JP2009185646A - 始動電動機用の軸用止め輪及び始動電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】始動電動機の重量増加を最小限に抑えつつ、エンジン始動時におけるＣリングの脱落防止を図る。
【解決手段】始動電動機１のピニオンギヤ１４やアイドルギヤ１５に取り付けられるＣリング７３,９７は、内径の中心Ｏ１と外径の中心Ｏ２が偏芯配置されたＣ形に形成されている。Ｃリング７３,９７は、開口部７３ａ,９７ａ側の板幅ｂ１よりも、開口対向部７３ｂ,９７ｂ側の板幅ｂ２の方が大きくなっており、軸用止め輪の開き方向の剛性が高くなる。このため、ピニオンギヤ１４やアイドルギヤ１５が高回転となり、Ｃリング７３,９７に掛かる遠心力が大きくなっても、Ｃリング７３,９７が大きく変形せず、ピニオンギヤ１４やアイドルギヤ１５から脱落しにくくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、シャフト上に取り付けられギヤ等の軸方向への移動を規制する軸用止め輪に関し、特に、自動車用エンジン等の始動に用いられる始動電動機に使用されるＣ形止め輪に関する。

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、エンジンに取り付けられた始動電動機（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。このような始動電動機としては、特許文献１のように、軸方向に移動可能なアイドルギヤが備えたものが知られている。このアイドルギヤは、エンジンのリングギヤと噛合・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、エンジン始動後にそれらの噛合が解除されるようになっている。アイドルギヤはまた、始動電動機によって回転駆動されるピニオンと噛合しており、ピニオンはオーバーランニングクラッチを介してモータの回転軸に接続されている。

図４は、このような従来の始動電動機の構成を示す説明図である。始動電動機201は、大別すると、モータ部202、ギヤ部203、マグネットスイッチ部204、ケース部205及びアイドル部206とから構成されている。モータ部202には、駆動源であるモータ211が配置されている。また、ギヤ部203には、減速装置である遊星歯車機構212やオーバーランニングクラッチ213、ピニオンギヤ214などが配置されている。さらに、アイドル部206には、ピニオンギヤ214と噛合するアイドルギヤ215が配置されている。アイドルギヤ215は、アイドルシャフト216に回転自在、かつ、軸方向（図中左右方向）に移動可能に取り付けられており、図中左方向に移動すると、エンジンのリングギヤ217と噛合する。

ピニオンギヤ214のボス部218には、鋼製のピニオンワッシャ219が外挿されている。ピニオンワッシャ219は、ボス部218に装着されたＣリング221によって軸方向に抜け止め固定されている。ピニオンワッシャ219の外周部は、アイドルギヤ215の左側面に当接しており、エンジン始動後、始動電動機201が停止する際に、ピニオンギヤ214と共にアイドルギヤ215を右方に移動させ、アイドルギヤ215をリングギヤ217から離脱させる。

また、ピニオンギヤ214のギヤ部222の右側にはフランジ部223が形成されている。フランジ部223とアイドルギヤ215の図中右端面との間には、合成樹脂製のカラー224が介設されている。カラー224は、アイドルギヤ215のボス部225に外挿されており、ボス部225に取り付けられたＣリング226によって軸方向に抜け止め固定されている。Ｃリング226は、Ｃリング221と共通仕様となっており、図５に示すように、全周が均一な板幅２mmに形成された板厚１.２mmの軸用Ｃ形止め輪（鋼製）が使用されている。

始動電動機201では、モータ211が回転すると、その回転は、遊星歯車機構212及びオーバーランニングクラッチ213を介してピニオンギヤ214に伝わる。その際、ピニオンギヤ214は、ヘリカルスプライン部227の作用により図中左方に移動し、アイドルギヤ215は、ピニオンギヤ214と共に、回転しつつ左方に移動する。これにより、アイドルギヤ215がリングギヤ217と噛合し、モータ211の回転力がアイドルギヤ215を介してリングギヤ217へと伝達され、エンジンが始動される。
実開平4-19667号公報

このような始動電動機201においては、エンジン始動の際に、エンジン回転数が上昇すると、それに伴って、アイドルギヤ215やピニオンギヤ214の回転数が増大する。一方、各ギヤ215,214のボス部225,218にそれぞれ取り付けられているＣリング226,221には、ギヤの回転に伴い、径方向外側に遠心力が作用する。ところが、エンジン始動時に各ギヤ215,214の回転数が上昇すると、それに合わせてＣリング221,226に作用する遠心力も増大し、この遠心力によってＣリング221,226が変形してしまうおそれがある。その際、遠心力がＣリング固定力を上回り、Ｃリング221,226が開くように変形すると、ボス部218,225からＣリング221,226が脱落してしまう可能性があるという問題があった。

この場合、Ｃリング221,226の脱落防止のため、Ｃリング221,226の板幅を増加させ、その固定力（剛性）をアップさせるという対策も考えられる。しかしながら、Ｃリング221,226の板幅を増加させると、その分リング重量が増加するため、装置軽量化の要請に反することとなり、安易な板幅増加は好ましくない。

本発明の目的は、始動電動機の重量増加を最小限に抑えつつ、エンジン始動時におけるＣリングの脱落防止を図ることにある。

本発明の始動電動機用の軸用止め輪は、電動機によって回転駆動されるピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと噛合すると共に、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アイドルギヤとを有してなる始動電動機にて使用され、前記ピニオンギヤ及び前記アイドルギヤに取り付けられる軸用止め輪であって、前記軸用止め輪は、内径の中心と外径の中心が偏芯配置されたＣ形に形成され、開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方が大きく形成されてなることを特徴とする。

本発明にあっては、ピニオンギヤやアイドルギヤに取り付けられる軸用止め輪を、内径中心と外径中心を偏芯配置させたＣ形に形成し、その開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方を大きく形成することにより、軸用止め輪の剛性が高くなり、その開口部が開きにくくなる。このため、ピニオンギヤやアイドルギヤが高回転となり、軸用止め輪に掛かる遠心力が大きくなっても、軸用止め輪が大きく変形せず、ピニオンギヤやアイドルギヤから脱落しにくくなる。

また、本発明の始動電動機は、電動機によって回転駆動されるピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと噛合すると共に、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アイドルギヤと、前記ピニオンギヤ及び前記アイドルギヤに取り付けられ、内径の中心と外径の中心が偏芯配置されたＣ形に形成されると共に、開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方が大きく形成されてなる軸用止め輪とを有することを特徴とする。

本発明にあっては、ピニオンギヤやアイドルギヤに取り付けられる軸用止め輪として、内径中心と外径中心を偏芯配置させたＣ形に形成し、その開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方を大きく形成したものを使用することにより、軸用止め輪の剛性が高くなり軸用止め輪がピニオンギヤやアイドルギヤから脱落しにくくなる。

前記始動電動機において、前記ピニオンギヤに取り付けられる前記軸用止め輪の外径を、前記アイドルギヤに取り付けられる前記軸用止め輪よりも小径に形成しても良い。これにより、歯車比の関係から、アイドルギヤよりもピニオンギヤが高回転となっても、ピニオンギヤ側の軸用止め輪に作用する遠心力を、アイドルギヤ側と同等程度に小さく抑えることができる。

本発明の始動電動機用の軸用止め輪によれば、始動電動機のピニオンギヤやアイドルギヤに取り付けられる軸用止め輪を、内径中心と外径中心を偏芯配置させたＣ形に形成し、その開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方を大きく形成することにより、軸用止め輪の重量増を最小限に抑えつつ、遠心力による軸用止め輪の変形を抑えることが可能となる。このため、エンジン始動時における軸用止め輪の脱落を防止することができ、始動電動機の信頼性向上を図ることが可能となる。

本発明の始動電動機によれば、ピニオンギヤやアイドルギヤに取り付けられる軸用止め輪として、内径中心と外径中心を偏芯配置させたＣ形に形成し、その開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方を大きく形成したものを使用することにより、重量増を最小限に抑えつつ、遠心力による軸用止め輪の変形を抑えることが可能となる。このため、エンジン始動時における軸用止め輪の脱落を防止することができ、始動電動機の信頼性向上を図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始動電動機の構成を示す断面図である。図１の始動電動機（スタータ）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。

始動電動機１は、大別すると、モータ部２、ギヤ部３、マグネットスイッチ部４、ケース部５及びアイドル部６とから構成されている。モータ部２には駆動源であるモータ（電動機）１１が配置され、ギヤ部３には減速装置である遊星歯車機構１２やオーバーランニングクラッチ１３、ピニオンギヤ１４などが配置されている。アイドル部６には、ピニオンギヤ１４と噛合するアイドルギヤ１５が配置されている。アイドルギヤ１５は、軸方向（図中左右方向）に移動可能に取り付けられており、図中左方向（以下、左右方向は図１を基準とし「図中」の記載は省略する）に移動すると、エンジンのリングギヤ１６と噛合する。モータ１１の回転力は、遊星歯車機構１２及びオーバーランニングクラッチ１３を介してピニオンギヤ１４に伝わり、アイドルギヤ１５からリングギヤ１６へと伝達され、エンジンが始動される。

モータ１１は、円筒形状のモータハウジング２１内にアーマチュア２２を回動自在に配置した構成となっている。モータハウジング２１はモータ１１のヨークを兼ねており、鉄等の磁性体金属によって形成されている。モータハウジング２１の右端部には、金属製のエンドカバー２３が取り付けられる。一方、モータハウジング２１の左端部は、ケース部５のギヤカバー２４に取り付けられる。エンドカバー２３はセットボルト２５によってギヤカバー２４に固定され、モータハウジング２１はエンドカバー２３とギヤカバー２４との間に固定される。

モータハウジング２１の内周面には、周方向に複数個の永久磁石２６が固定されており、永久磁石２６の内側にはアーマチュア２２が配置される。アーマチュア２２は、モータシャフト２７に固定されたアーマチュアコア２８と、アーマチュアコア２８に巻装されたアーマチュアコイル２９とから構成されている。モータシャフト２７の右端部は、エンドカバー２３に取り付けられたメタル軸受３１によって回動自在に支持されている。一方、モータシャフト２７の左端部は、ピニオンギヤ１４等が取り付けられたドライブシャフト（出力軸）３２の端部に回動自在に支持されている。ピニオンシャフト３２の右端部には軸受部３３が凹設されており、モータシャフト２７はそこに取り付けられたメタル軸受３４によって回動自在に支持される。

アーマチュアコア２８の一端側には、モータシャフト２７に外嵌固定されたコンミテータ３５が隣接配置されている。コンミテータ３５の外周面には、導電材にて形成されたコンミテータ片３６が複数個取り付けられており、各コンミテータ片３６にはアーマチュアコイル２９の端部が固定されている。モータハウジング２１の左端部には、ブラシホルダ３７が取り付けられている。ブラシホルダ３７には、周方向に間隔をあけて、ブラシ収容部３８が４個配置されている。各ブラシ収容部３８にはそれぞれブラシ３９が出没自在に内装されている。ブラシ３９の突出先端部（内径側先端部）は、コンミテータ３５の外周面に摺接している。

ブラシ３９の後端側には図示しないピグテールが取り付けられており、ブラシホルダ３７の導電プレート４１と電気的に接続されている。導電プレート４１にはスイッチ部４２が設けられており、スイッチプレート４３が導電プレート４１に接触すると電源ターミナル４４とブラシ３９との間が電気的に接続され、コンミテータ３５に電源が供給される。スイッチプレート４３はスイッチシャフト４５に取り付けられており、マグネットスイッチ部４が通電されると、スイッチシャフト４５が左方に移動し、スイッチプレート４３が導電プレート４１に接触するようになっている。

ギヤ部３の遊星歯車機構１２には、インターナルギヤユニット４６とドライブプレートユニット４７が設けられている。インターナルギヤユニット４６は、ギヤカバー２４の右端部に固定されており、その内周側には内歯歯車４８が形成されている。インターナルギヤユニット４６の中央にはメタル軸受４９が内装されており、ピニオンシャフト３２の右端側が回動自在に支持されている。ドライブプレートユニット４７は、ピニオンシャフト３２の右端部に固定されており、遊星歯車５１が３個等分間隔で取り付けられている。遊星歯車５１は、ベースプレート５２に固定された支持ピン５３に、メタル軸受５４を介して回動自在に支持されている。遊星歯車５１は内歯歯車４８と噛合している。

モータシャフト２７の左端部には、太陽歯車５５が形成されている。太陽歯車５５は遊星歯車５１と噛合しており、遊星歯車５１は、太陽歯車５５と内歯歯車４８との間で、自転しつつ公転する。モータ１１が作動すると、モータシャフト２７と共に太陽歯車５５が回転し、太陽歯車５５の回転に伴い、遊星歯車５１が内歯歯車４８と噛み合いながら太陽歯車５５の周りを公転する。これにより、ピニオンシャフト３２に固定されたベースプレート５２が回転し、モータシャフト２７の回転が減速されてピニオンシャフト３２に伝達される。

オーバーランニングクラッチ１３は、遊星歯車機構１２によって減速された回転をピニオンギヤ１４に対し一回転方向に伝達する。オーバーランニングクラッチ１３は、クラッチアウタ５６とクラッチインナ５７との間に、ローラ５８及びクラッチスプリング５９を配した構成となっている。クラッチアウタ５６は、ボス部５６ａとクラッチ部５６ｂとからなり、ボス部５６ａは、ピニオンシャフト３２のヘリカルスプライン部６１に取り付けられている。ボス部５６ａの内周側には、ヘリカルスプライン部６１と噛み合うスプライン部６２が形成されている。これにより、クラッチアウタ５６は、ピニオンシャフト３２上をヘリカルスプライン部６１に沿って軸方向に移動可能となっている。

ピニオンシャフト３２にはストッパ６３が取り付けられている。ストッパ６３は、ピニオンシャフト３２に装着されたサークリップ６４によって軸方向の移動が規制されている。ストッパ６３には、ギヤリターンスプリング６５の一端側が取り付けられている。ギヤリターンスプリング６５の他端側は、ボス部５６ａの内端壁６６に当接している。クラッチアウタ５６は、このギヤリターンスプリング６５によって右方向に付勢されており、通常時（非通電時）には、クラッチアウタ５６はギヤカバー２４に固定されたクラッチストッパ６７に当接した位置で保持される。

クラッチアウタ５６のクラッチ部５６ｂ内周には、ピニオンギヤ１４と一体に形成されたクラッチインナ５７が配置されている。クラッチアウタ５６とクラッチインナ５７の間には、ローラ５８及びクラッチスプリング５９が複数組配置されている。また、クラッチ部５６ｂの外周にはクラッチカバー６８が外装されており、クラッチ部５６ｂの左端面とクラッチカバー６８との間には、クラッチワッシャ６９が取り付けられている。このクラッチワッシャ６９によって、ローラ５８及びクラッチスプリング５９は、クラッチ部５６ｂの内周側に、軸方向の移動を規制された状態で収容される。

クラッチ部５６ｂの内周壁はカム面となっており、楔状斜面部と曲面部が形成されている。ローラ５８は、通常、クラッチスプリング５９によって曲面部側に押されている。クラッチアウタ５６が回転し、クラッチスプリング５９の付勢力に抗して、ローラ５８が楔状斜面部とクラッチインナ５７の外周面との間に挟持されると、クラッチインナ５７はローラ５８を介してクラッチアウタ５６と一体に回転する。これにより、モータ１１が作動しピニオンシャフト３２が回転すると、その回転はクラッチアウタ５６からローラ５８を介してクラッチインナ５７に伝達され、ピニオンギヤ１４が回転する。

これに対し、エンジンが始動し、クラッチインナ５７がクラッチアウタ５６よりも早く回転すると、ローラ５８は曲面部側に移動し、クラッチインナ５７はクラッチアウタ５６に対し空転状態となる。すなわち、クラッチインナ５７がオーバーラン状態となると、ローラ５８が楔状斜面部とクラッチインナ外周面との間には挟持されず、クラッチインナ５７の回転はクラッチアウタ５６には伝達されない。従って、エンジン始動後、エンジン側からより高い回転数でクラッチインナ５７が回されても、その回転はオーバーランニングクラッチ１３にて遮断され、モータ１１側には伝達されない。

ピニオンギヤ１４は冷間鍛造によって形成された鋼製部材であり、アイドルギヤ１５と噛合している。ピニオンギヤ１４とアイドルギヤ１５には、クロム鋼（例えば、SCr 420H）に浸炭処理を施したものが使用されている。ピニオンギヤ１４はクラッチインナ５７と一体に成形されており、クラッチインナ５７の左方には、ギヤ部７１とボス部９４が形成されている。ボス部９４の外径はギヤ部７１の歯底外径よりも小径となっており、ピニオンギヤ１４を容易に冷鍛加工できるようになっている。ピニオンギヤ１４は、冷鍛加工にて形成されているため、ギヤ部７１の軸方向寸法の精度が高く、ピニオンギヤ１４とアイドルギヤ１５間など部品間のガタが小さく、摩耗や破損が抑えられている。また、冷間鍛造によってギヤ部７１を形成することにより、加工硬化が生じ、ギヤ部７１の強度が増大し、ギヤ連結部の強度向上も図られている。

ボス部９４には、鋼製のピニオンワッシャ７２が外挿されている。ピニオンワッシャ７２は、ボス部９４に装着されたＣリング７３によって軸方向に抜け止め固定されている。ピニオンワッシャ７２の外周部は、アイドルギヤ１５の左側面に当接しており、エンジン始動後、始動電動機１が停止する際に、ピニオンギヤ１４と共にアイドルギヤ１５を右方に移動させ、アイドルギヤ１５をリングギヤ１６から離脱させる。また、ギヤ部７１の右側にはフランジ部９５が形成されている。

ピニオンギヤ１４の内径側には、シャフト孔７４とスプリング収容部７５が形成されている。シャフト孔７４にはピニオンギヤメタル７６が取り付けられており、ピニオンギヤ１４は、ピニオンギヤメタル７６を介してピニオンシャフト３２に回動自在に支持される。スプリング収容部７５はクラッチインナ５７の内周側に形成されており、そこには、ストッパ６３やギヤリターンスプリング６５が収容される。

マグネットスイッチ部４は、遊星歯車機構１２の左方にモータ１１や遊星歯車機構１２と同心状に配置されている。マグネットスイッチ部４は、ギヤカバー２４に固定された鋼製の固定部７７と、固定鉄心８２に沿って左右方向に移動自在に配置された可動部７８とからなる。固定部７７には、ギヤカバー２４に固定されたケース７９と、ケース７９内に収容されたコイル８１及びケース７９の内周側に取り付けられた固定鉄心８２が設けられている。可動部７８には、スイッチシャフト４５が取り付けられた可動鉄心８３が設けられ、可動鉄心８３の内周側にはギヤプランジャ８４が取り付けられている。可動鉄心８３の外周側（図中下端側）には、スイッチリターンスプリング９０が取り付けられている。スイッチリターンスプリング９０の他端側はギヤカバー２４に当接しており、可動鉄心８３は右方に付勢されている。

可動鉄心８３の内周にはさらに、ブラケットプレート８５が固定されている。ブラケットプレート８５には、プランジャスプリング８６の一端がカシメ固定されている。プランジャスプリング８６の他端側は、イグニッションキースイッチがＯＦＦのとき（図１の状態のとき）は、ギヤプランジャ８４に当接しており、ギヤプランジャ８４はプランジャスプリング８６によって左方に付勢されている。ギヤプランジャ８４はピニオンシャフト３２に軸方向に移動可能取り付けられており、可動鉄心８３の内周面との間には摺動鉄心８７が介設されている。

ケース部５はアルミダイカスト製のギヤカバー２４を備えており、ギヤカバー２４には、メタル軸受８８を介してピニオンシャフト３２の左端側が回動自在に支持されている。ギヤカバー２４にはまた、アイドルギヤ１５を支持するアイドルシャフト８９が取り付けられている。アイドルシャフト８９の左端側は、図示しないアイドルシャフトストッパにて抜け止めされている。ギヤカバー２４内には、前述のように、合成樹脂製（例えば、ガラス繊維強化ポリアミド）のクラッチストッパ６７やケース７９等が固定され、右端面側には、モータハウジング２１やエンドカバー２３がセットボルト２５によって固定されている。

アイドル部６には、アイドルギヤ１５が配置されている。ギヤカバー２４にはアイドルギヤ取付部100が設けられており、そこにアイドルギヤ１５がアイドルシャフト８９に軸支された状態で配置される。アイドルギヤ１５には、ギヤ部９２とボス部９３が設けられており、ギヤ部９２はピニオンギヤ１４のギヤ部７１と噛合している。ボス部９３には、合成樹脂製（例えば、ガラス繊維強化ポリアミド）のカラー９６が外装されている。カラー９６は、アイドルギヤ１５の端面とピニオンギヤ１４のフランジ部９５との間に介設されている。カラー９６と、フランジ部９５及びアイドルギヤ１５との間には、摺動性向上のため潤滑剤としてグリスが塗布される。カラー９６の右端部には、ボス部９３に取り付けられたＣリング９７が当接している。カラー９６は、このＣリング９７によって軸方向に抜け止め固定されている。

ここで、当該始動電動機１に使用されているＣリング９７は、前述のＣリング７３も含め、内外径が偏芯した特殊仕様となっている。前述のように、始動電動機では、図５のような内外径が同心のＣリングを使用すると、遠心力の作用により、エンジン始動時にＣリングが変形して抜け出てしまうおそれがある。これに対し、当該始動電動機１では、内外径を偏芯させ開口対向部（基部）側の板幅を拡大したＣリング７３,９７を採用することにより、遠心力によるＣリングの変形を抑え、エンジン始動時におけるＣリング７３,９７の脱落を防止している。

図２は、始動電動機１で使用されているＣリングの平面図であり、（ａ）はＣリング７３、（ｂ）はＣリング９７の構成をそれぞれ示している。Ｃリング７３,９７も、従来のＣリングと同様、鋼製の軸用Ｃ形止め輪であり、ここでは、板厚ｔ＝１.２mmとなっている。Ｃリング７３は、内径Ｄ１が１５.７mm、外径Ｄ２が２０.３mmとなっており、内径Ｄ１の中心Ｏ１と外径Ｄ２の中心Ｏ２が０.７mmずれている。一方、Ｃリング９７は、内径Ｄ１が２０.７mm、外径Ｄ２が２５.３mmとなっており、ここでも内径Ｄ１の中心Ｏ１と外径Ｄ２の中心Ｏ２は０.７mmずれている。

なお、Ｃリング７３がＣリング９７よりも小径となっているのは、Ｃリング７３が取り付けられるピニオンギヤ１４が、歯車比の関係から、アイドルギヤ１５よりも高回転となるためである。つまり、より高回転となるＣリング７３の外径を小さくすることにより、そこに作用する遠心力を小さく抑え、遠心力による変形・脱落の可能性をできる限り小さくしている。

図２に示すように、このようなＣリング７３,９７では、Ｏ１,Ｏ２が偏芯配置されているため、Ｃリングの板幅（径方向の部材寸法）が、開口部７３ａ,９７ａ側よりも、開口対向部７３ｂ,９７ｂ側の方が大きくなっている。すなわち、開口部７３ａ,９７ａ近傍の板幅ｂ１が１.６mmであるのに対し、開口対向部７３ｂ,９７ｂの板幅ｂ２は３.０mmとなっており、ｂ１＜ｂ２となっている。このため、Ｃリング７３,９７では、リングの開き方向の剛性が高くなり、開口部７３ａ,９７ａが開きにくくなる。従って、アイドルギヤ１５やピニオンギヤ１４が高回転となり、Ｃリング７３,９７に掛かる遠心力が大きくなっても、Ｃリング７３,９７が大きく変形せず、ボス部９４,９３からのＣリングの脱落を防止することが可能となる。

図３は、エンジン回転数とＣリング７３,９７の変形量との関係をＣＡＥ(Computer Aided Engineering）解析にて求めた結果を示すグラフであり、（ａ）はＣリング７３、（ｂ）はＣリング９７の場合をそれぞれ示している。図３の解析は、開口対向部７３ｂ,９７ｂの内周１mm分を拘束した場合における、開口部７３ａ,９７ａの遠心力による開き量を示している。始動電動機１では、Ｃリング７３,９７が取り付けられる溝の深さが最小０.５mm、リング装着時の締め代が最小０.１５mmであることから、リング変形量０.６５mmをリング脱落閾値とした。

図３から分かるように、従来のＣリングでは、ピニオンギヤ側では２５００rpm、アイドルギヤ側では５０００rpm程度で、閾値の０.６５mmを超えている。これに対し、本発明によるＣリング７３,９７では、閾値の０.６５mmを超えるのは、ピニオンギヤ側で７５００rpm程度、アイドルギヤ側では８０００rpm程度となっており、脱落限界回転数が大幅に高くなる。発明者らの実機による実験でも、従来のＣリングでは、エンジン始動時の最大エンジン回転数である４８００rpmにてリングが脱落する場合があったが、偏芯仕様の当該Ｃリング７３,９７では、脱落は全く生じなかった。

このように、本発明によるＣリング７３,９７では、内外径を偏芯させ、開口対向部側の板幅を開口部側よりも増加させることにより、遠心力によるＣリングの変形を抑えることができる。従って、エンジン始動時におけるＣリング７３,９７の脱落を防止することができ、製品信頼性の向上が図られる。また、単純に板幅を増加させた場合に比して、Ｃリングの重量増を最小限に抑えることができるため、遠心力の増大を避けることができると共に、製品重量の増大を招来することなく製品品質を向上させることが可能となる。

アイドルギヤ１５は、アイドルシャフト８９にメタル軸受９１を介して回動自在に支持されている。アイドルシャフト８９は、ギヤカバー２４に設けられた軸受部９８,９９に軸支されている。軸受部９８,９９にはそれぞれ軸孔101，軸穴102が形成されており、アイドルシャフト８９は、アイドルギヤ１５を軸支した状態で軸孔101,軸穴102間に取り付けられる。アイドルシャフト８９は、軸孔101側からギヤカバー２４に挿入され、軸穴102に挿入される。アイドルシャフト８９を軸穴102の奥部まで挿入した後、図１に示すように、固定ネジ103にて固定する。これにより、アイドルシャフト８９は、ギヤカバー２４に回り止めかつ抜け止めされた状態で固定される。アイドルシャフト８９をネジ止めした後、アイドルシャフト８９の軸受部９８側の端部には、ゴム製の防塵キャップ104が取り付けられる。

次に、このような始動電動機１を用いたエンジン始動動作について説明する。まず、自動車のイグニッションキースイッチがＯＦＦされているときは、図１のように、ギヤリターンスプリング６５の付勢力によって、クラッチアウタ５６はクラッチストッパ６７に当接した状態にある。このとき、スイッチプレート４３は導電プレート４１から離れており、モータ１１への給電は行われない。また、アイドルギヤ１５は、右方の離脱位置にあり、リングギヤ１６とは噛み合っていない状態にある。これに対し、イグニッションキースイッチをＯＮすると、アイドルギヤ１５が左方へ移動し、リングギヤ１６に噛み合う。

すなわち、イグニッションキースイッチをＯＮすると、まず、コイル８１に電流が流れ、マグネットスイッチ部４に吸引力が発生する。コイル８１が励磁されると、ケース７９及び固定鉄心８２を通る磁路が形成され、可動鉄心８３が左方に吸引される。可動鉄心８３がスイッチリターンスプリング９０の付勢力に抗して左方に移動すると、スイッチシャフト４５も左方へ移動し、スイッチプレート４３が導電プレート４１に接触して接点が閉じる。これにより、電源ターミナル４４とブラシ３９との間が電気的に接続され、コンミテータ３５に電源が供給されてモータ１１が起動しアーマチュア２２が回転する。また、ブラケットプレート８５も左方へ移動し、それに伴って、プランジャスプリング８６も押し縮められる。

アーマチュア２２が回転すると、遊星歯車機構１２を介してピニオンシャフト３２が回転する。ピニオンシャフト３２の回転に伴い、ヘリカルスプライン部６１に取り付けられたクラッチアウタ５６もまた回転する。ヘリカルスプライン部６１は、ピニオンシャフト３２の回転方向を考慮してねじり方向が設定されており、クラッチアウタ５６の回転数が増大すると、その慣性マスによって、クラッチアウタ５６がヘリカルスプライン部６１に沿って左方に移動する（静止位置→作動位置）。クラッチアウタ５６が左方へ飛び出すと、ピニオンギヤ１４もクラッチアウタ５６と共に左方に移動する。このとき、ギヤリターンスプリング６５もクラッチアウタ５６に押されて縮められる。

クラッチアウタ５６が左方へ移動すると、アイドルギヤ１５もまたピニオンフランジ部９５に押されて左方へ移動し、リングギヤ１６に噛み合う。アイドルギヤ１５がリングギヤ１６と噛み合うと、モータ１１の回転がリングギヤ１６に伝達され、リングギヤ１６が回転する。リングギヤ１６はエンジンのクランク軸に接続されており、リングギヤ１６の回転に伴ってクランク軸が回転され、エンジンが始動される。エンジンが始動すると、リングギヤ１６からアイドルギヤ１５を介してピニオンギヤ１４が高回転で回転されるが、オーバーランニングクラッチ１３の作用によって、その回転はモータ１１側には伝達されない。

また、クラッチアウタ５６が左方に移動すると、押し縮められていたプランジャスプリング８６の付勢力によってギヤプランジャ８４が左方に移動し、ギヤプランジャ８４はクラッチアウタ５６の右端面に当接する。このとき、プランジャスプリング８６は自然長状態となり、クラッチアウタ５６に当接した状態のギヤプランジャ８４とプランジャスプリング８６との間には、若干の隙間が生じる。

ここで、エンジンが始動するとピニオンギヤ１４は高回転で回転され、オーバーランニングクラッチ１３は空転方向に回転される。オーバーランニングクラッチ１３が空転方向に回されるとクラッチ内に空転トルクが生じ、クラッチアウタ５６には切れトルクと呼ばれる回転力が働く。この回転力により、クラッチアウタ５６にはヘリカルスプライン部６１を介して右方へのスラスト力が生じ、クラッチアウタ５６が右方へ移動しアイドルギヤ１５がリングギヤ１６から離脱するおそれがある。このため、始動電動機１では、ギヤプランジャ８４によってクラッチアウタ５６を作動位置にて保持し、アイドルギヤ１５の右方への移動を規制してアイドルギヤ１５の離脱を防止している。また、エンジン回転数が上昇し、ピニオンギヤ１４やアイドルギヤ１５が高回転で回転しても、前述のように、Ｃリング７３,９７の開き剛性が高められているため、ボス部９４,９３からＣリング７３,９７が脱落することもない。

一方、エンジンが始動しイグニッションキースイッチがＯＦＦされると、マグネットスイッチ部４への通電も停止され、その吸引力も消滅する。すると、スイッチリターンスプリング９０の付勢力によってブラケットプレート８５が右方に押され、それまで固定鉄心８２による吸引力にて左方に保持されていた可動鉄心８３が右方に移動する。可動鉄心８３が右方に移動すると、スイッチシャフト４５も右方へ移動し、スイッチプレート４３が導電プレート４１から離れ接点が開く。これにより、モータ１１に対する給電が遮断され、ピニオンシャフト３２の回転が停止し、クラッチアウタ５６の回転も停止する。

クラッチアウタ５６の回転が停まると、その慣性マスによる軸方向への移動力も消滅する。このため、押し縮められていたギヤリターンスプリング６５の付勢力によって、クラッチアウタ５６は、ヘリカルスプライン部６１に沿って作動位置から静止位置へと右方へ移動する。このとき、ギヤプランジャ８４もクラッチアウタ５６に押されて図１の状態に戻る。なお、ギヤリターンスプリング６５の付勢力は、この時点におけるプランジャスプリング８６の付勢力よりも大きくなるように設定されている。

クラッチアウタ５６が右方に移動すると、ピニオンギヤ１４もまた右方に移動する。ピニオンギヤ１４が右方に移動すると、ピニオンワッシャ７２がアイドルギヤ１５の左端面に当接する。これにより、アイドルギヤ１５はピニオンワッシャ７２によって右方に移動し、アイドルギヤ１５がリングギヤ１６から離脱し、図１の状態となる。

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Ｃリング７３,９７の各部寸法はあくまでも一例であり、本発明が前記数値に限定されないことは言うまでもない。また、前述の実施例では、遊星歯車機構１２を介してモータ１１によって回転されるピニオンシャフト３２にオーバーランニングクラッチ１３を取り付ける形態の始動電動機を示したが、モータシャフト２７の先端部にオーバーランニングクラッチを装着した形態の始動電動機や、レバー等によってアイドルギヤを移動させる形態の始動電動機にも本発明は適用可能である。

本発明の一実施例である始動電動機の構成を示す断面図である。 図１の始動電動機で使用されているＣリングの平面図であり、（ａ）はピニオンギヤ側のＣリング、（ｂ）はアイドルギヤ側のＣリングの構成をそれぞれ示している。 エンジン回転数とＣリングの変形量との関係をＣＡＥ解析にて求めた結果を示すグラフであり、（ａ）はピニオンギヤ側のＣリング、（ｂ）はアイドルギヤ側のＣリングの場合をそれぞれ示している。 従来の始動電動機の構成を示す説明図である。 図４の始動電動機で使用されているＣリングの平面図である。

符号の説明

１ 始動電動機
２ モータ部
３ ギヤ部
４ マグネットスイッチ部
５ ケース部
６ アイドル部
１１ モータ
１２ 遊星歯車機構
１３ オーバーランニングクラッチ
１４ ピニオンギヤ
１５ アイドルギヤ
１６ リングギヤ
２１ モータハウジング
２２ アーマチュア
２３ エンドカバー
２４ ギヤカバー
２５ セットボルト
２６ 永久磁石
２７ モータシャフト
２８ アーマチュアコア
２９ アーマチュアコイル
３１ メタル軸受
３２ ピニオンシャフト
３３ 軸受部
３４ メタル軸受
３５ コンミテータ
３６ コンミテータ片
３７ ブラシホルダ
３８ ブラシ収容部
３９ ブラシ
４１ 導電プレート
４２ スイッチ部
４３ スイッチプレート
４４ 電源ターミナル
４５ スイッチシャフト
４６ インターナルギヤユニット
４７ ドライブプレートユニット
４８ 内歯歯車
４９ メタル軸受
５１ 遊星歯車
５２ ベースプレート
５３ 支持ピン
５４ メタル軸受
５５ 太陽歯車
５６ クラッチアウタ
５６ａ ボス部
５６ｂ クラッチ部
５７ クラッチインナ
５８ ローラ
５９ クラッチスプリング
６１ ヘリカルスプライン部
６２ スプライン部
６３ ストッパ
６４ サークリップ
６５ ギヤリターンスプリング
６６ 内端壁
６７ クラッチストッパ
６８ クラッチカバー
６９ クラッチワッシャ
７１ ギヤ部
７２ ピニオンワッシャ
７３ Ｃリング
７３ａ 開口部
７３ｂ 開口対向部
７４ シャフト孔
７５ スプリング収容部
７６ ピニオンギヤメタル
７７ 固定部
７８ 可動部
７９ ケース
８１ コイル
８２ 固定鉄心
８３ 可動鉄心
８４ ギヤプランジャ
８５ ブラケットプレート
８６ プランジャスプリング
８７ 摺動鉄心
８８ メタル軸受
８９ アイドルシャフト
９０ スイッチリターンスプリング
９１ メタル軸受
９２ ギヤ部
９３ ボス部
９４ ボス部
９５ フランジ部
９６ カラー
９７ Ｃリング
９７ａ 開口部
９７ｂ 開口対向部
９８ 軸受部
100 アイドルギヤ取付部
101 軸孔
102 軸穴
103 固定ネジ
104 防塵キャップ
201 始動電動機
202 モータ部
203 ギヤ部
204 マグネットスイッチ部
205 ケース部
206 アイドル部
211 モータ
212 遊星歯車機構
213 オーバーランニングクラッチ
214 ピニオンギヤ
215 アイドルギヤ
216 アイドルシャフト
217 リングギヤ
218 ボス部
219 ピニオンワッシャ
221 Ｃリング
222 ギヤ部
223 フランジ部
224 カラー
225 ボス部
226 Ｃリング
227 ヘリカルスプライン部
Ｄ１ Ｃリング内径
Ｄ２ Ｃリング外径
Ｏ１ 内径中心
Ｏ２ 外径中心
ｂ１ Ｃリング板幅
ｂ２ Ｃリング板幅

Claims (3)

1. 電動機によって回転駆動されるピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと噛合すると共に、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アイドルギヤとを有してなる始動電動機にて使用され、前記ピニオンギヤ及び前記アイドルギヤに取り付けられる軸用止め輪であって、
   前記軸用止め輪は、内径の中心と外径の中心が偏芯配置されたＣ形に形成され、開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方が大きく形成されてなることを特徴とする始動電動機用の軸用止め輪。
2. 電動機によって回転駆動されるピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤと噛合すると共に、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アイドルギヤと、
   前記ピニオンギヤ及び前記アイドルギヤに取り付けられ、内径の中心と外径の中心が偏芯配置されたＣ形に形成されると共に、開口部側の板幅よりも開口対向部側の板幅の方が大きく形成されてなる軸用止め輪とを有することを特徴とする始動電動機。
3. 請求項２記載の始動電動機において、前記ピニオンギヤに取り付けられる前記軸用止め輪の方が、前記アイドルギヤに取り付けられる前記軸用止め輪よりも外径が小さいことを特徴とする始動電動機。

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