JP2009036071A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動装置の高速回転化に伴う装置の大型化を抑え、エンジン始動装置のレイアウト性低下を防止する。
【解決手段】エンジン始動装置１は、電動モータ３によって回転駆動されエンジンのリングギヤと噛合するピニオン６と、電動モータ３とピニオン６との間に介設される遊星歯車機構を用いた減速装置２とを有する。減速装置２は、電動モータ３の回転軸１０とは別体に形成され回転軸１０の外周に装着されるサンギヤ１３と、サンギヤ１３の周囲に配置された３個のプラネタリギヤ１４と、プラネタリギヤ１４の外側に配置された内歯リングギヤ１５とを有する。サンギヤ１３の軸孔５２内周面には、セレーション５３が形成されている。一方、回転軸１０の外周にはセレーション５１が形成されており、サンギヤ１３は、両セレーション５１,５３を噛合させつつ回転軸１０の外周に装着される。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等のエンジンに取り付けられる始動装置に関し、特に、遊星歯車による減速機構を備えたエンジン始動装置に関する。

自動車や自動二輪車、大型発電機等に使用されるエンジンでは、電動モータを用いたエンジン始動装置（スタータモータ）によって始動動作が行われるのが一般的である。このような始動装置としては、例えば特許文献１,２のように、電動モータによって回転駆動されるピニオンを軸方向移動可能に配したものが知られている。図４は、特許文献１のエンジン始動装置101の構成を示す断面図である。図４に示すように、エンジン始動装置101のピニオン102は、エンジンのリングギヤ103と噛合・離脱可能に配置されており、エンジン始動時に両ギヤが噛合し、エンジン始動後にはそれらの噛合が解除されるようになっている。ピニオン102の軸方向への移動には、ピニオン102と同軸状に配された電磁装置104が使用され、この電磁装置104は、ピニオン102を軸方向に移動可能に支持した出力軸105を外囲するように配置されている。

ピニオン102はまた、オーバーランニングクラッチ106と、遊星歯車を用いた減速装置107とを介してモータ108の回転軸109に接続されている。図５は、減速装置107の構成を示す分解斜視図、図６はそのギヤ配置を示す説明図である。図５,６に示すように、減速装置107は、モータ回転軸109に形成されたサンギヤ111と、このサンギヤ111と噛合するプラネタリギヤ112が取り付けられたギヤ支持板113を備えている。プラネタリギヤ112は、エンジン始動装置101のケース114内に固定されたトッププレート115の内歯リングギヤ116と噛合している。これに対し、ギヤ支持板113は前述の出力軸105に固定されており、これにより、モータ108の回転は減速されて出力軸105に伝わり、オーバーランニングクラッチ106を介してピニオン102に伝達される。
特開平10-318105号公報 特開2005-2860号公報

しかしながら、このようなエンジン始動装置において、ピニオン102を高回転化すべく減速装置107の変速比を変更させると、それに伴ってサンギヤ111の外径が拡大し、回転軸109も大径化する。回転軸109が大きくなると、それに連れてモータ108自体の外径も大きくなり、その分、エンジン始動装置101が大型化してしまうという問題があった。自動車などにおいては、エンジン始動装置はボンネット内の限られた空間内に取り付けられるため、装置が大型化すると取り付けスペースの確保が難しくなり、装置のレイアウト性が低下するという問題が生じる。

本発明の目的は、エンジン始動装置の高速回転化に伴う装置の大型化を抑え、エンジン始動装置のレイアウト性低下を防止することにある。

本発明のエンジン始動装置は、電動機によって回転駆動され、軸方向に移動することによりエンジンのリングギヤと噛合するピニオンと、前記電動機と前記ピニオンとの間に介設され、遊星歯車機構により、前記電動機の回転を前記ピニオンに減速して伝達する減速装置とを備えてなるエンジン始動装置であって、前記減速装置が、前記電動機の回転軸とは別体に形成され前記回転軸の外周に装着されるサンギヤと、前記サンギヤの周囲に前記サンギヤと噛合しつつ配置された複数個のプラネタリギヤと、前記プラネタリギヤの外側に前記プラネタリギヤと噛合しつつ配置された内歯リングギヤとを有することを特徴とする。

本発明にあっては、サンギヤが電動機の回転軸とは別体に形成されているので、ピニオンを高回転化すべくサンギヤを大径化しても、回転軸の直径を変えることなく、歯数の変更に対応することができる。このため、電動機の体格を増大させることなく、ピニオンの高回転化を図ることができ、高速回転化に伴ってエンジン始動装置が大型化してしまうのを抑えられる。

前記エンジン始動装置において、前記サンギヤに、前記回転軸が挿通されると共にその内周面にセレーションが形成された軸孔を設け、前記セレーションを前記回転軸の外周に形成されたセレーションと噛合させることにより、前記サンギヤを前記回転軸の外周に回り止めされた状態で装着するようにしても良い。

本発明のエンジン始動装置によれば、電動機によって回転駆動されエンジンのリングギヤと噛合するピニオンを備えたエンジン始動装置にて、ピニオンと電動機との間に介設される減速装置に、電動機の回転軸とは別体に形成され該回転軸の外周に装着されるサンギヤを有する遊星歯車機構を用いたので、ピニオンを高回転化すべくサンギヤを大径化しても、回転軸の直径を変えることなく、歯数の変更に対応することができる。このため、電動機の体格を増大させることなく、ピニオンの高回転化を図ることが可能となる。従って、高速回転化に伴うエンジン始動装置の大型化を抑えることができ、エンジン始動装置のレイアウト性低下を防止することが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例であるエンジン始動装置の構成を示す断面図であり、中心線より上側は静止状態を、下側は通電状態を示している。図１のエンジン始動装置１は、自動車用エンジンの始動に使用され、停止しているエンジンに対して、燃料の吸入、微粒化、圧縮、点火に必要な回転を与える。

エンジン始動装置１は、減速装置２と、電動モータ３、減速装置２を介して電動モータ３と接続された出力軸４、出力軸４上に摺動自在に設けられたオーバーランニングクラッチ５及びピニオン６と、ピニオン６を軸方向に移動させるための電磁装置７とから構成されている。この場合、電動モータ３は、公知の整流子式直流電動機からなり、その回転軸１０は、図中右端部はボトムプレート１１の中心に回転自在に支持されている。一方、回転軸１０の図中左端部は、回転軸１０と同軸状に配置された出力軸４の右端の中心に回転自在に支持されている。また、電動モータ３の左端部にはトッププレート１２が取り付けられており、トッププレート１２は、エンジンに対する固定ブラケットを兼ねたギヤカバー１７に接合されている。ギヤカバー１７の左壁の内面中心部には、出力軸４の遊端が回転自在に支持されている。

図１に示すように、トッププレート１２の内側には、遊星歯車機構を用いた減速装置２が収容されている。図２は減速装置２の構成を示す分解斜視図、図３はそのギヤ配置を示す説明図である。図２に示すように、減速装置２は、中央にサンギヤ１３、サンギヤ１３の周囲に３個のプラネタリギヤ１４、プラネタリギヤ１４の外側に内歯リングギヤ１５を配した構成となっている。ここで、サンギヤ１３は、回転軸１０とは別体に形成され、回転軸１０に外挿される形で取り付けられている。図４の従来のエンジン始動装置101では、このサンギヤ111がモータ回転軸109に直接形成されており、そのため、高速対応のためサンギヤ111を大径化すると回転軸109もまた大径化し、その分、モータ体格が大きくならざるを得ない。

これに対しエンジン始動装置１では、サンギヤ１３が回転軸１０とは別部材となっており、回転軸１０の出力軸支持部１０ａに隣接する位置に装着されている。この場合、回転軸１０は、図４の従来のエンジン始動装置101と同径のものが使用され、従前にサンギヤ111を形成されていた部位に、ギヤに代えてセレーション５１が切られている。一方、サンギヤ１３には回転軸１０が挿入される軸孔５２が形成されており、軸孔５２の内周には、セレーション５１と噛合するセレーション５３が設けられている。サンギヤ１３は、セレーション５１,５３を互いに噛合させる形で回転軸１０に軽圧入される。これにより、サンギヤ１３は、回転軸１０の外周に回り止めされた状態で装着される。

このように、当該エンジン始動装置１では、サンギヤ１３が回転軸１０とは別体に形成されているので、サンギヤ１３を従前に比して大径化（例えば、同モジュールにて９歯→１３歯）しても、回転軸１０の直径を変えることなく、歯数の変更に対応することができる。このため、電動モータ３の体格を増大させることなく、ピニオン６の高回転化を図ることが可能となる。従って、高速回転化に伴うエンジン始動装置１の大型化を抑えることができ、エンジン始動装置１のレイアウト性低下を防止することが可能となる。

一方、トッププレート１２の中心には、出力軸４が回転自在に支持されている。出力軸４の右端部には、プラネタリギヤ１４が回転自在に取り付けられたギヤ支持板１６が固定されている。また、内歯リングギヤ１５は、トッププレート１２の内周面に形成されており、プラネタリギヤ１４が噛合している。これにより、プラネタリギヤ１４は、自転しつつサンギヤ１３の周囲を公転し、回転軸１０の回転が減速装置２によって減速されて出力軸４に伝達される。

出力軸４の中間部には、一方向ローラクラッチを用いたオーバーランニングクラッチ５が取り付けられている。オーバーランニングクラッチ５のクラッチアウタ１８には、出力軸４との結合部１８ａが設けられており、結合部１８ａの内周部と出力軸４の外周面がヘリカルスプライン１９を介して結合されている。また、結合部１８ａと、出力軸４の左端に抜け止め支持されたプレート２０との間にはリターンスプリング２１が配されている。リターンスプリング２１は、結合部１８ａの内周面と出力軸４の外周面との間に画成された空隙に巻装されている。クラッチアウタ１８は、このリターンスプリング２１によって、図中右方に向かって常時弾発付勢されている。

クラッチアウタ１８には、オーバーランニングクラッチ５のクラッチインナ２２が、相対軸方向変位不能に、かつ相対回転可能に係合している。このクラッチインナ２２の左端の外周部にはピニオン６が一体形成されている。前述のように、このピニオン６は、エンジンのリングギヤ２３に噛合してエンジンを駆動する。クラッチインナ２２は、回転自在に、かつ軸方向変位自在に出力軸４の左端部外周に嵌装されている。

ギヤカバー１７の中間部には、電磁装置を構成し、図示されないイグニッションスイッチに電気的に接続された励磁コイル２４が設けられている。励磁コイル２４は、非磁性材で形成された出力軸４を外囲する形で配置されており、ギヤカバー１７の内周面に固定されている。励磁コイル２４はまた、フランジ２５ａを有するホルダ２５とリング状円板２６で構成されたヨークで囲まれている。励磁コイル２４の内周面と出力軸４の外周面との間の空隙には、アーマチュアアウタ２７とアーマチュアインナ２８（以下、アーマチュア２７,２８と略記する)が装着されている。アーマチュア２７,２８は共に磁性材で形成されており、内外二重に相対摺動自在に設けられている。アーマチュア２７,２８の左端面は、ホルダ２５のフランジ２５ａの中央部の内面と対向しており、フランジ２５ａの中央部がアーマチュア２７,２８に対するポールとなっている。

ホルダ２５とピニオン６との間には、円環状のストッパ３０が介設されている。ストッパ３０は合成樹脂にて形成されており、エンジン始動動作の際にオーバーランニングクラッチ５とピニオン６が軸方向に沿って移動したとき、それらがホルダ２５の左端面と衝突しないようになっている。

アーマチュアアウタ２７の右端は、電動モータ３の整流子部３１に隣接配置されたスイッチユニット（図示せず）に連結されている。また、アーマチュアアウタ２７は、フランジ２５ａとの間に配されたリターンスプリング３５によって、図中右方に向かって常時弾発付勢されている。その際、アーマチュアアウタ２７は、通常、スイッチユニットの接点間を開いた状態で静止している。

アーマチュアインナ２８は、コイルばね３６により、トッププレート１２から図中左方に向かって常時弾発付勢されている。コイルばね３６の弾発力は、クラッチアウタ１８に設けられたリターンスプリング２１の弾発力より弱くなっている。また、アーマチュアインナ２８には、非磁性材で形成されたシフタ部材３７が結合している。シフタ部材３７の左端は、クラッチインナ２２の右端に当接している。

トッププレート１２と整流子部３１との間には、金属製のセパレータ３８が介設されている。セパレータ３８はリング状に形成されており、減速装置２と電動モータ３との間を隔絶している。セパレータ３８の中心部には、円筒部３８ａが整流子部３１側に向かって突出形成されている。円筒部３８ａの内周面は、回転軸１０の外周面と微小間隙をおいて対向している。円筒部３８ａの遊端(図中右端部)は、整流子部３１の図中左端面に形成された凹部３１ａに入り込んでおり、これにより、減速装置２のグリスが整流子部３１側に漏洩するのを防止している。

ボトムプレート１１は、電動モータ３のヨーク３９及びセパレータ３８と共に、貫通ボルト４０によって、ギヤカバー１７に取り付けられている。ボトムプレート１１の外周部には、階段状の印籠嵌合部１１ａが形成されており、ヨーク３９の右端部が印籠嵌合している。一方、ヨーク３９の左端部もまた、セパレータ３８の外周部に形成された印籠嵌合部３８ｂと印籠嵌合している。また、セパレータ３８の外周縁は、ギヤカバー１７の内周面に形成された印籠嵌合部１７ｂに印籠嵌合している。

次に、このようなエンジン始動装置１の作動要領について説明する。まず、励磁コイル２４に電流を加えない静止状態では、アーマチュアアウタ２７はリターンスプリング３５に付勢されて右方へ一杯に移動している。これと同時に、クラッチアウタ１８が、ピニオン６と一体化されたクラッチインナ２２、シフタ部材３７及びアーマチュアインナ２８を伴って、リターンスプリング２１に付勢されて右方へ一杯に移動している。このとき、ピニオン６とリングギヤ２３は噛合しておらず、両者の結合は断たれた状態となっている。

イグニッションスイッチがＯＮされると、電磁装置７が通電され、励磁コイル２４が励磁される。すると、アーマチュア２７,２８を通る磁路が形成され、アーマチュア２７,２８が左方に吸引され移動する。このとき、アーマチュア２７,２８のうちアーマチュアアウタ２７の方が、ホルダ２５のフランジ２５ａ中央部（ポール）により近接しているため、アーマチュアアウタ２７がアーマチュアインナ２８に先行して移動する。これに連動して、アーマチュアアウタ２７に連結された図示しない可動接点が移動し、バッテリに接続された固定接点に接触する。可動接点は、電動モータ３のブラシに電気的に接続されており、これにより、電動モータ３にバッテリの電力が供給され、回転軸１０が回転する。

一方、アーマチュアアウタ２７は、その右端側に一体形成されたフランジ２７ａがリング状円板２６に当接したところで停止する。この際、アーマチュアアウタ２７の左端面とフランジ２５ａの中央部との間には、隙間が形成された状態となっている。

回転軸１０が回転すると、この回転力は、減速装置２で減速されて出力軸４に伝達される。このとき、出力軸４に取り付けられたクラッチアウタ１８は、慣性抵抗によって静止しようとする。このため、ヘリカルスプライン１９の働きによる軸方向力がクラッチアウタ１８に加わり、クラッチアウタ１８が左方への移動を開始する。一方、アーマチュアインナ２８には、励磁コイル２４による左方への吸引力とコイルばね３６の押圧力が作用しており、アーマチュアインナ２８も左方への移動を開始する。従って、このアーマチュアインナ２８の移動力も、シフタ部材３７を介して、クラッチアウタ１８に軸方向力として加わる。

これらの軸方向力により、リターンスプリング２１の付勢力に抗してクラッチアウタ１８が左方へ押し出される。クラッチアウタ１８が左方へ移動すると、クラッチインナ２２もまた左方へ押し出され、クラッチインナ２２と一体のピニオン６も左方に移動する。クラッチアウタ１８はプレート２０に当接する位置まで移動し、ピニオン６はリングギヤ２３との正規噛み合い位置に到達する。これにより、ピニオン６とリングギヤ２３が噛合し、出力軸４の回転力がリングギヤ２３に伝達されエンジンが起動される。エンジンが起動し、ピニオン６の回転速度が回転軸１０のそれを上回ると、オーバーランニングクラッチ５の作用によりピニオン６が空転し、電動モータ３側には伝達されない。

一方、クラッチアウタ１８がプレート２０に当接する位置まで移動したとき、アーマチュアインナ２８の左端面は、ホルダ２５のフランジ２５ａの中央部に当接する。アーマチュアインナ２８はシフタ部材３７と一体的に移動し、シフタ部材３７の左端面とクラッチアウタ１８との間には微小な間隙が形成される。このように、アーマチュアインナ２８がフランジ２５ａの中央部に当接すると、アーマチュアインナ２８には励磁コイル２４の吸引力が最大に作用する。このため、ピニオン６がリングギヤ２３から抜け出す方向に力が作用しても、クラッチアウタ１８の右方への移動がシフタ部材３７を介して阻止され、リングギヤ２３からのピニオン６の抜け出しが防止される。

エンジンが始動しイグニッションスイッチがＯＦＦされると、励磁コイル２４への通電が停止され、その吸引力も消滅する。すると、クラッチアウタ１８に対するリターンスプリング２１の付勢力や、アーマチュアアウタ２７に対するリターンスプリング３５の付勢力により、ピニオン６が右方に移動しリングギヤ２３から離脱する。それに伴い、アーマチュアアウタ２７に連結された可動接点も移動し、固定接点から離れる。これにより、電動モータ３への電力供給が停止し、回転軸１０が停止してエンジン始動装置１は静止状態に戻る。

本発明は前記実施例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ことは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、出力軸４に装着したピニオン６をリングギヤ２３と噛合させてエンジンを起動させるエンジン始動装置を示したが、出力軸４と平行にアイドルシャフトを設けると共に、アイドルシャフト上に、ピニオン６と噛合しつつ軸方向に移動可能なアイドルギヤを設け、このアイドルギヤをエンジンのリングギヤと噛合させるようにしたアイドルギヤ付きのエンジン始動装置にも本発明は適用可能である。

本発明の一実施例であるエンジン始動装置の構成を示す断面図であり、中心線より上側は静止状態を、下側は通電状態を示している。 図１のエンジン始動装置における減速装置の構成を示す分解斜視図である。 図１のエンジン始動装置の減速装置のギヤ配置を示す説明図である。 従来のエンジン始動装置の構成を示す断面図である。 図４のエンジン始動装置における減速装置の構成を示す分解斜視図である。 図４のエンジン始動装置のギヤ配置を示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン始動装置
２ 減速装置
３ 電動モータ
４ 出力軸
５ オーバーランニングクラッチ
６ ピニオン
７ 電磁装置
１０ 回転軸
１０ａ 出力軸支持部
１１ ボトムプレート
１１ａ 印籠嵌合部
１２ トッププレート
１３ サンギヤ
１４ プラネタリギヤ
１５ 内歯リングギヤ
１６ ギヤ支持板
１７ ギヤカバー
１７ａ 印籠嵌合部
１８ クラッチアウタ
１８ａ 結合部
１９ ヘリカルスプライン
２０ プレート
２１ リターンスプリング
２２ クラッチインナ
２３ リングギヤ
２４ 励磁コイル
２５ ホルダ
２５ａ フランジ
２６ リング状円板
２７ アーマチュアアウタ
２７ａ フランジ
２８ アーマチュアインナ
３０ ストッパ
３１ 整流子部
３１ａ 凹部
３５ リターンスプリング
３６ コイルばね
３７ シフタ部材
３８ セパレータ
３８ａ 円筒部
３８ｂ 印籠嵌合部
３９ ヨーク
４０ 貫通ボルト
５１ セレーション
５２ 軸孔
５３ セレーション
101 エンジン始動装置
102 ピニオン
103 リングギヤ
104 電磁装置
105 出力軸
106 オーバーランニングクラッチ
107 減速装置
108 モータ
109 回転軸
111 サンギヤ
112 プラネタリギヤ
113 ギヤ支持板
114 ケース
115 トッププレート
116 内歯リングギヤ

Claims (2)

1. 電動機によって回転駆動され、軸方向に移動することによりエンジンのリングギヤと噛合するピニオンと、
   前記電動機と前記ピニオンとの間に介設され、遊星歯車機構により、前記電動機の回転を前記ピニオンに減速して伝達する減速装置とを備えてなるエンジン始動装置であって、
   前記減速装置は、前記電動機の回転軸とは別体に形成され前記回転軸の外周に装着されるサンギヤと、前記サンギヤの周囲に前記サンギヤと噛合しつつ配置された複数個のプラネタリギヤと、前記プラネタリギヤの外側に前記プラネタリギヤと噛合しつつ配置された内歯リングギヤとを有することを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１記載のエンジン始動装置において、前記サンギヤは、前記回転軸が挿通されると共にその内周面にセレーションが形成された軸孔を有し、前記セレーションを前記回転軸の外周に形成されたセレーションと噛合させることにより、前記サンギヤは前記回転軸の外周に回り止めされた状態で装着されることを特徴とするエンジン始動装置。

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