JP2012154380A - ギヤ効率制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】互いに噛合する第１ギヤ１１、及び第２ギヤ１２からなるギヤセット１０と、第１ギヤ１１の噛合部の歯筋に対し直交方向成分を有す加振振動を第１ギヤ１１に付与し、第１ギヤ１１と第２ギヤ１２との歯面間の摩擦抵抗を低減させる加振手段２０と、加振手段２０が振動を与える方向と平行に第１ギヤ１１を加振手段２０に向かって付勢する弾性部材１６と、を有する。
【選択図】図１

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。

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。

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。

特開２００５−２５６９５４号公報 特開平１１−１６０５９９号公報

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。

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。

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、を有する。

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、及び第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。

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または２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。

上記課題を解決するため、請求項４に係るギヤ効率制御装置は、請求項１乃至３のいずれか１項において、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。

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。

請求項２に係る発明によれば、請求項１において、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。

請求項３に係る発明によれば、請求項１または２において、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。

請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項において、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。

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。 ギヤ効率制御装置の制御回路概要図である。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_３、ＺｒＯ_３、ＴｒＯ_３等（ＰＺＴ系）、ＢａＴｉＯ_３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_２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_３)、ニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ_３)や、多結晶材であるチタン酸バリウム(ＢａＴｉｏ_３)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（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３)Ｏ_３-ＰｂＴｉＯ_３ (ＰＭＮ-ＰＴ)系セラミックス等）でもよい。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (4)

1. 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、
   を有するギヤ効率制御装置。
2. 請求項１において、
   前記第１ギヤ、及び第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。
3. 請求項１または２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。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   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。

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