WO2020189084A1

WO2020189084A1 - ステアリング装置

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Publication number: WO2020189084A1
Application number: PCT/JP2020/004804
Authority: WO
Inventors: 尚樹高柳; 貴大藤枝
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2020-02-07
Publication date: 2020-09-24
Also published as: JP2020153392A

Abstract

モータプーリ及びナットプーリが静止している場合に、無端ベルトのうちモータプーリ巻き掛け領域とナットプーリ巻き掛け領域との間の一対の中間領域におけるベルト歯部の歯ピッチをＰＢ１とし、転舵輪が路面に接した状態で電動モータがモータシャフトを介してモータプーリを駆動している場合に、一対の中間領域のうち無端ベルトがモータプーリに引き込まれる引込側中間領域の歯ピッチをＰＢ２とし、モータプーリ歯部の歯ピッチをＰＭとしたときに、モータプーリ及び無端ベルトがＰＢ１＜ＰＢ２≦ＰＭという関係式を満足する。

Description

ステアリング装置

　本発明は、ステアリング装置に関する。

　ステアリング装置として、例えば以下の特許文献１に記載された電動パワーステアリング装置が知られている。

　特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置では、電動モータの出力トルクをアシストトルクとして転舵軸に伝達するベルト式減速機を備えている。このベルト式減速機において、駆動プーリ、従動プーリ及びこれらの間に巻き掛けられた無端ベルトは、それぞれ、無端ベルトとモータプーリ及びナットプーリとの間で噛み合う歯部を有している。

特開２０１８－１１４７７０号公報

　ところで、駆動プーリが電動モータで駆動されたときに、駆動プーリに引き込まれる無端ベルトのベルト歯部の歯ピッチは、ベルト式減速機の静止時に比べて広がる。このため、ベルト歯部が駆動プーリ歯部に噛み合う際に、ベルト歯部の回転位相が駆動プーリ歯部の回転位相に対して遅れを生じる場合がある。この場合には、駆動プーリ歯部がベルト歯部に干渉して撓みを生じさせることで、駆動プーリ歯部とベルト歯部との間で異音の原因となるスリップが生じる可能性がある。

　本発明は、ベルト歯部がモータプーリ歯部に噛み合う際の歯同士の間におけるスリップを抑制したステアリング装置を提供することを目的とする。

　本発明の一実施形態に係るステアリング装置は、転舵軸であって、車幅方向に直線運動することで転舵輪を転舵可能である、転舵軸と、電動モータであって、出力軸としてモータシャフトを有し、モータシャフトは、第１軸線を中心に回転する、電動モータと、駆動プーリであって、モータシャフトと一体に回転可能であり、径方向に突出する歯が周方向に沿って複数配列された駆動プーリ歯部を有する、駆動プーリと、従動プーリであって、第１軸線に対してオフセットした第２軸線を中心に回転し、径方向に突出する歯が周方向に沿って複数配列された従動プーリ歯部を有する、従動プーリと、回転運動－直線運動変換機構であって、従動プーリの回転運動を直線運動に変換して転舵軸に伝達する、回転運動－直線運動変換機構と、無端ベルトであって、駆動プーリと従動プーリとの間に巻き掛けられ、駆動プーリに巻き掛けられる駆動プーリ巻き掛け領域、及び従動プーリに巻き掛けられる従動プーリ巻き掛け領域を有し、駆動プーリ及び従動プーリの回転とともに駆動プーリ歯部及び従動プーリ歯部と順次噛み合う歯が、ベルト長手方向に沿って複数配列されたベルト歯部を有する、無端ベルトと、を備え、駆動プーリ及び従動プーリが静止している場合において、無端ベルトのうち駆動プーリ巻き掛け領域と従動プーリ巻き掛け領域との間の一対の中間領域におけるベルト歯部の歯ピッチをＰＢ１とし、転舵輪が路面に接した状態で電動モータがモータシャフトを介して駆動プーリを駆動している場合において、一対の中間領域のうち無端ベルトが駆動プーリに引き込まれる引込側中間領域の歯ピッチをＰＢ２とし、駆動プーリ歯部の歯ピッチをＰＭとしたときに、駆動プーリ及び無端ベルトが下記の関係式を満足する。
ＰＢ１＜ＰＢ２≦ＰＭ

　本発明の一実施形態に係るステアリング装置によれば、ベルト歯部がモータプーリ歯部に噛み合う際の歯同士の間におけるスリップを抑制することができる。

電動パワーステアリング装置の一例を示す概略図である。図１のＡ部についての一部断面図である。静止状態のベルト機構を示す、図２のＢ－Ｂ線の要部切断端面図である。動作状態のベルト機構を示す、図２のＢ－Ｂ線の要部切断端面図である。図４のＤ部についての拡大図である。モータプーリの全歯たけと無端ベルトの全歯たけを示す説明図である。ナットプーリの全歯たけと無端ベルトの全歯たけを示す説明図である。歯ピッチと周囲温度との関係を示す説明図である。歯ピッチとベルト引張力との関係を示す説明図である。

　以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。

［電動パワーステアリング装置の概要］
　図１は、ステアリング装置に係る実施形態として、電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置の一例を示す。ＥＰＳ装置１００は、操舵装置及びアシスト装置を有している。操舵装置は、車両１０００の運転者によるステアリング操作によって転舵輪２００を転舵させるために、ステアリングホイール１０１により発生した操舵トルクを転舵輪２００に伝達する装置である。一方、アシスト装置は、操舵装置による操舵トルクの伝達経路において、操舵トルクをアシストするアシストトルクを加える装置である。

　操舵装置において、ステアリングホイール１０１の回転操作によって発生する操舵トルクは、中間軸１０２及び自在継手１０３等を介して、ステアリングシャフト１０４に伝達される。ステアリングシャフト１０４には図示省略のトーションバー（操舵トルクセンサ）等を介してピニオンシャフト１０５が接続されている。ピニオンシャフト１０５の外周には、棒形状をなす転舵軸としてのラックバー１０６のラックギアと噛み合うピニオンギアが形成されている。ステアリングシャフト１０４から伝達された操舵トルクにより回転するピニオンシャフト１０５の回転運動は、ピニオンシャフト１０５と噛み合うラックバー１０６による車幅方向の直線運動に変換される。この直線運動は、ラックバー１０６に接続されたボールジョイント１０９から、タイロッド１０７、及び、タイロッド１０７に回転可能に接続されたナックルアーム１０８を介して転舵輪２００に伝達され、これにより転舵輪２００が転舵する。

　アシスト装置は、電動モータ１１０及びベルト式減速機１１１を有し、電動モータ１１０の軸出力がベルト式減速機１１１を介してラックバー１０６に伝達されるように構成される。ベルト式減速機１１１は、電動モータ１１０の出力回転速度を固有の減速比に応じて低下させるとともに、電動モータ１１０の出力トルクを固有の減速比に応じて増大させる。ベルト式減速機１１１の出力トルクがアシストトルクとなる。なお、電動モータ１１０は、図示省略の駆動制御装置によって駆動が制御される。この駆動制御装置は、図示省略の各種センサによって検出された操舵トルクや車速等に基づいてアシストトルクの目標値を演算し、ベルト式減速機１１１の減速比を考慮して電動モータ１１０の出力軸から出力される出力トルクの目標値を設定する。そして、制御装置は、電動モータ１１０の出力トルクが目標値となるように電動モータ１１０の駆動を制御する。

　ＥＰＳ装置１００は、車両１０００に固定されるギアハウジング１１２と、これに接続されるモータハウジング１１３と、を有する。ギアハウジング１１２は、概略的にはラックバー収容部１１２ａ及び減速機収容部１１２ｂの２つの内部空間を形成する。ラックバー収容部１１２ａは、ラックバー１０６を軸方向（車幅方向）に移動可能に収容する。減速機収容部１１２ｂは、ラックバー１０６の軸方向（車幅方向）の中間部において、ベルト式減速機１１１を収容し、ラックバー収容部１１２ａと連通する。また、モータハウジング１１３は、ボルト等の締結部材によってギアハウジング１１２に固定されることで減速機収容部１１２ｂに隣接する空間を画し、この空間において電動モータ１１０を収容する。

［アシスト装置の詳細］
　図２は、図１のＡ部についての一部断面図である。電動モータ１１０は、巻線１０が巻き回された略円筒状の電機子鉄心（モータステータ）１１の中央部に、第１軸線Ｘ１を回転軸線とする永久磁石回転子（モータロータ）１２を回転可能に備える。永久磁石回転子１２には、これと回転軸線を共通にするモータシャフト１３が電動モータ１１０の出力軸として固定される。モータシャフト１３は、巻線１０への通電量を制御することで、永久磁石回転子１２と一体に正回転又は逆回転の両方向に回転可能である。モータシャフト１３の先端部は、電動モータ１１０がモータハウジング１１３に収容された状態で、減速機収容部１１２ｂまで突出している。

　ベルト式減速機１１１は、ラックバー側ボールねじ溝２０、ナット２１、ボールベアリング２２、ナット側ボールねじ溝２３及びボール２４によって構成されるボールねじ機構２５を有する。ボールねじ機構２５は、ナット２１の回転運動を直線運動に変換してラックバー１０６に伝達する。ラックバー側ボールねじ溝２０は、ラックバー１０６のうち上記のピニオンギアが形成されていない領域で軸方向断面円形状に形成された外周において、軸方向に螺旋状に延びる。ナット２１は、ラックバー１０６のうちラックバー側ボールねじ溝２０が形成された領域が軸方向に挿通される円筒体であり、ボールベアリング２２によって第２軸線Ｘ２を回転軸線としてギアハウジング１１２に回転自在に支持される。ナット２１の内周には、ラックバー側ボールねじ溝２０に対向して、軸方向に螺旋状に延びるナット側ボールねじ溝２３が形成される。ラックバー側ボールねじ溝２０とナット側ボールねじ溝２３とが対向することで複数のボール２４が充填されるボール循環溝が形成される。ボールねじ機構２５は、ナット２１の回転に伴いボール循環溝内を複数のボール２４が移動することにより、ナット２１に対してラックバー１０６を軸方向に移動させる。なお、図示省略したが、ナット２１は、複数のボール２４をボール循環溝の一端側から他端側へ循環させる循環経路を備える。

　モータシャフト１３の回転軸線である第１軸線Ｘ１とナット２１の回転軸線である第２軸線Ｘ２とは、その径方向において互いにオフセットしている。つまり、第１軸線Ｘ１と第２軸線Ｘ２とは、製造誤差を無視すれば互いに平行である。なお、第２軸線Ｘ２は、ラックバー１０６のうちラックバー側ボールねじ溝２０が形成された軸方向断面円形状領域の軸線となる。

　ベルト式減速機１１１は、上記のボールねじ機構２５に加えて、モータプーリ２６、ナットプーリ２７及び無端ベルト２８を含んだベルト機構２９を有する。モータプーリ２６は、モータシャフト１３と同軸の円筒状の駆動プーリ（例えば金属製）であり、モータシャフト１３の先端部の外周を包囲してボルト等によりモータシャフト１３に固定される。ナットプーリ２７は、ナット２１と同軸の円筒状の従動プーリ（例えば金属製）であり、ナット２１の外周を包囲してボルト等によりナット２１に固定される。モータプーリ２６とナットプーリ２７との間には無端ベルト２８が巻き掛けられる。モータシャフト１３が一方向に回転すると、モータシャフト１３及びモータプーリ２６が第１軸線Ｘ１回りに一体に回転するとともに、無端ベルト２８によって、ナットプーリ２７が第２軸線Ｘ２周りにモータプーリ２６と同一方向へ回転する。これにより、ナットプーリ２７に固定されたナット２１も同一方向へ回転し、ラックバー１０６がナット２１に対して挿通方向の一方へ移動する。

　ナットプーリ２７の外径はモータプーリ２６の外径よりも大きくなっている。したがって、電動モータ１１０の出力回転速度がナットプーリ２７の外径をモータプーリ２６の外径で除算して得られる減速比の逆数に比例して低下するとともに、電動モータ１１０の出力トルクが減速比に比例して増大する。これにより、電動モータ１１０の軸出力は、出力回転速度が低下しかつ出力トルクが増大した状態でラックバー１０６に伝達され、ベルト式減速機１１１の機能が実現される。

［ベルト機構の詳細］
　図３は、図２のＢ－Ｂ線における要部切断端面図により静止状態のベルト機構２９を示す。ベルト機構２９の静止状態とは、モータプーリ２６、ナットプーリ２７及び無端ベルト２８が動作していない状態をいう。なお、ボール２４やハウジング１１２等については図示を省略するものとする。図４において同様である。

　無端ベルト２８は、内側面にベルト長手方向に沿って歯が複数配列されたベルト歯部２８ａと、図示省略の心線を埋設した背部２８ｂとを有し、ベルト歯部２８ａの表面に例えばナイロン帆布等の歯布（図示省略）を被覆した歯付ベルトである。ベルト歯部２８ａのベルト長手方向における断面形状には、台形状や円弧形状等の様々な形状を用いることができ、特に限定するものではない。無端ベルト２８において、ベルト長手方向にベルト引張力等の外力が加わっていないときに、隣接する２つのベルト歯部２８ａ間の歯ピッチＰＢである初期ピッチはＰＢ０である。ここで、歯ピッチＰＢは、無端ベルト２８のピッチ線Ｃｂにおいて１つのベルト歯部２８ａの１点と隣接するベルト歯部２８ａの相当点との間のピッチ線Ｃｂに沿った長さである。ベルト歯部２８ａ及び背部２８ｂの材質としては、例えばクロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム等の合成ゴムやポリウレタンが用いられ得る。また、背部２８ｂに埋設された心線の材質としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、カーボン等が用いられ得る。

　モータプーリ２６は、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａと噛み合うモータプーリ歯部２６ａを有する歯付プーリである。モータプーリ歯部２６ａでは、モータプーリ２６の外周において、径方向に突出する歯が周方向に沿って複数配列されている。モータプーリ歯部２６ａは、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａがモータプーリ２６に巻き付いていく際のベルト歯部２８ａの歯の運動により創成される軌跡を考慮して定められる。モータプーリ歯部２６ａにおいて隣接する２つの歯の間の歯ピッチＰＭは、後述するように、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢとの関係を考慮して設定される。ここで、歯ピッチＰＭは、モータプーリ２６のピッチ円Ｃｍにおいて１つのモータプーリ歯部２６ａの１点と隣接するモータプーリ歯部２６ａの相当点との間のピッチ円Ｃｍに沿った長さである。

　ナットプーリ２７は、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａと噛み合うナットプーリ歯部２７ａを有する歯付プーリである。ナットプーリ歯部２７ａでは、ナットプーリ２７の外周において、径方向に突出する歯が周方向に沿って複数配列されている。ナットプーリ歯部２７ａは、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａがナットプーリ２７に巻き付いていく際のベルト歯部２８ａの歯の運動により創成される軌跡を考慮して定められる。ナットプーリ２７において隣接する２つの歯の間の歯ピッチＰＮは、後述するように、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢとの関係を考慮して設定される。ここで、歯ピッチＰＮは、ナットプーリ２７のピッチ円Ｃｎにおいて１つのナットプーリ歯部２７ａの１点と隣接するナットプーリ歯部２７ａの相当点との間のピッチ円Ｃｎに沿った長さである。

　ここで、無端ベルト２８がモータプーリ２６に巻き掛けられた状態でモータプーリ歯部２６ａと接触するベルト歯部２８ａの複数の歯のうち一端側の歯から他端側の歯までの無端ベルト２８の範囲を、モータプーリ側巻き掛け領域というものとする。また、無端ベルト２８がナットプーリ２７に巻き掛けられた状態でナットプーリ歯部２７ａと接触するベルト歯部２８ａの複数の歯のうち一端側の歯から他端側の歯までの無端ベルト２８の範囲を、ナットプーリ側巻き掛け領域というものとする。したがって、無端ベルト２８のうちモータプーリ側巻き掛け領域とナットプーリ側巻き掛け領域との間の一対の中間領域は、ベルト歯部２８ａがモータプーリ歯部２６ａ及びナットプーリ歯部２７ａと接触しない領域である。

　なお、モータプーリ側巻き掛け領域のうちベルト歯部２８ａがモータプーリ歯部２６ａと単に接触しているだけでなく噛み合っている範囲では、無端ベルト２８のピッチ線Ｃｂとモータプーリ２６のピッチ円Ｃｍとが互いに共通となる。また、ナットプーリ側巻き掛け領域のうちベルト歯部２８ａがナットプーリ歯部２７ａと単に接触しているだけでなく噛み合っている範囲では、無端ベルト２８のピッチ線Ｃｂとナットプーリ２７のピッチ円Ｃｎとが互いに共通となる。

　ベルト機構２９の静止状態では、無端ベルト２８の一対の中間領域にそれ自体の弾性に起因した初張力が生じている。これにより、一対の中間領域では無端ベルト２８が伸びるので、ベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢは初期ピッチＰＢ０から静止時ピッチＰＢ１（＞ＰＢ０）に広がっている。

　図４は、図２のＢ－Ｂ線における要部切断端面図により動作状態のベルト機構２９を示す。ベルト機構２９の動作状態とは、転舵輪２００が路面に接しているときに、電動モータ１１０がモータシャフト１３を介してモータプーリ２６を駆動することで、モータプーリ２６、ナットプーリ２７及び無端ベルト２８が動作している状態をいう。図中では、モータシャフト１３が紙面に対して例えば反時計回りに回転するものとしている。

　ここで、上記の一対の中間領域のうち、無端ベルト２８がモータプーリ２６に引き込まれる方（紙面に対して右側）を引込側中間領域というものとする。また、上記の一対の中間領域のうち、無端ベルト２８がモータプーリ２６から送り出される方（紙面に対して左側）を送出側中間領域というものとする。なお、ナットプーリ２７が回転すると、これと一体にナット２１が回転し、ラックバー１０６が紙面に対して垂直方向に移動する。

　ベルト機構２９の動作状態で、モータプーリ２６には、電動モータ１１０からモータシャフト１３を介して出力トルクが伝達される。また、ナットプーリ２７には、転舵時における転舵輪２００と路面との摩擦力等に起因した負荷トルクがラックバー１０６を介して伝達される。したがって、無端ベルト２８の引込側中間領域には、初張力に加えて、出力トルクと負荷トルクとの差分に応じたベルト引張力が加わる。このベルト引張力によって、引込側中間領域では無端ベルト２８がさらに引っ張られて、引込側中間領域のベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢは静止時ピッチＰＢ１から動作時ピッチＰＢ２（＞ＰＢ１）に広がる。これに対し、送出側中間領域の無端ベルト２８には、引込側中間領域のように電動モータ１１０の出力トルクによるベルト引張力が加わらない。したがって、送出側中間領域のベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢは静止時ピッチＰＢ１と同程度か、あるいは静止時ピッチＰＢ１よりも小さくなっている。図中では、説明の便宜上、送出側中間領域のベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢを静止時ピッチＰＢ１としている。

［モータプーリ歯部及びベルト歯部の歯ピッチ］
　図５は、図４のＤ部の拡大図であり、ベルト機構２９の動作状態におけるモータプーリ２６のモータプーリ歯部２６ａと無端ベルト２８のベルト歯部２８ａとの関係を説明するためのものである。ここで、ベルト歯部２８ａの第１ベルト歯２８ａ１が、モータプーリ歯部２６ａの第１モータプーリ歯２６ａ１と噛み合っているものとする。また、第１ベルト歯２８ａ１の１つ手前の第２ベルト歯２８ａ２dash（太破線参照）はモータプーリ歯部２６ａと接触していないものとする。すなわち、第１ベルト歯２８ａ１はモータプーリ側巻き掛け領域に含まれ、第２ベルト歯２８ａ２dashは引込側中間領域に含まれるものとする。このとき、第１ベルト歯２８ａ１と第２ベルト歯２８ａ２dashとの間の歯ピッチＰＢは引込側中間領域の動作時ピッチＰＢ２となる。そして、モータプーリ２６が回転して、第１モータプーリ歯２６ａ１の１つ手前の第２モータプーリ歯２６ａ２は、第２ベルト歯２８ａ２dashと噛み合い始める。

　しかし、モータプーリ２６の歯ピッチＰＭが少なくとも動作時ピッチＰＢ２未満である場合には、モータプーリ歯部２６ａとベルト歯部２８ａとが噛み合う際に、ベルト歯部２８ａの回転位相がモータプーリ歯部２６ａの回転位相に対して遅れを生じる。これにより、第２モータプーリ歯２６ａ２は、第２ベルト歯２８ａ２dashと干渉（接触）して撓み（変形）を生じさせるので、第２ベルト歯２８ａ２dashは変形後第２ベルト歯２８ａ２に変化する。このとき、第２モータプーリ歯２６ａ２と第２ベルト歯２８ａ２dashとの間で異音の原因となるスリップが生じる可能性がある。

　そこで、モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭは、下記の関係式（１）に示すように、ベルト機構２９の動作状態での引込側中間領域におけるベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢである動作時ピッチＰＢ２以上となるように設定される。
ＰＢ１＜ＰＢ２≦ＰＭ　…（１）

　モータプーリ２６及び無端ベルト２８が上記の関係式（１）を満足することで、モータプーリ歯部２６ａとベルト歯部２８ａとが噛み合う際に、ベルト歯部２８ａの回転位相がモータプーリ歯部２６ａの回転位相に対して遅れることがなくなる。これにより、モータプーリ歯部２６ａがベルト歯部２８ａを撓ませる可能性が低減するので、モータプーリ歯部２６ａとベルト歯部２８ａとの間で異音の原因となるスリップを抑制することができる。

　なお、モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭは、上記の関係式（１）を満足するように設定されるときには、モータプーリ歯部２６ａの歯が、ベルト歯部２８ａのうち噛み合い対象となる歯以外と干渉しないように上限が設けられる。

　図５を参照して、モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭの具体例について説明する。図５の状態からさらにモータプーリ２６が回転すると、第２モータプーリ歯２６ａ２の１つ手前の第３モータプーリ歯２６ａ３が、変形後第２ベルト歯２８ａ２の１つ手前の第３ベルト歯２８ａ３と噛み合い始める。ところが、上記のように第２ベルト歯２８ａ２dashから変形後第２ベルト歯２８ａ２へ変形しているので、変形後第２ベルト歯２８ａ２とその１つ手前の第３ベルト歯２８ａ３との間の歯ピッチＰＢは、動作時ピッチＰＢ２から変形部ピッチＰＢ３（＞ＰＢ２）まで広がる。

　このようなベルト歯部２８ａの変形による歯ピッチＰＢの変化を考慮して、モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭは、下記の関係式（２）に示すように、変形部ピッチＰＢ３と同一かあるいは極めて近い値に設定される。ＰＭ≒ＰＢ３　…（２）

　モータプーリ２６及び無端ベルト２８が上記の関係式（２）を満足することで、モータプーリ２６が回転してモータプーリ歯部２６ａとベルト歯部２８ａとが噛み合う際に、モータプーリ歯部２６ａはベルト歯部２８ａをさらに撓ませにくくなる。これにより、モータプーリ歯部２６ａとベルト歯部２８ａとの間で異音の原因となるスリップをより確実に抑制することができる。

［ナットプーリ歯部及びベルト歯部の歯ピッチ］
　再び図４を参照して、ナットプーリ歯部２７ａ及びベルト歯部２８ａの歯ピッチについて説明する。上記のように、無端ベルト２８の送出側中間領域の歯ピッチＰＢは、ベルト機構２９の静止状態での中間領域における静止時ピッチＰＢ１と同程度か、あるいは静止時ピッチＰＢ１よりも小さくなっている。つまり、無端ベルト２８の送出側中間領域における歯ピッチＰＢは、少なくとも動作時ピッチＰＢ２まで広がらない。したがって、ベルト歯部２８ａとナットプーリ歯部２７ａとが噛み合い始める際に、ベルト歯部２８ａとモータプーリ歯部２６ａとが噛み合い始める際の上記の現象が発生しない。このため、ナットプーリ２７では、モータプーリ歯部２６ａで歯ピッチＰＭのように、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮを動作時ピッチＰＢ２以上とする必要がない。逆に、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮを動作時ピッチＰＢ２以上とすると、ナットプーリ歯部２７ａとベルト歯部２８ａとの噛み合い始めにおける噛み合い不良が発生するおそれもある。

　そこで、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮは、下記の関係式（３）に示すように、動作時ピッチＰＢ２未満に設定される。ＰＮ＜ＰＢ２　…（３）

　なお、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮが静止時ピッチＰＭ１以下である場合には、ナットプーリ歯部２７ａとベルト歯部２８ａとが噛み合う際に、ベルト歯部２８ａの回転位相がナットプーリ歯部２７ａの回転位相に対して遅れを生じる場合がある。この場合にも、ナットプーリ歯部２７ａとベルト歯部２８ａとの噛み合い始めにおける噛み合い不良が発生する可能性がある。よって、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮが静止時ピッチＰＢ１よりも大きいことを追加的な条件としてもよい。

［モータプーリ歯部及びベルト歯部の全歯たけ］
　図６は、モータプーリ２６のモータプーリ歯部２６ａにおける全歯たけと、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａにおける全歯たけと、の関係を示す。

　モータプーリ歯部２６ａの全歯たけＨｍは、モータプーリ歯部２６ａにおける歯末のたけと歯元のたけとの和、すなわち、モータプーリ歯先円Ｃｍ１の半径とモータプーリ歯元円Ｃｍ２の半径との差である。ここで、モータプーリ歯先円Ｃｍ１は、モータプーリ歯部２６ａの各歯の先端を結んだ円である。また、モータプーリ歯元円Ｃｍ２は、モータプーリ歯部２６ａの各歯の根元を結んだ円である。一方、ベルト歯部２８ａの全歯たけＨｂは、ベルト歯元円Ｃｂ２の半径とベルト歯先円Ｃｂ１の半径との差である。ここで、ベルト歯先円Ｃｂ１は、モータプーリ側巻き掛け領域あるいはナットプーリ側巻き掛け領域において、ベルト歯部２８ａの各歯の先端を結んだ円である。また、ベルト歯元円Ｃｂ２は、モータプーリ側巻き掛け領域あるいはナットプーリ側巻き掛け領域において、ベルト歯部２８ａの各歯の根元を結んだ円である。

　ベルト歯部２８ａの全歯たけＨｂは、モータプーリ歯部２６ａの全歯たけＨｍよりも小さい値に設定される（Ｈｍ＞Ｈｂ）。これにより、ベルト歯部２８ａがモータプーリ歯部２６ａと噛み合う際に、ベルト歯部２８ａの歯の先端とモータプーリ歯部２６ａとの接触が抑制され、歯同士の間のスリップの発生をさらに抑制することができる。

［ナットプーリ歯部及びベルト歯部の全歯たけ］
　図７は、ナットプーリ２７のナットプーリ歯部２７ａにおける全歯たけと、無端ベルト２８のベルト歯部２８ａにおける全歯たけと、の関係を示す。

　ナットプーリ歯部２７ａの全歯たけＨｎは、ナットプーリ歯部２７ａにおける歯末のたけと歯元のたけとの和、すなわち、ナットプーリ歯先円Ｃｎ１の半径とナットプーリ歯元円Ｃｎ２の半径との差である。ここで、ナットプーリ歯先円Ｃｎ１は、ナットプーリ歯部２７ａの各歯の先端を結んだ円である。また、ナットプーリ歯元円Ｃｎ２は、ナットプーリ歯部２７ａの各歯の根元を結んだ円である。

　ベルト歯部２８ａの全歯たけＨｂは、ナットプーリ歯部２７ａの全歯たけＨｎよりも小さい値に設定される（Ｈｎ＞Ｈｂ）。これにより、ベルト歯部２８ａがナットプーリ歯部２７ａと噛み合う際に、例えばベルト歯部２８ａの歯の先端がナットプーリ歯部２７ａに乗り上げる等、ナットプーリ歯部２７ａとベルト歯部２８ａとの噛み合い不良をさらに抑制することができる。

［歯ピッチと周囲温度との関係］
　図８は、モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭ、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮ、及び、引込側中間領域におけるベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢである動作時ピッチＰＢ２と周囲温度との関係の一例を示す。なお、電動モータ１１０の出力トルクは一定であるものとする。

　モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭを動作時ピッチＰＢ２以上にする（ＰＢ２≦ＰＭ）という歯ピッチＰＭの設定条件は、ベルト機構２９の周囲温度が所定の使用温度範囲で変化したときでも成立することが好ましい。所定の使用温度範囲は、車両１０００の想定環境温度やベルト機構２９自体又はその周辺部品からの発熱等を考慮して、例えば、摂氏マイナス４０度の最低温度Ｔmin（℃）から摂氏１２５度の最高温度Ｔmax（℃）までの範囲に設定される。

　特に、上記の歯ピッチＰＭの設定条件は、ＥＰＳ装置１００が使用される頻度が高い温度環境で成立することが必要である。ＥＰＳ装置１００が使用される頻度が高い温度環境とは、例えば、ベルト機構２９の周囲温度が摂氏６０度であるときである。

　ところで、モータプーリ２６の材質と無端ベルト２８の材質の違いによって、モータプーリ２６の線膨張係数が無端ベルト２８の線膨張係数よりも大きくなる場合がある。この場合には、ベルト機構２９の周囲温度が上昇するときに、モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭの上昇率は、引込側中間領域におけるベルト歯部２８ａの動作時ピッチＰＢ２の上昇率よりも大きくなる（図中の太実線及び破線参照）。したがって、上記の歯ピッチＰＭの設定条件は、最低温度Ｔmin（例えば摂氏マイナス４０度）で成立すれば、所定の使用温度範囲の全てにおいて成立する。よって、上記の歯ピッチＰＭの設定条件は、モータプーリ２６及び無端ベルト２８の２つの線膨張係数間に上記の関係がある場合には、少なくとも最低温度Ｔminで成立すればよい。

　同様に、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮを動作時ピッチＰＢ２未満にする（ＰＮ＜ＰＢ２）という歯ピッチＰＮの設定条件は、ベルト機構２９の周囲温度が所定の使用温度範囲で変化したときでも成立することが好ましい。

　ところで、ナットプーリ２７の材質と無端ベルト２８の材質との違いによって、ナットプーリ２７の線膨張係数が無端ベルト２８の線膨張係数よりも大きくなる場合がある。この場合には、ベルト機構２９の周囲温度が上昇するときに、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮの上昇率は、引込側中間領域におけるベルト歯部２８ａの動作時ピッチＰＢ２の上昇率よりも大きくなる（図中の太実線及び一点鎖線参照）。したがって、上記の歯ピッチＰＮの設定条件は、最高温度Ｔmax（例えば摂氏１２５度）で成立すれば、所定の使用温度範囲の全てにおいて成立する。よって、上記の歯ピッチＰＮの設定条件は、ナットプーリ２７及び無端ベルト２８の２つの線膨張係数間に上記の関係がある場合には、少なくとも最高温度Ｔmaxで成立すればよい。

［歯ピッチとベルト引張力との関係］
　図９は、ナットプーリ歯部２７ａの歯ピッチＰＮ、及び、引込側中間領域におけるベルト歯部２８ａの歯ピッチＰＢである動作時ピッチＰＢ２と、無端ベルト２８の引込側中間領域に働くベルト引張力Ｆと、の関係を示す。なお、ベルト機構２９の周囲温度は一定であるものとする。

　モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭを動作時ピッチＰＢ２以上にする（ＰＢ２≦ＰＭ）という歯ピッチＰＭの設定条件は、無端ベルト２８の引込側中間領域に働くベルト引張力Ｆが所定のベルト引張力範囲で変化したときでも成立することが好ましい。

　所定のベルト引張力範囲は、車両１０００で想定される運転状態から設定され、最小引張力Ｆminよりも大きく、かつ、最大引張力Ｆmax以下の範囲で規定される。最小引張力Ｆminは、ベルト機構２９の静止状態での初張力であり、このときの無端ベルト２８の中間領域における歯ピッチＰＢは、動作時ピッチＰＢ２ではなく、静止時ピッチＰＢ１となる（白抜き丸印参照）。一方、最大引張力Ｆmaxは、車両１０００で想定される運転状態において、電動モータ１１０の出力トルクとナットプーリ２７に加わる負荷トルクとの差分が最も大きくなるときのベルト引張力Ｆである。例えば、ベルト引張力Ｆは、車両１０００を停止させた状態でステアリングホイール１０１の回転操作を行う、いわゆる据え切り時に、最大引張力Ｆmaxとなる。

　ところで、モータプーリ２６の材質と無端ベルト２８の材質との違いによって、無端ベルト２８の弾性率がモータプーリ２６の弾性率よりも大きくなる場合がある。この場合には、無端ベルト２８の引込側中間領域に働くベルト引張力Ｆが上昇するときに、引込側中間領域におけるベルト歯部２８ａの動作時ピッチＰＢ２の上昇率は、モータプーリ歯部２６ａの歯ピッチＰＭの上昇率よりも大きくなる（図中の太実線及び破線参照）。したがって、上記の歯ピッチＰＭの設定条件は、最大引張力Ｆmaxで成立すれば、所定のベルト引張力範囲の全てにおいて成立する。よって、上記の歯ピッチＰＭの設定条件は、モータプーリ２６及び無端ベルト２８の２つの弾性率間に上記の関係がある場合には、少なくとも最大引張力Ｆmaxで成立すればよい。例えば、上記の歯ピッチＰＭの設定条件は、車両１０００の停止状態でステアリングホイール１０１の回転操作を行ったときに成立するものであればよい。

　なお、上記実施形態で説明した各技術的思想は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて使用することができる。また、上記実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることはいうまでもない。

　上記の実施形態において、ナットプーリ２７の回転運動を直線運動に変換してラックバー１０６へ伝達する手段としてボールねじ機構２５を用いていた。これに限らず、ベルト機構２９の従動プーリの回転運動を直線運動に変換して転舵軸に伝達する様々な回転運動－直線運動変換機構を用いることができる。例えば、転舵軸にこれが軸方向に直線運動を行うようにラックギアを設けて、ラックギアと噛み合うピニオンギアに従動プーリの回転運動が伝達できるように歯車列を構成してもよい。

　すなわち、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　本願は、２０１９年３月１８日付出願の日本国特許出願第２０１９－０５００９８号に基づく優先権を主張する。２０１９年３月１８日付出願の日本国特許出願第２０１９－０５００９８号の明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。

　１３…モータシャフト、２５…ボールねじ機構、２６…モータプーリ、２６ａ…モータプーリ歯部、２７…ナットプーリ、２７ａ…ナットプーリ歯部、２８…無端ベルト、２８ａ…ベルト歯部、２８ａ２…変形後第２ベルト歯（第１の歯）、２８ａ３…第３ベルト歯（第２の歯）、１００…ＥＰＳ装置、１０６…ラックバー、１１０…電動モータ、２００…転舵輪、Ｘ１…第１軸線、Ｘ２…第２軸線、ＰＭ…モータプーリ歯部の歯ピッチ、ＰＮ…ナットプーリ歯部の歯ピッチ、ＰＢ…ベルト歯部の歯ピッチ、ＰＢ１…静止時ピッチ、ＰＢ２…動作時ピッチ、ＰＢ３…変形部ピッチ、Ｈｍ…モータプーリ歯部の全歯たけ、Ｈｎ…ナットプーリ歯部の全歯たけ、Ｈｂ…ベルト歯部の全歯たけ、Ｔmax…最高温度、Ｔmin…最低温度、Ｆmax…最大引張力

Claims

　ステアリング装置であって、
　転舵軸であって、車幅方向に直線運動することで転舵輪を転舵可能である、前記転舵軸と、
　電動モータであって、出力軸としてモータシャフトを有し、前記モータシャフトは、第１軸線を中心に回転する、前記電動モータと、
　駆動プーリであって、前記モータシャフトと一体に回転可能であり、径方向に突出する歯が周方向に沿って複数配列された駆動プーリ歯部を有する、前記駆動プーリと、
　従動プーリであって、前記第１軸線に対してオフセットした第２軸線を中心に回転し、径方向に突出する歯が周方向に沿って複数配列された従動プーリ歯部を有する、前記従動プーリと、
　回転運動－直線運動変換機構であって、前記従動プーリの回転運動を直線運動に変換して前記転舵軸に伝達する、前記回転運動－直線運動変換機構と、
　無端ベルトであって、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に巻き掛けられ、前記駆動プーリに巻き掛けられる駆動プーリ巻き掛け領域、及び前記従動プーリに巻き掛けられる従動プーリ巻き掛け領域を有し、前記駆動プーリ及び前記従動プーリの回転とともに前記駆動プーリ歯部及び前記従動プーリ歯部と順次噛み合う歯が、ベルト長手方向に沿って複数配列されたベルト歯部を有する、前記無端ベルトと、を備え、
　前記駆動プーリ及び前記従動プーリが静止している場合において、前記無端ベルトのうち前記駆動プーリ巻き掛け領域と前記従動プーリ巻き掛け領域との間の一対の中間領域における前記ベルト歯部の歯ピッチをＰＢ１とし、
　前記転舵輪が路面に接した状態で前記電動モータが前記モータシャフトを介して前記駆動プーリを駆動している場合において、前記一対の中間領域のうち前記無端ベルトが前記駆動プーリに引き込まれる引込側中間領域の歯ピッチをＰＢ２とし、
　前記駆動プーリ歯部の歯ピッチをＰＭとしたときに、前記駆動プーリ及び前記無端ベルトが、下記の関係式（１）を満足する、ステアリング装置。
ＰＢ１＜ＰＢ２≦ＰＭ　…（１）
　前記無端ベルトの前記駆動プーリ巻き掛け領域における前記ベルト歯部のうち、前記駆動プーリ歯部と接触して撓みが生じている第１の歯と、前記無端ベルトの前記引込側中間領域における前記ベルト歯部のうち、前記第１の歯に隣り合う第２の歯と、の間の歯ピッチを前記ＰＢ２よりも大きいＰＢ３としたときに、前記駆動プーリ及び前記無端ベルトが、下記の関係式（２）を満足する、請求項１に記載のステアリング装置。
ＰＢ３≒ＰＭ　…（２）
　前記従動プーリ歯部の歯ピッチをＰＮとしたときに、前記従動プーリ及び前記無端ベルトは、下記の関係式（３）を満足する、請求項１に記載のステアリング装置。
ＰＮ＜ＰＢ２　…（３）
　前記従動プーリ及び前記無端ベルトは、摂氏１２５度の温度環境で前記関係式（３）を満足する、請求項３に記載のステアリング装置。
　前記駆動プーリ及び前記無端ベルトは、前記ベルト歯部の全歯たけが前記駆動プーリ歯部の全歯たけよりも小さくなるように形成されている、請求項１に記載のステアリング装置。
　前記従動プーリ及び前記無端ベルトは、前記ベルト歯部の全歯たけが前記従動プーリ歯部の全歯たけよりも小さくなるように形成されている、請求項１に記載のステアリング装置。
　前記駆動プーリ及び前記無端ベルトは、摂氏６０度の温度環境で前記関係式（１）を満足する、請求項１に記載のステアリング装置。
　前記駆動プーリ及び前記無端ベルトは、摂氏マイナス４０度の温度環境で前記関係式（１）を満足する、請求項１に記載のステアリング装置。
　前記駆動プーリ及び前記無端ベルトは、車両の停止状態で前記転舵輪を転舵したときに前記関係式（１）を満足する、請求項１に記載のステアリング装置。