JP7790582B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本開示は、操舵装置に関する。

従来、貨物自動車のように運転席が前輪の車軸よりも前方に位置する、いわゆるキャブオーバ型の車両では、左右の車輪が車軸で連結される車軸懸架式のサスペンションが使用されることが多い。車軸懸架式のサスペンションを有する車両では、ボールねじ式のステアリングギヤボックスが多く使用される。ステアリングギヤボックスは、たとえば車体フレームに搭載される。

特許文献１の電動パワーステアリング装置は、モータおよびボールねじ式のステアリングギヤボックスを有している。ステアリングギヤボックスは、ステアリングシャフトの回転運動をピットマンアームの揺動運動に変換する。ピットマンアームに連動して転舵輪の向きが変更される。モータのトルクは、ウォーム減速機を介してステアリングギヤボックスのボールねじ軸に伝達される。これにより、ステアリングホイールの操舵が補助される。

国際公開第２０２１／０２６１１８８号

特許文献１を含め、ボールねじ式のステアリングギヤボックスを有する従来の電動パワーステアリング装置には、つぎの懸念事項がある。すなわち、ステアリングギヤボックスが車両に搭載されたとき、ボールねじ軸は、車両の上下方向に延びる姿勢に維持される。ボールねじナットは、車両の上下方向に延びるボールねじ軸に沿って移動する。このとき、ボールねじナットには、質量に応じた重力が作用する。このため、ボールねじ機構を単体でみたとき、ボールねじ機構の負荷トルクは、ステアリングホイールの操舵方向、すなわちボールねじナットの移動方向に応じて異なる。負荷トルクは、ボールねじナットとボールねじ軸との噛み合い部分にボールを介して発生する抵抗に応じて生じるトルクである。

本開示の一態様に係る操舵装置は、車両のステアリングホイールの操舵に応じたトルクを発生するように構成されるモータと、前記モータの回転を減速するように構成される減速機とを有するアクチュエータと、前記減速機を通じて付与される回転を転舵輪に連動する出力軸の回転に変換するように構成されるボールねじ機構と、を備える。前記減速機と前記ボールねじ機構とは、前記ステアリングホイールが操舵される際に生じる操舵方向に対する負荷トルクの増減特性が前記減速機と前記ボールねじ機構とで互いに逆になるように構成される。

一実施の形態にかかる操舵装置の模式図である。 図１のステアリングギヤボックスの断面図である。 図２の減速機をウォームホイールの軸線に直交する方向に切断した断面図である。 図３Ａ中の符号３Ｂで示される部分の拡大断面図である。 図３Ａの減速機であって、第１の向きに設けられたウォームを有する減速機の模式図である。 図３Ａの減速機であって、第２の向きに設けられたウォームを有する減速機の模式図である。 図２のステアリングギヤボックスであって、右ねじタイプのボールねじ軸を有するステアリングギヤボックスの断面図である。 図２のステアリングギヤボックスであって、左ねじタイプのボールねじ軸を有するステアリングギヤボックスの断面図である。

一実施の形態に係る操舵装置を説明する。操舵装置は、電動パワーステアリング装置である。
＜全体構成＞
図１に示すように、操舵装置２０は、たとえばキャブオーバ型の車両１０に搭載される。車両１０は、車軸懸架式のサスペンション１１を備えている。サスペンション１１は、前車軸１２を支持する。前車軸１２の両端には、前輪である転舵輪１３が連結されている。サスペンション１１は、板ばね１４を有している。板ばね１４は、一例として前車軸１２の上側に位置している。板ばね１４は、車両の前後方向へ延びている。板ばね１４の両端は、シャックルなどの支持部材１５を介して車体フレーム１６に取り付けられている。

操舵装置２０は、ステアリングシャフト２１、ステアリングギヤボックス２２、モータ２３、トルクセンサ２４、および減速機２５を有している。ステアリングシャフト２１およびステアリングギヤボックス２２は車両１０の操舵機構を構成する。ステアリングシャフト２１の第１の端部は、ステアリングホイール２６に連結されている。ステアリングシャフト２１の第２の端部は、トルクセンサ２４および減速機２５を介して、ステアリングギヤボックス２２に連結されている。モータ２３は、減速機２５を介してステアリングギヤボックス２２に連結されている。ステアリングギヤボックス２２は、たとえばＲＢＳ式（リサーキュレーティングボールスクリュー式）である。

ステアリングギヤボックス２２は、リンク機構３０を介して転舵輪１３に連結されている。リンク機構３０は、ピットマンアーム３１、ドラグリンク３２、およびタイロッド３３を有している。ピットマンアーム３１の基端は、ステアリングギヤボックス２２の側部に連結されている。ピットマンアーム３１は、その基端を中心として車両の前後方向に揺動可能である。ドラグリンク３２の第１の端部は、ピットマンアーム３１の先端に回転可能に連結されている。ドラグリンク３２の第２の端部は、右の転舵輪１３のナックルアーム３４に回転可能に連結されている。タイロッド３３の両端は、タイロッドアーム３５を介して左右の転舵輪１３に連結されている。

ステアリングホイール２６の回転は、ステアリングシャフト２１を介してステアリングギヤボックス２２に伝達される。ステアリングギヤボックス２２は、ステアリングシャフト２１の回転運動をピットマンアーム３１の揺動運動に変換する。ピットマンアーム３１の揺動運動により、ドラグリンク３２が車両の前後方向に駆動される。ドラグリンク３２に連動してナックルアーム３４が揺動することにより、転舵輪１３が転舵される。

モータ２３は、トルクセンサ２４を通じて検出される操舵トルクに応じて、ステアリングホイール２６の操舵方向と同じ方向のトルクを発生する。モータ２３のトルクは、減速機２５を介してステアリングギヤボックス２２に伝達される。すなわち、減速機２５は、ステアリングギヤボックス２２にトルクを付与するように構成される。ステアリングギヤボックス２２に操舵方向と同じ方向のトルクが付与されることにより、ステアリングホイール２６の操舵が補助される。モータ２３および減速機２５は、アクチュエータを構成する。

＜ステアリングギヤボックス２２の構成＞
図２に示すように、ステアリングギヤボックス２２は、第１のハウジング４０を有している。第１のハウジング４０の内部には、ボールねじ軸４１、ボールねじナット４２、複数のボール４３、セクターシャフト４４、およびセクターギヤ４５が設けられている。

ボールねじ軸４１は、ステアリングギヤボックス２２を車両１０に搭載したとき、車両１０に対する上下方向に延びる姿勢に維持される。ボールねじ軸４１は、第１の軸受４６および第２の軸受４７を介して第１のハウジング４０に対して回転可能に支持されている。ボールねじ軸４１の第１の端部は、第１のハウジング４０を貫通した状態で、減速機２５およびトルクセンサ２４を介してステアリングシャフト２１に連結される。第１の端部は、ステアリングギヤボックス２２を車両１０に搭載したときに車両１０の上方を向く側のボールねじ軸４１の端部である。第１の端部と反対側のボールねじ軸４１の第２の端部は、ステアリングギヤボックス２２を車両１０に搭載したときに車両１０の下方を向く側のボールねじ軸４１の端部である。第２の端部は、第１のハウジング４０の端壁に対向している。

ボールねじ軸４１は、第１のねじ溝４１Ａを有している。第１のねじ溝４１Ａは、ボールねじ軸４１の外周面に設けられた螺旋状の溝である。第１のねじ溝４１Ａを設けることにより、ねじ部が構成される。ボールねじ軸４１は、右ねじタイプ、または左ねじタイプである。右ねじタイプのボールねじ軸４１のねじ部は右ねじであって、第１のねじ溝４１Ａの巻き方向は第１の端部側からみて時計回り方向である。左ねじタイプのボールねじ軸４１のねじ部は左ねじであって、第１のねじ溝４１Ａの巻き方向は第１の端部側からみて反時計回り方向である。

ボールねじナット４２は、筒状であって、第２のねじ溝４２Ａを有している。第２のねじ溝４２Ａは、ボールねじナット４２の内周面に設けられた螺旋状の溝である。第２のねじ溝４２Ａは、径方向に第１のねじ溝４１Ａに対向している。ボールねじナット４２は、複数のボール４３を介して、ボールねじ軸４１に螺合されている。第１のねじ溝４１Ａと第２のねじ溝４２Ａとにより囲まれる螺旋状の空間は、ボール４３が転動する転動路として機能する。ボールねじ軸４１、ボールねじナット４２、およびボール４３は、ボールねじ機構４８を構成する。

ボールねじナット４２は、複数のラック歯４２Ｂを有している。ラック歯４２Ｂは、ボールねじナット４２の外周面に設けられている。ラック歯４２Ｂは、ボールねじナット４２の軸方向に並んでいる。

セクターシャフト４４は、ボールねじナット４２の軸線に対して直交する方向（図２の紙面に対する直交方向）に延びている。セクターシャフト４４は、図示しない軸受を介して第１のハウジング４０に対して回転可能に支持されている。セクターシャフト４４は、第１のハウジング４０を貫通して外部に露出する外端部を有している。セクターシャフト４４の外端部には、ピットマンアーム３１の基端が固定されている。セクターシャフト４４は、ステアリングギヤボックス２２の出力軸であって、転舵輪１３に連動する。

セクターギヤ４５は、セクターシャフト４４に対して一体回転可能に設けられている。セクターギヤ４５は扇形の歯車であって、複数の歯４５Ａを有している。セクターギヤ４５の歯４５Ａは、ボールねじナット４２のラック歯４２Ｂに噛み合っている。

ステアリングホイール２６の回転は、ステアリングシャフト２１および減速機２５を介してボールねじ軸４１に伝達される。ボールねじ軸４１の回転に伴い、ボールねじナット４２は、ボールねじ軸４１に対して軸方向に移動する。これにより、セクターギヤ４５は、セクターシャフト４４を中心として揺動する。セクターギヤ４５の揺動に伴いセクターシャフト４４が回転することにより、ピットマンアーム３１はセクターシャフト４４を中心として揺動する。

ボールねじ軸４１が右ねじタイプである場合、ボールねじ軸４１が、第１の端部側からみて時計回り方向へ回転すると、ボールねじナット４２が上方へ移動する。また、ボールねじ軸４１が右ねじタイプである場合、ボールねじ軸４１が、第１の端部側からみて反時計回り方向へ回転すると、ボールねじナット４２が下方へ移動する。

ボールねじ軸４１が左ねじタイプである場合、ボールねじ軸４１が、第１の端部側からみて反時計回り方向へ回転すると、ボールねじナット４２が上方へ移動する。また、ボールねじ軸４１が左ねじタイプである場合、ボールねじ軸４１が、第１の端部側からみて時計回り方向へ回転すると、ボールねじナット４２が下方へ移動する。

なお、操舵中立位置を基準として、ステアリングホイール２６が右に操舵される場合、ボールねじ軸４１が、第１の端部側からみて時計回り方向へ回転する。また、操舵中立位置を基準として、ステアリングホイール２６が左に操舵される場合、ボールねじ軸４１が、第１の端部側からみて反時計回り方向へ回転する。操舵中立位置は、車両の直進状態に対応するステアリングホイール２６の位置である。

＜減速機２５の構成＞
図２に示すように、減速機２５は、ボールねじ軸４１の第１の端部に連結されている。減速機２５は、ボールねじ機構４８にトルクを付与するように構成される。減速機２５は、第２のハウジング５０を有している。第２のハウジング５０は、ステアリングギヤボックス２２の第１のハウジング４０に連結されている。第１のハウジング４０の内部と、第２のハウジング５０の内部とは、互いに連通している。第２のハウジング５０の外部には、モータ２３が取り付けられている。モータ２３の出力軸２３Ａは、たとえば、ボールねじ軸４１の軸線に対して直交し、かつセクターシャフト４４の軸線と平行な方向に延びている。出力軸２３Ａは、第２のハウジング５０を貫通して第２のハウジング５０の内部に挿入されている。

第２のハウジング５０の内部には、シャフト５１、ウォームホイール５２、およびウォーム５３が設けられている。ウォームホイール５２は、ボールねじ軸４１の第１の端部に一体的に回転可能に連結されている。具体的には、つぎの通りである。すなわち、シャフト５１は、第３の軸受５４および第４の軸受５５を介して第２のハウジング５０に対して回転可能に支持されている。シャフト５１の第１の端部は、第２のハウジング５０を貫通した状態で、トルクセンサ２４を介してステアリングシャフト２１に連結される。シャフト５１の第２の端部は、ボールねじ軸４１の第１の端部に対して一体回転可能に連結されている。ウォームホイール５２は、シャフト５１の外周面に装着されている。ウォームホイール５２は、シャフト５１と一体的に回転可能である。ウォーム５３は、モータ２３の出力軸２３Ａに対して一体回転可能に設けられている。出力軸２３Ａの軸線とウォーム５３の軸線とは互いに一致する。ウォーム５３は、ウォームホイール５２と噛み合っている。ウォーム５３とウォームホイール５２との軸角は、たとえば９０°である。

モータ２３のトルクは、減速機２５を介してボールねじ軸４１に伝達される。ボールねじ軸４１にステアリングホイール２６の操舵方向と同じ方向のトルクが付与されることにより、ステアリングホイール２６の操舵が補助される。

図３Ａに示すように、第２のハウジング５０は、ウォーム収容部６１、およびウォームホイール収容部６２を有している。ウォーム収容部６１は、ウォーム５３が収容される円柱状の空間であって、ウォーム５３の軸方向に延びている。ウォームホイール収容部６２は、ウォームホイール５２が収容される円柱状の空間であって、ウォーム５３の軸方向に対して直交する方向に延びている。ウォームホイール収容部６２は、ウォーム収容部６１と連続している。

ウォーム収容部６１の第１の端部は、第２のハウジング５０の外面に設けられた凹状のモータ取付部６３と連通している。モータ２３は、モータ取付部６３に固定されている。モータ２３の出力軸２３Ａは、ウォーム収容部６１の第１の端部に挿入されている。ウォーム収容部６１の第２の端部は、第２のハウジング５０の外部に開口している。開口は、エンドカバー６４によって閉塞されている。

ウォーム５３は、第５の軸受６５および第６の軸受６６を介して、ウォーム収容部６１の内周面に対して回転可能に支持されている。ウォーム５３の第１の端部は、第５の軸受６５によって支持されている。ウォーム５３の第２の端部は、第６の軸受６６によって支持されている。ウォーム収容部６１の第１の端部には、円筒状の固定プラグ５４Ａが装着されている。固定プラグ５４Ａの端壁は、第５の軸受６５の外輪に軸方向に当接している。これにより、第５の軸受６５、ひいてはウォーム５３のモータ２３に近づく方向への移動が規制される。

＜軸継手７０＞
ウォーム５３の第１の端部は、軸継手７０を介して、モータ２３の出力軸２３Ａに連結されている。軸継手７０は、第１の継体７１、第２の継体７２、および弾性体７３を有している。弾性体７３は、第１の継体７１と第２の継体７２との間に介在されている。

第１の継体７１は、ウォーム５３の第１の端部に一体回転可能に連結されている。第１の継体７１は、複数の第１の係合爪７１Ａを有している。第１の係合爪７１Ａは、弾性体７３に接触する側の第１の継体７１の側面に設けられている。複数の第１の係合爪７１Ａは、周方向に等間隔で設けられる。

第２の継体７２は、モータ２３の出力軸２３Ａに一体回転可能に連結されている。第２の継体７２は、複数の第２の係合爪７２Ａを有している。第２の係合爪７２Ａは、弾性体７３に接触する側の第２の継体７２の側面に設けられている。複数の第２の係合爪７２Ａは、周方向に等間隔で設けられる。

弾性体７３は、複数の第１の係合凹部７３Ａ、および複数の第２の係合凹部７３Ｂを有している。第１の係合凹部７３Ａは、第１の継体７１に接触する側の弾性体７３の側面に設けられている。第２の係合凹部７３Ｂは、第２の継体７２に接触する側の弾性体７３の側面に設けられている。第１の係合凹部７３Ａと、第２の係合凹部７３Ｂとは、弾性体７３の周方向に交互に設けられる。

第１の係合爪７１Ａは、第１の係合凹部７３Ａに噛み合っている。第２の係合爪７２Ａは、第２の係合凹部７３Ｂに噛み合っている。第１の係合爪７１Ａが第１の係合凹部７３Ａに対して周方向に係合するとともに、第２の係合爪７２Ａが第２の係合凹部７３Ｂに対して周方向に係合する。このため、ウォーム５３と出力軸２３Ａとの間のトルク伝達が可能である。

弾性体７３は、第１の継体７１と第２の継体７２とによって若干圧縮された状態に維持される。ウォーム５３に外力が径方向に付与される場合、弾性体７３が弾性変形することにより、出力軸２３Ａに対するウォーム５３の傾動が許容される。第５の軸受６５は、内部隙間を有している。内部隙間は、第５の軸受６５の外輪、内輪、およびボールの間の遊び量である。ウォーム５３は、第５の軸受６５に支持されたウォーム５３の部分を中心として、出力軸２３Ａの軸線に対して傾いて動くことが可能である。ウォーム５３の揺動中心Ｏは、ウォームホイール５２の軸方向からみて、第５の軸受６５の中心と一致する。

＜付勢機構８０＞
図３Ａに示すように、減速機２５は、付勢機構８０を有している。付勢機構８０は、ウォーム５３をウォームホイール５２に向けて弾性的に付勢することにより、減速機２５のバックラッシを調整するための構成である。

図３Ｂに示すように、付勢機構８０は、ボルト８１、圧縮コイルばね８２、および押圧部材８３を有している。ボルト８１は、頭部８１Ａ、および軸部８１Ｂを有している。軸部８１Ｂは、第２のハウジング５０のねじ孔５０Ａに締め付けられている。ねじ孔５０Ａは、第２のハウジング５０の周壁を貫通する円柱状の孔であって、第６の軸受６６に対応するウォーム収容部６１の内周面に開口する。圧縮コイルばね８２は、軸方向に圧縮された状態で、軸部８１Ｂと、押圧部材８３との間に介在されている。押圧部材８３は、軸部８１Ｂと反対側の圧縮コイルばね８２の端部に固定されている。

圧縮コイルばね８２は、押圧部材８３を介して、第６の軸受６６、ひいてはウォーム５３の第２の端部をウォームホイール５２へ向けて常時付勢する。このため、ウォーム５３の第２の端部には、ウォーム５３の揺動中心Ｏを中心として、図３Ａ中の反時計回り方向のモーメントが作用する。ウォーム５３の反時計回り方向の傾動は、ウォーム５３がウォームホイール５２に当接することにより規制される。

ウォーム５３がウォームホイール５２に押し付けられることにより、ウォーム５３とウォームホイール５２との噛み合い部分におけるバックラッシ量を少なくすることが可能となる。また、ウォーム５３の歯、およびウォームホイール５２の歯の経年的な摩耗が想定される。しかし、この場合であれ、歯が摩耗した分だけ、ウォーム５３が傾動することにより、ウォーム５３とウォームホイール５２との噛み合い部分のバックラッシの増大が抑制される。

＜ボールねじ機構４８の負荷トルク＞
つぎに、ボールねじ機構４８の負荷トルクについて補足説明する。
ステアリングギヤボックス２２が車両１０に搭載されたとき、ボールねじ軸４１は、車両１０の上下方向に延びる姿勢に維持される。ボールねじナット４２は、車両１０の上下方向に延びるボールねじ軸４１に沿って移動する。このとき、ボールねじナット４２には、質量に応じた重力が作用する。このため、ボールねじ機構４８を単体でみたとき、ボールねじ機構４８の負荷トルクは、ステアリングホイール２６の操舵方向、すなわちボールねじナット４２の移動方向に応じて異なる。負荷トルクは、ボールねじナット４２とボールねじ軸４１との噛み合い部分にボール４３を介して発生する抵抗に応じて生じるトルクである。

＜右ねじタイプの負荷トルク＞
図６に示すように、右ねじタイプのボールねじ軸４１を使用する場合のボールねじ機構４８の負荷トルクについて検討する。

この場合、ステアリングホイール２６が右に操舵されるとき、ボールねじ軸４１は第１の端部側からみて時計回り方向ＤＲ２へ回転する。このため、ボールねじナット４２は、ボールねじ軸４１に沿って上昇する。すなわち、ボールねじナット４２は、重力が作用する方向と反対の方向へ移動する。このため、ボールねじ機構４８の負荷トルクが増加する。

ステアリングホイール２６が左に操舵されるとき、ボールねじ軸４１は第１の端部側からみて反時計回り方向ＤＬ２へ回転する。このため、ボールねじナット４２は、ボールねじ軸４１に沿って下降する。すなわち、ボールねじナット４２は、重力が作用する方向と同じ方向へ移動する。このため、ボールねじ機構４８の負荷トルクが減少する。

したがって、次式（３）に示すように、ステアリングホイール２６を右に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｂｒの絶対値が、ステアリングホイール２６を左に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｂｌの絶対値よりも大きくなる。

│Ｔ_ｂｌ│＜│Ｔ_ｂｒ│ …（３）
＜左ねじタイプの負荷トルク＞
つぎに、図７に示すように、左ねじタイプのボールねじ軸４１を使用する場合のボールねじ機構４８の負荷トルクについて検討する。

この場合、ステアリングホイール２６が左に操舵されるとき、ボールねじ軸４１は第１の端部側からみて反時計回り方向ＤＲ２へ回転する。このため、ボールねじナット４２は、ボールねじ軸４１に沿って上昇する。すなわち、ボールねじナット４２は、重力が作用する方向と反対の方向へ移動する。このため、ボールねじ機構４８の負荷トルクが増加する。

ステアリングホイール２６が右に操舵されるとき、ボールねじ軸４１は第１の端部側からみて時計回り方向ＤＲ２へ回転する。このため、ボールねじナット４２は、ボールねじ軸４１に沿って下降する。すなわち、ボールねじナット４２は、重力が作用する方向と同じ方向へ移動する。このため、ボールねじ機構４８の負荷トルクが減少する。

したがって、次式（４）に示すように、ステアリングホイール２６を左に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｂｌの絶対値が、ステアリングホイール２６を右に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｂｒの絶対値よりも大きくなる。

│Ｔ_ｂｌ│＞│Ｔ_ｂｒ│ …（４）
＜ウォーム５３に加わる反力＞
つぎに、ウォーム５３に加わる反力について説明する。

ウォーム５３の歯面は、ウォーム５３の軸線に対して捻れている。ウォームホイール５２の歯面は、ウォームホイール５２の軸線に対して捻れている。ウォーム５３の歯面およびウォームホイール５２の歯面には、圧力角が存在する。ウォーム５３の軸方向において互いに反対側に位置するウォーム５３の歯の２つの歯面の圧力角は、互いに同じである。ウォームホイール５２の回転方向において互いに反対側に位置するウォームホイール５２の歯の２つの歯面の圧力角は、互いに同じである。このため、ウォーム５３の回転に伴い、ウォームホイール５２からウォーム５３に対して反力が加わる。反力が加わる位置は、ウォーム５３とウォームホイール５２との噛み合い部分である。

図４に示すように、ウォームホイール５２からウォーム５３に作用する反力は、ウォーム５３の軸方向に加わる力である軸方向分力Ｆ１と、ウォーム５３の径方向に加わる力である径方向分力Ｆ２とを含む。ステアリングホイール２６を操舵するとき、軸方向分力Ｆ１と径方向分力Ｆ２とを含む反力が抵抗となる。

径方向分力Ｆ２の方向は、ステアリングホイール２６が右に操舵されたときと、左に操舵されたときとで同じである。ステアリングホイール２６に加えられるトルクの大きさが同じである場合、径方向分力Ｆ２の大きさは、ステアリングホイール２６が右に操舵されたときと、左に操舵されたときとで同じである。

軸方向分力Ｆ１の方向は、ステアリングホイール２６が右に操舵されたときと、左に操舵されたときとで互いに反対である。ステアリングホイール２６に加えられるトルクの大きさが同じである場合、軸方向分力Ｆ１の大きさは、ステアリングホイール２６が右に操舵されたときと、左に操舵されたときとで同じである。

ステアリングホイール２６が右に操舵されるとき、ウォームホイール５２は、軸方向からみて時計回り方向ＤＲ１へ回転する。このとき、図４に実線で示すように、軸方向分力Ｆ１の方向は、ウォーム５３とウォームホイール５２との噛み合い部分からウォーム５３の第１の端部へ向かう方向（図４中の右方）となる。ステアリングホイール２６が右に操舵されるときに生じる軸方向分力Ｆ１が、たとえば正の値となる。

ステアリングホイール２６が左に操舵されるとき、ウォームホイール５２は、軸方向からみて反時計回り方向ＤＬ１へ回転する。このとき、図４に破線で示すように、軸方向分力Ｆ１の方向は、ウォーム５３とウォームホイール５２との噛み合い部分からウォーム５３の第２の端部へ向かう方向（図４中の左方）となる。ステアリングホイール２６が右に操舵されるときに生じる軸方向分力Ｆ１が正の値となるとき、ステアリングホイール２６が左に操舵されるときに生じる軸方向分力Ｆ１は負の値となる。

ウォームホイール５２からウォーム５３に反力が加わる位置は、ウォーム５３とウォームホイール５２との噛み合い部分である。噛み合い部分は、ウォーム５３の軸線からウォームホイール５２に向かってずれた位置である。このため、ウォーム５３の揺動中心Ｏがウォーム５３の軸線上に位置する場合、軸方向分力Ｆ１により、ウォーム５３に揺動中心Ｏを中心とするモーメントが作用する。揺動中心Ｏを中心とするモーメントの方向は、ウォームホイール５２の回転方向に応じて逆になる。

このため、減速機２５の負荷トルクが、ステアリングホイール２６の操舵方向、すなわちウォームホイール５２の回転方向に応じて異なるおそれがある。負荷トルクは、ウォームホイール５２とウォーム５３との間の噛み合い部分に発生する抵抗に応じて生じるトルクである。

＜ウォーム５３の向きが第１の向きの場合の減速機２５の負荷トルク＞
まず、ウォーム５３が図４に示される第１の向きに設けられる場合に生じる減速機２５の負荷トルクについて検討する。第１の向きは、ステアリングシャフト２１が連結されるシャフト５１の第１の端部側からみて、ウォーム５３の第２の端部がウォームホイール５２の中心線Ｌ１よりも左側に位置するウォーム５３の向きである。中心線Ｌ１は、ウォームホイール５２の軸方向からみて、ウォームホイール５２の中心を通り、かつウォーム５３の中心線Ｌ２に直交する直線である。すなわち、ウォーム５３の第２の端部は、ウォーム５３の軸方向においてウォームホイール５２の中心よりも左側に位置する。付勢機構８０は、ウォーム５３の第２の端部に予圧Ｆ０を付与する。予圧Ｆ０は、付勢機構８０の圧縮コイルばね８２によってウォームホイール５２に向かう方向に発生する弾性力である。

ウォームホイール５２が時計回り方向ＤＲ１に回転するとき、軸方向分力Ｆ１によって、ウォーム５３に揺動中心Ｏを中心とする反時計回り方向のモーメントＭ１が作用する。モーメントＭ１は、揺動中心Ｏを中心として、ウォーム５３をウォームホイール５２に近づく方向に傾けるように作用する力である。このため、ウォーム５３とウォームホイール５２との歯面同士が押し付け合う力が大きくなることにより、減速機２５の負荷トルクが増加する。

ウォームホイール５２が反時計回り方向ＤＬ１に回転するとき、軸方向分力Ｆ１によって、ウォーム５３に揺動中心Ｏを中心とする時計回り方向のモーメントＭ２が作用する。モーメントＭ２は、揺動中心Ｏを中心として、ウォーム５３をウォームホイール５２から遠ざかる方向に傾けるように作用する力である。このため、ウォーム５３とウォームホイール５２との歯面同士が押し付け合う力が小さくなることにより、減速機２５の負荷トルクが減少する。

すなわち、減速機２５は、ボールねじナット４２が下降する操舵方向であるときに付勢機構８０がウォーム５３に付与する予圧Ｆ０が、ボールねじナット４２が上昇する操舵方向であるときに付勢機構８０がウォーム５３に付与する予圧Ｆ０よりも大きく作用するように構成されている。

したがって、次式（１）に示すように、ステアリングホイール２６を右に操舵するときに生じる減速機２５の負荷トルクＴ_ｄｒの絶対値が、ステアリングホイール２６を左に操舵するときに生じる減速機２５の負荷トルクＴ_ｄｌの絶対値よりも大きくなる。負荷トルクは、ステアリングホイール２６を操舵するときに生じるロストルクでもある。

│Ｔ_ｄｒ│＞│Ｔ_ｄｌ│ …（１）
このように、減速機２５の負荷トルクが、ステアリングホイール２６の操舵方向に応じて異なる場合、運転者がステアリングホイール２６を操作するために必要とされる力が操舵方向によって異なるおそれがある。すなわち、ステアリングホイール２６を右に操舵するために必要とされる力と、ステアリングホイール２６を左に操舵するために必要とされる力との差が大きくなることが懸念される。

＜ウォーム５３の向きが第２の向きの場合の減速機２５の負荷トルク＞
つぎに、ウォーム５３が、図４に示される第１の向きと反対の第２の向きに設けられる場合の減速機２５の負荷トルクについて検討する。

図５に示すように、第２の向きは、ステアリングシャフト２１が連結されるシャフト５１の第１の端部側からみて、ウォーム５３の第２の端部がウォームホイール５２の中心線Ｌ１よりも右側に位置するウォーム５３の向きである。すなわち、ウォーム５３の第２の端部は、ウォーム５３の軸方向においてウォームホイール５２の中心よりも右側に位置する。

ウォームホイール５２が時計回り方向ＤＲ１に回転するとき、軸方向分力Ｆ１によって、ウォーム５３に揺動中心Ｏを中心とする反時計回り方向のモーメントＭ１が作用する。モーメントＭ１は、揺動中心Ｏを中心として、ウォーム５３をウォームホイール５２から遠ざかる方向に傾けるように作用する力である。このため、ウォーム５３とウォームホイール５２との歯面同士が押し付け合う力が小さくなることにより、減速機２５の負荷トルクが減少する。

ウォームホイール５２が反時計回り方向ＤＬ１に回転するとき、軸方向分力Ｆ１によって、ウォーム５３に揺動中心Ｏを中心とする時計回り方向のモーメントＭ２が作用する。モーメントＭ２は、揺動中心Ｏを中心として、ウォーム５３をウォームホイール５２に近づく方向に傾けるように作用する力である。このため、ウォーム５３とウォームホイール５２との歯面同士が押し付け合う力が大きくなることにより、減速機２５の負荷トルクが増加する。

すなわち、減速機２５は、ボールねじナット４２が下降する操舵方向であるときに付勢機構８０がウォーム５３に付与する予圧Ｆ０が、ボールねじナット４２が上昇する操舵方向であるときに付勢機構８０がウォーム５３に付与する予圧Ｆ０よりも大きく作用するように構成されている。

したがって、次式（２）に示すように、ステアリングホイール２６を左に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｄｌの絶対値が、ステアリングホイール２６を右に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｄｒの絶対値よりも大きくなる。

│Ｔ_ｄｒ│＜│Ｔ_ｄｌ│ …（２）
ウォーム５３が第２の向きに設けられる場合、ステアリングホイール２６を右に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｄｒの絶対値と、ステアリングホイール２６を左に操舵するときに生じる負荷トルクＴ_ｄｌの絶対値との大小関係は、ウォーム５３が第１の向きに設けられる場合のそれと逆になる。

この場合であれ、減速機２５の負荷トルクが、ステアリングホイール２６の操舵方向に応じて異なることにより、運転者がステアリングホイール２６を操作するために必要とされる力が操舵方向によって異なるおそれがある。すなわち、ステアリングホイール２６を右に操舵するために必要とされる力と、ステアリングホイール２６を左に操舵するために必要とされる力との差が大きくなることが懸念される。

そこで、本実施の形態では、ステアリングホイール２６の操舵方向に応じて、ボールねじ機構４８の負荷トルクにも差が生じることに着目して、ウォーム５３の向きと、ボールねじ軸４１のタイプとの組み合わせを決定している。組み合わせには、２つのパターンがある。

＜第１の組み合わせ＞
表１に示すように、ウォーム５３の向きが図４に示される第１の方向に設定される場合、図７に示される左ねじタイプのボールねじ軸４１を使用する。

表１に示される第１の組み合わせを採用する場合、ステアリングホイール２６を右に操舵したとき、減速機２５の負荷トルクが増加する一方、ボールねじ軸４１の負荷トルクが減少する。また、ステアリングホイール２６を左に操舵したとき、減速機２５の負荷トルクが減少する一方、ボールねじ軸４１の負荷トルクが増加する。すなわち、ステアリングホイール２６を操舵する際に生じる負荷トルクの増減特性が、減速機２５とボールねじ機構４８とで互いに逆である。このため、減速機２５およびボールねじ機構４８で生じる総負荷トルクについて、ステアリングホイール２６を右に操舵するときと、ステアリングホイール２６を左に操舵するときとでの差が小さくなる。

＜第２の組み合わせ＞
表２に示すように、ウォーム５３の向きが図５に示される第２の方向に設定される場合、図６に示される右ねじタイプのボールねじ軸４１を使用する。

表２に示される第２の組み合わせを採用する場合、ステアリングホイール２６を右に操舵したとき、減速機２５の負荷トルクが減少する一方、ボールねじ軸４１の負荷トルクが増加する。また、ステアリングホイール２６を左に操舵したとき、減速機２５の負荷トルクが増加する一方、ボールねじ軸４１の負荷トルクが減少する。すなわち、ステアリングホイール２６を操舵する際に生じる負荷トルクの増減特性が、減速機２５とボールねじ機構４８とで互いに逆である。このため、減速機２５およびボールねじ機構４８で生じる総負荷トルクについて、ステアリングホイール２６を右に操舵するときと、ステアリングホイール２６を左に操舵するときとでの差が小さくなる。

＜実施の形態の効果＞
本実施の形態は、以下の効果を奏する。
（１）減速機２５およびボールねじ機構４８は、ステアリングホイール２６を操舵するときに生じる負荷トルクの増減特性が、減速機２５とボールねじ機構４８とで互いに逆になるように構成されている。このため、減速機２５およびボールねじ機構４８で生じる総負荷トルクについて、ステアリングホイール２６を右に操舵するときと、ステアリングホイール２６を左に操舵するときとでの差が小さくなる。したがって、ステアリングホイール２６を右に操舵するために必要とされる力と、ステアリングホイール２６を左に操舵するために必要とされる力との差を小さくすることができる。

（２）ウォーム５３の向きが図４に示される第１の方向に設定される場合、図７に示される左ねじタイプのボールねじ軸４１を使用する。このようにすれば、ステアリングホイール２６を右に操舵するときと、ステアリングホイール２６を左に操舵するときとの各々において、減速機２５の負荷トルクの増減特性とボールねじ機構４８の負荷トルクの増減特性とを互いに逆にすることができる。

（３）ウォーム５３の向きが図５に示される第２の方向に設定される場合、図６に示される右ねじタイプのボールねじ軸４１を使用する。このようにしても、ステアリングホイール２６を右に操舵するときと、ステアリングホイール２６を左に操舵するときとの各々において、減速機２５の負荷トルクの増減特性とボールねじ機構４８の負荷トルクの増減特性とを互いに逆にすることができる。

（４）操舵装置２０の仕様に応じて、ウォーム５３の向きとボールねじ軸４１のタイプとの組み合わせとして、表１に示される第１の組み合わせ、および表２に示される第２の組み合わせのいずれか一方を選択することができる。操舵装置２０の製品バリエーションを増やすことができる。

＜他の実施の形態＞
本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・車両１０に搭載されるときのステアリングギヤボックス２２の姿勢は、ボールねじナット４２の移動方向に重力が作用する姿勢であれば適宜変更してもよい。

・ステアリングホイール２６が操舵される際に生じる操舵方向に対する負荷トルクの左右差をさらに低減し、理想的には０（零）にすべく、モータ２３を、つぎのように制御してもよい。すなわち、ボールねじナット４２が下降する操舵方向であるときにボールねじ機構４８に付与されるトルクが、ボールねじナット４２が上昇する操舵方向であるときにボールねじ機構４８に付与されるトルクよりも小さくなるように、モータ２３を制御する。モータ２３は、たとえば、操舵装置２０の制御装置により制御される。

このようにすれば、ステアリングホイール２６が操舵される際にボールねじ機構４８で生じる負荷トルクの左右差がより小さくなる。左右差は、ステアリングホイール２６を右に操舵するときの負荷トルクと、ステアリングホイール２６を左に操舵するときの負荷トルクとの差である。したがって、ステアリングホイール２６を操舵するときに生じる負荷トルクの増減特性が、減速機２５とボールねじ機構４８とで互いに逆になるように構成するのみの場合に比べて、減速機２５およびボールねじ機構４８で生じる総負荷トルクの左右差をさらに小さくすることができる。

・減速機２５として、付勢機構８０を割愛した構成を採用してもよい。また、ウォーム５３は、モータ２３の出力軸２３Ａに対して傾動可能に設けなくてもよい。この場合、ステアリングホイール２６が操舵される際に減速機２５で生じる負荷トルクの左右差は、基本的には無視できる。このため、ステアリングホイール２６が操舵される際にボールねじ機構４８で生じる負荷トルクの左右差のみに着目すればよい。

そこで、ステアリングホイール２６が操舵される際にボールねじ機構４８で生じる操舵方向に対する負荷トルクの左右差を低減し、理想的には０（零）にすべく、モータ２３を、つぎのように制御してもよい。すなわち、ボールねじナット４２が下降する操舵方向であるときにボールねじ機構４８に付与されるトルクが、ボールねじナット４２が上昇する操舵方向であるときにボールねじ機構４８に付与されるトルクよりも小さくなるように、モータ２３を制御する。このようにすれば、ステアリングホイール２６が操舵される際にボールねじ機構４８で生じる負荷トルクの左右差を低減し、理想的には０にすることが可能である。ボールねじ機構４８の負荷トルクの増減特性は、モータ２３の制御によって生成される。

また、この場合、ウォーム５３の向きと、ボールねじ軸４１のタイプ（左ねじタイプおよび右ねじタイプ）との組み合わせとして、先の表１および表２に示される組み合わせと異なる組み合わせを採用することができる。たとえば、ウォーム５３の向きが第１の方向である場合において、右ねじタイプのボールねじ軸４１を採用してもよい。また、ウォーム５３の向きが第２の方向である場合において、左ねじタイプのボールねじ軸４１を採用してもよい。

・ウォーム５３の向きと、ボールねじ軸４１のタイプ（左ねじタイプおよび右ねじタイプ）との組み合わせとして、先の表１および表２に示される組み合わせを採用しなくてもよい。この場合、ステアリングホイール２６が操舵される際に生じる操舵方向に対する負荷トルクの左右差を低減し、理想的には０（零）にすべく、モータ２３を、つぎのように制御してもよい。すなわち、ボールねじナット４２が下降する操舵方向であるときにボールねじ機構４８に付与されるトルクが、ボールねじナット４２が上昇する操舵方向であるときにボールねじ機構４８に付与されるトルクよりも小さくなるように、モータ２３を制御する。このようにすれば、ステアリングホイール２６が操舵される際にボールねじ機構４８で生じる負荷トルクの左右差を低減し、理想的には０にすることが可能である。ボールねじ機構４８の負荷トルクの増減特性は、モータ２３の制御によって生成される。したがって、ボールねじ機構４８で生じる負荷トルクの左右差が低減される分だけ、減速機２５およびボールねじ機構４８で生じる総負荷トルクの左右差を低減することができる。

・操舵装置２０は、ステアバイワイヤ式の操舵装置であってもよい。操舵装置２０として、ステアリングホイール２６と転舵輪１３との間の動力伝達が分離された、いわゆるリンクレス構造を採用してもよい。また、操舵装置２０として、クラッチによりステアリングホイール２６と転舵輪１３との間の動力伝達を分離可能とした構造を採用してもよい。クラッチが切断されるとき、ステアリングホイール２６と転舵輪１３との間の動力伝達が切断される。クラッチが接続されるとき、ステアリングホイール１６と転舵輪１３との間の動力伝達が連結される。

Claims (3)

1. 車両のステアリングホイールの操舵に応じたトルクを発生するように構成されるモータと、前記モータの回転を減速するように構成される減速機とを有するアクチュエータと、
   前記減速機を通じて付与される回転を転舵輪に連動する出力軸の回転に変換するように構成されるボールねじ機構と、を備え、
   前記減速機と前記ボールねじ機構とは、前記ステアリングホイールが操舵される際に生じる操舵方向に対する負荷トルクの増減特性が前記減速機と前記ボールねじ機構とで互いに逆になるように構成され、
   前記ボールねじ機構は、前記減速機を通じて回転が付与されるボールねじ軸であって、前記車両に対して上下方向に延びるボールねじ軸と、複数のボールと、前記ボールねじ軸に前記ボールを介してねじ込まれるボールねじナットと、を有し、
   前記減速機は、
   前記モータに傾動可能に連結される第１の端部、および、前記第１の端部とは反対側の第２の端部を有するウォームと、
   前記ボールねじ軸と一体的に回転可能に設けられるとともに、前記ウォームと噛み合うように構成されるウォームホイールと、
   前記ウォームの前記第２の端部に前記ウォームホイールに向かう方向の予圧を付与する付勢機構と、を有し、
   前記減速機は、前記ボールねじナットが下降する操舵方向であるときに前記付勢機構が前記ウォームに付与する予圧が、前記ボールねじナットが上昇する操舵方向であるときに前記付勢機構が前記ウォームに付与する予圧よりも大きく作用するように構成される操舵装置。
2. 前記ボールねじ機構の負荷トルクの増減特性は、前記モータの制御によって生成され、
   前記ステアリングホイールが操舵される際に生じる操舵方向に対する負荷トルクの差を無くすべく、前記ボールねじナットが下降する操舵方向であるときに前記ボールねじ機構に付与されるトルクが、前記ボールねじナットが上昇する操舵方向であるときに前記ボールねじ機構に付与されるトルクよりも小さくなるように、前記モータが制御される請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記ウォームの前記第２の端部は、前記ウォームホイールが連結される前記ボールねじ軸の端部側からみて、前記ウォームの軸方向において前記ウォームホイールの中心よりも左側に位置し、前記ボールねじ軸は、左ねじタイプであって、前記ウォームホイールに連結される前記ボールねじ軸の端部側からみて反時計回り方向に巻く螺旋状のねじ溝を有する、または、
   前記ウォームの前記第２の端部は、前記ウォームホイールが連結される前記ボールねじ軸の端部側からみて、前記ウォームの軸方向において前記ウォームホイールの中心よりも右側に位置し、前記ボールねじ軸は、右ねじタイプであって、前記ウォームホイールに連結される前記ボールねじ軸の端部側からみて時計回り方向に巻く螺旋状のねじ溝を有する請求項１または請求項２に記載の操舵装置。