(57)【要約】【課題】入力軸の回転と非同期に駆動力を伝達させることの可能な駆動力伝達装置を提供する。【解決手段】駆動力伝達装置１０は、第１回転軸１２と、第２回転軸１４と、弾性部材１８と、振動子２０と、を備える。弾性部材１８の一端は、第２回転軸１４の軸心から外れた位置に固定され、弾性部材１８の他端は、振動子２０に固定される。振動子２０は、第１回転軸１２に接続した第１状態と、第１回転軸１２に接続していない第２状態と、のいずれかの状態になることが可能である。【選択図】図５
2015135179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転軸と、
第２回転軸と、
弾性部材と、
振動子と、
を備え、
前記弾性部材の一端は、前記第２回転軸に固定され、
前記弾性部材の他端は、前記振動子に固定され、
前記振動子は、前記第１回転軸に接続した第１状態と、前記第１回転軸に接続していない第２状態と、のいずれかの状態になることが可能である、駆動力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動力伝達装置であって、
前記振動子を前記第１状態に制御する第１制御と、
前記振動子を前記第２状態に制御する第２制御と、
の制御を行うことが可能な制御手段を備える、駆動力伝達装置。
【請求項３】
請求項２に記載の駆動力伝達装置であって、
前記制御手段は、前記第１回転軸の回転速度と、前記振動子の移動速度との速度差が所定値以下の場合に前記第１制御を行う、駆動力伝達装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の駆動力伝達装置であって、
前記制御手段は、前記振動子を固定させる第３制御と、前記振動子の固定を解除させる第４制御を行うことが可能であり、
前記制御手段は、
前記第１制御の後に前記第２制御を実行することが可能であり、
前記第２制御の後に前記第３制御を実行することが可能であり、
前記第３制御の後に前記第４制御を実行することが可能である、駆動力伝達装置。
【請求項５】
請求項４に記載の駆動力伝達装置であって、
前記第１回転軸または前記第２回転軸に対する要求情報を入力可能な入力手段を備え、
前記制御手段は、
前記入力手段により入力された要求情報に応じて、前記振動子の振幅、前記第１制御を実行してから前記第２の制御を実行するまでの期間、及び前記第３制御を実行してから前記第４制御を実行するまでの期間のいずれかを制御することが可能である、駆動力伝達装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の駆動力伝達装置であって、
前記第２回転軸の回転速度は前記第１回転軸の回転速度よりも大きく、
前記弾性部材が前記第２回転軸をその回転方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第１制御が実行され、その際に、前記第１回転軸の駆動力に加えて、前記弾性部材から放出される弾性エネルギーが前記第２回転軸に伝達され、
前記弾性部材が前記第２回転軸をその回転方向とは逆方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第３制御が実行され、その際に、前記第２回転軸によって前記弾性部材に前記逆方向に付勢する弾性エネルギーが更に蓄積される、駆動力伝達装置。
【請求項７】
コンピュータを請求項２から６のいずれか１項に記載の前記制御手段として機能させることが可能なコンピュータプログラム。
【請求項８】
第１回転軸と、
第２回転軸と、
伝達部材と、
を備え、
前記伝達部材は自身の変形により弾性エネルギーを蓄積及び放出することが可能であり、
前記伝達部材は、前記第２回転軸の軸周方向に沿って固定され、
前記伝達部材は、
前記第１回転軸に接続した第３状態と、前記第１回転軸に接続していない第４状態との、いずれかの状態になることが可能である、駆動力伝達装置。
【請求項９】
請求項８に記載の駆動力伝達装置であって、
前記第３状態は、さらに、前記第１回転軸から伝達されたエネルギーを前記伝達部材の弾性エネルギーとして蓄積させる状態であり、
前記第４状態は、さらに、前記伝達部材の弾性エネルギーを前記第２回転軸に伝達させる状態である、駆動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸の駆動力を間欠的に出力軸に伝達する駆動力伝達装置及びその制御用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、入力軸の駆動を、角速度やトルクを変化させて出力軸に伝達させる駆動力伝達装置が用いられている。例えば特許文献１では、車両用の駆動力伝達装置として無段変速機が開示されている。
【０００３】
当該無段変速機は、入力軸と平行に出力軸が配置されている。入力軸には、入力軸の回転に伴って偏心回転する、６つの偏心機構が設けられている。各偏心機構は、入力軸周りにその中心を６０°ずつ位相を変えるようにして配置されている。また、上記無段変速機は、各偏心機構の回転時に押し方向及び戻り方向に揺動回転する揺動リンクを備える。さらに、揺動リンクと出力軸とを係合させるクラッチを備える。
【０００４】
上記無段変速機は、入力軸の駆動を間欠的に出力軸に伝達する。すなわち、入力軸の回転に伴って偏心機構が回転すると、揺動リンクが押し方向側に揺動回転させられる。このときクラッチが揺動リンクと出力軸とを係合させて出力軸を回転させる。揺動リンクが戻り方向に揺動回転するときにはクラッチの係合が解かれる。このようにして、各揺動リンクが順次出力軸に係合され、係合の度に出力軸は６０°ずつ回転させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５１６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の駆動力伝達装置においては、一つの伝達手段（例えば、偏心機構、揺動リンク、クラッチのグループ）が、出力軸に駆動力を伝達させるタイミングは、入力軸の回転と同期した、固定されたタイミングとなる。例えば、入力軸が１回転する間、出力軸に駆動力を伝達させるのは１回に限られる。このため、伝達タイミングの変更などの、柔軟な駆動伝達に応じることが困難となる。そこで、本発明は、入力軸の回転と非同期に駆動力を伝達させることの可能な駆動力伝達装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る駆動力伝達装置は、第１回転軸と、第２回転軸と、弾性部材と、振動子と、を備え、前記弾性部材の一端は、前記第２回転軸の軸心から外れた位置に固定され、前記弾性部材の他端は、前記振動子に固定され、前記振動子は、前記第１回転軸に接続した第１状態と、前記第１回転軸に接続していない第２状態と、のいずれかの状態になることが可能な、駆動力伝達装置である。このような駆動力伝達装置を用いることにより、第１回転軸の駆動力を、第１回転軸の回転とは非同期に第２回転軸に伝達することができる。また、同様にして第２回転軸の駆動力を、第２回転軸の回転とは非同期に第１回転軸に伝達することができる。
【０００８】
また、上記発明において、前記振動子を前記第１状態に制御する第１制御と、前記振動子を前記第２状態に制御する第２制御と、の制御を行うことが可能な制御手段を備えることが好適である。このような制御手段を備えることにより、第１回転軸の駆動力を所望のタイミングで第２回転軸に伝えることができる。また、第２回転軸の駆動力を所望のタイミングで第１回転軸に伝えることができる。
【０００９】
また、上記発明において、前記制御手段は、前記第１回転軸の回転速度と、前記振動子の移動速度との速度差が所定値以下の場合に前記第１制御を行うことが好適である。このように制御することにより、振動子が第２回転軸に接続されるときに生じるすべりによる損失を抑制することができる。
【００１０】
また、上記発明において、前記制御手段は、前記振動子を固定させる第３制御と、前記振動子の固定を解除させる第４制御を行うことが可能であり、前記制御手段は、前記第１制御の後に前記第２制御を実行することが可能であり、前記第２制御の後に前記第３制御を実行することが可能であり、前記第３制御の後に前記第４制御を実行することが可能であることが好適である。このように制御することにより、第１回転軸の駆動力を、弾性部材の弾性エネルギーに蓄積させ、蓄積させた弾性部材の弾性エネルギーを第２回転軸に伝達させることにより、第１回転軸の駆動力を効率的に第２回転軸に伝えることができる。また、同様にして第２回転軸の駆動力を効率的に第１回転軸に伝えることもできる。
【００１１】
また、上記発明において、前記第１回転軸または前記第２回転軸に対する要求情報を入力可能な入力手段を備え、前記制御手段は、前記入力手段により入力された要求情報に応じて、前記振動子の振幅、前記第１制御を実行してから前記第２の制御を実行するまでの期間、及び前記第３制御を実行してから前記第４制御を実行するまでの期間のいずれかを制御することが可能であることが好適である。このように制御することにより、第１回転軸の駆動力を任意の変速比、トルク比で第２回転軸に伝達することができる。また、同様にして第２回転軸の駆動力を任意の変速比、トルク比で第１回転軸に伝達することができる。
【００１２】
また、上記発明において、前記第２回転軸の回転速度は前記第１回転軸の回転速度よりも大きく、前記弾性部材が前記第２回転軸をその回転方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第１制御が実行され、その際に、前記第１回転軸の駆動力に加えて、前記弾性部材から放出される弾性エネルギーが前記第２回転軸に伝達され、前記弾性部材が前記第２回転軸をその回転方向とは逆方向に付勢可能なときに前記振動子に対して前記第３制御が実行され、その際に、前記第２回転軸によって前記弾性部材に前記逆方向に付勢する弾性エネルギーが更に蓄積されることが好適である。このようにすることで、本発明に係る駆動力伝達装置を、増速機として使用することが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを上記発明の前記制御手段として機能させることが可能な、コンピュータプログラムである。
【００１４】
また、本発明に係る駆動力伝達装置の別例は、第１回転軸と、第２回転軸と、伝達部材と、を備え、前記伝達部材は自身の変形により弾性エネルギーを蓄積及び放出することが可能であり、前記伝達部材は、前記第２回転軸の軸周方向に沿って固定され、前記伝達部材は、前記第１回転軸に接続した第３状態と、前記第１回転軸に接続していない第４状態との、いずれかの状態になることが可能な、駆動力伝達装置である。このような駆動力伝達装置を用いることにより、第１回転軸の駆動力を、第１回転軸の駆動力とは非同期に第２回転軸に伝える駆動力伝達装置を実現することができる。また、同様にして第２回転軸の駆動力を、第２回転軸の駆動力とは非同期に第１回転軸に伝える駆動力伝達装置を実現することができる。
【００１５】
また、上記発明において、前記第３状態は、さらに、前記第１回転軸から伝達されたエネルギーを前記伝達部材の弾性エネルギーとして蓄積させる状態であり、前記第４状態は、さらに、前記伝達部材の弾性エネルギーを前記第２回転軸に伝達させる状態であることが好適である。このように制御することにより、第１回転軸の駆動力を、弾性部材の弾性エネルギーに蓄積させ、蓄積させた弾性部材の弾性エネルギーを第２回転軸に伝達させることにより、第１回転軸の駆動力を効率的に第２回転軸に伝えることができる。また、同様にして第２回転軸の駆動力を効率的に第１回転軸に伝えることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、入力軸の回転と非同期に駆動力を伝達させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る駆動力伝達装置の模式図である。
【図２】本実施形態に係る駆動力伝達装置の動作を説明する模式図である。
【図３】本実施形態に係る駆動力伝達装置の動作を説明する模式図である。
【図４】本実施形態に係る駆動力伝達装置の動作を説明する模式図である。
【図５】本実施形態に係る駆動力伝達装置の動作を説明する模式図である。
【図６】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図７】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図８】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図９】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図１０】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図１１】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図１２】本実施形態に係る駆動力伝達装置の構造を説明する模式図である。
【図１３】本実施形態に係る駆動力伝達装置を例示する側面断面図である。
【図１４】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図１５】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図１６】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図１７】本実施形態に係る駆動力伝達装置による変速結果を例示する図である。
【図１８】図１４の実施形態を詳細に説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、本実施形態に係る駆動力伝達装置１０の模式図を示す。駆動力伝達装置１０は、入力シャフト１２、出力シャフト１４、伝達部材１６、制御部１９、及び速度センサ２１Ａ，２１Ｂを備える。駆動力伝達装置１０は、例えば、車両の内燃機関等の駆動源から、駆動輪に駆動力を伝達する際の変速手段として用いられる。
【００１９】
入力シャフト１２は、図示しない駆動源により回転駆動させられる。出力シャフト１４は、入力シャフト１２と離間するようにして設けられるとともに、当該入力シャフト１２と同軸上に設けられる。出力シャフト１４は、例えば図１に示すように中空形状であって、その内部に入力シャフト１２が配置されるものであってもよいし、後述する図１３のように、入力シャフト１２と同軸上に並んで配置されるものであってもよい。
【００２０】
伝達部材１６は、入力シャフト１２の駆動力を、弾性部材１８を介して出力シャフト１４に伝達する。後述するように、伝達部材１６は、入力シャフト１２の軸周方向に沿って往復運動させられる振動子２０と同期して、入力シャフト１２の駆動力を出力シャフト１４に伝達する。なお、図１では、伝達部材１６が出力シャフト１４上に２つ設けられているが、この形態に限らない。例えば伝達部材１６は一つであってもよい。また、径方向のバランスを取るために（カウンタウェイトとして）、軸対象に複数の伝達部材１６を設けてもよい。伝達部材１６は、弾性部材１８、振動子２０、クラッチ２２及びブレーキ２４を備える。
【００２１】
弾性部材１８は、出力シャフト１４に固定点が設けられるとともに、当該出力シャフト１４の軸心から外れた位置に、軸周回りに延設される。例えば、出力シャフト１４の軸方向端面に、周方向に沿ってスロットを形成するとともに、このスロット内に弾性部材１８を配置する。スロットがガイドとなって、弾性部材は出力シャフト１４の軸周に沿って伸縮（弾性振動）させられる。弾性部材１８は、例えばコイルばねから構成されてよく、長さ方向に沿った一端が出力シャフト１４に固定され、他端が振動子２０に固定されている。
【００２２】
弾性部材１８の振動周期は、駆動源の最大回転周期よりも短くなるように形成されていることが好適である。例えば、駆動源を内燃機関として、その最大回転数（最大許容回転数）が６０００ｒｐｍ（＝１００Ｈｚ）であった場合、１００Ｈｚより高い固有振動数を備える弾性部材１８を備えることが好適である。このようにすることで、後述するように、入力シャフト１２の一回転中に、複数回に亘って、出力シャフト１４に駆動力を伝達することが可能となる。
【００２３】
振動子２０は、弾性部材１８に連結されており、弾性部材１８の伸縮に伴って出力シャフト１４の軸周方向に沿って往復運動させられる。振動子２０は、例えば金属等の剛性材料からなり、弾性部材１８とともにスロットに沿って往復移動するような錘から構成されてもよいし、後述する図１３のように、出力シャフト１４と同軸に配置されるとともに、弾性部材１８の伸縮に伴って軸周りに回動する伝達シャフトであってもよい。
【００２４】
クラッチ２２は、振動子２０を入力シャフト１２に係合させる係合手段である。クラッチ２２は、振動子２０と入力シャフト１２との係合／開放を高速に行えるものから構成される。例えば、弾性部材１８の振動数よりも短いサイクルで係合／開放を行えるものであることが好適である。このことから、クラッチ２２は、例えば、係合／開放の動作を電磁石への電力の断続をもって行う、電磁クラッチから構成される。
【００２５】
また、クラッチ２２は、ワンウェイクラッチであってもよい。ワンウェイクラッチは、入力シャフト１２と振動子２０の相対速度に応じて機械的に作動する。ワンウェイクラッチを用いることにより、入力シャフト１２と振動子２０との相対速度が比較的大きい領域において、後述するように、制御部１９から係合制御信号が出力されても、入力シャフト１２と振動子２０との速度差が小さくなったときに確実に両者を係合させることができる。すなわち、制御遅延に対して余裕時間（図６参照）を持った制御を行うことができる。
【００２６】
ブレーキ２４は、振動子２０をケースなどの固定部材（非回転部材）に固定させる。クラッチ２２と同様に、ブレーキ２４も、振動子２０の固定／開放を高速に行えるものから構成される。ブレーキ２４は、例えば、固定／開放の動作を、電磁石への電力の断続をもって行う、電磁ブレーキから構成される。
【００２７】
速度センサ２１Ａは、入力シャフト１２の回転速度（角速度）を測定する。また、測定した回転速度を、制御部１９に送信する。速度センサ２１Ｂは、振動子２０の移動速度を測定する。また、測定した移動速度を、制御部１９に送信する。
【００２８】
制御部１９は、入力シャフト１２の回転速度や振動子２０の移動速度に応じて、クラッチ２２及びブレーキ２４の動作を制御する。制御部１９は、コンピュータであってよく、当該コンピュータは、後述するクラッチ２２及びブレーキ２４の動作制御プログラムが記憶されたコンピュータや、組み込みコンピュータであってよい。また、制御部１９は、速度センサ２１Ａから入力シャフト１２の回転速度が入力され、また、速度センサ２１Ｂから振動子２０の移動速度が入力される入力インターフェイスを備える。
【００２９】
制御部１９は、所定の制御信号を出力することにより、クラッチ２２及びブレーキ２４を制御する。すなわち、制御部１９は、クラッチ２２を制御することにより、振動子２０と入力シャフト１２との係合／開放を行うことができる。また、制御部１９は、ブレーキ２４を制御することにより、振動子２０の固定／開放を行うことができる。
【００３０】
次に、図２〜図４を用いて、伝達部材１６による駆動力の伝達について説明する。なお、以下では、入力シャフト１２の回転速度は、出力シャフト１４の回転速度よりも速いものとする。図２に示すように、弾性部材１８は予め軸周回りに付勢されており、その弾性により、出力シャフト１４の軸周方向に沿って伸縮させられる。これに伴って振動子２０も出力シャフト１４の軸周方向に沿って往復移動させられる。
【００３１】
なお、駆動力の伝達時に、弾性部材１８を振動状態とするために、伝達前の段階（待機段階）で、弾性部材１８を付勢状態にしておくことが好適である。例えば、後述する図４の破線で示すように、弾性部材１８を縮めた状態で、振動子２０及び出力シャフト１４を固定させておく。
【００３２】
図３に示すように、クラッチ２２は、振動子２０の往復運動の周期と同期して、入力シャフト１２と振動子２０とを係合させる。すなわち、弾性部材１８の振動周期と同期して、入力シャフト１２の駆動力を出力シャフト１４に伝達する。
【００３３】
弾性部材１８の振動周期と同期させて駆動力の伝達を行うことで、入力シャフト１２の回転周期に依存しない駆動力の伝達を行うことができる。さらに、振動周期が駆動源の最大回転周期よりも短い弾性部材１８を用いることで、入力シャフト１２の１回転中に複数回に亘り、駆動力の伝達を行うことが可能となる。加えて、駆動力の伝達は間欠的に行われるが、この間欠的な伝達が高速（高周波数）で行われることで、例えばＰＷＭ制御のような、滑らかな駆動力の伝達が可能となる。
【００３４】
振動子２０の往復運動の周期と同期した、入力シャフト１２と振動子２０との係合の一例として、振動子２０の移動速度と入力シャフト１２の回転速度の速度差が所定値以下となったときに、両者を係合させる。例えば、一方の速度が他方の速度の８０％以上１２０％以下であるときに、両者を係合させる。このように、速度差の小さい状態で入力シャフト１２と振動子２０を係合させることで、係合時のすべりによる損失が抑制される。
【００３５】
より好適には、振動子２０と入力シャフト１２の角速度が等しいときに、両者を係合させる。振動子２０の角速度は、弾性部材１８の弾性エネルギーに応じて変化し、振動子２０が振動する一周期のうち、角速度の極値を除いて２回、入力シャフト１２と振動子２０の角速度が等しくなる。この２回のうちのいずれかのタイミングで、クラッチ２２は入力シャフト１２と振動子２０とを係合させる。角速度の等しいときに係合を行うことで、すべりによる損失の発生を防止できる。
【００３６】
クラッチ２２によって入力シャフト１２と振動子２０とが係合されると、図３上段から下段に示すように、入力シャフト１２と出力シャフト１４の速度差（入力シャフト角速度＞出力シャフト角速度）に応じて、弾性部材１８が縮められて、当該弾性部材１８の弾性エネルギーが蓄積される。すなわち、入力シャフト１２の駆動エネルギーが、弾性部材１８の弾性エネルギーに変換される。
【００３７】
さらに図４に示すように、クラッチ２２を開放するとともに、ブレーキ２４によって振動子２０を固定する。このとき、弾性部材１８は、蓄積した弾性エネルギーを出力シャフト１４に伝達する。言い換えると、弾性部材１８は、入力シャフト１２の駆動エネルギーを、力として出力シャフト１４に伝達する。すなわち、振動子２０の固定に伴い、縮められた弾性部材１８は、自然長に伸張するために、出力シャフト１４を回転させる（押し出す）。以上のようにして、入力シャフト１２から出力シャフト１４に駆動力が伝達される。
【００３８】
弾性部材１８を介した、入力シャフト１２から出力シャフト１４への駆動力の伝達は、以下のように数値で表すことができる。例えば、入力シャフト１２の角速度と出力シャフト１４の角速度との比が５：３である場合、クラッチ２２の係合中の差動分である２／５の入力エネルギーは、弾性エネルギーとして弾性部材１８に保存され、残りの３／５のエネルギーが出力シャフト１４に伝達される。
【００３９】
制御部１９は、上記のような駆動伝達を可能にするための制御を実行する。制御部１９は、速度センサ２１Ａ，２１Ｂから、入力シャフト１２の回転速度及び振動子２０の移動速度を受信する。または、測定された速度に代えて、入力シャフト１２、出力シャフト１４、及び弾性部材１８の固有振動数等から算出した算出値を用いてもよい。
【００４０】
制御部１９は、入力シャフト１２及び振動子２０の相対速度が所定速度以下となった場合に、クラッチ２２を制御することにより、振動子２０と入力シャフト１２とを係合させる制御を行う（弾性エネルギー蓄積制御）。これにより、入力シャフト１２と出力シャフト１４との速度差に応じて、弾性部材１８が縮められて弾性部材１８に弾性エネルギーが蓄積される。
【００４１】
弾性部材１８に弾性エネルギーが蓄積されると、制御部１９は、クラッチ２２を開放させた後に、ブレーキ２４により振動子２０を固定する制御を行う（弾性エネルギー伝達制御）。ブレーキ２４による振動子の固定は、振動子の駆動伝達機１０に対する速度が所定値以下となった場合に固定するように制御してもよい。これにより、弾性部材１８は伸長し、蓄えられた弾性エネルギーは出力シャフト１４へ伝達される。これにより、入力シャフト１２から出力シャフト１４に駆動力が伝達される。
【００４２】
以上説明した駆動伝達に伴う、入力シャフト１２、振動子２０、及び出力シャフト１４の速度変化を、図５に例示する。図５のＡで示す領域では、振動子２０はクラッチ２２及びブレーキ２４から開放され、出力シャフト１４の軸周方向に沿って往復運動している。このとき、振動子２０の最大角速度は、入力シャフト１２の角速度よりも高くなっている。
【００４３】
図５のＢで示す領域のように、振動子２０の角速度と入力シャフト１２の角速度が等しいときに、クラッチ２２によって入力シャフト１２と振動子２０が係合される。係合中は振動子２０と入力シャフト１２とが等速度となる。
【００４４】
弾性部材１８に弾性エネルギーを蓄積させた（縮めた）のち、クラッチ２２による契合を開放する（図５のＣ）。その後ブレーキ２４によって振動子２０が固定され、振動子２０の角速度は０となる（図５のＤ）。弾性部材１８の弾性エネルギーが出力シャフト１４に伝達された後に、ブレーキ２４が開放され振動子２０は再び往復運動する（図５のＡ）。
【００４５】
図６に、入力シャフト１２、出力シャフト１４、及び振動子２０の角速度及びトルク変化を例示する。なお、同図中段のＬ／Ｕは、クラッチ２２またはブレーキ２４の係合（Ｌｏｃｋ  Ｕｐ）を指しており、ＬＵ１はクラッチ２２による係合を指し、ＬＵ２はブレーキ２４による係合を指している。
【００４６】
図６下段には、入力シャフト１２が、伝達部材１６から受けるトルク（駆動力伝達装置１０から見た入力トルク）と、出力シャフト１４が、伝達部材１６から受けるトルク（伝達部材１６から出力シャフト１４に伝達されるトルク）の変化を示している。以下、前者を入力軸トルク、後者を出力軸トルクと呼ぶ。
【００４７】
クラッチ２２により入力シャフト１２及び振動子２０が係合されると（ＬＵ１：ＯＮ）、入力軸トルクが立ち上がる。さらにクラッチ２２の係合が解かれて（ＬＵ１：ＯＦＦ）振動子２０がブレーキ２４に固定されると（ＬＵ２：ＯＮ）、弾性部材１８の弾性エネルギーは出力シャフト１４に伝達される。
【００４８】
図６上段と下段とを併せて検討すると、入力側角速度に対して出力側角速度は低くなり、入力軸トルクに対して出力軸トルクは高くなる。発明者がこの結果について精査したところ、入力側角速度に対する出力側角速度の割合（変速比）は約１／４であり、入力軸トルクに対する出力軸トルクの割合（トルク比）は約４倍であった。
【００４９】
図７には、図６とは異なる変速比、トルク比での変速例が示されている。なお、図７下段のトルク変化を示すグラフでは、出力軸トルクの値と併せて、その平均値も示している。初期状態（１）では、入力シャフト１２と出力シャフト１４の変速比を１／１．３とし、トルク比を１．３としている。この状態から、入力シャフト１２の角速度を増加させる（２）。このとき、振動子２０の角速度変化（振幅）を増加させて、振動子２０の最大角速度が、最終的な入力軸の角速度（（３）の２００rad/s）を上回るようにする。具体的には、クラッチ２２の係合期間を長く（ＬＵ１→長）して振動子２０を引っ張る。または／加えて、ブレーキ２４の係合期間を短く（ＬＵ２→短）して、弾性エネルギーの、弾性部材１８の振動への割り当てを増やす。このようにすることで、弾性部材１８の振幅を増加させる。
【００５０】
さらに、振動子２０の角速度が所望の角速度となったときにクラッチ２２を係合させて弾性部材１８の弾性エネルギーを蓄積するとともに、クラッチ２２を開放してブレーキ２４を係合させて出力シャフト１４に弾性エネルギーを伝達する（３）。（３）の例では、変速比を１／２．５とし、トルク比を２．５としている。
【００５１】
このように、本実施形態では、振動子２０の振幅、クラッチ２２の係合期間、及びブレーキ２４の係合期間を変化させることで、入力シャフト１２と出力シャフト１４の変速比及びトルク比を変化させることができる。このような変速は、原理上、無段階（連続）に行うことができる。つまり、図１のような簡素な構造で、無段階変速が可能となる。
【００５２】
なお、所望の変速比、トルク比を得るための、振動子２０の振幅、クラッチ２２の係合期間、及びブレーキ２４の係合期間は、一つの値に限られない。例えば図８、図９では、上記３つのパラメータの条件を変えて、同一の変速比及びトルク比を得る例が示されている。
【００５３】
図８では、図９と比較して、振動子２０の振幅を小さくしているが、クラッチ２２の係合期間（ＬＵ１）及びブレーキ２４の係合期間（ＬＵ２）を図９と比較して長く設定している。このように、振動子２０の振幅、クラッチ２２の係合期間、及びブレーキ２４の係合期間の条件を種々変更させても、同一の変速比及びトルク比を得ることができる。
【００５４】
なお、図８と図９のトルク変化を比較すると、クラッチ２２の係合期間が短い図９の方が、出力軸トルクの変動が大きい。この点について、図１０を用いて説明する。図１０では、クラッチ２２の係合期間を変更させた際の、出力軸トルクの変化が示されている。これによると、クラッチの係合期間が長くなるほど、出力軸トルクの変動幅が小さくなる。
【００５５】
このように、出力軸トルクの変動を抑えるとの観点から、クラッチ２２の係合期間は長いことが好適である。その一方で、ばね係数が小さいなど、所定の弾性エネルギーに対して振幅が大きくなる弾性部材１８を用いる場合などは、図９のように、クラッチ２２の係合期間を短くせざるを得ない。そこで、このような場合には、駆動力伝達装置１０を複数台繋げて、補完的にクラッチ２２の係合期間を定めることが好適である。図１１には、２台の駆動力伝達装置１０を、入力シャフト１２の同軸上に並べた際の、トルク変化が示されている。入力軸トルクが複相化され、その結果、出力軸トルクが平滑化される。
【００５６】
制御部１９は、上記のような無段階変速制御を行う。制御部１９には、出力シャフト１４の入力シャフト１２に対する要求変速比及び要求トルク比（要求情報）を入力する入力インターフェイス（または信号線）を有する。また、制御部１９は、変速比及びトルク比ならびに、振動子２０の振幅、クラッチ２２の係合期間、及びブレーキ２４の係合期間が関連付けられたテーブル（表）を図示しない記憶部に格納している。このようなテーブルは、振動子２０の振幅、クラッチ２２の係合期間、及びブレーキ２４の係合期間を種々変化させたときの、入力シャフト１２及び出力シャフト１４の変速比及びトルク比との関係を実測または算出することによって得ることができる。なお、テーブルに代えて、当該テーブルに対応するアルゴリズムや関数を記憶するようにしてもよい。
【００５７】
制御部１９は、入力インターフェイスから入力された要求変速比及び要求トルク比に基づき、テーブルを参照し、振動子２０の振幅、クラッチ２２の係合期間及びブレーキ２４の係合期間を取得する。次に、取得した振動子２０の振幅、クラッチ２２の係合期間、及びブレーキ２４の係合期間に基づいて、クラッチ２２及びブレーキ２４を制御する。
【００５８】
次に、本実施形態にかかる駆動力伝達装置１０の、具体的な構成について説明する。図１２には、駆動力伝達装置１０の具体的な構成の中から、主要な要素を抽出した模式図が示されている。この図では、入力シャフト１２の軸方向に沿って、伝達部材１６及び出力シャフト１４が配置されている。
【００５９】
伝達部材１６は、クラッチ２２、ブレーキ２４、弾性部材１８及び伝達シャフト２６を備える。クラッチ２２は、入力シャフト１２の軸方向端部のフランジと係合可能なように、伝達シャフト２６の軸方向端部に設けられる。伝達シャフト２６の軸方向中央部には、ブレーキ２４が設けられる。さらに伝達シャフト２６の、クラッチ２２が設けられた端部とは対向する他端には、弾性部材１８が設けられる。弾性部材１８は伝達シャフト２６に連結されており、弾性部材１８の振動に伴って、伝達シャフト２６は軸周方向に往復移動させられる。このことから、伝達シャフト２６は、図１等の振動子２０に相当する。
【００６０】
図１３に、図１２の具体的な構成を例示する。入力シャフト１２、伝達シャフト２６、及び出力シャフト１４が同軸上に配置されている。入力シャフト１２及び伝達シャフト２６は、軸受２８を介してベース３０に回転可能に支持されている。
【００６１】
入力シャフト１２には、径方向に張り出すようにして、フランジ３２が形成されている。このフランジ３２を挟むようにして、クラッチ２２が設けられる。クラッチ２２は、可動部２２Ａと励磁部２２Ｂを備える。
【００６２】
励磁部２２Ｂは、図示しない電源から励磁電流が送られ、これにより磁束を生じさせる。励磁部２２Ｂは、円環状の部材であって、入力シャフト１２や伝達シャフト２６とは離間するようにして、ベース３０に固定される。
【００６３】
可動部２２Ａは、金属等の磁性材料から構成された円環状の部材であって、励磁部２２Ｂから生じた磁束に応じて移動可能となっている。可動部２２Ａは、軸方向に当該可動部２２Ａに螺入する締結部３４を介して、伝達シャフト２６に連結されている。締結部３４の軸部３６の長さは、伝達シャフト２６の入力側フランジ３８の軸方向厚さよりも長く形成されている。このような構造を備えることで、可動部２２Ａは、伝達シャフト２６に対して軸周方向には固定され、また、軸方向には移動可能となっている。励磁部２２Ｂに磁束が生じると、可動部２２Ａが軸方向に引き寄せられて、入力シャフト１２のフランジ３２と係合する。
【００６４】
伝達シャフト２６は、入力側フランジ３８、中間フランジ４０、及び出力側フランジ４２を備える。これらのフランジは、入力シャフト１２から出力シャフト１４に向かって、軸方向に沿ってそれぞれ伝達シャフト２６に形成されている。入力側フランジ３８に設けられたクラッチ２２の可動部２２Ａが入力シャフト１２と係合すると、伝達シャフト２６は入力シャフト１２と同期回転する。
【００６５】
出力側フランジ４２には、弾性部材１８が連結されている。弾性部材１８は、出力シャフト１４の軸周りに設けられたスロット４４に配置されており、スロット４４の延設方向に沿った一端が出力側フランジ４２と連結され、他端が出力シャフト１４に連結されている。伝達シャフト２６が入力シャフト１２と係合されているとき、伝達シャフト２６は弾性部材１８を縮めるように付勢する。
【００６６】
中間フランジ４０には、ブレーキ２４が設けられる。ブレーキ２４は、クラッチ２２と同様に、中間フランジ４０を挟むようにして、可動部２４Ａ及び励磁部２４Ｂを備える。可動部２４Ａは、ベース３０に対して軸方向にのみ移動可能となっている。励磁部２４Ｂに磁束が生じると、可動部２４Ａが軸方向に引き寄せられて、伝達シャフト２６と係合する。これにより、伝達シャフト２６の回転が止められる。
【００６７】
入力シャフト１２から出力シャフト１４への駆動力の伝達は、以下のようにして行われる。まず、クラッチ２２によって入力シャフト１２と伝達シャフト２６を係合させることで、両者が同期回転する。この同期回転によって、伝達シャフト２６に連結された弾性部材１８が縮められる。さらにクラッチ２２を開放してブレーキ２４により伝達シャフト２６を固定することで、弾性部材１８は出力シャフト１４に弾性エネルギーを伝達する。その結果、入力シャフト１２から出力シャフト１４に駆動力が伝達される。
【００６８】
なお、上述の実施形態では、入力シャフト１２の回転速度が出力シャフト１４の回転速度よりも速い場合の駆動伝達の例を挙げていたが、この形態に限らない。例えば、本実施形態に係る駆動力伝達装置１０は、入力シャフト１２の回転速度が出力シャフト１４の回転速度よりも遅い場合に駆動伝達を行うこともできる。図１４，１５は、入力シャフト１２の回転速度が出力シャフト１４の回転速度よりも遅いときの駆動力伝達のタイムチャートが示されている。図１４では、振動子２０の加速中（ばねの伸び＜自然長）に、クラッチ２２の係合／開放を行い、また振動子２０の減速中（ばねの伸び＞自然長）に、ブレーキ２４による固定／開放を行っている。図１５では、振動子２０の加速中に、クラッチ２２の係合／開放を行い、また振動子２０の加速中に、ブレーキ２４による固定を行い、さらに、振動子２０の加速中にブレーキ２４の開放を行っている。
【００６９】
図１４に係る駆動力伝達装置１０の詳細な動作を、図１８を用いて説明する。このとき、入力シャフト１２の速度  ＜  出力シャフト１４の速度となることから、駆動力伝達装置１０は増速機として作用する。
【００７０】
時刻ｔ１において、振動子２０と出力シャフト１４の相対速度が０になる。つまり弾性部材１８が伸び切って振動子２０の振動速度が０になる。その後、振動子２０は弾性部材１８の縮む方向、つまり出力シャフト１４の回転方向に移動させられる。時刻ｔ２において弾性部材１８が自然長（振動子２０の振幅速度成分が最大値となるときの弾性部材１８の長さ）となり、時刻ｔ３で弾性部材１８が縮み切ると、振動子２０は弾性部材１８の伸びる方向、つまり出力シャフト１４の回転方向とは逆方向に移動させられる。
【００７１】
図１８の実施形態では、出力シャフト１４の回転速度  ＞  入力シャフト１２の回転速度であるから、振動子２０が出力シャフト１４の回転方向とは逆方向に回るとき、具体的には時刻ｔ４に、振動子２０の絶対速度（弾性部材１８の振動＋出力シャフト１４の回転）が入力シャフト１２の回転速度と等しくなる。このとき、振動子２０と入力シャフト１２とがクラッチ２２により係合される。両者の相対速度は０であるから、理論上すべりは発生しない。
【００７２】
振動子２０と入力シャフト１２が係合されると、伝達部材１６を介して入力シャフト１２のトルクが出力シャフト１４に伝達される。このとき、出力シャフト１４の回転速度  ＞  入力シャフト１２の回転速度より、自然長よりも縮められた状態の、言い換えると、出力シャフト１４をその回転方向に付勢可能であるときの、弾性部材１８の弾性エネルギーが一部放出されて出力シャフト１４に伝達される（時刻ｔ４〜ｔ５）。つまり、時刻ｔ４〜ｔ５においては、入力シャフト１４と弾性部材１８のトルクが出力シャフト１４に伝達される。
【００７３】
時刻ｔ５にてクラッチの係合が解除されると、伸び代の残った弾性部材１８は出力シャフト１４の回転とは逆方向に回転する。弾性部材１８が自然長（時刻ｔ６）よりも伸び、さらに振動子２０の絶対速度（弾性部材１８の振動＋出力シャフト１４の回転）が０になったとき（時刻ｔ７）に、振動子２０はブレーキ２４を介してケースなどの固定部材（非回転部材）に係合される。両者（振動子２０とケース）の相対速度は０であるから、理論上すべりは発生しない。
【００７４】
このとき、自然長を越えて伸びた、言い換えると、出力シャフト１４をその回転方向とは逆方向に付勢可能となった弾性部材１８が、出力シャフト１４の付勢によって更に伸ばされる（時刻ｔ７〜ｔ８）。つまり出力シャフト１４から弾性部材１８に、出力シャフト１４の回転方向とは逆方向に付勢する弾性エネルギーが伝達される。弾性エネルギーの伝達後、時刻ｔ１（＝ｔ９）と同様の動作に移行する。
【００７５】
このように、本実施形態においては、時刻ｔ４〜ｔ５にて入力シャフト１２と弾性部材１８が出力シャフト１４にトルクを伝達し、そのうち弾性部材１８から伝達されたトルクの少なくとも一部を、時刻ｔ７〜ｔ８にて出力シャフト１４から弾性部材１８に戻している。言い換えると、本実施形態では、弾性部材１８の弾性エネルギーと出力シャフト１４のトルクとのエネルギー伝達の相殺を介して、入力シャフト１２から出力シャフト１４へのトルク伝達が行われる。
【００７６】
なお、図１８の実施形態におけるクラッチ２２やブレーキ２４の係合タイミングは、振動子２０の絶対速度と入力シャフト１２の回転速度が完全に一致した時点や、振動子２０の絶対速度が完全に０になった時点に限らなくてもよく、すべりによる損失が入出力されるエネルギーから見て無視できる程度のものであればよい。例えば、一方の速度が他方の速度の８０％以上１２０％以下であるときに、両者を係合させるようにしてもよい。
【００７７】
また、上述の実施形態では、出力シャフト１４に弾性部材１８及び振動子２０を設けていたが、この形態に限らない。図１６，１７は、出力シャフト１４に代えて、入力シャフト１２に弾性部材１８及び振動子２０を設けたときの駆動力伝達のタイムチャートが示されている。図１６，１７では、入力シャフト１２の回転速度が出力シャフト１４の回転速度より速い例が示されている。図１６では、振動子２０の加速中に、クラッチ２２の係合／開放を行い、また振動子２０の減速中に、ブレーキ２４による固定／開放を行っている。図１７では、振動子２０の加速中に、クラッチ２２の係合／開放を行い、また振動子２０の減速中に、ブレーキ２４による固定を行い、さらに、振動子２０の加速中にブレーキ２４の開放を行っている。
【００７８】
なお、本願明細書の構成と、本願特許請求の範囲の構成との対応表を、以下に示す。なお、以下の対応表において、特許請求の範囲中の各構成は、明細書中の各構成に限定されるものではない。言い換えると、明細書中の各構成は、特許請求の範囲中の各構成を例示するものである。
【００７９】
【表１】
2015135179.tif 000003
【符号の説明】
【００８０】
１０  駆動力伝達装置、１２  入力シャフト、１４  出力シャフト、１６  伝達部材、１８  弾性部材、２０  振動子、２２  クラッチ、２４  ブレーキ。
【図１】
2015135179.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015135179.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
2015135179.tif 000010
【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】
2015135179.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
2015135179.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
2015135179.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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