JP2013079597A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、モータ２を回転させた後にピニオン６を押し出して、エンジン回転降下期間中のリングギヤ４６に噛合させるエンジン始動装置において、装置全体を大型化させることなく、モータ２の回転によるピニオン６の飛び出しを防止する。
【解決手段】 本発明に係るエンジン始動装置は、ピニオン押出用ソレノイド８の作動前において、モータ２の回転力によってクラッチ５を出力軸４のヘリカルスプライン４ａに沿って軸方向に押し出す方向に働く推進力Ｆよりも、クラッチ５に作用するプランジャスプリング３３の反力Ｆｐｌの方が大きくなるように、出力軸４のヘリカルスプライン４ａのねじれ角θ１が設定されている。これにより、クラッチ５が軸方向に押し出されることを防止できるので、装置の大型化を招くことなく、ピニオン６が軸方向に飛び出すことを防止できる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン始動装置に関するものである。

近年エンジンを搭載する車両においては、燃費向上等を目的として、エンジンの出力を必要としない場合にエンジンを自動的に停止させ、エンジンの出力が必要になるとスタータでエンジンを自動的に再始動させるアイドルストップシステムが採用されつつある。
特許文献１には、エンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に再始動要求があった場合、モータを回転させてピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させ、両者の回転速度の差を小さくした後に、ピニオンを押し出してリングギヤに噛み合わせてクランキングを開始させる制御を含む複数の制御から１を選択し、エンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動装置が記載されている。

この特許文献１には、ピニオンを回転駆動するモータと、ピニオンをエンジンのクランク軸に連結されたリングギヤに噛み合わせるアクチュエータとを個別に作動させる手段の詳細が記載されていないが、例えば、特許文献２に記載されているようなピニオン押出用の電磁石とモータ通電用の電磁継電器を備えていると考えられる。

また、従来、クラッチとともに反モータ方向へ押し出されたピニオンが、リングギヤの端面に当接した後、モータ接点が閉じる前に、ピニオンがリングギヤに噛み合い可能な位置まで回転できるように、ピニオンストロークとヘリカルスプライン結合部のねじれ角とが設定され、ピニオンスプリングに蓄えられた反力によってピニオンがリングギヤに噛み合うようにして、ピニオン及びリングギヤの耐久性を向上させたスタータが知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１１−１６９３１２号公報（図１及びその説明） 特開２０１１−９４４８９号公報（図１及びその説明） 特開２００６−１６１５９０号公報（図１及びその説明）

ここで、特許文献１に記載のエンジン始動装置に、特許文献３に記載のスタータの構造を適用して、ピニオン及びリングギヤの耐久性の向上を図ることが考えられる。
しかし、そのようなエンジン始動装置において、エンジン回転降下期間中に再始動要求がありモータを回転させると、モータの回転力がヘリカルスプライン結合部を介して、クラッチとピニオンに伝達されることにより、クラッチがヘリカルスプライン結合部に沿って軸方向に押し出され、クラッチとともにピニオンがリングギヤ側へ飛び出してしまう。 そのため、ピニオンをリングギヤとの噛合位置へ押し出す以前に、ピニオンがリングギヤに当接して騒音が発生し、さらにはこれらの当接によってピニオン及びリングギヤが摩耗し、ピニオン及びリングギヤの耐久性が低下することが懸念される。

この対策として、クラッチを軸方向に移動させるプランジャを押圧付勢しているプランジャスプリングの荷重を大きくすることで、プランジャスプリングを撓みにくくし、クラッチがリングギヤ側へ飛び出すことを抑制する方法が考えられる。
しかし、エンジン始動装置の始動時には、プランジャがプランジャスプリングの荷重に抗して軸方向に移動することで、クラッチとピニオンを軸方向に押し出すため、プランジャスプリングの荷重を大きくすると、再始動要求があった場合に、ピニオンをリングギヤとの連結位置へ押し出すのに必要なプランジャの吸引力を上げる必要がある。
そのためプランジャを軸方向に移動させるピニオン押出用の電磁石の大型化が必要になり、エンジン始動装置全体が大型化することが懸念される。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、モータを回転させた後にピニオンを押し出して、エンジン回転降下期間中のリングギヤに噛合させるエンジン始動装置において、装置全体を大型化させることなく、モータの回転によるピニオンの飛び出しを防止することを目的とする。

この発明は、回転力を発生させるモータと、このモータの回転力が伝達される出力軸と、この出力軸の外周に設けられたヘリカルスプラインを介して結合されるスラストスプライン、及び出力軸の外周に相対回転可能、且つ軸方向に移動可能に配設された円筒部材を有し、出力軸からスラストスプラインに一方向の回転が伝達された時に、スラストスプラインから円筒部材へトルク伝達するクラッチと、円筒部材の外周に設けられたスプラインを介して結合され、円筒部材に対し軸方向に移動可能に支持されたピニオンと、クラッチをピニオンと一体に軸方向に押し出すレバーと、電磁力を発生させてプランジャを吸引するとともに、このプランジャの移動に連動して回動するレバーを介して、ピニオンをエンジンのリングギヤに噛合させるピニオン押出用ソレノイドと、プランジャをレバー側に付勢するプランジャスプリングと、モータの通電回路に設けられるモータ接点を開閉するモータ通電用スイッチと、を備え、エンジンが停止する過程の減速期間中にエンジンを再始動させる時に、モータ通電用スイッチの作動後にピニオン押出用ソレノイドを作動させるエンジン始動装置であって、
モータの回転力によってクラッチを軸方向に押し出す方向に働く推進力をＦ、クラッチの慣性モーメントをＩ、モータの回転の立ち上がり時の角速度をβ、出力軸のヘリカルスプラインのねじれ角をθ１、出力軸のヘリカルスプラインの基準ピッチ半径をｒとすると、
Ｆ＝Ｉ・β／（ｒ・ｔａｎθ１） ・・・・・・・・・・（１）
前記（１）式によってクラッチに働く推進力Ｆが求められ、
クラッチに作用するプランジャスプリングの反力をＦｐｌ、レバーのレバー比をＲとした時に、
Ｉ・β／（ｒ・ｔａｎθ１）＜Ｆｐｌ・Ｒ・・・・・・・・・（２）
前記（２）式の関係が成立するように、出力軸のヘリカルスプラインのねじれ角θ１を設定したものである。

本発明によれば、モータ通電用スイッチの作動で発生するモータの回転力により、出力軸に設けられたヘリカルスプラインを介してクラッチを軸方向に押し出す推進力Ｆが働いても、この推進力Ｆよりもプランジャスプリングの反力Ｆｐｌがクラッチに作用する力の方を大きくすることができるので、クラッチが軸方向に押し出されることを防止できる。 これにより、ピニオンがリングギヤ側に飛び出して、リングギヤに当接することを防止できるので、騒音が低減され、さらには、ピニオンとリングギヤの当接によって生じるピニオン及びリングギヤの摩耗を抑制することができ、これらの耐久性を向上させることができる。
さらに、出力軸に設けられたヘリカルスプラインのねじれ角θ１の設定によって、前記（２）式の関係が成立するようにしているため、その他の係数、例えばプランジャスプリングの反力Ｆｐｌや、レバーのレバー比Ｒ等は変更する必要がない。これにより、プランジャスプリングの反力を大きくすることによるピニオン押出用ソレノイドの大型化や、レバーのレバー比Ｒを大きくすることによるエンジン始動装置の大型化を招くことなく、前記の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の断面図である。 図１におけるエンジン始動装置のピニオンと周辺の断面図である。 図１におけるエンジン始動装置のピニオンの動きを示す作動説明図である。 本発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置のピニオンと周辺の断面図である。 図４におけるエンジン始動装置のピニオンとリングギヤとが面取り部で当接した時の力の関係図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の断面図、図２は図１におけるエンジン始動装置のピニオンと周辺の断面図、図３は図１におけるエンジン始動装置のピニオンの動きを示す作動説明図である。なお、各図中、同一符号は同一部分を示す。

図１及び図２において、エンジン始動装置１は、回転力を発生させるモータ２と、このモータ２の回転力が減速装置３を介して伝達されて回転する出力軸４と、この出力軸４の外周に設けられたヘリカルスプライン４ａを介して結合されるクラッチ５と、このクラッチ５と一体に出力軸４の外周を軸方向（図示左右方向）に移動可能に設けられたピニオン６と、レバー７を介してクラッチ５とピニオン６を反モータ方向（図示右方向）へ押し出すピニオン押出用ソレノイド８と、図示しないバッテリからモータ２に作動電流を流すためのモータ回路に設けられるモータ接点（後述する）を開閉するモータ通電用スイッチ９等により構成される。

モータ２は、磁気回路を構成するヨーク１０の内周に複数の永久磁石１１（界磁コイルでもよい）を配置して構成される界磁と、電機子軸１２ａに固定された電機子鉄心１２ｂに電機子コイル１２ｃを巻線して構成され、電機子コイル１２ｃに作用する電磁力によって電機子軸１２ａに回転力を発生させる電機子１２と、整流子１３を介して電機子コイル１２ｃにバッテリ電流を供給するブラシ１４等を備える周知の直流電動機である。
この電機子１２は、電機子軸１２ａの一端側を出力軸４に相対回転可能に支持され、電機子軸１２ａの他端側を軸受１５を介してリヤブラケット１６に回転可能に支持されている。

減速装置３は、電機子軸１２ａに形成された太陽歯車（図示しない）に噛み合う複数の遊星歯車１７を有し、この遊星歯車１７が自転しながら太陽歯車の周囲を公転する周知の遊星歯車減速機である。
出力軸４は、減速装置３を介して電機子軸１２ａと同軸上に配置され、反モータ２側の端部が軸受１８を介してフロントブラケット１９に回転可能に支持されている。
ストッパ２０は出力軸４と同軸のリング状をなして出力軸４のフロントブラケット１９側先端に止め輪２１によって係止され、後述する円筒部材２２の前方への移動を規制している。

クラッチ５は、内周に設けられたヘリカルスプライン結合部５ａが、出力軸４の外周に設けられたヘリカルスプライン４ａと結合するアウタであるスラストスプライン５ｂと、出力軸４の外周に設けられ、出力軸４と相対回転可能、且つ軸方向に摺動可能に嵌合するインナである円筒部材２２と、出力軸４からスラストスプライン５ｂに一方向の回転が伝達された時に、スラストスプライン５ｂから円筒部材２２へトルク伝達するローラ５ｃ等により構成される。出力軸４に設けられたヘリカルスプライン４ａは、モータ２の反回転方向に角度θ１でねじれ角が設定されている。
このクラッチ５のモータ２側には、後述するレバー７との係合部材であるスペースカラー２３が止め輪２４によってクラッチ５に嵌着されている。

ピニオン６は、内周に設けられたヘリカルスプライン結合部６ａが、クラッチ５より前方（反モータ２方向）へ突き出る円筒部材２２の外周に設けられたヘリカルスプライン２２ａと結合し、円筒部材２２に対し軸方向に所定距離だけ移動可能に支持されている。円筒部材２２に設けられたヘリカルスプライン２２ａは、モータ２の反回転方向に角度θ２でねじれ角が設定されており、角度θ２は角度θ１よりも大きい角度である。
このピニオン６の内周側に設けられた段差面と、円筒部材２２の外周側に設けられた段差面との間には、ピニオンスプリング２５が配設されている。ピニオン６は、ピニオンスプリング２５の反力を受けて円筒部材２２の先端方向（反クラッチ５方向）に付勢され、止め輪２６によって円筒部材２２の先端部に取り付けられたピニオンストッパ２７にピニオン６の先端面が当接して位置決めされている。

次に、ピニオン押出用ソレノイド８とモータ通電用スイッチ９の構成を簡単に説明する。
ピニオン押出用ソレノイド８とモータ通電用スイッチ９は、両者を軸方向に直列に並べて一体的に構成され、モータ２と並列にフロントブラケット１９に固定されている。
ピニオン押出用ソレノイド８は、ケース２８と、樹脂製のボビン２９に巻回されてケース２８の内部に収容されるソレノイドコイル３０と、ソレノイドコイル３０の内周側に配置され磁性材料からなるプランジャ３１と、ケース２８に嵌合されプランジャ３１と対向するように配置され磁性材料からなる固定鉄心３２と、固定鉄心３２とプランジャ３１との間に配設され，プランジャ３１をレバー７側に付勢するプランジャスプリング３３等から構成される。

プランジャ３１は、ソレノイドコイル３０によって発生する電磁力により軸方向に吸引され、この軸方向の動きをレバー７の一端部に伝達するフック３４を備えている。
また、レバー７は、他端部がスペースカラー２３に係合しており、フロントブラケット２内に回動自在に保持されている。
ここで、レバー７の回動中心からフック３４側の長さをＬ１、回動中心からクラッチ５側の長さをＬ２とする。

モータ通電用スイッチ９は、固定鉄心３２をピニオン押出用ソレノイド８と共有して、ピニオン押出用ソレノイド８と一体に構成されている。このモータ通電用スイッチ９は、上述した固定鉄心３２やケース２８の他に、樹脂製のボビン３５に巻回される導電材からなるコイル３６と、磁性材料からなり磁気回路を構成するプランジャ３７と、磁性材料からなり磁気回路を構成する固定鉄心３８と、プランジャ３７と連結されたロッド３９と、ロッド３９とプランジャ３７を反固定鉄心３８方向に付勢するリターンスプリング４０と、一方のモータ接点を構成するバッテリ端子４１及びモータ端子４２が装着された接点カバー４３と、ロッド３９と連結され他方のモータ接点を構成する可動接点４４と、可動接点４４を付勢する接点スプリング４５により構成されている。

次にエンジン始動装置１の動作について説明する。
エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度が比較的高い回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときには、リングギヤ４６の回転速度も比較的高いため、ピニオン６の回転速度をリングギヤ４６の回転速度に同期させないと、ピニオン６をリングギヤ４６にスムーズに噛み合わせることができないとＥＣＵが判断する。

この時、ＥＣＵの指令によりバッテリからモータ通電用スイッチ９に通電が行われる。モータ通電用スイッチ９のコイル３６への通電により、プランジャ３７が接点カバー４３側に吸引され、これに連動してロッド３９及び可動接点４４も接点カバー４３側に移動する。可動接点４４がバッテリ端子４１及びモータ端子４２に当接するとメイン接点が閉状態となり、その結果、バッテリからモータ２に通電されて回転力が発生し、その回転力が出力軸４に伝達される。

出力軸４とともに回転するピニオン６の回転速度を、リングギヤ４６の回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後に、ＥＣＵの指令によりピニオン押出用ソレノイド８に通電がなされる。
これにより、プランジャ３１がプランジャスプリング３３を撓ませながら固定鉄心３２側に吸引されるとともに、フック３４に係合しているレバー７の一端部が回動し、レバー７の他端部が軸方向にスペースカラー２３を押し出す。これによって、クラッチ５とともにピニオン６が軸方向に押し出され、回転中のリングギヤ４６に噛み合ってクランキングを開始してエンジンを再始動させる。ピニオン押出用ソレノイド８により軸方向に押し出されたピニオン６がリングギヤ４６の端面に当接してから噛み合うまでの動きについては後述する。
なお、リングギヤ４６の回転速度はクランク角センサ等、ピニオン６の回転速度は回転速度センサ等により検出することができる。

次に、実施の形態１に係るエンジン始動装置１の特徴を説明する。
エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン再始動要求が発生すると、上述のようにバッテリからモータ通電用スイッチ９のコイル３６に通電がなされ、モータ２に通電が開始された結果、回転力が発生し、その回転力が出力軸４に伝達される。
この時点では、まだＥＣＵの指令によるピニオン押出用ソレノイド８への通電がなされておらず、ピニオン６は軸方向に押し出されることなく回転しようとするが、回転力が出力軸４に伝達された際に、この出力軸４のヘリカルスプライン４ａを介して結合しているスラストスプライン５ｂを含むクラッチ５は、モータ２の回転力を受けて軸方向に押し出される方向に推進力が働くことになる。

ここで、モータ２の回転力によってクラッチ５を軸方向に押し出す方向に働く推進力をＦ、クラッチ５の慣性モーメントをＩ、モータ２の回転の立ち上がり時の角速度をβ、出力軸４のヘリカルスプラインの基準ピッチ半径をｒとすると、
Ｆ＝Ｉ・β／（ｒ・ｔａｎθ１） ・・・・・・・・・（１）
前記（１）式によってクラッチ５に働く推進力Ｆが求められ、
クラッチ５に作用するプランジャスプリング３３の反力をＦｐｌ、レバー７のレバー比をＲ（＝Ｌ１／Ｌ２）とした時に、
Ｆ＜Ｆｐｌ・Ｒ ・・・・・・・・・（２）
つまりは、
Ｉ・β／（ｒ・ｔａｎθ１）＜Ｆｐｌ・Ｒ・・・・・・・・・（３）
前記（３）式の関係が成立するように、出力軸４のヘリカルスプライン４ａのねじれ角θ１が設定されている。

このように構成することによって、クラッチ５を軸方向に押し出す方向に推進力Ｆが働いても、推進力Ｆよりもプランジャスプリング３３の反力Ｆｐｌがクラッチ５に作用する力の方を大きくすることができるので、クラッチ５が軸方向に押し出されることを防止できる。これにより、ピニオン６が飛び出してリングギヤ４６に当接することを防止できるので、騒音が低減され、さらには、上述の当接によって生じるピニオン６及びリングギヤ４６の摩耗を抑制することができ、これらの耐久性を向上させることができる。
さらに、出力軸４のヘリカルスプライン４ａのねじれ角θ１の設定によって、前記（３）式の関係が成立するようにしているため、その他の係数、例えばプランジャスプリング３３の反力Ｆｐｌや、レバー７のレバー比Ｒ等は変更する必要がない。これにより、プランジャスプリング３３の反力Ｆｐｌを大きくすることによるピニオン押出用ソレノイド８の大型化や、レバー７のレバー比Ｒを大きくすることによるエンジン始動装置１の大型化を招くことなく、前記の効果を得ることができる。

次に、ピニオン押出用ソレノイド８により軸方向に押し出されたピニオン６がリングギヤ４６に噛み合うまでの動きについて、図３に基づき説明する。なお、図３において、ピニオン６(モータ２)及びリングギヤ４６の回転方向は左方向とする。
ピニオン６は、リングギヤ４６との当接端面と、モータ２の反回転方向側の歯面とが交わる角部に面取り部６ｃが形成され、同様にリングギヤ４６には、ピニオン６との当接端面と、モータ２の回転方向側の歯面とが交わる角部に面取り部４６ａが形成されている。
（ａ）エンジン再始動要求が発生したときに、モータ通電用スイッチ９が作動し、モータ２に回転力が発生することで、ピニオン６は押し出されることなく回転する。
（ｂ）その後、ピニオン押出用ソレノイド８が作動し、クラッチ５とともにピニオン６が図示矢印の方向に押し出される。この時、ピニオン６は出力軸４のヘリカルスプライン４ａに沿って、モータ２の反回転方向（図３において右方向）に移動しながら、回転中のリングギヤ４６の端面に当接する。
（ｃ）ピニオン６がリングギヤ４６に当接した状態で、ピニオンスプリング２５を撓ませながら円筒部材２２がさらに押し出される。この時、ピニオン６は円筒部材２２が押し出された分（ピニオンスプリング２５が撓むことのできるストローク分）だけ、円筒部材２２のヘリカルスプライン２２ａに沿って、円筒部材２２上を押し戻されることになる。ここで、出力軸４のヘリカルスプライン４ａのねじれ角θ１よりも、円筒部材２２のヘリカルスプライン２２ａのねじれ角θ２が大きくなるように設定されているため、両ねじれ角の差分（θ２−θ１）だけピニオン６はリングギヤ４６の端面に沿ってモータ２の回転方向に移動する。
（ｄ）そして、ピニオン６がリングギヤ４６に噛み合い可能な位置まで回転すると、ピニオン６の面取り部６ｃはリングギヤ４６の面取り部４６ａに沿って移動し、ピニオン６とリングギヤ４６との噛み合いが開始される。噛み合いが完了すると、ピニオン６からリングギヤ４６に回転力が伝達される。

このように構成した本実施の形態のエンジン始動装置１では、ピニオン６やリングギヤ４６が経年劣化によって摩耗していたり、あるいはピニオン６やリングギヤ４６の当接面に塵埃等が付着していることによって、ピニオン押出用ソレノイド８が作動してもピニオン６をリングギヤ４６に早期に噛み合わせることができない場合であっても、ピニオン６はリングギヤ４６の端面に当初当接した位置よりも、両ねじれ角の差分（θ２−θ１）だけモータ２の回転方向に移動することができる。

そのため、ピニオン６がモータ２の回転力によりリングギヤ４６に噛み合うまでに、リングギヤ４６の端面に沿ってモータ２の回転方向に移動する距離を短くすることができ、ピニオン６及びリングギヤ４６の磨耗を抑制することができる。
また、モータ２に回転力によるピニオン６がリングギヤ４６に噛み合うまでの時間を短縮できるため、ピニオン６の噛み合い時の回転速度を小さくすることができるので、噛み合い時の衝撃を低減することができる。これにより、ピニオン６やリングギヤ４６の耐久性が悪化することを抑制できる。
加えて、噛み合い時の衝突音も低減できるので、騒音も抑制することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図４及び図５に基づいて説明する。図４は本発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置のピニオンと周辺の断面図、図５は図４におけるピニオンとリングギヤとが面取り部で当接した時の力の関係図である。

前記実施の形態１では、円筒部材２２の外周にヘリカルスプライン２２ａが設けられ、ピニオン６はヘリカルスプライン２２ａと結合するヘリカルスプライン結合部６ａを有するとしたが、この実施の形態２では、図４に示されるように、円筒部材２２の外周には直スプライン２２ｂが設けられ、ピニオン６は直スプライン２２ｂと結合する直スプライン結合部６ｂを有する構成としている。
なお、他の構成は前記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態１のエンジン始動装置１の場合、クラッチ５はモータ２の回転力を受けて軸方向に押し出される方向に推進力Ｆが働いているが、これと同様に、ピニオン６にもモータ２の回転力を受けて軸方向に押し出される方向に推進力が働く。
そこで、ピニオン６がリングギヤ４６に噛み合い、回転力を伝達している際に、上述のピニオン６に働く推進力により、ピニオン６の軸方向の移動を規制しているピニオンストッパ２７には衝撃が加わり続けることになり、ピニオンストッパ２７の耐久性の低下が懸念される。

本実施の形態２では、ピニオン６の直スプライン結合部６ｂが、円筒部材２２の直スプライン２２ｂと結合されているため、ピニオン６はモータ２の回転力を受けても軸方向に押し出される方向には推進力が働かず、このためピニオンストッパ２７に加わる衝撃を低減することができ、エンジン始動装置１の耐久性を向上させることができる。

次に、本実施の形態２におけるエンジン始動装置１において、ピニオン押出用ソレノイド８により軸方向に押し出されたピニオン６が回転中のリングギヤ４６に噛み合う際に、ピニオン６の面取り部６ｃとリングギヤ４６の面取り部４６ａとが当接した場合について、図５に基づき説明する。
なお、図５に示すようにピニオン６の面取り部６ｃ及びリングギヤ４６の面取り部４６ａは、いずれも角度θ３として形成されている。

ピニオン押出用ソレノイド８により軸方向に押し出されたピニオン６の面取り部６ｃとリングギヤ４６の面取り部４６ａとが当接した場合においても、上述したようにピニオンスプリング２５を撓ませながら円筒部材２２がさらに押し出されるため、ピニオン６にはピニオンスプリング２５の反力Ｆｐｉが軸方向に働くことになる。この反力Ｆｐｉによる垂直抗力Ｆｎは、
Ｆｎ＝Ｆｐｉ・ｃｏｓθ３ ・・・・・・・・・（４）
ピニオン６の面取り部６ｃとリングギヤ４６の面取り部４６ａとが当接した箇所の摩擦係数をμとすると、このピニオン６とリングギヤ４６の当接箇所に作用する摩擦力のモータ２の反回転方向の力Ｆｆは、
Ｆｆ＝μ・Ｆｎ・ｃｏｓθ３ ・・・・・・・・・（５）
＝μ・Ｆｐｉ・ｃｏｓ^２θ３ ・・・・・・・・・（６）
となる。

一方、この当接箇所には、ピニオンスプリング２５の反力Ｆｐｉも作用しており、この反力Ｆｐｉの両面取り部６ｃ、４６ａの方向（噛み合い方向）の力Ｆｐｉ１は、
Ｆｐｉ１＝Ｆｐｉ・ｓｉｎθ３・・・・・・・・・・・・・・（７）
となり、この噛み合い方向の力Ｆｐｉ１によるモータ２の回転方向の力Ｆｐｉ２は、
Ｆｐｉ２＝Ｆｐｉ１・ｃｏｓθ３・・・・・・・・・・・・・（８）
＝Ｆｐｉ・ｓｉｎθ３・ｃｏｓθ３・・・・・・・・（９）
となる。

さらに、この当接箇所には、クラッチ５の空転トルクがモータ２の反回転方向に作用する力Ｆｄも働いている。

ここで、本実施の形態のエンジン始動装置１では、
Ｆｆ＋Ｆｄ＜Ｆｐｉ２ ・・・・・・・・・（１０）
言い換えると、
μ・Ｆｐｉ・ｃｏｓ^２θ３＋Ｆｄ＜Ｆｐｉ・ｓｉｎθ３・ｃｏｓθ３ ・・・（１１）
前記（１１）式の関係が成立するように、ピニオンスプリング２５の反力Ｆｐｉ及びピニオン６の面取り部６ｃとリングギヤ４６の面取り部４６ａの角度θ３が設定されている。

前記の構成によれば、ピニオンスプリング２５の反力Ｆｐｉによるモータ２の回転方向の力Ｆｐｉ２が、ピニオン６とリングギヤ４６の当接箇所に作用する摩擦力のモータ２の反回転方向の力Ｆｆ及びクラッチ５の空転トルクのモータ２の反回転方向の力Ｆｄの和よりも大きい。
そのため、ピニオン６の面取り部６ｃとリングギヤ４６の面取り部４６ａとが当接した場合において、クラッチ５のインナである円筒部材２２を介してピニオン６がモータ２の回転方向に空転して、リングギヤ４６に噛み合うことができる。

このため、モータ２の回転力のみによってピニオン６をリングギヤ４６に噛み合わせる場合と比較して、より早期に噛み合わせることができる。したがって、ピニオン６を介してモータ２の回転力がリングギヤ４６に伝達され始める時に、ピニオン６及びリングギヤ４６が相互に噛み合う歯面の接触面積をより大きくすることができるので、この接触部での面圧を低減することができ、ピニオン６及びリングギヤ４６の耐久性の低下を抑制することができる。
加えて、モータ２の回転力のみによってピニオン６をリングギヤ４６に噛み合わせる場合よりも、噛み合い時の衝撃を低減することができるので、ピニオン６及びリングギヤ４６の耐久性の低下を抑制することができる。

なお、ピニオンスプリング２５の反力Ｆｐｉは、ばね定数ｋと上述のピニオンスプリング２５が撓むことのできるストロークによって設定することができる。

また、本発明におけるエンジン始動装置は、モータを回転させた後に、ピニオン６をエンジン回転降下期間中のリングギヤ４６に噛合させる動作を行うものとしたが、少なくとも前記動作を行うエンジン始動装置であればよく、例えば、エンジン再始動要求が発生した後に、ピニオン６を押し出してリングギヤ４６に噛み合わせ、その後モータ２を回転させてクランキングを開始させる、といったような、エンジンの再始動要求があるタイミングによって異なる動作を行うエンジン始動装置であってもよい。

さらに、前記各実施の形態においては、出力軸４の先端部が軸受１８を介してフロントブラケット１９に回転自在に支持された両持ちタイプのエンジン始動装置として説明しているが、この仕様に限られず、例えば出力軸４の先端部をフロントブラケット１９で支持していない片持ち構造（いわゆるオーバーハング構造）のエンジン始動装置であってもよく、あるいはモータ２とピニオン６とが軸方向に並列して配置されており、両者の間をアイドルギアで係合する構造を有するエンジン始動装置に適用しても同様の効果を奏する。

同様に、減速装置３を持たないタイプ（ダイレクトドライブタイプ）のエンジン始動装置や、ピニオン押出用ソレノイド８とモータ通電用スイッチ９とが、別体で軸方向に並列に設けられている構造のエンジン始動装置にも適用することができる。

さらには、出力軸４のヘリカルスプライン４ａあるいはスラストスプライン５ｂのヘリカルスプライン結合部５ａのリードの先端に、スラストスプライン５ｂの抜け止めとなる突起部を追加する周知技術を適用することにより、ストッパ２０を用いることなく、クラッチ５の軸方向の規制をする構造のエンジン始動装置にも適用することができる。

１ エンジン始動装置
２ モータ
４ 出力軸
４ａ ヘリカルスプライン
５ クラッチ
５ｂ スラストスプライン
６ ピニオン
６ｃ 面取り部
７ レバー
８ ピニオン押出用ソレノイド
９ モータ通電用スイッチ
２２ 円筒部材
２２ａ ヘリカルスプライン
２２ｂ 直スプライン
２５ ピニオンスプリング
３１ プランジャ
３３ プランジャスプリング
４１ バッテリ端子
４２ モータ端子
４４ 可動接点
４６ リングギヤ
４６ａ 面取り部

Claims (4)

1. 回転力を発生させるモータと、
   このモータの回転力が伝達される出力軸と、
   この出力軸の外周に設けられたヘリカルスプラインを介して結合されるスラストスプライン、及び前記出力軸の外周に相対回転可能、且つ軸方向に移動可能に配設された円筒部材を有し、前記出力軸から前記スラストスプラインに一方向の回転が伝達された時に、前記スラストスプラインから前記円筒部材へトルク伝達するクラッチと、
   前記円筒部材の外周に設けられたスプラインを介して結合され、前記円筒部材に対し軸方向に移動可能に支持されたピニオンと、
   前記クラッチを前記ピニオンと一体に軸方向に押し出すレバーと、
   電磁力を発生させてプランジャを吸引するとともに、このプランジャの移動に連動して回動する前記レバーを介して、前記ピニオンをエンジンのリングギヤに噛合させるピニオン押出用ソレノイドと、
   前記プランジャを前記レバー側に付勢するプランジャスプリングと、
   前記モータの通電回路に設けられるモータ接点を開閉するモータ通電用スイッチと、を備え、
   前記エンジンが停止する過程の減速期間中に前記エンジンを再始動させる時に、前記モータ通電用スイッチの作動後に前記ピニオン押出用ソレノイドを作動させるエンジン始動装置であって、
   前記モータの回転力によって前記クラッチを軸方向に押し出す方向に働く推進力をＦ、前記クラッチの慣性モーメントをＩ、前記モータの回転の立ち上がり時の角速度をβ、前記出力軸のヘリカルスプラインのねじれ角をθ１、前記出力軸のヘリカルスプラインの基準ピッチ半径をｒとすると、
   Ｆ＝Ｉ・β／（ｒ・ｔａｎθ１） ・・・・・・・・・（１）
   前記（１）式によって前記クラッチに働く推進力Ｆが求められ、
   前記クラッチに作用する前記プランジャスプリングの反力をＦｐｌ、前記レバーのレバー比をＲとした時に、
   Ｉ・β／（ｒ・ｔａｎθ１）＜Ｆｐｌ・Ｒ・・・・・・・・（２）
   前記（２）式の関係が成立するように、前記出力軸のヘリカルスプラインのねじれ角θ１が設定されていることを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記円筒部材のスプラインがヘリカルスプラインであって、
   このヘリカルスプラインのねじれ角をθ２とすると、
   θ１＜θ２ ・・・・・・・・・（３）
   前記（３）式の関係が成立するように、前記ねじれ角θ１及びθ２が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記円筒部材のスプラインが直スプラインであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
4. 前記円筒部材と前記ピニオンとの間に配設され、両者間に軸方向の反力を蓄えるピニオンスプリングを更に備え、
   前記ピニオンには、前記リングギヤとの当接端面と、前記モータの反回転方向側の歯面とが交わる角部に面取り部が形成され、
   前記リングギヤには、前記ピニオンとの当接端面と、前記モータの回転方向側の歯面とが交わる角部に面取り部が形成され、
   前記レバーによって押し出された前記ピニオンの前記面取り部と、前記リングギヤの前記面取り部とが当接した時、
   前記ピニオンに作用する前記ピニオンスプリングの反力をＦｐｉ、前記両面取り部の角度をθ３、前記両面取り部の摩擦係数をμ、前記クラッチの空転トルクが前記モータの反回転方向に作用する力をＦｄ、とすると、
   μ・Ｆｐｉ・ｃｏｓ^２θ３＋Ｆｄ＜Ｆｐｉ・ｓｉｎθ３・ｃｏｓθ３ ・・・（４）
   前記（４）式の関係が成立するように、前記ピニオンスプリングの反力Ｆｐｉ及び前記両面取り部の角度θ３が設定されていることを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動装置。

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