JP2012007559A - スタータ - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの消費を抑えつつエンジンを速やかに再始動させることができる安価なスタータを提供する。
【解決手段】ピニオン６は、このピニオン６の回転力をリングギヤ２３に伝達するとき、並びに、リングギヤ２３が停止する直前の状態、およびリングギヤ２３が停止している状態の何れか一方の状態のとき、リングギヤ２３とピニオン６との噛合抵抗が、押圧力よりも大きくなるように形成されていると共に、エンジン始動後にリングギヤ２３の回転数がピニオン６の回転数を上回ったとき、リングギヤ２３とピニオン６との噛合力が、リングギヤ２３からピニオン６が離脱する方向に向かって作用するように形成されており、エンジン始動後において、リングギヤ２３からピニオン６が離脱する方向に向かって作用する力と、第２リターンスプリング２１の押圧力との合力により、リングギヤ２３からピニオン６が離脱する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車に搭載されるスタータに関するものである。

従来から、自動車の始動用に用いられるスタータが知られている。このスタータとしては、回転力を発生するモータと、このモータの回転力が伝達されて回転する出力軸と、この出力軸上を軸方向に移動可能に設けられるピニオンギヤと、通電により電磁石を形成するスイッチコイルを有し、このスイッチコイルの吸引力を利用して前記モータの通電回路に設けられるメイン接点を開閉する電磁スイッチと、通電により電磁石を形成する励磁コイルを有し、この励磁コイルの吸引力を利用してピニオンギヤをエンジンのリングギヤ側へ押し出す働きを有するソレノイドとを備えている。
そして、励磁コイルに電流が供給されると、ソレノイドがピニオンギヤをリングギヤ側に押し出し、ピニオンギヤを介してモータの回転力がリングギヤに伝達され、エンジンが始動する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１９１８４３号公報

ところで、近年、自動車の燃費を向上させたり、排気ガスを低減したりするために、例えば信号待ち等のエンジンがアイドリング状態のとき、エンジンを停止させると共に、自動車を再発進させる際、エンジンを再始動させるアイドリングストップ機能を備えた自動車がある。
このような自動車の場合、エンジンを再始動させるたびにスタータを駆動することになる。このため、その都度ソレノイドがピニオンギヤをリングギヤ側に押し出し、このリングギヤにピニオンギヤを噛合わせているとエンジンの再始動までに時間がかかり、速やかに自動車を発進させることができない。

ここで、エンジンを停止させる際、予めリングギヤにピニオンギヤを噛合わせた状態で維持し、リングギヤとピニオンギヤとの噛合時間を短縮することで再発進の際、エンジンが始動するまでの時間を短縮することが考えられる。

しかしながら、上述の従来技術にあっては、励磁コイルに電流を供給することにより、ソレノイドがピニオンをリングギヤ側に押し出すので、アイドリングストップ中にバッテリの電力が消費されてしまう。このため、自動車の停車、再発進の頻度が多くなるとバッテリの消費が多くなりすぎる虞があるという課題がある。
また、ピニオンギヤの押し出し、および引き込みの両動作をソレノイドを用いて行うので、この分、制御が複雑になり、製造コストが増大するという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、バッテリの消費を抑えつつエンジンを速やかに再始動させることができる安価なスタータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、通電により回転力を発生するモータ部と、前記モータ部の回転力を受けて回転する出力軸と、前記出力軸の回転力を受けて前記出力軸に沿ってスライド移動し、エンジンの駆動力が伝達されるリングギヤに噛合されるピニオンと、前記ピニオンに前記リングギヤとは反対側に向かって押圧力を付勢するバネ部材とを備えたスタータであって、前記ピニオンは、このピニオンの回転力を前記リングギヤに伝達するとき、並びに、前記リングギヤが停止する直前の状態、および前記リングギヤが停止している状態の何れか一方の状態のとき、前記リングギヤと前記ピニオンとの噛合抵抗が、前記押圧力よりも大きくなるように形成されていると共に、エンジン始動後に前記リングギヤの回転数が前記ピニオンの回転数を上回ったとき、前記リングギヤと前記ピニオンとの噛合力が、前記リングギヤから前記ピニオンが離脱する方向に向かって作用するように形成されており、エンジン始動後において、前記リングギヤから前記ピニオンが離脱する方向に向かって作用する力と、前記バネ部材の押圧力との合力により、前記リングギヤから前記ピニオンが離脱することを特徴する。

このように構成することで、前記リングギヤが停止する直前の状態、および前記リングギヤが停止している状態の何れか一方の状態において、モータ部を短時間駆動させるだけでリングギヤとピニオンとを噛合わせることができると共に、これらリングギヤとピニオンとの噛合抵抗によって、エンジン停止時に電力を消費することなくリングギヤとピニオンとの噛合状態を維持できる。このため、バッテリの消費を抑えつつ、停止後のエンジンを速やかに再始動させることができる。
また、バネ部材の押圧力と、リングギヤからピニオンが離脱する方向に向かって作用する力との合力により、リングギヤからピニオンを離脱させるので、従来のソレノイドを用いてピニオンを引き込む場合と比較して制御の複雑化を抑制でき、製造コストを低減することができる。

請求項２に記載した発明は、前記ピニオンの歯部は、捩れ角を有するヘリカル歯形に形成されており、前記歯部の捩れ角は、前記噛合抵抗が前記押圧力よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。

このように構成することで、リングギヤとピニオンとの噛合抵抗を、ピニオンに付勢されるバネ部材の押圧力よりも容易に大きくすることができる。このため、簡素な構造でバッテリの消費を抑えつつ、停止後のエンジンを速やかに再始動させることができる。
また、リングギヤの回転数が出力軸の回転数を上回り、リングギヤからピニオンに回転力が伝達されると、リングギヤの回転数が出力軸の回転数を下回っている場合とは反対側に向かう力がヘリカル歯形に作用する。このため、この力とバネ部材の押圧力とによって、リングギヤからピニオンを容易に離脱させることが可能になる。よって、リングギヤの回転力がモータ部に伝達され、このモータ部が損傷してしまうのを防止できる。

請求項３に記載した発明は、前記リングギヤが停止する直前とは、前記エンジンの停止後に前記リングギヤが逆回転し始めて完全停止するまでに揺動しているときであることを特徴とする。

このように構成することで、一旦リングギヤと噛合ったピニオンがエンジンの再始動前にリングギヤから離脱するのを確実に防止できる。

本発明によれば、前記リングギヤが停止する直前の状態、および前記リングギヤが停止している状態の何れか一方の状態において、モータ部を短時間駆動させるだけでリングギヤとピニオンとを噛合わせることができると共に、これらリングギヤとピニオンとの噛合抵抗によって、エンジン停止時に電力を消費することなくリングギヤとピニオンとの噛合状態を維持できる。このため、バッテリの消費を抑えつつ、停止後のエンジンを速やかに再始動させることができる。
また、バネ部材の押圧力を利用してリングギヤからピニオンを離脱させるので、従来のソレノイドを用いてピニオンを引き込む場合と比較して制御の複雑化を抑制でき、製造コストを低減することができる。
さらに、リングギヤからピニオンを離脱させる際、すなわち、エンジン始動後にリングギヤの回転数がピニオンの回転数を上回ったとき、リングギヤとピニオンとの噛合力が、リングギヤからピニオンが離脱する方向に向かって作用するので、容易、かつ確実にリングギヤからピニオンを離脱させることが可能になる。

本発明の実施形態におけるスタータの断面図である。 本発明の実施形態におけるピニオンの斜視図である。 本発明の実施形態におけるスタータの挙動について示す要部断面図である。 本発明の実施形態におけるスタータの挙動について示す要部断面図である。 本発明の実施形態におけるエンジン再始動させるためのタイミングチャートである。

（スタータ）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、スタータ１の断面図である。
同図に示すように、スタータ１は、不図示のエンジンの始動に必要な回転力を発生するためのものであって、モータ部３と、モータ部３に連結されている出力軸４と、出力軸４上に摺動自在に設けられたクラッチ５、およびピニオン６と、モータ部３に対する電源供給路を開閉するスイッチユニット７と、スイッチユニット７の可動接点板８、およびピニオン６を軸線方向に沿って移動させるための電磁装置９とを有している。

モータ部３は、ブラシ付直流モータ５１と、ブラシ付直流モータ５１の回転軸５２に連結され、この回転軸５２の回転力を出力軸４に伝達するための遊星歯車機構２とにより構成されている。
ブラシ付直流モータ５１は、略円筒状のヨーク５３と、ヨーク５３の径方向内側に配置され、ヨーク５３に対して回転自在に設けられているアーマチュア５４とを有している。ヨーク５３の内周面には、複数（例えば、この実施形態では６つ）の永久磁石５７が周方向に磁極が順番となるように配設されている。

ヨーク５３の遊星歯車機構２とは反対側の一端には、ヨーク５３の開口部５３ａを閉塞するエンドプレート５５が設けられている。エンドプレート５５の径方向中央には、回転軸５２の一端を回転自在に支持するための滑り軸受け５６が設けられている。
アーマチュア５４は、回転軸５２と、回転軸５２の永久磁石５７に対応する位置に外嵌固定されているアーマチュアコア５８と、回転軸５２のアーマチュアコア５８よりも遊星歯車機構２側（図１における左側）に外嵌固定されているコンミテータ６１とにより構成されている。

アーマチュアコア５８は、放射状に形成された複数のティース（不図示）と、周方向に隣接する各ティース間に形成された複数のスロット（不図示）とを有している。周方向に所定間隔をあけた２つのスロット間には、コイル５９が例えば波巻により巻装されている。コイル５９の端末部は、コンミテータ６１に向かって引き出されている。

コンミテータ６１には、複数枚（例えば、この実施形態では２６枚）のセグメント６２が周方向に沿って、かつ互いに絶縁されるように所定間隔をあけた状態で配設されている。
各セグメント６２のアーマチュアコア５８側端には、折り返すように曲折形成されたライザ６３が設けられている。このライザ６３にアーマチュアコア５８に巻装されているコイル５９の端末部が接続されるようになっている。

ヨーク５３の他端には、有底筒状のトッププレート１２が設けられており、このトッププレート１２のアーマチュアコア５８側の内面に、遊星歯車機構２が配置されている。
遊星歯車機構２は、回転軸５２に外嵌固定されているサンギヤ１３と、サンギヤ１３に噛合され、サンギヤ１３を中心に公転する複数のプラネタリギヤ１４と、これらプラネタリギヤ１４の外周側に設けられた環状の内歯リングギヤ１５とにより構成されている。

複数のプラネタリギヤ１４は、キャリアプレート１６により連結されている。キャリアプレート１６には、各プラネタリギヤ１４に対応する位置に支持シャフト１６ａが立設されており、ここにプラネタリギヤ１４が回転自在に支持されている。また、キャリアプレート１６の径方向中央には、出力軸４の一端が接合されている。

内歯リングギヤ１５は、トッププレート１２の内周面に一体成形されている。トッププレート１２の底面には、径方向中央に滑り軸受け１２ａが設けられている。この滑り軸受け１２ａは、回転軸５２と同軸上に配置されている出力軸４の一端を回転自在に支持するためのものである。

また、トッププレート１２には、不図示のエンジンにスタータ１を固定するためのハウジング１７が接合されている。ハウジング１７は有底筒状に形成されており、開口部１７ａ側に、トッププレート１２が開口部１７ａを閉塞するように接合されている。
ハウジング１７の開口部１７ａ側外周面には、軸線方向に沿うように雌ネジ部１７ｂが刻設されている。

一方、ブラシ付直流モータ５１のヨーク５３の一端側（図１における右端側）に配置されたエンドプレート５５には、雌ネジ部１７ｂに対応する位置にボルト孔５５ａが形成されている。このボルト孔５５ａにボルト９１を挿入し、雌ネジ部１７ｂにボルト９１を螺入することによって、モータ部３とハウジング１７とが一体化される。
さらに、ハウジング１７には、底部１７ｃの径方向中央に出力軸４の一端を回転自在に支持するための滑り軸受け１７ｄが設けられている。

出力軸４の一端には、回転軸５２の他端を挿入可能な凹部４ａが形成されている。この凹部４ａの内周面には、滑り軸受け４ｂが圧入されており、出力軸４と回転軸５２とが相対回転可能に連結されるようになっている。

出力軸４の軸線方向略中央には、外周面にヘリカルスプライン１９が形成されている。このヘリカルスプライン１９には、クラッチ５を構成する略円筒状のクラッチアウタ１８が噛合されている。クラッチアウタ１８には、モータ部３側に縮径形成されたスリーブ１８ａが一体成形されており、このスリーブ１８ａの内周面にヘリカルスプライン１９に噛合うヘリカルスプライン１８ｂが形成されている。

出力軸４のヘリカルスプライン１９よりも他端側（図１における左側）には、ストッパプレート２０が設けられている。ストッパプレート２０とクラッチアウタ１８のスリーブ１８ａとの間には、出力軸４を取り囲むように形成された第２リターンスプリング（バネ部材）２１が圧縮変形した状態で設けられている。これにより、クラッチアウタ１８は、常時モータ部３側へ向かって押し戻されるように付勢された状態になる。

ハウジング１７の内壁には、クラッチアウタ１８のモータ部３側への変位を規制するリング状のストッパ９４が設けられている。このストッパ９４は、樹脂やゴム等により形成され、クラッチアウタ１８が当接した際の衝撃を緩和できるようになっている。

また、クラッチアウタ１８には、クラッチ５を構成するクラッチインナ２２がクラッチアウタ１８に相対的に軸線方向に変位不能、かつ相対回転不能に係合されている。
ここで、クラッチ５は、クラッチアウタ１８とクラッチインナ２２との間に生じるトルク差、および回転速度差が所定値以内の場合、互いに回転力を伝達する一方、トルク差、および回転速度差が所定値を越えた場合、回転力の伝達が遮断されるように構成されている。

クラッチ５のクラッチインナ２２は略円筒状に形成されており、出力軸４にスライド移動可能に外嵌されている。クラッチインナ２２のストッパプレート２０に対応する一端側には、ストッパプレート２０との干渉を避けるように凹部２２ａが形成されている。

（ピニオン）
図２は、ピニオン６の斜視図である。
図１、図２に示すように、クラッチインナ２２の他端側には、ピニオン６がクラッチインナ２２に対してスライド移動可能、かつ相対回転不能に外嵌されている。ピニオン６は、不図示のエンジンのクランク軸と一体化されているリングギヤ２３に噛合うことにより、モータ部３の回転力をリングギヤ２３に伝達してエンジンを始動させるためのものである。

ピニオン６は、円筒部６５のリングギヤ２３側（図１における左側、図２における上側）の外周面に歯部６６が形成されたものである。この歯部６６は、捩れ角θを有する所謂ヘリカル歯形に形成されたものであって、歯部６６の捩れ方向は、出力軸４の回転方向と同一方向に設定されている。つまり、例えば出力軸４の回転方向がモータ部３側からみて反時計回り方向である場合、歯部６６の捩れ方向は左方向に設定されている。

また、円筒部６５の外周面には、歯部６６のモータ部３側（図１における右側、図２における下側）端に、外フランジ部６７が形成されている。さらに、円筒部６５の内周面には、軸方向略中央よりもややリングギヤ２３側からモータ部３側端に至る間に、段差により拡径された拡径部６ａが形成されている。この拡径部６ａにより、クラッチインナ２２とピニオン６との間に収納部６ｂが形成された状態になっている。
一方、クラッチインナ２２の外周面には、収納部６ｂの開口部を閉塞するように段差により拡径された拡径部２２ｂが形成されている。

図１に示すように、収納部６ｂには、クラッチインナ２２の外周面を取り囲むように形成されたコイルスプリング１１が収納されている。このコイルスプリング１１は、ピニオン６とリングギヤ２３との噛合い時に両者６，２３の噛合わせ位相がずれている場合の衝撃を緩和するためのものである（詳細は後述する）。

コイルスプリング１１は、収納部６ｂに収納された状態で、ピニオン６の拡径部６ａの段差面と、クラッチインナ２２の拡径部２２ｂの段差面とにより圧縮変形されている。これによりピニオン６は、クラッチインナ２２に対してリングギヤ２３側に向かって付勢された状態になる。ここで、クラッチインナ２２の外周面には、他端側にピニオン６の抜けを規制する止め輪２２ｃが設けられている。

ハウジング１７の内周面には、クラッチ５よりもモータ部３側に、略円筒状に形成された励磁コイル２４が設けられている。この励磁コイル２４は、径方向中央の大部分が大きく開口された有底筒状のヨーク２５と、ヨーク２５の底部２５ａとは反対側端に設けられた円環状のプランジャホルダ２６とにより形成される収納凹部２５ｂに収納されている。励磁コイル２４は、スイッチユニット７に設けられたダイオード９２、およびコネクタ９３を介し、不図示のイグニションスイッチに電気的に接続されている。

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、磁性材で形成された略円筒状のスイッチプランジャ２７が励磁コイル２４に対して軸線方向にスライド可能に設けられている。さらに、このスイッチプランジャ（外側プランジャ）２７と出力軸４の外周面との間の空隙に略円筒状のギヤプランジャ（内側プランジャ）２８が設けられている。
これらスイッチプランジャ２７とギヤプランジャ２８は、互いに同心円上に設けられ、軸線方向に相対移動可能に設けられている。

スイッチプランジャ２７のモータ部３側端には、外フランジ部２９が一体成形されている。この外フランジ部２９の外周部側には、連結ロッド３０が軸線方向に沿って立設されている。この連結ロッド３０は、モータ部３のトッププレート１２を貫通している。連結ロッド３０のトッププレート１２から突出した端部には、ブラシ付直流モータ５１のコンミテータ６１に隣接配置されたスイッチユニット７の可動接点板８が連結されている。

可動接点板８は、連結ロッド３０に対して軸線方向に沿ってスライド移動可能に取り付けられていると共に、コイルバネ３２によって浮動的に支持されている。そして、可動接点板８は、コンミテータ６１の周囲に設けられたブラシステー３３に固定されているスイッチユニット７の固定接点板３４に対し、近接離反可能になっている。

固定接点板３４は、連結ロッド３０を挟んでコンミテータ６１側である径方向内側に配置された第１固定接点板３４ａと、コンミテータ６１とは反対側である径方向外側に配置された第２固定接点板３４ｂとに分割構成されている。これら第１固定接点板３４ａ、および第２固定接点板３４ｂに可動接点板８が跨るように当接するようになっている。可動接点板８が第１固定接点板３４ａ、および第２固定接点板３４ｂに当接することにより、両者３４ａ，３４ｂが導通される。

また、スイッチプランジャ２７は、外フランジ部２９とハウジング１７の内壁との間に圧縮した状態で設けられている第１リターンスプリング３５によって、モータ部３側に向かって付勢された状態になっている。これにより、スイッチプランジャ２７は、通常、接点間を開いた状態（図１の状態）で静止している。

ギヤプランジャ２８は、樹脂で形成されたものであって、モータ部３側の外周面にリング状の鉄心２８ａが装着されている。また、ギヤプランジャ２８のモータ部３側には、軸線方向平面視略円環状の凹部２８ｂが形成されており、ここに出力軸４を取り囲むように形成されたシフトスプリング３６が収納されている。

一方、スイッチプランジャ２７の内周面にシフトスプリング３６の端部に対応する位置に、軸線方向平面視略円環状の受け皿４８が設けられている。この受け皿４８とギヤプランジャ２８の凹部２８ｂの底面とにより、シフトスプリング３６の軸線方向への移動が規制されている。

スイッチユニット７の固定接点板３４が固定されているブラシステー３３には、コンミテータ６１の周囲に４つのブラシ４１が進退可能に配置されている。
各ブラシ４１の基端側には、コイルスプリング４２が設けられている。このコイルスプリング４２によって、各ブラシ４１がコンミテータ６１側に向かって付勢され、各ブラシ４１の先端がコンミテータ６１のセグメント６２に摺接するようになっている。

４つのブラシ４１は、２つの陽極側ブラシと２つの陰極側ブラシとで構成され、このうち２つの陽極側ブラシが不図示のピグテールを介して固定接点板３４の第１固定接点板３４ａに接続されている。一方、固定接点板３４の第２固定接点板３４ｂには、ターミナルボルト４４を介して不図示のバッテリの陽極が電気的に接続される。

すなわち、固定接点板３４に可動接点板８が当接した際、ターミナルボルト４４、固定接点板３４、ピグテール（不図示）を介して４つのブラシ４１のうちの２つの陽極側ブラシに電圧が印加され、コイル５９に電流が供給されるようになっている。
ターミナルボルト４４は、スタータ１に取り付けるためのカバー４５を有している。カバー４５は、ヨーク１０、およびハウジング１７に挟持された状態で固定されている。

また、４つのブラシ４１のうち、２つの陰極側ブラシは、不図示のピグテールを介して後述のセンタープレート４３に接続されている。そして、このセンタープレート４３、ハウジング１７、および不図示の車体を介して、バッテリの陰極に４つのブラシ４１のうちの２つの陰極側ブラシが電気的に接続されるようになっている。

ブラシステー３３とトッププレート１２との間には、金属により形成されたリング状のセンタープレート４３が介設されており、遊星歯車機構２とブラシ付直流モータ５１との間を隔絶している。このセンタープレート４３の径方向略中央には、円筒部４３ａがコンミテータ６１側に向かって突設されている。

円筒部４３ａの内径は、回転軸５２の直径よりもやや大きく設定されており、円筒部４３ａと回転軸５２との間の微小間隙が形成されるようになっている。この円筒部４３ａの遊端は、コンミテータ６１の端面に形成された凹部６１ａに臨まされ、遊星歯車機構２のグリスがコンミテータ６１側へ漏洩することを防止している。

（スタータの動作）
次に、図１、図３、図４に基づいて、スタータ１の動作について説明する。
図３、図４は、スタータ１の挙動について示す要部断面図である。
図１に示すように、まず、励磁コイル２４に電流を供給する前の静止状態にあっては、スイッチプランジャ２７は、第１リターンスプリング３５に付勢されてモータ部３側（図１における右側）へ一杯に移動し、外フランジ部２９がトッププレート１２に当接した状態で停止している。そして、外フランジ部２９に立設されている連結ロッド３０に設けられている可動接点板８は、固定接点板３４に対して離間している。

これと同時に、第２リターンスプリング２１に付勢されたクラッチアウタ１８が、ピニオン６と一体化されているクラッチインナ２２、およびギヤプランジャ２８をモータ部３側へ一杯に移動している。そして、クラッチ５のクラッチアウタ１８がストッパ９４に当接した位置で停止しており、ピニオン６とリングギヤ２３との結合が断たれている。

図２に示すように、この状態からイグニションスイッチをオンすると、励磁コイル２４に電流が供給されて励磁される。すると、スイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８を磁束が通る磁路が形成され、これらスイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８がリングギヤ２３側（図２における矢印Ｙ１参照）へ向かって移動する。このとき、スイッチプランジャ２７がギヤプランジャ２８の鉄心２８ａよりもプランジャホルダ２６とのギャップ（軸方向クリアランス）が小さく、吸引力が大きいので、ギヤプランジャ２８に先行してスイッチプランジャ２７が移動する。

ここで、シフトスプリング３６のバネ力は、ピニオン６の静止状態にあってはクラッチアウタ１８に設けられた第２リターンスプリング２１のバネ力より弱く設定されている。また、ギヤプランジャ２８よりも先に移動するスイッチプランジャ２７による最大圧縮状態に至る途中で、第２リターンスプリング２１のバネ力より強くなるように設定されている。
すなわち、シフトスプリング３６のバネ力は、第２リターンスプリング２１のバネ力より弱いため、スイッチプランジャ２７の吸引移動の初期ではギヤプランジャ２８の静止状態が保たれて、先にコイルばね３６が圧縮変形される。

スイッチプランジャ２７がリングギヤ２３側へ向かって移動すると、外フランジ部２９、および連結ロッド３０を介して可動接点板８が固定接点板３４側に向かって移動し、固定接点板３４に接触する。このとき、スイッチプランジャ２７のフルストロークに対して早めに可動接点板８が固定接点板３４に接触し、かつ可動接点板８が連結ロッド３０に対して軸線方向変位可能に浮動支持されているので、コイルばね３２の押圧力が両接点板８，３４間に加わることになる。

固定接点板３４に可動接点板８が接触すると、４つのブラシ４１のうちの２つの陽極側ブラシにバッテリの電圧が印加され、コンミテータ６１のセグメント６２を介してコイル５９が通電される。すると、アーマチュアコア５８に磁界が発生し、この磁界とヨーク１０に設けられている永久磁石５７との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、アーマチュア５４が継続的に回転する。

アーマチュア５４が回転することにより、このアーマチュア５４の回転軸５２の回転力が遊星歯車機構２を介して出力軸４に伝達され、出力軸４が回転する。出力軸４が回転することにより、出力軸４のヘリカルスプライン１９に噛合うクラッチアウタ１８が連れ回り、クラッチ５に慣性力が作用する。そして、慣性力によってクラッチ５がヘリカルスプライン１９に沿うように第２リターンスプリング２１のバネ力に抗してリングギヤ２３側へ向かって押し出される。
ここで、ギヤプランジャ２８には、リングギヤ２３側へ向かう力が作用しているので、クラッチ５の移動に伴ってギヤプランジャ２８もリングギヤ２３側へ向かって移動する。

クラッチ５がリングギヤ２３側へ向かって押し出されることにより、クラッチ５と一体化しているピニオン６がリングギヤ２３側へと回転しながら押し出される。
このとき、ピニオン６とリングギヤ２３との噛合わせ位相がずれていると、リングギヤ２３にピニオン６が歯当たりして噛合わない。この場合、ピニオン６とクラッチ５のクラッチインナ２２との間に設けられているコイルスプリング１１が圧縮変形し、ピニオン６のリングギヤ２３に対する歯当たりの衝撃を吸収しつつ、ピニオン６にリングギヤ２３側に向かう付勢力を付与する。

すなわち、リングギヤ２３にピニオン６が歯当たりして噛み合いに失敗しても、コイルスプリング１１を圧縮変形させながら、ピニオン６がリングギヤ２３により軸線方向への移動を止められた状態において、可動接点板８が固定接点板３４への接触によりアーマチュア５４が回転することにより、ピニオン６が回転し、ピニオン６は、リングギヤ２３との噛合わせ位相が合ったところで、リングギヤ２３に確実に噛合う。すると、出力軸４の回転力がヘリカルスプライン結合しているピニオン６を介してリングギヤ２３に伝達され、これによってエンジンが始動する。

ここで、アーマチュア５４の回転が安定し、加速が止まると、出力軸４の回転、およびヘリカルスプライン結合によるピニオン６をリングギヤ２３側へ向かって移動させる慣性力が弱まることになる。しかしながら、ギヤプランジャ２８にリングギヤ２３側へ向かう力が作用するので、この力がピニオン６をリングギヤ２３側へ向かって移動させる推進力を増大させる。このため、リングギヤ２３に向かってより大きな突入力をもってピニオン６が噛み込む。

また、ピニオン６の歯部６６がヘリカル歯形に形成されているので、リングギヤ２３にピニオン６が噛合うと、この噛合力の軸方向の分力がリングギヤ２３側に向かって作用する（図３におけるＦ１参照）。これに加え、出力軸４にヘリカルスプライン結合されているクラッチアウタ１８に作用する慣性力（図３におけるＦ２参照）、およびシフトスプリング３６によって、ギヤプランジャ２８にリングギヤ２３側へ向かう力（図３におけるＦ３参照）が作用するので、リングギヤ２３にピニオン６が十分に噛合う位置まで移動する。

さらに、ギヤプランジャ２８には、リングギヤ２３側へ向かう力が作用しているので、この力、およびコイルばね３６の復元力によって、リングギヤ２３に対するピニオン６の噛合状態が確実に維持される。
そして、ピニオン６の噛み合い位置では、ストッパプレート２０にクラッチアウタ１８が当接するようになっている。ストッパプレート２０によってクラッチアウタ１８の軸線方向への移動が規制される。

続いて、エンジンが始動し、ピニオン６の回転数が出力軸４の回転数を上回ると、クラッチ５が作用してピニオン６が空転する。このような状態になると、不図示の制御機器からの信号に基づいて、イグニションスイッチがオフされ、励磁コイル２４への通電が停止される。より具体的には、不図示の制御機器は、リングギヤ２３の回転数が、例えば約４００ｒｐｍ以上になると励磁コイル２４への通電を遮断する信号を出力する。なお、リングギヤ２３の回転数は、車体に設けられた不図示の回転センサ等を用いて検出する。

ここで、励磁コイル２４への通電を停止すると、スイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８を磁束が通る磁路が消磁され、励磁コイル２４によるスイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８のリングギヤ２３側への付勢力が作用しなくなる。さらに、クラッチアウタ１８に対する第２リターンスプリング２１の付勢力（図３におけるＦ４参照）、およびスイッチプランジャ２７に対する第１リターンスプリング３５の付勢力（図３におけるＦ５参照）が作用する。

これに加え、ピニオン６の回転数が出力軸４の回転数を上回ることは、換言するとリングギヤ２３がピニオン６を回転させることになる。このため、リングギヤ２３とピニオン６との噛合力の軸方向の分力がリングギヤ２３に向かってピニオン６が押し出される場合とは逆に作用する。つまり、リングギヤ２３からピニオン６を離脱させる方向に噛合力が作用する（図３におけるＦ６参照）。
これらの合力によって、ピニオン６がリングギヤ２３から容易に離脱すると共に、可動接点板８が固定接点板３４から離間してブラシ付直流モータ５１が停止する。

（エンジン再始動方法）
次に、図５に基づいて、例えば信号待ち等にエンジンを停止し、この後、再度エンジンを始動する方法について説明する。
図５は、エンジン再始動させるためのタイミングチャートであって、時間経過に伴う自動車の車速、エンジン回転数、モータ部３への供給電流量、イグニションスイッチのオン／オフの変化を示している。

図５に示すように、例えば、信号待ち等で運転者がブレーキを踏むと自動車の車速が減速し、徐々にエンジンのリングギヤ２３（クランクシャフト）の回転数が減少する。そして、リングギヤ２３が停止する直前の状態、およびリングギヤ２３が停止している状態の何れか一方の状態になったとき、励磁コイル２４に電流を供給し、出力軸４を回転させる。すると、クラッチ５に作用する慣性力によってピニオン６が押し出され、リングギヤ２３とピニオン６とが噛合される（噛合工程）。

この後、例えば、マニュアルトランスミッションのニュートラルポジション（Ｎセンサオン）でクラッチペダルを離す（クラッチオフ）操作をすると、イグニションスイッチがオフになり、リングギヤ２３とピニオン６とが噛合った状態のままエンジンが停止する。

ここで、リングギヤ２３が停止する直前とは、リングギヤ２３の回転数が「０」に近づき、このリングギヤ２３が逆転し始めるときのことをいう。つまり、リングギヤ２３と一体となって回転するクランクシャフトは、このクランクピンが上死点、および下死点を通過しながら回転する。このため、自動車の車速が減速し続けると、クランクシャフトは、クランクピンが上死点を通過できなくなる回転数となる。このとき、クランクシャフトが逆回転を始め、振り子運動を始める。

なお、リングギヤ２３の停止する直前の回転数は、例えば約２００ｒｐｍ以下である。
クランクシャフトがこのような状態のとき、またはクランクシャフトが完全に停止した状態のときにリングギヤ２３にピニオン６を噛合わせることにより、ピニオン６にリングギヤ２３から離脱する方向に向かう力（図３におけるＦ６参照）が大きく作用しないようになっている。

また、リングギヤ２３の回転数は、不図示の車体に設けられている回転センサによって検出され、この検出結果に基づいて不図示の制御機器が励磁コイル２４に電流を供給する信号を出力する。
励磁コイル２４への電流の供給時間は、ピニオン６を押し出し可能な時間であればよいので、僅かな時間となる。例えば、約０．０５秒程度励磁コイル２４に電流を供給すればよい。通電時間は、制御機器に設けられているタイマ等により制御されている。

ここで、励磁コイル２４への通電が遮断されると、スイッチプランジャ２７、およびギヤプランジャ２８にリングギヤ２３側へ向かう力が作用しなくなり、固定接点板３４に対して可動接点板８が離間する（図４における矢印Ｙ２参照）。
すると、モータ部３への通電が遮断されて出力軸４の回転が停止し、この出力軸４にヘリカルスプライン結合されているクラッチアウタ１８に作用する慣性力が作用しなくなる。これに加え、第２リターンスプリング２１によって、リングギヤ２３からピニオン６を離脱させる方向に力が作用する（図３、図４におけるＦ４参照）。

一方、ピニオン６の歯部６６がヘリカル歯形に形成されているので、このピニオン６とリングギヤ２３との噛合抵抗が第２リターンスプリング２１の付勢力Ｆ４とは反対方向に向かって作用する（図４におけるＦ１’参照）。
ここで、歯部６６の捩れ角θ（図２参照）は、
噛合抵抗Ｆ１’＞付勢力Ｆ４・・・（１）
を満たすように設定される。
このため、エンジンが停止した状態であってもリングギヤ２３とピニオン６との噛合い状態が維持される（噛合維持工程）。

続いて、例えば再びクラッチペダルを踏み込むとイグニションスイッチがオンし、励磁コイル２４に電流が供給される。そして、出力軸４が回転し、エンジンが再始動する（始動工程）。
このとき、予めリングギヤ２３にピニオン６が噛合わされているので、出力軸４の回転が速やかにリングギヤ２３に伝達される。そして、エンジンが起動し、ピニオン６の回転数が出力軸４の回転数を上回り、リングギヤ２３がピニオン６を回転させる状態になる。すると、ピニオン６の歯部６６によってリングギヤ２３からピニオン６を離脱させる方向に力が作用し（図３におけるＦ６参照）、ピニオン６が離脱する。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、リングギヤ２３にピニオン６を噛合わせる際には、出力軸４の回転によって生じる慣性力、および励磁コイル２４を通電することによる磁力を用いる一方、リングギヤ２３からピニオン６を離脱させる際には、第１リターンスプリング３５、および第２リターンスプリング２１のバネ力を用いるように構成し、それぞれを別々の機構で構成しているので、リングギヤ２３の歯部６６をヘリカル歯形に形成することにより、イグニションスイッチをオフした状態でリングギヤ２３とピニオン６との噛合状態を維持できたり、エンジン起動後にリングギヤ２３からピニオン６を離脱させたりすることができる。

つまり、リングギヤ２３が停止する直前の状態、およびリングギヤ２３が停止している状態の何れか一方の状態において、励磁コイル２４に僅かな時間電流を供給し、モータ部３を短時間駆動させるだけでリングギヤ２３とピニオン６とを噛合わせることができると共に、これらリングギヤ２３とピニオン６との噛合抵抗によって、エンジン停止時に電力を消費することなくリングギヤ２３とピニオン６との噛合状態を維持できる。
このため、バッテリの消費を抑えつつ、停止後のエンジンを速やかに再始動させることができる。

また、各リターンスプリング３５，２１のバネ力と、リングギヤ２３からピニオン６を離脱させる方向に作用する力（図３におけるＦ６参照）との合力により、リングギヤ２３からピニオン６を離脱させるので、従来のソレノイドを用いてピニオンを引き込む場合と比較して制御の複雑化を抑制でき、製造コストを低減することができる。
さらに、ピニオン６の歯部６６をヘリカル歯形に形成することにより、クラッチアウタ１８に対する第２リターンスプリング２１の付勢力（図３におけるＦ４参照）と、ピニオン６とリングギヤ２３との噛合抵抗（図４におけるＦ１’参照）とを容易に式（１）を満たすように設定することができる。このため、簡素な構造でバッテリの消費を抑えつつ、停止後のエンジンを速やかに再始動させることができる。

そして、ピニオン６の歯部６６をヘリカル歯形に形成することにより、リングギヤ２３の回転数が出力軸４の回転数を上回り、リングギヤ２３からピニオン６に回転力が伝達されると、リングギヤ２３の回転数が出力軸４の回転数を下回っている場合とは反対側に向かう力がピニオン６に作用する。このため、この力と各リターンスプリング３５，２１の付勢力（押圧力）とによって、リングギヤ２３からピニオン６を容易に離脱させることが可能になる。よって、リングギヤ２３の回転力がクラッチ５、および出力軸４に継続的に作用するのを防止でき、この結果モータ部３の損傷を防止できる。

また、例えば信号待ち等で自動車が停止する場合、リングギヤ２３（クランクシャフト）が停止する直前、および停止した状態の何れか一方の状態で、リングギヤ２３にピニオン６を噛合わせるようにしているので、ピニオン６にリングギヤ２３から離脱する方向に向かう力（図３におけるＦ６参照）が大きく作用することなく、エンジン停止時におけるリングギヤ２３とピニオン６の噛合不良を防止できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、ピニオン６の歯部６６の捩れ方向が左方向に設定されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、歯部６６の捩れ方向を右方向に設定してもよい。
この場合、歯部６６の捩れ方向に対応するように、出力軸４の回転方向もモータ部３側からみて時計回り方向に設定することが望ましい。また、この場合、リングギヤ２３とピニオンとの噛合力によって生じる軸方向への分力に基づいて、歯部の捩れ角θを設定する。

さらに、上述の実施形態では、スタータ１のモータ部３、電磁装置９、出力軸４、およびピニオン６が同軸上に配置されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、従来のように、電磁装置９がモータ部３の径方向外側に配置され、シフトレバーを用いてピニオンをスライド移動させるように構成したスタータにも、ピニオンにヘリカルギヤを適用することが可能である。この場合、出力軸側にピニオンを押し戻すリターンスプリングを設ける。

そして、上述の実施形態では、ピニオン６を押し戻す機構として、出力軸４を取り囲むように第２リターンスプリング２１を配置した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ハウジング１７内に、ピニオン６に押し戻す方向（図１における右方向）への付勢力を付与可能なバネ部材を設ければよい。

１ スタータ
３ モータ部
４ 出力軸
６ ピニオン
２１ 第２リターンスプリング（バネ部材）
２３ リングギヤ
５１ ブラシ付直流モータ
５２ 回転軸
６６ 歯部

Claims (3)

1. 通電により回転力を発生するモータ部と、
   前記モータ部の回転力を受けて回転する出力軸と、
   前記出力軸の回転力を受けて前記出力軸に沿ってスライド移動し、エンジンの駆動力が伝達されるリングギヤに噛合されるピニオンと、
   前記ピニオンに前記リングギヤとは反対側に向かって押圧力を付勢するバネ部材とを備えたスタータであって、
   前記ピニオンは、
   このピニオンの回転力を前記リングギヤに伝達するとき、並びに、前記リングギヤが停止する直前の状態、および前記リングギヤが停止している状態の何れか一方の状態のとき、前記リングギヤと前記ピニオンとの噛合抵抗が、前記押圧力よりも大きくなるように形成されていると共に、
   エンジン始動後に前記リングギヤの回転数が前記ピニオンの回転数を上回ったとき、前記リングギヤと前記ピニオンとの噛合力が、前記リングギヤから前記ピニオンが離脱する方向に向かって作用するように形成されており、
   エンジン始動後において、
   前記リングギヤから前記ピニオンが離脱する方向に向かって作用する力と、前記バネ部材の押圧力との合力により、前記リングギヤから前記ピニオンが離脱することを特徴するスタータ。
2. 前記ピニオンの歯部は、捩れ角を有するヘリカル歯形に形成されており、
   前記歯部の捩れ角は、前記噛合抵抗が前記押圧力よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のスタータ。
3. 前記リングギヤが停止する直前とは、前記エンジンの停止後に前記リングギヤが逆回転し始めて完全停止するまでに揺動しているときであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタータ。

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