KYB技報第51号

2015―10

製品紹介

トラクタ走行用マニュアルサーボ付きHST
HVFD42Fの開発
稲１

田隆

則・

はじめに三浦

拓２

開発背景

也

農作業に利用されている農業機械のうち，乗用トラクタ，コンバイン，田植え機などでは，走行用変近年，農業機械（トラクタ，コンバイン）は大型化の傾向にあり，これまで機械式ミッションが主流

速 機 と し て 静 油 圧 無 段 変 速 機（Hydro StaticTransmission，以下HST（用語解説「HST」p.59参照））が使われている．HSTの特徴は，出力回転数（すなわち走行速度）を無段階で調整でき，出力軸の回転方向を連続的に正逆転可能で，また，閉回路構成によってダイナミックブレーキが得られることである．変速操作はHSTに搭載された操作用シャフトを左右に回転させることで行う．通常はリンクを介して運転席近傍にレバーを取り付け，前に動かせば前進，中立へ戻せばブレーキがかかり停止，後ろに動かせば後進する．このようにブレーキを含めた車速の制御がレバー １ 本で行えるため，走行操作が非常に簡単になる点がHSTを搭載する大きなメリットである．
KYBで は こ れ ま で 様 々 な 農 業 機 械 に む け て，HSTの生産拡販を行ってきた．今回，ラインアッであったエンジン出力60PSクラスのトラクタにもHSTを搭載する機種が登場し始めている．
当社のHSTラインアップを図 ２ に示す．当社の既存のHSTは，押しのけ容積37㎤/rev（HVFD37F）が最大で，50PSクラスまでしか対応できていなかったため，より高出力なHSTの開発が急務であった．
一方で低コスト化の市場要求も根強いため，既存のHVFD37Fをベースにコストアップを抑制しつつ，高出力化を目指すこととした．

プの拡充のため，更なる高出力化と効率の向上を図ったHVFD42（図 １ ）を開発したので，その内容

図２について紹介する．

３
3. １HSTラインアップ

開発品の設計仕様
仕様

表 １ に本開発品の基本仕様を示す．ポンプは押しのけ容積－41.5～ ０ ～41.5㎤/rev（マイナスは吐出ポートが入れ替わり，モータが逆回転することを意味する）の連続可変容量型ピストンポンプであり，モータは押しのけ容積41.5㎤/revの固定容量型ピストンモータである．
3. ２ 高出力化
HSTの伝達動力の高出力化について説明する．
油圧モータの出力回転数は変化させず，出力動力を増やすためには，トルクアップが必要である．油圧
図１

HVFD42F（開発品）

モータ理論出力トルクは⑴式で示される．
― 55 ―

トラクタ走行用マニュアルサーボ付きHST
表１④ ピストン本数を増やす

開発品の基本仕様

押しのけ容積ポンプ－41.5～41.5［㎤/rev］

モータ

41.5

T =HVFD42Fの開発

最 大 傾 角［deg］

20

最 大 圧 力［MPa］

37.3

入力回転数［rpm］

1000～2600

V ⋅P
2π②～④については，ロータリパーツ（図 ３ ）の形状変更を伴い，新規開発が必要で大幅なコストアップが懸命されたため，本開発では①の方策を採用した．

………⑴

ここで，T：油圧モータ理論トルク，V：油圧モータ押しのけ容積，P：油圧モータ有効圧力⑴式より，高出力化の方策は以下の ２ つであるこ
図３とがわかる．
① HSTの容積を増やす② 駆動圧力を高める
開発品では出力トルク目標値として １ ランク下位機種（HVFD37F）比20%UPに設定し，HVFD37Fに対し圧力アップ（34.3MPa→37.3MPa）および，押しのけ容積アップにより高出力化した．開発品と既存品（HVFD28F，HVFD37F）の仕様を表 ２ にロータリパーツ

図 ４ に示すように既存品（HVFD37F）は，斜板角度18degの設定である．今回の開発において，斜板傾角の限界調査試験を実施し，微小な設計変更だ
けで斜板角度は20degまで問題なく作動することを確認でき，既存品から大きな部品変更およびサイズ変更なく，大容量化を達成することができた．

示す．
表２形式出力仕様
HVFD28 HVFD37 本開発品

最大容量［㎤/rev］

28.1

37.0

41.5

最大圧力［MPa］

37.3

34.3

37.3

最大出力トルク［N･m］

169202

246（100％） （122％）

3.2. １ 押しのけ容積の大容量化
開発品の押しのけ容積大容量化方策について説明する．
ピストンポンプ，モータの理論押しのけ容積Vを⑵式に示す．

π 2
V = ⋅ d p ⋅ z ⋅ d c ⋅ tanθ
4⒜HVFD42F
図４⒝HVFD37F
ロータリパーツ断面

3.2. ２高圧化への対応開発品では，圧力仕様の高圧化（34.3→37.3MPa）に伴い，ロータリパーツの見直しを実施した．
一つ目は，ピストンシューの多重パッド化である．

………⑵

開発品は高圧に対応する為，図 ５ ⒜に示すように，シューを多重パッドにすることで剛性を向上し変形

ここで，dp：ピストン径，z：ピストン本数，dc：
ピストンピッチ円直径，θ：斜板傾転角⑵式より，容積は以下の ４ つの方策によって増加させることができる．

を抑え，更に内側にパッドを追加することで面圧分布を均一化し，接触面圧を抑える設計とした．
3. ３ 開発品の特徴
3.3. １ 低騒音① 斜板傾転角を増やす② ピストンのピッチ円直径を大きくする③ ピストン径を大きくする

圧力仕様の高圧化に伴い，斜板に作用する力が増大し，斜板の振動振幅が増加し，特に高負荷圧力時の騒音が大きくなることが従来よりわかっており，― 56 ―

KYB技報⒜多重パッド

第51号

2015―10⒝シングルパッド

図７

機械効率の傾転角依存性

3.3. ３

全効率測定結果
上述の高圧化，高傾転化方策により高出力化を達成し，さらに，バルブプレート形状の見直しによる容積効率向上も併せて実施した結果，図 ８ に示すように，開発品の効率は既存品に対して全効率で約 ５%向上し，高効率化の市場要求にも対応できる製品となっている．
図５シュー形状の違いと面圧分布

本開発品も騒音低減が課題であった．
バルブプレートの開口特性見直しによる斜板加振力低減を実施した結果，騒音レベルを約5dB低減することができた．対策前後のベンチ試験における騒音測定結果を図 ６ に示す．
実機においても，対策による騒音低減効果が認められた．

図８

HST全効率（開発品，HVFD37）

3. ４ 操作性の向上
開発品では，HVFD37Fに対し高出力化を実施したため，斜板の傾転モーメントが大きく，従来以上の高い操作力（ペダル踏力）が必要となる．そのため，油圧を介して斜板を操作することで，操作力が変化しないようにすることが可能な「サーボレギュ

図６レータ」を搭載することとした．
3.4. １ サーボレギュレータとは当社のHST変速操作機構は以下の ３ 種類のオプションがある．

騒音測定結果3.3. ２ 高傾転化による効率向上
斜板傾角を増加させると機械効率が向上すること① ダイレクトマニュアル（手動入力，手動傾転）② マニュアルサーボ（手動入力，油圧傾転）は，従来より知られている．図 ７ に斜板傾転角ごとに機械効率を測定した結果を示す．斜板傾転角が増加すると機械効率が向上しており，特に低圧域では傾角の影響が大きいことが分かる．実際にトラクタ③ 電子サーボ（電流入力，油圧傾転）①のダイレクトマニュアルタイプは最も安価であるが，ポンプ斜板と母機の操作レバー・ペダルが直結となるため，HSTの負荷圧力によって操作力（ペの走行時のHST駆動圧力は ５ ～10MPa前後である
ことから，移動の頻度が多い使われ方では燃費低減

ダル踏力）が変化してしまう問題がある．
②のマニュアルサーボレギュレータは，HSTレ効果があると考えられる．

バーへの角度指令と斜板傾角との差を検知し制御ス― 57 ―

トラクタ走行用マニュアルサーボ付きHST

HVFD42Fの開発

プールを開口させ，斜板傾転用ピストンへの油圧を制御することで，斜板を操作しているため，操作力性を重視したセッティングにすることができる．その結果，サーボレギュレータ側に中立帯を有する製は一定かつ低くなる．
③の電子サーボレギュレータは，電磁比列弁によって斜板傾転用ピストンへの油圧を制御する構造品と比較してレギュレータの応答性が良く，お客様からご好評を頂いている．

である．母機操作レバー・ペダルとHST間のリンク接続が不要となり，電子制御化することで変速制御の自由度が向上する．

４

おわりに市場から求められる高出力化に加え，高効率なHSTを開発し，HSTラインアップを拡充すること

3.4. ２ レギュレータ応答性
走行用HSTは，変速レバーを中立に戻した時に車両を確実に停止させるため，中立不感帯（以下，中ができた．本報で紹介した開発品は，お客様において量産採用が決定し，現在量産中である．
農業機械用HSTに求められる市場要求は電子化，立幅）が必要である．中立機構には大きく分けて以下の ２ 種類の方法があり，①の構成が一般的である．

高効率化，高変速比化など多岐に渡り，今後もこれらの要求に対応可能な製品の開発に尽力していきたい．
最後に，本製品の開発にあたり，ご支援頂きまし① サーボレギュレータに中立幅を持たせる② HST本体に中立幅を持たせる
当社のマニュアルサーボレギュレータ付きHST
は，②の構成を採用しており，制御スプールは応答著

た関係部署の方々に，この場を借りて厚く御礼申し上げます．

者 

稲田三浦隆則拓也

2009年入社．ハイドロリックコン

2014年入社．ハイドロリックコン

ポーネンツ事業本部技術統轄部製ポーネンツ事業本部技術統轄部製品企画開発部第一開発室．油圧ポ

品企画開発部第一開発室．油圧ポ

ンプ・モータ製品の開発に従事．

ンプ・モータ製品の開発に従事．

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