説明

動力取出装置と共に使用する自動変速機及び使用方法

【課題】動力取出装置と共に使用する自動変速機及び使用方法を提供する。
【解決手段】背面部分で動力取出装置を受け入れるように構成された自動変速機及び動力取出装置構成部品を提供するキット。自動変速機周辺のサイズ制限のため、背面取り付けの動力取出装置は、側面取り付けの動力取出装置に共通の問題点を回避する。自動変速機は、前面及び背面部分を備えた変速機ハウジングと、入力部材と、入力部材により駆動される少なくとも1つの遊星歯車セットと、変速機から出力される変速比を変更するよう構成された少なくとも1つのブレーキ又はクラッチとを備えている。第2回転軸上の被駆動歯車は、第1回転軸上の入力歯車と噛み合う。変速機の背面部分のフランジは、動力取出装置を受け入れるように構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動変速機に関し、より詳しくは、自動変速機が動力取出装置を受け入れるのを可能にすることに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の作業機械は、建設、農業、造園及び採鉱の分野での用途を含む、多くの異なる用途で使用される可能性がある。これらの用途を実施するには、作業構成部品は通常、作業機械の補助油圧回路によって作動される、作業機械のリフトアーム又は他の関節式に連結された部材に連結される。例えば、補助油圧回路は、関節式に連結された部材に流体を供給して部材の動作を遂行するように構成されている補助ポンプを備え得る。
【0003】
一部の作業機械では、変速機は、動力取出装置(「PTO」)のような、補助油圧回路を駆動するのに使用され得る。PTOは補助ポンプを駆動して作業機械の関節式に連結された部材を作動させる支援をする。多くの場合で、PTOは変速機に直接取り付けられる。
【0004】
例えば、ザウアーマン(Sauermann)らに付与された(特許文献1)は、PTO制御を提供しており、変速機の背面部分に取り付けられたPTOを備えた副軸変速機について説明している。副軸変速機内の複数の利用可能な軸のため、変速機の背面部分へのPTOの取り付けは幅広く取り入れられている。
【0005】
これに対して、自動変速機は、入力軸と同軸に位置合わせした1本の軸のみを使用して機械を駆動する。例えば、原田(Harada)らに付与された(特許文献2)は自動変速機について開示している。エンジンからの動力はトルクコンバータへ入力され、このトルクコンバータが変速機の駆動軸へ出力する。互いに軸方向に配置された複数の摩擦式クラッチが作用しあって、異なる変速比を提供する。複数のクラッチと遊星歯車セットによって、追加の副軸の必要がなくなる。
【0006】
しかし、自動変速機は、多くのタイプの大型トラック及び業務用トラックの用途用に好まれている。自動変速機は、副軸変速機では一般に利用可能ではない向上したシフト動作を提供する。娯楽用車両の運転者は、特にシフト特性の好みにうるさく、均一で滑らかなシフト動作を要求する。自動変速機はその要求を満たすことが可能である。ダンプカー及びごみ収集車といった長距離輸送用及び業務用の車両産業において、同様の特殊性が増大しつつあり、運転者の快適性、制御及び硬いシフトによる磨耗及び損傷を低減するために滑らかなシフトは望ましい。
【0007】
その結果、自動変速機上へのPTOの設置に対する必要性があった。この必要性を満たすために、PTOは自動変速機の側面上に配置され、入力軸に連結された大型歯車によって直接駆動されていた。(特許文献2)は、変速機ハウジングの外側部分上に置かれ半径方向に配置されたPTOについて教示している。
【0008】
多くの自動変速機が、2つ以上のPTOを受け入れるように構成されており、PTOを作動させるよう設計された複数のPTOパッド又はインタフェースを備えている。PTOパッドの位置は変速機製造者によって多様である。一般に、PTOパッドは、変速機ハウジングの円周に対して8時と1時の位置に配置される。
【0009】
しかし、大型のPTOとそれに応じた大型の油圧ポンプは、フレームレール、排気配管、運転台の制約、大型変速機、及び大型エンジンの結果、サイズ制限によって、PTOパッドにいつもうまくはめられるとは限らない。しばしば大型PTOを取り付けるために、エンジンは再配置され、腕木が架けられ、車両構成部品内にノッチが形成されなければならない。このような徹底的な変更は、全体のバランスと機械の構造的全体性に影響を及ぼすので望ましくない。さらに、元々の構成部品を改良することは、およそ好ましくなく、保証請求権を否認する結果を招く可能性がある。
【0010】
サイズ制限を克服するためには、PTOを車両の前面に取り付けることが一般的である。前面に取り付けられたPTOにより別の問題が生じる。例えば、前面位置に取り付けられた場合、車両の正面バンパーは、しばしば、通常大きいポンプを収容するために拡張されなければならない。さらに、このような装備の車両のラジエータは、油圧ポンプの取り付け位置を収容するために、芯を抜くあるいは再配置する必要があることが多く、ラジエータへの空気流を減少させる結果を招く可能性があり、実践すると増大したエンジンの放熱は米国環境保護局の排気法に適合するのが不可能であると考えられる。1つの選択肢は、ラジエータのサイズを増大することである。しかし、幅を広げることは車体をより大きくし、高さを増すことは運転者の視界を狭める。結果的に、ラジエータは下部へ拡張するよう作られなければならず、これはクランクシャフトと前方に取り付けられたPTOとの間の連結を切断する。
【0011】
さらに(特許文献3)も、側面取り付けのPTO及びポンプへ延長軸を作動可能に連結することが可能な延長軸を提供することによってサイズ制限を克服しようと試みている。残念ながら、サイズ制限が変速機にこのような大型の装置を取り付ける機能を妨害するおそれがある点において、この構成は上記で側面取り付けのPTOについて論じたのと同じ欠点を被る。
【0012】
全ての側面取り付けPTOに共通する少なくとも1つの問題点は、PTOパッドのアクセス性である。変速機の側面へPTOを取り付けるには、PTOパッドへのアクセスを得るため、変速機の取り外し又はエンジンの取り外しが必要と考えられる。いずれの選択肢も望ましくなく、選択肢は両方とも非常に費用がかかる。
【0013】
【特許文献1】米国特許第6,080,081号明細書
【特許文献2】米国特許第4,944,193号明細書
【特許文献3】米国特許第6,263,749号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、上述した1つ以上の問題点を克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明の例示的形態によると、自動変速機は、前面及び背面部分を備えた変速機ハウジングと、第1軸の周りを回転するように構成された入力部材と、太陽歯車、リングギヤ、及び太陽歯車とリングギヤとの間に配置された遊星枠歯車を有する少なくとも1つの遊星歯車セットであって、入力部材によって駆動される少なくとも1つの遊星歯車セットと、変速機から出力される変速比を変更するよう構成された少なくとも1つのブレーキ及び/又はクラッチと、第1軸の周りを回転する出力部材とを備えている。入力部材に連結された入力駆動歯車は、第1軸の周りを回転する。被駆動歯車は入力駆動歯車と噛み合い、第1軸に対して平行にずれた第2軸の周りを回転する。変速機の背面部分の固定装置は、補助装置を受け入れるように構成され、第2軸と同軸に位置合わせした開口部を画定する。
【0016】
本発明の別の例示的形態によると、自動変速機内の動力取出装置軸を設置する方法が提供される。変速機は、前面及び背面部分を備えた変速機ハウジングと、入力部材と、入力部材によって駆動される少なくとも1つの遊星歯車セットとを備えており、変速機から出力される変速比を変更するよう構成された少なくとも1つのブレーキ及び/又はクラッチが設けられている。方法は、変速機ハウジングの背面部分上の軸受内径面内へ動力取出装置軸を挿入するステップと、動力取出装置軸受容器に動力取出装置軸の一方の端を連結するステップと、軸受を変速機ハウジングの背面部分上の軸受内径面内及び動力取出装置軸上へ挿入するステップと、動力取出装置軸を軸受へ固定するステップと、軸受を変速機ハウジングに固定するステップと、を含む。
【0017】
本発明のさらに別の例示的形態によると、自動変速機に対して変速機ハウジングの背面部分からの動力取出装置の取り付けを可能にする動力取出装置キットが提供される。自動変速機は、前面及び背面部分を備えた変速機ハウジングと、第1軸の周りを回転するよう構成された入力部材と、太陽歯車、リングギヤ、及び太陽歯車とリングギヤとの間に配置された遊星枠歯車を有する少なくとも1つの遊星歯車セットであって、入力部材によって駆動される少なくとも1つの遊星歯車セットと、変速機から出力される変速比を変更するよう構成された少なくとも1つのブレーキ及び/又はクラッチと、第1軸の周りを回転する出力部材とを備えている。入力部材に連結された入力駆動歯車は、第1軸の周りを回転する。被駆動歯車は入力駆動歯車と噛み合い、第1軸に対して平行にずれた第2軸の周りを回転する。変速機の背面部分の固定装置は、補助装置を受け入れるように構成され、第2軸と同軸に位置合わせした開口部を画定する。キットは、動力取出装置軸と、軸受と、動力取出装置軸を軸受に固定する第1固定装置と、軸受を変速機ハウジングに固定する第2固定装置とを備えている。
【0018】
前述の概要的記述及び後述の詳細な記述は両方とも、あくまで例示のためかつ説明のためのものであって、本発明を限定するものではないことは、理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
本発明の実施形態について詳細に言及し、その例を添付の図面において説明する。
【0020】
図1は、エンジン12の変速機10を示す。エンジン12は、例えば内燃機関であってもよく、あるいは当分野で知られている他のどのタイプのエンジンでもよい。エンジン12と変速機10とは、作業機械(図示せず)のエンジン室内に取り付けられてもよく、また作業機械の要素に任意の従来の手段によって動力を供給するように構成されてもよい。
【0021】
変速機10は、任意の従来の手段を通じてエンジン12に連結されてもよい。例示的実施形態では、変速機10の入力軸すなわち入力部材14は、例えば従来のトルクコンバータ(図示せず)を使用して、直接エンジン12の出力軸に連結する。
【0022】
ポンプアセンブリ18への動力供給に有用な動力取出装置(「PTO」)16は、変速機10の背面、特に変速機ケースの背面20又はハウジング22、に対して取り付けられる。PTO16はポンプアセンブリ18の運転を操作し、作業機械の要素(図示せず)に作動油を供給する。1つの実施形態では、PTO16ではなく、ポンプアセンブリ18が、変速機10の背面部分20にポンプアダプタで直接取り付けられる。このような実施形態では、ポンプ機構が、変速機10が動力を受け取るといつでも、作業機械の要素に油圧動力を供給するよう作動する。PTO、ポンプ、又は電気モータ/発電機といった、あらゆるタイプの補助装置は、変速機ハウジング22へ取り付け可能であることが認められている。
【0023】
図2は、変速機10の断面図を示す。変速機10は、壁28で分割された第1と第2の区画24、26を備えている。第1区画24では、入力駆動歯車32は、エンジン12の運転中、入力駆動歯車32が入力軸14と同じ回転速度で回転するように、入力軸14に直接連結する。遊星歯車は第2区画26に位置する。
【0024】
入力駆動歯車32は、被駆動アセンブリ34を駆動して、動力をエンジン12からPTO16へ伝達する。被駆動アセンブリ34は、被駆動歯車38に連結されたPTO駆動軸36でもよく、あるいはその代わりにPTO駆動軸36は、スプライン付き受容器41を通じて被駆動歯車38によって駆動される充填ポンプ40に連結されてもよい。被駆動アセンブリ34は、第1軸30(図1参照)から外れて、この軸に対して平行に置かれている。被駆動歯車38は第2軸39の周りを回転する。PTO駆動軸36は、PTO16へ動力を提供できるように、PTO16を受け入れる第1端44上のスプライン42等を備えて構成される。同様に、PTO駆動軸36は、充填ポンプ40又は被駆動歯車38に連結する第2端46上にスプラインを付けられる。被駆動歯車38は壁28を通って軸受43に支持される。入力駆動歯車32及び被駆動歯車38は、作業機械のPTO16を所望の速度で運転するようなサイズに作られ、構成され得る。当業者は、入力駆動歯車32及び被駆動歯車38のサイズを変えることで、達成される多数の変速比があることを認めるであろう。
【0025】
変速機はさらに、一連の3個の遊星歯車セットと、クラッチと、ブレーキと、及び自動変速機用の他の自動変速機構成部品とを備えている。遊星歯車セットは、当分野ではよく知られているように、第1軸30の周りを回転する。同様に、クラッチ及びブレーキは、他のよく知られている自動変速機のクラッチ及びブレーキと同様に機能する。変速機は、2つの回転クラッチと、3つのブレーキとを備えている。入力は第1遊星歯車の太陽歯車を駆動し、第3遊星歯車の遊星枠は出力部材を駆動する。
【0026】
充填ポンプ40は、潤滑用及び/又はクラッチとブレーキの係合用に、変速機10を通じて油圧動力を要素へ提供する。充填ポンプ40は、油溜め48から吸引管50を通って流体を吸い込むギアポンプである。当業者は、多様なタイプの充填ポンプ40が存在し、当分野ではよく知られていることを認めるであろう。どのタイプの充填ポンプ40でも、ここに記載の構成において使用されてもよいと考えられる。流体は、所定の圧力で、充填ポンプ40を離れてオイルフィルタ(図示せず)へ移動し、制御バルブを通って種々のクラッチ及びブレーキを作動させ、内部変速機構成部品に油をさす。
【0027】
本発明の例示的実施形態では、被駆動アセンブリ34は、変速機10の第1軸30(図1参照)の下方に配置される。特に、被駆動アセンブリ34及びPTO16は、変速機10の下側4分の1に配置されてもよい。しかし、被駆動アセンブリ34及びPTO16は、変速機ハウジング22内のどの位置に配置されてもよいと考えられる。但し、被駆動アセンブリ34、特に充填ポンプ40は、アクセスが容易に行われる位置に配置されると好ましい。図示された実施形態では、被駆動アセンブリ34は、オイルが排出され油受が外された後はアクセスが容易になるように、水平面52の下方に配置される。被駆動アセンブリ34が水平面の上方の位置に配置される場合、そこへのアクセスを容易にするために、アクセス穴、仕切り、又は蓋が使用されてもよいと考えられる。
【0028】
上述したように、PTO駆動軸36は被駆動歯車38及び充填ポンプ40に対して独立した軸であってもよい。有利なことに、PTO駆動軸36はオプションの構成部品であってもよい。特に変速機10は、オプションのPTO駆動軸36なしに製造され販売され得る。全く新しい変速機を購入しなければならないのではなく、オプションのPTO駆動軸36、軸受56、及び2つのスナップリング58、60を含むキットが購入されてもよい。一方のスナップリング58は軸受56を変速機ハウジング22へ固定し、もう一方のスナップリング60はPTO駆動軸36を軸受56へ固定する。PTO16は、変速機10の背面部分20上のフランジ54へ固定される。PTO16、又は他の補助装置を、変速機ハウジング22へ取り付けるために、あらゆる種類の固定装置が使用可能であることに留意されたい。例えば、固定装置は、アメリカ自動車技術者協会(SAE)の規格によく知られるような、変速機ハウジング22に設けられたいずれの種類のボルトパターンであってもよい。
【0029】
販売後にPTO駆動軸36を設置するには、顧客、販売業者、又は整備工は、単にPTOカバー62を外し、PTO駆動軸36の第1端44を軸受56内へ挿入し、スナップリング60、又はボルト、ねじ、クランプ、クリップ、プレスもしくは常設構造物等の他の固定装置で、PTO駆動軸36を軸受56へ固定し、PTO駆動軸の第2端46のスプラインを、充填ポンプ40又は被駆動歯車38の受容器41のスプライン付き出力部材64の上に滑らせる。PTO駆動軸36は軸受56内へ押し付けられてもよいことに留意されたい。また、PTO駆動軸36を軸受56内へ押し付ける動作は、PTO駆動軸36を軸受56へ固定することに相当すると考えられる。スナップリング58は、軸受56に対するPTO駆動軸36の重要な軸の移動を防止するように構成される。軸受56はハウジング22の変速機軸受内径面66内へ押し付けられ、又は設置され、スナップリング58、又はボルト、ねじ、クランプ、クリップ、プレスもしくは常設構造物等の他の固定装置で、固定される。ここでも軸受56を変速機軸受内径面内へ押し付ける動作は、軸受56を軸受内径面66へ固定することに相当すると考えられることに留意されたい。軸受56をそこへ設置する前に、軸受内径面66を加熱することが必要な場合もある。軸受内径面66及びフランジ54は、第2軸39と同軸上に位置合わせした軸を持つ開口部を画定する。軸受56は、PTO駆動軸36へ固定され、その後軸受内径面66内へ挿入され、PTO駆動軸36は、充填ポンプ受容器64又は被駆動歯車38の受容器41に連結されてもよいと考えられる。
【0030】
PTO駆動軸36の第1端44上のスプライン42は、PTO16を受け入れるように構成される。スプライン42は、内側あるいは外側でもよく、どのような形状でもよいことに留意されたい。
【産業上の利用可能性】
【0031】
本発明で開示されたタイプの自動変速機を使用することで知られる作業機械には、エンジンの大きいサイズ、変速機の大きいサイズ、フレームレール間の距離、排気誘導管、及び高荷重サスペンションと操舵構成部品のため、厳しい制約がある。ダンプカー、娯楽用車両、セメントミキサー、及びごみ収集車といった業務用車両の他に、高速道路でのトラック輸送の用途が、本発明の用途として代表的な車両タイプの典型的な例である。変速機は、車両を動かす動力と、変速機の背面に動力取出装置を取り付ける機能とを提供する。PTO16を変速機10の背面20に配置することで、機械の改良の必要をなくすのに役立つ。
【0032】
PTO駆動軸36はオプションの個別装置として販売されてもよく、背面取り付けのPTOを必要としない使用者にとって全体の費用を低減する。しかし、PTO駆動軸36は、使用者が必要があると判断した場合に、後日販売、購入され、簡単に設置されることも可能である。PTO駆動軸を定位置に保持するのに、軸受及びスナップリング、又は他の固定装置といった、追加構成部品が使用されてもよい。
【0033】
本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、様々な変更及び変形がなされることが可能であることは、当業者には明らかであろう。本発明の他の実施形態は、ここに開示された明細書の検討及び本発明の実施から、当業者には明らかであろう。明細書及び実施例はあくまで例示として考慮されるよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本明細書の例示的実施形態による、背面取り付けの動力取出装置と油圧ポンプとを有する変速機の等角図である。
【図2】変速機及び被駆動アセンブリの断面等角図である。
【符号の説明】
【0035】
10 変速機
12 エンジン
14 入力部材(入力軸)
16 動力取出装置
18 ポンプアセンブリ
20 背面
22 ハウジング
24 第1区画
26 第2区画
28 壁
30 第1軸
32 入力駆動歯車
34 被駆動アセンブリ
36 PTO駆動軸
38 被駆動歯車
39 第2軸
40 充填ポンプ
41 受容器
42 スプライン
43 軸受
44 第1端
46 第2端
48 油溜め
50 吸引管
52 水平面
54 フランジ
56 軸受
58 スナップリング
60 スナップリング
62 カバー
64 スプライン付き出力部材
66 軸受内径面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
自動変速機であって、
前面部分と背面部分を備えた変速機ハウジングと、
第1軸の周りを回転するように構成された入力部材及び出力部材と、
入力部材によって駆動され、変速機から出力される変速比を変更するように構成された少なくとも1つのブレーキ及び/又はクラッチを有する少なくとも1つの遊星歯車セットと、
入力部材に連結され、第1軸の周りを回転する入力駆動歯車と、
入力駆動歯車と噛み合い、第1軸からずれた第2軸の周りを回転する被駆動歯車と、
変速機の背面部分上にあって、動力取出装置を受け入れるように構成され、第2軸と同軸に位置合わせした開口部を画定する固定装置と
を備えている、自動変速機。
【請求項2】
被駆動歯車は充填ポンプを駆動し、充填ポンプは、動力取出装置駆動軸に連結するよう構成された動力取出装置駆動軸受容器を備えている、請求項1に記載の自動変速機。
【請求項3】
被駆動歯車及び第2軸は、第1軸に対して、変速機ハウジングの下側4分の1に配置される、請求項1に記載の自動変速機。
【請求項4】
変速機内へ動力取出装置軸を設置する方法であって、該変速機は、前面及び背面部分を備えた変速機ハウジングと、第1軸の周りを回転するよう構成された入力部材と、太陽歯車、リングギヤ、及び太陽歯車とリングギヤとの間に配置された遊星枠歯車を有する少なくとも1つの遊星歯車セットであって、入力部材によって駆動される少なくとも1つの遊星歯車セットと、変速機から出力される変速比を変更するように構成された少なくとも1つのブレーキ及び/又はクラッチと、第1軸の周りを回転する出力部材とを備え、該方法が、
変速機ハウジングの背面部分上の軸受内径面内へ動力取出装置軸を挿入し、動力取出装置軸の一方の端を動力取出装置軸受容器に連結するステップと、
軸受を変速機ハウジングの背面部分上の軸受内径面内及び動力取出装置軸上へ挿入するステップと、
動力取出装置軸を軸受に固定するステップと、
軸受を変速機ハウジングに固定するステップと
を含む、方法。
【請求項5】
ステップは記載通りの順に実行される、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
動力取出装置軸を挿入前に、変速機ハウジングの背面部分上の固定装置からキャップを取り外すステップを含む、請求項4に記載の方法。
【請求項7】
動力取出装置軸は充填ポンプの動力取出装置軸受容器に連結する、請求項4に記載の方法。
【請求項8】
動力取出装置軸は被駆動歯車の動力取出装置軸受容器に連結する、請求項4に記載の方法。
【請求項9】
自動変速機用の動力取出装置キットであって、該自動変速機は、前面及び背面部分を備えた変速機ハウジングと、第1軸の周りを回転するよう構成された入力部材と、太陽歯車、リングギヤ、及び太陽歯車とリングギヤとの間に配置された遊星枠歯車を有する少なくとも1つの遊星歯車セットであって、入力部材によって駆動される少なくとも1つの遊星歯車セットと、変速機から出力される変速比を変更するよう構成された少なくとも1つのブレーキ及び/又はクラッチと、第1軸の周りを回転する出力部材と、入力部材に連結されて第1軸の周りを回転する入力駆動歯車と、入力駆動歯車と噛み合い第1軸に対して平行にずれた第2軸の周りを回転する被駆動歯車と、変速機ハウジングの背面部分上に補助装置を受け入れるように構成された固定装置とを備え、該固定装置は第2軸と同軸に位置合わせした開口部を画定して変速機ハウジングの背面部分からの補助装置の取り付けを可能にし、該キットが、
動力取出装置軸と、
軸受と、
動力取出装置軸を軸受に固定する第1固定装置と、
軸受を変速機ハウジングに固定する第2固定装置と
を備えている、動力取出装置キット。
【請求項10】
動力取出装置軸の両端にスプラインが付けられている、請求項9に記載の動力取出装置キット。
【請求項11】
第1及び第2の固定装置はスナップリングである、請求項9に記載の動力取出装置キット。
【請求項12】
被駆動歯車は動力取出装置軸の一部をなす、請求項9に記載の動力取出装置キット。
【請求項13】
被駆動歯車は動力取出装置軸受容器を備えている、請求項9に記載の動力取出装置キット。
【請求項14】
動力取出装置軸は動力取出装置軸受容器に連結している、請求項12に記載の動力取出装置キット。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2006−188226(P2006−188226A)
【公開日】平成18年7月20日(2006.7.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−379842(P2005−379842)
【出願日】平成17年12月28日(2005.12.28)
【出願人】(391020193)キャタピラー インコーポレイテッド (296)
【氏名又は名称原語表記】CATERPILLAR INCORPORATED
【Fターム(参考)】