JP2008223633A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオンギヤ６とリングギヤとの間に大きな衝撃が発生した時に、出力軸５に対するピニオンギヤ６の傾きを抑制することで、軸スプライン５ａと孔スプライン６ａとの凝着を防止できるスタータを提供する。
【解決手段】出力軸５の外周に設けられた軸スプライン５ａと、ピニオンギヤ６の内周に設けられた孔スプライン６ａは、軸スプライン５ａの歯底径と孔スプライン６ａの歯先径との隙間をＸ、軸スプライン５ａの歯面と孔スプライン６ａの歯面との間に設けられるバックラッシ（遊び）をＹとした時に、Ｘ＜Ｙの関係が成立している。これにより、ピニオンギヤ６とリングギヤとの間に大きな衝撃が発生した時に、出力軸５に対するピニオンギヤ６の傾きが抑制されるため、軸スプライン５ａと孔スプライン６ａの歯面同士の接触面積が増大して、局所的な面圧過大によるスプライン凝着を防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合するピニオンギヤを備えたスタータに関する。

従来、特許文献１に示されるスタータは、モータに駆動される出力軸の回転をピニオンギヤに伝達するクラッチを有し、このクラッチがピニオンギヤと一体に出力軸上をヘリカルスプラインに沿って移動する構造である。つまり、クラッチは、アウタと一体に設けられたバレルの内周にヘリカルスプライン（孔スプラインと呼ぶ）が形成され、この孔スプラインが出力軸に設けられたヘリカルスプライン（軸スプラインと呼ぶ）に嵌合して、出力軸上を軸方向に移動可能に設けられ、且つ、アウタの内周側に配置されるインナがピニオンギヤと一体に設けられている。
このクラッチは、モータの駆動トルクをピニオンギヤに伝達する際に、アウタとインナとがローラを介して連結される係合状態となり、エンジンが始動してピニオンギヤがリングギヤにより回されると、アウタとインナとの間が切り離されて、インナの回転がアウタの回転より速くなるオーバラン状態となる。

このオーバラン状態において、アウタにアンバランスがあると、アウタの軸心とインナの軸心とにずれが生じて、両者の間に挟まれたローラに異常な力が作用して、安定したオーバラン状態を維持できなくなる。
これに対し、上記の特許文献１には、アウタの偏心を規制することで、オーバラン状態を良好に維持できる技術が開示されている。具体的には、出力軸の外周に軸スプラインとは別個独立して形成されたツバを設けると共に、バレルの内周に孔スプラインとは別個独立して形成された内孔を設けて、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合った状態でツバと内孔とが嵌合することにより、アウタの偏心が規制される。
特公平７−３７７８６号公報

ところが、上記の従来技術では、クラッチのオーバラン時にアウタの偏心が規制されることで、アウタの軸心とインナの軸心とのずれを防止できるが、ピニオンギヤとリングギヤとの間に過大な衝撃が発生すると、以下の不具合が生じる。
例えば、エンジンを始動する際に、運転者がキー操作を誤って二回連続して行う様な場合、つまり、ピニオンギヤがリングギヤから離脱した直後（モータの惰性回転中）に再度リングギヤにピニオンギヤが噛み込むと、ピニオンギヤとリングギヤとの間に大きな衝撃が発生して、軸スプラインと孔スプラインとが噛み合うスプライン部に過大な力が作用する。その結果、軸スプラインに対し孔スプラインに傾きが生じて、局所的な接触による過大な面圧が発生することにより、軸スプラインと孔スプラインとの凝着が発生する問題があった。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ピニオンギヤとリングギヤとの間に大きな衝撃が発生した時に、出力軸に対するピニオンギヤの傾きを抑制することで、軸スプラインと孔スプラインとの凝着（スプライン凝着と呼ぶ）を防止できるスタータを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、回転力を発生するモータと、このモータに駆動されて回転する出力軸と、この出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合するピニオンギヤとを有し、ピニオンギヤをエンジンのリングギヤに噛み合わせた後、モータの駆動トルクをピニオンギヤからリングギヤに伝達してエンジンを始動させるスタータであって、出力軸の外周に設けられたヘリカルスプライン（軸スプラインと呼ぶ）の歯底径と、ピニオンギヤの内周に設けられたヘリカルスプライン（孔スプラインと呼ぶ）の歯先径との隙間をＸ、軸スプラインの歯面と孔スプラインの歯面との間に設けられるバックラッシをＹとした時に、
Ｘ＜Ｙ………………………（１）
上記（１）式の関係が成立していることを特徴とする。

本発明によれば、軸スプラインの歯底径と孔スプラインの歯先径との隙間Ｘを、軸スプラインと孔スプラインの歯面同士の間に設けられるバックラッシＹより小さくしたことにより、ピニオンギヤとリングギヤとの間に大きな衝撃が発生した時に、出力軸に対するピニオンギヤの傾きが抑制される。その結果、軸スプラインと孔スプラインの歯面同士の接触面積が増大するため、局所的な面圧過大によるスプライン凝着を防止できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、出力軸は、軸スプラインより軸方向エンジン側に軸スプラインの歯底径と同一の外径を有する摺動部が設けられ、ピニオンギヤは、リングギヤに噛み合う位置まで出力軸上を移動した時に、孔スプラインの軸方向反エンジン側が軸スプラインと噛み合った状態で、孔スプラインの軸方向エンジン側が摺動部に支持されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、出力軸に設けられる摺動部の外径と軸スプラインの歯底径とが同一寸法であるため、摺動部に支持される孔スプラインの歯先径と摺動部の外径との間に、軸スプラインの歯底径と孔スプラインの歯先径との隙間Ｘと同一寸法の隙間が形成される。つまり、孔スプラインが軸スプラインと噛み合っていない部分（＝孔スプラインが摺動部に支持されている部分）でも、孔スプラインの歯先径と摺動部の外径との間にスプライン歯面のバックラッシＹより小さな隙間を形成できる。その結果、ピニオンギヤとリングギヤとの間に大きな衝撃が発生した時に、出力軸に対するピニオンギヤの傾きをより小さくできるので、軸スプラインと孔スプラインの歯面同士の接触面積が更に増大して、局所的な面圧過大によるスプライン凝着を防止できる。

なお、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合う位置まで出力軸上を移動した時に、孔スプラインの先端位置（軸方向のエンジン側端部）まで軸スプラインが延長されていれば、本発明と同等の効果（出力軸に対するピニオンギヤの傾きを小さくできる効果）を得ることができる。しかし、出力軸に設けられる軸スプラインは、一般的に転造や切削等により加工され、高い寸法精度が要求されるため、軸スプラインが長くなる程、加工工数が増加してコストアップの要因となる。これに対し、本発明では、孔スプラインが軸スプラインと噛み合っていない部分（＝孔スプラインが摺動部に支持されている部分）でも、孔スプラインの歯先径と摺動部の外径との間にスプライン歯面のバックラッシＹより小さな隙間を形成できるので、軸スプラインを孔スプラインの先端位置まで延長する必要はなく、加工工数を低減できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載したスタータにおいて、ピニオンギヤには、孔スプラインの軸方向エンジン側の端部に、孔スプラインの歯先径と同一の内径を有するつば部が全周に設けられていることを特徴とする。
ピニオンギヤの静止状態において、ピニオンギヤよりエンジン側に突き出ている出力軸の外周部分には、ダストや泥等が堆積する可能性がある。このため、ピニオンギヤに設けられる孔スプラインが軸方向に貫通していると、ピニオンギヤが出力軸上をエンジン側へ移動した時に、孔スプラインと軸スプラインとの間にダストや泥等を噛み込み、ピニオンギヤの摺動不良を招く恐れがある。これに対し、本発明では、孔スプラインの軸方向エンジン側の端部につば部が全周に設けられているので、ピニオンギヤが出力軸上をエンジン側へ移動した時に、ダストや泥等をつば部で払い落とすことが可能である。その結果、ダストや泥等の噛み込みによるピニオンギヤの摺動不良を防止できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１はスタータ１の一部断面を含む側面図である。
本実施例のスタータ１は、図１に示す様に、回転力を発生するモータ２と、このモータ２の回転を減速する減速装置３と、この減速装置３の出力側にクラッチ４を介して連結される出力軸５と、この出力軸５の外周にヘリカルスプライン嵌合するピニオンギヤ６と、モータ２の通電回路（モータ回路と呼ぶ）に設けられるメイン接点（後述する）を開閉すると共に、シフトレバー７を介してピニオンギヤ６を反モータ方向（図示左方向）へ押し出す働きを有する電磁スイッチ８等より構成される。
モータ２は、電磁スイッチ８によりメイン接点が閉操作されると、バッテリから電力の供給を受けて電磁力を発生させ、その電磁力の作用により電機子（図示せず）に回転力を発生させる。

減速装置３は、入力軸であるモータ２の電機子軸９と出力軸５とを同軸上に配置して減速できる周知の遊星歯車減速装置である。
クラッチ４は、エンジン始動時に減速装置３で増幅されたモータ２の駆動トルクを出力軸５へ伝達すると共に、エンジンが始動してオーバラン状態になると、エンジンの回転が減速装置３を介してモータ２側へ伝わらない様に、出力軸５と減速装置３との間でトルクの伝達を遮断する働きを有する。
出力軸５は、電機子軸９と同軸線上に配置され、反モータ側（図示左側）の端部が軸受１０を介してハウジング１１に回転自在に支持され、モータ２側の端部がクラッチ４を介して減速装置３に連結されている。

ピニオンギヤ６は、出力軸５上をヘリカルスプラインに沿って軸方向に移動可能に設けられ、スタータ１の停止時には、ハウジング１１とピニオンギヤ６との間に設けられるピニオンスプリング１２に付勢されて、図１に示す静止位置まで押し戻されている。
電磁スイッチ８は、バッテリから通電されて電磁石を形成する電磁コイル（図示せず）と、この電磁コイルの内周を軸方向（図示左右方向）に可動するプランジャ（図示せず）とを内蔵し、電磁コイルへの通電により電磁石が形成されてプランジャが吸引されると、そのプランジャの動きに連動してメイン接点を閉操作する。また、電磁コイルへの通電が停止して電磁石の吸引力が消滅すると、図示しないリターンスプリングの反力にプランジャが押し戻されてメイン接点を開操作する。

メイン接点は、２本の外部端子１３、１４を介してモータ回路に接続される一組の固定接点（図示せず）と、プランジャと一体に可動して一組の固定接点間を断続する可動接点（図示せず）とで形成され、可動接点が一組の固定接点に当接して両固定接点間が導通することでメイン接点が閉状態となり、一組の固定接点から可動接点が離れて両固定接点間の導通が遮断されることでメイン接点が開状態となる。
２本の外部端子１３、１４は、バッテリケーブルを介してバッテリの＋ターミナルに接続されるＢ端子１３と、モータ２から取り出されたモータリード線１５が接続されるＭ端子１４であり、電磁スイッチ８の樹脂製カバー８ａに固定されている。

続いて、本発明に係る出力軸５とピニオンギヤ６とのスプライン構造について、図２および図３を基に説明する。
出力軸５の外周には、ピニオンギヤ６の静止位置にヘリカルスプライン（軸スプライン５ａと呼ぶ）が形成されている。また、軸スプライン５ａより軸方向エンジン側（反モータ側）には、軸スプライン５ａの歯底径と同一の外径ｄを有する摺動部５ｂが設けられている〔図３（ｂ）参照〕。
一方、ピニオンギヤ６の内周には、出力軸５の軸スプライン５ａに噛み合うヘリカルスプライン（孔スプライン６ａと呼ぶ）が設けられている。

上記の軸スプライン５ａと孔スプライン６ａは、図３（ａ）に示す様に、軸スプライン５ａの歯底径と孔スプライン６ａの歯先径との隙間をＸ、軸スプライン５ａの歯面と孔スプライン６ａの歯面との間に設けられるバックラッシ（遊び）をＹとした時に、
Ｘ＜Ｙ………………………（１）
上記（１）式の関係が成立している。
また、ピニオンギヤ６は、図２に示す様に、エンジンのリングギヤ１６（図１参照）に噛み合う位置まで出力軸５上を反モータ方向へ移動した時に、孔スプライン６ａの軸方向反エンジン側が軸スプライン５ａと噛み合った状態で、孔スプライン６ａの軸方向エンジン側が出力軸５の摺動部５ｂに支持されている。

次に、上記スタータ１の作動を説明する。
始動スイッチ（図示せず）の閉操作により、電磁スイッチ８の電磁コイルに通電されてプランジャが吸引されると、そのプランジャの動きがシフトレバー７を介してピニオンギヤ６に伝達される。その結果、ピニオンギヤ６は、出力軸５上をヘリカルスプラインに沿って反モータ方向へ押し出される。
その後、モータ回路のメイン接点が閉操作されると、バッテリからモータ２に給電されて電機子に回転力が発生する。電機子の回転は、減速装置３により減速された後、クラッチ４を介して出力軸５に伝達される。これにより、ピニオンギヤ６がリングギヤ１６に噛み合い、減速装置３で増幅されたモータ２の駆動トルクがピニオンギヤ６からリングギヤ１６に伝達されて、エンジンをクランキングする。

エンジンが完爆してエンジン回転数がスタータ回転数を上回ると、クラッチ４が空転することにより、エンジンの回転が減速装置３を介して電機子に伝達されることはなく、電機子のオーバランを防止できる。
エンジン始動後、電磁スイッチ８によりメイン接点が開操作されると、バッテリからモータ２への給電が停止されるため、電機子の回転が次第に減速して停止する。
また、リターンスプリングの反力でプランジャが押し戻されると、シフトレバー７がエンジン始動時とは反対方向に揺動してピニオンギヤ６を押し出す力が解消されるため、ピニオンギヤ６は、ピニオンスプリング１２に付勢されて、図１に示す静止位置まで押し戻されて停止する。

（実施例１の効果）
本実施例のスタータ１は、出力軸５に設けられる軸スプライン５ａの歯底径と、ピニオンギヤ６に設けられる孔スプライン６ａの歯先径との隙間Ｘを、両者の歯面同士の間に設けられるバックラッシＹより小さくしている。
また、出力軸５は、軸スプライン５ａより軸方向エンジン側に設けられる摺動部５ｂの外径ｄが軸スプライン５ａの歯底径と同一寸法であり、ピニオンギヤ６は、リングギヤ１６に噛み合う位置まで出力軸５上を移動した時に、図３（ａ）に示す様に、孔スプライン６ａの軸方向反エンジン側が軸スプライン５ａと噛み合った状態で、孔スプライン６ａの軸方向エンジン側が摺動部５ｂに支持されている。

上記の構成によれば、摺動部５ｂに支持される孔スプライン６ａの歯先径と摺動部５ｂの外径ｄとの間に、軸スプライン５ａの歯底径と孔スプライン６ａの歯先径との隙間Ｘと同一寸法の隙間が形成される。つまり、孔スプライン６ａが軸スプライン５ａと噛み合っていない部分（＝孔スプライン６ａが摺動部５ｂに支持されている部分）でも、孔スプライン６ａの歯先径と摺動部５ｂの外径ｄとの間にスプライン歯面のバックラッシＹより小さな隙間を形成できる。その結果、ピニオンギヤ６とリングギヤ１６との間に大きな衝撃が発生した時に、出力軸５に対するピニオンギヤ６の傾きが抑制されるため、軸スプライン５ａと孔スプライン６ａの歯面同士の接触面積が増大して、局所的な面圧過大によるスプライン凝着を防止できる。

なお、ピニオンギヤ６がリングギヤ１６に噛み合う位置まで出力軸５上を移動した時に、孔スプライン６ａの先端位置（軸方向のエンジン側端部）まで軸スプライン５ａが延長されていれば、本実施例と同等の効果（出力軸５に対するピニオンギヤ６の傾きを小さくできる効果）を得ることができる。しかし、出力軸５に設けられる軸スプライン５ａは、一般的に転造や切削等により加工され、高い寸法精度が要求されるため、軸スプライン５ａが長くなる程、加工工数が増加してコストアップの要因となる。これに対し、本実施例では、孔スプライン６ａが軸スプライン５ａと噛み合っていない部分（＝孔スプライン６ａが摺動部５ｂに支持されている部分）でも、孔スプライン６ａの歯先径と摺動部５ｂの外径との間にスプライン歯面のバックラッシＹより小さな隙間を形成できるので、軸スプライン５ａを孔スプライン６ａの先端位置まで延長する必要はなく、必要最小限の長さだけ設ければ良いので、加工工数を低減できる。

図４はピニオンギヤ６がリングギヤ１６に噛み合う位置まで出力軸５上を移動した時の状態を示す半断面図である。
この実施例２に示すピニオンギヤ６は、図４に示す様に、孔スプライン６ａの軸方向エンジン側（図示左側）の端部に、孔スプライン６ａの歯先径と同一の内径を有するつば部６ｂが全周に設けられている。
実施例１に記載したピニオンギヤ６は、孔スプライン６ａが軸方向に貫通しているが、この実施例２に示すピニオンギヤ６は、孔スプライン６ａの軸方向エンジン側の端部がつば部６ｂによって閉じられている。つまり、摺動部５ｂの外径とつば部６ｂの内径との間には、実施例１に記載した軸スプライン５ａの歯底径と孔スプライン６ａの歯先径との隙間Ｘと同一寸法の隙間が全周に渡って形成されている（図５参照）。

ピニオンギヤ６の静止状態において、ピニオンギヤ６よりエンジン側に突き出ている出力軸５の外周部分（つまり摺動部５ｂの外周）には、ダストや泥等が堆積する可能性がある。このため、ピニオンギヤ６に設けられる孔スプライン６ａが軸方向に貫通していると、ピニオンギヤ６が出力軸５上をエンジン側へ移動した時に、孔スプライン６ａと軸スプライン５ａとの間にダストや泥等を噛み込み、ピニオンギヤ６の摺動不良を招く恐れがある。これに対し、本実施例では、孔スプライン６ａの軸方向エンジン側の端部につば部６ｂが全周に設けられているので、ピニオンギヤ６が出力軸５上をエンジン側へ移動した時に、ダストや泥等をつば部６ｂで払い落とすことが可能である。その結果、ダストや泥等が孔スプライン６ａと軸スプライン５ａとの間に噛み込むことを防止できるので、ピニオンギヤ６の摺動不良を防止できる。

スタータの一部断面を含む側面図である。 ピニオンギヤがリングギヤに噛み合う位置まで出力軸上を移動した時の状態を示す半断面図である（実施例１）。 （ａ）図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）図２のＢ−Ｂ断面図である。 ピニオンギヤがリングギヤに噛み合う位置まで出力軸上を移動した時の状態を示す半断面図である（実施例２）。 図４のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１ スタータ
２ モータ
５ 出力軸
５ａ 軸スプライン
５ｂ 摺動部
６ ピニオンギヤ
６ａ 孔スプライン
６ｂ つば部
１６ リングギヤ

Claims (3)

1. 回転力を発生するモータと、
   このモータに駆動されて回転する出力軸と、
   この出力軸の外周にヘリカルスプライン嵌合するピニオンギヤとを有し、
   前記ピニオンギヤをエンジンのリングギヤに噛み合わせた後、前記モータの駆動トルクを前記ピニオンギヤから前記リングギヤに伝達して前記エンジンを始動させるスタータであって、
   前記出力軸の外周に設けられたヘリカルスプライン（軸スプラインと呼ぶ）の歯底径と、前記ピニオンギヤの内周に設けられたヘリカルスプライン（孔スプラインと呼ぶ）の歯先径との隙間をＸ、前記軸スプラインの歯面と前記孔スプラインの歯面との間に設けられるバックラッシをＹとした時に、
   Ｘ＜Ｙ………………………（１）
   上記（１）式の関係が成立していることを特徴とするスタータ。
2. 請求項１に記載したスタータにおいて、
   前記出力軸は、前記軸スプラインより軸方向エンジン側に前記軸スプラインの歯底径と同一の外径を有する摺動部が設けられ、
   前記ピニオンギヤは、前記リングギヤに噛み合う位置まで前記出力軸上を移動した時に、前記孔スプラインの軸方向反エンジン側が前記軸スプラインと噛み合った状態で、前記孔スプラインの軸方向エンジン側が前記摺動部に支持されていることを特徴とするスタータ。
3. 請求項１または２に記載したスタータにおいて、
   前記ピニオンギヤには、前記孔スプラインの軸方向エンジン側の端部に、前記孔スプラインの歯先径と同一の内径を有するつば部が全周に設けられていることを特徴とするスタータ。

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