JP7030373B2

JP7030373B2 - 回転トルク発生装置

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Publication number: JP7030373B2
Application number: JP2021537701A
Authority: JP
Inventors: 武弘 ▲高▼木
Original assignee: TAKAMATSU GIKEN CO., LTD.
Current assignee: TAKAMATSU GIKEN CO., LTD.
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2020-07-03
Publication date: 2022-03-07
Anticipated expiration: 2040-07-03
Also published as: WO2021049139A1; JPWO2021049139A1

Description

本発明は、重力場の力を有効利用する省エネルギ機械装置に関し、特に重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生する回転トルク発生装置に係る。

自然界には「電磁気力」、クォークとレプトンの種類を変える「弱い力」、クォークを結ぶ力や原子核を形成する力である「強い力」及び「重力」の４種類の力がある。このうち、人類がエネルギとして比較的容易に利用できるのは、太陽からの「電磁気力」と地球からの「重力」である。即ち、地球上に住んでいる人類は太陽からの「電磁気力場」と地球からの「重力場」の中で生きている。地球と太陽の距離が大きいので、太陽からの「電磁気力場」は一様なエネルギ場として近似できる。又、地球の半径が大きいので、地球上の「重力場」も一様なエネルギ場として近似できる。

「電磁気力」は量子力学により粒子性と波動性を有するとされるが、重力の量子化は、素粒子理論の最重要課題の一つになっており、現在不明である。太陽からの「電磁気力場」を構成している粒子である光子（フォトン）の流れを利用した発電装置の代表例が太陽電池である。「電磁気力場」を構成している光子は、反射、回折、散乱等が可能であるが、「重力場」は一方向性、透過性という「電磁気力場」とは異なる特徴がある。このため、現在のところ重力場を直接利用する発電は困難であり、水等の媒体を用いて間接的に重力場の力を利用する方法が一般的である。

水車の場合は、水車の回転に必要なモーメントを発生するための力点の位置を、媒体を用いて外部から制御する「外部制御方式」の回転トルク発生装置である。「重力場」の力を直接利用する内部構造を有した内部制御方式の回転トルク発生装置として、既に重力場の力の作用により生じるバネの内部エネルギを位置エネルギへ変換し、その位置エネルギの差を運動エネルギへと変換する技術が提案されている（特許文献1参照。）。特許文献１に記載された発明は、バネの伸縮を用いた内部機構によって、回転トルクに必要なモーメントを重力場の力から発生している。即ち、特許文献1に記載された発明では、バネが得た内部エネルギを、瞬時に解放させることにより、位置エネルギを増大させ、その増加分を運動エネルギへと変換させる装置である。特許文献1に記載された発明は重力場の力をバネ内部へ蓄積し、位置エネルギへと変換させ、その差を運動エネルギとして得る間接的な方式なのでエネルギが弾性エネルギにより消耗されるため、エネルギ変換効率が低い。又、特許文献１に記載された発明では、バネの他に錘や錘受け等の部材も必要であり、構造が複雑になり、バネの寿命等の耐久性の問題もある。

特許文献１の発明が呈する問題点を鑑み、回転中心を通る鉛直線に関し非対称の回転軌道を有する回転トルク発生装置が提案されている（特許文献２及び３参照。）。本発明においては、本明細書中で後述するように、非対称の回転軌道の設計に際し、幾何学的理由により回転軌道と回転子の間にギャップが発生する箇所があることを見いだした。特許文献２及び３に記載された発明では、回転軌道と回転子の間に発生するギャップについて考慮がされていないため、回転子の回転に伴う騒音が発生し、回転子等の寿命が短くなる問題がある。

特許第６１６８５０１号公報特開昭５２－１０６０４３号公報特開２００５－２０７４００号公報

上記問題点を鑑み、構造が簡単で寿命が長く、騒音を発生させない回転トルク発生装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、(a)対称軸となる第１軸に直交する線分を有する非駆動領域、及び前記第１軸に前記線分と異なる位置で直交する第２軸を介して前記非駆動領域と連続し前記非駆動領域よりも面積の大きな駆動領域からなる、凸型の歪円の外周に沿ったガイド部と、
歪円は、歪円の中心を通る直径が一定値となる形状であり、第１軸と第２軸の交点が中心に位置し、中心と同軸の回転中心に関して回転する動力軸と、(b)回転中心を貫通するように動力軸に設けられた摺動部に並進移動の方向を案内されて移動して非駆動領域における腕長と駆動領域における腕長を変更し、且つガイド部に回転軌道を案内されて、動力軸と共に回転する腕長変更棒と、(c)腕長変更棒の両端に回転自在に固定され、ガイド部に沿って自転移動が可能であり、互いの質量が等しい第１及び第２回転子と、(d)摺動部の内壁の一部に設けられたテーパ溝の最も狭い部分に移動した場合に、腕長変更棒側壁をそれぞれ押圧する、複数の制御子から構成され、第１回転子とガイド部の間及び第２回転子とガイド部の間に発生するギャップに起因した腕長変更棒の滑り落ち移動を、制御子の押圧によって制限するオートロック機構を備える回転トルク発生装置であることを要旨とする。本発明の態様に係る回転トルク発生装置では、回転軌道が描く平面は水平方向から傾いており、非駆動領域における腕長変更棒の一端側のモーメントと駆動領域における腕長変更棒の他端側のモーメントの差異で、回転中心の周りに腕長変更棒を回転させる回転トルクを発生する。

本発明によれば、構造が簡単で寿命が長く、騒音を発生させない回転トルク発生装置を提供できる。

本発明の基本設計に係る回転トルク発生装置のガイド部が構成する図形を数学的に表現する図である。基本設計に係る回転トルク発生装置において、ガイド部の内部で腕長変更棒が一定の長さを維持して回転して互いに対向する腕長を変更する様子を説明する模式図である。図３（ａ）は、基本設計に係る回転トルク発生装置に使用される腕長変更棒を図２の紙面に垂直な方向から見た正面図で、図３（ｂ）は図３（ａ）に対応する上面図である。基本設計に係る回転トルク発生装置の全体構成の一部を示す断面図である。基本設計に係る回転トルク発生装置を回転させるモーメントを説明する模式図である。第１の実施形態の第２の変形例に係る回転トルク発生装置の腕長変更棒の構造を示す模式図である。第１の実施形態の第３の変形例に係る回転トルク発生装置の腕長変更棒の構造を示す模式図である。図８（ａ）は、第１の実施形態の第５の変形例に係る回転トルク発生装置に用いられる腕長変更棒を強化する構造を説明する模式図で、図８（ｂ）は、第１の実施形態の第６の変形例に係る回転トルク発生装置に用いられる腕長変更棒を強化する構造を説明する模式図である。図９（ａ）は、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置のオートロック機構を説明する模式的な正面図で、図９（ｂ）は図９（ａ）に対応する第１の実施形態に係る回転トルク発生装置のオートロック機構を説明する模式的な上面図である。第２の実施形態に係る回転トルク発生装置の構造の一部を説明する断面図である。基本設計に係る回転トルク発生装置のガイド部の設計の段階で検討した歪円に含まれる直線部の長さを説明する図である。基本設計に係る回転トルク発生装置のガイド部の設計の段階で検討した凸型の歪円と凹型の歪円を説明する図である。第１の実施形態の第１の変形例に係る回転トルク発生装置の腕長変更棒の構造を示す模式図である。第１の実施形態の第４の変形例に係る回転トルク発生装置の腕長変更棒の構造を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態を説明する。第１及び第２の実施形態に係る図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、第１及び第２の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、各構成要素の構成や配置、レイアウト等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（基本設計：偏心歪円）
特許文献２及び３には回転中心を通る鉛直線に関し、非対称の回転軌道が提案されているが、どのような非対称の回転軌道にすべきかについて開示がない。本発明者は、非対称の回転軌道は特定の設計指針による特定の歪円でなければ一様な回転軌道が得られず、有効に回転トルクを発生させて回転することができないことを見い出した。第１及び第２の実施形態に係る回転トルク発生装置の説明に入る前に、第１及び第２の実施形態に係る回転トルク発生装置の基礎となる特定の歪円からなる回転軌道の基本設計を説明する。図１（ａ）に、本発明の基本設計に係る回転トルク発生装置の回転子のガイド部２１ｄを構成する直径が一定値となる偏心した歪円（以下において「偏心歪円」とも言う。）の形状を示す。ガイド部２１ｄの２次元形状は直線部分を有する偏心歪円であり、対称軸となる第１軸と、第１軸に直交し第１軸で2分割される第２軸を有する凧状の蒲鉾形である。直線部分が蒲鉾の板付きとなる部分に対応する。ガイド部２１ｄの２次元形状は、対称軸となる第１軸に関し鏡像関係（反射対称）の凸形の歪円であり、歪円の直径が一定値である。幾何数学における「凧形」は、四角形の種類に属するが、凧形は対角線として互いに直交する第１軸と第２軸を有している。凧形においては、隣り合った２本の辺の長さが等しい組が２組ある。一方、図１（ａ）に示す「凧状」の２次元図形は円弧を基礎とし、隣り合った２本の長円弧の長さが等しい組が１組と、蒲鉾の板付きとなる直線を挟む２本の短円弧の長さが等しい組が１組ある凸形の偏心歪円である。

図１（ａ）に示した蒲鉾形の偏心歪円の第２軸は、対称軸となる第１軸を１：３に分割する点において、第１軸に直交する。対称軸となる第１軸をｘ軸、第２軸をｙ軸とすると、第１軸と第２軸の交点がｘｙ座標平面の原点（０，０）になり、原点（０，０）が偏心歪円の直径を定義するガイド部２１ｄの形状の中心である。図１（ａ）から分かるように歪円の中心となる原点（０，０）は、偏心している。即ち、図１（ａ）のｘｙ座標平面の原点（０，０）が、図２に示した基本設計に係る回転トルク発生装置の第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂの歪円回転運動の回転中心となり、この回転中心を通る直径の長さＬが一定値である。よって、図１（ａ）のガイド部２１ｄを構成する偏心歪円は、原点（０，０）を回転中心として回転する第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂの距離が一定となる軌道が描く包絡線である。

原点（０，０）を基準として、図１（ａ）に示した蒲鉾形の偏心歪円の内部となる２次元空間を、対称軸となる第１軸（ｘ軸）からの角度θ＝４５°で等分割すると、第I分割領域～第VIII分割領域の８分割領域が定義される。図１（ａ）において、第I分割領域、第II分割領域、第III分割領域及び第IV分割領域が含まれる上側の領域と、第V分割領域、第VI分割領域、第VII分割領域及び第VIII分割領域が含まれる下側の領域は、第１軸（ｘ軸）に関して鏡像関係（線対称）になる。本発明では、第III分割領域、第IV分割領域、第V分割領域及び第VI分割領域を「非駆動領域」、第I分割領域、第II分割領域、第VII分割領域及び第VIII分割領域を「駆動領域」と呼ぶ。図１（ａ）から分かるように、駆動領域の面積は非駆動領域の面積よりも大きい。図１（ａ）の第２軸（ｙ軸）の正の方向と逆の方向は、鉛直方向、即ち基本設計に係る回転トルク発生装置のエネルギを供給する重力場の力の方向である。通常の真円では互いに連続する半円の面積は等しい。基本設計に係る回転トルク発生装置では、駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくすることにより、駆動領域で重力場により発生するモーメントを非駆動領域で重力場により発生するモーメントより大きくしている。

非駆動領域の一部となる第IV分割領域と第V分割領域は、図１（ａ）の点（－ａ，ａ）と点（－ａ，－ａ）を結ぶ第２軸（ｙ軸）に沿った縦方向の直線を外形線とする分割領域である。（－ａ，ａ）と点（－ａ，－ａ）を結ぶ縦方向の直線が、蒲鉾の板付きとなる部分に対応する。後に図１１を用いて説明するが、（－ａ，ａ）と点（－ａ，－ａ）を結ぶ縦方向の直線部分の長さは、対応する真円２１ａの半径２ａに相当する。第IV分割領域に隣接する第III分割領域も非駆動領域の一部であり、図１（ａ）の点（－ａ，ａ）から点（０，２ａ）に至る、点（０，ａ）を中心とした半径ａの第１の１／４円の外周を共通とする領域である。同様に、第V分割領域に隣接する第VI分割領域も非駆動領域の一部であり、点（－ａ，－ａ）から点（０，－２ａ）までを、点（０，－ａ）を中心とした半径ａの第２の１／４円の外周を共通とする領域である。

図１（ａ）に示すように点（０，２ａ）から反時計方向に点（－ａ，ａ）と点（－ａ，－ａ）を通り点（０，－２ａ）に至る円弧が非駆動領域の円弧を定義し、非駆動領域の円弧上の点をＲとする。点Ｒから、歪円の中に偏心して定義される回転中心である原点（０，０）を通る、長さ４ａの直線ＲＳを直径Ｌとして引く。点Ｒを点（０，２ａ）から反時計方向に点（－ａ，ａ）と点（－ａ，－ａ）を通り点（０，－２ａ）に至る偏心歪円の外周を移動させると、直径Ｌ＝ＲＳの反対側の点Ｓの軌道が、第VII分割領域、第VIII分割領域、第I分割領域、第II分割領域に、反時計方向に沿って順に得られて、駆動領域が定義される。

図１（ａ）において、点Ｓは、第I分割領域、第II分割領域、第VII分割領域及び第VIII分割領域が構成する駆動領域の外周に位置し、点Ｒは、第III分割領域、第IV分割領域、第V分割領域及び第VI分割領域が構成する非駆動領域の外周に位置する。そして、点Ｒの軌道と点Ｓの軌道とを合わせた軌道が、ガイド部２１ｄを構成する偏心歪円の外形線である。図１（ａ）は、点Ｓが第I分割領域、点Ｒが第V分割領域に位置する場合を例示しており、図１（ｂ）は、点Ｓが第II分割領域、点Ｒが第VI分割領域に位置する場合を例示している。四角形の種類に属する凧形では、異なる長さを持つ２辺によって造られる２つの向かい合う角の大きさが、互いに等しい線対称をなしている。図１（ａ）及び（ｂ）に示す蒲鉾形の偏心歪円においては、第II分割領域の円弧と第III分割領域の円弧が連続する部分の曲率半径と、対向する第VII分割領域の円弧と第VI分割領域の短円弧が連続する部分の曲率半径は、互いに等しい線対称をなしている。

図１（ａ）において、直線ＲＳと第１軸（ｘ軸）とのなす角度をθとし、原点（０，０）から点Ｓまでの腕長をｌ_１、原点（０，０）から点Ｒまでの腕長をｌ_２とする。第V分割領域に位置する点Ｒの座標は図１（ａ）に定義されるθに対し（－ａ，－ｌ_２ｓｉｎθ）、第I分割領域に位置する点Ｓの座標は（ｌ_１ｃｏｓθ，ｌ_１ｓｉｎθ）で表される。但し、図１（ａ）の第V分割領域に定義されるθは視覚的に理解しやすくした表現であって、後述する回転トルクＴを解散するθは、第I分割領域の第１軸（ｘ軸）から測る第I分割領域と同一定義のθとするべきであるので、θを定義し直すと位相角πだけずれるので、点Ｒの座標は、（－ａ，ｌ_２ｓｉｎθ）となる。第I分割領域のｘ軸から定義されるθでは、第V分割領域のｓｉｎθは負の値である。第V分割領域の点Ｒは、点（－ａ，ａ）と点（－ａ，－ａ）を通る直線上に位置するので、ｌ_２ｃｏｓθ＝ａである。又、点Ｒと点Ｓとの間の距離は一定であるので、ｌ_１＋ｌ_２＝４ａ＝Ｌである。したがって、第I分割領域点Ｓの軌道は、

ｌ_１＝４ａ－ｌ_２＝４ａ－ａ（ｃｏｓθ）^－１＝ａ（4－（ｃｏｓθ）^－１）……（１）

で表される。基本設計に係る回転トルク発生装置においては、第I分割領域に位置する点Ｓの原点（０，０）からの腕長ｌ_１は、式（１）に従って、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化に伴い変化する。対応して第V分割領域に位置する点Ｒの原点（０，０）からの腕長ｌ_２は、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化とともにｌ_２＝ａ（ｃｏｓθ）^－１に従って変化する。

図１（ｂ）において、直線ＲＳと第２軸（ｙ軸）とのなす角度をφとし、原点（０，０）から第II分割領域に位置する点Ｓまでの腕長をｌ_１、原点（０，０）から第VI分割領域に位置する点Ｒまでの腕長をｌ_２とする。第II分割領域の点Ｓの座標は（ｌ_１ｃｏｓ（π／２－φ），ｌ_１ｓｉｎ（π／２－φ））で表される。第VI分割領域の点Ｒは、点（０，－ａ）を中心とした半径ａの円弧上に位置するので、余弦定理により：

ａ^２＝ｌ_２ ^２＋ａ^２－２ｌ_２ａｃｏｓφ ……（２）
ｌ_２＝２ａｃｏｓφ ……（３）

である。又、点Ｒと点Ｓとの間の距離Ｌは一定であるので、ｌ_１＋ｌ_２＝４ａ＝Ｌである。

したがって、点Ｓの軌道は：

ｌ_１＝４ａ－ｌ_２＝４ａ－２ａｃｏｓφ＝２ａ（２－ｃｏｓφ）……（４）

で表される。図１（ｂ）からφ＝π/２－θであることが分かるので

ｌ_２＝２ａｓｉｎθ ……（５）
ｌ_１＝２ａ（２－ｓｉｎθ） ……（６）

となる。即ち、基本設計に係る回転トルク発生装置においては、第II分割領域に位置する点Ｓの原点（０，０）からの腕長ｌ_１は式（６）に従って、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化に伴い変化する。又、第VI分割領域に位置する点Ｒの原点（０，０）からの腕長ｌ_２は式（６）に従って、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化に伴い変化する。

図１（ａ）のガイド部２１ｄを構成する偏心歪円は第１軸（ｘ軸）に対して線対称であるため、図１（ａ）におけるガイド部２１ｄを構成する歪円の数学的表現である式（１）～（４）の基本概念は、点Ｓが第I分割領域、点Ｒが第V分割領域に位置する場合だけでなく、鏡像関係となる点Ｓが第VIII分割領域、点Ｒが第IV分割領域に位置する場合にも適用できる。同様に、図１（ｂ）におけるガイド部２１ｄを構成する歪円の数学的表現の考え方は、点Ｓが第II分割領域、点Ｒが第VI分割領域に位置する場合だけでなく、鏡像関係となる点Ｓが第VII分割領域、点Ｒが第III分割領域に位置する場合にも適用できる。

図１１を参照して、基本設計に係る偏心歪円の直線部分の長さについて説明する。図１１では真円２１ａを太い破線で示し、基本設計に係る回転トルク発生装置のガイド部２１ｄの軌跡を太い実線で示している。そして、細い実線で第１の試行軌跡２１ｂを示し、細い破線で第２の試行軌跡２１ｃを示し、二点鎖線で第３の試行軌跡２１ｅを示している。基本設計に係る回転トルク発生装置のガイド部２１ｄの軌跡は直径が一定値となる歪円であるので、図１１に示す、真円２１ａ、第１の試行軌跡２１ｂ、第２の試行軌跡２１ｃ、ガイド部２１ｄの軌跡、第３の試行軌跡２１ｅは、いずれもｘｙ座標平面の原点（０，０）が直径を定義する回転中心である。

即ち、真円２１ａ、第１の試行軌跡２１ｂ、第２の試行軌跡２１ｃ、ガイド部２１ｄの軌跡、第３の試行軌跡２１ｅのいずれも、原点（０，０）を通る直径の長さが等しい２次元図形である。基本設計に係る回転トルク発生装置は一様な重力場の中で、腕長変更棒２３１の両端に設けた第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂに異なるモーメントが発生するためには、ｘ軸を１：３に分割する点が原点（０，０）であることが必要であることを既に述べた。太い破線で示した真円２１ａは回転対称の図形であるので、ｘ軸を１：１に分割する点が原点（０，０）である。真円２１ａのような回転対称の図形では、腕長変更棒２３１の両端に設けた第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂに異なるモーメントを発生することができない。

細い実線で示した第１の試行軌跡２１ｂは、ｘ軸を３：５に分割する点が原点（０，０）とする場合で、ｙ軸上の長さは１：１の線対称である。ｘ軸を３：５に分割する点が原点（０，０）となる場合に決まる点（－ｂ₂，２ａ－ｂ₂）から点（－ｂ₂，－（２ａ－ｂ₂）までｙ軸に平行な直線を引く。点（－ｂ₂，２ａ－ｂ₂）から点（－ｂ₂，－（２ａ－ｂ₂）までの直線部分の長さは、対応する真円２１ａの半径２ａよりも短く、半径２ａの約半分に相当する。次に、図１１の第II象限中の点（－ｂ₂，２ａ－ｂ₂）から時計方向にｙ軸上の点（０，２ａ）までを、点（０，２ａ－ｂ₂）を中心とした半径ｂ₂の第１の１／４円の円弧で結ぶ。同様に、図１１の第III象限中の点（－ｂ₂，－（２ａ－ｂ₂））から反時計方向にｙ軸上の点（０，―２ａ）までを、点（０，－（２ａ－ｂ₂））を中心とした半径ｂ₂の第２の１／４円の円弧で結ぶ。ｙ軸上の点（０，２ａ）から第I象限を時計方向に周りｘ軸上の点（４ａ－ｂ₂，０）を通り、更に第IV象限を時計方向に周り、ｙ軸上の点（０，―２ａ）までの曲線は、原点（０，０）を通る直径が一定になる条件を用いて、ガイド部２１ｄの軌跡の場合と同様の手順で得ることができる。

基本設計に係る回転トルク発生装置のガイド部２１ｄの形状を第１の試行軌跡２１ｂに置き換えると、第１の試行軌跡２１ｂによっても回転トルクを得ることができるが、動力軸２２から腕長変更棒２３１の両端の回転子までの腕長の差がガイド部２１ｄの軌跡の場合より小さい。したがって動力軸２２から腕長変更棒２３１の両端の回転子までの腕長の差に起因するトルクがガイド部２１ｄの軌跡の場合より小さい。

細い破線で示した第２の試行軌跡２１ｃは、ｘ軸を３８：８３に分割する点が原点（０，０）とする場合で、ｙ軸上の長さは１：１の線対称である。ｘ軸を３８：８３に分割する点が原点（０，０）となる場合に決まる図１１の第III象限の点（－ｂ₁，２ａ－ｂ₁）からｙ軸に沿って第II象限の点（－ｂ₁，－（２ａ－ｂ₁））まで直線を引く。点（－ｂ₁，２ａ－ｂ₁）から点（－ｂ₁，－（２ａ－ｂ₁））までの直線部分の長さは、対応する真円２１ａの半径２ａよりも短く半径２ａの約３／４に相当する。次に、第II象限の点（－ｂ₁，２ａ－ｂ₁）からｙ軸上の点（０，２ａ）までを、点（０，２ａ－ｂ₁）を中心とした半径ｂ₁の第１の１／４円の円弧で時計方向に結ぶ。

同様に、第III象限の点（－ｂ₁，－（２ａ－ｂ₁））からｙ軸上の点（０，－２ａ）までを、点（０，－（２ａ－ｂ₁））を中心とした半径ｂ₁の第２の１／４円の円弧で反時計方向に結ぶ。その後は、原点（０，０）を通る直径が一定になる条件で、第１の試行軌跡２１ｂと同様の手順で第２の試行軌跡２１ｃを得ることができる。第１の試行軌跡２１ｂの場合と同様に、ガイド部２１ｄの形状を第２の試行軌跡２１ｃに置き換えると、第２の試行軌跡２１ｃによっても回転トルクを得ることができるが、動力軸２２から腕長変更棒２３１の両端の回転子までの腕長の差がガイド部２１ｄの軌跡の場合より小さい。したがって動力軸２２から腕長変更棒２３１の両端の回転子までの腕長の差に起因するトルクがガイド部２１ｄの軌跡の場合より小さい。

二点鎖線で示した第３の試行軌跡２１ｅは、ｘ軸を１２：４９に分割する点が原点（０，０）とする場合で、ｙ軸上の長さは１：１の線対称である。ｘ軸を１２：４９に分割する点が原点（０，０）となる場合に決まる図１１の第III象限の点（－ｂ₃，２ａ－ｂ₃）からｙ軸に沿って第II象限の点（－ｂ₃，－（２ａ－ｂ₃））まで直線を引く。点（－ｂ₃，２ａ－ｂ₃）から点（－ｂ₃，－（２ａ－ｂ₃））までの直線部分の長さは、対応する真円２１ａの半径２ａよりも長く、半径２ａの約４／３に相当する。後は、第１の試行軌跡２１ｂ及び第２の試行軌跡２１ｃと同様の手順で軌道を得ることができる。しかしながら、図１１に示すように、ｘ軸上の点（４ａ－ｂ₃，０）とｙ軸上の点（０，－２ａ）との間の第IV象限の軌道の一部が点（０，－２ａ）よりも低い位置に二点鎖線で示した曲線が位置し、回転トルクを得ることができない。

同様に、ｙ軸上の点（０，２ａ）からｘ軸上の点（４ａ－ｂ₃，０）に至る第I象限の軌道の一部が点（０，２ａ）よりも高い位置に二点鎖線で示した曲線が位置し、回転トルクを得ることができない。よって、図１１に示す真円２１ａ、第１の試行軌跡２１ｂ、第２の試行軌跡２１ｃ、ガイド部２１ｄの軌跡、第３の試行軌跡２１ｅのうち、回転トルクを得るために最も好ましい曲線軌道は、直線部分の長さが対応する真円２１ａの半径２ａに相当し、且つｘ軸を１：３に分割する点が原点（０，０）であるガイド部２１ｄの軌跡であることがわかる。

歪円には凸型の歪円と凹型の歪円がある。図１２を参照して、ガイド部２１ｄを構成する歪円には凸型の歪円が望ましいことを説明する。更に、ｘ軸を１：３に分割する点が、ガイド部２１ｄを構成する偏心歪円の中心であることが必要であることを既に述べたが、ガイド部２１ｄを構成する凸型の歪円の中に偏心して定義される回転中心の位置について検討する。図１２ではガイド部２１ｄの軌跡を太い実線で示している。そして細い破線で第４の試行軌跡２１ｑを示し、細い実線で第５の試行軌跡２１ｐを示している。図１２に示すガイド部２１ｄの軌跡の直径を定義する回転中心はｘｙ座標平面の原点（０，０）であるので、ｘ軸を１：３に分割する点が原点（０，０）である。一方、細い破線で示した第４の試行軌跡２１ｑの直径を定義する回転中心は（ａ，０）であり、ｘ軸を１：１に分割する点である。又、細い実線で示した第５の試行軌跡２１ｐの直径を定義する回転中心は点（２ａ，０）であり、ｘ軸を３：１に分割する点である。

図１２では、ガイド部２１ｄの軌跡、第４の試行軌跡２１ｑ及び第５の試行軌跡２１ｐのいずれも、ｘ軸を１：３に分割する点が原点（０，０）となる場合に決まる第II象限の点（－ａ，ａ）から第III象限の点（－ａ，－ａ）までｙ軸に平行な直線を引く。次に、ガイド部２１ｄの軌跡、第４の試行軌跡２１ｑ及び第５の試行軌跡２１ｐのいずれも、図１２の第II象限中の点（－ａ，ａ）から時計方向にｙ軸上の点（０，２ａ）までを、点（０，ａ）を中心とした半径ａの第１の１／４円の円弧で結ぶ。同様に、ガイド部２１ｄの軌跡、第４の試行軌跡２１ｑ及び第５の試行軌跡２１ｐのいずれも、図１２の第III象限中の点（－ａ，－ａ）から反時計方向にｙ軸上の点（０，―２ａ）までを、点（０，－ａ）を中心とした半径ａの第２の１／４円の円弧で結んでいる。

しかしながら、ガイド部２１ｄの軌跡、第４の試行軌跡２１ｑ及び第５の試行軌跡２１ｐの直径を定義する回転中心は、それぞれ点（０，０）、点（ａ，０）、点（２ａ，０）であり、異なる。細い破線で示した直径を定義する回転中心が点（ａ，０）である第４の試行軌跡２１ｑの場合、凹型の歪円となり、図１２における点（３ａ，０）での軌道の曲率が大きくなるので、ガイド部２１ｄとして採用するのは困難であることが分かる。又、第４の試行軌跡２１ｑの場合、直径を定義する点（ａ，０）から腕長変更棒のそれぞれの先端までの腕長が、腕長変更棒の位置により、点（ａ，０）より右側に位置する腕長変更棒の先端の方が長い場合と、点（ａ，０）より左側に位置する腕長変更棒の先端の方が長い場合とがあるので、有効なトルクが発生できないことが分かる。

一方、細い実線で示した直径を定義する回転中心が点（２ａ，０）である第５の試行軌跡２１ｐの場合も、凹部のへこみの激しい凹型の歪円となる。このため、第５の試行軌跡２１ｐの場合は、図１２における点（３ａ，０）での軌道の曲率は、第４の試行軌跡２１ｑよりも更に大きくなり、ガイド部２１ｄとして採用するのは不可能と解釈できる。したがって、ガイド部２１ｄの軌跡の中心は図１２におけるｘｙ座標平面の原点（０，０）が最適であり、原点（０，０）は凸型の偏心歪円の対称軸となる第１軸を１：３に分割する点において第１軸に直交する第２軸が交わる点であることがわかる。

（回転トルク発生の基本原理）
図２に示すように、基本設計に係る回転トルク発生装置のガイド部２１ｄの形状は直線部分を有する凸型の偏心歪円であり、歪円の中に偏心して定義される回転中心の位置には、図２の紙面と垂直方向に動力軸２２の中心が、歪円の直径を定義するように配置されている。基本設計に係る回転トルク発生装置に用いる歪円は、駆動領域とこの駆動領域に連続する非駆動領域で構成され、歪円の直線部分は非駆動領域に設けられている。動力軸２２は、凸型の歪円の中に偏心して定義される回転中心に位置する軸の周りを、腕長変更棒２３１の長さを一定に維持して同軸で回転することが可能となっている。真円では互いに連続する半円の面積は等しいが、駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくし、駆動領域と非駆動領域の境界に偏心して回転中心が定義され、駆動領域と非駆動領域の境界に動力軸２２の中心が設定される。動力軸２２には、長さが一定の腕長変更棒２３１を通すための摺動部が動力軸２２の軸の方向と垂直となる方向に開けられ、動力軸２２の回転に伴い、腕長変更棒２３１が摺動部の中を案内されて移動して、互いに対向する腕長が変更される。駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくすることにより、駆動領域での腕長を非駆動領域で腕長よりも長くなる内部機構が構成できる。逆に言うと、非駆動領域は腕長変更棒２３１の非駆動領域側の腕長を短く制限するための領域である。駆動領域の腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなるため、駆動領域での重力場の力によるモーメントが非駆動領域での重力場の力によるモーメントより大きくなる。

摺動部は幾何学的には動力軸２２の中心を貫通する必要があるが、物理的には動力軸２２を貫通する貫通孔ではなく、Ｕ溝等の動力軸２２の外形に即した形状の溝でも構わない。ただし、力学的な強度を考慮すると貫通孔の方が好ましい。並進移動の精度を高めるためには腕長変更棒２３１の外径寸法と摺動部の内径寸法の間のクリアランスは、摩擦抵抗が大きくならない程度に小さく設定することが好ましい。即ち腕長変更棒２３１はこの摺動部の内部を並進移動可能なように案内されて動力軸２２の中心を貫通しており、摺動部に並進移動の方向を案内されて腕長変更棒２３１が移動することにより、非駆動領域における腕長と駆動領域における腕長が変更される。動力軸２２は腕長変更棒２３１の長さを一定に維持するように並進移動を案内しながら回転するが、動力軸２２の回転と共に、非駆動領域における腕長と駆動領域における腕長が、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化に伴い自動的に変更される。

腕長変更棒２３１の両端には、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂが、ガイド部２１ｄに沿って回転（自転）可能に取り付けられている。第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂは、同じ重量及び寸法の円盤状（円柱状）のローラである。図３に示すように、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂが回転可能に取り付けるため、腕長変更棒２３１の両端には、第１回転軸２４ａ及び第２回転軸２４ｂが設けられている。第１回転子２３ａは、第１回転軸２４ａを介して回転可能に取り付けられ、第２回転子２３ｂは、第２回転軸２４ｂを介して回転可能に取り付けられている。図２に示すように、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂのそれぞれの外周面は、ガイド部２１ｄの内側に常時接して回転するように設定されて配置されている。このため、ガイド部２１ｄが定義する偏心歪円の外形に沿って第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂが自転しながら、腕長変更棒２３１が公転する。

通常の回転運動は半径が一定の回転であるが、基本設計に係る回転トルク発生装置においては、第I分割領域に位置する第１回転子２３ａの動力軸２２の中心からの腕長ｌ_１1は、式（１）に従って、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化に伴い変化する。対応して第V分割領域に位置する第２回転子２３ｂの動力軸２２の中心からの腕長ｌ_２1は、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化とともにｌ_２＝ａ（ｃｏｓθ）^－１に従って変化する。又、第II分割領域に位置する第１回転子２３ａの動力軸２２の中心からの腕長ｌ_１1は式（６）に従って、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化に伴い変化する。更に、第VI分割領域に位置する第２回転子２３ｂの動力軸２２の中心からの腕長ｌ_２1は式（５）に従って、第１軸（ｘ軸）となす角度θの変化に伴い変化する。

通常の回転運動は半径が一定の回転であるが、基本設計に係る回転トルク発生装置では互いに対向する腕長ｌ₁₁と腕長ｌ₂₁が、ｄ＝ｌ_１1＋ｌ_２1＝一定の関係を維持しながら、角度θの変化に伴い変化する。動力軸２２の中心の絶対座標は固定であるが、腕長変更棒２３１を基準に考えると、回転中心が直径の上を相対的に並進移動する「中心移動回転」になる。基本設計に係る回転トルク発生装置における中心移動回転において、直径にほぼ対応する腕長変更棒２３１の長さｄは一定であることから、第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂの間の距離ｄは一定である。

同様に、基本設計に係る回転トルク発生装置では、動力軸２２の中心とガイド部２１ｄ上の第１回転子２３ａとの間の腕長ｌ₁₂，ｌ₁₃は一定ではなく、回転移動に伴い変化する。対応する第２回転子２３ｂと動力軸２２の中心との間の腕長ｌ₂₂，ｌ₂₃も一定ではなく、回転移動に伴い変化する。したがって動力軸２２の摺動部に通された腕長変更棒２３は動力軸２２の摺動部に固定されておらず、動力軸２２の摺動部の内壁に沿って腕長変更棒２３１はスライドが可能となっている。即ち、動力軸２２の中心の絶対座標は固定であるが、腕長変更棒２３１を基準に考えると、回転中心が相対的に移動する中心移動回転になる。

図２は、腕長変更棒２３１が中心移動回転する様子を説明するために、便宜上腕長変更棒２３１、腕長変更棒２３２及び腕長変更棒２３３として異なる符号を付している。しかし、動力軸２２の回転に伴う時系列が異なる図面を1図で表現するための便宜上の符号であって、実際には腕長変更棒２３１、腕長変更棒２３２及び腕長変更棒２３３は同一の部材である。図２では動力軸２２の摺動部の中を腕長変更棒２３１がスライド移動する場合のみを模式的に図示しているが、時系列の異なるタイミングにおいては、動力軸２２の摺動部の中を腕長変更棒２３２がスライド移動し、腕長変更棒２３２の長さｌ₁₂＋ｌ₂₂は腕長変更棒２３１の長さｌ₁₁＋ｌ₂₁に等しいように維持される。

ｌ₁₂＋ｌ₂₂＝ｌ₁₁＋ｌ₂₁となるのは、元々腕長変更棒２３２と腕長変更棒２３１は同じ部材であるので当然である。更に他のタイミングにおいては、動力軸２２の摺動部の中を腕長変更棒２３３がスライド移動するが、腕長変更棒２３３の長さｌ₁₃＋ｌ₂₃は腕長変更棒２３１の長さｌ₁₁＋ｌ₂₁に等しい。ｌ₁₃＋ｌ₂₃＝ｌ₁₁＋ｌ₂₁となるのは、元々腕長変更棒２３３と腕長変更棒２３１は同じ部材であるから当然である。

図３（ａ）は図２に示した腕長変更棒２３１を動力軸２２の方向から見た正面図の一例であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の正面図に直交する方向から見た腕長変更棒２３１の上面図である。図３（ａ）と図３（ｂ）の関係から、腕長変更棒２３１の主部は角棒又は角パイプとして見ることが可能であるが例示であり、腕長変更棒２３１の主部は丸棒や丸パイプでも構わない。腕長変更棒２３１の主部が角棒又は角パイプであれば動力軸２２を貫通する摺動部は角穴になり、腕長変更棒２３１の主部が丸棒や丸パイプであれば動力軸２２を貫通する摺動部は丸穴になることは勿論である。

既に説明したとおり、腕長変更棒２３１の両端に第１回転軸２４ａ及び第２回転軸２４ｂが設けられ、第１回転軸２４ａ及び第２回転軸２４ｂを介して、それぞれ第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂが中心移動回転する。図３（ａ）及び（ｂ）では図示を省略しているが、実際には第１回転子２３ａは、転がり軸受である第１回転軸受けを介して第１回転軸２４ａに摩擦抵抗を低減するように取り付けられ、第２回転子２３ｂは、転がり軸受である第２回転軸受けを介して第２回転軸２４ｂを介して摩擦抵抗を低減するように取り付けられている。第１及び第２回転軸受けには、玉軸受、ころ軸受、すべり軸受、磁気軸受、流体軸受等の種々の転がり軸受が使用可能である。

図４に示すように、基本設計に係る回転トルク発生装置は、高さの低い空洞状の収納容器４１を基礎としたトランスミッション機構を備えている。ここで収納容器４１の「高さ」は、図２の紙面と垂直な方向に測られるので、図４では水平方向に定義される。収納容器４１を構成する対向する上面と下面は、それぞれ図１で説明したような偏心した歪円の形状で、互いに平行に対峙している。基本設計に係る回転トルク発生装置は、更に収納容器４１の上面と下面に偏心して定義される回転中心をそれぞれ貫通する動力軸２２、収納容器４１の外部において動力軸２２の端部側に同心で設けられ、動力軸２２と同時に回転する駆動ギア４３、駆動ギア４３によって駆動される従車ギア４４及び従車ギア４４によって駆動されるフライホイール４５から構成される。

既に述べたとおり、動力軸２２には腕長変更棒２３１の並進運動を案内するための、矩形の摺動部４２が設けられているが、摺動部４２の形状は例示に過ぎない。腕長変更棒２３１の主部が丸棒や丸パイプであれば動力軸２２を貫通する摺動部４２は丸穴になる。腕長変更棒２３１の両端に取り付けられた第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂは、収納容器４１の側壁として定義されるガイド部２１ｄに沿って中心移動回転する。動力軸２２は、駆動ギア４３及び従車ギア４４を介してフライホイール４５に接続されており、動力軸２２の回転によってフライホイール４５が回転する。図４に示したトランスミッション機構は例示に過ぎず、動力軸２２が供する回転トルクを用いた種々のトランスミッション機構が採用可能である。

ここで、回転に伴う時系列上の分類をするために、腕長変更棒２３１、腕長変更棒２３２及び腕長変更棒２３３と異なる符号を付した図２に戻る。回転中心から第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂまでの腕長をそれぞれｌ₁₁及びｌ₂₁とする。第１回転子２３ａが８分割した第I分割領域に位置する場合、腕長ｌ₁₁が腕長ｌ₂₁よりも長い（ｌ₁₁＞ｌ₂₁）。第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂは同じ質量であるため、第１回転子２３ａに働くモーメントの方が第V分割領域に位置する第２回転子２３ｂに働くモーメントより大きくなる。この結果、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂは、図４に示すガイド部２１ｄに沿って中心移動回転する回転トルクを発生させる。

回転トルクによって、腕長変更棒２３１が動力軸２２とともに時計方向に中心移動回転すると、直径を一定にするように、動力軸２２の摺動部４２に沿って腕長変更棒２３１がスライド移動する。腕長変更棒２３１のスライド移動に伴って回転中心から駆動領域に位置する第１回転子２３ａまでの腕長ｌ₁₁及び回転中心から非駆動領域に位置する第２回転子２３ｂまでの腕長ｌ₂₁が、それぞれ変化する。動力軸２２の回転に伴って、図４に示した駆動ギア４３及び従車ギア４４が回転し、更にフライホイール４５が回転する。フライホイール４５は動力軸２２からの作用力とフライホイール４５自身の慣性力を伴う回転によって動力を出力する。

腕長変更棒２３１が動力軸２２の中心を回転中心として回転し、第１回転子２３ａが８分割した第VII分割領域に位置すると、図２では腕長変更棒２３２の位置まで移動したことになる。第１回転子２３ａが駆動領域の第VII分割領域に位置する場合、回転中心から第１回転子２３ａまでの駆動領域の腕長をｌ₁₂、回転中心から第２回転子２３ｂまでの非駆動領域の腕長をｌ₂₂とする。駆動領域の腕長ｌ₁₂と非駆動領域の腕長ｌ₂₂が異なるため、第VII分割領域に位置する第１回転子２３ａ及び第III分割領域に位置する第２回転子２３ｂに加えられる力によるモーメントが異なる。

即ち、第１回転子２３ａが第VII分割領域に位置する場合の第１回転子２３ａに働くモーメントは、第１回転子２３ａが第I分割領域に位置する場合に第１回転子２３ａに働くモーメントより小さい。第１回転子２３ａが第VII分割領域に位置する場合は、駆動領域の腕長ｌ₁₂と非駆動領域の腕長ｌ₂₂の差によって生じる腕長変更棒２３２のトルクは、小さくなるが、フライホイール４５の有する慣性力によって中心移動回転する。慣性力による回転により、腕長変更棒２３２の第１回転子２３ａは、第VII分割領域と第VI分割領域の境界である第２軸（ｙ軸）上に位置して、腕長変更棒２３３の位置にまで回転することになる。

腕長変更棒２３２が腕長変更棒２３３の位置まで移動したとき、回転中心から第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂまでのそれぞれの腕長ｌ₁₃及び腕長ｌ₂₃は互いに等しくなり、第２軸上の腕長ｌ₁₃と第２軸上の腕長ｌ₂₃の差によって生じる腕長変更棒２３３の回転トルクはゼロになる。しかし、フライホイール４５の有する慣性力によって、第１回転子２３ａは８分割した第VI分割領域を時計方向に移動し、腕長変更棒２３３は停止することなく回転し続ける。何らかの事情により、慣性力が弱まり、ｌ₁₃＝ｌ₂₃の場合に回転トルクがゼロとなる事態を補うために、補助動力機構をオプションとして、別途設けてもよい。補助動力機構を設けた場合であっても、ｌ₁₃＝ｌ₂₃となる極点の位置で、トルクＴ＝０の回転体を微少移動させる無視できるレベルの微少な力しか使わないので、重力場を有効利用した省エネルギ機械装置として作用する。

腕長変更棒２３１の回転機構を、図５を参照して詳細に説明する。図１（ａ）と同様に、対称軸となる第１軸をｘ軸、第２軸をｙ軸とし、図５のｘｙ座標平面の原点（０，０）を、図５に示すガイド部２１ｄの直径を定義する回転中心とする。図５（ａ）において、回転中心から第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂまでのそれぞれの腕長をｌ_1a及びｌ_2aとし、腕長変更棒２３１と第１軸とのなす角をθとする。第１回転子２３ａに作用する重力場の力の方向は図５（ａ）の紙面の下方、即ち図５（ａ）において、第１回転子２３ａの中心から鉛直方向に向かう矢印の方向である。第１回転子２３ａに作用する重力場によるモーメントＭ_1aは、重力ｍｇの腕長変更棒２３１に直交する方向の分力がｍｇｃｏｓθであるから、第１回転子２３ａの質量をｍとすると、

Ｍ_1a＝ｍｇｌ_1aｃｏｓθ ……（７）

で表される。

同様に、第２回転子２３ｂに作用する重力場の力の方向は図５（ａ）の紙面鉛直下方、即ち第２回転子２３ｂの中心から鉛直方向に向かう矢印の方向であり、第２回転子２３ｂに作用する重力場によるモーメントＭ_2aは、重力ｍｇの腕長変更棒２３１に直交する方向の分力がｍｇｃｏｓθであるから、

Ｍ_2a＝ｍｇｌ_2aｃｏｓθ ……（８）

で表される。

動力軸２２の中心を回転中心とする時計方向の回転のトルクＴを与える合成モ－メントは：

Ｔ＝Ｍ_1a－Ｍ_2a＝ｍｇ（ｌ_1a－ｌ_2a）ｃｏｓθ……（９）

となる。ｌ_1a＞ｌ_2aであるから、腕長変更棒２３１の両端には時計方向の回転のトルクＴが発生する。式（９）で表されるトルクＴの大きさは、θが９０°から０°に近づくに従って大きくなる。このトルクＴによって、第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂはガイド部２１ｄに沿って時計方向に回転移動する。

第１回転子２３ａが８分割した第I分割領域に位置するとき、ｌ_２a＝ａ（ｃｏｓθ）^－１であり、式（１）のｌ₁を式（９）のｌ_1aに用いると、式（９）は、

Ｔ＝ｍｇａ（4－２（ｃｏｓθ）^－１）ｃｏｓθ
＝２ｍｇａ（２ｃｏｓθ－１） ……（１０）

と表される。一方、第１回転子２３ａが８分割した第II分割領域に位置するとき、式（５）のｌ₂を式（９）のｌ_2aに用い、式（６）のｌ₁を式（９）のｌ_1aに用いると、式（９）は、

Ｔ＝２ｍｇａ（（２－ｓｉｎθ）－ｓｉｎθ）ｃｏｓθ
＝４ｍｇａ（１－ｓｉｎθ）ｃｏｓθ ……（１１）

と表される。

図５（ａ）に示す腕長変更棒２３１が回転し、第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂが同じ高さとなる第１軸上に共に位置する場合を図５（ｂ）に示す。回転中心から第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂまでのそれぞれの腕長をｌ_１ｂ及びｌ_2bとする。第１回転子２３ａに作用する重力場の力の方向は図５（ｂ）の紙面下方であり、式（７）と同様な考え方でｃｏｓθ＝１とした場合になり、第１回転子２３ａに作用する重力場によるモーメントＭ_1bはＭ_1b＝ｍｇｌ_1bで表される。同様に、第２回転子２３ｂに作用する重力場の力の方向は図５（ｂ）の紙面鉛直下方であり、第２回転子２３ｂに作用する重力場によるモーメントＭ_2bは、式（８）と同様な考え方においてｃｏｓθ＝１とした場合に対応し、Ｍ_2b＝ｍｇｌ_2bで表される。

動力軸２２の中心を回転中心とする時計方向の回転のトルクＴを発生する合成モ－メントは：

Ｔ＝Ｍ_1b－Ｍ_2b＝ｍｇ（ｌ_1b－ｌ_2b） ……（１２）

となる。式（１２）は式（９）でｃｏｓθ＝１とした場合に対応する。式（１２）でｌ_1b＞ｌ_2bであるから、腕長変更棒２３１の両端には時計方向の回転のトルクＴが発生する。式（１２）で表されるトルクＴによって、第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂはガイド部２１ｄに沿って時計方向に回転移動する。腕長変更棒２３１の両端に働く時計方向の回転のトルクＴの大きさは、図５（ｂ）において最大となる。

ここで、動力軸２２の回転に伴い、駆動ギア４３及び従車ギア４４が回転し、更にフライホイール４５が回転する。フライホイール４５の回転による慣性力によっても腕長変更棒２３１の回転力が生じる。回転中心から第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂまでの腕長変更棒の長さの差（ｌ_1b－ｌ_2b）に起因するトルクＴと、フライホイール４５の有する慣性力に起因する回転力により、第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂはガイド部２１ｄに沿って時計方向に回転移動する。

図５（ｂ）に示す腕長変更棒２３１が回転し、第１回転子２３ａが更に下方に移動したときの状態を図５（ｃ）に示す。回転中心から第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂまでのそれぞれの腕長をｌ_1c及びｌ_2cとし、腕長変更棒２３１と第１軸とのなす角をθとする。第１回転子２３ａに作用する重力場の力の方向は図５（ｃ）の紙面鉛直下方であり、第１回転子２３ａに作用する重力場によるモーメントＭは、式（７）と同様な考え方で、ｍｇｌ_1cｃｏｓθで表される。同様に、第２回転子２３ｂに作用する重力場の力の方向は図５（ｃ）の紙面鉛直下方であり、第２回転子２３ｂに作用する重力場によるモーメントＭは式（８）と同様な考え方で、ｍｇｌ_2cｃｏｓθで表される。

動力軸２２の中心を回転中心とする時計方向の回転のトルクＴを与える合成モ－メントは：

Ｔ＝Ｍ_1c－Ｍ_2c＝ｍｇ（ｌ_1c－ｌ_2c）ｃｏｓθ ……（１３）

となる。式（１３）は式（９）と同じ内容を示しているので、式（９）及び式（１０）と同じように変換できる。式（１３）でｌ_1c＞ｌ_2cであるから、腕長変更棒２３１の両端には時計方向の回転のトルクＴが発生する。

式（１３）で表されるトルクＴによって、第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂはガイド部２１ｄに沿って時計方向に回転移動する。式（１３）で表されるトルクＴは、θが３６０°（＝０°）から時計方向に２７０°に近づくに従って小さくなる。したがって、この力のモーメントによって生じる腕長変更棒２３１の回転力は、θが時計方向に２７０°に近づくに従って小さくなっていく。ここで、フライホイール４５の回転における慣性力によって腕長変更棒２３１の回転力が補われる。式（１３）で表されるトルクＴと、フライホイール４５の有する慣性力に起因する回転力により、第１回転子２３ａと第２回転子２３ｂはガイド部２１ｄに沿って、８分割した第VII分割領域を時計方向に回転移動する。

図５（ｃ）に示す腕長変更棒２３１が第VII分割領域の領域で時計方向に回転し、第１回転子２３ａが最下方に移動して第２軸の上に位置したときの状態を図５（ｄ）に示す。回転中心から第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂまでのそれぞれの腕長をｌ_1d及びｌ_2dとする。第１回転子２３ａに作用する重力場の力の方向は図５（ｄ）の紙面鉛直下方であり、第１回転子２３ａに作用する重力場によるモーメントＭは、式（７）と同様な考え方で、ｍｇｌ_1dｃｏｓθで表される。同様に、第２回転子２３ｂに作用する重力場の力の方向は図５（ｄ）の紙面鉛直下方であり、第２回転子２３ｂに作用する重力場によるモーメントＭは、式（７）と同様な考え方を用いてｍｇｌ_2dｃｏｓθで表される。第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂが第２軸の上に位置しているときはｃｏｓθ＝０であり、腕長変更棒２３１の両端には時計方向の回転のトルクＴは発生しない。しかしながら、フライホイール４５の回転における慣性力によって腕長変更棒２３１は回転し続ける。

以上説明したように、基本設計に係る回転トルク発生装置は、一様な重力場のなかで重力モーメントに非対称性を発生させる歪円軌道を有している。基本設計に係る回転トルク発生装置では歪円の非対称性によって、動力軸２２に設けられた摺動部に案内される腕長変更棒２３１の並進移動により、対向する第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂに作用するモーメントを非対称にして、腕長変更棒２３１の回転のトルクを発生している。このように、基本設計に係る回転トルク発生装置においては、腕長変更棒２３１の両端に設けられた第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂが偏心歪円からなるガイド部に沿って周回し、重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生している。第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂの回転は、腕長変更棒２３１を介して動力軸２２の回転運動となるので、動力軸２２の回転運動が増速機を介してフライホイール４５に伝えられると、回転運動の動力が基本設計に係る回転トルク発生装置から出力できる。

（第１の実施形態）
ここで図５に戻る。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）に示す基本設計に係る回転トルク発生装置の腕長変更棒２３１の長さｄは一定であり、腕長変更棒の長さをｄとすると、

ｌ_1a＋ｌ_2a＝ｌ_1b＋ｌ_2b＝ｌ_1c＋ｌ_2c＝ｌ_1d＋ｌ_2d＝ｄ……（１４）

である。又、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂのそれぞれの半径をｒ、図１（ａ）に示すガイド部２１ｄの点Ｒと点Ｓとの間の腕長変更棒の長さに相当する歪円の直径をＬとすると、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂのそれぞれの半径ｒが、腕長変更棒２３１の長さｄに比して十分に小さければ、近似的にｄ＋２ｒ＝Ｌと見なすことが可能である。

しかしながら歪円であるので、腕長変更棒２３１の延長上に、第１回転子２３ａとガイド部２１ｄとの接点や、第２回転子２３ｂとガイド部２１ｄとの接点が、常に位置するわけではない。例えば図５（ａ）のとき、

ｌ_1a＋ｌ_2a＝ｄ ……（１５Ａ）
ｄ＋２ｒ＜Ｌ ……（１５Ｂ）

である。したがって、腕長変更棒２３１の長さは、ギャップ長ΔＬ＝Ｌ－（ｄ＋２ｒ）が最も大きくなる位置で腕長変更棒２３１の両端の第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂがガイド部２１ｄに接するように腕長変更棒２３１の長さを決定する必要がある。ギャップ長ΔＬが最も大きくなるのは図５から分かるように角度θ＝４５°及び３１５°のときである。

そこで、基本設計に係る回転トルク発生装置においては、角度θ＝４５°及び３１５°のとき、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂがガイド部２１ｄに接するように腕長変更棒２３１の長さｄを決定している。角度θ＝４５°及び３１５°のときは、腕長変更棒２３１の延長上に、第１回転子２３ａとガイド部２１ｄとの接点も、第２回転子２３ｂとガイド部２１ｄとの接点も存在しない。角度θ＝４５°及び３１５°の場合を基準に腕長変更棒２３１の長さｄを決定すると、ギャップ長ΔＬ＝０となる図５（ｂ）及び（ｄ）のとき、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂはガイド部２１ｄに接しない。図５（ｂ）のときは第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂがガイド部２１ｄに接していなくても腕長変更棒２３１の回転運動に影響を与えない。図５（ｄ）のとき、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂとガイド部２１ｄとの間に隙間が生じ、腕長変更棒２３１の自重により腕長変更棒２３１が鉛直下方に並進移動するように滑り落ちてしまう。図５（ｄ）のときの、腕長変更棒２３１が滑り落ちるのを防ぐために、図９に示すように、動力軸２２に腕長変更棒２３１の移動を制限するオートロック機構を設置するとよい。

第１の実施形態に係る回転トルク発生装置においては、動力軸２２の腕長変更棒２３を通す摺動部の内壁に、腕長変更棒２３に沿うように逆台形（楔型）の第１溝９１ａ，第２溝９１ｂ，第３溝９１ｃ，第４溝９１ｄ，第５溝９３ａ，第６溝９３ｂ，第７溝９３ｃ及び第８溝９３ｄが設けられている。そして、図９に示すように、第１溝９１ａ～第４溝９１ｄ及び第５溝９３ａ～第８溝９３ｄの中に、それぞれ第１制御子９２ａ，第２制御子９２ｂ，第３制御子９２ｃ，第４制御子９２ｄ，第５制御子９４ａ、第６制御子９４ｂ，第７制御子９４ｃ及び第８制御子９４ｄを配置する。ここで、第１制御子９２ａ～第４制御子９２ｄ及び第５制御子９４ａ～第８制御子９４ｄは、球（ボール）以外の円柱等でも構わない。図９（ａ）の断面図には第１溝９１ａ，第３溝９１ｃ，第５溝９３ａ，第７溝９３ｃ、第１制御子９２ａ，第３制御子９２ｃ，第５制御子９４ａ及び第７制御子９４ｃのみが図示されている。

図９（ｂ）の側面図の上段側には、簡潔に表示するため、第１溝９１ａ，第２溝９１ｂ及び第４溝９１ｄのみが隠線で表示されている。第１溝９１ａ，第２溝９１ｂ及び第４溝９１ｄのそれぞれには、対応する第１制御子９２ａ，第２制御子９２ｂ及び第４制御子９２ｄが配置されている。図９（ｂ）の側面図の下段側には、第５溝９３ａ，第６溝９３ｂ及び第８溝９３ｄのみが隠線で表示されている。第５溝９３ａ，第６溝９３ｂ及び第８溝９３ｄのそれぞれには、対応する第５制御子９４ａ、第６制御子９４ｂ及び第８制御子９４ｄが配置されている。

第１の実施形態に係る回転トルク発生装置によれば、図９に示す腕長変更棒２３が動力軸２２の周りで周回する際に、図５（ｄ）に示すタイミングのように、腕長変更棒２３が直立、又は直立に近い状態となったとき、オートロック機構が設けられているので、重力により腕長変更棒２３が下方に並進移動して滑り落ち、周回の運動を妨げる。即ち、腕長変更棒２３が直立、又は直立に近い状態となったとき、図９に示す第１制御子９２ａ～第４制御子９２ｄ及び第５制御子９４ａ～第８制御子９４ｄのうち、上側にある第１制御子９２ａ～第４制御子９２ｄが上側にある第１溝９１ａ～第４溝９１ｄの下方に移動する。第１溝９１ａ～第４溝９１ｄは楔型のテーパ形状を有しているので、第１溝９１ａ～第４溝９１ｄの下方の切込みの最も狭い部分に入り込んだ第１制御子９２ａ～第４制御子９２ｄが腕長変更棒２３の側壁を押圧する。第１制御子９２ａ～第４制御子９２ｄが腕長変更棒２３の側壁を押圧することにより、腕長変更棒２３の下方への落下が阻止できる。即ち、第１制御子９２ａ～第４制御子９２ｄの自重による移動が、腕長変更棒２３を動力軸２２にロックして、腕長変更棒２３の下方への滑りを防止する。

腕長変更棒２３が回転して、腕長変更棒２３が直立、又は直立に近い状態でなくなると、第１制御子９２ａ～第４制御子９２ｄが、第１溝９１ａ～第４溝９１ｄの切込みの最も狭い部分から自重によって離れるため、ロックは解放状態となる。更に腕長変更棒２３が回転して、図９に示した状態とは１８０°異なるトポロジになったとき、図９に示す第５制御子９４ａ～第８制御子９４ｄが第５溝９３ａ～第８溝９３ｄの切込みの最も狭い部分の方向に移動する。第５溝９３ａ～第８溝９３ｄも楔型のテーパ形状を有しているので、第５溝９３ａ～第８溝９３ｄの切込みの最も狭い部分に入り込んだ第５制御子９４ａ～第８制御子９４ｄが腕長変更棒２３の側壁を押圧する。第５制御子９４ａ～第８制御子９４ｄが腕長変更棒２３の側壁を押圧することにより、腕長変更棒２３の下方への落下が阻止できる。即ち、第５制御子９４ａ～第８制御子９４ｄの自重による移動が、腕長変更棒２３を動力軸２２にロックして、腕長変更棒２３の下方への滑りを防止する。腕長変更棒２３が更に回転して、腕長変更棒２３が直立、又は直立に近い状態でなくなると、第５制御子９４ａ～第８制御子９４ｄが、第５溝９３ａ～第８溝９３ｄの切込みの最も狭い部分から自重によって離れるため、ロックは解放状態となる。

第１の実施形態に係る回転トルク発生装置は、重力場による力以外の力の供給を受けることなくその回転状態を維持し、回転動力を出力するが、その本質は重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生する省エネルギ機械装置である。よって、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置はエネルギ保存則を満たしており、いわゆる永久機関ではない。一定の重力場から回転トルクを発生させる第１の実施形態に係る回転トルク発生装置の内部構造は単純であり、部品数も少なく、又製造時の精度要求も高くなく、製作時間は短く安価で製作可能である。特にオートロック機構が設けられているので騒音の発生もなく、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂ等の摩耗、消耗を抑制して長寿命が達成出来る。このため、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置は、地球上のどのような場所に設置しても、重力場が存在する限り、一定の重力場から回転トルクを発生させることが可能であり、設置条件の幅は格段に広い。重力場が非常に弱い宇宙船の内部等を除けば、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置の設置場所は、ほぼ制限がないに等しいので、発電装置に限らず、広範な分野に於ける回転トルク発生装置として機能できる。

第１の実施形態に係る回転トルク発生装置によれば、重力場の力以外の力の供給が不要であるので、ランニングコストは原則的には必要ない。又、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置はコンパクトな構造の回転トルク発生装置であるので、随所に必要に応じて設置が可能である。このため、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置で発電した場合、長距離の送電線や送電装置を必要しない使用の態様も可能となる。しかしながら、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置を大型の装置にして大電力を発電して、送電することも可能である。

（第１の変形例）
図１３に示すように、第１の実施形態の第１の変形例に係る回転トルク発生装置の逆回転ガイド部２１ｒの形状は直線部分を有する凸型の偏心歪円であり、図１及び図２等に例示した凸型の偏心歪円とは左右逆のトポロジである。逆回転ガイド部２１ｒが構成する歪円の中に偏心して定義される回転中心の位置には、図１３の紙面に対し垂直方向に逆回転動力軸３２の中心が、歪円の直径を定義するように配置されている。更に逆回転動力軸３２の中心軸と平行の中心軸を有して、逆回転動力軸３２に近接する紙面の奥の位置に順回転ガイド部２１ｄの順回転動力軸２２が、破線で示したように配置されている。破線で示した順回転ガイド部２１ｄと順回転動力軸２２は図２に既に示した構造であるので重複した説明を省略する。逆回転動力軸３２と順回転動力軸２２は図４に示したようなトランスミッション機構を用いて一体として動作するように連結したり、回転を切り替えるように連結したりすることが可能である。

図４には、順回転動力軸２２と同時に回転する駆動ギア４３が示されているが、逆回転動力軸３２に対しても、図４と同様に逆回転動力軸３２と同時に回転する逆回転駆動ギアを組み込むことが可能である。破線で示した順回転運動をする駆動ギア４３に対し、実線で示した逆回転運動をする逆回転駆動ギアを、互いの歯が噛み合うように結合すれば、互いに逆方向に回転する順回転動力軸２２と逆回転動力軸３２の動力を一体として取り出すことができる。一方、順回転運動をする駆動ギア４３に対し逆回転運動をする逆回転駆動ギアを離間しておき、いずれかの駆動ギアに従車ギア４４を自在に結合するような、従車ギア４４の移動機構を設ければ、順回転動力軸２２の順回転方向の動力と、逆回転動力軸３２の逆回転動力のいずれかを選択して取り出すようにできる。

第１の変形例に係る回転トルク発生装置に用いる逆回転用歪円は、駆動領域とこの駆動領域に連続する非駆動領域で構成されるが、図１及び図２等に例示した順回転用歪円とは左右逆である。左右逆であるが、逆回転用歪円の直線部分は非駆動領域に設けられている。逆回転動力軸３２は、凸型の逆回転用歪円の中に偏心して定義される回転中心に位置する軸の周りを、腕長変更棒２３５の長さを一定に維持して同軸で回転することが可能となっている。図９に示した構造と同様なオートロック機構が、逆回転動力軸３２に設けられて、腕長変更棒２３５の移動を制御するが、図９に示した構造と本質的に同様であるので、重複した説明を省略する。又、順回転動力軸２２にもオートロック機構が設けられて、腕長変更棒２３１の移動を制御するが図９に示した構造と本質的に同様であるので、重複した説明を省略する。逆回転用歪円においても、駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくし、駆動領域と非駆動領域の境界に偏心して回転中心が定義され、駆動領域と非駆動領域の境界に逆回転動力軸３２の中心が設定される。

即ち、逆回転動力軸３２には、長さが一定の腕長変更棒２３５を通すためのオートロック機構を備えた摺動部が逆回転動力軸３２の軸の方向と垂直となる方向に開けられ、逆回転動力軸３２の回転に伴い、腕長変更棒２３５が摺動部の中を案内されて移動して、互いに対向する腕長が変更され、オートロック機構により移動が制限される。駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくすることにより、駆動領域での腕長を非駆動領域で腕長よりも長くなる内部機構が構成できる。逆に言うと、非駆動領域は腕長変更棒２３５の非駆動領域側の腕長を短く制限するための領域である。駆動領域の腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなるため、逆回転の場合においても、駆動領域での重力場の力によるモーメントが非駆動領域での重力場の力によるモーメントより大きくなる。

腕長変更棒２３５の両端には、第１逆回転子２３ｐ及び第２逆回転子２３ｑが、逆回転ガイド部２１ｒに沿って回転（自転）可能に取り付けられている。第１逆回転子２３ｐ及び第２逆回転子２３ｑは、同じ重量及び寸法の円盤状（円柱状）のローラである。図３に示したのと同様に、第１逆回転子２３ｐ及び第２逆回転子２３ｑが回転可能に取り付けるため、腕長変更棒２３５の両端には、第１回転軸及び第２回転軸が設けられていてもよい。第１逆回転子２３ｐは、第１回転軸を介して回転可能に取り付けられ、第２逆回転子２３ｑは、第２回転軸を介して回転可能に取り付けられている。図１３に示すように、第１逆回転子２３ｐ及び第２逆回転子２３ｑのそれぞれの外周面は、逆回転ガイド部２１ｒの内側に常時接して回転するように設定されて配置されている。このため、逆回転ガイド部２１ｒが定義する偏心逆回転用歪円の外形に沿って第１逆回転子２３ｐ及び第２逆回転子２３ｑが自転しながら、腕長変更棒２３５が公転する。

順方向（時計回り）の回転機構について図５を参照して説明したとおり、逆回転においても腕長変更棒２３５の両端には、式（１３）と同様な反時計方向の回転のトルクＴが発生する。式（１３）で表されるトルクＴによって、第１逆回転子２３ｐと第２逆回転子２３ｑは逆回転ガイド部２１ｒに沿って反時計方向に回転移動する。式（１３）で表されるトルクＴは、θが１８０°から反時計方向に２７０°に近づくに従って小さくなる。したがって、この力のモーメントによって生じる腕長変更棒２３５の回転力は、θが反時計方向に２７０°に近づくに従って小さくなっていく。ここで、順回転運動をする駆動ギア４３と逆回転駆動ギアを噛み合せ、腕長変更棒２３５と腕長変更棒２３１の回転トルクを一体として出力するようにし、実線で示した腕長変更棒２３５と、破線で示した腕長変更棒２３１とが直交するように位相を調整しておけば、式（１３）で表されるトルクＴ＝０となる問題は解消する。

なお、図１３に示した位相関係は例示であり、実線で示した腕長変更棒２３５と、破線で示した腕長変更棒２３１とが直交していなくても、位相差があれば、式（１３）で表されるトルクＴ＝０となる問題は解消する。実線で示した腕長変更棒２３５と、破線で示した腕長変更棒２３１が同位相で回転する場合は、腕長変更棒２３５と腕長変更棒２３１の回転トルクを一体として出力する場合であっても、式（１３）のトルクＴ＝０のタイミングが発生するので、図４に示したようなフライホイールや補助動力機構を設けることが好ましい。フライホイールは、図４に示したような構成でそれぞれに独立して設けておくか、或いは、順回転運動をする駆動ギア４３と逆回転駆動ギアを噛み合せて、共通のフライホイールを用いる構成でも構わない。

以上説明したように、第１の変形例に係る回転トルク発生装置は、一様な重力場のなかで重力モーメントに非対称性を発生させる順方向歪円軌道と逆方向歪円軌道を有している。第１の変形例に係る回転トルク発生装置では逆方向歪円の非対称性によって、逆回転動力軸３２に設けられたオートロック機構で制御されて案内される腕長変更棒２３５の並進移動により、対向する第１逆回転子２３ｐ及び第２逆回転子２３ｑに作用するモーメントを非対称にして、腕長変更棒２３５の回転のトルクを発生している。同時に、順方向歪円の非対称性によって、順回転動力軸２２に設けられたオートロック機構で制御されて案内される腕長変更棒２３５の並進移動により、対向する第１順回転子２３ａ及び第２順回転子２３ｂに作用するモーメントを非対称にして、腕長変更棒２３１の回転のトルクを発生するのは既に説明したとおりである。このように、第１の変形例に係る回転トルク発生装置においては、実線で示した腕長変更棒２３５の両端に設けられた第１逆回転子２３ｐ及び第２逆回転子２３ｑが偏心逆回転用歪円からなる逆回転ガイド部２１ｒに沿って周回し、破線で示した腕長変更棒２３１の両端に設けられた第１順回転子２３ａ及び第２順回転子２３ｂが偏心順回転用歪円からなる順回転ガイド部２１ｄに沿って周回し、それぞれ重力モーメントの非対称性から互いに反対方向の回転トルクを発生している。

（第２の変形例）
図６に示すように、第１の実施形態の第２の変形例に係る回転トルク発生装置は、互いに直交する２本の第１の腕長変更棒６１、第２の腕長変更棒６２を有する。第１の腕長変更棒６１の両端には第１回転子６１ａ及び第２回転子６１ｂがそれぞれ設けられている。オートロック機構に関しては図９に示した構造と本質的に同様であるので、重複した説明を省略する。第２の腕長変更棒６２の両端には第３回転子６２ａ及び第４回転子６２ｂがそれぞれ設けられている。ガイド部２１ｄが、対称軸となる第１軸に直交する線分を有する非駆動領域、及び第１軸に線分と異なる位置で直交する第２軸を介して非駆動領域と連続し、非駆動領域よりも面積の大きな駆動領域からなる凸型の歪円の外周に沿った形状をなすことは基本設計に係る回転トルク発生装置と同様である。駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくすることにより、駆動領域での腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなる内部機構が構成できる。非駆動領域が第１の腕長変更棒６１、第２の腕長変更棒６２の非駆動領域側の腕長を短く制限している。駆動領域の腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなるため、駆動領域で重力場により発生するトルクが非駆動領域で重力場により発生するトルクより大きくなる。又、動力軸２２が、第１軸と第２軸の交点を、一定長の歪円の直径を定義する回転中心とし、この回転中心と同軸で回転することについては基本設計に係る回転トルク発生装置と同様である。

動力軸２２には、第１の腕長変更棒６１の並進移動を案内する第１の摺動部が動力軸２２の軸の方向と垂直の方向に設けられ、動力軸２２の軸の方向に沿った第１の摺動部とは異なる位置に、第２の腕長変更棒６２の並進移動を案内する第２の摺動部が、第１の摺動部と直交する方向に設けられている。第１の腕長変更棒６１、第２の腕長変更棒６２は第１及び第２の摺動部を介して動力軸２２を貫通しており、それぞれの摺動部において第１の腕長変更棒６１、第２の腕長変更棒６２はスライド移動して、回転と共に腕長を変化させる。

第２の変形例に係る回転トルク発生装置においても、一様な重力場のなかで重力モーメントに非対称性を発生させる歪円軌道を有している。第２の変形例に係る回転トルク発生装置では歪円の非対称性によって、動力軸２２に設けられた第１の摺動部に案内される第１の腕長変更棒６１の並進移動により腕長を変更して、第１の腕長変更棒６１において対向する第１回転子６１ａ及び第２回転子６１ｂに作用するモーメントを非対称にして、第１の腕長変更棒６１の回転のトルクを発生している。同様に、第１の腕長変更棒６１に直交する第２の腕長変更棒６２を、動力軸２２を第１の腕長変更棒６１とは直交する方向に貫通する第２の摺動部に案内されて並進移動する。第２の腕長変更棒６２の並進移動により腕長を変更して、第２の腕長変更棒６２において対向する第３回転子６２ａ及び第４回転子６２ｂに作用するモーメントを非対称にして、第２の腕長変更棒６２の回転のトルクを発生している。

このように、第２の変形例に係る回転トルク発生装置においては、第１の腕長変更棒６１の両端に設けられた第１回転子６１ａ及び第２回転子６１ｂが偏心歪円からなるガイド部２１ｄに沿って周回し、９０°位相がずれた第２の腕長変更棒６２の両端に設けられた第３回転子６２ａ及び第４回転子６２ｂが偏心歪円からなるガイド部２１ｄに沿って周回することにより、重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生している。第１回転子６１ａ、第２回転子６１ｂ、第３回転子６２ａ及び第４回転子６２ｂの回転は、対応する第１の腕長変更棒６１及び第２の腕長変更棒６２を介して動力軸２２の回転運動となるので、動力軸２２の回転運動が増速機を介して、図４に示したようなフライホイール４５に伝えられると、回転運動の動力が第２の変形例に係る回転トルク発生装置から出力できる。第２の変形例に係る回転トルク発生装置によれば、図６に示すように、腕長変更棒の数を増やすことによって、動力軸２２から第１回転子６１ａ、第２回転子６１ｂ、第３回転子６２ａ及び第４回転子６２ｂまでの腕長の差に起因する回転力を増やすことができる。図示を省略したが、第２の変形例に係る回転トルク発生装置にも、オートロック機構が設けられているので騒音の発生もなく、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂ等の摩耗、消耗を抑制して長寿命が達成出来る。

（第３の変形例）
図７に、第１の実施形態の第３の変形例に係る回転トルク発生装置のガイド部２１ｄと腕長変更棒の関係を示す。第１の実施形態の第３の変形例に係る回転トルク発生装置は、互いに６０°の角度を持って交差する第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３を有する。オートロック機構に関しては図９に示した構造と本質的に同様であるので、重複した説明を省略する。第１の腕長変更棒７１の両端には第１回転子７１ａ及び第２回転子７１ｂがそれぞれ設けられている。第２の腕長変更棒７２の両端には第３回転子７２ａ及び第４回転子７２ｂがそれぞれ設けられている。更に、第３の腕長変更棒７３の両端には第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂがそれぞれ設けられている。

ガイド部２１ｄが、対称軸となる第１軸に直交する線分を有する非駆動領域、及び第１軸に線分と異なる位置で直交する第２軸を介して非駆動領域と連続し、非駆動領域よりも面積の大きな駆動領域からなる凸型の歪円の外周に沿った形状をなすことは基本設計に係る回転トルク発生装置と同様である。駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくすることにより、駆動領域での腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなる内部機構が構成できる。非駆動領域が第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３の非駆動領域側の腕長を短く制限している。駆動領域の腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなるため、駆動領域で重力場により発生するトルクが非駆動領域で重力場により発生するトルクより大きくなる。又、動力軸２２が、第１軸と第２軸の交点を、一定長の歪円の直径を定義する回転中心とし、この回転中心と同軸で回転することについては基本設計に係る回転トルク発生装置と同様である。

動力軸２２には、第１の腕長変更棒７１を通すための第１のオートロック機構を備えた第１の摺動部が動力軸２２の軸の方向と垂直の方向に設けられている。動力軸２２には、更に第２の腕長変更棒７２を通すための第２のオートロック機構を備えた第２の摺動部が動力軸２２の軸の方向に沿った第１の摺動部とは異なる位置に第１の摺動部と６０°の位相関係で開けられている。動力軸２２には、更に第３の腕長変更棒７３を通すための第３のオートロック機構を備えた第３の摺動部が動力軸２２の軸の方向に沿った第１及び第２の摺動部とは異なる位置に、第１及び第２の摺動部とそれぞれ６０°の位相関係で開けられている。第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３は、動力軸２２の第１～第３の摺動部にそれぞれ通されており、第１～第３の摺動部において第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３はそれぞれスライド移動して、回転と共に腕長を変化させる。

第３の変形例に係る回転トルク発生装置においても、一様な重力場のなかで重力モーメントに非対称性を発生させる歪円軌道を有している。第３の変形例に係る回転トルク発生装置では歪円の非対称性によって、動力軸２２に設けられた第１のオートロック機構で制御されて案内される第１の腕長変更棒７１の並進移動により腕長を変更して、第１の腕長変更棒７１において対向する第１回転子７１ａ及び第２回転子７１ｂに作用するモーメントを非対称にして、第１の腕長変更棒７１の回転のトルクを発生している。同様に、第１の腕長変更棒７１に６０°の方向で交わる第２の腕長変更棒７２を、動力軸２２を第１の腕長変更棒７１とは６０°の方向で交わる方向に貫通する第２のオートロック機構で制御されて案内されて並進移動する。

第２の腕長変更棒７２の並進移動により腕長を変更して、第２の腕長変更棒７２において対向する第３回転子７２ａ及び第４回転子７２ｂに作用するモーメントを非対称にして、第２の腕長変更棒７２の回転のトルクを発生している。更に、第１の腕長変更棒７１及び第２の腕長変更棒７２に互いに６０°の方向で交わる第３の腕長変更棒７３を、動力軸２２を第１の腕長変更棒７１及び第２の腕長変更棒７２とは６０°の方向で交わる方向に貫通する第３のオートロック機構で制御されて案内されて並進移動させる。第３の腕長変更棒７３の並進移動により腕長を変更して、第３の腕長変更棒７３において対向する第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂに作用するモーメントを非対称にして、第３の腕長変更棒７３の回転のトルクを発生している。

このように、第３の変形例に係る回転トルク発生装置においても、第１の腕長変更棒７１の両端に設けられた第１回転子７１ａ及び第２回転子７１ｂが偏心歪円からなるガイド部に沿って周回し、６０°位相がずれた第２の腕長変更棒７２の両端に設けられた第３回転子７２ａ及び第４回転子７２ｂが偏心歪円からなるガイド部に沿って周回することにより、重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生している。更に、第１の腕長変更棒７１及び第２の腕長変更棒７２からともに６０°位相がずれた第３の腕長変更棒７３の両端に設けられた第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂが偏心歪円からなるガイド部に沿って周回することにより、重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生している。

第１回転子７１ａ、第２回転子７１ｂ、第３回転子７２ａ、第４回転子７２ｂ、第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂの回転は、対応する第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３を介して動力軸２２の回転運動となるので、動力軸２２の回転運動が増速機を介して、図４に示したようなフライホイール４５に伝えられると、回転運動の動力が第３の変形例に係る回転トルク発生装置から出力できる。第３の変形例に係る回転トルク発生装置によれば、図６に示した第２の変形例と同様に、腕長変更棒の数を増やすことによって、動力軸２２から第１回転子７１ａ、第２回転子７１ｂ、第３回転子７２ａ、第４回転子７２ｂ、第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂまでの腕長の差に起因する回転力を増やすことができる。

（第４の変形例）
図１４に、第１の実施形態の第４の変形例に係る回転トルク発生装置の逆回転ガイド部２１ｒと３本の腕長変更棒の関係を実線で示し、順回転ガイド部２１ｄと３本の腕長変更棒の関係を破線で示す。即ち、第１の実施形態の第４の変形例に係る回転トルク発生装置は、互いに６０°の角度を持って交差する第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３を破線で示し、第４の腕長変更棒７５、第５の腕長変更棒７６及び第６の腕長変更棒７７を互いに６０°の角度で有する構造を実線で示している。オートロック機構に関しては図９に示した構造と本質的に同様であるので、重複した説明を省略する。実線で示した第４の腕長変更棒７５の両端には第１逆回転子７５ｐ及び第２逆回転子７５ｑがそれぞれ設けられている。実線で示した第５の腕長変更棒７６の両端には第３逆回転子７６ｐ及び第４逆回転子７６ｑがそれぞれ設けられている。更に、実線で示した第６の腕長変更棒７７の両端には第５逆回転子７７ｐ及び第６逆回転子７７ｑがそれぞれ設けられている。既に図７で説明したとおり、破線で示した第１の腕長変更棒７１の両端には第１回転子７１ａ及び第２回転子７１ｂが、破線で示した第２の腕長変更棒７２の両端には第３回転子７２ａ及び第４回転子７２ｂが、破線で示した第３の腕長変更棒７３の両端には第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂがそれぞれ設けられている。

図１３に示した構成と同様に、第１の実施形態の第４の変形例に係る回転トルク発生装置の逆回転ガイド部２１ｒの形状は直線部分を有する凸型の偏心歪円であり、図７に例示した凸型の偏心歪円とは左右逆のトポロジである。実線で示した逆回転ガイド部２１ｒが構成する歪円の中に偏心して定義される回転中心の位置には、図１４の紙面に対し垂直方向に逆回転動力軸３２の中心が、歪円の直径を定義するように配置されている。更に逆回転動力軸３２の中心軸と平行の中心軸を有して、逆回転動力軸３２に近接する紙面の奥の位置に破線で示した順回転ガイド部２１ｄの順回転動力軸２２が配置されている。破線で示した順回転ガイド部２１ｄと実線で示した逆回転ガイド部２１ｒは、互いの回転面を平行とするように紙面に垂直方向に配列されている。破線で示した順回転ガイド部２１ｄと順回転動力軸２２は図７に既に示した構造であるので重複した説明を省略する。逆回転動力軸３２と順回転動力軸２２は、図４に示したようなトランスミッション機構を用いて一体として動作するように連結したり、回転を切り替えるように連結したりすることが可能である。

逆回転ガイド部２１ｒが、対称軸となる第１軸に直交する線分を有する非駆動領域、及び第１軸に線分と異なる位置で直交する第２軸を介して非駆動領域と連続し、非駆動領域よりも面積の大きな駆動領域からなる凸型の逆回転用歪円の外周に沿った形状をなすことは第１の変形例に係る回転トルク発生装置と同様である。駆動領域の面積を非駆動領域の面積よりも大きくすることにより、駆動領域での腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなる内部機構が構成できる。非駆動領域が第４の腕長変更棒７５、第５の腕長変更棒７６及び第６の腕長変更棒７７の非駆動領域側の腕長を短く制限している。駆動領域の腕長が非駆動領域の腕長よりも長くなるため、駆動領域で重力場により発生するトルクが非駆動領域で重力場により発生するトルクより大きくなる。又、逆回転動力軸３２が、第１軸と第２軸の交点を、一定長の逆回転用歪円の直径を定義する回転中心とし、この回転中心と同軸で回転するとは第１の変形例に係る回転トルク発生装置と同様である。

逆回転動力軸３２には、第４の腕長変更棒７５を通すためのオートロック機構を備えた第４の摺動部が逆回転動力軸３２の軸の方向と垂直の方向に設けられ、第５の腕長変更棒７６を通すためのオートロック機構を備えた第５の摺動部が逆回転動力軸３２の軸の方向に沿った第４の摺動部とは異なる位置に第４の摺動部と６０°の位相関係で開けられている。逆回転動力軸３２には、更に第６の腕長変更棒７７を通すためのオートロック機構を備えた第６の摺動部が逆回転動力軸３２の軸の方向に沿った第４及び第５の摺動部とは異なる位置に、第４及び第５の摺動部とそれぞれ６０°の位相関係で開けられている。第４の腕長変更棒７５、第５の腕長変更棒７６及び第６の腕長変更棒７７は、逆回転動力軸３２の第４～第６の摺動部にそれぞれ通されており、第４～第６の摺動部において第４の腕長変更棒７５、第５の腕長変更棒７６及び第６の腕長変更棒７７はオートロックで制御されながら、それぞれスライド移動して、逆方向の回転と共に腕長を変化させる。

第４の変形例に係る回転トルク発生装置においても、一様な重力場のなかで重力モーメントに非対称性を発生させる順方向歪円軌道と逆方向歪円軌道を有している。第４の変形例に係る回転トルク発生装置では逆方向歪円軌道の非対称性によって、逆回転動力軸３２に設けられた第４のオートロック機構で制御されて案内される第４の腕長変更棒７５の並進移動により腕長を変更して、第４の腕長変更棒７５において対向する第１逆回転子７５ｐ及び第２逆回転子７５ｑに作用するモーメントを非対称にして、第４の腕長変更棒７５の回転のトルクを発生している。同様に、第４の腕長変更棒７５に６０°の方向で交わる第５の腕長変更棒７６を、逆回転動力軸３２を第４の腕長変更棒７５とは６０°の方向で交わる方向に貫通する第５のオートロック機構で制御されて案内されて並進移動する。

第５の腕長変更棒７６の並進移動により腕長を変更して、第５の腕長変更棒７６において対向する第３逆回転子７６ｐ及び第４逆回転子７６ｑに作用するモーメントを非対称にして、第５の腕長変更棒７６の回転のトルクを発生している。更に、第４の腕長変更棒７５及び第５の腕長変更棒７６に互いに６０°の方向で交わる第６の腕長変更棒７７を、逆回転動力軸３２を第４の腕長変更棒７５及び第５の腕長変更棒７６とは６０°の方向で交わる方向に貫通する第６のオートロック機構で制御されて案内されて並進移動させる。第６の腕長変更棒７７の並進移動により腕長を変更して、第６の腕長変更棒７７において対向する第５逆回転子７７ｐ及び第６逆回転子７７ｑに作用するモーメントを非対称にして、第６の腕長変更棒７７の回転のトルクを発生している。

第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３の回転のトルクの発生については第４の変形例に係る回転トルク発生装置で説明したとおりであるから重複した説明を省略する。このように、第４の変形例に係る回転トルク発生装置においても、第４の腕長変更棒７５の両端に設けられた第１逆回転子７５ｐ及び第２逆回転子７５ｑが偏心逆回転用歪円からなる逆回転ガイド部２１ｒに沿って周回し、６０°位相がずれた第５の腕長変更棒７６の両端に設けられた第３逆回転子７６ｐ及び第４逆回転子７６ｑが偏心逆回転用歪円からなる逆回転ガイド部２１ｒに沿って周回することにより、重力モーメントの非対称性から逆方向の回転トルクを発生している。更に、第４の腕長変更棒７５及び第５の腕長変更棒７６からともに６０°位相がずれた第６の腕長変更棒７７の両端に設けられた第５逆回転子７７ｐ及び第６逆回転子７７ｑが偏心逆回転用歪円からなる逆回転ガイド部２１ｒに沿って周回することにより、重力モーメントの非対称性から逆方向の回転トルクを発生している。

第４の変形例に係る回転トルク発生装置においては、互いに６０°の角度を持って交差する第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３並びに６０°の角度を持って交差する第４の腕長変更棒７５、第５の腕長変更棒７６及び第６の腕長変更棒７７を有しているので、式（１３）で表されるトルクＴ＝０となる問題は生じないが、式（１３）は角度θに依存する特性を示している。よって、順回転運動をする駆動ギア４３と逆回転駆動ギアを噛み合せ、第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３と第４の腕長変更棒７５、第５の腕長変更棒７６及び第６の腕長変更棒７７の回転トルクを一体として出力するようにし、実線で示した第５の腕長変更棒７６と、破線で示した第１の腕長変更棒７１とが直交するように位相を調整しておけば、式（１３）が示す角度θ依存性は緩和される。

なお、図１４に示した位相関係は例示であり、実線で示した第５の腕長変更棒７６と、破線で示した第１の腕長変更棒７１とが直交する位相関係でなくても、位相差があれば、式（１３）で表される角度θ依存性は緩和される。但し、第５の腕長変更棒７６と第１の腕長変更棒７１が直交する位相関係は、第５の腕長変更棒７６と第３の腕長変更棒７３との位相角が１５０°となる関係であり、角度θ依存性の緩和の目的としては好ましく、より平滑な回転動力を取り出すことができる。他の例としては、第５の腕長変更棒７６と第１の腕長変更棒７１ととの位相角を３０°としても式（１３）の角度θ依存性は緩和される。

但し、図４に示したようなフライホイールや補助動力機構を設けても構わない。図７を用いて説明したとおり、第１回転子７１ａ、第２回転子７１ｂ、第３回転子７２ａ、第４回転子７２ｂ、第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂの回転は、対応する第１の腕長変更棒７１、第２の腕長変更棒７２及び第３の腕長変更棒７３を介して順回転動力軸２２の順回転運動となるので、順回転動力軸２２の順回転運動が増速機を介して、図４に示したようなフライホイール４５に伝えられると、順回転運動の動力が第４の変形例に係る回転トルク発生装置から出力できる。一方、第１逆回転子７５ｐ、第２逆回転子７５ｑ、第３逆回転子７６ｐ、第４逆回転子７６ｑ、第５逆回転子７７ｐ及び第６逆回転子７７ｑの回転は、対応する第４の腕長変更棒７５、第５の腕長変更棒７６及び第６の腕長変更棒７７を介して逆回転動力軸３２の回転運動となるので、逆回転動力軸３２の逆回転運動が増速機を介して、図４に示したのと同様なフライホイールに伝えられると、逆回転運動の動力が第４の変形例に係る逆方向の回転トルク発生装置から出力できる。

第４の変形例に係る逆方向の回転トルク発生装置によれば、図７に示した第３の変形例と同様に、腕長変更棒の数を増やすことによって、式（１３）が示す角度θ依存性は緩和される。更に腕長変更棒の数を増やすことによって、逆回転動力軸３２から第１逆回転子７５ｐ、第２逆回転子７５ｑ、第３逆回転子７６ｐ、第４逆回転子７６ｑ、第５逆回転子７７ｐ及び第６逆回転子７７ｑまでの腕長の差に起因する逆回転力を増やし、同時に順回転動力軸２２から第１回転子７１ａ、第２回転子７１ｂ、第３回転子７２ａ、第４回転子７２ｂ、第５回転子７３ａ及び第６回転子７３ｂまでの腕長の差に起因する回転力を増やすことができる。逆回転動力軸３２と順回転動力軸２２は種々のトランスミッション機構を用いて一体として動作するように連結したり、回転を切り替えるように連結したりすることが可能である。

（第５の変形例）
図８（ａ）に示すように、第１の実施形態の第５の変形例に係る回転トルク発生装置は、腕長変更棒２３と、腕長変更棒２３を補強する第１補助腕８１ａ及び第２補助腕８１ｂを備える。オートロック機構に関しては図９に示した構造と本質的に同様であるので、重複した説明を省略する。第５の変形例に係る回転トルク発生装置の第１補助腕８１ａ及び第２補助腕８１ｂは、図８（ａ）に示すように、動力軸２２の周面に接しないようなブリッジ構造をなしている。第１補助腕８１ａ及び第２補助腕８１ｂのそれぞれの左端は、腕長変更棒２３の左端の第１回転子２３ａを回転させる第１回転軸２４ａの付近で、腕長変更棒２３に接続されている。一方、第１補助腕８１ａ及び第２補助腕８１ｂのそれぞれの右端は、腕長変更棒２３の右端の第２回転子２３ｂを回転させる第２回転軸２４ｂの付近で、腕長変更棒２３に接続されている。

（第６の変形例）
図８（ｂ）に示すように、第１の実施形態の第６の変形例に係る回転トルク発生装置は、腕長変更棒２３と、腕長変更棒２３を補強する第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄを備える。オートロック機構に関しては図９に示した構造と本質的に同様であるので、重複した説明を省略する。第５の変形例に係る回転トルク発生装置と同様に、第６の変形例に係る回転トルク発生装置の第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄはブリッジ構造をなすが、ブリッジ構造の曲がる方向が第５の変形例に係る回転トルク発生装置と９０°異なる。ブリッジ構造をなす第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄのそれぞれの左端は、腕長変更棒２３の左端の第１回転子２３ａを回転させる第１回転軸２４ａの付近で、腕長変更棒２３に接続されている。一方、ブリッジ構造をなす第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄのそれぞれの右端は、腕長変更棒２３の右端の第２回転子２３ｂを回転させる第２回転軸２４ｂの付近で、腕長変更棒２３に接続されている。

第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄのブリッジ構造の曲がる方向が第５の変形例に係る回転トルク発生装置と９０°異なって、動力軸２２の軸方向のため、第６の変形例に係る回転トルク発生装置では、第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄが動力軸２２の軸と交差するトポロジである。このため、図８（ｂ）に示すように、動力軸２２に、腕長変更棒２３を通すための摺動部に加えて、第１補助腕８１ｃを通す第１補助貫通孔と、第２補助腕８１ｄを通す第２補助貫通孔があけられている。第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄは、それぞれ第１及び第２補助貫通孔に通される。このため、腕長変更棒２３の動力軸２２の周りの回転に伴う腕長変更棒２３の並進移動と同時に、第１補助腕８１ｃ及び第２補助腕８１ｄが動力軸２２の第１及び第２補助貫通孔の内部を並進移動して非駆動領域の腕長と駆動領域の腕長を変更する。

（第２の実施形態）
図１０に示すように、第２の実施形態に係る回転トルク発生装置は、腕長変更棒１０２の外周側の両面に２つの回転子１０４を設けて、断面形状が十字になる凸状の形状を有する。断面形状が十字になる２つの回転子１０４に対応して、空洞状の収納容器１０１には２つの凹状のガイド部１０３がそれぞれ設けられている。図４を用いて基本設計に係る回転トルク発生装置で説明したとおり、収納容器１０１の「高さ」は、図１０の水平方向に定義される。収納容器１０１を構成する対向する上面と下面は、それぞれ図１で説明したような偏心した歪円の形状であってもよく、他の形状でもよいが互いに平行に対峙している。

しかし、第２の実施形態に係る回転トルク発生装置では、互いに対向する収納容器１０１の上面と下面のガイド部１０３が設けられている部分の平面形状が、図１で説明した偏心歪円の形状をなしている点が特徴である。基本設計に係る回転トルク発生装置と同様に、ガイド部１０３の形状は、対称軸となる第１軸に直交する線分を有する非駆動領域、及び第１軸に線分と異なる位置で直交する第２軸を介して非駆動領域と連続し、非駆動領域よりも面積の大きな駆動領域からなる凸型の歪円である。図１０は例示であり、腕長変更棒１０２の外周側の一方の面に１つの回転子１０４を設け、この１つの回転子１０４に対応して、収納容器１０１の上面又は下面のいずれかにガイド部１０３を設けてもよい。収納容器１０１の上面又は下面のいずれかにガイド部１０３が設けられる構造であっても、ガイド部１０３が設けられている部分の平面形状は、図１で説明した偏心歪円の形状をなす。

図１０では図示を省略しているが、基本設計に係る回転トルク発生装置と同様に、第１軸と第２軸の交点を、一定長の歪円の直径を定義する回転中心とし、この回転中心と同軸で回転する動力軸が備えられている。この動力軸２２の回転中心を貫通するように摺動部が設けられている。腕長変更棒１０２は、摺動部に並進移動の方向を案内されて移動する。並進移動することにより、非駆動領域における腕長と駆動領域における腕長を変更する。更に腕長変更棒１０２は、ガイド部１０３に回転軌道を案内されて、動力軸と共に中心移動回転する。

重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生するためには、図１０に示した腕長変更棒１０２が中心移動回転する回転軌道が描く平面は水平方向から傾いている必要がある。より効率良く重力モーメントの非対称性から回転トルクを発生するためには、回転軌道が描く平面は鉛直方向であることが好ましい。第２の実施形態に係る回転トルク発生装置の場合も、非駆動領域における腕長変更棒１０２の一端側のモーメントと駆動領域における腕長変更棒１０２の他端側のモーメントの差異を、腕長変更棒１０２の回転に必要なトルクとしている。第２の実施形態に係る回転トルク発生装置においては、腕長変更棒１０２の両端には、基本設計に係る回転トルク発生装置で説明した第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂではなく、質量ｍの重り１０５を有している。

重り１０５の質量ｍは、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂと同じ質量でもよく、異なる質量でもよい。質量ｍの重り１０５を腕長変更棒１０２の先端に延長形成し、腕長変更棒１０２の実効的な長さを、基本設計に係る回転トルク発生装置の腕長変更棒２３１よりも長くすることで、腕長変更棒１０２の回転トルクを高めることができる。収納容器１０１を構成する対向する上面と下面が図１で説明した偏心した歪円の形状ではない場合は、重り１０５が自由に運動できるスペースを設ける必要があることは勿論である。

第２の実施形態に係る回転トルク発生装置においては、第１の実施形態に係る回転トルク発生装置の説明で、式（１５Ａ）及び（１５Ｂ）を用いたギャップ長ΔＬ＝Ｌ－（ｄ＋２ｒ）の問題はなくなる。なお、基本設計に係る回転トルク発生装置において、腕長変更棒２３１の両端に第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂを取り付けることで腕長変更棒２３１がガイド部２１ｄに接する部分の摩擦を減らしていたが、第２の実施形態に係る回転トルク発生装置においては、例えば磁気エネルギを利用し、ガイド部１０３の中で回転子１０４が磁気浮上することによりガイド部１０３と回転子１０４との間の摩擦を減らすことができる。

第２の実施形態に係る回転トルク発生装置においても、図４に示したトランスミッション機構と同様な種々のトランスミッション機構が採用可能である。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は基本設計並びに第１及び第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、図２や図５の説明では、ガイド部２１ｄが規定する回転軌道が描く平面は鉛直方向であるとして説明したが、必ずしもガイド部２１ｄが規定する回転軌道が描く平面は鉛直方向に限られない。重力場によるモーメントが第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂ等に作用すればよいので、回転軌道が描く平面は水平方向から傾いていればよい。しかし、重力場の力を効率よく回転トルクに変換するためには、回転軌道が描く平面は鉛直方向であることが好ましい。

図１、図２，図５～図７等では、対称軸となる第１軸に直交する線分を有する非駆動領域が紙面の左側に位置し、第１軸に線分と異なる位置で直交する第２軸を介して非駆動領域と連続し非駆動領域よりも面積の大きな駆動領域が右側に位置する凸型の歪円を例示したが、本発明は、これらの例示したトポロジに限定されるものではない。反対に、非駆動領域が紙面の右側に位置し駆動領域が左側に位置する凸型の歪円でも構わない。又、図１、図２，図５～図７等では時計回りの場合を例示したが、線分を有する非駆動領域を紙面の右側に配置し、駆動領域を左側に配置すれば反時計回りの回転トルク発生装置が構成できる。

図１０では腕長変更棒１０２の外周から少し内周よりとなる位置の両面に２つの回転子１０４を設け、対応して収納容器１０１の内壁に２つの凹状のガイド部１０３がそれぞれ設け、腕長変更棒１０２の最外周となる両端に重り１０５を設けた構造を例示した。しかし、腕長変更棒１０２の最外周側に回転子１０４を設け、対応して収納容器１０１の最外周側に凹状のガイド部１０３を設けた構造でもよい。この場合、図１０とは逆に、重り１０５が内周側に位置しても構わない。

基本設計や第１実施形態に係る回転トルク発生装置の説明では、第１回転子２３ａ及び第２回転子２３ｂが、腕長変更棒２３１の両端に設けられた第１回転軸２４ａ及び第２回転軸２４ｂを介して回転可能に取り付けられる場合を例示したが、例示に過ぎない。本発明は第１実施形態に係る回転トルク発生装置の説明に用いた構造等に限定されるものではない。例えば、腕長変更棒２３１の両端に第１回転軸２４ａ及び第２回転軸２４ｂ等を設けず、ガイド部２１ｄの軌道を点接触等の小さい摩擦で摺動する構造でも構わない。ガイド部２１ｄの軌道を摺動する場合、磁気浮上の機構を採用しても構わない。

よって、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明は電気エネルギを生成する発電の技術分野に利用することが好適である。しかし、扇風機等の回転機器やその他の動力機器の技術分野に利用可能性がある。又、省エネルギで持続的・継続的に回転する玩具等の技術分野にも利用可能性がある。

２１ｄ，１０３…ガイド部（順回転ガイド部）、２１ａ…真円、２１ｂ…第１の試行軌跡、２１ｃ…第２の試行軌跡、２１ｅ…第３の試行軌跡、２１ｐ…第５の試行軌跡、２１ｑ…第４の試行軌跡、２１ｒ…逆回転ガイド部、２２…動力軸（順回転動力軸）、２３…第１回転子、１０２，２３１，２３２，２３３，２３５…腕長変更棒、２３ａ…第１回転子（第１順回転子）、２３ｂ…第２回転子（第２順回転子）、２３ｐ…第１逆回転子、２３ｑ…第２逆回転子、２４ａ…第１回転軸、２４ｂ…第２回転軸、３２…逆回転動力軸、４１，１０１…収納容器、４２…摺動部、４３…駆動ギア、４４…従車ギア、４５…フライホイール、６１，７１…第１の腕長変更棒、６１ａ，７１ａ…第１回転子、６１ｂ、７１ｂ…第２回転子、６２，７２…第２の腕長変更棒、６２ａ，７２ａ…第３回転子、６２ｂ、７２ｂ…第４回転子、７３…第３の腕長変更棒、７３ａ…第５回転子、７３ｂ…第６回転子、７５…第４の腕長変更棒、７５ｐ…第１逆回転子、７５ｑ…第２逆回転子、７６…第５の腕長変更棒、７６ｐ…第３逆回転子、７６ｑ…第４逆回転子、７７…第６の腕長変更棒、７７ｐ…第５逆回転子、７７ｑ…第６逆回転子、８１ａ…第１補助腕、８１ｂ…第２補助腕、８１ｃ…第１補助腕、８１ｄ…第２補助腕、９１ａ…第１溝、９１ｂ…第２溝、９１ｃ…第３溝、９１ｄ…第４溝、９２ａ…第１制御子、９２ｂ…第２制御子、９２ｃ…第３制御子、９２ｄ…第４制御子、９３ａ…第５溝、９３ｂ…第６溝、９３ｃ…第７溝、９３ｄ…第８溝、９４ａ…第５制御子、９４ｂ…第６制御子、９４ｃ…第７制御子、９４ｄ…第８制御子、１０４…回転子、１０５……重り

Claims

対称軸となる第１軸に直交する線分を有する非駆動領域、及び前記第１軸に前記線分と異なる位置で直交する第２軸を介して前記非駆動領域と連続し前記非駆動領域よりも面積の大きな駆動領域からなる、凸型の歪円の外周に沿ったガイド部と、
前記歪円は、前記歪円の中心を通る直径が一定値となる形状であり、前記第１軸と前記第２軸の交点が前記中心に位置し、前記中心と同軸の回転中心に関して回転する動力軸と、
前記回転中心を貫通するように前記動力軸に設けられた摺動部に並進移動の方向を案内されて移動して前記非駆動領域における腕長と前記駆動領域における腕長を変更し、且つ前記ガイド部に回転軌道を案内されて、前記動力軸と共に回転する腕長変更棒と、
前記腕長変更棒の両端に回転自在に固定され、前記ガイド部に沿って自転移動が可能であり、互いの質量が等しい第１及び第２回転子と、
前記摺動部の内壁の一部に設けられたテーパ溝の最も狭い部分に移動した場合に、前記腕長変更棒の側壁をそれぞれ押圧する、複数の制御子から構成され、前記第１回転子と前記ガイド部の間及び前記第２回転子と前記ガイド部の間に発生するギャップに起因した前記腕長変更棒の滑り落ち移動を、前記制御子の押圧によって制限するオートロック機構と、
前記回転中心の周りに前記腕長変更棒を回転させる回転トルクを補助する補助動力機構と、
を備え、前記回転軌道が描く平面は水平方向から傾いており、前記非駆動領域における前記腕長変更棒の一端側のモーメントと前記駆動領域における前記腕長変更棒の他端側のモーメントの差異で、前記回転トルクを発生することを特徴とする回転トルク発生装置。
前記非駆動領域は
前記線分と、
前記線分の一端に連続し、前記第２軸にまで伸びる第１の１／４円の円弧と、
前記対称軸に関して線対称になるように、前記線分の他端に連続し、前記第２軸にまで伸びる第２の１／４円の円弧と、
前記第２軸と
が囲む領域であることを特徴とする請求項１に記載の回転トルク発生装置。
前記第１軸と前記第２軸は、前記第１軸を１：３に分割する点で互いに交わることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転トルク発生装置。
前記駆動領域において前記腕長変更棒の片側が前記第１軸となす角度をθとすると、前記回転中心から測られる前記腕長変更棒の片側の腕長は、０≦θ≦π／４のとき、４ａ－ａ（ｃｏｓθ）－１を満たすように変化し、π／４≦θ≦π／２のとき、２ａ（２－ｓｉｎθ）を満たすように変化することを特徴とする請求項３に記載の回転トルク発生装置。