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JP5716413B2 - Gear efficiency control device - Google Patents
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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
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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.

特開2005−256954号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-256594 特開平11−160599号公報JP-A-11-160599

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.

第1の実施形態に係るギヤ効率制御装置1の側面概要図(a)と上面概要図(b)である。It is the side surface schematic diagram (a) and the upper surface schematic diagram (b) of the gear efficiency control apparatus 1 which concern on 1st Embodiment. ギヤ効率制御装置の制御回路概要図である。It is a control circuit schematic diagram of a gear efficiency control apparatus. 圧電体20を加振する矩形電圧信号に重畳振動Gaが重畳された状態を示す電圧信号の例である。It is an example of the voltage signal which shows the state by which the superimposition vibration Ga was superimposed on the rectangular voltage signal which vibrates the piezoelectric material 20. 第2の実施形態に係るギヤ効率制御装置41の側面概要図(a)と上面概要図(b)である。It is the side surface schematic diagram (a) and the upper surface schematic diagram (b) of the gear efficiency control apparatus 41 which concern on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るギヤ効率制御装置61をウォームの軸方向から見た正面概要図(a)と、図5(a)のP視図である上面概要図(b)である。It is the front schematic diagram (a) which looked at the gear efficiency control apparatus 61 which concerns on 3rd Embodiment from the axial direction of worm, and the upper surface schematic diagram (b) which is a P view of FIG. 5 (a).

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 gear set 10, a piezoelectric body 20 (corresponding to a vibration means in the present invention) that is a vibrating body that vibrates the gear set 10, and an excitation that controls the piezoelectric body 20. It has a vibration device 21, a coil spring 16 (corresponding to an elastic member in the present invention), and a superimposed vibration detection device 30.

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 gear set 10 includes a worm 11 (corresponding to a first gear in the present invention) and a worm wheel 12 (corresponding to a second gear in the present invention) that mesh with each other at a meshing portion. The worm 11 and the worm wheel 12 are general cylindrical worm gears, and the rotation axis of the worm 11 and the rotation axis of the worm wheel 12 are orthogonal to each other. The shaft portion 11c of the worm 11 is rotationally connected to a drive source (not shown). At this time, any drive source may be used, such as a motor rotated by electricity, or an internal combustion engine such as a gasoline engine. The gear set 10 converts the rotation direction of the shaft portion 11 c of the worm 11 and reduces the rotation speed of the worm 11 to transmit the rotation from the drive source to the worm wheel 12.

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 worm 11 has a threaded portion 11 a having a tooth trace A formed at an angle of 90 ° + α ° with respect to the rotation axis of the worm 11 on the cylindrical surface. α ° is an arbitrary angle and may be any angle as long as it is within a range that can be established as a worm. Moreover, the screw formed in the screw part 11a is not limited to a single thread, and may be a multiple thread.

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 worm wheel 12 is a helical gear, and the screw portion 12 a is engaged with the screw portion 11 a of the worm 11. The thread portion 12a of the worm wheel 12 is formed with tooth traces B having an angle of + α ° with respect to the rotational axis of the worm wheel 12 so as to mesh with the thread portion 11a (see FIG. 1B). ). A rotation shaft portion (not shown) of the worm wheel 12 is rotatably supported by a support portion (not shown) included in the gear efficiency control device 1. Further, in the vicinity of the axial direction of the screw portion 11a of the worm 11, an annular portion 11b having a diameter larger than that of the screw portion 11a is formed coaxially with the screw portion 11a.

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 bearing 13, which is a ball bearing, supports the shaft portion 11 c of the worm 11 at a position farther from the screw portion 11 a than the annular portion 11 b in the axial direction of the worm 11. The bearing 13 is an inner ring that supports the shaft portion 11c so as to be movable in the axial direction, and the outer ring is fixed to a fixing member (not shown). The fixing member (not shown) is provided in a part of the gear efficiency control device 1 like the worm wheel 12, but is not limited thereto and may be provided in another member. In this embodiment, a ball bearing is applied to the bearing 13. However, the present invention is not limited to this, and a bearing having a configuration in which the outer peripheral surface is fixed to the fixing member and the outer peripheral surface of the shaft portion 11c of the worm 11 is supported by sliding with the inner peripheral surface of the cylindrical through hole may be applied. Good.

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 spacer 14 is provided between the annular portion 11 b of the worm 11 and the bearing 13. One surface 14a of the spacer 14 is slidably in contact with the surface on the bearing 13 side of the annular portion 11b. A piezoelectric body 20 (excitation means) is provided between the spacer 14 and the bearing 13, and the piezoelectric body 20 is in contact with the other surface 14 b of the spacer 14. When a predetermined electrical signal is input and driven, the piezoelectric body 20 is displaced by an amplitude a (for example, several μm) in the axial direction of the worm 11 and vibrates. The amplitude a may be selected as appropriate by the practitioner.

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 piezoelectric body 20 is vibrated with the amplitude a by the vibration device 21 shown in FIG. 2 which is the control circuit of the gear efficiency control device 1, the vibration of the piezoelectric body 20 is caused by the spacer 14, the annular portion 11b, And the meshing part (screw part 11a) of the worm 11 is vibrated with the amplitude a through the shaft part 11c. Further, a coil spring 16 as an elastic member according to the present invention is in contact with the flat surface of the annular portion 11a on the screw portion 11a side. The coil spring 16 is contracted between the annular portion 11 b and a support portion (not shown) provided in a part of the gear efficiency control device 1. That is, as shown in FIG. 1A, the coil spring 16 has a worm 11 (first direction) in a direction parallel to and opposite to the direction in which the piezoelectric body 20 that is the vibrating means applies vibration, that is, toward the piezoelectric body 20. The gear is energized.

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 portion 11a) of the worm 11 vibrated by the piezoelectric body 20 is intermittently connected to the meshing portion (screw portion 12a) of the worm wheel 12 while repeating a minute (amplitude a) relative movement at a predetermined frequency. Touch. At this time, since the worm 11 is urged by the coil spring 16 in a direction in contact with the worm wheel 12, the worm 11 intermittently and stably meshes with the worm wheel 12, and rotational force is transmitted from the worm 11 to the worm wheel 12. . In this way, the vibration device 21 is orthogonal to the tooth surface (side surface) of the tooth trace A of the meshing portion of the worm 11 (first gear) at a predetermined frequency as shown in FIGS. An excitation vibration having an amplitude a having a component av is applied. Then, a minute relative motion is generated between the tooth surfaces between the worm 11 and the worm wheel 12, and the contact area per unit time of the meshing portion is reduced to reduce the frictional force.

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 worm 11 toward the piezoelectric body 20 (vibration means). For example, the elastic member has a rubber material or an elastic force. A plate-like metal or the like may be used.

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(PbO、ZrO、TrO等(PZT系)、BaTiO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SiO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LiTAO)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)や、多結晶材であるチタン酸バリウム(BaTio)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)O-PbTiO (PMN-PT)系セラミックス等)でもよい。 The piezoelectric body 20 converts electrical energy into mechanical energy, and vibrates at a predetermined frequency according to an input voltage. In the present embodiment, the piezoelectric body 20 is a ceramic piezoelectric material, for example, a laminated body of ceramic piezoelectric elements (PbO 3 , ZrO 3 , TrO 3 etc. (PZT type), BaTiO 3 etc. (BT type)). However, the piezoelectric body is not limited to a ceramic piezoelectric element, and a quartz piezoelectric element (eg, SiO 2 ) may be applied. Further, lithium tantalate (for example, LiTAO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), which is a single crystal material, barium titanate (BaTiO 3 ), which is a polycrystalline material, or the like may be used. Further, an electrostrictive ceramic (such as Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT) ceramic) exhibiting a strain proportional to the square of the electric field may be used.

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 vibration device 21 includes a control unit 22, a frequency controller 23, and an oscillator 24. The frequency controller 23 and the oscillator 24 are controlled by the control unit 22. The control unit 22 includes a CPU, a RAM, a ROM (not shown), and the like that perform calculations. The ROM is a memory that stores a control program and the like. The control unit 22 performs arithmetic processing based on a control program stored in the ROM by the CPU. In the present embodiment, the CPU calculates an excitation vibration frequency fa that minimizes the superimposed vibration Ga based on a detected superimposed vibration Ga described later. And the command signal of the vibration vibration frequency calculated to the frequency controller 23 is transmitted.

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 frequency controller 23 receives the result calculated by the control unit 22 and transmits the target value to the oscillator 24.
The oscillator 24 generates a rectangular voltage pulse wave according to the target value transmitted from the frequency controller 23 and applies it to the piezoelectric body 20. As a result, the piezoelectric body 20 imparts an excitation vibration with an amplitude a having an orthogonal component av to the tooth surface (side surface) of the tooth trace A of the meshing portion of the worm 11 at the target vibration vibration frequency fa. The frictional resistance between the tooth surfaces between the worm wheel 12 and the worm wheel 12 is reduced.

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 vibration detection device 30 will be described. The superimposed vibration detection device 30 includes a control unit 22, a piezoelectric body 20, an oscilloscope 31, a high-pass filter HPF, and an amplifier AMP that are shared with the vibration device 21. The piezoelectric body 20 is the same as and shared with the piezoelectric body 20 as the vibration means. Since the oscilloscope 31, the high-pass filter HPF, and the amplifier AMP are well known, description thereof will be omitted.

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 vibration detection device 30 detects the vibration of the gear set 10 itself that meshes and rotates by using the piezoelectric body 20 for vibrating the worm 11. That is, the piezoelectric body 20 receives the vibration of the worm 11 through the spacer 14 in contact with the worm 11, and outputs a voltage signal according to the magnitude of the vibration. At this time, as shown in FIG. 3, the vibration signal of the worm 11 is detected by being superimposed on the voltage signal input to the piezoelectric body 20 by the vibration device 21 (hereinafter, the vibration of the gear set 10 itself is referred to as the superimposed vibration Ga. Called).

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 vibration detection device 30 takes in the voltage signal P on which the superimposed vibration Ga output from the piezoelectric body 20 in accordance with the command of the control unit 22 is extracted, and the superimposed vibration Ga is extracted by the high-pass filter HPF and amplified by the amplifier AMP. . Then, the control unit 22 performs calculation so that the superimposed vibration Ga is minimized and feedback-controls an input voltage signal for exciting and vibrating the piezoelectric body 20, thereby improving the rotational efficiency of the worm 11 and the worm wheel 12. . That is, the vibration frequency fa that avoids the resonance generated in the worm wheel 12 by intermittently contacting the meshing worm 11 and the worm wheel 12 while searching for the inherent resonance frequency of the worm 11 is searched. Is. However, factors other than resonance may be considered as factors that increase the superposed vibration Ga. However, in the present invention, the superposed vibration Ga generated by any factor is controlled by feedback control so that the superposed vibration Ga is minimized, so that the rotational efficiency of the worm 11 and the worm wheel 12 is reliably improved. Can do.

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 worm 11. As a result, the rotational force is transmitted to the threaded portion 12a of the worm wheel 12 that meshes with the threaded portion 11a of the worm 11, the rotational direction of the worm 11 is changed, the rotational speed of the worm 11 is reduced, and the worm wheel 12 rotates. Is done.

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 vibration device 21 is operated. The control unit 22 of the excitation device 21 transmits a command signal having a predetermined excitation vibration frequency fa to the frequency controller 23. The frequency controller 23 transmits the target value commanded from the control unit 22 to the oscillator 24, and the oscillator 24 generates a rectangular pulse wave according to the target value transmitted from the frequency controller 23 and applies it to the piezoelectric body 20. . As a result, the piezoelectric body 20 vibrates at a predetermined vibration vibration frequency fa, and vibrates the worm 11 in the rotation axis direction. As a result, a vibration having an amplitude a having an orthogonal component av is applied to the tooth surface (side surface) of the tooth trace A of the meshing portion of the worm 11 (first gear). Then, the biasing force of the coil spring 16 causes minute relative movement between the tooth surfaces of the worm 11 and the worm wheel 12 where the tooth surfaces are preferably in intermittent contact with each other, thereby reducing the contact area per unit time of the meshing portion. To reduce the frictional force. Thus, if it rotates while meshing in the state which vibrated and vibrated, the frictional force between the tooth surfaces of the worm 11 and the worm wheel 12 will become small, and the gear set 10 can operate | move efficiently.
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 worm 11 and the worm wheel 12 can be operated most efficiently. It is preferable to vibrate.

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 worm 11 or the worm wheel 12 that is vibrated and vibrated by the vibration device 21 appears as a small value if it deviates from the resonance frequency of the worm 11 or the worm wheel 12, for example. However, if it substantially coincides with the resonance frequency, the value of the superposed vibration Ga is greatly increased, and it cannot be expected that the frictional force between the worm 11 and the worm wheel 12 is reduced to operate efficiently. Therefore, in the present invention, the control unit 22 of the superimposed vibration detection device 30 analyzes and calculates the value of the superimposed vibration Ga, and transmits a command to the vibration device 21 so that the value of the superimposed vibration Ga is equal to or less than the threshold value. The magnitude of the vibration frequency fa is controlled.

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 vibration detection device 30 first takes in the voltage signal P on which the superposed vibration Ga output from the piezoelectric body 20 is superposed by the command of the control unit 22 into the oscilloscope 31 and the high-pass filter HPF at regular intervals (for example, every 20 ms). (See FIG. 3). The high-pass filter HPF separates and extracts the superposed vibration Ga that becomes a high-frequency component.

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 control unit 22, and it is determined whether or not the superimposed vibration Ga needs to be further reduced. If the superposed vibration Ga is smaller than a predetermined threshold value, the control unit 22 continues the vibration at the current vibration vibration frequency fa or increases the vibration vibration frequency fa so as to perform further efficient rotation. . The predetermined threshold here refers to the magnitude of the superimposed vibration Ga that the gear set 10 that has been studied and derived in advance can efficiently rotate. Therefore, the allowable maximum value of the superimposed vibration Ga may be set as a threshold value, or the allowable maximum value + α of the superimposed vibration Ga may be set as a threshold value in consideration of variation in the allowable maximum value, and may be arbitrarily determined by the practitioner.

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 worm 11 or the worm wheel 12 may be resonated. Accordingly, the control unit 22 calculates whether to increase or decrease the vibration vibration frequency fa based on the superimposed vibration Ga data stored in the RAM, and transmits the calculation result (command value) to the frequency controller 23. The frequency controller 23 receives the result calculated by the control unit 22 and transmits an excitation vibration frequency fa that is a target value to the oscillator 24.
The oscillator 24 generates a rectangular voltage pulse wave according to the target value transmitted from the frequency controller 23 and applies it to the piezoelectric body 20. As a result, the piezoelectric body 20 is vibrated at the excitation vibration frequency fa which is a target value.

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 vibration detection device 30 by the same method as described above. Then, the amplified superimposed vibration Ga is stored in the control unit 22, and it is determined again whether or not the superimposed vibration Ga needs to be further reduced. As a result, if the superimposed vibration Ga is smaller than the predetermined threshold, the control unit 22 can continue the excitation at the current excitation vibration frequency fa, or can further increase the excitation vibration frequency fa to perform further efficient rotation. Control as follows. Further, if the superposed vibration Ga is larger than a predetermined threshold, the control unit 22 computes whether to increase or decrease the vibration vibration frequency fa in order to make the superposition vibration Ga smaller than the threshold, and based on the calculation result, the vibration vibration frequency Change fa.

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 worm 11 and the worm wheel 12 can be improved even when the resonance frequency of the worm 11 is not clear or when the resonance frequency fluctuates due to operating conditions, load fluctuations, or the like. it can.

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 worm 11 and the second gear is the worm wheel 12. In this way, by applying the present invention to the worm 11 and the worm wheel 12 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. In addition, since the piezoelectric body 20 used for the vibration means is also used for detection of the superposed vibration Ga, the configuration can be simplified and the cost can be reduced.

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 worm 11 in a direction parallel to the direction in which the piezoelectric body 20 applies vibration to the worm 11 and toward the piezoelectric body 20. As a result, while the gear set 10 is maintained in a stable meshing state by the coil spring 16, a minute relative motion is generated between the worm 11 and the worm wheel 12 by the vibration vibration, and the contact area per unit time is reduced and the friction is reduced. Force is reduced. Thus, the frictional force can be reduced at a low cost with a simple configuration.

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 worm 11 is vibrated by the piezoelectric body 20, the superimposed vibration Ga generated when the worm 11 meshes with the worm wheel 12 and rotates. The magnitude is detected by the superimposed vibration detection device 30. The magnitude of the excitation frequency fa at which the piezoelectric body 20 vibrates the worm 11 (first gear) is controlled so that the detected superimposed vibration Ga is minimized (below the threshold value). Thus, since the magnitude of the superimposed vibration Ga serving as an index of a good meshing state between the worm 11 (first gear) and the worm wheel 12 (second gear) is controlled, the gear set 10 Can stably reduce the frictional force while maintaining a good meshing state.

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 efficiency control apparatus 41 of 2nd Embodiment is demonstrated. The gear efficiency control device 41 according to the second embodiment differs from the gear efficiency control device 1 according to the first embodiment in that the arrangement position of the piezoelectric body 40 that is the vibration means is different, and between the piezoelectric body 40 and the worm 51. Since only the connection method is different, the description of the same part is omitted, and only the different part will be described. Further, parts similar to those of the gear efficiency control device 1 of the first embodiment will be described with the same reference numerals.

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 efficiency control device 41 shown in FIG. 4 includes a gear set 50 (worm 51, worm wheel 12), a piezoelectric body 40 that vibrates the gear set 50 (corresponding to the vibration means in the present invention), and a piezoelectric body 40. The vibrating device 21 that vibrates, the coil spring 46 (corresponding to the elastic member in the present invention), and the superimposed vibration detecting device 30 are provided.

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 portion 51a having a tooth trace C formed at an angle of 90 ° + α ° with respect to the rotational axis of the worm 51 on the cylindrical surface. . The worm wheel 12 (second gear) meshes with the threaded portion 51 a of the worm 51.
In the axial direction of the worm 51, the bearing 13, which is a ball bearing, supports the shaft portion 51 c of the worm 51 on the opposite side from the position where the piezoelectric body 40 is disposed and the screw portion 51 a.
As shown in FIG. 4, the piezoelectric body 40 serving as the vibration means is disposed on the opposite side of the bearing 13 with the screw portion 51 a of the worm 51 as the center. The piezoelectric body 40 is fixed to a support shaft 43 disposed coaxially with the shaft portion 51 c of the worm 51. The support shaft 43 supports the piezoelectric body 40 when the piezoelectric body 40 vibrates, and part of the gear efficiency control device 41 so that the vibration of the piezoelectric body 40 can be transmitted to the worm 51 via a ball 42 described later ( (Not shown).

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 support shaft 43 and the worm 51, the metal (for example, stainless steel) ball 42 described above is interposed. The ball 42 is formed between a recess (not shown) formed on the end surface 43a of the support shaft 43 on the worm 51 side and a recess (not shown) formed on the end surface 51d of the worm 51 facing the end surface 43a. Some of them enter each other and are sandwiched so that they can rotate relative to each other. Each recess is formed in an SR (sphere R) shape, and the size of the SR is larger than the size of the SR on the surface of the ball 42. As a result, the ball 42 contacts the SR surface of each recess at a point, and can rotate relative to the worm 51 about the contact point without receiving a large sliding resistance.

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 end surface 51d of the worm 51, an annular portion 51b having a diameter larger than that of the shaft portion 51c of the worm 51 is formed coaxially with the screw portion 51a. One end surface of the coil spring 46, which is an elastic member, is in contact with the flat surface on the threaded portion 51a side of the annular portion 51b. The other end face of the coil spring 46 is fixed to the same member as the member that fixes the outer periphery of the bearing 13 of the worm 51. As a result, the worm 51 is biased toward the piezoelectric body 40 by the coil spring 46 in parallel with the direction in which the piezoelectric body 40 applies vibration. When the piezoelectric body 40 is vibrated by the vibration device 21, the vibration vibration vibrates the meshing portion (screw portion 51a) of the worm 51 via the support shaft 43, the ball 42, and the shaft portion 51c.

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 portion 51a) of the worm 51 vibrated by the piezoelectric body 40 repeats a minute (amplitude a) relative movement at a predetermined frequency in the axial direction of the worm 51, but the meshing portion ( Intermittently contacts the threaded portion 12a). At this time, since the worm 51 is urged by the coil spring 46 in a direction in contact with the worm wheel 12, the worm 51 intermittently and stably meshes with the worm wheel 12, and rotational force is transmitted from the worm 51 to the worm wheel 12. . Thus, as shown in FIGS. 4A and 4B, the vibration device 21 is orthogonal to the tooth surface (side surface) of the tooth trace C of the meshing portion of the worm 51 (first gear) at a predetermined frequency. An excitation vibration having an amplitude a having a component av is applied. Then, a minute relative motion is generated between the tooth surfaces between the worm 51 and the worm wheel 12, and the contact area per unit time of the meshing portion is reduced to reduce the frictional force.
The gear efficiency control device 41 according to the second embodiment is configured as described above, and has the same operational effects as the gear efficiency control device 1 according to the first embodiment.

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 efficiency control apparatus 61 of 3rd Embodiment is demonstrated based on FIG. The gear efficiency control device 61 of the third embodiment oscillates the worm 64 that constitutes the gear set 60 by a piezoelectric body 70 as a vibration means, compared to the gear efficiency control devices 1 and 41 of the first and second embodiments. Only the direction is different. Therefore, the description of the same part is omitted, and only the different part will be described. Further, parts similar to those of the gear efficiency control apparatuses 1 and 41 of the first and second embodiments will be described with the same reference numerals.

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 efficiency control device 61, the piezoelectric body 70 is fixed to the shaft portion 64d of the worm 64 (first gear) via a cylindrical spacer 67, and the worm 64 is connected to the rotation axis of the worm 64. Vibrates in an orthogonal direction. The spacer 67 rotatably supports the shaft portion 64d of the worm 64 on the inner peripheral surface.

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 piezoelectric body 70 is vibrated, a vibration having an amplitude a having an orthogonal component av is applied to the tooth surface (side surface) of the tooth trace of the meshing portion of the worm 64, and the worm 64 and the worm wheel 12 (second gear). A slight relative movement occurs between the tooth surfaces and the frictional resistance between the tooth surfaces is reduced.

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 coil spring 66, which is an elastic member, is disposed 180 degrees opposite to the rotation axis of the worm 64, and urges the shaft portion 64 d of the worm 64 toward the piezoelectric body 70 via the spacer 67. As a result, while the meshing portion of the worm 64 vibrated by the piezoelectric body 70 repeats a minute relative motion, the tooth surface (side surface) of the tooth trace of the meshing portion of the worm 51 is meshed with the worm wheel 12 by the coil spring 66. By being urged in the direction of contact with the tooth surfaces (side surfaces) of the tooth traces, the teeth are stably in intermittent contact and engaged with each other, and the rotational force is transmitted from the worm 11 to the worm wheel 12.

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 efficiency control device 61 according to the third embodiment is configured as described above, the magnitude of the orthogonal component av with respect to the tooth surface (side surface) of the tooth trace of the meshing portion of the worm 64 is a small value. The gear efficiency control devices 1 and 41 according to the first and second embodiments have corresponding effects.

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 oscillator 24 is a rectangular wave. However, the voltage signal is not limited to this and may be a SIN wave. This also provides the same effect.

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 piezoelectric bodies 20, 40, and 70, and the superimposed vibration detection device acquires the superimposed vibration Ga output from the piezoelectric bodies 20, 40, and performs feedback control. went. However, the present invention is not limited to this mode, and the superimposed vibration detection apparatus is provided with one piezoelectric body different from the piezoelectric bodies 20, 40, and 70 as the vibration means, and the vibration output from the worms 11, 51, and 64 is detected. You may detect from this another piezoelectric material. Further, the vibration output from the worms 11, 51, 64 may be detected by a vibration detection sensor other than a piezoelectric body such as a G sensor. The same effect can be obtained by these.

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 worm 11, 51, 64, and the second gear is the worm wheel 12. However, the present invention is not limited to this, and the first gear and the second gear may be a combination of bevel gears or a combination of spur gears. In the combination of these gears, a vibration means (piezoelectric body) is arranged on one gear, and vibration is applied by the vibration means so that a component av in the orthogonal direction is applied to the tooth trace of the meshing portion. Then, a coil spring may be arranged so that one of the excited gears is biased toward the direction of the piezoelectric body in a direction in which the other gear meshes with the other gear. This also provides the same effect.

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 worms 11, 51, 64 (first gear) and the worm wheel 12 (second gear). However, the present invention is not limited to this, and sound may be applied as an indicator of the meshing state. That is, if the meshing state between the worms 11, 51, 64 (first gear) and the worm wheel 12 (second gear) deteriorates, the operating noise increases, and if the meshing state becomes good, the operating noise decreases. Therefore, feedback control may be performed using the operation sound as an indicator of the meshing state. The same effect can be expected by this.

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 piezoelectric bodies 20 and 40 side with respect to the meshing portion with the worm wheel 12 in the axial direction of the worms 11 and 51. However, the present invention is not limited to this mode, and the coil springs are arranged in the axial direction of the worms 11, 51 with respect to the piezo-electric bodies 20, 40 centered on the side farther from the piezo-electric bodies 20, 40 than the meshing part with the worm wheel 12. It may be provided on the opposite side. This also provides the same effect.

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 SYMBOLS 1, 41, 61 ... Gear efficiency control apparatus 10, 50, 60 ... Gear set, 11, 51, 64 ... 1st gear (worm), 12 ... 2nd gear (worm wheel), 13 ... Bearing, 14, 67 ... Spacer, 16, 46, 66 ... elastic member (coil spring), 20, 40, 70 ... vibration means (piezoelectric body), 21 ... vibration device, 22 ... control unit, 23 ... frequency controller, 24 ... oscillator, 30 ... superimposed vibration detection device, 42 ... ball, 43 ... support shaft.

Claims (3)

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 .
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ギヤ効率制御装置。 Oite to claim 1, wherein the first gear is a worm, the second gear is a gear efficiency control device is a worm wheel. 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.
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