JP3703108B2 - 油圧機械式変速装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば走輪式油圧ショベル等の変速装置として、好適に使用できる油圧機械式変速装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変速装置は、機械式、油圧式（いわゆるＨＳＴ）、油圧機械式、ベルト式等、各種知られる。またこれら各形式も、例えば機械式が選択摺動式、常時噛合式、同期噛合式、遊星歯車式等と分類されるように、それぞれ分類される。
【０００３】
ところで上記各種変速装置の内、油圧機械式は、油圧ポンプ及び油圧モータによる油圧式動力伝達機構と、歯車による機械式動力伝達機構とを切換え使用可能に設けて入力回転を変速し出力するものである。そして近時、高トルクが得られる油圧式動力伝達機構を低速出力時に用い、他方、高伝達効率が得られる機械式動力伝達機構を高速出力時に用いる、例えば次のような油圧機械式変速装置が知られる。
【０００４】
（１）特開平５−４４８１５号公報記載の油圧機械式変速装置（本出願人による先の提案）は、機械式動力伝達機構と油圧式動力伝達機構とで２つの遊星歯車機構を共用し、かつ４つの直結クラッチを用いることにより、前後進各３速の油圧式変速走行と、前後進各３速の機械式変速走行との切換えを可能としている。
【０００５】
（２）特開平６−１５９４７４号公報記載の油圧機械式変速装置は、機械式動力伝達機構と油圧式動力伝達機構とで４つの複軸クラッチを共用し、かつ２つの直結クラッチを用いることにより、回送時における後進１速及び前進発進時の油圧式走行並びに前進１速〜前進４速の機械式走行と、作業走行時における前進１速〜前進４速の油圧式走行との切換えを可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで例えば走輪式油圧ショベルのように、油圧駆動される作業機を別途備えた自走車両では、低速走行しつつ作業機をフル駆動する機会が極めて多い。また公道では高速移動も要求される。このような自走車両に対し油圧機械式変速装置を搭載すれば、低速走行時は、油圧式動力伝達機構を用いることにより、しかもＨＳＴのように油圧ポンプ及び油圧モータを可変容量式とした油圧式動力伝達機構を用いることにより、前後進切換えを効率良く行うことができ、高トルクで発進でき、無段変速でき、かつ走行速度に係わらず作業機に対し大きな油圧馬力を分配でき、他方、高速走行時は、機械式動力伝達機構を用いることにより高伝達効率の走行を行えるという利点がある。しかるに上記従来技術は次のような問題点がある。
【０００７】
上記従来の２事例の油圧機械式変速装置は、油圧式動力伝達機構の油圧ポンプ及び油圧モータが可変容量式であるか否かが明記されていない。仮に２事例の油圧ポンプ及び油圧モータを可変容量式であるとするならば、それ自体が無段変速できるのであるから、これら２事例が「２つの遊星歯車装置や４つの複軸クラッチによって多段変速化されている」ことの趣旨が不明となる。また２事例は、多段変速された油圧式走行と、同じく多段変速された機機式走行とを切換え可能とするために多数の直結クラッチを用いるが、これでは構造が複雑となるばかりである。即ち、２事例は、上記説明の油圧機械式変速装置の利点を十分引き出せたものとは言えないのである。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、単純な構成で油圧機械式変速装置の利点を最大引き出した油圧機械式変速装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係わる油圧機械式変速装置は、例えば図１を参照して説明すれば、油圧ポンプ及び油圧モータによる油圧式動力伝達機構と、歯車による機械式動力伝達機構とを切換え使用可能に設けて入力回転を変速し出力する油圧機械式変速装置において、
(a) 機械式動力伝達機構２０は、一端でエンジンＡから回転力を入力し、他端で前記ポンプ１１を駆動する主軸２１を備え、前記主軸２１は第１遊星歯車機構２２と第２遊星歯車機構２３を備えると共に、第１遊星歯車機構２２の１つの要素２２ｃを回転、停止させる第１クラッチ２２ｄと、第２遊星歯車機構２３の１つの要素２３ｃを回転、停止させる第２クラッチ２３ｄを有し、この機械式動力伝達機構２０の出力軸２４を直接外部へ出力可能に設け、
(b) 油圧式動力伝達機構１０の油圧ポンプ１１及び油圧モータ１２は可変容量式として前後進切換えを行うことができるようにし、かつ、
(c) 油圧式動力伝達機構１０の出力軸１４と機械式動力伝達機構２０の出力軸２４との間に１つの直結クラッチ３０を設け、
(d) 前進１速及び後進時には、第１クラッチ２２ｄ、第２クラッチ２３ｄをともに解放して、第１遊星歯車機構２２の要素２２ｃと第２遊星歯車機構２３の要素２３ｃをともに回転自在とするとともに、直結クラッチ３０で油圧式動力伝達機構１０の出力軸１４と機械式動力伝達機構２０の出力軸２４とを接続することにより、油圧式動力伝達機構１０により動力を伝達し、前進２速時には、直結クラッチ３０を解放して油圧式動力伝達機構１０の出力軸１４と機械式動力伝達機構２０の出力軸２４との接続を解除し、第１クラッチ２２ｄを解放して第１遊星歯車機構２２の要素２２ｃを回転自在とし、第２クラッチ２３ｄを接続して第２遊星歯車機構２３の要素２３ｃを停止させることにより、機械式動力伝達機構２０により動力を伝達し、前進３速時には、直結クラッチ３０を解放して油圧式動力伝達機構１０の出力軸１４と機械式動力伝達機構２０の出力軸２４との接続を解除し、第１クラッチ２２ｄを接続して第１遊星歯車機構２２の要素２２ｃを停止させ、第２クラッチ２３ｄを解放して第２遊星歯車機構２３の要素２３ｃを回転自在とすることにより、機械式動力伝達機構２０により動力を伝達することを特徴としている。
【００１０】
また、上記構成において、直結クラッチ３０を変速装置ケースｂの潤滑油面Ｈよりも高い位置に設けてもよい。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、機械式動力伝達機構２０に遊星歯車機構を採用して小さなスペースで大きな減速比が１段又は多段得られるようにしてある。また、油圧式動力伝達機構１０に可変容量式の油圧ポンプ１１及び油圧モータ１２を採用し、それ自体で無段変速できるようにしてある。そして直結クラッチ３０は、只１つとし、これを接続することにより、油圧式動力伝達機構１０の出力が機械式動力伝達機構２０の出力に変わって外部へ出力可能とされている。
【００１３】
そしてこれらの有機的結合の結果として、直結クラッチ３０を接続して油圧式動力伝達機構１０の出力回転を外部への出力とするときは、その回転速度に関わりなく、駆動源を同じくする他のアクチュエータに対して所望の馬力を供給することを達成している。また上記構成によれば、油圧式動力伝達機構１０それ自体が無段変速可能であるため、従来技術のように複数の遊星歯車装置や複軸クラッチを油圧式動力伝達機構１０と機械式動力伝達機構２０とで共用させかつ油圧式走行と機械式走行とを多段変速させる必要がなく、機械式動力伝達機構２０のみを油圧式動力伝達機構１０とは無関係に多段変速可能としている。従って従来技術のように、油圧式走行と機械式走行との多段変速間の切換用に必要とされる複数の直結クラッチは不要となる。そこで上記構成では、只１つの直結クラッチ３０を採用している。即ち、上記構成によれば、構造のコンパクト化は元より、油圧機械式変速装置の利点を最大に引き出せるようになる。
【００１４】
尚、直結クラッチ３０を潤滑油面Ｈよりも高い位置に設けたため、直結クラッチ３０による潤滑油のかき回しがなくなる。この結果、潤滑油のかき回しによる動力伝達効率の低下や潤滑油の泡立ち等の不都合発生も阻止できる。
【００１５】
【実施例】
実施例を、そのギヤスケルトンである図１を参照して説明する。図１において、実施例Ｂなる油圧機械式変速装置は、図示しない走輪式油圧ショベル（以下、単に「例機」とする）に搭載されている。このため、例機のエンジンＡは、本実施例Ｂと、油圧ショベルなる作業機Ｃとに動力を必要量配分可能とされる必要がある。
【００１６】
即ち、実施例Ｂは、図１に示すように、油圧式動力伝達機構１０と、機械式動力伝達機構２０と、１個の直結クラッチ３０とを備えている。尚、油圧式動力伝達機構１０の一部（出力軸１４）と、機械式動力伝達機構２０と、直結クラッチ３０とは、変速装置ケースｂに内蔵されている。詳しくは次の通りである。
【００１７】
油圧式動力伝達機構１０は、オペレータの指令と作業機Ｃの状態とによりマイコン制御された指令Ｓ１を受け、この指令Ｓ１に応じた必要最適油量を吐出するように、押し退け容積を変化する可変容量式油圧ポンプ１１（以下、単に「ポンプ１１」とする）と、オペレータやマイコン等からの指令Ｓ２を受け、この指令Ｓ２に応じた必要最適トルクを得るように、押し退け容積を変化する可変容量式油圧モータ１２（以下、単に「モータ１２」とする）と、油路１３とで油圧回路を構成している。尚、ポンプ１１及びモータ１２は、変速装置ケースｂにおけるエンジンＡの装着面とは反対側面に装着し、実施例Ｂのコンパクト化に寄与させてある。
【００１８】
機械式動力伝達機構２０は、一端でエンジンＡから回転力を入力し、他端で前記ポンプ１１を駆動する主軸２１を備えている。主軸２１には、２つの遊星歯車機構２２、２３のサンギヤ２２ａ、２３ａが固設してある。図示左側の第１遊星歯車機構２２のプラネットキャリア２２ｂと、図示右側の第２遊星歯車機構２３のリングギヤ２３ｃとは一体連結され、また第２遊星歯車機構２３のプラネットキャリア２３ｂは出力軸２４にギヤ連結されている。出力軸２４は図示しないドライブシャフトに接続され、差動機や終減速機等を介して出力回転をホイールへ伝えることにより例機を自走可能としている。
【００１９】
従って第１遊星歯車機構２２のリングギヤ２２ｃを空転させ、かつ第２遊星歯車機構２３のリングギヤ２３ｃを変速装置ケースｂに固定させて得られる出力軸２４の回転速度は、第１遊星歯車機構２２のリングギヤ２２ｃを変速装置ケースｂに固定させ、かつ第２遊星歯車機構２３のリングギヤ２３ｃを空転させて得られる出力軸２４の回転速度よりも低速となる。
【００２０】
具体的には、本実施例では、クラッチ２３ｄへ図示しない油圧回路から圧油を送ってリングギヤ２３ｃを変速装置ケースｂに固定し、かつクラッチ２２ｄの圧油をドレンさせてリングギヤ２２ｃを空転させることにより、出力軸２４の低速回転を達成している。他方、前記とは逆に、クラッチ２２ｄへ図示しない油圧回路から圧油を送ってリングギヤ２２ｃを変速装置ケースｂに固定し、かつクラッチ２３ｄの圧油をドレンさせてリングギヤ２３ｃを空転させることにより、出力軸２４の高速回転を達成している。これらクラッチ２２ｄ、２３ｄへの圧油の給排は、オペレータ席の変速レバーやマイコンからの指令によって行っている。
【００２１】
尚、前記モータ１２の出力軸１４には、この出力軸１４の回転を前記出力軸２４に断続自在に伝達する１つの回転クラッチ３０が設けてある。即ち、オペレータ席からの変速レバーやマイコン等からの指令に基づき、前記両遊星歯車機構２２、２３のクラッチ２２ｄ、２３ｄの圧油がドレンし、かつ図示しない油圧回路から圧油が回転クラッチ３０に作用すると、出力軸２４には両遊星歯車機構２２、２３からの回転入力が遮断され、代わって出力軸１４の回転が入力する。つまり只一つの回転クラッチ３０で油圧式動力伝達機構１０と機械式動力伝達機構２０との使用を自在に切換えて変速を達成している（勿論、前述したように、機械式動力伝達機構２０内でもクラッチ２２ｄ、２３ｄへの圧油の給排により、２段変速を達成していることはいうまでもない）。即ち、前記回転クラッチ３０は、直結クラッチとなる。
【００２２】
上記実施例Ｂの効果を述べる。油圧式動力伝達機構１０の油圧ポンプ１１及び油圧モータ１２を可変容量式としたため、無段変速が可能となる。従って、
（１）前後進切換えを効率良く行うことができる。
（２）ポンプ１１の吐出量を多くし、他方モータ１２の押し退け容積を小さくすれば、作業機Ｃをフル稼働させつつ微速走行できる。
（３）油圧回路中に例えば流量制御弁等を追設すれば、油圧ポンプの吐出量を多くし、かつ油圧モータの押し退け容積も大きくした状態で、前記流量制御弁等によって油圧モータへの流量を絞れば、油圧ポンプからの流量を油圧機械式変速装置以外の駆動系へ大半回してこれをフル駆動させつつ、油圧機械式変速装置自体は高トルクで微速出力できる。尚、作業機Ｃが無ければ、油圧ポンプの吐出量を少なくし、他方油圧モータの押し退け容積を大きくすれば、高トルクで微速走行できる。
（４）上記（１）〜（３）の効果を備える油圧式動力伝達機構１０を前進１速用及び後進用とし、他方、機械式動力伝達機構２０の低速回転側を２速とし、高速回転側を３速とすることができる。
【００２３】
他方、両遊星歯車機構２２、２３を機械式動力伝達機構２０に専属させることにより只１つの直結クラッチ３０で油圧式走行と機械式走行との切換えを可能としたので、極めて簡素な構造の油圧機械式変速装置となる。勿論、機械式動力伝達機構２０の遊星歯車機構は、本実施例のように２つに限る必要はなく、１つでも、又は３つ以上でもよい。そしてこのような場合でも、直結クラッチ３０は只１つ設置するだけで良い。
【００２４】
尚、上記実施例Ｂの直結クラッチ３０は、図２（本実施例Ｂのポンプ１１側から見た断面図）に示すように、変速装置ケースｂの潤滑油面Ｈよりも高い位置に設けてある。この結果、直結クラッチ３０が回転時、潤滑油をかき回すことがなく、潤滑油かき回しによる動力の伝達損失及び潤滑油の飛散や泡立ち等の不都合発生を阻止できる。尚、直結クラッチ３０は、上記実施例のように、回転クラッチ３０に限る必要はない。
【００２５】
上記実施例Ｂでは、作業機Ｃへ圧油を送る油圧ポンプを、実施例Ｂにおける油圧ポンプと同じ（符号１１）としたが、作業機Ｃ用の油圧ポンプを別途備えてもよい。この場合でも、動力源なるエンジン１０は只一つであるだから、上記実施例Ｂと同様の効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
上記実施例の説明から明らかなように、本発明は、要すれば、特許請求の範囲記載の手段を講じたものであり、上記実施例の説明から分かるように、単純な構成で油圧機械式変速装置の利点を最大引き出した油圧機械式変速装置となる。詳しくは、次のような効果を奏する。
【００２７】
（１）油圧式動力伝達機構により、正逆転出力（車両ならば前後進）の切換えを効率良く行うことができる。
（２）油圧ポンプの吐出量を多くし、他方油圧モータの押し退け容積を小さくすれば、油圧機械式変速装置以外の駆動系をフル駆動させつつ、油圧機械式変速装置自体は微速出力できる。
（３）油圧ポンプの吐出量を少なくし、他方油圧モータの押し退け容積を大きくすれば、高トルクで微速出力できる。尚、油圧機械式変速装置以外に駆動系があるときは、油圧回路中に例えば流量制御弁等を追設し、油圧ポンプの吐出量を多くし、かつ油圧モータの押し退け容積も大きくした状態で、前記流量制御弁等によって油圧モータへの流量を絞れば、油圧ポンプからの流量を油圧機械式変速装置以外の駆動系へ大半回してこれをフル駆動させつつ、油圧機械式変速装置自体は高トルクで微速出力できる。
（４）只１つの直結クラッチで油圧式出力と機械式出力とを切り換えることができるので、コンパクトな油圧機械式変速装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のギヤスケルトン図（図２のＸ−Ｘ断面でのギヤスケルトン）である。
【図２】実施例の前視断面図である。
【符号の説明】
１０…油圧式動力伝達機構、１１…可変容量式油圧ポンプ、１２…可変容量式油圧モータ、１４…出力軸、２０…機械式動力伝達機構、２２…第１遊星歯車機構、２３…第２遊星歯車機構、２４…出力軸、３０…直結クラッチ、Ａ…エンジン、ｂ…変速装置ケース、Ｃ…作業機、Ｈ…油面。

Claims (2)

1. 油圧ポンプ及び油圧モータによる油圧式動力伝達機構と、歯車による機械式動力伝達機構とを切換え使用可能に設けて入力回転を変速し出力する油圧機械式変速装置において、
   (a) 機械式動力伝達機構（２０）は、一端でエンジン（Ａ）から回転力を入力し、他端で前記ポンプ（１１）を駆動する主軸（２１）を備え、前記主軸（２１）は第１遊星歯車機構（２２）と第２遊星歯車機構（２３）を備えると共に、第１遊星歯車機構（２２）の１つの要素（２２ｃ）を回転、停止させる第１クラッチ（２２ｄ）と、第２遊星歯車機構（２３）の１つの要素（２３ｃ）を回転、停止させる第２クラッチ（２３ｄ）を有し、この機械式動力伝達機構（２０）の出力軸（２４）を直接外部へ出力可能に設け、
   (b) 油圧式動力伝達機構（１０）の油圧ポンプ（１１）及び油圧モータ（１２）は可変容量式として前後進切換えを行うことができるようにし、かつ、
   (c) 油圧式動力伝達機構（１０）の出力軸（１４）と機械式動力伝達機構（２０）の出力軸（２４）との間に１つの直結クラッチ（３０）を設け、
   (d) 前進１速及び後進時には、第１クラッチ（２２ｄ）、第２クラッチ（２３ｄ）をともに解放して、第１遊星歯車機構（２２）の要素（２２ｃ）と第２遊星歯車機構（２３）の要素（２３ｃ）をともに回転自在とするとともに、直結クラッチ（３０）で油圧式動力伝達機構（１０）の出力軸（１４）と機械式動力伝達機構（２０）の出力軸（２４）とを接続することにより、油圧式動力伝達機構（１０）により動力を伝達し、前進２速時には、直結クラッチ（３０）を解放して油圧式動力伝達機構（１０）の出力軸（１４）と機械式動力伝達機構（２０）の出力軸（２４）との接続を解除し、第１クラッチ（２２ｄ）を解放して第１遊星歯車機構（２２）の要素（２２ｃ）を回転自在とし、第２クラッチ（２３ｄ）を接続して第２遊星歯車機構（２３）の要素（２３ｃ）を停止させることにより、機械式動力伝達機構（２０）により動力を伝達し、前進３速時には、直結クラッチ（３０）を解放して油圧式動力伝達機構（１０）の出力軸（１４）と機械式動力伝達機構（２０）の出力軸（２４）との接続を解除し、第１クラッチ（２２ｄ）を接続して第１遊星歯車機構（２２）の要素（２２ｃ）を停止させ、第２クラッチ（２３ｄ）を解放して第２遊星歯車機構（２３）の要素（２３ｃ）を回転自在とすることにより、機械式動力伝達機構（２０）により動力を伝達する
   ことを特徴とする油圧機械式変速装置。
2. 前記直結クラッチ（３０）を変速装置ケース（ｂ）の潤滑油面（Ｈ）よりも高い位置に設けたことを特徴とする請求項１記載の油圧機械式変速装置。

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