(57)【要約】      （修正有）【課題】コンパクトかつ簡素で低コストな車輪ハブ駆動ユニットを提供する。【解決手段】車両本体に固設されるハブケースに、車輪の車軸と、該車軸と同一軸芯上に延設される出力軸を有するモータとを備えた車輪ハブ駆動ユニットにおいて、該ハブケースに、該車軸に出力する低速用遊星ギア機構及び高速用遊星ギア機構とを収納し、該低速用遊星ギア機構及び該高速用遊星ギア機構の両方のサンギアを、該出力軸上に相対回転自在に設け、該出力軸上に、相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在なシフタを備えている。該シフタは、その該出力軸上の摺動により、該出力軸の動力を該高速用遊星ギア機構に伝達する高速位置と、該出力軸の動力を該低速用遊星ギア機構に伝達する低速位置とに切換可能であって、該低速用遊星ギア機構のサンギア及び該高速用遊星ギア機構のサンギアのうち少なくともいずれか一つに対し係脱可能である。【選択図】図２
2010188745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両本体に固設されるハブケースに、車輪の車軸と、該車軸と同一軸芯上に延設される出力軸を有するモータと、該車軸に出力する低速用遊星ギア機構及び高速用遊星ギア機構とを収納し、
該低速用遊星ギア機構のサンギアである低速サンギア及び該高速用遊星ギア機構のサンギアである高速サンギアの両方を、該出力軸上に相対回転自在に設け、
該出力軸上に、相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在なシフタを備えており、
該シフタは、その該出力軸上の摺動により、該出力軸の動力を該高速用遊星ギア機構に伝達する高速位置と、該出力軸の動力を該低速用遊星ギア機構に伝達する低速位置とに切換可能であり、該高速サンギア及び該低速サンギアのうち、少なくともいずれか一つに対し係脱可能であることを特徴とする車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項２】
前記シフタは、前記低速サンギア及び前記高速サンギアに対し係脱可能であって、前記高速位置にて、該高速サンギアに相対回転不能に係合し、かつ該低速サンギアより相対回転自在に離間し、前記低速位置にて、該高速サンギアより相対回転自在に離間し、かつ該低速サンギアに相対回転不能に係合することを特徴とする請求項１記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項３】
前記シフタは、さらに、その前記出力軸上の摺動により、前記出力軸の動力を前記高速用遊星ギア機構にも前記低速用遊星ギア機構にも伝達しない中立位置に切換可能とし、該中立位置にて、該高速サンギア及び該低速サンギアより相対回転自在に離間することを特徴とする請求項２記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項４】
前記シフタは、前記低速位置と前記高速位置との間での切換途中に、前記中立位置にて暫時待機するよう自動制御されることを特徴とする請求項３記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項５】
前記シフタの前記中立位置における待機は、前記モータの前記出力軸の回転と、前記低速サンギア及び前記高速サンギアのうちいずれか目標の速度段に該当するサンギアの回転とが同期するまで継続されることを特徴とする請求項４記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項６】
前記シフタが前記高速サンギアに対し係脱可能であるとともに、前記低速サンギアと前記出力軸との間にワンウェイクラッチが介設されており、該シフタが前記高速位置にある時、該シフタは該高速サンギアに相対回転不能に係合し、該シフタが前記低速位置にある時、該シフタは該高速サンギアより相対回転自在に離間し、前記出力軸より該ワンウェイクラッチを介して該低速用遊星ギア機構に前記モータの出力が伝達されることを特徴とする請求項１記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項７】
前記シフタの位置切換は自動制御されることを特徴とする請求項１記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項８】
前記シフタは、前記車輪ハブ駆動ユニットを備えた車両の実際の走行速度とアクセル操作位置との関係をもとに前記高速位置と前記低速位置との間での切換を自動制御されることを特徴とする請求項７記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項９】
前記シフタは、前記モータにかかる負荷が所定値以上になると前記高速位置より前記低速位置へと自動的に切り換えられることを特徴とする請求項７記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１０】
前記車輪の停止時に、前記自動制御にて、前記シフタが前記低速位置に保持されることを特徴とする請求項７記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１１】
前記シフタは、さらに、その摺動により、前記出力軸の動力を前記高速用遊星ギア機構にも前記低速用遊星ギア機構にも伝達しない中立位置に切換可能とし、前記車輪の停止時に、前記自動制御にて、前記シフタが該中立位置に保持されることを特徴とする請求項７記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１２】
前記シフタは、さらに、作業者の任意で位置制御可能であり、前記車輪ハブ駆動ユニットを備えた車両に、該シフタを作業者の任意で位置制御する手動モードか、該シフタの位置を自動制御する自動モードかを選択可能なモード選択手段を設けていることを特徴とする請求項７記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１３】
前記シフタは、前記手動モードを設定している時も、前記車軸の回転数が所定値以下にならないと前記高速位置から前記低速位置への位置切換ができないことを特徴とする請求項１２記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１４】
前記ハブケースの少なくとも一部が前記車輪のリム内に配設されることを特徴とする請求項１〜請求項１３のうちいずれか一項に記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１５】
前記モータを電動モータとしたことを特徴とする請求項１〜請求項１４のうちいずれか一項に記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１６】
前記モータは、前記車輪の回転力を該車輪の制動時に電気エネルギーに変換する回生機能を有していることを特徴とする請求項１５記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１７】
前記モータを油圧モータとしたことを特徴とする請求項１〜請求項１４のうちいずれか一項に記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【請求項１８】
前記の低速・高速両遊星ギア機構と前記車軸との間に減速機構が介設されていることを特徴とする請求項１〜請求項１７のうちいずれか一項に記載の車輪ハブ駆動ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一車輪のハブに、車軸、該車軸駆動用のモータ、及び変速装置を一体的に備えた車輪ハブ駆動ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のハイブリッド型乗用車等に適用される各車輪のハブごとに設けられる車輪ハブ駆動ユニットとして、該車輪の中心軸たる車軸、該車軸駆動用のモータ、該車軸に駆動連結される減速装置、及び、該モータと減速装置との間に介設される高／低変速装置を備えた車輪ハブ駆動ユニットが、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されて公知となっている。
【０００３】
上記特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示される車輪ハブ駆動ユニットのうち、特許文献１、特許文献２に開示される車輪ハブ駆動ユニットは、モータの出力軸と車軸とが同一軸芯上になく、互いに平行に配置されているので、ユニット全体が車軸の径方向に拡張されている。そして、該モータ出力軸と該車軸との間に高／低変速装置としての高速ギア列と低速ギア列とが介設されている。
【０００４】
これに対し、特許文献３の車輪ハブ駆動ユニットでは、モータの回転中心と車軸（スピンドル）とが同一軸芯上に配置されているので、該車軸の径方向の拡張を抑えたコンパクトな構造となっており、ユニットの伝動装置全体を、車両本体側に固設されるハブケースに収納し、該ハブケースを車輪のリム内に配設したものとなっている。該モータは電動モータであって、その固定子を該ハブケースに固定し、回転子を、該スピンドルとその周りの該ハブケースの間に配置されるロータに固定しており、該ロータを該モータの出力部材としている。
【０００５】
さらに、特許文献３の車輪ハブ駆動ユニットには遊星ギア機構が備えられ、該遊星ギア機構は、車軸（スピンドル）にサンギアを固設し、遊星ギアキャリアを該ロータと一体回転自在に係合している。また、該スピンドルの中心軸孔に、別のモータ駆動で該スピンドルの軸芯方向に進退可能に挿入されるシフトドラムを設けている。遊星ギア機構のリングギアに係脱可能なリングギア用クラッチ部材（ドッグリング）がハブケースに相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在に係合され、該リングギア用クラッチ部材を、該シフトドラムに押接される第一シフトレバーに連係している。また、遊星ギア機構の遊星ギアキャリアに係脱可能なキャリア用クラッチ部材（ドッグリング）がサンギアに相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在に係合され、該キャリア用クラッチ部材を、該シフトドラムに押接される第二シフトレバーに連係している。該シフトドラムの軸芯方向の移動によって、第一・第二シフトレバーの回動位置が変化し、リングギアとハブとの係脱、及び遊星ギアキャリアとサンギアとの係脱が制御される。
【０００６】
該シフトドラムを高速位置にすると、リングギアはハブより離間され、遊星ギアキャリアがサンギアに係合されるので、該ロータが該車軸（スピンドル）にロックされる。すなわち、該車軸が該ロータと同一速度で回転する。該シフトドラムを低速位置にすると、リングギアがハブケースに係合し、遊星ギアキャリアがサンギアより離間するので、該サンギアは、固定されたリングギアに抗して遊星ギアを回転することとなり、該車軸は該ロータよりも遅く回転する。また、該シフトドラムを中立位置にすると、リングギアがハブケースより離間し、遊星ギアキャリアがサンギアより離間するので、車軸はロータに対し遊転自在となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３５８４１０６号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７５９６号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／００８４６６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コンパクト性の確保、すなわち、車軸の径方向の拡張を抑えて、車輪のリム内にも収納可能な構造とするには、特許文献３のように、モータの回転軸芯と車軸とを同一軸芯上に配置することが好ましい。しかし、特許文献３の車輪ハブ駆動ユニットでは、ハブケース・ロータ・車軸間に介設される遊星ギア機構が一つのみ（すなわち、サンギア及びリングギアがそれぞれ一つ）であるものの、リングギアとハブとの間にリングギア用クラッチ部材（ドッグリング）、遊星ギアキャリアとサンギアとの間にキャリア用クラッチ部材（ドッグリング）を、それぞれに介設する必要があり、両クラッチ部材、両クラッチ部材にそれぞれ連係される第一・第二シフトレバー、該車軸たるスピンドルに挿入されるシフトドラムより構成されるシフト機構が複雑である。
【０００９】
すなわち、シフトドラムが高速位置の時には、リングギア用クラッチ部材をリングギアより離間させ、キャリア用クラッチ部材を遊星ギアキャリアに係合させるように、シフトドラムが中立位置の時には、両クラッチ部材を該リングギア・遊星ギアキャリアそれぞれから離間させるように、また、シフトドラムが低速位置の時には、リングギア用クラッチ部材をリングギアに係合させ、キャリア用クラッチ部材を遊星ギアキャリアより離間させるように、それぞれのシフトドラム位置に対応した第一・第二シフトレバーの回動位置を現出するためには、該第一・第二シフトレバーに押接されるシフトドラムの形状を工夫し、かつ、第一・第二シフトレバーのシフトレバーへの押接位置を工夫する等、シフト機構について、精密性及び複雑性が要求され、高コストの要因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、コンパクトかつ簡素で低コストな車輪ハブ駆動ユニットを実現すべく、以下の如き手段を用いる。すなわち、本発明の車輪ハブ駆動ユニットは、車両本体に固設されるハブケースに、車輪の車軸と、該車軸と同一軸芯上に延設される出力軸を有するモータと、該車軸に出力する低速用遊星ギア機構及び高速用遊星ギア機構とを収納し、該低速用遊星ギア機構のサンギアである低速サンギア及び該高速用遊星ギア機構のサンギアである高速サンギアの両方を、該出力軸上に相対回転自在に設け、該出力軸上に、相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在なシフタを備えている。該シフタは、その該出力軸上の摺動により、該出力軸の動力を該高速用遊星ギア機構に伝達する高速位置と、該出力軸の動力を該低速用遊星ギア機構に伝達する低速位置とに切換可能であり、該高速サンギア及び該低速サンギアのうち、少なくともいずれか一つに対し係脱可能である。
【００１１】
前記車輪ハブ駆動ユニットの第一様態においては、前記シフタは、前記高速サンギア及び前記低速サンギアに対し係脱可能であって、前記高速位置にて、該高速サンギアに相対回転不能に係合し、かつ該低速サンギアより相対回転自在に離間し、前記低速位置にて、該高速サンギアより相対回転自在に離間し、かつ該低速サンギアに相対回転不能に係合する。
【００１２】
前記第一様態において、前記シフタは、さらに、その前記出力軸上の摺動により、前記出力軸の動力を前記高速用遊星ギア機構にも前記低速用遊星ギア機構にも伝達しない中立位置に切換可能とし、該中立位置にて、該高速サンギア及び該低速サンギアより相対回転自在に離間する。
【００１３】
前記シフタは、前記低速位置と前記高速位置との間での切換途中に、前記中立位置にて暫時待機するよう自動制御される。
【００１４】
前記シフタの前記中立位置における待機は、前記モータの前記出力軸の回転と、前記低速サンギア及び前記高速サンギアのうちいずれか目標の速度段に該当するサンギアの回転とが同期するまで継続される。
【００１５】
前記第一様態に代わって、前記車輪ハブ駆動ユニットの第二様態においては、前記シフタが前記高速サンギアに対し係脱可能であるとともに、前記低速サンギアと前記出力軸との間にワンウェイクラッチが介設されており、該シフタが前記高速位置にある時、該シフタは該高速サンギアに相対回転不能に係合し、該シフタが前記低速位置にある時、該シフタは該高速サンギアより相対回転自在に離間し、前記出力軸より該ワンウェイクラッチを介して該低速用遊星ギア機構に前記モータの出力が伝達される。
【００１６】
前記車両ハブ駆動ユニットの第三様態として、前記シフタの位置切換は自動制御される。
【００１７】
前記第三様態において、前記シフタは、前記車輪ハブ駆動ユニットを備えた車両の実際の走行速度とアクセル操作位置との関係をもとに前記高速位置と前記低速位置との間での切換を自動制御される。
【００１８】
前記第三様態において、前記シフタは、前記モータにかかる負荷が所定値以上になると前記高速位置より前記低速位置へと自動的に切り換えられる。
【００１９】
前記第三様態において、前記車輪の停止時に、前記自動制御にて、前記シフタが前記低速位置に保持される。
【００２０】
或いは、前記第三様態において、前記シフタは、さらに、その摺動により、前記出力軸の動力を前記高速用遊星ギア機構にも前記低速用遊星ギア機構にも伝達しない中立位置に切換可能とし、前記車輪の停止時に、前記自動制御にて、前記シフタが該中立位置に保持される。
【００２１】
前記第三様態において、前記シフタは、さらに、作業者の任意で位置制御可能であり、前記車輪ハブ駆動ユニットを備えた車両に、該シフタを作業者の任意で位置制御する手動モードか、該シフタの位置を自動制御する自動モードかを選択可能なモード選択手段を設けている。
【００２２】
前記シフタは、前記手動モードを設定している時も、前記車軸の回転数が所定値以下にならないと前記高速位置から前記低速位置への位置切換ができない。
【００２３】
以上のうちいずれかの構成の車輪ハブ駆動ユニットにおいて、前記ハブケースの少なくとも一部が前記車輪のリム内に配設される。
【００２４】
また、以上のうちいずれかの構成の車輪ハブ駆動ユニットにおいて、前記モータを電動モータとする。
【００２５】
さらに、前記モータは、前記車輪の回転力を該車輪の制動時に電気エネルギーに変換する回生機能を有している。
【００２６】
或いは、以上のうちいずかの構成の車輪ハブ駆動ユニットにおいて、前記モータを油圧モータとする。
【００２７】
以上のうちいずれかの構成の前記車輪ハブ駆動ユニットにおいて、前記の低速・高速両遊星ギア機構と前記車軸との間に減速機構を介設している。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、以上のような構成により、以下のような効果を奏する。すなわち、本発明の車輪ハブ駆動ユニットは、モータ軸の出力軸と、車軸とが同一軸芯上に配置されていて、該出力軸及び車軸の径方向のコンパクト性が確保される。そして、変速装置として、低速用遊星ギア機構と高速用遊星ギア機構との二つの遊星ギア機構を備えつつ、そのシフト機構において、軸芯方向に摺動制御する部材としては、該出力軸に相対回転不能かつ軸芯方向摺動可能に設けるシフタのみですみ、少なくとも低速状態または高速状態のいずれかを現出するには、該シフタと該低速サンギアまたは該高速サンギアとを係脱可能に構成するだけですむ。前記の、特許文献３に開示した従来の車輪ハブ駆動ユニットのシフト機構では、高速状態・低速状態の各状態を現出するのに、シフトドラムと両クラッチ部材の三つの部材の摺動位置を決めなければならない複雑な構成となっていたが、これに比べ、本発明の車輪ハブ駆動ユニットのシフト機構は簡素で経済的な構成となっている。
【００２９】
前記車輪ハブ駆動ユニットの第一様態の効果として、前記高速サンギア及び前記低速サンギアを前記シフタに対して係脱可能に構成するだけですむ。すなわち、前記シフタよりなるシフト機構が、高速状態を現出するにも低速状態を現出するにも、簡単な構造ですむ。こうして、車輪ハブ駆動ユニットの簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００３０】
この第一様態において、車輪ハブ駆動ユニットの高速／低速状態切換過程で、中立状態を現出できる。この中立状態は、シフタを、その摺動により中立位置に配置して、高速・低速用の両遊星ギア機構のサンギアより離間させるだけで現出できる。すなわち、該シフタよりなるシフト機構が、簡単な構成で、高速状態、低速状態、中立状態の各状態を現出することができ、車輪ハブ駆動ユニットの簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００３１】
そして、該シフタを、低速位置と高速位置との間での切換途中に中立位置に暫時待機するよう自動制御するものとし、さらに、該待機を、該モータの出力軸が、目標としての速度段に該当する高速サンギア・低速サンギアのうちいずれかの回転と同期するまで継続することで、変速時のシフタとサンギアとの係合時に、ショックを感じるような急激な車速変化やエンジン負荷を回避することができる。
【００３２】
前記車輪ハブ駆動ユニットの第二様態の効果として、シフタの切換位置は高速位置と低速位置との２位置ですみ、位置制御が容易になる。また、シフタの高速位置と低速位置との間に中立位置を設定しなくてすむので、出力軸の軸芯方向における車輪ハブ駆動ユニットのコンパクト化にもつながる。また、シフタに対し、高速サンギアにのみ係脱部を構成すればよく、低速サンギアにはシフタに対する係脱部はいらないので、低速サンギアの構成を簡素にする。
【００３３】
前記車輪ハブ駆動ユニットの第三様態の効果として、車輪の回転速度や負荷状態、また、モータの負荷状態等、様々な状態に応じて、低速状態または高速状態が自動的に現出され、急激な速度変化によるショックや高負荷状態やエンジン停止等の不測の事態を回避できる。
【００３４】
この第三様態において、前記シフタの自動制御を、車両の実際の走行速度とアクセル操作位置との関係をもとに行うことで、アクセル操作位置に見合う高速用遊星ギア機構または低速用遊星ギア機構のいずれかのギア比で、効率よく目標の走行速度を現出でき、また、高速設定中に不測に走行速度がアクセル操作位置に見合わない値まで低下すれば、該アクセル操作位置を実際にその低下した走行速度に見合う位置まで変更するのを待つまでもなく、シフタを低速位置に切り換えて、高トルクの低速用遊星ギア機構での動力伝達を行い、トルク不足によるエンジン停止等の事態を回避する。
【００３５】
また、第三様態において、モータにかかる負荷が所定値以上になると高速位置から低速位置にシフタを自動的に切り換えることで、モータへの過負荷を回避し、モータの耐久性を高めることができる。
【００３６】
また、第三様態において、前記車輪停止時にて、該シフタを低速位置に保持することで、車両発進時に、該車輪を、高トルクの低速遊星ギア機構を介しての動力伝達で駆動することができ、円滑で確実な発進が可能である。
【００３７】
或いは、前記車輪停止時にて、該シフタを中立位置に保持することで、車両発進当初に車輪ハブ駆動ユニットを中立状態にしておいて、急発進ショックを回避することができる。また、停止時に不測にアクセル操作具を操作してしまっても、車両の不測の発進を防止できる。
【００３８】
また、第三様態において、車両にモード切換手段を設けて、自動制御モードと手動制御モードとを現出可能とすることで、車両の運転者が手動制御モードを選択して任意で車輪ハブ駆動ユニットの高速状態・低速状態のいずれかを選択することが可能となる。
【００３９】
さらに、該第三様態において、前記手動制御モードを設定している時でも、車軸の回転数が所定値以下にならないと前記高速位置から前記低速位置への位置切換ができないようにすることで、該車軸回転数が高いにもかかわらず運転者がシフタを低速位置にする操作をして不測に走行速度が急低下する事態や、モータに出力側から車軸の高回転による急激な負荷をかけてしまうという事態を回避できる。
【００４０】
以上のうちいずれかの構成の車輪ハブ駆動ユニットにおいて、モータを電動モータとすることで、これを適用した車両を、例えばハイブリッド式車両とし、エンジンの燃料消費を抑制でき、二酸化炭素等、有害ガスの排出の少ない車両とすることが可能である。
【００４１】
また、モータを電動モータとし、該モータにてエネルギー回生を行う車輪ハブ駆動ユニットにおいては、制動時に電動モータの駆動等に必要な電気エネルギーを自然に蓄えることができ、また、特にはエネルギー回生を高速設定時の車輪制動時に行うことで、車輪の高回転により効率よくエネルギー回生を行うことができる。
【００４２】
或いは、以上のうちいずれかの構成の車輪ハブ駆動ユニットにおいて、モータを油圧モータとすることで、これを適用した車両を、例えばハイブリッド式車両とし、エンジンの燃料消費を抑制でき、二酸化炭素等、有害ガスの排出の少ない車両とすることが可能である。また、電動モータの場合には必要である充電手段を不要とする。
【００４３】
また、以上のうちいずれかの構成の車輪ハブ駆動ユニットにおいて、前記遊星ギアキャリアと車軸との間に減速機構を介設することで、遊星ギア機構自体は大きなギア比を確保するためにサイズを大きくする必要がなく、また、減速機構自体も、遊星ギアキャリアと車軸との間での介設で、両遊星ギア機構に共有させることができ、コンパクト性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る車輪ハブ駆動ユニットＤを左右後輪駆動用に備えた車両の実施例である芝刈機１００の平面略図である。
【図２】低速位置Ｌ、中立位置Ｎ、高速位置Ｈの３位置に切換可能なシフタ２１を備えた車輪ハブ駆動ユニットＤ１の正面断面図である。
【図３】車輪ハブ駆動ユニットＤ１のスケルトン図である。
【図４】シフタ２１を低速位置Ｌにした時の車輪ハブ駆動ユニットＤ１の部分拡大正面断面図である。
【図５】シフタ２１を中立位置Ｎにした時の車輪ハブ駆動ユニットＤ１の部分拡大正面断面図である。
【図６】シフタ２１を高速位置Ｈにした時の車輪ハブ駆動ユニットＤ１の部分拡大正面断面図である。
【図７】シフタアクチュエータの制御ブロック図である。
【図８】様々な設定や条件に対応するシフタの制御フローチャート図である。
【図９】図８のフローチャートより続く、自動モード設定時のシフタの高／低速切換時の動作制御を示すフローチャート図である。
【図１０】低速位置Ｌ、高速位置Ｈの２位置に切換可能なシフタ３４を備えた車輪ハブ駆動ユニットＤ２の正面断面図である。
【図１１】車輪ハブ駆動ユニットＤ２のスケルトン図である。
【図１２】シフタ３４を高速位置Ｈにした時の車輪ハブ駆動ユニットＤ２の部分拡大正面断面図である。
【図１３】シフタ３４を低速位置Ｌにした時の車輪ハブ駆動ユニットＤ２の部分拡大正面断面図である。
【図１４】車輪ハブ駆動ユニットＤ３のスケルトン図である。
【図１５】トロイダルＣＶＴを用いた車輪ハブ駆動ユニットＤ４のスケルトン図である。
【図１６】トロイダルＣＶＴを用いた車輪ハブ駆動ユニットＤ５のスケルトン図である。
【図１７】モータ出力軸を車軸に対し偏心させた車輪ハブ駆動ユニットＤ６のスケルトン図である。
【図１８】モータ出力軸を車軸に対し偏心させた車輪ハブ駆動ユニットＤ７のスケルトン図である。
【図１９】モータ出力軸を車軸に対し偏心させた車輪ハブ駆動ユニットＤ８のスケルトン図である。
【図２０】車軸の軸芯方向に見た場合の、車輪リム内に配置した車輪ハブ駆動ユニットＤ６、Ｄ７、Ｄ８のいずれかの、ギア配置を示す略図である。
【図２１】車軸の軸芯方向に見た場合の、車輪リム内に配置した車輪ハブ駆動ユニットＤ６、Ｄ７、Ｄ８のいずれかの、他のギア配置を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１における、本発明に係る車輪ハブ駆動ユニットＤを備えた車両の実施例としての芝刈機１００の構成について説明する。該芝刈機１００は、左右各駆動輪（後輪）１０２の駆動用に、左右一対の車輪ハブ駆動ユニットＤを備えている。各車輪ハブ駆動ユニットＤは、後述の如くモータや変速機構等を収納するハブケース１を有し、該ハブケース１にて、後記車軸を回転自在に支持し、該車軸上に、駆動輪１０２のハブとなるハブ２を固設している。各車輪ハブ駆動ユニットＤのハブケース１は、芝刈機１００の車体フレーム１０１の左右各側板部１０１ａに固設され、各側板部１０１ａより左右外方へと該ハブケース１を突設し、その左右外端より突出する車軸の外端に固設されるハブ２を、駆動輪１０２のリム１０２ｂ内に配置している。駆動輪１０２は、タイヤ１０２ａ、該タイヤ１０２ａ内周部に取り付けた環状のリム１０２ｂ、及び該リム１０２ｂの円形開口内に固設されているホイル１０２ｃよりなり、該ハブ２は、該リム１０２ｂ内のホイル１０２ｃに締止されている。
【００４６】
ここで、図２等をもとに、車輪ハブ駆動ユニットＤ（図２に図示されるのは、車輪ハブ駆動ユニットＤの一実施例である車輪ハブ駆動ユニットＤ１）におけるハブケース１の構造、及び、該車輪ハブ駆動ユニットＤにおけるハブ２の支持構造について説明しておく。該ハブケース１は、ブレーキケース部材１１、内側カバー部材１２、モータケース部材１３、シフタケース部材１４、減速ギアケース部材１５、車軸ケース部材１６、外側カバー部材１７を、後述の車軸４（及びこれと同一軸芯上の後述のモータ出力軸５）の軸芯方向に沿って、車両の左右内側から外側へと、この順に配置し、接合してなる。なお、以後の車輪ハブユニットＤ（Ｄ１、Ｄ２を含む）の説明において、「軸芯方向」とは、車軸４（及びモータ出力軸５）の軸芯方向を指すものとし、「軸芯方向外側」とは、該軸芯方向におけるハブ２寄り側、「軸芯方向内側」とは、該軸芯方向におけるハブ２と反対側を指すものとする。
【００４７】
ハブケース１のシフタケース部材１４の外周部の軸芯方向途中には段差面１４ａが形成されており、シフタケース部材１４、減速ギアケース部材１５、車軸ケース部材１６に、該段差面１４ａより軸芯方向のボルト１０を螺入して、該ケース部材１４・１５・１６を締結している。さらに、図１に示すように、この段差面１４ａを、車体フレーム１０１の左右各側板部１０１ａの外側面に当接させる状態にして、該ハブケース１を各側板部１０１ａに固設しており、各側板部１０１ａの左右外側に、該ハブケース１の減速ギアケース部材１５、車軸ケース部材１６、外側カバー部材１７を配し、各側板部１０１ａの左右内側に、該ハブケース１のモータケース部材１３、内側カバー部材１２、ブレーキケース部材１１を配するものとしている。なお、該段差面１４ａに側板部１０１ａを当接した状態で、図２に示すボルト１０にて、該側板部１０１ａを、該ケース部材１４・１５・１６と共締めにしてもよい。
【００４８】
図２等に示すように、車軸４は、その軸芯方向途中部にて、軸受２０を介してハブケース１の車軸ケース部材１６内にて軸支され、その軸芯方向外端部を外側カバー部材１７より突出し、該突出端部上にハブ２を固設している。なお、ハブ２は該車軸４の突出端部にキー嵌合し、該車軸４の外端に形成したネジ部４ｃに螺装したナット３にて該ハブ２を該車軸４に係止している。このハブ２を、前述のとおり、駆動輪１０２のリム１０２ｂ内に配置し、該リム１０２ｂ内のホイル１０２ｃにボルト締止することで、該車輪ハブ駆動ユニットＤに、駆動輪１０２を取り付けている。
【００４９】
図１における芝刈機１００の構造の説明に戻る。車体フレーム１０１前端の左右各端部には、前輪としてのキャスタ１１０が支持されている。車体フレーム１０１の前後途中部の下方には、図示せぬ回転刃等を内装するモアユニット１０３が配置されており、該モアユニット１０３の後方にて、該車体フレーム１０１上に、本体カバー１０４が搭載されていて、該本体カバー１０４内における、該車体フレーム１０１の左右両側板１０１ａ・１０１ａ間にて、エンジン１０５、発電機１０６、バッテリ１０７が配設されている。なお、エンジン１０５には、ラジエータ１０５ａやラジエータファン１０５ｂ等が付設されている。
【００５０】
発電機１０６は、エンジン１０５にて駆動されて発電し、その電力を、左右各車輪ハブ駆動ユニットＤのハブケース１（モータケース部材１３）内に配設される各車輪駆動用の後述の電動モータに供給する。芝刈機１００には、ペダルやレバー等のアクセル操作具４３（図１で図示せず。図７参照）が備えられており、該アクセル操作具４３の操作により、例えばエンジン１０５の回転数や発電機１０６の出力用電圧を変化させることで、該発電機１０６から両車輪ハブ駆動ユニットＤのモータに供給される電力を変化させ、これにより、左右両駆動輪１０２の回転速度を変化させて、芝刈機１００の走行速度を変化させる。また、芝刈機１００には図示せぬ旋回操作具（丸形ハンドル等）が備えられており、該旋回操作具の操作方向や操作量等に応じて、左右両車輪ハブ駆動ユニットＤのモータへと供給される電力に差を設け、これにより、左右の駆動輪１０２を差動させて、芝刈機１００を旋回する。なお、アクセル操作具４３や旋回操作具の操作状態を示す信号に基づいての発電機１０６の電圧制御等のため、例えば発電機１０６に組み入れる等の手段で、該芝刈機１００に図示せぬコントローラが設けられている。
【００５１】
発電機１０６から出力される余剰の電力は、バッテリ１０７に蓄積される。また、各車輪ハブ駆動ユニットＤの電動モータは、駆動輪１０２の制動時に、該駆動輪１０２の回転を、該電動モータ駆動用等に用いる電気エネルギーに変換する回生機能を有しており、変換した電気エネルギーをバッテリ１０７に蓄積するものである。特に、車輪ハブ駆動ユニットＤの高速設定時（すなわち、後述のシフタ２１またはシフタ３４を高速位置Ｈにしている時）における制動時に、高速設定時での駆動輪１０２の高速回転力をエネルギー源とすることで、高いエネルギー回収効率が確保できる。
【００５２】
なお、モアユニット１０３には、回転刃駆動用のギア機構を収納するギアボックス１０３ａが付設されており、該ギアボックス１０３ａ内のギア機構駆動用のモータ１０８が、該本体カバー１０４内における、該車体フレーム１０１の左右両側板１０１ａ・１０１ａ間に配設され、該モータ１０８の出力軸と該ギアボックス１０３ａの入力軸とが、ユニバーサルジョイント付き伝動軸１０９にて連結されている。
【００５３】
次に、車輪ハブ駆動ユニットＤの第一実施例として、図２〜図６に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ１について説明する。ケース部材・カバー部材１１・１２・１３・１４・１５・１６・１７よりなるハブケース１の構造、ハブケース１の車軸ケース部材１６による車軸４の支持構造、ハブ２の車軸４に対する取付構造等については、既に説明したとおりである。
【００５４】
モータケース部材１３の内周面に、複数の電機子巻線を環状に並列してなる環状の固定子（ステータ）６ａを固設し、該環状の固定子６ａ内の開口内に回転子（ロータ）６ｂを配置し、該固定子６ａの内周面に該回転子６ｂの外周面を対峙させて、電動モータ６を構成している。
【００５５】
該回転子６ａの中心より、軸芯方向外側に車両の左右外側に向かって水平に、回転子６ａと一体回転自在のモータ出力軸５が、シフタケース部材１４の車両左右内側端に支持される軸受１８を介して、シフタケース部材１４内および減速ギアケース部材１５内へと延設されている。さらに、該モータ出力軸５は、該回転子６ａの中心より、反対側の車両の左右内側にも向かって、内側サイドカバー１２に支持される軸受１２ａを介してブレーキケース部材１１内へと延設されており、ブレーキケース部材１１内では、該モータ出力軸５を被制動軸として、これにブレーキ７が周設されている。該ブレーキ７は、該ブレーキケース部材１１内に形成した車両内側向き開口状の凹部内に配設されており、該凹部の開口は、該ブレーキケース部材１１の車両内側向きの側面に取り付けたカバー板１１ａにて覆われており、ブレーキ７を操作するブレーキ操作軸８が該ブレーキ７より該カバー板１１ａを介してハブケース１の外側に突出され、該ハブケース１外側における該ブレーキ操作軸９の端部にブレーキアーム９が固設されている。該ブレーキアーム９は、車両（芝刈機１００）の図示せぬブレーキ操作具（ブレーキペダル等）にリンク機構にて機械的に連係されるか、または、ブレーキ用アクチュエータに連係される。
【００５６】
接合し合う減速ギアケース部材１５の軸芯方向外端および車軸ケース部材１６の軸芯方向内端の内周面にて、軸受１９を介して、車軸４の内端フランジ４ａが軸支されており、該モータ出力軸５の先端ピン部５ｂが、該車軸４の内端フランジ４ａの中心部に形成した凹部４ｂに相対回転自在に嵌入されている。車軸４は該内端フランジ４ａより、該モータ出力軸５と同一軸芯上にて車両（芝刈機１００）の左右外側（ハブ２側）に水平に延設され、前述の如く、車軸４の軸芯方向途中部が軸受２０を介して車軸ケース部材１６内にて軸支され、該車軸４は、外端カバー部材１７を介して、ハブケース１の外側へと延出し、前述の如く、ハブ２が該車軸４の突出外端に固設されている。
【００５７】
ハブ２は、前述の如く駆動輪１０２のホイル１０２ｃに締止されるべく、駆動輪１０２のリム１０２ｂ内に配置される。さらに、ハブケース１の少なくとも一部、本実施例では、外側カバー部材１７及び車軸ケース部材１６が、リム１０２ｂ内に配置されて、駆動輪１０２と車両本体との間における車輪ハブ駆動ユニットＤ１の延伸長を短縮し、車両（芝刈機１００）の左右方向のコンパクト化を図っている。
【００５８】
シフタケース部材１４及び減速ギアケース部材１５内において、高速サンギア２５、中立スリーブ２６、低速サンギア２７が、互いに相対回転自在に、軸芯方向外側に向かってこの順に隣接配置され、それぞれ、該モータ出力軸５に相対回転自在に外嵌されている。各サンギア２５・２７には、キー溝状の各ラッチ溝２５ａ・２７ａが形成されていて、モータ出力軸５の外周面に臨んでおり、また、中立スリーブ２６は、該モータ出力軸５の外周面に臨む環状のラッチ溝２６ａを備えている。
【００５９】
また、モータ出力軸５にはシフタ２１が外嵌されている。図３〜６に示すように、該シフタ２１は、フォーク嵌合用の環状溝２２ａを有する摺動リング部材２２と、先端にラッチ２３ａを形成したキー部材２３とを一体状に組み合わせてなるものである。摺動リング部材２２は、高速サンギア２５の軸芯方向内側（モータ６寄り側）にて、軸芯方向摺動自在にモータ出力軸５に外嵌されており、該摺動リング部材２２に組み付けたキー部材２３を、モータ出力軸５の外周面に軸芯方向延伸状に形成したキー溝５ａ内に嵌入することで、該シフタ２１をモータ出力軸５に相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在に係合している。
【００６０】
シフタ２１のキー部材２３は、その軸芯方向内側端部にて摺動リング部材２２に係止され、軸芯方向外側へと弾性を有して延伸し、その先端に形成したラッチ２３ａが、該シフタ２１の軸芯方向の摺動により、サンギア２５・２７及び中立スリーブ２６のラッチ溝２５ａ・２７ａ・２６ａのいずれか一つに嵌入可能となっている。なお、各サンギア２５・２７のラッチ溝２５ａ・２７ａは、そのサンギアの回転中に該ラッチ溝がキー溝５ａに合致した時に、そのラッチ溝にラッチ２３ａが嵌入可能である。図４の如く、低速サンギア２７のラッチ溝２７ａにラッチ２３ａが嵌入する時のシフタ２１の位置を低速位置Ｌ、図５の如く、中立スリーブ２６のラッチ溝２６ａにラッチ２３ａが嵌入する時のシフタ２１の位置を中立位置Ｎ、図６の如く、高速サンギア２５のラッチ溝２５ａにラッチ２３ａが嵌入する時のシフタ２１の位置を高速位置Ｈとしている。
【００６１】
摺動リング部材２２の環状のフォーク溝２１ｃにフォーク２４先端の嵌合ピン２４ａが該フォーク溝２１ｃに沿って摺動自在に嵌入されている。フォーク２４の基端（上端）は枢支軸２４ｂを介してシフタケース部材１４の壁部に枢支されており、該枢支軸２４ｂの外端は、該ハブケース１より突出しており、該枢支軸２４ｂの外端に、該枢支軸２４ｂを中心として該フォーク２４と一体に回動自在に操作アーム２４ｃが取り付けられている。該操作アーム２４ｃは、車両（芝刈機１００）に設けたシフタアクチュエータ４７（図７参照）に連係されている。
【００６２】
ここで、図７のシフタ制御システムについて説明する。シフタアクチュエータ４７は、例えば電気アクチュエータや油圧アクチュエータであり、コントローラ４０にて制御される。車両（芝刈機１００）には、自動モード／手動モード選択用のモード選択操作具（レバー、ダイヤル等）及び低速／高速／中立選択用の変速操作具（レバー、ペダル等）が設けられている。図７の実施例では、モード選択操作具を、自動モード位置Ａと手動モード位置Ｍとに切換可能なモード選択スイッチ４１としており、変速操作具を、低速位置Ｌ４２、中立位置Ｎ４２、高速位置Ｈ４２の３位置に切換可能な変速レバー４２としている。モード選択スイッチ４１及び変速レバー４２それぞれの操作位置を示す信号は、それぞれの操作位置を検出するセンサ４１ａ・４２ａより発信されて、コントローラ４０に入力される。さらに、自動モード選択時のシフタ制御のために、アクセル操作具（レバー、ペダル等）の操作位置（アクセル開度）ＡＰを検出するアクセルセンサ４３、車速（駆動輪１０２の回転速度）ＶＳを検出する車速センサ４４、モータの負荷ＭＬを検出する負荷センサ４５、及び旋回操作具の操作位置（丸形ハンドルの回動角度等）を検出するステアリングセンサ４６の検出信号が、コントローラ４０に入力される。コントローラ４０は、これらの信号に応じて、シフタアクチュエータ４７を制御する。
【００６３】
手動モードを選択する（モード選択スイッチ４１を手動モード位置Ｍにする）と、作業者の任意の変速レバー４２による設定に応じて、シフタ２１が該低速位置Ｌ、中立位置Ｎ、高速位置Ｈのいずれかに配置される。自動モードを選択すれば（モード選択スイッチ４１を自動モード位置Ａにすれば）、変速レバー４２の位置にかかわらず、アクセル開度ＡＰ（アクセルセンサ４３にて検出される、前記のアクセル操作具の操作位置）と車速ＶＳ（車速センサ４４にて検出される、たとえば駆動輪１０２の実際の回転速度）との関係に応じて、自動的に低速位置Ｌ、高速位置Ｈ、中立位置Ｎのいずれかにシフタ２１が配置される。なお、手動モード設定時にも、変速レバー４２での設定にかかわらず強制的にシフタ２１を制御する場合もある。自動モード設定時等において、どのような状態の時にシフタ２１をどの位置に配置するかについては、後に図８、図９を用いて詳述する。
【００６４】
低速サンギア２７と車軸４の内端フランジ４ａとの間にて、減速サンギア３１がモータ出力軸５に相対回転自在に外嵌されており、減速サンギア３１のボス端部が軸芯方向内側に延伸され、該延伸ボス端部の外周面上には遊星ギアキャリア３０を相対回転不能に外嵌している。遊星ギアキャリア３０には、モータ出力軸５と平行な遊星ギア軸２９が植設されており、該遊星ギア軸２９上に、遊星ギア部材２８が相対回転自在に外嵌されている。遊星ギア部材２８には、高速サンギア２５に常時噛合する高速遊星ギア２８ａと、低速サンギア２７に常時噛合する低速遊星ギア２８ｂとが形成されている。すなわち、高速遊星ギア２８ａと低速遊星ギア２８ｂ同士は一体回転自在（相対回転不能）となっている。また、減速ギアケース部材１５の内周面には、低速遊星ギア２８ｂに常時噛合するリングギア（インターナルギア）１５ａが形成されている。
【００６５】
こうして、高速サンギア２５と高速遊星ギア２８ａとを噛合してなる高速遊星ギア列と、低速サンギア２７と低速遊星ギア２８ｂとを噛合してなる低速遊星ギア列とが構成されており、該低速・高速各遊星ギア列のサンギア２５・２７がそれぞれ、シフタ２１に対し係脱可能となっている。また、該低速・高速両遊星ギア列は、遊星ギア部材２８、遊星ギアキャリア３０、リングギア１５ａを共有している。こうして、遊星ギア部材２８には、車両の車体（芝刈機１００の車体フレーム１０１）に固設されたハブケース１による回転抑制力がリングギア１５ａを介して入力される一方で、シフタ２１を前記高速位置Ｈにした場合は該高速遊星ギア列（ギア２５・２８ａ）を介して、シフタ２１を前記低速位置Ｌにした場合には該低速遊星ギア列（ギア２７・２８ｂ）を介して、モータ出力軸５の回転動力が入力される。遊星ギア部材２８は、該リングギア１５ａからの入力と、該高速遊星ギア列または該低速遊星ギア列からの入力とをもとに、モータ出力軸５の軸芯を中心に公転し、遊星ギアキャリア３０及び減速サンギア３１が、該遊星ギア部材２８の公転に連れて、モータ出力軸５の軸芯を中心として回転する。
【００６６】
なお、シフタ２１を低速位置Ｌにしている時は、高速サンギア２５は、モータ出力軸５にて駆動される低速サンギア２７及び遊星ギア部材２８の回転に連れて、該モータ出力軸５上にて遊転している。一方、シフタ２１を高速位置Ｈにしている時は、低速サンギア２７は、モータ出力軸５にて駆動される高速サンギア２５及び遊星ギア部材２８の回転に連れて、該モータ出力軸５上にて遊転している。シフタ２１を中立位置Ｎにしている時は、中立スリーブ２８がモータ出力軸２１と一体に回転するのみで、該モータ出力軸２１の回転動力は、低速遊星ギア列にも高速遊星ギア列にも伝達されず、すなわち、遊星ギア部材２８には伝達されず、該遊星ギア部材２８には、リングギア１５ａからの回転抑制力のみが入力される。
【００６７】
車軸４の内端フランジ４ａに、該モータ出力軸５と平行な遊星ギア軸３３が支持されていて、該ギア軸３３を介して、遊星ギア３２が該車軸４の内端フランジ４ａに枢支されている。該遊星ギア３２は、減速サンギア３１と常時噛合するとともに、減速ギアケース部材１５の内周面に形成されたリングギア（インターナルギア）１５ｂと常時噛合している。すなわち、減速サンギア３１、遊星ギア３２、リングギア１５ｂよりなる遊星ギア機構を、該車輪ハブ駆動ユニットＤ１の減速機構として、低速・高速遊星ギア機構の車軸４への出力部材である遊星ギアキャリア３０と、車軸４との間に介設している。遊星ギア３２には、該遊星ギアキャリア３０と同期回転するサンギア３１からの入力と、リングギア１５ｂを介しての、車体（車体フレーム１０１）に固設されるハブケース１（減速ギアケース部材１５）からの回転抑制力とが入力されて、両入力をもとに、遊星ギア３２がモータ出力軸５の軸芯を中心として公転し、該車軸４の内端フランジ４ａが、この減速ギア機構としての遊星ギア機構における遊星ギアキャリアとして、該遊星ギア３２の公転に連れて回転する。これにより、車軸４が該内端フランジ４ａと一体に回転する。
【００６８】
以上の如き構成の車輪ハブ駆動ユニットＤ１を備えた車両（芝刈機１００）における様々な車両の状態に対応しての、前記コントローラ４０によるシフタ２１の位置制御について、図８、図９のフローチャートより説明する。まず、図８に示すように、前記のモード選択スイッチ４１を手動モード位置Ｍにすることにより、手動モードを選択している場合（ステップＳ０１、Ｍ）は、作業者が、変速レバー４２を、低速位置Ｌ４２、高速位置Ｈ４２、中立位置Ｎ４２のいずれに任意設定しているかに応じて、シフタ２１が低速位置Ｌ、高速位置Ｈ、中立位置Ｎのいずれかに配置される（ステップＳ０２）。ただし、該手動モード選択時において、該変速レバー４２を高速位置Ｈ４２に設定している場合（ステップＳ０３、ＹＥＳ）に、車速ＶＳ、すなわち、車輪（駆動輪１０２）の回転速度が、所定値ＶＳ１より高い場合（ステップＳ０４、ＮＯ）は、該変速レバー４２をロックし、低速位置Ｌ４２へのシフトはできないようにしている（ステップＳ０５）。或いは、変速レバー４２自体は低速位置Ｌ４２に切り換わるものの、シフタ２１は高速位置Ｈのままで、実際の車速ＶＳが低下して所定値ＶＳ１以下となった時点でシフタ２１が低速位置Ｌと切り換わるものとしてもよい。
【００６９】
図８に示すように、モード選択スイッチ４１を自動モード位置Ａにして、自動モードを選択している場合（ステップＳ０１、Ａ）は、基本的に、実際の車速ＶＳ（車速センサ４４にて検出）に対しての、作業者が任意で設定する前記のアクセル操作具の操作位置ＡＰ（アクセルセンサ４３にて検出）の相対比ＡＰ／ＶＳをもとに、シフタ２１が高速位置Ｈか低速位置Ｌかに配置される（ステップＳ１２）。例えば、ＡＰ／ＶＳの通常値の範囲を設定しておき、実際に検出されるＡＰ／ＶＳの値が該通常値の範囲内であれば、シフタ２１は高速位置Ｈで保持され、アクセル操作位置ＡＰに比して車速ＶＳが異常に低下してＡＰ／ＶＳの値が通常範囲の上限値を超えて高くなった場合は、シフタ２１を低速位置Ｌに切り換えることで、該低速遊星ギア列を介しての高トルクの動力により車輪１０２を駆動する。また、アクセル操作位置ＡＰに比して車速ＶＳが異常に増大してＡＰ／ＶＳの値が通常範囲の下限値を下回った場合も、シフタ２１を高速位置Ｈから低速位置Ｌへと切り換えることで、車速ＶＳを強制的に低下させる。
【００７０】
ここで、図９に示すように、この自動モード設定時におけるＡＰ／ＶＳに基づくシフタ２１の低速位置Ｌ・高速位置Ｈ間でのシフトの途中には、該シフタ２１は、現在の低速位置Ｌまたは高速位置Ｈから離れた（ステップＳ１３、ＹＥＳ）後、中立位置Ｎにて待機し（ステップＳ１４）、目標の速度段（高速段または低速段）設定用の高速サンギア２５または低速サンギア２７の回転速度（高速位置Ｈが目標の時は、高速サンギア２５の回転速度ＨＳ。低速位置Ｌが目標の時は、低速サンギア２７の回転速度ＬＳ）がモータ出力軸５の回転速度ＭＳと同一となった時点で、該中立位置Ｎから目標の高速位置Ｈまたは低速位置Ｌへとシフトされる。これにより、ラッチ２３ａを目標の速度段設定用のサンギア２５または２７に係合した時の急激な速度変化やショックなく、円滑な変速が可能となる。例えば、車輪１０２の回転速度の異常低下がもとで、シフタ２１を高速位置Ｈから低速位置Ｌへとシフトする場合に、該高速位置Ｈから離れたシフタ２１を中立位置Ｎに一旦保持し、この間に、アクセル操作具の操作位置を移動させてモータ６及びモータ出力軸５の回転速度を低下させる。低下したモータ出力軸５の回転速度が、低速サンギア２７の実際の回転速度まで落ちた時点で、シフタ２１は中立位置Ｎから低速位置Ｌへとシフトされる。この時点で、ラッチ２３ａは、モータ出力軸５と略同じ速度で回転している低速サンギア２７のラッチ溝２７ａへと嵌入されるので、該ラッチ２３ａの嵌合時に殆ど車速ＶＳやモータ６の回転速度ＭＬが変化することはない。
【００７１】
ＡＰ／ＶＳの値が通常であれば、アクセル操作具を中立位置に戻して車両を停止させるまでシフタ２１が高速位置Ｈのままであることも考えられる。しかし、車両停止中にシフタ２１が高速位置Ｈに保持されたままであると、その後に高速設定のままで車両を発進させることとなり、高速遊星ギア列のトルクでは発進用としてはトルク不足である可能性がある。そこで、車両が停止する、すなわち、車速ＶＳが０になる（ステップＳ０６、ＹＥＳ）と、その後の停止中は、シフタ２１を低速位置Ｌに保持し、その後の発進操作時に、低速遊星ギア列の高トルクで円滑に車両を発進させるようにする。或いは、車両停止中に、シフタ２１を中立位置に保持することとし、不測の発進操作で車両が予期せず発進してしまうという事態を回避するようにしてもよい（ステップＳ０７）。
【００７２】
また、高速設定による車両の走行中において、前述のＡＰ／ＶＳの値に基づいてのシフタ２１の低速位置Ｌへのシフト以外に、コントローラ４０は、いくつかの条件を認識すると、自動的にシフタ２１を低速位置Ｌへとシフトする。まず、コントローラに入力される入力手段や検出手段からの信号のいずれかに異常があると認識した場合（ステップＳ０８、ＹＥＳ）である。この場合に、シフタ２１を強制的に低速位置Ｌにシフトする（ステップＳ１１）ことで、すばやく車両を低速走行させ、危険性を回避するとともに、該減速により作業者に異常を認識させることもできる。
【００７３】
また、旋回時（ステアリングセンサ４６の検出信号により車両が旋回中であることが確認される時）の車速ＶＳが所定値ＶＳ２以上であることが認識される（ステップＳ０９、ＹＥＳ）と、シフタ２１は自動的に低速位置Ｌにシフトされ（ステップＳ１１）、強制的に旋回時の車速ＶＳを低下させ、これにより、旋回時の車両の安全性や安定した旋回性を確保する。
【００７４】
さらに、車輪側からモータ６へとかかる負荷トルクＭＬが所定値ＭＬ１以上であることが認識される（ステップＳ１０、ＹＥＳ）と、シフタ２１は自動的に低速位置Ｌにシフトされ（ステップＳ１１）、車輪の回転速度を低下させて、該車輪からの負荷トルクを低減する。これにより、モータ６の過負荷による損傷や耐久性の低下を回避する。
【００７５】
次に、図１０〜図１３に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ２について、車輪ハブ駆動ユニットＤ１と異なる点のみ説明する。なお、図１０〜図１３において、車輪ハブ駆動ユニットＤ１の各要素を指すのに用いた符号と同じ符号は、該車輪ハブ駆動ユニットＤ１の各要素と同じまたは同等の機能を有する要素を指すものである。また、図１４〜図２１に示す他の車輪ハブ駆動ユニットＤ３〜Ｄ８についても同様であり、同じ符号を付した要素については、特に必要としない限り、説明を省略する。
【００７６】
車輪ハブ駆動ユニットＤ２において、高速サンギア３６がモータ出力軸５に相対回転自在に外嵌され、これに隣接して、低速サンギア３８が、その内周面に沿って配設されるワンウェイクラッチ３７を介して、モータ出力軸５に外嵌されている。そして、該低速サンギア３８と軸芯方向反対側にて、高速サンギア３６に隣接して、モータ出力軸５上にシフタ３４が配置されている。シフタ３４は、モータ出力軸５の外周面上にスプラインハブ３５を固設し、該スプラインハブ３４の外周面に形成されるスプラインに、摺動リング部材２２の内周面に形成したスプラインを係合して、該スプラインハブ３４上に該摺動陸部材２２を相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在に外嵌してなるスプラインタイプのものである。また、高速サンギア３６の該摺動リング部材２２への対峙側端部に、クラッチ歯部３６ａが形成されている。遊星ギア部材２８の高速遊星ギア２８ａが高速サンギア３６に、低速遊星ギア２８ｂが低速サンギア３８に、それぞれ常時噛合しており、ギア３６・２８ａにて高速遊星ギア列が、ギア３８・２８ｂにて低速遊星ギア列が、それぞれ構成されている。
【００７７】
シフタ３４は、スプラインハブ３５上における摺動リング部材２２の軸芯方向摺動により、低速位置Ｌと高速位置Ｈとに切換可能となっている。図１２に示すように、摺動リング部材２２が高速サンギア３６のクラッチ歯部３６ａから外れてスプラインハブ３５のみに噛合している状態を、シフタ３４の低速位置Ｌとしており、図１３に示すように、摺動リング部材２２をスプラインハブ３５及びクラッチ歯部３６ａに噛合した状態を、シフタ３４の高速位置Ｈとしている。
【００７８】
シフタ３４が高速位置Ｈにある時、該摺動リング部材２２及びスプラインハブ３５を介して高速サンギア３６がモータ出力軸５に相対回転不能に係合する。遊星ギア部材２８には、高速遊星ギア列（ギア３６・２８ａ）を介してモータ出力軸５の回転力を受けるとともに、ハブケース１よりリングギア１５ａを介して回転抑制力を受け、その結果としての遊星ギアキャリア３０の回転が、減速ギア機構としての減速サンギア３１及び減速遊星ギア３２を介して、車軸４へと伝達される。なお、減速遊星ギア３２は、前記同様に、ハブケース１よりリングギア１５ｂを介して回転抑制力を受ける。
【００７９】
一方、シフタ３４が低速位置Ｌにある時、該高速サンギア３６は、モータ出力軸５上にて遊転自在であり、その間、低速サンギア３８には、ワンウェイクラッチ３７を介してモータ出力軸５の回転力が伝達される。ここで、ワンウェイクラッチ３７は、モータ出力軸５の回転速度が低速サンギア３８の回転速度を下回る間は、モータ出力軸５の回転力を低速サンギア３８に伝達しない構成となっている。言い換えると、モータ出力軸５の回転速度が低速サンギア３８の回転速度と同期して初めてモータ出力軸５の回転力を低速サンギア３８へと伝達する。
【００８０】
すなわち、前記の車輪ハブ駆動ユニットＤ１では、図９（ステップＳ１５）に示すように、コントローラ４０によりシフタアクチュエータ４７を制御することで、モータ出力軸５と、目標とした低速サンギア２７の回転速度ＬＳとが同期するまで、シフタ２１を低速位置Ｌにはせずに中立位置Ｎに保持する構成としているが、本実施例の車輪ハブ駆動ユニットＤ２では、このようなアクチュエータの制御を必要とせずに、ワンウェイクラッチ３７を上述のように構成することで、シフタ３４は、低速位置Ｌに保持されている間に、モータ出力軸５の回転が低速サンギア３８の回転と同期するまでは、低速遊星ギア列にも高速遊星ギア列にもモータ出力軸５の回転力を伝達しない中立状態を保持し、モータ出力軸５の回転が低速サンギア３８の回転と同期した時点で、低速遊星ギア列にモータ出力軸５の回転力に伝達する低速設定状態に自然と切り替わる。したがって、車輪ハブ駆動ユニットＤ２が低速状態に移行する際に、ショックを感じるような急激な車速変化やエンジン負荷を回避することができる。
【００８１】
つまり、シフタ３４の切換位置は高速位置Ｈ及び低速位置Ｌのみであって、中立位置は存在しないが、前記のワンウェイクラッチ３７の構成により、モータ出力軸５及び低速サンギア３８の回転速度の検出に基づくコントローラ４０によるシフタ３４制御用アクチュエータ４７の制御は、シフタ３４の高速位置Ｈと低速位置Ｌとの間の切換のみについて行われる。すなわち、車輪ハブ駆動ユニットＤ１では、中立状態から低速状態に移行するには、モータ出力軸５と低速サンギア２７との回転速度の比較に基づくシフタ２１の位置制御を要するが、車輪ハブ駆動ユニットＤ２では、前記のワンウェイクラッチ３７の構成により、シフタ３４を低速位置Ｌにしたまま、中立状態から低速状態への移行が可能であり、モータ出力軸５の回転速度と低速サンギア３８の回転速度とを検出或いは算出するための検出手段も不要である。このように、車輪ハブ駆動ユニットＤ２では、シフタ３４の位置切換のための回転数の検出や様々な条件の検出は、シフタ３４を高速位置Ｈとするか低速位置Ｌにするかについてのみ行えばよく、シフタ３４の自動制御構成を簡素化する。
【００８２】
なお、図８に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ１のシフタ２１の制御は、走行中の、車速ＶＳに対するアクセル操作位置ＡＰの関係に基づいてシフタ２１を中立位置Ｎにシフトし得る点（ステップＳ１２）、及び、車両停止時にシフタ２１を中立位置Ｎに保持し得る点（ステップＳ０７）を除けば、車輪ハブ駆動ユニットＤ２における高速／低速２位置切換式のシフタ３４の制御にも適用できる。
【００８３】
以下、車輪ハブ駆動ユニットの他の実施例について説明する。図１４に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ３は、車輪ハブ駆動ユニットＤ１と同様に、キータイプのシフタ２１を有する３位置切換式シフト機構を有するものであるが、車輪ハブ駆動ユニットＤ１の電動モータ６が、回転子６ｂの外周面に沿って固定子６ａを配置して、固定子６ａと回転子６ｂとの間のエアギャップを、モータ回転軸芯である出力軸５の径方向に配置した、ラジアルエアギャップタイプの電動モータであるのに対し、車輪ハブ駆動ユニットＤ３の電動モータ６は、一対の円盤状の回転子６ｂ・６ｂの間に固定子６ａを配置して、固定子６ａと回転子６ｂとの間のエアギャップを、出力軸５の軸芯方向に配置した、アキシャルエアギャップタイプの電動モータとなっている。なお、図１０〜図１３に示すスプラインタイプのシフタ３４を有する２位置切換式シフト機構を有する車輪ハブ駆動ユニットＤ２についても、図示のラジアルエアギャップタイプの電動モータ６を、車輪ハブ駆動ユニットＤ３のようなアキシャルエアギャップタイプの電動モータに置き換えてもよい。また、アキシャルエアタイプ電動モータとラジアルエアタイプ電動モータとを組み合わせて、車輪ハブ駆動ユニットのモータとして用いてもよい。
【００８４】
また、車輪ハブ駆動ユニットＤ１・Ｄ２において、ハブケース１（減速ギアケース部材１５）に、低速遊星ギア２８ａに噛合するリングギア１５ａと、減速遊星ギア３２に噛合するリングギア１５ｂとを、別々に形成しているが、車輪ハブ駆動ユニットＤ３では、該ハブケース１（減速ギアケース部材１５）に、低速遊星ギア２８ａ及びリングギア１５ａの両方に噛合する一体のリングギア１５ｃを形成している。このように、低速遊星ギア列と高速遊星ギア列とを有する変速機構の遊星ギアに噛合するリングギアと、該変速機構下流側の減速ギア列の遊星ギアとを一体化することで、ハブケース１におけるリングギアの加工を容易化することができる。なお、車輪ハブ駆動ユニットＤ３の一体型リングギア１５ｃは、前述のように３位置切換式シフト機構を有するものへの適用となっているが、車輪ハブ駆動ユニットＤ２のように、２位置切換式シフト機構を有するものへの適用としてもよい。
【００８５】
図１５に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ４、及び図１６に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ５は、電動モータ６の出力軸５と車軸４とを同一軸芯上に配置するとともに、変速機構として、トロイダルＣＶＴ（無段変速装置）５０を備えた構造のものである。電動モータ６はラジアルエアギャップタイプでもアキシャルエアギャップタイプでも、或いは両タイプを組み合わせたものでもよい。トロイダルＣＶＴ５０は、入力側ディスク５０ａと出力側ディスク５０ｂとの間のパワーローラー５０ｃの傾斜を変更することで入力側ディクス５０ａに対する出力側ディクス５０ｂの回転速度比を変化させるものである。入力側ディスク５０ａにはモータ出力軸５の軸芯方向外側端が固定されている。
【００８６】
図１５の車輪ハブ駆動ユニットＤ４において、減速機構として、上流側の第一遊星ギア機構と、下流側の第二遊星ギア機構の、二連の遊星ギア機構を備えている。トロイダルＣＶＴ５０の出力側ディスク５０ｂから、モータ出力軸５及び車軸４と同一軸芯上にて、軸芯方向外側に、該出力側ディクス５０ｂに固定された変速出力軸（第一減速入力軸）５１が延設されており、該第一遊星ギア機構は、該変速出力軸５１に固設した第一サンギア５２と、ハブケース１の内周面に形成した第一リングギア（インターナルギア）５４とを、第一遊星ギア５３に常時噛合してなるものである。該第一遊星ギア５３は、第一遊星ギア機構の出力部材たる第一遊星ギアキャリア５５に支持されており、該第一遊星ギアキャリア５５からは、該第一遊星ギアキャリア５５に固定された第一減速出力軸（第二減速入力軸）５６を、車軸４と同一軸芯上にて、軸芯方向外側に延設している。
【００８７】
該第二遊星ギア機構は、該第一減速出力軸５６に固設した第二サンギア５７と、ハブケース１の内周面に形成した第二リングギア（インターナルギア）５９とを、第二遊星ギア５８に常時噛合してなるものである。該第二遊星ギア５８は、第二遊星ギア機構の出力部材たる第二遊星ギアキャリア６０に支持されており、該第二遊星ギアキャリア６０からは、該第二遊星ギアキャリア６０に固定された車軸４を軸芯方向外側に延設している。なお、図２や図１０に示すように、第二遊星ギアキャリア６０を、車軸４の内端フランジ４ａとしてもよい。
【００８８】
こうして、第一減速ギア機構において、第一遊星ギア５３は、第一サンギア５２を介してトロイダルＣＶＴ５０の出力軸５１の回転力を受ける一方、第一リングギア５４からは回転抑制力を受け、該第一サンギア５２の回転を減速し、遊星ギアキャリア５５及び第一減速出力軸５６を介して、第二減速ギア機構に出力する。そして、第二減速ギア機構において、第二遊星ギア５８は、第二サンギア５７を介して、第一減速ギア機構の出力たる第一減速出力軸５６の回転力を受ける一方、第二リングギア５９からは回転抑制力を受け、該第二サンギア５７の回転を減速し、遊星ギアキャリア６０を介して、車軸４に出力する。
【００８９】
図１６の車輪ハブ駆動ユニットＤ５において、減速機構として、高減速型の遊星ギア機構を備えている。トロイダルＣＶＴ５０の出力側ディスク５０ｂから、モータ出力軸５及び車軸４と同一軸芯上にて、軸芯方向外側に、該出力側ディクス５０ｂに固定された変速出力軸（減速入力軸）６１が延設されており、該変速出力軸６１には、サンギア６２・６５が固設されている。サンギア６２は、ハブケース１に支持された遊星ギア６３が常時噛合しており、該遊星ギア６３は、さらに、リングギア部材６４の第一リングギア（インターナルギア）６４ａに常時噛合している。リングギア部材６４にはさらに、第二リングギア（インターナルギア）６４ｂが形成されていて、該第二リングギア６４ｂとサンギア６５とを遊星ギア６６に常時噛合させている。該遊星ギア６６は、減速機構の出力部材たる遊星ギアキャリア６７に支持されており、該遊星ギアキャリア６７からは、該遊星ギアキャリア６７に固定された車軸４を軸芯方向外側に延設している。なお、図２や図１０に示すように、遊星ギアキャリア６７を、車軸４の内端フランジ４ａとしてもよい。
【００９０】
こうして、遊星ギアキャリア６７に支持された遊星ギア６６は、サンギア６５を介して、トロイダルＣＶＴ５０の出力たる変速出力軸６１の回転力を受ける一方、変速出力軸６１に固設したサンギア６２、ハブケース１に支持した遊星ギア６３、リングギア６４ａ・６４ｂを介して、大きな回転抑制力を受け、サンギア６５の回転を大幅に減速し、遊星ギアキャリア６７を介して車軸４に出力する。
【００９１】
次に、モータ出力軸５と車軸４とを異芯配置（同一軸芯上にない）した車輪ハブ駆動ユニットＤ６・Ｄ７・Ｄ８について説明する。図１７に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ６では、ハブケース１内におけるモータ６の出力軸５上に、低速ギア７１及び高速ギア７２が相対回転自在に設けられ、該低速サンギア７１・７２間にて、シフタ７３が相対回転不能かつ摺動自在に出力軸５に外嵌されている。シフタ７３は、その軸芯方向摺動により、低速ギア７１と係合して該低速ギア７１を出力軸５に相対回転不能に係止する低速位置Ｌと、高速ギア７２と係合して該高速ギア７２を出力軸５に相対回転不能に係止する高速位置Ｈと、いずれのギア７１・７２にも係合せず両ギア７１・７２を出力軸５に対し相対回転自在とする中立位置Ｎとに切り換えられる３位置切換式となっている。
【００９２】
該車輪ハブ駆動ユニットＤ６のハブケース１内にて、減速ギア軸７４がモータ出力軸５と平行に支持されており、該減速ギア軸７４に、低速ギア７１と常時噛合する低速ギア７５と、高速ギア７２と常時噛合する高速ギア７６とが設けられている。該減速ギア軸７４の端部にはピニオン７７が設けられていて、ファイナル大ギア７８に常時噛合している。ファイナル大ギア７８の中心からは、該ファイナル大ギア７８に固設される車軸４が軸芯方向外側に延設されている。
【００９３】
図１８に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ７では、ハブケース１内におけるモータ６の出力軸５上に、高速ギア８２が相対回転自在に外嵌合され、また、ワンウェイクラッチ８３を介して低速ギア８４が出力軸５に外嵌されている。反低速ギア８４側における高速ギア８２の端部にはクラッチ歯部８２ａが形成されており、モータ出力軸５に相対回転不能かつ軸芯方向摺動自在に設けたシフタ８１のクラッチ歯部８１ａと係脱可能となっている。シフタ８１は、その軸芯方向の摺動により、クラッチ歯部８１ａを高速ギア８２のクラッチ歯部８２ａに噛合させた高速位置Ｈと、該クラッチ歯部８１ａを該クラッチ歯部８２ａより外した低速位置Ｌとに切り換えられる２位置切換式となっている。
【００９４】
該車輪ハブ駆動ユニットＤ７のハブケース１内にて、減速ギア軸８５がモータ出力軸５と平行に支持されており、該減速ギア軸８５に、高速ギア８２と常時噛合する高速ギア８６と、低速ギア８４と常時噛合する低速ギア８７とが設けられている。該減速ギア軸８５の端部にはピニオン８８が設けられていて、ファイナル大ギア８９に常時噛合している。ファイナル大ギア８９の中心からは、該ファイナル大ギア８９に固設される車軸４が軸芯方向外側に延設されている。
【００９５】
図１９に示す車輪ハブ駆動ユニットＤ８は、変速機構として、ハブケース１内に、ベルト式ＣＶＴ（無段変速装置）９０を備えている。ハブケース１内におけるモータ６の出力軸５上には、ベルト式ＣＶＴ９０の入力側プーリ９１が固設され、該出力軸５と平行にハブケース１内に軸支された減速軸９４に、ベルト式ＣＶＴ９０の出力側プーリ９３が固設されていて、両プーリ９１・９３間に、ゴムや金属等よりなるベルト９２が巻装されて、ベルト式ＣＶＴ９０を構成している。該減速軸９４の端部にはピニオン９５が設けられていて、ファイナル大ギア９６に常時噛合している。ファイナル大ギア９６の中心からは、該ファイナル大ギア８９に固設される車軸４が軸芯方向外側に延設されている。
【００９６】
以上の車輪ハブ駆動ユニットＤ６・Ｄ７・Ｄ８は、それぞれ、ハブケース１を、図１７〜図１９に示すように車両（芝刈機１００）の車体フレーム１０１（側板部１０１ａ）に固設しており、該ハブケース１より突出する車軸４を、駆動輪１０２の中心軸として、該駆動輪１０２のリム１０２ｂ内に配置している。
【００９７】
ここで、図２０、図２１に示すように、該車軸４の軸芯方向に見た場合に、モータ出力軸５上の最大径ギア（ユニットＤ６では高速ギア７２、ユニットＤ７では高速ギア８２）と、各減速ギア軸７４・８５上の最大径ギア（ユニットＤ６では低速ギア７５、ユニットＤ７では低速ギア８７）とが、各車輪ハブ駆動ユニットＤ６・Ｄ７のハブケース１の内周面１ａである円周に対する内接円として配置される。また、車輪ハブ駆動ユニットＤ８においては、該車軸４の軸芯方向に見た場合に、モータ出力軸５上の入力側プーリ９１と、減速軸９４上の出力側プーリ９３とが、ハブケース１の内周面１ａである円周に対する内接円として配置される。このようなレイアウトにおいて、各ファイナル大径ギア７８・８９・９６の中心軸であって、かつ、駆動輪１０２の中心軸である車軸４を、該ハブケース１の内周面１ａとしての円周内に配置することで、ハブケース１が、軸芯方向で見て、リム１０２ｂからはみ出すことなく、該リム１０２ｂ内に納まり、該駆動輪１０２に取り付けた場合の該車輪ハブ駆動ユニットＤ６・Ｄ７・Ｄ８のコンパクト化を実現する。
【００９８】
なお、該軸芯方向に見て、車軸４を、図２０のように、モータ出力軸５と各減速軸７４・８５・９４とを結ぶ線ＣＬ上に配置しても、或いは、図２１のように、該線ＣＬよりずれた位置に配置してもよい。
【００９９】
以上の車輪ハブ駆動ユニットＤ１〜Ｄ８では、モータを電動モータ６としているが、これに代えて、油圧モータを有するものとしてもよい。油圧モータは、例えば、モータ出力軸５の軸芯方向に摺動するピストンを有するアキシャルピストンタイプのものとすることが考えられる。この場合に、油圧モータの容積を画定する斜板を固定斜板としてもよいし、可動斜板として該油圧モータを可変容積型とし、該モータ下流側に配置される低速ギア列・高速ギア列よりなる変速機構の高／低速シフトと、該可動斜板の制御とを併用して多様な変速を可能なものとしてもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１      ハブケース
２      ハブ
４      車軸
４ａ    内端フランジ（減速機構の遊星ギアキャリア）
５      モータ出力軸
６      電動モータ
１５ａ  リングギア（インターナルギア）
１５ｂ  リングギア（インターナルギア）
２１    シフタ
２５    高速サンギア
２６    中立スリーブ
２７    高速サンギア
２８    遊星ギア部材
２８ａ  高速遊星ギア
２８ｂ  低速遊星ギア
３０    遊星ギアキャリア
３１    減速サンギア
３２    減速遊星ギア
３４    シフタ
３６    高速サンギア
３７    ワンウェイクラッチ
３８    低速サンギア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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