(57)【要約】【課題】振動している歯車に対して振動を加えることにより、歯車の振動を抑制して、ケースの振動を抑える振動制御装置を提供する。【解決手段】はす歯歯車３ａからなる駆動歯車と該駆動歯車に噛み合っている従動歯車３ｂとの間でトルクを伝達することに伴う振動を抑制する振動制御装置において、前記駆動歯車３ａもしくは従動歯車３ｂを軸線方向に繰り返し押圧する圧電素子１３と、前記駆動歯車３ａと従動歯車３ｂとの間でトルクを伝達することにより生じる振動を検出する振動センサ１８と、前記圧電素子１３に印加する電流を、前記振動センサ１８により検出された振動が小さくなるように制御するコントローラ２１とを備えていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
はす歯歯車からなる駆動歯車と該駆動歯車に噛み合っている従動歯車との間でトルクを伝達することに伴う振動を抑制する振動制御装置において、
前記駆動歯車もしくは従動歯車を軸線方向に繰り返し押圧する圧電素子と、
前記駆動歯車と従動歯車との間でトルクを伝達することにより生じる振動を検出する振動センサと、
前記圧電素子に印加する電流を、前記振動センサにより検出された振動が小さくなるように制御するコントローラと
を備えていることを特徴とする振動制御装置。
【請求項２】
前記駆動歯車および従動歯車は、車両に搭載された変速機の一部を構成しており、
前記コントローラは、前記振動センサで検出された振動が小さくなるように前記電流を制御した際の前記車両の駆動トルクおよび前記各歯車の回転角度ならびに前記車両で設定されているシフトポジションおよび前記変速機のオイル温度とを含む運転状態を記憶し、該記憶した運転状態と同じ運転状態では前記電流を同一に制御するように構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の振動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力源から出力された動力を入力側の歯車から出力側の歯車に伝達する際に生じる振動を抑制する振動制御装置に関し、センサを用いて振動制御装置の状態を測定して、発生する振動を制御する振動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動力の伝達に関する一般的な装置として、歯車が知られている。歯車による動力伝達は、動力源から出力された動力により入力側の歯車が回転され、この入力側の歯車が出力側の歯車と噛み合うことにより、動力源から出力された動力が出力側の歯車に伝達される。しかしながら、歯車による動力伝達は、歯車の製造誤差、たわみなどによる噛み合い誤差により、駆動ギア回転に対して被駆動ギア回転の進み遅れが発生し、振動や騒音が発生する。
【０００３】
歯車の振動を抑制する制御装置において、歯車の振動に同期する振動を歯車に伝達することにより、歯車の振動を抑制する発明が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された装置では、圧電素子片がハウジングの一部であって、この圧電素子片が共振を生じやすい部位に貼り付けられている。そのため、圧電素子片に電流を印加することにより圧電素子が振動されて、この振動が共振を生じやすい部位に伝達される。したがって、共振している部位の振動が抑制される。
【０００４】
また、振動センサ等により抑制すべき振動を検出し、それを電気的に処理して圧電素子片に印加すべき振動電圧を生成して、この電圧を圧電素子片に印加することにより、振動を抑制する防振装置が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載された装置では、圧電素子への印加電圧をパラメータとして加振周波数に対する振動レベル特性を予め測定し、その振動レベル特性のデータをマップ化させておき、このデータと検出された振動とを対比することにより圧電素子へ印加する電圧が制御される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４４８３６号公報
【特許文献２】特開平５−１３３４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された発明は、ハウジングに圧電素子が取り付けられており、検出されたハウジングの振動に基づいて圧電素子に印加すべき電圧が印加される。しかしながら、特許文献１に記載された発明では、ハウジングの振動の抑制について着目した発明であり、歯車の噛み合いにおける振動の発生の抑制について着目した発明ではない。そのため、歯の噛み合いにより生じる騒音やエネルギ損失を充分に抑制することができない。
【０００７】
また、特許文献２に記載された発明は、圧電素子に印加される電圧をパラメータとして制振対象物である構造体の加振周波数に対する振動レベル特性を予め測定し、その振動レベル特性のデータをマップ化することにより、最も低い振動レベルが得られる印加電圧を検索して、圧電素子への印加電圧の制御を実行している。しかしながら、特許文献２に記載された発明では、トランスミッションケースに圧電素子が埋め込まれているため、振動源である歯車やプーリの振動を充分に抑制することができない。
【０００８】
一方で、噛み合いの誤差による回転角の進みや遅れにより、歯車同士の噛み合いの際に振動が生じる。そのため、回転角の進みや遅れを圧電素子の振動により低減することにより、振動の発生を抑制することが可能となる。
【０００９】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、歯車のかみ合いの誤差による回転角の進みや遅れを圧電素子の振動により低減することにより、騒音を抑制する振動制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、はす歯歯車からなる駆動歯車と該駆動歯車に噛み合っている従動歯車との間でトルクを伝達することに伴う振動を抑制する振動制御装置において、前記駆動歯車もしくは従動歯車を軸線方向に繰り返し押圧する圧電素子と、前記駆動歯車と従動歯車との間でトルクを伝達することにより生じる振動を検出する振動センサと、前記圧電素子に印加する電流を、前記振動センサにより検出された振動が小さくなるように制御するコントローラとを備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記駆動歯車および従動歯車は、車両に搭載された変速機の一部を構成しており、前記コントローラは、前記振動センサで検出された振動が小さくなるように前記電流を制御した際の前記車両の駆動トルクおよび前記各歯車の回転角度ならびに前記車両で設定されているシフトポジションおよび前記変速機のオイル温度とを含む運転状態を記憶し、該記憶した運転状態と同じ運転状態では前記電流を同一に制御するように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、駆動歯車と従動歯車との間でトルクを伝達することにより生じる振動を検出することが可能となる。そして、振動の検出と共に圧電素子に印加する電流をコントローラで制御することにより、駆動歯車と従動歯車との間で生じる振動を低減することができる。そのため、歯車のかみ合いによる騒音を減少させることができる。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、圧電素子に印加される電流を制御する際の駆動トルクと歯車の回転角度とシフトポジションとオイル温度とを含む運転状態を記憶することが可能である。そのため、同一の運転状態の場合には、圧電素子に印加される電流を同一に制御することができ、駆動歯車と従動歯車との間で生じる振動をより効果的に低減することができる。そのため、歯車のかみ合いによる騒音をより効果的に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎにこの発明をより具体的に説明する。図２には、動力源から出力された動力を入力側のはす歯歯車から出力側のはす歯歯車に伝達する動力伝達機構の一例として、トランスミッションの概要図が示されている。
【００１５】
トランスミッション１の外観は、図示せぬ動力源に取り付けられるケース２ａと、このケース２ａの反エンジン側に取り付けられ、はす歯歯車３ａ，３ｂや平歯車４ａ，４ｂ等を内装するケース２ｂとから構成される。また、前記ケース２ｂにおいては、図示しないエンジンのアウトプットシャフト５に対してインプットシャフト６が連結されている。また、前記ケース２ｂ内において、前記インプットシャフト６を中心にはす歯歯車３ａが構成されている。
【００１６】
インプットシャフト６は、ベアリング８を介してケース２ｂに対して支持されているため、軸線に沿った回転運動が可能となる。また、前記ケース２ｂ内において、はす歯歯車３ａと３ｂが噛合されている。インプットシャフト６に取り付けられているはす歯歯車３ａと噛み合うはす歯歯車３ｂは、アウトプットシャフト９に取り付けられている。
【００１７】
インプットシャフト６には、平歯車４ａと複数のはす歯歯車３ａとが取り付けられている。また、インプットシャフト６に取り付けられているはす歯歯車３ａおよび平歯車４ａとアウトプットシャフト９に取り付けられているはす歯歯車３ｂおよび平歯車４ｂとは、互いに対となるように構成されている。このはす歯歯車３ａ，３ｂおよび平歯車４ａ，４ｂはいずれか一組の歯車が動力を伝達し、他の歯車は動力を伝達しないような構成か、あるいはいずれの歯車も動力を伝達しないように構成されている。
【００１８】
このアウトプットシャフト９には複数の歯車が取り付けられており、そのうちの一の歯車がディファレンシャルケース１０（差動歯車装置）のリングギア１１と噛合される。また、ディファレンシャルケース１０の出力は、左右のドライブシャフト１２Ｌ・１２Ｒへと出力される。
【００１９】
次に、はす歯歯車３ａ，３ｂ同士が噛み合う際の歯車の拡大断面図を図３に示す。このはす歯歯車３ａ，３ｂ同士が噛み合う際に、インプットシャフト６に取り付けられているはす歯歯車３ａは一定の各速度で回転している。一方で、はす歯歯車３ａ，３ｂ同士の噛み合いの際には、ギアの噛み合い誤差が生じるため、インプットシャフト６に取り付けられているはす歯歯車３ａの回転に対してアウトプットシャフト９に取り付けられているはす歯歯車３ｂの回転が進み、あるいは遅れることがある。この噛み合い誤差は、はす歯歯車３ａ，３ｂの製造上の形状誤差・はす歯歯車３ａ，３ｂと各シャフト６，９との組み付け誤差・はす歯歯車３ａ，３ｂ又は各シャフト６，９のたわみ等により発生する。そして、はす歯歯車３ｂの回転の進みや遅れにより、はす歯歯車３ｂの角速度が変動する。このはす歯歯車３ａ，３ｂに対する角速度の変動を図４に示す。
【００２０】
このはす歯歯車３ａ，３ｂの噛み合い誤差が騒音の原因となるため、噛み合い誤差を減少させるための制御が行われる。具体的には、圧電素子１３に電流を印加することにより生じる振動をはす歯歯車３ａ又は３ｂに伝達することにより、はす歯歯車３ａとはす歯歯車３ｂの角速度の振幅を少なくする制御が行われる。
【００２１】
はす歯歯車３ａ，３ｂに強制的に振動を加える手段の一つとして、歯車の周囲に取り付けられている部品に圧電素子１３を取り付けて、この圧電素子１３に電流を印加することにより圧電素子１３を振動させて、この振動をはす歯歯車３ａ，３ｂに伝達する手段がある。具体的には、インプットシャフト６を軸としたベアリング８の外周部に圧電素子１３を取り付けた構造、あるいはアウトプットシャフト９を軸としたベアリング８の外周部に圧電素子１３を取り付けた構造が挙げられる。
【００２２】
以下の説明では、インプットシャフト６を軸としたベアリング８の外周部に圧電素子１３を取り付けた構造について図１を用いて説明をする。インプットシャフト６を軸としたベアリング８の外周部に圧電素子１３が取り付けられているため、圧電素子１３に電流を印加すると圧電素子１３が振動して、この振動がインプットシャフト６に伝達される。インプットシャフト６に伝達された振動は、はす歯歯車３ａを経由してはす歯歯車３ａの歯に振動が伝達される。その際、はす歯歯車３ａの歯面はインプットシャフト６の軸線方向に対して斜めであるため、圧電素子１３から生じて歯面に伝達された振動は、インプットシャフト６の回転方向の変位にも変換される。
【００２３】
ここで、はす歯歯車３ａ，３ｂの角速度の振幅を抑制するための制御を以下に記す。噛み合い誤差により生じるはす歯歯車３ｂの角速度の位相や振幅は、動力源から生じている駆動トルクや歯車の回転角度を測定することにより推定することができる。この駆動トルクは、インプットシャフト６に伝達されているトルクをトルクセンサ１４を用いて測定され、あるいは、はす歯歯車３ａ，３ｂのトルクをトルクセンサ１４を用いて測定される。
【００２４】
また、はす歯歯車３ａ，３ｂの角速度の位相を知るためのパラメータとして、はす歯歯車３ａ，３ｂが回転運動をする際の歯の角度がある。この歯の角度は、ピッチ点と歯車の中心とを結んだ線を基準に測定され、はす歯歯車３ａ，３ｂの歯の角度にあたる。そして、はす歯歯車３ａ，３ｂの歯の角度は角度センサ１５により測定される。この角度センサ１５は歯車と接触するセンサまたは接触していないセンサのいずれでもよい。
【００２５】
さらに、はす歯歯車３ａ，３ｂの振動に関する角速度の周波数や振幅を知るためのパラメータの一つとして、インプットシャフト６及びアウトプットシャフト９に取り付けられているはす歯歯車３ａ，３ｂの組み合わせによる変速比がある。この変速比は、噛み合うはす歯歯車３ａ，３ｂを図示しないシフトレバーにより選択することで定められる。このシフトレバー１６は、エンジンやモータなどの動力発生装置から生じた駆動力の伝達を行うことのできる走行ポジションと、前記駆動力の伝達を伝達しない非走行ポジションとを選択することが可能である。そして、この変速比は、シフトレバー１６のシフトポジションをシフトポジションセンサ１７を用いて測定することにより、知ることができる。また、ケース２ａ，２ｂの振動は、振動センサ１８により測定され、これによりケース２ａ，２ｂの振動状態を知ることができる。
【００２６】
そして、はす歯歯車３ａ，３ｂの角速度の振幅を知るための物理量の一つとして、はす歯歯車３ａ，３ｂの摺動面に充填されているオイルの温度があり、このオイル１９の温度が温度センサ２０により測定される。この温度センサ２０には、サーミスタ等の公知のセンサが用いられる。
【００２７】
前述したトルクセンサ１４と角度センサ１５とエンジン回転数センサ７とシフトポジションセンサ１７と温度センサ２０とから、はす歯歯車３ａ，３ｂの角速度の周波数や振幅や位相を求めることができる。具体的には、図５に記されるように、各センサ１４，１５，１７，２０の測定値が電子制御装置（ＥＣＵ）２１に取り込まれて、はす歯歯車３ａ，３ｂの角速度の周波数や位相、振幅が求められる。このＥＣＵ２１がコントローラ２１として機能して、各センサ１４，１５，１７，２０からの測定値に基づいて圧電素子１３に印加される電流を制御する。角速度の周波数（Ｈｚ）はエンジン回転数と駆動ギアとから演算される。位相はギアの角度センサから求められる。振動については振動センサ１８によって測定されて求められる。そして、求められた振動の角速度と振幅と位相と振動センサ１８により測定されたケース２ａ，２ｂの振動とから、圧電素子１３に印加される電圧がＥＣＵ２１により求められる。そして、圧電素子１３により生じた振動がインプットシャフト６を介してはす歯歯車３ａに伝達される。
【００２８】
ここで、はす歯歯車３ａ，３ｂの歯はインプットシャフト６及びアウトプットシャフト９に対して傾斜している。そのため、歯の噛み合い誤差により生じる振動の位相と、圧電素子１３からはす歯歯車３ａに伝達され回転方向に変換される振動の位相とを１８０度ずらすことにより、互いの振動が重なり合い、振動の振幅が減少する。具体的には、圧電素子１３により生じた振動がはす歯歯車３ａに伝達されることにより、圧電素子１３により生じた振動と、歯面の噛み合い誤差により生じた振動とが重なり合い、このために歯面の噛み合い誤差により生じた振動が減少する。そのため、はす歯歯車３ａ，３ｂからケース２ａ，２ｂに伝達される振動が抑制されて、ケース２ａ，２ｂの振動を抑制することができる。
【００２９】
このとき、圧電素子１３に印加された電圧と各センサ１４，１５，１７，１８，２０により測定された各測定値が、ＥＣＵ２１に記憶される。そして、記憶された測定値と同じ各測定値の場合には、同一の電圧が圧電素子１３に印加される。
【００３０】
次に、第２の具体例として、トルクセンサ１４の代わりにトルク推定手段を用いて、はす歯歯車３ａ，３ｂの振動を抑制する振動制御装置について説明する。第１の具体例とは、トルクセンサ１４以外の点で共通しているため、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００３１】
前述したように、トルク推定手段と角度センサ１５とエンジン回転数センサ７とシフトポジションセンサ１７と温度センサ２０とから、はす歯歯車３ａ，３ｂの角速度の周波数や振幅や位相を求めることができる。具体的には、各センサ１５，１７，２０の測定値とトルク推定手段２２により推定されたトルクとがＥＣＵ２１に取り込まれて、はす歯歯車３ａ，３ｂの角速度や振幅が推測される。角速度の周波数（Ｈｚ）はエンジン回転数と駆動ギアとから演算される。位相はギアの角度センサから求められる。振動については振動センサ１８によって測定されて求められる。そして、求められた振動の角速度と振幅と位相と振動センサ１８により測定されたケース２ａ，２ｂの振動とから、圧電素子１３に印加される電圧がＥＣＵ２１により求められる。そして、求められた電圧に基づいて圧電素子１３に電圧が印加されて、この印加により生じた振動がインプットシャフト６を介してはす歯歯車３ａに伝達される。
【００３２】
このとき、圧電素子１３に印加された電圧と各センサ１５，１７，１８，２０により測定された各測定値とトルク推定手段２２により推定されたトルクとが、ＥＣＵ２１に記憶される。そして、記憶された測定値と同じ各測定値の場合には、同一の電圧が圧電素子１３に印加される。
【００３３】
次に、第３の具体例として、他の例を示す。この概要図を図６に記す。第１の具体例とは、圧電素子１３の取付け以外の点で共通しているため、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００３４】
図６には、はす歯歯車３ａに圧電素子１３を取り付けた構造が記載されている。このとき、圧電素子１３は、はす歯歯車３ａの歯のない面に取り付けられる。その際、圧電素子１３の歯車への取り付けは、片面であっても両面であっても良い。はす歯歯車３ａに圧電素子１３を直接取り付けることにより、歯面に伝達される振動の伝達効率が向上する。また、はす歯歯車３ａに圧電素子１３を直接取り付けているため、固定されている電源との電気的接続を行うために、スリップリング２３が必要となる。このスリップリング２３は、圧電素子１３との積層になるように取り付けられており、歯車とスリップリング２３とで圧電素子１３を挟むように取り付けられている。
【００３５】
なお、第３の具体例では、コントローラの制御に用いられる駆動トルクは、トルクセンサ１４により検出された駆動トルクか、あるいはトルク推定手段による駆動トルクの推定値かのいずれを用いたものであっても良い。
【００３６】
第１の具体例から第３の具体例については、圧電素子１３に電流を印加することにより生じる振動をインプットシャフト６に取り付けられたはす歯歯車３ａに伝達することにより、はす歯歯車３ａ，３ｂとケース２ａ，２ｂとの振動を抑制することが記載されている。この具体例は、圧電素子１３に電流を印加することにより生じる振動をアウトプットシャフト９に取り付けられたはす歯歯車３ｂに伝達することにより、はす歯歯車３ａ，３ｂとケース２ａ，２ｂとの振動を抑制する場合でも同様の効果が得られる。
【００３７】
このときは、圧電素子１３により生じた振動がはす歯歯車３ｂに伝達されるため、圧電素子１３により生じた振動と、歯面の噛み合い誤差により生じた振動とが重なり合い、このために歯面の噛み合い誤差により生じた振動が減少する。そのため、はす歯歯車３ａ，３ｂからケース２ａ，２ｂに伝達される振動が抑制されて、ケース２ａ，２ｂの振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この振動制御装置を取り付けた一の例を概略的に示す図である。
【図２】この振動制御装置をトランスミッションに用いた一例を概略的に示す図である。
【図３】歯車同士の歯面が噛み合う際の拡大部を表した図である。
【図４】歯面の角速度と時間の関係を示す図である。
【図５】電子制御装置と各センサと圧電素子との関係を示すブロック図である。
【図６】この振動制御装置を取り付けた他の例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…トランスミッション、  ２ａ，２ｂ…ケース、  ３ａ，３ｂ…はす歯歯車、  ６…インプットシャフト、  ７…エンジン回転数センサ、  ８…ベアリング、  ９…アウトプットシャフト、  １０…ディファレンシャルケース、  １３…圧電素子、  １４…トルクセンサ、  １５…角度センサ、  １７…シフトポジションセンサ、  １８…振動センサ、  ２０…温度センサ、  ２１…電子制御装置（ＥＣＵ）、  ２３…スリップリング。
【図１】
2009192023.tif 000003
【図２】
2009192023.tif 000004
【図３】
2009192023.tif 000005
【図４】
2009192023.tif 000006
【図５】
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【図６】
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