JP2008089118A - 回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スプラグの引きずりトルクを抑制し、静寂で安定的なエンジン始動システムとする。
【解決手段】外周円筒面２ａを有する内方部材２と内周円筒面１ａを有する外方部材１との間に複数のスプラグ６と弾性部材４とを備えた回転伝達装置において、前記各スプラグ６の軸方向一方側に係止部材１２を設けて、その係止部材１２が前記各スプラグ６と前記内周円筒面１ａとの間に進入、離脱して各スプラグ６を係脱するようにした。その係脱により、各スプラグ６は、前記内周円筒面１ａに係合不能な状態と係合可能な状態とに選択的に設定できるようになり、空転時においてスプラグ６を内周円筒面１ａから離反させればその引きずりトルクを抑制することができる。また、この回転伝達装置をエンジン始動システムに備えれば、始動、完爆の行程において、ピニオンギヤ８とフライホイールのリングギヤ９とを嵌合、離脱させる必要がなくなり、振動、騒音、噛み合い不良等を生じさせない。
【選択図】図１

Description

この発明は、スプラグを用いた一方向クラッチを備えた回転伝達装置、特に、その回転伝達装置を備えたエンジン始動システムに関するものである。

自動車用エンジンを始動させるスタータとして、例えば、特許文献１に示すものがある。このスタータは、エンジンのクランクシャフトと一体に回転するフライホイールにリングギヤが取付けられており、そのリンクギヤをエンジン始動時にスタータモータの駆動により回転させるものである。

スタータモータの出力軸には、一方向クラッチを介してピニオンギヤが取付けられており、その出力軸は、電磁スイッチ装置等により、前記一方向クラッチとピニオンギヤとが一体に軸方向に進退するようになっている。
この進退により、出力軸を軸方向に前進させれば、ピニオンギヤがリングギヤと噛み合った状態となり、また、後退すればその噛み合いが解除された状態となる。

エンジンを始動させる際には、前記電磁スイッチ装置等を動作させて出力軸を軸方向に前進させ、ピニオンギヤがリングギヤと噛み合った状態で、出力軸を回転させてクランキングが行われる。
クランキングが終了してエンジンが始動すると、一方向クラッチの作用により、出力軸とピニオンギヤとは空転するとともに、出力軸がピニオンギヤとともに後退位置に復帰することにより、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合いが解除される。

なお、出力軸の前端側に、ピニオンギヤの前進方向への移動を規制するためのストッパを設けた技術や、そのストッパに緩衝材を設けた技術も開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平１１−３０１７４号公報 特開２００２−９８０３１号公報

上記スタータでは、ピニオンギヤとフライホイールのリングギヤとの係脱を行うために、スタータモータの出力軸を軸方向へ移動させる。このため、そのピニオンギヤとリングギヤとの噛み合いの際に発生する振動・騒音や、あるいは噛み合い不良が問題となることがある。
エンジン始動時の振動・騒音は不快であり、また、噛み合い不良はギヤの損傷等の原因となるので好ましくない。スタータを備えたエンジン始動システムは、より静寂で安定的なものが望まれる。

また、一般に、スプラグを用いた一方向クラッチでは、内方部材と外方部材との空転状態においても、各スプラグが前記内方部材又は外方部材に摺動した状態で維持されるため、相応の引きずりトルクを発生させるという問題がある。
エンジン始動システムをはじめとするスプラグ式の一方向クラッチを用いた各種装置において、大きな引きずりトルクの発生は、その回転伝達の効率を低下させるので好ましくない。

そこで、この発明は、スプラグを用いた一方向クラッチの空転状態における引きずりトルクを抑制するとともに、より静寂で安定的なエンジン始動システムとすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、外周円筒面を有する内方部材と、内周円筒面を有する外方部材とを同軸状に配置し、前記内外周両円筒面間に複数のスプラグを周方向に沿って配置するとともに、前記各スプラグを前記外周円筒面及び内周円筒面に係合する方向に付勢する弾性部材を備えた回転伝達装置において、前記内方部材と外方部材との間に前記各スプラグに係脱可能な係止手段を設け、その係脱により、前記各スプラグは、前記外周円筒面又は内周円筒面に係合不能な状態と、前記外周円筒面及び内周円筒面に係合可能な状態とに選択的に設定される構成を採用した。

このようにすれば、内方部材と外方部材との空転状態において、各スプラグが前記内方部材又は外方部材に係合不能な状態、すなわち、前記係止手段を備えない従来の一方向クラッチの空転時と比較して、各スプラグと前記外周円筒面又は内周円筒面とが相対的に弱い摩擦力で摺動する状態に維持することができる。このため、引きずりトルクを抑制することができる。
なお、前記係止手段を備えたことにより、内方部材と外方部材との相対回転により各スプラグが係合方向に力を受けた際に、前記各スプラグが前記外周円筒面又は内周円筒面に係合不能な状態、すなわち、各スプラグが前記外周円筒面又は内周円筒面から離反して完全に摺動しない状態、あるいは、各スプラグが前記外周円筒面又は内周円筒面に係合するに足りる摩擦力で摺動する係合可能状態に至らない、いわば弱い摺動状態に維持することも可能である。

前記の構成において、前記係止手段は、前記各スプラグと前記外周円筒面又は内周円筒面との間に進入又は離脱し、その進入又は離脱により前記各スプラグに係脱する係止部材である構成を採用し得る。
この構成によれば、係止部材が、各スプラグと外周円筒面又は内周円筒面との間に入り込むことにより、その各スプラグを、前記外周円筒面又は内周円筒面から引き離す方向（離反する方向）に誘導し、その位置で確実に保持することができる。
また、各係止部材を周方向に連結して環状に形成してもよい。各係止部材が環状に連結されていれば、その環状に連結された係止部材を、内方部材の外周又は外方部材の内周に嵌めることができ、その係止部材を進入又は離脱動作させる機構、あるいは固定する機構が簡素になる。さらに、係止部材を全周に亘って連続的に設ければ、スプラグとの周方向位置を合わせる必要がない。

また、前記係止部材を採用した構成において、係止部材の前記進入及び離脱方向は、内方部材及び外方部材の周方向に沿って、あるいはその軸方向に沿ってなど自由な方向に設定してよいが、例えば、係止部材が、前記各スプラグの軸方向一方側から前記各スプラグと前記外周円筒面又は内周円筒面との間に進入し且つ前記各スプラグの軸方向一方側へ離脱するものである場合において、前記各スプラグの前記内径側カム面又は外径側カム面に、前記一方側の端面に向かって徐々に前記外周円筒面又は内周円筒面から遠ざかる傾斜面を形成し、前記係止部材は、前記スプラグの傾斜面と前記外周円筒面又は内周円筒面との間のくさび状空間に進入する構成を採用し得る。

この構成によれば、各スプラグと前記外周円筒面又は内周円筒面との間の空間が、係止部材側に向かってくさび状に広がっているので、係止部材が、各スプラグと前記外周円筒面又は内周円筒面との間に入り込みやすいという効果が期待できる。
なお、スプラグに形成した前記傾斜面の構成としては、平面状のものであってもよいし、その他、例えば、凸状の曲面とした構成なども考えられる。傾斜面が凸状の曲面であれば、各スプラグと係止部材との当接が点接触になりやすく、その各スプラグと係止部材との噛み込み等による不具合を防止することができる。

前記スプラグに傾斜面を形成した構成において、前記係止部材は、前記スプラグに形成した傾斜面と同方向の勾配を有する傾斜面を備え、前記係止部材の前記くさび状空間への進入により、その係止部材の傾斜面が前記スプラグの傾斜面に当接する構成を採用することができる。
このようにすれば、同方向の勾配を有する傾斜面同士が当接することにより、係止部材が、前記と同様、各スプラグと前記外周円筒面又は内周円筒面との間に入り込みやすいという効果がさらに高まるとともに、その各スプラグを、前記外周円筒面又は内周円筒面から引き離す方向に確実に保持することができるという効果も高まる。
なお、係止部材に設ける傾斜面の構成としては、スプラグに設けた傾斜面の場合と同様、平面状のものであってもよいし、その他、例えば、凸状の曲面とした構成なども考えられる。また、各係止部材の傾斜面を前記内方部材及び外方部材の軸心と同軸心に形成された円錐面状に形成してもよい。

前記の各構成において、前記弾性部材は、前記各スプラグの内径側カム面又は外径側カム面に形成された周方向溝内に収納されたガータスプリングである構成を採用することができる。

また、上記各構成からなる回転伝達装置を備えたエンジンの始動システムであって、エンジンのフライホイールのリングギヤに噛み合い可能なピニオンギヤを備えた回転軸とスタータモータの出力軸とを備え、前記回転軸及び出力軸の一方を前記外周円筒面を有する内方部材、他方を前記内周円筒面を有する外方部材としたエンジンの始動システムを採用することができる。
このようにすれば、前記係止手段（係止部材）の作用により、スプラグを、適宜の際に前記内方部材又は外方部材から離反させることができるので、従来のように、エンジン始動前後におけるピニオンとフライホイールのリングギヤとの嵌合、離脱の動作を行う必要がなくなる。
このため、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合いの際に発生する振動・騒音や、あるいは噛み合い不良などの問題を解消し、より静寂で安定的なエンジン始動システムとすることができる。

この発明は、スプラグを、内方部材の外周円筒面又は開放部材の内周円筒面に係合不能な状態と係合可能な状態とに選択的に設定し得る係止手段を設けたので、一方向クラッチの空転状態における引きずりトルクを抑制するとともに、より静寂で安定的なエンジン始動システムとすることができる。

図１乃至図３に、この発明の実施形態を示す。この実施形態は、自動車用エンジンのエンジン始動システムを構成するスタータであり、その構成は、図１に示すように、エンジンのクランクシャフト（図示せず）と一体に回転するフライホイールにリングギヤ９が取付けられており、そのリングギヤ９をエンジン始動時にスタータモータ７の駆動により回転させるものである。
スタータモータ７の出力軸と、前記リンクギヤ９に噛み合うピニオンギヤ８の回転軸とは、スプラグタイプの一方向クラッチを介して軸周り相対回転可能に支持されている。

その一方向クラッチは、前記ピニオンギヤ８の回転軸に外周円筒面２ａが形成されて内方部材２を構成しており、スタータモータ７の出力軸に内周円筒面１ａが形成されて外軸（外方部材）１を構成し、その内方部材２と外軸１とが同軸状に配置されている。

前記内外周両円筒面１ａ，２ａ間に複数のスプラグ６が周方向に沿って配置されており、その各スプラグ６は、保持器５によって等間隔に保持されている。
各スプラグ６は、そのスプラグ６の軸（一方向クラッチの軸方向）と直交する方向の断面において、図２に示すように、内径側、外径側にそれぞれ突出する凸の曲面状のカム面６ｕ，６ｄを有する非対称な樽形に形成されている。スプラグ６が直立する姿勢となった際に、前記内径側カム面６ｄが前記内方部材２の外周円筒面２ａに係合し、外径側カム面６ｕが外方部材１の内周円筒面１ａに係合して、内方部材２と外軸１との間にトルクの伝達が行なわれる。また、スプラグ６が周方向に傾斜するにつれて内方部材２は外軸１に対しすべり、トルクの伝達が遮断される。

また、各スプラグ６の外径側カム面６ｕに、周方向溝６ａが形成されており、その周方向溝６ａ内に収納されたガータスプリング（弾性部材）４によって、各スプラグ６は、前記外周円筒面２ａ及び内周円筒面１ａに係合する方向に常時付勢されているとともに、そのガータスプリング４は、前記周方向溝６ａを介して、各スプラグ６を内径側へ付勢している。

その内方部材２と外軸１との間の空間に、前記各スプラグ６に係脱可能な係止手段（パイロットプレート）１０が設けられている。
係止手段１０は、図１及び図３に示すように、前記各スプラグ６の軸方向一方側に設けられて、その各スプラグ６と前記外周円筒面２ａ又は内周円筒面１ａとの間に進入又は離脱可能な係止部材１２を備えている。

各スプラグ６の前記内径側カム面６ｄには、その係止部材１２側の端面に向かって徐々に前記外周円筒面２ａから遠ざかるフラットな傾斜面６ｂが形成されている（図１参照）。また、その傾斜面６ｂは、前記前記内径側カム面６ｄのうち空転側カム面（スプラグ６の空転状態において前記外周円筒面２ａに対面する部分）に形成されている（図２参照）。
スプラグ６に傾斜面６ｂを設けたことにより、スプラグ６がやや空転側に傾いた状態において、その傾斜面６ｂと前記内方部材２の外周円筒面２ａとの間で、前記係止部材１２側に向かって徐々に広がるくさび状空間が形成される。

係止部材１２は、前記スプラグ６に形成した傾斜面６ｂと同方向、同一勾配を有する傾斜面１２ａを備えている。
また、係止部材１２は、この実施形態では、全係止部材１２が周方向全周に亘って連続的に設けられて環状の前記パイロットプレート１０の内径側縁からスプラグ６側に突出した形状を成している。前記傾斜面１２ａは、前記内方部材２及び外軸１の軸心と同軸心に形成された全周に亘る円錐台の周面となっている。この係止部材１２が、内方部材２の外周に軸受部１３を介して嵌められて、その内方部材２に対して周方向へ回転可能、軸方向へ進退可能となっている。

なお、この係止部材１２は、必要な際、常に全てのスプラグ６に対して係合でき得る限りにおいて、上記のように周方向に連続的に設けることなく、各スプラグ６に対応する位置毎に断続的に設けられていてもよい（例えば、係止手段１０が保持器５と一体に軸周り回転する構成などが考えられる）が、そのスプラグ６及び保持器５に対して係止手段１０の相対回転を許容する場合は、上記のように係止部材１２を周方向全周に連続的に形成することが望ましい。

このエンジン始動システムの作用を説明すると、エンジンを始動する際には、スタータモータ７を動作させ、スタータモータ７の出力軸の回転により、外軸１から内方部材２へトルクが伝達される。
このとき、係止部材１２は、前記くさび状空間から離脱した状態（図１に示す状態）にあるので、各スプラグ６は、外軸１と内方部材２との軸周り相対回転に基づいて係合側へ姿勢変更を行い、外軸１と内方部材２とを係合させるよう機能する。

外軸１から内方部材２へトルクが伝達されるとピニオンギヤ８が回転し、その回転がリングギヤ９に伝達される。リングギヤ９の回転によりエンジンが始動し、エンジン完爆後は、そのエンジンに備えられた前記完爆を検出する手段（図示せず）から信号が発信される。

完爆の信号を受けてアクチュエータ等（例えば、マグネットスイッチ）を動作させ、前記パイロットプレート１０の外周の溝１０ａに接続されたパイロットレバー１１を、図１の矢印ａのようにスプラグ６側へ移動させる。このパイロットレバー１１は、前記パイロットプレート１０と一体に設けても良い。
パイロットレバー１１の移動とともに、パイロットプレート１０が図１の矢印ｃの方向へ移動すると、係止部材１２は、前記くさび状空間へ進入することにより、その係止部材１２の傾斜面１２ａが前記スプラグ６の傾斜面６ｂに当接する。
この当接により、係止部材１２が、各スプラグ６と内方部材２の外周円筒面２ａとの間に入り込むことにより、その各スプラグ６を、前記外周円筒面２ａから離反する方向に誘導し、その離反した位置で確実に保持（係止）することができる。この状態において、内方部材２と外軸１とは係合が解除されているので、リングギヤ９及びピニオンギヤ８の回転が、スタータモータ７の出力軸に及ばない。

エンジンが停止し、再度、そのエンジンを始動する際には、前記アクチュエータ等を動作させ、前記パイロットレバー１１を、図１の矢印ｂのようにピニオンギヤ８側へ移動させる。パイロットレバー１１の移動とともに、パイロットプレート１０が図１の矢印ｄの方向へ移動すると、係止部材１２が、前記くさび状空間から離脱し、スプラグ６の係止が解除される。

このように、係止部材１２が、前記各スプラグ６に係脱することにより、前記各スプラグ６は、前記外周円筒面２ａ又は内周円筒面１ａに係合不能な状態と、前記外周円筒面２ａ及び内周円筒面１ａに係合可能な状態とに選択的に設定されるので、エンジンが始動、完爆の行程において、上記係脱を行えば、従来のように、ピニオンギヤ８とフライホイールのリングギヤ９とが嵌合、離脱をする必要がないので、振動・騒音等の問題を生じない。また、ピニオンギヤ８とリングギヤ９との噛み合い不良によるギヤの損傷等も生じさせない。
また、エンジン完爆後の内方部材２と外軸１との空転時において、スプラグ６が内方部材２の外周円筒面２ａから完全に離反させることができるので、このようにすれば、スプラグ６の前記外周円筒面２ａに対する引きずり抵抗も皆無となる。

上記実施形態では、係止部材１２をスプラグ６と内方部材２の外周円筒面２ａとの間に進入、離脱する構成としたが、他の実施形態として、内外逆転させた構成も採用可能である。すなわち、係止部材１２をスプラグ６と外方部材１の内周円筒面１ａとの間に進入、離脱する構成としてもよい。

また、上記実施形態では、各スプラグ６を係合方向へ付勢する弾性部材４としてガータスプリングを採用し、そのガータスプリングとして各スプラグ６を内径側へ付勢する縮径バネを採用したが、各スプラグ６を外径側へ付勢する拡径バネを採用してもよい。このとき、ガータスプリングを収納する周方向溝６ａを内径側カム面６ｄに形成した構成を採用し得る。また、ガータスプリングの縮径、拡径の別にかかわらず、そのガータスプリングを収納する溝、又は凹部をスプラグ６の端面に設けても良い。もちろん、ガータスプリング以外の弾性部材４、例えば、スプラグ６を収容する保持器５のポケット毎に、薄板バネのような弾性のある部材を備えたリボンスプリング等を採用してもよい。

さらに、上記実施形態では、スプラグ６に形成する傾斜面６ｂを、内径側カム面６ｄの空転側カム面に設けた（係止部材１２をスプラグ６と外方部材１の内周円筒面１ａとの間に進入、離脱する構成において、外径側カム面６ｕに傾斜面６ｂを設ける場合も、空転側カム面に傾斜面６ｂを設けることが望ましい点は同様）が、スプラグ６の係合時における前記内外周円筒面１ａ，２ａとの係合トルク、係合面積を確保し得る限りにおいて、傾斜面６ｂを係合側カム面に、あるいは空転側カム面と係合側カム面とに跨って設けてもよい。

第一実施形態の正面図 図１のＡ−Ａ断面図 スプラグとパイロットプレートとの位置関係及び作用を示す説明図

符号の説明

１ 外方部材（外軸）
１ａ 内周円筒面
２ 内方部材
２ａ 外周円筒面
３ 軸受部
４ ガータスプリング（弾性部材）
５ 保持器
６ スプラグ
６ａ 周方向溝
６ｂ 傾斜面
６ｄ 内径側カム面
６ｕ 外径側カム面
７ スタータモータ
８ ピニオンギヤ
９ リングギヤ（フライホイール）
１０ パイロットプレート（係止手段）
１１ パイロットレバー
１２ 係止部材
１２ａ 傾斜面
１３ 軸受部

Claims (6)

1. 外周円筒面２ａを有する内方部材２と、内周円筒面１ａを有する外方部材１とを同軸状に配置し、前記内外周両円筒面１ａ，２ａ間に複数のスプラグ６を周方向に沿って配置するとともに、前記各スプラグ６を前記外周円筒面２ａ及び内周円筒面１ａに係合する方向に付勢する弾性部材４を備えた回転伝達装置において、
   前記内方部材２と外方部材１との間に前記各スプラグ６に係脱可能な係止手段１０を設け、その係脱により、前記各スプラグ６は、前記外周円筒面２ａ又は内周円筒面１ａに係合不能な状態と、前記外周円筒面２ａ及び内周円筒面１ａに係合可能な状態とに選択的に設定されることを特徴とする回転伝達装置。
2. 前記係止手段１０は、前記各スプラグ６と前記外周円筒面２ａ又は内周円筒面１ａとの間に進入又は離脱し、その進入又は離脱により前記各スプラグ６に係脱する係止部材１２であることを特徴とする請求項１に記載の回転伝達装置。
3. 前記係止部材１２は、前記各スプラグ６の軸方向一方側から前記各スプラグ６と前記外周円筒面２ａ又は内周円筒面１ａとの間に進入し且つ前記各スプラグ６の軸方向一方側へ離脱するものであり、前記各スプラグ６の前記内径側カム面６ｄ又は外径側カム面６ｕに、前記一方側の端面に向かって徐々に前記外周円筒面２ａ又は内周円筒面１ａから遠ざかる傾斜面６ｂを形成し、前記係止部材１２は、前記スプラグ６の傾斜面６ｂと前記外周円筒面２ａ又は内周円筒面１ａとの間のくさび状空間に進入することを特徴とする請求項２に記載の回転伝達装置。
4. 前記係止部材１２は、前記スプラグ６に形成した傾斜面６ｂと同方向の勾配を有する傾斜面１２ａを備え、前記係止部材１２の前記くさび状空間への進入により、その係止部材１２の傾斜面１２ａが前記スプラグ６の傾斜面６ｂに当接することを特徴とする請求項３に記載の回転伝達装置。
5. 前記弾性部材４は、前記各スプラグ６の内径側カム面６ｄ又は外径側カム面６ｕに形成された周方向溝６ａ内に収納されたガータスプリングであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転伝達装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の回転伝達装置を備えたエンジン始動システムであって、エンジンのフライホイールのリングギヤ９に噛み合い可能なピニオンギヤ８を備えた回転軸とスタータモータ７の出力軸とを備え、前記回転軸及び出力軸の一方を前記外周円筒面２ａを有する内方部材２、他方を前記内周円筒面１ａを有する外方部材１としたエンジン始動システム。

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