JP2009013886A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】低温時の良好なエンジン始動性を確保でき、且つ、常温時での始動時間を短縮できるスタータを提供する。
【解決手段】二組の減速機に用いられる二つのインターナルギヤ２５、２９の外周に同軸状に配設される係合部材３４と、この係合部材３４を軸方向反モータ側へ駆動する電磁コイル３５と、係合部材３４を軸方向モータ側へ付勢するリターンスプリング３７とを備える。電磁コイル３５がＯＦＦの状態では、リターンスプリング３７に付勢された係合部材３４が軸方向モータ側へ移動して第１のインターナルギヤ２５と機械的に係合することにより、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制されて、第１の減速比が選択される。一方、電磁コイル３５をＯＮして係合部材３４を軸方向反モータ側へ駆動すると、係合部材３４との係合により第２のインターナルギヤ２９の回転が規制されて、第２の減速比が選択される。
【選択図】図２

Description

本発明は、二組の遊星歯車減速機を有する減速型スタータに関する。

従来、モータの回転を減速する遊星歯車減速機を備え、この減速機の減速比を一段に固定した（減速比を変更できない）スタータが公知である（特許文献１参照）。
一段の減速比は、エンジンのフリクションが最も大きくなるスタータの最低使用温度条件（概ね−２０℃以下）における必要トルクから決められることが一般的である。このため、エンジンのフリクションが小さくなる常温での始動時には、モータの必要トルクが小さく、モータの性能曲線上の作動点が軽負荷側に移って出力が低下することにより、回転数が大きく上昇しない。

一方、エンジンの始動に要する時間は、スタータの始動回転数の影響を受け、回転数が高い程、始動時間を短縮できる。スタータの始動回転数が高くなると、始動時の車体振動が低減することにより、運転者の体感上の快適性が向上すると共に、排気ガス低減にも寄与できる。常温においてスタータの始動回転数を上げるためには、減速機の減速比を低温時より下げることが有効である。すなわち、減速比を二段に設定して、常温時と低温時とで減速比を切り替えることにより達成できる。
この減速比を二段に切り替えるための手段として、特許文献２、３に示される従来技術がある。
特開昭６１−２８７５６号公報 特開昭６１−２３６９５１号公報 特開昭６１−２８２６５０号公報

ところが、特許文献１に示される従来技術では、部品点数が多く、構造が複雑であるため、減速装置が大きくなり、小型化が要求されるスタータへの適用は困難である。また、減速比が低減速比＝１（入力軸と出力軸とが同回転数）と高減速比＝ｎ（但し、１０＜ｎ＜１）であって、低減速比＝１ではトルク不足となるため、常温でのエンジン始動にも適していない。
一方、特許文献２には、異なる減速比を有する二段の遊星歯車機構を設け、その遊星歯車機構のインターナルギヤを固定するために、インターナルギヤの外周をブレーキバンドにより締め付けて制動を掛ける方法が記載されている。

しかし、二つのインターナルギヤに対する制動および制動の解除を行うために２本のブレーキバンドが必要であり、その２本のブレーキバンドをどの様に操作するのか明らかでない。また、ブレーキバンドを操作するための駆動手段も開示されていないため、スタータへの適用は困難である。
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、低温時での良好なエンジン始動性を確保でき、且つ、常温時での始動時間を短縮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、モータの電機子軸上に異なる減速比を有する二組の遊星歯車減速機が並設され、どちらか一方の減速機を選択してモータの回転速度を減速するスタータであって、二組の減速機に用いられる二つのインターナルギヤの外周に同軸状に配設されると共に、スタータ内部の固定部材に係合して周方向に回動不能、且つ、軸方向に移動可能に設けられ、二つのインターナルギヤのどちらか一方と機械的に係合して、そのインターナルギヤの回転を規制する係合部材を備え、この係合部材を軸方向に移動させることにより、回転規制するインターナルギヤを切り替えて減速比を変更することを特徴とする。

本発明によれば、二つのインターナルギヤの外周に同軸状に配設された係合部材を軸方向に移動させることにより、二つのインターナルギヤのどちらか一方と機械的に係合して、そのインターナルギヤの回転を規制することができる。これにより、スタータの使用条件（例えば外気温度）等に応じて回転規制するインターナルギヤを選択的に切り替えることにより、低減速比と高減速比とを使い分けることができる。
また、係合部材を軸方向に移動させるだけで、回転を規制するインターナルギヤと、回転を許容するインターナルギヤとを容易に切り替えることができる、すなわち、一方のインターナルギヤの回転が規制されると、他方のインターナルギヤの回転が許容され、他方のインターナルギヤの回転が規制されると、一方のインターナルギヤの回転が許容されるので、部品点数の少ない簡素な構成で、二つのインターナルギヤの回転規制および回転規制の解除を行うことができる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したスタータにおいて、二つのインターナルギヤのうち、軸方向モータ側に配置される第１のインターナルギヤには、軸方向反モータ側の外周に凹凸部が形成され、軸方向反モータ側に配置される第２のインターナルギヤには、軸方向モータ側の外周に凹凸部が形成され、係合部材の内周には、第１のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第１の凹凸部と、第２のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第２の凹凸部とが形成され、係合部材を軸方向モータ側へ移動させることにより、第１の凹凸部が第１のインターナルギヤの凹凸部に係合して第１のインターナルギヤの回転が規制され、係合部材を軸方向反モータ側へ移動させることにより、第２の凹凸部が第２のインターナルギヤの凹凸部に係合して第２のインターナルギヤの回転が規制されることを特徴とする。

例えば、二つのインターナルギヤの軸方向反対側の外周にそれぞれ凹凸部が形成される場合、具体的には、第１のインターナルギヤの軸方向モータ側の外周と、第２のインターナルギヤの軸方向反モータ側の外周とにそれぞれ凹凸部が形成されると、係合部材には、第１の凹凸部と第２の凹凸部とを軸方向に離して形成する必要がある。つまり、二つのインターナルギヤを軸方向に跨いで、その軸方向両側に第１の凹凸部と第２の凹凸部とを形成するため、係合部材の軸方向長さが長くなる。
これに対し、本発明では、第１のインターナルギヤと第２のインターナルギヤとが軸方向に向かい合う側の外周にそれぞれ凹凸部が形成されるので、第１の凹凸部と第２の凹凸部とを軸方向に近接して形成することができ、係合部材の軸方向長さを短くすることが可能である。

（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、係合部材は、第１の凹凸部と第２の凹凸部とが軸方向に連続して一体に設けられていることを特徴とする。
本発明では、第１の凹凸部と第２の凹凸部とを一体に設けることにより、加工工数を低減でき、コスト低減に寄与できる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかのスタータにおいて、二つのインターナルギヤは、軸方向に対向する両者の端面同士が相対回転自在に凹凸嵌合していることを特徴とする。
この場合、二つのインターナルギヤの軸心を一致させることができるので、係合部材による二つのインターナルギヤの切り替えをスムーズに行うことが可能である。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかのスタータにおいて、二つのインターナルギヤのうち、少なくとも一方は、樹脂材料により構成されていることを特徴とする。
二つのインターナルギヤのうち、どちらか一方は、係合部材との係合が解除されて空転するため、インターナルギヤに質量の小さい樹脂材料を用いることで、空転するインターナルギヤの回転アンバランスによる影響を小さくでき、振動を抑制できる。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、通電時に電磁石を形成し、その電磁石の磁力を利用して係合部材を軸方向の一方に移動させる電磁コイルと、この電磁コイルへの通電が停止して電磁石の磁力が消滅した時に、係合部材を軸方向の他方へ押し戻すためのリターンスプリングとを有し、電磁コイルは、二つのインターナルギヤのうち、軸方向モータ側に配置される第１のインターナルギヤのモータ側、または、軸方向反モータ側に配置される第２のインターナルギヤの反モータ側に近接して配設されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、電磁コイルとリターンスプリングとによる簡素な構成で係合部材を軸方向に移動させることにより、二つのインターナルギヤの回転規制および回転規制の解除を行うことができる。
また、電磁石の吸引力に頼ることなく、係合部材との機械的な係合によってインターナルギヤの回転を規制できるので、電磁コイルを小型化できる。つまり、電磁コイルは、係合部材を軸方向の一方に移動できるだけの吸引力（磁力）を発生できれば良いので、大きな吸引力は不要であり、小型化が可能である。
さらに、その小型化された電磁コイルをインターナルギヤの軸方向に近接して配置することにより、電磁コイルを使用することによる径方向の大型化を回避できる。

（請求項７の発明）
請求項６に記載したスタータにおいて、係合部材は、電磁石に吸引される強磁性体により構成されていることを特徴とする。
この場合、電磁石の吸引力によって係合部材を直接駆動できるので、部品点数を少なくでき、構造の簡素化を図ることが可能である。

（請求項８の発明）
請求項６または７に記載したスタータにおいて、電磁コイルが発生する磁束を通す固定ヨークを備え、この固定ヨークは、二つのインターナルギヤのうち、どちらか一方のインターナルギヤと電磁コイルとの間に配設されるリング状磁路部を有し、係合部材は、リング状磁路部の外周を軸方向に延設された円筒鉄心部を有し、この円筒鉄心部の内周部がリング状磁路部の外周部に凹凸係合して周方向に回動規制され、且つ、軸方向に移動可能に設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、係合部材の回動を規制するために、固定ヨーク以外の部品を新たに設ける必要はなく、固定ヨークを利用して係合部材の回動を規制でき、且つ、軸方向の移動を可能にできるので、部品点数の増加を抑制できる。この固定ヨークは、請求項１の発明に記載した「スタータ内部の固定部材」に該当する。
また、円筒鉄心部の内周部とリング状磁路部の外周部とを凹凸係合させることにより、円筒鉄心部の内周面とリング状磁路部の外周面との対向面積が大きくなるため、磁気抵抗が減少して、電磁コイルの吸引力を向上できる。

（請求項９の発明）
請求項６〜８に記載した何れかのスタータにおいて、係合部材は、電磁コイルの非通電時に、二組の減速機のうち、低減速比側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制し、電磁コイルの通電時に、高減速比側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制することを特徴とする。
これにより、電磁コイルへの通電と通電停止（非通電）に応じて、低減速比側の減速機と高減速比側の減速機とを切り替えて使用できる。

（請求項１０の発明）
請求項６〜８に記載した何れかのスタータにおいて、係合部材は、電磁コイルの非通電時に、二組の減速機のうち、使用頻度の多い側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制し、電磁コイルの通電時に、使用頻度の少ない側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制することを特徴とする。
これにより、電磁コイルへの通電に要する電気エネルギーを最小限に抑えることが可能である。

（請求項１１の発明）
請求項９または１０に記載したスタータにおいて、電磁コイルは、外気温度が０℃より高い時に非通電とされ、外気温度が０℃以下の時に通電されることを特徴とする。
この場合、外気温度に応じて減速比を切り替えて使用できる。すなわち、外気温度が０℃より高い時は、低減速比側の減速機を使用することにより、スタータの駆動回転数が上昇して、エンジン始動時間の短縮を図ることが可能である。一方、外気温度が０℃以下の時は、高減速比側の減速機を使用することにより、エンジンのフリクションが大きくなっても、良好なエンジン始動性を確保できる。

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の部分断面図である。
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の回転を減速して出力軸３に伝達する二段の減速装置（後述する）と、この減速装置の減速比を切り替えるための切替え装置（後述する）と、出力軸３の外周にクラッチ４と一体に配置されるピニオンギヤ５と、モータ２の通電回路に設けられるメイン接点（図示せず）を開閉すると共に、シフトレバー６を介してクラッチ４とピニオンギヤ５を一体に軸方向に移動させる働きを有する電磁スイッチ７と、エンジン側に固定されるフロントハウジング８等より構成される。

モータ２は、電機子９に通電される電流を回転位相に応じて切り替えるための整流子とブラシ（図示せず）を有する周知の整流子電動機である。電機子９は、回転力を出力する電機子軸９ａを有し、この電機子軸９ａの反整流子側（図１の左側）の先端部が、出力軸３のモータ側端部に穿設された空洞部の内周に軸受１０を介して相対回転自在に挿入され、電機子軸９ａの後端部が、エンドフレーム１１に固定された軸受（図示せず）により回転自在に支持されている。
出力軸３は、電機子軸９ａと同一軸線上に配置され、モータ側の端部が、フレーム部材１２の内径側に固定された軸受１３により回転自在に支持され、反モータ側の端部が、フロントハウジング８の先端部に固定された軸受１４により回転自在に支持されている。フレーム部材１２は、フロントハウジング８に設けられた円筒壁部８ａの内周に嵌合して、周方向に回動不能に固定されている。

クラッチ４は、出力軸３の外周にヘリカルスプライン嵌合して、エンジン始動時に出力軸３の回転をピニオンギヤ５に伝達する。また、ピニオンギヤ５がエンジンによって回された時、つまり、ピニオンギヤ５の回転速度が出力軸３の回転速度を上回ると、ピニオンギヤ５の回転が出力軸３に伝わらない様に、両者間の動力伝達を遮断する一方向クラッチとして構成されている。
ピニオンギヤ５は、エンジンのリングギヤ（図示せず）に噛み合わされた後、クラッチ４を介して伝達される回転力によりリングギヤを駆動する。

電磁スイッチ７は、始動スイッチ（図示せず）の閉操作によってバッテリから通電されるスイッチコイル（図示せず）と、このスイッチコイルの内周側を可動するプランジャ１５とを有し、スイッチコイルへの通電によって電磁石が形成されると、その電磁石にプランジャ１５が吸引されてメイン接点を閉操作する。また、スイッチコイルへの通電が停止して吸引力が消滅すると、図示しないスプリングの反力によりプランジャ１５が押し戻されてメイン接点を開操作する。

メイン接点は、電磁スイッチ７に取り付けられる２本の外部端子１６、１７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１５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、この可動接点を通じて一組の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。
シフトレバー６は、レバーホルダ１８により回動自在に支持されるレバー支点部６ａを有し、このレバー支点部６ａより一端側のレバー端部が電磁スイッチ７のプランジャ１５に取り付けられたシフト用ロッド１９に連結され、レバー支点部６ａより他端側のレバー端部がクラッチ４に係合して、プランジャ１５の動きをクラッチ４に伝達する働きを有する。

続いて、減速装置について説明する。
減速装置は、図２に示す様に、電機子軸９ａに形成された第１のサンギヤ２０を中心に構成される第１の遊星歯車減速機（第１の減速機と呼ぶ）と、同じく、電機子軸９ａに形成された第２のサンギヤ２１を中心に構成される第２の遊星歯車減速機（第２の減速機と呼ぶ）とを有している。なお、第１の減速機に設定される減速比を第１の減速比、第２の減速機に設定される減速比を第２の減速比と呼ぶ時に、第１の減速比より第２の減速比の方が大きく設定される。
第１のサンギヤ２０と第２のサンギヤ２１は、第２のサンギヤ２１の方が第１のサンギヤ２０より電機子軸９ａの先端側（図２の左側）に形成され、且つ、第１のサンギヤ２０の方が第２のサンギヤ２１より歯先径が大きく、歯数が多く設けられている。

第１のサンギヤ２０の外周には、軸受２２を介して遊星ピン２３に回転自在に支持された第１の遊星ギヤ２４が複数個噛み合わされ、その第１の遊星ギヤ２４は、第１のサンギヤ２０と同心に配置された第１のインターナルギヤ２５の内周にも噛み合わされている。 同様に、第２のサンギヤ２１の外周には、軸受２６を介して遊星ピン２７に回転自在に支持された第２の遊星ギヤ２８が複数個噛み合わされ、その第２の遊星ギヤ２８は、第２のサンギヤ２１と同心に配置された第２のインターナルギヤ２９の内周にも噛み合わされている。
遊星ピン２３、２７は、出力軸３と一体に設けられた遊星キャリア３０に固定され、その遊星キャリア３０の周方向に遊星ピン２３と遊星ピン２７とが交互に配設されている。また、遊星ピン２３には、遊星キャリア３０と第１の遊星ギヤ２４との間にスペーサ部材３１が嵌め合わされ、このスペーサ部材３１により、第１の遊星ギヤ２４が軸方向反モータ側（遊星キャリア３０側）へ移動することを規制している。

第１のインターナルギヤ２５は、図４に示す様に、軸方向の反モータ側に環状凸部２５ａが設けられ、この環状凸部２５ａより軸方向モータ側には、環状凸部２５ａより外径を大きく設定した大径部２５ｂが設けられている。また、大径部２５ｂの反モータ側の外周には、複数の歯部２５ｃが全周に形成されている。この第１のインターナルギヤ２５は、図２に示す様に、モータ２のヨーク３２とフロントハウジング８の円筒壁部８ａとの間に挟持されるジョイント部材３３の内周に大径部２５ｂの外周が回転可能に嵌合して、電機子軸９ａと同心に配置されている。

第２のインターナルギヤ２９は、第１のインターナルギヤ２５より内径が大きく、歯数が多く設けられている。この第２のインターナルギヤ２９は、図５に示す様に、軸方向のモータ側にギヤの歯底径より内径を大きく形成した環状凹部２９ａが設けられ、この環状凹部２９ａと第１のインターナルギヤ２５に設けられた環状凸部２５ａとが相対回転自在に凹凸嵌合している（図２参照）。また、第２のインターナルギヤ２９は、二段の外径を有し、軸方向モータ側に外径を小さく設定した小径部２９ｂ、軸方向反モータ側に外径を大きく設定した大径部２９ｃが設けられ、この大径部２９ｃの軸方向モータ側の外周には、複数の歯部２９ｄが全周に形成されている。なお、大径部２９ｃに形成された歯部２９ｄは、第１のインターナルギヤ２５の大径部２５ｂに形成された歯部２５ｃと同一数を有し、且つ、両者の歯底径および歯先径が同一寸法に設定されている。

次に、切替え装置について説明する。
切替え装置は、図２に示す様に、第１のインターナルギヤ２５と第２のインターナルギヤ２９のどちらか一方と機械的に係合する係合部材３４と、通電により電磁石を形成し、その電磁石の吸引力で係合部材３４を軸方向反モータ側へ駆動する電磁コイル３５と、この電磁コイル３５が発生する磁束を通すための固定ヨーク３６と、電磁コイル３５への通電が停止された時に、係合部材３４を軸方向モータ側へ押し戻すためのリターンスプリング３７等を備える。なお、前記フレーム部材１２は、例えば、鉄等の強磁性体により構成され、固定ヨーク３６と共に磁路の一部を形成している。

係合部材３４は、電磁石によって磁化される強磁性体（例えば鉄）により構成され、二つのインターナルギヤ２５、２９の外周に同軸状に配設されるリング形状を有し、その外周が、フロントハウジング８の円筒壁部８ａの内周に嵌合して径方向の移動が規制（心出し）されると共に、軸方向に摺動可能に設けられている。また、係合部材３４は、図６に示す様に、軸方向モータ側に内径が小さく設定された回転規制部３４ａが設けられ、この回転規制部３４ａより軸方向反モータ側には、内径が大きく設定された円筒鉄心部３４ｂが設けられている。回転規制部３４ａの内周および円筒鉄心部３４ｂの内周には、それぞれ複数の歯部３４ｃ、３４ｄが全周に形成されている。

回転規制部３４ａの内周に形成された歯部３４ｃは、係合部材３４が軸方向モータ側へ移動した状態で、図２に示す様に、歯部３４ｃのモータ側半分が、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと噛み合い、係合部材３４が軸方向反モータ側へ移動した状態で、図３に示す様に、歯部３４ｃの反モータ側半分が、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄと噛み合うことができる。つまり、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃは、本発明の請求項２に記載した第１の凹凸部と第２の凹凸部とが一体に構成されている。

なお、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃの軸方向長さは、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄとの間に確保される空間の軸方向距離より若干短く設定されている。すなわち、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃは、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄとの両方に同時に噛み合うことは無い。また、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃ、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃ、および、第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄには、歯部同士の噛み合いを円滑に行うために、それぞれ周方向の両角部に適当な面取りを施すことが有効である。

電磁コイル３５は、図２に示す様に、樹脂製のボビン３８に巻線されて、第２のインターナルギヤ２９の軸方向反モータ側に配置され、ボビン３８に設けられた突起部３８ａを介してフレーム部材１２に固定されている。この電磁コイル３５は、スタータ１の外部に引き出されたコイル端部が、図示しない通電制御手段（例えばＥＣＵ）に接続されており、この通電制御手段からの信号によりＯＮ（通電）とＯＦＦ（通電停止）とが切り替えられる。
なお、通電制御手段は、例えば、外気温度を直接または間接的に検出し、その外気温度に応じて電磁コイル３５のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えることができる。具体的には、外気温度が０℃より高い時に電磁コイル３５をＯＦＦにし、外気温度が０℃以下の時に電磁コイル３５をＯＮにする。

固定ヨーク３６は、図２に示す様に、電磁コイル３５の内周側に磁路を形成する円筒状磁路部３６ａと、電磁コイル３５の軸方向モータ側に磁路を形成するリング状磁路部３６ｂとを有し、円筒状磁路部３６ａの反モータ側端部が、フレーム部材１２に設けられた中間段付き部１２ａの外周に嵌合して回動不能に固定され、電機子軸９ａと軸心が一致する様に配置されている。
リング状磁路部３６ｂの外径部には、図７に示す様に、複数の歯部３６ｃが全周に形成され、この歯部３６ｃには、係合部材３４の円筒鉄心部３４ｂの内周に形成された歯部３４ｄが噛み合わされて、係合部材３４の周方向の回動が規制されている。但し、係合部材３４の軸方向の移動は許容されている。なお、図７は、フレーム部材１２に電磁コイル３５と固定ヨーク３６とが組み付けられたコイルユニットの斜視図である。

リターンスプリング３７は、フレーム部材１２の外径部と、係合部材３４の外周に形成された段差との間に配設され、係合部材３４を軸方向モータ側へ付勢している。これにより、係合部材３４は、電磁コイル３５が非通電の時に、リターンスプリング３７の付勢力により軸方向モータ側へ押し出され、係合部材３４の回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃが第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと噛み合っている。この時、係合部材３４は、図２に示す様に、軸方向モータ側の端面がジョイント部材３３に当接した状態で静止している。
一方、電磁コイル３５の通電時には、リターンスプリング３７の付勢力に抗して係合部材３４が電磁石に吸引され、係合部材３４の回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃが第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄと噛み合っている。この時、係合部材３４は、図３に示す様に、軸方向反モータ側の端面がフレーム部材１２に当接した状態で静止している。

次に、スタータ１の作動を説明する。
始動スイッチの閉操作により、電磁スイッチ７のスイッチコイルに通電されてプランジャ１５が吸引されると、そのプランジャ１５の移動に応じて、シフトレバー６を介してクラッチ４とピニオンギヤ５が一体に出力軸３上を反モータ方向（図１の左方向）へ押し出される。また、プランジャ１５の移動により、メイン接点が閉じることで、バッテリからモータ２に通電されて電機子９に回転力が生じる。電機子９の回転は、第１の減速比または第２の減速比により減速されて出力軸３に伝達され、更に、出力軸３からクラッチ４を介してピニオンギヤ５に伝達される。このピニオンギヤ５がリングギヤに噛み合うことにより、ピニオンギヤ５からリングギヤに回転力が伝達されて、エンジンをクランキングする。

クランキングからエンジンが始動して始動スイッチが開操作されると、スイッチコイルへの通電が停止されて吸引力が消滅する。その結果、スプリングの反力でプランジャ１５が押し戻されるため、メイン接点が開いてバッテリからモータ２への通電が停止されることにより、電機子９の回転が次第に減速して停止する。
また、プランジャ１５が押し戻されると、エンジン始動時と反対方向にシフトレバー６が揺動して、クラッチ４がモータ方向へ押し戻されるため、ピニオンギヤ５がリングギヤから離脱して、クラッチ４と一体に出力軸３上を後退し、所定の位置（図１に示す位置）で停止する。

続いて、減速装置の作動について説明する。
ａ）第１の減速比を選択する場合。
電磁コイル３５がＯＦＦの状態であり、係合部材３４の回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃと第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃとが噛み合っているため、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制され、第２のインターナルギヤ２９の回転が許容されている（図２参照）。従って、電機子９に発生する回転力は、第１のサンギヤ２０から第１の遊星ギヤ２４に伝達され、その第１の遊星ギヤ２４が自転しながら第１のサンギヤ２０の周囲を公転する。一方、第２の遊星ギヤ２８は、第２のインターナルギヤ２９の回転が規制されていない（回転が許容されている）ので、第２のサンギヤ２１の回転に応じて自転するだけであり、公転することはない。
これにより、第１の遊星ギヤ２４の公転が遊星キャリア３０から出力軸３に伝達される。すなわち、電機子９の回転が第１の減速比により減速されて出力軸３に伝達される。

ｂ）第２の減速比を選択する場合。
通電制御手段からの信号により電磁コイル３５がＯＮされると、係合部材３４が電磁石に吸引され、リターンスプリング３７の付勢力に抗して反モータ側へ移動する。その結果、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃと第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃとの噛み合いが解除され、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃと第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄとの噛み合いが行われる。この時、歯部３４ｃと歯部２９ｄとが噛み合い可能な位置、つまり、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃ（凸部）が第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄと歯部２９ｄとの間（凹部）に位置している場合は、そのまま、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃが第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄと歯部２９ｄとの間に入り込んで、両者の噛み合いが完了する。これにより、第２のインターナルギヤ２９の回転が規制され、第１のインターナルギヤ２５の回転が許容される（図３参照）。

一方、係合部材３４が電磁石に吸引されて反モータ側へ移動した時に、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃの端面と第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄの端面とが軸方向に当接した場合は、電機子９の回転に伴って、第２のインターナルギヤ２９が第２のサンギヤ２１とのギヤ比に応じてゆっくりと回転する。これにより、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃの端面と第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄの端面との間に電磁石の吸引力による押圧荷重が作用しながら、歯部２９ｄの位置が周方向にずれて、歯部３４ｃと噛み合い可能な位置まで回転した時点で両者の歯部同士が噛み合うことができる。

係合部材３４により第２のインターナルギヤ２９の回転が規制された状態で、始動スイッチの閉操作により電機子９に回転力が発生すると、その電機子９の回転力が、第２のサンギヤ２１から第２の遊星ギヤ２８に伝達されて、第２の遊星ギヤ２８が自転しながら第２のサンギヤ２１の周囲を公転する。一方、第１の遊星ギヤ２４は、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制されていない（回転が許容されている）ので、第１のサンギヤ２０の回転に応じて自転するだけであり、公転することはない。
これにより、第２の遊星ギヤ２８の公転が遊星キャリア３０から出力軸３に伝達される。すなわち、電機子９の回転が第２の減速比により減速されて出力軸３に伝達される。

エンジンの始動後、始動スイッチの開操作に連動して、通電制御手段からの信号により電磁コイル３５がＯＦＦされると、係合部材３４に対する電磁石の吸引力が消滅するため、係合部材３４がリターンスプリング３７に付勢されてモータ側へ押し戻される。その結果、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃと第２のインターナルギヤ２９に形成された歯部２９ｄとの噛み合いが解除され、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃと第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃとの噛み合いが行われる。この時、歯部３４ｃと歯部２５ｃとが噛み合い可能な位置、つまり、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃ（凸部）が第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃと歯部２５ｃとの間（凹部）に位置している場合は、そのまま、歯部３４ｃが歯部２５ｃと歯部２５ｃとの間に入り込んで、両者の噛み合いが完了する。これにより、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制され、第２のインターナルギヤ２９の回転が許容される（図２参照）。

一方、係合部材３４がモータ側へ押し戻された時に、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃの端面と第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃの端面とが軸方向に当接した場合は、リターンスプリング３７の荷重が作用した状態で、歯部３４ｃと歯部２５ｃの端面同士が当接した状態が保たれる。この状態で、次回のエンジン始動時にモータ２の電機子９が回転すると、第１のインターナルギヤ２５は、第１のサンギヤ２０とのギヤ比に応じてゆっくりと回転するため、第１のインターナルギヤ２５に形成された歯部２５ｃの位置が周方向にずれて、回転規制部３４ａに形成された歯部３４ｃと噛み合い可能な位置まで回転した時点で両者の歯部同士が噛み合うことができる。これにより、第１のインターナルギヤ２５の回転が規制され、第２のインターナルギヤ２９の回転が許容されて、第１の減速比によるエンジン始動が可能となる。

続いて、スタータ１の特性について図８を参照して説明する。
なお、図８には、第１の減速機（第１の減速比）を用いた場合のトルクと回転数を実線グラフで示し、第２の減速機（第２の減速比）を用いた場合のトルクと回転数を破線グラフで示している。
先ず、常温（概ね５〜３５℃）における作動点のトルクがＴｗで示される時に、第１の減速比を使用した場合の出力はＰ１、回転数はＮ１となる。また、第２の減速比を使用した場合の出力はＰ２、回転数はＮ２となる。本実施例のスタータ１では、０℃より高い温度条件において第１の減速比を使用するため、出力はＰ１、回転数はＮ１となり、第２の減速比を使用した場合より、出力および回転数が大幅に向上して、始動時間の短縮を図ることができる。

一方、概ね−２０℃以下の低温における作動点のトルクがＴｃで示される時に、従来の一段の減速比による出力はＰｃ、回転数はＮｃである。本実施例のスタータ１では、０℃以下の温度条件において第２の減速比を使用するため、出力はＰｃ、回転数はＮｃとなり、従来の一段の減速比と同じ作動点となる。これにより、従来と同じ良好な低温始動性を確保できる。

（実施例の効果）
本実施例のスタータ１は、係合部材３４との機械的な係合（歯部同士の噛み合い）によって、第１のインターナルギヤ２５または第２のインターナルギヤ２９の回転を確実に規制でき、且つ、係合部材３４を軸方向に移動させることで、回転規制するインターナルギヤ２５、２９を切り替えて減速比を変更できる。この構成によれば、一つの係合部材３４で二つのインターナルギヤ２５、２９の回転規制と回転規制の解除を実施できるので、部品点数を低減でき、構造を簡素化できる。
また、二つのインターナルギヤ２５、２９の回転規制と回転規制の解除を行うために、係合部材３４を軸方向に移動させる構成であり、係合部材３４を径方向に動かす必要はないので、径方向の大型化を抑制できる。

二つのインターナルギヤ２５、２９は、軸方向に隣接して配置され、その軸方向に対向する両者の端面同士が相対回転自在に凹凸嵌合しているので、両者の軸心を一致させることができる。これにより、二つのインターナルギヤ２５、２９の偏心を抑制でき、係合部材３４による二つのインターナルギヤ２５、２９の切り替えをスムーズに行うことが可能である。
また、二つのインターナルギヤ２５、２９のうち、どちらか一方は、係合部材３４との係合が解除されて空転するため、少なくとも一方のインターナルギヤに質量の小さい樹脂材料（例えば、ポリアミド樹脂）を用いることにより、空転する側のインターナルギヤに生じる回転アンバランスの影響を小さくでき、振動を抑制できる効果がある。

本実施例では、係合部材３４の駆動手段として電磁コイル３５を用いているが、この電磁コイル３５の吸引力に頼ることなく、係合部材３４との機械的な係合によってインターナルギヤ２５、２９の回転を規制できるので、電磁コイル３５を小型化できる。つまり、電磁コイル３５は、係合部材３４を軸方向（反モータ方向）に吸引できるだけの磁力を発生すれば良く、電磁コイル３５の吸引力でインターナルギヤ２５、２９の回転を規制する必要がないので、小型化が可能である。
更に、小型化した電磁コイル３５を第２のインターナルギヤ２９の軸方向に隣接して配置することにより、径方向にスタータ１が大型化することを回避できる。

また、係合部材３４は、円筒鉄心部３４ｂの内周に形成された歯部３４ｄが、固定ヨーク３６のリング状磁路部３６ｂの外周に形成された歯部３６ｃに噛み合うことで周方向に回動規制されている。この場合、係合部材３４の回動を規制するために、固定ヨーク３６以外の部品を新たに設ける必要はなく、部品点数の増加を抑制できる。
さらに、径方向に対向する円筒鉄心部３４ｂの内周とリング状磁路部３６ｂの内周とにそれぞれ歯部３４ｄ、３６ｃを形成することで、円筒鉄心部３４ｂの内周面とリング状磁路部３６ｂの外周面との対向面積が大きくなるため、磁気抵抗が減少して、電磁コイル３５の吸引力を向上できる。

更に、本実施例では、外気温度に応じて電磁コイル３５のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えているので、例えば、外気温度が０℃より高い時には、電磁コイル３５をＯＦＦにして、減速比が小さい第１の減速比を選択することにより、第２の減速比を選択する場合よりスタータ１の駆動回転数が上昇して、エンジン始動時間の短縮を図ることが可能である。一方、外気温度が０℃以下の時は、電磁コイル３５をＯＮにして、減速比が大きい第２の減速比を選択することにより、外気温度の低下によりエンジンのフリクションが大きくなっても、良好なエンジン始動性を確保できる。
また、外気温度が０℃より高い時に第１の減速比を選択すると、例えば、日本を初めとして、アメリカ、ヨーロッパ等、地球上の多くの地域では、第１の減速比の方が第２の減速比より使用頻度が多くなる。このため、使用頻度の多い第１の減速比を選択する時に、電磁コイル３５をＯＦＦにすることで、電磁コイル３５への通電に要する電気エネルギーを最小限に抑えることが可能である。

スタータの部分断面図である。 減速装置と切替え装置（電磁コイルＯＦＦ）の断面図である。 減速装置と切替え装置（電磁コイルＯＮ）の断面図である。 第１のインターナルギヤの斜視図である。 第２のインターナルギヤの斜視図である。 係合部材の斜視図である。 コイルユニットの斜視図である。 スタータの特性図である。

符号の説明

１ スタータ
２ モータ
９ａ 電機子軸
２５ 第１のインターナルギヤ
２５ｃ 第１のインターナルギヤに形成された歯部（凹凸部）
２９ 第２のインターナルギヤ
２９ｄ 第２のインターナルギヤに形成された歯部（凹凸部）
３４ 係合部材
３４ｂ 係合部材の円筒鉄心部
３４ｃ 回転規制部の内周に形成された歯部（第１の凹凸部、第２の凹凸部）
３５ 電磁コイル
３６ 固定ヨーク（スタータ内部の固定部材）
３６ｂ リング状磁路部
３７ リターンスプリング

Claims (11)

1. モータの電機子軸上に異なる減速比を有する二組の遊星歯車減速機が並設され、どちらか一方の減速機を選択してモータの回転速度を減速するスタータであって、
   前記二組の減速機に用いられる二つのインターナルギヤの外周に同軸状に配設されると共に、スタータ内部の固定部材に係合して周方向に回動不能、且つ、軸方向に移動可能に設けられ、前記二つのインターナルギヤのどちらか一方と機械的に係合して、そのインターナルギヤの回転を規制する係合部材を備え、この係合部材を軸方向に移動させることにより、回転規制するインターナルギヤを切り替えて減速比を変更す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、
   前記二つのインターナルギヤのうち、軸方向モータ側に配置される第１のインターナルギヤには、軸方向反モータ側の外周に凹凸部が形成され、軸方向反モータ側に配置される第２のインターナルギヤには、軸方向モータ側の外周に凹凸部が形成され、
   前記係合部材の内周には、前記第１のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第１の凹凸部と、前記第２のインターナルギヤに形成された凹凸部に係合可能な第２の凹凸部とが形成され、
   前記係合部材を軸方向モータ側へ移動させることにより、前記第１の凹凸部が前記第１のインターナルギヤの凹凸部に係合して前記第１のインターナルギヤの回転が規制され、前記係合部材を軸方向反モータ側へ移動させることにより、前記第２の凹凸部が前記第２のインターナルギヤの凹凸部に係合して前記第２のインターナルギヤの回転が規制され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、
   前記係合部材は、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部とが軸方向に連続して一体に設けられていることを特徴とするスタータ。
4. 請求項１〜３に記載した何れかのスタータにおいて、
   前記二つのインターナルギヤは、軸方向に対向する両者の端面同士が相対回転自在に凹凸嵌合していることを特徴とするスタータ。
5. 請求項１〜４に記載した何れかのスタータにおいて、
   前記二つのインターナルギヤのうち、少なくとも一方は、樹脂材料により構成されていることを特徴とするスタータ。
6. 請求項１〜５に記載した何れかのスタータにおいて、
   通電時に電磁石を形成し、その電磁石の磁力を利用して前記係合部材を軸方向の一方に移動させる電磁コイルと、
   この電磁コイルへの通電が停止して電磁石の磁力が消滅した時に、前記係合部材を軸方向の他方へ押し戻すためのリターンスプリングとを有し、
   前記電磁コイルは、前記二つのインターナルギヤのうち、軸方向モータ側に配置される第１のインターナルギヤのモータ側、または、軸方向反モータ側に配置される第２のインターナルギヤの反モータ側に近接して配設されていることを特徴とするスタータ。
7. 請求項６に記載したスタータにおいて、
   前記係合部材は、前記電磁石に吸引される強磁性体により構成されていることを特徴とするスタータ。
8. 請求項６または７に記載したスタータにおいて、
   前記電磁コイルが発生する磁束を通す固定ヨークを備え、この固定ヨークは、前記二つのインターナルギヤのうち、どちらか一方のインターナルギヤと前記電磁コイルとの間に配設されるリング状磁路部を有し、
   前記係合部材は、前記リング状磁路部の外周を軸方向に延設された円筒鉄心部を有し、この円筒鉄心部の内周部が前記リング状磁路部の外周部に凹凸係合して周方向に回動規制され、且つ、軸方向に移動可能に設けられていることを特徴とするスタータ。
9. 請求項６〜８に記載した何れかのスタータにおいて、
   前記係合部材は、前記電磁コイルの非通電時に、前記二組の減速機のうち、低減速比側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制し、前記電磁コイルの通電時に、高減速比側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制することを特徴とするスタータ。
10. 請求項６〜８に記載した何れかのスタータにおいて、
    前記係合部材は、前記電磁コイルの非通電時に、前記二組の減速機のうち、使用頻度の多い側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制し、前記電磁コイルの通電時に、使用頻度の少ない側の減速機に用いられるインターナルギヤの回転を規制することを特徴とするスタータ。
11. 請求項９または１０に記載したスタータにおいて、
    前記電磁コイルは、外気温度が０℃より高い時に非通電とされ、外気温度が０℃以下の時に通電されることを特徴とするスタータ。

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