JP4292086B2

JP4292086B2 - 除雪機の変速装置

Info

Publication number: JP4292086B2
Application number: JP2004005543A
Authority: JP
Inventors: 忠之新古
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2024-01-13
Also published as: JP2005199755A

Description

本発明は、内燃式エンジンと、作業機と、左右一対の走行装置と、を備える除雪機の変速装置に関する。

従来より、除雪機等の作業車両においては、内燃式エンジンの出力を、走行駆動と作業機駆動とに分配して、走行と作業とが同時に可能に構成されている。走行速度の調整は無段階に調整可能であることが望ましいため、このような作業車両には、ＨＳＴ（静油圧式無段変速装置）やベルト式無段変速装置等の無段変速装置が備えられるものとなっている。また、機体の旋回動作は、小型の作業車両では、サイドクラッチ方式により行うものが一般的である。サイドクラッチ方式においては、旋回内側のサイドクラッチを断とし、旋回外側のサイドクラッチを接に保って、その旋回外側の走行装置の駆動により、機体の旋回が行われる構成である。無段変速装置を備えると共に、サイドクラッチ方式により機体の旋回を可能とする除雪機の一例としては、特許文献１に開示される技術がある。

特開２０００−５４３３５号公報

無段変速装置は高価であるため、無段変速装置を作業車両に備えるとなると、コストアップに繋がってしまう。また、サイドクラッチ方式においては、一方を断状態とするので、急旋回には適しているが、バリアブルな旋回を行うのには適していない。例えば、大きなカーブを描きながら旋回するなど、必要に応じた自在な旋回ができない。

つまり、解決しようとする問題点は、作業機を備える作業車両において、直進性および旋回性の双方における走行操作性の確保しようとすると、作業車両の製造コストのアップを招いてしまう点である。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

エンジン（３１）と、左右一対の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）と、除雪機（１）の除雪部（２）と、左右一対のクローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）とを備える除雪機の変速装置において、該エンジン（３１）から左右の遊星ギア式差動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）の手前までの動力伝達経路上には、後進変速機構を設けず、左右の各側で、エンジン（３１）の出力と、対応する側の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力との差動動力が、対応する側の遊星ギア式作動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）で取り出されて、その差動動力が、対応する側のクローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）に供給される構成とし、前記の各遊星ギア式作動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）に備える太陽ギア（８２Ｌ・８２Ｒ）、遊星キャリア（６８Ｌ・６８Ｒ）、リングギア（６７Ｌ・６７Ｒ）の三要素において、該遊星キャリア（６８Ｌ・６８Ｒ）は、前記クローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）の走行駆動軸（６１Ｌ・６１Ｒ）と連動連結される出力側要素とし、該太陽ギア（８２Ｌ・８２Ｒ）およびリングギア（６７Ｌ・６７Ｒ）は、前記エンジン（３１）の出力軸および前記電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）のモータ軸（６３Ｌ・６３Ｒ）のうち、互いに異なる軸にそれぞれ連動連結される入力側要素とし、除雪機（１）の前進時には、エンジン（３１）の出力と、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力とを利用し、除雪機（１）の後進時には、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力のみを利用し、除雪機（１）の旋回時は、エンジン（３１）の出力と、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力とを利用し、主として左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力回転数の差または回転方向の違いを利用し、前記エンジン（３１）はアクセルレバーの操作により回転数は変更可能であるが、通常の作業・走行時には定格回転の一定の回転速度に保ち、除雪機（１）の速度を一定とし、前記電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）は供給電力量の調整により、無段階に出力回転数を調節可能とし、該調節により除雪機（１）の走行速度を無段階に調節し、逆回転も可能であり、逆回転時の出力回転数も無段階に調節可能としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１に記載の如く、エンジン（３１）と、左右一対の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）と、除雪機（１）の除雪部（２）と、左右一対のクローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）とを備える除雪機の変速装置において、該エンジン（３１）から左右の遊星ギア式差動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）の手前までの動力伝達経路上には、後進変速機構を設けず、左右の各側で、エンジン（３１）の出力と、対応する側の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力との差動動力が、対応する側の遊星ギア式作動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）で取り出されて、その差動動力が、対応する側のクローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）に供給される構成とし、前記の各遊星ギア式作動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）に備える太陽ギア（８２Ｌ・８２Ｒ）、遊星キャリア（６８Ｌ・６８Ｒ）、リングギア（６７Ｌ・６７Ｒ）の三要素において、該遊星キャリア（６８Ｌ・６８Ｒ）は、前記クローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）の走行駆動軸（６１Ｌ・６１Ｒ）と連動連結される出力側要素とし、該太陽ギア（８２Ｌ・８２Ｒ）およびリングギア（６７Ｌ・６７Ｒ）は、前記エンジン（３１）の出力軸および前記電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）のモータ軸（６３Ｌ・６３Ｒ）のうち、互いに異なる軸にそれぞれ連動連結される入力側要素とし、除雪機（１）の前進時には、エンジン（３１）の出力と、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力とを利用し、除雪機（１）の後進時には、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力のみを利用し、除雪機（１）の旋回時は、エンジン（３１）の出力と、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力とを利用し、主として左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力回転数の差または回転方向の違いを利用し、前記エンジン（３１）はアクセルレバーの操作により回転数は変更可能であるが、通常の作業・走行時には定格回転の一定の回転速度に保ち、除雪機（１）の速度を一定とし、前記電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）は供給電力量の調整により、無段階に出力回転数を調節可能とし、該調節により除雪機（１）の走行速度を無段階に調節し、逆回転も可能であり、逆回転時の出力回転数も無段階に調節可能としたので、作業車両の走行において、エンジン出力だけを用いて走行することが可能であり、電動モータで走行する場合よりも燃費を向上させることが出来る。また、電動モータの出力を併用することで、エンジン出力の変速機構を設けることなく、走行速度の無段変速が容易に実現され、製造コストのアップを招くことが無い。

また、単一のモータにより左右両方の走行装置を駆動する場合に比して、低出力の安価なモータで作業車両に必要とされる走行性を確保することができる。

また、後進変速機構を設けることなく、エンジン出力やモータ出力の変速が可能であり、作業車両の製造コストの低減に繋がる。

本発明の一実施の形態である歩行型除雪機１について、図面を用いて説明する。

まず、図１を用いて、歩行型除雪機（以下、除雪機）１の全体構成を説明する。

除雪機１は、除雪作業機である除雪部２、除雪機１の各駆動部に動力供給を行う発動部３、走行部４、運転操作部５を備えており、これらの各部は機体フレーム１１に支持されている。

除雪機１の各部のレイアウトは、概略的には次の構成である。機体フレーム１１の前側に除雪部２が配置されると共に、機体フレーム１１上に発動部３が配置され、機体フレーム１１の下部に走行部４が配置され、機体フレーム１１より後上方に向けて運転操作部５が配置される。また、機体フレーム１１内には、走行系の動力伝達機構１３（後述）を収納するギアケース１２が設けられている。

除雪部２は、除雪作業に関わる装置の集合体である。除雪部２には、雪を掻き込むための掻込オーガ２１、掻込オーガ２１を包囲するオーガハウジング２２、雪を排出するためのブロワ２４、ブロワ２４を収容するブロワハウジング２３、雪の排出管であるシュータ２５等が備えられている。そして、除雪部２の駆動により、除雪機１の前方の雪が掻き込まれて、除雪機１の側方へ排出され、除雪機１の通過経路上の雪が除去される。また、掻込オーガ２１およびブロワ２４は、発動部３に備えるエンジン３１の動力を利用して駆動される。

発動部３は、除雪機１の各駆動部への動力供給に関わる装置の集合体である。発動部３には、駆動源としての内燃式エンジン３１が備えられると共に、該エンジン３２の出力を利用して発電する発電機３２と、この発電電力により駆動される左右の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒが備えられている。なお、発電電力は電気機器に供給されるが、余剰分は図示しないバッテリに充電され、該バッテリより必要に応じて電動モータ６２Ｌ・６２Ｒに供給される。該バッテリは機体フレーム１１に固定される。
つまり、発動部３からは、エンジン３１からの直接の出力と、発電機３２の発電電力で駆動される電動モータ６２Ｌ・６２Ｒからの出力とが、出力される。そして、エンジン３１の直接の出力で駆動される駆動部としては、前記除雪部２がある。また、後述の走行部４は、エンジン３１の直接の出力と、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力（エンジン３１の間接の出力）とを利用して、駆動される。以下では、エンジン３１の出力（もしくはエンジン出力）と称する場合は、エンジン３１からの実際の出力の内、発電機３２での発電による負荷を除いて残った動力のことを指す。また、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力を、単にモータ出力と称することがある。

走行部４は、左右一対のクローラ式走行装置４Ｌ・４Ｒより構成されている。クローラ式走行装置４Ｌ・４Ｒはそれぞれ、クローラベルト４３Ｌ・４３Ｒと、該クローラベルト４３Ｌ・４３Ｒに巻回される駆動スプロケット４１Ｌ・４１Ｒおよび従動スプロケット４２Ｌ・４２Ｌ等から構成される。また、前記ギアケース１２より走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒがそれぞれ左右に突出されており、走行駆動軸６１Ｌに駆動スプロケット４１Ｌが固設され、走行駆動軸６１Ｒに駆動スプロケット４１Ｒが固設されている。そして、走行駆動軸６１Ｌの回転によりクローラ式走行装置４Ｌが駆動され、走行駆動軸６１Ｒの回転によりクローラ式走行装置４Ｒが駆動される。詳しくは後述するが、走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒには、エンジン出力およびモータ出力との作動動力が、ギアケース１２を経て伝達される。

運転操作部５は、除雪機１の各駆動部を操作する手段の集合体である。機体フレーム１１には、後面視逆Ｕ字状のハンドル５１が固設され、該ハンドル５１上に、各種のレバーが設けられている。まず、ハンドル５１の上端部の左右一側には走行クラッチレバー５２が設けられ、他側には作業クラッチレバー５３が設けられており、これらのレバーは共にいわゆるデッドマンクラッチに構成されている。つまり、オペレータが走行クラッチレバー５２をハンドル５１と共に握った状態で、走行部４に動力伝達が行われ、走行クラッチレバー５２を放すと前記動力伝達が遮断される。同様に、オペレータが作業クラッチレバー５３をハンドル５１と共に握った状態で、除雪部２に動力伝達が行われ、作業クラッチレバー５３を放すと前記動力伝達が遮断される。また、ハンドル５１の中途部には操作ボックス５４が固設されており、該操作ボックス５４には、操向レバー５５と速度調節レバー５６とが設けられている。操向レバー５５は十字方向に傾倒可能なレバーであり、停止、前進、後進、右旋回、左旋回を択一的に切換え可能である。速度調節レバー５６は、除雪機１の走行速度を無段階に調節可能とする変速指令手段であり、より詳しくはモータ出力の変更を指令する。

次に、図２、図３を用いて、走行系の動力伝達機構１３について説明する。除雪機１は、発動部３から供給される二種類の動力、つまりエンジン出力とモータ出力とを利用して、走行可能に構成されている。そして、この二種類の動力を走行部４に伝達する機構として、動力伝達機構１３が設けられている。動力伝達機構１３は、より詳しくは、エンジン出力と、モータ出力との差動動力を取り出して、左右の走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒに伝達する機構である。そして、左右の差動動力が異なる場合、除雪機１は旋回し、左右の差動動力が同一の場合、除雪機１は直進または後進する。なお、本明細書において、差動とは、二種以上の機械部品それぞれの運動の差または和を取り出して、一つの部分を動かすことを意味する。

動力伝達機構１３には、左右一対の遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒが備えられている。そして、概略的には左右において、次のように動力伝達が行われる。左側では、エンジン出力と左側の電動モータ６２Ｌの出力との差動動力が、左側の遊星ギア式差動装置７０Ｌで取り出されて、左側の走行駆動軸６１Ｌに供給される。また、右側では、エンジン出力と右側の電動モータ６２Ｒの出力との差動動力が、右側の遊星ギア式差動装置７０Ｒで取り出されて、右側の走行駆動軸６１Ｒに供給される。

遊星ギア式差動装置には、太陽ギア、遊星キャリア、リングギアの三要素が備えられている。この三要素のうち一つの要素が、遊星ギア式差動装置における出力側の要素とされ、残りの二つの要素が、遊星ギア式差動装置における入力側の要素とされている。そして、二つの入力側要素の差動動力が、出力側要素に伝達される。本実施の形態に即して説明すると、遊星ギア式差動装置７０Ｌにおいては、出力側要素は遊星キャリア６８Ｌであり、該遊星キャリア６８Ｌに走行駆動軸６１Ｌが動力伝達可能に接続されている。また、遊星ギア式差動装置７０Ｌの二つの入力側要素は、太陽ギア８２Ｌおよびリングギア６７Ｌである。太陽ギア８２Ｌにはエンジン３１の出力軸３１ａが動力伝達可能に接続され、リングギア６７Ｌには、電動モータ６２Ｌのモータ軸６３Ｌが接続される。そして、エンジン出力と電動モータ６２Ｌの出力との差動動力が、走行駆動軸６１Ｌに伝達される。以上の構成は、右側の遊星ギア式差動装置７０Ｒにおいても全く同様である。なお、遊星キャリア６８Ｌには三つの遊星ギア８３Ｌが支持され、遊星キャリア６８Ｒには三つの遊星ギア８３Ｒが支持されている。

まず、エンジン３１から左右の遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒまでの動力伝達経路について、より詳しく説明する。エンジン３１の出力軸３１ａには、エンジンクラッチ３３を介して、第一プーリ３４が設けられ、該第一プーリ３４と第二プーリ３５とが、ベルト３６に巻回されて、動力伝達可能に接続されている。第二プーリ３５は、第一伝達軸７１の一端部に固設されており、第一伝達軸７１の他端部には、第一ベベルギア７２が固設されている。第一伝達軸７１はギアケース１２の内外を貫通する部位に回動自在に設けられており、ギアケース１２の外側に第二プーリ３５が位置し、ギアケース１２の内側に第一ベベルギア７２が位置する。

なお、図２、図３においては、走行系の動力伝達機構のみを図示して、作業系の動力伝達機構については省略している。実際には、エンジン３１の出力軸３１ａ上に、作業機（除雪部２）への動力伝達に関わる駆動プーリ（又はギア）や、発電機３２への動力伝達に関わる駆動プーリ（又はギア）が設けられるものである。

ギアケース１２内において、第一伝達軸７１と直交する位置に第二伝達軸７３が左右水平方向に回動自在に設けられており、第二伝達軸７３上には、前記第一ベベルギア７２と噛合する第二ベベルギア７４が固設されている。第二伝達軸７３の一端部にはブレーキ装置７５が設けられており、ブレーキ装置７５の作動により第二伝達軸７３の回転が制止されると、遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒの太陽ギア８２Ｒ・８２Ｌの回転がロックされる。太陽ギア８２Ｒ・８２Ｌのロックに関しては、詳しくは後述する。

第二伝達軸７３と平行に第三伝達軸７６が回動自在に設けられると共に、第二伝達軸７３上に固設される第一ギア７７と、第三伝達軸７６上に固設される第二ギア７８とが噛合して減速するように設けられている。また、第三伝達軸７６と平行に第四伝達軸７９が回動自在に設けられており、第四伝達軸７９は走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒと同軸上に位置している。加えて、第三伝達軸７６上に固設される第三ギア８０と、第四伝達軸７９に固設される第四ギア８１とが、噛合するように設けられている。なお、第四伝達軸７９と第四ギア８１とは、スプライン嵌合により相対回転不能に固定されている。

第四伝達軸７９の両端部にはそれぞれ、太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒが固設されている。
太陽ギア８２Ｌは、遊星ギア式差動装置７０Ｌの一構成要素であり、太陽ギア８２Ｒは、遊星ギア式差動装置７０Ｒの一構成要素である。

ここで、エンジン３１から遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒに至る動力伝達経路をまとめると、次のようになる。左側では、出力軸３１ａより、第一プーリ３４、ベルト３６、第二プーリ３５、第一伝達軸７１、第一ベベルギア７２、第二ベベルギア７４、第二伝達軸７３、第一ギア７７、第二ギア７８、第二伝達軸７６、第三ギア８０、第四ギア８１、第四伝達軸７９を経て、太陽ギア８２Ｌに至る。また、右側では、出力軸３１ａより第四伝達軸７９までは、右側の動力伝達経路と同様であり、第四伝達軸７９から太陽ギア８２Ｒに至る。

次に、電動モータ６２Ｌから左側の遊星ギア式差動装置７０Ｌまでの動力伝達経路について、より詳しく説明する。電動モータ６２Ｌのモータ軸６３Ｌには、モータクラッチ６４Ｌを介して第五ギア８５Ｌが設けられ、第五ギア８５Ｌは、モータ軸６３Ｌと平行に設けられる第二モータ軸８４Ｌ上の第六ギア８６Ｌと噛合している。第二モータ軸８４Ｌの一端部には、モータ用ブレーキ６９Ｌが設けられており、モータ用ブレーキ６９Ｌの作動により第二モータ軸８４Ｌの回転が制止されると、遊星ギア式差動装置７０Ｌのリングギア６７Ｌの回転がロックされる。リングギア６７Ｌのロックに関しては、詳しくは後述する。ただし、前記モータクラッチ６４とモータ用ブレーキ６９は一体的に構成することも可能である。

また、第二モータ軸８４Ｌと平行に第三モータ軸６５Ｌが回動自在に設けられると共に、第二モータ軸８４Ｌ上に固設される第七ギア８７Ｌと、第三モータ軸６５Ｌ上に固設される第八ギア８８Ｌとが噛合するように設けられている。加えて、第三モータ軸６５Ｌの端部には、ウォームギア６６Ｌが固設されており、該ウォームギア６６Ｌは、遊星ギア式差動装置７０Ｌに備えるリングギア６７Ｌの外歯に形成したフォームホィールと噛合している。

電動モータ６２Ｌから左側の遊星ギア式差動装置７０Ｌに至る動力伝達経路をまとめると、次のようになる。モータ軸６３Ｌより、モータクラッチ６４Ｌ、第五ギア８５Ｌ、第六ギア８６Ｌ、第二モータ軸８４Ｌ、第七ギア８７Ｌ、第八ギア８８Ｌ、第三モータ軸６５Ｌ、ウォームギア６６Ｌを経て、リングギア６７Ｌに至る。

電動モータ６２Ｒから右側の遊星ギア式差動装置７０Ｒまでの動力伝達経路も、左側の動力伝達経路と同様であり、次のようになっている。モータ軸６３Ｒより、モータクラッチ６４Ｒ、第五ギア８５Ｒ、第六ギア８６Ｒ、第二モータ軸８４Ｒ、第七ギア８７Ｒ、第八ギア８８Ｒ、第三モータ軸６５Ｒ、ウォームギア６６Ｒを経て、リングギア６７Ｒに至る。なお、右側において、各動力伝達要素の配置構成は、左側の場合と同様であり、右側で符号の末尾がＲである部材は、左側で符号の末尾がＬである部材に対応している。

遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒから走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒに至る動力伝達経路について、より詳しく説明する。左側では、走行駆動軸６１Ｌは、遊星ギア式差動装置７０Ｌに備える遊星キャリア６８Ｌに、スプライン嵌合により固設される構成である。同じく右側では、走行駆動軸６１Ｒは、遊星ギア式差動装置７０Ｒに備える遊星キャリア６８Ｒに、スプライン嵌合により固設される構成である。

次に、除雪機１の走行時における動力供給について説明する。前述したように、除雪機１は、エンジン出力とモータ出力とを利用して走行可能であるが、走行方向に応じて、これらの動力供給の配分が異なるものとなっている。具体的には、除雪機１の前進時には、エンジン出力と、左右の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力とが利用される。後進時には、左右の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力のみが利用される。また、旋回時は、エンジン出力と、左右の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力とが利用されるが、特に左右の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力回転数の差または回転方向の違いが利用される。ここで、エンジン３１はアクセルレバーの操作により回転数は変更可能であるが、通常の作業時および走行時には定格回転の一定の回転速度に保たれると共に、エンジン３１から左右の遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒまでの動力伝達経路上には、変速機構が設けられていないため、エンジン３１による走行速度への寄与は一定である。つまり、エンジン３１のみを駆動する場合、走行速度は一定である。詳しくは後述するが、このときの走行速度を作業走行速度としている。一方、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒは、該電動モータ６２Ｌ・６２Ｒへの供給電力量の調整により、無段階に出力回転数を調節することが可能であり、この調節により除雪機１の走行速度が無段階に調節される。また、逆回転も可能であり、逆回転の出力回転数も無段階に調節可能である。

前記の動力配分を実現する操作手段の構成について説明する。前記走行クラッチレバー５２は、いわゆるデッドマンクラッチとして構成されるものであり、発動部３から走行部４への動力伝達を同時に遮断可能である。つまり、走行クラッチレバー５２が解除位置（レバーから手を放した状態）にあるときは、エンジンクラッチ３３、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが同時に切断される。なお、走行クラッチレバー５２が接続位置（レバーを握った状態）にあるときは、他の操作手段により、エンジンクラッチ３３およびモータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒの断接切換えが可能な状態にある。ただし、走行クラッチレバー５２が解除位置にあるときは、該走行クラッチレバー５２による切断指令が優先されて、エンジンクラッチ３３、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが一律に切断される。

操向レバー５５が停止位置にあるときは、エンジンクラッチ３３、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが同時に切断されると共に、ブレーキ装置７５が作動して太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒがロックされる。

操向レバー５５が前進位置にあるときは、エンジンクラッチ３３、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが同時に接続されると共に、ブレーキ装置７５が解除状態とされて太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒが回動可能となる。また、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒが、共に、同じ回転方向（前進方向または後進方向）かつ同出力（トルクおよび回転数）で回転駆動される。また、エンジン出力のみで除雪機１を走行させる際は、モータブレーキ６９Ｌ・６９Ｒが作動して、リングギヤ６７Ｌ・６７Ｒがロックされて、リングギヤ６７Ｌ・６７Ｒの空転が防止される。同様に、モータ出力のみで除雪機１を走行させる際（本実施形態では、後進時のみ）は、ブレーキ装置７５が作動して太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒがロックされ、太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒの空転が防止される。

ここで、除雪機１の速度は、エンジン出力と電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力との差動動力で決定されるものである。前述したように、エンジン出力は一定であるので、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒを増速側に作用させるか、減速側に作用させるかの違いにより、除雪機１の走行速度が変化する。つまり、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒが停止状態とされて、エンジン出力のみで除雪機１が前進する場合は、除雪機１の走行速度は一定である。このときの速度が、基準速度として設定されている。一方、基準速度よりも高速の走行時は、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力が増速側に作用するように、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの回転方向が共に前進方向に制御される。また、基準速度よりも低速の走行時は、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの回転方向が共に前記と逆（後進）方向に駆動され、減速側に作用する。

操向レバー５５が後進位置にあるときは、エンジンクラッチ３３が切断され、ブレーキ装置７５が作動して太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒがロックされる。また、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが接続されると共に、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒが共に、同じ回転方向（後進方向）かつ同じ出力で回転駆動される。

前進時において、操向レバー５５が右旋回位置または左旋回位置に回動すると、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの回転方向を同一（共に前進方向）とし、回転数のみを異なるようにすることで除雪機１は緩やかに旋回し、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの回転方向を異なる方向（前進方向と後進方向の組み合わせ）とすると、除雪機１は急旋回する。

速度調整レバー５６は、除雪機１の走行速度を無段階に変更可能とする操作手段である。該速度調整レバー５６の操作により、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力が無段階に調節される。エンジン出力は一定であるので、モータ出力の変動に比例して、モータ出力とエンジン出力との差動動力が変化し、走行部４の駆動力が変化する。

なお、速度調節レバー５６の可動範囲中の中途部には、除雪作業時の走行速度位置として、作業走行位置が設けられている。速度調節レバー５６の作業走行位置は、除雪機１の前進時にのみ有効であり、この位置に速度調節レバー５６が操作されるとモータ出力は０となる。つまり除雪機１は、除雪作業時には、エンジン出力のみで走行するように構成されている。また、操向レバー５５が前進位置にあるときに、速度調節レバー５６が作業走行位置に操作されると、モータブレーキ６９Ｌ・６９Ｒが作動して、リングギア６７Ｌ・６７Ｒがロックされる。つまり、この構成によりエンジン出力のみにより走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒに動力が伝達される。

図４を用いて、直進時における動力配分について説明する。図４には、除雪機１の走行速度の変化や、走行系の動力伝達機構１３に関わる各要素の駆動状態の変化を示している。ここで、前記の各要素とは、エンジン３１、ブレーキ装置７５、エンジンクラッチ３３、太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒ、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒ、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒを意味する。また、図４は、除雪機１が一旦最高速度で前進した後、基準速度で前進し、その後、後進する場合を示している。以下で、各要素および走行速度の経時変化を詳しく説明する。なお、図４に示す直進時においては、左右の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒは、同じ回転方向（前進方向または後進方向）かつ同じ出力回転数で駆動するように制御される。

時刻Ｔ１では、エンジン３１は停止状態にあり、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒも停止しており、発動部３は停止状態にある。加えて、エンジンクラッチ３３、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒも切断されており、発動部３から走行部４への動力伝達経路も遮断されている。また、このとき、ブレーキ装置７５およびモータブレーキ６９Ｌ・６９Ｒが作動状態にある。

時刻Ｔ２では、エンジン３１の駆動が開始される。なお、時刻Ｔ４までは、エンジンクラッチ３３が切断されているため、エンジン出力が、動力伝達機構１３には供給されない。

時刻Ｔ３では、モータブレーキ６４Ｌ・６４Ｒが解除されると共に、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの駆動が開始される。ただし、時刻Ｔ４まで、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが切断されているので、除雪機１は停止したままである。

時刻Ｔ４では、エンジンクラッチ３３、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒの接続や、ブレーキ装置７５の解除が行われる。このため、エンジン出力およびモータ出力との差動動力が、動力伝達機構１３で取り出されて、左右の走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒに伝達され、除雪機１の走行が開始される。なお、エンジン出力は常に除雪機１の前進方向に作用する。これに対して、モータ出力は、除雪機１の前進方向にも後進方向にも作用させることが可能である。そして、時刻Ｔ４においては、走行開始時に除雪機１の速度が不連続に変化しないようにするため、前進方向に作用するエンジン出力を、モータ出力を後進方向に作用させることで、打ち消している。つまり、前進時には、エンジン出力を定格回転とし、遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒで電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力回転が合成されたときに、走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒが０となるように、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒを回転させておいてから、エンジンクラッチ３３とモータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒを同時に接続するのである。このとき、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの回転が共に後進方向で開始される。

時刻Ｔ４から時刻Ｔ６に向けて、モータ出力が前進方向に向けて徐々に増速される。なお、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５に至るまでは、モータ出力自体は後進方向に作用しているので、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒが共に後進方向に回転しながら徐々に減速される状態にある。そして、時刻Ｔ５で一旦モータ出力が０となり、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６に向けては、モータ出力が文字通り前進方向で徐々に増速される。ここで、エンジン出力は一定であるため、モータ出力が前進方向で増加するにつれて、両出力の差動動力も前進方向で増加する。つまり、モータ出力が前進方向に向けて徐々に増速されるにつれて、除雪機１の前進速度が増速される。そして、時刻Ｔ６は、除雪機１の走行速度が、最高前進速度に到達した時刻である。時刻Ｔ６から時刻Ｔ７まで、除雪機１は最高前進速度で前進する。

時刻Ｔ７では、作業走行速度に向けて、モータ出力の減速が開始される。前進方向のモータ出力が減速されるにつれ、エンジン出力とモータ出力との差動動力も、前進方向で減速されることになり、除雪機１の前進方向の速度が徐々に低下する。そして、時刻Ｔ８は、徐々に減速するモータ出力がついに０となった時刻である。時刻Ｔ８においては、エンジン出力のみが走行部４に作用し、前述した作業走行速度での走行が開始される。作業走行速度での走行時には、モータブレーキ６９Ｌ・６９Ｒが作動されて、リングギア６７Ｌ・６７Ｒの回転がロックされて、エンジン出力がそのまま走行部４へ供給される。また、時刻Ｔ８から時刻Ｔ９まで、除雪機１は作業走行速度で前進する。この間、除雪部２の駆動も同時に行われて、除雪作業が行われる。

時刻Ｔ９では、除雪機１の停止に向けて、モータ出力が後進方向に向けて増速される。そして、時刻Ｔ１０では、前進方向のエンジン出力と、後進方向のモータ出力とが釣り合って、除雪機１の速度が０となり、除雪機１が停止する。除雪機１の停止時には、エンジンクラッチ３３およびモータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが切断され、ブレーキ装置７５およびモータブレーキ６９Ｌ・６９Ｒが作動する。そして、発動部３から走行部４への動力伝達が遮断されると共に、走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒがロックされる。したがって、傾斜地で停止しても除雪機１が自重で滑り出してしまうことが無い。

次に、時刻Ｔ１１では、除雪機１の後進が開始される。このとき、モータブレーキ６９Ｌ・６９Ｒが解除され、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが接続されて、モータ出力が走行部４へと供給される。時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までは、モータ出力が後進方向で増速されて、徐々に後進速度が向上する。時刻Ｔ１２で最高後進速度に到達すると、時刻Ｔ１３まで最高後進速度で等速走行する。そして、時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４に向けては、モータ出力が後進方向で減速されて、徐々に後進速度が低下し、時刻Ｔ１４でモータ出力が０となって、除雪機１が停止する。除雪機１が停止する時刻Ｔ１４には、モータクラッチ６４Ｌ・６４Ｒが切断されると共に、モータブレーキ６９Ｌ・６９Ｒが作動される。また、時刻Ｔ１５では、エンジン３１の駆動が停止されると共に、ブレーキ装置７５が作動される。但し、除雪作業を継続する場合にはエンジン３１は停止させない。

以上構成の除雪機１における特徴的部分についてまとめる。除雪機１は、内燃式エンジン３１と、電動モータ６２Ｌ・６２Ｒと、除雪部２と、左右一対のクローラ式走行装置４Ｌ・４Ｒと、を備える作業車両である。また、左右一対の遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒを備え、左右の各側で、エンジン３１の出力と電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力との差動動力が、対応する側の遊星ギア式差動装置７０Ｌ（または遊星ギア式差動装置７０Ｒ）で取り出されて、その差動動力が、対応する側のクローラ式走行装置４Ｌ（またはクローラ式走行装置４Ｒ）に供給される構成である。なお、本実施の形態では、一対の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒを用いているが、単一の電動モータを用いる構成としても良い。

このため、エンジン出力とモータ出力とを利用して、除雪機１が走行する。したがって、除雪機１の走行において、エンジン出力だけを用いて走行することが可能であり、電動モータで走行する場合よりも燃費を向上させることが出来る。また、電動モータの出力を併用することで、エンジン出力の変速機構を設けることなく、走行速度の無段変速が容易に実現され、製造コストのアップを招くことが無い。

特に、本実施の形態では、左右一対の電動モータ６２Ｌ・６２Ｒを設け、左右の各側で、エンジン３１の出力と、対応する側の電動モータ６２Ｌ（または電動モータ６２Ｒ）の出力との差動動力が、対応する側の遊星ギア式差動装置７０Ｌ（または遊星ギア式差動装置７０Ｒ）で取り出されて、その差動動力が、対応する側のクローラ式走行装置４Ｌ（またはクローラ式走行装置４Ｒ）に供給される構成としている。

このため、各モータは、左右一側の走行装置のみを駆動する構成となる。したがって、単一のモータにより左右両方の走行装置を駆動する場合に比して、低出力の安価なモータで除雪機１に必要とされる走行性を確保することができる。

遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒに備える太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒ、遊星キャリア６８Ｌ・６８Ｒ、リングギア６７Ｌ・６７Ｒの三要素は、次のように、出力側および入力側要素として設定されている。遊星キャリア６８Ｌ・６８Ｒは、クローラ式走行装置４Ｌ・４Ｒの走行駆動軸６１Ｌ・６１Ｒと連動連結される出力側要素としている。太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒおよびリングギア６７Ｌ・６７Ｒは、エンジン３１の出力軸３１ａおよび前記電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力軸６３Ｌ・６３Ｒのうち、互いに異なる軸にそれぞれ連動連結される入力側要素としている。

特に、本実施の形態では、太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒはエンジン３１の出力軸３１ａに連動連結され、リングギア６７Ｌ・６７Ｒは電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力軸６３Ｌ・６３Ｒに連動連結される構成である。この構成に代えて、太陽ギア８２Ｌ・８２Ｒを電動モータ６２Ｌ・６２Ｒの出力軸６３Ｌ・６３Ｒに連動連結し、リングギア６７Ｌ・６７Ｒをエンジン３１の出力軸３１ａに連動連結する構成としても良い。

このため、エンジン出力やモータ出力が、遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒの減速側より入力されて、遊星ギア式差動装置７０Ｌ・７０Ｒより、減速かつトルクの高められた作動動力が出力される。したがって、変速機構を設けることなく、エンジン出力やモータ出力の変速が可能であり、除雪機１の製造コストの低減に繋がる。

除雪機の全体側面図である。走行系の動力伝達機構を示すスケルトン図である。走行系の動力伝達機構を示す断面図である。直進時における走行系の動力伝達機構に関わる各要素のタイムチャートであり、特に（ａ）図は走行速度変化、（ｂ）図はエンジンの駆動状態、（ｃ）図はブレーキ装置の駆動状態、（ｄ）図はエンジンクラッチの駆動状態、（ｅ）図は太陽ギアの駆動状態、（ｆ）図はモータクラッチの駆動状態、（ｇ）図は電動モータの駆動状態を示す。

符号の説明

１除雪機
２除雪部（作業機）
４Ｌ・４Ｒクローラ式走行装置
３１エンジン
３１ａ出力軸
６２Ｌ・６２Ｒ電動モータ
６３Ｌ・６３Ｒモータ軸
６７Ｌ・６７Ｒリングギア
６８Ｌ・６８Ｒ遊星キャリア
７０Ｌ・７０Ｒ遊星ギア式作動装置
８２Ｌ・８２Ｒ太陽ギア

Claims

エンジン（３１）と、左右一対の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）と、除雪機（１）の除雪部（２）と、左右一対のクローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）とを備える除雪機の変速装置において、該エンジン（３１）から左右の遊星ギア式差動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）の手前までの動力伝達経路上には、後進変速機構を設けず、左右の各側で、エンジン（３１）の出力と、対応する側の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力との差動動力が、対応する側の遊星ギア式作動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）で取り出されて、その差動動力が、対応する側のクローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）に供給される構成とし、前記の各遊星ギア式作動装置（７０Ｌ・７０Ｒ）に備える太陽ギア（８２Ｌ・８２Ｒ）、遊星キャリア（６８Ｌ・６８Ｒ）、リングギア（６７Ｌ・６７Ｒ）の三要素において、該遊星キャリア（６８Ｌ・６８Ｒ）は、前記クローラ式走行装置（４Ｌ・４Ｒ）の走行駆動軸（６１Ｌ・６１Ｒ）と連動連結される出力側要素とし、該太陽ギア（８２Ｌ・８２Ｒ）およびリングギア（６７Ｌ・６７Ｒ）は、前記エンジン（３１）の出力軸および前記電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）のモータ軸（６３Ｌ・６３Ｒ）のうち、互いに異なる軸にそれぞれ連動連結される入力側要素とし、除雪機（１）の前進時には、エンジン（３１）の出力と、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力とを利用し、除雪機（１）の後進時には、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力のみを利用し、除雪機（１）の旋回時は、エンジン（３１）の出力と、左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力とを利用し、主として左右の電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）の出力回転数の差または回転方向の違いを利用し、前記エンジン（３１）はアクセルレバーの操作により回転数は変更可能であるが、通常の作業・走行時には定格回転の一定の回転速度に保ち、除雪機（１）の速度を一定とし、前記電動モータ（６２Ｌ・６２Ｒ）は供給電力量の調整により、無段階に出力回転数を調節可能とし、該調節により除雪機（１）の走行速度を無段階に調節し、逆回転も可能であり、逆回転時の出力回転数も無段階に調節可能としたことを特徴とする除雪機の変速装置。