(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が可変容量の、油圧ポンプと油圧モータにより構成されるＨＳＴ無段変速機を用いた油圧伝動部と、該油圧伝動部と機械式伝動部の両方に接続された遊星歯車部とを具備した油圧−機械式変速機（ＨＭＴ）において、該ＨＳＴ無段変速機のみによるＨＳＴモードの変速状態と、エンジンからの入力軸の駆動力と、前記油圧モータの出力を、遊星歯車部において合成したＨＭＴモードの変速状態の切換えを、クラッチにより可能とし、前記エンジンより前記油圧ポンプに入力する入力軸が、該遊星歯車部に入力すると共に、該遊星歯車部に入力する動力伝動パイプの内側を通って、エンジンの動力を出力するＰＴＯ軸に接続されることを特徴とする油圧−機械式変速機。
【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−機械式変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＴＯ軸に動力源よりの動力を出力する際には、ＨＳＴ無段変速機に入力される以前もしくは以後にギヤおよび伝動軸を用いて新たな動力伝達経路を構成して前記ＰＴＯ軸に動力を伝達している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の変速機構では、機構が複雑になり、コストが掛かる。このため、小型農業機械や建設機械などの産業機械や車両もしくは船舶に変速機を搭載する際には不適切である。
また、前述のごとく、ＰＴＯ軸に動力を伝達する場合には、該ＰＴＯ軸に動力を伝達するためのギヤおよび伝動軸を配置する空間を新たに構成する必要があり、変速機をコンパクトに構成することが困難であり、部品点数が大幅に増え製作にコストがかかる。さらに、動力源よりギヤおよび伝動軸を介す数が増すにつれフリクションロスにより動力伝達効率が低下する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明が解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
少なくとも一方が可変容量の、油圧ポンプと油圧モータにより構成されるＨＳＴ無段変速機を用いた油圧伝動部と、該油圧伝動部と機械式伝動部の両方に接続された遊星歯車部とを具備した油圧−機械式変速機（ＨＭＴ）において、該ＨＳＴ無段変速機のみによるＨＳＴモードの変速状態と、エンジンからの入力軸の駆動力と、前記油圧モータの出力を、遊星歯車部において合成したＨＭＴモードの変速状態の切換えを、クラッチにより可能とし、前記エンジンより前記油圧ポンプに入力する入力軸が、該遊星歯車部に入力すると共に、該遊星歯車部に入力する動力伝動パイプの内側を通って、エンジンの動力を出力するＰＴＯ軸に接続されることを特徴とする油圧−機械式変速機である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について説明する。
図１は油圧−機械式変速機の正面図、図２はＡ−Ａ線断面図、図３は油圧−機械式変速機のスケルトン図、図４は変速状態に対応したクラッチの作動状況を示す図である。
【０００６】
図１および図２において、油圧−機械式変速機（ＨＭＴ）の構成について説明する。該油圧−機械式変速機（ＨＭＴ）は、ＨＳＴ無段変速機２１および遊星歯車部７を備えるミッション３０により構成されている。
ＨＳＴ２１はＨＳＴケース３１およびセンターセクション３２に内包される油圧ポンプ２２および油圧モータ２３を備えており、該センターセクション３２はミッション３０のケース３３に固設されている。
【０００７】
該ＨＳＴ２１には入力軸２５が挿嵌貫通されており、該入力軸２５には油圧ポンプ２２の可動斜板２２ａおよびシリンダブロック２２ｂが挿嵌されている。該シリンダブロック２２ｂは入力軸２５に相対回動不能に挿嵌されており、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。
【０００８】
該シリンダブロック２２ｂにはプランジャーポンプ２２ｃが複数摺動自在に配設されている。該プランジャーポンプ２２ｃの先端には前記可動斜板２２ａが当接しており、該可動斜板２２ａの傾斜角を調節することにより、油圧ポンプ２２の作動油の吐出量を調節可能に構成されている。油圧ポンプ２２により吐出された作動油はセンターセクション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。
【０００９】
ＨＳＴ２１の油圧モータ２３には油圧モータ出力軸２６が挿嵌されており、該油圧モータ出力軸２６の一端はＨＳＴケース３１に回動自在に枢支されている。油圧モータ出力軸２６には油圧モータ２３の可動斜板２３ａおよびシリンダブロック２３ｂが挿嵌されており、該シリンダブロック２３ｂは油圧モータ出力軸２６に相対回動不可に構成されている。該シリンダブロック２３ｂにはプランジャーポンプ２３ｃが複数摺動自在に配設されおり、該プランジャーポンプ２３ｃの先端には前記可動斜板２３ａが当接しており、該可動斜板２３ａの傾斜角を調節することにより、油圧モータ２３の容量を調節可能に構成されている。該構成により、前記油圧ポンプ２２より送油される作動油量に対しての回転速度を調節する構成になっている。
【００１０】
次にミッション３０の構成について説明する。
該ミッション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、油圧モータ出力軸２６、駆動軸２７および駆動軸１８が配設され、回動自在に支持されている。
また、ミッションケース３３内には遊星歯車より構成される遊星歯車部７が設けられており、該ミッションケース３３内において遊星歯車部７はクラッチ部３５とケース３４により分割されている。遊星歯車部７は後述するサンギヤ１、プラネタリーギヤ２・３、入力ギヤ４、キャリヤ６により構成されており、該キャリヤ６に固設したギア５は遊星歯車部７とともにケース３４によりクラッチ部３５より隔離される構成となっている。
【００１１】
クラッチ部３５には前記油圧モータ出力軸２６上に挿嵌されたクラッチ１１および駆動軸２７上に挿嵌されたクラッチ１２が配設されている。該クラッチ１１のクラッチハウジングは油圧モータ出力軸２６上に固設されており、クラッチ１１のクラッチボックスは油圧モータ出力軸２６に挿嵌された転がり軸受に挿嵌されている。クラッチ１１のクラッチボックスにはギヤ１４が固設されており、該クラッチ１１を接続することにより油圧モータ出力軸２６とともにギヤ１４が駆動される。
また、該クラッチ１２のクラッチハウジングは駆動軸２７上に固設されており、クラッチ１２のクラッチボックスは駆動軸２７に挿嵌された転がり軸受に挿嵌されている。クラッチ１２のクラッチボックスにはギヤ１６が固設されており、ラッチ１２を接続することにより駆動軸２７とともにギヤ１６が駆動される。
【００１２】
ミッションケース３３内においてケース３４により遊星歯車部７がクラッチ部３５から隔離される構成をとるので、遊星歯車部７をクラッチ１１・１２より発生するスラッジ等より保護することができ、該遊星歯車部７の耐久性を向上している。
【００１３】
入力軸２５にはサンギヤ１が挿嵌固定されており、ギア４の一体成形された動力伝動パイプ２８が相対回動可能に挿嵌されている。前記遊星歯車部７は入力軸２５およびギヤ４が一体成形された動力伝動パイプ２８に挿嵌された構成になっている。遊星歯車部７のキャリア６に固設されたギヤ５は駆動軸２７に挿嵌固定されたギヤ９に噛合しており、該ギヤ９は駆動軸１８に挿嵌固定されたギヤ１９に噛合している。該構成により前記ギヤ５の駆動力がギヤ９・１９を介して駆動軸１８に伝達される構成になっている。
【００１４】
該入力軸２５の後端にはクラッチ４１のクラッチボックスが固設されており、該クラッチ４１のクラッチハウジングはＰＴＯ軸４２上に挿嵌固定され、相対回動不能に構成されている。入力軸２５とＰＴＯ軸４２は同一直線上に構成されており、クラッチ４１を作動させ該クラッチ４１を介して入力軸２５とＰＴＯ軸４２を接続することが可能である。該クラッチ４１により入力軸２５の出力がＰＴＯ軸４２に伝達される構成になる。
また、入力軸２５を油圧ポンプ２２に挿嵌している部分と遊星歯車部７を挿嵌し、動力伝動パイプ２８に挿嵌した部分に分割可能に構成し、該入力軸２５の分割部分をスプライン形状に構成し、該入力軸２５をサンギヤ１と一体構成されたボスにより接続することも可能である。
【００１５】
該構成により、入力軸２５の出力が直接ＰＴＯ軸４２に伝達されるため、入力軸２５からＰＴＯ軸４２への動力伝達における損失を低減し、高い動力伝達効率により入力軸２５の出力をＰＴＯ軸４２に伝達することができる。これにより、ＰＴＯ軸４２における出力を向上できるとともに、動力伝達における損失が少ないため、ＰＴＯ軸４２駆動時における燃費を良くすることができる。
さらに、該入力軸２５とＰＴＯ軸４２が同一直線上に位置するとともに、クラッチ４１により直接接続されるため、ミッション３０内において入力軸２５よりＰＴＯ軸４２への動力伝達のための機構を簡素化でき、該ミッション３０をコンパクトに構成できる。また、上記構成により、入力軸２５よりＰＴＯ軸４２への動力伝達のための機構において構成部材の部品点数を少なくできるので、変速機の組立性が向上すると共にコストの低減を行うことができる。
【００１６】
また、上記の構成において入力軸２５の出力は前記遊星歯車部７に油圧モータ２３の出力を導入するギヤ１０、ギヤ５およびキャリヤ６の内側を通り、前記ＰＴＯ軸４２に伝達される。即ち、前述のごとく、遊星歯車部７を挿嵌する入力軸２５よりＰＴＯ軸４２へ出力が伝達されるので、ミッション３０において構成をコンパクトにすることができる。
【００１７】
図３において、エンジン２４の出力はＨＳＴ２１、遊星歯車部７のどちらか一方もしくはＨＳＴ２１および遊星歯車部７を介して駆動軸２７に伝達される。
エンジン２４には入力軸２５の一端が接続されており、該エンジン２４の出力は入力軸２５を介してＨＳＴ２１に導入される。ＨＳＴ２１は油圧ポンプ２２および油圧モータ２３により構成されており、該油圧ポンプ２２および油圧モータ２３は容量を可変に構成されている。このため、該油圧ポンプ２２もしくは油圧モータ２３の容量を調節することにより、油圧ポンプ２２に対する油圧モータ２３の駆動比を調節することができる。
油圧ポンプ２２には前記入力軸２５が接続しており、該入力軸２５により油圧ポンプ２２が駆動される。上記の構成によりエンジン２４の出力は入力軸２５を介してＨＳＴ２１の油圧ポンプ２２を駆動し、該油圧ポンプ２２により油圧モータ２３が駆動される。該油圧モータ２３には油圧モータ出力軸２６が接続されており、該油圧モータ２３により駆動される構成になっている。
【００１８】
また、前記入力軸２５の他端は遊星歯車部７に接続している。
遊星歯車部７はサンギヤ１、プラネタリーギヤ２、プラネタリーギヤ３、キャリヤ６および入力ギヤ４により構成されている。該サンギヤ１は入力軸２５の他端に挿嵌固定されており、該サンギヤ１にはプラネタリーギヤ２が噛合している。プラネタリーギヤ２はプラネタリーギヤ３に噛合しており、プラネタリーギヤ３は入力ギヤ４に噛合している。前記プラネタリーギヤ２・３はそれぞれキャリヤ６に固設された枢軸に回動自在に枢支されており、サンギヤ１に対して公転する構成になっている。
また、遊星歯車部７において、プラネタリーギヤ２およびプラネタリーギヤ３は三対配設されており、プラネタリーギヤ２およびプラネタリーギヤ３は前記キャリア６の回動中心を同心円とした円周上を回動する構成になっている。
サンギヤ１の外周上にはプラネタリーギヤ２が噛合しており、キャリヤ６の回動中心に対して該プラネタリーギヤ２より外側にプラネタリーギヤ３が配設されている。また、キャリヤ６にはギヤ５が固設されており、サンギヤ１、入力ギヤ４、キャリヤ６およびギヤ５の回動中心は同一直線上に位置するように構成されている。
キャリヤ６に固設した前記ギヤ５は駆動軸２７に挿嵌固定されたギヤ９に噛合しており、該ギヤ９に駆動力を伝達可能に構成されている。
【００１９】
前記入力ギヤ４は動力伝動パイプ２８の一端において該動力伝動パイプ２８の外周上に一体的に形成されており、該動力伝動パイプ２８の他端の外周上にはギヤ１０が挿嵌固定されている。該ギヤ１０には油圧モータ出力軸２６に挿嵌されたギヤ１４が噛合している。該ギヤ１４には油圧モータ出力軸２６に挿嵌固定されたクラッチ１１のクラッチボックスに固設されており、該クラッチ１１を作動させることにより該油圧モータ出力軸２６とともにギヤ１４が駆動される構成になっている。
また、油圧モータ出力軸２６の一端の外周上にはギヤ１５が挿嵌固定されており、該ギヤ１５は駆動軸２７に挿嵌したギヤ１６に噛合している。該ギヤ１６は駆動軸２７に挿嵌固定されたクラッチ１２のクラッチボックスに固設されており、該クラッチ１２を作動させることによりギヤ１６により、駆動軸２７に駆動力を与えギヤ１６とともに駆動軸２７を回動させる構成になっている。
【００２０】
上記構成において、クラッチ１１が切られており、クラッチ１２が作動し、ギヤ１６と駆動軸２７が接続されている場合には、前記ＨＳＴ２１の油圧モータ出力軸２６の駆動力により駆動軸２７が駆動される。該駆動軸２７に伝達された駆動力は前記ギア９・１９を介して駆動軸１８に伝達される。
前記エンジン２４の出力回転はＨＳＴ２１において変速され油圧モータ出力軸２６より出力される。該油圧モータ出力軸２６が駆動されることにより、ギヤ１５が駆動され、該ギヤ１５に噛合したギヤ１６が駆動される。該ギヤ１６にはクラッチ１２のクラッチボックスが固設されており、該クラッチ１２が作動しているため、ギヤ１６と駆動軸２７が接続される。これにより、油圧モータ出力軸２６の出力により駆動軸２７が駆動され、駆動軸１８が駆動される。
即ち、クラッチ１１の接続を切り、クラッチ１２を作動させることにより、ＨＳＴ２１により変速された駆動力のみにより前記駆動軸１８を駆動する。
【００２１】
また、クラッチ１１が作動し、ギヤ１４と油圧モータ出力軸２６が接続され、クラッチ１２の接続が切られている場合には、入力軸２５の駆動力と油圧モータ出力軸２６の駆動力が遊星歯車部７において合成され、該遊星歯車部７において合成された出力により駆動軸１８が駆動される。
サンギヤ１には入力軸２５を介してエンジン２４の出力が伝達され、該サンギヤ１により入力軸２５の駆動力が遊星歯車部７に導入される。また、油圧モータ出力軸２６の駆動力はクラッチ１１の接続によりギヤ１４を介してギヤ１０に伝達される。該ギヤ１０により動力伝動パイプ２８が駆動され、該動力伝動パイプ２８に一体形成された入力ギヤ４が駆動される。該入力ギヤ４により油圧モータ出力軸２６の駆動力が遊星歯車部７に伝達される。
該遊星歯車部７において入力軸２５と油圧モータ出力軸２６の駆動力が合成され、キャリヤ６が駆動される。該キャリヤ６の駆動力は該キャリヤ６に固設されたギヤ５によりギヤ９に伝達され、ギヤ９により駆動軸２７に伝達される。
これにより、入力軸２５により遊星歯車部７に伝達された駆動力とＨＳＴ２１により変速された駆動力により駆動軸２７が駆動される。該駆動軸２７の駆動力がギヤ９・１９を介して駆動軸１８に伝達される。
【００２２】
また入力軸２５の一端にはクラッチ４１が接続されており、該クラッチ４１によりＰＴＯ軸４２に入力軸２５の出力が伝達される。このため、エンジン２４よりの出力を効率良くＰＴＯ軸４２に伝達することができる。
すなわち、該ＰＴＯ軸４２を駆動する場合には、クラッチ４１を接続することにより、ＰＴＯ軸４２を入力軸２５と一体回動させ、該入力軸２５の出力をＰＴＯ軸４２に伝達するものである。上記のごとくクラッチ４１を作動させることによりＰＴＯ軸４２をエンジン２４の出力に同期させて駆動できる構成になっている。
【００２３】
上記の構成において、図４に示すごとくクラッチ１２を作動させ、クラッチ１１の接続を切断した場合には、ＨＳＴ２１のみによる駆動（以下この駆動状態をＨＳＴモードとする。）を行うことができる。
該クラッチ１２が作動し、ギヤ１６の駆動力を駆動軸２７に伝達可能になることにより、油圧モータ出力軸２６の駆動力がギヤ１５、ギヤ１６を介して駆動軸２７に伝達される。即ち、エンジン２４の出力がＨＳＴ２１により変速され、該ＨＳＴ２１により変速された駆動力が油圧モータ出力軸２６より出力され、クラッチ１２の接続により駆動軸２７が駆動される。
【００２４】
また、クラッチ１１を作動させ、クラッチ１２を切ることにより、入力軸２５の駆動力とＨＳＴ２１の油圧モータ２３の出力を遊星歯車部７において合成し、該遊星歯車部７よりの出力による駆動（以下ＨＭＴモードとする。）を行うことができる。
クラッチ１１を作動させ、油圧モータ２３により油圧モータ出力軸２６を介してギヤ１４を駆動し、ギヤ１０を介して遊星歯車部７に動力を導入するとともに、入力軸２５よりサンギヤ１を介して遊星歯車部７に動力が伝達される。該遊星歯車部７において前記入力軸２５より伝達された出力と油圧モータ２３より伝達された出力が合成され、ギヤ５およびギヤ９を介して駆動軸２７に出力される。また、ギヤ９およびギヤ１９を介して駆動軸１８に出力される。
【００２５】
本実施例においては、低速駆動を前記ＨＳＴモードにより行い、中速及び高速駆動をＨＭＴモードにより行うものである。
低速駆動をＨＳＴモードにより行うので、低速域においても微細な駆動力の調節を行うことができ、低速作業時に高い操作性を維持することができる。
また、中速及び高速駆動をＨＭＴモードにより行うので、ＨＳＴ２１により駆動するよりも高い出力伝達効率を実現できるとともに、中速及び高速駆動において無段変速が可能となり操作性を向上できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、請求項１記載のごとく、少なくとも一方が可変容量の、油圧ポンプ（２２）と油圧モータ（２３）により構成されるＨＳＴ無段変速機（２１）を用いた油圧伝動部と、該油圧伝動部と機械式伝動部の両方に接続された遊星歯車部（７）とを具備した油圧−機械式変速機（ＨＭＴ）において、該ＨＳＴ無段変速機（２１）のみによるＨＳＴモードの変速状態と、エンジン（２４）からの入力軸（２５）の駆動力と、前記油圧モータ（２３）の出力を、遊星歯車部（７）において合成したＨＭＴモードの変速状態の切換えを、クラッチ（１１・１２）により可能とし、前記エンジン（２４）より前記油圧ポンプ（２２）に入力する入力軸（２５）が、該遊星歯車部（７）に入力すると共に、該遊星歯車部（７）に入力する動力伝動パイプ（２８）の内側を通って、エンジン（２４）の動力を出力するＰＴＯ軸（４２）に接続されるので、動力源より可変容量のＨＳＴ無段変速機（２１）に入った動力を伝達する入力軸の出力が直接ＰＴＯ軸に伝達されるため、該入力軸からＰＴＯ軸への動力伝達における損失を低減し、高い動力伝達効率により入力軸の出力をＰＴＯ軸に伝達することができる。これにより、ＰＴＯ軸における出力を向上できるとともに、動力伝達における損失が少ないため、ＰＴＯ軸駆動時における燃費を良くすることができる。
さらに、該入力軸とＰＴＯ軸が同一直線上に位置するとともに、クラッチにより直接接続されるため、ミッション内において入力軸よりＰＴＯ軸への動力伝達のためのミッション内の機構を簡素化でき、該ミッションをコンパクトに構成でき、変速機をコンパクトに構成できる。また、上記構成により、入力軸よりＰＴＯ軸への動力伝達のための機構において構成部材の部品点数を少なくできるので、変速機の組立性が向上すると共にコストの低減を行うことができる。
また、上記の構成において入力軸の出力は前記遊星歯車部に油圧モータの出力を導入する複数のギヤの内側を通り、前記ＰＴＯ軸に伝達される。即ち、前述のごとく、遊星歯車部を挿嵌する入力軸よりＰＴＯ軸へ出力が伝達されるので、ミッションにおける構成をコンパクトにすることができる。
これにより、該変速機を農業機械、建設機械等の産業機械や小型の作業車両もしくは小型船舶に容易に取付け可能であり、該変速機を配設する際の設計上の自由度がます。また、該変速機の部品点数を少なくできるので、該変速機を軽量に構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  油圧−機械式変速機の正面図である。
【図２】  Ａ−Ａ線断面図である。
【図３】  油圧−機械式変速機のスケルトン図である。
【図４】  変速状態に対応したクラッチの作動状況を示す図である。
【符号の説明】
１  サンギヤ
２  プラネタリーギヤ
３  プラネタリーギヤ
４  入力ギヤ
５  ギヤ
７  遊星歯車部
９  ギヤ
１０  ギヤ
１１  クラッチ
１２  クラッチ
２１  ＨＳＴ
２４  エンジン
２５  入力軸
２６  油圧モータ出力軸
２７  駆動軸
２８  動力伝動パイプ
３６  ギヤ
３７  ギヤ
４１  クラッチ
４２  ＰＴＯ軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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