JP2005307755A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】 スタータのピニオンギヤをリングギヤから素早く離脱させる。
【解決手段】 スタータ４０は電動モータ４１に駆動される回転軸４６と、これにヘリカルスプラインを介して移動自在に支持されるピニオンギヤ４９とを備える。回転軸４６の回転力が増大することでピニオンギヤ４９はリングギヤ４５に噛み合う噛合位置に押し出される一方、回転力が減少することでピニオンギヤ４９はリングギヤ４５との噛み合いが外れる離脱位置に押し戻される。電動モータ４１には駆動回路６０と発電回路６２とが接続されており、スタータスイッチ６６をオン操作することで、電動モータ４１は駆動状態に切り換えられる一方、スタータスイッチ６６をオフ操作することで、電動モータ４１は発電状態に切り換えられる。発電状態に切り換えられた電動モータ４１によって回転軸４６が制動されるため、ピニオンギヤ４９を離脱位置に素早く移動させることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明はスタータに関し、特に、電動モータの回転力を利用してピニオンギヤを押し出すようにしたベンディックス式のスタータに関する。

エンジンを始動させるためにはクランク軸を所定の回転数以上で回転させることが必要であり、多くのエンジンには電動モータを動力源としたスタータが組み付けられている。スタータは電動モータに駆動されるピニオンギヤを備えており、このピニオンギヤはクランク軸に連結されるリングギヤに噛み合う噛合位置と噛み合いが外れる離脱位置とに移動自在となっている。そして、エンジン始動時にはピニオンギヤが噛合位置に押し出される一方、エンジン始動後にはピニオンギヤが離脱位置に押し戻されることになる。

このようなスタータは、ピニオンギヤの移動方式に応じてピニオンシフト式とベンディックス式とに分類される。電磁ピニオン摺動式とも呼ばれるピニオンシフト式は、マグネットスイッチの吸引力を利用してピニオンギヤを噛合位置に移動させる方式であり、慣性摺動式とも呼ばれるベンディックス式は、電動モータの回転力を利用してピニオンギヤを噛合位置に移動させる方式である。このベンディックス式のスタータは、その簡単な構造から小型・軽量化を図ることが容易であり、多くの小型エンジンに採用されている。

ベンディックス式のスタータは、電動モータに駆動される回転軸と、これにヘリカルスプラインを介して支持されるピニオンギヤとを備えており、回転軸の回転力に応じてピニオンギヤが軸方向に移動する構造となっている。電動モータによって回転軸を回転させると、回転力の一部がヘリカルスプラインを介して軸方向の推力に変換されるため、この推力を受けてピニオンギヤは噛合位置に向けて押し出される。また、スタータにはピニオンギヤを離脱位置に向けて付勢するリターンスプリングが設けられており、電動モータに対する供給電流が遮断され、ピニオンギヤに作用する推力がリターンスプリングのばね力を下回ると、ピニオンギヤはリターンスプリングによって離脱位置に押し戻されることになる(たとえば、特許文献１および２参照)。
特開平６−１０８１５号公報 特開２００３−１８４７１９号公報

しかしながら、電動モータに対する供給電流を遮断した後であっても、電動モータは慣性力によって回転状態を維持するため、ピニオンギヤには推力がかかり続けることになり、ピニオンギヤの離脱に遅れが生じてしまうおそれがある。このような遅れが生じると、始動されたエンジンによってピニオンギヤが駆動されるため、使用者に不快感を与えるだけでなく、スタータにも負担をかけることになっていた。また、ピニオンギヤを素早く離脱させるため、リターンスプリングのばね力を大きく設定すると、ピニオンギヤの押し出しが困難となり、エンジンの始動性が悪化してしまうおそれがある。

本発明の目的は、エンジンの始動性を損なうことなく、ピニオンギヤをリングギヤから素早く離脱させることにある。

本発明のスタータは、クランク軸を電動モータにより回転させてエンジンを始動するスタータであって、リングギヤが連結されるクランク軸に平行に配置され、前記電動モータに駆動される回転軸と、前記回転軸にヘリカルスプラインを介して軸方向に移動自在に装着され、前記回転軸の回転力により前記リングギヤに噛み合う噛合位置に押し出されるピニオンギヤと、前記ピニオンギヤの一端側に設けられ、前記回転力の低下に伴って前記リングギヤとの噛み合いを外す離脱位置に前記ピニオンギヤを押し戻すばね部材と、前記電動モータに電力を供給して、前記電動モータを駆動状態に切り換える駆動回路と、前記電動モータの端子間を短絡して、前記電動モータを発電状態に切り換える発電回路と、スタータスイッチの始動操作に基づいて前記駆動回路を閉じるとともに前記発電回路を開く一方、前記スタータスイッチの解除操作に基づいて前記駆動回路を開くとともに前記発電回路を閉じる切換スイッチとを有し、前記スタータスイッチの解除操作時には、前記電動モータを発電状態に切り換えて前記回転軸を制動することを特徴とする。

本発明のスタータは、前記回転軸は前記電動モータの出力軸に平行に設けられ、前記回転軸と前記出力軸とは減速歯車列を介して連結されることを特徴とする。

本発明によれば、スタータスイッチの解除操作時には、電動モータを発電状態に切り換えて回転軸を制動するようにしたので、ピニオンギヤを素早く離脱位置に移動させることができる。つまり、回転軸を制動することにより、ピニオンギヤを噛合位置に押し出す推力を素早く低下させるだけでなく、離脱位置に押し戻す推力をヘリカルスプラインからピニオンギヤに与えることができる。これにより、ピニオンギヤの噛み合いを素早く外すことができるため、使用者に対して不快感を与えることがなく、スタータに負担をかけることもない。しかも、電動モータを発電状態に切り換えることで、回転軸を制動するようにしたので、機械的な制動機構を用いる必要がなく、スタータの小型化や低コスト化を達成することができる。

また、減速歯車列を介してモータ動力をクランク軸に伝達するようにしたので、モータトルクを増大させてクランク軸に伝達することができ、電動モータの小型化や低コスト化を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は車両を示す斜視図であり、この車両はバギー車とも言われるＡＴＶつまり全地形走行車である。図１に示すように、車体１には前輪２ａ，２ｂと後輪３ａ，３ｂが設けられており、鞍乗り型の座席４が車体１の中央部に設けられている。乗員は座席４に跨って車両に乗り込み、ハンドル５を操作して走行することになる。

図２は図１の車両に搭載された駆動装置を示す概略図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２および図３に示すように、ハウジング１１にはクランク軸１２が回転自在に収容されており、ハウジング１１の上部に形成される開口部にはシリンダ１３が設けられている。シリンダ１３内にはピストン１４が往復動自在に組み込まれており、ピストン１４とクランク軸１２とはコネクティングロッド１５を介して連結されている。

また、シリンダ１３の上端面にはシリンダヘッド１６が搭載されており、シリンダヘッド１６には、燃焼室１７に開口する吸気ポート１８と排気ポート１９とが形成されるとともに、これらのポート１８，１９をそれぞれに開閉する吸気弁２０と排気弁２１が往復動自在に組み付けられている。このシリンダヘッド１６には、カムシャフト２２が回転自在に装着されており、これと平行に設けられるロッカシャフト２３には、吸気弁２０と排気弁２１とのそれぞれにカムシャフト２２からの開閉力を伝達するロッカアーム２４，２５が回動自在に装着されている。カムシャフト２２とクランク軸１２とはタイミングチェーン２６を介して連結されており、ピストン１４の往復運動に同期して吸気弁２０と排気弁２１とが開閉駆動されるようになっている。

このようなエンジン３０から出力されるエンジン動力は、エンジン回転数の上昇に伴って締結状態に切り換えられる遠心クラッチ３１を経て、ベルト式の無段変速機３２に入力される。無段変速機３２は溝幅が可変となるプーリ３３，３４と、これらのプーリ３３，３４を連結する駆動ベルト３５とを備えており、入力側のプライマリ回転数に応じて変速比を変化させることができる。つまり、プライマリ回転数が上昇して遠心ウェイト３６が外側に移動すると変速比が高速段側に設定される一方、回転数が低下して遠心ウェイト３６が内側に移動すると変速比が低速段側に設定されるようになっている。この無段変速機３２を介して変速されたエンジン動力は、乗員のシフト操作によって選択される前後進切換機構３７の前進用歯車列３８または後退用歯車列３９を介して駆動輪である後輪３ａ，３ｂに伝達されることになる。

続いて、エンジン３０を始動するためのスタータ４０について説明する。図４は図２に示す符号Ｂの範囲で駆動装置を示す部分断面図であり、本発明の一実施の形態であるスタータ４０が示されている。図４に示すように、スタータ４０の動力源となる電動モータ４１はハウジング１１に固定されており、ハウジング１１内に入り込む電動モータ４１の出力軸４２には減速駆動歯車４３が形成されている。そして、電動モータ４１に駆動されるクランク軸１２には発電ロータ４４が固定されており、発電ロータ４４の外周面にはリングギヤ４５が固定されている。

ハウジング１１内には、出力軸４２およびクランク軸１２の双方に平行となる回転軸４６が回転自在に収容されており、回転軸４６の一端部には出力軸４２の減速駆動歯車４３に常時噛み合う減速従動歯車４７が固定される一方、回転軸４６の他端部にはばね部材としてのリターンスプリング４８が装着されている。そして、回転軸４６の中央部にはヘリカルスプライン４６ａを介してピニオンギヤ４９が装着されており、このピニオンギヤ４９はリングギヤ４５に噛み合う噛合位置と噛み合いが外れる離脱位置とに移動自在となっている。なお、図４に示す一点鎖線の上側には噛合位置に移動した状態のピニオンギヤ４９が示され、一点鎖線の下側には離脱位置に移動した状態のピニオンギヤ４９が示されている。

図５はピニオンギヤ４９の内部構造を示す概略図である。図５に示すように、ピニオンギヤ４９は、内周面にヘリカルスプライン４９ａが形成されるスリーブ状の内輪５０と、内輪５０の径方向外方に配置され楔状の内周形状を備える外輪５１とを備えており、内輪５０と外輪５１との間にはローラ５２が設けられている。つまり、ピニオンギヤ４９には一方向クラッチ５３が組み込まれており、エンジン３０を始動させるため、電動モータ４１によって内輪５０を矢印Ａ１方向に回転させると、ローラ５２が噛み込むことによって内輪５０から外輪５１にモータ動力が伝達される。そして、始動されたエンジン３０から外輪５１にエンジン動力が入力され、外輪５１が矢印Ａ２方向に内輪５０よりも速く回転すると、ローラ５２の噛み込みが外れてエンジン動力の伝達が遮断される。なお、圧縮コイルばね５４によってローラ５２は噛み込み方向に付勢されており、内輪５０が矢印Ａ１方向に回転した場合には、一方向クラッチ５３が確実に締結されるようになっている。

図６(Ａ)および(Ｂ)は電動モータ４１の電気系を示す回路図である。図６(Ａ)および(Ｂ)に示すように、電動モータ４１には駆動回路６０が接続されており、この駆動回路６０を介してバッテリ６１からの電流を供給することによって、電動モータ４１は駆動状態に切り換えられる。また、電動モータ４１には抵抗Ｒが挿入された発電回路６２が接続されており、この発電回路６２を介して電動モータ４１の端子間、つまり電動モータ４１のコイルを短絡することによって、電動モータ４１は発電状態に切り換えられる。

これらの駆動回路６０および発電回路６２を制御するため、駆動回路６０と発電回路６２には切換スイッチとしてのリレー６３が組み込まれている。このリレー６３は、駆動回路６０および発電回路６２のいずれか一方を閉じる可動接点６４と、この可動接点６４を吸引するソレノイドコイル６５とを備えており、ソレノイドコイル６５の通電状態に応じて可動接点６４の作動位置が制御されている。乗員がスタータスイッチ６６を始動操作つまりオン操作すると、可動接点６４が駆動回路６０側に吸引されて駆動回路６０が閉じられる一方、スタータスイッチ６６を解除操作つまりオフ操作すると、可動接点６４が発電回路６２側にばね力等により引き戻されて発電回路６２が閉じられることになる。

続いて、スタータ４０の動作について説明する。図６(Ａ)に示すように、エンジン３０を始動させるため、乗員がスタータスイッチ６６をオン操作すると、電動モータ４１が駆動状態に切り換えられるとともに回転軸４６が駆動される。このとき、回転軸４６に支持されるピニオンギヤ４９は慣性力によって停止状態を維持しようとするため、ピニオンギヤ４９と回転軸４６との間に相対回転が生じることになり、回転力の一部がヘリカルスプライン４６ａ，４９ａを介して軸方向の推力に変換される。つまり、図４に示すように、回転軸４６やピニオンギヤ４９のヘリカルスプライン４６ａ，４９ａは、回転軸４６の回転方向(矢印Ａ)に逆らいながら噛合位置に向けて進むように形成されており、ピニオンギヤ４９に対して回転軸４６を矢印Ａ方向に回転させると、回転軸４６はリターンスプリング４８を圧縮させながらピニオンギヤ４９を噛合位置に向けて押し出すことになる。なお、ヘリカルスプライン４６ａ，４９ａのリード角は、電動モータ４１の角加速度やリターンスプリング４８のばね力などに基づいて設定されている。

次いで、押し出されるピニオンギヤ４９が噛合位置に到達すると、モータ動力がピニオンギヤ４９からリングギヤ４５を介してクランク軸１２に伝達され、クランク軸１２の始動回転によってエンジン３０が始動される。エンジン３０が始動されると、エンジン動力によってピニオンギヤ４９が駆動されることになるが、解放される一方向クラッチ５３を介してエンジン動力は遮断されるため、エンジン動力によって電動モータ４１が過回転状態となることはない。続いて、エンジン始動後にスタータスイッチ６６がオフ操作されると、図６(Ｂ)に示すように、リレー６３の可動接点６４が発電回路６２の固定接点に引き戻され、電動モータ４１が駆動状態から発電状態に切り換えられる。そして、発電状態に切り換えられた電動モータ４１の回転数は急速に低下し、慣性力によって回転状態を維持する回転軸４６を積極的に制動することになる。

このように、ピニオンギヤ４９を噛合位置に押し出していた回転軸４６を制動すると、ヘリカルスプライン４６ａ，４９ａから噛合位置に向けて出力される推力を素早く低下させることができ、リターンスプリング４８によってピニオンギヤ４９を押し戻す際の応答性を向上させることができる。さらに、ピニオンギヤ４９と共に回転していた回転軸４６を制動することにより、回転するピニオンギヤ４９と制動される回転軸４６との間に相対回転を生じさせることができる。この制動によって生じる相対回転の回転方向は、図４に示すように、ピニオンギヤ４９に対して回転軸４６を矢印Ｂ方向に回転させた状態と同一方向であるため、離脱方向に向かう推力をヘリカルスプライン４６ａ，４９ａからピニオンギヤ４９に対して与えることができる。

つまり、ピニオンギヤ４９を噛合位置に押し出していた推力を素早く低下させるだけでなく、リターンスプリング４８からのばね力とヘリカルスプライン４６ａ，４９ａからの推力とにより、ピニオンギヤ４９を離脱位置に向けて押し戻すことができるため、スタータスイッチ６６がオフ操作されてから、ピニオンギヤ４９がリングギヤ４５から離脱するまでの応答性を向上させることが可能となる。これにより、ピニオンギヤ４９に対するエンジン動力の入力を最低限度に抑えることができるため、使用者に対して不快感を与えることがなく、スタータ４０に負担をかけることもない。

また、ピニオンギヤ４９を離脱させる際の応答性を向上させるため、リターンスプリング４８のばね力を強く設定する必要がなく、エンジン始動時にはピニオンギヤ４９を確実に噛合位置に押し出すことができ、エンジン３０の始動性を良好に保つことができる。しかも、電動モータ４１を発電状態に切り換えることによって回転軸４６を制動するようにしたので、機械的な制動機構を用いる必要がなく、スタータ４０の小型化や低コスト化を達成することができる。

さらに、減速駆動歯車４３および減速従動歯車４７によって形成される減速歯車列を介して、出力軸４２と回転軸４６とを連結するようにしたので、モータトルクを増大させてクランク軸１２に伝達することができ、電動モータ４１の小型化や低コスト化を達成することができる。

本発明は前記実施の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可能である。たとえば、図示するエンジン３０は４サイクルエンジンであるが、２サイクルエンジンなど他の形式のエンジンであっても、本発明のスタータ４０を適用することができる。また、全地形走行車に搭載されるエンジン３０に限られることはなく、二輪車や発電機などに搭載されるエンジンに、本発明のスタータ４０を搭載するようにしても良い。

車両を示す斜視図である。 図１の車両に搭載された駆動装置を示す概略図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２に示す符号Ｂの範囲で駆動装置を示す部分断面図である。 ピニオンギヤの内部構造を示す概略図である。 (Ａ)および(Ｂ)は電動モータの電気系を示す回路図である。

符号の説明

１２ クランク軸
３０ エンジン
４０ スタータ
４１ 電動モータ
４２ 出力軸
４３ 減速駆動歯車
４５ リングギヤ
４６ 回転軸
４６ａ ヘリカルスプライン
４７ 減速従動歯車
４８ リターンスプリング(ばね部材)
４９ ピニオンギヤ
４９ａ ヘリカルスプライン
６０ 駆動回路
６２ 発電回路
６３ リレー(切換スイッチ)
６６ スタータスイッチ

Claims (2)

1. クランク軸を電動モータにより回転させてエンジンを始動するスタータであって、
   リングギヤが連結されるクランク軸に平行に配置され、前記電動モータに駆動される回転軸と、
   前記回転軸にヘリカルスプラインを介して軸方向に移動自在に装着され、前記回転軸の回転力により前記リングギヤに噛み合う噛合位置に押し出されるピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤの一端側に設けられ、前記回転力の低下に伴って前記リングギヤとの噛み合いを外す離脱位置に前記ピニオンギヤを押し戻すばね部材と、
   前記電動モータに電力を供給して、前記電動モータを駆動状態に切り換える駆動回路と、
   前記電動モータの端子間を短絡して、前記電動モータを発電状態に切り換える発電回路と、
   スタータスイッチの始動操作に基づいて前記駆動回路を閉じるとともに前記発電回路を開く一方、前記スタータスイッチの解除操作に基づいて前記駆動回路を開くとともに前記発電回路を閉じる切換スイッチとを有し、
   前記スタータスイッチの解除操作時には、前記電動モータを発電状態に切り換えて前記回転軸を制動することを特徴とするスタータ。
2. 請求項１記載のスタータにおいて、前記回転軸は前記電動モータの出力軸に平行に設けられ、前記回転軸と前記出力軸とは減速歯車列を介して連結されることを特徴とするスタータ。
   
   

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