JP2000274337A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動時に発生する騒音を小さくすることがで
きるような車両用の始動装置を提供する。 【解決手段】 この始動装置１１Ａは、始動用電動機１
２の出力軸１３に取付けたピニオンギア１４と、ピニオ
ンギア１４に噛合うリングギア１５とを備えている。ピ
ニオンギア１４はシザースギア機構を備えたはすば歯車
によって形成されている。リングギア１５は、ピニオン
ギア１４と噛合可能なはすば歯車により形成されてい
る。リングギア１５は、内燃機関１０のクランク軸２０
に設けられていて、ピニオンギア１４と常時噛合するよ
うになっている。リングギア１５とクランク軸２０との
間に、始動用電動機１２側から内燃機関１０側への駆動
力の伝達のみを許容するワンウェイクラッチ３０が設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等に搭載
される内燃機関の始動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の内燃機関を始動させるための始
動装置として、一般に車載バッテリを電源とするスター
タモータが用いられている。この種の始動装置は、内燃
機関のフライホィール等の外周に設けたリングギアに噛
み合うピニオンギアを備えている。このピニオンギアは
始動時にリングギアに噛み合い、始動完了後はリングギ
アから離れて元の位置に戻るようになっている。したが
って従来の始動装置のピニオンギアとリングギアは、互
いの噛合いと離脱を容易にするために平歯車が用いられ
ていた。

【０００３】従来の始動装置はピニオンギアとリングギ
アに平歯車を用いているため、その回転時にギア間のバ
ックラッシュ等により比較的大きな振動・騒音が発生す
る。ただし従来の自動車は始動時に運転者がスタータス
イッチをオンにしたときのみピニオンギアとリングギア
が噛合い、スタータスイッチをオフにするとギアの噛合
いが外れるため、騒音が問題視されることが少なく、平
歯車を用いていても特に大きな問題は生じなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ばアイドルストップ車両やハイブリッドカーなどのよう
に、車載コンピュータの信号によって内燃機関が自動的
に始動したり停止することが繰返される車両などでは、
運転者の意思にかかわらず内燃機関が始動し、さらに始
動頻度も増えるため、始動装置から発生する前記騒音は
耳障りなものとなる。また、通常のスタータスイッチに
よって始動する自動車の場合でも、静粛性の観点では始
動時の騒音は低い方が望ましい。騒音を減らすためには
歯の噛合い率や噛合精度を高める必要があるが、スター
タ容量やレイアウトの関係などからギア比あるいは歯幅
等に制約を受けるため、従来の平歯車では噛合い率を向
上させることに限界があるし、単純に噛合い率や噛合精
度を向上させると始動時にピニオンギアがリングギアに
噛合いにくくなると共に、始動後にピニオンギアがリン
グギアから離脱しにくくなる問題がある。

【０００５】従って本発明の目的は、始動装置から発生
する騒音を低減させ、より快適な車両等を実現できるよ
うな内燃機関の始動装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を果たすための
請求項１に記載した始動装置は、ピニオンギアとリング
ギアとが常時噛合し、内燃機関を始動させるために始動
用電動機を回転させると、その駆動力は、はすば歯車か
らなるピニオンギアとリングギアを介してクランク軸に
伝達される。駆動力がこの方向に伝達される際には、ワ
ンウェイクラッチがつながることによって始動用電動機
のトルクがクランク軸に伝達され、内燃機関のクランク
キングがなされる。

【０００７】このピニオンギアとリングギアに使われて
いるはすば歯車は噛合い率が高くバックラッシュが少い
ため、低騒音・低振動である。始動完了後に始動用電動
機を止めると、クランク軸側から駆動力がワンウェイク
ラッチに入力するため、ワンウェイクラッチが空転す
る。このため始動後はクランク軸の駆動力が始動用電動
機に伝達することが回避される。

【０００８】前記目的を果たすための請求項２に記載し
た始動装置は、嵌脱式のピニオンギアを備えたものであ
り、そのピニオンギアを形成するはすば歯車が、リング
ギア側に向かうに従いピニオンギアの回転方向へ傾斜し
た歯により構成されている。このものは、始動時にピニ
オンギアがリングギアに向かって突出する際に、はすば
歯車どうしの傾斜した接触面に生じるスラスト力が、こ
れらのギアをさらに噛合わせる方向に作用する。このた
め、ピニオンギアがリングギアに噛合いやすくなる。ま
た、ピニオンギアがリングギアから離脱する際には、は
すば歯車どうしの接触面に生じるスラスト力が、ピニオ
ンギアをリングギアから離脱させる方向に作用する。こ
のため、ピニオンギアがリングギアから容易に離れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の第１の実施形態の
始動装置について、図１から図４を参照して説明する。
図１に示す自動車用の内燃機関１０の始動装置１１Ａ
は、始動用電動機（スタータモータ）１２と、始動用電
動機１２の出力軸１３に取付けたピニオンギア１４と、
ピニオンギア１４に常時噛合うリングギア１５などを備
えている。ピニオンギア１４とリングギア１５とは、そ
れぞれ、後述するはすば歯車（ヘリカルギア）により形
成されている。

【００１０】内燃機関１０のクランク軸２０にフライホ
ィール２１がボルト２２によって締結され、クランク軸
２０とフライホィール２１とが互いに一体化して同一方
向に回転するようになっている。前記リングギア１５
は、フライホィール２１に設けたベアリング２３によっ
て、クランク軸２０の軸回りに回転可能に支持されてい
る。

【００１１】また、リングギア１５とクランク軸２０と
の間に、始動用電動機１２側から内燃機関１０側（クラ
ンク軸２０）への駆動力の伝達のみを許容するワンウェ
イクラッチ３０が設けられている。図１に示す実施形態
の場合、ワンウェイクラッチ３０はリングギア１５とフ
ライホィール２１との間に内蔵されている。フライホィ
ール２１にはマニュアルトランスミッションのクラッチ
機構３１が付随している。なお、オートマチックトラン
スミッションの場合、クラッチ機構３１に代ってクラン
ク軸２０と一体に回転するトルクコンバータが付随し、
リングギア１５はトルクコンバータに設けられている。

【００１２】ピニオンギア１４は、図２〜図４に示すよ
うなシザースギア機構４０を備えたはすば歯車によって
構成されている。シザースギア機構４０は、メインギア
４１とサブギア４２とトルクばね４３等を備えて構成さ
れ、ナット４４によって出力軸１３に取付けられてい
る。サブギア４２は、トルクばね４３の反発荷重によっ
て、メインギア４１に対して周方向に位置がずれるよう
に付勢され、これらメインギア４１とサブギア４２の歯
がそれぞれリングギア１５の歯を挟み込むことにより、
ギア１４，１５間のバックラッシュを解消するようにし
ている。

【００１３】次に、上記構成の始動装置１１Ａの作用に
ついて説明する。この始動装置１１Ａは、ピニオンギア
１４とリングギア１５とが常時噛合している。内燃機関
１０を始動させるために始動用電動機１２に電流を流し
て出力軸１３を回転させると、その駆動力は、ピニオン
ギア１４とリングギア１５を介してワンウェイクラッチ
３０に伝達される。

【００１４】このように始動用電動機１２からクランク
軸２０の方向に駆動力が伝わるときには、ワンウェイク
ラッチ３０がつながるため、リングギア１５の回転がワ
ンウェイクラッチ３０を介してフライホィール２１に伝
わり、フライホィール２１と一体にクランク軸２０が回
転することにより、内燃機関１０のクランクキングがな
される。始動完了後に始動用電動機１２を止めると、始
動時とは逆に、駆動力がクランク軸２０側からワンウェ
イクラッチ３０に入力する。この方向の入力に対しては
ワンウェイクラッチ３０が空転するため、クランク軸２
０の駆動力はリングギア１５に伝わらず、従ってピニオ
ンギア１４や始動用電動機１２に駆動力が伝わることが
回避される。

【００１５】この実施形態のピニオンギア１４とリング
ギア１５は、シザースギア機構４０を備えたはすば歯車
からなるため、ギア１４，１５間の噛合い率がきわめて
高くかつ、実質的にバックラッシュが生じないことによ
り、低振動・低騒音で回転することができる。なお、コ
スト的に許されればリングギア１５側にシザースギア機
構を採用してもよい。また、この発明を実施するに当た
って、ピニオンギア１４とリングギア１５をシザースギ
アではなく通常のはすば歯車によって構成しても、この
発明の所期の目的を達成することが可能である。

【００１６】また、図５に示す第２の実施形態のよう
に、始動用電動機の出力軸１３とピニオンギア１４との
間にワンウェイクラッチ４５を介在させることによっ
て、始動用電動機側から内燃機関側への駆動力の伝達の
みを許容し、逆方向からの入力に対してはピニオンギア
１４が空転することにより、出力軸１３が連れ回りしな
いように構成してもよい。

【００１７】次に図６〜図８を参照してこの発明の第３
の実施形態の始動装置１１Ｂについて説明する。なお、
前記第１の実施形態の始動装置１１Ａと共通する個所に
は共通符号を付して説明は省略する。

【００１８】この実施形態の始動装置１１Ｂのピニオン
ギア１４は嵌脱式であり、始動用電動機５０に内蔵され
た電磁コイルとプランジャ（図示せず）等によって、リ
ングギア１５に噛合う方向とリングギア１５から離脱す
る方向（矢印Ａで示す）に移動可能としている。ピニオ
ンギア１４は、第１の実施形態と同様にシザースギア機
構４０を備えたはすば歯車によって形成されている。リ
ングギア１５はピニオンギア１４と噛合可能なはすば歯
車によって形成されている。

【００１９】この実施形態のピニオンギア１４は、始動
用電動機５０に電流が供給されたときにリングギア１５
に向かって突出することによってリングギア１５と噛合
うようになっている。

【００２０】そしてこの実施形態のピニオンギア１４
は、リングギア１５に対する嵌脱を容易にするために、
図７に模式的に示すように、歯幅方向でリングギア１５
側に向かうに従いピニオンギア１４の回転方向へ傾斜し
た歯を有するはすば歯車により構成されている。さらに
このピニオンギア１４のメインギア４１には、リングギ
ア１５に対する挿入を円滑にするためにテーパ面５１が
形成されている。

【００２１】また、リングギア１５とサブギア４２の互
いに対向する端面には、ピニオンギア１４がリングギア
１５に噛合いやすくするため、及び噛合時の歯欠け防止
のためにテーパ面５２，５３が形成されている。これら
テーパ面５２，５３は、互いの噛合性を考慮すると、駆
動方向に対し、先端面とのなす角度θ（図７および図１
０に示す）がほぼ９０°となるように各テーパ面５２，
５３を形成することが好ましい。この角度θが鋭角にな
ると、噛合時に歯欠けを生じやすくなる。

【００２２】次に、上記始動装置１１Ｂの作用について
説明する。始動時にピニオンギア１４がリングギア１５
に向かって突出すると、図７に示すように駆動力Ｆ１が
ピニオンギア１４側からリングギア１５に入力するた
め、はすば歯車どうしの傾斜した接触面５５に生じるス
ラスト力Ｆ２が、これらのギア１４，１５をさらに噛合
わせる方向に作用する。このため、ピニオンギア１４が
リングギア１５に噛合いやすくなる。

【００２３】そして始動用電動機５０の出力軸１３が回
転することにより、出力軸１３の駆動力がリングギア１
５を介して内燃機関１０のクランク軸２０に伝達され、
クランキングがなされて内燃機関１０が始動する。

【００２４】また、始動完了後にピニオンギア１４がリ
ングギア１５から離脱する際には、図８に示すように駆
動力がリングギア１５側からピニオンギア１４に入力さ
れるため、はすば歯車どうしの傾斜した接触面５５に生
じるスラスト力Ｆ３が、ピニオンギア１４をリングギア
１５から離脱させる方向に作用する。このため、始動完
了後はピニオンギア１４がリングギア１５から容易に離
れる。

【００２５】なお、図９に示す比較例は、ピニオンギア
１４′とリングギア１５′のはすば歯車の歯の傾斜方向
が前記実施形態（図７，８）と逆の場合を示している。
このような比較例（図９）では、始動時にピニオンギア
１４′側から駆動力Ｆ１が入力することにより、はすば
歯車どうしの傾斜した接触面５５′に生じるスラスト力
Ｆ４がピニオンギア１４′をリングギア１５′から押し
出す方向に作用する。このためピニオンギア１４′がリ
ングギア１５′に噛合いにくくなる。しかも始動後には
リングギア１５′側から駆動力が入力することにより、
スラスト力がギア１４′，１５′の噛合いを保持する方
向に作用するため、ピニオンギア１４′がリングギア１
５′から離脱しにくくなる。

【００２６】なお、図１０に示す第４の実施形態のピニ
オンギア１４のシザースギア機構４０のように、リング
ギア１５と対向する側にメインギア４１を位置させ、始
動時にメインギア４１が先にリングギア１５に嵌合して
からサブギア４２がリングギア１５に噛合うように構成
してもよい。この場合、サブギア４２にはリングギア１
５に対する挿入を容易にするためにテーパ面６０が形成
されている。それ以外の構成と作用は第３の実施形態と
同様であるから、第３の実施形態と共通する個所に共通
符号を付して説明は省略する。

【００２７】なお、前記第３，第４の実施形態において
シザースギア機構４０を使用せず、ピニオンギア１４を
通常のはすば歯車によって構成してもこの発明の所期の
目的を達成可能であるし、この発明を実施するに当たっ
て、ピニオンギアをはじめとして、始動用電動機やリン
グギア、ワンウェイクラッチなど、この発明を構成する
各要素をそれぞれ適宜に変形して実施できることは言う
までもない。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載した始動装置によれば、
始動時に発生する騒音が低減し、静粛性が向上する。ま
た請求項２に記載した始動装置によれば、嵌脱式のピニ
オンギアを用いた場合に、はすば歯車からなるピニオン
ギアがリングギアに容易に噛合うことができ、始動後は
ピニオンギアがリングギアから容易に離脱することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の始動装置を一部断
面で示す側面図。

【図２】 図１に示された始動装置に使われるシザース
ギア機構を備えたピニオンギアの断面図。

【図３】 図２に示されたピニオンギアの斜視図。

【図４】 図２に示されたピニオンギアの分解斜視図。

【図５】 本発明の第２の実施形態を示すワンウェイク
ラッチを備えたピニオンギアを一部断面で示す側面図。

【図６】 本発明の第３の実施形態を示す始動装置の側
面図。

【図７】 図６に示されたピニオンギアがリングギアに
噛合う際の歯の移動経路を示す概略図。

【図８】 図６に示されたピニオンギアがリングギアか
ら離れる際の歯の移動経路を示す概略図。

【図９】 比較例のピニオンギアがリングギアに噛合う
際に生じるスラスト力を示す概略図。

【図１０】 本発明の第４の実施形態を示すピニオンギ
アがリングギアに噛合う際の歯の移動経路を示す概略
図。

【符号の説明】

１０…内燃機関 １１Ａ，１１Ｂ…始動装置 １２…始動用電動機 １３…出力軸 １４…ピニオンギア １５…リングギア ２０…クランク軸 ３０，４５…ワンウェイクラッチ ５０…始動用電動機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関を始動させる始動用電動機と、 上記始動用電動機の出力軸に取付けられ、はすば歯車に
   より形成されたピニオンギアと、 上記内燃機関のクランク軸と一体に回転しかつ上記ピニ
   オンギアと常時噛合するはすば歯車により形成されたリ
   ングギアと、 上記リングギアと上記クランク軸との間、もしくは上記
   ピニオンギアと上記出力軸との間に介在し、上記始動用
   電動機側から上記内燃機関側への駆動力の伝達のみを許
   容するワンウェイクラッチと、 を具備したことを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 【請求項２】始動用電動機の出力軸に設けたピニオンギ
   アを内燃機関のクランク軸と一体に回転するリングギア
   と嵌脱可能に噛合させて上記始動用電動機から上記クラ
   ンク軸に動力を伝達することにより上記内燃機関を始動
   させる始動装置において、 上記ピニオンギアは歯幅方向で上記リングギア側に向か
   うに従い上記ピニオンギアの回転方向へ傾斜した歯によ
   り構成されるはすば歯車により形成するとともに、上記
   リングギアは上記ピニオンギアと噛合可能なはすば歯車
   により形成したことを特徴とする内燃機関の始動装置。