JP5716413B2 - Gear efficiency control device - Google Patents
Gear efficiency control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5716413B2 JP5716413B2 JP2011012520A JP2011012520A JP5716413B2 JP 5716413 B2 JP5716413 B2 JP 5716413B2 JP 2011012520 A JP2011012520 A JP 2011012520A JP 2011012520 A JP2011012520 A JP 2011012520A JP 5716413 B2 JP5716413 B2 JP 5716413B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibration
- gear
- worm
- superimposed
- piezoelectric body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Gear Transmission (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
本発明は、ギヤの噛み合い抵抗を低減させ、ギヤ効率を向上させるギヤ効率制御装置に関する。 The present invention relates to a gear efficiency control apparatus that reduces gear meshing resistance and improves gear efficiency.
従来、接触する2固体間の摩擦力を減ずる方法として、2固体のうちの少なくとも一方の接触面を所定の周波数で機械的に加振し、微小な相対運動を生じさせて単位時間当たりの接触面積を低減させ摩擦力を減じてきた技術がある。例えば、特許文献1に示す従来技術では、ガイドブロックとレールという2固体間において、少なくとも一方の接触面に所定の高周波振動を付加し、ガイドブロックの軌道面とレールの軌道面との間の摩擦力を低減している。このとき変位が小さな高周波振動波の節にあたる位置に、例えばレールが機械本体に支持される部位が位置するようになっている。これにより機械本体等に高周波振動の影響を及ぼすことなくガイドブロックの軌道面とレールの軌道面との間の摩擦のみを低減し、機械本体や工作物にまで振動を及ぼすことなく振動を最小限に抑制し位置決め精度を向上させている。 Conventionally, as a method of reducing the frictional force between two contacting solids, at least one contact surface of the two solids is mechanically vibrated at a predetermined frequency to generate a minute relative motion to make contact per unit time. There are technologies that have reduced the frictional force by reducing the area. For example, in the prior art disclosed in Patent Document 1, a predetermined high-frequency vibration is applied to at least one contact surface between two solid bodies, ie, a guide block and a rail, and friction between the track surface of the guide block and the rail track surface is achieved. Power is reduced. At this time, for example, a portion where the rail is supported by the machine body is located at a position corresponding to a node of a high-frequency vibration wave with a small displacement. As a result, only the friction between the raceway surface of the guide block and the rail raceway surface is reduced without the influence of high-frequency vibration on the machine body, etc., and the vibration is minimized without affecting the machine body or workpiece. To improve the positioning accuracy.
また特許文献2に示す従来技術では、案内軸と、移動レンズ枠に設けられたブッシュ部という2固体間において、案内軸の一端に振動を付加する事で案内軸とブッシュ部との間の摩擦力を低減し移動をスムーズにしている。そして移動レンズ枠の移動をスムーズにすることによって移動時のビビリの発生を抑制している。 Further, in the prior art disclosed in Patent Document 2, friction between the guide shaft and the bush portion is achieved by applying vibration to one end of the guide shaft between the two solid bodies of the guide shaft and the bush portion provided on the moving lens frame. The force is reduced and the movement is smooth. The smooth movement of the moving lens frame suppresses chattering during movement.
しかしながら特許文献1に開示された従来の技術では、負荷の変動や振動体の温度特性の変化による振動周波数の変動があると、高周波振動波の節の位置ズレが発生し、効果が低下してしまう。また、特許文献2に開示された従来の技術では、移動レンズ枠の位置によって、振動周波数が変化してしまうので摩擦抵抗が変化する。 However, in the conventional technique disclosed in Patent Document 1, if there is a fluctuation in the vibration frequency due to a load fluctuation or a change in the temperature characteristics of the vibrating body, a position shift of the node of the high-frequency vibration wave occurs, and the effect decreases. End up. Further, in the conventional technique disclosed in Patent Document 2, the frictional resistance changes because the vibration frequency changes depending on the position of the moving lens frame.
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、作動条件、負荷の変動等の変化等によっても、簡易な構成によって2固体間の摩擦抵抗を良好に低減できるギヤ効率制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a gear efficiency control device that can satisfactorily reduce the frictional resistance between two solid bodies with a simple configuration even when there are changes in operating conditions, load fluctuations, and the like. With the goal.
上記課題を解決するため、請求項1に係るギヤ効率制御装置は、互いに噛合する第1ギヤ、及び第2ギヤからなるギヤセットと、前記第1ギヤの噛合部の歯筋に対し直交方向成分を有す加振振動を前記第1ギヤに付与し、前記第1ギヤと前記第2ギヤとの歯面間の摩擦抵抗を低減させる加振手段と、前記加振手段が前記振動を与える方向と平行に前記第1ギヤを前記加振手段に向かって付勢する弾性部材と、前記第1ギヤ、及び前記第2ギヤが噛合し回転状態で前記加振手段によって前記第1ギヤが加振されたとき、前記第1ギヤに前記加振振動に重畳して発生する重畳振動を検出する重畳振動検出装置と、を有し、前記検出した前記重畳振動が最小になるように前記加振手段が加振周波数を制御する。 In order to solve the above-described problem, a gear efficiency control device according to a first aspect of the present invention provides a gear set composed of a first gear and a second gear that mesh with each other, and a component in an orthogonal direction with respect to a tooth trace of a meshing portion of the first gear. Vibration means for applying vibration vibration to the first gear to reduce frictional resistance between tooth surfaces of the first gear and the second gear, and a direction in which the vibration means applies the vibration. The elastic member that urges the first gear toward the vibration means in parallel, the first gear, and the second gear mesh, and the first gear is vibrated by the vibration means in a rotating state. A superposed vibration detecting device that detects superposed vibration generated by superimposing on the exciting vibration on the first gear, and the exciting means is configured to minimize the detected superposed vibration. Control the excitation frequency .
上記課題を解決するため、請求項2に係るギヤ効率制御装置は、請求項1において、前記第1ギヤはウォームであり、前記第2ギヤはウォームホイールである。 To solve the above problems, the gear efficiency control device according to claim 2, Oite to claim 1, wherein the first gear is a worm, the second gear is a worm wheel.
上記課題を解決するため、請求項3に係るギヤ効率制御装置は、請求項1又は2において、前記加振手段は、入力電圧を変化させて前記加振周波数を制御する圧電体によって構成され、前記重畳振動検出装置は前記第1ギヤに発生する前記重畳振動を前記圧電体から出力される電圧信号から検出する。 To solve the above problems, the gear efficiency control device according to claim 3, Oite to claim 1 or 2, wherein the vibrating means is constituted by a piezoelectric element for controlling the excitation frequency by changing the input voltage The superposed vibration detection device detects the superposed vibration generated in the first gear from a voltage signal output from the piezoelectric body.
請求項1に係る発明によれば、第2ギヤと噛合する第1ギヤの噛合部の歯筋に対して直交方向の成分が加わるように加振手段によって加振振動が付与される。そして加振手段が第1ギヤに対し振動を与える方向と平行な方向で、且つ加振手段に向かって弾性部材が第1ギヤを付勢している。これによりギヤセットは弾性部材によって安定した噛合状態を維持されながら、加振振動によって第1ギヤと第2ギヤとの間に微小な相対運動を生じさせられ、単位時間当たりの接触面積が低減されて摩擦力が低減される。このように、簡易な構成によって低コストに摩擦力が低減できる。また、ギヤ効率制御装置は、第1ギヤが加振手段によって加振されたときに、第1ギヤが第2ギヤと噛合し回転する際に発生する重畳振動の大きさを重畳振動検出装置によって検出する。そして検出した重畳振動が最小になるように加振手段が第1ギヤを加振する加振周波数を制御する。このように、第1ギヤと第2ギヤとの間の良好な噛合状態の指標となる重畳振動の大きさが小さくなるようにフィードバック制御して加振周波数をコントロールするので、ギヤセットは作動条件、負荷の変動、及び温度特性の変化等に影響されることなく良好な噛合状態を維持し、摩擦力を低減することができる。 According to the first aspect of the invention, the vibration is applied by the vibration means so that the component in the orthogonal direction is applied to the tooth trace of the meshing portion of the first gear meshing with the second gear. The elastic member urges the first gear in a direction parallel to the direction in which the vibration means applies vibration to the first gear and toward the vibration means. As a result, while the gear set is maintained in a stable meshing state by the elastic member, a minute relative motion is generated between the first gear and the second gear by the vibration vibration, and the contact area per unit time is reduced. The frictional force is reduced. Thus, the frictional force can be reduced at a low cost with a simple configuration. Further, the gear efficiency control device uses the superimposed vibration detection device to determine the magnitude of the superimposed vibration that occurs when the first gear meshes with the second gear and rotates when the first gear is vibrated by the vibration means. To detect. The excitation means controls the excitation frequency for exciting the first gear so that the detected superimposed vibration is minimized. In this way, the feedback control is performed to control the excitation frequency so that the magnitude of the superimposed vibration that is an indicator of a good meshing state between the first gear and the second gear is reduced, so that the gear set is operated under the operating conditions, A good meshing state can be maintained and frictional force can be reduced without being affected by variations in load, changes in temperature characteristics, and the like.
請求項2に係る発明によれば、第1ギヤはウォームであり、第2ギヤはウォームホイールである。このように構造上、減速比が大きく、噛合部での摩擦力が非常に大きなウォームとウォームホイールとの間に本発明を適用することにより、より大きな摩擦力の低減効果を得ることができる。 According to the invention of claim 2 , the first gear is a worm and the second gear is a worm wheel. Thus, by applying the present invention between a worm and a worm wheel having a large reduction ratio and a very large frictional force at the meshing portion, a greater effect of reducing the frictional force can be obtained.
請求項3に係る発明によれば、加振周波数を制御する加振手段は、圧電体によって構成する。そして重畳振動検出装置は第1ギヤに発生する重畳振動を圧電体から出力される電圧信号から検出し、該重畳振動が最小になるよう加振手段によって加振周波数をフィードバック制御する。このように、加振手段で利用する圧電体を、重畳振動の検出にも利用するので簡易な構成とすることができ低コストに対応できる。 According to the invention of claim 3 , the vibration means for controlling the vibration frequency is constituted by a piezoelectric body. The superimposed vibration detection device detects the superimposed vibration generated in the first gear from the voltage signal output from the piezoelectric body, and feedback-controls the excitation frequency by the excitation means so that the superimposed vibration is minimized. As described above, since the piezoelectric body used in the excitation means is also used for detection of the superimposed vibration, the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
以下、本発明の第1の実施形態に係るギヤ効率制御装置1について説明する。図1に示すギヤ効率制御装置1は、ギヤセット10と、ギヤセット10を加振する振動体である圧電体20(本発明における加振手段に相当する)と、圧電体20を加振制御する加振装置21と、コイルばね16(本発明における弾性部材に相当する)と、重畳振動検出装置30とを有している。
The gear efficiency control device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described below. A gear efficiency control device 1 shown in FIG. 1 includes a
ギヤセット10は、互いに噛合部で噛合するウォーム11(本発明における第1ギヤに相当する)と、ウォームホイール12(本発明における第2ギヤに相当する)とによって構成されている。ウォーム11、及びウォームホイール12は一般的な円筒ウォームギヤであり、ウォーム11の回転軸とウォームホイール12の回転軸とが直交している。ウォーム11の軸部11cは図示しない駆動源に回転連結されている。このとき駆動源はどのようなものでもよく、電気によって回転されるモータ等でもよいし、ガソリンエンジン等の内燃機関によるものでもよい。ギヤセット10は、ウォーム11の軸部11cの回転方向を変換するとともに、ウォーム11の回転速度を減速してウォームホイール12に駆動源からの回転を伝達する。
The
図1(a)に示すように、ウォーム11にはウォーム11の回転軸線に対して90°+α°の角度で形成された歯筋Aを有するねじ部11aが円筒表面に形成されている。α°は任意の角度であり、ウォームとして成立する範囲内の角度であればいくつでもよい。また、ねじ部11aに形成されるねじは一条に限らず多条ねじでもよい。
As shown in FIG. 1A, the
ウォームホイール12はハスバギヤであり、ねじ部12aがウォーム11のねじ部11aと噛合している。ウォームホイール12のねじ部12aは、ねじ部11aと噛合するようウォームホイール12の回転軸線に対して+α°の角度を有した歯筋Bが円筒表面に形成されている( 図1(b)参照)。ウォームホイール12の回転軸軸部(図略)は、ギヤ効率制御装置1が有する図略の支持部に回転可能に支持される。また、ウォーム11のねじ部11aの軸線方向近傍には、ねじ部11aより大径の環状部11bがねじ部11aと同軸に形成されている。
The
図1に示すように、ウォーム11の軸線方向における環状部11bよりもねじ部11aから離間している位置には、ボールベアリングである軸受け13がウォーム11の軸部11cを支持している。軸受け13は内輪で軸部11cを軸線方向に移動可能に支持し、外輪が固定部材(図略)に固定されている。固定部材(図略)は、ウォームホイール12と同様、ギヤ効率制御装置1の一部に設けられるが、これに限らず別部材に設けてもよい。なお、本実施形態において軸受け13には、ボールベアリングを適用した。しかし、これに限らず、外周面を固定部材に固定され、円筒形の貫通穴の内周面によってウォーム11の軸部11cの外周面を摺動させながら支持する形態の軸受けを適用してもよい。
As shown in FIG. 1, a
ウォーム11の環状部11bと軸受け13との間にはスペーサ14を有している。スペーサ14の一方の面14aは環状部11bの軸受け13側の面と摺動可能に当接している。スペーサ14と軸受け13との間には圧電体20(加振手段)を有し、圧電体20はスペーサ14の他方の面14bと当接している。そして圧電体20は、所定の電気信号が入力され駆動されるとウォーム11の軸線方向に振幅a(例えば数μm)だけ変位して振動する。なお、振幅aは実施者によって適宜、最適な値を選定すればよい。
A
このように圧電体20が、ギヤ効率制御装置1の制御回路である図2に示す加振装置21によって振幅aで加振されると圧電体20の加振振動はスペーサ14、環状部11b、及び軸部11cを介してウォーム11の噛合部(ネジ部11a)を振幅aで加振する。また、環状部11aのねじ部11a側の平面には本発明にかかる弾性部材としてのコイルばね16が当接している。コイルばね16は環状部11bとギヤ効率制御装置1の一部に設けられる支持部(図略)との間に縮設されている。つまり、コイルばね16は、図1(a)に示すように、加振手段である圧電体20が振動を与える方向と平行で且つ対向する方向、つまり圧電体20に向かってウォーム11(第1ギヤ)を付勢している。
In this way, when the
これにより圧電体20によって加振されたウォーム11の噛合部(ねじ部11a)は所定の周波数で微小(振幅a)の相対運動を繰り返しながらもウォームホイール12の噛合部(ねじ部12a)と断続的に接触する。このとき、ウォーム11はコイルばね16によってウォームホイール12と接触する方向に付勢されるのでウォームホイール12とは断続的ながら安定して噛合し、ウォーム11からウォームホイール12に回転力が伝達される。このように、加振装置21は、図1(a)(b)に示すように所定の周波数でウォーム11(第1ギヤ)の噛合部の歯筋Aの歯面(側面)に対し直交方向成分avを有する振幅aの加振振動を付与する。そしてウォーム11とウォームホイール12との間の歯面間に微小な相対運動を生じさせ、噛合部の単位時間当たりの接触面積を低減して摩擦力を減少させる。
As a result, the meshing portion (screw
なお、図1(a)(b)には振幅a、及び直交方向成分avが大きくベクトル表示してあるが、これは模式的に描いたものであり、実際の大きさを示しているものではない。図4、図5についても同様である。また、上記において弾性部材はコイルばねに限らず、ウォーム11を圧電体20(加振手段)に向かって付勢可能であればどのようなものでもよく、例えばゴム材や、弾性力を有した板状の金属等でもよい。
1 (a) and 1 (b), the amplitude a and the orthogonal direction component av are displayed in a large vector, but this is schematically drawn and does not show the actual size. Absent. The same applies to FIGS. 4 and 5. In the above, the elastic member is not limited to the coil spring, and any member can be used as long as it can urge the
圧電体20は電気エネルギーを機械エネルギーに変換するものであり、入力される電圧に応じ所定の周波数で振動する。本実施形態においては、圧電体20はセラミック圧電材料である例えば、セラミック圧電素子(PbO3、ZrO3、TrO3等(PZT系)、BaTiO3等(BT系))の積層体である。ただし、圧電体はセラミック圧電素子に限らず、水晶系圧電素子(例えばSiO2等)を適用してもよい。また単結晶材であるタンタル酸リチウム(例えばLiTAO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)や、多結晶材であるチタン酸バリウム(BaTio3)等でもよい。さらに電界の二乗に比例した形の歪を示す電歪セラミックス(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)系セラミックス等)でもよい。
The
図2に示すように加振装置21は、制御部22と、周波数コントローラ23と、発振器24と、を有している。周波数コントローラ23と、発振器24とは、制御部22によって制御されている。制御部22は、演算を行うCPU、RAM、及び図示しないROM等を備えて構成される。ROMは、制御プログラム等が記憶されたメモリである。制御部22は、CPUによってROMに記憶された制御プログラムに基づき演算処理を実行する。本実施形態においてCPUは、後述する検出した重畳振動Gaに基づき該重畳振動Gaが最小になる加振振動周波数faを演算する。そして周波数コントローラ23に演算された加振振動周波数の指令信号を送信する。
As illustrated in FIG. 2, the
周波数コントローラ23は、制御部22で演算された結果を受けて目標値を発振器24に送信する。
発振器24は、周波数コントローラ23から送信された目標値に応じて矩形の電圧パルス波を生成し圧電体20に印加する。これにより圧電体20は目標値とする加振振動周波数faによってウォーム11の噛合部の歯筋Aの歯面(側面)に対し直交方向成分avを有する振幅aの加振振動を付与し、ウォーム11とウォームホイール12との間の歯面間の摩擦抵抗を低減させる。
The
The
次に、重畳振動検出装置30について説明する。重畳振動検出装置30は、加振装置21と共用の制御部22、圧電体20、オシロスコープ31、ハイパスフィルタHPF、及び増幅器AMPと、を有する。圧電体20は加振手段としての圧電体20と同一のものであり共用している。オシロスコープ31、ハイパスフィルタHPF、増幅器AMPについては、公知であるので説明は省略する。
Next, the superimposed
重畳振動検出装置30は、噛合し回転するギヤセット10自体の振動をウォーム11を加振振動させるための圧電体20を利用して検出する。つまり圧電体20が、ウォーム11に接触するスペーサ14を介してウォーム11の振動を受け、該振動の大きさに応じて電圧信号を出力する。このとき、図3に示すようにウォーム11の振動信号は、加振装置21によって圧電体20に入力される電圧信号に重畳されて検出される(以降、ギヤセット10自体の振動を重畳振動Gaと称す)。
The superimposed
そして、制御部22の指令により圧電体20から出力された重畳振動Gaが重畳された電圧信号Pを重畳振動検出装置30によって取込み、ハイパスフィルタHPFで重畳振動Gaを抽出し、増幅器AMPで増幅する。そして制御部22によって重畳振動Gaが最小になるように演算し圧電体20を加振振動させるための入力電圧信号をフィードバック制御し、ウォーム11とウォームホイール12との回転効率を向上させるものである。つまり、ウォーム11が有する固有の共振周波数を回避するとともに、噛合するウォーム11とウォームホイール12とが断続的に接触することによりウォームホイール12に発生する共振を回避する加振振動周波数faを探索するものである。ただし、重畳振動Gaが大きくなる要因としては、共振以外も考えられる。しかし本発明においてはどのような要因によって発生した重畳振動Gaであっても、フィードバック制御によって重畳振動Gaが最小になるよう制御するので確実にウォーム11とウォームホイール12との回転効率を向上させることができる。
Then, the superimposed
次にギヤ効率制御装置1の作用について説明する。まず、駆動源を作動させウォーム11を回転駆動する。これによりウォーム11のねじ部11aと噛合するウォームホイール12のねじ部12aに回転力が伝達され、ウォーム11の回転方向が変換されるとともに、ウォーム11の回転速度が減速されてウォームホイール12が回転される。
Next, the operation of the gear efficiency control device 1 will be described. First, the drive source is activated to rotate the
この後(または同時に)、加振装置21を作動させる。加振装置21の制御部22は、周波数コントローラ23に所定の加振振動周波数faの指令信号を送信する。周波数コントローラ23は、制御部22から指令された目標値を発振器24に送信し、発振器24は、周波数コントローラ23から送信された目標値に応じて矩形のパルス波を生成し圧電体20に印加する。これにより圧電体20は所定の加振振動周波数faによって振動し、ウォーム11を回転軸線方向に加振する。これによりウォーム11(第1ギヤ)の噛合部の歯筋Aの歯面(側面)に対し直交方向成分avを有する振幅aの振動を付与する。そしてコイルばね16の付勢によって歯面同士が好適に断続接触しているウォーム11とウォームホイール12との歯面間に微小な相対運動を生じさせ、噛合部の単位時間当たりの接触面積を低減して摩擦力を減少させる。このように加振振動された状態で噛合しながら回転されると、ウォーム11とウォームホイール12との歯面間の摩擦力が小さくなりギヤセット10は効率よく作動できる。
なお、所定の加振振動周波数の大きさfaは、いくつでもよいが、事前に評価を行ない、ウォーム11とウォームホイール12とが最も効率よく作動できるであろうと予測される加振振動周波数faによって加振されることが好ましい。
Thereafter (or simultaneously), the
The number of magnitudes fa of the predetermined vibration vibration frequency may be any number, but the evaluation is performed in advance, and the vibration vibration frequency fa predicted that the
加振装置21によって加振振動されるウォーム11、若しくはウォームホイール12に発生する重畳振動Gaは、例えばウォーム11、若しくはウォームホイール12の共振周波数からはずれていれば、小さな値として出現する。しかし共振周波数と略一致していれば、重畳振動Gaの値は大いに大きくなり、ウォーム11とウォームホイール12との間の摩擦力を小さくして効率よく作動させることは期待できなくなる。そこで本発明においては重畳振動検出装置30の制御部22が重畳振動Gaの値を解析して演算し、重畳振動Gaの値が閾値以下になるよう加振装置21に指令を送信して加振振動周波数faの大きさを制御する。
The superimposed vibration Ga generated in the
重畳振動検出装置30は、制御部22の指令によってまず圧電体20から出力された重畳振動Gaが重畳された電圧信号Pをオシロスコープ31、及びハイパスフィルタHPFに一定周期毎(例えば20ms毎)に取り込む(図3参照)。ハイパスフィルタHPFでは高周波成分となる重畳振動Gaを分離抽出する。
The superposed
抽出された重畳振動Gaは増幅器AMPで増幅され、増幅された重畳振動Gaは制御部22のRAMに記憶されるとともに、重畳振動Gaをより小さくする必要があるか否かが判定される。そして重畳振動Gaが所定の閾値より小さければ制御部22は現状の加振振動周波数faでの加振を続行するか、若しくは加振振動周波数faを上昇させ、さらに高効率回転ができるよう制御する。なお、ここでいう所定の閾値とは、事前に検討して導出したギヤセット10が効率よく回転可能な重畳振動Gaの大きさをいう。よって重畳振動Gaの許容最大値を閾値としてもよいし、許容最大値のばらつきを考慮して重畳振動Gaの許容最大値+αを閾値としてもよく、実施者によって任意に決定すればよい。
The extracted superimposed vibration Ga is amplified by the amplifier AMP, the amplified superimposed vibration Ga is stored in the RAM of the
また重畳振動Gaが所定の閾値より大きければウォーム11、若しくはウォームホイール12が共振している虞がある。これにより制御部22はRAMに記憶された重畳振動Gaデータを基にして加振振動周波数faを大きくするのか小さくするのかを演算し、演算結果(指令値)を周波数コントローラ23に送信する。周波数コントローラ23は、制御部22で演算された結果を受けて目標値となる加振振動周波数faを発振器24に送信する。
発振器24は、周波数コントローラ23から送信された目標値に応じて矩形の電圧パルス波を生成し圧電体20に印加する。これにより圧電体20は目標値である加振振動周波数faによって振動される。
Further, if the superimposed vibration Ga is larger than a predetermined threshold, the
The
このとき同時に、上述と同様の方法によって重畳振動検出装置30により再度重畳振動Gaを検出する。そして増幅された重畳振動Gaを制御部22に記憶するとともに、重畳振動Gaをより小さくする必要があるか否かを再度判定する。その結果、重畳振動Gaが所定の閾値より小さければ制御部22は現状の加振振動周波数faでの加振を続行するか、若しくは加振振動周波数faをさらに上昇させ、さらに高効率回転ができるよう制御する。また重畳振動Gaが所定の閾値より大きければ重畳振動Gaを閾値より小さくするために加振振動周波数faを大きくするのか小さくするのかを制御部22が演算し、演算結果に基づいて加振振動周波数faを変更する。
At the same time, the superimposed vibration Ga is detected again by the superimposed
このように、本発明においては常時、重畳振動Gaの大きさを確認しながら加振振動周波数faの値をフィードバック制御するので、ウォーム11(第1ギヤ)、及びウォームホイール12(第2ギヤ)の共振周波数が明らかでない時や、作動条件、負荷の変動等によって共振周波数が変動する場合などにも、安定して共振を回避でき、ウォーム11とウォームホイール12とのギヤ効率向上を図ることができる。
In this way, in the present invention, the value of the excitation vibration frequency fa is always feedback-controlled while confirming the magnitude of the superimposed vibration Ga, so the worm 11 (first gear) and the worm wheel 12 (second gear). The resonance frequency can be avoided stably and the gear efficiency between the
上述の説明から明らかなように、第1の実施形態においては、第1ギヤはウォーム11であり、第2ギヤはウォームホイール12である。このように構造上、減速比が大きく、噛合部での摩擦力が非常に大きなウォーム11とウォームホイール12とに本発明を適用することにより、より大きな摩擦力の低減効果を得ることができる。また加振手段で利用する圧電体20を、重畳振動Gaの検出にも利用するので簡易な構成とすることができ低コストに対応できる。
As is clear from the above description, in the first embodiment, the first gear is the
また第1の実施形態においてはウォームホイール12(第2ギヤ)と噛合するウォーム11(第1ギヤ)の噛合部の歯筋Aに対して直交方向の変位成分avが加わるように圧電体20(加振手段)によって加振振動が付与される。そして圧電体20がウォーム11に対して振動を与える方向と平行な方向で、且つ圧電体20に向かってコイルばね16(弾性部材)がウォーム11を付勢している。これによりギヤセット10はコイルばね16によって安定した噛合状態を維持されながら、加振振動によってウォーム11とウォームホイール12との間に微小な相対運動が生じ、単位時間当たりの接触面積が低減されて摩擦力が低減される。このように、簡易な構成によって低コストに摩擦力が低減できる。
In the first embodiment, the piezoelectric body 20 (so that a displacement component av in the orthogonal direction is applied to the tooth trace A of the meshing portion of the worm 11 (first gear) meshing with the worm wheel 12 (second gear). Excitation vibration is applied by the excitation means). The coil spring 16 (elastic member) biases the
また、第1の実施形態においては、ギヤ効率制御装置1は、ウォーム11が圧電体20によって加振されたときに、ウォーム11がウォームホイール12と噛合し回転する際に発生する重畳振動Gaの大きさを重畳振動検出装置30によって検出する。そして検出した重畳振動Gaが最小(閾値以下)になるように圧電体20がウォーム11(第1ギヤ)を加振する加振周波数faの大きさを制御する。このように、ウォーム11(第1ギヤ)とウォームホイール12(第2ギヤ)との間の良好な噛合状態の指標となる重畳振動Gaの大きさが小さくなるように制御されるので、ギヤセット10は良好な噛合状態を維持しながら、安定して摩擦力を低減することができる。
Further, in the first embodiment, the gear efficiency control device 1 is configured such that when the
次に第2の実施形態のギヤ効率制御装置41について説明する。第2の実施形態のギヤ効率制御装置41は第1の実施形態のギヤ効率制御装置1に対し、加振手段である圧電体40の配置位置が異なる点、及び圧電体40とウォーム51との連結方法が異なるのみであるので、同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。また、第1の実施形態のギヤ効率制御装置1と同様の部品については同様の符号を付して説明する。
Next, the gear
図4に示すギヤ効率制御装置41は、ギヤセット50(ウォーム51、ウォームホイール12)と、ギヤセット50を加振する圧電体40(本発明における加振手段に相当する)と、圧電体40を加振する加振装置21と、コイルばね46(本発明における弾性部材に相当する)と、重畳振動検出装置30とを有している。
The gear
図4に示すように、ウォーム51(第1ギヤ)にはウォーム51の回転軸線に対して90°+α°の角度で形成された歯筋Cを有するねじ部51aが円筒表面に形成されている。ウォームホイール12(第2ギヤ)は、ウォーム51のねじ部51aと噛合している。
ウォーム51の軸線方向において、圧電体40が配置される位置とねじ部51aを中心にして反対側にボールベアリングである軸受け13がウォーム51の軸部51cを支持している。
図4に示すように加振手段である圧電体40は、前述のようにウォーム51のねじ部51aを中心にして軸受け13と反対側に配置されている。そして圧電体40はウォーム51の軸部51cと同軸に配置された支持軸43に固定されている。支持軸43は圧電体40が振動したときに圧電体40を支持するとともに、圧電体40の振動を後述するボール42を介してウォーム51に伝達可能な様にギヤ効率制御装置41の一部(図略)に固定されている。
As shown in FIG. 4, the worm 51 (first gear) has a threaded
In the axial direction of the
As shown in FIG. 4, the
支持軸43とウォーム51との間には前述した金属製(例えばステンレス製)のボール42が介在されている。ボール42は支持軸43のウォーム51側端面43aに形成された窪み(図略)と、端面43aと対向するウォーム51の端面51dに形成された窪み(図略)との間に、ボール42の一部がそれぞれ進入し相対回転可能に狭持されている。各窪みはSR(球R)状に形成され、該SRの大きさがボール42表面のSRの大きさよりも大きくなるよう形成されている。これによりボール42は各窪みのSR面と点で接触し、大きな摺動抵抗を受けること無くウォーム51の軸回りに接触点を中心として相対回転可能となっている。
Between the
ウォーム51の端面51d近傍にはウォーム51の軸部51cより大径の環状部51bがねじ部51aと同軸に形成されている。環状部51bのねじ部51a側平面には、弾性部材であるコイルばね46の一方の端面が当接している。コイルばね46の他方の端面はウォーム51の軸受け13外周を固定する部材と同一部材に固定されている。これによってウォーム51は、コイルばね46によって、圧電体40が振動を与える方向と平行に、且つ圧電体40に向かって付勢される。そして圧電体40が加振装置21によって加振されると加振振動は、支持軸43、ボール42及び軸部51cを介してウォーム51の噛合部(ネジ部51a)を加振する。
In the vicinity of the
これにより圧電体40によって加振されたウォーム51の噛合部(ねじ部51a)はウォーム51の軸線方向に所定の周波数で微小(振幅a)の相対運動を繰り返しながらもウォームホイール12の噛合部(ねじ部12a)と断続的に接触する。このとき、ウォーム51はコイルばね46によってウォームホイール12と接触する方向に付勢されるのでウォームホイール12とは断続的ながら安定して噛合し、ウォーム51からウォームホイール12に回転力が伝達される。このように、加振装置21は、図4(a)(b)に示すように所定の周波数でウォーム51(第1ギヤ)の噛合部の歯筋Cの歯面(側面)に対し直交方向成分avを有する振幅aの加振振動を付与する。そしてウォーム51とウォームホイール12との間の歯面間に微小な相対運動を生じさせ、噛合部の単位時間当たりの接触面積を低減して摩擦力を減少させる。
第2の実施形態に係るギヤ効率制御装置41は上記のように構成され、第1の実施形態に係るギヤ効率制御装置1と同様の作用効果を有する。
As a result, the meshing portion (screw
The gear
次に第3の実施形態のギヤ効率制御装置61について図5に基づいて説明する。第3の実施形態のギヤ効率制御装置61は第1、第2の実施形態のギヤ効率制御装置1、41に対し、加振手段である圧電体70がギヤセット60を構成するウォーム64を加振する方向のみが異なる。よって同様の部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。また、第1、第2の実施形態のギヤ効率制御装置1、41と同様の部品については同様の符号を付して説明する。
Next, the gear
図5に示すようにギヤ効率制御装置61においては、圧電体70はウォーム64(第1ギヤ)の軸部64dに円筒形状のスペーサ67を介して固定され、ウォーム64をウォーム64の回転軸線と直交する方向に加振する。スペーサ67は内周面においてウォーム64の軸部64dを回転可能に支持している。
As shown in FIG. 5, in the gear
圧電体70が加振されるとウォーム64の噛合部の歯筋の歯面(側面)に対し直交方向成分avを有する振幅aの振動が付与され、ウォーム64とウォームホイール12(第2ギヤ)との間に微小な相対運動が生じ、歯面間の摩擦抵抗を低減させる。
When the
このとき弾性部材であるコイルばね66はウォーム64の回転軸線を中心に180度反対側に配置され、ウォーム64の軸部64dをスペーサ67を介して圧電体70に向かって付勢する。これにより圧電体70によって加振されたウォーム64の噛合部は微小の相対運動を繰り返しながらも、コイルばね66によりウォーム51の噛合部の歯筋の歯面(側面)がウォームホイール12の噛合部の歯筋の歯面(側面)に接触する方向に付勢されることによって安定して断続接触して噛合し、ウォーム11からウォームホイール12に回転力を伝達する。
At this time, the
第3の実施形態に係るギヤ効率制御装置61は、このように構成されるので、ウォーム64の噛合部の歯筋の歯面(側面)に対する直交方向成分avの大きさは小さな値となるが、第1、第2の実施形態に係るギヤ効率制御装置1、41に対して相応の効果を有する。
Since the gear
なお、本実施形態においては、発振器24が生成する電圧信号は、矩形波であるとしたが、これに限らずSIN波でもよい。これによっても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the voltage signal generated by the
また、本実施形態においては、加振手段は、圧電体20、40、70であり、重畳振動検出装置は前記圧電体20、40、70から出力される重畳振動Gaを取得してフィードバック制御を行った。しかし、この態様に限らず、重畳振動検出装置には、加振手段としての圧電体20、40、70とは別の圧電体を1つ設け、ウォーム11、51、64から出力される振動を該別の圧電体から検出してもよい。またウォーム11、51、64から出力される振動をGセンサ等の圧電体以外の振動検出センサによって検出してもよい。これらによっても、同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the vibration means are the
また、本実施形態においては、第1ギヤをウォーム11、51、64とし、第2ギヤをウォームホイール12とした。しかしこれに限らず、第1ギヤ、及び第2ギヤは、かさ歯車の組み合わせでもよいし、平歯車の組み合わせとしてもよい。そして、これらの歯車の組み合わせにおいて一方の歯車に加振手段(圧電体)を配置し、噛合部の歯筋に対して直交方向の成分avが加わるように加振手段によって振動を付与する。そして加振した一方の歯車が他方の歯車と噛合する方向で、且つ圧電体の方向に向かって付勢するようコイルばねを配置すればよい。これによっても同様の効果が得られる。
In the present embodiment, the first gear is the
また、本実施形態においては、ウォーム11、51、64(第1ギヤ)とウォームホイール12(第2ギヤ)との間の噛合状態を検出するための指標として重畳振動Gaを適用した。しかしこれに限らず噛合状態の指標として音を適用してもよい。つまり、ウォーム11、51、64(第1ギヤ)とウォームホイール12(第2ギヤ)との間の噛合状態が悪化すれば、作動音が大きくなり、噛合状態が良好となれば作動音は小さくなるので、作動音を噛合状態の指標としてフィードバック制御してもよい。これによっても同様の効果が期待できる。
In the present embodiment, the superimposed vibration Ga is applied as an index for detecting the meshing state between the
さらに、第1、第2実施形態において、コイルばね(弾性部材)16、46は、ウォーム11、51の軸線方向において、ウォームホイール12との噛合部よりも圧電体20、40側に配置した。しかしこの態様に限らず、コイルばねは、ウォーム11、51の軸線方向において、ウォームホイール12との噛合部よりも圧電体20、40から離間した側、つまり噛合部を中心として圧電体20、40と反対側に設けてもよい。これによっても同様の効果が得られる。
Furthermore, in the first and second embodiments, the coil springs (elastic members) 16 and 46 are arranged on the
1、41、61…ギヤ効率制御装置、10、50、60…ギヤセット、11、51、64…第1ギヤ(ウォーム)、12…第2ギヤ(ウォームホイール)、13…軸受け、14、67…スペーサ、16、46、66…弾性部材(コイルばね)、20、40、70…加振手段(圧電体)、21…加振装置、22…制御部、23…周波数コントローラ、24…発振器、30…重畳振動検出装置、42…ボール、43…支持軸。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1ギヤの噛合部の歯筋に対し直交方向成分を有す加振振動を前記第1ギヤに付与し、前記第1ギヤと前記第2ギヤとの歯面間の摩擦抵抗を低減させる加振手段と、
前記加振手段が前記振動を与える方向と平行に前記第1ギヤを前記加振手段に向かって付勢する弾性部材と、
前記第1ギヤ、及び前記第2ギヤが噛合し回転状態で前記加振手段によって前記第1ギヤが加振されたとき、前記第1ギヤに前記加振振動に重畳して発生する重畳振動を検出する重畳振動検出装置と、
を有し、
前記検出した前記重畳振動が最小になるように前記加振手段が加振周波数を制御するギヤ効率制御装置。 A gear set comprising a first gear and a second gear meshing with each other;
Exciting vibration having an orthogonal component to the tooth trace of the meshing portion of the first gear is applied to the first gear to reduce the frictional resistance between the tooth surfaces of the first gear and the second gear. Vibration means;
An elastic member that urges the first gear toward the vibration means parallel to a direction in which the vibration means applies the vibration;
When the first gear and the second gear mesh with each other and the first gear is vibrated by the vibration means in a rotating state, superimposed vibration generated on the first gear is superimposed on the vibration. A superimposed vibration detection device to detect;
Have
A gear efficiency control device in which the excitation means controls the excitation frequency so that the detected superimposed vibration is minimized .
前記加振手段は、入力電圧を変化させて前記加振周波数を制御する圧電体であり、
前記重畳振動検出装置は前記第1ギヤに発生する前記重畳振動を前記圧電体から出力される電圧信号から検出するギヤ効率制御装置。 In claim 1 or 2 ,
The excitation means is a piezoelectric body that controls the excitation frequency by changing an input voltage,
The superimposed vibration detection device is a gear efficiency control device that detects the superimposed vibration generated in the first gear from a voltage signal output from the piezoelectric body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011012520A JP5716413B2 (en) | 2011-01-25 | 2011-01-25 | Gear efficiency control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011012520A JP5716413B2 (en) | 2011-01-25 | 2011-01-25 | Gear efficiency control device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012154380A JP2012154380A (en) | 2012-08-16 |
| JP5716413B2 true JP5716413B2 (en) | 2015-05-13 |
Family
ID=46836319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011012520A Expired - Fee Related JP5716413B2 (en) | 2011-01-25 | 2011-01-25 | Gear efficiency control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5716413B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11273729B2 (en) | 2018-06-28 | 2022-03-15 | Faurecia Automotive Seating, Llc | Variable efficiency actuator for a vehicle seat |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN120405257B (en) * | 2025-03-28 | 2026-03-24 | 深圳市宇宏微半导体有限公司 | An automated high and low temperature testing device and method for surface-mount crystal oscillators. |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02220279A (en) * | 1989-02-21 | 1990-09-03 | Toshiba Corp | Magnetic disk device |
| JP3149599B2 (en) * | 1993-02-10 | 2001-03-26 | 株式会社ニコン | Lead screw device |
| JPH08145126A (en) * | 1994-11-17 | 1996-06-04 | Nikon Corp | Gear unit |
| JPH10193235A (en) * | 1997-01-10 | 1998-07-28 | Sigma Tec Kk | Angular positioning device |
| JPH1158181A (en) * | 1997-08-19 | 1999-03-02 | Tsudakoma Corp | Dividing device and driving method thereof |
| JP2006046590A (en) * | 2004-08-06 | 2006-02-16 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Rotation transmission device and camera device |
| JP2009192022A (en) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Toyota Motor Corp | Gear device |
| JP5271735B2 (en) * | 2009-02-02 | 2013-08-21 | 三菱重工業株式会社 | Worm gear unit |
| JP5438995B2 (en) * | 2009-03-10 | 2014-03-12 | 株式会社ミツトヨ | Shape measuring machine and scanning probe device |
-
2011
- 2011-01-25 JP JP2011012520A patent/JP5716413B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11273729B2 (en) | 2018-06-28 | 2022-03-15 | Faurecia Automotive Seating, Llc | Variable efficiency actuator for a vehicle seat |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2012154380A (en) | 2012-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2012253990A (en) | Piezoelectric actuator, robot hand, and robot | |
| JP5799596B2 (en) | Piezoelectric actuator, robot hand, and robot | |
| JP4525943B2 (en) | Driving method of ultrasonic motor | |
| JP4479725B2 (en) | Piezoelectric actuators and equipment | |
| JP4141990B2 (en) | Piezoelectric actuators and equipment | |
| JP5884303B2 (en) | Piezoelectric actuator, robot hand, and robot | |
| JP5184909B2 (en) | Oscillator device and optical deflection device | |
| EP3659250A1 (en) | Method for closed-loop motion control of an ultrasonic motor | |
| JP2012039754A5 (en) | ||
| Ma et al. | Resonant-type inertial impact motor with rectangular pulse drive | |
| JP5716413B2 (en) | Gear efficiency control device | |
| JP2009089517A (en) | Ultrasonic motor drive device | |
| JP5218045B2 (en) | Vibration actuator, lens barrel, camera system, and driving method of vibration actuator | |
| CN109417357B (en) | Vibration wave motor and optical apparatus | |
| JP5760748B2 (en) | Piezoelectric actuator driving method and driving unit | |
| JP5621662B2 (en) | Piezoelectric motor control method and piezoelectric motor | |
| JP4998244B2 (en) | Vibration actuator, control method therefor, and robot hand | |
| JP2016049004A (en) | Drive device, lens barrel | |
| JP2016013009A (en) | Driving method of vibrator, and electronic apparatus | |
| JP5974355B2 (en) | Piezoelectric actuator and electronic device | |
| JP2008294162A (en) | Surface acoustic wave actuator | |
| JP2013090554A (en) | Control device of vibration type actuator | |
| JP5978646B2 (en) | Vibration wave motor, lens barrel, camera, and vibration wave motor control method | |
| Ishii et al. | Multi-mode Langevin Transducers for π-shaped ultrasonic motor with multi-degree of freedom | |
| JP2010063228A (en) | Ultrasonic motor, controller therefor, and electronic equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131205 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140724 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140805 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140912 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150302 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5716413 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |