差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両
【課題】トルクを機械的に制御して伝達することにより、さらに効率的な動力伝達を可能としエネルギーの損失を可及的に抑えることができる差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両を提供する。
【解決手段】トルク伝達部２Ｔからの回転力を入力するトルク伝達回転体２０と、このトルク伝達回転体２０に回転自在に軸支された差動回転体２１と、この差動回転体２１の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体２２と、前記差動回転体２１の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体２３と、回転伝達回転体２５の一端側が正転回転体２２に連動連結し他端側が逆転回転体２３に連動連結することにより正転伝達系２４Ｆおよび逆転伝達系２４Ｒを形成する回転伝達回転体２５と、これら正転伝達系２４Ｆおよび／または逆転伝達系２４Ｒの動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体２０から回転伝達回転体２５の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部２６とを備える。
【解決手段】トルク伝達部２Ｔからの回転力を入力するトルク伝達回転体２０と、このトルク伝達回転体２０に回転自在に軸支された差動回転体２１と、この差動回転体２１の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体２２と、前記差動回転体２１の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体２３と、回転伝達回転体２５の一端側が正転回転体２２に連動連結し他端側が逆転回転体２３に連動連結することにより正転伝達系２４Ｆおよび逆転伝達系２４Ｒを形成する回転伝達回転体２５と、これら正転伝達系２４Ｆおよび／または逆転伝達系２４Ｒの動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体２０から回転伝達回転体２５の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部２６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変速機は動力を伝達する種々の装置に用いられている。特に、車両に採用する変速機として、いわゆるマニュアル変速機は、内燃機関などの動力源からの回転力によって回転する複数の一次側歯車、および、これに噛み合う複数の二次側歯車を有し、一次側歯車と二次側歯車の噛み合わせによって数段階（通常は３〜６段階）の段階変速を可能とする変速部と、変速時に原動機からの動力伝達を断続できるクラッチ（断続器）を有する。運転者は、このクラッチを用いて、変速部を原動機から切り離して、手動による変速を行うことにより、エネルギーロスの少ない効率的な変速を行うことができる。しかしながら、手動による変速が煩わしいという問題がある。また、クラッチを切り離しているときには動力が伝達できないという問題もある。
【０００３】
このため、近年では、多くの車両が自動変速機を採用して、いわゆるオートマチック車となっている。一般的な自動変速機は流体を用いたトルクコンバータ（一般的にトルコンと呼ばれている）と３〜４段階の変速機とを組み合わせてなり、自動変速を可能としている。しかしながら流体を用いたトルクコンバータによる種々のエネルギーロスが発生するので、燃料消費率が悪くなることが問題となっており、発進時と変速時以外はロックアップさせるなど、省エネルギーを達成するために効率の良い変速機が開発され実用化されるに至っている。
【０００４】
また、現在注目されている変速機として下記特許文献１に示すようなトロイダルコアを用いた無段階変速機および下記特許文献２に示すようなベルトを用いた無段階変速機が発明され、実用化されるに至っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０８２５６２号公報
【特許文献２】特許第４０８２８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無段階変速装置であってもエンジンから駆動輪（タイヤ）までの間に動力伝達を断続できる断続器を必要としており、これによって動力伝達率の低下が生じることは避けられなかった。すなわち、既存の変速機は何れも駆動源から出力される駆動軸の回転速度を任意の比率で変換することにより結果的に伝達する回転力（トルク）の大きさを変換して伝達することを行なうものであるが、必要とするのはトルクの伝達であり、車両のタイヤのように回転するものに対して制御された回転力を直接的に調整して伝達するような変速を行うものがなく、これによってエネルギーロスが生じるという問題があった。
【０００７】
例えば、車両が走行する場合を例に考えると、まず、停車時にはエンジンなどの動力源は本来なら回転している必要はないが、発進時に備えてエンジンの回転を保つことができるアイドリング程度の回転数で回転させ続ける必要があり、この状態では断続器を用いてエンジンとタイヤの間のトルク伝達を遮断する。つまり、エンジンの回転力を無駄に浪費することになる。近年、これを考慮して停車時のアイドリングを停止させるものもあるが、発進時に遅れが問題となるのでエンジン停止を控えめに行なう必要があるだけでなく、制御が複雑になるなどの問題がある。
【０００８】
次に、ほぼ一定速度で走行しているときには、エンジンからタイヤに回転力を伝える必要はないが、変速機で定められる回転数だけエンジンが回転し続けることになり、その回転力を有効に活用することはできなかった。また、減速時にはブレーキなどを用いて車両の慣性力を摩擦によって減衰させるが、このとき、エネルギーは摩擦熱となって浪費される。有能なドライバーは、エンジンブレーキをかけて損失を低減するが、これはその間のエンジンへの燃料供給をカットできる程度の浪費削減に過ぎず、慣性力を積極的に回生するに至っていなかった。
【０００９】
そこで、近年注目されているハイブリッドシステムでは余った回転力を発電機によって電気エネルギーに変換して二次電池などに蓄電する回生動作により、大幅なエネルギーロスの改善を図っているが、機械エネルギーと電気エネルギーの変換効率は発電機や電動機の大きさや用いる磁力の強度などに依存するものであり、車両に搭載できる程度の発電機や電動機では変換効率の限界があるので、十分な回生を行うことができないという問題がある。
【００１０】
加えて、ハイブリッドシステムは二次電池の性能、発電機や電動機の性能に依存するものであり、二次電池の巨大化による質量増加は車両の省エネルギー化にとって不都合であるだけでなく、バッテリの自己放電が発生してエネルギーロスを発生させたり、いずれ寿命がきて使用できなくなるという問題がある。さらに、強力な磁力を用いた発電機などの製造にも多大のエネルギーや貴重資材を消費するという問題もある。つまり、効率のよい二次電池を製造するためのレアメタル、強力な磁力を得るための希土類元素（レアアース）の消費は地球環境への配慮および製造コストの削減という観点から見ても好ましくなかった。これらの課題は、不要となった回転力を機械的に回生することができないという根本的な問題を解決していないことによるものである。
【００１１】
また、変速機による変換効率を上げるために考えられた上記無段階変速機は何れもトロイダルコアやベルト・プーリの摩擦接触によって動力を伝達しているので、摩擦による伝達効率の低下や滑りが問題となる。このため、摩擦接触部を強く押付けて伝達できる動力を大きくすることも考えられるが、これによって摩耗が激しくなり劣化が生じるという問題もある。加えて、摩擦による発熱を抑えるために適度に摩擦熱の発生を抑えると共に、摩擦接触部における動力伝達を妨げない特殊な潤滑油を用いる必要があるなどの問題もある。
【００１２】
上述の課題は電気自転車にも共通して生じており、電動機やバッテリの重量によって電気自転車の重量が重くなることが如実に現れるため、レアアースを用いた高性能の電動機を必要としたり、充電容量の重量比の点で優れているリチウムイオンバッテリなどを採用することによる地球環境にかかる負荷や、製造コストの引き上げが問題となる。
【００１３】
同様のことが、自動二輪や原動機付自転車などの車両（以下、バイクという）においても問題となるため、燃料消費効率を向上させるためにハイブリッドを用いることが現実的ではないのが現状である。とりわけ、いわゆるスクーターと呼ばれるバイクでは遠心クラッチを用いるが、この遠心クラッチはウェイトにかかる遠心力が伝達率を決めるので、スロットル開度に対するトルクの関係が直線的ではなく、ヒステリシス特性に似た特性を持ち、その調整が困難であるだけでなく、操作性が悪かった。
【００１４】
この発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、トルクを機械的に制御して伝達することにより、さらに効率的な動力伝達を可能としエネルギーの損失を可及的に抑えることができる差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、第１発明は、トルク伝達部からの回転力を入力するトルク伝達回転体と、このトルク伝達回転体に回転自在に軸支された差動回転体と、この差動回転体の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体と、前記差動回転体の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体と、一端側が正転回転体に連動連結し他端側が逆転回転体に連動連結することにより正転伝達系および逆転伝達系を形成する回転伝達回転体と、これら正転伝達系および／または逆転伝達系の動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体から回転伝達回転体の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部とを備えることを特徴とする差動変速機を提供する。（請求項１）
【００１６】
前記差動変速機はトルク伝達部に入力された回転力がトルク伝達回転体に伝わり、このトルク伝達回転体に軸支された差動回転体を入力された回転力の方向に付勢させる。この付勢力は差動回転体の一端側および他端側に接触する正転回転体および逆転回転体にも伝達されるが、差動回転体がトルク伝達回転体に対して回転自在に軸支されているので、この動力伝達は正転回転体および逆転回転体の回転速度に依存することなく行なわれる。
【００１７】
次いで、正転回転体および逆転回転体は回転伝達回転体の一端側と他端側に接触することにより、前記回転力は正転回転体および逆転回転体を介して互いに逆向きの方向に伝達される。つまり、正転回転系を介して動力伝達を行なう正転伝達系と、逆転回転系を介して動力伝達を行なう逆転伝達系の動力伝達率を伝達回転力調節部によって調節することにより、両方の動力伝達率の差によって、トルク伝達部から回転伝達回転体への伝達トルクを調整することができる。
【００１８】
例を挙げると、正転伝達系の動力伝達率が逆転伝達系の動力伝達率に比べて十分に高いなら、トルク伝達部から入力されたトルクは回転伝達回転体を正転方向にさらに回転させる方向に作用する。したがって、この回転伝達回転体に車両のタイヤが接続されているなら、車両は加速する。また、トルク伝達回転体は伝達しているトルクと同じ方向に回転する。
【００１９】
逆に、正転伝達系の動力伝達率が逆転伝達系の動力伝達率に比べて十分に低いなら、トルク伝達部から入力されたトルクは回転伝達回転体を逆転方向（減速させる方向）に回転させる方向に作用する。したがって、この回転伝達回転体に車両のタイヤが接続されているなら、車両は減速する。同時に、トルク伝達回転体は伝達しているトルクと反対方向に回転する。
【００２０】
そして、正転伝達系と逆転伝達系の動力伝達率が同じであるなら、正転伝達系と逆転伝達系によって伝達されるトルクが互いに打ち消しあうために、トルク伝達部から回転伝達回転体に作用する回転力はなく、回転伝達回転体はいわば空回り状態となる。そして、トルク伝達回転体の回転は止まる。これは、従来の断続器を切り離した状態に近いものである。
【００２１】
トルク伝達部は電動機など（自転車などでは人力を含む）の動力源であってもよいが、エンジンなどの内燃機関であってもよく、この場合は、エンジンの出力を回転伝達回転体に接続し、トルク伝達回転体を中間的にトルクを伝達するトルク伝達部に接続し、さらに別の差動変速機のトルク伝達回転体に入力させて、この差動変速機の回転伝達回転体をタイヤに接続することができる。つまり、常に回り続けるタイヤと、エンジンとの間でトルク伝達だけを確実に行うことができる。
【００２２】
前記伝達回転力調節部は端数の異なるギアの噛み合わせを切り替えることによって変速する変速機を備えるものであることにより、摩擦による動力伝達を避けて、動力伝達の損失を小さくすることができるが、無段階変速機を採用することによって回転力の伝達を微調整することが可能となる。また、この伝達回転力調節部は正転伝達系または逆転伝達系の何れか一方の動力伝達率を調節するものであってもよいが、両方の動力伝達率を調節するものであることにより、トルク伝達部に供給される回転力が強いときには正転伝達系および逆転伝達系の動力伝達率を低い状態で制御し、トルク伝達部に供給される回転力が弱いときには正転伝達系および逆転伝達系の動力伝達率を高めることにより、精度の高い制御を行うことができる。
【００２３】
正転回転体および逆転回転体はトルク伝達回転体と同芯軸上に回転自在に支持されており、これらの外周部が回転伝達回転体に接触する部分には、例えば傘歯車を形成して回転力を確実に伝達できるので好ましいが、摩擦接触するものであっても、その他の歯車を用いて回転力を伝達させてもよい。
【００２４】
前記差動回転体の正転回転体および逆転回転体と接触する接触面が略半球形状であり、前記正転回転体および逆転回転体は前記半球の中心を通り前記トルク伝達回転体の回転軸に対して約４５度の角度の位置において差動回転体に接触する接触部を有し、前記伝達回転力調節部は差動回転体の回転軸の中心でかつ前記接触面に形成された半球の中心部において正転回転体側または逆転回転体側に揺動可能に支持する傾倒支持部である場合（請求項２）には、差動回転体の正転回転体および逆転回転体との接触面が略半球形状であるから、傾倒支持部によってトルク回転体の回転軸を揺動させた状態でも接触部が差動回転体の接触部に接触するので、トルクの伝達を行うことができる。伝達回転力調節部をより簡素に形成することができるので、製造コストを削減できるだけでなく、動力伝達に関係する回転体が簡素であればあるほどその動力伝達損失を小さくすることができる。
【００２５】
また、傾倒支持部による揺動角度によって正転回転体および逆転回転体の接触部が接する位置と差動回転体の軸心との距離を同時に変更できる。例えば、傾倒支持部の角度を正転回転体の側に４５度傾けるときに差動回転体の回転に関係なく正転回転体に動力伝達を行うことができ、逆転回転体は差動回転体の回転軸に対して約９０度の角度で接するので、差動回転体の回転によって逆転回転体へのトルク伝達は阻止される。逆に、傾倒支持部の角度を逆転回転体の側に４５度傾けるときに逆転回転体に動力伝達を行うことができ、正転回転体へのトルク伝達は阻止される。
【００２６】
前記正転回転体および逆転回転体の前記接触部が、傾倒支持部の揺動に伴って回動自在に支持された複数のローラを備える場合（請求項３）には、傾倒支持部の揺動によって接触面が移動するときに接触部に設けたローラが回転するので、揺動にかかる抵抗を小さくすることができる。したがって、車両が停止しているときなど、回転伝達回転体が停止しているときにもトルクの伝達率を容易に調整することができる。正転回転体および逆転回転体と差動回転体の間の動力伝達はローラの側面と差動回転体の摩擦接触によるものであり、正転回転体および逆転回転体のローラを差動回転体に強く押し付けることにより滑りを防止できるが、ローラを強く押し付けた状態でも傾倒支持部を容易に揺動させることができる。
【００２７】
第２発明は差動変速機のトルク伝達部に接続されて動力源からの回転力を蓄積する回転力蓄積体を備えることを特徴とする変速機を提供する。（請求項４）
【００２８】
前記変速機は動力源からの回転力を回転力蓄積体に蓄積することができ、この回転力蓄積体を動力源として伝達回転体を回転させることも可能であり、例えば車両が低速走行をしている場合など、動力源（エンジンなど）からの動力供給を必要としない状態であるときには、動力源からの回転力を回転力蓄積体に蓄積させた後に、動力源を停止させることができる。また、差動変速機は回転力の伝達方向を自在に調節できるので、この差動変速機をタイヤと回転力蓄積体の間に位置させた場合には、減速時にタイヤからの回転力（運動エネルギや車両の慣性力）をトルク伝達部に回収することにより減速させながら回転力蓄積体に動力源として蓄積（回生）することができ、動力源（エンジンなど）を停止させることができる。
【００２９】
加えて、回転力蓄積体に蓄積させた回転力は次に車両が加速するときに動力源として用いることができるので、加速減速を繰り返すような走行時にもエンジンなどの動力源を停止させたまま走行することが可能となる。さらに、差動変速機をエンジンと回転力蓄積体の間に介在させた場合には、回転力蓄積体に蓄積させた回転力をエンジン側に戻すことも可能であり、エンジン始動を回転力蓄積体に蓄積された回転力によって行なうことも可能となる。
【００３０】
つまり、回転力蓄積体に蓄積できる回転力のエネルギ量を多くすれば、車両が高低差の無い道を走行している状態においてエンジンから供給する必要がある回転力は、車両の空気抵抗やタイヤなど車体による損失、変速機のギアなどの駆動系に発生する損失を補う程度のもので良くなり、エネルギ消費が飛躍的に少なくなる。また、従来のハイブリッドシステムのように機械エネルギを電気エネルギに変換する必要が無く、機械エネルギのままエネルギを回収して動力として回生できるので、電気変換に伴う損失をなくすことができるだけでなく、ハイブリッドシステムに必須だった二次電池や電動機などもなくすことが可能である。
【００３１】
さらに、回転力蓄積体に回転力を蓄積することにより、回転力を安定させることができるので制御が容易となり、操作性が向上する。
【００３２】
前記回転力蓄積体はその一次側の回転軸と二次側の回転軸の間の捩れによって回転力を蓄勢する弾性体を備える場合（請求項５）には、弾性体の弾性を利用して回転力を蓄勢するので、エネルギー損失を極めて少なくすることができる。この弾性体は弾性を有し螺旋状に巻きつけた例えば板状の鋼材からなる板状弾性体（いわゆるぜんまい）であることが考えられ、この板状弾性体の一端を固定して巻きつける軸芯と板状弾性体の他端を固定した円周壁面を備えるケースとを備える弾性体のユニット（以下、これを弾性体ユニットという）にすることにより安全性を確保しながら蓄勢できる回転力を調節できる。また、複数の弾性体ユニットを直列に接続してより多くの回転力を蓄積できるようにすることが好ましく、さらに、各弾性体ユニットにおける板状弾性体の弾性力に幾らかの差を設けて、より幅の広い回転力の蓄積を可能とするものであることが好ましい。
【００３３】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部に接続されたトルク蓄積用の差動変速機と、この差動変速機の回転伝達回転体に連結させて回転力を慣性によって蓄積する慣性力蓄積体と、前記トルク蓄積用の差動変速機の伝達回転力調節部を用いて回転力の伝達方向を制御することにより前記慣性力蓄積体への回転力の蓄積および回転力の放出を制御するトルク制御部とを備える場合には、トルク蓄積用の差動変速機を用いてトルク伝達部に供給される回転力を慣性力蓄積体に供給して、この慣性力蓄積体を回転させることにより回転力を慣性モーメントによって蓄積し、蓄積した回転力を再びトルク伝達部に放出することができる。
【００３４】
なお、前記慣性力蓄積体は慣性を蓄積するに足りる質量を備える略円盤形状のはずみ車であることが好ましく、十分な剛性と質量を有する鉄、ステンレス、チタンなどの金属および比重の高い鉛などの金属を含むものであることにより総重量を抑えながら十分な慣性モーメントを得ることができるので好ましい。剛性の高い金属ははずみ車の内径部分を構成し、比重の高い金属ははずみ車の外形部分を構成することが好ましい。さらに、慣性力蓄積体は少なくともはずみ車を１対設けて互いに逆方向に回転するようにして、両方のはずみ車を回転させるときの慣性モーメントを打ち消すことが可能であるので好ましい。
【００３５】
前記慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせて変速機の姿勢を安定させる姿勢安定制御部を有する場合（請求項７）には、慣性力蓄積体の回転速度を加減することによって慣性力蓄積体の回転速度を加減することによりその慣性を利用して回転方向の慣性モーメントを発生させて姿勢を安定させることができる。また、回転する慣性力蓄積体はいわゆるコマのように、その姿勢が安定するので、走行面の凹凸に伴う揺れを小さくすることができる。つまり、本発明の変速機を車両のように搭乗するための空間を備えるものに用いる場合には、変速機を介して車両の振動を少なくして乗り心地を向上させるものとなる。
【００３６】
加えて、車両の場合、鉛直を中心とする回転方向に慣性力蓄積体を回転させることにより慣性モーメントを車両の操舵方向に作用させて運転者の操作に合わせて調節することにより、車両の姿勢が安定するので各タイヤにかかる負荷を分散させて、タイヤの滑りによる回転スリップを効果的に防止でき、たとえ全てのタイヤが滑ったとしても車両の方向を前向きに調節することが可能となる。
【００３７】
慣性モーメントが車両の進行方向に対して直角な水平線を中心とする回転方向に作用するように配置することにより、加減速時における前後のタイヤにかかる負荷を均等にすることができる。さらに、車両の進行方向に平行な水平線を中心とする回転方向の慣性モーメントが作用するように配置することにより、車両の横転を防止することができる。
【００３８】
なお、上述の姿勢安定制御は車輪が地面に接する乗り物のみならず、船、潜水艦のような水上および水中の移動体や、飛行機、宇宙船、衛星のような飛行物にも応用できることは言うまでもない。
【００３９】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部または回転伝達回転体に連動連結された部分に取り付けられた発電機および電動機と、この発電機および電動機に電気的に接続された蓄電部とを備える場合（請求項８）には、トルク伝達部に回収した回転力を電気エネルギに回生して蓄電部に充電し、蓄電部に充電した電気エネルギによって電動機を回転させて回転力を出力することができる。トルク伝達部において伝達される回転力の大きさを容易に調整することができるので制御が簡素化する。また、蓄電部の容量を大きくすることにより長時間にわたる安定した動力の蓄積を行うことができる。発電機および電動機は一つに纏めて発電機兼電動機とすることにより小型化と軽量化に寄与できる。
【００４０】
前記伝達回転力調節部を用いて逆転伝達系の動力伝達率を正転伝達系の動力伝達率より大として回転力の出力側から回転力蓄積体への回転力の回収を制御する回生制御部を備える場合（請求項９）には、運転者が制動操作を行なうときに、ブレーキによる制動を行なう前に、回転伝達回転体における回転力（車両の慣性による）を回転力蓄積体にエネルギとして回収することができる。なお、運転者が急激な減速を行う場合（急ブレーキ時）には、プレーキを用いた制動を行なって制動を優先することが好ましい。
【００４１】
前記トルク伝達部にトルク伝達回転体が接続された動力源用の差動変速機を備え、車両のエンジンがこの動力源用の差動変速機の回転伝達回転体に接続されて、前記伝達回転力調節部はエンジンとトルク伝達部の間で回転力の伝達方向と伝達率の調節を可能とするものである場合（請求項１０）には、エンジンの回転力をトルク伝達部に供給する通常のトルク伝達状態と、エンジンの回転を空転させてトルク伝達部と切り離す切断状態と、トルク伝達部に伝達された回転力を用いてエンジンを回転させるエンジン始動時のトルク伝達状態を容易に切り替えて、伝達する回転力の方向および伝達率を自在に制御できる。
【００４２】
動力源用の差動変速機を介してエンジンからトルク伝達部に供給される仕事量は、動力源用の差動変速機のトルク伝達回転体の回転速度と、このトルク伝達回転体を用いて供給される回転力の積によって定まり、これは動力源用の差動変速機の回転伝達回転体の回転速度と、エンジンからこの回転伝達回転体に供給される回転力の積にほぼ等しく（損失による僅かな減少は無視する）なる。
【００４３】
一方、エンジンはそれぞれの特性によって、各回転数における出力仕事量（回転数×回転力）に対する燃料消費が最も少なくなる、最も効率の良い出力回転力が定まるので、エンジンは必要とする仕事量に合わせて選択された最も効率の良い回転数かつ回転力を出力するように制御してこれを動力源用の差動変速機によって任意の回転力に変換して出力させることができる。つまり、エンジンの特性を最大に活かした最も効果的な回転力の出力を行うことができるので、燃料消費利率を可及的に改善できる。
【００４４】
第１軸を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車と、前記略円錐形状の母線に平行な第２軸を中心に配置され、かつ前記第１歯車を構成する歯車に対して選択的に噛み合う第２歯車と、前記第２歯車に噛み合う第１歯車側の歯車の歯がこれに隣接する歯車の歯とほぼ重なる第１歯車の回転角において、第２歯車を前記隣接する歯車に噛み合わせるように第２歯車または第１歯車を第２軸に平行する方向に移動させることにより変速する変速部とを備えて、前記差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所において動力伝達率を調節可能とする場合（請求項１１）には、基本的に第１歯車に設けた各歯車のうち一つと第２歯車が噛み合うことにより動力を伝達するので、動力伝達効率が極めて高くフリクションロスを最小限に抑えることができる、従来の摩擦による動力伝達を行うときのように滑りが生じたり、無理な摩擦による発熱やエネルギロスが生じることもない。
【００４５】
また、円錐形状の第１歯車に設けた各歯車は歯幅を一定にする場合、所定の回転角において隣接する歯車の歯が重なるので、変速部がこの回転角において第２歯車を隣接する歯車側に移動させることにより駆動力を伝達しながら変速を行うことが可能となる。
【００４６】
なお、第２歯車の歯の形状は円筒形状であることにより、変速時に第２歯車が第２軸に平行する方向に移動しやすいので好ましく、この円筒形状の歯は第２歯車の放射線方向を中心に回動自在に支持されたローラであることにより、変速部における変速をより速やかに行うことができるので好ましい。
【００４７】
差動変速機によって差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所の動力伝達効率を引き上げることにより、正転伝達系および逆転伝達系の２系統の動力伝達を行なうことによる変速機全体の動力伝達効率の低下を抑えることができる。
【００４８】
前記変速部が、前記第２歯車または第１歯車を第２軸に平行な方向に移動できるようにする可動部と、第１歯車に連設されて前記隣接する歯車の歯が重なる回転角において可動部を前記隣接する歯車側に移動させる歯車切換カム機構を備える場合（請求項１２）には、歯車切換カム機構によって第２歯車が移動するタイミングを確実に合わせることができるので、変速時に第１歯車の歯が第２歯車の歯と衝突することがなく、変速部における変速をスムーズかつ確実に行うことができる。
【００４９】
第１軸を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車と、前記略円錐形状の母線に対して平行に配置された第２軸を中心に回転自在かつ前記第1歯車を構成する各歯車に対してそれぞれ噛み合う複数の第２歯車と、これらの第２歯車を回動自在に支持する第２歯車支持体と、これらの第２歯車のうち動力伝達に用いるものを選択できるように構成された変速部とからなり、この変速部が、各第２歯車にそれぞれ形成された複数の回転係合部と、これらの回転係合部に選択的に係合することにより選択された第２歯車を第２歯車支持体に連結させる選択係合部と、前記回転係合部に対する選択係合部の係合を切り換えて動力伝達に用いる第２歯車を切換える歯車切換部とを備えて、前記差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所において動力伝達率を調節可能とするものも容易に考えられる。この場合、第１歯車に設けた各歯車と第２歯車が噛み合い、回転係合部と選択係合部が係合することにより第１軸と第２軸の間で動力を伝達するので、従来の摩擦による動力伝達を行うときのように滑りが生じたり、無理な摩擦による発熱やエネルギロスが生じることもない。また、第２歯車に形成する回転係合部の形状を同じ形状にすることにより、動力伝達に用いる第２歯車の切り替えを容易に行うことができる。
【００５０】
前記円錐形状の第１歯車に設けた各歯車はそれぞれ第２歯車と噛み合うものであるから第１歯車と第２歯車の噛み合いを調整することができ、最も効率的な変速歯車の歯の形状を、例えば、はすば歯車、やまば歯車として、動作音の低減を図り、伝達トルクの変動を抑えることができる。回転係合部および選択係合部の形状は第２歯車の歯数の定数倍の歯数の歯、ローレット、リブであることが考えられる。
【００５１】
前記回転係合部または選択係合部の当接部には、第２軸の軸芯方向への移動方向への移動を助けるローラを設けることが好ましい。この場合、変速部による変速を速やかに行うことができるので好ましい。
【００５２】
前記変速部が、前記選択係合部を第２軸に平行な方向に移動できるようにする可動部と、隣接する第２歯車の回転係合部が重なる回転角において可動部を前記隣接する第２歯車側に移動させる歯車切換カム機構を備えることも考えられる。この場合、歯車切換カム機構によって第２歯車が移動するタイミングを確実に合わせることができるので、変速時に選択係合部が回転係合部と衝突することがなく、変速部における変速をスムーズかつ確実に行うことができる。
【００５３】
第３発明は、前記差動変速機を搭載した車両（請求項１３）を提供する。すなわち、差動変速機によって車両の動力源からの回転力を効率的に駆動輪に伝達できるので、動力源の負担を少なくすることができ、エネルギ消費を削減することができ、地球の環境保全に貢献できる。また、これまで制御しにくかった回転力の制御を容易に行うことができるので、制御が容易となり操作性が向上する。
【００５４】
第４発明は、前記変速機を搭載したことを特徴とする車両（請求項１４）を提供する。すなわち、変速機によって動力伝達効率の改善を行い、運動エネルギを機械的に蓄積してこれを動力として用いることができるので、エネルギ消費を可及的に削減できる。
【発明の効果】
【００５５】
第１発明では、これまで直接的には制御できなかった回転力を機械的に制御して伝達できるので、回転力による制御を容易に行なうことができる。つまり、停止している回転しているかに関わらず回転伝達回転体に対しても、制御された回転力を伝達することができるので、この差動変速機を用いることによりトルクコントローラが簡素になり、かつ、回転体同士の接触によって回転力を伝達するので、エネルギ損失を小さくすることができる。
【００５６】
第２発明では、伝達する回転力を一旦回転力蓄積体に蓄えてから伝達するので、動力源から出力される回転力に変動があっても伝達する回転力を安定させることが可能である。また、動力源からの回転力を回転力蓄積体に蓄積することにより回転力の伝達時に動力源を停止させることも可能である。さらに、一旦出力されて運動エネルギ（慣性）になった回転力を再び回転力蓄積体に回収して再び動力として使用することも可能である。
【００５７】
前記回転力蓄積体が慣性力蓄積体であり、この慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせて変速機の姿勢を安定させる場合には、動力伝達の効率向上のみならず姿勢の安定化を図ることができるので、とりわけ車両に搭載することにより、運転者の意図に合わせた車両の姿勢制御を行うことができる。つまり、悪路における安定走行を可能とするので、安全性が向上すると共に搭乗者の居住性が向上する。
【００５８】
第３発明では、歯車同士の噛み合わせによって動力を伝達し、基本的に一対の歯車間で変速を行うことができるので、滑りや摩擦接触による損失が無く、動力伝達効率を可能な限り高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両の構成を示す図である。
【図２】差動変速機の構成を示す図であり、（Ａ）はトルク伝達回転体の軸芯を切断する方向に切断して示す断面図、（Ｂ）はトルク伝達回転体の回転軸に直角の方向に切断して示す断面図である。
【図３】前記差動変速機を用いて動力伝達を切断した空転状態を説明する図である。
【図４】前記差動変速機を用いて逆転方向の回転力を伝達する動作状態を説明する図である。
【図５】捩れの力を蓄勢する回転力蓄積体の一例を説明する図である。
【図６】慣性力によって回転力を蓄積する回転力蓄積体の一例を説明する図である。
【図７】差動変速機の変形例を示す図である。
【図８】変速機および回転力蓄積体の変形例を示す図である。
【図９】変速機の更なる変形例を示す図である。
【図１０】図９の変速機の要部構成を示す図である。
【図１１】前記変速機の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１は本発明に係る第１実施形態の構成を概略的に示す図である。図１において、１は複数の差動変速機２Ａ，２Ｂ…およびこれらの差動変速機２Ａ，２Ｂ…を用いた変速機３を搭載する車両であり、エンジン４などの動力源からの回転力を前後に設けた左右の車輪の一例であるタイヤ５に適宜伝達することにより路面を走行するものである。本実施形態における各差動変速機２Ａ，２Ｂ…は基本的に同じ構成の部材を組み合わせて形成されるものであり、以下の説明において、区別が不要であるときには各差動変速機２Ａ，２Ｂ…を単に差動変速機２と表現して説明を簡略化する。
【００６１】
６Ａ，６Ｂは前後のタイヤ５に供給する回転力を弾性体の捩れによって蓄積する回転力蓄積体、７ははずみ車慣性力によって回転力を蓄積する回転力蓄積体（慣性力蓄積体）である。捩れの力によって回転力を蓄積する回転力蓄積体６Ａ，６Ｂはエンジン４とタイヤ５の間に介在することにより、伝達される回転力の変動を小さくして安定走行に寄与することができ、回転力蓄積体７は瞬発的な回転力の蓄積および大きな回転力の出力を行うことができる。また、８Ａ，８Ｂは前、後の車輪に伝達される回転力を左右のタイヤ５に分配する差動歯車（いわゆるデファレンシャルギア）である。
【００６２】
図２は前記差動変速機２の構成を説明する図であって、図２（Ａ）はトルク伝達側の回転軸に直行する方向から見た側面図、図２（Ｂ）はトルク伝達側の回転軸の長手方向から見た図である。
【００６３】
図２に示すように、前記差動変速機２はトルク伝達部２Ｔにおいて図１の回転力蓄積体６Ａ，６Ｂ，７が接続されることにより回転力の伝達を行うトルク伝達回転体２０と、このトルク伝達回転体２０に回転自在に軸支された差動回転体２１と、差動回転体２１の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体２２と、前記差動回転体２１の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体２３と、一端側が正転回転体２２に接触し他端側が逆転回転体に接触することにより正転伝達系２４Ｆおよび逆転伝達系２４Ｒを形成する回転伝達回転体２５と、これら正転伝達系２４Ｆおよび逆転伝達系２４Ｒの動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体２０から回転伝達回転体２５の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部２６とを備える。
【００６４】
前記トルク伝達回転体２０は、軸受け２０Ａ，２０Ｂによって回転自在に支持される回転軸２０Ｃと、この回転軸２０Ｃに連接する膨出部２０Ｄと、前記回転軸２０Ｃを中心とする回転方向Ｒに平行な回転軸２０Ｅによってを膨出部２０Ｄに回転自在に支持されると共に一端部に前記差動回転体２１を回転自在に支持する傾倒支持部２０Ｆと、この傾倒支持部２０Ｆの多端側に形成されたギアの歯に勘合するギアを外周部に備え前記回転軸２０Ｅに平行な回転軸２０Ｇによって膨出部２０Ｄに回転自在に支持される中間ギア２０Ｈと、外周部に中間ギア２０Ｈの歯に勘合する環状歯２０Ｉを形成し回転軸２０Ｃの中心部に摺道自在に収容される変速操作軸２０Ｊとを備え、前記各部材２０Ｅ〜２０Ｉが伝達回転力調節部２５として機能する。
【００６５】
差動回転体２１は正転回転体２２および逆転回転体２３と接触する略半球形状の接触面２１Ａを備え、この接触面２１Ａの中心に対応する内側面には前記傾倒支持部２０Ｆの一旦部に軸支される前記回転軸２１Ｂを備える。また、本実施形態では一つのトルク伝達回転体２０にその回転角９０°毎にそれぞれ設けることにより４つの差動回転体２１を取り付けている。従って、この４つの差動回転体２１は、それぞれがトルクを伝達することにより各部にかかる力を極力小さくするように構成している。加えて、差動回転体２１は差動変速機２の全体に比べて小さすぎることがないので、回転伝達回転体２５の回転に伴って回転する差動回転体２１の回転数の増加が効率低下を招くということもないようにしている。
【００６６】
前記正転回転体２２および逆転回転体２３は、前記半球の中心（回転軸２０Ｅ）を通り前記トルク伝達回転体の回転軸に対して約４５度の角度の位置において、差動回転体２１に押し当てるようにして付勢接触する接触部２２Ａ，２３Ａを有し、その回転軸は伝達回転体２０と同軸上に形成された軸受部２２Ｂ，２３Ｂによって回動自在に支持される。また、これら正転回転体２２と逆転回転体２３の外周部の回転伝達回転体２５との接触部には、傘歯歯車を形成して滑りを防止している。なお、接触部２２Ａ，２３Ａを接触面２１Ａに押し付ける付勢力は伝達する接触部２２Ａ，２３Ａと接触面２１Ａの摩擦接触によって伝達できる回転力に比例するものとなるので、より強い力で安定的に付勢されることが好ましく正転回転体２２、逆転回転体２３に設けた任意の形状の弾性体（図示していない）によって付勢することができる。あるいは、差動回転体２１側において接触部２２Ａ，２３Ａに押し当てる方向に付勢力を加える弾性体を設けてもよい。
【００６７】
回転伝達回転体２５は前記トルク伝達側２Ａの回転軸２０Ｃに対して直角に配置された回転軸２５Ａを軸受２５Ｂによって支持されることにより回転自在に形成されており、かつ、前記正転回転体２２および逆転回転体２３との接触部には傘歯歯車に噛み合う傘歯歯車を形成している。なお、この回転伝達回転体２５は差動変速機２の回転伝達部２Ｒとなる。
【００６８】
また、本実施形態の前記伝達回転力調節部２６は前記変速操作軸２０Ｊと環状歯２０Ｉに加えて、前記中間ギア２０Ｈ、傾倒支持部２０Ｆとを備え、変速操作軸２０Ｊを回転軸２０Ｃに対して出退させることにより、作動回転体２１の回転軸２１Ｂを約９０°の範囲で傾倒させることができる。つまり、傾倒支持部２０Ｆを傾倒させることにより、回転力の伝達率を、正転回転体２２を介する正転伝達系２４Ｆと逆転回転体２３を介する逆転伝達系２４Ｒにおいて変更させ、これによって回転伝達回転体２５に伝達する回転力を自在に調節することができる。
【００６９】
また、図１に示す３Ａは前記伝達回転力調節部を用いて逆転伝達系２４Ｒの動力伝達率を正転伝達系２４Ｆの動力伝達率より大として回転力の出力側から回転力蓄積体への回転力の回収を制御する回生制御部として機能する制御装置である。
【００７０】
より詳細には図２〜図４の状態を比較して説明する。すなわち、トルク伝達部２Ｔから入力した回転力をトルク伝達回転体２０によって各差動回転体２１に伝達し、この作動回転体２１をトルク伝達回転体２０の回転方向に移動させるように付勢させることができる。
【００７１】
図２（Ａ）の状態では伝達回転力調節部２６を一番奥に押し込んだ状態であるから、トルク伝達回転体２０のトルク伝達部２Ｔに入力された回転力は作動回転体２１の回転軸２１Ｂの延長線上（ほぼ軸芯上）の接触面２１Ａに接する接触部２２Ａを介して正転回転体２２に伝達され、この正転回転体２２をトルク伝達回転体２０と同じ正転方向に回転させる。他方、前記逆転回転体２３の接触部２３Ａは作動回転体２１の回転軸２１Ｂから最も離れた他端に接触するので、作動回転体２１が回転することにより、作動回転体２１から前記逆転回転体２３への回転力の伝達はほとんど全く行われない。したがって、回転伝達回転体２５（差動変速機２の回転伝達部２Ｒ）には正転方向のトルクが伝達されることになる。
【００７２】
次いで、図３に示すように、前記伝達回転力調節部２６を回転軸２０Ｃに対して図示左方向に変位させることにより、中間ギア２０Ｈを介して傾倒支持部２０Ｆを傾倒させることができ、例えば差動回転体２１の回転軸２１Ｂが回転軸２０Ｃに対して直角に配置した状態では、トルク伝達回転体２０の回転を停止した状態であっても、回転伝達回転体２５が正転方向に回転すると、正転回転体２２が正転方向に回転し、逆転回転体２３が逆転方向に回転する。このとき正転回転体２２と逆転回転体２３の回転数は同じであるから、これらの回転体２２，２３が回転軸２１Ｂから等しい距離Ｄとなるように配置された差動回転体２１は静止したトルク伝達回転体２０の傾倒支持部２０Ｆに支持された状態で回転する。
【００７３】
上述のように、前記伝達回転力調節部２６によって正転伝達系２４Ｆと逆転伝達系２４Ｒによる伝達回転力が同じになるように調節した場合には、トルク伝達部２Ｔの回転を止めて、回転伝達回転体２５のみを空転させることができる。つまり、図３に示す状態では、差動変速機２のトルク伝達部２Ｔを静止させて、回転伝達部２Ｂとの間での回転力の伝達を切り離すことができるので、差動変速機２をいわば断続器として機能させることができる。したがって、図１に示すように本発明の差動変速機２Ｂ，２Ｃをその回転伝達部２Ｒが車両１のタイヤ５側に配置させることにより、車両１が惰性で走行している状態において、エンジン４を完全に停止させることも可能である。
【００７４】
また、図３に示す状態から図２（Ａ）に示す状態になるように、傾倒支持部２０Ｆを傾倒させることにより、その角度に合わせてトルク伝達部２Ｔから回転伝達部２Ｒに供給されるトルクの伝達率を引き上げることができ、回転し続ける差動変速機２の回転伝達部２Ｒとトルク伝達部２Ｔとの間で任意の回転力を伝達させることができる。
【００７５】
つまり、差動変速機２は伝達回転力調節部２６によって、伝達する回転力を制御できるので、トルク制御が容易となる。特に、図１に示す実施例のように前後４輪のタイヤ５を用いて動力伝達を行なう場合、従来の駆動系では前後のタイヤ５の回転数の差によって伝達効率の低下が発生するが、本発明の差動変速機２を用いたトルク制御を行なって前後のタイヤ５への動力伝達を行なう場合には、回転速度の差による動力伝達効率の低下を招くことがない。
【００７６】
さらに、図４に示すように、前記伝達回転力調節部２６を回転軸２０Ｃに対してさらに図示左方向に変位させることにより、中間ギア２０Ｈを介して傾倒支持部２０Ｆをさらに傾倒させることができ、図２（Ａ）と反対方向に傾倒させた状態では、トルク伝達回転体２０に伝達された回転力が差動回転体２１を介して逆転回転体２３に伝達され、正転回転体２２への回転力の伝達はほとんど全く行なわれない。このため、差動変速機２のトルク伝達部２Ｔに供給された回転力は回転伝達部２Ｒの逆転方向に作用する。
【００７７】
したがって、図１における差動変速機２Ｂ，２Ｃを図４に示す状態にすることにより、車両１を制動することができる。なお、図４に示す状態では、差動変速機２の回転伝達部２Ｒの回転方向がトルク伝達部２Ｔの回転方向が逆となるので、差動変速機２Ｂ，２Ｃのトルク伝達部２Ｔに回転力蓄積体６Ａ，６Ｂを接続した場合には、車両１を制動すると同時に車両１の慣性エネルギを回転力蓄積体６Ａ，６Ｂに回収して蓄積することができる。
【００７８】
前記差動変速機２Ｂ，２Ｃの回転伝達回転体２５には前記差動歯車８Ａ，８Ｂに連結されるギア８Ｃ，８Ｄを連結しており、回転伝達回転体２５に伝達される回転力が左右のタイヤ５に分配して伝えられるように構成している。加えて、本実施形態では差動変速機２Ｃの回転伝達回転体２５およびギア８Ｄが別の差動変速機２Ｄの回転伝達回転体２５に連結されている。
【００７９】
図５は図１に示す前記回転力蓄積体６Ａ，６Ｂの構成を示す図である。なお、回転力蓄積体６Ａ，６Ｂの構成は同一構成であるから、以下の説明において区別する必要が無いときには回転力蓄積体６と表現する。
【００８０】
これらの回転力蓄積体６は一端の回転軸６Ｃと他端の回転軸６Ｄの間の捩れによって回転力を蓄積するものであり、螺旋状に巻きつけた複数の板状の鋼材からなる板状弾性体（いわゆる渦巻きばね）３０Ａ，３０Ｂ…と、これらの板状弾性体３０Ａ，３０Ｂ…の一端を固定して巻きつける軸芯３１Ａ，３１Ｂ…と、前記板状弾性体３０…の他端を固定する円周壁面３２Ａ，３２Ｂ…を備えるケース３３Ａ，３３Ｂ…とかならる弾性体ユニット３４Ａ，３４Ｂ…を直列に接続したものである。なお、板状弾性体は高い弾性を備える金属であることが好ましいが、高い弾性を備えるものであれば、木、樹脂、鯨のひげのような有機物、空気やガスなどの流体を利用したものであっても弾性を蓄勢するものであれば用いることができる。
【００８１】
図５に示す例では７つの弾性体ユニット３４Ａ〜３４Ｇを直列に接続することにより一つの弾性体３０Ａ〜３０Ｇに蓄勢できる回転力の７倍の回転力を蓄勢できるように構成しており、かつ、弾性体３０Ａ、３０Ｂ…の弾性力に差をつけて例えば徐々に弾性力を強くするように配置することにより小さな回転力から大きな回転力まで幅の広い回転力の蓄勢を可能としている。また、回転力蓄積体の一端の回転軸６Ｃは各弾性体ユニット３４Ａ〜３４Ｇの軸芯３１Ａ〜３１Ｇの中心部を回動自在となるように貫通しており、他端の回転軸６Ｄと軸芯がずれないように構成し、他端の弾性体ユニット３４Ｇには板状弾性体３０Ｇの飛び出しを防止するカバー３５を備える。
【００８２】
上述のように構成された回転力蓄積体６は一端と他端の回転軸６Ｃ、６Ｄの間の一方向の捩れを弾性体３０Ａ〜３０Ｇに蓄勢するものであるから、図１におけるエンジン４（源動力源）と差動変速機２Ｂ，２Ｃの間にその回転方向に合わせて任意の方向に介在させることにより、エンジン４からの回転力を一旦回転力蓄積体６に蓄積し、回転力蓄積体６に蓄積した回転力を動力源としてタイヤ５に伝達することができる。
【００８３】
図１に示すようにエンジン４と回転力蓄積体６の間に差動変速機２Ａを介在させることにより、エンジン４と回転力蓄積体６の間における回転力の伝達率を自在に調節し、差動変速機２Ａを断続器として用いることも可能である。つまり、図１に示すように回転軸２１Ｂを蓄積側に傾倒させた通常状態ではエンジン４からの回転力を用いて回転力蓄積体６に回転力を蓄積することができ、回転軸２１Ｂが遮断位置にある状態ではエンジン４を空転させることができる。すなわち、この空転状態ではエンジ４を停止させることによりエネルギ消費をなくすことができる。
【００８４】
さらに、図１に示す差動変速機２Ａの回転軸２１Ｂをエンジン始動側に傾倒させた状態では、回転力蓄積体６に蓄積させた回転力を用いてエンジン４を正転方向に回転させることができるので、停止させたエンジン４を始動させることができる。すなわち、既存のハイブリッドシステムと同じ動作を機械的な制御によって容易に行うことができる。
【００８５】
回転力蓄積体６には機械的に回転力を蓄積するので、従来のハイブリッドシステムのように回転力を電気変換する発電機や、変換された電力を蓄積するバッテリや、蓄積された電力を再び回転力に変換する電動機を不要としている。
【００８６】
つまり、電気エネルギと運動エネルギとのエネルギ変換における変換効率に伴うエネルギロスを無くすことができる。また、回転力蓄積体６に蓄えられる回転力は各弾性体ユニット３０Ａ〜３０Ｇに分散して蓄勢されるので、各弾性体ユニット３０Ａ〜３０Ｇ間の捩れが少なく、隣接する弾性体ユニット３０Ａ〜３０Ｇ間の摩擦によるエネルギ損失もきわめて小さくすることができる。なお、図示は省略するが回転軸６Ｃ，６Ｄ間の回転を阻止する断続器を形成して、回転力蓄積体６を単なるシャフトとする切替器を設けて瞬発的な大トルクを必要とするときにエンジン４からの回転力を蓄積することなくタイヤ５に伝達させるようにしてもよい。
【００８７】
前記制御装置３Ａは前記各差動変速機２Ａ，２Ｂ…の伝達回転力調節部２６を調節することにより、回転力蓄積体６に対する回転力の蓄積状態（すなわち蓄えられた回転力のエネルギ）に合わせて、エンジン４の出力を調節し、例えば、回転力蓄積体６に蓄積された回転力のエネルギが常に一定になるようにエンジン４を回転させ、このエンジン４から供給される回転力を用いて回転力蓄積体６に回転力を蓄積させる。
【００８８】
このとき、エンジン４の特性に合わせて、回転力×回転速度（すなわち仕事量）に対する燃料消費量が最も少なくなるようにエンジン４を回転させ、出力される回転力を差動変速機２Ａによって任意に速度調節して回転力蓄積体６に蓄積させることができる。なお、回転力蓄積体６に蓄勢するエネルギ（以下蓄勢エネルギという）は、車両１の走行速度が早く（慣性エネルギが高く）なればなるほど少なくするようにして、車両１の慣性エネルギと回転力蓄積体６の蓄勢エネルギのバランスをよくして、さらに省エネルギに貢献することが好ましい。
【００８９】
さらに好ましくは、回転力蓄積体６に蓄積するエネルギの大きさを使用者（運転者）が選択できるようにすることができる。すなわち、回転力蓄積体６に大きな回転力を常に蓄積させることにより、この回転力蓄積体６に蓄えた比較的大きな回転力を即座にタイヤ５に供給できるので、それだけレスポンスが向上する。逆に回転力蓄積体６に蓄積する回転力を低く抑えて、車両１の減速時に慣性エネルギを無駄なく回収して回転力蓄積体６に戻すことができるようにし、さらなる省エネルギを実現させることも可能である。
【００９０】
図６は前記回転力蓄積体７の構成を側面から見た図である。図６に示すように、本実施形態の回転力蓄積体７はその回転伝達部２Ｒが差動歯車８Ｂに連結された差動変速機２Ｄと、この差動変速機２Ｄのトルク伝達部２Ｔに接続された一対のトルク蓄積用の差動変速機２Ｅ，２Ｆと、これらの差動変速機２Ｅ，２Ｆを中心に上下に同心円上に配置された略円盤形状の慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂとを備える。
【００９１】
前記差動変速機２Ｄ〜２Ｆのトルク伝達部２Ｔは同じ回転軸７Ｃ上に形成されており、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転伝達部２Ｒには前記慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転軸に設けたギア７Ｄ，７Ｅに噛み合うギア７Ｆ，７Ｇを備える。また、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂはその慣性力を大きくするために質量の大きな金属材質からなる環状の厚肉部７Ｈと、この肉厚部７Ｈを支持する薄板部７Ｉとを備えるものであり、その直径はその強度が確保できる可能な限り大径に形成することが好ましい。
【００９２】
前記差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを加速側に傾倒させ、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを出力側に傾倒させることにより、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転力を回転軸７Ｃを介してタイヤ５側に供給して車両１を加速させることができる。なお、差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを加速側に傾倒させる角度は慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂからタイヤ５に伝達させたい回転力の大きさに合わせて調節され、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを出力側に傾倒させる角度は車両１の走行速度と慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度の関係およびタイヤ５に伝達させる回転力の大きさに合わせて調節される。
【００９３】
また、差動変速機２Ｄ〜２Ｆの回転軸２１Ｂを空転位置に配置することにより回転軸７Ｃを停止させて回転力の伝達を阻止することができる。この状態では慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂはその慣性力によって回転し続ける。
【００９４】
さらに、差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを減速側に傾倒させ、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを入力側に傾倒させることにより、車両１の走行速度に応じてタイヤ５の回転力を回収して回転軸７Ｃを加速時とは逆転方向に回転させ、この回転力を慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂに伝達させてその回転速度を上げることができる。また、差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを減速側に傾倒させる角度は車両１の制動力の大きさに合わせて調節され、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを入力側に傾倒させる角度は車両１の走行速度と慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度の関係およびタイヤ５から回収する回転力の大きさに合わせて調節される。
【００９５】
なお、上記差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを傾倒させる角度を同じにすることにより、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂが互いに逆方向に回転するので、これら同軸線上に配置された慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度を変化させることに伴う回転トルクを互いにキャンセルさせることができ、トルク伝達部７全体に回転力が加わることが無い。
【００９６】
しかしながら、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを傾倒させる角度をあえて異ならせて、慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせることにより変速機３の姿勢を安定させる姿勢安定制御部７Ｊを設けることが好ましい。つまり、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転力伝達率の調節を、運転者による車両１の操舵に合わせて行ない、車両１を左または右に旋回させる操作を行なっているときには、変速機３を介して車両１全体に右周りまたは左回りの回転力をかけるように、差動変速機２Ｅ，２Ｆを制御することが好ましい。
【００９７】
この回転力蓄積体７は慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの慣性による回転力を回転力蓄積体６の二次側においてタイヤ５に伝達させるものであるから、瞬発的に強力な回転力を出力して加速したり、比較的強力な制動力を作用させることも可能である。つまり、図１に示すように、捩れの力を蓄勢して安定した回転力を供給する回転力蓄積体６と慣性を用いた瞬発的な回転力を供給する回転力蓄積体７を併用することが好ましい。
【００９８】
なお、図示を省略するが、前記回転力蓄積体７は前輪のタイヤ５側に設けることにより前輪のタイヤ５に瞬発的な回転力をかけることができるようになる。さらに、車両１の前後両方に回転力蓄積体７を設けてさらなる走行性能の向上を図ってもよい。加えて、差動変速機２Ｄと差動変速機２Ｅ，２Ｆの間の回転軸７Ｃに断続器を形成し、差動変速機２Ｄとの間のトルク伝達部２Ｔの伝達を遮断させた状態で慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂ間で回転力の伝達を行なって、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度を変化させることによる回転トルクを発生させて、車両１の姿勢を安定させるようにしてもよい。
【００９９】
さらに、本実施形態では鉛直方向を中心とする回転軸上に回転方向の回転力をかける例を示しているが、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転軸は車両１の走行方向に平行な中心軸上に回転自在となるように配置してもよい。この場合、車両１の横転を防止するように慣性力を働かせて、車両１の姿勢を安定させることもできる。同様に、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転軸を車両１の走行方向に直角な水平方向の中心軸上に回転自在となるように配置し、加減速時における車両１の前後のタイヤ５にかかる荷重を一定にするようにして、車両１の姿勢を安定させるようにしてもよい。
【０１００】
加えて、前記慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂは高速回転させることにより、その遠心力によってその回転軸を安定させることができる。つまり、高速回転させた慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂによって、車両１の姿勢を安定させ、路面走行時に路面の凹凸に伴って発生する振動を抑えることも期待できる。
【０１０１】
図７は図１〜図６に示す差動変速機２の変形例を示す図である。図７に示す差動変速機２’は前記正転回転体２２および逆転回転体２３の接触部２２Ａ，２３Ａに、傾倒支持部２０Ｆの揺動に伴って回動自在に支持された複数のローラ２２Ｃ，２３Ｃを備える。なお、ローラ２２Ｃ，２３Ｃの外周部はこれらを円形に並べて配置した状態で、接触部２２Ａ，２３Ａが円形となるようにその側面を湾曲させて形成している。
【０１０２】
２２Ｄ，２３Ｄは各ローラ２２Ｃ，２３Ｃを回転自在に軸支する支持部であり、この支持部２２Ｄ，２３Ｄが正転回転体２２および逆転回転体２３を回転自在に軸支しているので、前記傾倒支持部２１を傾倒させるときに、ローラ２２Ｃ，２３Ｃが回転することにより摩擦抵抗がかからないので、各部材２０〜２５が完全に停止している状態であっても伝達回転力調節２６による回転力の伝達率の調節操作を容易に行うことができる。
【０１０３】
図８は図１〜図７に示す差動変速機２，２’を用いた変速機３のさらなる変形例を示す図である。図８に示す変速機３’は差動変速機２の回転伝達回転体２５に一体的に連動連結された発電機兼電動機３０と、この発電機兼電動機３０に電気的に接続された二次電池などからなる蓄電部３１とを備える。
【０１０４】
前記発電機兼電動機３０は例えば永久磁石３２と、コイル３３とからなり、蓄電部３１に蓄積した電気エネルギを用いてコイル３３に電流を流すことにより回転力を生成する電動機として機能する一方、外部から加わる回転力によって永久磁石３２とコイル３３の位置関係が変化するときにコイル３３に生じる電流を用いて蓄電部３１に電気エネルギを充電することにより発電機として機能する。したがって、以下の説明において同じ発電機兼電動機３０を発電機３０Ｇとも電動機３０Ｍとも表現する。
【０１０５】
なお、図８に示す永久磁石３２とコイル３３は永久磁石が回転し、コイル３３が固定するように配置することにより、コイル３３と蓄電部３１との電気的な接続が容易となるので好ましいが、永久磁石３２とコイル３３の位置関係が逆であってもよい。また、両方ともコイルとして片方を励磁コイルとし、この励磁コイルに電流を流した状態で発電器または電動機として機能させ、励磁コイルへの通電を止めた状態では電気エネルギとのエネルギ変換を行なわないことも可能である。
【０１０６】
従って、エンジン４からの回転力を電気エネルギに変換して蓄電部３１に蓄えると共に、蓄電部３１に蓄積した電気エネルギを用いて回転力を生成することができ、蓄電部３１の容量を大きくすればするほど安定した回転力を供給し続けることが可能となる。なお、蓄電部３１はニッケル・カドニウム電池、ニッケル・水素電池、リチウムイオン電池、鉛電池などの二次電池であることが考えられるが、メンテナンスが容易な高容量のコンデンサなどを用いてもよいことはいうまでもない。また、蓄電部３１には入出力する電流値を回転力に合わせて調節する制御回路を備えることが好ましい。
【０１０７】
本実施形態では差動変速機２の回転伝達回転体２５に発電機兼電動機３０を形成しているので、回転力の運動エネルギを電気エネルギに変換する時にもその逆のエネルギ変換を行なうときにも電流値によって容易にトルク調節を行なうことができる。従って、発電機３０Ｇをエンジン４の近く（図１に示す差動変速機２Ａの回転伝達回転体２５）に配置することによりエンジン４の出力を直接的に電気エネルギに変換でき、その間のエネルギロスを最小にすることができる。
【０１０８】
同様に、発電機３０Ｇをタイヤ５の近く（図１に示す差動変速機２Ｂ，２Ｃの回転伝達回転体２５）に配置することにより差動歯車８を介してタイヤ５から回収する回転力をできるだけ直接的に電気エネルギに変換でき、また、電動機３０Ｍをタイヤ５の近くに配置することにより電気エネルギを回転力に変換して直接的にタイヤ５に供給することができる。
【０１０９】
さらに、図示は省略するが発電機兼電動機３０を図１に示す回転力蓄積体６，７に連結させて差動変速機２の回転力をトルク伝達回転体２０に連動連結させた部分に設けることも可能であり、この場合は回転力蓄積体６，７に蓄積しきれない回転力を用いて発電機３０Ｇを回転させて蓄電部３１に電気エネルギとして蓄積することができる。
【０１１０】
図９は本発明の第１実施形態に係る変速機４０の一部を切断してその構成を示す図であり、図１０はこの変速機４０の要部構成を示す図である。第２実施形態の変速機４０は、第１実施形態の差動変速機２の回転伝達回転体２５と正転回転体２２および逆転回転体２３の間で変速を行なうものである。従って、図１〜図８と同じ符号を付した部材は同一または同等の機能を有する部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【０１１１】
図９に示すように、変速機４０は、第１軸４１を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車４２を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車４３と、前記略円錐形状の対称位置にある一対の母線４４Ａ，４４Ｂに平行な一対の第２軸４５，４６のそれぞれを中心に配置され、かつ前記第１歯車４３を構成する歯車４２に対して選択的に噛み合う第２歯車４７，４８と、前記第２歯車４７，４８に噛み合う第１歯車４３側の歯車４２の歯４２Ａがこれに隣接する歯車４２の歯４２Ｂとほぼ重なる第１歯車４３の回転角において、第２歯車４７，４８を前記隣接する歯車４２Ｂに噛み合わせるように第２歯車または第１歯車を第２軸に平行する方向に移動させることにより変速する変速部４９，５０とを備えて、前記差動変速機２の伝達回転力調節部において動力伝達率を調節可能とするものである。
【０１１２】
前記歯車４２を構成する各歯４２は例えば基本となる円錐形状に対して、周方向に等間隔に円筒状の孔を開設させてこの孔の底面を歯の根元とした形状であり、これに対応する歯車４７，４８にはその外周に前記孔と同じ間隔で略円筒状の突起状の歯４７Ａ，４８Ａが形成されている。また、好ましくは前記歯４７Ａ，４８Ａはその円筒の外周がその円周方向に回動可能に形成されている。すなわち、第１歯車４３の歯４２Ａ、４２Ｂ…に第２歯車４７，４８の歯４７Ａ，４８Ａが噛み合った状態において各歯車４３，４７，４８は連動して回転するが、第１歯車４３と第２歯車４７，４８の軸４２，４５，４６が平行でないので、各歯車４３，４７，４８同士が僅かに回転しながら動力を伝達するが、歯４７Ａ，４８Ａがその円周方向に回動可能であるから大きな摩擦が発生することがなく、これにともなうフリクションロスを軽減できる。
【０１１３】
前記第１歯車４３は略円錐形状であるから、その外周に形成された歯車４２の歯数は図１０の図示下方において少なく、図示上方において多く形成される。また、母線４４Ａ，４４Ｂに対して同じ間隔Ｗとなるように複数の歯車４２…を形成した場合、隣接する２つの歯車４２の歯数の差は全て同じとなる。
【０１１４】
図１０に示す、本実施形態の第１歯車４３の場合、歯車４２の歯数は内側から、６，８，１０，１２…となっており、隣接する歯車４２の歯数の差が２であるから、第１歯車４３はその円周方向の２箇所（回転角θ１、θ２）において隣接する歯車４２の歯４２Ａ，４２Ｂ…を完全に重ねることができる。本実施形態では、完全に隣接する歯車４２と重なる回転角θ１、θ２の位置にある歯を連結して、長孔４２Ｚを形成し、隣接する歯車４２の歯を連結している。
【０１１５】
また、第１歯車４３はその外周に連接させ、前記第２軸４５、４６に平行となる略円錐のカム平面４９と、このカム平面４９に形成させた略円周上に形成されたカム溝５０Ｕ、５０Ｋ、５０Ｄとからなる歯車切換カム５０を備える。また、前記第２軸４５，４６の中心には第２歯車４７，４８の位置を第２軸４５，４６上に移動させることにより変速操作を可能とする変速操作棒５１を備え、この変速操作棒５１上に前記間隔Ｗに合わせて形成した嵌合溝５１Ａに嵌合すると共に前記カム溝５０Ｕ、５０Ｋ、５０Ｄにも嵌合するカムフォロア５２Ｕ、５２Ｋ、５２Ｄと、これらのカムフォロア５２Ｕ、５２Ｋ、５２Ｄを支持すると共に任意のカムフォロア５２Ｕ、５２Ｋ、５２Ｄを嵌合溝５１Ａおよびカム溝５０Ｕ、５０Ｋ、５０Ｄに嵌合させる変速操作部および第２軸４５，４６に平行に移動可能に構成されたカムフォロアユニット５２Ａ，５２Ｂを備える。
【０１１６】
前記カム溝５０Ｋは第１歯車４３と同心円状に形成された周溝であり、第１歯車４３を回転させてもカム溝５０Ｋの位置が変わることがない。従って、このカム溝５０Ｋにカムフォロア５２Ｋを嵌合させることにより、第２歯車４７，４８の位置を固定させることができる。
【０１１７】
他方、カム溝５０Ｄは前記カム溝５０Ｋよりも外側において第１歯車４３とほぼ同心円状に形成された円弧部分と、回転角θ１、θ２において前記カム溝５０Ｋに合流するように湾曲させた合流部５０Ｊとを有する。従って、このカム溝５０Ｄにカムフォロア５２Ｄを嵌合させることにより、第２歯車４７，４８を前記回転角θ１、θ２の位置において内側（図９の下側）に移動させて変速比を下げることができる。
【０１１８】
他方、カム溝５０Ｕは前記カム溝５０Ｋよりも内側において第１歯車４３とほぼ同心円状に形成された円弧部分と、回転角θ１、θ２において前記カム溝５０Ｋに合流するように湾曲させた合流部５０Ｊとを有する。従って、このカム溝５０Ｕにカムフォロア５２Ｕを嵌合させることにより、第２歯車４７，４８を前記回転角θ１、θ２の位置において外側（図９の上側）に移動させて変速比を上げることができる。
【０１１９】
前記歯車切換カム５０およびカムフォロアユニット５２Ａ，５２Ｂは第１歯車４３に設けた複数の歯車４２に対する第２歯車４７，４８の噛み合い状態を切換え可能に構成された歯車切換カム機構５３Ａ，５３Ｂであり、この歯車切換カム機構５３Ａ，５３Ｂは、変速操作棒５１を用いた変速操作によって第２歯車４７，４７を第２軸４５，４６に平行な方向に移動できるようにする可動部４５Ａ，４６Ａを備え、第１歯車４３に連設されて前記隣接する歯車の歯４２Ａ，４２Ｂが重なる回転角θ１、θ２において可動部４５Ａ，４５Ｂを前記隣接する歯車側に移動させるものである。
【０１２０】
５４，５５は前記第２軸４５、４６に連結される傘歯歯車であり、これらの傘歯歯車５４および５５はそれぞれ正転回転体２２および逆転回転体２３に設けた傘歯歯車２２Ｅ、２３Ｅに噛み合うことによりこれらの回転体２２，２３に連動して回転する。さらに、本実施形態の差動回転体２１はその回転軸２１Ｂがトルク伝達回転体２０の回転軸２０Ｃに対して直角方向に固定された傘歯歯車であり、この傘歯歯車２１の両端が正転回転体２２および逆転回転体２３に設けた傘歯歯車２２Ｆ、２３Ｆに噛み合うことにより連動する。従って、本実施形態の場合、第１歯車４３が回転伝達部２Ｒに位置する回転伝達回転体となる。
【０１２１】
本実施形態の正転伝達系２４Ｆはトルク伝達回転体２０から差動回転体２１、傘歯歯車５４、正転回転体２２、第２歯車４７、第１歯車４３へと動力を伝達する動力伝達系であり、逆転伝達系２４Ｒはトルク伝達回転体２０から差動回転体２１、逆転回転体２３、傘歯歯車５５、第２歯車４８、第１歯車４３へと動力を伝達する動力伝達系である。
【０１２２】
したがって、第２歯車４７、４８が図９に示す状態であるとき、トルク伝達部２Ｔの回転を止めた状態で、回転伝達部２Ｒの第１歯車４３を回転させることができる。また、第２歯車４７を図９において上方に移動させることにより、トルク伝達部２Ｔから回転伝達部２Ｒに伝達する正転方向の回転力を大きくすることができる。逆に、第２歯車４８を図９において上方に移動させることにより、トルク伝達部２Ｔから回転伝達部２Ｒに伝達する逆転方向の回転力を大きくすることができる。
【０１２３】
前記構成の変速機４０は動力伝達部分から摩擦による動力伝達を排除することができるので、それだけフリクションロスを小さくすることができる。とりわけ、第１歯車４３に対してそれぞれ一つの第２歯車４７，４８が噛み合うことにより動力を伝達するので、無駄なギアの嵌合が無いのでそれだけ動力伝達を効率よく行なうことができる。
【０１２４】
本実施形態の変速機４０を図１に示す差動変速機２Ａ，２Ｂ…に代えて用いることにより、各部におけるフリクションロスをさらに抑えて、車両１のエネルギ消費を可及的に抑えることができる。
【０１２５】
図１１は前記変速機４０の変形例を示す図である。従って、図１１において図１〜図１０と同じ符号を付した部材は同一または同等の機能を有する部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【０１２６】
図１１に示すように、前記第１歯車４３と第２歯車４５，４６の噛み合わせによる動力伝達の代わりに、円錐形状の第１回転体４３’とこれに接触する高摩擦抵抗面を備える第２回転体４５’、４６’を用い、第１回転体４３’と第２回転体４５’、４６’を押し付けることにより、無段階の変速を行うことができる。５６は前記第２回転体４５’、４６’を変速操作棒５１を出退可能に摺動駆動する変速機構である。
【０１２７】
この変形例に示すように、高摩擦抵抗面を備える第２回転体４５’、４６’を用いる場合には、任意のタイミングで第２回転体４５’、４６’を移動させることができるので、応答速度を早くすることができる。
【０１２８】
上述の実施形態では本発明の変速機３を４輪車両１に搭載した例を示しているが、本発明はこの点に限定されるものではない。すなわち、自動二輪や動力付自転車に用いることにより、トルク制御を容易に行うことができ、操作性が向上し、燃料消費率を可及的に引き上げることができる。さらに、自転車に搭載して自転車の運動エネルギを次の加速時の動力源として用いることも可能である。
【０１２９】
さらに、変速機３を列車、船、潜水艦などの動力に用いることも可能である。また、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂを制御することによる姿勢安定化制御を用いて４輪車両のみならず、２輪車両、列車、船、潜水艦、飛行機、ヘリコプタ、宇宙船の安定運転に貢献させることも可能である。また、この姿勢安定化制御のみを用いて、移動体のみならずゲームコントローラなどの装置の位置制御に用いてもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 車両
２ 差動変速機
３、４０ 変速機
３Ａ 回生制御部
６、７ 回転力蓄積体
７Ｂ 慣性力蓄積体
７Ｃ トルク制御部（姿勢安定制御部）
２０ トルク伝達回転体
２０Ｆ 傾倒支持部
２１ 差動回転体
２１Ａ 接触部
２２ 正転回転体
２２Ｃ（２３Ｃ） ローラ
２３ 逆転回転体
２５ 回転伝達回転体
２６ 伝達回転力調節部
３０ 発電部および電動機
３０Ａ… 弾性体
４１ 第１軸
４２ 歯車
４３ 第１歯車
４４Ａ，４４Ｂ 母線
４５，４６ 第２軸
４７，４８ 第２歯車
５３Ａ，５３Ｂ 変速部（歯車切換カム機構）
θ１、θ２ 回転角
【技術分野】
【０００１】
この発明は、差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変速機は動力を伝達する種々の装置に用いられている。特に、車両に採用する変速機として、いわゆるマニュアル変速機は、内燃機関などの動力源からの回転力によって回転する複数の一次側歯車、および、これに噛み合う複数の二次側歯車を有し、一次側歯車と二次側歯車の噛み合わせによって数段階（通常は３〜６段階）の段階変速を可能とする変速部と、変速時に原動機からの動力伝達を断続できるクラッチ（断続器）を有する。運転者は、このクラッチを用いて、変速部を原動機から切り離して、手動による変速を行うことにより、エネルギーロスの少ない効率的な変速を行うことができる。しかしながら、手動による変速が煩わしいという問題がある。また、クラッチを切り離しているときには動力が伝達できないという問題もある。
【０００３】
このため、近年では、多くの車両が自動変速機を採用して、いわゆるオートマチック車となっている。一般的な自動変速機は流体を用いたトルクコンバータ（一般的にトルコンと呼ばれている）と３〜４段階の変速機とを組み合わせてなり、自動変速を可能としている。しかしながら流体を用いたトルクコンバータによる種々のエネルギーロスが発生するので、燃料消費率が悪くなることが問題となっており、発進時と変速時以外はロックアップさせるなど、省エネルギーを達成するために効率の良い変速機が開発され実用化されるに至っている。
【０００４】
また、現在注目されている変速機として下記特許文献１に示すようなトロイダルコアを用いた無段階変速機および下記特許文献２に示すようなベルトを用いた無段階変速機が発明され、実用化されるに至っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０８２５６２号公報
【特許文献２】特許第４０８２８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無段階変速装置であってもエンジンから駆動輪（タイヤ）までの間に動力伝達を断続できる断続器を必要としており、これによって動力伝達率の低下が生じることは避けられなかった。すなわち、既存の変速機は何れも駆動源から出力される駆動軸の回転速度を任意の比率で変換することにより結果的に伝達する回転力（トルク）の大きさを変換して伝達することを行なうものであるが、必要とするのはトルクの伝達であり、車両のタイヤのように回転するものに対して制御された回転力を直接的に調整して伝達するような変速を行うものがなく、これによってエネルギーロスが生じるという問題があった。
【０００７】
例えば、車両が走行する場合を例に考えると、まず、停車時にはエンジンなどの動力源は本来なら回転している必要はないが、発進時に備えてエンジンの回転を保つことができるアイドリング程度の回転数で回転させ続ける必要があり、この状態では断続器を用いてエンジンとタイヤの間のトルク伝達を遮断する。つまり、エンジンの回転力を無駄に浪費することになる。近年、これを考慮して停車時のアイドリングを停止させるものもあるが、発進時に遅れが問題となるのでエンジン停止を控えめに行なう必要があるだけでなく、制御が複雑になるなどの問題がある。
【０００８】
次に、ほぼ一定速度で走行しているときには、エンジンからタイヤに回転力を伝える必要はないが、変速機で定められる回転数だけエンジンが回転し続けることになり、その回転力を有効に活用することはできなかった。また、減速時にはブレーキなどを用いて車両の慣性力を摩擦によって減衰させるが、このとき、エネルギーは摩擦熱となって浪費される。有能なドライバーは、エンジンブレーキをかけて損失を低減するが、これはその間のエンジンへの燃料供給をカットできる程度の浪費削減に過ぎず、慣性力を積極的に回生するに至っていなかった。
【０００９】
そこで、近年注目されているハイブリッドシステムでは余った回転力を発電機によって電気エネルギーに変換して二次電池などに蓄電する回生動作により、大幅なエネルギーロスの改善を図っているが、機械エネルギーと電気エネルギーの変換効率は発電機や電動機の大きさや用いる磁力の強度などに依存するものであり、車両に搭載できる程度の発電機や電動機では変換効率の限界があるので、十分な回生を行うことができないという問題がある。
【００１０】
加えて、ハイブリッドシステムは二次電池の性能、発電機や電動機の性能に依存するものであり、二次電池の巨大化による質量増加は車両の省エネルギー化にとって不都合であるだけでなく、バッテリの自己放電が発生してエネルギーロスを発生させたり、いずれ寿命がきて使用できなくなるという問題がある。さらに、強力な磁力を用いた発電機などの製造にも多大のエネルギーや貴重資材を消費するという問題もある。つまり、効率のよい二次電池を製造するためのレアメタル、強力な磁力を得るための希土類元素（レアアース）の消費は地球環境への配慮および製造コストの削減という観点から見ても好ましくなかった。これらの課題は、不要となった回転力を機械的に回生することができないという根本的な問題を解決していないことによるものである。
【００１１】
また、変速機による変換効率を上げるために考えられた上記無段階変速機は何れもトロイダルコアやベルト・プーリの摩擦接触によって動力を伝達しているので、摩擦による伝達効率の低下や滑りが問題となる。このため、摩擦接触部を強く押付けて伝達できる動力を大きくすることも考えられるが、これによって摩耗が激しくなり劣化が生じるという問題もある。加えて、摩擦による発熱を抑えるために適度に摩擦熱の発生を抑えると共に、摩擦接触部における動力伝達を妨げない特殊な潤滑油を用いる必要があるなどの問題もある。
【００１２】
上述の課題は電気自転車にも共通して生じており、電動機やバッテリの重量によって電気自転車の重量が重くなることが如実に現れるため、レアアースを用いた高性能の電動機を必要としたり、充電容量の重量比の点で優れているリチウムイオンバッテリなどを採用することによる地球環境にかかる負荷や、製造コストの引き上げが問題となる。
【００１３】
同様のことが、自動二輪や原動機付自転車などの車両（以下、バイクという）においても問題となるため、燃料消費効率を向上させるためにハイブリッドを用いることが現実的ではないのが現状である。とりわけ、いわゆるスクーターと呼ばれるバイクでは遠心クラッチを用いるが、この遠心クラッチはウェイトにかかる遠心力が伝達率を決めるので、スロットル開度に対するトルクの関係が直線的ではなく、ヒステリシス特性に似た特性を持ち、その調整が困難であるだけでなく、操作性が悪かった。
【００１４】
この発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、トルクを機械的に制御して伝達することにより、さらに効率的な動力伝達を可能としエネルギーの損失を可及的に抑えることができる差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、第１発明は、トルク伝達部からの回転力を入力するトルク伝達回転体と、このトルク伝達回転体に回転自在に軸支された差動回転体と、この差動回転体の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体と、前記差動回転体の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体と、一端側が正転回転体に連動連結し他端側が逆転回転体に連動連結することにより正転伝達系および逆転伝達系を形成する回転伝達回転体と、これら正転伝達系および／または逆転伝達系の動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体から回転伝達回転体の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部とを備えることを特徴とする差動変速機を提供する。（請求項１）
【００１６】
前記差動変速機はトルク伝達部に入力された回転力がトルク伝達回転体に伝わり、このトルク伝達回転体に軸支された差動回転体を入力された回転力の方向に付勢させる。この付勢力は差動回転体の一端側および他端側に接触する正転回転体および逆転回転体にも伝達されるが、差動回転体がトルク伝達回転体に対して回転自在に軸支されているので、この動力伝達は正転回転体および逆転回転体の回転速度に依存することなく行なわれる。
【００１７】
次いで、正転回転体および逆転回転体は回転伝達回転体の一端側と他端側に接触することにより、前記回転力は正転回転体および逆転回転体を介して互いに逆向きの方向に伝達される。つまり、正転回転系を介して動力伝達を行なう正転伝達系と、逆転回転系を介して動力伝達を行なう逆転伝達系の動力伝達率を伝達回転力調節部によって調節することにより、両方の動力伝達率の差によって、トルク伝達部から回転伝達回転体への伝達トルクを調整することができる。
【００１８】
例を挙げると、正転伝達系の動力伝達率が逆転伝達系の動力伝達率に比べて十分に高いなら、トルク伝達部から入力されたトルクは回転伝達回転体を正転方向にさらに回転させる方向に作用する。したがって、この回転伝達回転体に車両のタイヤが接続されているなら、車両は加速する。また、トルク伝達回転体は伝達しているトルクと同じ方向に回転する。
【００１９】
逆に、正転伝達系の動力伝達率が逆転伝達系の動力伝達率に比べて十分に低いなら、トルク伝達部から入力されたトルクは回転伝達回転体を逆転方向（減速させる方向）に回転させる方向に作用する。したがって、この回転伝達回転体に車両のタイヤが接続されているなら、車両は減速する。同時に、トルク伝達回転体は伝達しているトルクと反対方向に回転する。
【００２０】
そして、正転伝達系と逆転伝達系の動力伝達率が同じであるなら、正転伝達系と逆転伝達系によって伝達されるトルクが互いに打ち消しあうために、トルク伝達部から回転伝達回転体に作用する回転力はなく、回転伝達回転体はいわば空回り状態となる。そして、トルク伝達回転体の回転は止まる。これは、従来の断続器を切り離した状態に近いものである。
【００２１】
トルク伝達部は電動機など（自転車などでは人力を含む）の動力源であってもよいが、エンジンなどの内燃機関であってもよく、この場合は、エンジンの出力を回転伝達回転体に接続し、トルク伝達回転体を中間的にトルクを伝達するトルク伝達部に接続し、さらに別の差動変速機のトルク伝達回転体に入力させて、この差動変速機の回転伝達回転体をタイヤに接続することができる。つまり、常に回り続けるタイヤと、エンジンとの間でトルク伝達だけを確実に行うことができる。
【００２２】
前記伝達回転力調節部は端数の異なるギアの噛み合わせを切り替えることによって変速する変速機を備えるものであることにより、摩擦による動力伝達を避けて、動力伝達の損失を小さくすることができるが、無段階変速機を採用することによって回転力の伝達を微調整することが可能となる。また、この伝達回転力調節部は正転伝達系または逆転伝達系の何れか一方の動力伝達率を調節するものであってもよいが、両方の動力伝達率を調節するものであることにより、トルク伝達部に供給される回転力が強いときには正転伝達系および逆転伝達系の動力伝達率を低い状態で制御し、トルク伝達部に供給される回転力が弱いときには正転伝達系および逆転伝達系の動力伝達率を高めることにより、精度の高い制御を行うことができる。
【００２３】
正転回転体および逆転回転体はトルク伝達回転体と同芯軸上に回転自在に支持されており、これらの外周部が回転伝達回転体に接触する部分には、例えば傘歯車を形成して回転力を確実に伝達できるので好ましいが、摩擦接触するものであっても、その他の歯車を用いて回転力を伝達させてもよい。
【００２４】
前記差動回転体の正転回転体および逆転回転体と接触する接触面が略半球形状であり、前記正転回転体および逆転回転体は前記半球の中心を通り前記トルク伝達回転体の回転軸に対して約４５度の角度の位置において差動回転体に接触する接触部を有し、前記伝達回転力調節部は差動回転体の回転軸の中心でかつ前記接触面に形成された半球の中心部において正転回転体側または逆転回転体側に揺動可能に支持する傾倒支持部である場合（請求項２）には、差動回転体の正転回転体および逆転回転体との接触面が略半球形状であるから、傾倒支持部によってトルク回転体の回転軸を揺動させた状態でも接触部が差動回転体の接触部に接触するので、トルクの伝達を行うことができる。伝達回転力調節部をより簡素に形成することができるので、製造コストを削減できるだけでなく、動力伝達に関係する回転体が簡素であればあるほどその動力伝達損失を小さくすることができる。
【００２５】
また、傾倒支持部による揺動角度によって正転回転体および逆転回転体の接触部が接する位置と差動回転体の軸心との距離を同時に変更できる。例えば、傾倒支持部の角度を正転回転体の側に４５度傾けるときに差動回転体の回転に関係なく正転回転体に動力伝達を行うことができ、逆転回転体は差動回転体の回転軸に対して約９０度の角度で接するので、差動回転体の回転によって逆転回転体へのトルク伝達は阻止される。逆に、傾倒支持部の角度を逆転回転体の側に４５度傾けるときに逆転回転体に動力伝達を行うことができ、正転回転体へのトルク伝達は阻止される。
【００２６】
前記正転回転体および逆転回転体の前記接触部が、傾倒支持部の揺動に伴って回動自在に支持された複数のローラを備える場合（請求項３）には、傾倒支持部の揺動によって接触面が移動するときに接触部に設けたローラが回転するので、揺動にかかる抵抗を小さくすることができる。したがって、車両が停止しているときなど、回転伝達回転体が停止しているときにもトルクの伝達率を容易に調整することができる。正転回転体および逆転回転体と差動回転体の間の動力伝達はローラの側面と差動回転体の摩擦接触によるものであり、正転回転体および逆転回転体のローラを差動回転体に強く押し付けることにより滑りを防止できるが、ローラを強く押し付けた状態でも傾倒支持部を容易に揺動させることができる。
【００２７】
第２発明は差動変速機のトルク伝達部に接続されて動力源からの回転力を蓄積する回転力蓄積体を備えることを特徴とする変速機を提供する。（請求項４）
【００２８】
前記変速機は動力源からの回転力を回転力蓄積体に蓄積することができ、この回転力蓄積体を動力源として伝達回転体を回転させることも可能であり、例えば車両が低速走行をしている場合など、動力源（エンジンなど）からの動力供給を必要としない状態であるときには、動力源からの回転力を回転力蓄積体に蓄積させた後に、動力源を停止させることができる。また、差動変速機は回転力の伝達方向を自在に調節できるので、この差動変速機をタイヤと回転力蓄積体の間に位置させた場合には、減速時にタイヤからの回転力（運動エネルギや車両の慣性力）をトルク伝達部に回収することにより減速させながら回転力蓄積体に動力源として蓄積（回生）することができ、動力源（エンジンなど）を停止させることができる。
【００２９】
加えて、回転力蓄積体に蓄積させた回転力は次に車両が加速するときに動力源として用いることができるので、加速減速を繰り返すような走行時にもエンジンなどの動力源を停止させたまま走行することが可能となる。さらに、差動変速機をエンジンと回転力蓄積体の間に介在させた場合には、回転力蓄積体に蓄積させた回転力をエンジン側に戻すことも可能であり、エンジン始動を回転力蓄積体に蓄積された回転力によって行なうことも可能となる。
【００３０】
つまり、回転力蓄積体に蓄積できる回転力のエネルギ量を多くすれば、車両が高低差の無い道を走行している状態においてエンジンから供給する必要がある回転力は、車両の空気抵抗やタイヤなど車体による損失、変速機のギアなどの駆動系に発生する損失を補う程度のもので良くなり、エネルギ消費が飛躍的に少なくなる。また、従来のハイブリッドシステムのように機械エネルギを電気エネルギに変換する必要が無く、機械エネルギのままエネルギを回収して動力として回生できるので、電気変換に伴う損失をなくすことができるだけでなく、ハイブリッドシステムに必須だった二次電池や電動機などもなくすことが可能である。
【００３１】
さらに、回転力蓄積体に回転力を蓄積することにより、回転力を安定させることができるので制御が容易となり、操作性が向上する。
【００３２】
前記回転力蓄積体はその一次側の回転軸と二次側の回転軸の間の捩れによって回転力を蓄勢する弾性体を備える場合（請求項５）には、弾性体の弾性を利用して回転力を蓄勢するので、エネルギー損失を極めて少なくすることができる。この弾性体は弾性を有し螺旋状に巻きつけた例えば板状の鋼材からなる板状弾性体（いわゆるぜんまい）であることが考えられ、この板状弾性体の一端を固定して巻きつける軸芯と板状弾性体の他端を固定した円周壁面を備えるケースとを備える弾性体のユニット（以下、これを弾性体ユニットという）にすることにより安全性を確保しながら蓄勢できる回転力を調節できる。また、複数の弾性体ユニットを直列に接続してより多くの回転力を蓄積できるようにすることが好ましく、さらに、各弾性体ユニットにおける板状弾性体の弾性力に幾らかの差を設けて、より幅の広い回転力の蓄積を可能とするものであることが好ましい。
【００３３】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部に接続されたトルク蓄積用の差動変速機と、この差動変速機の回転伝達回転体に連結させて回転力を慣性によって蓄積する慣性力蓄積体と、前記トルク蓄積用の差動変速機の伝達回転力調節部を用いて回転力の伝達方向を制御することにより前記慣性力蓄積体への回転力の蓄積および回転力の放出を制御するトルク制御部とを備える場合には、トルク蓄積用の差動変速機を用いてトルク伝達部に供給される回転力を慣性力蓄積体に供給して、この慣性力蓄積体を回転させることにより回転力を慣性モーメントによって蓄積し、蓄積した回転力を再びトルク伝達部に放出することができる。
【００３４】
なお、前記慣性力蓄積体は慣性を蓄積するに足りる質量を備える略円盤形状のはずみ車であることが好ましく、十分な剛性と質量を有する鉄、ステンレス、チタンなどの金属および比重の高い鉛などの金属を含むものであることにより総重量を抑えながら十分な慣性モーメントを得ることができるので好ましい。剛性の高い金属ははずみ車の内径部分を構成し、比重の高い金属ははずみ車の外形部分を構成することが好ましい。さらに、慣性力蓄積体は少なくともはずみ車を１対設けて互いに逆方向に回転するようにして、両方のはずみ車を回転させるときの慣性モーメントを打ち消すことが可能であるので好ましい。
【００３５】
前記慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせて変速機の姿勢を安定させる姿勢安定制御部を有する場合（請求項７）には、慣性力蓄積体の回転速度を加減することによって慣性力蓄積体の回転速度を加減することによりその慣性を利用して回転方向の慣性モーメントを発生させて姿勢を安定させることができる。また、回転する慣性力蓄積体はいわゆるコマのように、その姿勢が安定するので、走行面の凹凸に伴う揺れを小さくすることができる。つまり、本発明の変速機を車両のように搭乗するための空間を備えるものに用いる場合には、変速機を介して車両の振動を少なくして乗り心地を向上させるものとなる。
【００３６】
加えて、車両の場合、鉛直を中心とする回転方向に慣性力蓄積体を回転させることにより慣性モーメントを車両の操舵方向に作用させて運転者の操作に合わせて調節することにより、車両の姿勢が安定するので各タイヤにかかる負荷を分散させて、タイヤの滑りによる回転スリップを効果的に防止でき、たとえ全てのタイヤが滑ったとしても車両の方向を前向きに調節することが可能となる。
【００３７】
慣性モーメントが車両の進行方向に対して直角な水平線を中心とする回転方向に作用するように配置することにより、加減速時における前後のタイヤにかかる負荷を均等にすることができる。さらに、車両の進行方向に平行な水平線を中心とする回転方向の慣性モーメントが作用するように配置することにより、車両の横転を防止することができる。
【００３８】
なお、上述の姿勢安定制御は車輪が地面に接する乗り物のみならず、船、潜水艦のような水上および水中の移動体や、飛行機、宇宙船、衛星のような飛行物にも応用できることは言うまでもない。
【００３９】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部または回転伝達回転体に連動連結された部分に取り付けられた発電機および電動機と、この発電機および電動機に電気的に接続された蓄電部とを備える場合（請求項８）には、トルク伝達部に回収した回転力を電気エネルギに回生して蓄電部に充電し、蓄電部に充電した電気エネルギによって電動機を回転させて回転力を出力することができる。トルク伝達部において伝達される回転力の大きさを容易に調整することができるので制御が簡素化する。また、蓄電部の容量を大きくすることにより長時間にわたる安定した動力の蓄積を行うことができる。発電機および電動機は一つに纏めて発電機兼電動機とすることにより小型化と軽量化に寄与できる。
【００４０】
前記伝達回転力調節部を用いて逆転伝達系の動力伝達率を正転伝達系の動力伝達率より大として回転力の出力側から回転力蓄積体への回転力の回収を制御する回生制御部を備える場合（請求項９）には、運転者が制動操作を行なうときに、ブレーキによる制動を行なう前に、回転伝達回転体における回転力（車両の慣性による）を回転力蓄積体にエネルギとして回収することができる。なお、運転者が急激な減速を行う場合（急ブレーキ時）には、プレーキを用いた制動を行なって制動を優先することが好ましい。
【００４１】
前記トルク伝達部にトルク伝達回転体が接続された動力源用の差動変速機を備え、車両のエンジンがこの動力源用の差動変速機の回転伝達回転体に接続されて、前記伝達回転力調節部はエンジンとトルク伝達部の間で回転力の伝達方向と伝達率の調節を可能とするものである場合（請求項１０）には、エンジンの回転力をトルク伝達部に供給する通常のトルク伝達状態と、エンジンの回転を空転させてトルク伝達部と切り離す切断状態と、トルク伝達部に伝達された回転力を用いてエンジンを回転させるエンジン始動時のトルク伝達状態を容易に切り替えて、伝達する回転力の方向および伝達率を自在に制御できる。
【００４２】
動力源用の差動変速機を介してエンジンからトルク伝達部に供給される仕事量は、動力源用の差動変速機のトルク伝達回転体の回転速度と、このトルク伝達回転体を用いて供給される回転力の積によって定まり、これは動力源用の差動変速機の回転伝達回転体の回転速度と、エンジンからこの回転伝達回転体に供給される回転力の積にほぼ等しく（損失による僅かな減少は無視する）なる。
【００４３】
一方、エンジンはそれぞれの特性によって、各回転数における出力仕事量（回転数×回転力）に対する燃料消費が最も少なくなる、最も効率の良い出力回転力が定まるので、エンジンは必要とする仕事量に合わせて選択された最も効率の良い回転数かつ回転力を出力するように制御してこれを動力源用の差動変速機によって任意の回転力に変換して出力させることができる。つまり、エンジンの特性を最大に活かした最も効果的な回転力の出力を行うことができるので、燃料消費利率を可及的に改善できる。
【００４４】
第１軸を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車と、前記略円錐形状の母線に平行な第２軸を中心に配置され、かつ前記第１歯車を構成する歯車に対して選択的に噛み合う第２歯車と、前記第２歯車に噛み合う第１歯車側の歯車の歯がこれに隣接する歯車の歯とほぼ重なる第１歯車の回転角において、第２歯車を前記隣接する歯車に噛み合わせるように第２歯車または第１歯車を第２軸に平行する方向に移動させることにより変速する変速部とを備えて、前記差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所において動力伝達率を調節可能とする場合（請求項１１）には、基本的に第１歯車に設けた各歯車のうち一つと第２歯車が噛み合うことにより動力を伝達するので、動力伝達効率が極めて高くフリクションロスを最小限に抑えることができる、従来の摩擦による動力伝達を行うときのように滑りが生じたり、無理な摩擦による発熱やエネルギロスが生じることもない。
【００４５】
また、円錐形状の第１歯車に設けた各歯車は歯幅を一定にする場合、所定の回転角において隣接する歯車の歯が重なるので、変速部がこの回転角において第２歯車を隣接する歯車側に移動させることにより駆動力を伝達しながら変速を行うことが可能となる。
【００４６】
なお、第２歯車の歯の形状は円筒形状であることにより、変速時に第２歯車が第２軸に平行する方向に移動しやすいので好ましく、この円筒形状の歯は第２歯車の放射線方向を中心に回動自在に支持されたローラであることにより、変速部における変速をより速やかに行うことができるので好ましい。
【００４７】
差動変速機によって差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所の動力伝達効率を引き上げることにより、正転伝達系および逆転伝達系の２系統の動力伝達を行なうことによる変速機全体の動力伝達効率の低下を抑えることができる。
【００４８】
前記変速部が、前記第２歯車または第１歯車を第２軸に平行な方向に移動できるようにする可動部と、第１歯車に連設されて前記隣接する歯車の歯が重なる回転角において可動部を前記隣接する歯車側に移動させる歯車切換カム機構を備える場合（請求項１２）には、歯車切換カム機構によって第２歯車が移動するタイミングを確実に合わせることができるので、変速時に第１歯車の歯が第２歯車の歯と衝突することがなく、変速部における変速をスムーズかつ確実に行うことができる。
【００４９】
第１軸を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車と、前記略円錐形状の母線に対して平行に配置された第２軸を中心に回転自在かつ前記第1歯車を構成する各歯車に対してそれぞれ噛み合う複数の第２歯車と、これらの第２歯車を回動自在に支持する第２歯車支持体と、これらの第２歯車のうち動力伝達に用いるものを選択できるように構成された変速部とからなり、この変速部が、各第２歯車にそれぞれ形成された複数の回転係合部と、これらの回転係合部に選択的に係合することにより選択された第２歯車を第２歯車支持体に連結させる選択係合部と、前記回転係合部に対する選択係合部の係合を切り換えて動力伝達に用いる第２歯車を切換える歯車切換部とを備えて、前記差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所において動力伝達率を調節可能とするものも容易に考えられる。この場合、第１歯車に設けた各歯車と第２歯車が噛み合い、回転係合部と選択係合部が係合することにより第１軸と第２軸の間で動力を伝達するので、従来の摩擦による動力伝達を行うときのように滑りが生じたり、無理な摩擦による発熱やエネルギロスが生じることもない。また、第２歯車に形成する回転係合部の形状を同じ形状にすることにより、動力伝達に用いる第２歯車の切り替えを容易に行うことができる。
【００５０】
前記円錐形状の第１歯車に設けた各歯車はそれぞれ第２歯車と噛み合うものであるから第１歯車と第２歯車の噛み合いを調整することができ、最も効率的な変速歯車の歯の形状を、例えば、はすば歯車、やまば歯車として、動作音の低減を図り、伝達トルクの変動を抑えることができる。回転係合部および選択係合部の形状は第２歯車の歯数の定数倍の歯数の歯、ローレット、リブであることが考えられる。
【００５１】
前記回転係合部または選択係合部の当接部には、第２軸の軸芯方向への移動方向への移動を助けるローラを設けることが好ましい。この場合、変速部による変速を速やかに行うことができるので好ましい。
【００５２】
前記変速部が、前記選択係合部を第２軸に平行な方向に移動できるようにする可動部と、隣接する第２歯車の回転係合部が重なる回転角において可動部を前記隣接する第２歯車側に移動させる歯車切換カム機構を備えることも考えられる。この場合、歯車切換カム機構によって第２歯車が移動するタイミングを確実に合わせることができるので、変速時に選択係合部が回転係合部と衝突することがなく、変速部における変速をスムーズかつ確実に行うことができる。
【００５３】
第３発明は、前記差動変速機を搭載した車両（請求項１３）を提供する。すなわち、差動変速機によって車両の動力源からの回転力を効率的に駆動輪に伝達できるので、動力源の負担を少なくすることができ、エネルギ消費を削減することができ、地球の環境保全に貢献できる。また、これまで制御しにくかった回転力の制御を容易に行うことができるので、制御が容易となり操作性が向上する。
【００５４】
第４発明は、前記変速機を搭載したことを特徴とする車両（請求項１４）を提供する。すなわち、変速機によって動力伝達効率の改善を行い、運動エネルギを機械的に蓄積してこれを動力として用いることができるので、エネルギ消費を可及的に削減できる。
【発明の効果】
【００５５】
第１発明では、これまで直接的には制御できなかった回転力を機械的に制御して伝達できるので、回転力による制御を容易に行なうことができる。つまり、停止している回転しているかに関わらず回転伝達回転体に対しても、制御された回転力を伝達することができるので、この差動変速機を用いることによりトルクコントローラが簡素になり、かつ、回転体同士の接触によって回転力を伝達するので、エネルギ損失を小さくすることができる。
【００５６】
第２発明では、伝達する回転力を一旦回転力蓄積体に蓄えてから伝達するので、動力源から出力される回転力に変動があっても伝達する回転力を安定させることが可能である。また、動力源からの回転力を回転力蓄積体に蓄積することにより回転力の伝達時に動力源を停止させることも可能である。さらに、一旦出力されて運動エネルギ（慣性）になった回転力を再び回転力蓄積体に回収して再び動力として使用することも可能である。
【００５７】
前記回転力蓄積体が慣性力蓄積体であり、この慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせて変速機の姿勢を安定させる場合には、動力伝達の効率向上のみならず姿勢の安定化を図ることができるので、とりわけ車両に搭載することにより、運転者の意図に合わせた車両の姿勢制御を行うことができる。つまり、悪路における安定走行を可能とするので、安全性が向上すると共に搭乗者の居住性が向上する。
【００５８】
第３発明では、歯車同士の噛み合わせによって動力を伝達し、基本的に一対の歯車間で変速を行うことができるので、滑りや摩擦接触による損失が無く、動力伝達効率を可能な限り高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の差動変速機、変速機およびこの変速機を搭載した車両の構成を示す図である。
【図２】差動変速機の構成を示す図であり、（Ａ）はトルク伝達回転体の軸芯を切断する方向に切断して示す断面図、（Ｂ）はトルク伝達回転体の回転軸に直角の方向に切断して示す断面図である。
【図３】前記差動変速機を用いて動力伝達を切断した空転状態を説明する図である。
【図４】前記差動変速機を用いて逆転方向の回転力を伝達する動作状態を説明する図である。
【図５】捩れの力を蓄勢する回転力蓄積体の一例を説明する図である。
【図６】慣性力によって回転力を蓄積する回転力蓄積体の一例を説明する図である。
【図７】差動変速機の変形例を示す図である。
【図８】変速機および回転力蓄積体の変形例を示す図である。
【図９】変速機の更なる変形例を示す図である。
【図１０】図９の変速機の要部構成を示す図である。
【図１１】前記変速機の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１は本発明に係る第１実施形態の構成を概略的に示す図である。図１において、１は複数の差動変速機２Ａ，２Ｂ…およびこれらの差動変速機２Ａ，２Ｂ…を用いた変速機３を搭載する車両であり、エンジン４などの動力源からの回転力を前後に設けた左右の車輪の一例であるタイヤ５に適宜伝達することにより路面を走行するものである。本実施形態における各差動変速機２Ａ，２Ｂ…は基本的に同じ構成の部材を組み合わせて形成されるものであり、以下の説明において、区別が不要であるときには各差動変速機２Ａ，２Ｂ…を単に差動変速機２と表現して説明を簡略化する。
【００６１】
６Ａ，６Ｂは前後のタイヤ５に供給する回転力を弾性体の捩れによって蓄積する回転力蓄積体、７ははずみ車慣性力によって回転力を蓄積する回転力蓄積体（慣性力蓄積体）である。捩れの力によって回転力を蓄積する回転力蓄積体６Ａ，６Ｂはエンジン４とタイヤ５の間に介在することにより、伝達される回転力の変動を小さくして安定走行に寄与することができ、回転力蓄積体７は瞬発的な回転力の蓄積および大きな回転力の出力を行うことができる。また、８Ａ，８Ｂは前、後の車輪に伝達される回転力を左右のタイヤ５に分配する差動歯車（いわゆるデファレンシャルギア）である。
【００６２】
図２は前記差動変速機２の構成を説明する図であって、図２（Ａ）はトルク伝達側の回転軸に直行する方向から見た側面図、図２（Ｂ）はトルク伝達側の回転軸の長手方向から見た図である。
【００６３】
図２に示すように、前記差動変速機２はトルク伝達部２Ｔにおいて図１の回転力蓄積体６Ａ，６Ｂ，７が接続されることにより回転力の伝達を行うトルク伝達回転体２０と、このトルク伝達回転体２０に回転自在に軸支された差動回転体２１と、差動回転体２１の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体２２と、前記差動回転体２１の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体２３と、一端側が正転回転体２２に接触し他端側が逆転回転体に接触することにより正転伝達系２４Ｆおよび逆転伝達系２４Ｒを形成する回転伝達回転体２５と、これら正転伝達系２４Ｆおよび逆転伝達系２４Ｒの動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体２０から回転伝達回転体２５の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部２６とを備える。
【００６４】
前記トルク伝達回転体２０は、軸受け２０Ａ，２０Ｂによって回転自在に支持される回転軸２０Ｃと、この回転軸２０Ｃに連接する膨出部２０Ｄと、前記回転軸２０Ｃを中心とする回転方向Ｒに平行な回転軸２０Ｅによってを膨出部２０Ｄに回転自在に支持されると共に一端部に前記差動回転体２１を回転自在に支持する傾倒支持部２０Ｆと、この傾倒支持部２０Ｆの多端側に形成されたギアの歯に勘合するギアを外周部に備え前記回転軸２０Ｅに平行な回転軸２０Ｇによって膨出部２０Ｄに回転自在に支持される中間ギア２０Ｈと、外周部に中間ギア２０Ｈの歯に勘合する環状歯２０Ｉを形成し回転軸２０Ｃの中心部に摺道自在に収容される変速操作軸２０Ｊとを備え、前記各部材２０Ｅ〜２０Ｉが伝達回転力調節部２５として機能する。
【００６５】
差動回転体２１は正転回転体２２および逆転回転体２３と接触する略半球形状の接触面２１Ａを備え、この接触面２１Ａの中心に対応する内側面には前記傾倒支持部２０Ｆの一旦部に軸支される前記回転軸２１Ｂを備える。また、本実施形態では一つのトルク伝達回転体２０にその回転角９０°毎にそれぞれ設けることにより４つの差動回転体２１を取り付けている。従って、この４つの差動回転体２１は、それぞれがトルクを伝達することにより各部にかかる力を極力小さくするように構成している。加えて、差動回転体２１は差動変速機２の全体に比べて小さすぎることがないので、回転伝達回転体２５の回転に伴って回転する差動回転体２１の回転数の増加が効率低下を招くということもないようにしている。
【００６６】
前記正転回転体２２および逆転回転体２３は、前記半球の中心（回転軸２０Ｅ）を通り前記トルク伝達回転体の回転軸に対して約４５度の角度の位置において、差動回転体２１に押し当てるようにして付勢接触する接触部２２Ａ，２３Ａを有し、その回転軸は伝達回転体２０と同軸上に形成された軸受部２２Ｂ，２３Ｂによって回動自在に支持される。また、これら正転回転体２２と逆転回転体２３の外周部の回転伝達回転体２５との接触部には、傘歯歯車を形成して滑りを防止している。なお、接触部２２Ａ，２３Ａを接触面２１Ａに押し付ける付勢力は伝達する接触部２２Ａ，２３Ａと接触面２１Ａの摩擦接触によって伝達できる回転力に比例するものとなるので、より強い力で安定的に付勢されることが好ましく正転回転体２２、逆転回転体２３に設けた任意の形状の弾性体（図示していない）によって付勢することができる。あるいは、差動回転体２１側において接触部２２Ａ，２３Ａに押し当てる方向に付勢力を加える弾性体を設けてもよい。
【００６７】
回転伝達回転体２５は前記トルク伝達側２Ａの回転軸２０Ｃに対して直角に配置された回転軸２５Ａを軸受２５Ｂによって支持されることにより回転自在に形成されており、かつ、前記正転回転体２２および逆転回転体２３との接触部には傘歯歯車に噛み合う傘歯歯車を形成している。なお、この回転伝達回転体２５は差動変速機２の回転伝達部２Ｒとなる。
【００６８】
また、本実施形態の前記伝達回転力調節部２６は前記変速操作軸２０Ｊと環状歯２０Ｉに加えて、前記中間ギア２０Ｈ、傾倒支持部２０Ｆとを備え、変速操作軸２０Ｊを回転軸２０Ｃに対して出退させることにより、作動回転体２１の回転軸２１Ｂを約９０°の範囲で傾倒させることができる。つまり、傾倒支持部２０Ｆを傾倒させることにより、回転力の伝達率を、正転回転体２２を介する正転伝達系２４Ｆと逆転回転体２３を介する逆転伝達系２４Ｒにおいて変更させ、これによって回転伝達回転体２５に伝達する回転力を自在に調節することができる。
【００６９】
また、図１に示す３Ａは前記伝達回転力調節部を用いて逆転伝達系２４Ｒの動力伝達率を正転伝達系２４Ｆの動力伝達率より大として回転力の出力側から回転力蓄積体への回転力の回収を制御する回生制御部として機能する制御装置である。
【００７０】
より詳細には図２〜図４の状態を比較して説明する。すなわち、トルク伝達部２Ｔから入力した回転力をトルク伝達回転体２０によって各差動回転体２１に伝達し、この作動回転体２１をトルク伝達回転体２０の回転方向に移動させるように付勢させることができる。
【００７１】
図２（Ａ）の状態では伝達回転力調節部２６を一番奥に押し込んだ状態であるから、トルク伝達回転体２０のトルク伝達部２Ｔに入力された回転力は作動回転体２１の回転軸２１Ｂの延長線上（ほぼ軸芯上）の接触面２１Ａに接する接触部２２Ａを介して正転回転体２２に伝達され、この正転回転体２２をトルク伝達回転体２０と同じ正転方向に回転させる。他方、前記逆転回転体２３の接触部２３Ａは作動回転体２１の回転軸２１Ｂから最も離れた他端に接触するので、作動回転体２１が回転することにより、作動回転体２１から前記逆転回転体２３への回転力の伝達はほとんど全く行われない。したがって、回転伝達回転体２５（差動変速機２の回転伝達部２Ｒ）には正転方向のトルクが伝達されることになる。
【００７２】
次いで、図３に示すように、前記伝達回転力調節部２６を回転軸２０Ｃに対して図示左方向に変位させることにより、中間ギア２０Ｈを介して傾倒支持部２０Ｆを傾倒させることができ、例えば差動回転体２１の回転軸２１Ｂが回転軸２０Ｃに対して直角に配置した状態では、トルク伝達回転体２０の回転を停止した状態であっても、回転伝達回転体２５が正転方向に回転すると、正転回転体２２が正転方向に回転し、逆転回転体２３が逆転方向に回転する。このとき正転回転体２２と逆転回転体２３の回転数は同じであるから、これらの回転体２２，２３が回転軸２１Ｂから等しい距離Ｄとなるように配置された差動回転体２１は静止したトルク伝達回転体２０の傾倒支持部２０Ｆに支持された状態で回転する。
【００７３】
上述のように、前記伝達回転力調節部２６によって正転伝達系２４Ｆと逆転伝達系２４Ｒによる伝達回転力が同じになるように調節した場合には、トルク伝達部２Ｔの回転を止めて、回転伝達回転体２５のみを空転させることができる。つまり、図３に示す状態では、差動変速機２のトルク伝達部２Ｔを静止させて、回転伝達部２Ｂとの間での回転力の伝達を切り離すことができるので、差動変速機２をいわば断続器として機能させることができる。したがって、図１に示すように本発明の差動変速機２Ｂ，２Ｃをその回転伝達部２Ｒが車両１のタイヤ５側に配置させることにより、車両１が惰性で走行している状態において、エンジン４を完全に停止させることも可能である。
【００７４】
また、図３に示す状態から図２（Ａ）に示す状態になるように、傾倒支持部２０Ｆを傾倒させることにより、その角度に合わせてトルク伝達部２Ｔから回転伝達部２Ｒに供給されるトルクの伝達率を引き上げることができ、回転し続ける差動変速機２の回転伝達部２Ｒとトルク伝達部２Ｔとの間で任意の回転力を伝達させることができる。
【００７５】
つまり、差動変速機２は伝達回転力調節部２６によって、伝達する回転力を制御できるので、トルク制御が容易となる。特に、図１に示す実施例のように前後４輪のタイヤ５を用いて動力伝達を行なう場合、従来の駆動系では前後のタイヤ５の回転数の差によって伝達効率の低下が発生するが、本発明の差動変速機２を用いたトルク制御を行なって前後のタイヤ５への動力伝達を行なう場合には、回転速度の差による動力伝達効率の低下を招くことがない。
【００７６】
さらに、図４に示すように、前記伝達回転力調節部２６を回転軸２０Ｃに対してさらに図示左方向に変位させることにより、中間ギア２０Ｈを介して傾倒支持部２０Ｆをさらに傾倒させることができ、図２（Ａ）と反対方向に傾倒させた状態では、トルク伝達回転体２０に伝達された回転力が差動回転体２１を介して逆転回転体２３に伝達され、正転回転体２２への回転力の伝達はほとんど全く行なわれない。このため、差動変速機２のトルク伝達部２Ｔに供給された回転力は回転伝達部２Ｒの逆転方向に作用する。
【００７７】
したがって、図１における差動変速機２Ｂ，２Ｃを図４に示す状態にすることにより、車両１を制動することができる。なお、図４に示す状態では、差動変速機２の回転伝達部２Ｒの回転方向がトルク伝達部２Ｔの回転方向が逆となるので、差動変速機２Ｂ，２Ｃのトルク伝達部２Ｔに回転力蓄積体６Ａ，６Ｂを接続した場合には、車両１を制動すると同時に車両１の慣性エネルギを回転力蓄積体６Ａ，６Ｂに回収して蓄積することができる。
【００７８】
前記差動変速機２Ｂ，２Ｃの回転伝達回転体２５には前記差動歯車８Ａ，８Ｂに連結されるギア８Ｃ，８Ｄを連結しており、回転伝達回転体２５に伝達される回転力が左右のタイヤ５に分配して伝えられるように構成している。加えて、本実施形態では差動変速機２Ｃの回転伝達回転体２５およびギア８Ｄが別の差動変速機２Ｄの回転伝達回転体２５に連結されている。
【００７９】
図５は図１に示す前記回転力蓄積体６Ａ，６Ｂの構成を示す図である。なお、回転力蓄積体６Ａ，６Ｂの構成は同一構成であるから、以下の説明において区別する必要が無いときには回転力蓄積体６と表現する。
【００８０】
これらの回転力蓄積体６は一端の回転軸６Ｃと他端の回転軸６Ｄの間の捩れによって回転力を蓄積するものであり、螺旋状に巻きつけた複数の板状の鋼材からなる板状弾性体（いわゆる渦巻きばね）３０Ａ，３０Ｂ…と、これらの板状弾性体３０Ａ，３０Ｂ…の一端を固定して巻きつける軸芯３１Ａ，３１Ｂ…と、前記板状弾性体３０…の他端を固定する円周壁面３２Ａ，３２Ｂ…を備えるケース３３Ａ，３３Ｂ…とかならる弾性体ユニット３４Ａ，３４Ｂ…を直列に接続したものである。なお、板状弾性体は高い弾性を備える金属であることが好ましいが、高い弾性を備えるものであれば、木、樹脂、鯨のひげのような有機物、空気やガスなどの流体を利用したものであっても弾性を蓄勢するものであれば用いることができる。
【００８１】
図５に示す例では７つの弾性体ユニット３４Ａ〜３４Ｇを直列に接続することにより一つの弾性体３０Ａ〜３０Ｇに蓄勢できる回転力の７倍の回転力を蓄勢できるように構成しており、かつ、弾性体３０Ａ、３０Ｂ…の弾性力に差をつけて例えば徐々に弾性力を強くするように配置することにより小さな回転力から大きな回転力まで幅の広い回転力の蓄勢を可能としている。また、回転力蓄積体の一端の回転軸６Ｃは各弾性体ユニット３４Ａ〜３４Ｇの軸芯３１Ａ〜３１Ｇの中心部を回動自在となるように貫通しており、他端の回転軸６Ｄと軸芯がずれないように構成し、他端の弾性体ユニット３４Ｇには板状弾性体３０Ｇの飛び出しを防止するカバー３５を備える。
【００８２】
上述のように構成された回転力蓄積体６は一端と他端の回転軸６Ｃ、６Ｄの間の一方向の捩れを弾性体３０Ａ〜３０Ｇに蓄勢するものであるから、図１におけるエンジン４（源動力源）と差動変速機２Ｂ，２Ｃの間にその回転方向に合わせて任意の方向に介在させることにより、エンジン４からの回転力を一旦回転力蓄積体６に蓄積し、回転力蓄積体６に蓄積した回転力を動力源としてタイヤ５に伝達することができる。
【００８３】
図１に示すようにエンジン４と回転力蓄積体６の間に差動変速機２Ａを介在させることにより、エンジン４と回転力蓄積体６の間における回転力の伝達率を自在に調節し、差動変速機２Ａを断続器として用いることも可能である。つまり、図１に示すように回転軸２１Ｂを蓄積側に傾倒させた通常状態ではエンジン４からの回転力を用いて回転力蓄積体６に回転力を蓄積することができ、回転軸２１Ｂが遮断位置にある状態ではエンジン４を空転させることができる。すなわち、この空転状態ではエンジ４を停止させることによりエネルギ消費をなくすことができる。
【００８４】
さらに、図１に示す差動変速機２Ａの回転軸２１Ｂをエンジン始動側に傾倒させた状態では、回転力蓄積体６に蓄積させた回転力を用いてエンジン４を正転方向に回転させることができるので、停止させたエンジン４を始動させることができる。すなわち、既存のハイブリッドシステムと同じ動作を機械的な制御によって容易に行うことができる。
【００８５】
回転力蓄積体６には機械的に回転力を蓄積するので、従来のハイブリッドシステムのように回転力を電気変換する発電機や、変換された電力を蓄積するバッテリや、蓄積された電力を再び回転力に変換する電動機を不要としている。
【００８６】
つまり、電気エネルギと運動エネルギとのエネルギ変換における変換効率に伴うエネルギロスを無くすことができる。また、回転力蓄積体６に蓄えられる回転力は各弾性体ユニット３０Ａ〜３０Ｇに分散して蓄勢されるので、各弾性体ユニット３０Ａ〜３０Ｇ間の捩れが少なく、隣接する弾性体ユニット３０Ａ〜３０Ｇ間の摩擦によるエネルギ損失もきわめて小さくすることができる。なお、図示は省略するが回転軸６Ｃ，６Ｄ間の回転を阻止する断続器を形成して、回転力蓄積体６を単なるシャフトとする切替器を設けて瞬発的な大トルクを必要とするときにエンジン４からの回転力を蓄積することなくタイヤ５に伝達させるようにしてもよい。
【００８７】
前記制御装置３Ａは前記各差動変速機２Ａ，２Ｂ…の伝達回転力調節部２６を調節することにより、回転力蓄積体６に対する回転力の蓄積状態（すなわち蓄えられた回転力のエネルギ）に合わせて、エンジン４の出力を調節し、例えば、回転力蓄積体６に蓄積された回転力のエネルギが常に一定になるようにエンジン４を回転させ、このエンジン４から供給される回転力を用いて回転力蓄積体６に回転力を蓄積させる。
【００８８】
このとき、エンジン４の特性に合わせて、回転力×回転速度（すなわち仕事量）に対する燃料消費量が最も少なくなるようにエンジン４を回転させ、出力される回転力を差動変速機２Ａによって任意に速度調節して回転力蓄積体６に蓄積させることができる。なお、回転力蓄積体６に蓄勢するエネルギ（以下蓄勢エネルギという）は、車両１の走行速度が早く（慣性エネルギが高く）なればなるほど少なくするようにして、車両１の慣性エネルギと回転力蓄積体６の蓄勢エネルギのバランスをよくして、さらに省エネルギに貢献することが好ましい。
【００８９】
さらに好ましくは、回転力蓄積体６に蓄積するエネルギの大きさを使用者（運転者）が選択できるようにすることができる。すなわち、回転力蓄積体６に大きな回転力を常に蓄積させることにより、この回転力蓄積体６に蓄えた比較的大きな回転力を即座にタイヤ５に供給できるので、それだけレスポンスが向上する。逆に回転力蓄積体６に蓄積する回転力を低く抑えて、車両１の減速時に慣性エネルギを無駄なく回収して回転力蓄積体６に戻すことができるようにし、さらなる省エネルギを実現させることも可能である。
【００９０】
図６は前記回転力蓄積体７の構成を側面から見た図である。図６に示すように、本実施形態の回転力蓄積体７はその回転伝達部２Ｒが差動歯車８Ｂに連結された差動変速機２Ｄと、この差動変速機２Ｄのトルク伝達部２Ｔに接続された一対のトルク蓄積用の差動変速機２Ｅ，２Ｆと、これらの差動変速機２Ｅ，２Ｆを中心に上下に同心円上に配置された略円盤形状の慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂとを備える。
【００９１】
前記差動変速機２Ｄ〜２Ｆのトルク伝達部２Ｔは同じ回転軸７Ｃ上に形成されており、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転伝達部２Ｒには前記慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転軸に設けたギア７Ｄ，７Ｅに噛み合うギア７Ｆ，７Ｇを備える。また、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂはその慣性力を大きくするために質量の大きな金属材質からなる環状の厚肉部７Ｈと、この肉厚部７Ｈを支持する薄板部７Ｉとを備えるものであり、その直径はその強度が確保できる可能な限り大径に形成することが好ましい。
【００９２】
前記差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを加速側に傾倒させ、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを出力側に傾倒させることにより、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転力を回転軸７Ｃを介してタイヤ５側に供給して車両１を加速させることができる。なお、差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを加速側に傾倒させる角度は慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂからタイヤ５に伝達させたい回転力の大きさに合わせて調節され、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを出力側に傾倒させる角度は車両１の走行速度と慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度の関係およびタイヤ５に伝達させる回転力の大きさに合わせて調節される。
【００９３】
また、差動変速機２Ｄ〜２Ｆの回転軸２１Ｂを空転位置に配置することにより回転軸７Ｃを停止させて回転力の伝達を阻止することができる。この状態では慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂはその慣性力によって回転し続ける。
【００９４】
さらに、差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを減速側に傾倒させ、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを入力側に傾倒させることにより、車両１の走行速度に応じてタイヤ５の回転力を回収して回転軸７Ｃを加速時とは逆転方向に回転させ、この回転力を慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂに伝達させてその回転速度を上げることができる。また、差動変速機２Ｄの回転軸２１Ｂを減速側に傾倒させる角度は車両１の制動力の大きさに合わせて調節され、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを入力側に傾倒させる角度は車両１の走行速度と慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度の関係およびタイヤ５から回収する回転力の大きさに合わせて調節される。
【００９５】
なお、上記差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを傾倒させる角度を同じにすることにより、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂが互いに逆方向に回転するので、これら同軸線上に配置された慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度を変化させることに伴う回転トルクを互いにキャンセルさせることができ、トルク伝達部７全体に回転力が加わることが無い。
【００９６】
しかしながら、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転軸２１Ｂを傾倒させる角度をあえて異ならせて、慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせることにより変速機３の姿勢を安定させる姿勢安定制御部７Ｊを設けることが好ましい。つまり、差動変速機２Ｅ，２Ｆの回転力伝達率の調節を、運転者による車両１の操舵に合わせて行ない、車両１を左または右に旋回させる操作を行なっているときには、変速機３を介して車両１全体に右周りまたは左回りの回転力をかけるように、差動変速機２Ｅ，２Ｆを制御することが好ましい。
【００９７】
この回転力蓄積体７は慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの慣性による回転力を回転力蓄積体６の二次側においてタイヤ５に伝達させるものであるから、瞬発的に強力な回転力を出力して加速したり、比較的強力な制動力を作用させることも可能である。つまり、図１に示すように、捩れの力を蓄勢して安定した回転力を供給する回転力蓄積体６と慣性を用いた瞬発的な回転力を供給する回転力蓄積体７を併用することが好ましい。
【００９８】
なお、図示を省略するが、前記回転力蓄積体７は前輪のタイヤ５側に設けることにより前輪のタイヤ５に瞬発的な回転力をかけることができるようになる。さらに、車両１の前後両方に回転力蓄積体７を設けてさらなる走行性能の向上を図ってもよい。加えて、差動変速機２Ｄと差動変速機２Ｅ，２Ｆの間の回転軸７Ｃに断続器を形成し、差動変速機２Ｄとの間のトルク伝達部２Ｔの伝達を遮断させた状態で慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂ間で回転力の伝達を行なって、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転速度を変化させることによる回転トルクを発生させて、車両１の姿勢を安定させるようにしてもよい。
【００９９】
さらに、本実施形態では鉛直方向を中心とする回転軸上に回転方向の回転力をかける例を示しているが、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転軸は車両１の走行方向に平行な中心軸上に回転自在となるように配置してもよい。この場合、車両１の横転を防止するように慣性力を働かせて、車両１の姿勢を安定させることもできる。同様に、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂの回転軸を車両１の走行方向に直角な水平方向の中心軸上に回転自在となるように配置し、加減速時における車両１の前後のタイヤ５にかかる荷重を一定にするようにして、車両１の姿勢を安定させるようにしてもよい。
【０１００】
加えて、前記慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂは高速回転させることにより、その遠心力によってその回転軸を安定させることができる。つまり、高速回転させた慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂによって、車両１の姿勢を安定させ、路面走行時に路面の凹凸に伴って発生する振動を抑えることも期待できる。
【０１０１】
図７は図１〜図６に示す差動変速機２の変形例を示す図である。図７に示す差動変速機２’は前記正転回転体２２および逆転回転体２３の接触部２２Ａ，２３Ａに、傾倒支持部２０Ｆの揺動に伴って回動自在に支持された複数のローラ２２Ｃ，２３Ｃを備える。なお、ローラ２２Ｃ，２３Ｃの外周部はこれらを円形に並べて配置した状態で、接触部２２Ａ，２３Ａが円形となるようにその側面を湾曲させて形成している。
【０１０２】
２２Ｄ，２３Ｄは各ローラ２２Ｃ，２３Ｃを回転自在に軸支する支持部であり、この支持部２２Ｄ，２３Ｄが正転回転体２２および逆転回転体２３を回転自在に軸支しているので、前記傾倒支持部２１を傾倒させるときに、ローラ２２Ｃ，２３Ｃが回転することにより摩擦抵抗がかからないので、各部材２０〜２５が完全に停止している状態であっても伝達回転力調節２６による回転力の伝達率の調節操作を容易に行うことができる。
【０１０３】
図８は図１〜図７に示す差動変速機２，２’を用いた変速機３のさらなる変形例を示す図である。図８に示す変速機３’は差動変速機２の回転伝達回転体２５に一体的に連動連結された発電機兼電動機３０と、この発電機兼電動機３０に電気的に接続された二次電池などからなる蓄電部３１とを備える。
【０１０４】
前記発電機兼電動機３０は例えば永久磁石３２と、コイル３３とからなり、蓄電部３１に蓄積した電気エネルギを用いてコイル３３に電流を流すことにより回転力を生成する電動機として機能する一方、外部から加わる回転力によって永久磁石３２とコイル３３の位置関係が変化するときにコイル３３に生じる電流を用いて蓄電部３１に電気エネルギを充電することにより発電機として機能する。したがって、以下の説明において同じ発電機兼電動機３０を発電機３０Ｇとも電動機３０Ｍとも表現する。
【０１０５】
なお、図８に示す永久磁石３２とコイル３３は永久磁石が回転し、コイル３３が固定するように配置することにより、コイル３３と蓄電部３１との電気的な接続が容易となるので好ましいが、永久磁石３２とコイル３３の位置関係が逆であってもよい。また、両方ともコイルとして片方を励磁コイルとし、この励磁コイルに電流を流した状態で発電器または電動機として機能させ、励磁コイルへの通電を止めた状態では電気エネルギとのエネルギ変換を行なわないことも可能である。
【０１０６】
従って、エンジン４からの回転力を電気エネルギに変換して蓄電部３１に蓄えると共に、蓄電部３１に蓄積した電気エネルギを用いて回転力を生成することができ、蓄電部３１の容量を大きくすればするほど安定した回転力を供給し続けることが可能となる。なお、蓄電部３１はニッケル・カドニウム電池、ニッケル・水素電池、リチウムイオン電池、鉛電池などの二次電池であることが考えられるが、メンテナンスが容易な高容量のコンデンサなどを用いてもよいことはいうまでもない。また、蓄電部３１には入出力する電流値を回転力に合わせて調節する制御回路を備えることが好ましい。
【０１０７】
本実施形態では差動変速機２の回転伝達回転体２５に発電機兼電動機３０を形成しているので、回転力の運動エネルギを電気エネルギに変換する時にもその逆のエネルギ変換を行なうときにも電流値によって容易にトルク調節を行なうことができる。従って、発電機３０Ｇをエンジン４の近く（図１に示す差動変速機２Ａの回転伝達回転体２５）に配置することによりエンジン４の出力を直接的に電気エネルギに変換でき、その間のエネルギロスを最小にすることができる。
【０１０８】
同様に、発電機３０Ｇをタイヤ５の近く（図１に示す差動変速機２Ｂ，２Ｃの回転伝達回転体２５）に配置することにより差動歯車８を介してタイヤ５から回収する回転力をできるだけ直接的に電気エネルギに変換でき、また、電動機３０Ｍをタイヤ５の近くに配置することにより電気エネルギを回転力に変換して直接的にタイヤ５に供給することができる。
【０１０９】
さらに、図示は省略するが発電機兼電動機３０を図１に示す回転力蓄積体６，７に連結させて差動変速機２の回転力をトルク伝達回転体２０に連動連結させた部分に設けることも可能であり、この場合は回転力蓄積体６，７に蓄積しきれない回転力を用いて発電機３０Ｇを回転させて蓄電部３１に電気エネルギとして蓄積することができる。
【０１１０】
図９は本発明の第１実施形態に係る変速機４０の一部を切断してその構成を示す図であり、図１０はこの変速機４０の要部構成を示す図である。第２実施形態の変速機４０は、第１実施形態の差動変速機２の回転伝達回転体２５と正転回転体２２および逆転回転体２３の間で変速を行なうものである。従って、図１〜図８と同じ符号を付した部材は同一または同等の機能を有する部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【０１１１】
図９に示すように、変速機４０は、第１軸４１を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車４２を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車４３と、前記略円錐形状の対称位置にある一対の母線４４Ａ，４４Ｂに平行な一対の第２軸４５，４６のそれぞれを中心に配置され、かつ前記第１歯車４３を構成する歯車４２に対して選択的に噛み合う第２歯車４７，４８と、前記第２歯車４７，４８に噛み合う第１歯車４３側の歯車４２の歯４２Ａがこれに隣接する歯車４２の歯４２Ｂとほぼ重なる第１歯車４３の回転角において、第２歯車４７，４８を前記隣接する歯車４２Ｂに噛み合わせるように第２歯車または第１歯車を第２軸に平行する方向に移動させることにより変速する変速部４９，５０とを備えて、前記差動変速機２の伝達回転力調節部において動力伝達率を調節可能とするものである。
【０１１２】
前記歯車４２を構成する各歯４２は例えば基本となる円錐形状に対して、周方向に等間隔に円筒状の孔を開設させてこの孔の底面を歯の根元とした形状であり、これに対応する歯車４７，４８にはその外周に前記孔と同じ間隔で略円筒状の突起状の歯４７Ａ，４８Ａが形成されている。また、好ましくは前記歯４７Ａ，４８Ａはその円筒の外周がその円周方向に回動可能に形成されている。すなわち、第１歯車４３の歯４２Ａ、４２Ｂ…に第２歯車４７，４８の歯４７Ａ，４８Ａが噛み合った状態において各歯車４３，４７，４８は連動して回転するが、第１歯車４３と第２歯車４７，４８の軸４２，４５，４６が平行でないので、各歯車４３，４７，４８同士が僅かに回転しながら動力を伝達するが、歯４７Ａ，４８Ａがその円周方向に回動可能であるから大きな摩擦が発生することがなく、これにともなうフリクションロスを軽減できる。
【０１１３】
前記第１歯車４３は略円錐形状であるから、その外周に形成された歯車４２の歯数は図１０の図示下方において少なく、図示上方において多く形成される。また、母線４４Ａ，４４Ｂに対して同じ間隔Ｗとなるように複数の歯車４２…を形成した場合、隣接する２つの歯車４２の歯数の差は全て同じとなる。
【０１１４】
図１０に示す、本実施形態の第１歯車４３の場合、歯車４２の歯数は内側から、６，８，１０，１２…となっており、隣接する歯車４２の歯数の差が２であるから、第１歯車４３はその円周方向の２箇所（回転角θ１、θ２）において隣接する歯車４２の歯４２Ａ，４２Ｂ…を完全に重ねることができる。本実施形態では、完全に隣接する歯車４２と重なる回転角θ１、θ２の位置にある歯を連結して、長孔４２Ｚを形成し、隣接する歯車４２の歯を連結している。
【０１１５】
また、第１歯車４３はその外周に連接させ、前記第２軸４５、４６に平行となる略円錐のカム平面４９と、このカム平面４９に形成させた略円周上に形成されたカム溝５０Ｕ、５０Ｋ、５０Ｄとからなる歯車切換カム５０を備える。また、前記第２軸４５，４６の中心には第２歯車４７，４８の位置を第２軸４５，４６上に移動させることにより変速操作を可能とする変速操作棒５１を備え、この変速操作棒５１上に前記間隔Ｗに合わせて形成した嵌合溝５１Ａに嵌合すると共に前記カム溝５０Ｕ、５０Ｋ、５０Ｄにも嵌合するカムフォロア５２Ｕ、５２Ｋ、５２Ｄと、これらのカムフォロア５２Ｕ、５２Ｋ、５２Ｄを支持すると共に任意のカムフォロア５２Ｕ、５２Ｋ、５２Ｄを嵌合溝５１Ａおよびカム溝５０Ｕ、５０Ｋ、５０Ｄに嵌合させる変速操作部および第２軸４５，４６に平行に移動可能に構成されたカムフォロアユニット５２Ａ，５２Ｂを備える。
【０１１６】
前記カム溝５０Ｋは第１歯車４３と同心円状に形成された周溝であり、第１歯車４３を回転させてもカム溝５０Ｋの位置が変わることがない。従って、このカム溝５０Ｋにカムフォロア５２Ｋを嵌合させることにより、第２歯車４７，４８の位置を固定させることができる。
【０１１７】
他方、カム溝５０Ｄは前記カム溝５０Ｋよりも外側において第１歯車４３とほぼ同心円状に形成された円弧部分と、回転角θ１、θ２において前記カム溝５０Ｋに合流するように湾曲させた合流部５０Ｊとを有する。従って、このカム溝５０Ｄにカムフォロア５２Ｄを嵌合させることにより、第２歯車４７，４８を前記回転角θ１、θ２の位置において内側（図９の下側）に移動させて変速比を下げることができる。
【０１１８】
他方、カム溝５０Ｕは前記カム溝５０Ｋよりも内側において第１歯車４３とほぼ同心円状に形成された円弧部分と、回転角θ１、θ２において前記カム溝５０Ｋに合流するように湾曲させた合流部５０Ｊとを有する。従って、このカム溝５０Ｕにカムフォロア５２Ｕを嵌合させることにより、第２歯車４７，４８を前記回転角θ１、θ２の位置において外側（図９の上側）に移動させて変速比を上げることができる。
【０１１９】
前記歯車切換カム５０およびカムフォロアユニット５２Ａ，５２Ｂは第１歯車４３に設けた複数の歯車４２に対する第２歯車４７，４８の噛み合い状態を切換え可能に構成された歯車切換カム機構５３Ａ，５３Ｂであり、この歯車切換カム機構５３Ａ，５３Ｂは、変速操作棒５１を用いた変速操作によって第２歯車４７，４７を第２軸４５，４６に平行な方向に移動できるようにする可動部４５Ａ，４６Ａを備え、第１歯車４３に連設されて前記隣接する歯車の歯４２Ａ，４２Ｂが重なる回転角θ１、θ２において可動部４５Ａ，４５Ｂを前記隣接する歯車側に移動させるものである。
【０１２０】
５４，５５は前記第２軸４５、４６に連結される傘歯歯車であり、これらの傘歯歯車５４および５５はそれぞれ正転回転体２２および逆転回転体２３に設けた傘歯歯車２２Ｅ、２３Ｅに噛み合うことによりこれらの回転体２２，２３に連動して回転する。さらに、本実施形態の差動回転体２１はその回転軸２１Ｂがトルク伝達回転体２０の回転軸２０Ｃに対して直角方向に固定された傘歯歯車であり、この傘歯歯車２１の両端が正転回転体２２および逆転回転体２３に設けた傘歯歯車２２Ｆ、２３Ｆに噛み合うことにより連動する。従って、本実施形態の場合、第１歯車４３が回転伝達部２Ｒに位置する回転伝達回転体となる。
【０１２１】
本実施形態の正転伝達系２４Ｆはトルク伝達回転体２０から差動回転体２１、傘歯歯車５４、正転回転体２２、第２歯車４７、第１歯車４３へと動力を伝達する動力伝達系であり、逆転伝達系２４Ｒはトルク伝達回転体２０から差動回転体２１、逆転回転体２３、傘歯歯車５５、第２歯車４８、第１歯車４３へと動力を伝達する動力伝達系である。
【０１２２】
したがって、第２歯車４７、４８が図９に示す状態であるとき、トルク伝達部２Ｔの回転を止めた状態で、回転伝達部２Ｒの第１歯車４３を回転させることができる。また、第２歯車４７を図９において上方に移動させることにより、トルク伝達部２Ｔから回転伝達部２Ｒに伝達する正転方向の回転力を大きくすることができる。逆に、第２歯車４８を図９において上方に移動させることにより、トルク伝達部２Ｔから回転伝達部２Ｒに伝達する逆転方向の回転力を大きくすることができる。
【０１２３】
前記構成の変速機４０は動力伝達部分から摩擦による動力伝達を排除することができるので、それだけフリクションロスを小さくすることができる。とりわけ、第１歯車４３に対してそれぞれ一つの第２歯車４７，４８が噛み合うことにより動力を伝達するので、無駄なギアの嵌合が無いのでそれだけ動力伝達を効率よく行なうことができる。
【０１２４】
本実施形態の変速機４０を図１に示す差動変速機２Ａ，２Ｂ…に代えて用いることにより、各部におけるフリクションロスをさらに抑えて、車両１のエネルギ消費を可及的に抑えることができる。
【０１２５】
図１１は前記変速機４０の変形例を示す図である。従って、図１１において図１〜図１０と同じ符号を付した部材は同一または同等の機能を有する部材であるから、その詳細な説明を省略する。
【０１２６】
図１１に示すように、前記第１歯車４３と第２歯車４５，４６の噛み合わせによる動力伝達の代わりに、円錐形状の第１回転体４３’とこれに接触する高摩擦抵抗面を備える第２回転体４５’、４６’を用い、第１回転体４３’と第２回転体４５’、４６’を押し付けることにより、無段階の変速を行うことができる。５６は前記第２回転体４５’、４６’を変速操作棒５１を出退可能に摺動駆動する変速機構である。
【０１２７】
この変形例に示すように、高摩擦抵抗面を備える第２回転体４５’、４６’を用いる場合には、任意のタイミングで第２回転体４５’、４６’を移動させることができるので、応答速度を早くすることができる。
【０１２８】
上述の実施形態では本発明の変速機３を４輪車両１に搭載した例を示しているが、本発明はこの点に限定されるものではない。すなわち、自動二輪や動力付自転車に用いることにより、トルク制御を容易に行うことができ、操作性が向上し、燃料消費率を可及的に引き上げることができる。さらに、自転車に搭載して自転車の運動エネルギを次の加速時の動力源として用いることも可能である。
【０１２９】
さらに、変速機３を列車、船、潜水艦などの動力に用いることも可能である。また、慣性力蓄積体７Ａ，７Ｂを制御することによる姿勢安定化制御を用いて４輪車両のみならず、２輪車両、列車、船、潜水艦、飛行機、ヘリコプタ、宇宙船の安定運転に貢献させることも可能である。また、この姿勢安定化制御のみを用いて、移動体のみならずゲームコントローラなどの装置の位置制御に用いてもよい。
【符号の説明】
【０１３０】
１ 車両
２ 差動変速機
３、４０ 変速機
３Ａ 回生制御部
６、７ 回転力蓄積体
７Ｂ 慣性力蓄積体
７Ｃ トルク制御部（姿勢安定制御部）
２０ トルク伝達回転体
２０Ｆ 傾倒支持部
２１ 差動回転体
２１Ａ 接触部
２２ 正転回転体
２２Ｃ（２３Ｃ） ローラ
２３ 逆転回転体
２５ 回転伝達回転体
２６ 伝達回転力調節部
３０ 発電部および電動機
３０Ａ… 弾性体
４１ 第１軸
４２ 歯車
４３ 第１歯車
４４Ａ，４４Ｂ 母線
４５，４６ 第２軸
４７，４８ 第２歯車
５３Ａ，５３Ｂ 変速部（歯車切換カム機構）
θ１、θ２ 回転角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク伝達部からの回転力を入力するトルク伝達回転体と、このトルク伝達回転体に回転自在に軸支された差動回転体と、この差動回転体の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体と、前記差動回転体の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体と、一端側が正転回転体に連動連結し他端側が逆転回転体に連動連結することにより正転伝達系および逆転伝達系を形成する回転伝達回転体と、これら正転伝達系および／または逆転伝達系の動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体から回転伝達回転体の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部とを備えることを特徴とする差動変速機。
【請求項２】
前記差動回転体の正転回転体および逆転回転体と接触する接触面が略半球形状であり、前記正転回転体および逆転回転体は前記半球の中心を通り前記トルク伝達回転体の回転軸に対して約４５度の角度の位置において差動回転体に接触する接触部を有し、前記伝達回転力調節部は差動回転体の回転軸の中心でかつ前記接触面に形成された半球の中心部において正転回転体側または逆転回転体側に揺動可能に支持する傾倒支持部である請求項１に記載の差動変速機。
【請求項３】
前記正転回転体および逆転回転体の前記接触部は、傾倒支持部の揺動に伴って回動自在に支持された複数のローラを備える請求項２に記載の差動変速機。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項の差動変速機のトルク伝達部に接続されて動力源からの回転力を蓄勢する回転力蓄積体を備えることを特徴とする変速機。
【請求項５】
前記回転力蓄積体はその一次側の回転軸と二次側の回転軸の間の捩れによって回転力を蓄勢する弾性体を備える請求項４に記載の変速機。
【請求項６】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部に接続されたトルク蓄積用の差動変速機と、この差動変速機の回転伝達回転体に連結させて回転力を慣性によって蓄積する慣性力蓄積体と、前記トルク蓄積用の差動変速機の伝達回転力調節部を用いて回転力の伝達方向を制御することにより前記慣性力蓄積体への回転力の蓄積および回転力の放出を制御するトルク制御部とを備える請求項４または請求項５に記載の変速機。
【請求項７】
前記慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせて変速機の姿勢を安定させる姿勢安定制御部を有する請求項６に記載の開閉部の変速機。
【請求項８】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部または回転伝達回転体に連動連結された部分に取り付けられた発電機および電動機と、この発電機および電動機に電気的に接続された蓄電部とを備える請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項９】
前記伝達回転力調節部を用いて逆転伝達系の動力伝達率を正転伝達系の動力伝達率より大として回転力の出力側から回転力蓄積体への回転力の回収を制御する回生制御部を備える請求項４〜請求項８のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項１０】
前記トルク伝達部にトルク伝達回転体が接続された動力源用の差動変速機を備え、車両のエンジンがこの動力源用の差動変速機の回転伝達回転体に接続されて、前記伝達回転力調節部はエンジンとトルク伝達部の間で回転力の伝達方向と伝達率の調節を可能とするものである請求項４〜請求項９のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項１１】
第１軸を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車と、
前記略円錐形状の母線に平行な第２軸を中心に配置され、かつ前記第１歯車を構成する歯車に対して選択的に噛み合う第２歯車と、
前記第２歯車に噛み合う第１歯車側の歯車の歯がこれに隣接する歯車の歯とほぼ重なる第１歯車の回転角において、第２歯車を前記隣接する歯車に噛み合わせるように第２歯車または第１歯車を第２軸に平行する方向に移動させることにより変速する変速部とを備えて、前記差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所において動力伝達率を調節可能とする請求項４〜請求項１０のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項１２】
前記変速部が、前記第２歯車または第１歯車を第２軸に平行な方向に移動できるようにする可動部と、第１歯車に連設されて前記隣接する歯車の歯が重なる回転角において可動部を前記隣接する歯車側に移動させる歯車切換カム機構を備える請求項１１に記載の変速機。
【請求項１３】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の差動変速機を搭載したことを特徴とする車両。
【請求項１４】
請求項４〜請求項１２の何れか１項に記載の変速機を搭載したことを特徴とする車両。
【請求項１】
トルク伝達部からの回転力を入力するトルク伝達回転体と、このトルク伝達回転体に回転自在に軸支された差動回転体と、この差動回転体の一端側に接触し正転方向の動力伝達を行う正転回転体と、前記差動回転体の他端側に接触し逆転方向の動力伝達を行う逆転回転体と、一端側が正転回転体に連動連結し他端側が逆転回転体に連動連結することにより正転伝達系および逆転伝達系を形成する回転伝達回転体と、これら正転伝達系および／または逆転伝達系の動力伝達率を調節することによりトルク伝達回転体から回転伝達回転体の間で伝達する回転力の大きさを調節可能とする伝達回転力調節部とを備えることを特徴とする差動変速機。
【請求項２】
前記差動回転体の正転回転体および逆転回転体と接触する接触面が略半球形状であり、前記正転回転体および逆転回転体は前記半球の中心を通り前記トルク伝達回転体の回転軸に対して約４５度の角度の位置において差動回転体に接触する接触部を有し、前記伝達回転力調節部は差動回転体の回転軸の中心でかつ前記接触面に形成された半球の中心部において正転回転体側または逆転回転体側に揺動可能に支持する傾倒支持部である請求項１に記載の差動変速機。
【請求項３】
前記正転回転体および逆転回転体の前記接触部は、傾倒支持部の揺動に伴って回動自在に支持された複数のローラを備える請求項２に記載の差動変速機。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項の差動変速機のトルク伝達部に接続されて動力源からの回転力を蓄勢する回転力蓄積体を備えることを特徴とする変速機。
【請求項５】
前記回転力蓄積体はその一次側の回転軸と二次側の回転軸の間の捩れによって回転力を蓄勢する弾性体を備える請求項４に記載の変速機。
【請求項６】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部に接続されたトルク蓄積用の差動変速機と、この差動変速機の回転伝達回転体に連結させて回転力を慣性によって蓄積する慣性力蓄積体と、前記トルク蓄積用の差動変速機の伝達回転力調節部を用いて回転力の伝達方向を制御することにより前記慣性力蓄積体への回転力の蓄積および回転力の放出を制御するトルク制御部とを備える請求項４または請求項５に記載の変速機。
【請求項７】
前記慣性力蓄積体の回転速度の加減によってその回転の正逆方向に慣性力を働かせて変速機の姿勢を安定させる姿勢安定制御部を有する請求項６に記載の開閉部の変速機。
【請求項８】
前記回転力蓄積体はトルク伝達部または回転伝達回転体に連動連結された部分に取り付けられた発電機および電動機と、この発電機および電動機に電気的に接続された蓄電部とを備える請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項９】
前記伝達回転力調節部を用いて逆転伝達系の動力伝達率を正転伝達系の動力伝達率より大として回転力の出力側から回転力蓄積体への回転力の回収を制御する回生制御部を備える請求項４〜請求項８のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項１０】
前記トルク伝達部にトルク伝達回転体が接続された動力源用の差動変速機を備え、車両のエンジンがこの動力源用の差動変速機の回転伝達回転体に接続されて、前記伝達回転力調節部はエンジンとトルク伝達部の間で回転力の伝達方向と伝達率の調節を可能とするものである請求項４〜請求項９のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項１１】
第１軸を中心に回転自在であると共に径が異なる複数の歯車を隣接させてなる略円錐形状の第１歯車と、
前記略円錐形状の母線に平行な第２軸を中心に配置され、かつ前記第１歯車を構成する歯車に対して選択的に噛み合う第２歯車と、
前記第２歯車に噛み合う第１歯車側の歯車の歯がこれに隣接する歯車の歯とほぼ重なる第１歯車の回転角において、第２歯車を前記隣接する歯車に噛み合わせるように第２歯車または第１歯車を第２軸に平行する方向に移動させることにより変速する変速部とを備えて、前記差動変速機の一次側、二次側、伝達回転力調節部のうち少なくとも１カ所において動力伝達率を調節可能とする請求項４〜請求項１０のいずれか１項に記載の変速機。
【請求項１２】
前記変速部が、前記第２歯車または第１歯車を第２軸に平行な方向に移動できるようにする可動部と、第１歯車に連設されて前記隣接する歯車の歯が重なる回転角において可動部を前記隣接する歯車側に移動させる歯車切換カム機構を備える請求項１１に記載の変速機。
【請求項１３】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の差動変速機を搭載したことを特徴とする車両。
【請求項１４】
請求項４〜請求項１２の何れか１項に記載の変速機を搭載したことを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１５９１０４（Ｐ２０１２−１５９１０４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５２２（Ｐ２０１１−１７５２２）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（５００３７５７９６）
【出願人】（５１１０２７７６９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（５００３７５７９６）
【出願人】（５１１０２７７６９）
【Ｆターム（参考）】
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