用いて操作具としてのレバー１３’と連結する構成とすることもできる。また、前後進ペダル１３はレバー等の操作具であり限定するものではない。
【００３０】
以上のように構成することによって、可動斜板を回動したときの回転数との関係を図８より説明すると。前後進ペダル１３を前進側へ回動すると、センサー１６がその回動方向を検知して、アクチュエータ１７のその回動方向に対応して作動ロッド１７ａを作動して、前後進切換装置２１を切り換える。この場合前進側に切り換える。
【００３１】
そしてその回動時において、前後進ペダル１３の回動に比例して可動斜板３５が最マイナス角度からプラス方向に回動される。つまり、可動斜板３５が中立（角度０）のときの出力体（出力ギヤ）３７の回転数は、エンジン５の出力軸５０の回転数と略一致する。そして、中立位置からプラス（前進）側に回動すると、入力軸３１の回転に加えて、差動油圧装置３３によって変速された動力が加えられる。即ち、出力軸３０の回転に対して相対的に増速されることになる。
【００３２】
逆に、可動斜板３５を中立からマイナス（後進）側に回動すると、入力軸３１の回転に加えて、差動油圧装置３３によって変速された動力が逆方向に回転が加えられる。即ち、相対的に減速されるようになる。そして、最マイナス位置でエンジン５からの回転と差動油圧装置３３からの回転が相殺されて、出力体３７の回転が停止するようにしている。つまり、油圧式無段変速装置２０のマイナス側への変速領域ではエンジン５の出力軸３０の回転よりも大きくならないようにしている。言い換えれば、油圧式無段変速装置２０の変速操作によって出力体３７の回転はエンジンの出力軸３０の回転方向と逆方向には回転しないように設定している。
【００３３】
また、前後進ペダル１３を後進側に回動すると、センサー１６がその回動方向を検知して、アクチュエータ１７のその回動方向に対応して作動ロッド１７ａを作動して、前後進切換装置２１を後進側に切り換える。そして、前後進ペダル１３の回動に比例して可動斜板３５が最マイナス角度からプラス方向に回動され。差動油圧装置３３が前記同様に逆回転から正回転方向へ増速されるのである。但し、本実施例では前進側と後進側の回転数は略同じ変速比としているが、後進側への走行速度は余り速くする必要はないので、歯数の変更等によって後進側の変速比は前進側よりも小さくするように構成することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、次のような効果を奏する。
エンジン（５）の出力軸（３０）に油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）を連結し、前記油圧式無段変速装置（２０）に前後進切換装置（２１）を配置し、前記油圧式無段変速装置（２０）は、可変油圧装置（３２）と差動油圧装置（３３）を一体的に構成し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）は、油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）を中心として同一円周上に配置して、該入力軸（３１）の上にスプライン嵌合されたシリンダブロック（３４）内にそれぞれ摺動自在に収納し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）は、シリンダブロック（３４）の一側から出退可能に配置し、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）の頭部は、可動斜板（３５）に当接し、該可動斜板（３５）は、油圧式無段変速装置（２０）の入力軸（３１）の軸心の一点を中心に円弧状に回動可能に配置され、かつ前後進切換操作具（１３）と連動連結され、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）は、同一のシリンダブロック（３４）内にそれぞれ摺動自在に収納し、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）は、前記シリンダブロック（３４）の他側から出退可能に配置されて、前記差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）の頭部は、固定斜板又は可動斜板（３６）に当接又は嵌合され、前記可変油圧装置（３２）のピストン（４０・・）と差動油圧装置（３３）のピストン（４１・・）とは、同一のシリンダブロック（３４）の内外において円周上で重ならないように配置し、互いに反対方向に突出し、前記前後進切換装置（２１）と油圧式無段変速装置（２０）とを一つのユニットとしたので、前後進切換装置（２１）と油圧式無段変速装置（２０）とが一つのユニットとなるためコンパクトに構成できて軽量化が図れ、汎用性も増し、車両等への組み付けを簡単に行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  トラクタの全体側面図である。
【図２】  動力伝動系を示すスケルトン図である。
【図３】  本発明のトランスミッションの断面図である。
【図４】  前後進切換装置の他の実施例を示すスケルトン図である。
【図５】  同じく前後進切換装置を油圧クラッチで鵜構成したトランスミッションの断面図である。
【図６】  前後進切換装置を着脱可能に構成したスケルトン図である。
【図７】  ミッションケース内に前後進切換装置の一部を収納した実施例の断面図である。
【図８】  可動斜板の角度と回転数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１３  前後進切換操作具（前後進ペダル）
２０  油圧式無段変速装置
２１  前後進切換装置
３０  出力軸
３２  可変油圧装置
３３  差動油圧装置
３７  出力体（出力ギヤ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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