(57)【要約】【課題】低温時におけるアクスルハウジング内の潤滑油の油面レベルを低くすること。【解決手段】入力軸（２４）の先端が臨み、この入力軸の先端に連結したピニオンギア（２５）とリングギア（２７）とを収容させた入力側ケース（２１）と、この入力側ケースに連結され、出力軸（３０）を挿通させた左右の出力側ケース（２２）とを備え、内部に形成された潤滑油溜り部（３２）に潤滑油が貯留されたアクスルハウジング（２３）を有するアクスル装置（２０）において、潤滑油溜り部に装着され、内部に圧縮性気体を封入した可撓バッグ（３３）を有し、アクスル装置の停止状態において、潤滑油の油面レベルは第１の位置（Ｈ’）にあり、アクスル装置の駆動後の定常状態において、潤滑油の油面レベルは、可撓バッグの熱膨張により第１の位置より高い第２の位置（Ｈ）まで上昇する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の先端が臨み、この入力軸の先端に連結したピニオンギアとリングギアとを収容させた入力側ケースと、この入力側ケースに連結され、出力軸を挿通させた左右の出力側ケースとを備え、内部に形成された潤滑油溜り部に潤滑油が貯留されたアクスルハウジングを有するアクスル装置において、
前記潤滑油溜り部に装着され、内部に圧縮性気体を封入した可撓バッグを有し、
前記アクスル装置の停止状態において、潤滑油の油面レベルは第１の位置にあり、
前記アクスル装置の駆動後の定常状態において、潤滑油の油面レベルは、前記可撓バッグの熱膨張により前記第１の位置より高い第２の位置まで上昇することを特徴とするアクスル装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記出力軸の先端側と基端側とにそれぞれ設けられ、当該出力軸を回転自在に支持する軸受と、
前記出力側ケースの内面のうち２つの前記軸受の間の部分に形成され、前記可撓バッグが固定されるための凹部と、を有することを特徴とするアクスル装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記可撓バッグに取り付けられ、当該可撓バッグが熱膨張時に部分的に膨張するのを防止するための規制部材を有することを特徴とするアクスル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばホイールローダやフォークリフト等に装着されるアクスル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ホイールローダは、通常、車体が前後に２分割されており、前部車体にアーム、バケット等からなる作業装置が取付けられている。また、後部車体には、エンジン、トルクコンバータ、トランスミッション、油圧ポンプ等が搭載され、エンジンの動力はトルクコンバータを介してトランスミッションに伝達されるようになっている。トランスミッションの出力軸はプロペラシャフトを介してアクスル装置に接続されており、アクスル装置を介して左，右のホイールが回転駆動する。
【０００３】
アクスル装置は、その中間部に配置された入力側ケースと、この入力側ケースと連通して左右に延在する２つの出力側ケースとから成るアクスルハウジングを有する。入力側ケースの内部には、駆動源からの回転力が伝達される入力軸が臨み、この入力軸の先端にはピニオンギアが設けられている。また、入力側ケース内には出力軸を回転駆動するためのリングギアが設けられている。ピニオンギアはリングギアと噛合しており、入力軸を回転駆動すると、ピニオンギアとリングギアとの噛合による動力の伝達が行われて、左右の出力軸が回転することになる。また、出力側ケースは、その内部に出力軸が左右方向に向けて挿通されている。そして、各々の出力軸は出力側ケースから外部に延在されて、その先端に左右のホイールが取り付けられる。
【０００４】
回転の伝達を円滑かつ効率的に行うために、入力軸の両端及び出力軸の両端近傍位置にはそれぞれ軸受が装着されている。このアクスルハウジングの内部には潤滑油が貯留されており、入出力軸が回転することで潤滑油が各摺動部（ギア、軸受等）に跳ねかけられる。以上の構成を有するホイールローダのアクスル装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
ここで、アクスルハウジング内の潤滑油は、入出力軸の回転に伴って温度が上昇するため、アクスル装置の動作状況に応じて潤滑油の粘度や油面レベルが変動する。潤滑油の油面レベルを制御する技術として、例えば特許文献２，３が公知である。
【０００６】
特許文献２には、「潤滑油を貯留する油溜り部と、潤滑油に一部浸漬している回転ギアと、潤滑油のオイルレベルを調整する油面レベル調整手段とを有する変速機の潤滑油調整装置であって、油面レベル調整手段は、油溜り部内に設けられた油室と、油室に連結され、回転ギアの近傍に設けられた開口部より回転ギアの回転数に応じて潤滑油を油室に流出入させる油路と、油室内に設け、油室内に供給される潤滑油の増減に応じて昇降自在なピストン状のフロート部材とからなり、回転数に応じて油室内の潤滑油を増減させ、フロート部材を昇降させ、油面レベルを調整する」構成が記載されている（要約参照）。
【０００７】
また、特許文献３には、「底部に潤滑液を溜めるハウジングと、潤滑液に少なくとも一部が浸漬している昇降部材（スプール）と、潤滑液に浸漬され潤滑液の温度増減に感応して変形し昇降部材を潤滑液の液面を一定に保持させる方向に昇降させる感熱変形部材とを備えた液面安定機構」が記載されている（特許請求の範囲参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２０２５３５号公報
【特許文献２】特開２００９−２７５８８６号公報
【特許文献３】特公平３−４６７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アクスル装置の潤滑性能を良好に保つためには、アクスルハウジング内の所定の油面レベル（例えば出力軸の軸心より若干低い位置）まで潤滑油が貯留される必要がある。しかし、アクスル装置の駆動開始時には、アクスルハウジング内の潤滑油の温度は低温（大気温度程度）であるため、上記した所定の油面レベルまで潤滑油が貯留されていると、入出力軸のギアが潤滑油を撹拌して跳ねかける際の撹拌抵抗が大きくなり、駆動源に掛かる負荷（トルク）が大きくなるという課題がある。
【００１０】
しかしながら、特許文献２，３に記載された従来技術では、何れも潤滑油の温度が低い場合において、入出力軸への撹拌抵抗を抑える構成ではないため、駆動源に掛かる負荷を軽減することができない。
【００１１】
本発明は、潤滑油が低温の場合において、入出力軸への撹拌抵抗を抑えたアクスル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するために、代表的な本発明は、入力軸の先端が臨み、この入力軸の先端に連結したピニオンギアとリングギアとを収容させた入力側ケースと、この入力側ケースに連結され、出力軸を挿通させた左右の出力側ケースとを備え、内部に形成された潤滑油溜り部に潤滑油が貯留されたアクスルハウジングを有するアクスル装置において、前記潤滑油溜り部に装着され、内部に圧縮性気体を封入した可撓バッグを有し、前記アクスル装置の停止状態において、潤滑油の油面レベルは第１の位置にあり、前記アクスル装置の駆動後の定常状態において、潤滑油の油面レベルは、前記可撓バッグの熱膨張により前記第１の位置より高い第２の位置まで上昇することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アクスル装置の停止状態では、可撓バッグが膨張していないので、潤滑油の油面レベルを第１の位置に抑えられる。よって、潤滑油を撹拌する際に入出力軸へ掛かる撹拌抵抗を抑えることができる。そのため、アクスル装置と接続する駆動源に掛かる負荷は軽減される。また、アクスル装置の駆動後の定常状態においては、可撓バッグが熱膨張して油面レベルが第２の位置まで上昇するため、良好な潤滑状態を保持することができる。なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】アクスル装置が用いられる建設機械の一例としてのホイールローダの正面図である。
【図２】要部を破断して示すアクスル装置の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】潤滑油温と撹拌抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】可撓バッグの第２の実施形態を示す断面図である。
【図７】可撓バッグの第３の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、図１にアクスル装置を搭載した建設機械の一例としてホイールローダ１を示す。ホイールローダ１は、後部車体２と、この後部車体２に対して左，右方向に揺動可能に連結された前部車体３とから構成される。後部車体２及び前部車体３の左，右両側には、それぞれホイール４，５が設けられ、前部車体３に作業装置６が俯仰動可能に設けられている。後部車体２には、駆動源となるエンジン７、トルクコンバータ８、トランスミッション９、図示しない油圧ポンプ等が搭載されている。さらに、後部車体２の上側には、オペレータが搭乗するキャブ１０が設けられている。
【００１６】
トランスミッション９にはプロペラシャフト９ａ，９ｂが前後に延在されており、これらのプロペラシャフト９ａ，９ｂはアクスル装置１１，１２に接続されている。１１は後部車体２の下側に位置して設けられた後側アクスル装置であり、１２は前部車体３の下側に位置して設けられた前側アクスル装置であり、これら両アクスル装置１１，１２は左右方向、つまり車両の幅方向に向けて延在されている。
【００１７】
ホイールローダ１を駆動するに当っては、エンジン７を起動することによって、トランスミッション９のプロペラシャフト９ａ，９ｂを回転駆動し、その駆動力を後側アクスル装置１１及び前側アクスル装置１２に伝達して、車両を駆動する。プロペラシャフト９ａ，９ｂは、それぞれ後側アクスル装置１１及び前側アクスル装置１２を駆動するものであり、これら後側アクスル装置１１及び前側アクスル装置１２に装着したホイール４，５が回転することによって、車両が走行することになる。
【００１８】
アクスル装置１１，１２はトランスミッション９の動力を前輪側及び後輪側のホイール４，５に伝達するためのものであり、それらの構成は実質的に同じものとなっている。そこで、図２及び図３にアクスル装置の具体的な構成を示すが、アクスル装置１１，１２の構成は実質的に同じものであることから、これら図２及び図３においては、アクスル装置２０として説明する。アクスル装置２０は中央部の入力側ケース２１と、この入力側ケース２１の左右方向に延在させた出力側ケース２２とからなるアクスルハウジング２３を有するものである。
【００１９】
図３に入力側ケース２１の断面を示す。この入力側ケース２１には、プロペラシャフト９ａまたは９ｂに接続した入力軸２４が挿通されており、この入力軸２４の先端にはピニオンギア２５が連設されている。入力側ケース２１の内部には伝達軸２６が設けられており、この伝達軸２６にはリングギア２７が連結して設けられている。このリングギア２７にはピニオンギア２５が噛合しており、入力軸２４を回転駆動すると、ピニオンギア２５とリングギア２７との噛合部を介して伝達軸２６が回転駆動される。ここで、入力軸２４を入力側ケース２１内で安定して円滑に回転させるために、その両端側に軸受２８，２８が装着されている。なお、図３において、２９はオイルシールである。
【００２０】
一方、出力側ケース２２の構成は図２に示されている。出力側ケース２２はアクスルハウジング２３において、入力側ケース２１の左右両側に張り出すように設けられ、内部に出力軸３０が挿通されている。出力軸３０は伝達軸２６に連結されて、この伝達軸２６と一体的に回転するようになっており、先端は出力側ケース２２から外部に導出されている。そして、この出力軸３０にホイール４，５が取り付けられることになる。
【００２１】
アクスル装置２０の出力軸３０は、その基端側、即ち伝達軸２６への連結側、及び先端、即ちホイール４，５への連結側の位置にはそれぞれ軸受３１を介して出力側ケース２２のハウジング内面２２ａに回転自在に支持されている。
【００２２】
ここで、出力側ケース２２の内部には、そのハウジング内面２２ａと出力軸３０の外周面との間は所定の間隔だけ離間しており、その間に円環状の空間が形成されている。この空間内には潤滑油が所定の油面レベルとなるようにして貯留されている。この空間が潤滑油溜め３２として機能するものであり、この潤滑油溜め（潤滑油溜り部）３２内には軸受３１等を潤滑するための潤滑油が貯留されている。また、出力側ケース２２の潤滑油溜め３２は入力側ケース２１内にも連通している。この潤滑油が入力軸２４の回転により跳ねかけられて、リングギア２７とピニオンギア２５との噛合部が潤滑されることになる。
【００２３】
アクスル装置２０はホイールローダ１の前後の車体２，３における下面部に設けられており、その出力側ケース２２は概略水平方向に向けられている。図２，４にて図示したものにあっては、アクスルハウジング２３内において、潤滑油溜め３２内の潤滑油の油面レベル（高さＨ）は出力軸３０の軸心が臨む高さより僅かに低い位置となっている。これは、潤滑油の温度が高い定常状態において好ましい油面レベルになるように潤滑油が貯留されていることを意味する。なお、後述するように、低温時には撹拌抵抗を抑えるために油面レベルを高さＨ’まで下げる仕組みになっている。勿論、高さＨ’まで油面レベルを下げても、各摺動部の潤滑に支障をきたすことがないよう設計されている。
【００２４】
そして、潤滑油溜め３２に貯留された潤滑油の中に浸漬した状態で可撓バッグ３３が装着されている。より詳細には、出力側ケース２２のハウジング内面２２ａには、２つの軸受３１の間の位置に凹状のバッグ収容部（凹部）３４が形成されており、可撓バッグ３３はこのバッグ収容部３４に固着されている。バッグ収容部３４を設けることにより、可撓バッグ３３の取付位置を調整することなく、可撓バッグ３３を所定の位置に簡単に取り付けることができる。
【００２５】
可撓バッグ３３は、内部に圧縮性気体としての空気を封入した密閉性の高いゴム等のように弾性を有する可撓性容袋であって、全長は前後の軸受３１，３１間の間隔より短い長さの円弧状または円環状のものであり、全体が扁平な形状としている。なお、可撓バッグ３３の表面（バッグ収容部３４と固着する面と反対側の面）は出力軸３０に対面しており、潤滑油溜め３２内の温度が上昇すると可撓バッグ３３が熱膨張するが、その表面が出力軸３０と非接触状態に保持されるように、可撓バッグ３３の弾性の度合が調整されている。したがって、可撓バッグ３３が破損することはなく、また、可撓バッグ３３が出力軸３０に絡まって回転の妨げとなることもない。なお、可撓バッグ３３に封入される圧縮性気体として、空気のほかに例えばヘリウム、窒素等の気体を用いても良い。
【００２６】
次に、潤滑油の油温と撹拌抵抗との関係を図５に示す。この図から明らかなように、潤滑油の温度が低いと、高粘度状態になるため撹拌抵抗が大きくなる。そのため、低温時には、出力軸３０や伝達軸２６、さらにリングギア２７等を回転させる際にエンジン７等が過負荷になる。よって、潤滑油の温度が低温のときには、潤滑油の油面レベルを下げて少しでも撹拌抵抗を小さくするのが好ましい。
【００２７】
一方、潤滑油の温度が４０℃であるときに、撹拌抵抗の値が例えば図５に示した値であるとして、潤滑油の温度が８０℃に上昇すると、潤滑油の粘度が低下することになり、撹拌抵抗は低下する。潤滑油の温度が１００℃になると、粘度がさらに低下するため撹拌抵抗もさらに低下する。
【００２８】
以上のことから、潤滑油の温度が低い状態では、アクスルハウジング２３内の潤滑油の油面レベルが低いことが撹拌抵抗の観点から望ましい。一方、潤滑油の温度が高い状態では、各摺動部の良好な潤滑状態を保つためにも油面レベルは所定の高さにある方が望ましい。そこで、本実施形態では可撓バッグ３３の熱膨張を用いて油面レベルを自動的に調整するようにしている。その仕組みについて、以下、詳しく説明する。
【００２９】
アクスル装置２０の停止状態（初期状態）では、潤滑油の温度は大気温度に依存し、低温である。そのため、可撓バッグ３３は膨張しておらず、潤滑油の油面レベルは図２、図４の二点鎖線で示す高さＨ’の位置（第１の位置）にある。そして、アクスル装置２０が駆動してしばらくすると定常状態となり、この定常状態において潤滑油の温度は、例えば８０〜９０℃程度まで上昇する。この高温状態では、可撓バッグ３３に封入されている空気が熱膨張するため、潤滑油の油面レベルを押し上げる。そのため、潤滑油の油面レベルは図２、図４の実線で示す高さＨの位置（第２の位置）まで上昇する。なお、本実施形態において、高さＨと高さＨ’の差は約２０ｍｍである。つまり、可撓バッグ３３の熱膨張により油面が約２０ｍｍ上昇するよう設計されている。
【００３０】
このように、本実施形態では、潤滑油の熱膨張係数と空気の熱膨張係数の違い（空気の方が潤滑油より熱膨張係数が遥かに高い）を利用して、潤滑油が低温のときには可撓バッグ３３は収縮した状態になり、入出力軸の回転によって潤滑油が高温になったときには可撓バッグ３３内の空気が膨張することで潤滑油の油面レベルを上昇させるようにしている。そのため、特に大掛かりな機構を用いなくても、低温時には油面レベルを低くすることができるため、低温時における撹拌抵抗を抑えることができる。よって、エンジン７等への過負荷を防止できる。そして、高温時には可撓バッグ３３が自ら膨張することで自動的に油面レベルが上昇するので、軸受等の潤滑を良好に維持することができる。
【００３１】
ここで、本発明において、可撓バッグは種々の形態での適用が可能である。以下、可撓バッグのその他の実施形態について説明する。上述したように、可撓バッグは、出力軸３０との接触を避けるために、ほぼ全面にわたって平面状態を保持したままで膨出する構造とする必要がある。そのため、可撓バッグの膨張を規制するための規制部材を設けると好適である。
【００３２】
この規制部材としては、例えば図６に示した構成とすることができる。即ち、同図に示した可撓バッグ１３３のように、バッグ収容部３４の内面に対する固着面１３３ａとは反対側の表面１３３ｂがほぼ平坦面を保ったまま拡縮するように、前後の両側部１３３ｃ，１３３ｃの中間部に弾性体からなるフレーム１３０，１３０を形成する。このように構成することによって、可撓バッグ１３３の表面１３３ｂが部分的に膨張することがなく、全面が均等な膨張することになる。
【００３３】
また、他の規制部材としては、図７に示した可撓バッグ２３３のように、バッグ収容部３４において、その底面から所定の間隔だけ離間した位置に金属板や樹脂板等から構成した規制プレート２００をネジ固定して設ける構成とすることもできる。これにより可撓バッグ２３３が熱の作用で膨張したときに、規制プレート２００に当接することになり、それ以後は可撓バッグ２３３が膨張することはない。
【符号の説明】
【００３４】
２０：  アクスル装置
２１：  入力側ケース
２２：  出力側ケース
２２ａ：  出力側ケースのハウジング内面（アクスルハウジング内面）
２３：  アクスルハウジング
２４：  入力軸
２５：  ピニオンギア
２７：  リングギア
３０：  出力軸
３１：  軸受
３２：  潤滑油溜め（潤滑油溜り部）
３３，１３３，２３３：  可撓バッグ
３４：  バッグ収容部（凹部）
１３０：  フレーム（規制部材）
２００：  規制プレート（規制部材）
Ｈ’：  第１の位置
Ｈ：  第２の位置
【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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