JP2020002917A - 静油圧式無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズおよびコストの増大を抑制しつつ、ニュートラル状態にすることができる、静油圧式無段変速機を提供する。【解決手段】油圧モータ１２には、シリンダブロック３２をバルブプレート３４から離間させる離間機構５１が設けられている。シリンダブロック３２がバルブプレート３４から離間されると、シリンダブロック３２の各シリンダ４１から開口４２を通してシリンダブロック３２とバルブプレート３４との間に生じた隙間５８に作動油が排出される。その結果、油圧モータ１２のモータ回転軸３１およびシリンダブロック３２が自由に回転可能になり、油圧モータ１２がニュートラル状態となる。【選択図】図３

Description

本発明は、コンバインなどに搭載される静油圧式無段変速機に関する。

たとえば、コンバインには、エンジンの動力を変速するために、ＨＳＴ（Hydro Static Transmission：静油圧式無段変速機）を搭載したものがある。

ＨＳＴは、油圧ポンプおよび油圧モータを備え、油圧ポンプと油圧モータとの間で作動油が循環する閉回路の油路を有している。ＨＳＴでは、エンジンの動力で油圧ポンプが駆動され、油圧ポンプが吐出する油により油圧モータが駆動される。そして、ＨＳＴを搭載したコンバインでは、油圧モータの動力がギヤを含む動力伝達機構を介して左右のクローラに伝達される。

特開２０１２−６２９７３号公報

コンバインでは、調整や緊急時の牽引などのために、ＨＳＴの油圧モータと左右のクローラとの間で動力が伝達されないニュートラル状態にする必要がある。

たとえば、メカ式の副変速機構を動力伝達機構に備える構成のコンバインでは、副変速機構によりニュートラル状態にすることができる。すなわち、メカ式の副変速機構は、ＨＳＴからの動力が入力される高速ギヤおよび低速ギヤを備えている。高速ギヤおよび低速ギヤは、シャフトにそれぞれ相対回転可能に支持されている。高速ギヤと低速ギヤとの間には、シフタがシャフトの回転軸線方向に移動可能に設けられている。シフタが高速ギヤおよびシャフトとスプライン結合することにより、高速ギヤとシャフトとが一体に回転する高速段が構成される。一方、シフタが低速ギヤおよびシャフトとスプライン結合することにより、低速ギヤとシャフトとが一体に回転する低速段が構成される。そして、シフタがシャフトのみとスプライン結合し、高速ギヤおよび低速ギヤとスプライン結合しないことにより、高速ギヤおよび低速ギヤからシャフトに動力が伝達されないニュートラル状態となる。しかし、メカ式の副変速機構を備えると、ＨＳＴおよび動力伝達機構を含むトランスミッションのサイズが大きくなる。

また、ＨＳＴに切換バルブを設け、切換バルブの切り換えにより油路から作動油をドレンして、ＨＳＴの油圧モータを自由に回転可能なニュートラル状態にする構成が考えられる。しかしながら、切換バルブに高圧・大流量のものが必要となり、コストが高くつく。

本発明の目的は、サイズおよびコストの増大を抑制しつつ、ニュートラル状態にすることができる、静油圧式無段変速機を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る静油圧式無段変速機は、油圧ポンプおよび油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される油圧モータを備える静油圧式無段変速機であって、油圧モータは、回転軸と、回転軸と一体的に回転し、かつ、回転軸の軸線方向に移動可能に設けられ、複数のシリンダが回転軸を中心とする円周方向に並べて形成され、軸線方向の一方側の端部にシリンダの個々とそれぞれ連通する開口が形成されたシリンダブロックと、シリンダに往復動可能に保持されたピストンと、シリンダブロックの一方側の端面が当接され、開口に作動油を供給または開口から作動油を排出するための給排ポートが形成されたバルブプレートと、シリンダブロックをバルブプレートから離間させる離間機構とを含む。

この構成によれば、油圧モータにおいて、シリンダブロックは、回転軸と一体的に回転し、かつ、回転軸の軸線方向に移動可能に設けられている。シリンダブロックには、複数のシリンダが回転軸を中心とする円周方向に並べて形成されている。各シリンダには、ピストンが往復動可能に保持されている。また、シリンダブロックの軸線方向の一方側の端部には、各シリンダに対応してその対応するシリンダと連通する開口が形成されている。シリンダブロックの軸線方向一方側の端面は、バルブプレートに当接する。バルブプレートには、開口に作動油を供給または開口から作動油を排出するための給排ポートが形成されている。

そして、油圧モータには、シリンダブロックをバルブプレートから離間させる離間機構が設けられている。これにより、シリンダブロックをバルブプレートから離間させることができる。シリンダブロックがバルブプレートから離間されると、シリンダブロックの各シリンダから開口を通してシリンダブロックとバルブプレートとの間に生じた隙間に作動油が排出される。その結果、油圧モータの回転軸およびシリンダブロックが自由に回転可能になり、油圧モータをニュートラル状態にすることができる。

よって、油圧モータをニュートラル状態にするために、高圧・大流量の切換バルブを設ける必要がないので、サイズおよびコストの増大を抑制することができる。

離間機構は、軸線方向と直交する方向に延びる支軸と、支軸に対してずれた位置で平行に延び、一端部がシリンダブロックに接続された接続軸と、支軸に対して固定され、接続軸に相対回転可能に接続されて、接続軸と支軸とを連結する連結部材とを含む構成であってもよい。支軸を回動させることにより、接続軸を移動させることができ、これに伴って、シリンダブロックを移動させることができる。

シリンダブロックには、接続軸の一端部が嵌まる案内溝が形成されていることが好ましい。この場合、支軸が回動されたときに、接続軸が支軸を中心に回動しつつ案内溝内を移動することにより、シリンダブロックを回転軸の軸線方向に直線的に移動させることができる。

本発明によれば、サイズおよびコストの増大を抑制しつつ、ニュートラル状態にすることができる。

本発明の一実施形態に係るＨＳＴの油圧回路の構成を示す回路図である。 ＨＳＴの側面図であり、一部を破断して示す。 油圧モータの断面図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ＨＳＴ＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＨＳＴ１の油圧回路の構成を示す回路図である。図２は、ＨＳＴ１の側面図であり、一部を破断して示す。

ＨＳＴ１は、たとえば、コンバインに搭載される。具体的には、コンバインには、エンジンと、エンジンの動力を変速してクローラなどの走行装置に伝達する変速装置とが搭載されている。ＨＳＴ１は、変速装置に備えられて、エンジンの動力を変速して出力する。ＨＳＴ１が出力する動力は、ギヤなどを含む動力伝達機構を介して走行装置に伝達される。

ＨＳＴ１は、油圧ポンプ１１および油圧モータ１２を備えている。ＨＳＴ１は、油圧ポンプ１１と油圧モータ１２との間で作動油が循環するように、油圧ポンプ１１と油圧モータ１２とを第１油路１３および第２油路１４で接続した閉回路の構成を有している。第１油路１３は、油圧ポンプ１１の第１ポート１５と油圧モータ１２の第１ポート１６とに接続されている。第２油路１４は、油圧ポンプ１１の第２ポート１７と油圧モータ１２の第２ポート１８とに接続されている。

また、ＨＳＴ１には、チャージポンプ２１が付随して設けられている。チャージポンプ２１は、固定容量型の油圧ポンプであり、ポンプ回転軸２２の回転により、チャージ油路２３に作動油を吐出する。チャージ油路２３は、第１チェックバルブ２４を介して第１油路１３に接続され、第２チェックバルブ２５を介して第２油路１４に接続されている。また、チャージ油路２３は、チャージリリーフバルブ２６を介して、オイルタンク２７に接続されている。

チャージリリーフバルブ２６の機能により、チャージ油路２３の油圧が所定のチャージ圧に維持される。第１油路１３の油圧がチャージ油路２３の油圧、つまりチャージ圧よりも低くなると、第１チェックバルブ２４が開成して、チャージ油路２３から第１チェックバルブ２４を介して第１油路１３に作動油が供給される。また、第２油路１４の油圧がチャージ圧よりも低くなると、第２チェックバルブ２５が開成して、チャージ油路２３から第２チェックバルブ２５を介して第２油路１４に作動油が供給される。これにより、第１油路１３および第２油路１４の油圧がチャージ圧以上に維持される。

ＨＳＴ１は、油圧ポンプ１１、油圧モータ１２、第１油路１３、第２油路１４、第１チェックバルブ２４、第２チェックバルブ２５およびチャージリリーフバルブ２６などを単一のケース２８（図２参照）に収容した一体型ＨＳＴとして構成されている。

油圧ポンプ１１は、可変容量型の斜板式ピストンポンプであり、シリンダブロック、シリンダブロック内に放射状に配置された複数のピストンおよびピストンが摺動するポンプ斜板などを備えている。油圧ポンプ１１とチャージポンプ２１とは、ポンプ回転軸２２を共通に有しており、シリンダブロックは、ポンプ回転軸２２と一体回転するように設けられている。

油圧ポンプ１１のポンプ斜板の傾斜角度は、サーボ機構（図示せず）により制御される。油圧ポンプ１１のポンプ回転軸２２の軸線に対するポンプ斜板の傾斜角度が９０°未満で大きいほど、油圧ポンプ１１からの作動油の吐出量が少なくなり、ポンプ斜板の傾斜角度が９０°であるとき、油圧ポンプ１１からの作動油の吐出が停止する。また、ポンプ斜板の傾斜角度が９０°を超えると（傾きが逆転すると）、傾斜角度が９０°未満のときと油圧ポンプ１１からの作動油の吐出方向が逆転する。

＜油圧モータ＞
図３は、油圧モータ１２の断面図である。

油圧モータ１２は、斜板式ピストンモータであり、モータ回転軸３１、シリンダブロック３２、ピストン３３およびバルブプレート３４を備えている。

モータ回転軸３１は、ケース２８に回転可能に支持されている。

シリンダブロック３２は、中心に貫通孔３５を有している。貫通孔３５にモータ回転軸３１が挿通されることにより、シリンダブロック３２は、モータ回転軸３１に外嵌されている。貫通孔３５の周面の一部には、スプライン３６が形成されている。これに対応して、モータ回転軸３１の外周面には、スプライン３７が形成されている。スプライン３６，３７が噛み合うことにより、モータ回転軸３１とシリンダブロック３２とがスプライン結合し、シリンダブロック３２は、モータ回転軸３１と一体的に回転し、かつ、モータ回転軸３１の軸線方向に移動可能に設けられている。

シリンダブロック３２には、複数のシリンダ４１がモータ回転軸３１を中心とする円周方向に等間隔に並べて形成されている。言い換えれば、シリンダブロック３２には、モータ回転軸３１の軸線を中心とする放射状に分散した複数の位置に、シリンダ４１が形成されている。シリンダ４１は、軸線方向に延びる有底円筒状の断面を有しており、その底面をなす部分には、開口４２が軸線方向に貫通して形成されている。

ピストン３３は、シリンダ４１に挿入されて、シリンダ４１に往復動可能に保持されている。ピストン３３の先端部は、シリンダ４１の外部に配置され、ピストンシュー４３を介して、モータ回転軸３１に対して傾斜したモータ斜板に当接している。

バルブプレート３４は、シリンダブロック３２に対してピストン３３の突出側（モータ斜板側）と反対側であって、ケース２８とシリンダブロック３２との間に配置されている。バルブプレート３４は、モータ回転軸３１の周囲を取り囲む円環板状に形成され、ケース２８に固定されている。バルブプレート３４には、複数の給排ポート４４が厚さ方向に貫通して形成されている。給排ポート４４は、ケース２８に形成された２つの給排油路４５と連通している。給排油路４５の一方は、図１に示される第１油路１３であり、その他方は、図１に示される第２油路１４である。そして、第１油路１３と連通する給排ポート４４は、図１に示される第１ポート１６であり、第２油路１４と連通する給排ポート４４は、図１に示される第２ポート１８である。

また、モータ回転軸３１には、コイル状のスプリング４６が外嵌されている。スプリング４６の一端は、モータ回転軸３１に接続されている。スプリング４６の他端は、一端よりもバルブプレート３４側に位置し、シリンダブロック３２に接続されている。スプリング４６は、圧縮状態に設けられ、シリンダブロック３２は、スプリング４６の弾性力によりバルブプレート３４側に付勢されている。そのため、通常は、シリンダブロック３２の端面がバルブプレート３４に押圧され、シリンダブロック３２とバルブプレート３４との間がシールされた状態となり、その状態でシリンダブロック３２の開口４２とバルブプレート３４の給排ポート４４とが連通している。

油圧モータ１２では、給排油路４５を介して作動油（圧油）を給排することにより、モータ回転軸３１が回転する。すなわち、バルブプレート３４の片側の給排ポート４４からその側に位置するシリンダ４１に開口４２を介して圧油が供給され、残りのシリンダ４１から開口４２を介して給排ポート４４に作動油を排出する。作動油が供給されたシリンダ４１のピストン３３が突出動作してモータ斜板の斜面を押圧しその反力の分力でシリンダブロック３２が回転し、シリンダブロック３２と一体的にモータ回転軸３１が回転する。

そして、油圧モータ１２は、シリンダブロック３２をバルブプレート３４から離間させるための離間機構５１が設けられている。離間機構５１は、支軸５２、接続軸５３、連結部材５４および操作アーム５５を含む。

支軸５２は、シリンダブロック３２とモータ回転軸３１の軸線方向と直交する方向に対向する位置において、ケース２８に回転可能に挿通され、軸線方向と直交する方向に延びている。

シリンダブロック３２の外周面には、２個の突条５６がモータ回転軸３１の軸線方向に間隔を空けてそれぞれ全周にわたって形成されている。これにより、シリンダブロック３２の外周面には、２個の突条５６に挟まれる案内溝５７が形成されている。接続軸５３は、ケース２８内に設けられ、その一端部が案内溝５７に嵌まり、モータ回転軸３１の軸線方向と直交する方向に延びている。接続軸５３の軸線は、支軸５２の軸線とずれている。

連結部材５４は、ケース２８内に設けられている。連結部材５４の一端部は、支軸５２に固定されている。連結部材５４の他端部は、接続軸５３に遊びを有して外嵌される円筒状に形成されている。

操作アーム５５は、ケース２８の外部に設けられ、一端部が支軸５２に固定され、支軸５２の軸線と直交する方向に延びている。

操作アーム５５が所定方向に回動操作されると、支軸５２と一体に連結部材５４が回動する。連結部材５４の回動により、接続軸５３は、支軸５２を中心に回動し、一方の突条５６に摺擦しつつ案内溝５７内を移動する。これにより、接続軸５３から一方の突条５６に力が加わり、その力によって、シリンダブロック３２がスプリング４６の付勢力に抗してモータ回転軸３１の軸線方向かつバルブプレート３４から離間する方向に直線的に移動する。その結果、シリンダブロック３２とバルブプレート３４との間に隙間５８が生じる。

操作アーム５５に加えられている力が解放されると、スプリング４６の付勢力により、シリンダブロック３２がバルブプレート３４側に押し戻されて、シリンダブロック３２の端面がバルブプレート３４に押圧される。

＜作用効果＞
以上のように、油圧モータ１２には、シリンダブロック３２をバルブプレート３４から離間させる離間機構５１が設けられている。シリンダブロック３２がバルブプレート３４から離間されると、シリンダブロック３２の各シリンダ４１から開口４２を通してシリンダブロック３２とバルブプレート３４との間に生じた隙間５８に作動油が排出される。その結果、油圧モータ１２のモータ回転軸３１およびシリンダブロック３２が自由に回転可能になり、油圧モータ１２をニュートラル状態にすることができる。

よって、油圧モータ１２をニュートラル状態にするために、高圧・大流量の切換バルブを設ける必要がないので、サイズおよびコストの増大を抑制することができる。また、切換バルブを設ける構成では、切換バルブからの作動油の漏れ対策が必要となるが、切換バルブを設けない構成では、その対策が不要であり、その分のコストを低減することができる。また、切換バルブからの作動油の漏れによる効率の低下の懸念がない。

なお、油圧ポンプ１１のシリンダブロックをバルブプレートから離間させることにより、そのシリンダブロックのシリンダから作動油を排出して、油圧ポンプ１１をニュートラル状態にする構成が考えられる。しかしながら、油圧ポンプ１１のシリンダブロックは、常に回転しているので、そのシリンダブロックをバルブプレートから離間させると、回転数の上昇による焼き付きが発生するおそれがある。これに対し、油圧モータ１２のシリンダブロック３２をバルブプレート３４から離間させる構成では、シリンダブロック３２がバルブプレート３４から離間すると即座に停止するので、焼き付きの発生を抑制することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することも可能である。

たとえば、前述の実施形態では、ＨＳＴ１がコンバインに搭載されるとしたが、コンバインに限らず、人参や大根、枝豆、キャベツなどの野菜を収穫する収穫機など、コンバイン以外の作業車両にＨＳＴ１が搭載されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：ＨＳＴ
１１：油圧ポンプ
１２：油圧モータ
３１：モータ回転軸（回転軸）
３２：シリンダブロック
３３：ピストン
３４：バルブプレート
５１：離間機構
５２：支軸
５３：接続軸
５４：連結部材
５７：案内溝

Claims (3)

1. 油圧ポンプおよび前記油圧ポンプが吐出する作動油によって駆動される油圧モータを備える静油圧式無段変速機であって、
   前記油圧モータは、
   回転軸と、
   前記回転軸と一体的に回転し、かつ、前記回転軸の軸線方向に移動可能に設けられ、複数のシリンダが前記回転軸を中心とする円周方向に並べて形成され、前記軸線方向の一方側の端部に前記シリンダの個々とそれぞれ連通する開口が形成されたシリンダブロックと、
   前記シリンダに往復動可能に保持されたピストンと、
   前記シリンダブロックの前記一方側の端面が当接され、前記開口に作動油を供給または前記開口から作動油を排出するための給排ポートが形成されたバルブプレートと、
   前記シリンダブロックを前記バルブプレートから離間させる離間機構とを含む、静油圧式無段変速機。
2. 前記離間機構は、
   前記軸線方向と直交する方向に延びる支軸と、
   前記支軸に対してずれた位置で平行に延び、一端部が前記シリンダブロックに接続された接続軸と、
   前記支軸に対して固定され、前記接続軸に相対回転可能に接続されて、前記接続軸と前記支軸とを連結する連結部材とを含む、請求項１に記載の静油圧式無段変速機。
3. 前記シリンダブロックには、前記接続軸の前記一端部が嵌まる案内溝が形成されている、請求項２に記載の静油圧式無段変速機。

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